JPH09171152A - レーザ分岐装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ簡易な装置構成により分岐レーザ光
の強度を正確に同じ値に揃えたり、個々の分岐レーザ光
の強度を正確に所望の値に調整することができるように
する。 【解決手段】 ４枚の分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄより原
レーザ光ＬＢ0 の強度を粗く４等分した４つの分岐レー
ザ光ＬＢA 〜ＬＢD が取り出される。分岐レーザ光ＬＢ
A 〜ＬＢD はそれぞれ減衰板１８Ａ〜１８Ｄに入射す
る。各減衰板１８Ａ〜１８Ｄは、原レーザ光（ＹＡＧレ
ーザ光）ＬＢO の波長に対する反射率および透過率が所
定の方向たとえばＸ方向でほぼ連続的に変化する部分反
射透過板から構成されている。各減衰板位置調整機構２
４において、上記のように減衰板１８Ａ〜１８Ｄの位置
をＸ方向に変位させて各々の反射率および透過率（Ｒ，
Ｔ）を可変調整することで、４つの分岐レーザ光ＬＢA
〜ＬＢD の光強度を同一値に揃わせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【発明の属する技術分野】本発明は、１本の原レーザ光
を複数のレーザ光に同時に分岐するレーザ分岐装置に関
する。

【００２０】

【従来の技術】レーザ分岐装置は、レーザ発振器より出
力されたレーザ光を複数のレーザ光に分岐して異なるポ
ジションへ向けるもので、たとえばレーザ溶接のマルチ
・ポジション加工等で利用されている。

【００３０】図５に、レーザ溶接のマルチ・ポジション
加工システムを示す。１台のレーザ装置本体１００に複
数個たとえば４個の出射ユニット１０２Ａ，１０２Ｂ，
１０２Ｃ，１０２Ｄがそれぞれ光ファイバ１０４Ａ，１
０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄを介して接続される。レー
ザ装置本体１００内では、レーザ発振器で発生したレー
ザ光がレーザ分岐装置によって４本のレーザ光に分岐さ
れ、それら４本の分岐レーザ光がそれぞれ入射ユニット
によって光ファイバ１０４Ａ〜１０４Ｄの一端面に入射
される。各光ファイバ１０４Ａ〜１０４Ｄを通って各出
射ユニット１０２Ａ〜１０２Ｄまで伝送された各分岐レ
ーザ光は、そこで各ワークＷへ向けて集光照射されるよ
うになっている。このようなマルチ・ポジション加工に
よれば、１台のレーザ装置本体１００で複数個（この例
では４個）のワークＷを同時に溶接加工できるため、生
産効率を高めることができる。

【００４０】図６に、上記したようなマルチ・ポジショ
ン加工システムにおいて同時４分岐を行うための従来の
レーザ分岐装置の要部の構成を示す。このレーザ分岐装
置はレーザ発振部（図示せず）より出力される原レーザ
光ＬＢ0 の光軸上に４枚の分光ミラー１０６Ａ，１０６
Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄを一定角度たとえば４５゜傾け
てこの順に配置してなるものである。

【００５０】原レーザ光ＬＢ0 が最初に入射する第１の
分光ミラー１０６Ａには、反射率が約２５％、透過率が
約７５％の部分反射透過ミラーが用いられる。次の第２
の分光ミラー１０６Ｂには、反射率が約３３％、透過率
が約６７％の部分反射透過ミラーが用いられる。第３の
分光ミラー１０６Ｂには、反射率が約５０％、透過率が
約５０％の部分反射透過ミラーが用いられる。最後の第
４の分光ミラー１０６Ｄには、反射率が約１００％、透
過率が約０％の全反射ミラーが用いられる。

【００６０】原レーザ光ＬＢ0 が第１の分光ミラー１０
６Ａに入射すると、そこで約２５％分（約０．２５ＬＢ
0 ）が反射して、残りの約７５％分（約０．７５ＬＢ0
）は透過する。

【００７０】第１の分光ミラー１０６Ａからの透過光
（約０．７５ＬＢ0 ）が第２の分光ミラー１０６Ｂに入
射すると、そこで約３３％分（約０．２５ＬＢ0 ）が反
射し、残りの約６７％分（約０．５０ＬＢ0 ）は透過す
る。

【００８０】第２の分光ミラー１０６Ｂからの透過光
（約０．５０ＬＢ0 ）が第３の分光ミラー１０６Ｃに入
射すると、そこで約５０％分（約０．２５ＬＢ0 ）が反
射し、残りの約５０％分（約０．２５ＬＢ0 ）は透過す
る。

【００９０】第３の分光ミラー１０６Ｃからの透過光
（約０．２５ＬＢ0 ）は第４の分光ミラー１０６Ｄに入
射し、そこで全部反射する。

【０１００】こうして、４枚の分光ミラー１０６Ａ〜１
０６Ｄより原レーザ光ＬＢ0 のレーザ出力をほぼ４等分
した４つの分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD が取り出され
る。

【０１１０】しかしながら、実際には部分反射透過ミラ
ーの反射率および透過率にばらつきがあること、および
斜め（４５゜）入射ミラーの反射率／透過率特性は大き
な偏光依存性を示すこと等から、分光ミラー１０６Ａ〜
１０６Ｄによって原レーザ光ＬＢ0 の強度正確に等分割
することは難しく、どうしても分岐レーザ光ＬＢA 〜Ｌ
ＢD の出力にばらつきが生じる。上記したような同時分
岐によるマルチ・ポジション加工では、分岐レーザ光Ｌ
ＢA 〜ＬＢD の強度が不揃いであると、ワークＷの加工
品質にばらつきが出るという問題を生ずる。

【０１２０】そこで、図６において点線で示すように、
分光ミラー１０６Ａ〜１０６Ｄからの分岐レーザ光ＬＢ
A 〜ＬＢD の光路上に光エネルギ減衰手段１１０Ａ〜１
１０Ｄを配置し、分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度を
それぞれ減衰手段１１０Ａ〜１１０Ｄで減衰させて同じ
値に揃えるようにしている。

【０１３０】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ分岐装置
における減衰手段１１０は、分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢ
D の強度を揃えるため、一定の減衰率（ε）を有する単
位減衰素子を１個または複数個重ねて光路上に配置する
か、あるいは異なる減衰率（ε1,ε2,〜εM ）を有する
複数個の減衰素子を選択的に組み合わせて光路上に配置
するようなものであった。

【０１４０】しかしながら、これら従来方式のいずれも
減衰率を段階的にしか調整することができず、分岐レー
ザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度を正確に同じ値に揃えたり、
精細に調整するのが難しかった。また、あえて減衰率の
調整ピッチを細かくしようとすると、多数あるいは多種
の減衰素子を用意したり装置に組み込まなくてはなら
ず、装置の大型化や複雑化を招き、取り扱いが面倒であ
った。

【０１５０】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、小型かつ簡易な装置構成により分岐レーザ光の
強度を正確に同一値に揃えたり、個々の分岐レーザ光の
強度を正確に所望の値に調整することができるレーザ分
岐装置を提供することを目的とする。

【０１６０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のレーザ分岐装置は、１つの原レーザ光か
ら複数の分岐レーザ光を生成するレーザ分岐装置におい
て、前記原レーザ光の光軸上に配置され、入射したレー
ザ光を所定の反射率で所定の方向に反射せしめると同時
に所定の透過率で透過せしめる１個または複数個の分光
ミラーと、前記分光ミラーからの反射光または透過光の
光軸上に配置され、前記原レーザ光の波長に対する反射
率および透過率が一次元または二次元方向でほぼ連続的
に変化する１個または複数個の減衰板と、各々の前記減
衰板に入射するレーザ光が所望の反射率および透過率で
所定の方向に反射および透過するように各々の前記減衰
板の位置を調整するための減衰板位置調整手段とを具備
する構成とした。

【０１７０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照して本発
明の実施例を説明する。

【０１８０】図１は、本発明の一実施例によるレーザ分
岐装置の要部の構成を示す。このレーザ分岐装置は、た
とえば図５のマルチ・ポジション加工システムに適用可
能なものである。

【０１９０】図１において、ＹＡＧレーザ発振器１０よ
り出力された原レーザ光ＬＢ0 は、一対の共振器ミラー
１２（一方のみ図示）の間で反射を繰り返して共振増幅
ののち共振器ミラー１２より出射されるようになってい
る。

【０２００】本実施例によるレーザ分岐装置では、この
原ＹＡＧレーザ光ＬＢ0 の光軸上に４枚の分光ミラー１
４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄが同一の傾き角度（たと
えば４５゜）で一定の間隔を置いてそれぞれ定位置に配
置されている。

【０２１０】これらの分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄは、従
来装置における分光ミラー１０６Ａ〜１０６Ｄ（図６）
にそれぞれ相当するものでよい。したがって、原レーザ
光ＬＢ0 が最初に入射する第１の分光ミラー１４Ａに
は、反射率が約２５％、透過率が約７５％の部分反射透
過ミラーが用いられる。次の第２の分光ミラー１４Ｂに
は、反射率が約３３％、透過率が約６７％の部分反射透
過ミラーが用いられる。第３の分光ミラー１４Ｃには、
反射率が約５０％、透過率が約５０％の部分反射透過ミ
ラーが用いられる。最後の第４の分光ミラー１４Ｄに
は、反射率が約１００％、透過率が約０％の全反射ミラ
ーが用いられる。

【０２２０】このように、分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄ
は、各ミラー毎に一定の反射率および透過率を有してお
り、各々がミラー保持機構１６に固定取付されている。

【０２３０】原レーザ光ＬＢ0 が第１の分光ミラー１４
Ａに入射すると、そこで約２５％分（約０．２５ＬＢ0
）が反射して、残りの約７５％分（約０．７５ＬＢ0
）は透過する。第１の分光ミラー１４Ａからの透過光
（約０．７５ＬＢ0 ）が第２の分光ミラー１４Ｂに入射
すると、そこで約３３％分（約０．２５ＬＢ0 ）が反射
して、残りの約６７％分（約０．５０ＬＢ0 ）は透過す
る。第２の分光ミラー１４Ｂからの透過光（約０．５０
ＬＢ0 ）が第３の分光ミラー１４Ｃに入射すると、そこ
で約５０％分（約０．２５ＬＢ0 ）が反射して、残りの
約５０％分（約０．２５ＬＢ0 ）は透過する。第３の分
光ミラー１４Ｃからの透過光（約０．２５ＬＢ0 ）は第
４の分光ミラー１４Ｄに入射し、そこで全部反射する。

【０２４０】こうして原レーザ光ＬＢ0 の強度をほぼ４
等分した４つの分岐レーザ光ＬＢA〜ＬＢD が４枚の分
光ミラー１４Ａ〜１４Ｄより取り出される。しかしなが
ら、従来装置における分光ミラー１０６Ａ〜１０６Ｄ
（図６）と同様に、部分反射透過ミラーの反射率および
透過率のばらつきや斜め入射における反射率／透過率特
性の偏光依存性等により、分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄだ
けで原レーザ光ＬＢ0 の強度を正確に等分割することは
難しく、分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度にはある程
度のばらつきがある。

【０２５０】本実施例のレーザ分岐装置では、後述する
ように分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢDの光路上に反射率お
よび透過率を連続的に可変調整できる減衰板１８Ａ〜１
８Ｄを配置することによって、分岐レーザ光ＬＢA 〜Ｌ
ＢD の強度を正確に一定値に揃えるようにしている。

【０２６０】分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄからの分岐レー
ザ光ＬＢA 〜ＬＢD の光軸上には、それぞれ減衰板１８
Ａ〜１８Ｄ、シャッタ２０Ａ〜２０Ｄおよび入射ユニッ
ト２２Ａ〜２２Ｄが一列に配置されている。入射ユニッ
ト２２Ａ〜２２Ｄの後端部には光ファイバ１０４Ａ〜１
０４Ｄが接続されている。

【０２７０】減衰板１８Ａ〜１８Ｄは、原レーザ光（Ｙ
ＡＧレーザ光）ＬＢO の波長に対する反射率および透過
率が一次元または二次元方向でほぼ連続的に変化する部
分反射透過板［１８］から構成されている。

【０２８０】図２に模式的に示すように、この部分反射
透過板［１８］は、ＹＡＧレーザ光をほぼ１００％透過
する材質たとえばガラスまたは石英等からなる基板［１
８ａ］を有し、この基板［１８ａ］の表面または背面に
ＹＡＧレーザ光に対する反射率および透過率（Ｒ，Ｔ）
が（ＲMAX,ＴMIN)〜（ＲMIN,ＴMAX)の範囲で基板［１８
ａ］の長手方向（Ｘ方向）でほぼ連続的に変化するよう
に多層膜の部分反射透過膜［１８ｂ］がコーティングさ
れている。

【０２９０】これにより、一枚の部分反射透過板［１
８］が（ＲMAX,ＴMIN)および（ＲMIN,ＴMAX)の設定値と
ＹＡＧレーザ光ＬＢの入射位置とに応じて、ＹＡＧレー
ザ光をほぼ１００％反射する全反射ミラーとして機能す
ることも、あるいはＹＡＧレーザ光をほぼ１００％透過
する全透過板として機能することも可能であり、全反射
ミラーと全透過板との間で任意の反射率および透過率
（Ｒ，Ｔ）を有する狭義の部分反射透過ミラーとして機
能することも可能である。

【０３００】本実施例のレーザ分岐装置では、たとえ
ば、（ＲMAX,ＴMIN)を（２０％，８０％）に選び、（Ｒ
MIN,ＴMAX)を（０％，１００％）に選ぶ。これにより、
各減衰板１８Ａ〜１８Ｄにおいては、この減衰板に入射
するＹＡＧレーザ光ＬＢの入射スポット位置を基板長手
方向（Ｘ方向）で変えることで、反射光ＬＢR および透
過光ＬＢT の強度の割合を（０％，１００％）〜（２０
％，８０％）の範囲内でほぼ連続的に可変調整すること
が可能である。

【０３１０】図３に、各減衰板（たとえば１８Ａ）の反
射率および透過率（Ｒ，Ｔ）を可変調整するための減衰
板位置調整機構２４の構成例を示す。図示の調整機構２
４では、減衰ミラー１８Ａをほぼ垂直に保持する垂直支
持板２６が水平支持板２８上でＸ方向に摺動できるよう
に構成されている。垂直支持板２６の下端部に一体形成
された水平フランジ部３０にはＸ方向に延在する長穴３
２が形成され、この長穴３２を通してボルト３４が水平
支持板２８のねじ穴（図示せず）にねじ込まれる。ボル
ト３４を緩めることで、垂直保持板２６および減衰板１
８Ａを手動でＸ方向に精細に移動または変位させること
ができる。

【０３２０】各減衰板１８Ａ〜１８Ｄに入射する個々の
分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度は、原レーザ光ＬＢ
0 の強度の１／４（ＬＢ0 ／４）付近でばらついてい
る。したがって、各減衰板位置調整機構２４において、
上記のように減衰板１８Ａ〜１８Ｄの位置をＸ方向に変
位させて各々の反射率および透過率（Ｒ，Ｔ）を可変調
整することで、４つの分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強
度を同一値に揃わせることができる。

【０３３０】なお、各分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄから各
分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD が各減衰板１８Ａ〜１８Ｄ
に垂直に入射すると、各減衰板１８Ａ〜１８Ｄより反射
したレーザ光ＬＢRA〜ＬＢRDが入射レーザ光ＬＢA 〜Ｌ
ＢD と同じ光路を逆方向に進行して原レーザ光ＬＢO に
干渉するおそれがある。したがって、反射レーザ光ＬＢ
R が入射レーザ光ＬＢと重ならないように、各減衰板位
置調整機構２４において各減衰板１８Ａ〜１８Ｄを各分
岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の光軸に対して少し斜め（安
全上好ましくは少し下向き）に傾ければよい。

【０３４０】このようにして、分岐レーザ光ＬＢA 〜Ｌ
ＢD は、減衰板１８Ａ〜１８Ｄを通った段階で光強度が
正確に等しくなり、それからシャッタ２０Ａ〜２０Ｄを
通って入射ユニット２２Ａ〜２２Ｄへ入射し、入射ユニ
ット内で集光レンズにより集光されて光ファイバ１０４
Ａ〜１０４Ｄの一端面に同時に入射する。

【０３５０】光ファイバ１０４Ａ〜１０４Ｄの一端面に
同時に入射した分岐レーザ光ＬＢA〜ＬＢD は、光ファ
イバ１０４Ａ〜１０４Ｄの中を通って出射ユニット１０
２Ａ〜１０２Ｄまで伝送され、出射ユニット１０２Ａ〜
１０２ＤよりそれぞれのワークＷへ向けて同時に集光照
射される。

【０３６０】なお、シャッタ２０Ａ〜２０Ｄは必要に応
じて各分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢDの伝送を選択的また
は独立的に制御し、時間差多分岐を可能とするものであ
る。各シャッタ２０Ａ〜２０Ｄが開いている限りは、分
岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD はそのまま素通りするように
なっており、ここで減衰することはない。

【０３７０】上記したように、本実施例のレーザ分岐装
置によれば、原レーザ光ＬＢO を分光ミラー１４Ａ〜１
４Ｄにより粗く４等分し、分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄか
らの分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD を減衰板１８Ａ〜１８
Ｄに通し、そこで分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度を
正確に同じ値に揃えるようにしたので、図５のようなマ
ルチ・ポジション加工においてワークＷの加工品質を一
定とし、レーザ加工の信頼性を向上させることができ
る。

【０３８０】また、本実施例のレーザ分岐装置では、各
減衰板１８Ａ〜１８Ｄが反射率および透過率（Ｒ，Ｔ）
を連続的に可変調整可能な１枚の部分反射透過板［１
８］から構成され、各減衰板位置調整機構２４において
各減衰板１８Ａ〜１８Ｄの位置を一定方向（Ｘ方向）で
変えるだけで各分岐レーザ光ＬＢA 〜ＬＢD の強度を連
続的に可変調整できるため、小型かつ簡易な装置構成で
レーザ光強度の可変調整を精細に行うことができる。

【０３９０】また、本実施例のレーザ分岐装置では、全
ての減衰板１８Ａ〜１８Ｄに同じ型番の部分反射透過板
［１８］を用いることができるため、在庫管理やメンテ
ナンスコストの点でも有利である。

【０４００】なお、第４の入射ユニット２２Ｄを第３の
分光ミラー１４Ｃの後方（透過側）に配置し、第３の分
光ミラー１４Ｃからの透過光を第４の分岐レーザ光ＬＢ
D とすることで、第４の分光ミラー１４Ｄを省くことも
可能である。

【０４１０】また、上記した実施例では同時４分岐を行
う場合について説明したが、同時３分岐等の他の同時多
分岐も可能である。また、上記した実施例では分岐レー
ザ光ＬＢA 〜ＬＢD の光強度が等しくなるようにした
が、任意の比率で異ならせることも可能であり、減衰板
１８Ａ〜１８Ｄにおいて個々の分岐レーザ光ＬＢA 〜Ｌ
ＢD 毎に異なる光強度値に調整することも可能である。

【０４２０】また、原レーザ光ＬＢO を等分分割する場
合でも、１つの分岐レーザ光（たとえばＬＢA ）の強度
が他の分岐レーザ光（ＬＢB 〜ＬＢD ）よりも必ず低く
なるように分光ミラー１４Ａ〜１４Ｄの反射透過率を設
定し、最も低い分岐レーザ光ＬＢA の光強度値に他の分
岐レーザ光ＬＢB 〜ＬＢD の光強度値を一致させるよう
な調整を行うことも可能であり、その場合は減衰板１８
Ａとこの分の減衰板位置調整機構２４を省くことが可能
である。

【０４３０】本発明で用いる部分反射透過板［１８］の
形状・構造は、図２に示すようなものに限定されるわけ
ではない。たとえば、図４に示すように、円盤状の基板
［１８ａ’］の表面または裏面にレーザ光に対する反射
率および透過率（Ｒ，Ｔ）が（ＲMAX,ＴMIN)〜（ＲMIN,
ＴMAX)の範囲で基板［１８ａ’］の円周方向（θ方向）
でほぼ連続的に変化するように多層膜の部分反射透過膜
［１８ｂ’］がコーティングされたものでもよい。この
場合は、適当な衰基板回転位置調整手段（図示せず）に
よって基板［１８ａ’］がθ方向に回転変位できるよう
に構成される。

【０４４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ分
岐装置によれば、原レーザ光を分光ミラーにより複数の
分岐レーザ光に分光し、各分岐レーザ光を原レーザ光の
波長に対する反射率および透過率が一次元または二次元
方向でほぼ連続的に変化する減衰板に通すようにし、各
々の減衰板に入射するレーザ光が所望の反射率および透
過率で所定の方向に反射および透過するように各々の減
衰板の位置を減衰板位置調整機構により調整するように
したので、全ての分岐レーザ光の強度を正確に一致さ
せ、あるいは個々の分岐レーザ光毎に光強度を所望の値
に調整することが可能である。したがって、調整作業の
改善および加工品質の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ分岐装置の構成
を示す略平面図である。

【図２】実施例における部分反射透過板の構成を示す斜
視図である。

【図３】実施例において部分反射透過板の透過率および
反射率を可変調整するための減衰板位置調整機構の一構
成例を示す斜視図である。

【図４】実施例における部分反射透過板の変形例を示す
斜視図である。

【図５】レーザ溶接のマルチ・ポイント加工システムを
示す略斜視図である。

【図６】従来のレーザ分岐装置の一構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ レーザ発振器 １４Ａ〜１４Ｄ 分光ミラー １８Ａ〜１８Ｄ 減衰板 ２２Ａ〜２２Ｄ 入射ユニット ［１８］，［１８’］ 部分反射透過板 ［１８ａ］，［１８ａ’］ 基板 ［１８ｂ］，［１８ｂ’］ 部分反射透過膜 ２４ 減衰板位置調整機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの原レーザ光から複数の分岐レーザ
   光を生成するレーザ分岐装置において、 前記原レーザ光の光軸上に配置され、入射したレーザ光
   を所定の反射率で所定の方向に反射せしめると同時に所
   定の透過率で透過せしめる１個または複数個の分光ミラ
   ーと、 前記分光ミラーからの反射光または透過光の光軸上に配
   置され、前記原レーザ光の波長に対する反射率および透
   過率が一次元または二次元方向でほぼ連続的に変化する
   １個または複数個の減衰板と、 各々の前記減衰板に入射するレーザ光が所望の反射率お
   よび透過率で所定の方向に反射および透過するように各
   々の前記減衰板の位置を調整するための減衰板位置調整
   手段と、を具備することを特徴とするレーザ分岐装置。