CN107966768B - 光束分支装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光束分支装置。即使入射光束的分支数较多也能够抑制成本等的增大，并且即使不怎么提高旋转式电动机的旋转精度也能够提高耦合效率且能够应对光路的高速切换。光束分支装置(1)通过使旋转式电动机(2)的旋转轴旋转而使旋转体(4)与多个反射镜(5)一起旋转，从而利用多个反射镜(5)中的任一反射镜(5)的反射镜面部(20)反射入射光束(7)，将该入射光束(7)分支为多个并切换反射光束(9)的光路。旋转体(4)的中心轴线(6)位于相对于入射光束(7)的中心线(8)异面的位置，并且，多个反射镜(5)隔着旋转体(4)上的最接近入射光束(7)的位置在旋转体(4)的轴向上的两侧相对配置。

Description

光束分支装置
技术领域
本发明涉及一种例如用于将自激光装置射出并在供给激光光线的光纤(馈源光纤(フィードファイバ))内传输过来的激光光线分支到多个加工用光纤(操作光纤)并供给到加工头的光束分支装置。
背景技术
以往，在利用把持了射出激光光线的加工头的机器人手进行焊接等的激光加工中，通过使用光束分支装置，从而将自激光装置在馈源光纤中传输过来的激光光线进行切换并分支到多个操作光纤，通过利用分别连接于各操作光纤的另一端的多个加工头进行激光加工，从而高效地使用一台激光装置。
作为这样的光束分支装置，谋求提高其耦合效率(自馈源光纤经由光束分支装置向操作光纤传输的光能的比率，具体而言，自操作光纤的射出侧端面的芯部分射出的光能除以入射到馈源光纤的入射侧端面的芯部分的光能得到的值)，而提案有一种相对于利用旋转式电动机旋转的旋转体垂直安装反射镜(镜)的反射镜面部的技术(以下，称作现有技术1。)(例如，参照专利文献1、2、3)。
即，在该现有技术1中，如图17所示，装备多个(图17中为两个)包括反射镜5、旋转体4以及旋转式电动机2的光路切换光学系统30，在各光路切换光学系统30中，利用与旋转式电动机2的旋转轴直接连接的旋转体4的旋转改变反射镜5的位置，使入射光束7照射到反射镜5并进行反射、或不使入射光束7向反射镜5照射而直进，分别将入射光束7向两个方向分支，从而能够将入射光束7分支为三个以上(图17中，两个操作光纤12和一个吸收器17的合计三个)。在此，在各光路切换光学系统30中，由于反射镜5的反射镜面部20相对于旋转体4垂直，因此，即使反射镜5的旋转角度略微错开，反射光束9的位置、方向也不会改变，因此，即使操作光纤12的端面的芯径为100μm左右的非常小的芯径，也能够获得较高的耦合效率。
另外，与这样的现有技术1不同，还提案有如下这样的技术：为了抑制光束分支装置的成本、尺寸·重量的增大，通过在反射镜5形成在旋转式电动机2的旋转轴的半径方向上倾斜度不同的多个反射镜面部20，即使入射光束7的分支数较多，使用一台旋转式电动机2也足矣(以下，称作现有技术2。)(例如，参照专利文献4、5)。
即，在该现有技术2中，如图18B所示，在反射镜5形成有多个(图18中为三个)反射镜面部20，这些反射镜面部20相互之间在旋转式电动机2的旋转轴的半径方向上倾斜度不同。而且，通过根据反射光束9的方向使该反射镜5适当旋转，如图18A所示，能够将入射光束7分支为多个。
专利文献1：日本特开2004-281888号公报
专利文献2：日本特开2000-180741号公报
专利文献3：日本特开2014-65047号公报
专利文献4：日本特开昭53-143247号公报
专利文献5：日本特开昭61-151607号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在现有技术1中，虽然不怎么提高旋转式电动机2的旋转精度也能够提高光束分支装置的耦合效率，但是，需要与入射光束7的分支数相对应的个数的旋转式电动机2，因此，在入射光束7的分支数较多时，必然导致光束分支装置的成本、尺寸·重量增大。
另外，在现有技术2中，与现有技术1不同，即使入射光束7的分支数较多，使用一台旋转式电动机2也足矣，因此，能够抑制光束分支装置的成本、尺寸等的增大，相反地，在旋转式电动机2的旋转角度稍微改变时，反射光束9的方向较大程度地改变，因此，除非以非常高的精度控制旋转式电动机2的旋转角度，否则会导致光束分支装置的耦合效率下降。而且，由于由旋转式电动机2驱动的反射镜5具有惯性，因此，到该反射镜5完全停止的时间的耦合效率进一步下降。因而，根据在实际使用光束分支装置时必须确保一定的耦合效率的情况而言，可以说光路的高速切换几乎是不可能的。
如上所述，在以往技术(现有技术1、2)中，无法兼顾即使入射光束7的分支数较多也能够抑制光束分支装置的成本、尺寸等的增大、以及不怎么提高旋转式电动机2的旋转精度也能够提高光束分支装置的耦合效率且能够应对光路的高速切换这两方面。
于是，本发明的目的在于实现该兼顾：即、提供即使入射光束的分支数较多也能够抑制成本、尺寸等的增大，并且即使不怎么提高旋转式电动机的旋转精度也能够提高耦合效率且能够应对光路的高速切换的光束分支装置。
用于解决问题的方案
(1)本发明提供一种光束分支装置(例如后述的光束分支装置1、21、31、41、51)，其中，该光束分支装置具有光路切换光学系统(例如后述的光路切换光学系统30)，该光路切换光学系统包括：旋转式电动机(例如后述的旋转式电动机2)；旋转体(例如后述的旋转体4)，其与所述旋转式电动机的旋转轴连动地旋转；以及多个反射镜(例如后述的反射镜5)，其具有相对于所述旋转体的中心轴线(例如后述的中心轴线6)大致垂直的反射镜面部(例如后述的反射镜面部20)，所述多个反射镜沿着所述旋转体的轴向分开地安装于所述旋转体，通过使所述旋转式电动机的所述旋转轴旋转而使所述旋转体与所述多个反射镜一起旋转，从而利用所述多个反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射入射光束，将该入射光束分支为多个并切换反射光束的光路，在所述光路切换光学系统中，所述旋转体的中心轴线位于相对于所述入射光束的中心线异面的位置，并且，所述多个反射镜隔着所述旋转体上的最接近所述入射光束的位置在该旋转体的轴向上的两侧相对配置。
(2)在(1)的光束分支装置中，可以是，所述光路切换光学系统构成为：在利用所述旋转体的旋转将所述多个反射镜定位于规定的角度位置时，利用这些反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射大致全部的所述入射光束。
(3)在(1)或(2)的光束分支装置中，可以是，在沿着与连结所述旋转体的中心轴线和所述入射光束的中心线的最短的线段平行的方向假想地移动所述入射光束的中心线并使其与所述旋转体的中心轴线交叉时，所述旋转体的中心轴线和所述入射光束的中心线所成的假想交叉角度成为大致45°。
(4)在(3)的光束分支装置中，可以是，各所述反射镜的所述反射镜面部分别形成为具有与利用该反射镜面部反射所述入射光束时、该入射光束的入射面和反射面相交的交线大致一致的长轴、且椭圆率大致为的椭圆形、或包含该椭圆形在内的多边形。
(5)在(1)～(4)的任一光束分支装置中，可以是，所述光路切换光学系统构成为：在利用所述多个反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射所述入射光束时，该入射光束和该反射光束不会被除了该反射镜以外的所述反射镜妨碍光路。
(6)在(1)～(5)的任一光束分支装置中，可以是，所述光路切换光学系统构成为：通过使所述旋转体适当旋转，使所述入射光束不被所述多个反射镜的任一反射镜面部反射而直进。
(7)在(1)～(6)的任一光束分支装置中，可以是，所述光路切换光学系统构成为：在从所述多个反射镜中的任意的反射镜切换到其他任意的所述反射镜的中途，其他的反射镜不对所述入射光束进行反射。
(8)在(1)～(7)的任一光束分支装置中，可以是，所述多个反射镜均构成为：与所述旋转体的旋转角度无关地不向除了所述反射镜面部之外的构件照射所述入射光束。
(9)在(1)～(8)的任一光束分支装置中，可以是，在所述光路切换光学系统中，利用所述旋转式电动机旋转的全部结构构件的重心大致位于所述旋转体的中心轴线上。
(10)在(1)～(9)的任一光束分支装置中，可以是，沿着所述入射光束的光路装备多个所述光路切换光学系统。
(11)在(1)～(10)的任一光束分支装置中，可以是，所述光路切换光学系统构成为：根据来自对射出所述入射光束的激光装置进行控制的数值控制装置或对向加工对象物照射所述反射光束的加工头进行控制的数值控制装置的指令，控制所述旋转体的旋转角度。
发明的效果
采用本发明，由于每一个旋转式电动机包括有多个反射镜，因此，即使入射光束的分支数较多也能够抑制成本、尺寸等的增大，并且，由于反射镜的反射镜面部相对于旋转体的中心轴线大致垂直，因此，即使不怎么提高旋转式电动机的旋转精度也能够提高耦合效率且能够应对光路的高速切换。
而且，支承多个反射镜的旋转体的中心轴线和入射光束的中心线位于异面的位置，并且，对这些反射镜的配置进行了精心研究，因此，能够使光路切换光学系统小型轻量化，进而使光束分支装置小型轻量化。
附图说明
图1是表示第1实施方式的光束分支装置的结构的图。
图2是表示第1实施方式的光束分支装置的光路切换光学系统的立体图。
图3A是在第1实施方式的光束分支装置中、在入射光束未被任一反射镜反射而直进的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图3B是自Z方向(旋转轴方向)观察图3A得到的图。
图3C是自Y方向观察图3A得到的图。
图3D是自X方向观察图3A得到的图。
图4A是在第1实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第1反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图4B是自Z方向(旋转轴方向)观察图4A得到的图。
图4C是自Y方向观察图4A得到的图。
图4D是自X方向观察图4A得到的图。
图5A是在第1实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第2反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图5B是自Z方向(旋转轴方向)观察图5A得到的图。
图5C是自Y方向观察图5A得到的图。
图5D是自X方向观察图5A得到的图。
图6A是在第1实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第3反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图6B是自Z方向(旋转轴方向)观察图6A得到的图。
图6C是自Y方向观察图6A得到的图。
图6D是自X方向观察图6A得到的图。
图7A是在第1实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第4反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图7B是自Z方向(旋转轴方向)观察图7A得到的图。
图7C是自Y方向观察图7A得到的图。
图7D是自X方向观察图7A得到的图。
图8是表示反射镜的反射镜面部的形状的图。
图9是表示第2实施方式的光束分支装置的结构的图。
图10是表示第3实施方式的光束分支装置的结构的图。
图11A是在第3实施方式的光束分支装置中、在入射光束未被任一反射镜反射而直进的第1情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图11B是自Z方向(旋转轴方向)观察图11A得到的图。
图11C是自Y方向观察图11A得到的图。
图11D是自X方向观察图11A得到的图。
图12A是在第3实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第1反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图12B是自Z方向(旋转轴方向)观察图12A得到的图。
图12C是自Y方向观察图12A得到的图。
图12D是自X方向观察图12A得到的图。
图13A是在第3实施方式的光束分支装置中、在入射光束未被任一反射镜反射而直进的第2情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图13B是自Z方向(旋转轴方向)观察图13A得到的图。
图13C是自Y方向观察图13A得到的图。
图13D是自X方向观察图13A得到的图。
图14A是在第3实施方式的光束分支装置中、在入射光束被第2反射镜反射的情况下、自入射光束的入射方向观察光路切换光学系统得到的图。
图14B是自Z方向(旋转轴方向)观察图14A得到的图。
图14C是自Y方向观察图14A得到的图。
图14D是自X方向观察图14A得到的图。
图15是表示第4实施方式的光束分支装置的结构的图。
图16是表示第5实施方式的光束分支装置的结构的图。
图17是表示现有技术1的结构图。
图18A是表示现有技术2的结构图。
图18B是应用于现有技术2的反射镜的立体图。
附图标记说明
1、21、31、41、51、光束分支装置；2、旋转式电动机；4、旋转体；5、5-1、5-2、5-3、5-4、反射镜；6、旋转体的中心轴线；7、入射光束；8、入射光束的中心线；9、反射光束；10、反射光束的中心线；20、20-1、20-2、20-3、20-4、反射镜面部；24、激光装置；25、25-1、25-2、25-3、25-4、加工头；30、光路切换光学系统。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的第1实施方式。另外，在第2实施方式以后的说明中，对与第1实施方式通用的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。
[第1实施方式]
图1是表示本发明的第1实施方式的光束分支装置的结构的图。图2是表示本发明的第1实施方式的光束分支装置的光路切换光学系统的立体图。
如图1和图2所示，光束分支装置1为用于将自激光装置24射出的激光光线分支为多个(本实施方式中为五个)并供给到多个(本实施方式中为四个)加工头25(第1加工头25-1、第2加工头25-2、第3加工头25-3、第4加工头25-4)的装置。该光束分支装置1具有一个光路切换光学系统30，该光路切换光学系统30包括有旋转式电动机2、圆筒状的旋转体4、多个(本实施方式中为四个)反射镜5(第1反射镜5-1、第2反射镜5-2、第3反射镜5-3、第4反射镜5-4)以及角度传感器3。
在此，旋转体4与旋转式电动机2的旋转轴直接连接，并与该旋转轴连动地进行旋转。各反射镜5沿着旋转体4的轴向分开地安装于旋转体4，具有相对于旋转体4的中心轴线6大致垂直的反射镜面部20(20-1、20-2、20-3、20-4)。这些反射镜5的反射镜面部20以旋转体4的中心轴线6为中心以不同的角度配置，且反射镜面部20在旋转体4的中心轴线6的轴心方向上空开相同间隔地相互平行。角度传感器3检测旋转式电动机2的旋转轴的旋转角度。
更详细地进行说明，光束分支装置1具有六面体的壳体19。在壳体19的前表面(图1的下表面)安装有一个输入光纤用的连接器15和四个输出光纤用的连接器16。在连接器15连接有用于自激光装置24向光束分支装置1传输激光光线的馈源光纤11。在各连接器16连接有用于自光束分支装置1分别向各加工头25(第1加工头25-1、第2加工头25-2、第3加工头25-3、第4加工头25-4)传输激光光线的操作光纤12。此外，在壳体19的右侧面(图1右侧面)安装有吸收激光光线的吸收器17。
另外，在壳体19内，在连接器15的附近配置有用于使自馈源光纤11供给到壳体19内的激光光线成为平行光线的准直透镜系统13。另外，在壳体19内，在四个连接器16的附近配置有用于将自壳体19内供给到操作光纤12的激光光线聚焦的四个焦点透镜系统14。此外，在壳体19内配置有固定反射镜18，该固定反射镜18反射利用准直透镜系统13成为平行光线的激光光线并将其向吸收器17侧引导。
另外，光路切换光学系统30配备于壳体19。而且，光束分支装置1通过使用该光路切换光学系统30使旋转式电动机2的旋转轴旋转并使旋转体4与多个反射镜5一起旋转，从而利用多个反射镜5中的任一反射镜5的反射镜面部20反射入射光束7并将该入射光束7分支为多个从而切换反射光束9的光路。
另外，在光路切换光学系统30中，旋转体4的中心轴线6相对于入射光束7的中心线8位于异面的位置，并且，多个反射镜5隔着旋转体上的最接近入射光束7的位置P1在旋转体的轴向上的两侧相对配置。在此，“位于异面的位置”是指，在数学(立体几何学)上定义的那样，两直线(在此为旋转体的中心轴线和入射光束7的中心线8)不存在于同一平面上的(换言之，两直线不交叉且不平行的)位置关系。
由于光束分支装置1具有以上这样的结构，因此，在使用该光束分支装置1自激光装置24向任意的加工头25供给激光光线并进行激光加工时，根据以下的步骤切换反射光束9的光路。
首先，在进行该激光加工之前，如图3A～图3D所示，入射光束7在反射镜5之间倾斜通过，并成为不被任一反射镜5的反射镜面部20反射的状态。在该状态下，入射光束7未被光路切换光学系统30的任一部位妨碍，并由吸收器17进行吸收。
然后，在利用第1加工头25-1进行激光加工的情况下，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向(自该旋转轴的顶端侧观察时的逆时针方向)旋转72°。于是，旋转体4向相同方向旋转相同角度(72°)，如图4A～图4D所示，成为入射光束7入射到第1反射镜5-1的反射镜面部20-1的状态。其结果，在此之前利用吸收器17吸收的入射光束7利用第1反射镜5-1的反射镜面部20-1反射并作为反射光束9被供给到第1加工头25-1。因而，能够利用第1加工头25-1进行激光加工。此时，向第1反射镜5-1的反射镜面部20-1入射的入射光束7和利用第1反射镜5-1的反射镜面部20-1反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第2反射镜5-2、第3反射镜5-3、第4反射镜5-4)妨碍，因此，能够无障碍地利用第1加工头25-1进行激光加工。
另外，在利用第2加工头25-2进行激光加工的情况下，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转72°。于是，旋转体4向相同方向进一步旋转相同的角度(72°)，如图5A～图5D所示，成为入射光束7入射到第2反射镜5-2的反射镜面部20-2的状态。其结果，在此之前利用第1反射镜5-1的反射镜面部20-1反射的入射光束7利用第2反射镜5-2的反射镜面部20-2反射，并作为反射光束9被供给到第2加工头25-2。因而，能够利用第2加工头25-2进行激光加工。此时，向第2反射镜5-2的反射镜面部20-2入射的入射光束7和利用第2反射镜5-2的反射镜面部20-2反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第1反射镜5-1、第3反射镜5-3、第4反射镜5-4)妨碍，因此，能够无障碍地利用第2加工头25-2进行激光加工。
另外，在利用第3加工头25-3进行激光加工的情况下，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转72°。于是，旋转体4向相同方向进一步旋转相同的角度(72°)，如图6A～图6D所示，成为入射光束7入射到第3反射镜5-3的反射镜面部20-3的状态。其结果，在此之前利用第2反射镜5-2的反射镜面部20-2反射的入射光束7利用第3反射镜5-3的反射镜面部20-3反射，并作为反射光束9被供给到第3加工头25-3。因而，能够利用第3加工头25-3进行激光加工。此时，向第3反射镜5-3的反射镜面部20-3入射的入射光束7和利用第3反射镜5-3的反射镜面部20-3反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第1反射镜5-1、第2反射镜5-2、第4反射镜5-4)妨碍，因此，能够无障碍地利用第3加工头25-3进行激光加工。
此外，在利用第4加工头25-4进行激光加工的情况下，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转72°。于是，旋转体4向相同方向进一步旋转相同的角度(72°)，如图7A～图7D所示，成为入射光束7入射到第4反射镜5-4的反射镜面部20-4的状态。其结果，在此之前利用第3反射镜5-3的反射镜面部20-3反射的入射光束7利用第4反射镜5-4的反射镜面部20-4反射，并作为反射光束9被供给到第4加工头25-4。因而，能够利用第4加工头25-4进行激光加工。此时，向第4反射镜5-4的反射镜面部20-4入射的入射光束7和利用第4反射镜5-4的反射镜面部20-4反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第1反射镜5-1、第2反射镜5-2、第3反射镜5-3)妨碍，因此，能够无障碍地利用第4加工头25-4进行激光加工。
另外，在从该状态开始使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转72°时，由于旋转式电动机2的旋转轴旋转一周(360°)，因此，回到进行激光加工前的状态(图3A～图3D的状态)。
这样，在光束分支装置1中，由于每个旋转式电动机2包括有多个反射镜5，因此，即使入射光束7的分支数较多，也能够抑制光束分支装置1的成本、尺寸等的增大，并且由于反射镜5的反射镜面部20相对于旋转体的中心轴线大致垂直，因此，即使不怎么提高旋转式电动机2的旋转精度，也能够提高耦合效率、且能够应对光路的高速切换。
而且，支承多个反射镜5的旋转体的中心轴线和入射光束7的中心线8位于异面的位置，并且，对于这些反射镜5的配置进行了精心研究，因此，即使为了确保配置焦点透镜系统所需的进行切换的激光光线之间的距离而拉开多个反射镜5的反射镜面部20之间的距离，也能够使光路切换光学系统30小型轻量化，进而能够使光束分支装置1整体小型轻量化。
另外，光路切换光学系统30构成为：在利用旋转体的旋转将多个反射镜5定位于规定的角度位置时，利用这些反射镜5中的任一反射镜5的反射镜面部20反射大致全部的入射光束7。因而，能够有效利用入射光束7，能够使光路切换光学系统30小型轻量化。
光束分支装置1构成为：在沿着与连结旋转体的中心轴线和入射光束7的中心线8的最短的线段平行的方向假想移动入射光束7的中心线8并使其与旋转体的中心轴线交叉时，旋转体的中心轴线和入射光束7的中心线8所成的假想交叉角度成为大致45°。
因此，能够使光路切换光学系统30小型轻量化。这是因为，为了确保配置焦点透镜系统所需的反射光束9之间的距离，该假想交叉角度越小则越需要将反射镜5的反射镜面部20之间的距离较大程度地拉开，相反，该假想交叉角度越大则越需要将反射镜5的反射镜面部20设于自旋转体的中心轴线分开的位置，而任一情况都会导致光路切换光学系统30的大型化，因此，将该假想交叉角度设为大致45°，是基于能够使光路切换光学系统30的尺寸最小化的考虑而设定的。
此外，在光路切换光学系统30中，期望以能够尽可能地减小将多个反射镜5中的最外侧的两个反射镜5(第1反射镜5-1和第4反射镜5-4)的反射镜面部20延长得到的平面和入射光束7的中心线8相交的两个交点之间的距离的方式使入射光束7入射。对于将最外侧的两个反射镜5的反射镜面部20延长得到的平面和入射光束7的中心线8相交的两个交点之间的距离(d)，在将多个反射镜5的反射镜面部20延长得到的各平面之间的间隔为相等间隔的情况下，在将上述的假想交叉角度设为θ时，由d＝分支的反射光束9的中心线10之间的间隔×(反射镜5的个数-1)/sin(2θ)表示，因此，在分支的反射光束9的中心线10之间的间隔和反射镜5的个数被确定的情况下，θ＝45°时的距离(d)最小。因而，从该观点来看，也期望假想交叉角度设为大致45°。
而且，如图8所示，各反射镜5的反射镜面部20分别形成为具有与利用该反射镜面部20反射入射光束7时、该入射光束7的入射面(包含入射光束的中心线8和反射光束的中心线10在内的平面)和反射面(反射镜面部20的表面)相交的交线大致一致的长轴、且椭圆率(长径相对于短径的比率、长径除以短径得到的值)大致为的椭圆形、或包含该椭圆形在内的多边形(本实施方式中为八边形)。
因而，在将上述假想交叉角度设为大致45°时，由于不需要超出需要地将反射镜面部20的尺寸设定得较大，因此，能够使光路切换光学系统30小型轻量化。这是因为，在将上述假想交叉角度设为大致45°时，也以大约45°的角度入射到反射镜面部20，因此，反射全部入射光束7所需的形状成为将圆柱以相对于圆柱的轴大致45°的角度切取的剖面、即椭圆率大致为的椭圆形。但是，通常，加工为椭圆状的加工成本较高，因此，通过设为与椭圆形大致相似形状且包含椭圆状在内的形状、例如八边形等的多边形，能够降低加工成本。
光路切换光学系统30构成为：通过适当地设计反射镜5的形状和配置，在利用多个反射镜5中的任一反射镜5的反射镜面部20反射入射光束7时，该入射光束7和该反射光束9均不会被除了该反射镜5以外的反射镜5妨碍光路。因此，能够避免激光光线的衰减、激光光线漏出到分支目的地以外的光路这样的风险。
光路切换光学系统30构成为：通过使旋转体适当旋转，使入射光束7不被多个反射镜5的任一反射镜面部20反射而直进。
由此，在自激光装置24射出激光光线的状态下，通过使入射光束7入射到吸收器17而防止激光光线射出到外部，从而也能够确保安全性。另外，能够设为将直进而来的入射光束7利用下一光路切换光学系统30进行分支的构造，由此，能够增加分支数。
多个反射镜5均构成为：与旋转体的旋转角度无关地不向除了反射镜面部20之外的构件照射入射光束7。因而，能够避免被照射的构件损伤、向未预测的方向反射的杂散光漏出到光束分支装置1外的风险。
在光路切换光学系统30中，利用旋转式电动机2旋转的全部的结构构件(具体而言，反射镜面部20和用于支承该反射镜面部20并将该反射镜面部20安装于旋转体的支承构件的整体)的重心大致位于旋转体的中心轴线上。其结果，即使以高速使旋转体旋转，也能够防止在该旋转体产生振动的情况，不会导致耦合效率的下降就能够进行高速切换。另外，通过防止旋转体的振动，能够提高光路切换光学系统30的可靠性、耐久性。
光路切换光学系统30构成为：根据来自对射出入射光束7的激光装置24进行控制的数值控制装置或对向加工对象物照射反射光束9的加工头25进行控制的数值控制装置的指令，控制旋转体4的旋转角度。因而，能够提高光束分支装置1对激光光线进行的切换与来自激光装置24的激光光线的射出状态、或加工头25的位置、姿势的同步性，能够提高激光加工的加工速度、加工精度。
此外，在该光束分支装置1中，全部的连接器15、16安装于壳体19的同一面(图1的下表面)，因此，光束分支装置1的使用方便性良好。
[第2实施方式]
图9是表示本发明的第2实施方式的光束分支装置的结构的图。
光束分支装置21与第1实施方式(图1)的不同点在于：如图9所示，省略反射入射光束7的固定反射镜18，代替于此，设置四个反射被分支后的各反射光束9的固定反射镜28，由此，将全部的连接器15、16安装于壳体19的同一面(图9的左侧面)。其他的结构与上述的第1实施方式基本相同。
因而，在该第2实施方式中，起到与上述的第1实施方式相同的作用效果。除此以外，在第2实施方式中，存在有如下的优点：通过适当设定四个固定反射镜28的位置(图9的上下方向上的与光路切换光学系统30之间的距离)，不增大光路切换光学系统30的尺寸，就能够扩大被分支的反射光束9彼此之间的间隔。
此外，在该光束分支装置21中，由于全部的连接器15、16安装于壳体19的同一面(图9的左侧面)，因此，光束分支装置21的使用方便性良好。
[第3实施方式]
图10是表示本发明的第3实施方式的光束分支装置的结构的图。
在光束分支装置31中，与第1实施方式(图1)相比，如图10所示，通过将安装于旋转体4的反射镜5的个数从四个减少到两个，从而将分支数从五个变更为三个。相伴于此，两个反射镜5的反射镜面部20以旋转体4的中心轴线6为中心以不同的角度配置。其他的结构与上述的第1实施方式基本相同。
由于光束分支装置31具有以上这样的结构，因此，在使用该光束分支装置31自激光装置24向任意的加工头25供给激光光线并进行激光加工时，根据以下的步骤切换反射光束9的光路。
首先，在进行该激光加工之前，如图11A～图11D所示，入射光束7在反射镜5之间倾斜通过，并成为不被任一反射镜5的反射镜面部20反射的状态。在该状态下，入射光束7未被光路切换光学系统30的任何部位妨碍而由吸收器17吸收。
然后，在利用第1加工头25-1进行激光加工的情况下，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向旋转90°。于是，旋转体4向相同方向旋转相同的角度(90°)，如图12A～图12D所示，成为入射光束7入射到第1反射镜5-1的反射镜面部20-1的状态。其结果，在此之前利用吸收器17吸收的入射光束7利用第1反射镜5-1的反射镜面部20-1反射，并作为反射光束9被供给到第1加工头25-1。因而，能够利用第1加工头25-1进行激光加工。此时，向第1反射镜5-1的反射镜面部20-1入射的入射光束7和利用第1反射镜5-1的反射镜面部20-1反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第2反射镜5-2)妨碍，因此，能够无障碍地利用第1加工头25-1进行激光加工。
另外，在利用第2加工头25-2进行激光加工的情况下，首先，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转90°。于是，旋转体4向相同方向进一步旋转相同的角度(90°)，如图13A～图13D所示，入射光束7在反射镜5之间倾斜通过，并成为未被任一反射镜5的反射镜面部20反射的状态。
接着，从该状态开始，使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转90°。于是，旋转体4向相同方向进一步旋转相同的角度(90°)，如图14A～图14D所示，成为入射光束7入射到第2反射镜5-2的反射镜面部20-2的状态。其结果，在此之前利用吸收器17吸收的入射光束7利用第2反射镜5-2的反射镜面部20-2反射，并作为反射光束9被供给到第2加工头25-2。因而，能够利用第2加工头25-2进行激光加工。此时，向第2反射镜5-2的反射镜面部20-2入射的入射光束7和利用第2反射镜5-2的反射镜面部20-2反射的反射光束9均未被其他的反射镜5(第1反射镜5-1)妨碍，因此，能够无障碍地利用第2加工头25-2进行激光加工。
另外，在从该状态开始使旋转式电动机2的旋转轴向正方向进一步旋转90°时，由于旋转式电动机2的旋转轴旋转一周(360°)，因此，回到进行激光加工之前的状态(图11A～图11D的状态)。
因而，在该第3实施方式中，起到与上述的第1实施方式相同的作用效果。除此之外，在第3实施方式中，光路切换光学系统30构成为：在自两个反射镜5(第1反射镜5-1、第2反射镜5-2)中的任意的反射镜5向其他任意的反射镜5切换的中途，其他的反射镜5不对入射光束7进行反射。因此，在光路切换时，入射光束7不被分支到除了切换初始地和切换目的地以外的光路，因此，光束分支装置31的安全性提高。此外，还能够缩短入射光束7的切换所需的时间，能够进行高速切换。
即，在第1实施方式(图1)、第2实施方式(图9)中，由于在旋转体4安装有四个反射镜5，因此，例如，在从利用第1加工头25-1进行的激光加工转变为利用第2加工头25-2进行的激光加工时，将反射入射光束7的反射镜5从第1反射镜5-1直接(也就是说，不经由第3反射镜5-3、第4反射镜5-4地)切换到第2反射镜5-2，而在从利用第1加工头25-1进行的激光加工转变为利用第3加工头25-3进行的激光加工时，无法将反射入射光束7的反射镜5从第1反射镜5-1直接切换到第3反射镜5-3，而必须经由第2反射镜5-2(旋转式电动机2正方向转动时)或第4反射镜5-4(旋转式电动机2逆向转动时)。
相对于此，在第3实施方式中，在旋转体4仅安装有两个反射镜5，因此，在从利用第1加工头25-1进行的激光加工转变为利用第2加工头25-2进行的激光加工时，能够将反射入射光束7的反射镜5从第1反射镜5-1直接切换到第2反射镜5-2，并且，相反地，在从利用第2加工头25-2进行的激光加工转变为利用第1加工头25-1进行的激光加工时，能够将反射入射光束7的反射镜5从第2反射镜5-2直接切换到第1反射镜5-1。因而，即使不暂时停止供给入射光束7，也能够确保光束分支装置31的安全性且能够高速执行入射光束7的切换作业。
[第4实施方式]
图15是表示本发明的第4实施方式的光束分支装置的结构的图。
光束分支装置41与第1实施方式(图1)不同的方面在于：如图15所示，将安装于旋转体4的反射镜5的个数从四个减少到两个而构成光路切换光学系统30，并且，沿着入射光束7的光路排列装备有两个该光路切换光学系统30。另外，在任一光路切换光学系统30中，与上述的第3实施方式(图10)相同，两个反射镜5的反射镜面部20也以旋转体4的中心轴线6为中心以不同的角度配置。另外，两个旋转式电动机2能够分别独立地使旋转轴旋转。其他的结构与上述的第1实施方式基本相同。
因而，在该第4实施方式中，起到与上述的第1实施方式相同的作用效果。另外，如上所述，两个旋转式电动机2的旋转轴能够分别独立地旋转，因此，能够顺畅地执行入射光束7的切换作业。
而且，即使分支数同样为五个，但如第1实施方式所示，在增加安装于一个旋转体4的反射镜5的个数来增加分支数时，导致光路切换光学系统30的大型化，相对于此，如第4实施方式所示，只要增加旋转体4的个数并减少安装于一个旋转体4的反射镜5的个数，即使增加分支数，也能够抑制光路切换光学系统30的大型化。
另外，在第4实施方式中，与第1实施方式相比，旋转式电动机2的所需个数为第1实施方式的2倍，而与以往的构造(图17)相比，尽管为相同的分支数(5)，但旋转式电动机2的所需个数只需一半即可。
[第5实施方式]
图16是表示本发明的第5实施方式的光束分支装置的结构的图。
光束分支装置51与第4实施方式(图15)不同的方面在于：如图16所示，使用齿轮等的传动装置而利用一个旋转式电动机2使多个旋转体4旋转。其他的结构与上述的第4实施方式基本相同。
因而，在该第5实施方式中，起到与上述的第4实施方式相同的作用效果。此外，与第4实施方式相比，尽管为相同的分支数(5)，但旋转式电动机2的所需个数只需一半即可。
另外，本发明并不限定于上述第1实施方式～第5实施方式，能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良也包含在本发明中。
在第1实施方式～第5实施方式中，说明了在切换反射光束9的光路时使旋转式电动机2的旋转轴向正方向旋转的情况，也可以根据需要使旋转式电动机2的旋转轴向逆向反转，这是不言自明的。
在第1实施方式～第5实施方式中，说明了在旋转式电动机2的旋转轴以使多个反射镜5的安装角度在圆周方向上错开的方式安装有多个反射镜5的情况，但多个反射镜5的安装角度不一定必须错开。即，只要旋转体4的中心轴线6和入射光束7的中心线8位于异面的位置，即使多个反射镜5配置于圆周方向上的相同位置，也能够设计为，通过使旋转体4适当旋转，以利用多个反射镜5中的任一反射镜5的反射镜面部20反射入射光束7。
在第1实施方式～第5实施方式中，说明了旋转体4的中心轴线6与旋转式电动机2的旋转轴的中心轴线一致或平行的情况。但是，旋转体4的中心轴线6和旋转式电动机2的旋转轴的中心轴线不一定必须一致或平行，例如，也可以设为通过使用伞齿轮、万向联轴器(万向接头)等结合构件将旋转式电动机2的旋转轴与旋转体4连结，从而使这两个中心轴线交叉。
在第1实施方式～第5实施方式中，成为如下的构造：通过在壳体19内适当配置固定反射镜18、28，从而使入射到光束分支装置1、21、31、41、51的光束U形回转并自光束分支装置1、21、31、41、51被射出。但是，通过省略固定反射镜18、28、改变其配置的方向，还能够将本发明同样地应用于赋予了除此以外的构造的光束分支装置。
在第1实施方式、第3实施方式～第5实施方式中，为了在壳体19内改变入射光束7的光路，而在壳体19内配置了固定反射镜18，在第2实施方式中，为了在壳体19内改变反射光束9的光路，而在壳体19内配置了固定反射镜28，但还可以代替这些固定反射镜18、28而使用棱镜等光路转换装置。
在第4实施方式中，将光路切换光学系统30设为两个，当然，也可以将光路切换光学系统30设为三个以上。
在第1实施方式～第5实施方式中，说明了将激光光线切换为多个的情况，当然，在将激光光线以外的光束切换为多个的情况下也能够同样地应用本发明。

Claims (11)

1.一种光束分支装置，其中，
该光束分支装置具有光路切换光学系统，该光路切换光学系统包括：
旋转式电动机；
旋转体，其与所述旋转式电动机的旋转轴连动地旋转；以及
多个反射镜，其具有相对于所述旋转体的中心轴线大致垂直的反射镜面部，所述多个反射镜沿着所述旋转体的轴向分开地安装于所述旋转体，
通过使所述旋转式电动机的所述旋转轴旋转而使所述旋转体与所述多个反射镜一起旋转，从而利用所述多个反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射入射光束，将该入射光束分支为多个并切换反射光束的光路，
在所述光路切换光学系统中，所述旋转体的中心轴线位于相对于所述入射光束的中心线异面的位置，并且，所述多个反射镜隔着所述旋转体上的最接近所述入射光束的位置在该旋转体的轴向上的两侧相对配置。
2.根据权利要求1所述的光束分支装置，其中，
所述光路切换光学系统构成为：在利用所述旋转体的旋转将所述多个反射镜定位于规定的角度位置时，利用这些反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射大致全部的所述入射光束。
3.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
在沿着与连结所述旋转体的中心轴线和所述入射光束的中心线的最短的线段平行的方向假想地移动所述入射光束的中心线并使其与所述旋转体的中心轴线交叉时，所述旋转体的中心轴线和所述入射光束的中心线所成的假想交叉角度成为大致45°。
4.根据权利要求3所述的光束分支装置，其中，
各所述反射镜的所述反射镜面部分别形成为具有与利用该反射镜面部反射所述入射光束时、该入射光束的入射面和反射面相交的交线大致一致的长轴、且椭圆率大致为的椭圆形、或包含该椭圆形在内的多边形。
5.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
所述光路切换光学系统构成为：在利用所述多个反射镜中的任一反射镜的反射镜面部反射所述入射光束时，该入射光束和该反射光束不会被除了该反射镜以外的所述反射镜妨碍光路。
6.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
所述光路切换光学系统构成为：通过使所述旋转体适当旋转，使所述入射光束不被所述多个反射镜的任一反射镜面部反射而直进。
7.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
所述光路切换光学系统构成为：在从所述多个反射镜中的任意的反射镜切换到其他任意的所述反射镜的中途，其他的反射镜不对所述入射光束进行反射。
8.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
所述多个反射镜均构成为：与所述旋转体的旋转角度无关地不向除了所述反射镜面部之外的构件照射所述入射光束。
9.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
在所述光路切换光学系统中，利用所述旋转式电动机旋转的全部结构构件的重心大致位于所述旋转体的中心轴线上。
10.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
沿着所述入射光束的光路装备多个所述光路切换光学系统。
11.根据权利要求1或2所述的光束分支装置，其中，
所述光路切换光学系统构成为：根据来自对射出所述入射光束的激光装置进行控制的数值控制装置或对向加工对象物照射所述反射光束的加工头进行控制的数值控制装置的指令，控制所述旋转体的旋转角度。
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