激光加工装置的光学系统及激光加工装置的制作方法

本发明涉及激光加工装置的光学系统及激光加工装置。

背景技术：

1、近年来，激光束被广泛用于加工各种产品。激光束通过聚光于1点并向被加工物照射，从而使被加工物的表面温度急剧上升，并使被加工物的被照射面熔化或蒸发。使用该激光束的激光加工装置是像这样向被加工物施以截断、开孔或焊接等加工的装置。另外，由于使激光束聚光于1点，因此能够以极小范围进行精密且微细的加工。另外，通过使用能量更高的激光束，能够缩短加工时间，而且也能够针对用刀具难以加工的高硬度的被加工物进行加工。

2、在此，激光加工装置具备激光加工装置的光学系统。另外，以往采用的该激光加工装置的光学系统除了具有使激光束聚光于光斑的1点的功能之外，还具有使光斑处的激光束的光斑形状成为圆形且使能量强度分布成为高斯状或顶帽状而照射的功能。但是，在采用该以往的光斑的光斑形状的激光加工中存在如下问题：在对被加工物进行截断、焊接或开孔时，由于激光束而熔融的被加工物残留在截断面或孔部，导致加工品质恶化。于是，近年来提出了通过使光斑处的激光束的光斑形状成为环状或者具有中心部的环状，从而使熔融的被加工物恰当地飞离而不残留在截断面或孔部的激光加工。特别是，开始了解到通过使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状，能够由环状的激光束抑制由于中心部的激光束造成熔融而发生的飞溅，从而大幅抑制飞溅的飞散，加工品质改善。

3、为了使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状，例如在专利文献1中公开了一种激光焊接装置，使用衍射光学元件使激光束在空间上分支，使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状。另外，在专利文献2中公开了一种激光加工装置，使用圆台形透镜，使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状。另外，在专利文献3中公开了一种激光加工头，通过使用球面透镜以及能够产生球差的非球面透镜中的至少一方，使处于激光束的中心区域的光线向周边区域倒置，而且使处于激光束的周边区域的光线向中心区域倒置，从而使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状。

4、在先技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2015-205327号公报

7、专利文献2：日本特开2016-068131号公报

8、专利文献3：国际公布第2012/164663号

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、但是，专利文献1所记载的激光焊接装置由于使用衍射光学元件使激光束在空间上分支，因此产生无用的衍射光，造成激光束的能量利用效率不佳。另外，专利文献2所记载的激光加工装置在圆台形透镜的圆锥部与平坦部的边界处形成边缘部，在激光束的能量高的情况下，边缘部附近有可能破损，进而，除了圆台形透镜之外，还需要使激光束聚光于光斑的聚光透镜，光学系统的成本增加。另外，专利文献3所记载的激光加工头在照射点处，在中心部的激光束与环状的激光束之间的区域也残留有激光束的能量，中心部与环状的边界不明确，因此无法充分发挥上述的在使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状的情况下抑制飞溅的效果。

3、本发明的目的在于，提供激光束的能量利用效率高且适于各种素材的加工对象物的、能够使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状的激光加工装置的光学系统及激光加工装置。

4、用于解决课题的手段

5、为了解决上述的课题，作为努力研究的结果而想到了以下的发明。

6、本发明所涉及的激光加工装置的光学系统是通过照射激光束来对被加工物进行加工的激光加工装置的光学系统，其特征在于，所述激光加工装置的光学系统具有设置有光轴上的焦点的位置不同的多个区域的光学面，所述多个区域是以所述光轴为中心的同心圆状的区域，所述激光束向所述被加工物的照射点在所述光轴上的位置，是与所述光学面上的所述多个区域之中的至少区域a的焦点位置a相同的位置，而且是与所述光学面上的所述多个区域之中的至少区域b的焦点位置b不同的位置，所述区域a是包含所述光轴的区域，在所述照射点处的与所述光轴垂直的面上，透射了所述区域a的所述激光束在所述光轴及所述光轴的周边部形成点状的像a，透射了所述区域b的所述激光束在所述像a的周围形成以所述光轴为中心的环状的像b。

7、本发明所涉及的激光加工装置的特征在于，具备上述的激光加工装置的光学系统。

8、发明效果

9、本发明所涉及的激光加工装置的光学系统能够在所述激光束向被加工物的照射点处的与光轴垂直的面上，形成光轴及光轴的周边部的点状的像、以及处于点状的像的周围且以光轴为中心的环状的像。由此，能够进行激光束的能量利用效率高且适于各种素材的加工对象物的激光加工。

技术特征：

1.一种激光加工装置的光学系统，是通过照射激光束来对被加工物进行加工的激光加工装置的光学系统，其特征在于，

2.如权利要求1所述的激光加工装置的光学系统，

3.如权利要求1所述的激光加工装置的光学系统，

4.如权利要求1所述的激光加工装置的光学系统，

5.一种激光加工装置，其特征在于，具备如权利要求1～4中任一项所述的激光加工装置的光学系统。

技术总结课题在于，本发明的目的在于，提供激光束的能量利用效率高且适于各种素材的加工对象物的、能够使光斑处的激光束的光斑形状成为具有中心部的环状的激光加工装置的光学系统。解决手段在于，为了达成该目的，采用了一种激光加工装置的光学系统，具有设置有光轴上的焦点的位置不同的多个区域的光学面，激光束向被加工物的照射点在光轴上的位置是与光学面上的多个区域之中的至少区域A的焦点位置A相同的位置，而且是与光学面上的多个区域之中的至少区域B的焦点位置B不同的位置，在照射点处的与光轴垂直的面上，透射了区域A的激光束形成光轴及光轴的周边部的点状的像A，透射了区域B的激光束形成处于像A的周围且以光轴为中心的环状的像B。技术研发人员：小森一范,坂本敬志受保护的技术使用者：株式会社腾龙技术研发日：技术公布日：2024/9/12