JP2683158B2 - 電力制御分割化レーザー・システム - Google Patents

電力制御分割化レーザー・システム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、レーザー・オッシレーターを搭載する複数
の半導体レーザー・ユニットと、これらのユニットの各
々から出るレーザー放射光線と、各々半導体レーザー・
ユニットに付随する光導通ファイバーと、各々半導体レ
ーザー・ユニットから各々レーザー光導通ファイバーに
向けて出るレーザー放射光線を結合するための結合要素
と、ファイバーを光導体システムとして搭載するファイ
バー束と、このファイバー束の１端から出る各々半導体
レーザー・ユニットに依って生成されるレーザー放射光
線の全体に依って形成される総合レーザー放射光線と、
全ての半導体レーザー・ユニットのレーザー動作中に照
射される物体のターゲット面を照らす前述の総合レーザ
ー放射光線を備えている、半導体レーザー・システムに
関する。
背景技術 このタイプの半導体レーザー・システムは周知のこと
である。これらのシステムに於いて、例えば、７つの半
導体レーザー・ユニットは、物体が照射されることがで
きる総合レーザー放射光線を得るために結合されてい
る。
しかし、このような半導体レーザー・ユニットでは、
単純なレーザー照射しか実施できない。
発明の基本的な目的は、従って、一般的なタイプの半
導体レーザー・システムを改善して、複合する放射作用
を単純なシステムで且つできるだけ効果的に実現するこ
とにある。この目的は、発明に従って、冒頭で説明され
たタイプの半導体レーザー・システムに於いて、コント
ロールが各々個々の半導体レーザー・ユニットのパワー
を定められた状態で制御するために与えられていて、な
おかつ、各々表面要素に相応して個々に設定できる強度
をもつターゲット面の異なる表面要素の照射がコントロ
ールに対して指定できるようにして達成される。
本発明の長所は、従って、定められた強度がターゲッ
ト面の各々表面要素に相応するコントロールを用いて指
定できて、それは各々個々の半導体レーザー・ユニット
のパワーを制御して可能になる事実から理解される。
発明の開示 従って、発明の方法は、複合する照射作用を実施す
る、例えば、ターゲット面の表面の照射タイプを最適な
状態で行われる各々作用に相応して調整するために、異
なる強度をもつターゲット面内部の異なる表面要素を照
射する可能性を与える。
発明の方法は、従って、総合レーザー放射光線は１つ
のレーザー・システムに依って生成されないが複数の半
導体レーザー・システムに依って生成される事実を効果
的に活用し、なおかつ、幾つかの半導体レーザー・シス
テムは其の目的のために用いられて各々半導体レーザー
・ユニットのパワーの定められた制御に依って複合する
作用を行うことを意味している。
特に優れた実施態様に於いて、各々半導体レーザー・
ユニットから出るレーザー放射光線は、強度に関して、
他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線と関
係しないレーザー放射フィールドを備えている。これ
は、ターゲット面の異なる表面要素の各々に相応して設
定できる強度を決定することを、特に優れた状態で可能
にする。
これは、各々半導体レーザー・ユニットから出るレー
ザー放射光線が其の放射フィールドに関して他の半導体
ユニットのレーザー放射光線から結合を分離される時に
効果的に達成される。これは、放射フィールドの相互作
用は個々の半導体レーザー・ユニットからのレーザー放
射光線の間で生じないが、各々個々の表面要素に適した
強度を特に効果的にセットできることを意味している。
特に、放射フィールドの相互作用を防止するために、
各々光導通ファイバーに結合されている半導体レーザー
・ユニットのレーザー放射光線が其の放射フィールドに
関して他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光
線から分離されるようにして与えられている。
これは、半導体レーザー・ユニットの各々が其の放射
フィールドに関して他の半導体レーザー・ユニットから
分離されている其れ自体のレーザー・オッシレーターを
備えている時に特に好都合に実現できる。
レーザー・オッシレーターの特に優れた結合分離作用
は、半導体レーザー・ユニットのレーザー・オッシレー
ターが互いに離れているレーザー・オッシレーターであ
る時に実現する。
更に特に優れた実施態様に於いて、総合レーザー放射
光線を形成するレーザー放射光線は其れらの放射フィー
ルドに関して互いに結合を分離されているので、総合レ
ーザー放射光線に於いて、レーザー放射光線の相互作用
は放射フィールドを介して発生しないので、フィードバ
ックも個々のレーザー放射光線の強度の定められた仕様
条件に於いて生じない。
発明の方法では、特に、各々個々の半導体レーザー・
ユニットの強度は定められた状態でコントロールに依り
制御できる。
更に、レーザー放射光線の波長は或る限界のもとで半
導体レーザー・ユニットに於いて制御できるので、好都
合に、各々個々の半導体レーザー・ユニットのレーザー
放射光線の波長は定められた状態でコントロールで指定
できる。
レーザー放射光線が各々半導体レーザー・ユニットか
らファイバーを介して光導体システムの末端に送られ且
つ結合されて光導体システムの総合レーザー放射光線を
形成する様子について、詳細に今まで説明されていなか
った。例えば、特に好都合に、付随する半導体レーザー
・ユニットのレーザー放射光線が出るファイバーのファ
イバー末端フェースは、光導体システムの末端領域に於
いて、ターゲット面に光学的に描くことができる光導体
システムの末端表面に位置している。これは全てのファ
イバー末端フェースを互いにターゲット面に光学的手段
を用いて描くことを可能にするための必須条件であり、
同じ画像作成条件が各々ファイバー末端フェースにも適
用されるので、全てのファイバー末端フェースに適用で
きる単純な画像作成が実施できる。
これは、ハイ・パワーの強度がターゲット面上で達成
されることを意図される時に、このケースでは、ファイ
バーのファイバー末端フェースが互いにできるだけ隣接
して位置しなければならないので特に必要になる。
この点に関して、発明のタイプの特に優れた半導体レ
ーザー・システムは、末端表面のファイバー末端フェー
ス間のスペースをファイバーの厚みの３倍より小さくし
て提供している。ファイバー末端フェース間のスペース
がファイバーの厚みの２倍より小さくて、特にハイ・パ
ワーの強度のケースで、ファイバー末端フェースが末端
表面で相互に隣接し、好ましくは互いの境界上に位置す
る場合に特に優れた成果を示す。
末端表面の形状に関して、それほど詳細に今まで説明
された実施態様で説明されていなかった。最も単純なケ
ースで、末端表面は平面の形状を有すると考えられる。
何故ならば、平面は一般的な画像作成方式でターゲット
面に容易に描かれることができるからである。しかし、
特に好都合に、末端表面の形状は、照射される物体の表
面またはターゲット面の領域に於ける照射中に形成する
物体の表面に相応して適応される。
今まで説明された実施態様に関する注釈の範囲に於い
て、異なる半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光
線がターゲット面と衝突することを意図された背景につ
いて詳細に説明されていなかった。優れた実施態様に於
いて、例えば、異なる半導体レーザー・ユニットのレー
ザー放射光線はターゲット面の異なる表面要素に少なく
とも部分的に衝突するので、少なくとも１つの半導体レ
ーザー・ユニットまたは幾つかの半導体レーザー・ユニ
ットのレーザー放射光線は各々表面要素に関連すること
になる。
特に複合する照射作用のケースでは、好都合に、異な
る半導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線はター
ゲット面の異なる表面要素と衝突するので、１つの半導
体レーザー・ユニットはターゲット面の各々表面要素と
確実に関連し、なおかつ、この半導体レーザー・ユニッ
トのレーザー放射光線はこの表面要素と衝突する。
表面要素の複数の照射を達成するために、または高い
強度または他の効果を得るために、好都合に更なる実施
態様では、各々半導体レーザー・ユニットのレーザー放
射光線は他の半導体レーザー・ユニットのレーザー放射
光線とターゲット面上で部分的に重ね合わされる。この
ような重ね合わせは強度の補強を単純に必要としない。
幾つかのレーザー放射光線の干渉性の重ね合わせも更に
実施できる。
その代わりに、効果的に他のタイプの照射作用に於い
て、ターゲット面の特に選択する照射に於いて、各々半
導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線は、他の半
導体レーザー・ユニットのレーザー放射光線と重ね合わ
されずにターゲット面の各々表面要素を照射する。
特に好都合に、光学的画像作成手段は光導体システム
の末端とターゲット面の間に与えられているので、定め
られた画像作成比率が末端表面とターゲット面の間で実
現できる。最も単純なケースで、光学的画像作成手段
は、ファイバー末端フェースを画面に１対１の光学的画
像作成手段は、ファイバー末端フェースを画面に１対１
の比率で描く。
しかし、光学的画像作成手段は特に高い強度を対象に
する時に効果的になる小さなスケールで画面にファイバ
ー末端フェースを描くか、または光学的画像作成手段
は、強度を損失しても幅広く照射される表面を得るため
に、大きなスケールで画面にファイバー末端フェースを
描くことも考えることができる。
そのうえ、好都合に、末端表面の形状は光学的画像作
成手段の光学的画像作成特性に相応して適応される。こ
れは、末端表面の形状に基づいて、これを、必要におう
じて、ターゲット面の領域の物体の表面形状に相応して
適応させることが可能になるだけでなく、末端表面の形
状に基づいて、これを、例えば、末端表面の形状に依る
光学的画像作成手段の画像作成エラーを補償するため
に、光学的画像作成手段の光学的画像作成特性に相応し
て適応させることができることを意味している。
半導体レーザー・ユニットについて、詳細に今まで説
明されていなかった。最も単純なケースで、各々半導体
レーザー・ユニットは単一のレーザー作動ダイオード・
ストリップを含んでいる。
しかし、各々半導体レーザー・ユニットが幾つかのレ
ーザー作動ダイオード・ストリップを含むことも考える
ことができる。
できるだけ大きなパワーを得るために、効果的に、各
々半導体レーザー・ユニットはレーザー・オッシレータ
ーとレーザー増幅器を含んでいる。
好都合に、最大限度に設定されたレーザー放射光線の
特性を得るために、各々半導体レーザー・ユニットは安
定化モード・オペレーションで作動する。
特に、好都合に各々半導体レーザー・ユニットは横方
向基本モードで作動する。更に、特に効果的に、各々半
導体レーザー・ユニットは縦方向シングル・モード・オ
ペレーションで作動する。
ファイバー束が形成されるファイバーについて、詳細
に今まで説明されていなかった。優れた実施態様に於い
て、例えば、ファイバーはシングル・モード・ファイバ
ーになる。特にシングル・モード・ファイバーのケース
では、レーザー放射光線は各シングル・モード・ファイ
バーに限られた回折で結合される。
今まで説明された実施態様の説明に関連して、半導体
レーザー・ユニットが設計された波長の範囲について、
詳細に今まで説明されていなかった。最も単純な実施態
様に於いて、例えば、全ての半導体レーザー・ユニット
は同じ波長範囲に対して設計されている。しかし、異な
る半導体レーザー・ユニットが異なる波長範囲に相応し
て設計されることも考えることができる。
この点に関して、特に好都合に、半導体レーザー・ユ
ニットは同じ波長を有する半導体レーザー・ユニットの
グループを搭載している。
更に優れた実施態様に於いて、半導体レーザー・ユニ
ットは、同じ波長を各々グループの内部に有する半導体
レーザー・ユニットの幾つかのグループを搭載してい
る。このタイプのケースでは、異なる波長のレーザー放
射光線を照射するファイバーのファイバー末端フェース
が各々照射グループを形成するように結合され且つ照射
グループが末端表面で互いに隣り合って配置されている
ので特に優れている。このような実施態様に於いて、マ
ーキングとビームの映像化は、このケースでは、１つだ
けのグループの半導体レーザー・ユニットが可視性範囲
に属する波長でレーザー放射光線を生成するように構成
される必要があるので、特に効果的に実現できる。
このケースでは、他のグループの半導体レーザー・ユ
ニットは、それが、例えば、照射または処理のために要
求されるレーザー放射光線を生成するように好都合に構
成できる。ファイバーを半導体レーザー・ユニットに結
合する結合要素について、詳細に今まで説明されていな
かった。特に優れた実施態様に於いて、例えば、半導体
レーザー・ユニットの基質に依って支えられている画像
作成要素は、ファイバーを半導体レーザー・ユニットに
結合する結合要素として与えられている。
格子は好都合に回折格子になる。
その代わりに、画像作成要素をレーザー光学的要素と
して考えることもできる。更なる代替は、画像作成要素
が基質に統合されたミラーになるようにして提供してい
る。
ミラーは、それがファイバーにレーザー放射光線の焦
点を設定するように好都合に設計されている。
更なる代替は、画像作成要素が基質に統合されたレン
ズになるようにして提供している。このレンズは屈折レ
ンズとして好都合に設計されている。
発明の半導体システムの更に優れた実施態様に於い
て、ファイバー束は検出器ファイバーを搭載していて、
そこでは、検出器ファイバーは特にターゲット面を監視
するように作動している。
この点に関して、効果的に、検出器ファイバーの１端
は光導体システムの末端に位置している。
総合レーザー放射光線のケースのように同じ画像作成
比率を得るために、好都合に、検出器ファイバーの末端
はファイバー末端フェースの次の末端表面に位置してい
るので、検出器ファイバーのファイバー末端フェースは
末端表面に同様に位置している。
これは、光学的画像作成手段を使用する時に、検出器
ファイバーの末端をターゲット面に描くと特に優れた状
態になることを意味している。
更に、ターゲット面は、光学的検出器が画面を監視す
るために検出器ファイバーの別の末端に配置されている
ので特に容易に監視できる。
この検出器はマトリクス検出器として好都合に設計さ
れていて、なおかつ、検出器ファイバーはマトリクス検
出器の個々のマトリクス・ポイントと好都合に関連して
いるので、それらのファイバー末端フェースに於いて、
マトリクス検出器に対するターゲット面の直接的な画像
作成が可能になる。
この点に関して、マトリクス検出器を介してターゲッ
ト面の強度分布を監視し、なおかつ、個々の半導体レー
ザー・ユニットのパワーの定められた使用条件に基づい
てターゲット面の内部に照射される物体上で局部的に固
定される放射を保証する、コントロールが与えられてい
るので、特に好都合である。
発明のレーザー・システムは、数百または千ワット以
上の総合レーザー放射光線のパワーを得るために、１〜
３ワットのパワーを備えた、複数の、例えば数十または
数百の半導体レーザー・ユニットを好都合に使用してい
る。
発明の更なる特徴と長所は、次に示す説明だけでなく
幾つかの実施態様の図面の主な課題である。
図面の簡単な説明 図１は、発明の半導体システムの第１実施態様の斜視
図である。
図２は、或る変形に於ける光導体システムの末端表面
の平面図の略図である。
図３は、第２変形に於いて図２と類似する略平面図で
ある。
図４は、ターゲット面の略平面図である。
図５は、発明のコントロールの個々の構成部品の略図
である。
図６は、ターゲット面の内部の異なる強度分布の略図
である。
図７は、ターゲット面に於ける異なる強度分布の略図
である。
図８は、光学的画像作成手段にファイバー末端フェー
スを適応する略図である。
図９は、第１変形に於ける半導体レーザー・ユニット
とファイバーに対するレーザー放射光線の結合の略図で
ある。
図10は、第２変形の図９の関係の略図である。
図11は、第３変形に於ける半導体レーザー・ユニット
とファイバーに対するレーザー放射光線の結合の略図で
ある。
図12は、異なるグループの半導体レーザー・ユニット
をもつ第２実施態様の略図である。
図13は、第２実施態様の第１変形に於けるファイバー
末端フェースの平面図である。
図14は、第１変形に於けるターゲット面の平面図であ
る。
図15は、第２変形に於けるターゲット面の平面図であ
る。
図16は、発明の半導体レーザー・システムの第３実施
態様の略図である。
図17は、第３実施態様に於けるファイバー末端フェー
スの平面図である。
発明を実施する為の最良の形態 図１に図示される、発明の電力制御分割式半導体レー
ザー・システムの第１実施態様は、総合レーザー放射光
線14が出る光導体システム12の前に位置する放射生成シ
ステム10を搭載している。この総合レーザー放射光線
は、その部分に関して、総合レーザー放射光線14で照射
される物体19のターゲット面16に衝突する。ターゲット
面は、そこで、全ての半導体レーザー・ユニットのレー
ザー動作中に照らされる表面として定義される。放射生
成システム10は複数の半導体レーザー・ユニット181〜1
8Nを搭載していて、その各々は各々光導通ファイバー20
1〜20Nに結合されているレーザー放射光線を生成する。
光導通ファイバー201〜20Nは、光導体システム12に依っ
て搭載されるファイバー束22を形成するように結合され
ている。ファイバー束22は、末端24で、図１と２に図示
されるように、末端フェース26を形成していて、そこに
ファイバー束22を形成するファイバー201〜20Nの全ての
ファイバー末端フェース28が位置している。
ファイバー末端フェース28は、それらが互いに距離Ａ
を有するように末端フェース26に好都合に配置されてい
て、そこでは、この距離Ａは対応する実施態様に従って
変動する（図２）。
しかし、距離Ａは、図示されているように、例えば、
或る変形の図３に於いて、ゼロにもアプローチするの
で、ファイバー末端フェース28は互いに触れ合う。
従って、１つのファイバー末端フェース281〜28Nは各
々半導体レーザー・ユニット181〜18Nに属していて、な
おかつ、各々半導体レーザー・ユニット181〜18Nに依っ
て生成されるレーザー放射光線は、これらのファイバー
末端フェース281〜28Nの各々から基本的に出て、残りの
半導体レーザー・ユニット181〜18Nのレーザー放射光線
に加えられて、総合レーザー放射光線14を形成する。
従って、ターゲット面16に衝突する総合レーザー放射
光線14は、個々の半導体レーザー・ユニット181〜18Nの
個々のレーザー放射光線の束を同様に示している。
図４に図示されるように、末端フェース26（図３）を
ターゲット面16に１対１で描くケースでは、ターゲット
面16の各々表面要素301〜30Nは各々ファイバー末端フェ
ース281〜Ｎから出るレーザー放射光線に依って照射さ
れ、このケースでは表面要素301〜30Nは重なり合わな
い。ターゲット面は、この点に関して、全てのファイバ
ー末端フェース301〜30N′に対応する全ての表面要素30
1〜30N′が位置する表面になる。
これは、半導体レーザー・ユニット181〜18Nの１つが
ターゲット面16の内部で表面要素301〜30Nの各々と間接
的に付随することを意味している。
発明に従って、個々の表面要素301〜30Nの各々のレー
ザー・パワーは定められた状態で指定できる。この目的
のために、放射生成システムには、図１に図示されるよ
うに、コントロール32が与えられていて、それを介して
個々の半導体レーザー・ユニット181〜18Nの各々は其の
パワーに関して定められた状態で制御できる。
コントロール32は、この目的のために、複数の出力34
1〜34Nを備えていて、そこから各々制御ライン361〜36N
は各々半導体レーザー・ユニット201〜20Nに連なってい
る。図５に図示されているように、コントロールは、こ
の目的のために、各々半導体レーザー・ユニットに与え
られるレーザー・パワーを記憶できるメモリ40を搭載す
る中央コンピュータ・ユニット38を具備していて、なお
かつコンピュータ・ユニット38に依って制御される電源
装置34は、半導体レーザー・ユニット181〜Ｎのための3
41〜34Nの出力を備えていて、各々半導体レーザー・ユ
ニット18にこの半導体レーザー・ユニット181〜18Nに対
して指定されたパワーに対応する電流を送る。
末端表面26の単一のファイバー末端フェース281〜28N
は各々半導体レーザー・ユニット181〜18Nに明確に関連
しているので、半導体レーザー・ユニット181〜18Nの１
つはターゲット面16の表面要素301〜30Nの各々と自動的
に明確に関連することになり、各々表面要素301〜30Nの
強度は半導体レーザー・ユニット181〜18Nのコントロー
ルに依って制御できる。
従って、コントロールに依って個々の表面要素301〜3
0Nの各々のパワーをターゲット面16の内部で定められた
状態で決定して、異なる強度特性をターゲット面16の内
部で、図6A〜Ｄに図示されているようにして実現でき
る。
図6Aに図示されているように、例えば、外部で方形の
形状を有する表面部42だけがターゲット面16の内部で照
射される、すなわち、この領域の内部に位置する全ての
表面要素30は対応する半導体レーザー・ユニット18の制
御に依って照射されるが、表面部42の外部に位置する表
面要素30は、対応する半導体レーザー・ユニット18がオ
フしていると照射されない。そのうえ、表面要素30は同
じ強度で表面部42の内部で照射されないが、図6Aに、更
に概略的に記されているように強度の傾斜がある。この
ような照射される表面部42は、素材を処理するために、
特に硬化または焼き入れするために好都合に用いられ、
そこでは、表面部42の形状だけでなく、その内部のパワ
ー傾斜も重要になる。
各々素材の処理に相応して最適な状態で適応される局
部的なパワー特性はコントロール32を介して光学的に単
純な手段を用いて生成され、そこでは、作動される半導
体レーザー・ユニット18は最適な状態で作動し、この特
性を生成するために不要な電力損失は生じない。
第２変形に於いて、図6Bに図示されているように、２
つの照射される表面部44と46の特殊な形状が図示されて
いる。表面部44は表面部46より大きな円を示していて、
各々の領域内部に於いて全ての表面要素30は同じ強度で
照射される。このような特性は、例えば、合金加工中に
予備加熱または後処理加熱のために作動し、そこでは、
例えば、予備加熱は表面部44で行われ、実際の合金は表
面部46で作動する。この点に関して、例えば、表面要素
30を表面部46の内部に於いて表面部42の内部の表面要素
30より高いパワーで照射することもできる。表面部44と
46の外部の表面要素30は全て照射されない。
第３の実施態様が図6Cに図示されている。このケース
で、卵形の表面部48はターゲット面16の内部に図示され
ていて、そこでは、この卵形表面部48は其の長さ方向の
軸49に向けて運動方向と平行に延長している。このよう
な卵形表面部は溶接作業中に好都合に用いられ、そこで
は、溶接シームの縦方向は卵形表面部48の長さ方向の軸
49とほぼ平行に延長している。
好都合に、表面部48の内部の全ての表面要素30は同じ
強度で照射される。しかし、強度の傾斜を卵形表面部に
与えることもできる。
第３変形は、図6Dに図示されているように、相互に隣
接して位置する２つの縦方向の卵形表面部50と52の照射
を示していて、そこでは、表面部50と52の内部の全ての
表面要素30は同じ強度で照射される。
このように相互に隣接して位置する２つの縦方向の卵
形表面部の照射は、特殊な幾何学的構造の処理に好都合
に用いられる。
ターゲット面16の内部のパワーの単純な局部的な変動
とは別に、図７に図示されるように、ターゲット面16の
内部で表面部54を与えることもできて、そこでは、衝突
する強度は全ての表面要素30に於いて一時的に発振する
が、強度は表面部54の外部に位置する周辺部56の個々の
表面要素30に於いて発振しない。これを明確にするため
に、２つの部分54と56は破線で分離されている。
ファイバー末端フェース28がターゲット面16の表面要
素30に対して１対１で描かれている。前述の実施態様に
於いて、光学的画像作成手段60は、図１に図示されてい
るように、末端表面26とターゲット面16の間に与えられ
ていて、これは最も単純なケースでレンズに依って示さ
れている。
このケースで、総合レーザー放射光線14は全てのファ
イバー末端フェース28から来る全ての錐形波の全体に依
って形成され、これはターゲット面16に光学的画像作成
手段を用いて描かれるビーム束に互いになるので、最も
単純ねケースで、表面要素30に対するファイバー末端フ
ェース28の１対１の画像作成になる。
ファイバー末端フェースが、しかし、それらの間に距
離Ａを、例えばファイバーの１つの厚み従ってファイバ
ー末端フェース28の直径の領域で有する場合、相互に隣
接して配置されている表面要素30のためにターゲット面
16の上で、画像作成は正確な幾何学的画像作成の要求に
対応しないが、ターゲット面は幾何学的画像作成中に生
じる画面の画像に例えば焦点面と画面の間に位置する。
これは、しかし、衝突力の表面強度を低下させる。光学
的画像作成手段60に画像作成エラーがあるので、それは
平らな末端表面26を平らなターゲット面16に描かない場
合、更に優れた変形は、図８に図示されているように、
光学的画像作成手段60の画像作成エラーに従って曲げら
れた末端表面26′のように平面として説明されていない
末端表面26′を与える。従って、この末端表面26′に依
り、光学的画像作成手段60の画像作成エラーを補償でき
て、全てのファイバー末端フェース28はターゲット面16
のような平面またはターゲット面16に関して別に希望さ
れた表面形状に描かれる。半導体レーザー・ユニット18
の各々は、最も単純なケースで、図９に図示されるよう
に、位相格子81と82に依って制限される、レーザー・オ
ッシレーター71と、これから直接連なるレーザー増幅器
73を搭載する対応してドープ処理されたレーザー作動層
72をもつレーザー・ダイオード70を搭載している。レー
ザー作動層は縦方向74に延長し、この層に於いて、縦方
向74に伝搬し且つレーザー作動層72の１端78から出るレ
ーザー放射光線が生成され、そこで、それはレーザー作
動層の反対側の末端領域80に向けて、例えば位相格子82
に依って反射される。
末端78から出るレーザー放射光線76は、ミラー83に依
って反射され、半導体レーザー・ユニット18に付随する
ファイバーの末端84に結合される、なお、この末端84は
ミラー83に面している。ミラー83は縦方向74に対して横
方向に焦点を定めるミラー83として好都合に設計されて
いる、何故ならば、レーザー放射光線76は末端78の縦方
向に対して横方向に分岐し、この形態で末端78から出る
からである。
最も単純なケースで、図９に図示されているように、
ミラー83は、レーザー・ダイオード70を支え且つミラー
83が末端78に相応して希望された傾斜で形成された、基
質88の統合要素になる。
レーザー・ダイオード70には２つの電流供給ライン90
と92を介して電流が送られ、そこで、供給ライン92は基
質88に、供給ライン90はレーザー・ダイオード70に取り
付けられている接触ラインに接続される。
半導体ダイオード70のパワーは、コントロール32に依
って指定できる接続部90と92に於ける電圧と電流特性を
介して制御できる。
図10に図示される発明の半導体レーザー・ユニット18
の更なる変形に於いて、レーザー・ダイオード70は図９
に図示されている変形と同じ構造を備えている。
全ての要素には従って同じ参照数字が付けられている
ので、それらの説明について、引例が前述の変形の注釈
に加えることができる。
ミラー83だけ平面ミラーとして設計されていて、レン
ズ94はレーザー放射光線76の分岐を補償するために与え
られている。このレンズは、レーザー放射光線76を末端
84に、基本的に損失のない状態で結合する。レンズ94
は、ミラー83も支える基質88の上に好都合に同様に保持
されている。
図11に図示される、発明の半導体レーザー・ユニット
の更なる変形に於いて、レーザー・ダイオード70は前述
の２つの変形と同様に設計されていて、同じ参照数字が
再び用いられている。個々の要素の説明について、引例
が従って前の変形に十分に加えられる。前の変形と対照
的に、屈折レンズ100が末端78から直接、すなわち縦方
向74に連なっていて、このレンズは、レーザー放射光線
76の分岐を補償し、これをこの半導体レーザー・ユニッ
トに付随するファイバー20の末端102に結合する、な
お、この末端は屈折レンズ100に縦方向74に於いて連な
っている。
発明に従って、図１に図示される、第１実施態様の全
ての半導体ユニット18は、それらが総合レーザー放射光
線14を形成するように結合されるレーザー放射光線を基
本的に同じ波長で送るように構成されている。
第１実施態様と対照的に、２つのグループの半導体レ
ーザー・ユニット18A1〜18ANと18B1〜18BNは、図12に図
示されている第２実施態様に与えられていて、そこで
は、半導体レーザー・ユニット18A1〜18ANは第１波長で
作動し、半導体レーザー・ユニット18B1〜18BNは第１と
異なる第２波長で作動する。
ファイバー20Aはこれらの半導体レーザー・ユニット1
8から、ファイバー20Bは半導体レーザー・ユニット18B
から導かれ、これらのファイバーは全て結合されてファ
イバー束22を形成する。ファイバー20Aと20Bは、末端表
面26に於いて、図13に図示されるように、第２波長を有
する半導体レーザー・ユニットの１つに付随するファイ
バー末端フェース28Bは、第１波長を有する半導体レー
ザー・ユニットの１つに付随するファイバー末端フェー
ス28Aと隣り合って位置する、すなわち、ファイバー末
端フェース28Aと28Bは異なる波長のレーザー放射光線に
対して互い違いの構成になるように、ファイバー束22に
案内されて配置されている。
選択された画像作成手順に従って、ターゲット面で、
表面要素30Aは、図14に図示されるように、表面要素30B
と隣り合って位置するように、ファイバー末端フェース
28Aと28Bをターゲット面16に描くことができる。代わり
に、表面要素30A′と30B′が互いに重なり合って、なお
かつ、図15に図示されるように、共通する表面部をター
ゲット面16に形成し、この領域に於いて、２つの表面要
素30A′と30B′の重なり合いに依って、或るまたは他の
波長または両方の波長の混合で照射が可能になるよう
に、画像作成を選択できる。図16に図示される、発明の
半導体レーザー・システムの第３実施態様は、基本的
に、２つの前述の実施態様と同じ構造なので、同じ参照
数字が同じ部分に付けられている。前述の実施態様と対
照的に、しかし、検出器ファイバー1101〜110Mは更にフ
ァイバー束22に与えられていて、なおかつ、これらの検
出器ファイバーは、図16と17に図示されているように、
それらのファイバー末端フェース1121〜112Mが末端表面
26に於いてファイバー末端フェース28の間にレギュラー
・パターンを有して位置しているので、ターゲット面に
対するファイバー末端フェース112の画像作成はファイ
バー末端フェース28の画像作成と同様に行われる。
ファイバー末端フェース1121〜112Mの反対側に位置す
る検出器ファイバー110の末端1141〜114Mは、受信され
た放射、すなわち、各々個々の検出器ファイバー1101〜
110Mに対して、ファイバー末端フェース112に依って受
信された放射を、個々に検出する検出器マトリクス116
で終了している。
ターゲット面16の画像は従って検出器マトリクス116
を用いて検出できて、そこでは、ターゲット面の画像は
対応する画像処理装置118を用いてスクリーン120に表示
することができる。
好都合に、ファイバー束22のために作動される検出器
ファイバー1101〜110Mの数は、スクリーン120の上に照
射されるターゲット面の画像に関して十分に正確な表示
が可能になる。従って、ターゲット面16の照射される表
面部42の正確な監視も可能になる。
そのうえ、スクリーンは、照射される表面部42の位置
だけでなく、ワークピースの表面に相応する、すなわ
ち、実施される溶接シームに相応する其れらの相対位置
を記録できる可能性を与えるので、コントロール32に対
して定められた状態で且つ更に正確な状態でターゲット
面の内部に於ける局部的な強度分布を、順に指定するこ
とができる。
例えば、ワークピースまたは物体10の表面、例えば其
の上の溶接シームに相応する表面部42の正確な配置を、
ターゲット面16の内部の被照射表面部42を交換すること
に依って実施することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オポベル，ハンス ドイツ連邦共和国，デー―82152 クラ イリング，スペルベルベーク 13 (72)発明者 ヒューゲル，ヘルムト ドイツ連邦共和国，デー―71067 シン デルフィンゲン，エセガー シュトラー セ 22 (72)発明者 ギーセン，アドルフ ドイツ連邦共和国，デー―71272 シュ トゥットガルト，ランクバッハシュトラ ーセ 45 (72)発明者 ダウシンガー，フリードリッヒ ドイツ連邦共和国，デー―70193，シュ トゥットガルト，シュテイネンハウゼン シュトラーセ 18 (56)参考文献 特開 昭58−145984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−29803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−186914（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−320383（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−103688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6789（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−300087（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−142695（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−82062（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−200683（ＪＰ，Ｕ)

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体レーザー・システムであって、 レーザー・オッシレーターを搭載する複数の半導体レー
    ザー・ユニットを有し、前記半導体レーザー・ユニット
    はそれから出るレーザー放射光線を発生し、前記半導体
    レーザー・ユニット（18）は複数群の半導体レーザー・
    ユニット（18A,18B）を有し、各群における前記半導体
    レーザー・ユニット（18A,18B）は同じ波長のレーザー
    放射光線を発生するために同じ横方向基本モードおよび
    同じ縦方向モードにおいて動作し、 各半導体レーザー・ユニットに関連する光電導単一モー
    ドを有し、それぞれの半導体レーザーから出るレーザー
    光線を１つのそれぞれの単一モード光電導ファイバーに
    結合する結合素子を有し、 前記光電導ファイバーは端面を有するファイバー束を形
    成し、該端面は同じ波長のレーザー放射線を発するファ
    イバー端面のすべてを放射群に形成するために前記ファ
    イバー束を形成する前記ファイバー端面を含み、異なる
    波長のレーザー放射線を発生する放射グループはつぎに
    前記端面に配列され、それぞれの半導体レーザー・ユニ
    ットによって発生され前記ファイバ束の前面端面から出
    る前記コヒーレントレーザー放射は前記全レーザー放射
    を形成し、前記全レーザー放射はすべての半導体レーザ
    ー・ユニットのレーザーの動作中に放射される対象物の
    ある対象面を照射し、 コントロール（32）は各々個々の半導体レーザー・ユニ
    ット（18）を定められた状態で制御するために設けられ
    ていて、各々表面要素（30）に対して個々に定義できる
    光強度をもつ照射によりターゲット面（16）の異なる表
    面要素（30）に対する照射を指定できることを特徴とす
    る、半導体レーザー・システム。
  2. 【請求項２】ターゲット面（16）に対して局部的に変動
    する照射特性がコントロール（32）に対して指定できる
    ことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の半導体レ
    ーザー・システム。
  3. 【請求項３】ターゲット面（16）に対する一時的に変動
    する照射特性がコントロール（32）に対して指定できる
    ことを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記
    載の半導体レーザー・システム。
  4. 【請求項４】付随する半導体レーザー・ユニット（18）
    のレーザー放射光線が出る、ファイバー（20）のファイ
    バー末端フェース（28）が、ターゲット面（16）に光学
    的に画像設定できるファイバー束の末端表面（26）に位
    置していることを特徴とする、請求の範囲第１項から第
    ３項の何れか１項に記載の半導体レーザー・システム。
  5. 【請求項５】ファイバー末端フェース（28）間のスペー
    ス（ａ）がファイバーの厚みの３倍より小さいことを特
    徴とする、請求の範囲第４項に記載の半導体レーザー・
    システム。
  6. 【請求項６】ファイバー末端フェース（28）が末端表面
    （26）で相互に隣り合って位置することを特徴とする、
    請求の範囲第５項に記載の半導体レーザー・システム。
  7. 【請求項７】末端表面（26）の形状がターゲット面（1
    6）の領域で照射される物体（29）の表面の形状に相応
    して適応されることを特徴とする、請求の範囲第４項か
    ら第６項の何れか１項に記載の半導体レーザー・システ
    ム。
  8. 【請求項８】異なる半導体レーザー・ユニット（18）の
    レーザー放射光線がターゲット面（16）の異なる表面要
    素（30）に少なくとも部分的に衝突することを特徴とす
    る、請求の範囲第１項から第７項の何れか１項に記載の
    半導体レーザー・システム。
  9. 【請求項９】半導体レーザー・ユニット（18）の異なる
    グループのレーザー放射光線がターゲット面（16）の異
    なる表面要素（30）に衝突することを特徴とする、請求
    の範囲第１項から第８項の何れか１項に記載の半導体レ
    ーザー・システム。
  10. 【請求項１０】半導体ユニットの１つのグループ（18）
    において各々半導体レーザー・ユニット（18A）のレー
    ザー放射光線が他の半導体レーザー・ユニット（18A）
    のレーザー放射光線とターゲット面（16）で部分的に重
    ね合わされることを特徴とする、請求の範囲第１項から
    第９項の何れか１項に記載の半導体レーザー・システ
    ム。
  11. 【請求項１１】光学的画像作成手段（60）が光導体シス
    テム（12）の末端（24）とターゲット面（16）の間に与
    えられていることを特徴とする、請求の範囲第１項から
    第10項の何れか１項に記載の半導体レーザー・システ
    ム。
  12. 【請求項１２】末端表面（26′）の形状が光学的画像作
    成手段（60）の光学的画像作成特性に相応して適応され
    ることを特徴とする、請求の範囲第１項から第11項の何
    れか１項に記載の半導体レーザー・システム。
  13. 【請求項１３】各々半導体レーザー・ユニット（18）が
    単一のレーザー作動ダイオード・ストリップを備えてい
    ることを特徴とする、請求の範囲第１項から第12項の何
    れか１項に記載の半導体レーザー・システム。
  14. 【請求項１４】各々半導体レーザー・ユニット（18）が
    幾つかのレーザー作動ダイオード・ストリップを搭載し
    ていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第12項
    の何れか１項に記載の半導体レーザー・システム。
  15. 【請求項１５】各々半導体レーザー・ユニット（18）が
    レーザー・オッシレーター（71）とレーザー増幅器（7
    3）を搭載していることを特徴とする、請求の範囲第１
    項から第14項の何れか１項に記載の半導体レーザー・シ
    ステム。
  16. 【請求項１６】半導体レーザー・ユニット（18）の基質
    （88）に依って支えられる画像作成要素（83,94）がフ
    ァイバー（20）を半導体レーザー・ユニット（18）に結
    合するための結合要素として与えられていることを特徴
    とする、請求の範囲第１項から第15項の何れか１項に記
    載の半導体レーザー・システム。
  17. 【請求項１７】画像作成要素（83,94）が半導体レーザ
    ー・ユニット（18）の層面（72）と平行する方向に向け
    て伝搬するレーザー放射光線（76）の焦点をファイバー
    （20）に向けて定めることを特徴とする、請求の範囲第
    16項に記載の半導体レーザー・ユニット。
  18. 【請求項１８】ファイバー束（22）が検出器ファイバー
    （110）を搭載していることを特徴とする、請求の範囲
    第１項から第17項の何れか１項に記載の半導体レーザー
    ・システム。
  19. 【請求項１９】検出器ファイバー（110）の１端（112）
    が光導体システム（12）の末端（24）に位置しているこ
    とを特徴とする、請求の範囲第18項に記載の半導体レー
    ザー・システム。
  20. 【請求項２０】１端（112）がファイバー末端フェース
    （28）に隣接する末端表面（26）に位置していることを
    特徴とする、請求の範囲第18項に記載の半導体レーザー
    ・システム。
  21. 【請求項２１】検出器ファイバー（110）の１端（112）
    がターゲット面（16）の上に描かれることを特徴とす
    る、請求の範囲第19項または第20項の何れか１項に記載
    の半導体レーザー・システム。
  22. 【請求項２２】ターゲット面（16）を監視する光学的検
    出器（116）が検出器ファイバー（110）の別の１端（11
    4）に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第1
    8項から第21項の何れか１項に記載の半導体レーザー・
    システム。
  23. 【請求項２３】光学的検出器がターゲット面を監視する
    マトリクス検出器であることを特徴とする、請求の範囲
    第20項に記載の半導体レーザー・システム。
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