JPH06213706A

JPH06213706A - 光束中心検査用装置

Info

Publication number: JPH06213706A
Application number: JP5284764A
Authority: JP
Inventors: Jean-Pascal Alfille; ジャンパスカルアルフィーュ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1992-11-13
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1994-08-05
Also published as: DE69308481D1; EP0597771A1; EP0597771B1; DE69308481T2; US5463215A; FR2698182B1; FR2698182A1

Abstract

(57)【要約】【目的】光束を光ファイバの入射面に中心化させるこ
と、及び軸方向に集束させることを検査する際の問題点
を解決し、光ファイバが加熱されることを最小限にする
ことを目的とする。【構成】本発明に係わる光束中心検査用装置は、ビー
ムの軸Ｘと作動軸Ｙとの一致を検査するための光束中心
検査用装置において、円に沿っての光ビームの周辺部を
採集するための及び対応する光強度の角度分布を解析す
るためのその採取光を検出するためのサンプル採取検出
手段（24、26、34、40、44；24、26、60、40、44；24、
26、62、70；82、88、90；62、64）を有し、その円の中
心は作動軸Ｙと一致し、その角度分布は光ビームの軸Ｘ
が作動軸に一致したときに一様である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光束軸と作動軸とが
一致しているか否かを検査するための光束中心検査用装
置に関する。さらに詳細に言えば、この発明は、光束を
光ファイバへ導入すること、特に光束をパワーレーザか
ら光ファイバへ導入することに利用され、パワーレーザ
加工の分野に利用される。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバによってパワーレーザ・ビー
ムを送光する方法には、そのパワーレーザ・ビームを光
ファイバに導入するに際して問題がある。産業上使用さ
れる光ファイバの直径が0.6mm〜1mmであることを考慮に
いれると、光束の集束点(約0.3mm〜0.5mmの直径を有す
る)を光ファイバの入射面に中心化させることは、特に
パワーレーザ・ビームの場合、限界状態となる。このパ
ワーレーザ・ビームの出力は、例えば1kWを超えてい
る。光ファイバの入射面にうまく合焦又は中心化できな
い場合は、その入射面が熱せられ、入射面が急速に破壊
されることになる。

【０００３】穿孔、溶接、切断、あるいは表面処理のよ
うな処理作業を遠隔操作する場合、YAGレ-ザからの光束
を使用することが知られている。この光束は光ファイバ
によって数メータ〜数百メータの距離に渡って伝播され
た後、この光束は再調整され、処理物質上に合焦ヘッド
によって集束される。現在、YAGレ-ザは1kW以上の出力
レベルを有し、数kWの出力レベルを供給可能なYAGレ-ザ
もじきに利用可能となる。

【０００４】パワーYAGレーザによる加工分野では、そ
のようなレ-ザからの光束を光ファイバによって送光す
ることは、数多くの理由により、興味のあることであ
る。一方、光ファイバにより送光することによって、YA
Gレ-ザ光源を、産業媒体において切断、穿孔、溶接、あ
るいは三次元の表面処理作業を行なうロボットに接続す
ることが可能となる。また、他方、光ファイバにより送
光することによって、YAGレ-ザ光源を、敵害媒質への介
入のため活性細胞に導入して、分解作業または補修作業
を行なうロボットに接続することが可能となる。

【０００５】これとの関連で、ヨーロッパ特許-A-36764
8号が引用される。この引例は、例えば、原子力発電所
のスチーム発生器またはボイラーの一部を形成する管の
スリーブを遠隔操作することにより溶接する方法及び装
置を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】レ-ザ・ビーム、特に
高出力のYAGレ-ザからのビームを光ファイバに導入する
のは容易ではない。解決すべき主要な問題は、レ-ザ・
ビームを光ファイバに最大限、導入されるようにするこ
とである。この目的のために、図１に示すように、図示
を略すレ-ザからの光束FLが、合焦レンズLによって光フ
ァイバFOの入射面FE上に集束させられる。この問題を解
決するためには、高パワ-密度の光束にファイバが耐え
ることが必要であると同時に、ファイバの入射面が加熱
されることを減じるために、軸合焦欠陥と、中心化欠陥
とを最小限にすることが必要である。

【０００７】図2Aは、集束ビームFFの対称軸Xと光ファ
イバFOの対称軸Y(厳密に言えば、ファイバFOのコアの対
称軸)を示している。

【０００８】中心化の誤差、又は中心化欠陥は、軸Xと
軸Yとの間に偏差dが存在するために起こる。この中心化
の誤差は図2Bに示されている。図2Bは、入射面FEの中心
と、この入射面上に集束したビームの合焦点TFの中心と
が一致していないことを示している。

【０００９】二つの軸Xと軸Yとの間の距離または偏差d
のために、光ファイバの端部が熱せられ、回転対称性を
有しない温度勾配を引き起こし、結局は光ファイバの入
射面を破壊する。

【００１０】第2の欠点、すなわち、光ファイバの入射
面に対する軸方向の合焦誤差が図3A、図3Bに示されてい
る。この集束誤差は、実際、二重性を有する。すなわ
ち、レ-ザ・ビームFFの集束点pが光ファイバの入射面FO
の上方にある場合(図3A参照)と、レ-ザ・ビームFFの集
束点pが光ファイバの内部にある場合(図3B参照)とがあ
る。上方集束(図3A)、下方集束(図3B)のいずれの場合
も、ファイバFOの入射面FEの周囲が熱せられ、結局、こ
の入射面は破壊される。

【００１１】この発明は、中心化誤差、とりわけ、レー
ザによる物質処理作業中（例えば、機械部品の加工作
業）に生じがちの軸方向の集束誤差をリアルタイムでな
くすために、これらの誤差を同定することに向けられて
いる。YAGレ-ザは上述のような欠点を持っている。すな
わち、たとえば、射出周波数、各パルスの持続時間、あ
るいは各パルスのエネルギーのようなレ-ザの放射パラ
メータが変化すると、レ-ザから発せられるビームの直
径について二次元的変化、このビームについて位置的変
化が生じ得る。

【００１２】これらの不安定要因をなくすために、アフ
ォーカル光学系を使用したとしても、光ファイバの入射
面上では、軸方向の集束変動、光束の中心変動は依然と
して存在する。そのようにして生じた誤差は、小さな断
面積を持つ光ファイバ、例えば、直径が0.6mmの光ファ
イバにとっては非常にやっかいなものである。レ-ザ光
源につきもののそういった誤差は、レーザ光源の出力と
ともに増大する。

【００１３】従って、光束が光ファイバの入射面にどの
ように集束しているかを検査することは、光ファイバの
寿命を考える時に重要である。

【００１４】この発明は光束を光ファイバの入射面に中
心化させること、及び軸方向に集束させることを検査す
る際の問題点を解決し、光ファイバが加熱されることを
最小限にすることを目的とする。

【００１５】この発明は、光束の中心化、すなわち、光
束軸と作動軸（本発明の実施例で言えば、この作動軸は
光ファイバのコア軸を指す）とが一致することを検査す
る際の問題点を解決することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明は、その軸が作動軸である円に沿って光束の
周辺部分を一方ではサンプリングし、他方ではそのサン
プリングされた光束を検知するサンプル採取・検知手段
を有することを特徴とする。このサンプル採取・検知手
段によって、その対応する光束の強度の角度分布を分析
することが可能となる。この角度分布は光束の軸と作動
軸とが一致した場合に均一となる。

【００１７】カナダ特許1 210 077号は、光ファイバを
利用したレ-ザによる物質処理方法を開示している。ま
た、米国特許公報US-A-4 868 361は高出力レ-ザ・ビー
ムを光ファイバで送光するための光学結合装置を開示し
ている。しかし、これら二つの先行例のいずれも、本発
明が有する重要な特徴を述べていない。すなわち、その
軸がその作動軸であるその円に沿って光束の一部をサン
プリングするという特徴を述べていない。

【００１８】本願発明の装置の第１特別実施例によれ
ば、サンプル採取・検知手段は切頭円錐形の第１ミラー
と、切頭円錐形の第２ミラーと、反射光束検知手段とを
有する。切頭円錐形第１ミラーの軸は作動軸と一致し、
ミラーの頂部には、作動軸と同心に孔が形成され、この
第１ミラーは円に沿って光束の一部をサンプルし、その
サンプルされた光束を反射する機能を有する。切頭円錐
形第２ミラーの軸も作動軸と一致し、第２ミラーは第１
ミラーと一体成形され、第１ミラーを取り囲んでおり、
第１ミラーによって反射された光束を反射する機能を有
する。反射光束検知手段は切頭円錐形第２ミラーによっ
て反射された光束を検知する。

【００１９】この検知手段は、切頭円錐形第２ミラーに
よって反射された光束をサンプリングするためのサンプ
ル採取手段と、連続的に形成された光束サンプルを検知
するホトディラクタとを有してもよい。このホトディラ
クタによって光束強度の角度分布を分析することが可能
となる。

【００２０】第１の実施例では、サンプル採取手段は第
３ミラーと、第３ミラー回転手段とから成る。第３ミラ
ーは切頭円錐形第２ミラーによって反射された光束の一
部を遮断するために、この反射光束の光路上に配置され
ている。この第３ミラーはそのように遮断された光束の
一部をホトディラクタに向かって反射するためのもので
あり、作動軸と交差する軸の回りに回転される。また、
回転させる手段があり、この回転手段は、作動軸と交差
する軸の回りに第３ミラーを回転させ、光束サンプルを
連続的に形成する。

【００２１】他の実施例においては、サンプル手段は、
サンプル採取手段に向けられた光の通過を許容するため
の中心孔と第２切頭円錐形ミラーによって反射された光
束の一部を通過させるための側孔とを有し、作動軸Ｙの
回りに回転されかつ第２切頭円錐ミラー２６に臨んで位
置された部材６０と、連続的な光サンプルの通過を許可
するためにこの部材６０を作動軸Ｙの回りに回転させる
手段と、サンプル採取手段に向けて導かれる光ビーム２
の通過を許可するための中心孔を有ししかも連続的光サ
ンプルを採取してホトデイテクタ４４に向けてこの光束
を反射させる第３ミラー６２との統合からなる。

【００２２】更に別の実施例では、検出手段は、サンプ
ル採取手段に導かれる光ビーム２の通過を許容する中心
孔を有し、かつ、第２切頭円錐形ミラー２６によって反
射された光束を遮光するために第２切頭円錐形ミラー２
６に臨んで配置された第３ミラーと、第３ミラー６２に
よって反射された光を受光して角度分布の全方向の解析
をもたらす二次元ホトデイテクタ７０との統合からな
る。

【００２３】本発明に係わる第２実施例の特殊態様によ
れば、サンプル採取検出手段は、作動軸Ｙに対して傾け
られかつ円に沿っての光ビーム２の採集部をその周辺に
備えられしかもサンプルされた光を反射させるための第
１ミラー８８と、軸Ｙに対して傾けられ第１傾斜ミラー
８８と一体の第２ミラー９０と、第１傾斜ミラー８８と
第２傾斜ミラー９０とによって形成されたアッセンブリ
を回転させるための回転手段８２と、サンプル採取サン
プルアッセンブリに向けて導かれる光ビームの通過を許
可するための中心孔を有しかつ第２傾斜ミラーによって
反射された光束を遮光する第３ミラー６２と、角度分布
の解析を許可するためにミラー６２によって反射された
光束を検出するためのホトデイテクター４４とからなる
サンプル採取アッセンブリとサンプリングアッセンブリ
の統合からなる。

【００２４】この場合には、本発明に係わる装置は、好
ましくは、第１傾斜ミラーと第２傾斜ミラー９０により
形成されたアッセンブリを作動軸と垂直方向に変位させ
るための変位手段を有する。この変位手段は、異なる直
径の光ビームに本発明を適用することができる。

【００２５】本発明に係わる装置は、光ファイバーに導
かれる光学系にも関係し、光ビームを光ファイバの入射
面に合焦させるための手段を有して、光ビームを光ファ
イバに導くための光学系を備え、光ファイバのコア軸が
作動軸ｙに一致し、その円が光ファイバ４の入射面を含
む面内に存在し、光ファイバの入射面上での合焦を検査
することが可能で、検出された光の強度が最小値のとき
に合焦が実行される。

【００２６】光ビームを採取するための２個の切頭円錐
形ミラーを有する本発明に係わる装置が使用されると
き、流体を第１切頭円錐形ミラー内に光ファイバの入射
面に向けてこの入射面を冷却するために噴射する手段か
らなるシステムが含まれる。

【００２７】

【作用】本発明によれば、作動軸とビームの軸とが一致
しないこと又は軸合焦誤差があることがビームの周辺部
の光束を採取することによりわかる。

【００２８】

【実施例】以下に、本発明を詳細に説明するが、本発明
は添付図面と以下に説明する実施例に限定されるもので
はない。

【００２９】図４は本発明に係わる装置の断面図であ
る。この図４にはレ−ザ−ビ−ム２の合焦光学系が示さ
れている。参照番号ｘはそのレ−ザ−ビ−ム２の軸を示
す。レ−ザ−ビ−ム２の軸Ｘは光ファイバ−４の軸ｙに
合致されている。より詳細には、軸ｙはその光ファイバ
−４のコア軸である。

【００３０】図４はレ−ザ−６を示している。レ−ザ−
６はビ−ム２を発射する。そのビ−ム２は合焦レンズ８
によって光ファイバ−４の入射面に合焦される。

【００３１】本発明に係わる装置は、ビ−ム２の中心の
検査、すなわち、軸ｘと軸ｙとの一致の検査と、合焦フ
レームに組み付けられた光ファイバ−の入射面における
ビ−ムの合焦の検査とを可能とする。レンズ８は支持部
材１２によりフレ−ム１０に設けられている。支持部材
１２は電子モ−タ１４によって軸ｙに平行に変位可能と
されている。

【００３２】合焦ヘッド又はフレ−ム１０を貫通する前
に、レ−ザ−ビ−ム２は環状体１６を通過する。その環
状体１６は堅く一体化されている。

【００３３】電子モ−タ１８、２０は環状体１６につい
て合焦ヘッド１０の方位を変化させるために備えられて
いる。それで必要なときに、光ファイバの合焦点の中心
化を可能にする。

【００３４】本発明に係わる装置は、合焦ヘッド１０に
固定された光サンプル採取アッセンブリ２２からなる。
光サンプル採取アッセンブリ２２は第１の切頭円錘ミラ
−２４と第１の切頭円錘ミラ−２４を包囲するようにし
て設けられた第２の切頭円錘ミラ−２６とを有する。第
１の切頭円錘ミラ−２４と第２の切頭円錘ミラ−２６と
は同一軸であり、その軸は既述したように符号ｙで示さ
れている。

【００３５】図４に示されるように、ミラ−２４、２６
に採用されている円錘形はそれぞれ円錘角の半角が４５
度であり、ミラ−２４に対応する円錘はレンズ８に向か
ってその径が小さくされ、ミラ−２６に対応する円錘は
その反対方向にその径が小さくされている。光サンプル
採取アッセンブリ２２は軸ｙに沿って延びる円錘孔２８
を有し、その円錘孔２８は切頭円錘形ミラ−２４の頂部
に通じている。

【００３６】光ファイバ−４は合焦ヘッド１０に取り付
けられ、光ビ−ムが合焦される光ファイバ−４の入射面
はミラ−２４の上端と面一とされ、円錘孔２８のその上
端における直径は光ファイバ４の直径よりもわずかに大
きい。光サンプル採取アッセンブリ２２はこれを冷却す
るための水冷式環状手段３０を有する。

【００３７】空気のような冷却流体は円錘孔２８を通過
させるために入り口３２から合焦ヘッド１０に導かれ
る。これにより合焦レ−ザ−ビ−ムを受光する光ファイ
バ−４の端部を冷却することが可能となり、切頭円錘形
ミラ−２４の中心に置かれた光ファイバを維持すること
が助長される。

【００３８】図４による装置は、また、薄板ミラ−３４
を有する。この薄板ミラ−３４は図５に示すようなリン
グ部材３６に固定されている。このリング部材３６はレ
ンズ８と光サンプル採取アッセンブリ２２との間で合焦
ヘッド１０にボ−ルベアリング３８のような回転軸受け
手段に支持されている。

【００３９】リング部材３６は合焦ビ−ムを横断するよ
うにして据え付けられ、ミラ−３４は切頭円錘形ミラ−
２６に臨み、ミラ−３４に垂直なリング部材３６の軸ｚ
は軸ｙと交差し、軸ｚと軸ｙとの角度は４５度である。

【００４０】電子モ−タ４０は合焦ヘッド１０の外側に
設けられてそれと一体化され、リング部材３６の回転を
許容し、それゆえに、合焦ヘッド１０の壁部の穴を横切
るベルト４２によってミラ−３４を軸Ｚを中心に回転さ
せる。

【００４１】合焦ヘッド１０は同様にホトデイテクタ４
４を備えている。このホトデイテクタ４４は薄板ミラ−
３４によって反射された光を受光する。その光は合焦レ
ンズ４６によってホトデイテクタ４４に合焦される。

【００４２】図４に示される本発明に係わる装置は、ま
た、薄板ミラ−３４の各回転のための同期信号を提供す
る同期アッセンブリ４８を有する。この同期アッセンブ
リ４８は合焦ヘッド１０に固定され、例えば薄板ミラ−
３４の裏面を照明するための光源とその裏面によって反
射された光を検出するためのホトイテクタとからなる。
その薄板ミラ−３４の表面はアッセンブリ２２に臨んで
いる。

【００４３】この裏面には図示を略す光非反射帯又は光
非反射片が形成されている。これにより、薄板ミラ−３
４の各回転に対して、光非反射帯又は光非反射片が同期
アッセンブリ２２の正面を横切るときに検出器によって
同期信号が生成される。

【００４４】次に、図４に示す本発明に係わる装置の作
動について説明する。

【００４５】レ−ザ−６からのビ−ムはレンズ８によっ
て光ファイバ４の入射面に合焦される。合焦ビ−ムの周
辺部は光ファイバ−４に進入しない。この周辺部はミラ
−２４の円錘面によって遮光又はサンプルされる。この
遮光はミラ−２４の上端によって形成される円に沿って
引き起こされる。その点は切頭円錘形ホ−ル２８から発
生する。

【００４６】この点について、本発明の一つの有利な点
は、ファイバ−にとって失われるビ−ム部分によってサ
ンプル又は遮光が行われるということに留意されるべき
である。このサンプル部分はミラ−２４によって反射さ
れて水平光ビ−ム５０とされ、水平光ビ−ム５０は、切
頭円錘形ミラ−２６の反射によって、管状ビ−ム５２に
変換される。この管状ビ−ム５２は薄板ミラ−３４によ
ってサンプルされ、薄板ミラ−３４は管状ビ−ムの一部
を反射し、これにより管状ビ−ムを光サンプルに分解
し、このようにして形成された光サンプルは連続的にホ
トデイテクタ４４によって検出される。

【００４７】適宜手段５４、例えば、オシロスコ−プは
ホトデイテクタ４４によって供給された信号と同期アッ
センブリ４８によって供給される信号とを受信し、光フ
ァイバ４に入射しない光強度の角度分布を解析すること
を可能にする。

【００４８】従って、このように、光ファイバ４の入射
面における光ビ−ムの軸方向の合焦と中心化とをチエッ
クすることが可能となる。合焦ビ−ムが入射面に中心化
されたとき、すなわち、軸ｘと軸ｙとが一致するとき、
角度分布は一様であり、そのビ−ムが精密に入射面に合
焦されたとき、その一様な角度分布は最小値を通過す
る。

【００４９】図４に示す装置の使用の理解の容易化を更
に図るために、合焦ビ−ムに規則性があるものとして説
明する。この動作順序の描写の簡明化するために、レ−
ザ−６は準連続的態様で動作するものと仮定し、そのレ
−ザ−によって生成される光パルスの周期は、例えば、
約５００ヘルツであるとする。

【００５０】モ−タ４０によって回転される薄板ミラ−
３４と各ミラ−３４の回転に対する同期信号を供給する
アッセンブリ４８とにより、開始段階は光ファイバ４の
入射面における合焦点の中心誤差の検査及び修正からな
る。

【００５１】図６Ａに見られるように、中心誤差がある
とき、光ファイバ４の入射面５４に合焦されかつその入
射面５４に合焦スポット５６を形成する軸ｘのビ−ムは
光ファイバ４の軸ｙに一致しない。円錘形ミラ−２４に
よって採集される光５８は軸ｙに関して回転非対称であ
る。結果として、薄板ミラー３４回転するとき、ホトデ
ィラクタ４４に受光された光ビームの強度が変化する。
同じことはホトディラクタによって提供される電圧信号
Ｓにも当てはまる。これは、図６Ｂに示されている。薄
板ミラー３４の回転角Ａの関数として、同期パルスから
形成される同期信号ｔの変動及び信号Ｓの変動はを見る
ことが可能である。実施例では、同期信号ｔは電圧信号
Ｓの最小値と一致している。

【００５２】図示を略す手段によりモーター１８、２０
を制御することにより、光ファイバーの入射面における
合焦点の再中心化を図るため、合焦ヘッド１０のアッセ
ンブリを傾けることが可能である。この再中心化は、図
７Ａに示されている。

【００５３】図７Ｂは光検出器４４により供給された信
号Ｓを示している。もはや、信号Ｓは図６Ｂに示すよう
な周期的最大値を有しない。この場合には、ビームがフ
ァイバーの入射面に中心化されているので、この信号Ｓ
の強度は角度Ａと無関係となり、ファイバーを貫通する
光の強度の角度分布は一様である。

【００５４】軸ｙに沿って、切頭円錐形ミラー２４によ
ってファイバーの回りにサンプルされた光エネルギーを
最小値に導く合焦点の位置の探査が行われる。そのた
め、最小値の電圧信号が光検出器４４によって供給され
るまで合焦レンズ８がモーター１４により変位させられ
る。図８は焦点の最適軸位置を探査中の電圧信号Ｓを示
している。

【００５５】上方合焦（曲線I）と下方合焦（曲線Ц）
と好ましい合焦（曲線Щ）との各場合に得られた信号Ｓ
を見ることが可能である。

【００５６】レンズ８の並進移動中、このファイバー４
の回りに光の強度の分散が非対称があるということが見
られ得る。それは、入射ビーム２がレンズ８の中心にう
まくあっていないということを示しているので、合焦品
質の低下となる。本発明の部分を形成するものではない
が、図示を略す手段で入射ビーム２をレンズ８に再中心
化させることが可能となる。

【００５７】レンズ８におけるビームの中心のこの修正
に伴って、中心化と合焦とが正確になるまで、ファイバ
ー４の中心誤差の修正の再開とファイバー上における軸
方向の合焦誤差の修正の再開とがある。

【００５８】モーター１４、１８、２０は手動により又
は図示を略す制御手段により自動的にコントロールされ
る可能性があるということに留意されるべきである。ホ
トディラクタによって供給された信号とアッセンブリ４
８によって供給された同期信号が入力される図示を略す
手段を使用して結果的にビームの中心化と合焦とが光フ
ァイバー４に得られるまで、モーター１４、１８、２０
は制御される。

【００５９】この場合には、中心化誤差と合焦誤差とは
サーボ制御手段により補正される。このサーボ制御手段
はパワーレーザー加工処理に特に有用である。

【００６０】図９は本発明に係わる光束中心検査用装置
の他の実施例を示す。この実施例では、サンプル手段が
図４に示す実施例と異なっている。図９に示す場合に
は、図４に示す回転リング３６に据え付けられた薄板ミ
ラー３４の代わりに、回転式の穴あき部材６０と固定の
穴あき平面ミラー６２とを組み合せたアッセンブリが用
いられている。とくに、穴あき部材６０はサンプル採取
アッセンブリ２２に臨んで位置され、軸ｙに対して回転
対称性を有する。穴あき部材６０はボールベリング６４
によって軸ｙの回りに可動され、合焦ヘッド１０の壁部
を通って延びるベルト４２を介してモーター４０により
回転される。穴あき部材６０は第１の中心光６６と側孔
６８とを有する。中心孔６６の軸は軸ｙであり、その中
心孔６６はレンズ８によって合焦されるビームが通過す
る。側孔６８は軸ｙに直交して延びる細長い長方形状の
スリットを形成している。

【００６１】この長方形状のスリットはミラー２６によ
り反射された管状ビームの一部が横切るように切頭円錐
形ミラー２６に臨んでいる。ミラー６２はレンズ８と穴
あき部材６０の間に介在され、図９に示すように、軸ｙ
と４５°の角度を成して傾けられている。ミラー６２は
レンズ８に合焦されるビームが通過する中心孔を有す
る。

【００６２】ミラー６２は固定され、穴あき部材６０が
回転するとき、スシリット６８により連続的に選択され
た管状ビーム（光サンプル）の一部を受光し、ホトディ
テクタ４４に向かってこれらの一連の光サンプルを反射
する役割を果たす。

【００６３】図９に示す場合には、同期アッセンブリ４
８は穴あき部材６０の上面に臨むようにして合焦ヘッド
１０に配置されている（即ち、同期アッセンブリ４８は
ミラー６２に臨む穴あき部材６０の上面に臨んでい
る）。穴あき部材６０の各回転に対して同期パルスが得
られるように、この上面には非反射部が備えられてい
る。

【００６４】サンプル採取アッセンブリ２２の冷却領域
に向かってスリット６８による非サンプル光ビームを反
射させるために、サンプル採取アッセンブリ２２に臨む
部材６０の底面は僅に円錐形に形成されていることに留
意すべきである。

【００６５】これらは全て、光ファイバー４に集束され
たビームの軸合焦とその中心化とを検査することを可能
とし、この中心化と合焦とのセットは前に述べた説明と
同じである。

【００６６】図１１は本発明に係わる光束中心検査用装
置の第三実施例を示す。この第３実施例は、穴あき部材
６０、モーター４０、係合ベルト４２を除去した点が図
９に示す実施例と異なる。加えて、この第３実施例で
は、ホトディラクタ４４の代わりにＣＣＤタイプの二次
元光検出器７０が用いられている。また、同期アッセン
ブリ４８は図１１に示す装置では用いられていない。

【００６７】この場合には、切頭円錐ミラー２６からの
全管状ビームは穴あき平面ミラー２６により反射され、
レンズ４６により像が二次元光検出器７０に形成され
る。

【００６８】二次元光検出器７０により供給された信号
は電子処理手段７２に供給されている。これにより、直
接二次元像がビデオモニター７４に表示されることが可
能となる。この二次元像は二次元光検出器７０のマトリ
ックスの各点の強度レベルに関する情報を有する。

【００６９】上述したように、光ファイバー４上での光
ビームの合焦誤差と中心化誤差との補正のため、手動に
よりまたは自動的にモーター１４、１８、２０を作動さ
せることが可能となる。

【００７０】例えば、核設備の分解、浄化、修理のた
め、図４〜図１１に述べた本発明に係る装置は、YAGレ
ーザーから提供されるレーザービームを敵害媒体に導く
ことが可能となる。そのYAGレーザーは１ｋｗを越える
パワーを有するビームを逆光により光ファイバーに導入
することが可能である。

【００７１】これらの装置は、例えば、光ファイバーに
よる加工装置に使用されることも可能であり、光ファイ
バーの入射面の寿命を延ばすことが可能となり、その光
ファイバーにより大きい光パワーを伝送する。

【００７２】図１２と図１３は、本発明の別の実施例の
光束中心検査用装置を示している。この光束中心検査用
装置もビームの軸と作動軸との一致を検査することがで
きる（光ビームの指向の検査も参照可能である）。

【００７３】この光束中心検査用装置は、例えば商業上
利用できない光学伝送ファイバー用のパワーレーザービ
ームに有用である。

【００７４】図１２は、レーザー６を示している。レー
ザー６は、レーザービーム２を生成する。そのレーザー
６の軸は符号Ｘで示される。Ｘ軸と作動軸Ｙの一致を検
査することが望まれる。図１２に示す光束中心検査用装
置は、レーザービーム２を導くフレーム７６内に、Ｙ軸
と４５度の角度を有する平面ミラー６２と、合焦レンズ
４６と、ホトディテクタ４４とからなる。図１２に示す
光束中心検査用装置は、フレーム内でボールベアリング
８０に支持されて軸Ｙを中心に回転するドラム７８を具
備している。モーター８２は、ドラム７８を回転させる
ために備えられている。ドラム７８はその外壁に形成さ
れたスプールリングを駆動させる鋸歯歯車８４によって
回転される。ドラム７８は、レーザービーム２を通過さ
せる中心孔を有している。

【００７５】図１２に示す光束中心検査用装置は、フレ
ーム７６のドラム７８に設けられていて、サンプル採取
アッセンブリを構成する。このアッセンブリ８６は、Ｙ
軸と４５度の角度を保つ第１の薄板平面ミラー８８を含
み、この薄板平面ミラー８８はその周辺でレーザービー
ム２の微小断片を採集する。したがって、ドラム７８が
軸Ｙの回りに回転すると、レーザービームの微小断片が
円に沿って採集される。

【００７６】アッセンブリ８６は、第２の薄板平面ミラ
ー９０を有する。図１２、図１３に示すように、このミ
ラー９０も軸Ｙと４５度の角度を保っている。このミラ
ー９０は、ミラー８８に向かい合っている。この第２ミ
ラー９０は、ミラー８８によってサンプルされ、その反
射光を受光し、その反射光を穴あき平面ミラー６２へ向
けて反射する。薄板平面ミラー６２は、反射光をレンズ
４６を介して光検出器４４に導く。

【００７７】このように、レーザービーム２のサンプル
がはアッセンブリ８６の各位置に対して形成され、この
サンプルが分析される。従って、ドラム７８の回転によ
ってレーザービーム２のサンプルの分析が連続して行わ
れる。

【００７８】この分析は、軸Ｙに垂直な平面内で行わ
れ、その平面はミラー８８の端部と同高さに位置してい
る軸Ｙ上の精密点０を通過する。それゆえに、ビーム軌
道上の精密点においてレーザービームの指向を検査する
ことができる。

【００７９】ゆえに、この方法によれば、もし軸Ｘと軸
Ｙとが一致するならば、軸Ｙの周辺でサンプルされた光
強度の角度分布は一様になるに違いない。（同期パルス
を発生させるために、図１４に示され、図１２には示さ
れていない同期アッセンブリが使用される。）図１２に示すように、サンプル採取アッセンブリ８６
は、例えば、ドラム７８の半径方向スリットを往復する
締結ネジ９２によって、軸Ｙに垂直な並進運動を調節す
ることができる。このような並進運動は、採取光エネル
ギー量を調節することを可能にする。加えて、その並進
運動は異なる直径の光ビームにも適用可能である。

【００８０】図１２に示す光束中心検査用装置は、レー
ザービーム２の形状に関する情報も入手することができ
る。従って、例えば、もし、そのビームが楕円状になる
傾向があるなら、レーザー６の空洞共振器のミラーを再
調整する必要があることを示している。

【００８１】このように、この装置は、ドラム７８の軸
の回転に関してレーザービームを中心化することができ
るので、光学装置、またはレーザー加工装置にレーザー
ビームを導くための基準を定めることができる。この装
置は、リアルタイムで公差値に依存するレーザービーム
の位置を定めることを可能にする情報を与えている。

【００８２】特に、連続的に配置された図１２に係る二
つの装置は、唯一の方向を実現する。

【００８３】図１４には、本発明に係る他の光束中心検
査用装置が示されている。図１４に示す装置は、図１２
に示す装置に使用されるレーザービームの指向を検査す
るため、サンプルを採取し取得する手順を使用している
が、図中から明らかなように、光ファイバーに光ビーム
を導くことにも適用することができる。このように、切
頭円錐ミラー２４のみを有し切頭円錐ミラー２６は有し
ていないアッセンブリ２２を有するという点を除いて、
図１４に示す装置は図９に示す装置と全く同一である。

【００８４】ミラー２６の位置で、アッセンブリ２２は
軸Ｙに対して平行な円柱状の壁部を有し、それはミラー
２４によってサンプルされた光により照射される。

【００８５】また、穴あき部材６０は取り除かれてお
り、図１２に示すドラム７８に置き換えられている。そ
のドラム７８は、ベルト４２を介してモーター４０によ
って制御され、軸Ｙのまわりに回転するために合焦ヘッ
ド１０のボールベアリング６４上に据え付けられてい
る。

【００８６】図１４はまた同期アッセンブリ４８を備え
ており、ドラム７８の各回転に対して信号を供給する
が、その目的は、ドラム７８の上面に臨んで据え付けら
れている。（ドラム７８の上面は、平面穴あきミラー６
２に面している）。

【００８７】同期アッセンブリ４８に臨む上面に設置の
光非反射切片が再び使用される。ホトディラクタ４４に
よって供給される信号の結果、再度光ファイバー４上の
レーザービーム２の軸の合焦と、中心化との検査を行う
ことができる。

【００８８】図１４に示す場合には、その検査は、光学
ファイバー４の入射面の上流側でレーザービームの分析
によって行われ、それは入射面と同じ高さではない。

【００８９】

【効果】本発明に係わる光束中心検査用装置は、以上説
明したように構成したので、中心化誤差、合焦誤差を検
出することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバの入射面へのビームの合焦を説明す
るための図である。

【図２】中心化誤差を説明するための図であって、
（Ａ）は合焦ビームの中心化誤差を説明するための側面
図、（Ｂ）は中心化誤差を説明するための平面図であ
る。

【図３】軸方向合焦誤差の説明図で、（Ａ）は上方合焦
誤差の説明図、（Ｂ）は下方合焦誤差の説明図である。

【図４】本発明に係わる光束中心検査用装置の縦断面図
である。

【図５】図４に示す光束中心検査用装置に使用するミラ
ーの平面図である。

【図６】図４に示す光束中心検査用装置により検出され
た中心化誤差とその出力との関係を説明するための図で
あって、（Ａ）は中心化誤差を説明するための平面図で
あり、（Ｂ）は中心化誤差に依存して変動する光強度の
グラフである。

【図７】光ファイバの作動軸に光束の中心を一致させた
ときの光検出強度を説明するための図であって、（Ａ）
は再調整により光ファイバの作動軸に光束の中心を一致
させた状態を示す平面図であり、（Ｂ）はそのときの光
検出強度を示すグラフである。

【図８】本発明に係わる光束中心検査用装置を用いて合
焦調整の実行を説明するための図である。

【図９】本発明に係わる光束中心検査用装置の第２実施
例を示す縦断面図である。

【図１０】図９に示す光束中心検査用装置の一部を形成
する回転部材のスリットを説明するための平面図であ
る。

【図１１】二次元ホトデイテクタを有する本発明に係わ
る光束中心検査用装置の第３実施例を示す縦断面図であ
る。

【図１２】本発明に係わる光束中心検査用装置の第４実
施例を示す縦断面図である。

【図１３】図１２に示す光束中心検査用装置に用いられ
る２個の平面ミラーを有するアッセンブリの斜視図であ
る。

【図１４】本発明に係わる光束中心検査用装置の第５実
施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

２…ビーム４…光ファイバ８、４６…レンズ２２…光サンプル採取アッセンブリ２４、２６…切頭円錐形ミラー２８…円錐孔３４…薄板平面ミラー４４、７０…ホトデイテクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームの軸Ｘと作動軸Ｙとの一致を検査
するための光束中心検査用装置において、円に沿っての
光ビームの周辺部を採集するための及び対応する光強度
の角度分布を解析するためのその採取光を検出するため
のサンプル採取検出手段（24、26、34、40、44；24、2
6、60、40、44；24、26、62、70；82、88、90；62、6
4）を有し、その円の中心は作動軸Ｙと一致し、その角
度分布は光ビームの軸Ｘが作動軸に一致したときに一様
であることを特徴とする光束中心検査用装置。
【請求項２】サンプル採取検出手段はその軸が作動軸Ｙ
と一致しかつその頂部に作動軸の中心化された孔を有し
しかも円に沿って光の一部を採取する機能を果たしてそ
の採取光を反射する第１切頭円錘形ミラー２４と、その
軸が作動軸Ｙと一致しかつ第１切頭円錐形ミラー２４と
一体で該第１円錐形ミラー２４を包囲ししかも該第１円
錐形ミラー２４によって反射された光束を反射する第２
切頭円錐形ミラー２６と、第２切頭円錐形ミラー２６に
よって反射された光束を検出するための検出手段（34、
40、44；60、40、44；62、70）との統合からなることを
特徴とする請求項１に記載の光束中心検査用装置。
【請求項３】前記検出手段が、第２切頭円錐形ミラー２
６によって反射された光束を採集するための採取手段
（34、40、60）と、連続的に形成された光サンプルを検
出するためのホトデイテクタ４４との統合からなり、ホ
トデイテクタ４４は角度分布の解析を可能にすることを
特徴とする請求項２に記載の光束中心検査用装置。
【請求項４】サンプル採取手段は、第２切頭円錐形ミラ
ー２６によって反射された反射光束の一部を遮光するた
めに光路に設けられた第３ミラー３４と連続的に光サン
プルを形成できるように第３ミラーを回転させるための
手段４０との統合からなり、その第３ミラー３４はホト
デイテクタ４４に向けて遮光部分の光を反射し、かつ、
第３ミラー３４は軸Ｚの回りに回転し、その軸Ｚは作動
軸Ｙと交差していることを特徴とする請求項３に記載の
光束中心検査用装置。
【請求項５】サンプル手段は、サンプル採取手段に向け
られた光の通過を許容するための中心孔６６と第２切頭
円錐形ミラー２６によって反射された光束の一部を通過
させるための側孔６８とを有し、作動軸Ｙの回りに回転
されかつ第２切頭円錐ミラー２６に臨んで位置された部
材６０と、連続的な光サンプルの通過を許可するために
この部材６０を作動軸Ｙの回りに回転させる手段と、サ
ンプル採取手段に向けて導かれる光ビーム２の通過を許
可するための中心孔を有する第３ミラー６２との統合か
らなり、この第３ミラー６２は連続的光サンプルを採取
してホトデイテクタ４４に向けてこの光束を反射させる
ことを特徴とする請求項３に記載の光束中心検査用装
置。
【請求項６】検出手段は、サンプル採取手段に導かれる
光ビーム２の通過を許容する中心孔を有し、かつ、第２
切頭円錐形ミラー２６によって反射された光束を遮光す
るために第２切頭円錐形ミラー２６に臨んで配置された
第３ミラーと、第３ミラー６２によって反射された光を
受光するための二次元ホトデイテクタ７０との統合から
なり、該ホトデイテクタ７０は角度分布の全方向の解析
を可能にすることを特徴とする請求項２に記載の光束中
心検査用装置。
【請求項７】サンプル採取検出手段は、作動軸Ｙに対し
て傾けられかつ円に沿っての光ビーム２の採集部をその
周辺に備えられしかもサンプルされた光を反射させるた
めの第１ミラー８８と、軸Ｙに対して傾けられ第１傾斜
ミラー８８と一体の第２ミラー９０と、第１傾斜ミラー
８８と第２傾斜ミラー９０とによって形成されたアッセ
ンブリを回転させるための回転手段８２と、サンプル採
取サンプルアッセンブリに向けて導かれる光ビームの通
過を許可するための中心孔を有しかつ第２傾斜ミラーに
よって反射された光束を遮光する第３ミラー６２と、角
度分布の解析を許可するためにミラー６２によって反射
された光束を検出するためのホトデイテクター４４とか
らなるサンプル採取アッセンブリとサンプリングアッセ
ンブリの統合からなることを特徴とする請求項１に記載
の光束中心検査用装置。
【請求項８】第１傾斜ミラー８８と第２傾斜ミラー９０
により形成されたアッセンブリを作動軸Ｙと垂直方向に
変位させるための変位手段９２を有することを特徴とす
る請求項７に記載の光束中心検査用装置。
【請求項９】光ビーム２を光ファイバ４の入射面に合焦
させるための手段８を有して、光ビームを光ファイバに
導くための光学系を備え、光ファイバのコア軸が作動軸
ｙに一致し、その円が光ファイバ４の入射面を含む面内
に存在し、光ファイバの入射面上での合焦を検査するこ
とが可能で、検出された光の強度が最小値のときに合焦
が実行されることを特徴とする請求項１に記載の光束中
心検査用装置。
【請求項１０】サンプル採取検出手段は、その軸が作動
軸Ｙと一致しかつその頂部に作動軸に一致する中心孔を
有ししかも円に沿って光ビームの一部を採取してこのサ
ンプル光を反射させる第１切頭円錐形ミラー２４と、そ
の軸が作動軸Ｙと一致しかつ第１切頭円錐形ミラー２４
と一体でしかも第１切頭円錐形ミラー２４を包囲して第
１切頭円錐形ミラー２４によって反射された光を反射す
るための第２切頭円錐形ミラー２６と、第２切頭円錐形
ミラー２６によって反射された光束を検出するための手
段（34、40、44；60、40、44；62、70）と、流体を第１
切頭円錐形ミラー２４内で光ファイバ４の入射面に向け
てこの入射面を冷却するために噴射する手段からなるシ
ステムとの統合からなる請求項９に記載の光束中心検査
用装置。