JPH11347770A - 固体レーザー装置における光ファイバー入射調整方法及び光ファイバー入射調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバーの入射調整の最適化を短時間且
つ容易に行う。 【解決手段】 レーザー発振器１から出射されたレーザ
ー光Ｈ１を光ファイバー１１に入射させるに際して、前
記光ファイバー１１の出射端１１ｂより所定の出射角度
θ１２でレーザー光Ｈ１２が出射されたときにのみその
レーザー光Ｈ１２のほぼ全てを通過させる貫通孔３７を
有し且つ所定の出射角度以外の角度θ１３でレーザー光
Ｈ１３が出射されて該貫通孔３７を通過せずに遮られた
レーザー光Ｈ１３によって温度上昇する金属板３５を、
前記光ファイバー１１の出射端１１ｂ前方の所定位置に
配置し、該金属板３５の温度上昇が最小となるように前
記光ファイバー１１の入射端位置を上下、左右及び前後
に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザー装置
における光ファイバー入射調整方法及び光ファイバー入
射調整装置に関し、詳細にはレーザー光を光ファイバー
に入射するときの入射調整を短時間且つ容易に成し得る
固体レーザー装置における光ファイバー入射調整方法及
び光ファイバー入射調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー発振器から発振され集光したレ
ーザー光を、アシストガスと共に加工ヘッド先端からワ
ークに向けて照射し、そのレーザー光によってワークを
切断等するようにしたレーザー加工装置としては、例え
ば特開平５−２８５６８０号公報等に開示されたものが
知られている。

【０００３】この種のレーザー加工装置に使用されるレ
ーザー発振器１としては、例えば図２に示すように、固
体レーザー媒質３と、この固体レーザー媒質３を励起す
るための励起ランプ５、５と、発振したレーザー光Ｈ１
を出射する部分反射ミラー７と、この部分反射ミラー７
と対向配置される全反射ミラー９とから構成されてい
る。

【０００４】上記レーザー発振器１から出射されたレー
ザー光Ｈ１は、該レーザー発振器１の前方に設けられた
集光レンズ１３によって集光され、光ファイバー１１の
入射端１１ａ上に集光されて該光ファイバー１１内を伝
搬する。そして、光ファイバー１１の出射端１１ｂより
出射されたレーザー光Ｈ１２は、例えばレーザー加工装
置の加工ヘッド内部における出射光学系１５に入射され
て所望の集光径として集光されて加工等に利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザー光
Ｈ１を光ファイバー１１に入射させるには、レーザー光
Ｈ１を集光レンズ１３で該光ファイバー１１の入射端１
１ａ上に所望のスポット径として集光する必要がある。
レーザー光Ｈ１は、出力を増加させて行くと、ビーム品
質が変化し、集光径、焦点位置が変化する。そのため、
光ファイバー入射調整は、高出力の状態で最適化しなけ
ればならない。

【０００６】しかしながら、入射調整が全くされていな
い状態で、いきなり高出力のレーザー光Ｈ１を光ファイ
バー１１の入射端１１ａに照射すると、該入射端１１ａ
を損傷させてしまう虞れがある。そのため、光ファイバ
ー１１の入射端１１ａの損傷が生じないように、小出力
のレーザー光Ｈ１で調整を開始しなければならない。す
なわち、最初は小出力で調整した後、徐々にレーザー出
力を増加させながら微調を繰り返し、最終的に高出力で
最適化するようにする。しかし、かかる入射調整は、熟
練を要した人によって何度も繰り返して行わなければな
らないため、調整に大幅な時間がかかってしまう。

【０００７】光ファイバー入射調整をより簡便に行うた
めに、例えば図３に示すように、光ファイバー１１の出
射端１１ｂから出射したレーザー光Ｈ２をコリメートレ
ンズ１７によって平行光としてそのレーザー光Ｈ２をパ
ワーメーター１９に照射させると共に、入射端１１ａに
設けられたコネクタ２１ａに熱電対２３を取り付け、該
熱電対２３で検出された温度を温度計２５によって計測
しながら、該コネクタ２１ａの温度上昇を最小となるよ
うに、前記入射端１１ａの位置を上下、左右、前後に調
整することが考えられる。

【０００８】しかしながら、コネクタ２１ａは通常水冷
されているため、水温の変化がそのまま該コネクタ２１
ａに現れてしまい、正確な光ファイバー１１の入射調整
が行えないことがある。また、コネクタ２１ａ部の熱容
量が大きい場合には、温度上昇が緩やかになり、調整を
速やかに行えないなどの問題が発生する。

【０００９】この他、ＣＣＤカメラを使用した光ファイ
バー入射調整方法も考えられる。かかる方法は、図４に
示すように、レーザー発振器１から出射されたレーザー
光Ｈ１をベンディングミラー２７によって下方に９０度
折り曲げるようにして光ファイバー１１に入射させ、該
ベンディングミラー２７の後方からＣＣＤカメラ２９と
ＴＶモニター３１で観察しながら、集光されたレーザー
光Ｈ１が光ファイバー１１の入射端１１ａの中心にくる
ように、該入射端１１ａの位置を上下、左右、前後に調
整するようにする。

【００１０】しかし、上記方法では、ＣＣＤカメラ２９
へ入る光の強さを一定にしなければならないため、レー
ザー光Ｈ１の出力によってＣＣＤカメラ２９とベンディ
ングミラー２７間に配したＮＤフィルター３３の透過率
をその都度調整しなければならず、やはりその入射調整
に時間がかかってしまう。

【００１１】そこで本発明は、かかる課題を解決するた
めになされたものであり、レーザー光を光ファイバーに
入射するときの入射調整を短時間かつ容易に行える光フ
ァイバー入射調整方法及び光ファイバー入射調整装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバー
の出射端より所定の出射角度でレーザー光が出射された
ときにのみそのレーザー光のほぼ全てを通過させる孔を
有し且つ所定の出射角度以外の角度でレーザー光が出射
されて該孔を通過せずに遮られたレーザー光によって温
度上昇する部材を、前記光ファイバーの出射端前方の所
定位置に配置し、該部材の温度上昇が最小となるように
前記光ファイバーの入射端位置を調整するようにして、
上記課題を解決したものである。

【００１３】このように、前記部材の温度上昇が最小と
なるように光ファイバーの入射端位置を上下、左右、前
後に調整すると、該部材に設けた孔を、レーザー発振器
より出射されたレーザー光のほぼ全てが通過することに
なり、該レーザー光が所定の出射角度で出射されたこと
が判る。また、このときの部材の温度は、水冷されるコ
ネクタ温度を測定するものとは異なり、部材自体の実温
度が計測されるため、信頼性が高い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】＜光ファイバー入射調整装置の構成＞先
ず、本実施形態の固体レーザー装置における光ファイバ
ー入射調整装置について説明する。図１は、光ファイバ
ー入射調整装置の概略構成図であり、上述した図３に示
す構成と同一のものについては同一の符号を付すものと
する。

【００１６】光ファイバー入射調整装置は、図１に示す
ように、レーザー発振器１から出射されたレーザー光Ｈ
１を出射光学系であるコリメートレンズ１７まで伝搬す
る光ファイバー１１と、この出射端１１ｂより出射され
たレーザー光Ｈ１３によって温度上昇する部材である金
属板３５と、この金属板３５の温度上昇を検出する温度
検出手段である熱電対２３及び温度計２５とを主たる構
成とし、さらに光ファイバー１１の出射端１１ｂより出
射されたレーザー光の大きさを測定する測定手段である
パワーメーター１９を有している。

【００１７】レーザー発振器１は、図１に示すように、
固体レーザー媒質３と、一対の励起ランプ５、５と、部
分反射ミラー７と、全反射ミラー９とからなり、この
他、励起ランプ５、５に電力を供給する電源、励起ラン
プ５、５及び固体レーザー媒質３を冷却するための冷却
装置（いずれも図示は省略する）を有している。

【００１８】一対の励起ランプ５、５は、固体レーザー
媒質３を挟んでその両側に設けられており、該固体レー
ザー媒質３を励起するようになっている。そして、二枚
の共振ミラーからなる部分反射ミラー７及び全反射ミラ
ー９は、固体レーザー媒質３を挟んでレーザー光Ｈ１の
光路上に対向配置されている。

【００１９】光ファイバー１１は、レーザー発振器１と
コリメートレンズ１７との間に設けられており、該レー
ザー発振器１より出射され集光レンズ１３によって集光
されたレーザー光Ｈ１を入射させて、そのレーザー光Ｈ
１を出射端１１ｂよりコリメートレンズ１７に向けて出
射するように伝送する役目をする。そして、この光ファ
イバー１１の入射端１１ａは、その位置が上下、左右及
び前後に移動自在に調整可能とされている。なお、光フ
ァイバー１１の両端部には、それぞれ水冷されるコネク
タ２１ａ、２１ｂが取り付けられている。

【００２０】金属板３５は、光ファイバー１１の出射端
１１ｂより所定の出射角度θ１２でレーザー光Ｈ１２が
出射されたときにのみそのレーザー光Ｈ１２のほぼ全て
を通過させる貫通孔３７を有し、且つ所定の出射角度以
外の角度θ１３でレーザー光Ｈ１３が出射されて該貫通
孔３７を通過せずに遮られたレーザー光Ｈ１３によって
温度上昇するようになっている。

【００２１】かかる金属板３５は、前記貫通孔３７を通
過せずに遮られたレーザー光Ｈ１３を吸収して正確な温
度上昇を検出するために、例えば板厚０．５ｍｍ程度の
黒色に塗装された銅板から形成されており、前記光ファ
イバー１１の出射端１１ｂとコリメートレンズ１７との
間の所定位置に設けられている。金属板３５の配置位置
は、後述のように正確に光ファイバー１１の入射端１１
ａが位置調整されたときに、所定の出射角度θ１２で出
射されたレーザー光Ｈ１２のほぼ全てが貫通孔３７を通
るような位置とされる。

【００２２】金属板３５に形成される貫通孔３７は、光
ファイバー１１にレーザー光Ｈ１が正確に入射されたと
きに出射されるレーザー光Ｈ１２（光ファイバー１１の
入射端１１ａの位置調整が正確になされて所定の出射角
度θ１２で出射されたときのレーザー光Ｈ１２）のみを
通過させる円形孔として形成されている。

【００２３】このため、光ファイバー１１にレーザー光
Ｈ１が不正確に入射されたときに出射されるレーザー光
Ｈ１３（光ファイバー１１の入射端１１ａの位置調整が
ずれて前記所定の出射角度θ１２以外の角度θ１３で出
射されたときのレーザー光Ｈ１３）は、上記貫通孔３７
を通過するものを除いて金属板３５に照射されることに
なる。このとき、金属板３５は、黒色に塗装された熱伝
導性に優れる銅板からなるため、照射されたレーザー光
Ｈ１３を効率良く吸収して温度上昇する。従って、水冷
されるコネクタ２１ａ、２１ｂの温度を測定するものと
は異なり、正確な金属板３５の実温度上昇を測定するこ
とができる。

【００２４】なお、金属板３５は、コリメートレンズ１
７にてレーザー光Ｈ１２、Ｈ１３を平行光にしてある程
度パワーメーター１９との距離をとることで、該パワー
メーター１９からの輻射熱の影響が及ばないようにな
る。

【００２５】温度計２５は、金属板３５上に設けられた
熱電対２３に接続されており、該金属板３５の温度上昇
をリアルタイムで計測することができるようになってい
る。従って、この温度計２５を見ながら金属板３５の温
度上昇を観察して、光ファイバー１１の入射端１１ａの
位置調整が行える。

【００２６】パワーメーター１９は、光ファイバー１１
の出射端１１ｂより出射されたレーザー光Ｈ１２、Ｈ１
３の大きさ（出力）を測定する装置で、レーザー光Ｈ１
２、Ｈ１３を平行光とする前記コリメートレンズ１７の
前方に設けられている。

【００２７】上記構成のレーザー発振器１においては、
励起ランプ５、５によって固体レーザー媒質３が励起さ
れると、部分反射ミラー７と全反射ミラー９間でレーザ
ー発振が行われ、部分反射ミラー７からレーザー光Ｈ１
が共振器外へと出射される。そして、その出射されたレ
ーザー光Ｈ１は、集光レンズ１３にて集光されて光ファ
イバー１１の入射端１１ａに入射された後、該光ファイ
バー１１に伝搬されて出射端１１ｂよりコリメートレン
ズ１７に向けて出射される。

【００２８】＜光ファイバー入射調整方法＞次に、上記
構成の光ファイバー入射調整装置を用いた光ファイバー
入射調整方法について図１を参照して説明する。

【００２９】入射調整は、光ファイバー１１の入射端１
１ａを上下、左右及び前後に調整することで行う。その
位置調整に際しては、金属板３５の温度上昇を熱電対２
３に接続された温度計２５を観察しながら計測すると共
に、パワーメーター１９で金属板３５に設けられた貫通
孔３７を通過したレーザー光の出力を測定する。

【００３０】光ファイバー１１の入射端１１ａの入射調
整が正確に行われている場合は、出射端１１ｂから出射
されるレーザー光Ｈ１２は、光ファイバー１１に設定さ
れた通りの所定の出射角度θ１２で出射される。つま
り、金属板３５に形成された貫通孔３７を、そのほぼ全
てのレーザー光Ｈ１２が通過してパワーメーター１９に
照射されることになる。

【００３１】これに対して、光ファイバー１１の入射端
１１ａの入射調整がずれている場合は、出射端１１ｂか
ら出射されるレーザー光Ｈ１３は、前記所定の出射角度
θ１２より大きい角度θ１３で出射される。このため、
レーザー光Ｈ１３の一部は貫通孔３７を通過してパワー
メーター１９に照射されるが、残りは金属板３５に遮ら
れる。遮られたレーザー光Ｈ１３の一部は、金属板３５
によって吸収される。その結果、金属板３５の温度が上
昇する。

【００３２】本実施形態では、前記金属板３５の温度上
昇が最小となるように前記光ファイバー１１の入射端１
１ａの位置を上下、前後及び左右に調整する。金属板３
５の温度が高くなる程、出射端１１ｂより出射されたレ
ーザー光Ｈ１３が貫通孔３７を通過せずに金属板３５に
よって遮られる割合が多くなり、所定の出射角度θ１２
よりも大きくなる。逆に、金属板３５の温度が低くなれ
ば、前記レーザー光Ｈ１３は金属板３５によって遮られ
ることなく貫通孔３７を通過し、所定の出射角度θ１２
に近づく。この原理を利用して、上記のように入射調整
を行う。

【００３３】すなわち、金属板３５の温度上昇を温度計
２５で計測すると共に、パワーメーター１９で金属板３
５に設けられた貫通孔３７を通過したレーザー光の出力
を測定しながら、レーザー出力を小出力から開始して次
第に強めて行き、該金属板３５の温度上昇が最小となる
ようにし、さらにパワーメーター１９の出力が最大にな
るように、前記光ファイバー１１の入射端１１ａの位置
を調整すれば、光ファイバー１１の入射調整を正確且つ
迅速に行うことができる。このように、金属板３５の温
度変化を温度計２５で計測しながら入射調整が行えるの
で、熟練を要しない者でも簡単に調整を行うことができ
る。

【００３４】以上、本発明を適用した具体的な実施形態
について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限
されず種々の変更が可能である。

【００３５】例えば、本実施形態では、光ファイバー１
１の出射端１１ｂより出射されたレーザー光Ｈ１２、Ｈ
１３によって温度上昇する部材である金属板３５とし
て、黒色に塗装した銅板を使用したが、これに制限され
ることはない。要は、貫通孔３７を通過せずに遮られた
レーザー光Ｈ１３を受けてそのエネルギーを吸収し、温
度変化として出力することができるものであれば、銅板
に限られない。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３７】本発明の方法によれば、レーザー発振器か
ら出射されたレーザー光を光ファイバーに入射させるに
際して、貫通孔を通過せずに遮られたレーザー光によっ
て温度上昇する部材の温度上昇が最小となるように前記
光ファイバーの入射端位置を調整することで、光ファイ
バーの入射調整の最適化を短時間且つ容易に行うことが
できる。

【００３８】また、本発明の装置によれば、貫通孔を通
過せずに遮られたレーザー光によって温度上昇する部材
とその温度変化を検出する温度検出手段を設ける単純な
構成で、光ファイバーの入射調整を短時間且つ容易に行
うことができると共に、ＣＣＤカメラ等の如き装置を使
用することなく簡便な装置構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の光ファイバー入射調整装置を示す
概略構成図である。

【図２】従来の光ファイバー入射調整装置を示す概略構
成図である。

【図３】さらに従来の光ファイバー入射調整装置を示す
概略構成図である。

【図４】さらに従来の光ファイバー入射調整装置を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１ 固体レーザー発振器 ３ 固体レーザー媒質 ５ 励起ランプ ７ 部分反射ミラー ９ 全反射ミラー １１ 光ファイバー １１ａ 入射端 １１ｂ 出射端 １３ 集光レンズ １７ コリメートレンズ １９ パワーメーター ２３ 熱電対 ２５ 温度計 ３５ 金属板 ３７ 貫通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー発振器から出射されたレーザー
   光を光ファイバーに入射させるに際して、 前記光ファイバーの出射端より所定の出射角度でレーザ
   ー光が出射されたときにのみそのレーザー光のほぼ全て
   を通過させる孔を有し且つ所定の出射角度以外の角度で
   レーザー光が出射されて該孔を通過せずに遮られたレー
   ザー光によって温度上昇する部材を、前記光ファイバー
   の出射端前方の所定位置に配置し、該部材の温度上昇が
   最小となるように前記光ファイバーの入射端位置を調整
   することを特徴とする固体レーザー装置における光ファ
   イバー入射調整方法。
2. 【請求項２】 レーザー発振器から出射されたレーザー
   光を出射光学系に伝搬する光ファイバーと、 前記光ファイバーの出射端と前記出射光学系との間の所
   定位置に設けられ、該光ファイバーの出射端より所定の
   出射角度でレーザー光が出射されたときにのみそのレー
   ザー光のほぼ全てを通過させる孔を有し且つ所定の出射
   角度以外の角度でレーザー光が出射されて該孔を通過せ
   ずに遮られたレーザー光によって温度上昇する部材と、 前記部材の温度上昇を検出する温度検出手段とを備えて
   おり、 前記部材の温度上昇が最小となるように前記光ファイバ
   ーの入射端位置を調整自在に構成してあることを特徴と
   する固体レーザー装置における光ファイバー入射調整装
   置。
3. 【請求項３】 前記出射光学系の前方に、前記光ファイ
   バーの出射端より出射されたレーザー光の出力の大きさ
   を測定する測定手段が設けられていることを特徴とする
   請求項２記載の固体レーザー装置における光ファイバー
   入射調整装置。