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1. (WO2015145609) レーザ装置
Document

明 細 書

発明の名称 レーザ装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031  

産業上の利用可能性

0032  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : レーザ装置

技術分野

[0001]
 本発明は、レーザ光を分岐して出力するレーザ装置に関する。

背景技術

[0002]
 レーザ光源から出射されたレーザ光を分岐して出力するレーザ装置が利用されている。例えば、レーザ光を被加工物に照射して切断、溶接などを行う工作機械などでは、1つのレーザ光源から出射されたレーザ光を分岐ミラーなどの分岐用光学素子によって所定の比率で複数のレーザ光に分岐する。そして、複数のレーザ光を光ファイバーで伝播させて、レーザ光を用いた複数の加工が同時に行われる。
[0003]
 このようなレーザ装置では、被加工物を変更したり、照射するレーザ光の出力エネルギーを調整したりすることが必要とされる場合がある。このとき、分岐率の異なる分岐用光学素子に変更するたびに分岐用光学素子と光ファイバーとの接続状態を調整するなどの工程を行うと、工数が非常に増大する。したがって、光ファイバーの接続状態を変更しないでレーザ光の出力エネルギーを変更することが望まれている。
[0004]
 このため、例えば、分岐率の異なる複数の分岐用光学素子を固定した可動ステージを移動させるレーザ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このレーザ装置では、レーザ光の光軸上に位置する分岐用光学素子を入れ替えることにより、光ファイバーの接続状態を変更せずに分岐率が変更される。これにより、各分岐用光学素子から所定の出力エネルギーに設定されたレーザ光が光ファイバーに出力される。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特許第2875952号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかしながら、上記のレーザ装置では、複数の分岐用光学素子を光路上に配置するために、レーザ光源から光ファイバまでの光路長が長くなる。このため、初期設定後に環境温度変化などによって生じる光路上の光学素子の機械的な歪みによって、結合効率の低下するなどの信頼性上の問題があった。また、予め配置された分岐用光学素子に設定された分岐率に応じてレーザ光の出力エネルギーが固定されてしまう。つまり、出力エネルギーの設定の自由度が低い。
[0007]
 上記問題点に鑑み、本発明は、分岐後の出力エネルギーの設定の自由度が高く、且つ信頼性が向上されたレーザ装置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

[0008]
 本発明の一態様によれば、複数のレーザユニットを有するレーザ光源と、複数のレーザユニットのいずれかにそれぞれ接続され、レーザユニットから出射されたレーザ光が伝播する複数の光ファイバと、複数の光ファイバのいずれかにそれぞれ接続され、光ファイバを伝播したレーザ光が入射される複数の出射ユニットと、出射ユニットを経由したレーザ光の少なくともいずれかをそれぞれ外部に出力する複数の出力ポートと、出射ユニットから出射されたレーザ光を出力ポートのいずれかに入射させるように、出射ユニットの位置を移動させる移動機構とを備えるレーザ装置が提供される。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、分岐後の出力エネルギーの設定の自由度が高く、且つ信頼性が向上されたレーザ装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。
[図2] 本発明の実施形態に係るレーザ装置の使用例を説明するための模式図である。
[図3] 本発明の実施形態に係るレーザ装置における出射ユニットの配置例を示す模式図である。
[図4] 本発明の実施形態に係るレーザ装置における出射ユニットの他の配置例を示す模式図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[0012]
 本発明の実施形態に係るレーザ装置1は、図1に示すように、レーザユニット101~レーザユニット103を有するレーザ光源100と、レーザユニット101~レーザユニット103から出射されたレーザ光がそれぞれ伝播する光ファイバ201~光ファイバ203と、光ファイバ201~光ファイバ203を伝播したレーザ光がそれぞれ入射される出射ユニット301~出射ユニット303とを備える。以下において、レーザユニット101~レーザユニット103を総称してレーザユニット10という。また、光ファイバ201~光ファイバ203を総称して光ファイバ20という。更に、出射ユニット301~出射ユニット303を総称して出射ユニット30という。
[0013]
 光ファイバ20の一方の端部はレーザユニット10に接続され、他方の端部は出射ユニット30に接続されている。つまり、レーザユニット101から出力されたレーザ光は、光ファイバ201を伝播して出射ユニット301に入射される。レーザユニット102から出力されたレーザ光は、光ファイバ202を伝播して出射ユニット302に入射される。レーザユニット103から出力されたレーザ光は、光ファイバ203を伝播して出射ユニット303に入射される。
[0014]
 図1に示したように、出射ユニット30は、レーザユニット10から出力されたレーザ光が出力される光ファイバ20の出力端31と、出力端31から出力されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ32を有する。
[0015]
 レーザ装置1は、出射ユニット30を経由したレーザ光の少なくともいずれかをそれぞれ外部に出力する出力ポート401~出力ポート404を更に備える。以下において、出力ポート401~出力ポート404を総称して出力ポート40という。出射ユニット301~出射ユニット303から出力されたレーザ光は、空間を伝播して出力ポート401~出力ポート404のいずれかに入射される。
[0016]
 このために、レーザ装置1は、出射ユニット30の位置を移動させる移動機構501~移動機構503を備える。以下において、移動機構501~移動機構503を総称して移動機構50という。移動機構50は、出射ユニット30から出射されるレーザ光Lの光軸上に出力ポート40が位置するように、出射ユニット30の位置を移動させる。
[0017]
 具体的には、移動機構501が、出射ユニット301を移動させて、出射ユニット301から出射されたレーザ光を出力ポート401~出力ポート404のいずれかに入射させる。移動機構502が、出射ユニット302を移動させて、出射ユニット302から出射されたレーザ光を出力ポート401~出力ポート404のいずれかに入射させる。移動機構503が、出射ユニット303を移動させて、出射ユニット303から出射されたレーザ光を出力ポート401~出力ポート404のいずれかに入射させる。
[0018]
 図1に上下方向を指す矢印で示したように、移動機構50は、出射ユニット30から出力ポート40に向けて進行するレーザ光Lの光軸方向と垂直な方向に出射ユニット30を移動させる。このため、出射ユニット301~出射ユニット303から出射されるレーザ光を出力ポート401~出力ポート403のいずれに入射させるかは、任意に設定可能である。図1に示したレーザ装置1では、出射ユニット301から出射されたレーザ光が出力ポート401に入射され、出射ユニット302から出射されたレーザ光が出力ポート402に入射され、出射ユニット303から出射されたレーザ光が出力ポート403に入射される場合を例示している。なお、移動機構50にはリニアアクチュエータなどの機構を採用可能である。図1に示したレーザ装置1では、複数の出射ユニット30を独立して移動させるために、出射ユニット30から出射されるレーザ光Lの光軸方向に沿って移動機構501~移動機構503が配列されている。
[0019]
 出力ポート401~出力ポート404のそれぞれは、図1に示すように、レーザ光の入射される出力集光素子41と出力端子42を備える。即ち、出力集光素子41がレーザ光を出力端子42に集光し、レーザ光は出力端子42を介して外部に出力される。例えば、出力端子42に接続可能な出力ケーブル200を介してレーザ光が外部に出力される。出力集光素子41には、レンズなどの光学素子を採用可能である。出力ケーブル200は、例えば光ファイバなどである。なお、出力ポート404に使用する出力集光素子41及び出力ケーブル200は、出力ポート401~出力ポート403に使用する出力集光素子41及び出力ケーブル200よりも導波部の断面積が大きい。これは、複数の出射ユニット30からそれぞれ出射された複数のレーザ光を出力ポート404に入射させるためである。出力ポート404へのレーザ光の入射の詳細は後述する。
[0020]
 レーザユニット10は、複数のレーザ素子11と、レーザ素子11の出射光を集光して光ファイバ20に入射させるレーザ集光素子12とを備える。レーザ素子11は、例えば半導体レーザや固体レーザなどである。レーザ集光素子12は、例えばレンズなどの光学素子である。また、レーザユニット10は、レーザ素子11の出射光をコリメートするコリメートレンズ13を更に備える。コリメートレンズ13は、レーザ素子11のそれぞれについて1つずつ用意される。図1に示した例では、コリメートレンズ13によってコリメートされたレーザ光がレーザ集光素子12に入射される。
[0021]
 上記のように、それぞれ1つのレーザユニット10、光ファイバ20及び出射ユニット30によって1つの光ファイバ結合型合波モジュールが構成されている。図1では、光ファイバ結合型合波モジュールの個数が3個である場合を例示しているが、レーザ装置1に含まれる光ファイバ結合型合波モジュールの個数は3個に限られるものではない。レーザ装置1に要求されるレーザ出力数などに応じて、光ファイバ結合型合波モジュールの個数を任意に設定することができる。また、出力ポート40の個数も任意に設定可能である。
[0022]
 ここで、出力ポート404へのレーザ光の入射について説明する。図2に示すように、移動機構50によって、出射ユニット301~出射ユニット303を隣接して配置する。この状態における出射ユニット301~出射ユニット303から出射されるレーザ光を同時に入射できるサイズの出力集光素子41によって、出力ポート404は出射ユニット301~出射ユニット303から出射されるレーザ光を合波する。その結果、出力ポート404からは、出力ポート401~出力ポート403よりも出力エネルギーの高いレーザ光を出力することができる。
[0023]
 例えば、レーザユニット101~レーザユニット103から出射されるレーザ光の出力エネルギーが同一である場合、出力ポート404からは出力ポート401~出力ポート403の3倍の出力エネルギーのレーザ光が出力される。なお、2つの出射ユニット30から出射されるレーザ光を出力ポート404で集光してもよい。
[0024]
 ところで、出射ユニット301~出射ユニット303を隣接して配置する場合に、図3に示すように出射ユニット301~出射ユニット303を3次元的に密集させることが好ましい。一方、図4に示すように、一列に出射ユニット301~出射ユニット303を配列させることも可能である。しかし、図4の構成と比較して、図3に示した構成を採用することによって出力ポート404の出力集光素子41のサイズを抑制できる。このためには、例えば、図3に破線の矢印で示したように、複数の出射ユニット30を互いに異なる平面レベル上でレーザ光の光軸方向と垂直な方向に移動させればよい。一方、図4に示した構成の場合には、複数の出射ユニット30を同一の平面レベル上で移動させる。
[0025]
 図1に示したレーザ装置1では、レーザユニット10と出射ユニット30とが光ファイバ20によって連結されている。このため、移動機構50によって出射ユニット30を移動させても、環境温度変化などによる機械的な歪みによって生じる結合効率の低下が抑制される。
[0026]
 また、レーザユニット10ごとにレーザ素子11の個数を設定したり、レーザ素子11の出力を可変したりすることなどによって、光ファイバ結合型合波モジュールごとに異なる出力エネルギーを独立して設定することができる。
[0027]
 これに対し、分岐用光学素子を用いて分岐されたレーザ光を出力するレーザ装置では、レーザ出力の出力エネルギーが分岐用光学素子の分岐率に応じて固定されてしまう。例えば1/4の分岐率でレーザ光を4つに分岐する場合は、1つのレーザ光の出力のみを使用したい場合に、出力エネルギーが元のレーザ光の1/4に固定されてしまう。また、分岐用光学素子の分岐率に固定されるため、分岐率を連続的に変化させることができない。
[0028]
 一方、図1に示したレーザ装置1は、レーザ光源100からのレーザ光を分岐用光学素子によって分岐して複数のレーザ出力を得るのではなく、互いに独立した複数のレーザユニット10からのレーザ光を出力する。このため、出力ポート40ごとに出力エネルギーを任意に設定できる。つまり、出力ポート40から出力されるレーザ光の出力比を任意に設定できる。したがって、レーザ装置1を分岐率が設定されたレーザ装置とみなした場合には、任意の分岐率を容易に実現できることになる。
[0029]
 更に、レーザ装置1では、移動機構50によって出射ユニット30の位置を制御し、光ファイバ結合型合波モジュールの出力光を合波できる。このため、レーザ装置1の輝度を最適に設定することができる。
[0030]
 以上に説明したように、本発明の実施形態に係るレーザ装置1によれば、出力エネルギーの設定の自由度が高く、且つ信頼性が向上されたレーザ装置を提供できる。
[0031]
 上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

産業上の利用可能性

[0032]
 本発明のレーザ装置は、レーザ光を分岐して出力する用途に利用可能である。

請求の範囲

[請求項1]
 複数のレーザユニットを有するレーザ光源と、
 前記複数のレーザユニットのいずれかにそれぞれ接続され、前記レーザユニットから出射されたレーザ光が伝播する複数の光ファイバと、
 前記複数の光ファイバのいずれかにそれぞれ接続され、前記光ファイバを伝播した前記レーザ光が入射される複数の出射ユニットと、
 前記出射ユニットを経由した前記レーザ光の少なくともいずれかをそれぞれ外部に出力する複数の出力ポートと、
 前記出射ユニットから出射された前記レーザ光を前記出力ポートのいずれかに入射させるように、前記出射ユニットの位置を移動させる移動機構と
 を備えることを特徴とするレーザ装置。
[請求項2]
 前記複数の出力ポートのうちの1つに前記出射ユニットからそれぞれ出射された複数の前記レーザ光が入射されるように、前記移動機構が前記出射ユニットの位置を移動させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
[請求項3]
 前記移動機構が、前記複数の出射ユニットを前記レーザ光の光軸方向と垂直な方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
[請求項4]
 前記移動機構が、前記複数の出射ユニットを互いに異なる平面レベル上で移動させることを特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。
[請求項5]
 前記出力ポートが、
 前記レーザ光の入射される出力集光素子と、
 出力端子と
 を備え、前記出力集光素子が前記出射ユニットから出射された前記レーザ光を前記出力端子に集光し、前記出力端子を介して前記レーザ光を外部に出力することを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
[請求項6]
 前記レーザユニットが、
 複数のレーザ素子と、
 前記レーザ素子の出射光を集光して前記光ファイバに入射させるレーザ集光素子と
 を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
[請求項7]
 前記レーザユニットが、前記レーザ素子の前記出射光をコリメートするコリメートレンズを更に備えることを特徴とする請求項6に記載のレーザ装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]