JPWO2015115301A1 - ビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法 - Google Patents

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Abstract

複数の光源および１つまたは複数の予備光源からのビームを、ビーム結合光学系に入射させ、ビーム結合素子通過後に結合させて出力させるビーム結合装置において、前記複数の光源の故障を検出し、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させるビーム結合装置等を提供する。

Description

この発明は、複数のレーザ光を１本の光束にまとめて使用するビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法、特に予備光源による冗長化(光源故障時のリカバリー機能)等に関するものである。
例えば下記特許文献１に開示された従来のこの種のビーム結合装置では、複数設けられたレーザ光出射ユニットにそれぞれ光ファイバが固定され、これらの光ファイバを束ねて光ファイバのハンドル部を形成する、複数のレーザビームを結合する構成を有していた。
特許第５２７０９４９号明細書(４頁５０行−５頁８行、図１−５)
このような従来のビーム結合装置にあっては、各レーザ光出射ユニットにそれぞれ光ファイバが固定されているため、複数のレーザビームを結合させる際に自由度がない。このため例えば、故障時のための予備のレーザ光出射ユニットを設けた場合、結合できるビーム本数に限りがあるため、予備のレーザ光出射ユニットが結合する本数の一部を占有することから、レーザ出力の上限が低くなってしまう。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数のレーザビームの結合を自由度のある構造とし、レーザ出力の上限を下げることなく、予備光源を追加可能なビーム結合装置等を得ることを目的としている。
この発明は、複数の光源と、１つまたは複数の予備光源と、前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記各光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、前記光源の故障が検出された時に、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系の少なくとも１部に設けられた可動部により、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させる光源切替え部と、を備えたビーム結合装置等にある。
この発明では、複数のレーザビームの結合を自由度のある構造とし、レーザ出力の上限を下げることなく、予備光源を追加可能なビーム結合装置等を提供できる。
この発明の実施の形態１によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２によるビーム結合装置の概略構成図である。 図３のＬＤパッケージの側面図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の空間結合(位置結合)を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の偏光結合を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の波長結合を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置のモジュール停止時の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の予備光源を搭載しないレーザモジュールの構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の予備光源を搭載しないレーザモジュールの光源故障時の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態７によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の配線切替ボックスの別の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の各ＬＤパッケージの故障に対する折り曲げミラーの制御を示す図である。
以下、この発明によるビーム結合装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当部分は同一または相当する符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるビーム結合装置の概略構成図である。波長結合外部共振器を含むビーム結合装置１００は、光源であるレーザダイオード(ＬＤ)素子からの光を分散性によって、１本のビームに結合して出力する。図１を使用して動作機構を簡単に説明する。ＬＤバーを搭載した光源であるＬＤパッケージ１ａ−１ｅから出射したレーザビームは、各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅに対して各１個設けられた折り曲げミラー２(光路上でビーム方向を変更する光学素子)で方向が変更されて、シリンドリカルレンズ４に入射される。レーザビームはシリンドリカルレンズ４によってビーム結合素子である回折格子５で重畳され、回折格子５の分散性によって、回折格子５と部分透過ミラー６の間で１本のビームに重畳される。ＬＤパッケージ１ａ−１ｅ、各折り曲げミラー２、後述するレール３、シリンドリカルレンズ４、回折格子５、部分透過ミラー６を収納する筐体７が設けられており、筐体７からビームを取り出すよう、ビーム透過素子および分散光学素子の機能を有する出力透過素子５６等が配置されている。図１において、ＬＤパッケージ１ｅは予備光源であり、他のＬＤパッケージと同等のものが搭載されている。また、破線で例示するようにコリメートレンズＣＬを必要に応じて、適宜設ける(以下同様)。
図２は、図１の構成において、ＬＤパッケージ１ｂが故障した際に、予備のＬＤパッケージ１ｅが動作する様子を示したものである。ＬＤパッケージ１ｂのレーザビーム出力側に置かれていた折り曲げミラー２は取り除かれまたはＬＤパッケージ１ｂのレーザビームの光路外に移動され、代わりに予備のＬＤパッケージ１ｅの折り曲げミラー２がレール３の上を動いて、ＬＤパッケージ１ｂの光路があった位置と光路が重なるよう配置される。折り曲げミラー２は、ＬＤパッケージ１ｂの代替として機能し得るに充分な配置精度で配置されている。なお、レール３はレーザビームを遮らないように光路からオフセット(例えば図の紙面裏面側にオフセット)されている。
なお、レール３を各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅのそれぞれに設けて、折り曲げミラー２をそれぞれに移動させるようにしてもよい。また、ＬＤパッケージ１ｅの折り曲げミラー２およびＬＤパッケージ１ｂの折り曲げミラー２、さらにはその他のＬＤパッケージの折り曲げミラー他の移動は、手動または電動で行い、筐体７の外側から行うことができるような機構が設けてあり、筐体７を開けることなく、移動することができる。また、ＬＤパッケージ１ａ−１ｅの出力低下は随時、筐体７の内側または外側で個別にモニタできるような図１に示すようなモニタ機構(モニタ部１０２)が設けられていることが望ましい。なお、図２以降では筐体７の外側の構成の図示は省略する。
具体的には、各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅは給電回路から電力供給の調整、オンオフが施される。また各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅはそれぞれレール３上に折り曲げミラー２を移動させる駆動モータ(図示省略)を備えている。これらの光源切替え機能を光源切替え機構１０１として示す。またＬＤパッケージ１ａ−１ｅの故障を検出するためのＬＤパッケージの状態のモニタ装置(ＬＤパッケージから出力されるレーザビームの波長、レーザビーム強度(出力)、出射方向、ＬＤパッケージのＬＤでの電圧等をモニタする)をモニタ部１０２として示す。筐体７の外側に設けられたコンピュータ等からなる制御部１００ｃは、光源切替え機構１０１およびモニタ部１０２に接続され、光源切替え機構１０１を制御してＬＤパッケージのオンオフ(具体的には給電回路からの給電のオンオフにより給電回路への接続、切り離しを行う)、供給電力の調整、オペレータからの入力に従って折り曲げミラー２の移動の制御を行う。また、モニタ部１０２がモニタしたＬＤパッケージの状態に従って故障ＬＤパッケージを判定する。
制御部１００ｃは、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って光源切替え機構１０１を制御して、故障ＬＤパッケージを給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージを給電回路に接続し、さらに故障ＬＤパッケージの折り曲げミラーを光路から外し、予備ＬＤパッケージの折り曲げミラーを光路が故障ＬＤパッケージの光路に重畳するように移動させるようにしてもよい。
また、折り曲げミラー２の移動を手動で行う場合には、一端が折り曲げミラー２に連結され他端が筐体７を貫通して外部に突出した操作棒をオペレータが手動で操作する。
このように構成されたビーム結合装置においては、筐体７を開けることなく、故障の発生したＬＤパッケージの代わりに、予備のＬＤパッケージの動作を開始することが可能である。
この実施の形態においては、ＬＤパッケージがＬＤバーを搭載した場合について述べたが、ＬＤチップはシングルチップでもよい。
また、ＬＤパッケージの個数は、運転開始時に４個が動作し、予備ＬＤパッケージが１個である場合について示したが、ＬＤパッケージ、予備ＬＤパッケージの数はこれに限定されない。例えば予備ＬＤパッケージを複数設けてもよい。
また、この実施の形態においては、透過型の回折格子５を分散性媒質として使用しているが(波長結合外部共振器)、ビームを結合する方法であれば、波長結合、偏光結合、空間結合(位置結合)、いずれの場合においても同様の装置(ビーム結合外部共振器)を構成することができる。
また、光源をビーム結合装置の出力側で光ファイバＯＰ(図１参照)に結合する場合は、光路差等によって、ＬＤパッケージ１ｂからの光とＬＤパッケージ１ｅからの光に差異が生じても、ある程度であれば、ファイバ伝播によるビームモードの等方化効果によって、予備ＬＤへの切り替えによるビームの変動の影響を緩和することができる。
この実施の形態においては、ＬＤパッケージの光出力が低下する等により、正常動作ができなくなった際に、筐体中に配置された予備のＬＤパッケージが動作を開始することによって、正常動作を継続することができる。また、正常動作時には、予備のＬＤパッケージは波長結合外部発振器の光路を全く占有しないため、予備のＬＤパッケージがあることによって、正常動作時の出力の限界が下がることもない。そのため、同じ数のＬＤパッケージを使用した場合に、ＬＤ故障時に予備ＬＤパッケージによる代替動作ができることによる冗長性を保持しながら、光路を占有しないことにより、出力の限界を下げないで冗長性を確保する効果がある。また、どのＬＤパッケージが故障したかを自動計測する装置を備えたことにより、筐体を開けることをせずに、代替動作が可能である。そのため、コンタミネーションや湿気の影響を受けない交換が可能である。
なお、図１の光源切替え機構１０１に上記の動作を行うための可動部１１０１とこの可動部１１０１を駆動する駆動部１１０２を模式的示した。
可動部１１０１は例えば、折り曲げミラー２をレール３上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチ等を含む。
駆動部１１０２は例えば、上述の可動部を駆動するための駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等を含む。
なお、これらの具体的な構成は使用形態により適当な構成のものを選択して設ければよい(以下同様)。
なお、光源切替え機構１０１の一部は後述するように筐体７の外に設けた方が好ましい場合もあり、光源切替え機構１１１として示した。
なお、図２以降の図ではこれらの図示を省略する。
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるビーム結合装置の概略構成図である。図３に示すように、移動式の予備ＬＤパッケージを設けて光路を切替えられるようにして、冗長性の高いビーム結合装置を構成してもよい。図３において、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈから発生したレーザビームは、シリンドリカルレンズ１１によってコリメートされ、回折格子５ａで重畳される。回折格子５ａから部分透過ミラー６ａの間ではビームは重畳しており、回折格子５ａからＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの間では異なる光路となっている。回折格子５ａの持つ分散性によって、異なるＬＤパッケージからのビームが異なる波長を持ち、異なる角度で回折されるため、部分透過ミラー６ａから１本のビームとしてビームは取り出される。
図４には図３の矢印Ａの方向からのＬＤパッケージ１ｈを側面から見た図を示す。この実施の形態においては、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの下部側(図３において図面用紙の裏面方向)に設けられた予備ＬＤパッケージ１ｉは、ＬＤパッケージ故障時、可動ミラー２ａ，２ｂが移動することによって、光路を打ち上げ(光路を上方に平行移動させる)、ＬＤパッケージ１ｈから回折光子５ａに至る光路と重畳させることができるよう構成されている。また、ＬＤパッケージ１ｉおよびその可動ミラー２ａ，２ｂは、図３において点線の矢印で示したように、回折格子５ａを中心として回転する方向に移動することができるよう構成されており、故障時に、ＬＤパッケージ１ｈだけでなく、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇの光路にも重畳できるよう構成されている。
このように構成されたビーム結合装置においては、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈのどれが故障した場合においても、ＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および打ち上げ(光路平行移動)用の可動ミラー２ａ，２ｂが回転していき、迫り上がることによって、故障したＬＤパッケージの光路が代替され、予備ＬＤパッケージを故障パッケージに替わって動作開始させることができる。
この実施の形態内には詳細は図示されていないが、望ましくは、上記実施の形態と同様に例えば、制御部１００ｃ，光源切替え機構１０１，１１１，モニタ部１０２を設け、ＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈのどれが故障したかを判定して、故障したＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージ１ｉで代替するのがよい。故障したＬＤパッケージのモニタ部１０２は、波長結合共振器なので、波長をモニタする装置を搭載していてもよいし、波長測定装置の分のコスト削減のため、モニタ時のみ既存の波長測定装置を結合できるファイバ端子を設けてもよい。
また、各ＬＤパッケージの電圧をモニタしてもよい。さらに、回折格子５ａの０次光が漏れて来る回折格子５ａを使用している場合には、漏れ光の方向をモニタし、どのＬＤパッケージが故障したか、検出してもよい。
また、望ましくは、モニタ部は自動で動作するか、モニタ部が装置の筐体７ａ外に設けられていて、さらに、可動部を移動させる機構と、配線を切り替え、故障ＬＤパッケージに電流が流れないようにし、予備ＬＤパッケージに電流が流れるよう切替える機構が装置の筐体外に設けられていて、筐体を開けないでも切替えが可能である方が望ましい。
この場合、例えば光源切替え機構１０１は、ＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および打ち上げ(光路平行移動)用の可動ミラー２ａ，２ｂを、回折格子５ａを中心として回転する方向に移動させ、さらに可動ミラー２ａ，２ｂの迫り上がり動作を行わせる。ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂは例えばこれらの動作を行わせるそれぞれ駆動モータを設けた可動支持部(図示省略)上に設けられており、光源切替え機構１０１は可動支持部を動かす制御を行う。また上記実施の形態と同様に、各ＬＤパッケージの給電の調整、オンオフを行う。モニタ部１０２はＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈの状態をモニタする。制御部１００ｃは、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って光源切替え機構１０１を制御して、故障ＬＤパッケージ(例えば１ｈ)を給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージ１ｉを給電回路に接続し、さらにＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および可動ミラー２ａ，２ｂを故障ＬＤパッケージ下方まで回転させ、可動ミラー２ａ，２ｂを迫り上がらせる動作を行わせる。
なお、制御部１００ｃの表示部(図示省略)に、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態の検出結果を表示し、表示からオペレータが故障ＬＤパッケージを判定して、故障ＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージに切り替える指示をオペレータが制御部１００ｃに入力し、入力された指示に従った制御部１００ｃからの制御信号に従って光源切替え機構１０１が上記切替え動作をするようにしてもよい。
また、モニタ部１０２を筐体７ａの外に設け、筐体内のレーザビーム波長、レーザビーム強度(出力)、出射方向、ＬＤパッケージのＬＤでの電圧等を検出するセンサ(図示省略)からの検出信号を筐体７ａの外で受けるようにしてもよい。または筐体７ａの一部を透明にして、離れた場所から検出可能なレーザビームの状態を筐体７ａの外からモニタするようにしてもよい。また、光源切替え機構１０１に関し、ＬＤパッケージの給電回路への接続、切り離しを、以降の実施の形態でも説明するように、筐体７ａの外に、配線切替えを行う配線切替ボックスを設けて、手動、または配線切替ボックスに電動スイッチを設けて制御部１００ｃからの制御信号でオンオフ制御して、配線切替えを行ってもよい。これは他の実施の形態についても同様である。
このように構成されたビーム結合装置においては、ＬＤパッケージ故障時に故障したＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージに交換することが可能であるため、予め、予備ＬＤパッケージのための光路を開けておく必要はなく、より大きな出力を発生させることが可能である。また、交換の際に、故障部品を検知して筐体外部から操作を行うことができ、コンタミネーションによる故障の影響を緩和できる。また、交換に必要とされる時間と手間を軽減することができる。
なお、複数の光源であるＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈは例えば、ビーム結合素子である回折格子５ａを中心として同心円状に配置されている。予備光源であるＬＤパッケージ１ｉは、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈより半径が小さくかつ同心円を含む面に対して直交する方向にオフセットされた同心円状の軌道を移動する。
光源切替え機構１０１の可動部は例えば、ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂを上記のように移動可能に支持するは可動支持部、さらに例えば例えば図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ、等を含む。駆動部は、これらの可動部を動かす駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等を含む。
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるビーム結合装置の概略構成図である。図５に示すように、分散性を利用した波長結合外部共振器内に、予備光源(予備ＬＤパッケージ)用光路を１つ設け、故障(不良)発生時に、電源からの配線切替えのみで光路を切替える構成としてもよい。図５に示す実施の形態において、ＬＤ装置の使用開始時には、ＬＤバーを搭載したＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈが、ＬＤパッケージの給電回路との接続、切り離しを行う配線切替ボックス１０上で直列に接続されていて動作しており、実施の形態２と同様に、外部共振器を形成している。すなわち、部分透過ミラー６ｂと回折格子５ａの間は共通の光路、回折格子５ａとＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの間は、回折格子５ａの分散性によって回折角が波長によって異なることにより、別々の光路が形成されている。また、予備(光源)ＬＤパッケージ１ｊは、故障防止のため、使用開始時、＋(正極)端子と−(負極)端子が接続されている。ＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈ、予備(光源)ＬＤパッケージ１ｊにはシリンドリカルレンズ１１ｃがそれぞれ設けられている。
次に、ＬＤパッケージ１ｇが故障した場合に予備光源(ＬＤパッケージ)１ｊがＬＤパッケージ１ｇの動作を代替する様子を図６に示した。図６において予備ＬＤパッケージ１ｊは、ＬＤパッケージ１ｆ−１ｈからの光が入射している回折格子５ａにおいて、ビームが他ＬＤと同じ位置に入射し、重畳するよう構成されており、また、回折格子５ａから部分透過ミラー６ｂまでの間で他のビームと同一光軸となるよう構成されている。
また、予備ＬＤパッケージ１ｊは、図６のように配置された位置での回折角に対応した波長帯に他ＬＤを代替するのに充分な利得を有する。
また図６においては、予備ＬＤパッケージ１ｊが端に配置されているが、必ずしも端に配置されている必要はなく、ＬＤパッケージ間でも、両端に配置されていてもよい。
また、予備ＬＤパッケージ１ｊの数は１つと限る必要はなく、装置に必要とされる冗長性に応じて、いくつ配置してもよい。
また、回折格子５ａから部分透過ミラー６ｂまでの光路を他のＬＤパッケージと共有できること、予め定められた出力、予め定められた集光性が得られること等の動作は装置の使用開始前に予め調整されている。
ＬＤパッケージ１ｇが故障した際、まず、どのＬＤパッケージが故障したかを、モニタ部１０２、モニタ結果を表示する表示部を設けた制御部１００ｃにより検知、表示する。故障ＬＤパッケージの検知方法は、実施の形態２に記したように、各ＬＤパッケージの電圧をモニタしてもよいし、また各ＬＤパッケージのレーザビーム出力、出射方向、波長等をモニタしてもよい。また、モニタするための端子や受光部だけを設けておき、検査時にファイバやコンソール、ＰＣ(パーソナルコンピュータ)を接続してもよい。どのＬＤパッケージが故障したか検知され表示されると、オペレータは、筐体７ｂの外に配置されている配線切替ボックス１０において、図６に示したように、ＬＤパッケージ１ｇへの電流供給を止め(給電回路から切り離す)、予備ＬＤパッケージ１ｊを給電回路に接続して電流供給が開始されるように配線を切替え、装置を動作させる。
なおこの際、給電回路の図５に示した電源ＰＳにより電流、電圧を調整してＬＤパッケージの出力を調整するようにしてもよい。またこの電源ＰＳは各駆動部の駆動モータの電源としても使用可能である。
この実施の形態においては、光源切替え機構である配線切替ボックス１０が筐体の外に設けられていて、筐体を開けることなく、配線の切替が可能であるため、筐体内に配置された光学素子やＬＤ素子へのコンタミネーション、湿気の及ぼす悪影響を避けることができる。また、配線の切替えとモニタを早く行うことができるため、メンテナンスを行うオペレータの負担を軽くすることができる。可能であれば、故障ＬＤパッケージの検知と配線の切替えのうち、どちらか、もしくは両方を自動で行うことが望ましい。
すなわち、上記実施の形態で説明したのと同様に、制御部１００ｃで、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って、図１６に例示するように、光源切替え機構(可動部、駆動部を含む)となる配線切替ボックス１０上に設けられた、配線の接続、切り離しを行う電動スイッチＳＷへの開閉制御信号を出力して、故障ＬＤパッケージを給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージ１ｊを給電回路に接続する。またさらに、給電回路の電源ＰＳを制御して電流、電圧の調整を行うようにしてもよい。
図１６について簡単に説明すると、ＬＤパッケージ１ｆ−１ｈ、および予備ＬＤパッケージ１ｊは直列に接続されており、電動スイッチＳＷを備えた短絡回路が各ＬＤパッケージに設けられている。図５の状態に相当する初期には、予備ＬＤパッケージ１ｊの短絡回路の電動スイッチＳＷがオン(接続されて通電状態)になっており、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの短絡回路の電動スイッチＳＷはオフ(非接続、通電できない状態)で、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが動作し、装置が機能を発揮する。そして例えば図６に示すようなＬＤパッケージ１ｇが故障した場合、ＬＤパッケージ１ｇに設けられた短絡回路の電動スイッチＳＷがオフ状態からオン状態となり、予備ＬＤパッケージ１ｊに設けられた短絡回路の電動スイッチＳＷが逆にオン状態からオフ状態となることにより、ＬＤパッケージ１ｆ，１ｈ、予備ＬＤパッケージ１ｊが動作する。なおこの切替え回路の構成は一例であり、用途に合わせて適当な構成とすればよい。
従来、電流が小さい場合は自動での電流切替が容易であったが、この実施の形態のように、数Ａ以上のレベルの大電流の切替は自動化が難しく、装置が大型化してしまう場合があるため、配線切替ボックス１０を、筐体外に設け、手動で切替える機構を設けてもよい。すなわち、この発明の効果は光源に通電される電流が１Ａを超える電流の場合、より大きく発揮される。
この実施の形態のように、予備パッケージに別途、光路を設けて波長結合外部発振器を構成することにより、実施の形態２のように、移動機構等を設けなくとも、配線の切り替えだけによって、故障時に正常動作を継続することが可能である。移動機構を省くことにより、装置の小型化、交換時間の短縮を図ることができる。
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるビーム結合装置の概略構成図である。図７において、レーザモジュール１２ａ−１２ｈは、それぞれ例えば実施の形態３ｄで説明した予備ＬＤパッケージを備えた波長結合外部共振器である。すなわち例えば図５のＬＤパッケージ１ｆ−１ｈ，予備ＬＤパッケージ１ｊ、シリンドリカルレンズ１１ｃ、回析格子５ａ、部分透過ミラー６ｂ、筐体７ｂ、さらに配線切替ボックス１０，モニタ部１０２，制御部１００ｃを含む。この実施の形態において、隣のレーザモジュール、すなわち、１２ａと１２ｂ、１２ｃと１２ｄ、１２ｅと１２ｆ、１２ｇと１２ｈはそれぞれ、空間結合(位置結合)されて、各モジュールからの合計８本の出射ビームは４本となる。
空間結合(位置結合)について、図８を用いて簡単に説明する。図８において、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したレーザビームは、第１のシリンドリカルレンズ１３によって、集光される。そして、集光点を過ぎた後に配置された第２のシリンドリカルレンズ１４によってコリメートされ、第１のシリンドリカルレンズ１３に入射したときより間隔を狭められる。このようにして間隔を狭められたレーザビームは、空間結合(位置結合)した２本のビーム全体としての集光性が、レーザモジュール１２ａと１２ｂから出射された直後に比べて向上しており、１本のビームに重畳はしていないが、ファイバ径、ファイバのＮＡ(Numerical Aperture)を適切に選択すれば、ファイバに入射可能なサイズと拡がり角に収めることができ、実質的に結合できたといえる。また、図８に示した方法は一例であり、光学系は他にも多種考えられる。また、ここでは２本のビームを結合した場合について示したが、空間結合(位置結合)するビームの本数はレーザモジュールから出射されるビームの集光性に依存して、ファイバに入射可能な集光性を維持できれば、本数を増やしてもよい。
次に、図７のように空間結合(位置結合)されたビームが偏光結合され、全部で２本のビームとなる。図９を用いて偏光結合について説明する。図９において、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したレーザビームは、波長板や偏光ローテータ等の偏光回転素子１５によって図９に示したように偏光方向を９０度回転させられる。その結果、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したビームの偏光方向は、レーザモジュール１２ｃと１２ｄから発生したビームの偏光方向と９０度異なる状態になり、偏光素子１６によって、１本のビームに重畳される。
次にさらに、図７のように波長結合によって、１本のビームに結合される。波長結合について図１０を用いて説明する。レーザモジュール１２ａ−１２ｄからのビームと、レーザモジュール１２ｅ〜１２ｈからのビームを波長結合ミラー１７で結合することによって、１本のビームにまとめている。レーザモジュール１２ａ−１２ｄと、レーザモジュール１２ｅ−１２ｈは異なる波長のレーザダイオードを使用する必要がある。また、波長結合のビーム本数も、２本に限ることはなく、３本以上、いくつでもよいが、そのためには異なる仕様のレーザダイオードを用意する必要がある。最後に図７にあるようにファイバ結合され使用される。
以上のように構成されたビーム結合装置においては、必ずしも図５、６のように１個のレーザモジュール内に各１個のＬＤパッケージ(ＬＤ)が故障すると限ったわけではなく、１個のレーザモジュール内で２個以上のＬＤパッケージが故障することもあり得る。また、断線やコンタミネーション等によって故障し、レーザモジュール１個が一度に動作しなくなることもあり得る(１個のレーザモジュール内の全てのＬＤパッケージが故障またはビームが出力できない状態になる)。
図１１は、レーザモジュール１２ｅが動作できなくなった場合の、この発明のビーム結合装置の動作を示した図である。図１１にあるように、レーザモジュール１２ｅが故障して動作できない場合、レーザモジュール１２ｅは動作が停止してしまう。このとき、他のレーザモジュールに搭載された予備ＬＤパッケージを全部稼動することによって、応急処置として、レーザモジュール１２ｅの停止による出力低下を補い、運転を続け、メンテナンスまでの動作継続を行う。そのために、各レーザモジュールには、複数の予備ＬＤパッケージを備え付けてもよいし、１個も予備ＬＤパッケージを備え付けないレーザモジュールがあってもよい。また、応急処置において、予備ＬＤパッケージ稼動以外に、電流を増すことによって、運転を継続してもよい。また、１個のレーザモジュール内に２個以上のＬＤパッケージが故障し、予備ＬＤパッケージを一部稼動すればよい場合には、全ての予備ＬＤパッケージを稼動する必要はなく、必要数だけの予備ＬＤパッケージを動かすだけで動作を継続してもよい。
このように構成されたビーム結合装置においては、予備として、別のレーザモジュールを１台設ける必要はなく、ビーム結合装置全体の冗長性を向上することが可能であり、１台レーザモジュールが停止した場合にも所望の出力を維持しての運転が可能である。また、予備ＬＤパッケージ１個を各レーザモジュールが備えるコストは、１個のレーザモジュール内に備えるＬＤパッケージ数を、レーザモジュール出射後のビーム結合本数が上回る場合、コストを安くすることができる。
ビーム結合本数を増やすためには、空間結合(位置結合)または、波長結合の本数を増やすしかない。空間結合(位置結合)のビーム本数を増やすと装置全体のビームの集光性を悪化させる。波長結合の本数を増やそうとすると、波長を増やす必要があり、コスト増加とメンテナンスの困難化につながる。以上のことから、レーザモジュール出射後のビーム結合本数は限られており、出力向上にはモジュール内のビーム結合素子である回折格子や分散光学素子を用いて波長結合数を増やす方が有利であり、分散光学素子を使用した波長結合装置の場合、この発明の効果はより大きく発揮される。
この発明と別の冗長性確保の方法である予備のレーザモジュールを設けた場合に比べ、より少ない部品点数で装置を構成することができ、故障の発生確率を小さいものとすることができる。また、装置を小型化できる。
また、様々な故障に対して、対応の可能性が広がる。例えば、予備レーザモジュールを１台設けた場合には、予備レーザモジュールが故障して正常動作が行えなくなることも考えられるが、この実施の形態のように、１つのレーザモジュールの出力低下を別のレーザモジュールで補うような構成としておけば、１個のレーザモジュールが壊れた場合でもカバーすることができる。また、その冗長性を確保するために必要とされるＬＤパッケージの個数も少ないものとすることができる。
さらに図７に代表して破線で示すように(以降の実施の形態でも同様)、ビーム結合装置内の全てのレーザモジュールのそれぞれのモニタ部１０２からのモニタ結果を集中して入力して、各レーザモジュールさらにはレーザモジュール内の各ＬＤパッケージの不良(故障)を検出するための状態をモニタするレーザモニタ部１０２ａと、レーザモニタ部１０２ａからのレーザモジュールおよびＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障レーザモジュール、故障ＬＤパッケージを判定し、例えば該当するレーザモジュールの制御部１００ｃに、判定結果に従って配線切替ボックス１０上に設けられた電動スイッチ(図示省略)の開閉制御を行う開閉制御信号を出力させる制御信号を送るレーザ制御部１００ｃｃを設けてもよい。
またこの場合、レーザ制御部１００ｃｃが、後述するように、故障ＬＤパッケージの出力を補うために、正常なＬＤパッケージの出力をアップさせる制御を該当するレーザモジュールの制御部１００ｃに行わせる制御を行い、制御部１００ｃが担当するＬＤパッケージのＬＤの電流を増加させる制御を行うようにしてもよい。
また、各レーザモジュールの制御部１００ｃを介さずに、レーザ制御部１００ｃｃで全てのレーザモジュール、ＬＤパッケージの制御(配線切替ボックス１０での配線切替制御、出力調整等を含む)を直接行うようにしてもよい。
また、各レーザモジュールは、実施の形態３の構成に限らず、その他の実施の形態で説明する予備ＬＤパッケージを備えた構成のものであってもよい。
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５によるビーム結合装置の概略構成図である。図１２のビーム結合装置では実施の形態４のもの同様に、複数のレーザモジュール内に分散性を持った波長結合外部共振器を備え、それらが、空間(位置)、偏光、波長による結合を行って１つのビームに結合されたレーザビームを発生する。ビーム結合装置によっては、レーザモジュール全体の不良が殆どなく、不良が発生するのは、ＬＤパッケージ単体の場合が殆どであり、レーザモジュールの動作停止に備える必要がない場合がある。図１２においてはレーザモジュール１２ｆ，１２ｇには予備のＬＤパッケージが備え付けられていない。
予備のＬＤパッケージを備えていないレーザモジュールを図示したものが図１３である。また、図１３に示したＬＤパッケージのうち、１個が故障したときの配線変更を示したものが図１４である。図１３において、レーザモジュール内には予備ＬＤパッケージが備えられていない。一方、配線については、どのＬＤパッケージが不良を起こしても、そのＬＤパッケージを短絡できるよう、筐体７ｂ外で配線の切替が行えるように、配線切替ボックス１０が設けられている点は、図５，６と同じである。故障時においては、図１４のように、故障したＬＤパッケージ１ｆの正負両端子間が配線で短絡され、動作を停止する。ＬＤパッケージ１ｆが動作を停止したことにより、レーザモジュール全体の出力が低下する。
なお上記配線はＬＤパッケージ１ｆが給電回路から切り離されたに等しい。またこの場合、ＬＤパッケージ１ｆを給電回路から切り離されるように配線されてもよい。
ＬＤパッケージが動作を停止した場合、図１２に示すように、同じレーザモジュール内だけでなく、他のレーザモジュール内部に配置された予備レーザモジュールも動作するため、必ずしも全てのレーザモジュールに対して予備ＬＤパッケージを設ける必要はなく、メンテナンスを行うまで、動作を継続することが可能である。また、予備ＬＤパッケージは必ずしも１モジュール当たり１個と限る必要はなく、必要に応じて、増やしてもよい。予備ＬＤパッケージ数が１個のレーザモジュール分となっても光学素子や筐体等を省くことができる。このような構成にあっては、部品点数が少ないため、装置を小型化することが可能である。また、故障の発生確率を小さいものとすることができる。
実施の形態６．
また、ＬＤパッケージのＬＤの動作電流値が例えば、６０Ａが限界の装置で、６０Ａ以下の電流域で出力が電流に依存して増えるような特性である場合、常時、４０Ａや５０Ａで動作させておき、ＬＤパッケージ故障時に、故障したＬＤパッケージのみ、配線切替によって給電回路から切り離し、電流値を例えば５５Ａ等までアップして、必要出力を確保し、メンテナンスが行えるまで、動作を続けるという運用方法としてもよい。
この場合、電流アップによって、ＬＤパッケージ数個の故障をカバーできるだけ、総ＬＤパッケージ個数が十分多く、また、レーザモジュール１個が突然、停止するという可能性が極めて低ければ、予備のＬＤパッケージを全く搭載しなくてもよい。また、予備のＬＤパッケージの個数を大幅に減らした構成としてもよい。すなわち、故障確率(頻度)と、起こりうる故障の深刻度に応じて、予備ＬＤパッケージの個数を低減できる。このような方法で冗長性を確保すれば、必要なＬＤパッケージの個数を少なくすることができ、故障の発生確率を小さいものとすることができる。また、装置を小型化することが可能である。
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７によるビーム結合装置の概略構成図である。図１５に示すように、故障の発生する可能性のあるＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋと、ＬＤパッケージ周辺のシリンドリカルレンズ１１ｃ等の光学部品の配置された筐体１８と、回析格子５ｂ、部分透過ミラー６ｃ等のその他の光学素子を含む筐体７ｃを別々にしてもよい。この場合、ＬＤパッケージを１個ずつ配置しながら調整して、最終的に全てのＬＤパッケージが、正常動作するように配置するのではなく、別のところで、筐体１８だけで調整を行っておき、現場では、当接面やピン等の位置精度を出す位置決め部材１９を設け、筐体７ｃと筐体１８が予め定められた精度以上の位置精度で配置されるようにしてもよい。また、筐体１８と筐体７ｃは、ウィンドウＷを設けて、現場で取り外しても、内部にコンタミネーションや湿気の影響が及ばないよう構成してもよい。また、通常の動作にウィンドウが影響しないよう、取り外すときのみ覆いが施されるようにしてもよい。また、筐体１８の調整には別の基準となる筐体７ｃを用意して、別の場所で調整できるようにしてもよい。図１５においてもモニタ部１０２、制御部１００ｃが備えられているが、これらの装置は図１５のように、筐体７ｃ側に設けてもよいし、筐体１８側に設けても、両側に分けて設けてもよい。
このようにＬＤパッケージと光学部品の筐体を分離することにより、簡易にＬＤパッケージの交換を行うことができる。また、図１５において、筐体１８と筐体７ｃの位置関係を微動調整する調整機構を設けてもよい。また、筐体７ｃを構成する部品の回折格子５ｂ、部分反射ミラー６ｃ等の一部もしくは全部に調整機構を設けて制御部１００ｃから調整制御するようにしてもよい。その調整機構は筐体を開けることなく微動可能な機構とすることがコンタミネーション、湿気を避ける上で望ましい。
また、図１５においては全てのＬＤパッケージが１つの筐体１８に格納されているが、破線で示すように、１部を別の筐体に入れて、一部のＬＤパッケージ筐体のみ交換するようにしてもよい。また、交換部品として別の筐体１８を用意しておき、故障時、筐体１８のみを交換してもよい。
このような構成にあっては、交換時に、ＬＤパッケージがコンタミネーションや湿気の影響を受ける可能性を低くすることができるため、ＬＤパッケージの寿命を長くすることができる。
なお、ＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋの中に予備ＬＤパッケージが含まれていてもよい。
実施の形態８．
図１７はこの発明の実施の形態８によるビーム結合装置の概略構成図である。この実施の形態では実施の形態１に関連して、故障ＬＤパッケージ(光源)と予備ＬＤパッケージ(予備光源)との切替え構成を示す。ＬＤパッケージ１ｅは予備光源、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃは複数の光源である。図１において、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃおよび、折り曲げミラー２Ａ−２Ｆ、シリンドリカルレンズ４、ビーム結合素子である分散光学素子５ｃ、出力光学素子である出力結合素子６ｄは外部共振器を構成する。
ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃから出た光は、出力結合素子６ｄと分散光学素子５ｃの間で１本のビームに結合し、出力結合素子６ｄから取り出される。また、出力結合素子６ｄに入射したビームの一部は、分散光学素子５ｃを介してＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃに戻される。ここで、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃからの光の一部はモニタ部１０２に入射し、例えば、正常時の出力信号の強度との比較などにより出力が低下した際、検出できるようになっている。このとき制御部１００ｃが、モニタ部１０２からのＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃの故障個所の検出結果に従って、故障個所に応じて光源切替え機構１０１を動作させて、故障したＬＤパッケージと分散光学素子５ｃを結ぶ光路が停止状態となり、予備ＬＤパッケージ１ｅと分散光学素子５ｃを結ぶ光路が動作状態となる。
例えば、ＬＤパッケージ１ａが故障した場合、図１８に示すように、折り曲げミラー２Ａ，２Ｅ，２Ｆを移動することにより、予備ＬＤパッケージ１ｅがＬＤパッケージ１ａの動作を代替することができる。
また、ＬＤパッケージ１ｂが故障した場合、図１９に示すように、折り曲げミラー２Ｂ，２Ｆを移動することにより、ＬＤパッケージ１ｂの動作を予備ＬＤパッケージ１ｅが代替することができる。
また、ＬＤパッケージ１ｃが故障した場合、図２０に示すように、折り曲げミラー２Ｃを移動することにより予備ＬＤパッケージ１ｅがＬＤパッケージ１ｃの動作を代替することができる。
予備ＬＤパッケージ１ｅは、折り曲げミラー２Ａ，２Ｂ，２Ｃを取り除いた状態で、折り曲げミラー２Ｄ，２Ｅ，２Ｆを調整し、折り曲げミラー２Ｄ，２Ｅ，２Ｆのどのミラーでも波長結合外部共振器が動作できるよう調整しておく。各ＬＤパッケージの故障に対し、移動する折り曲げミラーと静止したままの折り曲げミラーを図２１にまとめて示した。
詳細には図示されていないが、予備ＬＤパッケージ１ｅと分散光学素子５ｃの間の距離、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃと分散光学素子５ｃの間の距離が等しくなるように配置してもよいし、例えば、予備ＬＤパッケージ１ｅの位置の像が、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃからの光路と重なる位置に転写されるようにレンズ(図１７に破線で例示)等を光路中に設けてもよい。また、必要に応じて、例えば図５，６，１６等に示すように、故障ＬＤパッケージの回路を給電回路から切り離し、予備ＬＤパッケージ１ｅに給電するよう切り替える回路を設けてもよい。また、折り曲げミラーの光路からの除去方法は、光路が折り曲げミラーの作用を受けないようにすればよく、移動に限られず、回転(図１７の折り曲げミラー２Ａに破線で示す)、もしくは移動と回転の組み合わせを適用しても同様の効果が得られる。
なお、折り曲げミラー２Ａ−２Ｆはそれぞれ駆動モータ(図示省略)により、レール３ａ，３ｂ上を移動したり、折り曲げミラーの例えば中心を軸として回転するように構成されている。
また、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃおよび予備ＬＤパッケージ１ｅを、図１７に示す移動基板１１２上で、駆動モータ(図示省略)によりｘｙ面内に移動可能に設けることで、ＬＤパッケージの位置を入れ替えて、予備ＬＤパッケージにより故障ＬＤパッケージのサポートを行うことが可能となる。
なお、上記実施の形態１(図１，２)において、
ＬＤパッケージ１ａ−１ｄが光源、
ＬＤパッケージ１ｅが予備光源、
回折格子５がビーム結合素子、
折り曲げミラー２とシリンドリカルレンズ４と回折格子５と部分透過ミラー６がビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１，１１１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
また、折り曲げミラー２をレール３上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ−１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、可動部を駆動するための駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
上記実施の形態２(図３，４)において、
ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが光源、
ＬＤパッケージ１ｉが予備光源、
回折格子５ａがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１と可動ミラー２ａ，２ｂと回折格子５ａと部分透過ミラー６ａがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
また、ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂを移動可能に支持するは可動支持部、さらに例えば図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、これらの可動部を動かす駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
上記実施の形態３(図５，６)において、
ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが光源、
ＬＤパッケージ１ｊが予備光源、
回折格子５ａがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１ｃと回折格子５ａと部分透過ミラー６ｂがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
配線切替ボックス１０が配線切替ボックス、
筐体７ｂが筐体、
制御部１００ｃ(光源切替え機構１０１)が電源切替え部、
を構成する。
また光源を自動で制御した場合、図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、ＬＤパッケージへの給電回路およびその電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
上記実施の形態４−６(図７，１４)において、
レーザモジュール１２ａ−１２ｈがレーザモジュール、
空間結合(位置結合)部と偏光結合部と波長結合部とファイバ結合部がモジュールビーム結合光学系５００、
レーザモニタ部１０２ａがレーザモニタ部、
レーザ制御部１００ｃｃがレーザ制御部、
を構成する。
なお、各レーザモジュール内の構成は他の実施の形態の構成に従う。
上記実施の形態７(図１５)において、
ＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋが光源および予備光源、
回折格子５ｂがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１ｃと回折格子５ｂと部分透過ミラー６ｃがビーム結合光学系、
筐体７ｃが主筐体、
筐体１８(分割された各筐体も含む)が副筐体、
位置決め部材１９が位置決め部、
を構成する。
上記実施の形態８(図１７−２１)において、
ＬＤパッケージ１ａ−１ｃが光源、
ＬＤパッケージ１ｅが予備光源、
折り曲げミラー２Ａ−２Ｅが光学素子、
分散光学素子５ｃがビーム結合素子、
出力結合素子６ｄが出力光学素子、
折り曲げミラー２Ａ−２Ｅとシリンドリカルレンズ４と分散光学素子５ｃと出力結合素子６ｄがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
また、折り曲げミラー２Ａ−２Ｅをレール３ａ，３ｂ上に移動させる機構、ＬＤパッケージ１ａ−１ｃを移動基板１１２上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ−１ｃ，１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、可動部を駆動するための各駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
また、この発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。また、各実施の形態のビーム結合装置の光源切替えは手動で行っても、または制御部等により自動で行ってもよい。
産業上の利用の可能性
この発明によるビーム結合装置の構成は種々の分野のビーム光源に適用可能である。
１ａ−１ｊ ＬＤパッケージ、２，２Ａ−２Ｆ 折り曲げミラー、
２ａ，２ｂ 可動ミラー、３，３ａ，３ｂ レール、
４，１１，１１ｂ，１１ｃ シリンドリカルレンズ、５，５ａ，５ｂ 回析格子、
５ｃ 分散光学素子、６，６ａ，６ｂ，６ｃ 部分透過ミラー、６ｄ 出力結合素子、
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，１８ 筐体、１０ 配線切替ボックス、
１２ａ−１２ｈ レーザモジュール、１３ 第１のシリンドリカルレンズ、
１４ 第２のシリンドリカルレンズ、１５ 偏光回転素子、１６ 偏光素子、
１７ 波長結合ミラー、１９ 位置決め部材、１００ ビーム結合装置、
１００ｃ 制御部、１００ｃｃ レーザ制御部、１０１，１１１ 光源切替え機構、１０２ モニタ部、１０２ａ レーザモニタ部、可動部 １０１１、駆動部 １０１２、
ＳＷ 電動スイッチ、Ｗ ウィンドウ。
この発明は、複数の光源と、１つまたは複数の予備光源と、前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記各光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、故障を検出するために前記各光源からのビームの波長または前記ビーム結合素子からの漏れ光の方向をモニタするモニタ部と、前記複数の光源のいずれかの故障が検出されたときに、前記各光源、予備光源および前記ビーム結合光学系の少なくとも一部に設けられた可動部により、前記各光源、予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させる光源切替え部と、を備えたビーム結合装置等にある。

Claims (12)

  1. 複数の光源と、
    １つまたは複数の予備光源と、
    前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記各光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、
    前記光源の故障が検出された時に、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系の少なくとも１部に設けられた可動部により、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させる光源切替え部と、
    を備えたビーム結合装置。
  2. 前記ビーム結合光学系の前記１つまたは複数の予備光源の光路上に前記可動部を設けた請求項１に記載のビーム結合装置。
  3. 前記ビーム結合光学系が、前記各光源および予備光源の光路上でビーム方向を変更する光学素子を含み、
    前記予備光源の光学素子が、前記各光源の前記光学素子のビーム方向変更後の光路の後方延長上に光路が重なるように設けられ、
    前記可動部として、前記光学素子が移動可能であり、
    前記光源切替え部において、故障した前記光源の前記光学素子が光路上から外されると共に、前記予備光源から前記光学素子を介して前記ビーム結合光学系にビームを入射させる、
    請求項１に記載のビーム結合装置。
  4. 前記複数の光源が前記ビーム結合素子を中心として同心円状に配置され、
    前記可動部として、前記予備光源を、前記複数の光源の同心円より半径が小さくかつ同心円を含む面に対して直交する方向にオフセットされた同心円状の軌道を移動させる機構を有する、
    請求項１または２に記載のビーム結合装置。
  5. 複数の光源と、
    １つまたは複数の予備光源と、
    前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記複数の光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、
    前記光源の故障が検出された時に、故障した前記光源を電気的に短絡させ、前記予備光源を給電配線に結線する配線切り替えボックスと、
    を備え、
    前記各光源および予備光源、および前記ビーム結合光学系が１つの筐体内に収納され、前記配線切り替えボックスが前記筐体の外に設けられたビーム結合装置。
  6. それぞれに複数の光源からのビームがビーム結合素子を含むビーム結合光学系により１つに結合される複数のレーザモジュールと、
    前記複数のレーザモジュールからのビームを結合させて出力するモジュールビーム結合光学系と、
    前記レーザモジュールの出力低下を検出するために前記各レーザモジュールからのビームをモニタするレーザモニタ部と、
    前記レーザモジュールの出力低下が検出された時に、出力低下した前記レーザモジュール以外の１つまたは複数の前記レーザモジュールの出力を上げるレーザ制御部と、
    を備えたビーム結合装置。
  7. 前記複数のレーザモジュールのうちの１つまたは複数のレーザモジュールが予備光源を搭載した請求項６に記載のビーム結合装置。
  8. 複数の光源と、
    １つまたは複数の予備光源と、
    前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記複数の光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    を備え、
    前記ビーム結合素子から以降の光路のビーム結合光学系が１つの主筐体に収納され、前記各光源および予備光源が前記主筐体に着脱可能でかつ位置決め部材で位置決めされた１つまたは複数の副筐体に分けられて収納された、ビーム結合装置。
  9. 前記ビーム結合素子が分散光学素子からなる請求項１から８までのいずれか１項に記載のビーム結合装置。
  10. 前記ビーム結合光学系が、前記分散光学素子と出力結合素子を含み、
    前記分散光学素子が、前記各光源および予備光源からのビームを受けて前記出力結合素子へと送り、
    前記出力結合素子が、前記分散光学素子からの光を受けて、一部を出力し、一部を前記分散光学素子を介して前記各光源および予備光源へ返す、
    請求項９に記載のビーム結合装置。
  11. 複数の光源および１つまたは複数の予備光源からのビームを、ビーム結合光学系に入射させ、ビーム結合素子通過後に結合させて出力させるビーム結合装置において、
    前記複数の光源の故障を検出するステップと、
    前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させるステップと、
    を備えたビーム結合装置の出力回復方法。
  12. それぞれに複数の光源からのビームがビーム結合素子を含むビーム結合光学系により１つに結合される複数のレーザモジュールからのビームをモジュールビーム結合光学系で結合させて出力するビーム結合装置において、
    前記レーザモジュールの出力低下を検出するステップと、
    出力低下した前記レーザモジュール以外の１つまたは複数の前記レーザモジュールにおいて電源の出力増加または予備光源への切り替えにより出力を上げるステップと、
    を備えたビーム結合装置の出力回復方法。
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