JP6134184B2 - ガイド光形成装置及びレーザー光出射装置 - Google Patents

Description

本発明は、可視光をガイド光として用いるガイド光形成装置及びレーザー光出射装置に関する。

従来、可視光により照射位置を視認可能にするガイド光形成装置として、種々の構成が提案及び開示されている。例えば特許文献１においては、色相の異なる複数のランプ光源に光ファイバをそれぞれ接続し、これらの光ファイバを出射部において結束することによって、出射光そのものを合成色光とする構成が開示されている。また、特許文献２においては、可視光を透過する管状の導光路内に、非可視光を透過する導光路を挿通し、管状の導光路から出射した可視光の輪の中に非可視光を存在させる構成が開示されている。

特開平４−３３２０４号公報 特開昭６０―７０４１３号公報

以上のように、従来から種々の方式により可視光をガイド光として用いる構成が提案及び開示されているように、可視光をガイド光として用いることが可能な方式や構成が強く要望されている。

本発明は、上記の問題を鑑みてされたものであり、従来とは異なる方式により可視光をガイド光として用いるガイド光形成装置及びレーザー光出射装置を提供することを目的とする。

本発明は、ガイド光形成装置であって、作業用レーザー光を伝搬させて出射口から出射する第１マルチモード光ファイバと、可視光波長のガイド用レーザー光を伝搬させる第２マルチモード光ファイバと、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとの一部同士を溶融一体化した一体化部とを有し、前記一体化部は、前記第２マルチモード光ファイバを伝搬する前記ガイド用レーザー光を前記第１マルチモード光ファイバの高次モードに結合させるように形成されている。

上記の構成によれば、第２マルチモード光ファイバを伝搬するガイド用レーザー光が一体化部において第１マルチモード光ファイバの高次モードに結合されることによって、第１マルチモード光ファイバにおいては、作業用レーザー光と高次モードのガイド用レーザー光とが混在することになる。そして、ガイド用レーザー光が第２マルチモード光ファイバのコアの外側領域（高次モード）を伝搬するため、ガイド用レーザー光及び作業用レーザー光が出射口から出射されるときには、作業用レーザー光の周囲にガイド用レーザー光が位置した状態となる。この結果、レーザー光出射装置は、可視光波長のガイド用レーザー光により作業用レーザー光の外縁を視認することが可能になる。

本発明における前記作業用レーザー光は、非可視光波長であってもよい。

上記の構成によれば、作業用レーザー光が非可視光波長であることにより目視することができなくても、ガイド用レーザー光を目視することによって、間接的に作業用レーザー光の外縁を目視することができる。

本発明における前記第２マルチモード光ファイバは、ステップインデックス型マルチモード光ファイバであってもよい。

上記の構成によれば、高次モードのガイド用レーザー光を明確に分離し、第１マルチモード光ファイバに結合することができるため、作業用レーザー光の外縁に位置したガイド用レーザー光を明瞭に目視することができる。

本発明における前記一体化部は、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを９０％以上の結合比で溶融一体化していてもよい。

上記の構成によれば、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとが一体化部において９０％以上の結合比で溶融一体しているため、作業用レーザー光の減少を最小限に抑制しながら外縁をガイド用レーザー光により明瞭に目視することができる。

本発明は、レーザー光出射装置であって、上記のように構成されたガイド光形成装置と、前記作業用レーザー光を出射する作業用レーザー光源と、前記ガイド用レーザー光を出射するガイド用レーザー光源とを備えている。

上記の構成によれば、ガイド用レーザー光で外縁を目視可能な作業用レーザー光を出射するレーザー光出射装置を得ることができる。

本発明によると、従来とは異なる方式により可視光をガイド光として用いることができる。

ガイド光形成装置の説明図である。 レーザー光出射装置のブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
（ガイド光形成装置１）
図１に示すように、本実施形態に係るガイド光形成装置１は、第２マルチモード光ファイバ２２を伝搬する高次モードの可視光であるガイド用レーザー光だけを第１マルチモード光ファイバ２１に結合させることによって、第１マルチモード光ファイバを伝搬する作業用レーザー光の周囲に高次モードのガイド用レーザー光を位置させる構成にされている。

具体的に説明すると、ガイド光形成装置１は、作業用レーザー光を伝搬させて出射口２１ａから出射する第１マルチモード光ファイバ２１と、可視光波長のガイド用レーザー光を伝搬させる第２マルチモード光ファイバ２２と、第１マルチモード光ファイバ２１と第２マルチモード光ファイバ２２との一部同士を溶融一体化した一体化部２４とを有している。そして、一体化部２４は、第２マルチモード光ファイバ２２を伝搬するガイド用レーザー光を第１マルチモード光ファイバ２１の高次モードに結合させるように形成されている。

ここで、『作業用レーザー光』は、紫外線や赤外線等の非可視光であってもよいし、赤色や緑色、青色等の可視光であってもよい。作業用レーザー光が非可視光である場合は、作業用レーザー光を目視することができなくても、ガイド用レーザー光を目視することによって、間接的に作業用レーザー光の外縁を目視することができる。

『ガイド用レーザー光』は、人間が目視可能であれば、任意の色の可視光を用いることができる。但し、作業用レーザー光が可視光である場合は、作業用レーザー光とは異なる色のガイド用レーザー光であることが好ましい。

また、『第１マルチモード光ファイバ２１』及び『第２マルチモード光ファイバ２２』は、中心部に光の経路であるコアと、コアの周面を覆うクラッドとを有している。マルチモード光ファイバとしては、ステップインデックス（Ｓｔｅｐ Ｉｎｄｅｘ ： ＳＩ）型及びグレーデッドインデックス（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ ： ＧＩ）型が代表的である。ステップインデックス型光ファイバは、コアの屈折率が一定の光ファイバであり、レーザー光がコア内を多くの伝搬モードに分かれて伝搬する。一方、グレーデッドインデックス型光ファイバは、コアの屈折率を滑らかに分布させた光ファイバであり、コア内の屈折率を滑らかに変化させることにより、ステップインデックス型よりも伝搬モードの分散が低減されたものになっている。

本実施形態における第２マルチモード光ファイバ２２は、ステップインデックス型マルチモード光ファイバであることが好ましい。この場合には、高次モードのガイド用レーザー光を明確に分離しやすく、第１マルチモード光ファイバ２１に結合することができるため、作業用レーザー光の外縁に位置したガイド用レーザー光を明瞭に目視することが可能になる。

『一体化部２４』は、第１マルチモード光ファイバ２１と第２マルチモード光ファイバ２２との間でモード結合を起こす部分である。即ち、一体化部２４は、光カプラとしての機能を有している。一体化部２４は、第１マルチモード光ファイバ２１と第２マルチモード光ファイバ２２とを９０％以上の結合比となるように溶融一体化することにより形成されている。この理由は、９０％未満であると作業用レーザー光とガイド用レーザー光の輪郭が不明瞭になるからである。具体的には、一体化部２４は、第１マルチモード光ファイバ２１と第２マルチモード光ファイバ２２とを平行に整列させた後、マイクロバーナーやマイクロヒーター等の加熱装置で加熱した状態で融着延伸することにより形成されている。

また、一体化部２４は、コア間の距離とコア同士が近接している距離（結合長）との制御パラメータを用いて９０％以上の結合比となるように設定されている。これにより、第１マルチモード光ファイバ２１と第２マルチモード光ファイバ２２とが一体化部２４において９０％以上の結合比で溶融一体化しているため、作業用レーザー光の減少を最小限に抑制しながら外縁をガイド用レーザー光により明瞭に目視することが可能になっている。尚、一体化部２４における結合比は、９０％以上に限定されるものではなく、作業用レーザー光とガイド用レーザー光の輪郭を不明瞭にした方が好ましい用途の場合には、９０％未満の任意の結合比を用いることができる。即ち、一体化部２４における結合比は、作業用レーザー光の周囲をガイド用レーザー光で取り囲む形態、換言すれば、作業用レーザー光が内周側及びガイド用レーザー光が外周側に配置された形態にするように設定されていれば、任意の結合比を用いることができる。

以上のように構成されたガイド光形成装置１は、ガイド用レーザー光が第１マルチモード光ファイバ２１のコアの 外側領域（高次モード）を伝搬するため、ガイド用レーザー光及び作業用レーザー光が出射口２１ａから出射されるときには、作業用レーザー光の周囲にガイド用レーザー光が位置した状態となる。この結果、可視光波長のガイド用レーザー光により作業用レーザー光の外縁を視認することが可能になる。

（レーザー光出射装置６）
次に、ガイド光形成装置１を搭載したレーザー光出射装置６について詳細に説明する。

レーザー光出射装置６は、ユニット化されたガイド光形成装置１を備えている。ガイド光形成装置１は、支持台１４と、支持台１４の一端部に配置された第１及び第２入力端子１４ａ・１４ｂと、支持台１４の他端部に配置された出力端子１４ｃと、第１マルチモード光ファイバ２１と、第２マルチモード光ファイバ２２とを有している。第１及び第２入力端子１４ａ・１４ｂは、第１マルチモード光ファイバ２１及び第２マルチモード光ファイバ２２の入力端にそれぞれ接続されている。また、支持台１４の出力端子１４ｃは、第１マルチモード光ファイバ２１の出射口２１ａに接続されている。

また、レーザー光出射装置６は、ガイド光形成装置１にレーザー光を出力する光源部６１と、光源部６１等の作動を制御する制御部６３と、ガイド光形成装置１の各部に電力を供給するバッテリ等の電源部６２と、ガイド光形成装置１の照光動作の開始及び停止を切替え可能にする操作部６４と、これらの各部を固定する筐体６５とを有している。

光源部６１は、作業用レーザー光を出射する作業用レーザー光源６１１と、ガイド用レーザー光を出射するガイド用レーザー光源６１２とを備えている。ガイド用レーザー光源６１２は、赤色や青色等の一色だけのレーザー光を出力する構成にされていてもよいし、複数色を切り替え可能に出力する構成にされていてもよい。複数色を切り替え可能である場合は、照射対象や作業用レーザー光の色に応じて目視し易い色に切替えることができる。

また、レーザー光出射装置６は、レンズ機構６６をレーザー光の出射側に有している。レンズ機構６６は、出光部６６ａとレンズ６６ｂとを有している。出光部６６ａは、マルチモード光ファイバ６７を介してガイド光形成装置１の出力端子９４ｄに接続されている。レンズ６６ｂは、出光部６６ａからのレーザー光（合成光）を所定方向に出射するようになっている。

（動作）
上記のように構成されたレーザー光出射装置６及びガイド光形成装置１の動作を説明する。
先ず、筐体６５内や筐体６５外の所定位置に、ユニット化されたガイド光形成装置１や光源部６１、制御部６３、電源部６２、操作部６４、レンズ機構６６が配置及び固定される。この後、マルチモード光ファイバ６７や電気信号線の配線が行われることによって、レーザー光出射装置６が組み立てられる。このように、レーザー光出射装置６は、ユニット化されたガイド光形成装置１等の部品の取り付けと配線の作業だけで容易に組み立てることができる。

組み立てられたレーザー光出射装置６の操作部６４が操作されると、電源部６２から光源部６１に駆動電力が供給される。これにより、光源部６１は、各光源６１１・６１２から作業用レーザー光及びガイド用レーザー光をそれぞれ出力する。

各光源６１１・６１２から出力された作業用レーザー光及びガイド用レーザー光は、ガイド光形成装置１に入力される。ガイド光形成装置１における作業用レーザー光は、第１マルチモード光ファイバ２１を複数の伝搬モードで伝搬する。また、ガイド用レーザー光は、第２マルチモード光ファイバ２２を複数の伝搬モードで伝搬する。そして、作業用レーザー光及びガイド用レーザー光が一体化部２４に到達すると、一体化部２４において、第２マルチモード光ファイバ２２を伝搬するガイド用レーザー光が第１マルチモード光ファイバ２１の高次モードに結合される。

これにより、第１マルチモード光ファイバ２１においては、作業用レーザー光と高次モードのガイド用レーザー光とが混在することになる。そして、ガイド用レーザー光が第１マルチモード光ファイバ２１のコアの 外側領域（高次モード）を伝搬するため、ガイド用レーザー光及び作業用レーザー光が出射口２１ａから出射されるときには、作業用レーザー光の周囲にガイド用レーザー光が位置した状態となる。この結果、可視光波長のガイド用レーザー光により作業用レーザー光の外縁を視認することが可能になる。

以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態に限定されず、その他の実施形態にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。

１ ガイド光形成装置
２１ 第１マルチモード光ファイバ
２２ 第２マルチモード光ファイバ
２４ 一体化部
６ レーザー光出射装置
６１ 光源部
６１１ 作業用レーザー光源
６１２ ガイド用レーザー光源

Claims (5)

1. 作業用レーザー光を伝搬させて出射口から出射する第１マルチモード光ファイバと、
   可視光波長のガイド用レーザー光を伝搬させる第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとの一部同士を溶融一体化した一体化部とを有し、
   前記一体化部は、前記第２マルチモード光ファイバを伝搬する前記ガイド用レーザー光を前記第１マルチモード光ファイバの高次モードに結合させるように形成されていることを特徴とするガイド光形成装置。
2. 前記作業用レーザー光は、非可視光波長であることを特徴とする請求項１に記載のガイド光形成装置。
3. 前記第２マルチモード光ファイバは、ステップインデックス型マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガイド光形成装置。
4. 前記一体化部は、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを９０％以上の結合比で溶融一体化していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のガイド光形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のガイド光形成装置と、
   前記作業用レーザー光を出射する作業用レーザー光源と、
   前記ガイド用レーザー光を出射するガイド用レーザー光源と
   を備えたことを特徴とするレーザー光出射装置。

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