知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024058596
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】偏光調整装置及びレーザ加工機
(51)【国際特許分類】
H01S 3/10 20060101AFI20240418BHJP
B23K 26/067 20060101ALI20240418BHJP
B23K 26/38 20140101ALI20240418BHJP
B23K 26/062 20140101ALI20240418BHJP
H01S 3/00 20060101ALN20240418BHJP
【ＦＩ】
H01S3/10
B23K26/067
B23K26/38 A
B23K26/062
H01S3/00 B
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023152528
(22)【出願日】2023-09-20
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-01-11
(31)【優先権主張番号】P 2022164531
(32)【優先日】2022-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】390014672
【氏名又は名称】株式会社アマダ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100170575
【弁理士】
【氏名又は名称】森 太士
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 亮平
【テーマコード（参考）】
4E168
5F172
【Ｆターム（参考）】
4E168AD07
4E168CB03
4E168CB07
4E168DA02
4E168DA26
4E168DA28
4E168DA36
4E168DA39
4E168DA60
4E168EA04
4E168EA13
4E168EA17
4E168KB02
5F172AM08
5F172NN28
5F172NR13
5F172ZZ01
(57)【要約】
【課題】ランダム偏光のレーザビームに含まれる２つの直線偏光の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくす。
【解決手段】第１の光学素子は、ランダム偏光のレーザビームを、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とに分離する。第２の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第２の直線偏光の偏光方向を第１の偏光方向に変換する。アキシコンレンズは、第２の光学素子より射出された第２の直線偏光、または第２の光学素子に入射される第２の直線偏光をリング状に広げる。第３の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第１の直線偏光と、アキシコンレンズによってリング状に広げられた第２の直線偏光とを同軸で射出する。
【選択図】図２
【解決手段】第１の光学素子は、ランダム偏光のレーザビームを、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とに分離する。第２の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第２の直線偏光の偏光方向を第１の偏光方向に変換する。アキシコンレンズは、第２の光学素子より射出された第２の直線偏光、または第２の光学素子に入射される第２の直線偏光をリング状に広げる。第３の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第１の直線偏光と、アキシコンレンズによってリング状に広げられた第２の直線偏光とを同軸で射出する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とを含むランダム偏光のレーザビームを、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とに分離する第１の光学素子と、
前記第１の光学素子によって分離された前記第２の直線偏光の偏光方向を前記第１の偏光方向に変換する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子より射出された前記第２の直線偏光、または前記第２の光学素子に入射される前記第２の直線偏光をリング状に広げるアキシコンレンズと、
前記第１の光学素子によって分離された前記第１の直線偏光と、前記アキシコンレンズによってリング状に広げられた前記第２の直線偏光とを同軸で射出する、前記第１の光学素子と兼用されている、または前記第１の光学素子とは別体の第３の光学素子と、
を備える偏光調整装置。
前記第１の光学素子によって分離された前記第２の直線偏光の偏光方向を前記第１の偏光方向に変換する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子より射出された前記第２の直線偏光、または前記第２の光学素子に入射される前記第２の直線偏光をリング状に広げるアキシコンレンズと、
前記第１の光学素子によって分離された前記第１の直線偏光と、前記アキシコンレンズによってリング状に広げられた前記第２の直線偏光とを同軸で射出する、前記第１の光学素子と兼用されている、または前記第１の光学素子とは別体の第３の光学素子と、
を備える偏光調整装置。
【請求項2】
前記第１の光学素子と前記第３の光学素子とを兼用する兼用光学素子を備え、
前記兼用光学素子は、入射された前記ランダム偏光のレーザビームにおける前記第１の直線偏光を反射させ、前記第２の直線偏光を透過させることによって、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とを分離する偏光分離領域を中心部に有し、前記偏光分離領域の周囲に前記第１の偏光方向の直線偏光を透過させる透過領域を有し、
前記第２の光学素子は、前記偏光分離領域を透過した前記第２の直線偏光を第１の円偏光に変換する１／４波長板と、前記第１の円偏光を反射させて第２の円偏光として射出する第１の反射ミラーとを有し、
前記１／４波長板は、前記第１の反射ミラーより反射された前記第２の円偏光を前記第１の偏光方向の前記第２の直線偏光に変換し、
前記偏光分離領域は、前記１／４波長板より射出された前記第２の直線偏光を反射させ、
前記アキシコンレンズは、前記偏光分離領域で反射した前記第２の直線偏光をリング状に広げ、
前記アキシコンレンズより射出された前記第２の直線偏光を反射する第２の反射ミラーをさらに備え、
前記アキシコンレンズは、前記第２の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光を前記透過領域に入射させ、
前記兼用光学素子は、前記偏光分離領域により反射した前記第１の直線偏光と、前記透過領域を透過した前記第２の直線偏光とを同軸で射出する
請求項１に記載の偏光調整装置。
前記兼用光学素子は、入射された前記ランダム偏光のレーザビームにおける前記第１の直線偏光を反射させ、前記第２の直線偏光を透過させることによって、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とを分離する偏光分離領域を中心部に有し、前記偏光分離領域の周囲に前記第１の偏光方向の直線偏光を透過させる透過領域を有し、
前記第２の光学素子は、前記偏光分離領域を透過した前記第２の直線偏光を第１の円偏光に変換する１／４波長板と、前記第１の円偏光を反射させて第２の円偏光として射出する第１の反射ミラーとを有し、
前記１／４波長板は、前記第１の反射ミラーより反射された前記第２の円偏光を前記第１の偏光方向の前記第２の直線偏光に変換し、
前記偏光分離領域は、前記１／４波長板より射出された前記第２の直線偏光を反射させ、
前記アキシコンレンズは、前記偏光分離領域で反射した前記第２の直線偏光をリング状に広げ、
前記アキシコンレンズより射出された前記第２の直線偏光を反射する第２の反射ミラーをさらに備え、
前記アキシコンレンズは、前記第２の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光を前記透過領域に入射させ、
前記兼用光学素子は、前記偏光分離領域により反射した前記第１の直線偏光と、前記透過領域を透過した前記第２の直線偏光とを同軸で射出する
請求項１に記載の偏光調整装置。
【請求項3】
前記第３の光学素子は、
前記第１の光学素子とは別体であり、
入射されたレーザビームを透過させる透過領域を中心部に有し、前記透過領域の周囲に、入射されたレーザビームを反射させる反射領域を有し、
前記第１の光学素子は、前記ランダム偏光のレーザビームにおける前記第１の直線偏光を透過させて前記透過領域に入射させ、前記第２の直線偏光を反射させることにより前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とを分離し、
前記第１の光学素子より反射された前記第２の直線偏光を反射させる第１の反射ミラーをさらに備え、
前記アキシコンレンズは、前記第１の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光をリング状に広げ、
前記アキシコンレンズより射出された前記第２の直線偏光を反射する第２の反射ミラーをさらに備え、
前記第２の光学素子は、
１／２波長板であり、
前記第２の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光の偏光方向を前記第１の偏光方向に変換して前記反射領域に入射させ、
前記第３の光学素子は、前記透過領域を透過した前記第１の直線偏光と、前記反射領域により反射した前記第２の直線偏光とを同軸で射出する
請求項１に記載の偏光調整装置。
前記第１の光学素子とは別体であり、
入射されたレーザビームを透過させる透過領域を中心部に有し、前記透過領域の周囲に、入射されたレーザビームを反射させる反射領域を有し、
前記第１の光学素子は、前記ランダム偏光のレーザビームにおける前記第１の直線偏光を透過させて前記透過領域に入射させ、前記第２の直線偏光を反射させることにより前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とを分離し、
前記第１の光学素子より反射された前記第２の直線偏光を反射させる第１の反射ミラーをさらに備え、
前記アキシコンレンズは、前記第１の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光をリング状に広げ、
前記アキシコンレンズより射出された前記第２の直線偏光を反射する第２の反射ミラーをさらに備え、
前記第２の光学素子は、
１／２波長板であり、
前記第２の反射ミラーより反射された前記第２の直線偏光の偏光方向を前記第１の偏光方向に変換して前記反射領域に入射させ、
前記第３の光学素子は、前記透過領域を透過した前記第１の直線偏光と、前記反射領域により反射した前記第２の直線偏光とを同軸で射出する
請求項１に記載の偏光調整装置。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の偏光調整装置と、
前記偏光調整装置より同軸で射出された前記第１の直線偏光及び前記第２の直線偏光の偏光方向を、被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するときの切断進行方向と平行となるように制御する偏光方向制御機構と、
を備えるレーザ加工機。
前記偏光調整装置より同軸で射出された前記第１の直線偏光及び前記第２の直線偏光の偏光方向を、被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するときの切断進行方向と平行となるように制御する偏光方向制御機構と、
を備えるレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、偏光調整装置及びレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザ加工機は、レーザ発振器より射出されたレーザビームによって金属の被加工材を切断加工する。レーザ発振器が射出するレーザビームは、互いに直交する２つの直線偏光成分（以下、ｐ偏光、ｓ偏光と言う）を含むランダム偏光である。ランダム偏光のレーザビームにより切断加工を行う際の被加工材のレーザビームの吸収率は、レーザビームが被加工材へ入射する入射角度に応じて変化することが知られている。ランダム偏光のレーザビームの吸収率は、ｐ偏光の吸収率とｓ偏光の吸収率の平均値となる。
【0003】
レーザ加工機による一般的な切断加工においては、レーザビームは被加工材に対して８２度～８８度の入射角度で入射されて、被加工材が切断される。被加工材の金属が鉄、レーザビームの波長が１μｍ帯である場合を例として、レーザビームの入射角が８２度～８８度であると、p偏光の吸収率が最大で９０％程度となるのに対し、s偏光の吸収率は１０％未満となる。ランダム偏光のレーザビームの吸収率はｐ偏光の吸収率とｓ偏光の吸収率との平均値となるため、ランダム偏光のレーザビームの吸収率は４０％またはそれ以下となってしまい、被加工材を切断加工するときの加工効率を低下させる要因の一つとなっている。
【0004】
この問題を解決する方法として、特許文献１には、ランダム偏光のレーザビームに含まれる２つの直線偏光の偏光方向を平行に揃え、偏光方向が平行に揃った２つの直線偏光の偏光方向を、切断加工を行う方向（以下、切断進行方向と言う）と一致させるように制御するレーザ加工機が開示されている。直線偏光の偏光方向を切断進行方向と一致させることにより、カッティングフロントに対するレーザビームの偏光方向がｐ偏光となり、被加工材のレーザビームの吸収率がｐ偏光の吸収率となる。これにより、被加工材のレーザビームの吸収率が向上して加工効率を向上させることができる。なお、ここでのカッティングフロントとは、被加工材が溶融して切断されていくときの切断進行方向の非溶融領域と溶融領域との境界の切断面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平７－２６６０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されているレーザ加工機は、偏光方向が同一且つ波長が同一である２つの直線偏光のレーザビームを一つの集束レンズによって集束させて、被加工材に照射する。しかしながら、原理的に、偏光方向が同一且つ波長が同一の２つのレーザビームを同じ位置に集束させることはできない。したがって、実際には、２つのレーザビームを集束させる位置を異ならせて、２つのレーザビームを例えば横並びに隣接するように配置する必要がある。すなわち、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームは互いに異なる２つの軸に沿って進行するため、２つのレーザビームは切断進行方向に対して異方性を有する。２つのレーザビームが切断進行方向に対する異方性を有すると、被加工材の切断進行方向が任意に変化するレーザ切断加工において切断品質が一定とならず、切断品質の低下を招くことがある。
【0007】
ランダム偏光のレーザビームに含まれる２つの直線偏光の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくすことができる偏光調整装置、及びそのような偏光調整装置を備えるレーザ加工機の登場が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様は、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とを含むランダム偏光のレーザビームを、前記第１の直線偏光と前記第２の直線偏光とに分離する第１の光学素子と、前記第１の光学素子によって分離された前記第２の直線偏光の偏光方向を前記第１の偏光方向に変換する第２の光学素子と、前記第２の光学素子より射出された前記第２の直線偏光、または前記第２の光学素子に入射される前記第２の直線偏光をリング状に広げるアキシコンレンズと、前記第１の光学素子によって分離された前記第１の直線偏光と、前記アキシコンレンズによってリング状に広げられた前記第２の直線偏光とを同軸で射出する、前記第１の光学素子と兼用されている、または前記第１の光学素子とは別体であるの第３の光学素子と、を備える偏光調整装置である。
【0009】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様は、第１の態様の偏光調整装置と、前記偏光調整装置より同軸で射出された前記第１の直線偏光及び前記第２の直線偏光の偏光方向を、被加工材にレーザビームを照射して前記被加工材を切断するときの切断進行方向と平行となるように制御する偏光方向制御機構と、を備えるレーザ加工機である。
【発明の効果】
【0010】
１またはそれ以上の実施形態に係る偏光調整装置によれば、ランダム偏光のレーザビームに含まれる２つの直線偏光の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくすことができる。１またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機によれば、偏光方向を平行に揃えた異方性のない２つのレーザビームによって被加工材を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
１またはそれ以上の実施形態に係る偏光調整装置は、第１の光学素子、第２の光学素子、アキシコンレンズ、第３の光学素子を備える。
【0013】
第１の光学素子は、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と、第1の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とを含むランダム偏光のレーザビームを、第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離する。第２の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第２の直線偏光の偏光方向を第１の偏光方向に変換する。アキシコンレンズは、第２の光学素子により射出された第２の直線偏光、または第２の光学素子に入射される第２の直線偏光を、リング状に広げる。第３の光学素子は、第１の光学素子によって分離された第１の直線偏光と、アキシコンレンズによってリング状に広げられた第２の直線偏光とを同軸で射出する。第３の光学素子は、第１の光学素子と兼用されている、または第１の光学素子とは別体である。
【0014】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る偏光調整装置及びレーザ加工機について、図面を参照して具体的に説明する。
以下、第１実施形態に係る偏光調整装置及びレーザ加工機について、図面を参照して具体的に説明する。
【0015】
図１は、第１実施形態に係る偏光調整装置を備えるレーザ加工機１００の全体的な構成例を示す図である。図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームによって被加工材Ｗを切断加工する加工機である。加工対象の被加工材Ｗは例えば軟鋼板である。被加工材Ｗは、ステンレス鋼等の軟鋼板以外の鉄系の板金であってもよいし、アルミニウム、アルミニウム合金、銅等の鉄系以外の板金であってもよい。
【0016】
図１に示すように、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。また、レーザ加工機１００は、ＮＣ（数値制御：Numerical Control）装置５０と、アシストガス供給装置６０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。
【0017】
レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。
【0018】
レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ～１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ～９５０ｎｍのレーザビームを射出する。
【0019】
プロセスファイバ１２は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送する。なお、第１実施形態においてプロセスファイバ１２で伝送されるレーザビームは、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光とを含むランダム偏光のレーザビームである。
【0020】
レーザ加工ユニット２０は、プロセスファイバ１２によって伝送されたレーザビームを用いて、被加工材Ｗを切断する。レーザ加工ユニット２０は、被加工材Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、加工ヘッド３０Ａとを有している。Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に沿って移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に沿って移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３０Ａを被加工材Ｗの表面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。
【0021】
加工ヘッド３０Ａは、プロセスファイバ１２によって伝送されたレーザビームを被加工材Ｗに照射する。加工ヘッド３０Ａの詳細な構成については、図２～図４を参照して後述する。加工ヘッド３０Ａの先端には、レーザビームを射出するノズル２４が着脱自在に取り付けられている。ノズル２４の先端部には円形の開口２５が設けられており、レーザビームは開口２５から被加工材Ｗに照射される。
【0022】
加工ヘッド３０Ａは、Ｙ軸方向に移動自在のＹ軸キャリッジ２３に固定され、Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸方向に移動自在のＸ軸キャリッジ２２に設けられている。よって、加工ヘッド３０Ａ、即ち、レーザビームを被加工材Ｗに照射する位置を、被加工材Ｗの面（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って移動させることができる。なお、加工ヘッド３０Ａを被加工材Ｗの面に沿って移動させる構成に代えて、加工ヘッド３０Ａの位置を固定したまま、被加工材Ｗを移動する構成であってもよい。レーザ加工機１００は、被加工材Ｗの面に対して加工ヘッド３０Ａを相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。
【0023】
ＮＣ装置５０は、加工プログラムデータベース（図示せず）より、被加工材Ｗを切断加工するための加工プログラムと、加工プログラムに対応して、後述する第１のモータ４１及び第２のモータ４２を制御するための情報とを読み出す。
【0024】
加工プログラムには、加工条件の設定、レーザビームの射出開始及びレーザビームの射出停止、加工ヘッド３０Ａの移動経路（切断加工経路）等の、被加工材Ｗを切断加工するために必要なレーザ加工機１００の一連の動作を規定するコードが記述されている。ＮＣ装置５０は、読み出した情報に基づいて、第１のモータ４１及び第２のモータ４２を制御しつつ、加工プログラムに基づいて被加工材Ｗを切断加工するようＸ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３を制御する。
【0025】
アシストガス供給装置６０は、被加工材Ｗの加工時に、アシストガスを加工ヘッド３０Ａに供給する。アシストガスは、窒素、酸素、窒素と酸素との混合気体、または空気である。例えば、被加工材Ｗがステンレス鋼であれば窒素がアシストガスとして用いられ、被加工材Ｗが軟鋼板であれば酸素がアシストガスとして用いられる。アシストガスは、ノズル２４の開口２５から被加工材Ｗに対して垂直な方向に吹き付けられる。アシストガスは、被加工材Ｗが溶融した切断溝内の溶融金属を排出する。
【0026】
［加工ヘッド３０Ａの構成例］
図２～図５を参照して、加工ヘッド３０Ａの詳細な構成例について説明する。図２は、加工ヘッド３０Ａの構成例を示す。図２に示すように、加工ヘッド３０Ａは、コリメートレンズ３１、特殊偏光ビームスプリッタ３２、１／４波長板３３、第１の反射ミラー３４、アキシコンレンズ３５、第２の反射ミラー３６を有する。図２における特殊偏光ビームスプリッタ３２、１／４波長板３３、第１の反射ミラー３４、アキシコンレンズ３５、第２の反射ミラー３６は、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２とを含むランダム偏光のレーザビームＬにおける第１の直線偏光Ｌ１を第１の直線偏光Ｌ１として射出し、第２の直線偏光Ｌ２を第１の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２２に変換して射出する偏光調整部（偏光調整装置）として機能する。
図２～図５を参照して、加工ヘッド３０Ａの詳細な構成例について説明する。図２は、加工ヘッド３０Ａの構成例を示す。図２に示すように、加工ヘッド３０Ａは、コリメートレンズ３１、特殊偏光ビームスプリッタ３２、１／４波長板３３、第１の反射ミラー３４、アキシコンレンズ３５、第２の反射ミラー３６を有する。図２における特殊偏光ビームスプリッタ３２、１／４波長板３３、第１の反射ミラー３４、アキシコンレンズ３５、第２の反射ミラー３６は、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２とを含むランダム偏光のレーザビームＬにおける第１の直線偏光Ｌ１を第１の直線偏光Ｌ１として射出し、第２の直線偏光Ｌ２を第１の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２２に変換して射出する偏光調整部（偏光調整装置）として機能する。
【0027】
第１実施形態においては、特殊偏光ビームスプリッタ３２は、第１の光学素子と第３の光学素子とを兼用する兼用光学素子として機能する。また、１／４波長板３３及び第１の反射ミラー３４は、第２の光学素子として機能する。また、加工ヘッド３０Ａは、１／２波長板３７、１／２波長板３７を回転させる第１のモータ４１、レンズアレイ３８、レンズアレイ３８を回転させる第２のモータ４２、集束レンズ３９を有する。なお、図２において、中心が黒の二重丸は第１の直線偏光を示し、両矢印は第２の直線偏光を示す。
【0028】
コリメートレンズ３１は、プロセスファイバ１２の射出端より射出された発散光のレーザビームが入射される。コリメートレンズ３１に入射される発散光のレーザビームは、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２とを含むランダム偏光のレーザビームＬである。コリメートレンズ３１は、入射されたランダム偏光のレーザビームＬを平行光（コリメート光）に変換する。コリメートレンズ３１によりコリメート光に変換されたランダム偏光のレーザビームＬは、特殊偏光ビームスプリッタ３２へ入射する。特殊偏光ビームスプリッタ３２は光軸に対して面が４５度の角度となるように配置されている。
【0029】
図３は、特殊偏光ビームスプリッタ３２の構成例を示す。図３に示すように、特殊偏光ビームスプリッタ３２は、中心部に楕円状の偏光分離領域３２１を有し、偏光分離領域３２１の周囲に透過領域３２２を有する。図４は、図２におけるレーザビームの偏光方向及び形状と、第１及び第２の直線偏光Ｌ１、Ｌ２が同軸で射出されるときの第１及び第２の直線偏光Ｌ１、Ｌ２の位置関係を示す。図４は、ランダム偏光のレーザビームＬ、第１の直線偏光Ｌ１、及び第２の直線偏光Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２の外形を模式的に示している。また、図４のランダム偏光のレーザビームＬ、第１の直線偏光Ｌ１、及び第２の直線偏光Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２の中の矢印は、単に各々のレーザビームの偏光方向を模式的に示すものであり、矢印の長さの違いに特に意味はない。
【0030】
偏光分離領域３２１は、入射されたランダム偏光のレーザビームＬにおける第１の直線偏光Ｌ１を反射させ、第２の直線偏光Ｌ２を透過させることによって、図４に示すように、ランダム偏光のレーザビームＬにおける第１の直線偏光Ｌ１と第２の直線偏光Ｌ２とを分離する偏光ビームスプリッタである。透過領域３２２には反射防止コーティングが施されており、透過領域３２２は入射されたレーザビームを透過させる。
【0031】
コリメートレンズ３１より射出されたランダム偏光のレーザビームＬは、特殊偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離領域３２１へ入射する。偏光分離領域３２１は、ランダム偏光のレーザビームＬに含まれる第１の直線偏光Ｌ１をＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させる。また、偏光分離領域３２１は、ランダム偏光のレーザビームＬに含まれる第２の直線偏光Ｌ２を透過させて、１／４波長板３３へ入射させる。
【0032】
１／４波長板３３は、特殊偏光ビームスプリッタ３２と、第１の反射ミラー３４との間に配置され、特殊偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離領域３２１を透過した第２の直線偏光Ｌ２を、第１の円偏光に変換する。１／４波長板３３は例えば水晶により形成され、１／４波長板３３に入射して透過するレーザビームの位相遅れが９０°＋ｎ×３６０°（ｎは整数）となるように構成されることが好ましい。１／４波長板３３は、例えば互いに直交する方向に光学軸を持つように２枚の水晶板が貼り合わされることにより作製されてもよい。１／４波長板３３により変換された第１の円偏光は、第１の反射ミラー３４へ入射する。
【0033】
第１の反射ミラー３４は、入射された第１の円偏光を反射して、第１の円偏光と位相が反転した第２の円偏光として射出する。第１の反射ミラー３４より射出された第２の円偏光は、１／４波長板３３へ入射する。１／４波長板３３は、第１の反射ミラー３４で反射した第２の円偏光を、第１の偏光方向に変換する。
【0034】
以上のような構成により、１／４波長板３３及び第１の反射ミラー３４は、特殊偏光ビームスプリッタ３２によって分離された第２の直線偏光Ｌ２を、図４に示すように、第１の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２１に変換する。１／４波長板３３より射出された第２の直線偏光Ｌ２１は、特殊偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離領域３２１へ入射する。偏光分離領域３２１は、１／４波長板３３より射出された第２の直線偏光Ｌ２１を、Ｚ軸方向上方に向けて反射させる。
【0035】
アキシコンレンズ３５は、特殊偏光ビームスプリッタ３２と、第２の反射ミラー３６との間に配置されている。特殊偏光ビームスプリッタ３２から見て、アキシコンレンズ３５におけるレーザビームの入射面は円錐状の傾斜面、射出面は平坦面となっている。アキシコンレンズ３５の傾斜面は、特殊偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離領域３２１で上方に向けて反射した第２の直線偏光Ｌ２１を、図４に示すように、リング状に広げる。なお、図４アキシコンレンズ３５によりリング状に広げられた第２の直線偏光Ｌ２２は、第２の反射ミラー３６へ入射する。
【0036】
第２の反射ミラー３６は、アキシコンレンズ３５より射出されたた第２の直線偏光Ｌ２２を反射する。第２の反射ミラー３６で反射した第２の直線偏光Ｌ２２は、アキシコンレンズ３５の平坦面に入射して傾斜面より射出する。アキシコンレンズ３５は、入射したリング状の第２の直線偏光Ｌ２２をコリメート光に変換し、特殊偏光ビームスプリッタ３２の透過領域３２２へ入射させる。
【0037】
透過領域３２２は、アキシコンレンズ３５より射出されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２２を透過させる。透過領域３２２を透過した、リング状の第２の直線偏光Ｌ２２は、図４に示すように、偏光分離領域３２１により反射した第１の直線偏光Ｌ１の外側に配置される。
【0038】
以上の構成により、偏光調整部は、特殊偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離領域３２１により下方に反射した第１の直線偏光Ｌ１の外側に、第１の偏光方向を有するリング状の第２の直線偏光Ｌ２２を配置して、第１の直線偏光Ｌ１と第２の直線偏光Ｌ２２とを同軸で射出する。これにより、ランダム偏光のレーザビームＬに含まれる２つの直線偏光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくすことができる。
【0039】
特殊偏光ビームスプリッタ３２より同軸で射出された、第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２は、１／２波長板３７へ入射する。１／２波長板３７は、特殊偏光ビームスプリッタ３２より同軸で射出された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２の光路上に配置され、第１のモータ４１（第１の回転機構）によりＸＹ平面上で回転可能に構成される。
【0040】
第１のモータ４１はＮＣ装置５０（第１の制御部）により制御され、１／２波長板３７をＸＹ平面上で回転させる。ＮＣ装置５０は、１／２波長板３７を透過した第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２の偏光方向が、レーザ加工機１００の切断進行方向と平行となるように、第１のモータ４１を制御する。
【0041】
以上のように、１／２波長板３７と、第１のモータ４１と、ＮＣ装置５０は、特殊偏光ビームスプリッタ３２より射出された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２の偏光方向を、被加工材Ｗにレーザビームを照射して被加工材Ｗを切断するときの切断進行方向と平行となるように制御する偏光方向制御機構として機能する。
【0042】
レーザ加工機１００は、ランダム偏光のレーザビームに含まれる第１の直線偏光Ｌ１と第２の直線偏光Ｌ２の偏光方向を第１の偏光方向に揃え、偏光方向が第１の偏光方向に揃えられたレーザビームにおける偏光方向を、切断進行方向と平行となるように制御する。レーザビームの偏光方向を切断進行方向と一致させることにより、被加工材Ｗが溶融して切断されていくときの切断進行方向の非溶融領域と溶融領域との境界の切断面であるカッティングフロントに対するレーザビームの偏光方向がｐ偏光となるため、被加工材Ｗのレーザビームの吸収率を向上させることができる。
【0043】
１／２波長板３７より射出され、偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームは、レンズアレイ３８へ入射する。レンズアレイ３８は、１／２波長板３７により偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームの光路上に配置され、第２のモータ４２（第２の回転機構）により回転可能に構成される。
【0044】
図５は、レンズアレイ３８の構成例を示す。図５に示すように、レンズアレイ３８は、２次元配列された複数の矩形状のレンズ３８ａを含む。複数のレンズ３８ａの各々には、１／２波長板３７により偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームが入射される。なお、複数のレンズ３８ａにおける各レンズ３８ａは、凸レンズであっても凹レンズであってもよく、レンズアレイ３８は、複数のレンズ３８ａの全体が凸レンズと凹レンズとのうちのいずれか一方で構成される。
【0045】
集束レンズ３９は、レンズアレイ３８における各レンズ３８ａを透過したレーザビームを互いに重畳させるように集束させることにより、強度分布が均一な矩形状のレーザビームを被加工材Ｗの加工点ＷＰに照射する。
【0046】
第２のモータ４２はＮＣ装置５０（第２の制御部）により制御される。ＮＣ装置５０は、レンズアレイ３８及び集束レンズ３９を透過して、被加工材Ｗの加工点ＷＰに照射される矩形状のレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように、第２のモータ４２を制御する。なお、ＮＣ装置５０が第１及び第２の制御部として機能しているが、第１のモータ４１を制御する制御部と第２のモータ４２を制御する制御部とが別々に設けられていてもよい。
【0047】
以上のように、レンズアレイ３８と、第２のモータ４２と、集束レンズ３９と、ＮＣ装置５０は、偏光方向制御機構により偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームを矩形状に整形し、矩形状に整形されたレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように制御する矩形ビーム角度制御機構として機能する。
【0048】
図６Ａは、被加工材Ｗの切断進行方向と、被加工材Ｗに照射されるレーザビームの偏光方向との関係を示している。図６Ａは、特殊偏光ビームスプリッタ３２より同軸で射出された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２が、レンズアレイ３８により矩形状に整形され、被加工材に照射されるときのレーザビームの概形を示している。図６Ａに示すように、偏光方向制御機構は、特殊偏光ビームスプリッタ３２より同軸で射出され、レンズアレイ３８により矩形状に整形された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２の偏光方向Ｐを、被加工材Ｗにレーザビームを照射して被加工材Ｗを切断するときの切断進行方向Ｄと平行となるように制御する。矩形ビーム角度制御機構は、偏光方向Ｐが切断進行方向Ｄと平行となるように制御されたレーザビームを矩形状に整形し、矩形状に整形されたレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように制御する。
【0049】
図６Ｂは、被加工材Ｗの切断進行方向が曲線を描くときの切断進行方向と、被加工材Ｗに照射されるレーザビームの偏光方向との関係を示している。図６Ｂは、特殊偏光ビームスプリッタ３２より同軸で射出された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２が、レンズアレイ３８により矩形状に整形され、被加工材に照射されるときのレーザビームの概形を示している。図６Ｂは、被加工材Ｗの切断進行方向が曲線を描く場合の一例として、製品のコーナＲを切断する場合を示している。図６Ｂに示すように、レーザ加工機１００が被加工材Ｗの切断加工経路に沿ってコーナＲの切断加工をする際、ＮＣ装置５０は、第１及び第２のモータ４１、４２を制御して、偏光方向Ｐと矩形状に整形されたレーザビームの一辺が常に切断進行方向Ｄと平行となるように、１／２波長板３７及びレンズアレイ３８を回転させる。これにより、切断加工時に、カッティングフロントにおけるレーザビームの偏光方向Ｐ及びカッティングフロントにおいて矩形状に整形されたレーザビームの一辺が、常に切断進行方向と平行となる。
【0050】
図７Ａは、加工ヘッド３０Ａがレンズアレイ３８を備えないと仮定した場合の比較例であり、カッティングフロントの形状が半円状であるときの、カッティングフロントと偏光方向及び切断進行方向との関係を示している。図７Ｂは、加工ヘッド３０Ａがレンズアレイ３８を備えることによりカッティングフロントの形状が矩形状であるときの、カッティングフロントと偏光方向及び切断進行方向との関係を示している。ここでのカッティングフロントの形状とは、被加工材Ｗの表面から見た、被加工材Ｗが溶融して切断されていくときの切断進行方向の非溶融領域と溶融領域との境界の形状である。
【0051】
図７Ａに示すように、カッティングフロントの形状が半円状である場合には、レーザビームの偏光方向Ｐが切断進行方向Ｄと平行であったとしても、切断溝の幅方向の外側に近付くにしたがって、偏光方向Ｐがカッティングフロントに対して垂直に入射しなくなる。ｐ偏光は、偏光方向Ｐがカッティングフロントに対して垂直な方向Ｎで入射するときに作用するため、切断溝の幅方向の外側に近付くにしたがって、ｐ偏光の作用が弱くなり、被加工材Ｗのレーザビームの吸収率が低下する。
【0052】
これに対し、図７Ｂに示すように、カッティングフロントの形状が矩形状である場合には、レーザビームの偏光方向Ｐが切断進行方向Ｄと平行であれば、切断溝の幅方向のどの位置においても、偏光方向Ｐがカッティングフロントに対して垂直な方向Ｎで入射する。したがって、カッティングフロントに対して効率よくｐ偏光が作用し、被加工材Ｗのレーザビームの吸収率が向上する。
【0053】
従来のランダム偏光のレーザビームであって、カッティングフロントが半円状、すなわち断面形状が円形のレーザビームにより切断加工を行った場合の被加工材Ｗのレーザビームの吸収率と、本実施形態に係るレーザ加工機１００において切断加工を行った場合の被加工材Ｗのレーザビームの吸収率とを、コンピュータ上のシミュレーションにより比較した。シミュレーションでは、レーザビームの波長を１．０８μｍ、被加工材Ｗの材質を鉄、厚さを８ｍｍとした。その結果、従来のレーザビームにより切断加工を行った場合の吸収率は約５５％であった。これに対し、本実施形態に係るレーザ加工機１００において切断加工を行った場合の被加工材Ｗのレーザビームの吸収率は約７４％となり、約１９％吸収率が向上することが確認された。
【0054】
［第１実施形態の作用効果］
以上説明したように、第１実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
以上説明したように、第１実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【0055】
第１実施形態に係る偏光調整装置は、ランダム偏光のレーザビームＬに含まれる、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２の偏光方向を、第１の偏光方向に揃え、同軸で射出する。第１実施形態に係る偏光調整装置は、第１の光学素子（特殊偏光ビームスプリッタ３２）の偏光分離領域３２１により反射した第１の直線偏光Ｌ１の外側に、第１の偏光方向を有するリング状の第２の直線偏光Ｌ２２を配置して、第１の直線偏光Ｌ１と第２の直線偏光Ｌ２２とを同軸で射出する。これにより、ランダム偏光のレーザビームＬに含まれる２つの直線偏光Ｌ１、Ｌ２の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、偏光方向を平行に揃えた２つのレーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくすことができる。
【0056】
また、第１実施形態に係る偏光調整装置を備えるレーザ加工機１００は、偏光方向を平行に揃えた２つレーザビームにおける偏光方向を、切断進行方向と平行となるように制御する。偏光方向を切断進行方向と一致させることにより、カッティングフロントに対するレーザビームの偏光方向がｐ偏光となるため、被加工材Ｗのレーザビームの吸収率を向上させることができる。
【0057】
また、第１実施形態に係る偏光調整装置と、偏光方向制御機構を備えるレーザ加工機１００は、偏光調整装置より同軸で射出された第１の直線偏光Ｌ１及び第２の直線偏光Ｌ２２の偏光方向Ｐを、被加工材Ｗにレーザビームを照射して被加工材Ｗを切断するときの切断進行方向Ｄと平行となるように制御する。第１実施形態に係るレーザ加工機１００の矩形ビーム角度制御機構は、偏光方向Ｐが切断進行方向Ｄと平行となるように制御されたレーザビームを矩形状に整形し、矩形状に整形されたレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように制御する。
【0058】
これにより、偏光方向を平行に揃えた異方性のない２つのレーザビームによって被加工材Ｗを加工することができる。また、切断加工時に、カッティングフロントにおけるレーザビームの偏光方向Ｐ及びカッティングフロントにおいて矩形状に整形されたレーザビームの一辺が、常に切断進行方向と平行となる。切断溝の幅方向のどの位置においても、偏光方向Ｐがカッティングフロントに対して垂直な方向Ｎで入射する。したがって、カッティングフロントに対して効率よくｐ偏光が作用し、被加工材Ｗのレーザビームの吸収率が向上する。よって、切断加工時の加工効率が向上する。
【0059】
［第２実施形態］
以下、図８～図１０を参照して、第２実施形態に係る偏光調整装置及びレーザ加工機１００を説明する。図８は、第２実施形態に係る加工ヘッド３０Ｂの構成例を示す。図８において、図２と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略することがある。第２実施形態に係るレーザ加工機１００は、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と比べて、加工ヘッドの内部の構成に違いを有する。その他の構成は、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と同一である。よって、第２実施形態に係るレーザ加工機１００においては、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と相違する部分を中心に説明し、同一部分については再度の説明を省略する。
以下、図８～図１０を参照して、第２実施形態に係る偏光調整装置及びレーザ加工機１００を説明する。図８は、第２実施形態に係る加工ヘッド３０Ｂの構成例を示す。図８において、図２と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略することがある。第２実施形態に係るレーザ加工機１００は、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と比べて、加工ヘッドの内部の構成に違いを有する。その他の構成は、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と同一である。よって、第２実施形態に係るレーザ加工機１００においては、第１実施形態に係るレーザ加工機１００と相違する部分を中心に説明し、同一部分については再度の説明を省略する。
【0060】
図８に示すように、加工ヘッド３０Ｂは、コリメートレンズ３１、偏光ビームスプリッタ７１、第３の反射ミラー７２、アキシコンレンズ７３及び７４、第４の反射ミラー７５、１／２波長板７６、特殊ミラー７７を有する。図８における偏光ビームスプリッタ７１、第３の反射ミラー７２、アキシコンレンズ７３及び７４、第４の反射ミラー７５、１／２波長板７６、特殊ミラー７７は、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１’と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２’とを含むランダム偏光のレーザビームＬ’における第１の直線偏光Ｌ１’を第１の直線偏光Ｌ１’として射出し、第２の直線偏光Ｌ２’を第１の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２２’に変換して射出する偏光調整部（偏光調整装置）として機能する。
【0061】
第２実施形態においては、偏光ビームスプリッタ７１は、第１の光学素子として機能する。また、１／２波長板７６は、第２の光学素子として機能する。さらに、特殊ミラー７７は、第１の光学素子とは別体の第３の光学素子として機能する。また、第２実施形態に係るレーザ加工機１００の加工ヘッド３０Ｂは、１／２波長板３７、第１のモータ４１、レンズアレイ３８、第２のモータ４２、第５の反射ミラー７８、集束レンズ３９を有する。なお、図８において、中心が黒の二重丸は第１の直線偏光を示し、両矢印は第２の直線偏光を示す。
【0062】
図８において、コリメートレンズ３１は、プロセスファイバ１２の射出端より射出された発散光のレーザビームが入射される。コリメートレンズ３１に入射される発散光のレーザビームは、第１の偏光方向を有する第１の直線偏光Ｌ１’と、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する第２の直線偏光Ｌ２’とを含むランダム偏光のレーザビームＬ’である。コリメートレンズ３１は、入射されたランダム偏光のレーザビームＬ’をコリメート光に変換する。コリメートレンズ３１によりコリメート光に変換されたランダム偏光のレーザビームＬ’は、偏光ビームスプリッタ７１へ入射する。
【0063】
図９は、図８におけるレーザビームの偏光方向及び形状と、第１及び第２の直線偏光Ｌ１’、Ｌ２’が同軸で射出されるときの第１及び第２の直線偏光Ｌ１’、Ｌ２’の位置関係を示す。図９は、ランダム偏光のレーザビームＬ’、第１の直線偏光Ｌ１’、及び第２の直線偏光Ｌ２’、Ｌ２１’、Ｌ２２’の外形を模式的に示している。また、図９のランダム偏光のレーザビームＬ’、第１の直線偏光Ｌ１’、及び第２の直線偏光Ｌ２’、Ｌ２１’、Ｌ２２’の中の矢印は、単に各々のレーザビームの偏光方向を模式的に示すものであり、矢印の長さの違いに特に意味はない。
【0064】
偏光ビームスプリッタ７１は、ランダム偏光のレーザビームＬ’における第１の直線偏光Ｌ１’を透過させ、第２の直線偏光Ｌ２’を反射させることによって、図９に示すように、第１の直線偏光Ｌ１’と第２の直線偏光Ｌ２’とを分離する偏光ビームスプリッタである。
【0065】
偏光ビームスプリッタ７１は、ランダム偏光のレーザビームＬ’に含まれる第１の直線偏光Ｌ１’を透過させ、特殊ミラー７７へ入射させる。偏光ビームスプリッタ７１を透過した第１の直線偏光Ｌ１’は、後述する特殊ミラー７７の透過領域７７１（図１０参照）へ入射する。また、偏光ビームスプリッタ７１は、ランダム偏光のレーザビームＬ’に含まれる第２の直線偏光Ｌ２’をＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向上方に向けて反射させる。偏光ビームスプリッタ７１により上方に反射された第２の直線偏光Ｌ２’は、第３の反射ミラー７２へ入射する。
【0066】
第３の反射ミラー７２は、偏光ビームスプリッタ７１より反射された第２の直線偏光Ｌ２’をＸ軸方向に反射する。第３の反射ミラー７２より反射された第２の直線偏光Ｌ２’は、アキシコンレンズ７３へ入射する。アキシコンレンズ７３は、円錐状の傾斜面を第３の反射ミラー７２に向け、平坦面をアキシコンレンズ７４に向けて配置されている。
【0067】
アキシコンレンズ７３の傾斜面は、第３の反射ミラー７２より反射された第２の直線偏光Ｌ２’を、図９に示すように、リング状に広げる。アキシコンレンズ７３によりリング状に広げられた第２の直線偏光Ｌ２１’は、アキシコンレンズ７４へ入射する。アキシコンレンズ７４は、平坦面をアキシコンレンズ７３に向け、円錐状の傾斜面を第４の反射ミラー７５に向けて配置されている。
【0068】
アキシコンレンズ７４は、アキシコンレンズ７３より射出されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２１’をコリメート光に変換し、第４の反射ミラー７５へ入射させる。第４の反射ミラー７５は、アキシコンレンズ７３より射出され、アキシコンレンズ７４によりコリメート光に変換されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２１’をＺ軸方向下方に向けて反射させ、１／２波長板７６へ入射させる。
【0069】
１／２波長板７６は、第４の反射ミラー７５より反射されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２１’の偏向方向を、第１の偏光方向に変換する。以上のような構成により、１／２波長板７６は、偏光ビームスプリッタ７１によって分離され、アキシコンレンズ７３によりリング状に広げられた第２の直線偏光Ｌ２１’を、図９に示すように、第１の偏光方向を有するリング状の第２の直線偏光Ｌ２２’に変換する。１／２波長板７６より射出されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２２’は、特殊ミラー７７へ入射する。
【0070】
図１０は、特殊ミラー７７の構成例を示す。図１０に示すように、特殊ミラー７７は、中心部に楕円状の透過領域７７１を有し、透過領域７７１の周囲に反射領域７７２を有する。透過領域７７１には反射防止コーティングが施されており、入射されたレーザビームを透過させる。反射領域７７２には高反射コーティングが施されており、反射領域７７２は入射されたレーザビームを反射する。
【0071】
偏光ビームスプリッタ７１を透過した第１の直線偏光Ｌ１’は、特殊ミラー７７の透過領域７７１へ入射する。透過領域７７１は、偏光ビームスプリッタ７１を透過した第１の直線偏光Ｌ１’を透過させる。１／２波長板７６より射出されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２２’は、特殊ミラー７７の反射領域７７２へ入射する。反射領域７７２は、入射されたリング状の第２の直線偏光Ｌ２２’をＸ軸方向に反射させる。反射領域７７２により反射された、リング状の第２の直線偏光Ｌ２２’は、図９に示すように、透過領域７７１を透過した第１の直線偏光Ｌ１’の外側に配置される。
【0072】
以上の構成により、偏光調整部は、偏光ビームスプリッタ７１及び特殊ミラー７７の透過領域７７１を透過した第１の直線偏光Ｌ１’の外側に、第１の偏光方向を有するリング状の第２の直線偏光Ｌ２２’を配置して、第１の直線偏光Ｌ１’と第２の直線偏光Ｌ２２’とを同軸で射出する。これにより、ランダム偏光のレーザビームＬ’に含まれる２つの直線偏光Ｌ１’、Ｌ２’の偏光方向を平行に揃えることができ、且つ、レーザビームの切断進行方向に対する異方性をなくすことができる。
【0073】
特殊ミラー７７より同軸で射出された、第１の直線偏光Ｌ１’及び第２の直線偏光Ｌ２２’は、１／２波長板３７へ入射する。１／２波長板３７は、特殊ミラー７７より同軸射出された第１の直線偏光Ｌ１’及び第２の直線偏光Ｌ２２’の光路上に配置され、第１のモータ４１によりＸＺ平面上で回転可能に構成される。
【0074】
１／２波長板３７より射出され、偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームは、レンズアレイ３８へ入射する。レンズアレイ３８は、１／２波長板３７により偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームの光路上に配置され、第２のモータ４２によりＸＺ平面上で回転可能に構成される。
【0075】
第５の反射ミラー７８は、レンズアレイ３８を透過したレーザビームをＺ軸方向下方に向けて反射し、集束レンズ３９へ入射する。
【0076】
集束レンズ３９は、第５の反射ミラー７８により反射されたレーザビームを集束させ、強度分布が均一な矩形状のレーザビームを被加工材Ｗの加工点ＷＰに照射する。
【0077】
第１のモータ４１はＮＣ装置５０により制御され、１／２波長板３７を回転させる。ＮＣ装置５０は、１／２波長板３７及びレンズアレイ３８を透過し、第５の反射ミラー７８により反射されて集束レンズ３９を透過した第１の直線偏光Ｌ１’及び第２の直線偏光Ｌ２２’の偏光方向が切断進行方向と平行となるように、第１のモータ４１を制御する。
【0078】
以上のように、１／２波長板３７と、第１のモータ４１と、ＮＣ装置５０は、特殊ミラー７７より同軸で射出された、第１の直線偏光Ｌ１’及び第２の直線偏光Ｌ２２’の偏光方向を、被加工材Ｗにレーザビームを照射して被加工材Ｗを切断するときの切断進行方向と平行となるように制御する偏光方向制御機構として機能する。
【0079】
第２のモータ４２はＮＣ装置５０により制御され、レンズアレイ３８を回転させる。ＮＣ装置５０は、レンズアレイ３８を透過し、第５の反射ミラー７８により反射されて集束レンズ３９を透過して、被加工材Ｗの加工点ＷＰに照射される矩形状のレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように、第２のモータ４２を制御する。
【0080】
以上のように、レンズアレイ３８と、第２のモータ４２と、集束レンズ３９と、ＮＣ装置５０は、偏光方向制御機構により偏光方向が切断進行方向と平行となるように制御されたレーザビームを矩形状に整形し、矩形状に整形されたレーザビームにおける一辺が切断進行方向と平行となるように制御する矩形ビーム角度制御機構として機能する。
【0081】
［第２実施形態の作用効果］
以上説明したように、第２実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
以上説明したように、第２実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【0082】
第２実施形態に係る偏光調整装置は、偏光ビームスプリッタ７１、第３の反射ミラー７２、アキシコンレンズ７３及び７４、第４の反射ミラー７５、１／２波長板７６、特殊ミラー７７により、第１の直線偏光Ｌ１’と第２の直線偏光Ｌ２’を含むランダム偏光のレーザビームＬ’の偏光方向を、第１の偏光方向に揃える。第２実施形態に係る偏光調整装置の各光学素子は、プロセスファイバ１２の射出端の方向に向かってレーザビームを反射しないように配置できる。これにより、第１実施形態に係る偏光調整装置において、第１の反射ミラー３４により反射され、１／４波長板３３より射出された第２の直線偏光Ｌ２１の一部が特殊偏光ビームスプリッタ３２を透過してしまい、プロセスファイバ１２の射出端に入射するリスクを低減できる。
【0083】
本発明は以上説明した第１または第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【0084】
３２ 特殊偏光ビームスプリッタ（第１の光学素子、第３の光学素子）
３３ １／４波長板３３（第２の光学素子）
３４ 第１の反射ミラー（第２の光学素子）
３５、７３、７４ アキシコンレンズ
７１ 偏光ビームスプリッタ（第１の光学素子）
７６ １／２波長板（第２の光学素子）
７７ 特殊ミラー（第３の光学素子）
１００ レーザ加工機
Ｌ、Ｌ’ ランダム偏光のレーザビーム
Ｌ１、Ｌ１’ 第１の直線偏光
Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２’、Ｌ２１’、Ｌ２２’ 第２の直線偏光
３３ １／４波長板３３（第２の光学素子）
３４ 第１の反射ミラー（第２の光学素子）
３５、７３、７４ アキシコンレンズ
７１ 偏光ビームスプリッタ（第１の光学素子）
７６ １／２波長板（第２の光学素子）
７７ 特殊ミラー（第３の光学素子）
１００ レーザ加工機
Ｌ、Ｌ’ ランダム偏光のレーザビーム
Ｌ１、Ｌ１’ 第１の直線偏光
Ｌ２、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２’、Ｌ２１’、Ｌ２２’ 第２の直線偏光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】