JPH07504788A - 電力制御分割化レーザー・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電力制御分割化レーザー・システム 技術分野 本発明は、レーザー・オツシレーターを搭載する複数の半導体レーザー・ユニッ トと、これらのユニットの各々から出るレーザー放射光線と、各々半導体レーザ ー・ユニットに付随する光導通ファイバーと、各々半導体レーザー・ユニットか ら各々レーザー光導通ファイバーに向けて出るレーザー放射光線を結合するため の結合要素と、ファイバーを光導体システムとして搭載するファイバー束と、こ のファイバー束の１端から出る各々半導体レーザー・ユニットに依って生成され るレーザー放射光線の全体に依って形成される総合レーザー放射光線と、全ての 半導体レーザー・ユニットのレーザー動作中に照射される物体のターゲツト面を 照らす前述の総合レーザー放射光線を備えている、半導体レーザー・システムに 関する。

背景技術 このタイプの半導体レーザー・システムは周知のことである。これらのシステム に於いて、例えば、７つの半導体レーザー・ユニットは、物体が照射されること ができる総合レーザー放射光線を得るために結合されている。

しかし、このような半導体レーザー・ユニットでは、単純なレーザー照射しか実 施できない。

発明の基本的な目的は、従って、一般的なタイプの半導体レーザー・システムを 改善して、複合する放射作用を単純なシステムで且つできるだけ効果的に実現す ることにある。この目的は、発明に従って、冒頭で説明されたタイプの半導体レ ーザー・システムに於いて、コントロールが各々個々の半導体レーザー・ユニッ トのパワーを定められた状態で制御するために与えられていて、なおかつ、各々 表面要素に相応して個々に設定できる強度をもつターゲツト面の異なる表面要素 の照射がコントロールに対して指定できるようにして達成される。

本発明の長所は、従って、定められた強度がターゲツト面の各々表面要素に相応 するコントロールを用いて指定できて、それは各々個々の半導体レーザー・ユニ ットのパワーを制御して可能になる事実から理解される。

発明の開示 従って、発明の方法は、複合する照射作用を実施する、例えば、ターゲツト面の 表面の照射タイプを最適な状態で行われる各々作用に相応して調整するために、 異なる強度をもつターゲツト面内部の異なる表面要素を照射する可能性を与える 。

発明の方法は、従って、総合レーザー放射光線は１つのレーザー・システムに依 って生成されないが複数の半導体レーザー・システムに依って生成される事実を 効果的に活用し、なおかつ、幾つかの半導体レーザー・システムは其の目的のた めに用いられて各々半導体レーザー・ユニットのパワーの定められた制御に依っ て複合する作用を行うことを意味している。

特に優れた実施態様に於いて、各々半導体レーザー・ユニットから出るレーザー 放射光線は、強度に関して、他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線 と関係しないレーザー放射フィールドを備えている。これは、ターゲツト面の異 なる表面要素の各々に相応して設定できる強度を決定することを、特に優れた状 態で可能にする。

これは、各々半導体レーザー・ユニットから出るレーザー放射光線が其の放射フ ィールドに関して他の半導体ユニットのレーザー放射光線から結合を分離される 時に特に効果的に達成される。これは、放射フィールドの相互作用は個々の半導 体レーザー・ユニットからのレーザー放射光線の間で生じないが、各々個々の表 面要素に適した強度を特に効果的にセットできることを意味している。

特に、放射フィールドの相互作用を防止するために、各々光導通ファイバーに結 合されている半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線が其の放射フィール ドに関して他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線から分離されるよ うにして与えられている。

これは、半導体レーザー・ユニットの各々が其の放射フィールドに関して他の半 導体レーザー・ユニットから分離されている其れ自体のレーザー・オツシレータ ーを備えている時に特に好都合に実現できる。

レーザー・オツシレーターの特に優れた結合分離作用は、半導体レーザー・ユニ ットのレーザー・オツシレーターが互いに離れているレーザー・オツシレーター である時に実現する。

更に特に優れた実施態様に於いて、総合レーザー放射光線を形成するレーザー放 射光線は其れらの放射フィールドに関して互いに結合を分離されているので、総 合レーザー放射光線に於いて、レーザー放射光線の相互作用は放射フィールドを 介して発生しないので、フィードバックも個々のレーザー放射光線の強度の定め られた仕様条件に於いて生じない。

発明の方法では、特に、各々個々の半導体レーザー・ユニットの強度は定められ た状態でコントロールに依り制御できる。

更に、レーザー放射光線の波長は成る限度のもとて半導体レーザー・ユニットに 於いて制御できるので、好都合に、各々個々の半導体レーザー・ユニットのレー ザー放射光線の波長は定められた状態でコントロールで指定できる。

レーザー放射光線が各々半導体レーザー・ユニットからファイバーを介して光導 体システムの末端に送られ且つ結合されて光導体システムの総合レーザー放射光 線を形成する様子について、詳細に今まで説明されていなかった。例えば、特に 好都合に、付随する半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線が出るファイ バーのファイバー末端フェースは、光導体システムの末端領域に於いて、ターゲ ツト面に光学的に描くことができる光導体システムの末端表面に位置している。

これは全てのファイバー末端フェースを互いにターゲツト面に光学的手段を用い て描くことを可能にするための必須条件であり、同じ画像作成条件が各々ファイ バー末端フェースにも適用されるので、全てのファイバー末端フェースに適用で きる単純な画像作成が実施できる。

これは、ハイ・パワーの強度がターゲツト面上で達成されることを意図される時 に、このケースでは、ファイバーのファイバー末端フェースが互いにできるだけ 隣接して位置しなければならないので特に必要になる。

この点に関して、発明のタイプの特に優れた半導体レーザー・システムは、末端 表面のファイバー末端フェース間のスペースをファイバーの厚みの３倍より小さ くして提供している。ファイバー末端フェース間のスペースがファイバーの厚み の２倍より小さくて、特にハイ・パワーの強度のケースで、ファイバー末端フェ ースが末端表面で相互に隣接し、好ましくは互いの境界上に位置する場合に特に 優れた成果を示す。

末端表面の形状に関して、それほど詳細に今まで説明された実施態様で説明され ていなかった。最も単純なケースで、末端表面は平面の形状を有すると考えられ る、何故ならば、平面は一般的な画像作成方式でターゲツト面に容易に描かれる ことができるからである。

しかし、特に好都合に、末端表面の形状は、照射される物体の表面またはターゲ ツト面の領域に於ける照射中に形成する物体の表面に相応して適応される。

今まで説明された実施態様に関する注釈の範囲に於いて、異なる半導体レーザー ・ユニットのレーザー放射光線がターゲツト面と衝突することを意図された背景 について詳細に説明されていなかった。

優れた実施態様に於いて、例えば、異なる半導体レーザー・ユニットのレーザー 放射光線はターゲツト面の異なる表面要素に少なくとも部分的に衝突するので、 少なくとも１つの半導体レーザー・ユニットまたは幾つかの半導体レーザー・ユ ニットのレーザー放射光線は各々表面要素に関連することになる。

特に複合する照射作用のケースでは、好都合に、異なる半導体レーザー・ユニッ トのレーザー放射光線はターゲツト面の異なる表面要素と衝突するので、１つの 半導体レーザー・ユニットはターゲツト面の各々表面要素と確実に関連し、なお かつ、この半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線はこの表面要素と衝突 する。

表面要素の複数の照射を達成するために、または高い強度または他の効果を得る ために、好都合に更なる実施態様では、各々半導体レーザー・ユニットのレーザ ー放射光線は他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線とターゲツト面 上で部分的に重ね合わされる。このような重ね合わせは強度の補強を単純に必要 としない。

幾つかのレーザー放射光線の干渉性の重ね合わせも更に実施できる。

その代わりに、効果的に他のタイプの照射作用に於いて、ターゲツト面の特に選 択する照射に於いて、各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線は、他 の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線と重ね合わされずにターゲツト 面の各々表面要素を照射する。

特に好都合に、光学的画像作成手段は光導体システムの末端とターゲツト面の間 に与えられているので、定められた画像作成比率が末端表面とターゲツト面の間 で実現できる。最も単純なケースで、光学的画像作成手段は、ファイバー末端フ ェースを画面にｌ対ｌの比率で描く。

しかし、光学的画像作成手段は特に高い強度を対象にする時に効果的になる小さ なスケールで画面にファイバー末端フェースを描くか、または光学的画像作成手 段は、強度を損失しても幅広く照射される表面を得るために、大きなスケールで 画面にファイバー末端フェースを描くことも考えることができる。

そのうえ、好都合に、末端表面の形状は光学的画像作成手段の光学的画像作成特 性に相応して適応される。これは、末端表面の形状に基づいて、これを、必要に おうじで、ターゲツト面の領域の物体の表面形状に相応して適応させることが可 能になるだけでなく、末端表面の形状に基づいて、これを、例えば、末端表面の 形状に依る光学的画像作成手段の画像作成エラーを補償するために、光学的画像 作成手段の光学的画像作成特性に相応して適応させることができることを意味し ている。

半導体レーザー・ユニットについて、詳細に今まで説明されていなかった。最も 単純なケースで、各々半導体レーザー・ユニットは単一のレーザー作動ダイオー ド・ストリップを含んでいる。

しかし、各々半導体レーザー・ユニットが幾つかのレーザー作動ダイオード・ス トリップを含むことも考えることができる。

できるだけ大きなパワーを得るために、効果的に、各々半導体し−ザー・ユニッ トはレーザー・オツシレーターとレーザー増幅器を含んでいる。

好都合に、最大限度に設定されたレーザー放射光線の特性を得るために、各々半 導体レーザー・ユニットは安定化モード・オペレーションで作動する。

特に、好都合に各々半導体レーザー・ユニットは横方向基本モードで作動する。

更に、特に効果的に、各々半導体レーザー・ユニットは縦方向シングル・モード ・オペレーションで作動する。

ファイバー束が形成されるファイバーについて、詳細に今まで説明されていなか った。優れた実施態様に於いて、例えば、ファイバーはシングル・モード・ファ イバーになる。特にシングル・モード・ファイバーのケースでは、レーザー放射 光線は各々シングル・モード・ファイバーに限られた回折で結合される。

今まで説明された実施態様の説明に関連して、半導体レーザー・ユニットが設計 された波長の範囲について、詳細に今まで説明されていなかった。最も単純な実 施態様に於いて、例えば、全ての半導体レーザー・ユニットは同じ波長範囲に対 して設計されている。しかし、異なる半導体レーザー・ユニットが異なる波長範 囲に相応して設計されることも考えることができる。

この点に関して、特に好都合に、半導体レーザー・ユニットは同じ波長を有する 半導体レーザー・ユニットのグループを搭載している。

更に優れた実施態様に於いて、半導体レーザー・ユニットは、同じ波長を各々グ ループの内部に有する半導体レーザー・ユニットの幾つかのグループを搭載して いる。このタイプのケースでは、異なる波長のレーザー放射光線を照射するファ イバーのファイバー末端フェースが各々照射グループを形成するように結合され 且つ照射グループが末端表面で互いに隣り合って配置されているので特に優れて いる。このような実施態様に於いて、マーキングとビームの映像化は、このケー スでは、１つだけのグループの半導体レーザー・ユニットが可視性範囲に属する 波長でレーザー放射光線を生成するように構成される必要があるので、特に効果 的に実現できる。

このケースでは、他のグループの半導体レーザー・ユニットは、それが、例えば 、照射または処理のために要求されるレーザー放射光線を生成するように好都合 に構成できる。ファイバーを半導体レーザー・ユニットに結合する結合要素につ いて、詳細に今まで説明されていなかった。特に優れた実施態様に於いて、例え ば、半導体レーザー・ユニットの基質に依って支えられている画像作成要素は、 ファイバーを半導体レーザー・ユニットに結合する結合要素として与えられてい る。

格子は好都合に回折格子になる。

その代わりに、画像作成要素をレーザー光学的要素として考えることもできる。

更なる代替は、画像作成要素が基質に統合されたミラーになるようにして提供し ている。

ミラーは、それがファイバーにレーザー放射光線の焦点を設定するように好都合 に設計されている。

更なる代替は、画像作成要素が基質に統合されたレンズになるようにして提供し ている。このレンズは屈折レンズとして好都合に設計されている。

発明の半導体システムの更に優れた実施態様に於いて、ファイバー束は検出器フ ァイバーを搭載していて、そこでは、検出器ファイバーは特にターゲツト面を監 視するように作動している。

この点に関して、効果的に、検出器ファイバーの１端は光導体システムの末端に 位置している。

総合レーザー放射光線のケースのように同じ画像作成比率を得るために、好都合 に、検出器ファイバーの末端はファイバー末端フェースの次の末端表面に位置し °Ｃいるので、検出器ファイバーのファイバー末端フェースは末端表面に同様に 位置している。

これは、光学的画像作成手段を使用する時に、検出器ファイバーの末端をターゲ ツト面に描くと特に優れた状態になることを意味している。

更に、ターゲツト面は、光学的検出器が画面を監視するために検出器ファイバー の別の末端に配置されているので特に容易に監視できる。

この検出器はマトリクス検出器として好都合に設計されていて、なおかつ、検出 器ファイバーはマトリクス検出器の個々のマトリクス・ポイントと好都合に関連 しているので、それらのファイバー末端フェースに於いて、マトリクス検出器に 対するターゲツト面の直接的な画像作成が可能になる。

この点に関して、マトリクス検出器を介してターゲツト面の強度分布を監視し、 なおかつ、個々の半導体レーザー・ユニットのパワーの定められた仕様条件に基 づいてターゲツト面の内部に照射される物体上で局部的に固定される放射を保証 する、コントロールが与えられているので、特に好都合である。

発明のレーザー・システムは、数百または千ワット以上の総合レーザー放射光線 のパワーを得るために、１〜３ワツトのパワーを備えた、複数の、例えば数十ま たは数百の半導体レーザー・ユニットを好都合に使用している。

発明の更なる特徴と長所は、次に示す説明だけでなく幾つかの実施態様の図面の 主な課題である。

図面の簡単な説明 図１は、発明の半導体システムの第１実施態様の斜視図である。

図２は、成る変形に於ける光導体システムの末端表面の平面図の略図である。

図３は、第２変形に於いて図２と類似する略平面図である。

図４は、ターゲツト面の略平面図である。

図５は、発明のコントロールの個々の構成部品の略図である。

図６は、ターゲツト面の内部の異なる強度分布の略図である。

図７は、ターゲツト面に於ける異なる強度分布の略図である。

図８は、光学的画像作成手段にファイバー末端フェースを適応する略図である。

図９は、第１変形に於ける半導体レーザー・ユニットとファイバーに対するレー ザー放射光線の結合の略図である。

図１０は、第２変形の図９の関係の略図である。

図１１は、第３変形に於ける半導体レーザー・ユニットとファイバーに対するレ ーザー放射光線の結合の略図である。

図１２は、異なるグループの半導体レーザー・ユニットをもつ第２実施態様の略 図である。

図１３は、第２実施態様の第１変形に於けるファイバー末端フェースの平面図で ある。

図１４は、第１変形に於けるターゲツト面の平面図である。

図１５は、第２変形に於けるターゲツト面の平面図である。

図１６は、発明の半導体レーザー・システムの第３実施態様の略図である。

図１７は、第３実施態様に於けるファイバー末端フェースの平面図である。

発明を実施する為の最良の形態 図工に図示される、発明の電力制御分割式半導体レーザー・システムの第１実施 態様は、総合レーザー放射光線１４が出る光導体システム１２の前に位置する放 射生成システム１０を搭載している。この総合レーザー放射光線は、その部分に 関して、総合レーザー放射光線１４で照射される物体１９のターゲツト面１６に 衝突する。ターゲツト面は、そこで、全ての半導体レーザー・ユニットのレーザ ー動作中に照らされる表面として定義される。放射生成システム１０は複数の半 導体レーザー・ユニット１８１−１８Ｎを搭載していて、その各々は各々光導通 ファイバー２０１〜２ＯＮに結合されているレーザー放射光線を生成する。光導 通ファイバー２０１〜２ＯＮは、光導体システム１２に依って搭載されるファイ バー束２２を形成するように結合されている。ファイバー束２２は、末端２４で 、図１と２に図示されるように、末端フェース２６を形成していて、そこにファ イバー束２２を形成するファイバー２０１〜２ＯＮの全てのファイバー末端フェ ース２８が位置している。

ファイバー末端フェース２８は、それらが互いに距離Ａを有するように末端フェ ース２６に好都合に配置されていて、そこでは、この距離Ａは対応する実施態様 に従って変動する（図２）。

しかし、距離Ａは、図示されているように、例えば、成る変形の図３に於いて、 ゼロにもアプローチするので、ファイバー末端フェース２８は互いに触れ合う。

従って、１つのファイバー末端フェース２８１〜２８Ｎは各々半導体レーザー・ ユニッｈ　１８１〜１８Ｎに属していて、なおかっ、各々半導体レーザー・ユニ ット１８１〜１８Ｎに依って生成されるレーザー放射光線は、これらのファイバ ー末端フェース２８１〜２８Ｎの各々から基本的に出て、残りの半導体レーザー ・ユニット１８１−１８Ｎのレーザー放射光線に加えられて、総合レーザー放射 光線１４を形成する。

従って、ターゲツト面１６に衝突する総合レーザー放射光線１４は、個々の半導 体レーザー・ユニット１８１−１８Ｎの個々のレーザー放射光線の束を同様に示 している。

図４に図示されるように、末端フェース２６（図３）をターゲツト面１６に１対 １で描くケースでは、ターゲツト面１６の各々表面要素３０１〜３ＯＮは各々フ ァイバー末端フェース２８１−　Ｎから出るレーザー放射光線に依って照射され 、このケースでは表面要素３０１〜３ＯＮは重なり合わない。ターゲツト面は、 この点に関して、全てのファイバー末端フェース３０１〜３ＯＮ′に対応する全 ての表面要素３０１〜３ＯＮ°が位置する表面になる。

これは、半導体レーザー・ユニッｌ−１８１〜１８Ｎの１つがターゲツト面１６ の内部で表面要素３０１〜３ＯＮの各々と間接的に付随することを意味している 。

発明に従って、個々の表面要素３０１〜３ＯＮの各々のレーザー・パワーは定め られた状態で指定できる。この目的のために、放射生成システムには、図工に図 示されるように、コントロール３２が与えられていて、それを介して個々の半導 体レーザー・ユニット１８１−１８Ｎの各々は其のパワーに関して定められた状 態で制御できる。

コントロール３２は、この目的のために、複数の出力３４１〜３４Ｎを備えてい て、そこから各々制御ライン３６１〜３６Ｎは各々半導体レーザー・ユニット２ ０１〜２ＯＮに連なっている。図５に図示されているように、コントロールは、 この目的のために、各々半導体レーザー・ユニットに与えられるレーザー・パワ ーを記憶できるメモリ４０を搭載する中央コンピュータ・ユニット３８を具備し ていて、なおかつコンピュータ・ユニット３８に依って制御される電源装置３４ は、半導体レーザー・ユニット１８１〜Ｎのための３４１〜３４Ｎの出力を備え ていて、各々半導体レーザー・ユニット１８にこの半導体レーザー・ユニット１ ８１〜１８Ｎに対して指定されたパワーに対応する電流を送る。

末端表面２６の単一のファイバー末端フェース２８１〜２８Ｎは各々半導体レー ザー・ユニット１８１−１８Ｎに明確に関連しているので、半導体レーザー・ユ ニット１８１−１８Ｎの１つはターゲツト面１６の表面要素３０１〜３ＯＮの各 々と自動的に明確に関連することになり、各々表面要素３０１〜３ＯＮの強度は 半導体レーザー・ユニット１８１〜１８Ｎのコントロールに依って制御できる。

従って、コントロールに依って個々の表面要素３０１〜３ＯＮの各々のパワーを ターゲツト面１６の内部で定められた状態で決定して、異なる強度特性をターゲ ツト面１６の内部で、図６Ａ−Ｄに図示されているようにして実現できる。

図６八に図示されているように、例えば、外部で方形の形状を有する表面部４２ だけがターゲツト面１６の内部で照射される、すなわち、この領域の内部に位置 する全ての表面要素３０は対応する半導体レーザー・ユニット１８の制御に依っ て照射されるが、表面部４２の外部に位置する表面要素３０は、対応する半導体 レーザー・ユニッ１−１８がオフしていると照射されない。そのうえ、表面要素 ３０は同じ強度で表面部４２の内部で照射されないが、図６Ａに、更に概略的に 記されているように強度の傾斜がある。このような照射される表面部４２は、素 材を処理するために、特に硬化または焼き入れするために好都合に用いられ、そ こでは、表面部４２の形状だけでなく、その内部のパワー傾斜も重要になる。

各々素材の処理に相応して最適な状態で適応される局部的なパワー特性はコント ロール３２を介して光学的に単純な手段を用いて生成され、そこでは、作動され る半導体レーザー・ユニット１８は最適な状態で作動し、この特性を生成するた めに不要な電力損失は生じない。

第２変形に於いて、図６Ｂに図示されているように、２つの照射される表面部４ ４と４６の特殊な形状が図示されている。表面部４４は表面部４６より大きな円 を示していて、各々の領域内部に於いて全ての表面要素３０は同じ強度で照射さ れる。このような特性は、例えば、合金加工中に予備加熱または後処理加熱のた めに作動し、そこでは、例えば、予備加熱は表面部４４で行われ、実際の合金は 表面部４６で作動する。この点に関して、例えば、表面要素３０を表面部４６の 内部に於いて表面部４２の内部の表面要素３０より高いパワーで照射することも できる。表面部４４と４６の外部の表面要素３０は全て照射されない。

第３の実施態様が図６０に図示されている。このケースで、卵形の表面部４８は ターゲツト面１６の内部に図示されていて、そこでは、この卵形表面部４８は其 の長さ方向の軸４９に向けて運動方向と平行に延長している。このような卵形表 面部は溶接作業中に好都合に用いられ、そこでは、溶接シームの縦方向は卵形表 面部４８の長さ方向の軸４９とほぼ平行に延長している。

好都合に、表面部４８の内部の全ての表面要素３０は同じ強度で照射される。し かし、強度の傾斜を卵形表面部に与えることもできる。

第３変形は、図６Ｄに図示されているように、相互に隣接して位置する２つの縦 方向の卵形表面部５０と５２の照射を示していて、そこでは、表面部５０と５２ の内部の全ての表面要素３０は同じ強度で照射される。

このように相互に隣接して位置する２つの縦方向の卵形表面部の照射は、特殊な 幾何学的構造の処理に好都合に用いられる。

ターゲツト面１６の内部のパワーの単純な局部的な変動とは別に、図７に図示さ れるように、ターゲツト面１６の内部で表面部５４を与えることもできて、そこ では、衝突する強度は全ての表面要素３０に於いて一時的に発振するが、強度は 表面部５４の外部に位置する周辺部５６の個々の表面要素３０に於いて発振しな い。これを明確にするために、２つの部分５４と５６は破線で分離されている。

ファイバー末端フェース２８がターゲツト面１６の表面要素３０に対して１対１ で描かれている、前述の実施態様に於いて、光学的画像作成手段６０は、図１に 図示されているように、末端表面２６とターゲツト面１６の間に与えられていて 、これは最も単純なケースでレンズに依って示されている。

このケースで、総合レーザー放射光線１４は全てのファイバー末端フェース２８ から来る全ての錐形波の全体に依って形成され、これはターゲツト面１６に光学 的画像作成手段を用いて描かれるビーム束に互いになるので、°最も単純ねケー スで、表面要素３０に対するファイバー末端フェース２８の１対１の画像作成に なる。

ファイバー末端フェースが、しかし、それらの間に距離Ａを、例えばファイバー の１つの厚み従ってファイバー末端フェース２８の直径の領域で有する場合、相 互に隣接して配置されている表面要素３０のためにターゲツト面１６の上で、画 像作成は正確な幾何学的画像作成の要求に対応しないが、ターゲツト面は幾何学 的画像作成中に生かし、衝突力の表面強度を低下させる。光学的画像作成手段６ ０に画像作成エラーがあるので、それは平らな末端表面２６を平らなターゲツト 面１６に描かない場合、更に優れた変形は、図８に図示されているように、光学 的画像作成手段６０の画像作成エラーに従って曲げられた末端表面２６′のよう に平面として設計されていない末端表面２６゜を与える。従って、この末端表面 ２６°に依り、光学的画像作成手段６０の画像作成エラーを補償できて、全ての ファイバー末端フェース２８はターゲツト面１６のような平面またはターゲツト 面１６に関して別に希望された表面形状に描かれる。半導体レーザー・ユニット １８の各々は、最も単純なケースで、図９に図示されるように、位相格子８１と ８２に依って制限される、レーザー・オツシレータ−７１と、これから直接連な るレーザー増幅器７３を搭載する対応してドープ処理されたレーザー作動層７２ をもつレーザー・ダイオード７ｏを搭載している。レーザー作動層は縦方向７４ に延長し、この層に於いて、縦方向７４に伝搬し且つレーザー作動層７２の１端 ７８から出るレーザー放射光線が生成され、そこで、それはレーザー作動層の反 対側の末端領域８０に向けて、例えば位相格子８２に依って反射される。

末端７８から出るレーザー放射光線７６は、ミラー８３に依って反射され、半導 体レーザー・ユニット１８に付随するファイバーの末端８４に結合される、なお 、この末端８４はミラー８３に面している。ミラー８３は縦方向７４に対して横 方向に焦点を定めるミラー８３として好都合に設計されている、何故ならば、レ ーザー放射光線７６は末端７８の縦方向に対して横方向に分岐し、この形態で末 端７８から出るからである。

最も単純なケースで、図９に図示されているように、ミラー８３は、レーザー・ ダイオード７０を支え且つミラー８３が末端７８に相応して希望された傾斜で形 成された、基質８８の統合要素になる。

レーザー・ダイオード７０には２つの電流供給ライン９ｏと９２を介して電流が 送られ、そこで、供給ライン９２は基質８８に、供給ライン９゜はレーザー・ダ イオード７０に取り付けられている接触ラインに接続される。

半導体ダイオード７０のパワーは、コントロール３２に依って指定できる接続部 ９０と９２に於ける電圧と電流特性を介して制御できる。

図１０に図示される、発明の半導体レーザー・ユニット１８の更なる変形に於い て、レーザー・ダイオード７ｏは図９に図示されている変形と同じ構造を備えて いる。

全ての要素には従って同じ参照数字が付けられているので、それらの説明につい て、引例が前述の変形の注釈に加えることができる。

ミラー８３だけ平面ミラーとして設計されていて、レンズ９４はレーザー放射光 線７６の分岐を補償するために与えられている。このレンズは、レーザー放射光 線７６を末端８４に、基本的に損失のない状態で結合する。レンズ９４は、ミラ ー８３も支える基質８８の上に好都合に同様に保持されている。

図１１に図示される、発明の半導体レーザー・ユニットの更なる変形に於いて、 レーザー・ダイオード７０は前述の２つの変形と同様に設計されていて、同じ参 照数字が再び用いられている。個々の要素の説明について、引例が従って前の変 形に十分に加えられる。前の変形と対照的に、屈折レンズ１００が末端７８から 直接、すなわち縦方向７４に連なっていて、このレンズは、レーザー放射光線７ ６の分岐を補償し、それをこの半導体レーザー・ユニットに付随するファイバー ２０の末端１０２に結合する、なお、この末端は屈折レンズ１００に縦方向７４ に於いて連なっている。

発明に従って、図１に図示される、第１実施態様の全ての半導体ユニット１８は 、それらが総合レーザー放射光線１４を形成するように結合されるレーザー放射 光線を基本的に同じ波長で送るように構成されている。

第１実施態様と対照的に、２つのグループの半導体レーザー・ユニット１８Ａｌ −１８ＡＮと１８８１−１８８Ｎは、図１２に図示されている第２実施態様に与 えられていて、そこでは、半導体レーザー・ユニット１８Ａｌ　−１８ＡＮは第 １波長で作動し、半導体レーザー・ユニット１８Ｂ１〜１８８Ｎは第１と異なる 第２波長で作動する。

ファイバー２ＯＡはこれらの半導体レーザー・ユニット１８から、ファイバー２ ０Ｂは半導体レーザー・ユニット１８Ｂから導かれ、これらのファイバーは全て 結合されてファイバー束２２を形成する。ファイバー２０八と２０Ｂは、末端表 面２６に於いて、図１３に図示されるように、第２波長を有する半導体レーザー ・ユニットの１つに付随するファイバー末端フェース２８Ｂは、第１波長を有す る半導体レーザー・ユニットの１つに付随するファイバー末端フェース２８Ａと 隣り合って位置する、すなわち、ファイバー末端フェース２８Ａと２８Ｂは異な る波長のレーザー放射光線に対して互い違いの構成になるように、ファイバー束 ２２に案内されて配置されている。

選択された画像作成手順に従って、ターゲツト面で、表面要素３０Ａは、図１４ に図示されるように、表面要素３０Ｂと隣り合って位置するように、ファイバー 末端フェース２８Ａと２８８をターゲツト面１６に描くことができる。代わりに 、表面要素３０Ａ′と３０８°が互いに重なり合って、なおかつ、図１５に図示 されるように、共通する表面部をターゲツト面１６に形成し、この領域に於いて 、２つの表面要素３０Ａ°と３０Ｂ′の重なり合いに依って、成るまたは他の波 長または両方の波長の混合で照射が可能になるように、画像作成を選択できる。

図１６に図示される、発明の半導体レーザー・システムの第３実施態様は、基本 的に、２つの前述の実施態様と同じ構造なので、同じ参照数字が同じ部分に付け られている。前述の実施態様と対照的に、しかし、検出器ファイバー１１０１〜 ｌｌ０Ｍは更にファイバー束２２に与えられていて、なおかつ、これらの検出器 ファイバーは、図１６と１７に図示されているように、それらのファイバー末端 フェース１１２１−１１２Ｍが末端表面２６に於いてファイバー末端フェース２ ８の間にレギュラー・ノくターンを有して位置しているので、ターゲツト面に対 するファイノく一末端フエース１１２の画像作成はファイバー末端フェース２８ の画像作成と同様に行われる。

ファイバー末端フェース１１２１〜１１２Ｍの反対側に位置する検出器ファイバ ー１１０の末端１１４１〜１１４Ｍは、受信された放射、すなわち、各々個々の 検出器ファイバー１１０１−１１０Ｍに対して、ファイバー末端フェース１１２ に依って受信された放射を、個々に検出する検出器マトリクス１１６で終了して いる。

ターゲツト面１６の画像は従って検出器マトリクス１１６を用いて検出できて、 そこでは、ターゲツト面の画像は対応する画像処理装置１１８を用いてスクリー ン１２０に表示することができる。

好都合に、ファイバー束２２のために作動される検出器ファイバー１１０１−１ １０Ｍの数は、スクリーン１２０の上に照射されるターゲツト面の画像に関して 十分に正確な表示が可能になる、従って、ターゲツト面１６の照射される表面部 ４２の正確な監視も可能になる。

そのうえ、スクリーンは、照射される表面部４２の位置だけでなく、ワークピー スの表面に相応する、すなわち、実施される溶接シームに相応する其れらの相対 位置を記録できる可能性を与えるので、コントロール３２に対して定められた状 態で且つ更に正確な状態でターゲツト面の内部に於ける局部的な強度分布を、順 に指定することができる。

例えば、ワークピースまたは物体１０の表面、例えば其の上の溶接シームに相応 する表面部４２の正確な配置を、ターゲツト面１６の内部ＦＩＧ６Ａ　Ｆ旧、６ Ｂ ＼＼Ｊア蘂夕Ｚ ＦＩＧ、８ フロントページの続き （７２）発明者　オポベル、ハンス ドイツ連邦共和国、デー−８２１５２クライリング、スペルベルベーク　１３ （７２）発明者　ヒユーゲル、ヘルムトドイツ連邦共和国、デー−７１０６７シ ンデルフインゲン、エセガー　シュトラーセ（７２）発明者　ギーセン、アドル フ ドイツ連邦共和国、デー−７１２７２シュトウットガルト、ランクバッハシュト ラーセ（７２）発明者　ダウシンガー、フリートリッヒドイツ連邦共和国、デー −７０１９３，シュトウットガルト、シュテイネンハウゼンシュトラーセ　１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体レーザー・システムであって、レーザー・オッシレーターを搭載する 複数の半導体レーザー・ユニットと、前記のユニットの各々から出るレーザー放 射光線と、各々半導体レーザー・ユニットに付随する光導通ファイバーと、各々 半導体レーザー・ユニットから端々光導通ファイバーに向けて出るレーザー放射 光線を結合するための結合要素と、光導体システムとしてのファイバーを含むフ ァイバー束と、前記のファイバー束の１端から出る各々半導体レーザー・ユニッ トに依って生成される干渉性レーザー放射光線の総合に依って形成される総合レ ーザー放射光線と、全ての半導体レーザー・ユニットのレーザー動作中に照射さ れる物体のターゲット面を照らす前記の総合レーザー放射光線を備えていて、コ ントロール（３２）は各々個々の半導体レーザー・ユニット（１８）を定められ た状態で制御するために設けられていて、各々表面要素（３０）に対して個々に 定義できる光強度をもつ照射によりターゲット面（１６）の異なる表面要素（３ ０）に対する照射がコントロール（３２）に対して指定できることを特徴にする 、前記の半導体レーザー・システム。 ２．各々半導体レーザー・ユニット（１８）から出るレーザー放射光線（７６） が、強度に関して、他の半導体レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線 （７６）に依存しないレーザー放射フィールドを備えていることを特徴にする、 請求の範囲第１項に記載の半導体レーザー・システム。 ３．各々半導体レーザー・ユニット（１８）から出るレーザー放射光線（７６） は、その放射フィールドに関して、他の半導体レーザー・ユニット（１８）のレ ーザー放射光線（７６）から結合を分離されることを特徴にする、先行する請求 の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー．システム。 ４．総合レーザー放射光線（１４）を形成するレーザー放射光線（７６）は其れ らの放射フィールドに関して結合が分離されることを特徴にする、先行する請求 の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 ５．ターゲット面（１６）に対して局部的に変動する照射特性がコントロール（ ３２）に対して指定できることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項 に記載の半導体レーザー・システム。 ６．ターゲット面（１６）に対する一時的に変動する照射特性がコントロール（ ３２）に対して指定できることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項 に記載の半導体レーザー・システム。 ７．光導体システム（１２）の末端（２４）の領域に於いて、付随する半導体レ ーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線が出る、ファイバー（２０）のフ ァイバー末端フェース（２８）が、ターゲット面（１６）に光学的に画像設定で きる光導体システム（１２）の末端表面（２６）に位置していることを特徴にす る、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム ８．ファイバー末端フェース（２８）間のスペース（３）がファイバーの厚みの ３倍より小さいことを特徴にする、請求の範囲第７項に記載の半導体レーザー・ システム。 ９．ファイバー末端フェース（２８）が末端表面（２６）で相互に隣り合って位 置することを特徴にする、請求の範囲第８項に記載の半導体レーザー・システム 。 １０．末端表面（２６）の形状がターゲト面（１６）の領域で照射される物体（ ２９）の表面の形状に相応して適応されることを特徴にする、請求の範囲第７項 から第９項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 １１．異なる半導体レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線がターゲッ ト面（１６）の異なる表面要素（３０）に少なくとも部分的に衝突することを特 徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム 。 １２．異なる半導体レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線がターゲッ ト面（１６）の異なる表面要素（３０）に衝突することを特徴にする、先行する 請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 １３．各々半導体レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線が他の半導体 レーザー・ユニット（１８）のレーザー放射光線とターゲット面（１６）で部分 的に重ね合わされることを特徴にする、請求の範囲第１項１から第１１項の何れ かに記載の半導体レーザー・システム。 １４．光学的画像作成手段（６０）が光導体システム（１２）の末端（２４）と ターゲット面（１６）の間に与えられていることを特徴にする、先行する請求の 範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 １５．末端表面（２６′）の形状が光学的画像作成手段（６０）の光学的画像作 成特性に相応して適応されることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの 項に記載の半導体レーザー・システム。 １６．各々半媒体レーザー・ユニット（１８）が単一のレーザー作動ダイオード ・ストリップを備えていることを特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項 に記載の半導体レーザー・システム。 １７．各々半導体レーザー・ユニット（１８）が幾つかのレーザー作動ダイオー ド・ストリップを搭載していることを特徴にする、請求の範囲第１項から第１５ 項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 １８．各々半導体レーザー・ユニット（１８）がレーザー・オッシレーター（７ １）とレーザー増幅器（７３）を搭載していることを特徴にする、先行する請求 の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 １９．全ての半導体レーザー・ユニットが同じ波長に対して設計されていること を特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・シス テム。 ２０．異なる半導体レーザー・ユニットが異なる波長に対して設計されているこ とを特徴にする、請求の範囲第１項から第１８項に記載の半導体レーザー・シス テム。 ２１．半導体レーザー・ユニットが同じ波長を有するグループの半導体レーザー ・ユニット（１８Ａ，１８Ｂ）を搭載していることを特徴にする、請求の範囲第 ２０項に記載の半導体レーザー・システム。 ２２．半導体レーザー・ユニット（１８）が同じ波長を各々グループの内部に有 している幾つかのグループの半導体レーザー・ユニット（１８Ａ，１８Ｂ）を搭 載していることを特徴にする、請求の範囲第２１項に記載の半導体レーザー・シ ステム。 ２３．異なる波長のレーザー放射光線を照射するファイバーのファイバー末端フ ェースが結合されて各々照射グループを形成し、なおかつ、照射グループが末端 表面で相互に隣接して配置されていることを特徴にする、請求の範囲第２０項か ら第２２項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ２４．半導体レーザー・ユニット（１８）の基質（８８）に依って支えられる画 像作成要素（８３，９４）がファイバー（２０）を半導体レーザー・ユニット（ １８）に結合するための結合要素として与えられていることを特徴にする、先行 する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・システム。 ２５．画像作成要素（８３，９４）が半導体レーザー・ユニット（１８）の層面 （７２）と平行する方向に向けて伝搬するレーザー放射光線（７６）の焦点をで ファイバー（２０）に向けて定めることを特徴にする、請求の範囲第２４項に記 載の半導体レーザー・ユニット。 ２６．ファイバー束（２２）が検出器ファイバー（１１０）を搭載していること を特徴にする、先行する請求の範囲の何れかの項に記載の半導体レーザー・シス テム。 ２７．検出器ファイバー（ＨＯ）の１端（１１２）が光導体システム（１２）の 末端（２４）に位置していることを特徴にする、請求の範囲第２６項に記載の半 導体レーザー・システム。 ２８．末端（１１２）がファイバー末端フェース（２８）に隣接する末端表面（ ２６）に位置していることを特徴にする、請求の範囲第２７項に記載の半導体レ ーザー・システム。 ２９．検出器ファイバー（１１０）の末端（１１２）がターゲット面（１６）の 上に描かれることを特徴にする、請求の範囲第２７項または第２８項に記載の半 導体レーザー・システム。 ３０．ターゲット面（１６）を監視する光学的検出器（１１６）が検出器ファイ バー（１１０）の別の末端（１１４）に配置されていることを特徴にする、請求 の範囲第２６項から第２９項の何れかに記載の半導体レーザー・システム。 ３１．光学的検出器がターゲット面を監視するマトリクス検出器であることを特 徴にする、請求の範囲第２８項に記載の半導体レーザー・システム。