JP2006343749A - 固体レーザ装置のための入力結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光ケーブルの交換時に、レーザ光源をＯＦＦに切り換えずとも、レーザ光の漏れもしくは出射を確実に阻止することができるようにする。
【解決手段】レーザビーム（２）の光路で見てケーブル接続部（４）の手前に、安全エレメント（８，８′）により制御される光学的なビームスイッチ（６）が配置されており、該ビームスイッチ（６）がレーザビーム（２）を安全エレメント（８，８′）の安全位置でのみケーブル接続部（４）へと変向するか、またはレーザビーム（２）の光路で見てケーブル接続部（４）の手前に、安全エレメント（８，８′）により制御される閉鎖エレメント（１６）が配置されており、該閉鎖エレメント（１６）がレーザビーム（２）を安全エレメント（８，８′）の安全位置でのみケーブル接続部（４）へと通過させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームをレーザ光ケーブルに入力結合（Ｅｉｎｋｏｐｐｅｌｎ）するための装置であって、レーザ光ケーブルのためのケーブル接続部が設けられており、レーザ光ケーブルとケーブル接続部との間の正確な接続が安全エレメントにより確保されている形式のものに関する。さらに本発明は、単数または複数のそのような入力結合装置を備えた分配器および固体レーザ装置に関する。

高いレーザ出力（数１００Ｗ〜ｋＷ）を生ぜしめるための固体レーザ装置は一般に光学室（Ｏｐｔｉｋｒａｕｍ）と供給ユニットとに区分されている。光学室は、励起光源と、レーザ共振器と、ビームガイドコンポーネントと、レーザビームを単数または複数のレーザ光ケーブルに入力結合するための入力結合ユニットとを有している。供給ユニットは、電気、ガスおよび水の供給および制御のために必要なコンポーネントを有している。これまで公知のレーザ装置では、光学室は、レーザ装置のフードにより周囲から隔離されたユニットである。フードは、レーザ放射がコントロール不能に周囲に放出され得ないことを保証する。フードはそれゆえ安全スイッチを有している。安全スイッチはフードの開放時にレーザ共振器をＯＦＦに切り換える。

高い出力のレーザ装置は大抵の場合レーザ放射のための複数の出力部、すなわちレーザ光ケーブルの接続のための複数の入力結合ユニットを有している。つまりレーザビームは、レーザ装置内に存在するビームスイッチ（Ｓｔｒａｈｌｗｅｉｃｈｅ）またはビームスプリッタ（Ｓｔｒａｈｌｔｅｉｌｅｒ）を介して複数のワークステーションに分配されることができる。レーザ光ケーブルの接続のための入力結合ユニットはレーザ装置の光学室内に存在している。接続されたレーザ光ケーブルは、光学室のフードに設けられた光密かつ気密な通し案内部を通して外部に導出されている。

レーザ光ケーブルの老化または損傷時、レーザ光ケーブルは交換されねばならない。交換はやはり、出力部への異なる長さのレーザ光ケーブルが必要とされる場合にも必要であり得る。入力結合ユニットへのレーザ光ケーブルの抜き差し、すなわち引抜きもしくは差込みのために、これまで一般的なレーザ装置では、光学室のフードが開放されねばならなかった。その際、自動的にレーザはＯＦＦに切り換えられる。さらに光学室は完全に周囲空気に対してオープンである。その結果、異物および塵埃は妨げられることなく光学的なコンポーネントに到達することができる。既にこれまで公知のレーザ装置では、レーザ光ケーブルプラグは電気的なコンタクトの形の安全エレメントを有している。この安全エレメントは差し込まれた状態で、入力ユニットのジャック内に設けられた相応の接続部とコンタクト形成し、それにより電気的な安全回路を閉鎖する。プラグを引き抜くと、このコンタクトは遮断され、レーザは停止される。その結果、利用者にとって、レーザ放射の漏れによる危険は生じない。ただし安全回路の反応時間に基づいて、プラグ引抜きの瞬間、レーザ光ケーブルが、レーザ放射の漏れもしくは出射によりそれでもなお損傷される可能性がある。

それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた形式の入力結合装置を改良して、レーザ光ケーブルの交換時に、レーザ光源をＯＦＦに切り換えずとも、レーザ光の漏れもしくは出射を確実に阻止することができるようにすることである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、レーザビームの光路で見てケーブル接続部の手前に、安全エレメントにより制御される光学的なビームスイッチが配置されており、該ビームスイッチがレーザビームを安全エレメントの安全位置でのみケーブル接続部へと変向するか、またはレーザビームの光路で見てケーブル接続部の手前に、安全エレメントにより制御される閉鎖エレメント（Ｖｅｒｓｃｈｌｕｓｓｅｌｅｍｅｎｔ）が配置されており、該閉鎖エレメントがレーザビームを安全エレメントの安全位置でのみケーブル接続部へと通過させるようにした。

安全エレメントはその際ビームスイッチもしくは閉鎖エレメントに連結されており、安全エレメントの開放が閉鎖エレメントによる光路の閉鎖を生ぜしめるか、もしくはビームスイッチの、レーザビームをケーブル接続部から背いて、すなわちケーブル接続部とは別方向に、例えば吸収器へと変向するスイッチ位置を生ぜしめるようになっている。こうして、レーザ光がレーザ光ケーブルとケーブル接続部との間の正確な接続時にのみケーブル接続部へと変向されることが保証される。

本発明による入力結合装置の第１の実施形態では、安全エレメントがレーザ光ケーブルとケーブル接続部との間の正確な接続をロックするために形成されている。それに加えて有利には、レーザ光ケーブルとケーブル接続部とが正確な接続時にロックエレメントにより互いに固定されており、該ロックエレメントが安全エレメントの開放位置でのみロック解除可能である。こうして、ライトガイドケーブルの交換時にまず安全エレメントがその開放位置に開放されねばならないことが保証されている。このことは閉鎖エレメントによる光路の閉鎖を生ぜしめるか、もしくはビームスイッチの、レーザビームをケーブル接続部から背いて変向するスイッチ位置を生ぜしめる。こうして初めて、ロックエレメントはロック解除され、レーザ光ケーブルはケーブル接続部から取り外されることができる。本発明のこの実施形態は、ケーブル接続部との接続状態からのライトガイドケーブルの解離の瞬間、レーザビームが既にケーブル接続部から背いて変向されているという利点を提供する。安全エレメントとロックエレメントとの間の連結は有利には機械的または電気的に形成されている。前者の事例で、ロックエレメントは安全エレメントの開放により機械的に開放され、そのロック位置からロック解除位置に運動させられることができる。その結果、レーザ光ケーブルはケーブル接続部から引き抜かれることができる。安全エレメントとロックエレメントとの間の電気的な連結は例えば電気的な信号線路および制御装置を介して実施される。制御装置はロックエレメントを、安全エレメントがその安全位置に存在していない場合にのみ、ロック解除のために開放する。

特に有利には、レーザ光ケーブルの、ケーブル接続部内に差し込まれたプラグか、またはケーブル接続部の差込ジャックにレーザ光ケーブルのプラグのために設けられた閉鎖スリーブが、ロックエレメントによりそのロック位置で固定されている。

本発明による入力結合装置の第２の実施形態では、安全エレメントがレーザ光ケーブルとケーブル接続部との間の正確な接続の遮断時に自動的に開放されるように形成されている。安全エレメントは例えば、プラグに設けられた電気的に伝導性のコンタクトであることができ、該コンタクトは、レーザ光ケーブルとケーブル接続部との間の正確な接続時、ケーブル接続部のプラグジャックに配置された電気的に伝導性のコンタクトとコンタクト形成し、それによりビームスイッチもしくは閉鎖エレメントを切り換える。

安全エレメントとビームスイッチもしくは閉鎖エレメントとは互いに特に機械的または電気的に連結されている。後者の事例では、安全エレメントの開放により、入力結合装置に所属の電気的な安全回路が開放される。安全回路の開放時、制御装置により自動的に、レーザビームをケーブル接続部へと変向するビームスイッチがその位置について検査され、かつ場合によっては開放され、その結果、レーザビームがケーブル接続部ではなく、吸収器へと変向されているか、または制御装置により自動的に閉鎖エレメントがその位置について検査され、かつ場合によっては閉鎖され、その結果、レーザビームがケーブル接続部に到達しない。

有利には、ケーブル接続部とビームスイッチもしくは閉鎖エレメントとが壁により互いに光密かつ気密に隔離されている。その結果、光路で見てケーブル接続部の手前に存在する光学的なコンポーネントはレーザ光ケーブルの交換時に接近不能であり、それにより損傷および汚損から保護されている。

本発明は、レーザビームを複数のレーザ光ケーブルに分配するための、上記のように形成された複数の入力結合装置を備えた分配器にも関する。分配器において、レーザ源からのレーザビームは例えばレーザ光ケーブルを介して入力側に入力結合され、その後ビームスプリッタまたはビームスイッチを介して、出力側に接続されている複数のレーザ光ケーブルに分配されることができる。そのような分配器でも、本発明による入力結合装置を介して、レーザビームが、交換されるべきレーザ光ケーブルに向けられていないことが保証されている。分配器に接続された各レーザ光ケーブルは個別的に、接続された別のレーザ光ケーブルの機能を損なうことなく、レーザ光源をＯＦＦに切り換えずとも抜き差しされることができる。

本発明は最終的に、ハウジング内に配置されたレーザ共振器と、該レーザ共振器のレーザビームを単数または複数のレーザ光ケーブルに入力結合するための、上記のように形成された単数または複数の入力結合装置とを備えた固体レーザ装置にも関する。この本発明によるレーザ装置は、個々のレーザ光ケーブルが、レーザをＯＦＦに切り換えずとも、利用者にとって危険なしに抜き差しされることができるという主な利点を有している。こうして、レーザ光ケーブルの交換中、別のレーザ光ケーブルを介してレーザ装置に接続されているワークステーションで、作業は続行されることができる。レーザ装置の任意の各入力結合ユニットの各レーザ光ケーブルは個別的に、別のレーザ光ケーブルの機能を損なうことなく抜き差しされることができる。

特に有利には、単数の入力結合装置のケーブル接続部もしくは複数の入力結合装置の各ケーブル接続部がハウジングの外側に、特にハウジングの外面に設けられている。レーザ光ケーブルの抜き差しのために、レーザ共振器のハウジング、すなわち汚れに敏感な光学室はもはや開放されずに済む。このことは利用者にとって光学的なコンポーネントの汚損または損傷に関するより僅かな注意要求を意味する。

本発明の別の利点は説明および図面から得られる。やはり、前述した特徴および後述する特徴は単独でまたは互いに任意に組み合わされて使用されることができる。図示して説明する実施形態は、排他的な列挙として理解されるべきでなく、むしろ本発明を描写するための例示的な性質を有している。

図１に示した装置１はレーザビーム２をレーザ光ケーブル３に入力結合するために役立つ。

入力結合装置１は、ここでは差込ジャックとして形成され、レーザ光ケーブル３のプラグ５が差し込まれているケーブル接続部４と、レーザビーム２の光路内でケーブル接続部４の手前に配置され、レーザビーム２をケーブル接続部４または吸収器７へと変向する光学的なビームスイッチ６と、ビームスイッチ６を制御するための安全エレメント８と、プラグ５とケーブル接続部４との間の差込結合をロックするためのロックエレメント９とを有している。

プラグ５はケーブル接続部４内で、ケーブル接続部４上に摺動可能に案内されたスリーブ１０によりロックされている。スリーブ１０は差込結合の解除のためにオペレータによりビームスイッチ６の方向で摺動されねばならない。破線で示したロック位置で、双方向矢印１１の方向で摺動可能なロックエレメント９はスリーブ１０の摺動を、ロックエレメント９が、スリーブの周面に設けられたリング溝１２内に係入することにより阻止する。ロックエレメント９自体はそのロック位置で、引抜きプラグ（双方向矢印１３）として形成された安全エレメント８によりロックされている。さらに入力結合装置１は仕切り壁１４を有している。仕切り壁１４は、オペレータが接近可能なケーブル接続部４と、ビームスイッチ６とを、光密かつ気密に、すなわち光および空気を通すことなく互いに隔離する。

入力結合装置１の、差込結合を解除するための機能形式は以下の通りである。

安全エレメント８の開放、すなわち破線で示した安全位置から、実線で示した開放位置への安全エレメント８の運動（引抜き）により、入力結合装置１に所属の電気的な安全回路（図示せず）が開放される。安全回路の開放時、自動的にビームスイッチ６はその位置について検査され、かつ場合によっては切り換えられる。その結果、レーザビーム２はもはやケーブル接続部４ではなく、吸収器７へと向けられている。安全エレメント８の開放により、さらにロックエレメント９の機械的なロックが解除される。ロックエレメント９は今や、破線で示したロック位置から、実線で示したロック解除位置へと運動させられることができる。このロック解除位置で、スリーブ１０はビームスイッチ６の方向で摺動させられ、それによりレーザ光ケーブル３はケーブル接続部４から引き抜かれることができる。

入力結合装置１と、図２に示した入力結合装置１′とは唯一、安全エレメント８′が、プラグ５に設けられた電気的に伝導性のコンタクトであることにより区別される。このコンタクトは、レーザ光ケーブル３とケーブル接続部４との間の正確な接続時、ケーブル接続部４の差込ジャックに配置された電気的に伝導性のコンタクト１５とコンタクト形成する。プラグ５の引抜き、すなわちレーザ光ケーブル３とケーブル接続部４との間の正確な接続の遮断により、ビームスイッチ６は自動的にその位置について検査され、かつ場合によっては切り換えられ、それによりレーザビーム２は吸収器７へと変向される。

図３に示した入力結合装置１″では、レーザビーム２の光路内でケーブル接続部４の手前に、ここには示されていない安全エレメント８，８′により制御される閉鎖エレメント１６が配置されている。閉鎖エレメント１６はレーザビーム２を安全エレメント８，８′の安全位置でのみケーブル接続部４へと通過させる。安全エレメント８，８′はその際、安全エレメントの開放が閉鎖エレメント１６による光路の閉鎖を生ぜしめるように閉鎖エレメント１６に連結されている。閉鎖エレメント１６は例えば、冷却吸収式のシェード（Ｂｌｅｎｄｅ）として構成されているか、またはレーザビーム２内に旋回可能な変向ミラー（Ｕｍｌｅｎｋｓｐｉｅｇｅｌ）として構成されている。変向ミラーはレーザビーム２を、ここには示されていない吸収器へと変向する。図示の実施例では、レーザビーム２はビームスプリッタ１７を介して３つの入力結合装置１″に分割される。

図４には、レーザビーム２を入力結合装置１，１′の複数のケーブル接続部４に分配するための、図１または図２と同様に形成された６つの入力結合装置１，１′を備えた分配器２０が示されている。ビームスイッチ６は、レーザビーム２を時間的に相前後して、その都度接続されたレーザ光ケーブル３へと変向するために、時間的に相前後して切り換えられる。

図５には最終的に、光密かつ気密に閉鎖されたハウジング（光学室）３１内に配置されたレーザ共振器３２と、レーザ共振器３２のレーザビーム２を入力結合装置１，１′の複数のケーブル接続部４に分配するための、図１または図２と同様に形成された６つの入力結合装置１，１′とを備えた固体レーザ装置３０が示されている。レーザ装置３０の、例えばレーザ共振器３２およびビームスイッチ６のようなすべての光学コンポーネントはハウジング３１内に存在している。ケーブル接続部４はハウジング３１の外側に、すなわちハウジング３１の、例えば塗装された鋼から成るシールされた壁３３に配置されており、外部から別個のフラップ（図示せず）を介して接近可能である。フラップはレーザ運転中、その際レーザがＯＦＦに切り換えられることなく開放されることができる。

分配器２０および固体レーザ装置３０が入力結合装置１，１′の代わりに入力結合装置１″を、レーザビーム２をケーブル接続部４に分配するために有していてもよいことは自明である。

本発明による入力結合装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明による入力結合装置の第２の実施形態を示す図である。 本発明による入力結合装置の第３の実施形態を示す図である。 図１または図２と同様に形成された複数の入力結合装置を備えた分配器を示す図である。 図１または図２と同様に形成された複数の入力結合装置を備えた固体レーザ装置を示す図である。

符号の説明

１，１′，１″ 入力結合装置
２ レーザビーム
３ レーザ光ケーブル
４ ケーブル接続部
５ プラグ
６ ビームスイッチ
７ 吸収器
８，８′ 安全エレメント
９ ロックエレメント
１０ スリーブ
１１ 双方向矢印
１２ リング溝
１３ 双方向矢印
１４ 仕切り壁
１５ コンタクト
１６ 閉鎖エレメント
１７ ビームスプリッタ
２０ 分配器
３０ 固体レーザ装置
３１ ハウジング
３２ レーザ共振器
３３ 壁

Claims (13)

1. レーザビーム（２）をレーザ光ケーブル（３）に入力結合するための装置（１，１′，１″）であって、レーザ光ケーブル（３）のためのケーブル接続部（４）が設けられており、レーザ光ケーブル（３）とケーブル接続部（４）との間の正確な接続が安全エレメント（８，８′）により確保されている
   形式のものにおいて、
   レーザビーム（２）の光路で見てケーブル接続部（４）の手前に、安全エレメント（８，８′）により制御される光学的なビームスイッチ（６）が配置されており、該ビームスイッチ（６）がレーザビーム（２）を安全エレメント（８，８′）の安全位置でのみケーブル接続部（４）へと変向するか、またはレーザビーム（２）の光路で見てケーブル接続部（４）の手前に、安全エレメント（８，８′）により制御される閉鎖エレメント（１６）が配置されており、該閉鎖エレメント（１６）がレーザビーム（２）を安全エレメント（８，８′）の安全位置でのみケーブル接続部（４）へと通過させる、
   ことを特徴とする、固体レーザ装置のための入力結合装置。
2. 安全エレメント（８）がレーザ光ケーブル（３）とケーブル接続部（４）との間の正確な接続をロックするために形成されている、請求項１記載の入力結合装置。
3. レーザ光ケーブル（３）とケーブル接続部（４）とが正確な接続時にロックエレメント（９）により互いに固定されており、該ロックエレメント（９）が安全エレメント（８）の開放位置でのみロック解除可能である、請求項２記載の入力結合装置。
4. 安全エレメント（８）とロックエレメント（９）とが互いに電気的または機械的に連結されている、請求項３記載の入力結合装置。
5. レーザ光ケーブル（３）の、ケーブル接続部（４）内に差し込まれたプラグ（５）か、またはケーブル接続部（４）の差込ジャックにレーザ光ケーブル（３）のプラグ（５）のために設けられた閉鎖スリーブ（１０）が、ロックエレメント（９）によりそのロック位置で固定されている、請求項３または４記載の入力結合装置。
6. 安全エレメント（８′）がレーザ光ケーブル（３）とケーブル接続部（４）との間の正確な接続の遮断時に自動的に開放されるように形成されている、請求項１記載の入力結合装置。
7. 安全エレメント（８′）が、レーザ光ケーブル（３）に設けられた電気的に伝導性のコンタクトであり、該コンタクトが、レーザ光ケーブル（３）とケーブル接続部（４）との間の正確な接続時、ケーブル接続部（４）の差込ジャックに配置された電気的に伝導性のコンタクトとコンタクト形成する、請求項６記載の入力結合装置。
8. 安全エレメント（８，８′）とビームスイッチ（６）もしくは閉鎖エレメント（１６）とが互いに電気的または機械的に連結されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の入力結合装置。
9. ケーブル接続部（４）から背いて変向されたレーザビーム（２）のための吸収器（７）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の入力結合装置。
10. ケーブル接続部（４）とビームスイッチ（６）もしくは閉鎖エレメント（１６）とが壁（１４）により互いに光密かつ気密に隔離されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の入力結合装置。
11. レーザビーム（２）を複数のレーザ光ケーブル（３）に分配するための分配器（２０）において、各レーザ光ケーブル（３）のための、請求項１から１０までのいずれか１項記載のその都度１つの入力結合装置（１，１′，１″）が設けられていることを特徴とする分配器。
12. 固体レーザ装置（３０）において、ハウジング（３１）内に配置されたレーザ共振器（３２）と、該レーザ共振器（３２）のレーザビーム（２）を単数または複数のレーザ光ケーブル（３）に入力結合するための、請求項１から１０までのいずれか１項記載の単数または複数の入力結合装置（１，１′，１″）とが設けられていることを特徴とする固体レーザ装置。
13. 単数の入力結合装置（１，１′，１″）のケーブル接続部（４）もしくは複数の入力結合装置（１，１′，１″）の各ケーブル接続部（４）がハウジング（３１）の外側に、特にハウジング（３１）の外面に設けられている、請求項１２記載の固体レーザ装置。

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