JPH0640176B2 - 光分岐装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば１台のＹＡＧレーザ発振器から出力さ
れるレーザ光を、複数の光路に時分割分岐して複数箇所
を溶接する場合等に使用される光分岐装置に係り、特に
パルスレーザの時分割分岐に好適な光分岐装置に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、レーザ加工分野においては、１台のレーザ発振
器を用い、複数のワークを加工したりあるいは単一のワ
ークの複数箇所を加工することが行なわれており、この
場合には、レーザ発振器からの入射光を、複数の光路に
分岐する必要がある。

従来、レーザ発振器からの入射光を、例えば４つの光路
に分岐する装置としては、第９図に示すように、レーザ
発振器１からのレーザ光ＬＢを、３枚のハーフミラー２
を用いて４つのファイバ入射光学系３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄに同時に分岐する同時分岐方式の光分岐装置、ある
いは第１０図に示すように、ソレノイド等の４台のアク
チュエータ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを用いて４枚のミラ
ー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを交互に駆動し、レーザ発振
器１からのレーザ光ＬＢを、４つのファイバ入射光学系
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに順次分岐する時分割分岐式の
光分岐装置が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前記従来の同時分岐方式の光分岐装置は、レ
ーザ光ＬＢが同時に４つのファイバ入射光学系３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄに分岐されるため、各ファイバ入射光学
系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄでのパワーが、レーザ発振器
１から出力されるレーザ光ＬＢの1/4になってしまう。
このため、レーザ光ＬＢのパワーが、溶接や穿孔等の加
工目的に対し充分である場合には特に問題はないが、そ
うでない場合には使用できないという問題がある。

これに対して、前記従来の時分割分岐方式の光分岐装置
は、同時多点加工は不可能であるが、各ファイバ入射光
学系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄでのパワーが、レーザ発振
器１から出力されるレーザ光ＬＢと同一となり、小出力
のレーザ発振器１を用いることができるという利点を有
している。

ところが、従来の時分割分岐方式の光分岐装置では、ミ
ラーの往復運動等を利用して光路切換を行なっており、
各ミラーは、レーザ光ＬＢの入射光路を横切った状態で
正規位置に停止した後でなければ、レーザ光ＬＢを各フ
ァイバ入射光学系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに分岐するこ
とができないため、光路の切換に数１００_msec程度の時
間を要し、チャンネルの切換を迅速に行なうことができ
ないという問題がある。特に、パルスレーザを用い１パ
ルスずつ時分割して各光路に分岐する場合には、パルス
レートが速いと分岐が不可能になり、またアクチュエー
タ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよびミラー５ａ，５ｂ，５
ｃ，５ｄが故障し易いという問題がある。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、チャンネ
ルの切換時間を大幅に短縮でき、パルスレートが速いパ
ルスレーザも、１パルスずつ時分割することができる光
分岐装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記目的を達成する手段として、入射光の入
射光路にそって任意間隔で配置された複数のミラーと；
これら各ミラーを、入射光に対し一定の傾斜各を保持
し、かつ相互に異なるタイミングで入射光路を横切るよ
うに回転させるミラー駆動機構と；を備え、入射光を、
時分割で複数の光路に分岐させるようにするとともに、
前記ミラー駆動機構に、所定のミラーが入射光路上に位
置していることを検出する検出手段を設け、この検出手
段からの検出信号により、入射光を間欠的に出力させる
ようにしたことを特徴とする。

［作用］ 本発明に係る光分岐装置においては、相互に異なるタイ
ミングで入射光路を横切る複数の各ミラーにより、入射
光が時分割で複数の光路に分岐される。

ところで、前記各ミラーは、ミラー駆動機構により、入
射光に対し一定の傾斜角を保持して回転駆動される。し
たがって、各ミラーが常時回転していても、各ミラーに
対する入射光の入射角は変化せず、光軸がずれることは
ない。このため、光路切換の際に、ミラーの回転を停止
させる必要がなく、チャンネルの切換時間を大幅に短縮
することが可能となる。またその結果、パルスレートが
早いパルスレーザも、１パルスずつ時分割することが可
能となる。

そしてこの際、ミラー駆動機構に、所定のミラーが入射
光路上に位置していることを検出する検出手段を設け、
この検出手段からの検出信号により、入射光を間欠的に
出力させるようにしているので、入射光の間欠出力とチ
ャンネル切換とを、完全に同期させることが可能とな
り、パルスレーザの１パルスずつの時分割分岐を、より
安全に行なうことが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の第１実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る光分岐装置の一例を示すもの
で、図中、符号１１は、時分割分岐ユニットであり、こ
の時分割分岐ユニット１１は、第２図に示すようにＹＡ
Ｇレーザを発振するレーザヘッド１２からの入射光１３
を、４つのファイバ入射光学系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
に時分割で分岐するようになっている。

前記時分割分岐ユニット１１は、第１図に示すように前
記入射光１３の入射光路１４にそって所定間隔で配置し
た４枚のミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを
備えており、これら各ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄは、入射光１３に対し例えば４５度の傾斜角
を保持しつつ、ミラー駆動機構１６により定速で回転駆
動されるようになっている。

前記各ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、
第３図に示すように、回転軸１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
１７ｄに軸着されるハブ部１８ａ、リング状のリム部１
８ｂ、およびハブ部１８ａとリム部１８ｂとを９０度間
隔で相互に連結する４本のアーム部１８ｃからなる回転
板１８を備えており、この回転板１８の相隣るアーム部
１８ｃの間には、３つの入射光通過窓１９と、入射光１
３を前記各ファイバ入射光学系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
に反射するための１枚のミラー２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ，２０ｄとがそれぞれ設けられている。そして、各ミ
ラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、前記各ミ
ラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが９０度ずつずれ
るようにセットされており、したがって各ミラー２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、各ミラー部材１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを、ミラー駆動機構１６により
定速で回転駆動した際に、相互に異なるタイミンナグで
入射光路１４を横切るようになっている。

これら各ミラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが入射
光路１４を横切るタイミングは、第１図および第３図に
示すように、各ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１
５ｄに対応して配置された近接スイッチ等のセンサ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、各ミラー部材１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのリム部１８ｂ外周部にそれぞ
れ設けた検出片２２とにより検出されるようになってお
り、各センサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの検
出信号は、第２図に示すようにチャンネル切換スイッチ
２３を介し、トリガパルスとしてレーザ電源２４に入力
され、前記レーザヘッド１２からは、このトリガパルス
の入力により、パルスレーザ光が入射光１３として出力
されるようになっている。これについては、後に詳述す
る。

一方、前記ミラー駆動機構１６は、第１図に示すよう
に、定速で回転するモータ２５を備えており、このモー
タ２５の出力軸２６には、前記各回転軸１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１７ｄに取付けたベルト車２７ａ，２７
ｂ，２７ｃ，２７ｄに、無端状のタイミングベルト２８
ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを介して連結されるベルト
車２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄがそれぞれ軸着され
ている。そして、前記各ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１
５ｃ，１５ｄは、前記モータ２５の回転により定速で回
転駆動されるようになっている。

なお、第１図および第２図において、符号３０ａ，３０
ｂ，３０ｃ，３０ｄは、前記各ファイバ入射光学系３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにそれぞれ接続された光ファイバ
ケーブルである。

次に、本実施例の作用について説明する。

モータ２５を起動すると、その出力軸２６は定速で回転
し、その回転力は、ベルト車２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，
２９ｄ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄおよびタイミ
ングベルト２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを介して各
回転軸１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに伝達され、各
ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが定速で回
転駆動される。

ところで、各ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５
ｄは、入射光１３に対し４５度の傾斜角を保持して回転
し、かつ各ミラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが９
０度ずつずれるようにセットされているので、各ミラー
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、入射光１３に対し
一定の傾斜角を保持しつつ、かつ相互に異なるタイミン
グで入射光路１４を横切ることになる。そして、各ミラ
ー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが入射光路１４を横
切るタイミングは、これらに対応する各センサ２１ａ，
２１ｂ，２１ｃ，２１ｄでそれぞれ検出される。

これらの検出信号は、第２図に示すようにチャンネル切
換スイッチ２３に入力され、そのうちの選択された検出
信号のみが、トリガパルスとしてレーザ電源２４に入力
される。レーザヘッド１２は、このトリガパルスの入力
によりパルスレーザ光を入射光１３として出力する。

例えば、チャンネル切換スイッチ２３によりＣＨ１（セ
ンサ２１ａに対応）を選択した場合には、ミラー２０ａ
が入射光路１４を横切るタイミングで、レーザヘッド１
２から入射光１３が出力され、したがって、入射光１３
はミラー２０ａで反射されてファイバ入射光学系３ａに
分岐される。ＣＨ２（センサ２１ｂに対応），ＣＨ３
（センサ２１ｃに対応）およびＣＨ４（センサ２１ｄに
対応）についても同様である。また、チャンネル切換ス
イッチ２３により、すべてのチャンネルＣＨ１，ＣＨ
２，ＣＨ３，ＣＨ４を選択した場合には、各センサ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの検出信号が順次トリ
ガパルスとしてレーザ電源２４に入力され、レーザヘッ
ド１２からは、これに合わせてパルスレーザ光が入射光
１３として出力される。第４図はこの状態を示す。この
場合には、入射光１３は、１パルスずつ各ファイバ入射
光学系３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに時分割分岐されること
になる。そして、その場合のパルスレートは、ミラー部
材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの回転速度で決定さ
れる。なお第４図において、符号Ｒは、各ミラー部材１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの１回転の時間を示す。

しかして、各ミラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ
は、入射光１３に対し一定の傾斜角を保持して回転駆動
されるので、常時回転していても、各ミラー２０ａ，２
０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対する入射光１３の入射角は変
化せず、したがって光軸がずれることがない。このた
め、チャンネルの切換時間を大幅に短縮することがで
き、パルスレートが速いパルスレーザも、１パルスずつ
時分割分岐することができる。そしてパルスレートは、
ミラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの回転速度で決
定されるので、パルスレーザとチャンネル切換とを完全
に同期させることができる。

第５図は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第１
実施例におけるミラー部材１５ｄに代え、入射光１３の
入射光路１４上に固定ミラー３１を設置し、かつミラー
２０ｄを有しない回転板１８を、入射光路１４から外れ
た位置に設け、その近傍にセンサ２０ｄを設置するよう
にしたものである。なお、その他の点については、前記
第１実施例と同一構成である。

しかして、このように構成しても、前記第１実施例と同
様の効果が得られる。

第６図は、本発明の第３実施例を示すもので、前記第２
実施例における固定ミラー３１を省略し、ファイバ入射
光学系３ｄを、入射光１３の入射光路１４上に配置する
ようにしたものである。なお、その他の点については、
前記第２実施例と同一構成である。

しかして、このように構成すれば、少ない部品点数で同
様の効果が期待できる。

第７図および第８図は、本発明の第４実施例を示すもの
で、１個のセンサで各ミラーの位置検出とチャンネル切
換とを行なうことができるようにしたものである。

すなわち、モータ２５の出力軸２６には、第７図に示す
ように、所定数のミラー位置検出板Ｓ_１，Ｓ_２，……，
Ｓ_n-1，Ｓ_ｎが一定間隔で設けられており、センサ４１
は、第７図に両矢印で示すように、前記ミラー位置検出
板Ｓ_１，Ｓ_２，……，Ｓ_n-1，Ｓ_ｎにそってスライドさ
せることができるようになっている。

前記各ミラー位置検出板Ｓ_１，Ｓ_２，……，Ｓ_n-1，Ｓ
_ｎには、第８図に示すように、選択すべきチャンネルの
位置に検出片２２がそれぞれ設けられており、例えばセ
ンサ４１をミラー位置検出板Ｓ_ｎに対応させた場合に
は、各ミラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ（第３図
参照）が入射光路１４を横切るタイミングがセンサ４１
で順次検出され、センサ４１からの検出信号を、トリガ
パルスとしてレーザ電源２４に入力することにより、第
４図の場合と同様のパルスレーザ光が、レーザヘッド１
２から入射光１３として出力されるようになっている。
なお、その他の点については、前記第１実施例と同一構
成である。

しかして、このように、構成することにより、１個のセ
ンサ４１で、ミラー位置の検出とチャンネル切換とを行
なうことができ、構造を簡素化できる。

なお、前記各実施例においては、各ミラー部材１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，１４ｄの入射光１３に対する傾斜角が
すべて同一である場合について説明したが、入射光１３
に対し一定の傾斜角を保持して回転するのであれば、各
ミラー部材１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの傾斜角が
同一値である必要はない。

また、前記各実施例においては、４チャンネルに分岐す
る場合について説明したが、２チャンネル以上の分岐で
あれば、その数に制限はない。また、ＹＡＧレーザに限
らず、他のレーザを用いることもでき、またレーザ以外
の光の時分割分岐にも、同様に適用することができる。

また、前記各実施例においては、レーザヘッド１２から
入射光１３として出力されるパルスレーザ光の出力形態
については特に説明しなかったが、どのような波形のパ
ルスであっても同様に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、入射光の入射光路にそっ
て任意間隔で配置された複数のミラーと、これら各ミラ
ーを入射光に対し一定の傾斜角を保持しつつ回転させる
ミラー駆動機構とを備え、前記各ミラーを、異なるタイ
ミングで入射光路を横切るように駆動しているので、チ
ャンネルの切換時間を大幅に短縮することができ、パル
スレートが速いパルスレーザであっても、１パルスずつ
時分割分岐することができる。

そしてこの際、ミラー駆動機構により、所定のミラーが
入射光路上に位置していることを検出する検出手段を設
け、この検出手段からの検出信号により、入射光を間欠
的に出力させるようにしているので、入射光の間欠出力
とチャンネル切換とを、完全に同期させることができ、
パルスレーザの１パルスずつの時分割分岐を、より安定
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る光分岐装置を示す要
部詳細図、第２図は同様の全体構成図、第３図はミラー
部材の構成を示す説明図、第４図は各センサの検出信号
とトリガパルスと入射光との関係を示すタイムチャー
ト、第５図は本発明の第２実施例を示す第１図相当図、
第６図は本発明の第３実施例を示す第１図相当図、第７
図は本発明の第４実施例を示す要部構成図、第８図は第
７図の各ミラー位置検出板の構成をそれぞれ示す説明
図、第９図は同時分岐方式の従来の光分岐装置を示す構
成図、第１０図は時分割分岐方式の従来の光分岐装置を
示す構成図である。 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：ファイバ入射光学系 １１：時分割分岐ユニット １３：入射光、１４：入射光路 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ：ミラー部材 １６：ミラー駆動機構 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ：ミラー ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ：センサ ２２：検出片 ２３：チャンネル切換スイッチ ２４：レーザ電源、３１：固定ミラー Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_n-1，Ｓ_ｎ：ミラー検出板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意径に絞った入射光を、複数の光路に分
   岐させる光分岐装置において、前記入射光の入射光路に
   そって任意間隔で配置された複数のミラーと；これら各
   ミラーを、入射光に対し一定の傾斜角を保持し、かつ相
   互に異なるタイミングで入射光路を横切るように回転さ
   せるミラー駆動機構と；を備え、前記ミラー駆動機構
   は、所定のミラーが入射光路上に位置していることを検
   出する検出手段を有し、入射光は、この検出手段からの
   検出信号により間欠的に出力されることを特徴とする光
   分岐装置。