JPS6211820A

JPS6211820A - 光フアイバ伝送レ−ザ光の照射装置

Info

Publication number: JPS6211820A
Application number: JP60151624A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Ashida; 葭田　典之; Kenichi Takahashi; 謙一高橋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1987-01-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】プ技術分野この発明は、光ファイバを利用するレーザ光伝送照射装
置の改良に関する。

レーザ光をエネルギーとして利用する事が、工業用加工
機、熱処理装置、医療用治療機などに於て行なわれてい
る。

エネルギー源として利用できるレーザは、炭酸ガスレー
ザ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザなどがある。

ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザは波長が短いから、石英ガラ
スファイバによってレーザ光を伝送できる。

炭酸ガスレーザの光は波長が長いので、銀ハライド、タ
リウムハライド、アルカリハライド結晶質のファイバに
よってパワー伝送する。

パワー伝送用のファイバは、光信号を伝送するファイバ
に比べて、コア径が著しく大きい。５００μｍ〜１００
０μｍのファイバが用いられる。

しかし、パワー伝送用のファイバも、かなシの可撓性が
あって、細い場所や入りくんだ部位にまで光ファイバ出
射端を挿入し、レーザ光を被照射部に向って照射する事
ができる。

イ）従来技術とその問題点光ファイバを使ってレーザエネルギーを被照射物に照射
する場合、被照射物は光ファイバ出射端の軸線の延長上
に位置しなければならない。

第５図は光ファイバから出射される光を集光レンズで集
光して被照射物に当てる場合を示す。第６図は集光光学
系を用いず、非収束光として照射する場合を示す。

いずれにしても、被照射物は、光ファイバ軸線の延長上
になければならない。

しかし、被照射物が、必ず光ファイバ軸線上にくるわけ
では々い。光ファイバをどのように操作しても、被照射
物が光ファイバの軸線上にとない場合がある。

第７図はこのような場合を示す。細い管内壁の中に光フ
ァイバの先端を挿入している。被照射部が壁面の一部で
あるとする。このような場合、光ファイバの端面を被照
射部へ向ける事ができない。

そこで、このような場合、レーザ光を側方へも拡散して
照射するよう、端部を球面加工した光ファイバが用いら
れる。第８図はそのような球面加工した端部を持つ光フ
ァイバの出射光の拡がシを示している。

これによれば、レーザ光は、出射端から、がなり側方ま
で拡がるので、管の内壁部にも照射することができる。

端部球面加工ファイバには、しかし、未だ欠点があった
。

ひどつは、光エネルギーの一部しか被照射部に照射でき
ないという事である。球面にしたところで、光エネルギ
ー分布の最大は軸線の延長上にある。軸線よシそれる方
向へ照射される光のエネルギーは相対的に低い。

また、被照創部以外には照射してはならない、という条
件が課される事もある。強い光エネルギーであるから、
他の部分にも光が照射されると、この部分が破壊、変質
する慣れがあるのである。

さらに、球面加工した光ファイバであっても、第９図の
ような場合は、被照射部が後方にあるので、出射光が殆
ど到達しない。

このようＡ欠点があるので、端部を球面加工した光ファ
イバも、側方へ光を照射するだめの機構としては十分で
ない。

（つ）　　　目　　　　　的光ファイバの側方又は後側方に被照射部がある場合に、
出射光を効率よく被照射部へ照射できるようにしたレー
ザ光照射装置を与えることが本発明の目的である。

に）構　成光ファイバの出射端のファイバ軸線の延長上に、反射ミ
ラーを設け、反射ミラーを支持するミラーホルダは、光
ファイバの出射端に関して回転可能に取り付ける。

反射ミラーによって反射されたレーザ光が側方へ出るの
で、ミラーホルダは、この部分を開口にするか、開口を
透明部材で覆うようにする。

反射ミラーは、目的によって、平面、凹面、凸面（球面
、放物面、楕円面）など任意である。

第１図〜第４図によって、本発明の光ファイバ伝送レー
ザ光照射装置の構成を説明する。

第１図に於て、光ファイバ１は、パワー伝送用のファイ
バである。これは、光導体の他に、保護のための樹脂層
なども含んでいる。

光ファイバ出射端２に、軸受機構３を介して、円筒形の
ミラーホルダ４を回転可能に取り付ける。

ミラーホルダ４の中には、光ファイバ出射端の軸線の延
長上に中心がほぼ位置するように反射ミラー５を固定す
る。

反射ミラー５と軸線のなず角θは、０〜９０’の範囲内
のある角度に固定されている。

反射光を通すための出射窓６が、反射光の方向に穿たれ
ている。

光ファイバ１の端面７から出射されたレーザ光は、やや
拡がシながら反射ミラー５に入射し、反射されて出射窓
６から外部へ出る。このように後側方又は側方を照射で
きるので、第８図、第９図のような場合であっても、効
率よく被照射部を照射する事ができる。

軸受機構３の構造は任意である。第１図の例では、単純
な２重円筒からなるすべり軸受１１が用いられている。

上嵌輪１２と下嵌輪１３が光ファイバ１に対して、すベ
シ軸受１１を抜は止めしている。

この例で、反射ミラー５の裏面はＮ出しておシ、露出面
はやや尖った楕円面となる。

先端が円くなっている方が望ましいという事もある。

このような場合は、ミラーホルダ４の先端を閉じて円頂
面とすればよい。

第２図は他の例を示す。

ミラーホルダ４は先端の閉じた円頂面である。

こうすると、光ファイバを狭い場所や、凹凸のある場所
へ差込む時に、先端が引掛シにくく、円滑に入る。

反射ミラー５は凹面鏡になっている。これは、反射光を
外部で集光させることができる。

凹面鏡といっても、いくつかの種類がちシうる。

凹面を定義する最低次の曲面は２次元曲面である。

２次元曲面には、球面、楕円面、放物面、双曲面がある
。

十分、軸に近い入出力光線に対しては、球面鏡であって
も収束作用がある。球面は最も製作しゃすいし、取付け
の際に誤シにぐいという長所がある。

１点から出た光を平行光にしたシ、平行光を１点に収束
させるためには、放物凹面を用いるのがよい。例えば、
光ファイバ端面７の１点から拡散光が出射され、これを
平行光としたい場合は、端面の１点を焦点とする放物面
をミラーとする。仁うすると反射光は平行光になる。

凹面であれば、光の拡散する傾向が抑えられる。

しかし、単純な球面ミラーであると、ミラー面に平行な
成分と、垂直な成分とで、反射後の拡がりが異なる。し
たがって反射前の光が軸に関し、回転対称のエネルギー
分布を持っていたとしても、反射後の光は、異方性ある
エネルギー分布を持つことになる。

エネルギー分布の対称性を保ち、かつ拡散光にしたい場
合は、双曲面ミラーとする。双曲面の焦点が光ファイバ
出射端の中心に重なるようにすればよい。反射後の光は
、もうひとつの焦点から出射されたのに等価な回転対称
光となる。

反射光を厳密に１点へ収束させたい場合は、楕円面を用
いればよい。１方の焦点が光ファイバ出射端の中心に一
致するようにする。反射光は、楕円面の他の焦点に収束
する。

以上は２次元曲面について述べたが、よシ高次の曲面を
用いて凹面反射ミラーを作成する事もできる。− 軸受機構３に関して、この例は、インナレース１４、ポ
ー／Ｉ／１５、アウタレース１６よシなるラジアル軸受
１７が用いられている。

出射窓６は開口になっている。

第３図は他の例を示す。

反射ミラー５が凸面鏡になっている。

凸面の画面は、球、楕円、双曲面、放物面など任意であ
る。いずれにしても、反射光を広い範囲に拡げる必要が
ある場合に有効である。

凸球面は作シやすいが、等方的な拡がシを持つ反射光を
得ることができない。

完全に等方的な拡がりを有する反射光を実現するには、
双曲面とする必要がある。双曲面の凸面側の焦点と、光
ファイバ端面の中心が合致するように置く、そうすると
、ミラーの背面にあるもうひとつの焦点から出射された
等方的な光と等価の拡がシを持つ反射光が得られる。

軸受機構３は、ここでは、通常の軸受のカテゴリーに入
らないものを使っている。Ｏリングを使って、シールと
ともに、ミラーホルダの回転をも可能としているのであ
る。

通常の軸受にはシール作用がないので、もしシールを行
う必要がある場合、別にシール機構を設けなければなら
ない。第１図、第２図の例では、シールの必要がないの
で、すべり軸受、ラジアル軸受が用いられていた。

第３図の例では、出射窓６が単々る開口ではなく、透明
部材８によって覆われている。これは、液体などの中へ
挿入しても、ミラーホルダ４の中へ液体が浸入しないた
めである。

光ファイバ１とミラーホルダ４の間もシールし々ければ
々らないから、この例ではＯリングを２本使っている。

光ファイバの出射端２に、２条の凹条のある保持円筒部
１８を固着する。凹条１９には、Ｏリング２０．２０が
嵌込まれている。ミラーホルダ４の開口端を保持円筒部
１８に挿し込むと、０リング２０．２０がミラーホルダ
端部の内周面に接する。

ミラーホルダ４の端部外周には雄ねじ２１が切っである
。予め、光ファイバ１に差入れておいたユニオンナット
２２を、ミラーホルダ４の雄ねじ２１に嵌合する。

このような構造でちっても、ミラーホルダ４は光ファイ
バ１に対して回転させることができる。

また、０リングがあるので、外部からの液体の浸入を防
ぐこともできる。

第４図は他の例を示す断面図である。

これはミラーホルダ４の先端が内項形になっているので
はなく、より平板に近いものになっている。出射窓６は
、透明部材８で閉ざされている。

多数のスラス）　ＩＪソング４が交互に光ファイバ１と
ミラーホルダ４とに固着されたラビリンス構造のスラス
ト軸受２５が、軸受機構３として用いられている。

以」−に例を示したように、本発明の装置は、光ファイ
バとミラーホルダの間に軸受機構を有するが、これは任
意の軸受機構であってよい。

また反則ミラーは、目的によって、平面、凹面、凸面の
いずれであってもよい。

凹面、凸面の場合、球面、放物面、楕円面、双曲面など
が目的に従って選ばれる。

反射光が側方又は後側方へ出るための出射窓は単なる開
口であってもよいし、そのレーザ光に対して透明な部材
を用いて、これを被覆してもよい。

（３）効　果（１）光ファイバの出射光を、ファイバ軸線の延長方向
から大きくずれた、側方又は側後方に効率よく反射させ
ることができる。

入シくんだ場所や細い場所の、任意の被照射部にレーザ
光を照射させる事ができる。

（２）光ファイバ軸の周囲のどの方位に被照射部があっ
ても差支えない。回転可能々ミラーホルダの回転位置を
調整することにより、比較的簡単に、照射位置に照準を
合わせる事ができる。

（３）光ファイバの先端を著しく彎曲させることなく、
側方に光を照射することができる。このような光照射方
向の自由度の増加が、光ファイバの彎曲を伴うことなく
なされる。光ファイバの機械的な破損防止に大いに有効
である。

力）　　用　　　途（１）医療用レーザ治療器レーザはＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、ルビーレーザ、Ｃ
０２レーザなどである。ＣＯ２レーザの場合は、銀ハラ
イド、タリウムハライド、アルカリハライドなどの結晶
ファイバを用いる。

（２）工業用レーザ加工熱処理装置

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ光照射装置の第１の例を示す断
面図。第２図は本発明の第２の例を示す断面図。第３図は本発明の第３の例を示す断面図。第４図は本発明の第４の例を示す断面図。第５図は集光レンズを用いた従来例のレーザ光照射装置
の説明図。第６図は集光系を用いない従来例のレーザ光照射部の説
明図。第７図は細い管の中へ光ファイバ先端を挿入した断面図
。第８図は第ファイバ端部を球面加工した従来例の構造を
説明する正面図。第９図は球面加工した光ファイバ出射端であっても、被
照射部が側後方にあれば、これに光を照射できないこと
を説明する断面図。１　・・・・・・光ファイバ２　・・・・・・　光ファイバ出射端３・・・・・・軸受機構４　　・・・・・・　　ミ　ラ　−ホ　ルダ５　・・・
・・・反射ミラー６・・・・・・出　射　窓７　・・・・・・　ファイバ端面８・・・・・・透明部材発　　明　　者　　　　　　　　　　葭　　１）　典　
　之高　　橋　　謙　　− 特許出願人　　　　　住友電気工業株式会社寝在駆ト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を伝送する光ファイバの出射端に設けら
れる軸受機構と、軸受機構によつて回転可能に支持され
るミラーホルダと、ミラーホルダの中に斜めに固定され
る反射ミラーと、反射ミラーによつて反射された光を外
部へ出射するためミラーホルダ側面に穿たれた出射窓と
よりなる事を特徴とする光ファイバ伝送レーザ光の照射
装置。
（２）出射窓には透明部材が設けられている特許請求の
範囲第（１）項記載の光ファイバ伝送レーザ光の照射装
置。
（３）反射ミラーが平面鏡である特許請求の範囲第（１
）項又は第（２）項記載の光ファイバ伝送レーザ光の照
射装置。
（４）反射ミラーが凹面鏡である特許請求の範囲第（１
）項又は第（２）項記載の光ファイバ伝送レーザ光の照
射装置。
（５）反射ミラーが凸面鏡である特許請求の範囲第（１
）項又は第（２）項記載の光ファイバ伝送レーザ光の照
射装置。