JP2020087988A - レーザビームポインティング位置調整方法及びレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】修正工数を低減でき、作業者の技能に左右されることなく品質を向上するレーザビームポインティング位置調整方法及びレーザ装置。【解決手段】複数のレーザダイオードと複数のコリメートレンズを備える複数のモジュール１０１，１０２、複数のダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂで反射された複数のレーザビームをファイバ６の端面に集光させる集光レンズ５とを備え、複数のダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂで透過された複数のレーザビームのポインティングをイメージセンサ１２１，１２２でモニタしてイメージセンサ画像上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知し、レーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のレーザ光源からのレーザ光を光学素子で合波して、集光レンズで一点に集光させるレーザビームポインティング位置調整方法及びレーザ装置に関する。

ファイバ出力型の高出力レーザ（ダイレクトダイオードレーザ）装置は、複数のシングルエミッタレーザダイオード又はマルチエミッタレーザダイオードから出射されたレーザビームをファイバに結合することで高出力レーザが得られる。マルチエミッタレーザダイオードでは、発光点サイズの制約から高輝度なレーザ装置を実現することが困難である。

このため、複数のシングルエミッタレーザダイオードから出射されたレーザビームを、レンズ等の複数の波面制御手段、プリズム又はミラー等の複数の光進行方向制御手段を用いて制御し、ファイバコアに結合させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、複数のシングルエミッタレーザダイオードを密に併設して、高効率にファイバ結合させる技術が記載されている。

高輝度なファイバ出力型レーザ装置では、サブミクロンの位置決め精度が要求されている。長期信頼性の確保や耐環境性の向上のために、ベースやマウント、ホルダ等の金属部材間は、接着剤ではなくロウ付けやレーザ溶接等で固定されている。

特許文献１には、シングルエミッタレーザダイオードの材料系について記載されていないが、青色レーザダイオードの窒化ガリウム素子は、封止して使用する必要がある。青色レーザダイオードは、一般的にＴＯ−ＣＡＮパッケージ内部に封止され、放熱面や信頼性に優れている。

しかしながら、ＴＯ−ＣＡＮパッケージは、丸型形状をなし、外形に幅があるため、複数のＴＯ−ＣＡＮパッケージレーザダイオードを密に配置させることが難しい。従って、レーザを高輝度化するためには、プリズムやミラー等を使用してビーム進行方向を制御し、個別にレーザダイオードの位置を調整して、ファイバ結合する。レーザダイオードの位置決めを行った後、上述したレーザ溶接を行って、金属部材間を固定する。

特許５５９７２８８号公報

しかしながら、複数のレーザビームを１個ずつ束ねることによって得られる高出力高輝度ファイバ出力型レーザ装置では、レーザダイオードの使用数量に比例してレーザダイオードの位置調整工数が増大する。また、レーザ溶接固定前後にはレーザダイオードの位置変動によりファイバ結合の最適位置から僅かにずれる。このレーザダイオードのずれを修正するために、レーザ溶接のパワーやパワーの方向を制御してレーザダイオードを最適位置に戻すように組み立てている。レーザダイオードの修正工程は、作業者の技能に左右され、品質確保が難しく、また、修正工数が大きい。

本発明の課題は、レーザダイオードの修正工数を低減でき、作業者の技能に左右されることなく、品質を向上することができるレーザビームポインティング位置調整方法及びレーザ装置を提供する。

本発明の請求項１のレーザビームポインティング位置調整方法は、所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームのポインティングを撮像部でモニタすることにより前記撮像部上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知し、レーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及び前記パワーの方向を調整することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の光進行方向制御素子は、ダイクロイックミラーであり、前記複数のレーザビームに対する反射率又は透過率を９０％以上にするための誘電体多層膜が表面に形成され、前記誘電体多層膜により反射又は透過したレーザビームを前記撮像部でモニタすることを特徴とする。

請求項３のレーザビームポインティング位置調整方法は、所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズ、前記複数のコリメートレンズからのレーザビームを縮小する縮小光学素子、前記縮小光学素子で縮小されたレーザビームをコリメートするコリメート素子を備える複数のモジュールと、前記複数のモジュールに対向して配置され、前記縮小光学素子で縮小された複数のレーザビームを反射及び透過させる光進行方向制御素子と、前記光進行方向制御素子で透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、前記複数のレーザビームの外径は、前記光進行方向制御素子の有効径よりも小さく、前記光進行方向制御素子の有効径は、前記集光レンズから前記コリメート素子までの距離よりも小さく、前記光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームのポインティングを撮像部でモニタし、前記撮像部上のポインティング位置変動から前記ファイバの端面上の前記ポインティング位置変動を検知することを特徴とする。

請求項４のレーザビームポインティング位置調整方法は、所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、前記複数のモジュールに対応して複数の撮像部を設け、各モジュール毎に、前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングを前記撮像部に記憶し、レーザ装置の組立時に前記複数の撮像部に記憶された複数のポインティングに基づき前記複数のモジュールの位置を調整することを特徴とする。

請求項５のレーザ装置は、所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズと、前記ファイバの出力端からのレーザビームのパワーを検出するパワー検出部と、前記複数のモジュールに対応して設けられ前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングをモニタすることにより画像上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知する複数の撮像部と、前記複数の撮像部からのレーザビームのポインティングと前記パワー検出部で検出されたレーザビームのパワーとに基づき前記モジュールの位置を制御するためのモジュール位置制御信号を生成するフィードバック制御部と、前記フィードバック制御部からのモジュール位置制御信号に基づき前記モジュールの位置を移動させる移動機構とを備えることを特徴とする。

請求項６のレーザ装置は、所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズと、前記ファイバの出力端からのレーザビームのパワーを検出するパワー検出部と、前記複数のモジュールに対応して設けられ前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングをモニタすることにより画像上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知する複数の撮像部と、前記複数の撮像部からのレーザビームのポインティングと前記パワー検出部で検出されたレーザビームのパワーとに基づきレーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及び前記パワーの方向を調整するフィードバック制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された複数のレーザビームのポインティングを撮像部でモニタすることにより撮像部上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知するので、レーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。

従って、レーザダイオードの修正工数を低減でき、作業者の技能に左右されることなく、品質を向上することができる。

本発明の実施例１のレーザ装置の空間多重を示す図である。 実施例１のレーザ装置の空間多重と偏光多重化とを示す図である。 実施例１のレーザ装置のダイクロイックミラーを透過したビームの終端にイメージセンサを設置した図である。 実施例１のレーザ装置のイメージセンサを用いたファイバ端ポインティング調整を示す図である。 実施例１のレーザ装置のイメージセンサのモニタ画面とハンマリング工程を示す図である。 実施例２のレーザ装置のビームスプリッタキューブによりコリメートビームを分岐する構成を示す図である。 実施例２のレーザ装置のビームスプリッタキューブを配置するのに必要な空間寸法を示す図である。 本発明の実施例３のレーザ装置にフォトダイオードを用いた構成を示す図である。 本発明の実施例４のレーザ装置のモジュールの仮位置調整を示す図である。 本発明の実施例４のレーザ装置のモジュールの本位置調整を示す図である。 本発明の実施例５のレーザ装置のモジュールの位置のフィードバック制御を示す図である。 本発明の実施例６のレーザ装置のレーザダイオードの位置のフィードバック制御を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るレーザビームポインティング位置調整方法及びレーザ装置を図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１のレーザ装置の構成図である。実施例１のレーザ装置は、レーザダイオード１ａ〜１ｃ、コリメートレンズ２ａ〜２ｃ、平凸レンズ３、平凹レンズ４、集光レンズ５、ファイバ６を備えている。レーザダイオード１ａ〜１ｃ、コリメートレンズ２ａ〜２ｃ、平凸レンズ３、及び平凹レンズ４は、モジュール１００を構成している。

複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃは、所定間隔毎に配置され、複数のレーザビームを出射する。この例では、レーザダイオードが３個であるが、実際には、レーザダイオードは、２次元あるいは３次元に配列されているので、例えば、レーザダイオードの数は、３×３＝９個である。なお、レーザダイオードの数は、９個に限定されることなく、その他の個数であってもよい。

複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃは、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃに対向して配置され、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃからのレーザビームをコリメートする。

平凸レンズ３は、本発明の縮小光学系に対応し、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃに対向して配置され、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃからの複数のレーザビームを縮小させる。平凹レンズ４は、平凸レンズ３で縮小されたレーザビームをコリメートする。

集光レンズ５は、平凹レンズ４からのコリメートビームを集光してファイバ６のコアに結合する。ファイバ６のコア入射端面は、集光レンズ５の略焦点距離だけ離れた位置に同じ光軸上に配置されている。このようにして空間的にレーザビームを多重化することができる。

なお、レーザダイオードのビーム拡がり角はファスト軸、スロー軸方向で異なる。平凸レンズ３、及び平凹レンズ４は、ファスト軸方向及びスロー軸方向毎に設定させる場合、シリンドリカルレンズなどを用いて所定の軸のみに縮小光学系が働くようにすることもできる。

次に、レーザビームの多重度をさらに高めるために、レーザビームの偏光特性を利用して多重化した例を図２に示す。図２に示すレーザ装置は、モジュール１０１，１０２、ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂ、λ／２波長板８、集光レンズ５、ファイバ６を備えている。

ダイクロイックミラー７Ａは、モジュール１０１に対向して配置され、ダイクロイックミラー７Ｂは、モジュール１０２に対向して配置され、λ／２波長板８は、ダイクロイックミラー７Ａとダイクロイックミラー７Ｂとの間に配置されている。

図２において、モジュール１０１から出射されたコリメートビーム１１１は、入射角４５°でダイクロイックミラー７Ａに入射される。ダイクロイックミラー７Ａの表面には、誘電体多層膜が形成され、誘電体多層膜によりレーザダイオードの波長帯においてコリメートビーム１１１は、高効率で反射される。

反射されたコリメートビーム１１１は、λ／２波長板８により偏光角が９０°回転される。偏光角が９０°回転されたコリメートビーム１１１は、コリメートビーム１１１´となる。

一方、モジュール１０２から出射されたコリメートビーム１１２は、入射角４５°でダイクロイックミラー７Ｂに入射される。ダイクロイックミラー７Ｂの表面には、誘電体多層膜が形成され、誘電体多層膜によりコリメートビーム１１２の偏光方向においては、高効率で反射され、コリメートビーム１１１´の偏光方向においては高効率で透過される。ダイクロイックミラー７Ｂの裏面（コリメートビーム１１１´の入射面）には、反射防止膜コーティングが施されている。

このようにして、コリメートビーム１１１´とコリメートビーム１１２とは同一軸上を伝搬し、集光レンズ５により集光され、ファイバ６に結合される。

ここで、ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂは、高効率で反射される。反射率は例えば９９．５％であり、レーザダイオードの偏光消光比が有限である。従って、レーザダイオードが１個のパワーが例えば３Ｗのとき、コリメートビームの一部、例えば１５ｍＷはダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂを透過する。

図３にダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂを透過したビームの終端にイメージセンサ１２１，１２２を設置した図を示す。イメージセンサ１２１，１２２は、本発明の撮像部に対応し、ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂを透過した複数のコリメートビームのポインティングをモニタする。イメージセンサ１２１，１２２は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラや走査スリット型ビームプロファイラを例示することができる。

ダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂを透過した複数のコリメートビームのポインティング特性は、ファイバ６におけるポインティング特性と相関関係を有する。従って、図３に示すようにダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂを透過した複数のコリメートビームのポインティングをモニタすることにより、ファイバ６におけるポインティング特性を間接的にモニタすることができる。

なお、図２では、コリメートビーム１１１，１１２は、ともにＰ偏光としたが、ともにＳ偏光とすることもできる。また、コリメートビーム１１１をＳ偏光とし、コリメートビーム１１２をＰ偏光とすることで、λ／２波長板８を削除することもできる。

次に、ファイバ結合工程について、図４を参照しながら説明する。モジュール１００は、より詳しくは、レーザダイオード１、コリメートレンズ２、平凸レンズ３及び平凹レンズ４からなる縮小光学系、レーザダイオード１及びコリメートレンズ２を保持するホルダ１０、縮小光学系を収容するハウジング１２、ホルダ１０とハウジング１２とを連結するリング１１とを備えて構成されている。

ハウジング１２には縮小光学系を載置する折曲部１２ａと、開口部１２ｂが形成されている。開口部１２ｂに対向して４５°傾斜したダイクロイックミラー７が配置され、ダイクロイックミラー７の表面に対向してファイバ６の入力端面６ａが配置され、ダイクロイックミラー７の裏面に対向してイメージセンサ１２０が配置されている。

図４に示す構成によれば、モジュール１００から出射された複数のコリメートビームは、安定固定されたダイクロイックミラー７の表面で反射され、安定固定されたファイバ６の入力端面６ａの方向に伝搬する。複数のコリメートビームがファイバ６に結合されるようにホルダ１０の位置を調整して、ホルダ１０とリング１１間、及びリング１１とハウジング１２間をＹＡＧレーザ溶接で固定する。

このとき、各金属部材を固定するために、隣接部にＹＡＧレーザ照射すると、各金属部材の照射点は、局所的に急激に温度が上昇して、溶融する。ＹＡＧレーザ照射が停止すると、各金属部材は、急激に温度が低下し、溶融部が固まり、接合される。この急激な膨張及び収縮を伴う過程において、各金属部材の位置がサブミクロンオーダーで変動する。

このため、ファイバ６に結合されるモジュール１００の複数のコリメートビームのファイバ６の入力端面６ａにおけるポインティング位置は、数μｍ〜数１０μｍ程度ずれが生ずる。平均的なレーザ溶接時のポインティング変動量は、光路長の大きさに比例する。この場合、レーザダイオード１とコリメートレンズ２間の位置関係は変化しないため、ダイクロイックミラー７を透過した複数のコリメートビームのイメージセンサ１２０上の複数のポインティングは、ファイバ６の入力端面６ａにおける複数のポインティングのずれ量に比例してずれる。なお、図４では、モジュールを構成するレーザダイオードの数が１個であったが、例えば９個のように複数個であってもよい。

イメージセンサ１２０のモニタ画面上のレーザビームのポインティングの一例を図５に示す。まず、図５において、レーザビームのポインティング×は、イメージセンサ１２０の画面上の中央に位置し、一度、ＹＡＧレーザ溶接を行うと、ポインティング×は、（１）の方向に移動する。（１）の方向とは逆の方向にポインティング×が移動するようにＹＡＧレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整し、ＹＡＧレーザを照射すると、ポインティング×が（２）の方向に移動する。この操作を繰り返し、ポインティング×が（３）の方向、（４）の方向に移動する。そして、最初の位置、即ち画面上の中央に戻すように、ＹＡＧレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。これにより、ＹＡＧレーザ溶接前のレーザビームの最適なポインティング位置に再調整することができる。

イメージセンサ１２０上のレーザビームのポインティング位置変動とファイバ端面上のレーザビームのポインティング位置変動とは、光学素子の位置変位が発生した場合を除いて、幾何学的な関係から一意に求められる。

また、イメージセンサ１２０上のレーザビームのポインティング位置変動を、ＹＡＧレーザ溶接パワー及びパワーの方向にフィードバックさせることにより、レーザビームの最適なポインティング位置調整の自動化を行うことができる。このレーザビームの最適なポインティング位置調整の自動化については、後述する。

このように実施例１のレーザ装置によれば、複数のダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂで透過された複数のレーザビームの透過光のポインティングをイメージセンサ１２１，１２２でモニタすることによりイメージセンサ１２１，１２２上の複数のレーザビームのポインティング位置変動からレーザ溶接前後の複数のレーザビームのポインティング位置変動を検知するので、レーザ溶接後の複数のレーザビームのポインティング位置からレーザ溶接前の複数のレーザビームのポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。

従って、レーザビームの修正工数を低減でき、作業者の技能に左右されることなく、品質を向上することができる。また、作業者の経験に頼らずに組み立てが可能であるため、工程の自動化に適する。

（実施例２）
図６は、実施例２のレーザ装置のビームスプリッタキューブによりコリメートビームを分岐する構成を示す図である。実施例１のレーザ装置は、プレート状のダイクロイックミラー７を用いたが、実施例２のレーザ装置は、ビームスプリッタキューブ９を用いたことを特徴とする。

ビームスプリッタキューブ９は、平凹レンズ４と集光レンズ５との間に配置され、平凹レンズ４からのコリメートビーム１１１を反射及び透過し、反射されたコリメートビーム１１１をイメージセンサ１２０に導き、透過したコリメートビーム１１１を集光レンズ５に導く。

ビームスプリッタキューブ９は、入射角及び出射角がほぼ０°であり、かつ入射表面及び出射表面がほぼ平行である。また、ビームスプリッタキューブ９は、ビーム拡がり角がほぼ０°であり、入射前後でファイバ６へのレーザビームのポインティングが変化しないように配置されている。

また、ビームスプリッタキューブ９の入射角ならびに出射角は略０°であるため、内部に傾斜角４５°の誘電体多層膜が形成されている。誘電体多層膜に傾斜角４５°に複数のコリメートビーム１１１が入射されると、一部が反射され、反射された複数のコリメートビームの進行方向にイメージセンサ１２０が配置されている。

このため、実施例１のレーザ装置と同様に、ファイバ端面上のレーザビームのポインティング位置変動を、イメージセンサ上のレーザビームのポインティング位置変動から検知することができる。

また、ビームスプリッタキューブ９は、ビームスプリッタキューブ９の有無によりファイバ端面上のレーザビームのポインティング位置や光軸方向の集光位置に変動を与えない、このため、ビームスプリッタキューブ９を製品組み立て後に除去してもファイバ端面上のレーザビームのポインティング位置に変動は生じない。

図７に示すように、レーザビームの外径Ｗが、正方形をなすビームスプリッタキューブ９の有効径Ｌよりも小さく、ビームスプリッタキューブ９の有効径Ｌは、集光レンズ５から平凹レンズ４までの距離Ｚよりも小さいとき、即ちＷ＜Ｌ＜Ｚを満たすときにビームスプリッタキューブ９を配置することができる。

ビームスプリッタキューブ９の透過率と反射率との比率は、例えば９８：２である。イメージセンサ１２０への光量が大きくなり、光電子の飽和やセンサ破壊が見られる場合には、ビームスプリッタキューブ９とイメージセンサ１２０との間に減光フィルタ（ＮＤ（neutral density）フィルタ）等を配置し、減光する。

なお、コリメートビームを分岐するための光学素子として、ビームスプリッタキューブ９を例示したが、これに代えて、ビームスプリッタプレートを用いることもできる。但し、ビームスプリッタプレートは、厚みの分だけ光学シフトが発生する。集光レンズ５とファイバ６とを組み立て後に、光学シフト分だけ戻せる機構、例えばステージ等が必要となる。

（実施例３）
図８に実施例３のレーザ装置の構成を示す。実施例３のレーザ装置は、図３に示す実施例１のレーザ装置のイメージセンサ１２１，１２２の代わりに、フォトダイオード１３１，１３２を用いている。フォトダイオード１３１，１３２は、モジュール１０１，１０２内の複数のレーザダイオード１から出射された複数のコリメートビームのファイバ結合前のパワーをモニタする。フォトダイオード１３１，１３２の発光の有無を検知することによりレーザダイオード１の故障を検知することができる。

また、フォトダイオード１３１，１３２は、ビームの光量を検知するので、コリメートビームのパワーを検知することができる。制御部１４０は、フォトダイオード１３１，１３２のパワーに基づきファイバ出力が所定値になるように各モジュール１０１，１０２内のレーザダイオード１の電流を制御する。即ち、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）することができる。

なお、フォトダイオード１３１，１３２の受光面積がコリメートビームのビーム径よりも小さい場合には、レンズを用いてビームを縮小又は集光し、拡散板を用いてビーム強度分布を平坦にすることでコリメートビームのパワーをモニタすることもできる。

また、実施例３では、フォトダイオードを例示したが、パワーを検知可能なサーモパイル等の素子を用いてもよい。

（実施例４）
図９に実施例４のレーザ装置のモジュール１０１，１０２の仮位置調整を示す。図１０に実施例４のレーザ装置のモジュール１０１，１０２の本位置調整を示す。実施例４のレーザ装置は、複数のモジュール１０１，１０２から出射された複数のレーザビームを集光レンズ５で集光して１つのファイバ６に結合させている。

実施例４のレーザ装置は、複数のモジュール１０１，１０２に対応して複数のイメージセンサ１２１，１２２を設けている。まず、各モジュール１０１，１０２毎に仮位置調整を行う。図９（ａ）に示すように、モジュール１０１から出射される複数のレーザダイオードからの複数のレーザビームをイメージセンサ１２１でモニタし、図９（ｂ）に示すように、複数のレーザビームのポインティング（画像ＩＭ１の略中央に位置するポイントＰ１〜Ｐ９）をイメージセンサ１２１に記憶する。

また、モジュール１０２から出射される複数のレーザダイオードからの複数のレーザビームをイメージセンサ１２２でモニタし、複数のレーザビームのポインティングをイメージセンサ１２２に記憶する。

次に、図１０（ａ）に示すレーザ装置の組立時には、複数のモジュール１０１，１０２とダイクロイックミラー７Ａ，７Ｂとイメージセンサ１２１，１２２と集光レンズ５を配置してレーザビームを多重化する。

この場合には、イメージセンサ１２１に記憶された複数のポインティングＰ１〜Ｐ９に基づきレーザ装置のポインティングと合わせるようにモジュール１０１の位置を調整する。また、イメージセンサ１２２に記憶された複数のポインティングに基づきレーザ装置のポインティングと合わせるようにモジュール１０２の位置を調整する。

図１０（ｂ）に示す例では、レーザ装置組み立て時には、モジュール１０１に設けられた複数のレーザダイオードからの複数のポインティングＰ１〜Ｐ９が画像ＩＭ２の左上に位置したとする。このため、複数のポインティングＰ１〜Ｐ９を矢印で示すように画像の略中央に戻すようにモジュール１０１の位置を調整する。また、モジュール１０２についても、モジュール１０１の位置調整と同様に位置を調整する。

１つのファイバに対して例えば４個のモジュールがあり、各モジュールにレーザダイオードが９個取り付けられている場合、レーザダイオードの総数は、３６個になる。従って、３６個のレーザダイオードを１つずつレーザ装置に取り付けする場合には、リードタイムが長期化する。実施例４では、モジュール毎に組み立てを行うことにより、レーザダイオード取り付け工程を並列化し、製品組み立てリードタイムを短縮できる。

また、レーザダイオードが故障し、必要なパワーが得られなくなったときには、レーザ装置組み立て時に記憶しておいたイメージセンサ１２１，１２２のレーザビームのポインティング位置情報に基づきモジュール１０１，１０２を設置することができる。このため、メンテナンス性が向上する。

（実施例５）
図１１に実施例５のレーザ装置のモジュールの位置のフィードバック制御を示す。実施例５のレーザ装置は、モジュール１０１、集光レンズ５、ファイバ６、ダイクロイックミラー７、イメージセンサ１２１、パワーメータ１４１、フィードバック制御部１４２、自動ステージ１４３を備えている。

ここでは、簡単化するために、モジュール１０１のみを示した。なお、モジュール１０２については、図３に示した構成と同様に、ダイクロイックミラー７Ｂとイメージセンサ１２２とを設けて、イメージセンサ１２２のレーザビームのポインティング位置情報をフィードバック制御部１４２に出力すればよい。

パワーメータ１４１は、本発明のパワー検出部に対応し、ファイバ６の出力端からのレーザビームのパワーを検出して検出されたレーザビームのパワーをフィードバック制御部１４２に出力する。イメージセンサ１２１は、ダイクロイックミラー７を透過したモジュール１０１からのコリメートビームのポインティングをモニタし、コリメートビームのポインティングをフィードバック制御部１４２に出力する。

フィードバック制御部１４２は、イメージセンサ１２１からのレーザビームのポインティング位置とパワーメータ１４１で検出されたレーザビームのパワーとに基づきモジュール１０１の位置を制御するための第１モジュール位置制御信号を生成する。自動ステージ１４３は、本発明の移動機構に対応し、フィードバック制御部１４２からの第１モジュール位置制御信号に基づきモジュール１０１の位置を移動させる。従って、モジュール１０１を適切な位置に設置することができる。

また、フィードバック制御部１４２は、イメージセンサ１２２からのレーザビームのポインティング位置とパワーメータ１４１で検出されたレーザビームのパワーとに基づきモジュール１０２の位置を制御するための第２モジュール位置制御信号を生成する。自動ステージ１４３は、フィードバック制御部１４２からの第２モジュール位置制御信号に基づきモジュール１０２の位置を移動させる。従って、モジュール１０２を適切な位置に設置することができる。

（実施例６）
図１２に実施例６のレーザ装置のレーザダイオードの位置のフィードバック制御を示す。実施例６のレーザ装置は、モジュール１０１、集光レンズ５、ファイバ６、ダイクロイックミラー７、イメージセンサ１２１、パワーメータ１４１、フィードバック制御部１４５、ＹＡＧレーザ１４６を備えている。

フィードバック制御部１４５は、イメージセンサ１２１からのレーザビームのポインティングとパワーメータ１４１からのレーザビームのパワーとに基づきモジュール１０１内のレーザダイオード１のレーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにＹＡＧレーザ１４６のレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。

フィードバック制御部１４５は、イメージセンサ１２２からのレーザビームのポインティングとパワーメータ１４１からのレーザビームのパワーとに基づきモジュール１０２内のレーザダイオード１のレーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにＹＡＧレーザ１４６のレーザ溶接パワー及びパワーの方向を調整する。

これにより、レーザビームの最適なポインティング位置調整の自動化を行うことができる。即ち、各々のレーザダイオードを最適な位置に調整することができる。

本発明のレーザ装置は、レーザ加工装置、レーザ照明装置等に適用可能である。

１ａ〜１ｃ レーザダイオード
２ａ〜２ｃ コリメートレンズ
３ 平凸レンズ
４ 平凹レンズ
５ 集光レンズ
６ ファイバ
７，７Ａ，７Ｂ ダイクロイックミラー
８ λ／２波長板
９ ビームスプリッタキューブ
１０ ホルダ
１１ リング
１２ ハウジング
１２ａ 折曲部
１２ｂ 開口部
１０１，１０２ モジュール
１２０，１２１，１２２ イメージセンサ
１３１，１３２ フォトダイオード
１４０ 制御部
１４１ パワーメータ
１４２，１４５ フィードバック制御部
１４３ 自動ステージ
１４６ ＹＡＧレーザ

Claims (6)

1. 所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、
   前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、
   前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームのポインティングを撮像部でモニタすることにより前記撮像部上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知し、レーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及び前記パワーの方向を調整することを特徴とするレーザビームポインティング位置調整方法。
2. 前記複数の光進行方向制御素子は、ダイクロイックミラーであり、前記複数のレーザビームに対する反射率又は透過率を９０％以上にするための誘電体多層膜が表面に形成され、前記誘電体多層膜により反射又は透過したレーザビームを前記撮像部でモニタすることを特徴とする請求項１記載のレーザビームポインティング位置調整方法。
3. 所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズ、前記複数のコリメートレンズからのレーザビームを縮小する縮小光学素子、前記縮小光学素子で縮小されたレーザビームをコリメートするコリメート素子を備える複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールに対向して配置され、前記縮小光学素子で縮小された複数のレーザビームを反射及び透過させる光進行方向制御素子と、
   前記光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、
   前記複数のレーザビームの外径は、前記光進行方向制御素子の有効径よりも小さく、前記光進行方向制御素子の有効径は、前記集光レンズから前記コリメート素子までの距離よりも小さく、
   前記光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームのポインティングを撮像部でモニタし、前記撮像部上のポインティング位置変動から前記ファイバの端面上の前記ポインティング位置変動を検知することを特徴とするレーザビームポインティング位置調整方法。
4. 所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、
   前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズとを備え、
   前記複数のモジュールに対応して複数の撮像部を設け、各モジュール毎に、前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングを前記撮像部に記憶し、レーザ装置の組立時に前記複数の撮像部に記憶された複数のポインティングに基づき前記複数のモジュールの位置を調整することを特徴とするレーザビームポインティング位置調整方法。
5. 所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、
   前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズと、
   前記ファイバの出力端からのレーザビームのパワーを検出するパワー検出部と、
   前記複数のモジュールに対応して設けられ前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングをモニタすることにより画像上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知する複数の撮像部と、
   前記複数の撮像部からのレーザビームのポインティングと前記パワー検出部で検出されたレーザビームのパワーとに基づき前記モジュールの位置を制御するためのモジュール位置制御信号を生成するフィードバック制御部と、
   前記フィードバック制御部からのモジュール位置制御信号に基づき前記モジュールの位置を移動させる移動機構と、
   を備えることを特徴とするレーザ装置。
6. 所定間隔毎に配置された複数のレーザダイオード、前記複数のレーザダイオードに対向して配置され前記複数のレーザダイオードから出射された複数のレーザビームをコリメートする複数のコリメートレンズを備える複数のモジュールと、
   前記複数のモジュールに対向して配置され、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数のレーザビームを反射又は透過させる複数の光進行方向制御素子と、
   前記複数の光進行方向制御素子で反射又は透過された前記複数のレーザビームをファイバの端面に集光させる集光レンズと、
   前記ファイバの出力端からのレーザビームのパワーを検出するパワー検出部と、
   前記複数のモジュールに対応して設けられ前記モジュールから出射されるレーザビームのポインティングをモニタすることにより画像上のポインティング位置変動からレーザ溶接前後のポインティング位置変動を検知する複数の撮像部と、
   前記複数の撮像部からのレーザビームのポインティングと前記パワー検出部で検出されたレーザビームのパワーとに基づきレーザ溶接後のポインティング位置からレーザ溶接前のポインティング位置に戻るようにレーザ溶接パワー及び前記パワーの方向を調整するフィードバック制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ装置。

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