JP3468660B2 - レーザビーム分岐装置 - Google Patents
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Description
どで使用されるレーザビーム分岐装置に関し、特に、レ
ーザビームを二つの光路に選択的に分岐するレーザビー
ム分岐装置に関するものである。
有するレーザ加工機を示している。このレーザ加工機
は、2個の加工ヘッド1a、1bを有し、一つのレーザ
発振器2より加工ヘッド1a、1bのそれぞれにレーザ
ビームが与えられる。
質である固体レーザ素子4と、励起光源3と固体レーザ
素子4とを内蔵したキャビティ(箱)5と、キャビティ
5の両側に対向配置された全反射ミラー6および部分反
射ミラー(出力ミラー)7とによる光共振器8を有し、
部分反射ミラー7よりレーザビームLをレーザ光学系へ
出射する。
ーザビームLを二つの光路に選択的に分岐するレーザビ
ーム分岐装置9と、分岐された二つの光路(平行光路)
の途中にそれぞれ並列に設けられた拡大レンズ10a、
10b、コリメートレンズ11a、11b、集光レンズ
12a、12bとを有し、この二つの光路のレーザビー
ムLa、Lbを光ファイバー13a、13bを介して加
工ヘッド1a、1bへ伝搬する。
入射端面には光ファイバー入射集光レンズ14a、14
bが設けられており、この光ファイバー入射集光レンズ
14a、14bのそれぞれに集光レンズ12a、12b
によって集光されたレーザビームLa、Lbが与えられ
る。
もコリメートレンズ15a、15b、集光レンズ16
a、16bによる集光レンズ系が設けられ、加工ヘッド
1a、1bの先端のノズル部17a、17bにレーザビ
ームLa、Lbを集光させる。
(部分反射ミラー)19を保持して枢軸20の中心軸線
周りに180度回転変位可能な分岐ミラーホルダ21
と、レーザビームLbの光路中に45度傾斜で固定配置
された伝送ミラー(全反射ミラー)22とを有してい
る。
が枢軸20の中心軸線周りに180度回転変位すること
により、レーザビームLとLa(レーザビームLの光軸
とレーザビームLaの光軸とは同一軸線)との光路中に
45度傾斜で配置されるA位置(ビーム分岐作用位置)
と、A位置より180度回転変位してレーザビームL、
Laの光路外に退避するB位置(退避位置)とのいずれ
かに位置し、A位置ではレーザビームLを加工ヘッド1
aと1bとに向かうレレーザビームLa、Lbとに分岐
し、B位置ではレーザビーム分岐を停止して一方の加工
ヘッド1aへ向かうレーザビームLaだけとする。
て、特開平7−294833号公報に示されているよう
に、主レーザビーム光路に対向配置された直角三角形状
配置の全反射ミラーを主レーザビーム光軸に対して当該
光軸と直交する方向に平行移動可能に設け、直角三角形
状全反射ミラーの頂点(稜線)が主レーザビームの光軸
位置(中央位置)に位置している時には主レーザビーム
を当該ミラーの両側にそれぞれ相反する方向に90度屈
折させて2ビームに分岐し、直角三角形状全反射ミラー
が当該ミラーの一方の斜面にしか主レーザビームが入射
しない位置では主レーザビームを片側にのみ90度屈折
させてレーザビームを分岐しないようにするものが知ら
れている。
ように、1枚の分岐ミラー19だけを担持した分岐ミラ
ーホルダ21を回転変位させて光路切換(分岐)を実施
するものでは、分岐ミラーホルダ21がA位置において
角度ずれを生じると、伝送ミラー22に対するレーザビ
ームの入射角が変動し、光ファイバー13bへ集光する
光学系への入射光も位置ずれを起こすことになり、この
ために光ファイバー13bを出射したレーザビームLb
の集光性が低下し、最悪の場合には光ファイバー13b
へレーザビームLbが入射しなくなり、光ファイバー1
3bの焼損、ひいては加工不能となることがある。
れを発生させないためには、光路切換を実現する分岐ミ
ラーホルダ21の駆動系が高い角度位置決め精度を有し
ていなければならず、このため構造が複雑になり、かつ
コストがかかりすぎる等の問題点があった。
いるようなレーザビーム分岐装置では、上述のような問
題点を生じることはないが、しかし、主レーザビームの
光軸(ビーム中心)を境としてレーザビームを分岐する
から、分岐されたレーザビームの最大光強度位置はビー
ム中心に位置せず、光強度分布が片寄ったものになり、
良質の分岐レーザビームを得ることができない。
なされたものであり、高度な位置決め精度を要すること
なくレーザビームを高精度に分岐し、しかも最大光強度
位置がビーム中心に位置している良質の分岐レーザビー
ムを得ることができるレーザビーム分岐装置を得ること
を目的としている。
めに、この発明によるレーザビーム分岐装置は、分岐ミ
ラーと、前記分岐ミラーで反射したレーザビームを入射
して前記分岐ミラーに入射するレーザビームと平行な方
向にレーザビームを出射するための全反射ミラーによる
伝送ミラーとが一つのミラーホルダに固定装着され、前
記分岐ミラーがレーザ発振器よりのレーザビームの光路
中に位置するビーム分岐作用位置と前記分岐ミラーが前
記レーザビームの光路外に位置する退避位置との間に前
記ミラーホルダが移動可能に設けられ、前記ミラーホル
ダが前記ビーム分岐作用位置に位置している場合には、
前記レーザ発振器よりのレーザビームが前記分岐ミラー
に入射するよう構成されているものである。
は、一つのミラーホルダに分岐ミラーと伝送ミラーとが
固定装着されているので、ミラーホルダがビーム分岐作
用位置と退避位置との間に移動しても、分岐ミラーと伝
送ミラーとの相対位置は変動せず、ビーム分岐作用位置
がずれても伝送ミラーは分岐ミラーに入射するレーザビ
ームと平行な方向にレーザビームを出射する。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
前記ミラーホルダが、枢軸周りに回転可能に設けられ、
回転駆動装置により前記ビーム分岐作用位置と前記退避
位置との間に回転駆動されるものである。
は、回転駆動装置によりミラーホルダがビーム分岐作用
位置と退避位置との間に回転駆動され、ビーム分岐作用
位置が回転角方向にずれても、分岐ミラーと伝送ミラー
に入射するレーザビームの入射角がともに変動し、伝送
ミラーより出射するレーザビームは平行位置ずれを生じ
るだけで、分岐ミラーに入射するレーザビームとの平行
度を保つ。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
前記ミラーホルダが、直線移動可能に設けられ、リニア
駆動装置により前記ビーム分岐作用位置と前記退避位置
との間に直線駆動されるものである。
は、リニア駆動装置によりミラーホルダがビーム分岐作
用位置と退避位置との間に直線駆動され、ビーム分岐作
用位置が直線移動方向にずれても、分岐ミラーと伝送ミ
ラーに入射するレーザビームの入射位置が変動するだけ
で、伝送ミラーより出射するレーザビームは分岐ミラー
に入射するレーザビームとの平行度を保ち、位置ずれも
生じない。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
前記分岐ミラーが全反射ミラーにより構成されているも
のである。
は、分岐ミラーに入射するレーザビームが全反射し、時
間分岐が実現される。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
前記分岐ミラーが部分反射ミラーにより構成されている
ものである。
は、分岐ミラーに入射するレーザビームが部分反射し、
同時分岐が実現される。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
対をなす前記分岐ミラーと前記伝送ミラーとが2組設け
られ、一方の組の分岐ミラーが全反射ミラーにより構成
され、他方の組の分岐ミラーが部分反射ミラーにより構
成され、いずれか一方の組の分岐ミラーと伝送ミラーが
選択的に前記ビーム分岐作用位置と前記退避位置とを取
り得る使用位置に位置するよう構成されているものであ
る。
は、全反射ミラーによる分岐ミラーののものと、部分反
射ミラーによる分岐ミラーの組のものとが選択的(択一
的)に使用され、時間分岐と同時分岐とを択一的に得る
ことができる。
は、上述の発明によるレーザビーム分岐装置において、
レーザ発振器とは分離独立したユニットに前記ミラーホ
ルダおよびそれの駆動装置が設けられているものであ
る。
は、当該レーザビーム分岐装置がレーザ発振器とは分離
独立したユニットとして構成される。
明に係るレーザビーム分岐装置の実施の形態を詳細に説
明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態に
おいて上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例
に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略す
る。
よるレーザビーム分岐装置の実施の形態1を示してい
る。レーザビーム分岐装置30は、枢軸31を回転中心
としてA位置とB位置との間に回転変位可能なミラーホ
ルダ32を有している。ミラーホルダ32は、部分反射
ミラーによる分岐ミラー33と全反射ミラーによる伝送
ミラー34の双方を固定担持している。
いに正確に45度の角度で反射面が対峙するよう、それ
ぞれミラーホルダ32に固定配置されている。この二つ
のミラーの取付位置精度は、初期設定値により実質的に
不変であり、通常のミラー固定構造により比較的容易に
所要の取付位置精度を得ることが可能である。
作用位置)では分岐ミラー33をレーザビーム(主レー
ザビーム)Lの光路中に45度の傾斜角をもって位置さ
せ、B位置(退避位置)では分岐ミラー33をレーザビ
ームLの光路より離れた退避位置に位置させる。
ソレノイドやパルスモータ等による回転駆動装置35と
駆動連結されている(図3参照)。回転駆動装置35
は、通電制御やパルス制御により、ミラーホルダ32を
A位置とB位置との間に回転駆動する。
0の動作について説明する。
供給する場合、すなわちビーム非分岐時には、ミラーホ
ルダ32を回転駆動装置35によってB位置に移動さ
せ、分岐ミラー33をレーザビームLの光路外に位置さ
せる。この時には、折返しのないストレートで単純な光
路系が設定され、レーザビームLは、L=Laとして、
一方の光ファイバー13aにのみ入射する。
両方に供給する場合、すなわちビーム分岐(同時分岐)
時には、ミラーホルダ32を回転駆動装置35によって
A位置に移動させ、分岐ミラー33をレーザビームLの
光路中に位置させる。この時には、レーザビームLの一
部は分岐ミラー33を透過し、レーザビームLaとして
ストレート光路をもって一方の光ファイバー13aに入
射し、残りのレーザビームLは分岐ミラー33で反射し
てレーザビームLbとして伝送ミラー34へ向かい、更
に伝送ミラー34で反射してレーザビームLaと平行な
光路を進んで、光ファイバー13bに入射する。
ミラーホルダ32に一体固着化されているので、この二
枚のミラー間の相対的な位置ずれはなく、ミラーホルダ
32のA位置が、図4に仮想線で示されているように、
実線で示されている正規の位置よりずれても、レーザビ
ームの分岐ミラー33、伝送ミラー34に対する入射角
が、分岐ミラー33と伝送ミラー34の方向に同等に変
化するから、伝送ミラー34で反射したレーザビームL
bは、平行位置ずれを生じるだけで、分岐ミラー33に
入射するレーザビームLならびにレーザビームLaと平
行な光路を進むことを保証される。
A位置にて、回転方向に位置ずれを起こしても、レーザ
ビームLbは平行位置ずれだけで平行度を保つから、光
学系の調整は平行シフトのみの修正だけでよく、容易に
実施することができる。しかも、この平行ずれ量がレー
ザビームLbの光学系の許容範囲にあれば、光ファイバ
ー13bの光ファイバー入射集光レンズ14bが集光レ
ンズ12bによって絞られたレーザビームLbの焦点位
置であるので、ずれはほとんど発生しない。
り構成されてもよく、この場合には、ミラーホルダ32
がA位置に位置していれば、加工ヘッド1aにのみレー
ザビームが与えられ、ミラーホルダ32がB位置に位置
していれば、加工ヘッド1bにのみレーザビームが与え
られ、時間分岐が行われる。
ことなくレーザビームが高精度に分岐され、しかも最大
光強度位置がビーム中心に位置している良質の分岐レー
ザビームが得られる。
よるレーザビーム分岐装置の実施の形態2を示してい
る。なお、図5、図6に於いて、図1〜図4に対応する
部分は図1〜図4に付した符号と同一の符号により示さ
れている。
は、リニア駆動装置36のベース部材37に設けられた
直線ガイド38に案内されて直線移動するスライダ39
に搭載され、A位置とB位置との間を直線移動する。
る場合と同様に、A位置では分岐ミラー33をレーザビ
ーム(主レーザビーム)Lの光路中に45度の傾斜角を
もって位置させ、B位置では分岐ミラー33をレーザビ
ームLの光路より離れた退避位置に位置させる。
動式のものであり、アクチュエータ40に対するエアー
供給制御、通電制御により、ミラーホルダ32をA位置
とB位置との間で直線駆動する。
32は、実施の形態1における場合と同様に、分岐ミラ
ー33と伝送ミラー34の双方を固定担持している。
の加工ヘッド1aに供給する場合には、ミラーホルダ3
2をリニア駆動装置36によってB位置に移動させ、分
岐ミラー33をレーザビームLの光路外に位置させる。
この時には、折返しのないストレートで単純な光路系が
設定され、レーザビームLは、L=Laとして、一方の
光ファイバー13aにのみ入射する。
両方に供給する場合には、ミラーホルダ32をリニア駆
動装置36によってA位置に移動させ、分岐ミラー33
をレーザビームLの光路中に位置させる。この時には、
レーザビームLの一部は分岐ミラー33を透過し、レー
ザビームLaとしてストレート光路をもって一方の光フ
ァイバー13aに入射し、残りのレーザビームLは分岐
ミラー33で反射してレーザビームLbとして伝送ミラ
ー34へ向かい、更に伝送ミラー34で反射してレーザ
ビームLaと平行な光路を進んで、光ファイバー13b
に入射する。
送ミラー34とは同じミラーホルダ32に一体固着化さ
れているので、この二枚のミラー間の相対的な位置ずれ
はなく、ミラーホルダ32のA位置が、図7に仮想線で
示されているように、実線で示されている正規の位置よ
りずれても、レーザビームの分岐ミラー33、伝送ミラ
ー34に対する入射位置が変動するだけで、レーザビー
ムLbは、位置ずれを生じることなく、分岐ミラー33
に入射するレーザビームLならびにレーザビームLaと
平行な光路を進むことを保証される。
A位置にて、直線移動方向に位置ずれを起こしても、レ
ーザビームLbは平行位置ずれを生じることなく平行度
を保つから、高度な位置決め精度を要することなくレー
ザビームが高精度に分岐され、しかも最大光強度位置が
ビーム中心に位置している良質の分岐レーザビームが得
られる。
3は全反射ミラーにより構成されてもよく、この場合に
は、ミラーホルダ32がA位置に位置していれば、加工
ヘッド1aにのみレーザビームが与えられ、ミラーホル
ダ32がB位置に位置していれば、加工ヘッド1bにの
みレーザビームが与えられ、時間分岐が行われる。
ーザビーム分岐装置の実施の形態3を示している。な
お、図8に於いて、図5、図6に対応する部分は図5、
図6に付した符号と同一の符号により示されている。
に、対をなす分岐ミラー(33a、33b)と伝送ミラ
ー(34a、34b)とが2組設けられている。伝送ミ
ラー34a、34bとは共に全反射ミラーであるが、分
岐ミラー33aは全反射ミラー、分岐ミラー33bは部
分反射ミラーにより構成されている。
位置との間に駆動するリニア駆動装置36のベース部材
37が上下方向のリニア駆動装置41のスライダ44に
搭載されている。
動式のものであり、ベース部材42に設けられた直線ガ
イド43に案内されて直線移動するスライダ44を有
し、アクチュエータ45に対するエアー供給制御、通電
制御により、ミラーホルダ32を上昇位置と降下位置と
の間に直線駆動する。
により、ミラーホルダ32が上昇位置と降下位置のいず
れかに位置することによって、それぞれ対をなす分岐ミ
ラー33a/伝送ミラー34aの組と、分岐ミラー33
b/伝送ミラー34bの組のいずれか一方の組が、選択
的にA位置とB位置を取り得る使用位置に位置し、活動
状態になる。
置しているときには、分岐ミラー33a、伝送ミラー3
4aが活動状態になり、上昇位置・A位置ではレーザビ
ームLbのみが得られ、上昇位置・B位置ではレーザビ
ームLaのみが得られる時間分岐が実現される。
に位置しているときには、分岐ミラー33b、伝送ミラ
ー34bが活動状態になり、降下位置・A位置ではレー
ザビームLaとLbが得られ、降下位置・B位置ではレ
ーザビームLaのみが得られる同時分岐が実現される。
3a、33bと伝送ミラー34a、34bは全て同じミ
ラーホルダ32に一体固着化されているので、それぞれ
対をなすミラー間の相対的な位置ずれはなく、ミラーホ
ルダ32のA位置が正規の位置よりずれても、レーザビ
ームの分岐ミラー33a、伝送ミラー34aあるいは分
岐ミラー33b、伝送ミラー34bに対する入射位置が
変動するだけで、レーザビームLbは位置ずれを生じる
ことなく分岐ミラー33に入射するレーザビームLなら
びにレーザビームLaと平行な光路を進むことを保証さ
れる。
ーザビーム分岐装置の実施の形態4を示している。な
お、図9に於いて、図1に対応する部分は図1に付した
符号と同一の符号により示されている。
置30と、拡大レンズ10a、10b、コリメートレン
ズ11a、11b、集光レンズ12a、12bによるレ
ーザ光学系がレーザ発振器(光共振器8)から分離独立
した光学系ユニット50として構成されている。
ム分岐装置30を含むレーザ光学系との組み合わせの自
由度が増し、レーザ発振器の構成が簡単になり、容積縮
小により外形サイズを小さくすることができる。
明によるレーザビーム分岐装置によれば、一つのミラー
ホルダに分岐ミラーと伝送ミラーとが固定装着されてい
るので、ミラーホルダがビーム分岐作用位置と退避位置
との間に移動しても、分岐ミラーと伝送ミラーとの相対
位置は変動せず、ビーム分岐作用位置がずれても伝送ミ
ラーは分岐ミラーに入射するレーザビームと平行な方向
にレーザビームを出射するから、高度な位置決め精度を
要することなくレーザビームが高精度に分岐され、しか
も最大光強度位置がビーム中心に位置している良質の分
岐レーザビームが得られる。
よれば、回転駆動装置によりミラーホルダがビーム分岐
作用位置と退避位置との間に回転駆動され、ビーム分岐
作用位置が回転角方向にずれても、分岐ミラーと伝送ミ
ラーに入射するレーザビームの入射角がともに変動し、
伝送ミラーより出射するレーザビームは平行位置ずれを
生じるだけで、分岐ミラーに入射するレーザビームとの
平行度を保つから、回転機構と云う簡単な構成で、高度
な位置決め精度を要することなくレーザビームが高精度
に分岐され、しかも最大光強度位置がビーム中心に位置
している良質の分岐レーザビームが得られる。
よれば、リニア駆動装置によりミラーホルダがビーム分
岐作用位置と退避位置との間に直線駆動され、ビーム分
岐作用位置が直線移動方向にずれても、分岐ミラーと伝
送ミラーに入射するレーザビームの入射位置が変動する
だけで、伝送ミラーより出射するレーザビームは分岐ミ
ラーに入射するレーザビームとの平行度を保ち、位置ず
れも生じないから、高度な位置決め精度を要することな
くレーザビームが高精度に正確に分岐され、しかも最大
光強度位置がビーム中心に位置している良質の分岐レー
ザビームが得られる。
よれば、分岐ミラーに入射するレーザビームが全反射す
ることで、高度な位置決め精度を要することなく高精度
な時間分岐が実現される。
よれば、分岐ミラーに入射するレーザビームが部分反射
することで、高度な位置決め精度を要することなく高精
度な同時分岐が実現される。
よれば、全反射ミラーによる分岐ミラーのものと、部分
反射ミラーによる分岐ミラーの組のものとが選択的に使
用されることにより、高度な位置決め精度を要すること
なく時間分岐と同時分岐とが択一的に得られるようにな
る。
よれば、当該レーザビーム分岐装置がレーザ発振器とは
分離独立したユニットとして構成されるから、レーザ発
振器とレーザビーム分岐装置を含むレーザ光学系との組
み合わせの自由度が増し、レーザ発振器の構成が簡単に
なり、容積縮小により外形サイズを小さくすることがで
きる。
込んだレーザ加工機の実施の形態1を示す概略構成図で
ある。
の形態1を示す構成図である。
の形態1を示す斜視図である。
明図である。
の形態2を示す構成図である。
の形態2を示す斜視図である。
明図である。
の形態3を示す斜視図である。
込んだレーザ加工機の実施の形態4を示す概略構成図で
ある。
レーザ加工機を示す概略構成図である。
光源,4 固体レーザ素子,5 キャビティ,6 全反
射ミラー,7 部分反射ミラー,8 光共振器,10
a、10b 拡大レンズ,11a、11b コリメート
レンズ,12a、12b 集光レンズ,13a、13b
光ファイバー,14a、14b 光ファイバー入射集
光レンズ,15a、15b コリメートレンズ,16
a、16b集光レンズ,17a、17b ノズル部,3
0 レーザビーム分岐装置,31枢軸,32 ミラーホ
ルダ,33、33a、33b 分岐ミラー,34、34
a、34b 伝送ミラー,35 回転駆動装置,36
リニア駆動装置,37 ベース部材,38 直線ガイ
ド,39 スライダ,40 アクチュエータ,41リニ
ア駆動装置,42 ベース部材,43 直線ガイド,4
4 スライダ,45アクチュエータ,50 光学系ユニ
ット。
Claims (7)
- 【請求項1】 分岐ミラーと、前記分岐ミラーで反射し
たレーザビームを入射して前記分岐ミラーに入射するレ
ーザビームと平行な方向にレーザビームを出射するため
の全反射ミラーによる伝送ミラーとが一つのミラーホル
ダに固定装着され、前記分岐ミラーがレーザ発振器より
のレーザビームの光路中に位置するビーム分岐作用位置
と前記分岐ミラーが前記レーザビームの光路外に位置す
る退避位置との間に前記ミラーホルダが移動可能に設け
られ、前記ミラーホルダが前記ビーム分岐作用位置に位
置している場合には、前記レーザ発振器よりのレーザビ
ームが前記分岐ミラーに入射するよう構成されているこ
とを特徴とするレーザビーム分岐装置。 - 【請求項2】 前記ミラーホルダは、枢軸周りに回転可
能に設けられ、回転駆動装置により前記ビーム分岐作用
位置と前記退避位置との間に回転駆動されることを特徴
とする請求項1に記載のレーザビーム分岐装置。 - 【請求項3】 前記ミラーホルダは、直線移動可能に設
けられ、リニア駆動装置により前記ビーム分岐作用位置
と前記退避位置との間に直線駆動されることを特徴とす
る請求項1に記載のレーザビーム分岐装置。 - 【請求項4】 前記分岐ミラーが全反射ミラーにより構
成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
一つに記載のレーザビーム分岐装置。 - 【請求項5】 前記分岐ミラーが部分反射ミラーにより
構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
か一つに記載のレーザビーム分岐装置。 - 【請求項6】 対をなす前記分岐ミラーと前記伝送ミラ
ーとが2組設けられ、一方の組の分岐ミラーが全反射ミ
ラーにより構成され、他方の組の分岐ミラーが部分反射
ミラーにより構成され、いずれか一方の組の分岐ミラー
と伝送ミラーが選択的に前記ビーム分岐作用位置と前記
退避位置とを取り得る使用位置に位置するよう構成され
ていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに
記載のレーザビーム分岐装置。 - 【請求項7】 レーザ発振器とは分離独立したユニット
に前記ミラーホルダおよびそれの駆動装置が設けられて
いることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記
載のレーザビーム分岐装置。
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