JP5332571B2 - レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法及びレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源から出射されるレーザ光を効率良く光ファイバに入射する位置を決めるためのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法及びレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置に関する。

従来より、レーザ光源から出射されるレーザ光を集光して光ファイバの入射面から導光して光ファイバ内で伝播させ、光ファイバの出射面を所望する位置に移動させレーザ加工を行う等、レーザ光が導光された光ファイバは、種々の用途に用いられている。
例えば特許文献１に記載された従来技術では、不可視の高出力レーザ光を光ファイバに正確に入射するために、まずレーザ光源から出射される高出力のレーザ光を、複数の貫通孔を設けた遮光手段を透過させてレーザ光の出力を低下させている。そして出力が低下したレーザ光を集光レンズで集光して光ファイバの入射面に入射し、光ファイバの出射面にはレーザ光の出力を測定可能なパワーメータを設けている。この構成にてパワーメータの測定値が最大となるように光ファイバの入射面の位置決めを行う、レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置が開示されている。
特開平７−９２３５３号公報

光ファイバは、入射された光を閉じ込めて伝播する所定の屈折率のコア部材と、コア部材の外周部を覆うクラッド層（クラッド層の屈折率をコア部材の屈折率より小さくしてコア部材内に光を閉じ込める）と、クラッド層の外周部を覆ってクラッド層を保護する被覆部材とで構成されている。ここで、レーザ光はコア部材にのみ入射するべきであるが、クラッド層にも入射されてしまう場合がある。クラッド層は、入射されたレーザ光を閉じ込めるとは限らないが、入射されたレーザ光の一部を出射面まで伝播してしまう。ところが、一般的にクラッド層はレーザ光に対する耐性がコア部材より低く、長時間運転していると焼損する可能性がある。
特許文献１に記載された従来技術では、不可視のレーザ光を光ファイバの入射面から入射し、当該光ファイバ内を伝播して出射面から出射されたレーザ光の出力をパワーメータで測定している。しかし、コア部材で伝播されたレーザ光と、クラッド層で伝播されたレーザ光と、を一緒にして測定してしまうので、レーザ光を入射するべきでないクラッド層にレーザ光が入射されていたとしても、それに気づくことが困難である。
従って、クラッド層にもレーザ光が入射されていた場合、長時間運転や高出力レーザ光を用いた際、クラッド層が損傷する可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、光ファイバのコア部材に、より確実にレーザ光を入射することを支援するレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法及びレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
請求項１に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法は、レーザ光源と、集光レンズと、光ファイバと、レーザ出力値を測定可能な測定手段と、を用いて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を、前記集光レンズを透過させて集光し、集光したレーザ光が前記光ファイバの端面に入射されるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記光ファイバの、それぞれの位置を調整する、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法において、前記光ファイバは、入射された光を伝播する所定の径のコア部材の外周部に、前記コア部材の屈折率よりも小さな屈折率のクラッド層が形成されている。
更に、レーザ光を遮蔽するとともに、前記コア部材の径と同じ径の貫通孔が設けられた薄板状の遮蔽板を用い、以下のステップを有する、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
前記レーザ光源から出射されたレーザ光が、前記集光レンズにて集光されて前記遮蔽板の前記貫通孔を通って前記測定手段に到達するように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板と前記測定手段とを配置するステップ。
前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整するステップ。
前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となった位置にて、前記レーザ光源の位置と前記集光レンズの位置とを固定するとともに、前記貫通孔の位置に前記光ファイバのコア部材の端面の中心が位置するように前記遮蔽板と前記光ファイバとを入れ替えて当該光ファイバの入射面の位置を固定するステップ。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法は、請求項１に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、前記集光レンズにて集光されたレーザ光が前記貫通孔を通るように前記遮蔽板を配置する際、前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置と、前記集光レンズの焦点位置と、を一致させる、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
請求項３に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法では、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行う前に、以下のステップを終わらせる。
異なる厚さの少なくとも２枚の遮蔽板を用意し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が、前記集光レンズにて集光されて前記貫通孔を通って前記測定手段に到達するように、前記レーザ光源と前記集光レンズと１枚目の遮蔽板と前記測定手段とを配置するとともに、前記集光レンズの焦点位置と、前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置と、が一致するように１枚目の遮蔽板を配置するステップ。
前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整し、１枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップ。
前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置が一致するように、１枚目の遮蔽板を２枚目の遮蔽板と入れ替えて２枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求め、以降、用意した遮蔽板と入れ替えて入れ替えた遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップ。
前記遮蔽板のそれぞれの厚さに対するレーザ出力値に基づいて、前記遮蔽板の厚さがゼロの場合のレーザ出力値であるコア径レーザ出力値を推定するステップ。
推定した前記コア径レーザ出力値から誤差許容値以内のレーザ出力値となる遮蔽板の厚さを選定するステップ。
そして、上記のステップを終わらせた後、選定した厚さの遮蔽板を用いて、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行うステップを有する。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
請求項４に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法は、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、異なる厚さの少なくとも２枚の遮蔽板を用意し、１枚目の遮蔽板を用いて、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行って、前記光ファイバの入射面の位置を固定する前に、以下のステップを有する。
１枚目の遮蔽板にて最大となるレーザ出力値を求めるステップ。
前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置が一致するように、１枚目の遮蔽板を２枚目の遮蔽板と入れ替えて２枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求め、以降、用意した遮蔽板と入れ替えて入れ替えた遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップ。
前記遮蔽板のそれぞれの厚さに対するレーザ出力値に基づいて、前記遮蔽板の厚さがゼロの場合のレーザ出力値であるコア径レーザ出力値を推定するステップ。
前記遮蔽板を取り除いて前記集光レンズの焦点位置に前記測定手段を配置して前記遮蔽板が無い場合のレーザ出力値である基準レーザ出力値を求めるステップ。
そして、更に、以下のステップを有する。
前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となった位置にて、前記レーザ光源の位置と前記集光レンズの位置とを固定するステップ。
前記遮蔽板を取り除く前における前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置に前記光ファイバのコア部材の端面の中心が位置するように前記光ファイバの入射面の位置を固定するステップ。
前記基準レーザ出力値と前記コア径レーザ出力値との差分に基づいて、前記光ファイバの前記コア部材に入射されずに前記クラッド層に入射されるレーザ出力値に対応する吸収光量を推定するステップ。
推定した吸収光量が、前記クラッド層に対応する吸収許容値よりも小さくなるように前記レーザ光源の出力を調整するステップ。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
請求項５に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法は、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、波長の異なるそれぞれの所定波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、それぞれの前記レーザ光源から出射されるレーザ光の所定波長に対応させて、所定波長のレーザ光を反射するとともに当該所定波長でないレーザ光を透過するそれぞれの選択反射手段を用い、以下のステップを有する、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法である。
前記集光レンズの光軸と、それぞれの前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸とが重なるように、前記集光レンズと、当該集光レンズの光軸上にそれぞれの前記選択反射手段と、を配置するとともに、それぞれの前記選択反射手段に対応する前記レーザ光源を配置するステップ。
前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整する代わりに、それぞれの前記レーザ光源の位置を調整する、またはそれぞれの前記レーザ光源の位置を調整するとともに前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整する、ステップ。

また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置である。
請求項６に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を透過させて集光する集光レンズと、集光された前記レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を伝播する所定の径のコア部材と、当該コア部材の外周部に前記コア部材の屈折率よりも小さな屈折率のクラッド層が形成されている光ファイバと、前記レーザ光を遮蔽するとともに前記コア部材の径と同じ径の貫通孔が設けられた単数または厚さの異なる少なくとも２枚の薄板状の遮蔽板と、レーザ出力値を測定可能な測定手段と、位置調整手段と、を備えている。
前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが位置調整手段に支持されており、前記遮蔽板と前記光ファイバとを入れ替え可能に構成されている。
そして、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によって、前記レーザ光源と、前記集光レンズと、前記光ファイバの入射面と、の位置決めが可能に構成されている。

また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりのレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置である。
請求項７に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置は、請求項６に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置であって、更に、波長の異なるそれぞれの所定波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、それぞれのレーザ光源から出射されるレーザ光の所定波長に対応させて、所定波長のレーザ光を反射するとともに当該所定波長でないレーザ光を透過するするそれぞれの選択反射手段と、を備えており、前記集光レンズの光軸と、それぞれの前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸とが重なるように、前記集光レンズと、当該集光レンズの光軸上にそれぞれの前記選択反射手段と、が配置されているとともに、それぞれの前記選択反射手段に対応する前記レーザ光源が配置されている。
そして、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが位置調整手段に支持されている代わりに、それぞれの前記レーザ光源が前記位置調整手段のそれぞれに支持されて、またはそれぞれの前記レーザ光源が前記位置調整手段のそれぞれに支持されているとともに前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが前記位置調整手段に支持されて、それぞれのレーザ光源から出射されたレーザ光のそれぞれの光軸の位置を調整可能に構成されており、それぞれのレーザ光源と、それぞれの選択反射手段と、前記集光レンズと、前記光ファイバの入射面と、の位置決めが可能に構成されている。

請求項１に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を用いれば、コア部材の径の貫通孔が形成された遮蔽板を用いてレーザ光の測定値が最大となる位置（レーザ光源、集光レンズ、遮蔽板の位置）を求め、遮蔽板と光ファイバとを入れ替える。
これにより、コア部材に入射されるレーザ光が最大となる位置に位置決めすることができるため、より確実にコア部材にレーザ光を入射することができる。

また、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によれば、より適切に、光ファイバの入射面におけるコア部材の端面の中心位置を、所望する焦点位置に位置決めすることができる。

また、請求項３に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によれば、遮蔽板を用いてレーザ光源と集光レンズと遮蔽板との位置決めを行う際の、遮蔽板の厚さを適切に選定することができる。

また、請求項４に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によれば、レーザ光源から出射されて集光レンズにて集光されたレーザ光において、コア部材に入射されずにクラッド層に入射されるレーザ光を、クラッド層の許容値以下にすることで、より信頼性を向上させることができる。

また、請求項５に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によれば、簡単な構成で、光ファイバに入射するレーザ光の出力を高めることができる。

また、請求項６に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置によれば、レーザ光源と集光レンズと光ファイバと、を適切に位置決めすることが可能であり、更に、光ファイバのコア部材に、より確実にレーザ光を入射できる、レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置を実現することができる。

また、請求項７に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置によれば、簡単な構成で、光ファイバに入射するレーザ光の出力を高めることができる、レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置を実現することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置１（以下、光軸調整装置１と記載する）の一実施の形態における概略外観図の例を示している。図１においてＸ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は集光レンズ２０の光軸方向を示しており、Ｙ軸方向は上向きの鉛直方向を示している。

●［光軸調整装置１の構成（図１）］
図１に示すように、光軸調整装置１は、所定波長のレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源１０と、レーザ光を透過させて集光する集光レンズ２０と、レーザ出力値を測定可能な測定手段４０と遮蔽板３０とを備えた測定ユニットＪ１と、支持部材６０にて支持された光ファイバ５０（ソケット５１にて支持部材６０に固定されている）を備えた光ファイバユニットＪ２と、にて構成されている。
また、図１に示す例では、レーザ光源１０は、６軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向へのスライド移動と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの旋回移動）に位置を調整可能な調整装置ＳＴ１（位置調整手段に相当）に取り付けられており、集光レンズ２０は調整装置ＳＴ２（位置調整手段に相当）に取り付けられている。
なお、レーザ光源１０の光軸と集光レンズ２０の光軸とを一直線上に配置し、更に集光レンズ２０の焦点位置（集光レンズ２０によって集光したレーザ光Ｌ２の径が光ファイバ５０のコア部材５０Ａの径Ｒ１（図２（Ｃ）参照）よりも小さくなる位置（焦点位置の近傍））に測定ユニットＪ１の貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐ（図２（Ａ）参照）を配置し、レーザ光源１０と集光レンズ２０と測定ユニットＪ１との相対的な位置が調整可能であればよい（図１参照）。

なお、光軸調整装置１を用いてレーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０（光ファイバユニットＪ２に取り付けられた光ファイバ５０）の光軸を調整するには、まず、レーザ光源１０と集光レンズ２０と測定ユニットＪ１とを用いて光軸の調整を行い、調整が完了した後、貫通孔Ｈ１の位置に光ファイバ５０のコア部材５０Ａの端面の中心が位置するように、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とを入れ替えることで、レーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０との光軸調整が完了する。

●［測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２の構成（図２）］
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２の構成について説明する。
図２（Ａ）に示すように、測定ユニットＪ１は、所定厚さｔ１の板状の遮蔽板３０と、入射されたレーザ出力値を測定可能な測定手段４０とを備えている。なお、所定厚さｔ１の選定方法については後述する。
遮蔽板３０は、レーザ光を遮蔽するアルミ材等の材質で形成された薄板形状を有しており、遮蔽板３０には、光ファイバ５０のコア部材５０Ａの径Ｒ１と同じ径Ｒ１を有する貫通孔Ｈ１が設けられている。
そして、貫通孔Ｈ１を通過してきたレーザ光のレーザ出力値を測定可能となるように測定手段４０が設けられている。

また、図２（Ｂ）に示すように、光ファイバユニットＪ２は、支持部材６０と、先端部にソケット５１を有する光ファイバ５０とを備えている。
支持部材６０は、例えば板状形状を有しており、支持部材６０には、コア部材の径Ｒ１よりも大きな径である径Ｒ２を有する貫通孔Ｈ２が設けられている。また、支持部材６０における光ファイバ５０を取り付ける側の貫通孔Ｈ２の周囲には、ソケット５１を嵌合可能な嵌合部６１が設けられている。この嵌合部６１の外周面にはネジ溝が設けられており、ソケット５１の内周面に設けられたネジ溝と嵌合可能となるように構成されている。

なお、本実施の形態にて説明する光ファイバ５０は、図２（Ｃ）のＡ−Ａ断面図の例に示すように、入射された光（この場合、レーザ光）を伝播する所定の屈折率を有する径Ｒ１（例えば１．２［ｍｍ］程度）のコア部材５０Ａと、コア部材５０Ａの屈折率よりも小さな屈折率を有するとともにコア部材５０Ａの外周部に層状に形成された外径Ｒ３のクラッド層５０Ｂと、クラッド層５０Ｂを保護するためにクラッド層の周囲を覆う被覆部材５０Ｃとを有しているが、被覆部材５０Ｃは省略してもよい。
また、光ファイバ５０の先端部にはソケット５１が設けられており、ソケット５１の先端位置とコア部材５０Ａの先端部である端面の位置が一致するように構成されている。またソケット５１の内部にはクラッド層５０Ｂの代わりに、クラッド層よりも耐熱特性等が優れたサファイア層５１Ｂが形成されている。また、コア部材５０Ａの屈折率を空気の屈折率よりも大きく設定しているので、サファイア層５１Ｂより先のコア部材５０Ａはサファイア層５１Ｂにもクラッド層５０Ｂにも覆われていないが、入射された光を内部に閉じ込めて伝播することができる。

●［光軸調整方法の手順］
以上に説明したレーザ光源１０、集光レンズ２０、測定ユニットＪ１、光ファイバユニットＪ２を用いた、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を、以下に説明する。
最初のステップでは、図１に示すように、光ファイバユニットＪ２を用いずに、レーザ光源１０と集光レンズ２０と測定ユニットＪ１とを用いて、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１が集光レンズ２０にて集光されて遮蔽板３０の貫通孔Ｈ１（図２（Ａ）参照）を通って測定手段４０に到達するように、レーザ光源１０と集光レンズ２０と遮蔽板３０と測定手段４０とを配置する。
そして集光レンズ２０の焦点位置に貫通孔Ｈ１（図２（Ａ）参照）が位置するように遮蔽板３０を配置する。なお、本実施の形態では、遮蔽板３０と測定手段４０とは測定ユニットＪ１にて構成されている。
なお、集光レンズ２０にて集光したレーザ光の径が、光ファイバ５０のコア部材５０Ａの径Ｒ１（図２（Ｃ）参照）よりも小さくなる位置（焦点位置の近傍）に、貫通孔Ｈ１が位置するように配置してもよい。
しかし、集光レンズ２０にて集光されたレーザ光Ｌ２が貫通孔Ｈ１を通るように遮蔽板３０を配置する際、集光レンズ２０の側の遮蔽板３０の表面上における貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐ（図２（Ａ）参照）と、集光レンズ２０の焦点位置とを一致させることが、より好ましい。

次のステップでは、測定手段４０にて測定したレーザ出力値が最大となるように、レーザ光源１０と集光レンズ２０と遮蔽板３０との相対的な位置を調整する。これにより、レーザ光源１０から出射されたレーザ光の光軸と、集光レンズ２０の光軸とが一致するように調整され、集光レンズ２０にて集光したレーザ光の径が貫通孔Ｈ１の径（すなわち、コア部材の径）よりも小さくなる位置に遮蔽板３０の位置が調整される（貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐと集光レンズ２０の焦点位置とが一致するように調整することが、より好ましい）。
なお、図１の例では、レーザ光源１０の位置を調整装置ＳＴ１にて調整可能であり、集光レンズ２０の位置を調整装置ＳＴ２にて調整可能である。
そして次のステップでは、測定手段４０にて測定したレーザ出力値が最大となった位置にて、レーザ光源１０の位置と集光レンズ２０の位置とを固定する。更に、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とを入れ替える。
この場合、入れ替える前の測定ユニットＪ１における遮蔽板３０の表面上における貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐの位置と、入れ替えた後の光ファイバユニットＪ２におけるコア部材５０Ａの端面の中心位置Ｐ２の位置とが同じとなるように、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とが構成されている。
以上のステップにより、レーザ光源１０、集光レンズ２０、光ファイバ５０の位置決めを行う。

図１の例に示す光軸調整装置１では、レーザ光源１０を調整装置ＳＴ１に取り付け、集光レンズ２０を調整装置ＳＴ２に取り付けて、レーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０（測定ユニットＪ１）との相対的な位置を調整可能な構成を示している。レーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０（測定ユニットＪ１）との３つがそれぞれ独立して位置を調整可能である場合は、少なくとも２つの位置を調整可能に構成する。
なお、以下に説明する図５（Ａ）〜（Ｃ）の例に示す構成とすれば、レーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０（測定ユニットＪ１）との少なくとも１つを調整可能に構成すればよい。
図５（Ａ）の例に示すように、統合ユニットＵ１にて集光レンズ２０と測定ユニットＪ１との位置決めが完了している状態（この場合、スペーサ６０Ａと支持部材６０との厚さは同じであり、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とは入れ替え可能に構成されている）では、レーザ光源１０のみを調整装置に取り付けて調整すればよい。
同様に、図５（Ｂ）の例に示すように、統合ユニットＵ２にてレーザ光源１０と集光レンズ２０との位置決めが完了している状態（この場合、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とは入れ替え可能に構成されている）では、測定ユニットＪ１のみを調整装置に取り付けて調整すればよい。
また同様に、図５（Ｃ）の例に示すように、統合ユニットＵ３にてレーザ光源１０と測定ユニットＪ１との位置決めが完了している状態（この場合、スペーサ６０Ａと支持部材６０との厚さは同じであり、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とは入れ替え可能に構成されている）では、集光レンズ２０のみを調整装置に取り付けて調整すればよい。

●［遮蔽板３０の最適な板厚の選定方法（図３）］
次に、図３を用いて遮蔽板３０の最適な板厚の選定方法について説明する。
図３（Ａ）は、集光レンズ２０にて集光されたレーザ光が、貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐに焦点を結んだ後、広がり角θ１で広がる様子を示している。ここで、遮蔽板３０の板厚ｔ１が厚いと、中心位置Ｐから先のレーザ光（図３（Ａ）の例では、中心位置Ｐの右側のレーザ光）の一部が貫通孔Ｈ１の内壁に当たって当該内壁に吸収され、貫通孔Ｈ１から出射されるレーザ光は、貫通孔Ｈ１に吸収される分、減衰しており、広がり角もθ１より小さいθ２となる。この状態で図１に示すように配置してレーザ出力値を測定手段４０にて測定した場合、広がり角θ１と遮蔽板３０の板厚に応じて遮蔽板３０に吸収されてしまうレーザ光が変化し、比較的大きな測定誤差が発生する。
この測定誤差を回避するには、板厚ｔ１がゼロに近い非常に薄い板厚（板厚０．１ｍｍ程度）の遮蔽板３０を用いればよい。しかし、非常に薄い板厚では強度が不足して変形し易いので、貫通孔Ｈ１の位置の誤差が発生し易い点と、仮にレーザ光が遮蔽板３０に当たった場合、レーザ光が当たった位置の遮蔽板３０が短時間で焼損してしまう可能性がある点で、板厚ｔ１を必要以上に薄くするべきではなく、適切な厚さの板厚ｔ１を選定する必要があり、以下にその選定方法を説明する。

集光レンズ２０を透過させて屈折させたレーザ光の広がり角θ１に応じた、異なる厚さの複数の遮蔽板３０を用意し、遮蔽板３０を入れ替え可能となるように測定ユニットＪ１が構成されている。
次に、例として板厚がｔ１、ｔ２、ｔ３の異なる３枚の遮蔽板３０を用いて適切な板厚を選定する方法について説明する。
最初のステップでは、１枚目（板厚ｔ１）の遮蔽板３０を用い、レーザ光源１０から出射されたレーザ光が集光レンズ２０にて集光されて遮蔽板３０の貫通孔Ｈ１を通って測定手段４０に到達するように、レーザ光源１０と集光レンズ２０と遮蔽板３０と測定手段４０とを配置する。更に、集光レンズ２０の側の遮蔽板３０の表面上における貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐ（図２（Ａ）参照）と、集光レンズ２０の焦点位置とを一致させる。
次のステップでは、測定手段４０にて測定したレーザ出力値が最大となるように、レーザ光源１０または集光レンズ２０または遮蔽板３０の少なくとも１つの位置を調整して（統合ユニットＵ１〜Ｕ３のいずれかを使用した場合）、１枚目（板厚ｔ１）の遮蔽板３０に対して最大となるレーザ出力値（Ｗ（ｔ１））を求める。

次のステップでは、１枚目（板厚ｔ１）の遮蔽板３０と、２枚目（板厚ｔ２）の遮蔽板３０とを入れ替え、レーザ出力値（Ｗ（ｔ２））を求める。更に、２枚目（板厚ｔ２）の遮蔽板３０と、３枚目（板厚ｔ３）の遮蔽板３０とを入れ替え、レーザ出力値（Ｗ（ｔ３））を求める。以下同様に、全ての遮蔽板に対するレーザ出力値を求める。なお測定ユニットＪ１は、遮蔽板３０を入れ替えた際に、貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐは同じ位置となるように、遮蔽板３０を入れ替え可能に構成されている。
次のステップでは、それぞれの厚さの遮蔽板３０に対するレーザ出力値に基づいて、板厚がゼロの場合のレーザ出力値（コア径レーザ出力値に相当）を推定する。本実施の形態では、図３（Ｂ）に示すように、横軸を板厚［ｍｍ］、縦軸をレーザ出力値［Ｗ］としたグラフ上に、上記のＷ（ｔ１）、Ｗ（ｔ２）、Ｗ（ｔ３）の各点をプロットし、最小二乗法等を用いてプロットした点を通るグラフを作成し、板厚がゼロとなる位置のレーザ出力値（Ｗ（０）、コア径レーザ出力値に相当）を推定した。
例えば、このＷ（０）から許容できる誤差Ｅの範囲（Ｗ（０）±Ｅ）を満足する板厚の中から最も厚い板厚を選定する。

例えば、発明者は、板厚ｔ１＝０．３［ｍｍ］、板厚ｔ２＝１．５［ｍｍ］、板厚ｔ３＝３．０[ｍｍ]の３枚の遮蔽板３０を用いて、上記に説明した方法にて、各遮蔽板３０に対するレーザ出力値を求め、板厚１．５［ｍｍ］の遮蔽板３０を選定した。
そして、当該板厚の遮蔽板３０を備えた測定ユニットＪ１を用いて、上記に説明した方法にて、レーザ光源１０と集光レンズ２０と光ファイバ５０（光ファイバユニットＪ２）の位置決めを行った。
これにより、測定ユニットＪ１にて測定したレーザ出力値と、測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２とを入れ替えた後に光ファイバ５０に入力されるレーザ出力値との誤差をより小さくすることができる。例えば、より正確なレーザ出力値を所望する場合等で便利である。
上記の説明では、異なる厚さの３枚の遮蔽板を用いた例を説明したが、異なる厚さの少なくとも２枚の遮蔽板を用いればよい。

また、各板厚の遮蔽板３０と入れ替えてレーザ出力値（Ｗ（ｔ１）、Ｗ（ｔ２）、Ｗ（ｔ３））を求めた後（この時点でレーザ光源１０と集光レンズ２０との位置決めは完了しており固定可能である）、光ファイバ５０（光ファイバユニットＪ２）の位置を固定する前に、遮蔽板３０を取り外し、集光レンズ２０の焦点位置に測定手段４０を配置して、遮蔽板３０が無い場合のレーザ出力値（基準レーザ出力値に相当）を求め、遮蔽板３０を取り外す前における貫通孔Ｈ１の中心位置Ｐにコア部材５０Ａの端面の中心が位置するように光ファイバ５０の入射面の位置を固定する。
そして、基準レーザ出力値と上記のコア径レーザ出力値との差分に基づいて、コア部材５０Ａに入射されずにクラッド層５０Ｂに入射されるレーザ光の吸収光量を推定する。
そして、推定した吸収光量がクラッド層５０Ｂの吸収量の許容値よりも小さくなるように、レーザ光源１０の出力を調整する。
これにより、耐久性、及び信頼性をより向上させた、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法、及び光軸調整装置を実現することができる。

●［レーザ光を高出力化する方法（図４）］
以上の説明では、１個のレーザ光源１０を用いた例（図４（Ａ）参照）を説明したが、光ファイバ５０に、より高出力なレーザ光を入射するために、複数のレーザ光源を用いることも可能である（図４（Ｂ）参照）。
図４（Ａ）はレーザ光源１０が１個の場合の、レーザ光源１０と、集光レンズ２０と、遮蔽板３０と、測定手段４０と、の配置状態の模式図であり、すでに説明した配置であるので説明を省略する。
図４（Ｂ）はレーザ光源が複数の場合の、複数のレーザ光源（この場合１０、１０Ａ、１０Ｂ）と、複数の選択反射手段（この場合、１１Ａ、１１Ｂ）と、集光レンズ２０と、遮蔽板３０と、測定手段４０と、の配置状態の模式図である。以下、図４（Ｂ）に示す複数のレーザ光源を用いる場合の光軸調整方法について説明する。

複数のレーザ光源（１０、１０Ａ、１０Ｂ）は、それぞれ波長が異なるレーザ光を出射する。そして、レーザ光源１０Ａから出射される波長のレーザ光を反射するとともに、当該波長でない波長のレーザ光を透過する選択反射手段１１Ａ（例えばダイクロイックミラー）と、レーザ光源１０Ｂから出射される波長のレーザ光を反射するとともに、当該波長でない波長のレーザ光を透過する選択反射手段１１Ｂを用意する。
そして図４（Ｂ）に示すように、集光レンズ２０の光軸と、それぞれのレーザ光源から出射されたレーザ光の光軸とが重なるように、集光レンズ２０と、当該集光レンズ２０の光軸上にそれぞれの選択反射手段と、を配置するとともに、それぞれの選択反射手段に対応するレーザ光源を配置する。
なお、図４（Ｂ）の例では、レーザ光源１０の光軸と集光レンズ２０の光軸とを直線上に配置し、当該光軸上に選択反射手段１１Ａ、１１Ｂを配置している。また、選択反射手段１１Ａは、レーザ光源１０Ａからのレーザ光を反射させて、反射後のレーザ光の光軸と集光レンズ２０の光軸とが重なるように適切な角度に設定されている。同様に、選択反射手段１１Ｂは、レーザ光源１０Ｂからのレーザ光を反射させて、反射後のレーザ光の光軸と集光レンズ２０の光軸とが重なるように適切な角度に設定されている。
この場合、それぞれのレーザ光源（１０、１０Ａ、１０Ｂ）を調整装置に取り付けてそれぞれ位置の調整を可能とし、集光レンズ２０または遮蔽板３０（測定ユニットＪ１）の少なくとも１つを調整装置に取り付けて位置の調整を可能とすることが好ましい。
なお、図５（Ａ）に示すように集光レンズ２０と遮蔽板３０（測定ユニットＪ１）とを統合ユニットＵ１にて位置決めしている場合は、それぞれのレーザ光源（１０、１０Ａ、１０Ｂ）を調整装置に取り付けてそれぞれ位置の調整を可能とすればよい。

以上、本実施の形態にて説明したレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法、及び光軸調整装置では、光ファイバ５０にて伝播されたレーザ光の出力を測定するのでなく、光ファイバ５０に入射されるレーザ光の出力を測定し、測定の際は、光ファイバ５０のコア部材５０Ａの径と同じサイズの貫通孔Ｈ１を形成した遮蔽板３０を用いることで、より確実にコア部材５０Ａにレーザ光を入射できる位置を位置決めすることができる。
また、クラッド層５０Ｂに入射されてしまうレーザ光による吸収光量を、より適切に推定することが可能であり、光ファイバ５０の焼損を回避し、長時間の連続運転を行った場合であっても、信頼性をより向上させることができる。
また、レーザ光が確実にコア部材５０Ａに入射されるように高精度に位置決めすることができるので、レーザ光の伝送効率をより向上させることができる。

本発明のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法、及びレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、方法等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明では、測定ユニットＪ１、及び光ファイバユニットＪ２には位置を調整する調整手段を用いなかったが、測定ユニットＪ１、及び光ファイバユニットＪ２に位置を調整可能な調整手段を設けてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、本実施の形態にて説明した光軸調整方法及び光軸調整装置は、高出力レーザ光に限らず、低出力レーザ光にも適用することができる。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

光軸調整装置１の一実施の形態を説明する図である。 測定ユニットＪ１と光ファイバユニットＪ２の構成の例を説明する図である。 遮蔽板３０の最適な板厚の選定方法の例を説明する図である。 レーザ光を高出力化する方法の例を説明する図である。 レーザ光源１０と集光レンズ２０と遮蔽板３０（測定ユニットＪ１）との３つの中から２つを位置決めする統合ユニットＵ１〜Ｕ３の例を説明する図である。

符号の説明

１ 光軸調整装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ レーザ光源
１１Ａ、１１Ｂ 選択反射手段
２０ 集光レンズ
３０ 遮蔽板
４０ 測定手段
５０ 光ファイバ
５０Ａ コア部材
５０Ｂ クラッド層
５１ ソケット
Ｊ１ 測定ユニット
Ｊ２ 光ファイバユニット
Ｈ１、Ｈ２ 貫通孔
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
ＳＴ１、ＳＴ２ 調整装置
ｔ１、ｔ２、ｔ３ 板厚
Ｕ１〜Ｕ３ 統合ユニット

Claims (7)

1. レーザ光源と、集光レンズと、光ファイバと、レーザ出力値を測定可能な測定手段と、を用いて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を、前記集光レンズを透過させて集光し、集光したレーザ光が前記光ファイバの端面に入射されるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記光ファイバの、それぞれの位置を調整する、レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法において、
   前記光ファイバは、入射された光を伝播する所定の径のコア部材の外周部に、前記コア部材の屈折率よりも小さな屈折率のクラッド層が形成されており、
   更に、レーザ光を遮蔽するとともに、前記コア部材の径と同じ径の貫通孔が設けられた薄板状の遮蔽板を用い、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光が、前記集光レンズにて集光されて前記遮蔽板の前記貫通孔を通って前記測定手段に到達するように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板と前記測定手段とを配置するステップと、
   前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整するステップと、
   前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となった位置にて、前記レーザ光源の位置と前記集光レンズの位置とを固定するとともに、前記貫通孔の位置に前記光ファイバのコア部材の端面の中心が位置するように前記遮蔽板と前記光ファイバとを入れ替えて当該光ファイバの入射面の位置を固定するステップと、を有する、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法。
2. 請求項１に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、
   前記集光レンズにて集光されたレーザ光が前記貫通孔を通るように前記遮蔽板を配置する際、前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置と、前記集光レンズの焦点位置と、を一致させる、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法。
3. 請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行う前に、
   異なる厚さの少なくとも２枚の遮蔽板を用意し、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光が、前記集光レンズにて集光されて前記貫通孔を通って前記測定手段に到達するように、前記レーザ光源と前記集光レンズと１枚目の遮蔽板と前記測定手段とを配置するとともに、前記集光レンズの焦点位置と、前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置と、が一致するように１枚目の遮蔽板を配置するステップと、
   前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整し、１枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップと、
   前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置が一致するように、１枚目の遮蔽板を２枚目の遮蔽板と入れ替えて２枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求め、以降、用意した遮蔽板と入れ替えて入れ替えた遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップと、
   前記遮蔽板のそれぞれの厚さに対するレーザ出力値に基づいて、前記遮蔽板の厚さがゼロの場合のレーザ出力値であるコア径レーザ出力値を推定するステップと、
   推定した前記コア径レーザ出力値から誤差許容値以内のレーザ出力値となる遮蔽板の厚さを選定するステップと、を終わらせた後、
   選定した厚さの遮蔽板を用いて、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行うステップと、を有する、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法。
4. 請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、
   異なる厚さの少なくとも２枚の遮蔽板を用意し、
   １枚目の遮蔽板を用いて、請求項２に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法を行って、前記光ファイバの入射面の位置を固定する前に、
   １枚目の遮蔽板にて最大となるレーザ出力値を求めるステップと、
   前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置が一致するように、１枚目の遮蔽板を２枚目の遮蔽板と入れ替えて２枚目の遮蔽板によるレーザ出力値を求め、以降、用意した遮蔽板と入れ替えて入れ替えた遮蔽板によるレーザ出力値を求めるステップと、
   前記遮蔽板のそれぞれの厚さに対するレーザ出力値に基づいて、前記遮蔽板の厚さがゼロの場合のレーザ出力値であるコア径レーザ出力値を推定するステップと、
   前記遮蔽板を取り除いて前記集光レンズの焦点位置に前記測定手段を配置して前記遮蔽板が無い場合のレーザ出力値である基準レーザ出力値を求めるステップと、を有し、
   更に、
   前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となった位置にて、前記レーザ光源の位置と前記集光レンズの位置とを固定するステップと、
   前記遮蔽板を取り除く前における前記集光レンズの側の前記遮蔽板の表面上における前記貫通孔の中心位置に前記光ファイバのコア部材の端面の中心が位置するように前記光ファイバの入射面の位置を固定するステップと、
   前記基準レーザ出力値と前記コア径レーザ出力値との差分に基づいて、前記光ファイバの前記コア部材に入射されずに前記クラッド層に入射されるレーザ出力値に対応する吸収光量を推定するステップと、
   推定した吸収光量が、前記クラッド層に対応する吸収許容値よりも小さくなるように前記レーザ光源の出力を調整するステップと、を有する、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法であって、
   波長の異なるそれぞれの所定波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、それぞれの前記レーザ光源から出射されるレーザ光の所定波長に対応させて、所定波長のレーザ光を反射するとともに当該所定波長でないレーザ光を透過するそれぞれの選択反射手段を用い、
   前記集光レンズの光軸と、それぞれの前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸とが重なるように、前記集光レンズと、当該集光レンズの光軸上にそれぞれの前記選択反射手段と、を配置するとともに、それぞれの前記選択反射手段に対応する前記レーザ光源を配置するステップと、
   前記測定手段にて測定したレーザ出力値が最大となるように、前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整する代わりに、
   それぞれの前記レーザ光源の位置を調整する、
   またはそれぞれの前記レーザ光源の位置を調整するとともに前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つの位置を調整する、ステップと、を有する、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整方法。
6. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光を透過させて集光する集光レンズと、
   集光された前記レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を伝播する所定の径のコア部材と、当該コア部材の外周部に前記コア部材の屈折率よりも小さな屈折率のクラッド層が形成されている光ファイバと、
   前記レーザ光を遮蔽するとともに前記コア部材の径と同じ径の貫通孔が設けられた単数または厚さの異なる少なくとも２枚の薄板状の遮蔽板と、
   レーザ出力値を測定可能な測定手段と、
   位置調整手段と、を備え、
   前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが位置調整手段に支持されており、
   前記遮蔽板と前記光ファイバとを入れ替え可能に構成されており、
   請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整方法によって、前記レーザ光源と、前記集光レンズと、前記光ファイバの入射面と、の位置決めが可能に構成されている、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置。
7. 請求項６に記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置であって、
   更に、波長の異なるそれぞれの所定波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、それぞれのレーザ光源から出射されるレーザ光の所定波長に対応させて、所定波長のレーザ光を反射するとともに当該所定波長でないレーザ光を透過するするそれぞれの選択反射手段と、を備え、
   前記集光レンズの光軸と、それぞれの前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸とが重なるように、前記集光レンズと、当該集光レンズの光軸上にそれぞれの前記選択反射手段と、が配置されているとともに、それぞれの前記選択反射手段に対応する前記レーザ光源が配置されており、
   前記レーザ光源と前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが位置調整手段に支持されている代わりに、
   それぞれの前記レーザ光源が前記位置調整手段のそれぞれに支持されて、
   またはそれぞれの前記レーザ光源が前記位置調整手段のそれぞれに支持されているとともに前記集光レンズと前記遮蔽板との少なくとも１つが前記位置調整手段に支持されて、
   それぞれのレーザ光源から出射されたレーザ光のそれぞれの光軸の位置を調整可能に構成されており、
   それぞれのレーザ光源と、それぞれの選択反射手段と、前記集光レンズと、前記光ファイバの入射面と、の位置決めが可能に構成されている、
   レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置。
   
   

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