JP2003078190A - 光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置 - Google Patents
光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置Info
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- JP2003078190A JP2003078190A JP2001268576A JP2001268576A JP2003078190A JP 2003078190 A JP2003078190 A JP 2003078190A JP 2001268576 A JP2001268576 A JP 2001268576A JP 2001268576 A JP2001268576 A JP 2001268576A JP 2003078190 A JP2003078190 A JP 2003078190A
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- B23K26/21—Bonding by welding
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ光のビーム品質を最大限に保存したま
までの光ファイバによる伝送が可能な、光伝送装置と、
それを用いたレーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装
置を提供すること。 【解決手段】 光伝送装置３０を、レーザ光を入射する
順に焦点距離ｆ１の第１レンズ３１、焦点距離ｆ２の第
２レンズ３３及び光ファイバ３４で形成し、レーザ光の
ビームウェイスト１６から第１レンズ３１までの距離が
ａ、第１レンズ３１から第２レンズ３３までの距離をｆ
１＋ｆ２、第２レンズ３３から光ファイバ３４の入射端
３５までの距離がｂとした際に、ａとｂの関係を一定の
関係に特定する。
までの光ファイバによる伝送が可能な、光伝送装置と、
それを用いたレーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装
置を提供すること。 【解決手段】 光伝送装置３０を、レーザ光を入射する
順に焦点距離ｆ１の第１レンズ３１、焦点距離ｆ２の第
２レンズ３３及び光ファイバ３４で形成し、レーザ光の
ビームウェイスト１６から第１レンズ３１までの距離が
ａ、第１レンズ３１から第２レンズ３３までの距離をｆ
１＋ｆ２、第２レンズ３３から光ファイバ３４の入射端
３５までの距離がｂとした際に、ａとｂの関係を一定の
関係に特定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、収束性の良好なレ
ーザ光を伝送するための光伝送装置、この光伝送装置を
備えたレーザ光発生・伝送装置、およびこのレーザ光発
生・伝送装置を備えたレーザ加工装置に関する。
ーザ光を伝送するための光伝送装置、この光伝送装置を
備えたレーザ光発生・伝送装置、およびこのレーザ光発
生・伝送装置を備えたレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工装置では、図６に示すよう
に、レーザ装置７０から出射したレーザ光を、出射光学
系（光伝送装置）７１を形成する集光レンズ７２と光フ
ァイバ７３により被加工物の近傍まで導き、光ファイバ
７３の出射端７５に取り付けた加工ヘッド７６を通して
被加工物７７に照射し、被加工物に加工を施すタイプの
形式がよく用いられている。この場合、レーザ装置７０
からのレーザ光を光ファイバ７３へ出射する光学系とし
ては、１枚もしくは複数枚のレンズを組合せた一群の集
光レンズによる方式が一般的である。それらは例えば、
特開平８−ｌ６７７５４号公報および特開平７−３０７
５ｌ３号公報に開示されている。この方法は、固体レー
ザ装置から出射されたレーザ光を、１枚もしくは１郡の
集光レンズで集光し、光ファイバに導く方法である。
に、レーザ装置７０から出射したレーザ光を、出射光学
系（光伝送装置）７１を形成する集光レンズ７２と光フ
ァイバ７３により被加工物の近傍まで導き、光ファイバ
７３の出射端７５に取り付けた加工ヘッド７６を通して
被加工物７７に照射し、被加工物に加工を施すタイプの
形式がよく用いられている。この場合、レーザ装置７０
からのレーザ光を光ファイバ７３へ出射する光学系とし
ては、１枚もしくは複数枚のレンズを組合せた一群の集
光レンズによる方式が一般的である。それらは例えば、
特開平８−ｌ６７７５４号公報および特開平７−３０７
５ｌ３号公報に開示されている。この方法は、固体レー
ザ装置から出射されたレーザ光を、１枚もしくは１郡の
集光レンズで集光し、光ファイバに導く方法である。
【０００３】また、特開２００１−９４ｌ７７号公報に
は、図７に模式図を示すように、ｌ枚もしくは一群の集
光レンズの代わりに、固体レーザ装置７０の出射位置か
ら第１レンズ８１までの距離がｆｌ、第ｌレンズ８１か
ら第２レンズ８２までの距離がｆ１＋ｆ２、第２レンズ
８２から光ファイバ入射端８３までの距離がｆ２となる
ような光ファイバへの入射光学系を設け、レーザ光のビ
ームウェイスト径を光ファイバ端面上にｆ２／ｆ１（Ｄ
２／Ｄ１）倍に縮小結像して入射するようにした技術が
開示されている。
は、図７に模式図を示すように、ｌ枚もしくは一群の集
光レンズの代わりに、固体レーザ装置７０の出射位置か
ら第１レンズ８１までの距離がｆｌ、第ｌレンズ８１か
ら第２レンズ８２までの距離がｆ１＋ｆ２、第２レンズ
８２から光ファイバ入射端８３までの距離がｆ２となる
ような光ファイバへの入射光学系を設け、レーザ光のビ
ームウェイスト径を光ファイバ端面上にｆ２／ｆ１（Ｄ
２／Ｄ１）倍に縮小結像して入射するようにした技術が
開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平８−ｌ６７７５４や特開平７−３０７５ｌ３号に
開示された方法では、レーザ光のビーム広がり角が変化
した場合、最小スポットとなる位置がずれてしまう。そ
のために、光ファイバのコア径はずれ分を見込んで余裕
を持って大きめに形成しなければならない。そのため、
レーザ光のビーム品質を最大限に活用することが出来な
い。
特開平８−ｌ６７７５４や特開平７−３０７５ｌ３号に
開示された方法では、レーザ光のビーム広がり角が変化
した場合、最小スポットとなる位置がずれてしまう。そ
のために、光ファイバのコア径はずれ分を見込んで余裕
を持って大きめに形成しなければならない。そのため、
レーザ光のビーム品質を最大限に活用することが出来な
い。
【０００５】また、特開２００ｌ−９４ｌ７７号公報に
開示されたテレセントリック光学系では、レーザ光のビ
ーム品質が保存され、レーザ光のビーム品質を最大限に
活用することが出来る。しかし、レーザ光のビーム品質
を最大限に活用し、細径の光ファイバに導入するために
は、光ファイバに許容される開口数に近い値で、光ファ
イバに入射する必要がある。しかしながら、一般にレー
ザ光はガウシアンビームであるため、空間的に裾野を引
くようなビーム形状を形成している。光ファイバにダメ
ージを与えずに光ファイバ伝送するためには、光ファイ
バのコア径に対して余裕を持って小さなビームで光ファ
イバに入射する必要が生じ、ビーム品質を最大限に活用
しているとは言えない。
開示されたテレセントリック光学系では、レーザ光のビ
ーム品質が保存され、レーザ光のビーム品質を最大限に
活用することが出来る。しかし、レーザ光のビーム品質
を最大限に活用し、細径の光ファイバに導入するために
は、光ファイバに許容される開口数に近い値で、光ファ
イバに入射する必要がある。しかしながら、一般にレー
ザ光はガウシアンビームであるため、空間的に裾野を引
くようなビーム形状を形成している。光ファイバにダメ
ージを与えずに光ファイバ伝送するためには、光ファイ
バのコア径に対して余裕を持って小さなビームで光ファ
イバに入射する必要が生じ、ビーム品質を最大限に活用
しているとは言えない。
【０００６】また、一般的にロッド型の固体レーザ装置
の出射ビーム径は、レーザ出力が増加するに従って、小
さくなり、反対に出射ビーム広がり角は大きくなる傾向
にある。このことは、特開２００ｌ−９４ｌ７７号公報
に開示された方法によって入射光字系を設計した場合、
レーザ出力が低い領域で、安全に光ファイバに入射でき
るようにするため、出射ビーム径が小さくなる高出力領
域では、光ファイバのコア径よりも小さな集光径とな
り、レーザ光のビーム品質を十分に活用することが出来
ない。
の出射ビーム径は、レーザ出力が増加するに従って、小
さくなり、反対に出射ビーム広がり角は大きくなる傾向
にある。このことは、特開２００ｌ−９４ｌ７７号公報
に開示された方法によって入射光字系を設計した場合、
レーザ出力が低い領域で、安全に光ファイバに入射でき
るようにするため、出射ビーム径が小さくなる高出力領
域では、光ファイバのコア径よりも小さな集光径とな
り、レーザ光のビーム品質を十分に活用することが出来
ない。
【０００７】また、固体レーザ装置７０の出射位置から
第１レンズ８１までの距離をｆｌ、第２レンズ８２から
光ファイバの入射端８３までの距離をｆ２と規定するた
め、集光光学系が長くなり、設計の自由度が制約を受け
る等の欠点がある。
第１レンズ８１までの距離をｆｌ、第２レンズ８２から
光ファイバの入射端８３までの距離をｆ２と規定するた
め、集光光学系が長くなり、設計の自由度が制約を受け
る等の欠点がある。
【０００８】本発明はこれらの事情に基づいてなされた
もので、レーザ光のビーム品質を最大限に保存したまま
での光ファイバによる伝送が可能な、光伝送装置と、そ
れを用いたレーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置
を提供することを目的としている。
もので、レーザ光のビーム品質を最大限に保存したまま
での光ファイバによる伝送が可能な、光伝送装置と、そ
れを用いたレーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置
を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、光伝送装置の一部を構成する光ファイバの
入射端に、レーザ装置から出力されたレーザ光を入射す
るに際して、前記光伝送装置は、前記レーザ光を入射す
る順に、焦点距離ｆ１の第１レンズ、焦点距離ｆ２の第
２レンズ及び光ファィバで構成し、前記レーザ光のビー
ムウェイストから前記第１レンズまでの距離をａ、前記
第１レンズから前記第２レンズまでの距離をｆ１＋
ｆ２、前記第２レンズから前記光ファイバ入射端面まで
の距離をｂとするとともに、ｂは
段によれば、光伝送装置の一部を構成する光ファイバの
入射端に、レーザ装置から出力されたレーザ光を入射す
るに際して、前記光伝送装置は、前記レーザ光を入射す
る順に、焦点距離ｆ１の第１レンズ、焦点距離ｆ２の第
２レンズ及び光ファィバで構成し、前記レーザ光のビー
ムウェイストから前記第１レンズまでの距離をａ、前記
第１レンズから前記第２レンズまでの距離をｆ１＋
ｆ２、前記第２レンズから前記光ファイバ入射端面まで
の距離をｂとするとともに、ｂは
【数２】
であり、かつ、ｆ１≠ｆ２、ａ≠ｆ１、ｂ≠ｆ２、（ａ
＋ｂ）＜（ｆ１＋ｆ２）の条件を溝たすように構成され
ていることを特徴とする光伝送装置である。
＋ｂ）＜（ｆ１＋ｆ２）の条件を溝たすように構成され
ていることを特徴とする光伝送装置である。
【００１０】また請求項２の発明による手段によれば、
前記第２レンズの直前、もしくは、第２レンズと光ファ
イバの間に光ファイバへの入射開口数を制限するための
アパーチャを配置したことを特徴とする光伝送装置であ
る。
前記第２レンズの直前、もしくは、第２レンズと光ファ
イバの間に光ファイバへの入射開口数を制限するための
アパーチャを配置したことを特徴とする光伝送装置であ
る。
【００１１】また請求項３の発明による手段によれば、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光のビームウェイ
スト位置にレーザ光のビームサイズを制限するためのア
パーチャを配置したことを特徴とする光伝送装置であ
る。
前記レーザ装置から出力されたレーザ光のビームウェイ
スト位置にレーザ光のビームサイズを制限するためのア
パーチャを配置したことを特徴とする光伝送装置であ
る。
【００１２】また請求項４の発明による手段によれば、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光が前記光ファイ
バの入射端に入射するまでの光学系中にｌ枚もしくは複
数枚の折り返しミラーを配置し、かつ、前記折り返しミ
ラーの外側には前記光ファイバ端面を観察するためのカ
メラ用レンズとカメラモニタを設けたことを特徴とする
光伝送装置である。
前記レーザ装置から出力されたレーザ光が前記光ファイ
バの入射端に入射するまでの光学系中にｌ枚もしくは複
数枚の折り返しミラーを配置し、かつ、前記折り返しミ
ラーの外側には前記光ファイバ端面を観察するためのカ
メラ用レンズとカメラモニタを設けたことを特徴とする
光伝送装置である。
【００１３】また請求項５の発明による手段によれば、
固体レーザ発振器とこの固体レーザ発振器の出力側に光
伝送装置が配置されたレーザ光発生・伝送装置におい
て、前記光伝送装置には上記の光伝送装置を用いている
ことを特徴とするレーザ光発生・伝送装置である。
固体レーザ発振器とこの固体レーザ発振器の出力側に光
伝送装置が配置されたレーザ光発生・伝送装置におい
て、前記光伝送装置には上記の光伝送装置を用いている
ことを特徴とするレーザ光発生・伝送装置である。
【００１４】また請求項６の発明による手段によれば、
固定レーザ発振器に接続された光伝送装置により構成さ
れたレーザ光発生・伝送装置を介してレーザ光を加工ヘ
ッドへ伝送して被加工体を加工するレーザ加工装置にお
いて、前記レーザ光発生・伝送装置として上記のレーザ
光発生・伝送装置を用いていることを特徴とするレーザ
加工装置である。
固定レーザ発振器に接続された光伝送装置により構成さ
れたレーザ光発生・伝送装置を介してレーザ光を加工ヘ
ッドへ伝送して被加工体を加工するレーザ加工装置にお
いて、前記レーザ光発生・伝送装置として上記のレーザ
光発生・伝送装置を用いていることを特徴とするレーザ
加工装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１６】図１は、固体レーザ装置に接続した本発明
の光伝送装置とそれを組み込んだレーザ光発生・伝送装
置、および、このレーザ光発生・伝送装置を用いたレー
ザ加工装置の模式図である。
の光伝送装置とそれを組み込んだレーザ光発生・伝送装
置、および、このレーザ光発生・伝送装置を用いたレー
ザ加工装置の模式図である。
【００１７】固体レーザ装置１０は、直列に配置された
２本のレーザロッドｌ１、１１を挟んで光軸上に光共振
器を形成して対向している全反射ミラーｌ３と部分反射
ミラーｌ２、部分反射ミラー１２とレーザロッド１１、
１１の間に設けられたアパーチャｌ４によって構成され
ている。
２本のレーザロッドｌ１、１１を挟んで光軸上に光共振
器を形成して対向している全反射ミラーｌ３と部分反射
ミラーｌ２、部分反射ミラー１２とレーザロッド１１、
１１の間に設けられたアパーチャｌ４によって構成され
ている。
【００１８】図２は、この固体レーザ装置１０をさらに
詳細に示した構成とそのビームモードを示した説明図で
ある。
詳細に示した構成とそのビームモードを示した説明図で
ある。
【００１９】固体レーザ装置１０のレーザ共振器の内部
でのビームモード１５は、光軸を中心とした軸対象の曲
線として形成されている。レーザロッド１１、１１の内
部でレーザロッド１１、１１の径近傍まで広がり、それ
以外の領域では広がりが押えられて光軸側に湾曲してい
る。また、部分反射ミラーｌ２が平面ミラーの場合は、
部分反射ミラー１２上にビームモード１５の径が最小と
なるビームウェイストｌ６が形成される。部分反射ミラ
ーｌ２が平面ミラーでない場合は、ビームウェイストｌ
６は、部分反射ミラーｌ２の内側もしくは外側に形成さ
れる。アパーチャｌ４は、概ねビームウェイスト１６の
位置に所定の孔径を有して設置されている。
でのビームモード１５は、光軸を中心とした軸対象の曲
線として形成されている。レーザロッド１１、１１の内
部でレーザロッド１１、１１の径近傍まで広がり、それ
以外の領域では広がりが押えられて光軸側に湾曲してい
る。また、部分反射ミラーｌ２が平面ミラーの場合は、
部分反射ミラー１２上にビームモード１５の径が最小と
なるビームウェイストｌ６が形成される。部分反射ミラ
ーｌ２が平面ミラーでない場合は、ビームウェイストｌ
６は、部分反射ミラーｌ２の内側もしくは外側に形成さ
れる。アパーチャｌ４は、概ねビームウェイスト１６の
位置に所定の孔径を有して設置されている。
【００２０】なお、固体レーザ装置１０には上述の構成
のほかに、図３に構成図を示したように、レーザ発振器２
１からの出力を折り返しミラー２２、２３で折り返して
増幅器２４へ入射する構成にした固体レーザ装置１０ａ
を用いることもできる。なお、この場合は、アパーチャ
１４は増幅器２４の出力側に配置する。
のほかに、図３に構成図を示したように、レーザ発振器２
１からの出力を折り返しミラー２２、２３で折り返して
増幅器２４へ入射する構成にした固体レーザ装置１０ａ
を用いることもできる。なお、この場合は、アパーチャ
１４は増幅器２４の出力側に配置する。
【００２１】また、図１に示すように、光伝送装置３０
は、固体レーザ装置１０の部分反射ミラーｌ２の光軸上
の前方に配置され、順次、光の進行方向に、焦点距離ｆ
１の第１レンズ３１、アパーチャ３２、焦点距離ｆ２の
第２レンズ３３および光ファイバ３４を配置している。
なお、アパーチャ３２は、固体レーザ装置１０のアパー
チャ１４と共にレーザ光の径を制御して、レーザ光が光
ファイバ３４の入射端３５で、コア部以外に入射するレ
ーザ光を制御して、光ファイバ３４の入射端３５の破壊
を防止している。
は、固体レーザ装置１０の部分反射ミラーｌ２の光軸上
の前方に配置され、順次、光の進行方向に、焦点距離ｆ
１の第１レンズ３１、アパーチャ３２、焦点距離ｆ２の
第２レンズ３３および光ファイバ３４を配置している。
なお、アパーチャ３２は、固体レーザ装置１０のアパー
チャ１４と共にレーザ光の径を制御して、レーザ光が光
ファイバ３４の入射端３５で、コア部以外に入射するレ
ーザ光を制御して、光ファイバ３４の入射端３５の破壊
を防止している。
【００２２】図４（ａ）は、光伝送装置の配置図で、そ
れに対応した光学的補助線とそれに対応した符号を記入
した光学的説明図を図４（ｂ）に示している。図４
（ａ）の光伝送装置の配置図では、アパーチャ１４の位
置にビームウェイスト径Ｘが形成され、この位置から光
軸上でレーザ光の進行のａの位置に焦点距離ｆ１の第１
レンズ３１が配置され、この第１レンズ３１の前方（レ
ーザ光の進行方向）ｆ１＋ｆ２の距離には、焦点距離ｆ
２の第２レンズ３３が配置されている。また、第２レン
ズ３３の光軸上の前方ｂの距離には光ファイバ３４の入
射端３５が配置されている。
れに対応した光学的補助線とそれに対応した符号を記入
した光学的説明図を図４（ｂ）に示している。図４
（ａ）の光伝送装置の配置図では、アパーチャ１４の位
置にビームウェイスト径Ｘが形成され、この位置から光
軸上でレーザ光の進行のａの位置に焦点距離ｆ１の第１
レンズ３１が配置され、この第１レンズ３１の前方（レ
ーザ光の進行方向）ｆ１＋ｆ２の距離には、焦点距離ｆ
２の第２レンズ３３が配置されている。また、第２レン
ズ３３の光軸上の前方ｂの距離には光ファイバ３４の入
射端３５が配置されている。
【００２３】また、図４（ｂ）に示した光学的な説明図
によれば、Ｘ´＝（ａ´−ｆ１−ｆ２）ｔａｎθ＝（ａ
´−ｆ２）ｔａｎψｔａｎθ＝Ｘ／ａ ，ｔａｎψ＝
Ｘ／ｆ１であるからａ´＝（ｆ１ ２＋ｆ１ｆ２−ａ
ｆ２）／（ｆ１−ａ）となる。
によれば、Ｘ´＝（ａ´−ｆ１−ｆ２）ｔａｎθ＝（ａ
´−ｆ２）ｔａｎψｔａｎθ＝Ｘ／ａ ，ｔａｎψ＝
Ｘ／ｆ１であるからａ´＝（ｆ１ ２＋ｆ１ｆ２−ａ
ｆ２）／（ｆ１−ａ）となる。
【００２４】また、１／ａ´＋１／ｂ＝１／ｆ２ であ
るからａとｂの関係は、
るからａとｂの関係は、
【数３】
としている。
【００２５】この関係により、固体レーザ装置１０のア
パーチャ１４の位置でのレーザ光のビームウェイスト１
６の径を光ファイバ３４の入射端３５にｆ２／ｆ１倍に
縮小結像して入射することができる。
パーチャ１４の位置でのレーザ光のビームウェイスト１
６の径を光ファイバ３４の入射端３５にｆ２／ｆ１倍に
縮小結像して入射することができる。
【００２６】なお、従来の技術の項で説明した、特開２
００ｌ−９４ｌ７７号公報に開示されている技術は、上
記の式でａ＝ｆ１（また、ｂ＝ｆ２）となる特殊なケー
スの場合である。通常、光ファイバ３４のコア径は、固
体レーザ装置１０のビームウェイスト１６の径に比較し
て、１／ｌ０〜ｌ／２０倍程度の小さい断面積であるた
め、光ファイバ３４の入射端３５への結像倍率もその程
度としなければならない。そのため第１レンズ３１の焦
点距離は比較的大きな長さとなる。もし、ａ＝ｆ１とし
た場合は、固体レーザ装置１０から光ファイバ３４の入
射端３５までの距離が長くなり、装置が大型化するとい
う欠点がある。
００ｌ−９４ｌ７７号公報に開示されている技術は、上
記の式でａ＝ｆ１（また、ｂ＝ｆ２）となる特殊なケー
スの場合である。通常、光ファイバ３４のコア径は、固
体レーザ装置１０のビームウェイスト１６の径に比較し
て、１／ｌ０〜ｌ／２０倍程度の小さい断面積であるた
め、光ファイバ３４の入射端３５への結像倍率もその程
度としなければならない。そのため第１レンズ３１の焦
点距離は比較的大きな長さとなる。もし、ａ＝ｆ１とし
た場合は、固体レーザ装置１０から光ファイバ３４の入
射端３５までの距離が長くなり、装置が大型化するとい
う欠点がある。
【００２７】これに対して、上述の実施の形態によれ
ば、光伝送装置３０をレーザ光の進行方向にしたがっ
て、焦点距離ｆｌの第１レンズ３１、焦点距離ｆ２の第
２レンズ３３および光ファイバ３４により構成し、固体
レーザ装置１０から出力したレーザ光のビームウェイス
ト１６から第１レンズ３１までの距離をａ、第ｌレンズ
から第２レンズ３３までの距離をｆｌ＋ｆ２、第２レン
ズ３３から光ファイバ３４の入射端３５までの距離をｂ
となるようなレーザ光発生・伝送装置で、ａとｂの関係
を、
ば、光伝送装置３０をレーザ光の進行方向にしたがっ
て、焦点距離ｆｌの第１レンズ３１、焦点距離ｆ２の第
２レンズ３３および光ファイバ３４により構成し、固体
レーザ装置１０から出力したレーザ光のビームウェイス
ト１６から第１レンズ３１までの距離をａ、第ｌレンズ
から第２レンズ３３までの距離をｆｌ＋ｆ２、第２レン
ズ３３から光ファイバ３４の入射端３５までの距離をｂ
となるようなレーザ光発生・伝送装置で、ａとｂの関係
を、
【数４】
ただし、ｆｌ≠ｆ２、ａ≠ｆｌ、ｂ≠ｆ２、（ａ＋ｂ）
＜（ｆｌ＋ｆ２）として、ａ、ｂ、ｆｌ、ｆ２の値を任
意に設定することにより、レーザ光のビームウェイスト
１６の径を光ファイバ３４の入射端３５上にｆ２／ｆｌ
倍に縮小結像して入射することが可能となる。
＜（ｆｌ＋ｆ２）として、ａ、ｂ、ｆｌ、ｆ２の値を任
意に設定することにより、レーザ光のビームウェイスト
１６の径を光ファイバ３４の入射端３５上にｆ２／ｆｌ
倍に縮小結像して入射することが可能となる。
【００２８】なお、ｂの値については、上記の式の右辺
に０．９〜１．１の値を乗じた範囲内でも同様な作用が
得られることを実験的に確認している。したがって、ｂ
の値は、
に０．９〜１．１の値を乗じた範囲内でも同様な作用が
得られることを実験的に確認している。したがって、ｂ
の値は、
【数５】
でも可能である。
【００２９】また、図１に示したように、光ファイバ３
４の出射端３６の光軸上の前方には加工ヘッドを構成す
る加工レンズ３７が配置されており、光ファイバ３４で
伝送されてきたレーザ光を被加工体３８の表面に集光し
て照射し、被加工体３８に対して所定の処理を施す。し
たがって、固体レーザ装置１０から出射したレーザ光の
ビーム品質を最大限に生かすことが可能となり、従来の
方式に比べてより精密な加工、例えば、溶接、マーキン
グ、切断およびスクライビング等を行うことが可能とな
る。
４の出射端３６の光軸上の前方には加工ヘッドを構成す
る加工レンズ３７が配置されており、光ファイバ３４で
伝送されてきたレーザ光を被加工体３８の表面に集光し
て照射し、被加工体３８に対して所定の処理を施す。し
たがって、固体レーザ装置１０から出射したレーザ光の
ビーム品質を最大限に生かすことが可能となり、従来の
方式に比べてより精密な加工、例えば、溶接、マーキン
グ、切断およびスクライビング等を行うことが可能とな
る。
【００３０】次に、図５を参照して光伝送装置３０の変
形例について説明する。この場合は、固体レーザ装置１
０の光軸上の前方に設けられた第１レンズ３１の前方に
２枚の折り返しミラー４１、４２を配置して反射光を第
２レンズ３３に入射させ、集光した光を光ファイバ３４
の入射端３５に入射している。また、折り返しミラー４
２はハーフミラーを用いて、光ファイバ３４の入射端３
５から直線位置に光ファイバ端面モニタ４３とモニタ用
レンズ４４を配置し、モニタ用レンズ４４と第２レンズ
３３で光ファイバ３４の入射端３５の端面観察用の結像
光学系を形成している。したがって、例えば、光ファイ
バ端面モニタ４３としてＣＣＤカメラを用いることによ
り、光ファイバ３４の入射端３５での端面の状況をモニ
タすることができる。
形例について説明する。この場合は、固体レーザ装置１
０の光軸上の前方に設けられた第１レンズ３１の前方に
２枚の折り返しミラー４１、４２を配置して反射光を第
２レンズ３３に入射させ、集光した光を光ファイバ３４
の入射端３５に入射している。また、折り返しミラー４
２はハーフミラーを用いて、光ファイバ３４の入射端３
５から直線位置に光ファイバ端面モニタ４３とモニタ用
レンズ４４を配置し、モニタ用レンズ４４と第２レンズ
３３で光ファイバ３４の入射端３５の端面観察用の結像
光学系を形成している。したがって、例えば、光ファイ
バ端面モニタ４３としてＣＣＤカメラを用いることによ
り、光ファイバ３４の入射端３５での端面の状況をモニ
タすることができる。
【００３１】以上に説明したように、本実施の形態によ
れば、ビームウェイストと第１レンズとの距離を任意に
設定できるので、装置の光学設計上の自由度を大幅に向
上させることができる。
れば、ビームウェイストと第１レンズとの距離を任意に
設定できるので、装置の光学設計上の自由度を大幅に向
上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ光のビーム品質
を最大限に保存したまま光ファイバによる伝送が可能と
なり、それにより分解能の高い精密加工が可能となる。
を最大限に保存したまま光ファイバによる伝送が可能と
なり、それにより分解能の高い精密加工が可能となる。
【図１】本発明のレーザ加工装置の模式図。
【図２】固体レーザ装置の構成図。
【図３】固体レーザ装置の変形例の構成図。
【図４】（ａ）は、光伝送装置の配置図、（ｂ）は、そ
れの光学的説明図。
れの光学的説明図。
【図５】光伝送装置の変形例の構成図。
【図６】従来のレーザ加工装置の構成図。
【図７】従来の光ファイバへの入射光学系の模式図。
１０、１０ａ…固体レーザ装置、１４…アパーチャ、１
５…ビームモード、１６…ビームウエィスト、３０…光
伝送装置、３１…第１レンズ、３２…アパーチャ、３３
…第２レンズ、３４…光ファイバ、３５…入射端、３７
…加工ヘッド、３８…被加工体
５…ビームモード、１６…ビームウエィスト、３０…光
伝送装置、３１…第１レンズ、３２…アパーチャ、３３
…第２レンズ、３４…光ファイバ、３５…入射端、３７
…加工ヘッド、３８…被加工体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐々木 光夫
神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株
式会社東芝生産技術センター内
(72)発明者 小原 隆
神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株
式会社東芝生産技術センター内
Ｆターム(参考） 4E068 CA05 CA11 CE08
5F072 AK01 KK01 KK09 KK30 YY06
Claims (6)
- 【請求項１】 光伝送装置の一部を構成する光ファイバ
の入射端に、レーザ装置から出力されたレーザ光を入射
するに際して、 前記光伝送装置は、前記レーザ光を入射する順に、焦点
距離ｆ１の第１レンズ、焦点距離ｆ２の第２レンズ及び
光ファィバで構成し、 前記レーザ光のビームウェイストから前記第１レンズま
での距離をａ、前記第１レンズから前記第２レンズまで
の距離をｆ１＋ｆ２、前記第２レンズから前記光ファイ
バ入射端面までの距離をｂとするとともに、ｂは 【数１】 であり、かつ、ｆ１≠ｆ２、ａ≠ｆ１、ｂ≠ｆ２、（ａ
＋ｂ）＜（ｆ１＋ｆ２）の条件を溝たすように構成され
ていることを特徴とする光伝送装置。 - 【請求項２】 前記第２レンズの直前、もしくは、第２
レンズと光ファイバの間に光ファイバへの入射開口数を
制限するためのアパーチャを配置したことを特徴とする
請求項ｌ記載の光伝送装置。 - 【請求項３】 前記レーザ装置から出力されたレーザ光
のビームウェイスト位置にレーザ光のビームサイズを制
限するためのアパーチャを配置したことを特徴とする請
求項ｌ又は請求項２に記載の光伝送装置。 - 【請求項４】 前記レーザ装置から出力されたレーザ光
が前記光ファイバの入射端に入射するまでの光学系中に
ｌ枚もしくは複数枚の折り返しミラーを配置し、かつ、
前記折り返しミラーの外側には前記光ファイバ端面を観
察するためのカメラ用レンズとカメラモニタを設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。 - 【請求項５】 固体レーザ発振器とこの固体レーザ発振
器の出力側に光伝送装置が配置されたレーザ光発生・伝
送装置において、前記光伝送装置には請求項１乃至請求
項４のいずれか１項に記載の光伝送装置を用いているこ
とを特徴とするレーザ光発生・伝送装置。 - 【請求項６】 固定レーザ発振器に接続された光伝送装
置により構成されたレーザ光発生・伝送装置を介してレ
ーザ光を加工ヘッドへ伝送して被加工体を加工するレー
ザ加工装置において、前記レーザ光発生・伝送装置とし
て請求項５に記載したレーザ光発生・伝送装置を用いて
いることを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2001268576A JP4987199B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置 |
| DE10240645A DE10240645B4 (de) | 2001-09-05 | 2002-09-03 | Laserstrahl-Übertragungsvorrichtung |
| US10/234,179 US6990136B2 (en) | 2001-09-05 | 2002-09-05 | Laser beam transmission apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001268576A JP4987199B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003078190A true JP2003078190A (ja) | 2003-03-14 |
| JP4987199B2 JP4987199B2 (ja) | 2012-07-25 |
Family
ID=19094535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001268576A Expired - Lifetime JP4987199B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 光伝送装置、レーザ光発生・伝送装置及びレーザ加工装置 |
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|---|---|
| US (1) | US6990136B2 (ja) |
| JP (1) | JP4987199B2 (ja) |
| DE (1) | DE10240645B4 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007032066A1 (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | ロッド型固体レーザ装置 |
| JP2008028316A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Ihi Corp | 伝送光学系 |
| JP2011176116A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Hitachi Zosen Corp | レーザ媒質及びレーザ加工装置 |
| US20220009027A1 (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd | Step-core fiber structures and methods for altering beam shape and intensity |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3862664B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2006-12-27 | ミヤチテクノス株式会社 | レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
| JP4357944B2 (ja) * | 2003-12-05 | 2009-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 固体レーザ加工装置およびレーザ溶接方法 |
| EP2629920A1 (en) * | 2010-10-22 | 2013-08-28 | Highcon Ltd | Method and apparatus for laser cutting |
| US9507095B2 (en) | 2013-06-27 | 2016-11-29 | Corning Optical Communications LLC | Expanded beam optical connectors and methods for using the same |
| US11858065B2 (en) | 2015-01-09 | 2024-01-02 | Lsp Technologies, Inc. | Method and system for use in laser shock peening and laser bond inspection process |
| CN110564937B (zh) * | 2015-01-09 | 2021-03-26 | 山东迈特莱斯金属表面科技有限公司 | 激光冲击喷丸处理中使用的方法和设备 |
| CN110456515A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-15 | 珠海光库科技股份有限公司 | 隔离装置和激光器 |
| CN113325570B (zh) * | 2021-05-18 | 2022-08-26 | 北京航空航天大学 | 光纤参数设计方法、锥形光纤及激光水束高效耦合装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63210904A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-01 | Hitachi Cable Ltd | レ−ザビ−ム入射光学系 |
| JPS63293510A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-30 | Olympus Optical Co Ltd | レ−ザ−照射装置 |
| US4842360A (en) * | 1987-06-18 | 1989-06-27 | Summit Technology, Inc. | High energy laser-to-waveguide coupling devices and methods |
| JPH0242778A (ja) * | 1988-04-01 | 1990-02-13 | Laserscope Corp | レーザ共振装置 |
| JPH06152018A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置ならびにレーザ加工装置 |
| JPH07307513A (ja) * | 1994-05-11 | 1995-11-21 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 固体レーザ装置 |
| JPH08167754A (ja) * | 1994-10-14 | 1996-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 光伝送装置、固体レーザ装置、及びこれらを用いたレーザ加工装置 |
| JPH1020216A (ja) * | 1996-07-08 | 1998-01-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザ光路切替装置 |
| JPH11337475A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-12-10 | Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk | 光計測装置 |
| JP2001094177A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体レーザ光投射装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4907235A (en) * | 1988-04-01 | 1990-03-06 | Laserscope | Intra-cavity beam relay for optical harmonic generation |
| US6037579A (en) * | 1997-11-13 | 2000-03-14 | Biophotonics Information Laboratories, Ltd. | Optical interferometer employing multiple detectors to detect spatially distorted wavefront in imaging of scattering media |
-
2001
- 2001-09-05 JP JP2001268576A patent/JP4987199B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-09-03 DE DE10240645A patent/DE10240645B4/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-05 US US10/234,179 patent/US6990136B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63210904A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-01 | Hitachi Cable Ltd | レ−ザビ−ム入射光学系 |
| JPS63293510A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-30 | Olympus Optical Co Ltd | レ−ザ−照射装置 |
| US4842360A (en) * | 1987-06-18 | 1989-06-27 | Summit Technology, Inc. | High energy laser-to-waveguide coupling devices and methods |
| JPH0242778A (ja) * | 1988-04-01 | 1990-02-13 | Laserscope Corp | レーザ共振装置 |
| JPH06152018A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置ならびにレーザ加工装置 |
| JPH07307513A (ja) * | 1994-05-11 | 1995-11-21 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 固体レーザ装置 |
| JPH08167754A (ja) * | 1994-10-14 | 1996-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 光伝送装置、固体レーザ装置、及びこれらを用いたレーザ加工装置 |
| JPH1020216A (ja) * | 1996-07-08 | 1998-01-23 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザ光路切替装置 |
| JPH11337475A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-12-10 | Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk | 光計測装置 |
| JP2001094177A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体レーザ光投射装置 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007032066A1 (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | ロッド型固体レーザ装置 |
| JPWO2007032066A1 (ja) * | 2005-09-14 | 2009-03-19 | 三菱電機株式会社 | ロッド型固体レーザ装置 |
| DE112005000610B4 (de) | 2005-09-14 | 2010-02-04 | Mitsubishi Denki K.K. | Stabförmiges Festkörper-Lasersystem |
| JP4910698B2 (ja) * | 2005-09-14 | 2012-04-04 | 三菱電機株式会社 | ロッド型固体レーザ装置 |
| JP2008028316A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Ihi Corp | 伝送光学系 |
| JP2011176116A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Hitachi Zosen Corp | レーザ媒質及びレーザ加工装置 |
| US20220009027A1 (en) * | 2020-07-07 | 2022-01-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co. Ltd | Step-core fiber structures and methods for altering beam shape and intensity |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030058542A1 (en) | 2003-03-27 |
| US6990136B2 (en) | 2006-01-24 |
| DE10240645A1 (de) | 2003-06-26 |
| DE10240645B4 (de) | 2006-08-03 |
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