JPH0792348A

JPH0792348A - 光ファイバーへのレーザ光入射装置

Info

Publication number: JPH0792348A
Application number: JP5233967A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Koyama; 博隆小山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバーにレーザ光を入射させる調整が
容易で、光ファイバーの事故や破損のない光ファイバー
へのレーザ光入射装置を提供すること。【構成】光ファイバー１３の入射端面と集光レンズ１
２との間に絞りＳ１、Ｓ２を配置し、光ファイバー１３
のコア部分１４に入射しないレーザ光１１を絞りＳ１、
Ｓ２で遮蔽する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工用のレーザ
光を光ファイバーに入射する光ファイバーへのレーザ光
入射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を利用したレーザ加工では、光
ファイバーでレーザ光を離れた場所に伝送し、そして、
伝送された地点でレーザ加工を行う方法がしばしば用い
られる。この方法によれば、レーザ加工を行う加工物の
近くにレーザ装置を配置する必要がなくなり、生産設備
を配置する自由度がそれだけ大きくなる。

【０００３】ところで、レーザ装置で発生されたレーザ
光を遠方まで伝送するために、レーザ光を光ファイバー
に入射させる必要がある。このように光ファイバーに対
しレーザ光を入射する場合に、光ファイバーへのレーザ
光入射装置が用いられる。

【０００４】ここで、従来の光ファイバーへのレーザ光
入射装置について、図５を参照して説明する。

【０００５】レーザ装置（図示せず）からレーザ光５１
が出射される。なお、レーザ装置から出射されたレーザ
光５１は集光レンズ５２で集光される。また、レーザ光
５１が集光される集光点には、光ファイバー５３の入射
端面が配置される。そして、入射端面から光ファイバー
５３内のコア部分５４にレーザ光５１が入射され、コア
部分５４によってレーザ光５１が伝送される。

【０００６】なお、図５の構成では図示されていない
が、レーザ光５１の光軸に集光レンズ５２の軸を合わせ
るレンズ位置調整機構や、レーザ光５１が集光レンズ５
２に正しく入射するようにするレンズ角度調整機構、ま
た、レーザ光５１の集光点に光ファイバー５３の入射端
面を正しく配置する光ファイバー調整機構などが適宜設
けられる。また、レーザ光５１が光ファイバー５３に正
しく入射されていることを確認する光センサなども設け
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ装置
から出射されたレーザ光５１が、光ファイバー５３に確
実に入射するためには、次のような条件が必要となる。
例えば、光ファイバー５３を構成するコア部分５４の径
よりレーザ光５１の断面が小さくなるようにレーザ光５
１が集光されること、そして、集光レンズ５２で集光さ
れたレーザ光５１が光ファイバー５３のコア部分５４に
向かうように、集光角が光ファイバーに固有の入射限界
角（ＮＡ）以下であることである。

【０００８】従来の光ファイバーへのレーザ光入射装置
は、通常、上記の条件を満たすように設計されている。
しかし、集光レンズ５２や光ファイバー５３の配置をど
のように調整しても調整誤差が残る。したがって、集光
レンズ５２で集光されたレーザ光５１の光軸と光ファイ
バー５３の軸がある角度を持ったり、あるいは、光ファ
イバー５３の入射端面が集光点に正しく配置されなかっ
たりして、上記の条件が満たされないことがある。

【０００９】特に、レーザ光５１が不可視光であるとレ
ーザ光５１が目に見えないため、光ファイバー５３の入
射端面を正しい位置に置く調整が難しく、また、その作
業も煩雑である。また、調整の正確さは作業者の熟練度
によっても左右されるため、光ファイバー５３が正しい
位置に配置されたことの確認も容易でない。さらに、調
整作業が終了した後に、レーザ光５１の光軸や集光レン
ズ５２の位置、角度、光ファイバー５３の位置などが変
化することもある。

【００１０】上記した理由から、光ファイバーにレーザ
光が正しく入射されず、加工不良や光ファイバーの破損
を招くことがある。

【００１１】本発明は上記した欠点を解決し、光ファイ
バーにレーザ光を入射させる調整が容易で、光ファイバ
ーの事故や破損のない光ファイバーへのレーザ光入射装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバーへ
のレーザ光入射装置は、レーザ光を出射するレーザ装置
と、前記レーザ光を集光する集光レンズと、この集光レ
ンズで集光されるレーザ光の集光点に、その入射端面が
位置する光ファイバーと、この光ファイバーの入射端面
と前記集光レンズとの間に位置し、前記光ファイバーの
コア部分に入射しない前記レーザ光を遮蔽する絞りとか
ら構成されている。

【００１３】また、前記絞りを冷却する冷却機構を設け
ている。

【００１４】また、前記絞りの温度を測定する温度測定
機構を設けている。

【００１５】

【作用】上記した構成によれば、光ファイバーの入射端
面と前記集光レンズとの間に絞りを配置し、光ファイバ
ーのコア部分に入射しないレーザ光を絞りで遮蔽してい
る。したがって、光ファイバーのコア部分に入射するレ
ーザ光のみが絞りを通過し、光ファイバーに入射され
る。このため、光ファイバーの入射限界を越えるレーザ
光が、光ファイバーに入射するようなことがなくなり、
光ファイバーの破損などが防げる。

【００１６】これまでは、光ファイバーの入射限界を越
えるレーザ光が、光ファイバーに入射しないようにする
ため、光ファイバーや集光レンズなど光学系の配置に慎
重な調整作業が必要とされていた。しかし、光ファイバ
ーの入射限界を越えるレーザ光を絞りで遮蔽できるた
め、煩雑な調整作業が不要になる。

【００１７】また、絞りに冷却機構を設けることによ
り、レーザ光による絞りの過熱を防止できる。また、絞
りの温度を測定すれば、絞りで遮蔽されたレーザ光の出
力を間接的に知ることができ、光ファイバーや集光レン
ズなど光学系の位置ずれなどの異常を発見できる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例について、図１を参照して
説明する。

【００１９】レーザ装置（図示せず）から出射されたレ
ーザ光１１は、集光レンズ１２で集光される。そして、
レーザ光１１の集光点に光ファイバー１３の入射端面が
配置される。光ファイバー１３には斜線で示したコア部
分１４があり、コア部分１４によってレーザ光が伝送さ
れる。したがって、レーザ光１１は集光レンズ１２で集
光され、光ファイバー１３のコア部分１４にレーザ光１
１が入射するようにされる。

【００２０】また、集光レンズ１２と光ファイバー１３
の間には、例えば２個の絞りＳ１、Ｓ２がある間隔で配
置される。絞りＳ１、Ｓ２はある厚みを持ち、そして、
絞りＳ１、Ｓ２を形成する開口の内面はテーパ状になっ
ている。例えば、開口内面の径は集光レンズ１２側が大
きく、光ファイバー１３側が小さくなっている。また、
絞りＳ１、Ｓ２に形成される開口の面積は、集光レンズ
１２で集光されるレーザ光１１の断面に合わせて、集光
レンズ１２側の絞りＳ２の方が大きくなっている。

【００２１】ここで、図２に示すように光ファイバー１
３のコア部分１４の径をＤc 、また、入射限界角をθと
すると、光ファイバー１３のコア部分１４に入射される
レーザ光の光束は、点線ｄ１、ｄ２で挟まれた内側の領
域となる。また、絞りＳ１と光ファイバー入射端面の距
離をＬ1 、その開口直径をＤ1 とし、また、絞りＳ２と
光ファイバー入射端面の距離をＬ2 （Ｌ1 ＜Ｌ2 ）、そ
の開口直径をＤ2 とする。

【００２２】この場合、各絞りＳ１、Ｓ２と入射端面の
距離Ｌ1 、Ｌ2 や、絞りＳ１、Ｓ２の開口直径Ｄ1 、Ｄ
2 が（式１）、（式２）のように定められれば、２枚の
絞りＳ１、Ｓ２を通過したレーザ光は全て光ファイバー
のコア部分１４に入射される。Ｄ1 ≦Ｄc ＋２Ｌ1 tan
θ……（１）Ｄ2 ≦Ｄc ＋２Ｌ2 tan θ……（２）なお、絞りＳ２と光ファイバー入射端面との距離Ｌ2
は、集光レンズ１２の焦点距離ｆに対し、ｆ＞Ｌ2 とさ
れる。

【００２３】上記した例では２枚の絞りＳ１、Ｓ２を用
いているが、一般にＮ枚の絞りを用いることができ、こ
の場合、各絞りの開口直径Ｄn や光ファイバー入射端面
との距離Ｌn は、（式３）を満たすように定められる。

【００２４】Ｄn ≦Ｄc ＋２Ｌn tan θ （ｎ＝１、２、…、Ｎ）……（３）ただし、ＬN の値は、集光レンズの焦点距離ｆより小さ
くされる。

【００２５】上記（式１）〜（式３）の関係を満たすよ
うに絞りの形状を選び、そして配置すれば、光ファイバ
ーのコア部分に入射しないレーザ光は絞りで遮蔽され
る。したがって、コア部分の外側にはみでるレーザ光に
よって光ファイバーが破損されることもない。

【００２６】ところで、レーザ光が絞りＳ１、Ｓ２で遮
蔽されると、その遮蔽部分がレーザ光の照射によって発
熱する。そして、照射されるレーザ光が多くなると絞り
の温度が上昇してくる。したがって、絞りの温度上昇を
防止するために、２枚の絞りＳ１、Ｓ２を囲むように冷
却機構１５が設けられる。冷却機構１５の内部には例え
ば冷却水が収納され、絞りＳ１、Ｓ２を冷却できるよう
になっている。

【００２７】なお、絞りＳ１、Ｓ２の温度は、遮蔽する
レーザ光の量に対応している。したがって、例えば絞り
Ｓ１に接して温度測定素子１６を設け、絞りＳ１の温度
を測定すれば、遮蔽されたレーザ光の量を知ることがで
きる。例えば、絞りＳ１の温度上昇を検知すれば、絞り
Ｓ１に照射されるレーザ光が多くなったことが検知で
き、光ファイバーへのレーザ光入射装置の異常を発見で
きる。例えばレーザ光の光軸の変動、あるいは集光レン
ズの位置ずれを、早期に発見できる。また、絞りＳ１の
温度が上昇した場合に、警報を発するようにすれば事故
を未然に防ぐこともできる。

【００２８】図３は、本発明の他の実施例で、４枚の絞
りＳ１〜Ｓ４が配置されている。この場合も、絞りＳ１
〜Ｓ４の開口面積は集光レンズ１２側から光ファイバー
１３側に向かって順に小さくなっている。なお、図３で
は、図１に対応する部分には同一の符号を付し重複する
説明は省略する。

【００２９】また、図４は本発明のもう１つの他の実施
例で、１つの絞りＳ０が厚く形成されている。そして、
集光レンズ１２で集光されるレーザ光１１の断面に合わ
せるように、レーザ光１１の進行方向に沿って開口面積
がテーパ状に変化する透孔が形成されている。なお、図
４でも、図１に対応する部分には同一の符号を付し重複
する説明は省略している。

【００３０】上記の各実施例の説明では、光ファイバー
や絞り、集光レンズなどの位置を調整する機構や、それ
らを固定する機構などについては特に説明していない
が、これらの機構は当然ながら設けられることになる。

【００３１】また、各実施例では、光ファイバーのコア
部分に入射しないレーザ光を遮蔽する例で説明してい
る。しかし、光ファイバーのコア部分に入射しないレー
ザ光を確実に遮蔽するために、光ファイバーのコア部分
に入射するレーザ光を部分的に遮蔽するように、絞りの
開口面積や位置などを選ぶこともできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、光ファイバーにレーザ
光を入射する調整が容易になり、また、調整ずれなどに
よる光ファイバー破損や事故を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す概略構成図である。

【図４】本発明のもう１つの他の実施例を示す概略構成
図である。

【図５】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１１…レーザ光１２…集光レンズ１３…光ファイバー１４…コア部分１５…冷却機構１６ー温度測定素子Ｓ１、Ｓ２…絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出射するレーザ装置と、前記
レーザ光を集光する集光レンズと、この集光レンズで集
光されるレーザ光の集光点に、その入射端面が位置する
光ファイバーと、この光ファイバーの入射端面と前記集
光レンズとの間に位置し、前記光ファイバーのコア部分
に入射しない前記レーザ光を遮蔽する絞りとを具備した
光ファイバーへのレーザ光入射装置。
【請求項２】前記絞りを冷却する冷却機構を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の光ファイバーへのレーザ
光入射装置。
【請求項３】前記絞りの温度を測定する温度測定機構
を設けたことを特徴とする請求項１、または請求項２記
載の光ファイバーへのレーザ光入射装置。