(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
をさらに備える
ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項２】
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第１移動ステップと、
前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第２移動ステップと、
を備える
ことを特徴とするレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項５】
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項６】
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を所望の分布に調節するように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの一方を実行する第１調節ステップと、
前記第１調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する第２調節ステップと、
を備え、
前記第１調節ステップでは、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップのうち、前記第１方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第２方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する
ることを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項７】
前記第１調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項８】
前記第１調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項９】
前記第２調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する
ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項１０】
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第２移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項１１】
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第１移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【請求項１２】
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第１移動ステップを実行する
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工ヘッドの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ切断やレーザ溶接等のレーザ加工において、レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射するためのレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置が用いられる。【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザ発振器からのレーザ光を伝達する光ファイバが固定されるレーザ入射部と、レーザ入射部から照射されたレーザ光が通過するレンズと、を含む切断ヘッドを備えたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、レーザ入射部からのレーザ光をレンズで集光して、レーザ光のエネルギー密度を高めることによって、被加工物を切断するようになっている。
また、特許文献１のレーザ加工装置の切断ヘッドでは、レンズに対してレーザ入射部及び光ファイバを移動又は傾斜させて、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整可能になっており、これにより、被加工物を切断する位置でのレーザ光のエネルギー強度分布を変更できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９７５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザ加工では、被加工物の加工位置に集光されたレーザ光のエネルギー強度分布によって、加工品質が影響を受けることがある。例えば、レーザ切断の場合、被加工物において集光されたレーザ光のエネルギー強度分布に偏りがある場合、レーザ光のエネルギー密度が比較的小さい場所では、エネルギー密度が比較的大きい場所に比べて、被加工物の切断面の粗さが粗くなる傾向となる。
この点、例えば特許文献１の切断ヘッドでは、レーザ入射部とレンズの位置関係を調整することによって、被加工物の加工位置におけるエネルギー強度分布を所望の分布に適宜変化させることができ、適切な加工品質を得ることができると考えられる。【０００６】
しかしながら、エネルギー強度分布を調整するために、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更した場合、通常、これに応じて、被加工物上におけるレーザ光の照射位置（集光位置）も変化する。【０００７】
そうすると、被加工物上におけるレーザ光の照射位置は、本来の加工点（すなわち、レーザ入射部とレンズの位置関係を変更する前の照射位置）からずれてしまうため、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、被加工物との位置関係を変更することによりレーザ光の照射位置を調整する必要が生じる。【０００８】
また、レーザ加工ヘッドの先端部等の加工点付近に、加工用アシストガスのノズル等の付属装置が設けられる場合には、上述のようにレーザ入射部とレンズの位置関係を変更した結果、レーザ光の照射位置が付属装置に重なってしまうことがある。この場合、レーザ光の照射位置と付属装置とが重ならないように、レーザ入射部を含むレーザ加工ヘッドと、上述の付属装置との位置関係を変更する必要が生じる。【０００９】
そこで、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布を調節可能であるとともに、レーザ加工ヘッドと被加工物又は付属装置との相対的な位置関係を調節せずとも、被加工物上におけるレーザ照射位置（集光位置）を調節可能とすることが望まれる。【００１０】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
をさらに備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立可能なレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置並びにレーザ加工ヘッドの調整方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。
【図２】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの概略断面図である。
【図３】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの概略断面図である。
【図４】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法の概要を示すフローチャートである。
【図５】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図６】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図７】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図８】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図９】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１０】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１１】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１２】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１３】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１４】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１５】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１６】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１７】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１８】一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整過程の一例を示す図である。
【図１９】典型的なレーザ加工ヘッドの調整過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１５】
まず、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置の概要について説明する。
図１は、一実施形態に係るレーザ加工装置の概略図である。同図に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光を発振するためのレーザ発振器２と、光ファイバ４と、レーザ加工ヘッド６と、加工ステージ８と、を備えている。
【００１６】
レーザ発振器２は、例えば光ファイバ４を媒質として利用するファイバレーザ発振器であってもよい。ファイバレーザ発振器の場合、1070nm〜1080nmの波長のレーザ光が得られる。レーザ発振器２で生成されたレーザ光は、光ファイバ４に伝達される。
なお、レーザ発振器２は、ファイバレーザに限定されない。幾つかの実施形態では、レーザ発振器２は、例えば、ＣＯ２レーザ発振器、又はＹＡＧレーザ発振器等であってもよい。
【００１７】
光ファイバ４は、一端側においてレーザ発振器２と接続され、他端側においてレーザ加工ヘッド６と接続される。光ファイバ４は、レーザ発振器２からレーザ加工ヘッド６へレーザ光を伝達するように構成されている。
【００１８】
レーザ発振器２で発振されたレーザ光は、光ファイバ４を介してレーザ加工ヘッド６に送られる。レーザ加工ヘッド６については後で詳述するが、レーザ加工ヘッド６は集光レンズを有しており、レーザ発振器２からのレーザ光は、集光レンズで集光されてエネルギー密度が高められて、加工ステージ８上に載置された被加工物１００に照射される。このようにして照射されるレーザ光によって、被加工物１００が加工（例えば、切断又は溶接等）されるようになっている。
なお、被加工物１００は、金属又は合金から形成されていてもよい。
【００１９】
レーザ加工ヘッド６に対して被加工物１００を相対的に移動させることにより、レーザ加工ヘッド６からのレーザ照射による被加工物１００の加工位置（即ち、レーザ照射位置）を動かすことで加工を行う。
【００２０】
例えば、幾つかの実施形態では、レーザ加工ヘッド６が固定されており、これに対して被加工物１００が載置される加工ステージ８は、光ファイバ４からレーザ加工ヘッド６に照射されるレーザ光の入射軸に直交する平面（ＸＹ平面；図１参照）を移動可能に構成されている。これにより、加工ステージ８上に載置された被加工物１００は、上述のＸＹ平面内にて、レーザ加工ヘッド６及びレーザ光に対して移動可能である。
【００２１】
また、他の幾つかの実施形態では、加工ステージ８及び被加工物１００が固定されており、これに対してレーザ加工ヘッド６が上述のＸＹ平面内にて移動可能に設けられていてもよい。
【００２２】
このようにして、レーザ加工ヘッド６に対して被加工物１００を相対的に移動させて、被加工物１００を直線的又は曲線的に切断したり、あるいは溶接したりすることができる。
【００２３】
次に、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６についてより詳細に説明する。
図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の概略断面図である。図２及び図３に示すように、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６は、光ファイバ４（図１参照）からのレーザ光Ｌを被加工物１００に向けて照射するためのレーザ照射部１４と、コリメート光学系としてのコリメートレンズ１６と、集光光学系としての集光レンズ１８と、を備えている。
レーザ照射部１４と、コリメートレンズ１６と、集光レンズ１８とは、集光レンズの中心軸Ｏ３の方向において、この順に配列されている。
【００２４】
レーザ照射部１４は、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１がぶれないように、保持部２１によって保持されている。コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８は、ハウジング１２の内部に設けられるとともに、第１レンズ保持部２２及び第２レンズ保持部２５をそれぞれ介して、あるいは、直接、ハウジング１２に支持されている。
【００２５】
図２に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部１４を保持する保持部２１は、ハウジング１２とは別体として設けられている。また、コリメートレンズ１６は、第１レンズ保持部２２としてのハウジング１２に対して固定されており、集光レンズ１８は、第２レンズ保持部２５を介してハウジング１２に支持されている。
【００２６】
図３に示す例示的な実施形態では、光学系を収容するハウジング１２が、レーザ照射部１４を保持する保持部２１として機能するようになっている。また、コリメートレンズ１６は、第１レンズ保持部２２を介してハウジング１２に支持されており、集光レンズ１８は、第２レンズ保持部２５を介してハウジング１２に支持されている。
【００２７】
コリメートレンズ１６（コリメート光学系）は、レーザ照射部１４から広がり角を持って照射されるレーザ光をコリメートするように、即ち、該レーザ光が平行状態となるように調整するように構成されている。集光レンズ１８（集光光学系）は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）を通過したレーザ光を集光するように構成されている。上述したように、集光レンズ１８によって集光されて高いエネルギー密度を有するレーザ光を被加工物に照射して、該被加工物を加工するようになっている。
【００２８】
なお、図２及び図３に示すレーザ加工ヘッド６は、レーザ加工時に切断アシストガスＧを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズル２６を備えた、レーザ切断ヘッドである。アシストガスノズル２６は、ガス供給口２８とガス吹出口３０とを有しており、レーザ加工時に、ガス供給口２８から供給される切断アシストガスＧを、ガス吹出口３０から加工位置に向けて吹出すようになっている。
【００２９】
また、特に図示しないが、他の実施形態では、レーザ加工ヘッド６は、レーザ溶接に用いるレーザ溶接ヘッドであってもよい。この場合、レーザ加工ヘッド６には、加工位置に溶接ワイヤを供給するための溶接ワイヤ供給装置や、溶接アシストガスを加工位置に向けて吹出すためのアシストガスノズルが設けられていてもよい。
【００３０】
図２及び図３に示すレーザ加工ヘッド６において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）及び集光レンズ１８（集光光学系）を含む光学系は、集光レンズ１８（集光光学系）を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成されている。
【００３１】
また、このレーザ加工ヘッド６は、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の少なくとも一方を移動させるための第１移動部２０と、集光レンズ１８（集光光学系）を移動させるための第２移動部２４と、を備えている。
第１移動部２０は、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向（図２及び図３におけるＤ１又はＤ２の方向）において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置を変化させるように、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の少なくとも一方を移動させるように構成される。
第２移動部は、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向（図２及び図３におけるＤ３の方向）において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置を変化させるように集光レンズ１８（集光光学系）を移動させるように構成されている。
【００３２】
図２に示す例示的な実施形態では、レーザ照射部１４を保持する保持部２１が第１移動部２０として機能し、集光レンズ１８を保持する第２レンズ保持部２５が第２移動部２４として機能するようになっている。
すなわち、保持部２１は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置が変化するようになっている。
また、第２レンズ保持部２５は、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置が変化するようになっている。
【００３３】
また、図３に示す例示的な実施形態では、コリメートレンズ１６を保持する第１レンズ保持部２２が第１移動部２０として機能し、集光レンズ１８を保持する第２レンズ保持部２５が第２移動部２４として機能するようになっている。
すなわち、第１レンズ保持部２２は、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する面内を移動可能になっている。これにより、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６（コリメート光学系）の相対位置が変化するようになっている。
また、第２レンズ保持部２５は、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する面内を移動可能になっている。これにより、集光レンズ１８（集光光学系）の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６（コリメート光学系）に対する集光レンズ１８（集光光学系）の相対位置が変化するようになっている。
【００３４】
なお、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、中心軸Ｏ１〜Ｏ３は、同一の方向に延在している。よって、中心軸Ｏ１〜Ｏ３にそれぞれ直交する平面は、互いに平行である。また、中心軸Ｏ１〜Ｏ３にそれぞれ直交する平面は、図１に示す座標におけるＸＹ平面と平行な面であってもよい。
【００３５】
第１移動部２０又は第２移動部２４として、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８を移動させる手段としては、周知の手段を用いることができる。例えば、第１移動部２０又は第２移動部２４として、互いに直交する２方向において保持対象物を移動させることが可能なＸＹステージを用いることができる。あるいは、ボールねじ等の既知の手段を用いて、互いに直交する２方向において保持対象物を移動できるように第１移動部２０又は第２移動部２４を構成してもよい。
【００３６】
なお、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、１つのレンズ（コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８）により構成されているが、他の実施形態では、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、２以上のレンズを含んでいてもよい。
【００３７】
また、コリメート光学系と集光光学系との間には、１以上の反射鏡が設けられていてもよい。このように、反射鏡を設けることで、コリメート光学系から集光光学系に向かうレーザ光の光路を、反射鏡での反射によって、例えばＬ字状やＮ字状に折り曲げることができ、レーザ照射部１４、コリメート光学系、及び、集光光学系が直線状に配列される場合に比べて、レーザ加工ヘッド６がコンパクト化できる場合がある。
【００３８】
図４は、一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の調整方法の概要を示すフローチャートである。
また、図５〜図１８は、図２又は図３に示すレーザ加工ヘッド６の調整過程の一例を示す図であり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の順に、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の何れかを移動させていることを示す。なお、図中の矢印は、これらの部材の移動方向を示す。例えば、図５において、（Ａ）がレーザ加工ヘッド６の調整前の初期状態を示し、（Ｂ）は、レーザ照射部１４を初期状態の位置（二点鎖線で示す）から移動させた後の状態を示し、（Ｃ）は、集光レンズ１８を（Ｂ）の位置（二点鎖線で示す）から移動させた後の状態を示す。
また、図５〜図１８の（Ａ）〜（Ｃ）の（ａ）は、被加工物１００上の照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布（以下、単にエネルギー強度分布ともいう。）を表す。
図５〜図１８の（Ａ）〜（Ｃ）の（ｂ）は、被加工物１００上の照射位置ＰでのＸＹ平面上における光線位置を示し、位置Ｐ１は、光線の中心付近の光が集光する位置を示し、位置Ｐ２は、光線の外側の光が集光する位置を示す。
なお、図５〜図１８では、図示を簡略化し、レーザ加工ヘッド６のうち主要な構成要素のみが示されている。
【００３９】
図２又は図３に示すレーザ加工ヘッド６は、以下に説明する手順により、エネルギー強度分布の調整と、照射位置Ｐの調節と、を行うことができる（すなわち、レーザ加工ヘッド６の調整を行うことができる）。
【００４０】
図４に示すように、一実施形態では、まず、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する（第１調節ステップ；Ｓ２）。次に、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節する（第２調節ステップ；Ｓ４）。
【００４１】
（第１調節ステップＳ２）
第１調節ステップでは、以下の第１移動ステップ又は第２移動ステップの何れかを行う。
すなわち、第１移動ステップでは、上述の第１移動部２０により、レーザ照射部１４の中心軸Ｏ１又はコリメートレンズ１６の中心軸Ｏ２に直交する第１方向において、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させるように、レーザ照射部１４又はコリメートレンズ１６の少なくとも一方を移動させる。第２移動ステップでは、上述の第２移動部２４により、集光レンズ１８の中心軸Ｏ３に直交する第２方向において、コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を変化させるように集光レンズ１８を移動させる。
【００４２】
ここで、第１調節ステップでは、上述の第１移動ステップ又は第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を実行する。すなわち、第１移動部２０による、第１方向におけるレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の移動量に対するコマ収差の変化量と、第２移動部２４による、第２方向におけるコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の移動量に対するコマ収差の変化量とを比べ、何れか大きい一方を実行する。
【００４３】
このようにして、第１調節ステップでは、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節する。
【００４４】
なお、上述のコマ収差の変化量とは、被加工物１００上の照射位置Ｐにおける、光線の中心付近の光が集光する位置Ｐ１（図５等参照）と、光線の外側の光が集光する位置Ｐ２（図５等参照）との距離の変化量であってもよい。
【００４５】
（第２調節ステップＳ４）
上述の第１調節ステップＳ２の後、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節するように、第１移動ステップ又は第２移動ステップの他方（すなわち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を実行する。
このようにして、第２調節ステップでは、被加工物１００の加工面における照射位置Ｐを調節する。
【００４６】
一実施形態に係るレーザ加工ヘッド６の調整過程の一例として、図５に示す場合について、上述の第１調節ステップＳ２及び第２調節ステップＳ４に沿って説明する。
【００４７】
図５におけるレーザ加工ヘッド６は、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応している。すなわち、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０によってレーザ照射部１４が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図５におけるレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０を作動させた場合のほうが、第２移動部２４を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
【００４８】
図５（Ａ）に示す初期状態では、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６、及び、集光レンズ１８は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８の光軸と、レーザ照射部１４からの入射光の光軸が軸Ｑで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、Ｘ方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
【００４９】
このような初期状態から、第１調節ステップＳ２を行い、エネルギー強度分布の調節を行う。具体的には、図５（Ａ）の状態から、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第１移動部２０を作動させて、レーザ照射部１４を第１方向において移動させて、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させる（図５（Ｂ）参照）。これにより、集光レンズ１８からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置Ｐ１と、外側の光が集光する位置Ｐ２とがずれる（コマ収差が発生する；図５（Ｂ）（ｂ）参照）。
【００５０】
このようなコマ収差の発生を利用して、エネルギー強度分布を変化させることができる。例えば、図５（Ｂ）に示す例では、第１移動部２０によってレーザ照射部１４をＸ方向に移動させることで、Ｘ方向におけるエネルギー強度分布を、図５（Ａ）（ａ）に比べて平坦化させている（図５（Ｂ）（ａ）参照）。
【００５１】
このように、第１調節ステップＳ２では、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方（図５においては第１移動部２０）を作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部２０及び第２移動部２４の一方（図５の場合は第１移動部２０）を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
【００５２】
なお、上述した例のように、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を平坦化させることにより、レーザ光による加工のムラを低減することができる。レーザ光は、レーザ照射位置Ｐにおいてある程度の広がりを持ち（図では円形状であるが、楕円形状等の場合もある。）、被加工物に対するレーザ光の進行方向の前方と両側方部分が、切断面の粗さに関して支配的に影響する。例えば、被加工物をくりぬく場合はレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する。そのため、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が平坦化されていれば、切断面の粗さの程度を、切断箇所によらず均一化することができる。
【００５３】
上述したように、第１調節ステップＳ２を行うことで、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができるが、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させた結果、被加工物１００におけるレーザ光の照射位置Ｐ（又は集光位置）が、加工点である初期位置（図５（Ａ）参照）の軸Ｑからずれてしまっている（図５（Ｂ）参照）。
【００５４】
そこで、第１調節ステップＳ２を行った結果ずれた照射位置Ｐを初期の加工点に移動すべく、第２調節ステップＳ４を行う。具体的には、図５（Ｂ）の状態から、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第２移動部２４を作動させて、集光レンズ１８をＸ軸方向（第２方向）において移動させ、第２方向において、コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を変化させる（図５（Ｃ）参照）。これにより、集光レンズ１８からのレーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）を、第２方向（Ｘ方向）において移動させて、例えば、図５（Ｃ）に示すように、加工点（初期位置である軸Ｑの位置）に位置させることができる。
【００５５】
このようにして、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方（図５の場合は第２移動部２４）を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる。よって、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれを補正することができる。
【００５６】
ここで、図１９は、典型的なレーザ加工ヘッドの調整過程を示す図であり、（Ａ）（Ｂ）（の順に、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の何れかを移動させていることを示す。
【００５７】
図１９に示す典型的なレーザ加工ヘッドでは、上述した図２、図３、図５〜図１８に示すレーザ加工ヘッド６とは異なり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、コマ収差が補正されており、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じないもしくは非常に小さくなるようになっている。
【００５８】
図１９（Ａ）に示す初期状態では、上述した図５（Ａ）と同様、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６、及び、集光レンズ１８は、同軸上に並んでおり、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８の光軸と、レーザ照射部１４からの入射光の光軸が軸Ｑで一致している。ただし、この初期状態において、照射位置ＰでのＸ方向におけるエネルギー強度分布に偏りがあり、Ｘ方向の一端部においてエネルギー密度が高く、他端部に向かうにつれてエネルギー密度が減少するようになっている。
【００５９】
図１９に示す例のように、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系として、コマ収差が補正された光学系を用いられている場合、図１９（Ａ）に示す初期状態から、レーザ照射部１４を移動させて、レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を変化させても（図１９（Ｂ）参照）、上述の光学系のコマ収差が補正されていることから、集光レンズ１８による集光位置（即ち被加工物１００上のレーザ照射位置Ｐ）においてレーザ光は一点に集束する。このため、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布（図１９（Ｂ）（ａ）参照）は、上述の相対位置の変化前（図１９（Ａ）（ａ）参照）と比べて大きくは変わらない。したがって、このようなレーザ加工ヘッドでは、エネルギー強度分布を効果的に調節することは難しい。
【００６０】
この点、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６では、上述したように、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方（例えば、図５においては第１移動部２０）を作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部２０及び第２移動部２４の一方（図５の場合は第１移動部２０）を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、第２調節ステップにおいて、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方（図５の場合は第２移動部２４）を適切に作動させることにより、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる。よって、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれを補正することができる。
【００６１】
このように、実施形態に係るレーザ加工ヘッド６によれば、被加工物１００に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物１００上でのレーザ照射位置Ｐの調節とを独立して行い、かつ、両立することができる。
【００６２】
なお、本明細書では、第１調節ステップＳ２でのエネルギー強度分布の調節として、主に、エネルギー強度分布を平坦化させることについて説明するが、本発明はこれに限定されず、所望のエネルギー強度分布に調節するものが含まれる。例えば、被加工物を２つに分断して、一方を製品とし他方をスクラップとして廃棄する場合は、スクラップの加工面が粗くても問題ないので、スクラップとなる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とする必要はない。即ち、製品となる側の被加工物に接触するレーザ光の領域を強いエネルギー分布とすればよいので、エネルギー強度分布に敢えてある程度の偏りを持たせるように、該エネルギー分布を調節することも、本発明に含まれる。
【００６３】
次に、図５〜図１８を参照して、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法における第１移動部２０及び第２移動部２４の具体的な動かし方のパターンについて説明する。なお、図５については、既に第１移動部２０及び第２移動部２４の動かし方について具体的に説明したので、以下においては、図６〜図１８に示す例について、図５に示す場合との違いを中心に説明し、図５の場合と同じ点については、説明を適宜省略する。また、図５〜図１８に示す各例では、レーザ光のエネルギー強度分布を平坦化するように調整している。
【００６４】
図６におけるレーザ加工ヘッド６は、図５に示す例と同様、図２に示すレーザ加工ヘッドに対応している。すなわち、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、図５の場合と同様、第１移動部２０によってレーザ照射部１４が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、図５に示す場合と異なり、第２移動部２４を作動させた場合のほうが、第１移動部２０を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
【００６５】
図６に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２と、第２調節ステップＳ４において、作動させる移動部（第１移動部２０又は第２移動部２４）が図５の場合と異なる。
すなわち、図６に示すレーザ加工ヘッド６では、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第２移動部２４を作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第２移動部２４を適切に作動させることにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる（図６（Ｂ）参照）。
また、第２調節ステップＳ４において、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第１移動部２０を適切に作動させて、レーザ照射部１４を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図６（Ｃ）参照）。これにより、第１調節ステップＳ２においてエネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置Ｐのずれ（図６（Ｂ）参照）を補正することができる。
【００６６】
図７及び図８に示す例は、それぞれ、図３に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであるが、その他の点は、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様である。
すなわち、図７及び図８に示すレーザ加工ヘッド６では、コリメートレンズ１６及び集光レンズ１８を含む光学系は、集光レンズ１８を通過したレーザ光にコマ収差が生じるように構成されている。また、図７及び図８に示すレーザ加工ヘッド６では、第１移動部２０によってコリメートレンズ１６が移動可能になっており、第２移動部２４によって集光レンズ１８が移動可能になっている。さらに、図７に示すレーザ加工ヘッド６では、図５に示す場合と同様、第１移動部２０を作動させた場合のほうが、第２移動部２４を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成され、図８に示すレーザ加工ヘッド６では、図６に示す場合と同様、第２移動部２４を作動させた場合のほうが、第１移動部２０を作動させた場合に比べ、コマ収差の変化量がより大きく生じるように構成されている。
【００６７】
したがって、図７に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第１移動部２０を作動させて、コリメートレンズ１６を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる（図７（Ｂ）参照）。
また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第２移動部２４を適切に作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図７（Ｃ）参照）。
【００６８】
また、図８に示すレーザ加工ヘッド６の調整においては、第１調節ステップＳ２において、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる第２移動部２４を適切に作動させて、コリメートレンズ１６を上述の第２方向において移動させる。これにより、該第２方向においてコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる（図８（Ｂ）参照）。
また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる第１移動部２０を作動させて、コリメートレンズ１６を移動させる。これにより、上述の第１方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図８（Ｃ）参照）。
【００６９】
図９及び図１０に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図５及び図６に示す例と類似している。
図９及び図１０に示す例において、図５及び図６と異なっているのは、初期状態（図９（Ａ）、図１０（Ａ）参照）において、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されていること、及び、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
【００７０】
図９及び図１０に示す例では、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布が既に平坦化されているため、くりぬき加工等のレーザ光がその全周にわたって切断に寄与する場合は、それ以上エネルギー強度分布を調整する必要がない（即ち、第１調節ステップＳ２を行う必要がない）。よって、初期状態（図９（Ａ）、図１０（Ａ）参照）において生じている照射位置Ｐのずれを、第２調節ステップＳ４を行って是正している（図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）参照）。
あえてエネルギー分布を偏らせる場合は、初期状態のエネルギー分布が平坦化されている状態で第１調節ステップＳ２を行い、この調節により生じた照射位置Ｐのずれを、第２調節ステップＳ４を行って是正すればよい。
なお、図９に示す例における第２調節ステップＳ４は、図５に示す例における第２調節ステップＳ４と同じであり、図１０に示す例における第２調節ステップＳ４は、図６に示す例における第２調節ステップＳ４と同じであるから、説明を省略する。
初期状態において照射位置Ｐがずれている場合であって、エネルギー強度分布を調節する場合も、先にエネルギー強度分布を調節してから照射位置Ｐを調節する。上述したように、エネルギー強度分布を調節すると照射位置Ｐがずれるため、先に調節した照射位置Ｐを再度調節する必要があり、二度手間となるからである。
【００７１】
図１１及び図１２に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図５及び図６に示す例と類似している。
図１１及び図１２に示す例において、図５及び図６と異なっているのは、初期状態（図１１（Ａ）、図１２（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
【００７２】
図１１及び図１２に示す例では、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）参照）、第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１１（Ｃ）、図１２（Ｃ）参照）。
ただし、図１１及び図１２に示す例では、初期状態において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑからずれているのに加え、第１調節ステップＳ２を行ってエネルギー強度分布の調節をしたときに、さらに照射位置Ｐの軸Ｑ（加工点）からのずれが大きくなっている（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）参照）。このため、第２調節ステップＳ４でレーザ光の照射位置Ｐを軸Ｑ（加工点）の位置まで移動させるために、第１移動部２０又は第２移動部２４の移動量をより大きくする必要がある。
【００７３】
図１３及び図１４に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１１及び図１２に示す例と類似している。
図１３及び図１４に示す例において、図１１及び図１２と異なっているのは、初期状態（図１３（Ａ）、図１４（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に、該加工点からずれていることである。
【００７４】
図１３及び図１４に示す例では、図１１及び図１２に示す例とそれぞれ同様に（すなわち、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に）、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）参照）、
第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）参照）。
【００７５】
ただし、図１３及び図１４に示す例では、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において（図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）参照）、レーザ光の照射位置Ｐが、初期状態の位置から、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に移動した。この場合、第２調節ステップＳ４では、図１１及び図１２に示す例と同じ方向に第１移動部２０又は第２移動部２４を動かすことにより、照射位置Ｐを適切に調節することができる。
【００７６】
図１５及び図１６に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１３及び図１４に示す例と類似している。
図１５及び図１６に示す例において、図１３及び図１４と異なっているのは、初期状態（図１５（Ａ）、図１６（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）において、加工点を示す軸Ｑを挟んで反対側に、該加工点からずれており、そのずれ量がより大きいことである。
【００７７】
図１５及び図１６に示す例では、図１３及び図１４に示す例とそれぞれ同様に（すなわち、図５及び図６に示す例とそれぞれ同様に）、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をすることができるとともに（図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）参照）、第２調節ステップＳ４を行うことでレーザ光の照射位置Ｐの調節をすることができる（図１５（Ｃ）、図１６（Ｃ）参照）。
【００７８】
図１５及び図１６に示す例では、第１調節ステップＳ２を行うことでエネルギー強度分布の調節をした時点において（図１５（Ｂ）、図１５（Ｂ）参照）、レーザ光の照射位置Ｐが、初期状態の位置から、Ｘ方向において、軸Ｑ（加工点）に近づくように、ただし加工点を超えない範囲で移動した。この場合、第２調節ステップＳ４では、図１３及び図１４に示す例とはＸ方向において逆向きに第１移動部２０又は第２移動部２４を動かすことにより、照射位置Ｐを適切に調節することができる（図１５（Ｃ）、図１６（Ｃ）参照）。
【００７９】
図１７及び図１８において、（Ａ２）は、（Ａ１）のＡ２−Ａ２断面矢視図を示す。また、（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ２）と同じ位置から視た場合の、レーザ加工ヘッド６の調整過程の一例を示す図である。
図１７及び図１８に示す例は、それぞれ、図２に示すレーザ加工ヘッド６に対応したものであり、図１５及び図１６に示す例と類似している。
図１７及び図１８に示す例において、図１５及び図１６と異なっているのは、初期状態（図１７（Ａ）、図１８（Ａ）参照）において、レーザ光の照射位置Ｐ（集光位置）が、Ｘ方向（第１方向、第２方向）のみならず、Ｘ方向に直交するＹ方向にも、加工点を示す軸Ｑからずれていることである。
【００８０】
図１７及び図１８に示す例では、初期状態においてＸ方向に偏っているエネルギー強度分布を平坦化する。まず第１調節ステップＳ２では、第１移動部２０及び第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させて、レーザ照射部１４または集光レンズ１８をＸ方向に移動させることにより、レーザ照射位置ＰにおけるＸ方向のエネルギー強度分布の調節を行っている（図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）参照）。
また、第２調節ステップＳ４では、第１移動部２０と第２移動部２４のうち、コマ収差の変化量がより小さく生じる一方を作動させて、集光レンズ１８又はレーザ照射部１４をＸ方向及びＹ方向に適宜移動させる。これにより、Ｘ方向及びＹ方向においてレーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の相対位置又はコリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の相対位置を移動させて、レーザ光の照射位置Ｐを適切に調節することができる（図１７（Ｃ）、図１８（Ｃ）参照）。
【００８１】
幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
例えば、図５、図１１、図１３、図１５及び図１７に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が低い位置から高い位置へ向かう方向に沿って、レーザ照射部１４を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
【００８２】
あるいは、幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
例えば、図７に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、コリメートレンズ１６を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
【００８３】
あるいは、幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２では、ＸＹ平面内において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光光学系を移動させるように、第２移動部２４を作動させる（すなわち、第２移動ステップを実行する）。
例えば、図６、図８、図１２、図１４、図１６及び図１８に示す例では、初期状態（各図の（Ａ）参照）において、Ｘ方向にエネルギー強度分布の偏りが存在し、第１調節ステップＳ２では、Ｘ方向において、エネルギー強度が高い位置から低い位置へ向かう方向に沿って、集光レンズ１８を移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化するように調節している（各図の（Ｂ）参照）。
【００８４】
このように、エネルギー強度分布の向きに応じて、適切に第１移動部２０又は第２移動部２４を作動させて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８を適切に移動させることにより、エネルギー強度分布を平坦化することができる。
【００８５】
幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点に向かう方向に沿って集光光学系を移動させるように、第２移動部２４を作動させる（すなわち、第２移動ステップを実行する）。
例えば、図５、図７、図１１、図１３、図１５及び図１７に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿って集光レンズ１８を移動させるように、第２移動部２４を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
【００８６】
あるいは、幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、該加工点から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
例えば、図６、図１２、図１４、図１６及び図１８に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、上述の加工点（軸Ｑ）から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させるように、第１移動部２０を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
【００８７】
あるいは、幾つかの実施形態では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点に向かう方向に沿って、コリメート光学系を移動させるように、第１移動部２０を作動させる（すなわち、第１移動ステップを実行する）。
例えば、図８に示す例では、第２調節ステップＳ４では、被加工物１００の加工面において、第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐから上述の加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿ってコリメートレンズ１６を移動させるように、第１移動部２０を作動させることにより、照射位置Ｐが加工点に近づくように、該照射位置Ｐの調節を行っている。
【００８８】
このように、第２調節ステップＳ４において、第１調節ステップＳ２後のレーザ照射位置Ｐから加工点（軸Ｑ）に向かう方向に沿って集光レンズ１８又はコリメートレンズ１６を移動させることで、あるいは、加工点（軸Ｑ）から第１調節ステップＳ２後の照射位置Ｐに向かう方向に沿ってレーザ照射部１４を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置Ｐを、所望の位置（即ち加工点）に適切に移動させることができる。
【００８９】
幾つかの実施形態では、第１移動部２０の作動による（すなわち第１移動ステップにおける）レーザ照射部１４に対するコリメート光学系の移動方向において、該移動方向の向きと、第２移動部２４の作動による（すなわち第２移動ステップにおける）コリメート光学系に対する集光光学系の移動方向の向きとが反対である。
例えば、図５、図６、図７、図８、図１１、図１２、図１３、図１４及び図１７に示す例では、第１移動部２０の作動による（すなわち第１移動ステップにおける）レーザ照射部１４に対するコリメートレンズ１６の移動方向において、該移動方向の向きと、第２移動部２４の作動による（すなわち第２移動ステップにおける）コリメートレンズ１６に対する集光レンズ１８の移動方向の向きとが反対である。
【００９０】
このように、初期状態（各図の（Ａ）参照）における照射位置Ｐが、被加工物１００における加工点とあまり大きくずれていない場合、上述のように第１移動ステップすることで、エネルギー強度分布を平坦化するとともに、照射位置Ｐのずれを是正することができる。
【００９１】
幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
なお、加工点におけるレーザ光のエネルギー強度分布は、例えば、ビームモード計測器（ビームプロファイラ）により測定してもよい。
【００９２】
幾つかの実施形態に係るレーザ加工装置１（図１参照）は、上述したレーザ加工ヘッド６と、レーザ加工ヘッド６から出力されるレーザ光の被加工物１００の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部（不図示）と、制御部（不図示）と、を備えていてもよい。
制御部は、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するように構成される。
なお、計測部は、例えば、上述のビームモード計測器であってもよい。
【００９３】
幾つかの実施形態では、第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定するようにしてもよい。
【００９４】
このように、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップＳ２において、被加工物１００の加工点におけるエネルギー強度分布の計測結果、又は、被加工物１００の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部１４、コリメートレンズ１６又は集光レンズ１８の移動方向又は移動量を決定することにより、レーザ照射位置Ｐにおけるエネルギー強度分布をより的確に調節することができる。
【００９５】
以下、幾つかの実施形態に係るレーザ加工ヘッド６及びレーザ加工装置１、並びに、レーザ加工ヘッド６の調整方法について概要を記載する。
【００９６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、
レーザ照射部と、
前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させるための第１移動部と、
前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させるための第２移動部と、
をさらに備える。
【００９７】
コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系として、上述の構成とは異なりコマ収差が補正された光学系を用いた場合、レーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置、又は、コリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させたとしても、集光光学系による集光位置（即ち被加工物上のレーザ照射位置）においてレーザ光は一点に集束するため、該集光位置におけるエネルギー強度分布は、上述の相対位置の変化前と比べて大きくは変わらない。
【００９８】
これに対し、上記（１）の構成では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第１移動部によってレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第２移動部によってコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる（コマ収差が発生する）。したがって、第１移動部及び第２移動部のうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動部及び第２移動部の一方を適切に作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、上記（１）の構成では、第１移動部及び第２移動部の他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を、第１移動部及び第２移動部の前記一方とは独立して作動可能にしたので、該他方を作動させることにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第１移動部及び第２移動部の前記他方を適切に作動させることにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記（１）の構成によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
【００９９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
【０１００】
上記（２）の構成によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記（１）の構成を実現することができる。
【０１０１】
（３）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工装置は、
上記（１）又は（２）に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度分布を計測するように構成された計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するように構成された制御部と、
を備える。
【０１０２】
上記（３）の構成によれば、計測部によるエネルギー強度分布の計測結果に基づいて、第１移動部又は第２移動部による前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
【０１０３】
（４）本発明の少なくとも一実施形態に係るレーザ加工ヘッドの調整方法は、
レーザ照射部と、前記レーザ照射部からのレーザ光をコリメートするためのコリメート光学系と、前記コリメート光学系を通過したレーザ光を集光するための集光光学系と、を含むレーザ加工ヘッドの調整方法であって、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系を含む光学系は、前記集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成され、
前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の中心軸に直交する第１方向において、前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の相対位置を変化させるように前記レーザ照射部又は前記コリメート光学系の少なくとも一方を移動させる第１移動ステップと、
前記集光光学系の中心軸に直交する第２方向において、前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の相対位置を変化させるように前記集光光学系を移動させる第２移動ステップと、
を備える。
【０１０４】
上記（４）の方法では、コリメート光学系及び集光光学系を含む光学系は、集光光学系を通過したレーザ光にコマ収差が生じ得るように構成したので、第１移動ステップにおいてレーザ照射部に対するコリメート光学系の相対位置を変化させることにより、又は、第２移動ステップにおいてコリメート光学系に対する集光光学系の相対位置を変化させることにより、集光光学系からのレーザ光は、光線の中心付近の光が集光する位置と、外側の光が集光する位置とがずれる（コマ収差が発生する）。したがって、第１移動ステップ及び第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。よって、第１移動ステップ及び第２移動ステップの一方を適切に行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を適切に調節することができる。
また、上記（４）の方法では、第１移動ステップ及び第２移動ステップの他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を、第１移動ステップ及び第２移動ステップの前記一方とは独立して行うようにしたので、該他方を行うことにより、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。よって、第１移動ステップ及び第２移動ステップの前記他方を適切に行うことにより、エネルギー強度分布を調整する際に生じるレーザ照射位置のずれを補正することができる。
よって、上記（４）の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節とを両立することができる。
【０１０５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、
前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、
前記レーザ照射部、前記コリメート光学系及び前記集光光学系は、前記集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列されている。
【０１０６】
上記（５）の方法によれば、コリメート光学系及び集光光学系は、それぞれ、少なくとも１つのレンズを含み、かつ、レーザ照射部、コリメート光学系及び集光光学系を、集光光学系の中心軸に沿った方向においてこの順に配列したので、コンパクトな構成で、上記（５）の方法を実現することができる。
【０１０７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の方法において、
前記レーザ加工ヘッドから出力されるレーザ光の被加工物の加工面におけるエネルギー強度を所望の分布に調節するように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの一方を実行する第１調節ステップと、
前記第１調節ステップの後、前記加工面における照射位置を調節するように、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する第２調節ステップと、
を備え、
前記第１調節ステップでは、前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップのうち、前記第１方向における前記レーザ照射部に対する前記コリメート光学系の移動量又は前記第２方向における前記コリメート光学系に対する前記集光光学系の移動量に対する前記コマ収差の変化量が大きい一方を実行する。
【０１０８】
上記（６）の方法によれば、まず、第１調節ステップにおいて、第１移動ステップ又は第２移動ステップのうち、コマ収差の変化量がより大きく生じる一方を行って、被加工物の加工面におけるレーザ光のエネルギー強度分布の調節を行うようにしたので、より大きなコマ収差変化量を利用して、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を効果的に変化させることができる。また、第１調節ステップの後、第２調節ステップにおいて、第１移動ステップ又は第２ステップの他方（コマ収差の変化量がより小さく生じる一方）を行ってレーザ照射位置を調節するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布を大きく変えずにレーザ照射位置を調節することができる。
よって、上記（６）の方法によれば、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布の調節と、被加工物上でのレーザ照射位置の調節との両立がしやすくなる。
【０１０９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記第１調節ステップでは、前記エネルギー強度分布を計測し、該エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
【０１１０】
上記（７）の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップにおいて、エネルギー強度分布の計測結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
【０１１１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の方法において、
前記第１調節ステップでは、前記被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、前記レーザ照射部、前記コリメート光学系又は前記集光光学系の移動方向又は移動量を決定する。
【０１１２】
上記（８）の方法によれば、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布の調節を行う第１調節ステップにおいて、被加工物の加工痕の観察結果に基づいて、レーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系の移動方向又は移動量を決定するようにしたので、レーザ照射位置におけるエネルギー強度分布をより的確に変化させることができる。
【０１１３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の何れかの方法において、
前記第２調節ステップでは、前記照射位置が前記加工面上の加工点に近づくように前記第１移動ステップ又は前記第２移動ステップの他方を実行する。
【０１１４】
上記（９）の方法によれば、レーザ照射位置の調節を行う第２調節ステップにおいて、レーザ照射位置が被加工物の加工面上の加工点に近づくようにレーザ照射部、コリメート光学系又は集光光学系を移動させるので、所定の加工点において被加工物の加工を適切に行うことができる。
【０１１５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記集光光学系を移動させるように前記第２移動ステップを実行する。
【０１１６】
（１１）あるいは、幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記加工点から前記第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿って、前記レーザ照射部を移動させるように前記第１移動ステップを実行する。
【０１１７】
（１２）あるいは、幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
前記第２調節ステップでは、前記加工面において、前記第１調節ステップ後の照射位置から前記加工点に向かう方向に沿って、前記コリメート光学系を移動させるように前記第１移動ステップを実行する。
【０１１８】
上記（１０）〜（１２）の方法によれば、第２調節ステップにおいて、第１調節ステップ後のレーザ照射位置から加工点に向かう方向に沿って集光光学系又はコリメート光学系を移動させることで、あるいは、加工点から第１調節ステップ後の照射位置に向かう方向に沿ってレーザ照射部を移動させることによって、加工面におけるレーザ照射位置を、所望の位置（即ち加工点）に移動させることができる。
【０１１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【０１２０】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【０１２１】
１      レーザ加工装置
２      レーザ発振器
４      光ファイバ
６      レーザ加工ヘッド
８      加工ステージ
１２    ハウジング
１４    レーザ照射部
１６    コリメートレンズ
１８    集光レンズ
２０    第１移動部
２１    保持部
２２    第１レンズ保持部
２４    第２移動部
２５    第２レンズ保持部
２６    アシストガスノズル
２８    ガス供給口
３０    ガス吹出口
１００  被加工物
Ｏ１〜Ｏ３    中心軸
Ｐ      照射位置
【図１】
0006920540.tif 000002
【図２】
0006920540.tif 000003
【図３】
0006920540.tif 000004
【図４】
0006920540.tif 000005
【図５】
0006920540.tif 000006
【図６】
0006920540.tif 000007
【図７】
0006920540.tif 000008
【図８】
0006920540.tif 000009
【図９】
0006920540.tif 000010
【図１０】
0006920540.tif 000011
【図１１】
0006920540.tif 000012
【図１２】
0006920540.tif 000013
【図１３】
0006920540.tif 000014
【図１４】
0006920540.tif 000015
【図１５】
0006920540.tif 000016
【図１６】
0006920540.tif 000017
【図１７】
0006920540.tif 000018
【図１８】
0006920540.tif 000019
【図１９】
0006920540.tif 000020