JP6187691B2 - ファイバカップリングモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザにより脱着可能な光ファイバコネクタを備えたファイバカップリングモジュールに関する。
従来より光ファイバコネクタへの光ファイバケーブルの未接続(例えば、接続不良)を監視する方法が知られている。例えば、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)等の光源を用いて、光ファイバコネクタの有無により光検出センサの出力が変化することを監視する(特許文献1)。
あるいは、光ファイバコネクタの後方にレーザ光吸収媒体を配置し、光ファイバコネクタが光ファイバケーブルに未接続時には、シャッター等と連動する光軸に配置されたレーザ光吸収媒体の温度が上昇することで、光ファイバケーブルの接続状態を監視する。
また、特許文献2には光ファイバ端面からの反射光を受光し、受光パワーに基づいて光ファイバの接続の有無を検知することが記載されている。
光ファイバケーブルが脱着可能な光ファイバコネクタを有し、加工用や医療用等で用いられている高出力レーザ光を光ファイバケーブルへ結合するファイバカップリングモジュールにおいては、光ファイバケーブルの接続状態の監視が安全上必要となる。
しかしながら、上述した従来技術では、ファイバカップリングモジュールの外部で光ファイバケーブルの接続状態を監視していた。このため、光ファイバコネクタ近傍にセンサ等が配置され、取り回し難さや装置形状の増加や複雑化、これらに伴うコストアップが発生していた。
また、高出力レーザ光の光軸上に監視システムの光学系を配置すると、レーザ光源と監視システムの光学系との双方が各々の波長、出力等の特性を考慮しなければならない。
本発明は、光ファイバケーブルが脱着可能な光ファイバコネクタを有し、モジュール内部で光ファイバケーブルの接続状態を監視できるファイバカップリングモジュールを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るファイバカップリングモジュールは、第1の波長帯の光に対する反射率を所定値未満に設定し前記第1の波長帯の光を除く第2の波長帯の光に対する反射率を所定値以上に設定する低反射膜を端面に施した光ファイバケーブルが脱着可能な光ファイバコネクタを有し、前記光ファイバコネクタを介して前記光ファイバケーブルに結合するファイバカップリングモジュールであって、前記第1の波長帯の光を前記光ファイバケーブルに出力する主光源と、前記第2の波長帯の光を前記光ファイバケーブルに出力する補助光源と、前記光ファイバケーブルの前記端面から反射されてくる前記第2の波長帯の光に基づき前記光ファイバケーブルの前記光ファイバコネクタへの接続状態を検出する検出部とを備える。
本発明によれば、光ファイバケーブルの端面に施された低反射膜を用い、補助光源からの第2の波長帯の光が低反射膜で反射されて、検出部により第2の波長帯の光に基づき光ファイバケーブルの光ファイバコネクタへの接続状態が検出される。従って、光ファイバコネクタを有するファイバカップリングモジュール内部で光ファイバケーブルの接続状態を監視することができる。
以下、本発明の実施形態に係るファイバカップリングモジュールが図面を参照しながら詳細に説明される。
(実施例1)
本発明の実施例1に係るファイバカップリングモジュールは、図1に示すように、レーザヘッド1を有している。このレーザヘッド1内には、半導体レーザ2、コリメートレンズ3、フォーカスレンズ4、光ファイバコネクタ5、補助光源7、コリメートレンズ8、フォーカスレンズ9、センサ10が設けられている。
本発明の実施例1に係るファイバカップリングモジュールは、図1に示すように、レーザヘッド1を有している。このレーザヘッド1内には、半導体レーザ2、コリメートレンズ3、フォーカスレンズ4、光ファイバコネクタ5、補助光源7、コリメートレンズ8、フォーカスレンズ9、センサ10が設けられている。
半導体レーザ2は、本発明の主光源に対応し、第1の波長帯のレーザ光を出力する。コリメートレンズ3は、半導体レーザ2からのレーザ光を平行光にする。フォーカスレンズ4は、コリメートレンズ3からの平行光を集光する。レーザヘッド1は、光ファイバコネクタ5を介して光ファイバケーブル6へ結合する。光ファイバケーブル6は、光ファイバコネクタ5により脱着可能である。
光ファイバケーブル6の光ファイバ端面には、半導体レーザ2の第1の波長帯の光に対する反射率を所定値未満(例えば0.2%)に設定し第1の波長帯の光を除く第2の波長帯の光に対する反射率を所定値以上(例えば90%)に設定する低反射膜(anti-reflection coat;ARコート)50が施されている。
図2は本発明の実施例1に係るファイバ端面に施された低反射膜50の波長に対する反射率特性を示す図である。図2に示すように、半導体レーザ2の第1の波長帯(波長λ0〜λ2の範囲)の光に対する反射率が例えば、0.2%に設定され、第1の波長帯の光を除く第2の波長帯の光に対する反射率が例えば90%に設定されている。
補助光源7は、第2の波長帯の光を光ファイバケーブル6に出力するもので、光ファイバケーブル6の接続状態を監視するために使用されたり、波長によってガイド光(エイミング光)として使用される。
コリメートレンズ8は、補助光源7からの第2の波長帯の光を平行光にする。フォーカスレンズ4は、コリメートレンズ8からの平行光を集光する。フォーカスレンズ4は、光ファイバケーブル6の光ファイバ端面に施された低反射膜50で反射された第2の波長帯の光を平行光にする。
フォーカスレンズ9は、フォーカスレンズ4からの平行光を集光してセンサ10に出力する。センサ10は、本発明の検出部に対応し、フォーカスレンズ9を介して光ファイバケーブル6の端面に施された低反射膜50で反射された第2の波長帯の光に基づき、光ファイバケーブル6の光ファイバコネクタ5への接続状態を検出する。
次にこのように構成された実施例1のファイバカップリングモジュールの動作を図1を参照しながら説明する。
ここでは、ファイバ端面に塗布された実際の反射防止膜50の波長に対する反射率特性は、図3に示すようになっている。半導体レーザ2の第1の波長帯、即ち、光ファイバケーブル6に結合する波長帯は、630nm〜1500nmである。光ファイバケーブル6の接続監視に使用される波長帯は、1500nm以上あるいは630nm以下である。
まず、光ファイバケーブル6が光ファイバコネクタ5に接続されている場合についての動作を説明する。
半導体レーザ2からの630nm〜1500nmの波長帯のレーザ光は、コリメートレンズ3を介してフォーカスレンズ4に出力される。フォーカスレンズ4は、コリメートレンズ3からの630nm〜1500nmの波長帯の平行光を集光して、光ファイバケーブル6の端面に出力する。すると、フォーカスレンズ4からの630nm〜1500nmの波長帯のレーザ光の殆どを光ファイバケーブル6に出力する。
一方、補助光源7からの1500nm以上あるいは630nm以下の光は、コリメートレンズ8を介してフォーカスレンズ4に出力される。フォーカスレンズ4は、コリメートレンズ8からの1500nm以上あるいは630nm以下の光を集光して、光ファイバケーブル6の端面に出力する。
すると、光ファイバケーブル6の端面に施された低反射膜50は、フォーカスレンズ4からの1500nm以上あるいは630nm以下の光の殆どを反射させてフォーカスレンズ4に導く。このため、フォーカスレンズ4からの1500nm以上あるいは630nm以下の光はコリメートレンズ9を介してセンサ10で検出される。
このため、センサ10の検出値により、光ファイバケーブル6が光ファイバコネクタ5に接続されていることを検出できる。
次に、光ファイバケーブル6が光ファイバコネクタ5に未接続であったり、接続が中途半端であったり、あるいはファイバ端面角度が正規の状態とは異なる場合には、センサ10に1500nm以上あるいは630nm以下の光が導光されない。このため、光ファイバケーブル6の未接続等のエラーが発生したことを判別することができる。
このように、レーザヘッド1内で光ファイバケーブル6の接続状態を監視できるため、ファイバカップリングモジュール外にセンサ等のシステムを構築する必要がなく、ユーザの取り扱い性が向上する。
また、ファイバ端面に低反射膜50を施し、低反射膜50により低反射率となる波長帯(第1の波長帯)よりも短波長側、長波長側は反射率が高くなるため、その領域の波長帯(第2の波長帯)の補助光源7を用いて、光ファイバケーブル6の接続状態を監視することができる。
また、補助光源7は、長波長側の光源を使用することで、光子エネルギーが低減するので、ファイバ端面での損傷等を抑制でき、信頼性の高いシステムを構築することができる。
さらに、補助光源7として、可視光光源を用いても良い。図4に示すように、レーザ光23をコア22とクラッド21とからなる光ファイバのコア22に伝送させる際に、可視光光源のビームの少なくとも一部を光ファイバケーブルの開口数(Numerical Aperture;NA)内に収まるように設定して、光ファイバケーブルの出射端に出力する。これにより、補助光源7を、光ファイバケーブル6の接続状態の監視に用いることができるとともに、レーザ加工のための位置決め用のレーザ光、即ち、ガイド光としても用いることができる。
なお、NA=sinθであり、例えば、0.1〜0.2である。θは、図4に示すように、光ファイバ端面においてコア22の中心軸と入射されるビームとのなす角度である。
このように実施例1のファイバカップリングモジュールによれば、光ファイバケーブル6の端面に施された低反射膜50を用い、補助光源7からの第2の波長帯の光が低反射膜50で反射されて、センサ10により第2の波長帯の光に基づき光ファイバケーブル6の光ファイバコネクタ5への接続状態が検出される。従って、光ファイバコネクタ5を有するファイバカップリングモジュール内部で光ファイバケーブル6の接続状態を監視することができる。
(実施例2)
主光源が高出力レーザ等でサイズが大きくなったり、複数の光源により構成されるレーザモジュールである場合には、補助光源7やセンサ10を図1に示すように配置することは困難である。
主光源が高出力レーザ等でサイズが大きくなったり、複数の光源により構成されるレーザモジュールである場合には、補助光源7やセンサ10を図1に示すように配置することは困難である。
そこで、図5に示す実施例2に係るファイバカップリングモジュールは、補助光源7及びセンサ10の各々を、主光源である半導体レーザ2から出力されるビームの光軸を除く位置に配置することにより上記問題を解決したものである。以下、その詳細について説明する。
実施例2では、半導体レーザ2に代えて、レーザモジュール11が用いられている。レーザモジュール11の光軸上には、コリメートレンズ3とフォーカスレンズ4とが配置される。レーザモジュール11は、レーザ光をコリメートレンズ3を介してフォーカスレンズ4に出力する。
図5に示す補助光源7とコリメートレンズ8は、図1に示す補助光源7とコリメートレンズ8に対して略90°反時計方向に回転させた位置に配置されている。コリメートレンズ8とフォーカスレンズ4との間には補助光源7の光軸に対して略45度傾斜させたダイクロイックミラー12aが配置されている。
図5に示すセンサ10とフォーカスレンズ9は、図1に示すセンサ10とフォーカスレンズ9に対して略90°時計方向に回転させた位置に配置されている。フォーカスレンズ9とフォーカスレンズ4との間にはセンサ10の軸に対して略45度傾斜させたダイクロイックミラー12bが配置されている。
このように構成された実施例2のファイバカップリングモジュールによれば、ダイクロイックミラー12a,12bにより補助光源7のビームを折り返すことで、レーザモジュール11の光軸上に補助光源7、センサ10を配置しないように構成したので、レーザモジュール11の光軸とは独立しつつスペースを確保し、出力ビームと監視システムとの双方が独立したシステムとすることができる。
本発明は、レーザ加工、レーザ治療、レーザ計測を行うレーザ装置に適用可能である。
Claims (5)
- 第1の波長帯の光に対する反射率を所定値未満に設定し前記第1の波長帯の光を除く第2の波長帯の光に対する反射率を所定値以上に設定する低反射膜を端面に施した光ファイバケーブルが脱着可能な光ファイバコネクタを有し、前記光ファイバコネクタを介して前記光ファイバケーブルに結合するファイバカップリングモジュールであって、
前記第1の波長帯の光を前記光ファイバケーブルに出力する主光源と、
前記第2の波長帯の光を前記光ファイバケーブルに出力する補助光源と、
前記光ファイバケーブルの前記端面から反射されてくる前記第2の波長帯の光に基づき前記光ファイバケーブルの前記光ファイバコネクタへの接続状態を検出する検出部と、
を備えるファイバカップリングモジュール。 - 前記補助光源は、前記第1の波長帯よりも長波長の光源からなる請求項1記載のファイバカップリングモジュール。
- 前記補助光源は、可視光光源からなり、前記可視光光源は、ビームを前記光ファイバケーブルの出射端に出力する請求項1又は請求項2記載のファイバカップリングモジュール。
- 前記可視光光源のビームの少なくとも一部を前記光ファイバケーブルの開口数内に収まるように設定して、前記光ファイバケーブルの出射端に出力する請求項3記載のファイバカップリングモジュール。
- 前記補助光源及び前記検出部の各々は、前記主光源から出力されるビームの光軸を除く位置に配置される請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のファイバカップリングモジュール。
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