JPH05110180A - レーザービーム切り替え機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザービームの光路切り替えに伴う調整作業
を不要とすることにより、切り替え時間の短縮、無調整
化および自動化を図る。 【構成】レーザー装置１から出射するレーザービーム６
を第１のレーザービーム応用装置２へ入射レーザービー
ム７として入射する。出射レーザービーム６を直角プリ
ズム５，５ａと全反射ミラー８，９により切り替えて第
２のレーザー応用装置３へ入射する。そのため、レーザ
ー装置１と第１のレーザー応用装置２との光路上に第１
の直角プリズム５と第２の直角プリズム５ａを取り付け
た回転台４上に配置する。回転台４と第２のレーザー応
用装置３との間に第１の全反射ミラー８と第２の全反射
ミラー９を配置する。回転台４を回転して直角プリズム
５，５ａの角度を変え、出射レーザービーム６を直角プ
リズム５，５ａで屈折させ全反射ミラー８，９に反射さ
せて第２のレーザー応用装置３にレーザービーム10を入
射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー装置とこのレー
ザー装置から出射するレーザービームを入射するレーザ
ー応用装置との間に設置する光学系を改良したレーザー
ビーム切り替え機構に係り、特にレーザービームの入射
方向および出射方向の切り替え時間の短縮、無調整化お
よび自動化を図ったレーザービーム切り替え機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、１台のレーザー装置からのレーザ
ービームを切り替えて複数台のレーザー応用装置へ導く
場合、図４に第１の従来例として示すようにレーザー装
置１からのレーザービーム６，７を２台の供給先である
第１のレーザー応用装置２と第２のレーザー応用装置３
へ切り替えて供給する。

【０００３】すなわち、第１のレーザー応用装置２へ供
給する場合には図４（ａ）のようにレーザー装置１から
出射したレーザービーム６をそのまま通過させ入射レー
ザービーム７とし第１のレーザー応用装置２へ供給す
る。第２のレーザー応用装置３へ切り替える場合には図
４（ｂ）のようにレーザービーム６の光路途中に第１の
全反射ミラー８を挿入し出射レーザービーム６をこの第
１の全反射ミラー８に反射させることにより、第２の全
反射ミラー９へ導き、さらに第２の全反射ミラー９に反
射させて入射レーザービーム10とし、第２のレーザー応
用装置３に供給している。

【０００４】図５は２台のレーザー装置11，12から１台
のレーザー応用装置14へレーザービーム６，10を切り替
えた第２の従来例を示したものである。図５（ａ）で
は、第１のレーザー装置11を運転中には第２のレーザー
装置12を停止または待機させておき、第１のレーザー装
置11から出射したレーザービーム６をそのまま利用し入
射レーザービーム７として、第１のレーザー応用装置14
に供給する。この状態では、第１の全反射ミラー８は利
用しない。

【０００５】図５（ｂ）では、第１のレーザー装置11の
停止時には第２のレーザー装置12を運転し、その出射し
たレーザービーム６を第１の全反射ミラー８に導き、更
に光路途中に配置した第２の全反射ミラー９により反射
させて入射レーザービーム10とし、第１のレーザー応用
装置14に供給する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示したレーザー
ビーム切り替え機構は光学系が単純になる利点があるも
のの反面、光学系（図４の例では全反射ミラー８，９）
の設置位置，方向等の変更を伴うため、変更に時間を要
するうえにレーザービームの光路は光学系の位置，角度
のずれに対して敏感である。

【０００７】レーザービームの光路を高い精度で調整す
るためには、光学系の設置位置，配置角度などを高い精
度で調整することが必要になり、したがって、多大な調
整の手間と時間を要する課題がある。

【０００８】また、レーザー光を使用する装置におい
て、長時間の連続安定運転を要するなどの場合、１台の
レーザー装置では安定運転が確保できないため、複数台
のレーザー装置を設置してレーザー装置の故障や保守の
際にレーザー装置を切り替えて運転しなければならな
い。したがって、複数台のレーザー装置が必要になる課
題がある。

【０００９】一方、図５に示したレーザービーム切り替
え機構は図４に示した第１の従来例と同様にレーザービ
ームの切り替え時にミラー等の光学系の設置位置，方向
の変更が必要となる。したがって、レーザービームの光
路の微調整を含め多大な時間と手間を要し大きな運転損
失を生じる課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、レーザーシステムおよびその応用装置におけ
る光学系において、レーザービームの入射方向および出
射方向の切り替え時間の短縮、無調整化および自動化を
図ることができるレーザービーム切り替え機構を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は隣り合う２つの
反射面が直角を成すプリズムを一個以上および２枚のミ
ラーを互いに直角をなすように固定したミラー対を一対
以上組み合わせた光学系と、この光学系を固定する回転
機構または移動機構と、前記光学系にレーザービームを
入射させ該光学系の各構成要素で反射されたレーザービ
ームを入射するように配置した第１および第２のレーザ
ー応用装置とからなり、前記回転機構または移動機構の
運動により前記光学系の相対位置と配置角度が変化して
レーザービームの光路が切り替わり前記レーザービーム
を第２のレーザー応用装置に入射するように配置したこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】隣り合う２つの反射面が直角を成すプリズムを
回転台に固定する。回転台を駆動機構に取り付ける。こ
の駆動機構をレーザー装置とレーザー応用装置との間の
レーザービーム光路途中に挿入した状態にすると、入射
する偏光のずれに影響され難く出射方向が安定する。

【００１３】また、直角プリズムと全反射ミラーを組み
合わせて、レーザービームの光路を切り替えると発生す
る変更角の影響は微小となる。そのため、位置角度のず
れの許容範囲が十分広く確保できる。

【００１４】従って、回転台および駆動機構をソレノイ
ドやステッピングモータ等で構成し、この駆動機構で直
角プリズムを切り替えることによって全反射ミラーに調
整機構を設けることなくレーザービームの入射方向また
は出射方向を高い精度を維持したままの状態で切り替え
ることができる。

【００１５】

【実施例】本発明に係るレーザービーム切り替え機構の
第１の実施例を図１を用いて説明する。本実施例は１台
のレーザー装置１からの出射レーザービーム６を切り替
えて２台の第１および第２のレーザー応用装置２，３に
供給する場合への適用例を示したものである。図１
（ａ）は第１のレーザー応用装置２へ入射レーザービー
ム７を供給している状態を示しており、図１（ｂ）は第
２のレーザー応用装置３へ入射レーザービーム10を供給
している状態を示している。

【００１６】図１（ａ）において、まず図中符号１はレ
ーザービームを発生させるレーザー装置であり、符号６
は同装置１から出射される出射レーザービームである。
符号４はレーザービーム光路途中に挿入または設置する
回転台であり、この回転台４は図示しない回転駆動機構
に取り付けられている。また回転台４には回転させ目的
とする位置に停止させる回転位置マーカ34が付属してい
る。符号５，５ａは回転台４に各々接触しないように対
向配置した第１および第２の直角プリズムである。図１
（ａ）において、回転台４は第１および第２の直角プリ
ズム５，５ａがレーザービーム６の光路を妨げないよう
な位置で停止しており、回転位置マーカ34は図中真横を
指している。レーザービーム６はその光路を第１および
第２の直角プリズム５，５ａにより妨げられないので、
そのまま直進して入射レーザービーム７となり、第１の
レーザー応用装置２に供給される。

【００１７】図１（ｂ）においては、回転台４の駆動機
構の働きにより、回転台４が図１（ａ）に比べ45度回転
し、回転位置マーカ34が図中真上を指している。回転台
４の回転につれて第１の直角プリズム５も回転し、その
配置が変わる。レーザー装置１から出射したレーザービ
ーム６は第１の直角プリズム５の２つの反射面で屈折さ
れた後、第２の直角プリズム５ａに入射し、同様に２つ
の反射面で屈折されて、第１の全反射ミラー８に入射す
る。第１の全反射ミラー８で反射されて、第２の全反射
ミラー９に入射し、第２の全反射ミラー９で反射され
る。第２の全反射ミラー９で反射されたレーザービーム
は入射レーザービーム10となり、第２のレーザー応用装
置３に供給される。図１（ａ）と図１（ｂ）の違いは回
転台４の回転位置のみであり、従って本実施例によれば
回転台４の回転のみでレーザービームの供給先を切り替
えることができる。

【００１８】次に図２を参照しながら本発明の第２の実
施例を説明する。この第２の実施例は長時間の連続安定
運転を要するレーザー応用装置に適用した例で、運転中
最低限必要な台数のレーザー装置以外に予備のレーザー
装置を備えている。運転中のレーザー装置の故障や保守
の際に予備のレーザー装置に切り替えて運転することに
よりレーザー応用装置へのレーザービームの供給中断を
減少させることなく信頼性を高めた冗長化レーザー装置
の例である。なお、図中符号11は冗長化レーザー装置を
構成する第１のレーザー装置であり、符号12は同様に第
２のレーザー装置であり、符号13は同様に第３のレーザ
ー装置である。

【００１９】図２（ａ）においては、第１のレーザー装
置11と第２のレーザー装置12が運転中にあり、第３のレ
ーザー装置13は保守中または待機中となっている。第１
のレーザー装置11からはレーザービーム16が第２のレー
ザー装置12からはレーザービーム17が出射されている。
第１のレーザー装置11から出射されたレーザービーム16
は第１の全反射ミラー19と第２の全反射ミラー20および
第３の全反射ミラー21で反射されて、第４の全反射ミラ
ー22に向かい入射する。

【００２０】このレーザービームの光路の途中に第１お
よび第２の直角プリズム５，５ａを固定した第１の回転
台32が設置されている。第１の回転台32は付属の回転駆
動機構により回転位置マーカ34が図中真上にくる位置に
て停止している。このとき、第３の全反射ミラー21から
第４の全反射ミラー22に向かい入射するレーザービーム
の光路を第１の回転台32に固定された直角プリズム５，
５ａがさえぎらない様な配置となっている。

【００２１】出射レーザービーム16は第１の回転台32上
を直進し、第４の全反射ミラー22に入射して反射され第
５の全反射ミラー23に達し、この全反射ミラー23で反射
されて第６の全反射ミラー24に入射して反射されて、入
射レーザービーム35となり、第１のレーザー応用装置14
に供給される。

【００２２】一方、第１のレーザー装置11と同時に運転
されている第２のレーザー装置12を出射した出射レーザ
ービーム17は第７の全反射ミラー25と第８の全反射ミラ
ー26および第９の全反射ミラー27で反射されて第10の全
反射ミラー28に向かう。このとき第２の回転台33は第１
の回転台32と同様に回転位置マーカ34が図中真上にくる
回転位置で付属の駆動機構の働きで停止している。第９
の全反射ミラー27から第10の全反射ミラー28へ向かうレ
ーザービームは、第２の回転台33上の第１および第２の
直角プリズム５，５ａにさえぎられることなく第10の全
反射ミラー28に達し、さらに第11の全反射ミラー29から
第12の全反射ミラー30を経て入射レーザービーム36とな
り、第２のレーザー応用装置15へ供給される。

【００２３】図２（ｂ）においては、第１のレーザー装
置11と第３のレーザー装置13が運転中であり、第２のレ
ーザー装置12は保守のために停止している。図２（ｂ）
において、第１のレーザー装置11から発したレーザービ
ーム16は図２（ａ）と同様に第１の全反射ミラー19，第
２の全反射ミラー20，第３の全反射ミラー21，第１の回
転台32上，第４の全反射ミラー22，第５の全反射ミラー
23，第６の全反射ミラー24を経て第１のレーザー応用装
置14に供給される。

【００２４】このとき、第２のレーザー装置12は停止中
であり、運転中の第３のレーザー装置13から出射された
レーザービーム18は第13の全反射ミラー31に反射されて
方向を変えて第２の回転台33に向かう。第２の回転台33
は付属の駆動機構の働きにより回転位置マーカ34が図中
真横にくる位置で停止し、図２（ａ）の場合に比べ90度
回転した配置となっている。

【００２５】この配置においては第13の全反射ミラー31
で反射されたレーザービームの行く先に第２の回転台33
上の第１および第２の直角プリズム５，５ａが位置して
いる。レーザービームは第１の直角プリズム５の２つの
反射面で順に屈折されて第２の直角プリズム５ａに向か
い、この直角プリズムの２つの反射面で順に屈折された
レーザービームは第10の全反射ミラー28に向かい、後は
図２（ａ）の場合と同様に第10の全反射ミラー28，第11
の全反射ミラー29，第12の全反射ミラー30を経て入射レ
ーザービーム36となり、第２のレーザー応用装置15に供
給される。

【００２６】図２（ｃ）においては、第２のレーザー装
置12と第３のレーザー装置13が運転中であり、第１のレ
ーザー装置11は保守のために停止している。図２（ｃ）
において第２のレーザー装置12から出射した出射レーザ
ービーム17は図２（ａ）の場合と同様に第７の全反射ミ
ラー25，第８の全反射ミラー26，第９の全反射ミラー2
7，第２の回転台33上の直角プリズム５，５ａ間を通
り、第10の全反射ミラー28，第11全反射ミラー29，第12
の全反射ミラー30を経て第２のレーザー応用装置15に供
給される。

【００２７】このとき、第１のレーザー装置11は停止中
であり、運転中の第３のレーザー装置13から出射された
レーザービーム18は第13の全反射ミラー31に反射されて
方向を変えて第２の回転台33に向かう。

【００２８】第２の回転台33は付属の駆動機構の働きに
より回転位置マーカ34が図中真上にくる位置にて停止し
ており、第２の回転台33上に固定された２つの直角プリ
ズム５，５ａが第13の全反射ミラー31で反射されたレー
ザービームの光路をさえぎらないような配置となってい
る。従って全反射ミラー31で反射されたレーザービーム
は第２の回転台33上を通過し第１の回転台32に向かう。

【００２９】このとき、第１の回転台32は付属の駆動機
構の働きにより回転位置マーカ34が図中真横にくる位置
にて停止しており、図２（ａ）の場合に比べ90度回転し
た配置となっている。この配置においては第13の全反射
ミラー31で反射され、第２の回転台33上を通過してきた
レーザービームの行く先に第１の回転台32上の第１の直
角プリズム５が位置している。

【００３０】レーザービームは第１の直角プリズム５の
２つの反射面で順に屈折されて第２の直角プリズム５ａ
に向かい、この第１および第２の直角プリズム５，５ａ
の２つの反射面で順に屈折されたレーザービームは第４
の全反射ミラー22に向かい、後は図２（ａ）の場合と同
様に第４の全反射ミラー22，第５の全反射ミラー23，第
６の全反射ミラー24を経て入射レーザービーム35とな
り、第１のレーザー応用装置14に供給される。

【００３１】図３は上記各実施例において、レーザービ
ームの切り替えを回転台の回転のみで実現できることを
説明するための概略図である。すなわち、回転台４およ
びそれに付属した駆動機構（図示せず）の機械的精度の
ために回転台４の停止位置がずれたとしても第１および
第２の直角プリズム40，41またはそれと同様の反射面を
有する光学系が互いに回転位置のずれを補正するように
作用する。

【００３２】なお、図中破線で示した部分がずれを示し
ており、符号38ａは角度ずれ時のレーザービーム，40ａ
・41ａは位置のずれた直角プリズムを，42は回転台の角
度ずれを示している。また、符号37は入射レーザービー
ム，38は第１の直角プリズム40で屈折したレーザービー
ム，39は出射レーザービームを示している。

【００３３】したがって、上記各実施例では回転台の停
止位置について高い精度の調整が不要であり、通常の回
転位置制御機構で高いレーザービーム切り替え精度を有
するレーザービーム切り替え機構を実現できる。なお、
上記各実施例において、レーザー装置の台数やレーザー
応用装置の台数を変更し、大規模化することもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、従来多大な時間と手間
を要していた光学系の構成要素の配置変更、光路の微調
整作業等が不要であり、ほとんど瞬時にレーザービーム
の光路の切り替えを行うことができる。また、複数台の
レーザー応用装置でレーザー装置を共有している場合な
どでレーザービームの供給先の変更、故障や保守でのレ
ーザー装置の停止が許容されない連続運転のレーザー応
用装置に適した自動化し得る冗長化レーザーシステムを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例におけるレーザ
ー装置からレーザー応用装置へレーザービームを導く光
学系を示す構成図、（ｂ）は（ａ）において第２のレー
ザー応用装置へ切り替えた状態を示す構成図。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例におけるレーザ
ー装置からレーザー応用装置へレーザービームを導く光
学系を示す構成図、（ｂ）は（ａ）において第３のレー
ザー装置から第２のレーザー応用装置へ切り替えた状態
を示す構成図、（ｃ）は（ａ）において第３のレーザー
装置から第１のレーザー応用装置へ切り替えた状態を示
す構成図。

【図３】本発明の効果を説明するため回転台の停止位置
がずれたときのレーザービームの光路の変化を示す構成
図。

【図４】（ａ）は従来のレーザービームの切り替え機構
の光学系の第１の例を示す構成図、（ｂ）は（ａ）にお
いて第２のレーザー応用装置へ切り替えた状態を示す構
成図。

【図５】（ａ）は従来のレーザービームの切り替え機構
の光学系の第２の例を示す構成図、（ｂ）は（ａ）にお
いて第２のレーザー装置へ切り替えた状態を示す構成
図。

【符号の説明】

１…レーザー装置、２…第１のレーザー応用装置、３…
第２のレーザー応用装置、４…回転台（駆動機構付
き）、５…第１の直角プリズム、５ａ…第２の直角プリ
ズム、６…出射レーザービーム、７…入射レーザービー
ム、８…第１の全反射ミラー、９…第２の全反射ミラ
ー、10…入射レーザービーム、11…第１のレーザー装
置、12…第２のレーザー装置、13…第３のレーザー装
置、14…第１のレーザー応用装置、15…第２のレーザー
応用装置、16，17，18…出射レーザービーム、19…第１
の全反射ミラー、20…第２の全反射ミラー、21…第３の
全反射ミラー、22…第４の全反射ミラー、23…第５の全
反射ミラー、24…第６の全反射ミラー、25…第７の全反
射ミラー、26…第８の全反射ミラー、27…第９の全反射
ミラー、28…第10の全反射ミラー、29…第11の全反射ミ
ラー、30…第12の全反射ミラー、31…第13の全反射ミラ
ー、32…第１の回転台（駆動機構付き）、33…第２の回
転台（駆動機構付き）、34…回転位置マーカ、35，36，
37…入射レーザービーム、38…レーザービーム、39…出
射レーザービーム、40…第１の直角プリズム、41…第２
の直角プリズム、42…回転台の停止位置のずれ、38ａ…
停止位置ずれのときのレーザービーム、40ａ…第１のず
れた直角プリズム、41ａ…第２の位置のずれた直角プリ
ズム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣り合う２つの反射面が直角を成すプリ
   ズムを一個以上および２枚のミラーを互いに直角をなす
   ように固定したミラー対を一対以上組み合わせた光学系
   と、この光学系を固定する回転機構または移動機構と、
   前記光学系にレーザービームを入射させ該光学系の各構
   成要素で反射されたレーザービームを入射するように配
   置した第１および第２のレーザー応用装置とからなり、
   前記回転機構または移動機構の運動により前記光学系の
   相対位置と配置角度が変化してレーザービームの光路が
   切り替わり前記レーザービームを第２のレーザー応用装
   置に入射するように配置したことを特徴とするレーザー
   ビーム切り替え機構。