JPH06106377A - レーザ加工用エネルギー分割装置 - Google Patents

レーザ加工用エネルギー分割装置

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JPH06106377A
JPH06106377A JP4262205A JP26220592A JPH06106377A JP H06106377 A JPH06106377 A JP H06106377A JP 4262205 A JP4262205 A JP 4262205A JP 26220592 A JP26220592 A JP 26220592A JP H06106377 A JPH06106377 A JP H06106377A
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JP
Japan
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laser
laser light
optical fiber
aperture
lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4262205A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsumi Yoshitani
克美 吉谷
Hideki Fukusono
秀樹 福園
Norikimi Kaji
紀公 梶
Hiromi Nishimura
広海 西村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光を分割して複数の光ファイバに入射
させるにあたり、光ファイバ端面を損傷破壊することな
く確実に入射させる。 【構成】 レーザ発振器から出力されたレーザ光を導く
入射用光ファイバ10と、この入射用光ファイバから出
たレーザ光を平行光とするコリメートレンズ11と、レ
ーザ光を分割するビームスプリッタ14と、レーザ光を
複数の出射用光ファイバ18に夫々入射させる複数の集
光レンズ12と、コリメートレンズ11と集光用レンズ
12との間に配されてレーザ光を絞るアパーチャ13と
を備え、集光レンズにはコリメートレンズの焦点距離よ
り短い焦点距離をもつものを用いる。集光レンズに入射
するレーザ光はアパーチャによって絞られているため
に、集光レンズに求められる条件及び出射用光ファイバ
の開口数の条件が緩くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ発振器から出力さ
れたレーザ光を、溶接や切断、穴明けといった加工を行
うレーザ加工機に供給するに際して、複数のレーザ加工
機にレーザ光を送ることができるレーザ加工用エネルギ
ー分割装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工機においては、一般にレーザ
発振器から出力されたレーザ光を結合レンズにより光フ
ァイバに入射してこの光ファイバの他端から加工用集光
レンズにレーザ光を導いている。この場合、単一のレー
ザ発振器からは単一の加工点にレーザ光を送ることがで
きるだけであるが、特公平3−9834号公報に示され
ているように、光ファイバによる伝送経路中に、中継器
1を設置するとともに、この中継器1中にレーザ光を分
割する半透過のビームスプリッタを配置することで、図
4に示すように、レーザ発振器2から出力されるレーザ
光を複数の加工用光学系3,3に送ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここにおいて、中継器
1は図5に示すように、入射用光ファイバ10から出る
レーザ光を平行なものとするコリメートレンズ11と、
平行なレーザ光を出射用光ファイバに入射するための集
光レンズ12とから構成されている。ところで、光ファ
イバにレーザ光を入射するにあたっては、次の条件を満
足しなくてはならない。すなわち、レーザ光のスポット
径をd、光ファイバのコア径をdf、レーザ光の入射角
をθ、光ファイバ固有の開口数(ヌメリカル・アパーチ
ャー)をNAとする時、 d≦df (1) θ=2sin-1NA (2) また光ファイバから出た光は、図5に示す光学系におい
て、コリメートレンズ11の焦点距離をf1、集光レン
ズ12の焦点距離をf2、光ファイバ10からの出射角
をθ1、集光レンズ12の集光角をθ2、コリメートレ
ンズ11で平行とされたレーザ光のビーム径をD、光フ
ァイバ10のコア径をd1、集光径をd2とする時、 f1θ1=f2θ2=D (3) d2/d1=f2/f1 (4) ∴ d1θ1=d2θ2 (5) θ1=2sin-1NA (6) という条件を満足している。
【0004】この時、上記公報にも示されているよう
に、出射用光ファイバの径を小さくしておくことがレー
ザ光のエネルギー密度を高める点で好ましいわけである
が、中継器1において、径の小さい出射用光ファイバに
レーザ光を入射させるのは非常に困難である。なぜな
ら、入射用光ファイバ10から出たレーザ光は、(6)
式のように、光ファイバ固有の開口数NAで決まる角度
まで広がってしまうことから、これをコリメートレンズ
11で平行光とし、集光レンズ12で集光するにあた
り、集光径d2を小さくして径の小さい出射用光ファイ
バに入射させるには、上記(3)(4)(5)式から明
らかなように、集光レンズ12として焦点距離f2が小
さく、従って集光角θ2が大きいものを用いなくてはな
らず、この時、集光角θ2が出射用光ファイバの開口数
NAを越えてしまって、(2)式を満足しなくなること
が生ずる。つまり、レーザ光の一部しか利用できなくな
ってしまうものであり、これを避けるには、開口数NA
が大きく、径が大きい光ファイバを用いなくてはならな
い。
【0005】加えるに、光ファイバから出たレーザ光を
レンズ系を用いて再び同じ開口数NAの光ファイバに入
射する場合、(2)式を満足するには入射用光ファイバ
として出射側光ファイバと同じ径以上の径をもつものと
しなくてはならないが、レンズには収差がつきものであ
るために、同じ径の光ファイバに完全に再入射させるの
は難しく、またレーザ加工に用いるレーザ光は非常にエ
ネルギー密度が高いために、きちんと光ファイバに入射
させないと光ファイバの端面を損傷破壊してしまう場合
があり、実際上、径の小さい光ファイバを出射側(つま
りはレーザ加工側)に用いることができない。
【0006】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところはレーザ光を分割して複
数の光ファイバに入射させるにあたり、光ファイバ端面
を損傷破壊することなく確実に入射させることができる
レーザ加工用エネルギー分割装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、レー
ザ発振器から出力されたレーザ光を導く入射用光ファイ
バと、この入射用光ファイバから出たレーザ光を平行光
とするコリメートレンズと、レーザ光を分割するビーム
スプリッタと、分割されたレーザ光を複数の出射用光フ
ァイバに夫々入射させる複数の集光レンズとを備えると
ともに、コリメートレンズと集光用レンズとの間に配さ
れてレーザ光を絞るアパーチャを備え、集光レンズには
コリメートレンズの焦点距離より短い焦点距離をもつも
のが用いられていることに特徴を有している。
【0008】
【作用】本発明によれば、集光レンズに入射するレーザ
光はアパーチャによって絞られているために、集光レン
ズに求められる焦点距離及び集光角の条件及び出射用光
ファイバの開口数の条件が緩くなる。アパーチャはコリ
メートレンズとビームスプリッタとの間に配設しても、
ビームスプリッタと各集光レンズとの間に夫々配設して
もよいが、後者の方がアパーチャの耐久性がよくなる。
また、アパーチャには、耐熱性及び放熱性を有するとと
もにレーザ光を反射する金属で形成されているととも
に、レーザ光の反射方向を所定方向とするテーパ面を備
えたものを用いることが好ましい。また、ビームスプリ
ッタを出た一方のレーザ光を他方のレーザ光と同一方向
に向ける全反射ミラーを備えたものとすると、複数の出
射用光ファイバの接続方向を同一方向とすることができ
る。
【0009】
【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述す
ると、図1において、中継器1の一端にはレーザ発振器
からのレーザ光を導く入射用光ファイバ10用のコネク
タ16が設けられ、他端側にはレーザ光を加工用光学系
に導くための出射用光ファイバ18用のコネクタ17が
二つ設けられている。そして中継器1内には、光ファイ
バ10から出たレーザ光を平行光とするためのコリメー
トレンズ11と、コリメートレンズ11から出た平行な
レーザ光のビーム径D1より小さい開口径D2をもつア
パーチャ13と、アパーチャ13を通過したビーム径が
D2であるレーザ光を分割するための半透過のビームス
プリッタ14と、ビームスプリッタ14で反射されたレ
ーザ光の向きを変換して、ビームスプリッタ14で分割
された2つのレーザ光の向きを同じとする全反射ミラー
15と、ビームスプリッタ14で分割された二つのレー
ザ光を夫々出射用光ファイバ18,18に入射させる二
つの集光レンズ12,12とが納められている。
【0010】上記アパーチャ13は、耐熱性及び放熱性
を有してレーザ光を反射する金属(たとえば黄銅やアル
ミニウム、あるいは金属に金メッキを施したもの)で形
成されている。また、アパーチャ13の内周面は一端側
が径D1以上で且つ他端側が径D2となっているテーパ
面130で形成されており、ここで反射したレーザ光が
光ファイバ10側に戻ることがないようになっている。
なお、テーパ面130の傾斜角度は45°以外に設定さ
れている。
【0011】そして、このものにおける集光レンズ1
2,12の焦点距離f2は、 f1θ1=D1 (7) f2θ2=D2 (8) d2/d1=f2/f1 (9) d2≦df (10) θ2=2sin-1NA (11) という条件を満足する範囲で、コリメートレンズ11の
焦点距離f1より小さく設定してある。集光レンズ12
に入るレーザ光のビーム径がアパーチャ13によって絞
られているために、焦点距離f2を長くすることと、集
光角θ2を小さくすることに有利になっているものであ
り、これ故に、出射用光ファイバ18として、開口数N
Aが小さく、径が小さいものを用いることができるよう
になっているものである。
【0012】アパーチャ13の配置は、図1に示す位置
に限るものではなく、図2に示すように、各集光レンズ
12,12の直前に夫々アパーチャ13を配してもよ
い。アパーチャ13をビームスプリッタ14の後に設け
れば、レーザ光のパワーはそれぞれのアパーチャ13に
分散されるために、一つのアパーチャ13で絞るレーザ
パワーが少なくなるために耐久性が向上することにな
る。また図3に示すように、コリメートレンズ11の直
後と各集光レンズ12,12の直前とに配して、2段階
でレーザ光を絞るようにすれば、レーザパワーはさらに
個々のアパーチャ13に分散されるために耐久性がより
向上する。
【0013】なお、レーザ光を2分割する例をあげた
が、ビームスプリッタの透過率を変えて複数個配置する
ことにより、3分割以上の他分割にも対応できるのはも
ちろんである。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明においては、集光レ
ンズに入射するレーザ光がアパーチャによって絞られる
ために、集光レンズに求められる焦点距離及び集光角の
条件及び出射用光ファイバの開口数の条件が緩くなるも
のであり、このために出射用光ファイバへの分割したレ
ーザ光の入射をその端面を損傷破壊することなく確実に
行えるものである。
【0015】この時、アパーチャはコリメートレンズと
ビームスプリッタとの間に配設した場合には、アパーチ
ャが1つですむものであり、ビームスプリッタと各集光
レンズとの間に夫々アパーチャを配設した時には、アパ
ーチャの耐久性がよくなる。また、アパーチャを耐熱性
及び放熱性を有するとともにレーザ光を反射する金属で
形成されているとともに、レーザ光の反射方向を所定方
向とするテーパ面を備えたものとすると、耐久性の点で
有利であり、ビームスプリッタを出た一方のレーザ光を
他方のレーザ光と同一方向に向ける全反射ミラーを備え
たものとすると、複数の出射用光ファイバの接続方向を
同一方向とすることができて、光ファイバの接続やメン
テナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の断面図である。
【図2】他例の断面図である。
【図3】別の例の断面図である。
【図4】全体構成を示す概略図である。
【図5】光学系の条件を説明するための光路図である。
【符号の説明】
10 入射用光ファイバ 11 コリメートレンズ 12 集光レンズ 13 アパーチャ 14 ビームスプリッタ 18 出射用光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 広海 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から出力されたレーザ光を
    導く入射用光ファイバと、この入射用光ファイバから出
    たレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、レーザ
    光を分割するビームスプリッタと、分割されたレーザ光
    を複数の出射用光ファイバに夫々入射させる複数の集光
    レンズとを備えるとともに、コリメートレンズと集光用
    レンズとの間に配されてレーザ光を絞るアパーチャを備
    え、集光レンズにはコリメートレンズの焦点距離より短
    い焦点距離をもつものが用いられていることを特徴とす
    るレーザ加工用エネルギー分割装置。
  2. 【請求項2】 アパーチャはコリメートレンズとビーム
    スプリッタとの間に配設されていることを特徴とする請
    求項1記載のレーザ加工用エネルギー分割装置。
  3. 【請求項3】 アパーチャはビームスプリッタと各集光
    レンズとの間に夫々配設されていることを特徴とする請
    求項1記載のレーザ加工用エネルギー分割装置。
  4. 【請求項4】 アパーチャは耐熱性及び放熱性を有する
    とともにレーザ光を反射する金属で形成されているとと
    もに、レーザ光の反射方向を所定方向とするテーパ面を
    備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工
    用エネルギー分割装置。
  5. 【請求項5】 ビームスプリッタを出た一方のレーザ光
    を他方のレーザ光と同一方向に向ける全反射ミラーを備
    えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工用
    エネルギー分配装置。
JP4262205A 1992-09-30 1992-09-30 レーザ加工用エネルギー分割装置 Withdrawn JPH06106377A (ja)

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Effective date: 19991130