0]因而，如图7D所放大示出的那样，从光纤射出端26a的芯端面整体射出的激光L的全部光线在聚光点I处会聚于聚光直径(外径)D的环状区域S (与芯端面的外周形状对应的、具有约3倍的外径的圆环状的区域)。透过光学构件44'的圆锥板部分46的顶角Θ比图6A的透过光学构件44的圆锥板部分46的顶角Θ小，因此光轴相对于透过透过光学构件44'的圆锥板部分46的光线的偏移明显变大，其结果，可认为在聚光点I的中心处出现激光L不成像的区域。当将聚光点I定位到工件W的表面时，激光L以聚光直径(外径)D的环状光斑照射到工件表面。验证的结果是，从聚光光学部32的主点到激光L的聚光点I的距离为约100mm，聚光光学部32的成像倍率为约1.0，激光L的聚光角β为半角为约0.lrad，聚光点I处的聚光直径(外径)D为约150 μ mD
[0101]通过将图6A?图6D的结构与图7A?图7D的结构进行比较可知，通过改变透过光学构件44的圆锥板部分(聚光直径扩大部分)46的结构，能够变更通过圆锥板部分46扩大的聚光直径D的尺寸。例如，通过改变圆锥板部分46的顶角Θ、厚度t、折射率等参数中的期望的参数，能够变更聚光直径D的尺寸。能够准备分别装备了采用不同的参数的多种透过光学构件44的多种加工头18，适当地选择具备与激光加工的种类、工件W的材质、厚度等对应的透过光学构件44的加工头18来使用。
[0102]或者，能够将激光加工装置10设为透过光学构件44装卸自如地安装于加工头18的预先决定的位置的结构。例如，能够在不与激光L发生干扰的位置使用适当的安装用具(未图示)将透过光学构件44装卸自如地安装于壳体34的内表面。根据该结构，准备圆锥板部分46的顶角Θ、厚度t、折射率等不同的多种透过光学构件44，适当地选择与激光加工的种类、工件W的材质、厚度等对应的透过光学构件44来安装于加工头18，由此能够向工件W照射具有最佳的聚光直径D和聚光角β的激光L来实施激光加工。另外，能够在每次变更激光加工的种类、工件W的材质、厚度等时都适当地更换为最佳的透过光学构件44来实施激光加工。
[0103]通过使透过光学构件44相对于加工头18装卸自如，能够在一台激光加工装置10中在不具备透过光学构件44的结构(例如参照图5Α)与具备透过光学构件44的结构(例如参照图6Α、图7Α)之间适当地选择并切换。在不具备透过光学构件44的结构中，从光纤26射出的激光L通过实施了尽可能地降低几何像差等对策的聚光光学部32被会聚，由此不使本来具有的聚光性能劣化而从加工头18射出。与此相对地，在具备透过光学构件44的结构中，从光纤26射出的激光L透过相对于对称轴46a倾斜的圆锥板部分46，由此在本来具有的聚光性能稍微劣化的状态下被聚光光学部32会聚后从加工头18射出。因而，激光加工装置10通过在不具备透过光学构件44的结构与具备透过光学构件44的结构之间进行切换，不仅根据激光加工的种类、工件W的材质、厚度等的变更，还能够根据加工所要求的激光L的聚光性能的变更来实施最佳的激光加工。
[0104]在具备装卸自如的透过光学构件44的激光加工装置10中，例如在进行需要高能量密度的小聚光直径D的激光加工时，设为将透过光学构件44从加工头18卸下的状态，在进行需要低能量密度的大聚光直径D的激光加工时，设为将透过光学构件44安装于加工头18的状态，由此能够以最佳的聚光直径D实施激光加工。列举一例，在软钢制的板状工件W的切断加工时，对于厚度16mm左右的厚板工件W，能够将圆锥板部分46的顶角Θ比较小(即倾斜大)的透过光学构件44安装于加工头18来利用聚光直径D (直径)150 μ m的激光L(图7A)进行切断，对于厚度6mm左右的中厚工件W，能够将圆锥板部分46的顶角Θ比较大(即倾斜小)的透过光学构件44安装于加工头18来利用聚光直径D(直径)100 μπι的激光L(图6A)进行切断，对于厚度1_左右的薄板工件W，能够在将透过光学构件44从加工头18卸下的状态下利用聚光直径D(直径)50 μπι的激光L(图5D)进行切断。
[0105]在激光加工装置10中，能够将透过光学构件44配置成与图6A及图7A所示的朝向相反，或者配置于从激光L的行进方向看时的聚光光学部32的下游侧。在将透过光学构件44配置成与图6A及图7A所示的朝向相反的情况下，如参照图4A和图4B所说明的那样，激光的光线在透过透过光学构件44前后的平行移动距离小，聚光直径D稍微变化。因此，能够根据激光加工的种类、工件W的材质、厚度等来选择透过光学构件44的朝向。
[0106]图8表示将设置于加工头18的透过光学构件44 (图3A)配置于从激光L的行进方向看时的聚光光学部32的下游侧(图中下方)的变形例的激光加工装置1(V。在激光加工装置W中，使透过光学构件44的中心轴线44a与聚光光学部32的光轴32a —致地将透过光学构件44配置在壳体34的内部的聚光光学部32与加工喷嘴30之间的规定位置。透过光学构件44能够使被聚光光学部32会聚后的激光L在透过前后其聚光角β维持固定地透过。另外，在激光加工装置10'中，透过光学构件44以圆锥板部分46的第一面46b朝向喷嘴30侧的方式配置于圆锥板部分46的对称轴46a与聚光光学部32的光轴32a —致的位置。激光加工装置10'的其它结构与图2所示的激光加工装置10相同。
[0107]图8所示的激光加工装置10'通过具备透过光学构件44而起到与图2所示的激光加工装置10同等的特别效果。特别是在激光加工装置1(V中，通过使被聚光光学部32会聚为聚光角β后的激光L与向透过光学构件44的圆锥板部分46的入射角相应地如图4Β所示那样进行折射和平行移动，能够扩大聚光直径。因而，与去除了透过光学构件44的结构(例如图5Α)相比，能够使聚光角β的变化量为零。
[0108]另外，能够将激光加工装置1(V设为透过光学构件44装卸自如地安装于加工头18的预先决定的位置的结构。由此，与图2所示的激光加工装置10同样地，根据激光加工的种类、工件W的材质、厚度等的变更、加工所要求的激光L的聚光性能的变更，来适当地选择最佳种类的透过光学构件44来使用，或者切换为不具备透过光学构件44的结构，由此能够向工件W照射具有最佳的聚光直径D和聚光角β的激光L来实施激光加工。并且，装卸自如地安装于聚光光学部32与加工喷嘴30之间的透过光学构件44能够与分隔壁40 (图2)同样地发挥防止聚光光学部32污损的功能，因此能够省略分隔壁40来削减部件件数。
[0109]图9表示由激光光源14(图1)所具有的0)2激光器等振荡器振荡出的激光L经由使用了导光管、反射镜等的传输单元20 (图1)被导入到加工头18的其它变形例的激光加工装置10"。在激光加工装置10"中，加工头18的壳体34在其后端(图中上端)具有开口 48，在其后方(图中上方)设置有使在空气中传播的激光L会聚的聚光透镜50。通过聚光透镜50后的激光L被会聚而形成光束束腰(beam waist) E，并在光束束腰E的激光行进方向下游侧作为具有扩散角α的激光L入射到加工头18。激光加工装置10"的其它结构与图2所示的激光加工装置10相同。
[0110]在图9所示的激光加工装置10 "中，也通过具备透过光学构件44而起到与图2所示的激光加工装置10同等的特别效果。另外，在激光加工装置10"中，也能够设为将透过光学构件44装卸自如地安装于聚光光学部32的激光行进方向的上游侧或下游侧的规定位置的结构。由此，与图2所示的激光加工装置10同样地，根据激光加工的种类、工件W的材质、厚度等的变更、加工所要求的激光L的聚光性能的变更，适当地选择最佳种类的透过光学构件44来使用，或者切换为不具备透过光学构件44的结构，由此能够向工件W照射具有最佳的聚光直径D和聚光角β的激光L来实施激光加工。
[0111]本发明所涉及的激光加工装置能够具备形状或构造与上述的透过光学构件44不同的各种结构的透过光学构件。下面，参照图10Α?图15C来说明形状与透过光学构件44不同的透过光学构件52的结构以及具备透过光学构件52的其它实施方式的激光加工装置54的结构。此外，具备透过光学构件52的激光加工装置54除了将透过光学构件44置换为透过光学构件52这点以外能够具有与图2和图5Α?图7D的激光加工装置10、图8的激光加工装置1(V、图9的激光加工装置10"相同的结构。在以下的说明中，对与激光加工装置10、10'、10"的结构对应的结构标注共同的参照标记，由此省略其说明。
[0112]如图10A和图10B所示，透过光学构件52具备厚度均匀的中心平板部分56以及沿中心平板部分56的外周设置的厚度均匀的环状的圆锥板部分58，该中心平板部分56为旋转对称形状，与对称轴56a正交，该圆锥板部分58为旋转对称形状，相对于对称轴58a倾斜。换言之，中心平板部分56具有作为圆形的平坦面的第一面56b和作为圆形的平坦面的第二面56c，该第二面56c是第一面56b的相反一侧的面，具有与第一面56b相同的尺寸和形状。第一面56b与第二面56c相互平行地延伸，与第一面56b及第二面56c正交的方向上的中心平板部分56的尺寸(即厚度)tl在整体上均匀。环状的圆锥板部分58具备作为圆锥台形的凸面的第一面58b和作为圆锥台形的凹面的第二面58c，该第二面58c是第一面58b的相反一侧的面，在将第二面58c延长得到的虚拟圆锥中具有与将第一面58b延长得到的虚拟圆锥的顶角Θ相等的顶角Θ，并且具有与第一面58b相同的尺寸和形状。第一面58b与第二面58c相互平行地延伸，与第一面58b及第二面58c正交的方向上的圆锥板部分58的尺寸(即厚度)t2在整体上均匀。中心平板部分56的厚度tl与圆锥板部分58的厚度t2既可以彼此相同也可以不同。中心平板部分56的对称轴56a与圆锥板部分58的对称轴58a相互一致，并且与透过光学构件52的中心轴线52a —致。
[0113]能够利用石英玻璃、BK7等不发生或难以发生激光L的吸收、散射的材料来制作透过光学构件52。另外，能够对透过光学构件52的第一面56b、58b和第二面56c、58c施涂包括光学多层膜的无反射涂层。通过这种结构，激光L能够不耗减其能量地透过透过光学构件52。在激光L进入透过光学构件52时和从透过光学构件52出来时，由于透过光学构件52与周围空气的折射率的不同，该激光L光路与入射角相应地倾斜。参照图11A?图11D来说明该现象。此外，设图11A?图11D所示的透过光学构件52与图2所示的透过光学构件44同样地，在加工头18的壳体34的内部以其中心轴线52a与聚光光学部32的光轴32a一致的方式配置于光纤26的射出端26a与聚光光学部32之间的规定位置(图2)。
[0114]如图11A?图11D中作为概念图示出的那样，透过光学构件52在加工头18的壳体34(图2)的内部配置于中心平板部分56的对称轴56a及圆锥板部分58的对称轴58a与聚光光学部32(图2)的光轴32a—致的位置。在图11A、图11B以及图11D中，透过光学构件52被配置成中心平板部分56的第二面56c及圆锥板部分58的第二面58c与光纤26相向。在图11C中，透过光学构件52被配置成中心平板部分56的第一面56b及圆锥板部分58的第一面58b与光纤26相向。另外，图11A表不圆锥板部分58的顶角Θ (图10B)小(即倾斜大)的透过光学构件52，图11B和图11C表示圆锥板部分58的顶角Θ大(即倾斜小)的透过光学构件52。图11D表示将透过光学构件52配置在接近光纤26的位置来使与图11A?图11C相同的光线透过中心平板部分56的状态。
[0115]在此，着眼于激光L的光束内的一个光线L1。在图11A的结构中，设光线L1与圆锥板部分58的第二面58c垂直地入射到该第二面58c。在该情况下，光线L1不在第二面58c处发生折射地进入圆锥板部分58，不在第一面58b处发生折射地从圆锥板部分58出来，因此在透过圆锥板部分58前后不产生弯折和平行移动地整体直线前进。
[0116]在与图11A的结构相比圆锥板部分58的顶角大的图11B的结构中，与图11A相同的光线L1与圆锥板部分58的第二面58c形成锐角的入射角γ地入射到该第二面58c。光线L1在进入透过光学构件52时向由折射率的差和入射角γ决定的方向弯折，在从透过光学构件52出来时向由折射率的差和射出角决定的方向再次弯折。此时，由于第二面(入射面)58c与第一面(射出面)58b相互平行，因此射出角与入射角γ相等，光线L1的行进方向在进入透过光学构件52之前与从透过光学构件52出来之后成为相同的方向。另外，两次折射的结果是，从透过光学构件52出来后的光线L1的路径相对于进入透过光学构件52之前的光线L1的路径(以虚线表示)向规定方向(图中为向光轴32a靠近的方向)进行了平行移动。光线L1的平行移动距离是由透过光学构件52的圆锥板部分58的厚度t2(图10B)、顶角Θ (图10B)、透过光学构件52与周围空气的折射率差、向圆锥板部分58的入射角γ等来决定的。该现象在从光纤26的射出端26a射出的激光L的光束中的透过圆锥板部分58的光束部分整体上同样地发生，作为结果，透过光学构件52能够使激光L在透过前后激光L的扩散角α (图2)维持固定地透过。另外，如后所述，在光线透过透过光学构件52的圆锥板部分58时，产生如光轴相对于该光线倾斜地偏移那样的作用，其结果，使全部光线会聚而得到的聚光点处的聚光直径扩大。
[0117]在相对于图11Β的结构将透过光学构件52反向地配置的图11C的结构中，也同样地能够使从透过光学构件52出来后的光线L1的路径相对于进入透过光学构件52之前的光线L1的路径(以虚线表示)向规定方向(图中为向光轴32a靠近的方向)进行平行移动。因而，通过该结构，透过光学构件52也能够使激光L在透过前后激光L的扩散角α (图2)维持固定地透过。但是，在该结构中，与图11Β的光线L1相同的光线L1以比图11Β的入射角γ小的入射角γ入射到圆锥板部分58的第一面58b。其结果，光线L1的透过前后的平行移动距离比图11B的光线L1的透过前后的平行移动距离大。
[0118]如图11D所示，在使透过光学构件52比图11A?图11C的位置更靠近光纤26来使相同的光线L1透过中心平板部分56的情况下，从透过光学构件52出来后的光线L1的路径也相对于进入透过光学构件52之前的光线L1的路径(以虚线表示)向规定方向(图中为向光轴32a靠近的方向)进行了平行移动。在该情况下，向中心平板部分56入射的光线L1的入射角γ比图11Β的入射角γ小且比图11C的入射角γ大。其结果，光线L1的透过前后的平行移动距离比图11Β的光线L1的透过前后的平行移动距离大、且比图11C的光线L1的透过前后的平行移动距离小。此外，在光线透过透过光学构件52的中心平板部分56时，不产生如光轴相对于该光线倾斜地偏移那样的作用。由于光轴不偏移，因此透过了中心平板部分56的全部光线在聚光点处的聚光直径相比于不透过透过光学构件52时的聚光直径没有变化。
[0119]当以光线L1透过透过光学构件52的中心平板部分56的图11D的结构为基准来考虑时，在使相同的光线L1透过图11Β的圆锥板部分58时，从圆锥板部分58出来后的光线L1的路径相对于图11D的光线L1的路径向远离光轴32a的方向进行了平行移动，另外，在使相同的光线L1透过图11C的圆锥板部分58时，从圆锥板部分58出来后的光线L1的路径相对于图11D的光线L1的路径向靠近光轴32a的方向进行了平行移动。另外，如根据前述的说明可类推出的那样，当使光线L1透过与图11A的圆锥板部分58相比顶角更小(即倾斜大)的圆锥板部分58时，光线L1的入射角γ成为钝角，从圆锥板部分58出来后的光线L1的路径相对于进入圆锥板部分58之前的光线L1的路径向远离光轴32a的方向进行平行移动。
[0120]透过光学构件52的圆锥板部分58构成使激光L的聚光直径扩大的聚光直径扩大部分。下面，参照图12A?图15C来说明具备透过光学构件52的激光加工装置54中的激光聚光作用。此外，在图12A、图13A、图14A以及图15A中，示出了激光加工装置54的整体结构，但是为了简化，省略图2所示的壳体34、加工喷嘴30以及分隔壁40，并且将聚光光学部32置换为一个虚拟透镜。
[0121]如图12A所示，激光加工装置54具备透过光学构件52，该透过光学构件52设置于加工头18 (图2)，配置于从激光L的行进方向看时的聚光光学部32的上游侧(图中上方)。透过光学构件52在壳体34(图2)的内部以其中心轴线52a与聚光光学部32的光轴32a —致的方式配置于光纤26的射出端26