JPH0886976A - 高出力レーザ光分岐装置および絞り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続可変の分岐比で、安全かつ確実に光分岐
できる高出力レーザ光分岐装置を提供し、ビーム整形や
出力調整を安全で確実に行うことができる高出力レーザ
光絞り装置を提供する。 【構成】 高出力レーザ光分岐装置は、レーザ光を所望
の分岐率で光分岐する変位制御型の可変ビームスプリッ
タ１６と、可変ビームスプリッタ１６で分岐された２本
のレーザ光の出力を計測する受光素子２８、２９と、分
岐された２本のレーザ光のビーム形状を検出する撮像素
子２６などで構成され、可変ビームスプリッタ１６の位
置と受光素子２８、２９からの出力信号との関係が制御
回路３０によって計測される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高出力レーザを用い
て、たとえば半田付け、溶接、切断などのレーザ加工を
行うのに好適な高出力レーザ光分岐装置および絞り装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高出力レーザ光を多数分岐する場
合、分岐比が固定であるビームスプリッタが一般に使用
されている。たとえば、１本の光ファイバから複数の光
ファイバに分岐する光分岐器（実開昭５９−７９８１９
号）、光ファイバからのレーザ光を複数のミラーで分岐
するレーザ加工装置（特開昭６４−８３３９４号）、光
ファイバ束からのレーザ光をレンズで集光するレーザ加
工装置（特開平２−１４２６９５号）、レーザから積分
球、光ファイバ束、集光レンズを経由するレーザ加工用
導波路（特開平３−１６３５０２号）等が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光分岐装置では
分岐比が固定であり、このとき各分岐端でのレーザ出力
変動が発生すると出力調整が必要になり、分岐前のレー
ザ出力の変化と分岐比の変化で対応しているが、固定分
岐比では連続的な出力変動に追従することができない。

【０００４】また、低出力レーザの場合にはあまり問題
にならないが、たとえばヨウ素レーザ等が発振する１ｋ
Ｗ〜数十ｋＷ程度の高出力レーザ光を多数分岐する場合
には、光学素子やその支持部材に光吸収による過熱が生
じて、光損傷の恐れが出てくることがある。また、反射
光や散乱光も高い出力を有するため、確実な迷光処理が
要求される。

【０００５】本発明の目的は、高出力レーザ光を分岐す
る場合、連続可変の分岐比で、安全かつ確実に光分岐す
ることができる高出力レーザ光分岐装置を提供すること
である。

【０００６】また本発明の目的は、高出力レーザ光を安
全で確実にビーム整形や出力調整を行うことができる高
出力レーザ光絞り装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光を所
望の分岐率で光分岐し、かつ分岐率調整自在な可変ビー
ムスプリッタと、前記可変ビームスプリッタで分岐され
た第１レーザ光および第２レーザ光の各出力をそれぞれ
計測するための第１出力検出器および第２出力検出器
と、第１レーザ光または第２レーザ光のビーム形状を検
出するためのビーム検出器とを備えることを特徴とする
高出力レーザ光分岐装置である。また本発明は、前記可
変ビームスプリッタは、レーザ光の通過位置に依存して
分岐率が変化する変位制御型の可変ビームスプリッタで
あり、可変ビームスプリッタを位置決めするための位置
決め手段と、第１出力検出器および第２出力検出器から
の各出力信号と可変ビームスプリッタの位置との関係を
計測して、該位置決め機構を制御するための分岐率制御
手段とを備えることを特徴とする。また本発明は、前記
ビーム検出器は、第１レーザ光または第２レーザ光を選
択的に導入するための移動テーブルに搭載されているこ
とを特徴とする。また本発明は、レーザ光を両側から挟
むように対向し、レーザ光に臨む端面が楔状に形成さ
れ、表面に光吸収性膜が形成され、かつ熱伝導性材料か
ら成る１対の光遮断部材と、各光遮断部材の間隔を調整
するための間隔調整手段と、各光遮断部材を冷却するた
めの冷却手段とを備えることを特徴とする高出力レーザ
光絞り装置である。また本発明は、少なくとも２つの高
反射率面を有し、レーザ光を分岐して互いに異なる方向
に反射するためのプリズム反射素子と、前記プリズム反
射素子の裏面に一体的に設置され、各高反射率面を僅か
に通過した光を受光するための受光素子と、前記プリズ
ム反射素子をレーザ光進行方向に対して略垂直方向に変
位させるための変位手段とを備えることを特徴とする高
出力レーザ光分岐装置である。また本発明は、レーザ光
を反射する高反射率面を有するプリズム反射素子と、前
記プリズム反射素子の裏面に一体的に設置され、高反射
率面を僅かに通過した光を受光するための受光素子と、
前記プリズム反射素子をレーザ光進行方向に対して略垂
直方向に変位させるための変位手段とを具備する光分岐
ユニットが、レーザ光に対して複数並んで配設されるこ
とを特徴とする高出力レーザ光分岐装置である。また本
発明は、レーザ光の通過位置に依存して分岐率が変化す
る可変ビームスプリッタと、可変ビームスプリッタを位
置決めするための位置決め手段とを具備する光分岐ユニ
ットが、レーザ光に対して直列的に複数配置されている
ことを特徴とする高出力レーザ光分岐装置である。また
本発明は、レーザ光を集束するための集束光学素子と、
高反射率面と部分反射率面とが一体形成され、集束光学
素子で集束されたレーザ光を部分的に反射および透過す
るための部分反射素子と、前記部分反射素子をレーザ光
進行方向に対して平行に変位するための変位手段とを備
えることを特徴とする高出力レーザ光分岐装置である。
また本発明は、レーザ光の通過位置に依存して分岐率が
変化する可変ビームスプリッタを正多角形の各辺に相当
する位置に複数連設して構成されることを特徴とする高
出力レーザ光分岐装置である。また本発明は、レーザ光
の入射角度に依存して分岐率が変化する可変ビームスプ
リッタと、可変ビームスプリッタの回転角を制御するた
めの角変位手段とを具備する光分岐ユニットが、レーザ
光に対して直列的に複数配置されていることを特徴とす
る高出力レーザ光分岐装置である。また本発明は、レー
ザ光を反射するための反射素子と、前記反射素子の回転
角を制御して、レーザ光の反射方向を任意に制御するた
めの角変位手段と、反射レーザ光を受光するための複数
の受光窓と、前記角変位手段を制御して、各受光窓毎に
レーザ光の受光時間を設定するための受光時間制御手段
とを備えることを特徴とする高出力レーザ光分岐装置で
ある。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、可変ビームスプリッタによっ
てレーザ光を任意の分岐比で光分岐することが可能にな
り、分岐された各レーザ光の出力を光電変換素子等の出
力検出器で計測することによって、実際の分岐比を精度
良く監視することができる。さらに、撮像素子等のビー
ム検出器が、分岐された各レーザ光のビームを検出する
ことによって、ビーム断面プロファイル、ビームサイ
ズ、ビーム光軸などを定常的に監視できるようになり、
光軸変動や焦点変動等に対して迅速な対処が可能にな
る。

【０００９】また、変位制御型の可変ビームスプリッタ
を所定位置に位置決めすることによって、任意の分岐比
での光分岐が実現できる。さらに、第１出力検出器およ
び第２出力検出器からの各出力信号と可変ビームスプリ
ッタの位置との関係を計測することによって、実際の分
岐比と可変ビームスプリッタの位置との関係を精度良く
監視できる。そこで、可変ビームスプリッタの位置を正
確に決めることによって、実際の分岐比を精度良く設定
することができる。

【００１０】また、ビーム検出器を移動テーブルに搭載
することによって、１台のビーム検出器で複数のレーザ
光を監視することが可能になり、装置が簡素化される。

【００１１】また本発明に従えば、レーザ光に臨む端面
が楔状に形成された１対の光遮断部材がレーザ光を両側
から挟むように対向し、その間隔調整によってレーザ光
の一部が遮断されるため、レーザ光のビーム整形や出力
調整を行うことができる。光遮断部材の表面には黒色皮
膜等の光吸収性膜が形成され、レーザ光の乱反射を抑制
している。また、光遮断部材は銅などの熱伝導性材料で
形成されて、耐熱性が向上しており、さらに光遮断部材
の表面や内部に冷却流体管路などの冷却手段を設けるこ
とによって、過熱や光損傷を防止している。

【００１２】また本発明に従えば、複数の高反射率面を
有するプリズム反射素子にレーザ光が照射されると、レ
ーザ光は複数の方向に分岐される。プリズム反射素子の
裏面には受光素子が一体的に設けられ、各高反射率面を
僅かに通過した光を受光することによって、入射前のレ
ーザ光出力や分岐されたレーザ光出力を計測できる。さ
らに、プリズム反射素子をレーザ光進行方向に対して略
垂直方向に変位させることによって、レーザ光の分岐位
置が変化して分岐比を連続的に可変できる。また、こう
したプリズム反射素子をレーザ光に対して直列的に配置
することによって、複数の分岐を実現できる。

【００１３】また本発明に従えば、高反射率面を有する
プリズム反射素子と該プリズム反射素子の変位手段とを
具備する光分岐ユニットが、レーザ光に対して複数並ん
で配設されることによって、レーザ光は複数に分岐さ
れ、しかもプリズム反射素子の変位に応じて、分岐され
たレーザ光の出力を任意に調整できる。プリズム反射素
子の裏面には受光素子が一体的に設けられ、高反射率面
を僅かに通過した光を受光することによって、分岐され
たレーザ光出力を計測できる。

【００１４】また本発明に従えば、いわゆる変位制御型
の可変ビームスプリッタとその位置決め手段とを具備す
る光分岐ユニットが、レーザ光に対して直列的に複数配
置されることによって、レーザ光は複数に分岐され、し
かも可変ビームスプリッタの変位に応じて、分岐された
レーザ光の出力を任意に調整できる。

【００１５】また本発明に従えば、高反射率面と部分反
射率面とが一体形成された部分反射素子を集束レーザ光
の光進行方向に対して平行に変位させることによって、
部分反射素子におけるレーザ光の反射面積および透過面
積が変化するため、分岐比を連続的に変化させることが
できる。また、こうした部分反射素子をレーザ光に対し
て直列的に配置することによって、複数の分岐を実現で
きる。

【００１６】また本発明に従えば、いわゆる変位制御型
の可変ビームスプリッタを正多角形状に複数連設するこ
とによって、複数の分岐を同時に実現するコンパクトな
ビームスプリッタが得られる。またビームスプリッタを
高さ方向に変位することによって、各分岐先の分岐比を
任意に調整できる。

【００１７】また本発明に従えば、いわゆる入射角度制
御型の可変ビームスプリッタとその角変位手段とを具備
する光分岐ユニットが、レーザ光に対して直列的に複数
配置されることによって、レーザ光は複数に分岐され、
しかも可変ビームスプリッタの回転角に応じて、分岐さ
れたレーザ光の出力を任意に調整できる。

【００１８】また本発明に従えば、反射素子の回転角を
制御してレーザ光を走査することによって、複数の受光
窓に反射レーザ光を受光させ、さらに角変位手段を制御
することによって各受光窓毎の受光時間を任意に設定で
きる。したがって、レーザ光を時分割的に複数分岐する
ことができる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例を示す構成図で
ある。高出力レーザ光分岐装置は、光学定盤の上に所定
の光学素子およびそのホルダーが配置される。ヨウ素レ
ーザ等の高出力レーザから放射されるレーザビームＬＢ
は、直径約４０ｍｍで紙面垂直方向に入射し、ミラー１
０によって紙面平行で下方に反射される。次に、円形の
アパーチャを持つ固定ビーム絞り１１を通過すると、レ
ーザビームＬＢの直径が約３０ｍｍに整形され、次にレ
ンズ１２、１３から成るアフォーカルレンズ系を通過す
るとレーザビームＬＢが直径約７．５ｍｍの平行ビーム
に変換され、ミラー１４によって左方に反射される。ミ
ラー１０、１４やレンズ１２、１３、固定ビーム絞り１
１等は微動ステージに保持されており、マイクロメータ
等によって３次元位置や向きが調整自在である。ミラー
１４で反射したレーザビームＬＢは再びミラー１５によ
って上方に反射され、可変ビームスプリッタ１６に入射
する。

【００２０】図２（ａ）は図１の可変ビームスプリッタ
１６を示す斜視図であり、図２（ｂ）は透過率特性の一
例を示すグラフである。可変ビームスプリッタ１６は、
石英ガラス等の透明基板の表面に誘電体多層膜がコーテ
ィングされ、レーザビームＬＢの通過位置に依存して透
過率および反射率が変化する光学特性を有する。可変ビ
ームスプリッタ１６に対して入射角４５度でレーザビー
ムＬＢが入射すると、一方端面を基準として長手方向に
計測してレーザビームＬＢの中心までの距離をＸとおく
と、図２（ｂ）に示すように距離Ｘが増加するにつれて
透過率が単調に減少して、分岐されたレーザビームＬＢ
２の出力が徐々に減少し、これに併せて反射率が単調に
増加して、分岐されたレーザビームＬＢ１の出力が徐々
に増加する。こうして分岐方向を変化させることなく、
分岐光量比を連続的に変化させることができる。

【００２１】図１に戻って、可変ビームスプリッタ１６
は、紙面平行に直線移動できる移動ステージ１６ａに保
持され、その直線位置はモータ１６ｂの回転量によって
制御される。移動ステージ１６ａにリニアエンコーダを
取付けたり、モータ１６ｂの回転軸にロータリエンコー
ダを取付けることによって、可変ビームスプリッタ１６
の直線位置が検知可能になり、その位置信号は制御回路
３０に送られる。可変ビームスプリッタ１６は、直線位
置に応じて決まる分岐光量比に基づいてレーザビームＬ
Ｂを分岐し、レーザビームＬＢ１を反射するとともにレ
ーザビームＬＢ２を通過する。分岐されたレーザビーム
ＬＢ１は、可変ビーム絞り１９に入射する。

【００２２】図３は、図１の可変ビーム絞り１９の概略
構成を示す斜視図である。可変ビーム絞り１９は、レー
ザビームＬＢ１を両側から挟むように対向した１対の光
遮断部材１９ａを備え、レーザビームＬＢ１に臨む端面
が楔状に形成され、鋭角的なエッジでレーザビームＬＢ
１を部分的に遮断することによって、ビーム整形や出力
調整を行う。光遮断部材１９ａの表面には、たとえば黒
色皮膜などの光吸収性膜が形成され、光遮断部材１９ａ
自体は銅など熱伝導性材料で形成されており、放熱効率
を向上させている。また、各光遮断部材１９ａにはマイ
クロメータ等の微動機構１９ｂが設置され、対向する光
遮断部材１９ａの間隔を任意に調整可能にしている。

【００２３】こうした１対の光遮断部材１９ａは、レー
ザビームＬＢ１を挟む方向によって複数組設置すること
ができ、図３では上下方向と左右方向にそれぞれ２組設
けられている。

【００２４】光遮断部材１９ａ内部または表面には、水
などの冷却用流体を流通させるための冷却管路が形成さ
れており、各光遮断部材１９ａ間は可撓性の連結管２０
で連結されている。こうしてレーザビームＬＢ１の一部
が光遮断部材１９で吸収されたとしても、過熱による損
傷を防止できる。

【００２５】図１に戻って、可変ビーム絞り１９を反射
したレーザビームＬＢ１は、反射率１％程度の部分ミラ
ー２０によって切り出され、部分ミラー２０を通過した
レーザビームＬＢ１はビームダンプ２１に入射する。ビ
ームダンプ２１は、高出力レーザ光を漏れなく吸収する
ビームストッパの機能を有し、レーザ加工の際には取り
外されて、集束レンズおよび光ファイバなどの導光部材
に置換えられる。

【００２６】一方、部分ミラー２０によって切り出され
たレーザビームは、ハーフミラー２２によって等分に分
岐される。一方の分岐ビームは３枚構成のＮＤフィルタ
２４によって所定レベルまで減衰され、レンズ２５によ
って集束され、フォトダイオード等の受光素子２８に入
射する。他方の分岐ビームは同様に３枚構成のＮＤフィ
ルタ２４によって所定レベルまで減衰され、ＣＣＤセン
サ等の撮像素子２６に入射する。

【００２７】さらに、可変ビームスプリッタ１６を通過
したレーザビームＬＢ２は、同様に反射率１％程度の部
分ミラー１７によって切り出され、部分ミラー１７を通
過したレーザビームＬＢ２はビームダンプ１８に入射す
るが、ビームダンプ１８は必要に応じて集束レンズおよ
び光ファイバなどの導光部材に置換えられる。

【００２８】部分ミラー１７によって切り出されたレー
ザビームは、ハーフミラー２３によって等分に分岐され
る。一方の分岐ビームは３枚構成のＮＤフィルタ２４に
よって所定レベルまで減衰され、レンズ２５によって集
束され、フォトダイオード等の受光素子２９に入射す
る。他方の分岐ビームは上方に反射する。上述したＮＤ
フィルタ２４および撮像素子２６は移動テーブル２７に
搭載されており、部分ミラー１７で切り出されたレーザ
ビームまたは部分ミラー２０で切り出されたレーザビー
ムを選択的に導入可能にしている。

【００２９】なお、受光素子２８、２９や撮像素子２６
などはレーザビームＬＢの波長に対して一定の感度を有
するものが用いられ、たとえば赤外レーザの場合は撮像
素子２６として赤外線（ＩＲ）カメラが使用される。

【００３０】撮像素子２６は、可変ビームスプリッタ１
６によって分岐された各レーザビームＬＢ１、ＬＢ２の
ビーム形状を撮像し、ＣＲＴ（陰極線管）等のディスプ
レイ２６ａに表示する機能を有し、ビーム断面プロファ
イル、ビームサイズ、ビーム光軸などを定常的に監視で
きる。したがって、各レーザビームＬＢ１、ＬＢ２の光
軸変動や焦点変動等に対して迅速な対処が可能になる。

【００３１】制御回路３０は、たとえば装置の初期化動
作の際に、可変ビームスプリッタ１６をゆっくり移動さ
せながら、受光素子２８、２９からの出力および比率の
変化を検出して、可変ビームスプリッタ１６の位置との
対応関係を計測しておく。そして、制御回路３０が所定
の分岐比に設定すべき指示を受けると、前述の対応関係
を参照して、可変ビームスプリッタ１６の位置を割出し
後、モータ１６ｂを駆動して該位置に位置決めする。こ
うして実際のレーザビームの出力を監視しながら可変ビ
ームスプリッタ１６の位置を正確に決めることによっ
て、可変ビームスプリッタ１６の分岐比を精度良く設定
できる。

【００３２】なお、本実施例において、直線変位型の可
変ビームスプリッタ１６を使用する場合を示したが、回
転角に依存して透過率および反射率が変化する光学特性
を有する回転変位型の可変ビームスプリッタ１６および
回転型の微動ステージ３３を使用することも可能であ
る。

【００３３】図４（ａ）は、本発明の第２実施例を示す
構成図である。高出力レーザから放射されるレーザビー
ムＬＢが左方から進行して、プリズム反射素子３１に入
射する。プリズム反射素子３１は、図４（ｂ）に示すよ
うに、石英ガラス等の透明材料から成る直角三角柱の形
状を成し、直角に交差する２つの面には反射率９９％以
上の誘電体多層膜がコーティングされ、高反射率面３１
ａ、３１ｂを形成している。裏面には、２つの高反射率
面３１ａ、３１ｂを垂直に投影した領域にそれぞれフォ
トダイオード等の受光素子３２ａ、３２ｂが一体的に設
置され、レーザビームＬＢが各高反射率面３１ａ、３１
ｂを僅かに通過した光を受光して、レーザ光の出力を計
測している。

【００３４】レーザビームＬＢは高反射率面３１ａ、３
１ｂによって空間的に分岐され、分岐されたレーザビー
ムＬＢ１は上方に反射し、レンズ１によって集束され光
ファイバ２に導入され、所定のレーザ加工装置に導かれ
る。たとえばレーザビームＬＢの断面が円形である場合
は、円弧状のビーム断面に切り出される。プリズム反射
素子３１は、レーザビームＬＢの進行方向に対して略垂
直方向に変位させる微動ステージ３３に保持されてお
り、微動ステージ３３を移動することによって分岐位置
が変化するため、分岐光量比を任意に調整できる。特
に、裏面に設置された受光素子３２ａ、３２ｂの出力に
基づいて位置調整することによって、精度良く分岐比を
設定できる。

【００３５】下方に分岐されたレーザビームＬＢ２は、
第２のプリズム反射素子３１に入射して再び空間的に分
岐され、さらに分岐されたレーザビームＬＢ３は左方に
反射し、レンズ１によって集束され光ファイバ２に導入
され、所定のレーザ加工装置に導かれる。右方に分岐さ
れたレーザビームＬＢ４は、第３のプリズム反射素子３
１に入射して再び空間的に分岐され、さらに分岐された
レーザビームＬＢ５は下方に反射し、レンズ１によって
集束され光ファイバ２に導入され、所定のレーザ加工装
置に導かれる。残りのレーザビームＬＢ４はビームダン
プ３によって吸収されるが、これもレンズおよび光ファ
イバなどの導光部材に置換可能である。

【００３６】こうしてプリズム反射素子３１をレーザビ
ームＬＢに対して直列的に配置することによって、分岐
比が連続可変で複数の分岐を実現することができる。

【００３７】図５は、本発明の第３実施例を示す構成図
である。高出力レーザから放射されるレーザビームＬＢ
が上方から進行して、プリズム反射素子３１に入射す
る。プリズム反射素子３１は、石英ガラス等の透明材料
から成る正多角錐、たとえば正五角錐の形状を成し、２
つの斜面には反射率９９％以上の誘電体多層膜がコーテ
ィングされ、高反射率面３１ａ〜３１ｅを形成してい
る。裏面には、５つの高反射率面３１ａ〜３１ｅを垂直
に投影した領域にそれぞれフォトダイオード等の受光素
子３２ａ〜３２ｅが一体的に設置され、レーザビームＬ
Ｂが各高反射率面３１ａ〜３１ｅを僅かに通過した光を
受光して、レーザ光の出力を計測する。

【００３８】レーザビームＬＢは高反射率面３１ａ〜３
１ｅによって空間的に分岐され、分岐された５本のレー
ザビームＬＢ１〜ＬＢ５はレンズ１によって集束され光
ファイバ２に導入され、所定のレーザ加工装置に導かれ
る。たとえばレーザビームＬＢの断面が円形である場合
は、扇型状のビーム断面に切り出される。プリズム反射
素子３１は、レーザビームＬＢの進行方向に対して略垂
直方向に変位させる微動ステージ３３に保持されてお
り、微動ステージ３３を移動することによって分岐位置
が変化するため、分岐光量比を任意に調整できる。特
に、裏面に設置された受光素子３２ａ〜３２ｅの出力に
基づいて位置調整することによって、精度良く分岐比を
設定できる。なお、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ５の光軸
ずれを防止するため、レンズ１および光ファイバ２は微
動ステージ３３に保持される。

【００３９】こうしてプリズム反射素子３１をレーザビ
ームＬＢに対して略垂直方向に変位させることによっ
て、分岐比が連続可変で複数の分岐を実現できる。

【００４０】図６は、本発明の第４実施例を示す構成図
である。高出力レーザから放射されるレーザビームＬＢ
が左方から進行して、プリズム反射素子３１に入射す
る。プリズム反射素子３１は、石英ガラス等の透明材料
から成る直角三角柱の形状を成し、斜面には反射率９９
％以上の誘電体多層膜がコーティングされ、高反射率面
３１ａを形成している。裏面には、フォトダイオード等
の受光素子３２ａが一体的に設置され、レーザビームＬ
Ｂが高反射率面３１ａを僅かに通過した光を受光して、
レーザ光の出力を計測している。

【００４１】レーザビームＬＢは高反射率面３１ａによ
って空間的に分岐され、分岐されたレーザビームＬＢ１
は上方に反射し、レンズ１によって集束され光ファイバ
２に導入され、所定のレーザ加工装置に導かれる。たと
えばレーザビームＬＢの断面が円形である場合は、円弧
状のビーム断面に切り出される。プリズム反射素子３１
は、レーザビームＬＢの進行方向に対して略垂直方向に
変位させる微動ステージ３３に保持されており、微動ス
テージ３３を移動することによって分岐位置が変化する
ため、分岐光量比を任意に調整できる。特に、裏面に設
置された受光素子３２ａの出力に基づいて位置調整する
ことによって、精度良く分岐比を設定できる。

【００４２】こうして構成される光分岐ユニット３４が
レーザビームＬＢに対して複数並んで配設されており、
第１から第３の光分岐ユニット３４によって分岐された
レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３は上方に反射し、レンズ１
によって集束され光ファイバ２にそれぞれ導入され、所
定のレーザ加工装置に導かれる。

【００４３】最後の光分岐ユニット３４は、２つの高反
射率面３１ａ、３１ｂを有するプリズム反射素子３１を
備え、その裏面には、２つの高反射率面３１ａ、３１ｂ
を垂直に投影した領域にそれぞれ受光素子３２ａ、３２
ｂが一体的に設置される。高反射率面３１ｂで反射した
レーザビームＬＢ５はビームダンプ３によって吸収され
るが、これもレンズおよび光ファイバなどの導光部材に
置換可能である。

【００４４】こうしてプリズム反射素子３１をレーザビ
ームＬＢに対して略垂直方向に変位させることによっ
て、分岐比が連続可変で複数の分岐を実現できる。

【００４５】図７は、本発明の第５実施例を示す構成図
である。高出力レーザから放射されるレーザビームＬＢ
が左方から進行して、図２に示したような可変ビームス
プリッタ１６に入射する。可変ビームスプリッタ１６
は、石英ガラス等の透明基板の表面に誘電体多層膜がコ
ーティングされ、レーザビームＬＢの通過位置に依存し
て透過率および反射率が変化する光学特性を有する。

【００４６】レーザビームＬＢは可変ビームスプリッタ
１６によって分岐され、分岐されたレーザビームＬＢ１
は下方に反射し、レンズ１によって集束され光ファイバ
２に導入され、所定のレーザ加工装置に導かれる。可変
ビームスプリッタ１６は、レーザビームＬＢの進行方向
に対して約４５度の方向に変位させる微動ステージ３３
に保持されており、微動ステージ３３を移動することに
よってビームの通過位置が変化するため、分岐光量比を
任意に調整できる。

【００４７】こうして構成される光分岐ユニット３４が
レーザビームＬＢに対して直列的に複数配置されてお
り、第１から第３の光分岐ユニット３４によって分岐さ
れたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３は下方に反射し、レン
ズ１によって集束され光ファイバ２にそれぞれ導入さ
れ、所定のレーザ加工装置に導かれる。

【００４８】後段には、光強度を減衰させる減衰器３５
とともにフォトダイオード等の受光素子３６が配置さ
れ、分岐後のレーザビームＬＢの出力を計測している。
減衰器３５からの戻り光が各可変ビームスプリッタ１６
で反射するため、各光分岐ユニット３４毎にビームダン
プ３を配置して迷光処理を行っている。

【００４９】なお、本実施例において、直線変位型の可
変ビームスプリッタ１６を使用する場合を示したが、回
転角に依存して透過率および反射率が変化する光学特性
を有する回転変位型の可変ビームスプリッタ１６および
回転型の微動ステージ３３を使用することも可能であ
る。

【００５０】図８（ａ）は、本発明の第６実施例を示す
構成図である。高出力レーザから放射されるレーザビー
ムＬＢが上方から進行して、レンズ１によって集束さ
れ、部分反射ミラー３７に入射する。部分反射ミラー３
７は、石英ガラス等の透明基板の表面に誘電体多層膜が
コーティングされ、図８（ｂ）の平面図および正面図で
示すように、外側の高反射率面３７ａと内側の部分反射
率面３７ｂとが同心円状に一体形成されており、レンズ
１で集束されたレーザビームＬＢの外側部分は高反射率
面３７ａが反射し、レーザビームＬＢの内側部分は部分
反射率面３７ｂがたとえば１：１の割合で反射および透
過する。

【００５１】こうした部分反射ミラー３７は、レーザビ
ームＬＢの進行方向に対して平行に変位させる微動ステ
ージ（図示せず）に保持されており、微動ステージを移
動することによって高反射率面３７ａで反射されるビー
ムの面積が変化するため、分岐光量比を任意に調整でき
る。部分反射率面３７ｂを通過したレーザビームＬＢ１
はそのままスポット状に集束して、レンズや光ファイバ
等から成る導光部材によって所定のレーザ加工装置に導
かれる。

【００５２】部分反射ミラー３７で右方に反射されたレ
ーザビームＬＢ２は、中央より外側の光強度が高いドー
ナツ状のビームプロファイルになり、ミラー４によって
下方に反射され、第２の部分反射ミラー３７に入射す
る。そして、前述と同様に、レーザビームＬＢ２の内側
部分が部分反射率面３７ｂを部分的に透過し、残りは右
方に反射する。第２の部分反射ミラー３７も第２の微動
ステージに保持され、レーザビームＬＢ３の進行方向に
対して平行に変位することによって、分岐光量比が任意
に調整される。部分反射率面３７ｂを通過したレーザビ
ームＬＢ３はそのままスポット状に集束して、同様に所
定のレーザ加工装置に導かれる。

【００５３】第２の部分反射ミラー３７で右方に反射さ
れたレーザビームＬＢ４は、同様に第２のミラー４によ
って下方に反射され、所定のレーザ加工装置に導かれ
る。なお、第１のミラー４は第１の部分反射ミラー３７
と連動し、第２のミラー４は第２の部分反射ミラー３７
と連動する。

【００５４】こうして部分反射ミラー３７をレーザビー
ム進行方向に対して平行に変位させることによって、分
岐比を連続可変にできる。

【００５５】図９は、本発明の第７実施例を示す構成図
である。高出力レーザから放射されるレーザビームＬＢ
が左方から進行して、図２に示したような可変ビームス
プリッタ１６に入射する。可変ビームスプリッタ１６
は、石英ガラス等の透明基板の表面に誘電体多層膜がコ
ーティングされ、レーザビームＬＢの通過位置に依存し
て透過率および反射率が変化する光学特性を有し、本実
施例では可変ビームスプリッタ１６の幅方向（紙面垂直
方向）に光学特性が変化するものを用いる。

【００５６】こうした可変ビームスプリッタ１６を正三
角形の各辺に相当する位置に複数連設して構成され、各
可変ビームスプリッタ１６を別個に紙面垂直方向に変位
するための微動ステージ（図示せず）に保持されてい
る。

【００５７】レーザビームＬＢは、各辺に位置する３つ
の可変ビームスプリッタ１６によって分岐され、第２の
可変ビームスプリッタ１６を通過したものがレーザビー
ムＬＢ１として取り出され、第３の可変ビームスプリッ
タ１６を通過したものがレーザビームＬＢ２として取り
出され、それぞれ所定のレーザ加工装置に導入される。
なお、第１の可変ビームスプリッタ１６で反射したビー
ムは、光強度を減衰させる反射性の減衰器３５に入射
し、その裏面に設置されたフォトダイオード等の受光素
子３６によってレーザビームＬＢの出力を計測する。減
衰器３５で反射したビームはビームダンプ３に入射し
て、迷光処理が行われる。

【００５８】こうして微動ステージを紙面垂直方向に移
動することによって、各可変ビームスプリッタ１６にお
けるビームの通過位置が変化するため、分岐光量比を任
意に調整できる。また、コンパクトな構成で複数の分岐
を実現できる。

【００５９】図１０は、本発明の第８実施例を示す構成
図である。本実施例は図９に示したものと同様な構成で
あるが、可変ビームスプリッタ１６を正四角形の各辺に
相当する位置に配置している点が相違する。

【００６０】レーザビームＬＢは、各辺に位置する４つ
の可変ビームスプリッタ１６によって分岐され、第２の
可変ビームスプリッタ１６を通過したものがレーザビー
ムＬＢ１として取り出され、第３の可変ビームスプリッ
タ１６を通過したものがレーザビームＬＢ２として取り
出され、第４の可変ビームスプリッタ１６を通過したも
のがレーザビームＬＢ３として取り出され、それぞれ所
定のレーザ加工装置に導入される。第１の可変ビームス
プリッタ１６で反射したビームは、減衰器３５および受
光素子３６に入射してレーザビームＬＢの出力を計測す
るとともに、減衰器３５で反射したビームはビームダン
プ３に入射する。

【００６１】こうして各可変ビームスプリッタ１６を保
持する微動ステージを紙面垂直方向に移動することによ
って、各可変ビームスプリッタ１６におけるビームの通
過位置が変化するため、分岐光量比を任意に調整でき
る。また、コンパクトな構成で複数の分岐を実現でき
る。

【００６２】図１１は、本発明の第９実施例を示す構成
図である。本実施例は図９に示したものと同様な構成で
あるが、可変ビームスプリッタ１６を正六角形の各辺に
相当する位置に配置している点が相違する。

【００６３】レーザビームＬＢは、各辺に位置する６つ
の可変ビームスプリッタ１６によって分岐され、第２の
可変ビームスプリッタ１６を通過したものがレーザビー
ムＬＢ１として取り出され、第３の可変ビームスプリッ
タ１６を通過したものがレーザビームＬＢ２として取り
出され、第４の可変ビームスプリッタ１６を通過したも
のがレーザビームＬＢ３として取り出され、第５の可変
ビームスプリッタ１６を通過したものがレーザビームＬ
Ｂ４として取り出され、第６の可変ビームスプリッタ１
６を通過したものがレーザビームＬＢ５として取り出さ
れ、それぞれ所定のレーザ加工装置に導入される。ま
た、第１の可変ビームスプリッタ１６で反射したビーム
は、減衰器３５および受光素子３６に入射してレーザビ
ームＬＢの出力を計測するとともに、減衰器３５で反射
したビームはビームダンプ３に入射する。

【００６４】こうして各可変ビームスプリッタ１６を保
持する微動ステージを紙面垂直方向に移動することによ
って、各可変ビームスプリッタ１６におけるビームの通
過位置が変化するため、分岐光量比を任意に調整でき
る。また、コンパクトな構成で複数の分岐を実現でき
る。

【００６５】図１２は、本発明の第１０実施例を示す構
成図である。高出力レーザから放射されるレーザビーム
ＬＢが左方から進行して、可変ビームスプリッタ１６に
入射する。可変ビームスプリッタ１６は、石英ガラス等
の透明基板の表面に誘電体多層膜がコーティングされ、
レーザビームＬＢの入射角度に依存して透過率および反
射率が変化する光学特性を有する。

【００６６】こうした可変ビームスプリッタ１６は回転
ステージ３８に保持され、１つの光分岐ユニット３４を
構成しており、レーザビームＬＢに対する可変ビームス
プリッタ１６の回転角を任意に制御することによって、
分岐光量比を任意に調整できる。レーザビームＬＢは可
変ビームスプリッタ１６によって分岐され、分岐された
レーザビームＬＢ１は下方に進行して、所定のレーザ加
工装置に導かれる。

【００６７】可変ビームスプリッタ１６で反射したレー
ザビームＬＢ２は、直線変位自在な微動ステージ３３お
よび回転ステージ３８に搭載されたミラー４で反射し
て、さらに回転ステージ３８に搭載された第２のミラー
４で反射して、第２の光分岐ユニット３４に導入され
る。これら２つのミラー４は、分岐比調整によって可変
ビームスプリッタ１６の回転角が変化するに伴って、レ
ーザビームＬＢ２の出射方向が変化するのを補償する役
割を有し、第２の光分岐ユニット３４への入射角度を一
定に保っている。

【００６８】第２の光分岐ユニット３４でも同様に、可
変ビームスプリッタ１６の回転角を制御することによっ
て、所定の分岐比でレーザビームＬＢ３、ＬＢ４に分岐
して、通過したレーザビームＬＢ３はそのままレーザ加
工装置に導かれる。反射したレーザビームＬＢ４は、微
動ステージ３３および回転ステージ３８に搭載された反
射性の減衰器３５および受光素子３６に入射してレーザ
ビームＬＢの出力を計測するとともに、減衰器３５で反
射したビームはビームダンプ３に入射する。

【００６９】こうして構成される光分岐ユニット３４が
レーザビームＬＢに対して直列的に複数配置されてお
り、分岐比が連続可変で複数分岐を実現できる。

【００７０】図１３（ａ）は、本発明の第１１実施例を
示す構成図である。高出力レーザから放射されるレーザ
ビームＬＢが左方から進行して、ミラー４に入射する。
ミラー４はガルバノメータなどの走査器４０に保持され
ている。ミラー４の裏面にはフォトダイオードなどの受
光素子３６が一体的に設けられ、ミラー４の高反射面を
僅かに通過した光を受光して、レーザビームＬＢの出力
を計測する。

【００７１】走査器４０は走査制御回路４０ａによって
周期的に駆動され、走査周期内の回転角および角速度を
任意に調整できるように構成される。走査されたレーザ
ビームＬＢ１は、図１３（ｂ）に示すように、複数の受
光窓を構成する各レンズ１に順番に入射して集束され、
各レンズ１に対応した光ファイバ２にそれぞれ導入され
る。レンズ１として球面レンズを用いてそのまま連設す
ると各レンズ間に隙間が生ずるため、レーザビームＬＢ
１の照射範囲を網羅するように隣接端面を一部カットし
て接合して、光量損失を防いでいる。また、レーザビー
ムＬＢ１を待機させるための受光窓として、ビームダン
プ３が隣接して設けられる。

【００７２】走査制御回路４０ａの制御によって、各受
光窓毎にレーザビームＬＢ１の受光時間が設定される。
たとえば元のレーザビームＬＢの出力を１００％とし
て、各レンズ１に３０％、２０％、４０％、ビームダン
プ３に１０％を分岐する場合、走査周期内のデューティ
比が各レンズ１で３０％、２０％、４０％、ビームダン
プ３で１０％となるようにそれぞれ調整することにな
る。

【００７３】このように各受光窓毎の受光時間を調整し
ながらレーザビームＬＢを時分割的に複数分岐すること
によって、分岐光量比を任意に調整できる。

【００７４】図１４（ａ）は、本発明の第１２実施例を
示す構成図である。本実施例は図１３に示したものと同
様な構成であるが、走査器４０の手前にレンズ１が配置
されている点が相違する。

【００７５】高出力レーザから放射されるレーザビーム
ＬＢが左方から進行して、レンズ１によって集束され、
ミラー４に入射する。ミラー４はガルバノメータなどの
走査器４０に保持されている。ミラー４の裏面にはフォ
トダイオードなどの受光素子３６が一体的に設けられ、
ミラー４の高反射面を僅かに通過した光を受光して、レ
ーザビームＬＢの出力を計測する。

【００７６】走査器４０は走査制御回路４０ａによって
周期的に駆動され、走査周期内の回転角および角速度を
任意に調整できるように構成される。走査されたレーザ
ビームＬＢ１は、図１４（ｂ）に示すように、複数の受
光窓を構成する各光ファイバ２に順番に導入される。光
ファイバ１は所定間隔で並べられ、銅などの熱伝導性材
料から成るホルダー３９に開口端面から少し奥まった所
に装着される。ホルダー３９の表面には黒色皮膜等の光
吸収性膜がコーティングされ、さらに冷却管路４１が設
置されて光吸収による温度上昇を防いでいる。

【００７７】走査制御回路４０ａの制御によって、各受
光窓毎にレーザビームＬＢ１の受光時間が設定される。
たとえば元のレーザビームＬＢの出力を１００％とし
て、各光ファイバ２に４０％、２０％、４０％を分岐す
る場合、走査周期内のデューティ比が各光ファイバ２で
４０％、２０％、４０％となるようにそれぞれ調整する
ことになる。

【００７８】このように各受光窓毎の受光時間を調整し
ながらレーザビームＬＢを時分割的に複数分岐すること
によって、分岐光量比を任意に調整できる。

【００７９】

【発明の効果】以上詳説したように本発明の分岐装置に
よれば、高出力レーザ光を安全で確実に分岐することが
でき、しかも分岐比を精度良く連続的に調整することが
できる。また、ビームの変動が監視可能になり、光軸変
動や焦点変動等に対して迅速に対処できる。

【００８０】また本発明の絞り装置によれば、高出力レ
ーザ光のビーム整形や出力調整を安全で確実に行うこと
ができる。

【００８１】また本発明の分岐装置によれば、連続可変
の分岐比で、複数の分岐を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図２】図２（ａ）は図１の可変ビームスプリッタ１６
を示す斜視図であり、図２（ｂ）は透過率特性の一例を
示すグラフである。

【図３】図１の可変ビーム絞り１９の概略構成を示す斜
視図である。

【図４】図４（ａ）は本発明の第２実施例を示す構成図
であり、図４（ｂ）はプリズム反射素子３１の斜視図で
ある。

【図５】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図６】本発明の第４実施例を示す構成図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す構成図である。

【図８】図８（ａ）は本発明の第６実施例を示す構成図
であり、図８（ｂ）は部分反射ミラー３７の平面図およ
び正面図である。

【図９】本発明の第７実施例を示す構成図である。

【図１０】本発明の第８実施例を示す構成図である。

【図１１】本発明の第９実施例を示す構成図である。

【図１２】本発明の第１０実施例を示す構成図である。

【図１３】図１３（ａ）は本発明の第１１実施例を示す
構成図であり、図１３（ｂ）はレンズ１およびビームダ
ンプ３の配置図である。

【図１４】図１４（ａ）は本発明の第１２実施例を示す
構成図であり、図１４（ｂ）は光ファイバ２の配置図で
ある。

【符号の説明】

１、１２、１３、２５ レンズ ２ 光ファイバ ３、１８、２１ ビームダンプ ４、１０、１４、１５ ミラー １１ 固定ビーム絞り １６ 可変ビームスプリッタ １６ａ ステージ １６ｂ モータ １７、２０ 部分ミラー １９ 可変ビーム絞り １９ａ 光遮断部材 １９ｂ 微動機構 ２０ 連結管 ２２、２３ ハーフミラー ２４ ＮＤフィルタ ２６ 撮像素子 ２６ａ ディスプレイ ２７ 移動テーブル ２８、２９ 受光素子 ３０ 制御回路 ３１ プリズム反射素子 ３１ａ〜３１ｅ 高反射率面 ３２ａ〜３２ｅ 受光素子 ３３ 微動ステージ ３４ 光分岐ユニット ３５ 減衰器 ３６ 受光素子 ３７ 部分反射ミラー ３７ａ 高反射率面 ３７ｂ 部分反射率面 ３８ 回転ステージ ３９ ホルダー ４０ 走査器 ４０ａ 走査制御回路 ４１ 冷却管路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を所望の分岐率で光分岐し、か
   つ分岐率調整自在な可変ビームスプリッタと、 前記可変ビームスプリッタで分岐された第１レーザ光お
   よび第２レーザ光の各出力をそれぞれ計測するための第
   １出力検出器および第２出力検出器と、 第１レーザ光または第２レーザ光のビーム形状を検出す
   るためのビーム検出器とを備えることを特徴とする高出
   力レーザ光分岐装置。
2. 【請求項２】 前記可変ビームスプリッタは、レーザ光
   の通過位置に依存して分岐率が変化する変位制御型の可
   変ビームスプリッタであり、 可変ビームスプリッタを位置決めするための位置決め手
   段と、 第１出力検出器および第２出力検出器からの各出力信号
   と可変ビームスプリッタの位置との関係を計測して、該
   位置決め機構を制御するための分岐率制御手段とを備え
   ることを特徴とする請求項１記載の高出力レーザ光分岐
   装置。
3. 【請求項３】 前記ビーム検出器は、第１レーザ光また
   は第２レーザ光を選択的に導入するための移動テーブル
   に搭載されていることを特徴とする請求項１または２記
   載の高出力レーザ光分岐装置。
4. 【請求項４】 レーザ光を両側から挟むように対向し、
   レーザ光に臨む端面が楔状に形成され、表面に光吸収性
   膜が形成され、かつ熱伝導性材料から成る１対の光遮断
   部材と、 各光遮断部材の間隔を調整するための間隔調整手段と、 各光遮断部材を冷却するための冷却手段とを備えること
   を特徴とする高出力レーザ光絞り装置。
5. 【請求項５】 少なくとも２つの高反射率面を有し、レ
   ーザ光を分岐して互いに異なる方向に反射するためのプ
   リズム反射素子と、 前記プリズム反射素子の裏面に一体的に設置され、各高
   反射率面を僅かに通過した光を受光するための受光素子
   と、 前記プリズム反射素子をレーザ光進行方向に対して略垂
   直方向に変位させるための変位手段とを備えることを特
   徴とする高出力レーザ光分岐装置。
6. 【請求項６】 レーザ光を反射する高反射率面を有する
   プリズム反射素子と、前記プリズム反射素子の裏面に一
   体的に設置され、高反射率面を僅かに通過した光を受光
   するための受光素子と、前記プリズム反射素子をレーザ
   光進行方向に対して略垂直方向に変位させるための変位
   手段とを具備する光分岐ユニットが、レーザ光に対して
   複数並んで配設されることを特徴とする高出力レーザ光
   分岐装置。
7. 【請求項７】 レーザ光の通過位置に依存して分岐率が
   変化する可変ビームスプリッタと、可変ビームスプリッ
   タを位置決めするための位置決め手段とを具備する光分
   岐ユニットが、レーザ光に対して直列的に複数配置され
   ていることを特徴とする高出力レーザ光分岐装置。
8. 【請求項８】 レーザ光を集束するための集束光学素子
   と、 高反射率面と部分反射率面とが一体形成され、集束光学
   素子で集束されたレーザ光を部分的に反射および透過す
   るための部分反射素子と、 前記部分反射素子をレーザ光進行方向に対して平行に変
   位するための変位手段とを備えることを特徴とする高出
   力レーザ光分岐装置。
9. 【請求項９】 レーザ光の通過位置に依存して分岐率が
   変化する可変ビームスプリッタを正多角形の各辺に相当
   する位置に複数連設して構成されることを特徴とする高
   出力レーザ光分岐装置。
10. 【請求項１０】 レーザ光の入射角度に依存して分岐率
    が変化する可変ビームスプリッタと、可変ビームスプリ
    ッタの回転角を制御するための角変位手段とを具備する
    光分岐ユニットが、レーザ光に対して直列的に複数配置
    されていることを特徴とする高出力レーザ光分岐装置。
11. 【請求項１１】 レーザ光を反射するための反射素子
    と、 前記反射素子の回転角を制御して、レーザ光の反射方向
    を任意に制御するための角変位手段と、 反射レーザ光を受光するための複数の受光窓と、 前記角変位手段を制御して、各受光窓毎にレーザ光の受
    光時間を設定するための受光時間制御手段とを備えるこ
    とを特徴とする高出力レーザ光分岐装置。