JP2008203774A - レーザー集光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光回路と光ファイバーを、低コストで、再現性よく、容易に着脱できるレーザー集光装置の提供を課題とする。
【解決手段】アレイ状に配列された複数の発光点２０を有するレーザーバー１２と、レーザーバー１２から出射されたレーザー光を分岐又は合流させて出射する光回路１４と、光回路１４から出射されたレーザー光を受光して伝送する光ファイバー１６と、光回路１４を保持する光回路保持具２４と、光ファイバー１６を保持する光ファイバー保持具２６と、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６とを着脱させる着脱機構３０と、を備えたレーザー集光装置１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー集光装置に関する。

複数の発光点を有する複数のレーザーバーと、レーザーバーと同数設けられ、そのレーザーバーから出射されたレーザー光を所定の方向に導光して１つに集光する光回路と、光回路と同数設けられ、その光回路から出射されたレーザー光を伝送する光ファイバーと、その光ファイバーを密に束ねたバンドル部と、を備えたレーザー集光装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ガイドピン固定溝とそれに固定された２本のガイドピンが具備された光導波路基板と、光ファイバーが収容されたホルダーとそれに設けられた２本のガイドピン収容穴が具備された光ファイバープラグと、を有する光導波路・光ファイバー接続コネクターが従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１に記載のレーザー集光装置においては、光回路と光ファイバーが、接着或いは融着されて、互いに分離できない（着脱できない）構造になっている。そのため、例えば複数設けられている光ファイバーのうち、たった１本が破断してしまった場合でも、全てのレーザー集光装置が使用できなくなってしまうという問題点がある。仮に、これを再生させようとすると、全ての光ファイバーを切断してバンドル部を一旦分離し、再度バンドル部を構成する必要がある。しかし、この場合でも、破断した箇所が光回路と光ファイバーの接続部近辺であった場合には、バンドル部を再構成することが不可能となる。

また、特許文献２に記載の光導波路・光ファイバー接続コネクターにおいては、ホルダーと基板をコネクトさせたときの光ファイバー端末と光導波路端末との位置精度は、ガイドピンをガイドピン収容穴に挿入させるという構造上、両者の加工精度によって決まる。したがって、加工精度を高くすれば、確かに両端末は正確に位置決めできるが、一方で加工コストが増加するという問題点が生じる。しかも、加工精度が高いということは、ガイドピンとガイドピン収容穴との間に隙間が殆ど無いということを意味し、それは着脱の困難性に繋がる。すなわち、加工精度が高いほど着脱が困難になり、無理に着脱しようとすると、破損するという問題点が生じる。
特開２００４−３６１６５５号公報 特許第２８４３３３８号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、光回路と光ファイバーを、低コストで、再現性よく、容易に着脱できるレーザー集光装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のレーザー集光装置は、アレイ状に配列された複数の発光点を有するレーザーバーと、前記レーザーバーから出射されたレーザー光を分岐又は合流させて出射する光回路と、前記光回路から出射されたレーザー光を受光して伝送する光ファイバーと、前記光回路を保持する光回路保持具と、前記光ファイバーを保持する光ファイバー保持具と、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具とを着脱させる着脱機構と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、光ファイバーを保持する光ファイバー保持具と、光回路を保持する光回路保持具とを着脱させる着脱機構を備えているので、光回路と光ファイバーの着脱が容易にできる。また、これにより、光回路と光ファイバーとが分離可能になるため、レーザー集光装置の組立時や移動時、更にはメンテナンス時に、光ファイバーを分離しておくことができる。したがって、光ファイバーが破断してしまう可能性を低減させることができる。また、万が一、光ファイバーが破断してしまった場合でも、その破断部分のみを修理することができるので、取り扱いが容易になり、メンテナンス性を向上させることができる。

また、請求項２に記載のレーザー集光装置は、請求項１に記載のレーザー集光装置において、前記光回路の出射端と前記光ファイバーの入射端との間に所定の間隙が形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、光回路の出射端と光ファイバーの入射端との間に所定の間隙が形成されているため、着脱時に、光回路と光ファイバーとが接触して、両者の光軸がずれるよう不具合が発生しない。したがって、再現性の良い着脱が容易にできる。

また、請求項３に記載のレーザー集光装置は、請求項２に記載のレーザー集光装置において、前記着脱機構が、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具の相対する一方の面に、互いに等間隔に設けられた３つの凸部と、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具の相対する他方の面に設けられ、前記凸部が当接可能とされる３つの凹部と、前記３つの凸部及び前記３つの凹部をそれぞれ頂点として形成される正三角形の重心位置に設けられ、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具とを着脱可能に連結する連結具と、を有することを特徴としている。

そして、請求項４に記載のレーザー集光装置は、請求項３に記載のレーザー集光装置において、前記凸部が、略球形状であることを特徴としている。

請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、光回路保持具と光ファイバー保持具の相対する一方の面に互いに等間隔に設けられた３つの凸部を、他方の面に設けられた３つの凹部にそれぞれ当接し、その３つの凸部及び３つの凹部をそれぞれ頂点として形成される正三角形の重心位置を連結具で連結するので、連結具によって加えられる応力は３つの当接位置に均等に加えられる。したがって、着脱を繰り返し実行しても片当たりがなく、位置決め精度のバラツキがない。

また、請求項５に記載のレーザー集光装置は、請求項３又は請求項４に記載のレーザー集光装置において、前記凸部及び前記凹部の１つが、前記光回路の出射端又は前記光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、凸部及び凹部の１つが、光回路の出射端又は光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられているので、位置決め精度を向上でき、光軸の調整が不要な再現性の良い着脱が容易にできる。

また、請求項６に記載のレーザー集光装置は、請求項５に記載のレーザー集光装置において、前記光回路の出射端又は前記光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられた前記凹部の形状が、前記凸部が完全に入り切らない円錐穴とされ、残りの前記凹部の一方の形状が、前記凸部が完全に入り切らず、かつ前記円錐穴とされた凹部へ向いた断面視「Ｖ」字状をなす溝穴とされ、他方の形状が、底面が平面をなす溝穴とされていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、光回路の出射端又は光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられた凹部の形状が、凸部が完全に入り切らない円錐穴とされ、更に、残りの２つの凹部のうち、一方の凹部の形状が、凸部が完全に入り切らず、かつ円錐穴とされた凹部へ向いた断面視「Ｖ」字状をなす溝穴とされているので、光回路保持具と光ファイバー保持具との間に、所定の間隙を容易に形成することができる。

そして、例えば２つの凸部間の距離と、それに対応する円錐穴とＶ字状溝穴との間の距離が異なっていたとしても、その距離が円錐穴とされた凹部を向くＶ字状溝穴の長さの範囲を超えなければ、凸部は必ずＶ字状溝穴内に固定される。また、残る１つの凸部も、底面が平面をなす溝穴内に確実に固定される。したがって、凸部と凹部の相対的な位置加工精度は最低限のものでよく、これにより、加工コストを低減することができる。

また、請求項７に記載のレーザー集光装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のレーザー集光装置において、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具が冷却機構を有することを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、レーザー集光装置の温度上昇を抑制することができる。したがって、強力なレーザー光を出射させる場合でも対応可能となる。

また、請求項８に記載のレーザー集光装置は、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のレーザー集光装置において、前記光ファイバーの断面形状が矩形状であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、光ファイバーが複数設けられた場合に、光ファイバーの出射部を高さ方向に密に束ねて積層することが可能であり、通常の円形型形状の光ファイバーに比べて、ビーム品質を高めることができる。加えて、出射部の配列を任意かつ容易に変更することができる。したがって、任意の出射パターンを形成することができる。

以上のように、本発明によれば、光回路と光ファイバーを、低コストで、再現性よく、容易に着脱できるレーザー集光装置を提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１は本実施形態に係るレーザー集光装置の構成を示す概略斜視図であり、図２は光回路の概略斜視図である。そして、図３は光回路保持具の概略正面図であり、図４は光ファイバー保持具の概略正面図である。なお、説明の便宜上、矢印Ｘ方向を幅方向、矢印Ｙ方向を前後方向、矢印Ｚ方向を高さ方向とする。

図１で示すように、このレーザー集光装置１０は、幅方向（矢印Ｘ方向）に一直線上に配列された複数（図示のものは４個）の発光点２０を有し、それぞれ同一方向に向けてレーザー光を出射する半導体レーザーバー１２と、半導体レーザーバー１２から出射された複数のレーザー光を所定の方向に導光し、１つに合流（合波）させる光回路１４と、光回路１４から出射されたレーザー光を受光して伝送する光ファイバー１６と、半導体レーザーバー１２を保持する側面視略「Ｌ」字状の筐体であるレーザーバー保持具２２と、光回路１４を保持する直方体形状の筐体である光回路保持具２４と、光ファイバー１６を保持する直方体形状の筐体である光ファイバー保持具２６と、を備えている。

半導体レーザーバー１２は、フォトプロセスにより製造され、発光点２０の位置を正確に規定できるようになっている。光回路１４は、平面基板上に熊手型形状の光導波路１８が形成されて構成されている。この光導波路１８は、半導体レーザーバー１２の発光点２０と同数・同間隔に配置された入射部１８Ａと、入射部１８Ａが１つに合流する合流部１８Ｂと、合流部１８Ｂから光回路１４の出射端１４Ｂへ伝送するための出射部１８Ｃと、を有している。

光導波路１８は、半導体レーザーバー１２と同様にフォトプロセスにより製造されるため、入射部１８Ａの間隔を、半導体レーザーバー１２の発光点２０の間隔と一致させて配置することが容易にできる。また、複数ある入射部１８Ａを１つに合流させるための形状としては、熊手型形状に限定されるものではなく、例えばＹ分岐型形状やテーパー型形状等（図示省略）としてもよい。

このような光回路１４は、例えばＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）技術で製造される。ＰＬＣ技術とは、平面基板上に光導波路１８を作製する製造技術であって、一般的には、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２膜を堆積して下部クラッド層とし、その上にＧｅＯ_２やＴｉＯ_２等を微量添加したＳｉＯ_２膜を堆積してコア層とする。次に、このコア層をフォトプロセスとエッチングによって熊手型形状等の所望の形状とした後、更に、その上にＳｉＯ_２膜を堆積して上部クラッド層とし、光回路１４とするものである。

この方法によれば、断面形状が矩形状で光損失の低い光導波路１８を得ることができる。また、光導波路１８の断面の大きさとしては、例えば図２で示すように、入射部１８Ａが幅１００μｍ、高さ２０μｍ、出射部１８Ｃが幅２４０μｍ、高さ２０μｍとなるように製造することで、効率の良い合波用光回路１４を形成することができる。なお、光回路１４の製造方法は、ＰＬＣ技術の他に、イオン交換法、熱拡散法等を用いてもよい。また、光回路１４の平面基板の材料としては、Ｓｉ等の半導体やＳｉＯ_２等のガラス、ポリイミドやＰＭＭＡ等の高分子でもよい。

光ファイバー１６は、幅方向（矢印Ｘ方向）の断面形状が、光導波路１８の出射部１８Ｃの断面形状と同じ矩形型形状とされ、その寸法は、光導波路１８の出射部１８Ｃの断面形状よりも僅かに大きくされている。すなわち、本実施例では、光ファイバー１６の断面形状の寸法を幅２８０μｍ、高さ２８μｍとしている。これにより、光回路１４から出射されるほぼ全てのレーザー光（出射光）を光ファイバー１６内に導入することが可能になっている。

また、光ファイバー１６が矩形型形状とされていると、光ファイバー１６が複数設けられたときに、光ファイバー１６の出射部１６Ｂを高さ方向に密に束ねて積層することが可能となり、通常の円形型形状の光ファイバーに比べて、ビーム品質を高めることができる。そして、その出射部１６Ｂの配列を任意かつ容易に変更することが可能となる。したがって、任意の出射パターンを形成することができる。

また、このような矩形状光ファイバー１６は、一般的な製造方法である光ファイバー母材を紡糸するという方法において、通常、円形状の光ファイバー母材を用いるところを、矩形状の光ファイバー母材を用いて紡糸することで、容易に製造することができる。なお、光ファイバー１６の材料としては、一般的なＳｉＯ_２やプラスチック等が使用できる。

また、半導体レーザーバー１２と、光回路１４と、光ファイバー１６は、光軸が調整され、かつ光回路１４の出射端１４Ｂと、光ファイバー１６の入射端１６Ａとが、数μｍ〜十数μｍ程度の僅かな間隙Ｄ１（図６（Ｃ）参照）を保った状態で、各々の保持具２２、２４、２６上に保持されている。

つまり、半導体レーザーバー１２と、光回路１４と、光ファイバー１６とが、互いに連結されていない（互いに接触していない）構成になっている。したがって、後述するように、光回路１４と光ファイバー１６は、光軸をずらすことなく、互いに分離させることができる。なお、光回路１４の入射端１４Ａ及び出射端１４Ｂと、光ファイバー１６の入射端１６Ａには、屈折率不整合による反射損失を低減するため、反射防止膜（図示省略）を蒸着等によって設けることが望ましい。

また、図３、図４で示すように、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６は、着脱機構３０によって着脱自在に構成されている。この着脱機構３０は、光回路保持具２４側と光ファイバー保持具２６側とでは構成（形状）が異なっており、まず最初に、光回路保持具２４側について説明する。

図３で示すように、光回路保持具２４の光ファイバー保持具２６に対向する嵌合面２４Ａには、剛性のある略球形状、例えば半球形状の凸部３２、３４、３６が、互いに等間隔になるような位置、即ち所定の大きさの正三角形の各頂点となるような位置に設けられている。

そして、その正三角形の１つの頂点、即ち凸部３２は、光回路１４の出射端１４Ｂが固定される位置の直下に設けられている。なお、各凸部３２、３４、３６の外径Ｒ１は全て同一である。また、この３つの半球形状の凸部３２、３４、３６は、嵌合面２４Ａに半球形状の凹部（図示省略）を形成し、その中に、剛性のある球体（図示省略）を取り付けることなどによって形成することができる。

次に、光ファイバー保持具２６側について説明する。図４で示すように、光ファイバー保持具２６の光回路保持具２４に対向する嵌合面２６Ａには、３つの凸部３２、３４、３６と相対する位置に、３つの凹部４２、４４、４６が形成されている。各凹部４２、４４、４６の形状はそれぞれ異なっており、各凹部４２、４４、４６に各凸部３２、３４、３６がそれぞれ嵌合・当接可能になっている。

すなわち、光ファイバー１６の入射端１６Ａが固定される位置の直下に設けられている凹部４２は、図５（Ａ）で示すように、外径がＲ１とされた凸部３２が、完全に入り切らないような深さＦ１と底部における角度θ１とを有する円錐穴形状とされている。そして、他の２つの凹部４４、４６のうち、１つの凹部４４は、嵌合面２６Ａの１つの（図示の左下の）コーナー部近傍に形成され、図５（Ｂ）で示すように、外径Ｒ１とされた凸部３４が、完全に入り切らないような深さＦ２と底部における角度θ２とを有する断面視「Ｖ」字状とされた溝穴形状（以下「Ｖ溝形状」という）とされている。

そして更に、Ｖ溝形状とされた凹部４４において、その底部における稜線部４４Ａの向く方向は、円錐穴形状とされた凹部４２の中心Ｏとされている。なお、凹部４２の内径Ｒ２は、底部における角度θ１と深さＦ１によって、凸部３２が完全に入り切らないように適宜決められる。同様に、凹部４４の幅Ｗ１も、底部における角度θ２と深さＦ２によって、凸部３４が完全に入り切らないように適宜決められる。

また、もう１つの凹部４６は、嵌合面２６Ａの別の（図示の右下の）コーナー部近傍に形成され、図５（Ｃ）で示すように、底面が平面をなす矩形の溝穴形状（以下「平面溝形状」という）とされている。この平面溝形状とされた凹部４６の深さＦ３は、凸部３６が完全に入り切らないように（凹部４２、４４に対する凸部３２、３４の嵌合量と等しくなるように）、凸部３６の外径Ｒ１よりも所定量小さく形成されており、凹部４６の矢印Ｚ方向の幅Ｗ２及び矢印Ｘ方向の幅Ｗ３は、共に凸部３６の外径Ｒ１以上とされている。

凹部４６の矢印Ｚ方向の幅Ｗ２及び矢印Ｘ方向の幅Ｗ３が、共に凸部３６の外径Ｒ１以上とされていると、凸部３６が当接する凹部４６（底面）の面積を確保できるので、凹部４２、４４、４６に対する凸部３２、３４、３６の寸法誤差が一層吸収される。なお、図示の凹部４６の形状は、矢印Ｘ方向の幅Ｗ３が矢印Ｚ方向の幅Ｗ２よりも長い長方形状とされているが、凹部４６の形状は、図示の長方形状に限定されるものではなく、例えば正方形状とされてもよい。

何れにしても、このような形状の凹部４２、４４、４６に、半球形状の凸部３２、３４、３６が、それぞれ完全に入り切らない状態で嵌合・当接することにより、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６との間に、所定の間隙Ｄ２（図６（Ａ）参照）が容易に形成される。また、凸部３２、３４の外径Ｒ１に対して、凹部４２、４４の底部における角度θ１、θ２及び深さＦ１、Ｆ２を調整することにより、間隙Ｄ２の大きさを調整することができる。

また更に、Ｖ溝形状とされた凹部４４と、平面溝形状とされた凹部４６を形成する位置は、図示のものとは左右逆になっても構わない。しかし、円錐穴形状とされた凹部４２を形成する位置は、光ファイバー１６が固定される位置の直下になる。また、本実施例では、光回路保持具２４に凸部３２、３４、３６を形成し、光ファイバー保持具２６に凹部４２、４４、４６を形成したが、光回路保持具２４に凹部４２、４４、４６を形成し、光ファイバー保持具２６に凸部３２、３４、３６を形成してもよい。

このような構成とされた光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６の着脱は、凸部３２、３４、３６がそれぞれ頂点とされた正三角形の重心となる位置に形成された非貫通のネジ穴３８（図３参照）と、凹部４２、４４、４６がそれぞれ頂点とされた正三角形の重心となる位置に形成された貫通のネジ孔４８（図４参照）に、光ファイバー保持具２６の嵌合面２６Ａとは反対側の外面２６Ｂ側から、連結具としての固定ネジ２８を１本螺合することによって行われる（図１参照）。これにより、互いに嵌合・当接する凸部３２、３４、３６と凹部４２、４４、４６は、均等な力で締め付けられる。

また、図１、図３、図４で示すように、レーザーバー保持具２２と、光回路保持具２４と、光ファイバー保持具２６には、冷却機構としての冷却用水路４０が設けられており、この水路４０に冷媒（冷水）を流すことによって、強力なレーザー光によるレーザー集光装置１０の温度上昇を抑制できるようになっている。

以上のような構成の着脱機構３０を備えたレーザー集光装置１０において、次にその作用（組立工程）について説明する。まず、図６（Ａ）で示すように、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６を着脱機構３０によって連結する。すなわち、光ファイバー保持具２６の嵌合面２６Ａに光回路保持具２４の嵌合面２４Ａを対面させ、嵌合面２４Ａに形成された凸部３２、３４、３６を、嵌合面２６Ａに形成された凹部４２、４４、４６に、それぞれ嵌合・当接させる。

このとき、光回路１４の出射端１４Ｂの直下に設けられた凸部３２は、光ファイバー１６の入射端１６Ａの直下に設けられた凹部４２の底部における角度θ１及び深さＦ１により、その凹部４２内に完全に入り切らない。同様に、図示の左下の凸部３４も、Ｖ溝形状とされた凹部４４の底部における角度θ２及び深さＦ２により、その凹部４４内に完全に入り切らない。したがって、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６との間には、所定の間隙Ｄ２が形成される。

なお、このとき、例えば凸部３２と凸部３４の間の距離と、それに対応する円錐穴形状の凹部４２とＶ溝形状の凹部４４の間の距離が異なっていたとしても、Ｖ溝形状とされた凹部４４は、その底部における稜線部４４Ａが凹部４２の中心Ｏを向いているので、Ｖ溝形状とされた凹部４４の長さＨ（図４参照）の範囲を超えなければ、凸部３４は必ず凹部４４内に嵌合・当接される。

そして、図示の右下の凸部３６も、凹部４６の深さＦ３が凸部３６の外径Ｒ１未満とされているので、その平面溝形状とされた凹部４６内に完全に入り切らず、また、凹部４６の幅Ｗ２及び幅Ｗ３が、共に凸部３６の外径Ｒ１以上とされているので、その凹部４６内に加工精度の範囲内で確実に嵌合・当接される。つまり、凹部４６において、幅Ｗ２及び幅Ｗ３が大きいほど、半球形状とされた凸部３６の頂点が当接する底面の面積が広くなるので、それらの寸法誤差を一層吸収することができる。したがって、凸部３２、３４、３６と凹部４２、４４、４６の相対的な位置加工精度は最低限のものでよく、これにより、加工コストを低減することができる。

こうして、光回路保持具２４の凸部３２、３４、３６を、光ファイバー保持具２６の凹部４２、４４、４６に、それぞれ嵌合・当接させたら、光ファイバー保持具２６の外面２６Ｂ側から固定ネジ２８をネジ孔４８及びネジ穴３８に螺合する。これにより、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６とが互いに連結される。

なお、このとき、凸部３２、３４、３６を凹部４２、４４、４６に嵌合・当接させつつ、その凸部３２、３４、３６及び凹部４２、４４、４６をそれぞれ頂点とする正三角形の重心位置に固定ネジ２８を螺合して連結するので、固定ネジ２８よって加えられる応力は、３つの嵌合・当接位置である凸部３２、３４、３６及び凹部４２、４４、４６に均等に加えられる。したがって、着脱作業を繰り返し実行しても、片当たりするような不具合がなく、位置決め精度のバラツキがない（位置ずれが生じない）。

特に、１つの凸部３２及び凹部４２が、それぞれ光回路１４の出射端１４Ｂが保持されている位置の直下と、光ファイバー１６の入射端１６Ａが保持されている位置の直下に設けられているので、位置決め精度を向上させることができ、光軸調整が不要な再現性の良い着脱が容易に何度でも実行可能となる。つまり、光軸を調整しつつ組み付けた後に、上記着脱作業を繰り返し実行しても、光軸が調整された状態を維持することができ、着脱作業をする度に、光軸を調整する必要がない。

しかも、その着脱時に、固定ネジ２８の締め付けトルクを一定にすれば、毎回同じ力で締め付けることが可能になるので、位置再現性をより一層向上させることができる。なお、固定ネジ２８と光ファイバー保持具２６の外面２６Ｂとの間に皿バネ（図示省略）を介在させて、締付時の締め付けトルクが一定になるような構成にしてもよい。

こうして、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６とを互いに連結したら、光回路１４のみを光回路保持具２４上に接着剤等で固定する。そして、次に、図６（Ｂ）で示すように、予めレーザーバー保持具２２上に半田等で固定されている半導体レーザーバー１２を点灯させながら、光回路１４との光軸調整を行い、光回路保持具２４とレーザーバー保持具２２とを固定手段５０によって固定する。その固定手段５０としては、接着剤でもよいし、溶接等でもよい。

そして、最後に、図６（Ｃ）で示すように、光ファイバー１６を、光軸調整しつつ、光回路１４の出射端１４Ｂと僅かな間隙Ｄ１を保った状態で、光ファイバー保持具２６上に、接着剤や半田等の固定手段５２によって固定する。これにより、レーザー集光装置１０の組み立てが完了する。

なお、図６（Ｃ）で示すように、本実施例では、光回路１４の出射端１４Ｂと光回路保持具２４の嵌合面２４Ａが面一とされ、光ファイバー１６の入射端１６Ａと光ファイバー保持具２６の嵌合面２６Ａが面一とされているので、着脱機構３０によって光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６とが連結されたときに形成される間隙Ｄ２と、光回路１４の出射端１４Ｂと光ファイバー１６の入射端１６Ａとの間隙Ｄ１が等しくされているが、これに限定されるものではなく、例えば光回路１４の出射端１４Ｂと光ファイバー１６の入射端１６Ａとの間隙Ｄ１が、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６との間隙Ｄ２よりも小さくされてもよい。

こうして組み立てられたレーザー集光装置１０は、３つの凸部３２、３４、３６及び３つの凹部４２、４４、４６をそれぞれ頂点とする正三角形の重心位置に螺合されている１本の固定ネジ２８を外すことにより、光回路１４を保持する光回路保持具２４に対して、光ファイバー１６を保持する光ファイバー保持具２６を容易に取り外す（分離する）ことができる。

そして、再度、その着脱機構３０によって、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６とを連結させる際には、３つの凸部３２、３４、３６が、３つ（３種類）の凹部４２、４４、４６に精度よく嵌合・当接するので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びローリング方向、ピッチング方向、ヨーイング方向の６軸が固定される。したがって、位置再現性がよく、光軸をずらすことなく、何度でも容易に着脱させることができる。

図７（Ｂ）は光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６を着脱したときの光ファイバー１６の入射端１６Ａが保持される位置であるＰ点（図７（Ａ）参照）の位置ずれ量を実際に測定したものである。この図７（Ｂ）で示すように、１４回の着脱において、位置ずれ量の最大値は、Ｘ軸方向で１．１μｍ、Ｙ軸方向で０．４μｍ、Ｚ軸方向で１．８μｍであった。光ファイバー１６の断面寸法は、光回路１４の出射部１８Ｃの断面寸法を、この変動量以上で包含しているので、入射効率が低下することはない。

以上、説明したように、光回路１４を保持した光回路保持具２４と、光ファイバー１６を保持した光ファイバー保持具２６とを着脱するとき、光回路保持具２４と光ファイバー保持具２６は、それぞれ３つの凸部３２、３４、３６と３つの凹部４２、４４、４６により精度よく位置決めされて着脱され、かつ光回路１４の出射端１４Ｂと光ファイバー１６の入射端１６Ａとの間には、所定の間隙Ｄ１（Ｄ２）が形成されるので、光回路１４と光ファイバー１６とが互いに接触して光軸がずれるような不具合はなく、位置再現性よく何度でも容易に着脱させることができる。

しかも、光ファイバー保持具２６の嵌合面２６Ａに形成する凹部４２、４４、４６は、それぞれ円錐穴形状とＶ溝形状と平面溝形状という３種類の形状としたので、凸部３２、３４、３６の位置と凹部４２、４４、４６の位置との相対的な位置加工精度は最低限のものでよく、低コストの製造方法で製造することができる。また、３つの凸部３２、３４、３６を３つ（３種類）の凹部４２、４４、４６に嵌合・当接させ、１本の固定ネジ２８で固定するだけでよいため、これによっても製造コストを低減することができる。

更に、光回路保持具２４に対して光ファイバー保持具２６を分離可能であるため、レーザー集光装置１０の組立時や移動時、更にはメンテナンス時に、光回路１４から光ファイバー１６を分離させておくことができる。したがって、光ファイバー１６が破断してしまう可能性を低減させることができる。また、万が一、光ファイバー１６が破断してしまった場合でも、その破断部分のみを修理することができるので、取り扱いが容易になり、メンテナンス性を向上させることができる。

なお、本実施例では、出射端１４Ｂが１つの光回路１４に対して１本の光ファイバー１６で受光する場合を説明したが、出射端１４Ｂが複数設けられている光回路１４に対して、複数の光ファイバー１６で受光する場合においても、同様の効果を得ることができる。また、この場合、光ファイバー１６は矩形型形状に形成されているため、その出射部１６Ｂを高さ方向に密に束ねて積層することが可能であり、通常の円形型形状の光ファイバーに比べて、ビーム品質を高めることができる。加えて、その出射部１６Ｂの配列を任意かつ容易に変更することができる。したがって、任意の出射パターンを形成することができる。

本実施形態に係るレーザー集光装置の構成を示す概略斜視図 光回路の概略斜視図 光回路保持具の概略正面図 光ファイバー保持具の概略正面図 （Ａ）図４のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）図４のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）図４のＣ−Ｃ断面図 レーザー集光装置の組立工程を説明する説明図 （Ａ）光回路保持具と光ファイバー保持具を連結した状態を示す概略斜視図、（Ｂ）光ファイバーの入射端が保持されるＰ点の位置ずれ量を測定したグラフ

符号の説明

１０ レーザー集光装置
１２ 半導体レーザーバー
１４ 光回路
１６ 光ファイバー
１８ 光導波路
２０ 発光点
２２ レーザーバー保持具
２４ 光回路保持具
２６ 光ファイバー保持具
２８ 固定ネジ（連結具）
３０ 着脱機構
３２ 凸部
３４ 凸部
３６ 凸部
３８ ネジ穴
４０ 水路（冷却機構）
４２ 凹部
４４ 凹部
４６ 凹部
４８ ネジ孔
５０ 固定手段
５２ 固定手段

Claims (8)

1. アレイ状に配列された複数の発光点を有するレーザーバーと、
   前記レーザーバーから出射されたレーザー光を分岐又は合流させて出射する光回路と、
   前記光回路から出射されたレーザー光を受光して伝送する光ファイバーと、
   前記光回路を保持する光回路保持具と、
   前記光ファイバーを保持する光ファイバー保持具と、
   前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具とを着脱させる着脱機構と、
   を備えたことを特徴とするレーザー集光装置。
2. 前記光回路の出射端と前記光ファイバーの入射端との間に所定の間隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー集光装置。
3. 前記着脱機構は、
   前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具の相対する一方の面に、互いに等間隔に設けられた３つの凸部と、
   前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具の相対する他方の面に設けられ、前記凸部が当接可能とされる３つの凹部と、
   前記３つの凸部及び前記３つの凹部をそれぞれ頂点として形成される正三角形の重心位置に設けられ、前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具とを着脱可能に連結する連結具と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載のレーザー集光装置。
4. 前記凸部が、略球形状であることを特徴とする請求項３に記載のレーザー集光装置。
5. 前記凸部及び前記凹部の１つが、前記光回路の出射端又は前記光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のレーザー集光装置。
6. 前記光回路の出射端又は前記光ファイバーの入射端が保持されている位置の直下に設けられた前記凹部の形状が、前記凸部が完全に入り切らない円錐穴とされ、残りの前記凹部の一方の形状が、前記凸部が完全に入り切らず、かつ前記円錐穴とされた凹部へ向いた断面視「Ｖ」字状をなす溝穴とされ、他方の形状が、底面が平面をなす溝穴とされていることを特徴とする請求項５に記載のレーザー集光装置。
7. 前記光回路保持具と前記光ファイバー保持具は冷却機構を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のレーザー集光装置。
8. 前記光ファイバーの断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のレーザー集光装置。

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