WO2019203161A1 - レーザ光出力モニター装置及びそれを用いたレーザ装置、レーザ加工装置 - Google Patents

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WO2019203161A1
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laser
light
output
aperture
laser beam
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太志 堤
真也 堂本
諒 石川
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/06—Restricting the angle of incident light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range

Definitions

  • the present invention relates to a laser light output monitor device, a laser device using the same, and a laser processing device.
  • Patent Document 1 discloses a technique of using a movable reflection mirror to cause laser light to enter an optical power meter and measuring the laser light output. Based on the measured value with the optical power meter, the output of the laser oscillator is calibrated. For pulsed laser light, laser light scattered on the light receiving surface of the optical power meter is measured with a photodiode, and the pulse width is calculated based on the measured value.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a laser light output monitoring device capable of stably monitoring laser light output in real time, a laser device using the same, and a laser processing device. There is to do.
  • a laser light output monitoring device includes a light deflection member that deflects a monitoring laser light, which is a branched light of a laser light emitted from a laser oscillator, in a predetermined direction, and the light.
  • a light receiving unit that receives the laser beam for monitoring deflected by a deflecting member and outputs an electrical signal; and a monitor unit that is provided between the light deflecting member and the light receiving unit and deflected by the light deflecting member.
  • a laser light output monitoring device configured to monitor an output of the laser light based on an electric signal output from the light receiving unit, the light deflecting member being the monitor
  • the aperture laser beam is configured to diffuse and deflect the laser beam toward the light receiving unit, and the aperture allows the monitor laser beam incident on the opening to pass therethrough.
  • Write, stray light incident on the aperture is characterized in that it is configured not incident on the light receiving portion.
  • the output of the laser beam can be monitored in real time based on the light reception signal of the monitoring laser beam.
  • the output of the laser light emitted from the laser oscillator can be accurately monitored.
  • a laser apparatus includes at least a laser oscillator that emits laser light and the laser light output monitor apparatus described above.
  • the output can be monitored in real time without blocking the optical path of the laser light emitted from the laser oscillator.
  • a laser processing apparatus includes the above laser apparatus, a laser beam emitting head connected to the laser apparatus, and attached to an emission end of a transmission fiber that guides the laser beam emitted from the laser oscillator, And a display unit for displaying the output of the laser beam based on an output signal of the laser beam output monitoring device.
  • laser processing can be performed while monitoring the output of laser light in real time, and the stability of laser processing can be maintained.
  • the laser beam output monitoring device of the present invention the laser beam output can be monitored in real time and with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the internal configuration of the laser oscillator.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a portion surrounded by a broken line in FIG.
  • FIG. 4A is a perspective view of the aperture.
  • 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a main part of a laser light output monitoring device for comparison.
  • FIG. 5B is a schematic diagram showing a change over time of the shape of the laser beam deflected by the diffusion plate.
  • FIG. 6 is a diagram showing a temporal change in laser light output for comparison.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the internal configuration of the laser oscillator.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a main part of another laser light output monitoring device for comparison.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a temporal change between the monitor output and the actual output of the laser beam for comparison.
  • FIG. 9 is a diagram showing a temporal change in laser light output according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a time change between the monitor output and the actual output of the laser beam according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an aperture according to the first modification.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of another aperture according to the first modification.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a main part of a laser beam output monitoring apparatus according to the second modification.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a main part of a laser beam output monitor apparatus according to Modification 3.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a configuration of a laser processing apparatus according to this embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of an internal configuration of a laser oscillator. Note that FIG. 2 shows only a portion where a laser beam LB1 travels among a plurality of laser beams described later.
  • the traveling direction of the laser light incident on the beam combiner 130 from the laser module 120 in FIG. 2 is the X direction
  • the direction in which the laser beam LB1 reflected by the mirror 132 is directed to the diffusion plate 160 is the Z direction.
  • the direction orthogonal to the X direction and the Z direction may be referred to as the Y direction.
  • the laser processing apparatus 10 includes a laser oscillator 100, a transmission fiber 200, a laser beam emission head (laser light emission head) 300, a control unit 400, a power source 500, and a display unit 600.
  • the end of the laser oscillator 100 and the transmission fiber 200 where the laser beam is incident (hereinafter simply referred to as the incident end; the end where the laser beam of the transmission fiber 200 is emitted is simply referred to as the emission end hereinafter). Housed in the housing 110.
  • the laser oscillator 100 includes a plurality of laser modules 120, a beam combiner 130, and an optical unit 140.
  • the laser module 120 includes a plurality of laser diodes or laser arrays that emit laser beams having different wavelengths, and the laser beams synthesized in the laser module 120 are emitted from the respective laser modules 120.
  • the laser beams respectively emitted from the plurality of laser modules 120 are combined into one laser beam (hereinafter referred to as a combined laser beam LB) by the beam combiner 130.
  • the combined laser beam LB is condensed by a condenser lens 141 provided in the optical unit 140, and the beam diameter is reduced by a predetermined magnification and is incident on the transmission fiber 200.
  • the laser oscillator 100 having such a configuration, a high-power laser processing apparatus 10 having a laser beam output exceeding several kW can be obtained.
  • the laser oscillator 100 performs laser oscillation when power is supplied from the power source 500, and the combined laser beam LB is emitted from the emission end of the transmission fiber 200.
  • the beam combiner 130 includes a plurality of mirrors including mirrors 132 and 133 and a laser light output monitoring device 150 inside a housing 131 (see FIG. 3). Each mirror includes a plurality of laser modules 120.
  • the laser beams emitted from each laser beam are arranged so as to be inclined with respect to the optical paths of the respective laser beams so as to be guided to the laser beam emitting unit LO.
  • the laser beam LB1 incident from the laser beam incident portion LI1 is reflected by mirrors 132 and 133 and guided to the laser beam emitting portion LO.
  • the mirror 133 reflects most of the incident laser beam LB1 and directs the laser beam LB1 toward the laser beam emitting section LO, while transmitting part of the laser beam LB1 and entering a diffuser plate (light deflection member) 160 described later. It is a transmission mirror.
  • the reflectance of the mirror 133 with respect to the laser beam LB1 is set to 99.995% and the transmittance is set to 0.005%, but is not particularly limited thereto.
  • a mirror corresponding to the mirrors 132 and 133 is provided in the beam combiner 130 for each of the laser beams incident on the beam combiner 130 other than the laser beam LB1.
  • the mirrors provided at positions corresponding to the mirrors 133 are partially transmissive mirrors each having optical characteristics equivalent to those of the mirror 133.
  • the laser beams emitted from the plurality of laser modules 120 are coupled so that their optical axes are close to each other and substantially parallel to each other, and are emitted from the laser beam emitting unit LO as a combined laser beam LB.
  • the laser beam transmitted through the mirror 133 and the partially transmitting mirror provided at the position corresponding thereto is coupled so that the respective optical axes are close to each other and substantially parallel to each other, like the coupled laser beam LB.
  • the light is incident on the diffusion plate 160 as a monitoring laser beam LBA.
  • the monitor laser beam LBA is a branched light obtained by branching a part of the combined laser beam LB.
  • the laser light output monitor device 150 is composed of a diffusion plate 160, an aperture 170, and a photodiode (light receiving unit) 180, and the photodiode 180 is mounted on a cylindrical mount 190.
  • the monitoring laser beam LBA transmitted through the mirror 133 and the like is deflected by the diffusion plate 160 and is incident on the photodiode 180 through the aperture 170.
  • An output signal is sent from the photodiode 180 to the controller 400 based on the amount of incident laser beam.
  • the configuration and function of each part of the laser light output monitor device 150 will be described in detail later.
  • the optical unit 140 has a condensing lens 141 inside, and the condensing lens 141 emits the combined laser beam LB so that the spot diameter is smaller than the core diameter of the core 210 at the incident end of the transmission fiber 200. Condensate. Moreover, the optical unit 140 has a connector (not shown), and the incident end of the transmission fiber 200 is connected to the connector.
  • the transmission fiber 200 is optically coupled to the condensing lens 141 of the optical unit 140, and guides the combined laser beam LB received from the laser oscillator 100 via the condensing lens 141 to the laser beam emitting head 300. Further, the transmission fiber 200 has a core 210 having a substantially circular cross section at the axis. The transmission fiber 200 has a clad 220 provided in contact with the outer peripheral surface of the core 210 and coaxially with the core 210, and the core 210 is configured to have a higher refractive index than the clad 220. .
  • the combined laser beam LB incident from the optical unit 140 is totally reflected in the core 210 and emitted from the emission end of the transmission fiber 200.
  • the surface of the clad 220 is covered with a coating.
  • the laser beam emitting head (laser light emitting head) 300 irradiates the coupled laser beam LB guided by the transmission fiber 200 toward the outside.
  • the combined laser beam LB is emitted toward a workpiece (not shown) that is a processing target disposed at a predetermined position. In this way, the workpiece is laser processed.
  • the control unit 400 controls the laser oscillation of the laser oscillator 100. Specifically, laser oscillation control of each laser module 120 is performed by supplying control signals such as output voltage and on-time to a power source 500 connected to the laser oscillator 100. It is also possible to individually control the laser oscillation for each laser module 120. For example, the laser oscillation output, on-time, etc. may be varied for each laser module 120. Further, the control unit 400 receives an output signal from the photodiode 180 disposed in the beam combiner 130 and converts it into an optical output of the combined laser beam LB.
  • the correlation between the output from the photodiode 180 and the light output of the laser beam is acquired in advance in the control unit 400 or in a storage unit (not shown) provided separately from the control unit 400.
  • a calibration table is stored, and an output signal from the photodiode 180 is converted into an optical output of the combined laser beam LB based on the calibration table.
  • the control unit 400 may control the operation of a manipulator (not shown) to which the laser beam emitting head 300 is attached.
  • the power supply 500 supplies power for performing laser oscillation to the laser oscillator 100, specifically, each of the plurality of laser modules 120.
  • the power supplied to each laser module 120 may be made different according to a command from the control unit 400.
  • the power source 500 may supply power to a movable part of the laser processing apparatus 10, for example, the manipulator, or another power source (not shown) for the movable part of the laser processing apparatus 10. ) May be supplied with power.
  • the display unit 600 is configured to display the optical output of the combined laser beam LB that is the result of the output conversion performed by the control unit 400. As will be described later, the optical output of the combined laser beam LB is displayed in a graph format plotted against the laser oscillation time, but is not particularly limited thereto. A tabular format is also acceptable. In that case, it is preferable that the temporal change rate of the light output is displayed simultaneously. Note that the display unit 600 may display data other than the light output of the laser beam. For example, processing parameters and actual measurement values at the time of laser processing may be displayed simultaneously.
  • the display unit 600 usually includes a display device such as a cathode ray tube or a liquid crystal display.
  • the laser oscillator 100 having the laser light output monitoring device 150 may be referred to as a laser device.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 2
  • FIG. 4A is a perspective view of the aperture
  • FIG. 4B is a schematic sectional view taken along line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • the configuration shown in FIG. 3 corresponds to the main part of the laser light output monitor device 150.
  • the diffusing plate 160 is disposed at a predetermined angle with respect to the optical axis of the monitoring laser beam LBA transmitted through a plurality of partial transmission mirrors including the mirror 133, in this case, inclined by 45 °.
  • the monitoring laser beam LBA incident on the diffusion plate 160 is diffused at a predetermined diffusion angle and deflected toward the first opening end 173 of the aperture 170.
  • the aperture 170 is a member composed of a cylindrical portion 171 having an opening 172 in the center and a mounting portion 175 formed integrally with the cylindrical portion 171, and is made of a material that is opaque to the combined laser beam LB, such as stainless steel. Made of metal material.
  • the length L1 in the X direction of the cylindrical portion 171 is configured to be longer than the diameter D1 of the opening 172 (see FIG. 4B).
  • the opening 172 is configured to allow the monitoring laser beam LBA incident from the first opening end 173 to pass through and to be emitted from the second opening end 174 toward the photodiode 180, and the inner surface 176 of the opening 172 (see FIG. 4B), irregularities 177 are formed at a predetermined pitch P (see FIG. 4B).
  • the convex portion 178 of the concave and convex portion 177 has a triangular shape in sectional view.
  • the opening 172 has a predetermined height in the radial direction.
  • the angle ⁇ between the adjacent convex portions 178 is set to 60 °, but is not particularly limited thereto, and may be, for example, 30 ° or 90 °. May be.
  • the diameter D1 of the opening 172 is configured to be larger than the beam diameter of the monitoring laser beam LBA at the time of emission from the second opening end 174.
  • the attachment portion 175 has a plurality of attachment holes 175a, and the aperture 170 is attached to the housing 131 of the beam combiner 130 by a fixing member (not shown). Further, the unevenness 177 is obtained by performing knurling or the like on the inner surface 176 of the opening 172.
  • the shape after knurling may be an oblique knurling or a twill knurling. Moreover, you may make it form the unevenness
  • the photodiode 180 When the monitor laser beam LBA passing through the aperture 170 is incident on the light receiving surface 181, the photodiode 180 outputs an electrical signal corresponding to the amount of the laser beam LBA by photoelectric conversion. This output signal is input to the control unit 400 (see FIG. 1).
  • the photodiode 180 is disposed in the beam combiner 130 so as to be positioned on the optical axis of the monitoring laser beam LBA that is held by the cylindrical mount 190 and passes through the aperture 170.
  • the photodiode 180 is disposed at a predetermined distance L2 from the second opening end 174 of the aperture 170 in the X direction. In the configuration shown in FIG.
  • the members are arranged such that the length L1 of the cylindrical portion 171 and the interval L2 are the same, but even if the length L1 and the interval L2 of the cylindrical portion 171 are different.
  • the interval L2 may be longer than the length L1 of the cylindrical portion 171.
  • the photodiode 180 is a device in which a semiconductor structure such as silicon is provided with a diode structure such as a pn junction, and light is incident on this diode structure to perform photoelectric conversion to generate an electrical signal.
  • the diameter of the opening of the mount 190 is set to be the same as the diameter D1 of the opening 172 of the aperture 170, but may be different from the diameter D1.
  • the diameter of the opening may be smaller than the diameter D1 of the opening 172 of the aperture 170.
  • a partition wall 134 having an opening 135 is provided between the aperture 170, the photodiode 180, and the mount 190.
  • the monitor laser beam LBA is expanded by the diffusion plate 160 at a predetermined diffusion angle and is incident on the opening 172 of the aperture 170. Since the diameter D1 of the opening 172 is larger than the beam diameter of the monitor laser beam LBA, the monitor laser beam LBA is not emitted from the end face of the cylindrical portion 171 of the aperture 170 and is directly incident on the photodiode 180. However, as shown in FIG. 3, the shape of the aperture 170 is set so that stray light incident on the aperture 170 does not enter the photodiode 180.
  • stray light as used in the present specification is incident on the inner surface 176 of the opening 172 even if the light is directed to the aperture 170 without being incident on the diffuser plate 160 or the laser light is deflected by the diffuser plate 160. Laser light.
  • stray light for example, light reflected by the inner surface of the casing 131 and directly directed to the aperture 170 without being deflected by the diffuser plate 160, is disposed at the end surface of the cylindrical portion 171.
  • the shape of the aperture 170 is set. Further, the stray light incident on the inner surface 176 of the opening 172 of the aperture 170 is irregularly reflected by the unevenness 177 provided on the inner surface 176, so that the pitch P of the unevenness 177 and the shape of the convex portion 178 do not reach the second opening end 174. Is set.
  • the monitor laser beam LBA is emitted from the second opening end 174 of the aperture 170, passes through the opening 135 of the partition wall 134, and is incident on the light receiving surface 181 of the photodiode 180. .
  • the output signal of the photodiode 180 is converted into the optical output of the combined laser beam LB by the control unit 400, and the time change of the optical output of the combined laser beam LB is displayed on the display unit 600, whereby the light of the combined laser beam LB is displayed.
  • the output can be monitored constantly.
  • the laser beam output monitoring device 150 of this embodiment is a diffusion plate (light beam) that deflects the monitoring laser beam LBA, which is a branched beam of the combined laser beam LB emitted from the laser oscillator 100, in a predetermined direction.
  • the aperture 170 has an aperture 172 that allows the deflected monitor laser beam LBA to pass through.
  • the output of the combined laser beam LB is monitored based on the electrical signal output from the photodiode 180.
  • the diffusion plate 160 is configured to diffuse the monitoring laser beam LBA and deflect it toward the photodiode 180.
  • the aperture 170 is configured to pass the monitoring laser beam LBA incident on the opening 172, while preventing stray light incident on the aperture 170 from entering the photodiode 180. Furthermore, the aperture 170 is configured so that the stray light is not incident on the photodiode 180 by reflecting a part of the stray light away from the photodiode 180 and by irregularly reflecting the rest of the stray light inside the opening 172. Yes.
  • stray light incident in the opening 172 is arranged in a predetermined shape provided on the inner surface 176 of the opening 172, in this case, triangular projections 178 at a predetermined pitch P in a sectional view.
  • the irregularities 177 are irregularly reflected so as not to reach the second opening end 174 that is the emission end.
  • the monitoring laser beam LBA is received by the photodiode 180, and the combined laser beam LB that is the laser light emitted from the laser oscillator 100 based on the output signal. Can be monitored in real time. Further, the monitor laser beam LBA is allowed to pass through the aperture 170 and then incident on the photodiode 180, so that the stray light incident on the aperture 170 is cut, and the optical output of the monitor laser beam LBA, and hence the coupled laser. The light output of the beam LB can be accurately monitored.
  • FIGS. 5A to 10 are schematic diagram of a main part of a laser light output monitoring device for comparison, FIG. 5B is a time change of a laser beam shape deflected by a diffusion plate, and FIG. 6 is a time change of a laser light output. .
  • the output of the photodiode 180 is shown instead of the optical output of the combined laser beam LB.
  • the aperture 170 shown in FIG. 5A is different from the aperture 170 shown in FIGS. 3 to 4B in that the unevenness 177 is not provided on the inner surface 176, but the other points are the same.
  • the light output monitored by the laser light output monitoring device 150 is laser oscillation. It starts to decrease immediately after the start, decreases by about 3.7% after 10 minutes, and the monitor output becomes stable when it exceeds 10 minutes from the start of laser oscillation. This phenomenon can be caused by a so-called thermal lens effect that occurs when the temperature of optical components on the optical path of each laser beam in the laser oscillator 10 rises and their refractive index changes. This will be further described with reference to FIG. 5B.
  • the monitor laser beam LBA has a gradual beam diameter immediately after the start of laser oscillation (shown by a solid line in FIG. 5) until a point when the monitor output is stabilized (shown by a two-dot chain line in FIG. 5).
  • This change in beam diameter is caused by the thermal lens effect. That is, the optical components on the optical path of each laser beam absorb a slight amount of the laser beam, and the temperature of each component rises due to the influence.
  • the distance between the diffusion plate 160 and the aperture 170 and the diameter D1 of the opening of the aperture 170 are set in accordance with a steady state in which the laser light output of the laser oscillator 100 is stable. Therefore, the stray light originally emitted from the end surface of the cylindrical portion 171 of the aperture 170 enters the opening 172 from the first opening end 173. Further, since the inner surface 176 of the opening 172 is not provided with the unevenness 177 for irregularly reflecting the stray light, the stray light is reflected one or more times by the inner surface 176 and emitted from the second opening end 174 and received by the photodiode 180.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of another laser light output monitoring apparatus for comparison, and FIG. 8 shows a temporal change between the laser light monitoring output and the actual output.
  • the actual output is the optical output of the combined laser beam LB actually output from the transmission fiber 200. This actual output is obtained by making the coupled laser beam LB output from the output end of the transmission fiber 200 shown in FIG. 1 enter an optical power meter (not shown) and reflecting the reflected light reflected by the light receiving surface of the optical power meter with a photodiode (not shown). It is a value obtained from the output signal after receiving light.
  • Both the monitor output and the actual output are values normalized based on the output value after 60 seconds from the start of laser oscillation.
  • the inner surface 176 is not provided with the unevenness 177, and the length L3 of the cylindrical portion 171 is shorter than the aperture 170 shown in FIGS. In this example, it is set to 1 ⁇ 4 of the length of the cylindrical portion 171 of the aperture 170 shown in FIGS. 3 to 4B.
  • the distance L2 between the second opening end 174 of the aperture 170 and the photodiode 180 is the same as that shown in FIG. That is, in the configuration shown in FIG. 7, the first opening end 173 corresponding to the front end portion of the cylindrical portion 171 is retracted in a direction approaching the photodiode 180.
  • the distance between the first opening end 173 of the aperture 170 and the diffusion plate 160 becomes longer than that in the configuration shown in FIG. Therefore, the peripheral portion of the monitoring laser beam LBA in which the beam diameter has been reduced immediately after the start of laser oscillation is located at the end face of the cylindrical portion 171 and is not received by the photodiode 180 as stray light. Further, since the distance between the diffusion plate 160 and the photodiode 180 and the distance L2 between the second opening end 174 of the aperture 170 and the photodiode 180 do not change, the light receiving sensitivity of the monitor laser beam LBA received by the photodiode 180 is not changed. Is not affected by the shape change of the aperture 170. Therefore, as shown in FIG. 8, the fluctuation of the monitor output converges in a shorter time than in the case shown in FIG. 6, in this case, within one minute. Thereby, for example, the correction timing and the correction amount of the power supplied to the laser oscillator 100 can be correctly determined.
  • the stray light entering the aperture 170 as described above is emitted from the second opening end 174 without being reflected by the inner surface 176. .
  • it may be reflected by the inner surface 176 and leak from the second opening end 174. Since such stray light is received by the photodiode 180, the monitor output becomes larger than the actual output immediately after the start of laser oscillation.
  • the laser processing apparatus 10 when the light output of the laser beam emitted from the laser oscillator 100 exceeds a predetermined value, it is determined that some abnormality has occurred, and the laser oscillation is automatically stopped. There are many cases. Therefore, if the optical output of the combined laser beam LB is estimated to be larger than actual during overshoot immediately after the start of laser oscillation, the facility may be automatically stopped. Such trouble increases the downtime of the laser processing apparatus 10 and leads to a decrease in productivity.
  • the component incident on the inner surface 176 of the opening 172 of the aperture 170 in the stray light described above is cut by irregularly reflecting the unevenness 177 provided on the inner surface 176. , It can be prevented from entering the photodiode 180. Moreover, stray light can be reflected in the direction away from the photodiode 180 on the end surface or the outer peripheral surface of the cylindrical portion 171 by appropriately setting the length L1 of the cylindrical portion 171. As a result, the optical output of the monitoring laser beam LBA, and consequently the optical output of the combined laser beam LB, can be monitored with high accuracy.
  • FIG. 9 shows the time change of the laser light output according to this embodiment
  • FIG. 10 shows the time change of the monitor output and the actual output of the laser light.
  • the monitor output and actual output measurement methods and the standardization of these values are the same as described in FIG.
  • the phenomenon as shown in FIG. 6, that is, the problem that the monitor output decreases over a predetermined time immediately after the start of laser oscillation is solved.
  • the phenomenon as shown in FIG. 8 that is, the deviation between the monitor output and the actual output at the time of overshoot is also suppressed.
  • the photodiode 180 If the distance between the aperture 170 and the photodiode 180 is too close, the stray light that has not been completely cut by the aperture 170 and has passed through the second opening end 174 will be received by the photodiode 180 as it is, causing an error in the monitor output. There is a case to get on.
  • the aperture 170 and the photodiode 180 are arranged with a predetermined distance L2, stray light can be reliably prevented from entering the photodiode 180.
  • the photodiode 180 is provided to be separated from the diffusion plate 160 and the aperture 170 by a partition wall 134 having an opening 135, and the monitoring laser beam LBA that has passed through the aperture 170 is incident on the photodiode 180 through the opening 135 of the partition wall 134. It is configured as follows.
  • a mirror 133 that is a partial transmission mirror that emits light to the outside, specifically, the incident end of the transmission fiber 200, and another partial transmission mirror having a function equivalent to this may be included.
  • the laser device includes at least the laser oscillator 100 and the laser light output monitor device 150 described above, and the laser oscillator 100 reflects a part of the laser beam generated by the laser oscillator 100.
  • a partially transmissive mirror that emits light to the outside, specifically, the incident end of the transmission fiber 200, and transmits the remaining part to the diffuser plate 160 is provided.
  • the laser oscillator 100 includes a plurality of laser modules 120 that emit laser beams, a beam combiner 130 that combines a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser modules 120 and emits a combined laser beam LB, And an optical unit 140 that focuses the laser beam LB so as to have a predetermined beam diameter and emits the laser beam LB to the outside.
  • the laser light output monitor device 150 and the partial transmission mirror are provided in the beam combiner 130.
  • the laser device By configuring the laser device in this way, it is possible to monitor the light output in real time without blocking the optical path of the combined laser beam LB that is the laser light emitted from the laser oscillator 100. Moreover, a high-power laser device can be realized by combining and emitting a plurality of laser beams. Further, by providing the laser beam output monitor device 150 and the partial transmission mirror in the beam combiner 130, it is possible to suppress an increase in size of the laser device.
  • the laser processing apparatus 10 includes the above laser apparatus and a laser that is connected to the laser apparatus and attached to the output end of the transmission fiber 200 that guides the combined laser beam LB emitted from the laser oscillator 100. At least a beam emitting head 300 and a display unit 600 that displays the output of the combined laser beam LB based on the output signal of the laser light output monitor device 150 are provided.
  • laser processing apparatus 10 By configuring the laser processing apparatus 10 in this way, laser processing can be performed while monitoring the output of the laser beam in real time. This makes it possible to correct the amount of current supplied from the power supply 500 in accordance with a decrease in output from the laser oscillator 100 and maintain the stability of laser processing.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an aperture according to this modification
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of another aperture.
  • the aperture 170 in which the triangular convex portion 178 is arranged on the inner surface 176 in a cross-sectional view is used, but the shape of the convex portion 178 may be other shapes.
  • the convex portion 178 may have a quadrangular shape in a sectional view. Even in this case, stray light incident on the opening 172 of the aperture 170 can be diffusely reflected to prevent the stray light from entering the photodiode 180. Note that if the tip surface of the convex portion 178 becomes too wide, stray light reflected by the tip surface may enter the photodiode 180. Therefore, the shape and size of the convex portion 178, particularly the area of the tip surface, is appropriately set. Must be set to
  • the convex part 178 may be semicircular in a sectional view. Even in this case, stray light incident on the opening 172 of the aperture 170 can be diffusely reflected to prevent the stray light from entering the photodiode 180. Further, since the surface of the convex portion 178 is a hemispherical surface or a semicylindrical surface, the scattering efficiency of incident light is higher than that of the convex portion 178 shown in FIGS. 3 to 4B, and the ability of the aperture 170 to cut stray light is enhanced. .
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of a laser beam output monitor apparatus according to this modification.
  • the unevenness 177 is provided on the inner surface 176 of the opening 172 of the aperture 170 so that stray light entering the opening 172 is diffusely reflected and the stray light is prevented from entering the photodiode 180.
  • other structures may be employed as a structure for suppressing stray light entering the opening 172 from entering the photodiode 180.
  • the opening 172 of the aperture 170 has a tapered shape that linearly narrows from the first opening end 173 to the second opening end 174 in a cross-sectional view, and the expression (1) As shown, the stray light incident on the opening 172 of the aperture 170 can be prevented from entering the photodiode 180 by defining the dimensions of the respective parts.
  • the diameter of the first opening end 173 is D1
  • the diameter D2 of the second opening end 174 the width of the light receiving surface 181 of the photodiode 180 is D3
  • the spread angle of the opening 172 is ⁇ a
  • the second opening end 174 The distance d between the light receiving surface 181 and the light receiving surface 181 is expressed by the following equation (1).
  • the diameter D1 of the first opening end 173 is the same as the diameter D1 shown in FIG. 4B.
  • the opening 172 of the aperture 170 By making the opening 172 of the aperture 170 tapered as described above, stray light incident on the inner surface 176 of the opening 172 is reflected in the state where the reflection angle with respect to the inner surface 176 becomes smaller every time the opening 172 is reflected a plurality of times. The light is emitted from the two opening ends 174. At this time, by satisfying the relationship of the expression (1), the stray light emitted from the second opening end 174 is diverged in the space between the aperture 170 and the photodiode 180 and is incident on the photodiode 180. Can be prevented.
  • the processing of the aperture 170 is simplified and the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the unevenness 177 is provided.
  • the diameter D1 of the first opening end 173 becomes too large, a component of the stray light incident on the inner surface 176 of the opening 172 that is emitted from the second opening end 174 without being reflected by the inner surface 176 is generated. There is a risk of being incident on the photodiode 180. For this reason, in addition to satisfy
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a main part of a laser beam output monitoring apparatus according to this modification.
  • the configuration shown in this modification differs from the configuration shown in FIG. 3 in the following two points.
  • the shape of the aperture 170 is different. Specifically, a flange 179 extending in a direction away from the central axis of the aperture 170 when viewed in the radial direction is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 171. The flange 179 is provided near the second opening end 174.
  • the aperture 170 is disposed in the beam combiner 130 so that the flange 179 covers the periphery of the opening 135 of the partition wall 134.
  • stray light that passes through the opening 135 and leaks to the photodiode 180 side can be cut by covering the periphery of the opening 135 of the partition wall 134 with the flange 179.
  • the S / N ratio of the signal output from the laser light output monitor device 150 can be increased, and the light output of the combined laser beam LB can be monitored with high accuracy.
  • the laser oscillator 100 is configured to combine the laser beams respectively emitted from the plurality of laser modules 120 and emit the combined laser beam LB.
  • the present invention is not limited to this.
  • a single laser beam generated by one laser resonance structure may be emitted.
  • the laser light output monitor device 150 may be disposed in a housing (not shown) separately provided in the housing 110.
  • the diffusion plate 160, the aperture 170, and the photodiode 180 are accommodated in the beam combiner 130, and the partition wall 134 is provided between the aperture 170 and the photodiode 180.
  • the package containing the photodiode 180 may be directly attached to the inner surface of the housing 131 of the beam combiner 130.
  • the photodiode 180 is housed in a housing provided separately from the housing 131 of the beam combiner 130, and openings are provided in the housing 131 and another housing, respectively, and separated from the housing 131 through these openings. You may make it communicate with this housing
  • the laser light output monitor device 150 including the diffuser plate 160, the aperture 170, and the photodiode 180 including the housing 131 is housed in a housing separate from the housing 131, and the other housing is coupled to the beam. You may make it arrange
  • an opening may be provided in each of the housing 131 and another housing, and the housing 131 and the other housing may be communicated with each other through these openings.
  • the present invention is not limited to this, and it is possible to combine the components described in the above-described embodiments and modifications to form a new embodiment.
  • the laser beam output monitoring device is useful for application to a laser processing device and the like because it can monitor the laser beam emitted from the laser oscillator in real time and stably.

Abstract

レーザ光出力モニター装置１５０は、レーザ発振器１００からのレーザビームの分岐光であるモニター用レーザビームＬＢＡを拡散し、フォトダイオード１８０に向けて偏向する拡散板１６０と、モニター用レーザビームＬＢＡを受光して電気信号を出力するフォトダイオード１８０と、拡散板１６０とフォトダイオード１８０との間に設けられ、モニター用レーザビームＬＢＡを通過させるアパーチャー１７０とで構成され、フォトダイオード１８０の出力信号に基づいてレーザビームの出力をモニターしている。アパーチャー１７０は、迷光がフォトダイオード１８０に入射しないように構成されている。

Description

レーザ光出力モニター装置及びそれを用いたレーザ装置、レーザ加工装置
　本発明は、レーザ光出力モニター装置及びそれを用いたレーザ装置、レーザ加工装置に関する。
　近年、レーザ光を用いたレーザ加工が普及してきている。この加工において、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力は、加工能力や加工品質に大きく影響するパラメータである。そこで、レーザ発振器から出射されたレーザ光出力を測定する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、可動式の反射ミラーを用いて、レーザ光を光パワーメータに入射させ、レーザ光出力を測定する技術が開示されている。光パワーメータでの測定値に基づいて、レーザ発振器の出力校正が行われる。また、パルスレーザ光に対しては、光パワーメータの受光面で散乱されたレーザ光をフォトダイオードで測定し、この測定値に基づいてパルス幅が算出される。
特開２０１３－２３９５７２号公報
　ところで、レーザ加工において、レーザ光出力をリアルタイムでモニターすることが重要になってきている。レーザ加工中に、何らかの不具合によりレーザ光出力が変動する場合があるからである。この場合、電源からレーザ発振器に供給される電流量を調整して、所望の出力を維持する必要がある。
　しかし、特許文献１に開示された構成では、通常のレーザ加工時には、反射ミラーはレーザ光の光路外に退避しているため、レーザ光出力をモニターできなかった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光出力をリアルタイムで、かつ安定してモニター可能なレーザ光出力モニター装置及びそれを用いたレーザ装置、レーザ加工装置を提供することにある。
　上記の目的を達成するため、本発明に係るレーザ光出力モニター装置は、レーザ発振器から出射されたレーザ光の分岐光であるモニター用レーザ光を所定の方向に偏向する光偏向部材と、該光偏向部材で偏向された前記モニター用レーザ光を受光して電気信号を出力する受光部と、前記光偏向部材と前記受光部との間に設けられ、前記光偏向部材で偏向された前記モニター用レーザ光を通過させる開口を有するアパーチャーとで構成され、前記受光部で出力された電気信号に基づいて前記レーザ光の出力をモニターするレーザ光出力モニター装置であって、前記光偏向部材は前記モニター用レーザ光を拡散して前記受光部に向けて偏向するように構成され、前記アパーチャーは、前記開口に入射される前記モニター用レーザ光を通過させる一方、前記アパーチャーに入射した迷光が前記受光部に入射しないように構成されていることを特徴とする。
　この構成によれば、モニター用レーザ光の受光信号に基づいて、レーザ光の出力をリアルタイムでモニターできる。また、アパーチャーに入射した迷光が受光部に入射しないようにすることで、レーザ発振器から出射されたレーザ光の出力を精度良くモニターすることができる。
　本発明に係るレーザ装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、上記のレーザ光出力モニター装置と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、レーザ発振器から出射されたレーザ光の光路を遮ることなく、その出力をリアルタイムでモニターすることができる。
　本発明に係るレーザ加工装置は、上記のレーザ装置と、前記レーザ装置に接続され、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を導光する伝送ファイバの出射端に取付けられたレーザ光出射ヘッドと、前記レーザ光出力モニター装置の出力信号に基づいて、前記レーザ光の出力を表示する表示部と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、レーザ光の出力をリアルタイムでモニターしながらレーザ加工を行うことができ、レーザ加工の安定性を維持できる。
　本発明のレーザ光出力モニター装置によれば、レーザ光の出力をリアルタイムで、かつ精度良くモニターすることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図２は、レーザ発振器の内部構成の模式図である。 図３は、図２の破線で囲まれた部分を拡大した模式図である。 図４Ａは、アパーチャーの斜視図である。 図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線での断面模式図である。 図５Ａは、比較のためのレーザ光出力モニター装置の要部を示す模式図である。 図５Ｂは、拡散板で偏向されるレーザビーム形状の時間変化を示す模式図である。 図６は、比較のためのレーザ光出力の時間変化を示す図である。 図７は、比較のための別のレーザ光出力モニター装置の要部を示す模式図である。 図８は、比較のためのレーザ光のモニター出力と実出力との時間変化を示す図である。 図９は、本発明の一実施形態に係るレーザ光出力の時間変化を示す図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係るレーザ光のモニター出力と実出力との時間変化を示す図である。 図１１は、変形例１に係るアパーチャーの断面模式図である。 図１２は、変形例１に係る別のアパーチャーの断面模式図である。 図１３は、変形例２に係るレーザ光出力モニター装置の要部を示す模式図である。 図１４は、変形例３に係るレーザ光出力モニター装置の要部を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態）　
　［レーザ加工装置の構成及びレーザ発振器の内部構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成の模式図を示し、図２は、レーザ発振器の内部構成の模式図を示す。なお、図２では、後述する複数のレーザビームのうち、レーザビームＬＢ１が進行する部分のみを示している。また、以降の説明において、図２におけるレーザモジュール１２０からビーム結合器１３０へ入射されるレーザ光の進行方向をＸ方向、ミラー１３２で反射されたレーザビームＬＢ１が拡散板１６０に向かう方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とそれぞれ呼ぶことがある。
　レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１００と伝送ファイバ２００とレーザビーム出射ヘッド（レーザ光出射ヘッド）３００と制御部４００と電源５００と表示部６００を備えている。レーザ発振器１００と伝送ファイバ２００のレーザビームが入射される端部（以下、単に入射端という。また、伝送ファイバ２００のレーザビームが出射される端部を、以下、単に出射端という。）とは筐体１１０内に収容されている。
　レーザ発振器１００は、複数のレーザモジュール１２０とビーム結合器１３０と光学ユニット１４０と、を有している。レーザモジュール１２０は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオードまたはレーザアレイからなり、レーザモジュール１２０内で波長合成されたレーザビームが各々のレーザモジュール１２０からそれぞれ出射される。複数のレーザモジュール１２０からそれぞれ出射されたレーザビームをビーム結合器１３０で一つのレーザビーム（以下、結合レーザビームＬＢという）に結合する。また、結合レーザビームＬＢは、光学ユニット１４０に配設された集光レンズ１４１によって集光され、所定の倍率でビーム径が縮小されて伝送ファイバ２００に入射される。レーザ発振器１００をこのような構成とすることで、レーザビーム出力が数ｋＷを超える高出力のレーザ加工装置１０を得ることができる。また、レーザ発振器１００は、電源５００から電力が供給されてレーザ発振を行い、結合レーザビームＬＢが伝送ファイバ２００の出射端から出射される。
　ビーム結合器１３０は、筐体１３１（図３参照）の内部にミラー１３２，１３３を含む複数のミラーとレーザ光出力モニター装置１５０とを有しており、各ミラーは、複数のレーザモジュール１２０からそれぞれ出射されたレーザビームをレーザビーム出射部ＬＯに導光するように、各々のレーザビームの光路に対して傾斜して配置されている。例えば、図２に示すように、レーザビーム入射部ＬＩ１から入射されたレーザビームＬＢ１はミラー１３２，１３３でそれぞれ反射されて、レーザビーム出射部ＬＯに導光される。ここで、ミラー１３３は、入射したレーザビームＬＢ１の大部分を反射して、レーザビーム出射部ＬＯに向かわせる一方、一部分を透過して、後述する拡散板（光偏向部材）１６０に入射させる部分透過ミラーである。なお、本実施形態において、レーザビームＬＢ１に対するミラー１３３の反射率は９９．９９５％で、透過率は０．００５％となるように設定されているが特にこれに限定されない。また、図示しないが、レーザビームＬＢ１以外にビーム結合器１３０に入射されるレーザビームのそれぞれに対して、ミラー１３２，１３３に相当するミラーがビーム結合器１３０内に設けられている。また、ミラー１３３に対応する位置に設けられたミラーは、それぞれミラー１３３と同等の光学特性を有する部分透過ミラーである。このように、複数のレーザモジュール１２０からそれぞれ出射されたレーザビームは、それぞれの光軸が近接し、かつ互いに略平行となるように結合され、結合レーザビームＬＢとしてレーザビーム出射部ＬＯから出射される。また、ミラー１３３及びそれに対応する位置に設けられた部分透過ミラーを透過したレーザビームは、結合レーザビームＬＢと同様に、それぞれの光軸が近接し、かつ互いに略平行となるように結合され、モニター用レーザビームＬＢＡとして拡散板１６０に入射される。以上から明らかなように、モニター用レーザビームＬＢＡは結合レーザビームＬＢの一部が分岐された分岐光である。
　レーザ光出力モニター装置１５０は、拡散板１６０とアパーチャー１７０とフォトダイオード（受光部）１８０とで構成されており、フォトダイオード１８０は、筒状のマウント１９０に載置されている。ミラー１３３等を透過したモニター用レーザビームＬＢＡが拡散板１６０で偏向されて、アパーチャー１７０を介してフォトダイオード１８０に入射される。入射されたレーザビームの光量に基づいてフォトダイオード１８０から出力信号が制御部４００に送られる。レーザ光出力モニター装置１５０の各部の構成及び機能については後で詳述する。
　光学ユニット１４０は、内部に集光レンズ１４１を有しており、集光レンズ１４１は、伝送ファイバ２００の入射端において、コア２１０のコア径よりも小さいスポット径となるように結合レーザビームＬＢを集光する。また、光学ユニット１４０は図示しないコネクタを有し、コネクタには伝送ファイバ２００の入射端が接続されている。
　伝送ファイバ２００は、光学ユニット１４０の集光レンズ１４１に光学的に結合され、集光レンズ１４１を介してレーザ発振器１００から受け取った結合レーザビームＬＢをレーザビーム出射ヘッド３００に導光する。また、伝送ファイバ２００は軸心に断面が略円形状のコア２１０を有している。また、伝送ファイバ２００は、コア２１０の外周面に接して、コア２１０と同軸に設けられたクラッド２２０を有しており、コア２１０はクラッド２２０よりも屈折率が高くなるように構成されている。
　伝送ファイバ２００をこのような構成とすることで、光学ユニット１４０から入射した結合レーザビームＬＢはコア２１０内で全反射され、伝送ファイバ２００の出射端から出射される。なお、図示しないが、クラッド２２０の表面は被膜で覆われている。
　レーザビーム出射ヘッド（レーザ光出射ヘッド）３００は、伝送ファイバ２００で導光された結合レーザビームＬＢを外部に向けて照射する。例えば、図１に示すレーザ加工装置１０では、所定の位置に配置された加工対象物であるワーク（図示せず）に向けて結合レーザビームＬＢを出射する。このようにすることで、ワークがレーザ加工される。
　制御部４００は、レーザ発振器１００のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器１００に接続された電源５００に対して出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することにより、各々のレーザモジュール１２０のレーザ発振制御を行う。各々のレーザモジュール１２０に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール１２０毎にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。また、制御部４００は、ビーム結合器１３０内に配置されたフォトダイオード１８０からの出力信号を受け取って、これを結合レーザビームＬＢの光出力に換算する。なお、この出力換算にあたって、制御部４００内に、あるいは制御部４００と別に設けられた記憶部（図示せず）に、フォトダイオード１８０からの出力とレーザビームの光出力との相関が予め取得された校正テーブルが格納されており、この校正テーブルに基づいて、フォトダイオード１８０からの出力信号が結合レーザビームＬＢの光出力に換算される。なお、制御部４００は、レーザビーム出射ヘッド３００が取り付けられたマニピュレータ（図示せず）の動作を制御してもよい。
　電源５００は、上述したように、レーザ発振を行うための電力をレーザ発振器１００、具体的には、複数のレーザモジュール１２０のそれぞれに対して供給する。制御部４００からの指令により、各々のレーザモジュール１２０に供給される電力を異ならせるようにしてもよい。また、電源５００は、レーザ加工装置１０の可動部、例えば、上記のマニピュレータに対して電力を供給するようにしてもよいし、レーザ加工装置１０の可動部向けには別の電源（図示せず）から電力を供給するようにしてもよい。
　表示部６００は、制御部４００で出力換算がなされた結果である結合レーザビームＬＢの光出力を表示するように構成されている。後述するように、結合レーザビームＬＢの光出力はレーザ発振時間に対してプロットされたグラフ形式で表示されるが、特にこれに限定されない。表形式でも構わない。その場合は、光出力の時間変化率が同時に表示されるようにするのが好ましい。なお、表示部６００には、レーザビームの光出力以外のデータを表示させてもよい。例えば、レーザ加工時の加工パラメータと実測値とを同時に表示させるようにしてもよい。表示部６００は、通常、ブラウン管や液晶ディスプレイ等の表示デバイスを含んでいる。
　なお、以降の説明において、上記のレーザ光出力モニター装置１５０を有するレーザ発振器１００をレーザ装置と呼ぶことがある。
　［レーザ光出力モニター装置及びアパーチャーの構成］
　図３は、図２の破線で囲まれた部分を拡大した模式図を、図４Ａは、アパーチャーの斜視図を、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線での断面模式図をそれぞれ示す。図３に示す構成は、レーザ光出力モニター装置１５０の要部に相当する。
　図２，３に示すように、拡散板１６０はミラー１３３を含む複数の部分透過ミラーを透過したモニター用レーザビームＬＢＡの光軸に対して所定の角度、この場合は、４５°傾斜して配置されており、拡散板１６０に入射されたモニター用レーザビームＬＢＡは、所定の拡散角で拡散されるとともに、アパーチャー１７０の第１開口端１７３に向けて偏向される。
　アパーチャー１７０は、中心に開口１７２を有する筒部１７１と筒部１７１と一体に形成された取付部１７５とで構成された部材であり、結合レーザビームＬＢに対して不透明な材質、例えば、ステンレス等の金属材料からなる。筒部１７１のＸ方向の長さＬ１は、開口１７２の直径Ｄ１（図４Ｂ参照）よりも長くなるように構成されている。開口１７２は、第１開口端１７３から入射したモニター用レーザビームＬＢＡを通過させて、第２開口端１７４からフォトダイオード１８０に向けて出射させるように構成されており、開口１７２の内面１７６（図４Ｂ参照）には所定のピッチＰ（図４Ｂ参照）で凹凸１７７が形成されている。図４Ｂに示すように、凹凸１７７の凸部１７８は、断面視で三角形状である。また、開口１７２の半径方向に所定の高さを有している。なお、図４Ｂに示す構成で、隣り合う凸部１７８の間の角度θは６０°に設定されているが、特にこれに限定されず、例えば、３０°であってもよく、９０°であってもよい。また、開口１７２の直径Ｄ１は、第２開口端１７４から出射された時点でのモニター用レーザビームＬＢＡのビーム径よりも大きくなるように構成されている。取付部１７５は、複数の取付孔１７５ａを有し、図示しない固定部材によって、アパーチャー１７０がビーム結合器１３０の筐体１３１に取付けられている。また、凹凸１７７は、開口１７２の内面１７６に対してローレット加工等を施すことで得られる。ローレット加工後の形状は、斜めローレットであっても、綾目ローレットであってもよい。また、ロートレット加工以外の別の方法で内面１７６に凹凸１７７を形成するようにしてもよい。
　フォトダイオード１８０は、アパーチャー１７０を通過するモニター用レーザビームＬＢＡが受光面１８１に入射されると、光電変換により、当該レーザビームＬＢＡの光量に応じた電気信号を出力する。この出力信号は、制御部４００に入力される（図１参照）。また、フォトダイオード１８０は、筒状のマウント１９０に保持されて、アパーチャー１７０を通過するモニター用レーザビームＬＢＡの光軸上に位置するように、ビーム結合器１３０内に配置されている。またフォトダイオード１８０は、アパーチャー１７０の第２開口端１７４とＸ方向で所定の間隔Ｌ２をあけて配置されている。図３に示す構成では、筒部１７１の長さＬ１と当該間隔Ｌ２とが同じになるように各部材が配置されているが、筒部１７１の長さＬ１と間隔Ｌ２とが異なっていてもよく、例えば、間隔Ｌ２が筒部１７１の長さＬ１よりも長くなるようにしてもよい。なお、フォトダイオード１８０は、シリコン等の半導体素子にｐｎ接合等のダイオード構造を設けたデバイスであり、このダイオード構造に光を入射させることで光電変換が行われて電気信号が発生する。なお、図３に示す構成では、マウント１９０の開口の直径は、アパーチャー１７０の開口１７２の直径Ｄ１と同じになるように設定されているが、当該直径Ｄ１と異なっていてもよい。例えば、開口の直径がアパーチャー１７０の開口１７２の直径Ｄ１よりも小さくなっていてもよい。
　また、アパーチャー１７０とフォトダイオード１８０及びマウント１９０との間には開口１３５を有する隔壁１３４が設けられている。
　次に、拡散板１６０で拡散、偏向されてからフォトダイオード１８０の受光面１８１に到達するまでのモニター用レーザビームＬＢＡの光路について説明する。モニター用レーザビームＬＢＡは拡散板１６０によって所定の拡散角で拡げられて、アパーチャー１７０の開口１７２に入射される。開口１７２の直径Ｄ１は、モニター用レーザビームＬＢＡのビーム径よりも大きいため、アパーチャー１７０の筒部１７１の端面でモニター用レーザビームＬＢＡはけられず、そのままフォトダイオード１８０に入射される。ただし、図３に示すように、アパーチャー１７０に入射する迷光は、フォトダイオード１８０に入射されないようにアパーチャー１７０の形状が設定されている。なお、本願明細書でいう「迷光」とは、拡散板１６０に入射されずにアパーチャー１７０に向かう光や、拡散板１６０で偏向されたレーザ光であっても、開口１７２の内面１７６に入射されるレーザ光をいう。
　図３に示すように、迷光の一部、例えば、筐体１３１の内面で反射され、拡散板１６０で偏向されずに直接アパーチャー１７０に向かう光は、筒部１７１の端面でけられるように、アパーチャー１７０の形状が設定されている。また、アパーチャー１７０の開口１７２の内面１７６に入射した迷光は、内面１７６に設けられた凹凸１７７によって乱反射され、第２開口端１７４に到達しないように、凹凸１７７のピッチＰや凸部１７８の形状が設定されている。このように迷光がカットされた状態で、モニター用レーザビームＬＢＡはアパーチャー１７０の第２開口端１７４から出射され、隔壁１３４の開口１３５を通過して、フォトダイオード１８０の受光面１８１に入射される。
　フォトダイオード１８０の出力信号を制御部４００で結合レーザビームＬＢの光出力に変換するとともに、表示部６００に、結合レーザビームＬＢの光出力の時間変化を表示させることで、結合レーザビームＬＢの光出力を定常的にモニターすることができる。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態のレーザ光出力モニター装置１５０は、レーザ発振器１００から出射された結合レーザビームＬＢの分岐光であるモニター用レーザビームＬＢＡを所定の方向に偏向する拡散板（光偏向部材）１６０と、拡散板１６０で偏向されたモニター用レーザビームＬＢＡを受光して電気信号を出力するフォトダイオード１８０と、拡散板１６０とフォトダイオード１８０との間に設けられ、拡散板１６０で偏向されたモニター用レーザビームＬＢＡを通過させる開口１７２を有するアパーチャー１７０とで構成され、フォトダイオード１８０で出力された電気信号に基づいて結合レーザビームＬＢの出力をモニターしている。
　拡散板１６０はモニター用レーザビームＬＢＡを拡散してフォトダイオード１８０に向けて偏向するように構成されている。また、アパーチャー１７０は、開口１７２に入射されるモニター用レーザビームＬＢＡを通過させる一方、アパーチャー１７０に入射した迷光がフォトダイオード１８０に入射しないように構成されている。さらに言うと、アパーチャー１７０は、迷光の一部をフォトダイオード１８０から離れる方向に反射するとともに迷光の残部を開口１７２の内部で乱反射させることで、迷光がフォトダイオード１８０に入射しないように構成されている。具体的には、アパーチャー１７０は、開口１７２内に入射した迷光が、開口１７２の内面１７６に設けられた所定の形状、この場合は断面視で三角形状の凸部１７８が所定のピッチＰで配置された凹凸１７７によって乱反射され、出射端である第２開口端１７４に到達しないように構成されている。
　レーザ光出力モニター装置１５０をこのように構成することで、モニター用レーザビームＬＢＡをフォトダイオード１８０で受光し、その出力信号に基づいて、レーザ発振器１００から出射されたレーザ光である結合レーザビームＬＢの光出力をリアルタイムでモニターすることができる。また、モニター用レーザビームＬＢＡを上記のアパーチャー１７０に通過させてから、フォトダイオード１８０に入射させることで、アパーチャー１７０に入射する迷光をカットし、モニター用レーザビームＬＢＡの光出力、ひいては、結合レーザビームＬＢの光出力を精度良くモニターすることができる。
　このことについて、図５Ａ～図１０を用いてさらに説明する。図５Ａは、比較のためのレーザ光出力モニター装置の要部の模式図、図５Ｂは拡散板で偏向されるレーザビーム形状の時間変化を、図６は、レーザ光出力の時間変化をそれぞれ示す。なお、図６では、結合レーザビームＬＢの光出力の代わりにフォトダイオード１８０の出力を示している。
　図５Ａに示すアパーチャー１７０は、内面１７６に凹凸１７７が設けられていない点で図３～図４Ｂに示すアパーチャー１７０と異なるが、その他の点は同じである。
　このような形状のアパーチャー１７０を用いてレーザ光出力モニター装置１５０を構成すると、図６に示すように、レーザ光出力モニター装置１５０でモニターされる光出力（以下、モニター出力という）は、レーザ発振開始直後から低下し始め、１０分後に約３．７％低下し、レーザ発振開始から１０分を越えるとモニター出力は安定する。この現象は、レーザ発振器１０内で各レーザビームの光路上にある光学部品の温度が上昇して、それらの屈折率が変化することで起こる、いわゆる熱レンズ効果によって生じうる。図５Ｂを用いてさらに説明する。
　図５Ｂに示すように、モニター用レーザビームＬＢＡは、レーザ発振開始直後（図５に実線で表示）から、モニター出力が安定する時点（図５に二点鎖線で表示）まで、ビーム径が徐々に拡がっていく。このビーム径の変化は上記の熱レンズ効果によって生じる。つまり、各レーザビームの光路上にある光学部品がわずかながらレーザビームを吸収し、その影響で各部品の温度が上昇するのである。
　一方、拡散板１６０とアパーチャー１７０との距離や、アパーチャー１７０の開口の直径Ｄ１は、レーザ発振器１００のレーザ光出力が安定した定常状態にあわせて設定されている。よって、本来は、アパーチャー１７０の筒部１７１の端面でけられる迷光が、第１開口端１７３から開口１７２内に進入する。また、開口１７２の内面１７６には迷光を乱反射させる凹凸１７７が形成されていないため、この迷光は内面１７６で１又は複数回反射されて第２開口端１７４から出射されてフォトダイオード１８０で受光される。この現象は、レーザ発振開始直後から所定の時間が経過して、モニター用レーザビームＬＢＡのビーム径が所定の値に拡がるまで続く。このことにより、モニター出力が変動するのである。また、光出力が安定するまでの時間は、レーザ加工時に要求されるレーザ光出力によって変動するため、モニター出力を用いてレーザ発振器１００に供給される電力を補正すべきかどうかの正しい判断がつかなくなるおそれがある。
　このような問題に対応するために、例えば、アパーチャー１７０の長さを短くすることが考えられる。このことについて、図７，８を用いて説明する。図７は、比較のための別のレーザ光出力モニター装置の要部の模式図を示し、図８は、レーザ光のモニター出力と実出力との時間変化を示す。なお、図８において、実出力は、実際に伝送ファイバ２００から出力される結合レーザビームＬＢの光出力である。この実出力は、図１に示す伝送ファイバ２００の出射端から出力された結合レーザビームＬＢを図示しない光パワーメータに入射させ、光パワーメータの受光面で反射した反射光を図示しないフォトダイオードで受光してその出力信号から得られた値である。また、モニター出力、実出力ともに、レーザ発振開始から６０秒後の出力値を基準に規格化された値である。
　図７に示すアパーチャー１７０は、内面１７６には凹凸１７７が設けられておらず、また、筒部１７１の長さＬ３が図３～図４Ｂに示すアパーチャー１７０よりも短くなっている。この例では、図３～図４Ｂに示すアパーチャー１７０の筒部１７１の長さの１／４に設定されている。また、アパーチャー１７０の第２開口端１７４とフォトダイオード１８０との距離Ｌ２は、図３に示す構成と同じである。つまり、図７に示す構成では、筒部１７１の前端部に相当する第１開口端１７３がフォトダイオード１８０に近づく方向に後退している。
　アパーチャー１７０をこのように設定することで、図３に示す構成と比べて、アパーチャー１７０の第１開口端１７３と拡散板１６０との距離が長くなる。このため、レーザ発振開始直後にビーム径が小さくなった状態のモニター用レーザビームＬＢＡも、その周縁部分が筒部１７１の端面でけられて、迷光としてフォトダイオード１８０で受光されなくなる。また、拡散板１６０とフォトダイオード１８０との距離及びアパーチャー１７０の第２開口端１７４とフォトダイオード１８０との距離Ｌ２はそれぞれ変化しないため、フォトダイオード１８０で受光されるモニター用レーザビームＬＢＡの受光感度は、アパーチャー１７０の形状変化に影響を受けない。従って、図８に示すように、モニター出力の変動は、図６に示す場合に比べて短時間、この場合は、１分以内に収束する。このことにより、例えば、レーザ発振器１００に供給される電力の補正タイミングやその補正量を正しく判断することができる。
　一方、このようなアパーチャー１７０を用いた場合には、別の問題が生じる。図８に示すように、レーザ発振開始直後は、モニター出力と実出力とが乖離している。図７に示す例では、モニター出力が約８％程度、実出力よりも大きくなっている。この現象は、レーザ発振器１００のレーザ発振動作に起因している。
　通常のレーザ発振では、レーザ発振開始直後に所定の値よりも光出力が大きくなり、その後、所定の値に収束する、いわゆるオーバーシュート現象が見られる。図８に示す実際の光出力でもこの現象が見られる。一方、このようなオーバーシュートが起こり、レーザビームの光出力が一時的に大きくなると、拡散板１６０に照射されずに、ビーム結合器１３０の筐体１３１の内面に到達する迷光の光量も増加する。このような迷光が当該内面で反射されると、筒部１７１の端面でけられずに、アパーチャー１７０の第１開口端１７３に対して急角度で進入することがある。アパーチャー１７０の筒部１７１は、図３に示す構成に比べて短くなっているため、上記のようにアパーチャー１７０に進入した迷光は、内面１７６で反射されずに第２開口端１７４から出射される。あるいは、内面１７６で反射されて第２開口端１７４から漏れ出ることがある。このような迷光がフォトダイオード１８０で受光されるため、レーザ発振開始直後に、モニター出力が、実出力よりも大きくなってしまう。
　ところで、レーザ加工装置１０では、レーザ発振器１００から出射されるレーザビームの光出力が所定値以上になると、何らかの異常が発生したと判断され、自動的にレーザ発振が停止される仕様になっていることが多い。従って、レーザ発振開始直後のオーバーシュート時に、結合レーザビームＬＢの光出力が実際以上に大きく見積もられると、設備が自動停止してしまうおそれがある。このようなトラブルは、レーザ加工装置１０のダウンタイムを増加させ、生産性の低下につながる。
　一方、本実施形態に係るレーザ光出力モニター装置１５０では、前述した迷光のうち、アパーチャー１７０の開口１７２の内面１７６に入射する成分を、内面１７６に設けられた凹凸１７７で乱反射させることでカットし、フォトダイオード１８０に入射させないようにすることができる。また、筒部１７１の長さＬ１を適切に設定することにより、筒部１７１の端面あるいは外周面で迷光をフォトダイオード１８０から離れる方向に反射させることができる。これらのことにより、モニター用レーザビームＬＢＡの光出力、ひいては、結合レーザビームＬＢの光出力を精度良くモニターすることができる。
　図９は、本実施形態に係るレーザ光出力の時間変化を示し、図１０は、レーザ光のモニター出力と実出力との時間変化を示す。なお、図１０において、モニター出力及び実出力の測定方法及びそれらの値の規格化については、図８で説明したのと同様である。
　本実施形態によれば、図９に示すように、図６に見られるような現象、つまり、レーザ発振開始直後から所定時間をかけてモニター出力が減少する不具合は解消されている。また、図１０に示すように、図８に見られるような現象、つまり、オーバーシュート時のモニター出力と実出力との乖離も抑制されている。
　また、アパーチャー１７０とフォトダイオード１８０との間隔が近すぎると、アパーチャー１７０でカットしきれずに第２開口端１７４を通過した迷光が、そのまま、フォトダイオード１８０で受光されてしまい、モニター出力に誤差が乗る場合がある。
　本実施形態によれば、アパーチャー１７０とフォトダイオード１８０とは所定の間隔Ｌ２をあけて配置されているため、フォトダイオード１８０に迷光が入射するのを確実に抑制することができる。
　また、フォトダイオード１８０は、開口１３５を有する隔壁１３４によって拡散板１６０及びアパーチャー１７０と隔てて設けられ、アパーチャー１７０を通過したモニター用レーザビームＬＢＡは、隔壁１３４の開口１３５を通じてフォトダイオード１８０に入射するように構成されている。
　このようにすることで、ビーム結合器１３０の筐体１３１の内面で反射した迷光が、アパーチャー１７０の外部からフォトダイオード１８０に入射するのを防止することができる。これにより、モニター用レーザビームＬＢＡの光出力、ひいては、結合レーザビームＬＢの光出力を精度良くモニターすることができる。
　なお、レーザ光出力モニター装置１５０に、レーザ発振器１００から出射されたレーザビームの一部を透過してモニター用レーザビームＬＢＡとして拡散板１６０に入射させる一方、残部を反射してレーザビーム出射部ＬＯから外部、具体的には伝送ファイバ２００の入射端に出射させる部分透過ミラーであるミラー１３３及びこれと同等の機能を有する別の部分透過ミラーを含むようにしてもよい。
　また、本実施形態に係るレーザ装置は、レーザ発振器１００と、上記のレーザ光出力モニター装置１５０と、を少なくとも備え、レーザ発振器１００には、レーザ発振器１００で生成されたレーザビームの一部を反射して外部、具体的には伝送ファイバ２００の入射端に出射させる一方、残部を透過して拡散板１６０に入射させる部分透過ミラーが設けられている。
　また、レーザ発振器１００は、レーザ光をそれぞれ発する複数のレーザモジュール１２０と、複数のレーザモジュール１２０から出射された複数のレーザビームを結合して結合レーザビームＬＢとして出射するビーム結合器１３０と、結合レーザビームＬＢを所定のビーム径になるように集光して外部に出射する光学ユニット１４０と、を有している。レーザ光出力モニター装置１５０及び上記の部分透過ミラーは、ビーム結合器１３０内に設けられている。
　レーザ装置をこのように構成することで、レーザ発振器１００から出射されたレーザ光である結合レーザビームＬＢの光路を遮ることなく、その光出力をリアルタイムでモニターすることができる。また、複数のレーザビームを結合して出射することで大出力のレーザ装置を実現できる。また、レーザ光出力モニター装置１５０と部分透過ミラーをビーム結合器１３０内に設けることで、レーザ装置が大型化するのを抑制できる。
　本実施形態に係るレーザ加工装置１０は、上記のレーザ装置と、このレーザ装置に接続され、レーザ発振器１００から出射された結合レーザビームＬＢを導光する伝送ファイバ２００の出射端に取付けられたレーザビーム出射ヘッド３００と、レーザ光出力モニター装置１５０の出力信号に基づいて、結合レーザビームＬＢの出力を表示する表示部６００と、を少なくとも備えている。
　レーザ加工装置１０をこのように構成することで、レーザビームの出力をリアルタイムでモニターしながらレーザ加工を行うことができる。このことにより、レーザ発振器１００での出力低下等に応じて電源５００から供給される電流量等を補正して、レーザ加工の安定性を維持できる。
　＜変形例１＞
　図１１は、本変形例に係るアパーチャーの断面模式図を、図１２は、別のアパーチャーの断面模式図をそれぞれ示す。
　上記実施形態では、図３～４Ｂに示すように、断面視で三角形状の凸部１７８が内面１７６に配置されたアパーチャー１７０を用いていたが、凸部１７８の形状は他の形状でもよく、図１１，１２に示す形状であってもよい。
　例えば、図１１に示すように、凸部１７８が断面視で四角形状であってもよい。このようにしても、アパーチャー１７０の開口１７２に入射した迷光を乱反射させて、フォトダイオード１８０に迷光が入射するのを抑制できる。なお、凸部１７８の先端面が広くなりすぎると、この先端面で反射された迷光がフォトダイオード１８０に入射する場合があるため、凸部１７８の形状や大きさ、特に先端面の面積を適切に設定する必要がある。
　また、図１２に示すように、凸部１７８が断面視で半円形であってもよい。このようにしても、アパーチャー１７０の開口１７２に入射した迷光を乱反射させて、フォトダイオード１８０に迷光が入射するのを抑制できる。また、凸部１７８の表面が半球面または半円筒面であるため、入射した光の散乱効率は、図３～４Ｂに示す凸部１７８よりも高くなり、アパーチャー１７０が迷光をカットする能力は高まる。ただし、散乱効率を高めるには、凸部１７８の加工精度を高める必要があり、所望の迷光カット性能と、アパーチャー１７０の製造コストとを考慮して、凸部１７８の形状を設定する必要がある。
　＜変形例２＞
　図１３は、本変形例に係るレーザ光出力モニター装置の要部の模式図を示す。
　変形例１及び上記実施形態では、アパーチャー１７０の開口１７２の内面１７６に凹凸１７７を設けることで、開口１７２に進入した迷光を乱反射させ、フォトダイオード１８０に迷光が入射されるのを抑制している。しかし、開口１７２に進入した迷光がフォトダイオード１８０に入射されるのを抑制する構造として、他の構造を採ることもできる。
　例えば、図１３に示すように、アパーチャー１７０の開口１７２を、断面視で、第１開口端１７３から第２開口端１７４にかけて直線的に幅が狭くなるテーパー形状とし、かつ、式（１）に示すように各部の寸法を規定することによっても、アパーチャー１７０の開口１７２に入射した迷光がフォトダイオード１８０に入射されるのを抑制することができる。
　ここで、第１開口端１７３の直径をＤ１、第２開口端１７４の直径Ｄ２、フォトダイオード１８０の受光面１８１の幅をＤ３，開口１７２の拡がり角をθａとするとき、第２開口端１７４と受光面１８１との距離ｄは、以下の式（１）で表わされる。なお、第１開口端１７３の直径Ｄ１は、図４Ｂに示す直径Ｄ１と同じである。
　ｄ＝１／２（Ｄ２＋Ｄ３）ｔａｎθａ　・・・（１）
　アパーチャー１７０の開口１７２を上記のテーパー形状にすることで、開口１７２の内面１７６に入射した迷光は、開口１７２内で複数回反射される毎に、内面１７６に対する反射角が小さくなった状態で第２開口端１７４から出射される。このとき、式（１）の関係を満たすようにすることで、第２開口端１７４から出射された迷光は、アパーチャー１７０とフォトダイオード１８０との間の空間で発散され、フォトダイオード１８０に入射されるのを防止することができる。また、アパーチャー１７０の開口１７２を所定のテーパー形状に加工するだけでよく、凹凸１７７を設ける場合に比べて、アパーチャー１７０の加工が簡素化され、製造コストを低減することができる。ただし、第１開口端１７３の直径Ｄ１が大きくなりすぎると、開口１７２の内面１７６に入射した迷光のうち、内面１７６で反射されずに第２開口端１７４から出射される成分が発生し、これがフォトダイオード１８０に入射されるおそれがある。このため、式（１）の関係を満たすことに加えて、直径Ｄ１の値も適切に設定する必要がある。
　＜変形例３＞
　図１４は、本変形例に係るレーザ光出力モニター装置の要部の模式図を示す。
　本変形例に示す構成と図３に示す構成とでは、次の２点で異なる。まず、第１に、アパーチャー１７０の形状が異なる。具体的には、筒部１７１の外周面には、半径方向でみてアパーチャー１７０の中心軸から離れる方向に延びるフランジ１７９が設けられている。また、このフランジ１７９は、第２開口端１７４の近くに設けられている。次に、フランジ１７９が、隔壁１３４の開口１３５の周縁を覆うようにアパーチャー１７０がビーム結合器１３０内に配置されている。
　本変形例によれば、隔壁１３４の開口１３５の周縁をフランジ１７９で覆うことにより、開口１３５を通過してフォトダイオード１８０側に漏れ込む迷光をカットすることができる。このことにより、レーザ光出力モニター装置１５０から出力される信号のＳ／Ｎ比を高め、結合レーザビームＬＢの光出力を精度良くモニターすることができる。
　（その他の実施形態）
　なお、変形例を含む上記実施形態において、レーザ発振器１００を、複数のレーザモジュール１２０からそれぞれ出射されたレーザビームを結合して、結合レーザビームＬＢとして出射する構成としたが、特にこれに限定されず、一つのレーザ共振構造で生成された単一のレーザビームを出射する構成としてもよい。その場合、レーザ光出力モニター装置１５０は、筐体１１０内に別途設けられた筐体（図示せず）内に配置されるようにしてもよい。また、レーザ光出力モニター装置１５０において、拡散板１６０とアパーチャー１７０とフォトダイオード１８０とを、ビーム結合器１３０内に収容し、アパーチャー１７０とフォトダイオード１８０との間に隔壁１３４を設けるようにしたが、ビーム結合器１３０の筐体１３１の内面に直接、フォトダイオード１８０を収容したパッケージを取付けるようにしてもよい。また、フォトダイオード１８０をビーム結合器１３０の筐体１３１と別に設けた筐体内に収容し、筐体１３１と別の筐体とにそれぞれ開口を設け、これらの開口を介して筐体１３１と別の筐体とが連通するようにしてもよい。また、拡散板１６０とアパーチャー１７０とフォトダイオード１８０とを筐体１３１とで構成されるレーザ光出力モニター装置１５０を筐体１３１とは別の筐体内に収容し、当該別の筐体をビーム結合器１３０に隣接して配置するようにしてもよい。その場合、筐体１３１と別の筐体とにそれぞれ開口を設け、これらの開口を介して筐体１３１と別の筐体とを連通するようにしてもよい。また、これに限らず、上記の実施形態や各変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
　本発明に係るレーザ光出力モニター装置は、レーザ発振器から出射されるレーザ光をリアルタイムで、かつ安定してモニターできるため、レーザ加工装置等に適用する上で有用である。
１０　　レーザ加工装置
１００　レーザ発振器
１１０　筐体
１２０　レーザモジュール
１３０　ビーム結合器
１３１　ビーム結合器１３０の筐体
１３２　ミラー
１３３　部分透過ミラー
１３４　隔壁
１３５　隔壁１３４の開口
１４０　光学ユニット
１５０　レーザ光出力モニター装置
１６０　拡散板（光偏向部材）
１７０　アパーチャー
１７１　筒部
１７２　アパーチャー１７０の開口
１７３　第１開口端
１７４　第２開口端
１７６　開口１７２の内面
１７７　凹凸
１７８　凸部
１７９　フランジ
１８０　フォトダイオード（受光部）
２００　伝送ファイバ
３００　レーザビーム出射ヘッド（レーザ光出射ヘッド）
４００　制御部
５００　電源
６００　表示部

Claims (15)

  1. 　レーザ発振器から出射されたレーザ光の分岐光であるモニター用レーザ光を所定の方向に偏向する光偏向部材と、該光偏向部材で偏向された前記モニター用レーザ光を受光して電気信号を出力する受光部と、前記光偏向部材と前記受光部との間に設けられ、前記光偏向部材で偏向された前記モニター用レーザ光を通過させる開口を有するアパーチャーとで構成され、前記受光部で出力された電気信号に基づいて前記レーザ光の出力をモニターするレーザ光出力モニター装置であって、
    　前記光偏向部材は前記モニター用レーザ光を拡散して前記受光部に向けて偏向するように構成され、
    　前記アパーチャーは、前記開口に入射される前記モニター用レーザ光を通過させる一方、前記アパーチャーに入射した迷光が前記受光部に入射しないように構成されていることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  2. 　請求項１に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記アパーチャーは、前記迷光の一部を前記受光部から離れる方向に反射するとともに前記迷光の残部を前記開口内で乱反射させることで、前記迷光が前記受光部に入射しないように構成されていることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  3. 　請求項２に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記開口の内面には、前記開口に入射した迷光を乱反射させる凹凸が設けられていることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  4. 　請求項３に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　断面視で、前記凹凸の凸部は三角形であることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  5. 　請求項３に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　断面視で、前記凹凸の凸部は四角形であることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  6. 　請求項３に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　断面視で、前記凹凸の凸部は半円形であることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  7. 　請求項１または２に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　断面視で、前記アパーチャーの開口は、前記モニター用レーザ光が入射される第１開口端から前記モニター用レーザ光が出射される第２開口端にかけて直線的に幅が狭くなるテーパー形状であり、
    　前記第２開口端の直径をＤ２，前記受光部の受光面の幅をＤ３，前記開口のテーパー角をθａとするとき、前記第２開口端と前記受光面との距離ｄは、
    　ｄ＝１／２（Ｄ２＋Ｄ３）ｔａｎθａの関係を満たすことを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  8. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記光偏向部材と前記アパーチャーと前記受光部とは同じ筐体内に設けられており、
    　前記迷光には、前記筐体の内壁で反射されたレーザ光が含まれることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  9. 　請求項８に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記受光部は、開口を有する隔壁によって前記光偏向部材及び前記アパーチャーと隔てて設けられ、
    　前記アパーチャーを通過した前記モニター用レーザ光は前記隔壁の開口を通じて前記受光部に入射することを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  10. 　請求項９に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記アパーチャーの外周面には、半径方向でみて前記アパーチャーの中心軸から離れる方向に延びるフランジが設けられており、
    　前記フランジが前記隔壁の開口の周縁を覆うように前記アパーチャーが前記筐体内に配置されていることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記アパーチャーと前記受光部とは所定の間隔をあけて配置されていることを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  12. 　請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ光出力モニター装置において、
    　前記レーザ発振器から出射されたレーザ光の一部を透過して前記モニター用レーザ光として前記光偏向部材に入射させる一方、残部を反射して外部に出射させる部分透過ミラーをさらに備えたことを特徴とするレーザ光出力モニター装置。
  13. 　レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    　請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のレーザ光出力モニター装置と、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ装置。
  14. 　請求項１３に記載のレーザ装置において、
    　前記レーザ発振器は、レーザ光をそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザ光を結合して出射するビーム結合器と、該ビーム結合器から出射されたレーザ光を所定のビーム径になるように集光して外部に出射する光学ユニットと、を有し、
    　前記レーザ光出力モニター装置は、前記ビーム結合器内か、または前記ビーム結合器に隣接して設けられていることを特徴とするレーザ装置。
  15. 　請求項１３または１４に記載のレーザ装置と、
    　前記レーザ装置に接続され、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を導光する伝送ファイバの出射端に取付けられたレーザ光出射ヘッドと、
    　前記レーザ光出力モニター装置の出力信号に基づいて、前記レーザ光の出力を表示する表示部と、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
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