JPH09192860A

JPH09192860A - 光強度制御方法および光分配装置

Info

Publication number: JPH09192860A
Application number: JP8026195A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Mimura; 龍夫三村
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光源から出射された光の強度を一定に保持す
ることができるようにする。【解決手段】レーザ光３４は、ビームスプリッタ３６
によって複数の分割光３８に分割されたのち、光強度調
整器３９、集光レンズ４２を介して光ファイバ４４に入
射する。光ファイバ４４の端末側には、光ファイバ４４
から出射された分割光３８の一部が入射する光強度検出
器５８が設けてあり、光強度検出器５８の検出した光強
度がコントローラ６２に入力される。コントローラ６２
は、検出された光強度が目標設定範囲から外れている場
合、光強度調整器３９の光減衰調整器４１を介して可変
光減衰器４０の減衰率を変化させ、被加工物５２に照射
する分割光３８の強度が目標設定範囲に入るようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射され
た光の強度を制御する方法に係り、特に１台の光源から
出射された光によって同時に複数の光加工作業を行うの
に好適な光強度制御方法および光分配装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１台のレーザ発振器によって同時に複数
の加工作業を行うことができるレーザ加工機がある。こ
のレーザ加工機は、レーザ発振器の出射光を複数に分割
したのち、分割された各レーザ光をそれぞれ別の光ファ
イバに入射させてトーチなどの照射手段に導く分配装置
が使用される。そして、精度の高い加工を行うために
は、分配装置の各光ファイバへの光入射量の精度を良好
に保つことが必要である。そこで、図１０に示したよう
に、カライドスコープを使用しようして光ファイバへの
光入射量の精度を向上させた分配装置が提案されている
（特開平５−２１１９号公報）。

【０００３】図１０（１）に示した光分配装置は、ガラ
ス等からなるカライドスコープ１０の入射側に拡散レン
ズ１２を配置してレーザ光１４を拡散してカライドスコ
ープ１０に入射し、カライドスコープ１０内でレーザ光
１４を均一化したのち、カライドスコープ１０の出射側
に配置した多分割レンズ１６によって複数のレーザ光に
分割し、各分割光を光ファイバ１８に導入するようにし
ている。また、図１０（２）に示した光分配装置は、中
空のカライドスコープ２０の入射側に集光レンズ２２を
配置し、平行レーザ光２４を一旦集光させたのちカライ
ドスコープ２０に入射させて均一化し、その後、出射側
に配置した多分割レンズ１６によって複数のレーザ光に
分割し、各分割光を光ファイバ１８に入射させるように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記カライドスコープ
によってレーザ光を均一化して多分割レンズによって分
割する装置は、比較的均一な強度を有する分割光を得る
ことができる。しかし、光源の出射光を複数に分割した
光は、各分割光をそれぞれ別の光ファイバに入射する場
合に、分割光の光路上に存在するレンズや光ファイバと
いった光学素子の製作誤差（ファイバ径や減衰率等）に
よる光学特性のばらつき、レンズ面やファイバ端面の汚
れまたはファイバの減衰率の変化等の経時変化による影
響を受ける。このため、被加工物に照射する各分割光の
強度を所望のレベルに設定し、かつそのレベルを安定し
て維持することは極めて困難で、加工誤差の大きな要因
となっている。

【０００５】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、光源から出射された光の強度を
一定に保持することができるようにすることを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、光路の減衰率を調整するようにしてい
る。すなわち、本発明に係る光強度制御方法は、光源か
ら出射されて被照射物に照射される光の強度を制御する
方法において、前記光の光路末端部における光強度また
は前記被照射物からの反射光の強度を検出し、この検出
した光強度に基づいて、前記光路における光減衰率を調
整して前記被照射物に照射する光の強度を予め設定した
値に保持する方法にしてある。光源が出射した光を複数
に分割する場合、これら各分割光のそれぞれの光路のそ
れぞれの光減衰率を相互に独立して調整できるようにす
ることが望ましい。

【０００７】また、本発明に係る光分配装置は、光源か
らの出射光を複数に分割する分割手段と、この分割手段
により分割された各分割光のそれぞれの光路中に設けら
れ、各分割光の強度を調整する光強度調整手段と、前記
各分割光の光路末端部に配設され、前記分割光の光路末
端部における光強度を検出する光強度検出手段と、この
光強度検出手段の検出信号に基づいて前記光強度調整手
段を制御し、被照射物に照射する前記分割光の強度を予
め定めた値に調整する制御手段とを有する構成となって
いる。

【０００８】光強度調整手段としては、一対の反射膜間
の間隔を可変にできるエタロンなどを使用することがで
きる。また、光強度検出手段としては、公知のフォトダ
イオードやフォトトランジスタなどであってよい。そし
て、光強度検出手段が検出する分割光の強度は、被照射
物からの反射光の強度であってもよい。また、光強度検
出手段は、分割光を被照射物に照射する照射手段（例え
ば、レーザ切断機やレーザ溶接機のトーチ等）に内蔵さ
せることができる。

【０００９】

【作用】上記のごとく構成した本発明は、被照射物に照
射する直前の光の強度、または被照射物からの反射光の
強度を検出し、この検出値に基づいて一対の反射膜間の
間隔を可変にできるエタロンなどの光強度調整手段を制
御して光路の減衰率を調整するようにしているため、レ
ンズや光ファイバなどの光学素子の製作誤差に基づくば
らつき、光学素子の劣化などの経時変化の影響があった
としても、その影響を吸収、補正して光の強度を容易に
所望の値に保持することができる。しかも、各分割光の
それぞれの光路の減衰率を相互に独立して調整すること
ができるようにしてあるため、各分割光の強度を任意に
設定することができ、光加工に必要な任意の光強度を容
易に得ることができる。そして、光強度検出手段をレー
ザ切断機のトーチなどの照射手段に内蔵させると、光強
度検出手段の支持機構を特に設ける必要がなく、装置の
簡素化及び光学素子相互の位置ずれ防止が図れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る光強度制御方法およ
び光分配装置の好ましい実施形態を、添付図面に従って
詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、
光がレーザ光である場合について説明するが、光は水銀
ランプのｉ線、ｇ線などのレーザ光以外のものであって
もよい。

【００１１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光分
配装置の説明図であって、レーザ溶接機などのレーザ加
工機に適用した例を示したものである。光源であるレー
ザ発振器３０は、電源などからなるレーザ出力制御器３
２によって駆動され、破線に示したようにレーザ光３４
を出射するようになっている。レーザ発振器３０から出
射されたレーザ光３４は、ハーフミラーなどから構成し
た分割手段である複数のビームスプリッタ３６-1〜３６
-Nによって複数の分割光３８-1〜３８-Nに分割され、光
強度調整手段である光強度調整装置３９を構成してい
る、詳細を後述する可変光減衰器４０-1〜４０-Nに入射
するようになっている。

【００１２】光強度調整装置３９は、可変光減衰器４０
-1〜４０-Nと、可変光減衰器４０-1〜４０-Nの光減衰率
を調整する光減衰調整器４１とから構成してあって、可
変光減衰器４０-1〜４０-Nと光減衰調整器４１とがケー
ブル４３によって接続してある。そして、可変光減衰器
４０-1〜４０-Nから出射された各分割光３８-1〜３８-N
は、集光レンズ４２-1〜４２-Nによって集光され、光路
の一部を構成している光ファイバ４４-1〜４４-Nに入射
するようにしてある。

【００１３】各光ファイバ４４-1〜４４-Nの先端（末
端）側には、端面に対向させてコリメータレンズ４６-1
〜４６-Nが配設してあり、光ファイバ４４-1〜４４-Nか
ら出射された分割光３８-1〜３８-Nを平行レーザ光４８
-1〜４８-Nにするようになっている。そして、コリメー
タレンズ４６-1〜４６-Nの前方には、照射手段とを構成
している照射集光レンズ５０-1〜５０-Nが設けてあり、
コリメータレンズ４６-1〜４６-Nから出射された平行レ
ーザ光４８-1〜４８-Nを被照射物である被加工物５２-1
〜５２-N上に集光させて照射できるようにしてある。ま
た、分割光３８（３８-1〜３８-N）の光路末端部となっ
ているコリメータレンズ４６-1〜４６-Nと照射集光レン
ズ５０-1〜５０-Nとの間の光路には、ビームスプリッタ
５４-1〜５４-Nが配置してあり、平行レーザ光４８-1〜
４８-Nの一部を分割して計測集光レンズ５６-1〜５６-N
を介して、フォトダイオードやフォトトランジスタなど
から構成した光強度検出手段である光強度検出器５８-1
〜５８-Nに入射させることができるようになっている。

【００１４】光強度検出器５８-1〜５８-Nの検出信号
は、信号線６０を介して制御手段であるコントローラ６
２に入力するようにしてある。そして、コントローラ６
２には、光強度調整装置３９の光減衰調整器４１とレー
ザ出力制御器３２とが接続してあって、このコントロー
ラ６２によってレーザ出力制御器３２を介してレーザ発
振器３０の出力を調整できるとともに、光減衰調整器４
１を介して可変光減衰器４０-1〜４０-Nの光減衰率を調
整することができるようにしてある。

【００１５】可変光減衰器４０-1〜４０-Nは、同一の構
造をしており、図２に示したように一対の反射膜の間隔
を変えることができるエタロンとして構成してある。す
なわち、可変光減衰器４０は、レーザ光（分割光）３８
が透過可能なガラスなどからなる平行配置した一対のフ
レーム板６４、６６を有している。そして、フレーム板
６４、６６の対向面には、反射膜６８、７０が形成して
あり、一側のフレーム板６４（またはフレーム板６６）
を介して入射したレーザ光が反射膜６６８、７０によっ
て多重反射したのち、他側のフレーム板６６（またはフ
レーム板６４）を介して出射できるようになっている。
また、一対のフレーム板６４、６６間には、ＰＺＴなど
の電歪特性を有するスペーサ７２が配置してある。この
スペーサ７２は、光減衰調整器４１を構成しているドラ
イバ７４に接続してあって、ドライバ７４を介して印加
される電圧の大きさによって、一対のフレーム板６４、
６６、すなわち反射膜６８、７０の間隔を変え、透過す
る分割光３８の強度を調整することができるようにして
ある。

【００１６】すなわち、エタロンは、よく知られている
ように、一方の側（フレーム板６４）から入射し、一対
の反射膜６８、７０間において多重反射して他方のフレ
ーム板６６から出射される光の入射強度と出射強度との
比率は、その光の波長、両反射膜６８、７０間の距離、
両反射膜６８、７０間の領域７６の媒質の屈折率によっ
て変化する。また、反射膜６８、７０の反射率は、入射
強度と出射強度との比率とエタロンから出射される光の
波長特性を変化させ、反射率が高い場合には特定波長の
光だけが出射され、反射率が低い場合にはさまざまな波
長の光が出射される傾向がある。

【００１７】そして、図３（１）に示したように、エタ
ロン（可変光減衰器４０）の光透過特性（波長選択スペ
クトル）の中心波長がレーザ発振器３０の出射したレー
ザ光スペクトル８０の中心波長λ₀と一致している場
合、可変光減衰器４０による分割光３８の減衰は極めて
すくない。ところが、図３（２）に示したように、例え
ば一対の反射膜６８、７０の間隔を大きくして可変光減
衰器４０の光透過特性７８を長波長側に偏位させ、光透
過特性７８の中心波長がレーザ光スペクトル８０の中心
波長λ₀と一致しなくなると、可変光減衰器４０の透過
率が小さくなって分割光３８が減衰し、透過光強度が小
さくなる。このことは、透過特性７８を短波長側に偏位
させた場合も同様である。なお、図３（３）は、さらに
減衰率を大きくし、可変光減衰器４０の透過率が図３
（１）の場合の半分になった状態を示している。

【００１８】上記のごとく構成した第１実施形態の作用
は、次のとおりである。まず、図４のステップ９０に示
したように、Ｎ本の光ファイバ４４-1〜４４-Nの中から
必要に応じて使用するｎ本（ｎ≦Ｎ）の光ファイバ４４
（以後、４４ａ〜４４ｎで表す）を選択し、それらの番
号をコントローラ６２に入力する。もちろん、Ｎ本すべ
てを選択することも可能である。なお、各光ファイバ４
４は、コネクタ（図示せず）を介して集光レンズ４２側
に接続するようになっている。次に、選択した光ファイ
バ４４ａ〜４４ｎのそれぞれについて、光加工に必要な
被加工物５２に照射する各分割光３８の目標強度範囲Ｐ
_DiL〜Ｐ_DiH（ｉ＝ａ〜ｎであって、同じ値でも異なっ
ていてもよい）を決めてコントローラ６２に入力する
（ステップ９２）。そして、コントローラ６２は、加工
開始の命令が入力されると、図示しない位置検出器など
の検出信号を取り込み、搬送装置（図示せず）によって
被加工物５２が加工位置に搬入、位置決めされ、光加工
準備が完了したか否かを判断する（ステップ９４）。

【００１９】コントローラ６２は、光加工準備が完了し
たと判断すると、レーザ出力制御器３２にレーザ発振指
令を出力し、レーザ出力制御器３２を介してレーザ発振
器３０を駆動してレーザ光３４を出射させるとともに、
光減衰調整器４１を介して各可変光減衰器（エタロン）
４０の減衰率を与えられた設定値に制御する。レーザ光
３４は、ビームスプリッタ３６によって複数の分割光３
８に分割されたのち、可変光減衰器４０、集光レンズ４
２を介して選択された各光ファイバ４４ａ〜４４ｎに入
射し、光ファイバ４４の末端から出射される。そして、
各分割光３８は、コリメータレンズ４６によって平行レ
ーザ光４８にされたのち、照射集光レンズ５０によって
集光させられて被加工物５２に照射される。また、平行
レーザ光４８の一部は、光路の末端部であるコリメート
レンズ４６と照射集光レンズ５４との間に配置したビー
ムスプリッタ５４によって分割され、計測集光レンズ５
６を介して光強度検出器５８に導かれる。そして、光強
度検出器５８の検出信号は、信号線６０を介してコント
ローラ６２に入力される。

【００２０】コントローラ６２は、所定の周期（例え
ば、１０ｍｓ）ごとに各光強度検出５８の検出信号を順
次読み込み（ステップ９６）、検出された各分割光３８
の強度Ｐ_Da〜Ｐ_Dnを設定された強度範囲Ｐ_DiL〜Ｐ_DiH
（ただし、ｉ＝ａ〜ｎ）と比較し、検出した各光強度Ｐ
_Di（ただし、ｉ＝ａ〜ｎ）が設定した範囲に入っている
か否かを判断する（ステップ９８）。すなわち、コント
ローラ６２は、

【数１】Ｐ_DiL≦Ｐ_Di≦Ｐ_DiH であるか否かを判断する。そして、コントローラ６２
は、数式１が満足されている場合、ステップ１００に進
んで加工が終了したか否かを判断する。加工が終了して
いる場合には、搬送装置に搬出入信号を送出し、加工の
終了した被加工物５２を搬出させるとともに、未加工の
被加工物５２を加工位置に搬入、位置決めさせる。（ス
テップ１０２）また、被加工物５２の加工が終了してい
ない場合には、ステップ９４に戻って前記の処理を繰り
返し、光加工を続行する。

【００２１】一方、数式１が成立しない分割光３８ｋ
（ｋ＝ａ〜ｎ）がある場合、コントローラ６２は、ステ
ップ９８からステップ１０４に進み、数式１を満たさな
い分割光３８ｋについて、その検出光強度Ｐ_Dkを設定さ
れた光強度の下限値Ｐ_DkLと比較し、

【数２】Ｐ_Dk＜Ｐ_DkL であるか否かを判断する。もし、数式２が成立する場
合、すなわち検出光強度Ｐ_Dkが設定した光強度の下限値
Ｐ_DkLを下回っている場合には、光減衰調整器４１を介
して対応する可変光減衰器４０ｋの減衰率を減少させて
分割光３８ｋの透過量を多くして光強度を高め（ステッ
プ１０６）、ステップ９６に戻る。また、ステップ１０
４において数式２が満足されない場合、コントローラ６
２は、

【数３】Ｐ_Dk＞Ｐ_DkH であると判断し、検出光強度Ｐ_Dkが設定光強度の上限値
Ｐ_DkHを上回っているものとして、対応する可変光減衰
器４０ｋの減衰率を高めて分割光３８ｋの強度を弱め
（ステップ１０８）、ステップ９６に戻る。

【００２２】なお、ステップ１０６またはステップ１０
８を経たのちにステップ９６において検出光強度の読み
込みは、すべての分割光３８について行ってもよいが、
減衰率を変化させた可変光減衰器４０ｋに対応した分割
光３８ｋについてだけであってもよい。このように、減
衰率を変化させたものに対してのみ未検出光強度の読み
込みを行うと、光調整制御に要する時間を短縮すること
ができる。また、レーザ発振器３０は、連続発振、パル
ス発振のいずれであってもよい。ただし、レーザ発振器
３０がパルスレーザ光を出射する場合、レーザ出力制御
器３２の出力する発振トリガ信号をコントローラ６２に
入力し、このトリガ信号に同期してパルスレーザ光が出
射されているときに光強度検出器５８の検出値を読み込
むようにする。

【００２３】ところで、光路端末部のビームスプリッタ
５４-1〜５４-Nのそれぞれの光分割比率（光強度検出器
５８-1〜５８-Nに入射する分割光３８の割合）をαとし
た場合、各光ファイバ４４-1〜４４-Nの出射光強度をＰ
_fa〜Ｐ_fnとすると、各光強度検出器５８の検出光強度は
α・Ｐ_fi（ただし、ｉ＝ａ〜ｎ）であり、各被加工物５
２に照射される分割光３８の光強度は（１−α）・Ｐ_fi
となる。すなわち、図４に示したフローチャートのステ
ップ９８における比較に使用される分割光３８の検出強
度Ｐ_Diは、実際は、

【数４】Ｐ_Di＝（１−α）・Ｐ_fi が用いられることになる。そして、数式４に示したＰ_Di
の値は、コントローラ６２が与えられた光分割比率αに
基づいて演算する。

【００２４】このように、分割光３８の光路の途中に設
けた可変光減衰器４０の減衰率を変えることにより、光
学素子の製作誤差や経時変化の影響による光強度のばら
つき、変化を吸収でき、分割光３８の被加工物５２に照
射する光強度を容易に設定値に保持することが可能で、
高精度の加工を行うことができる。なお、前記実施の形
態においては、可変光減衰器４０を光ファイバ４４の入
射側に配設した場合について説明したが、光ファイバ４
４の出射側に設けてもよい。また、前記実施の形態にお
いては、光加工機に適用した場合について説明したが、
光露光装置や光計測装置等に適用してもよい。

【００２５】図５は、第２実施形態の説明図である。こ
の実施形態においては、ビームスプリッタ３６-1〜３６
-Nと可変光減衰器４０-1〜４０-Nとの間に、分割光３８
-1〜３８-Nの光路を遮断、解放可能な光シャッタ１１２
-1〜１１２-Nを配置し、任意の分割光３８を光ファイバ
４４に入射させないようにしてある。このように構成す
ることにより、光加工機に取り付けることができる光フ
ァイバ４４の最大本数Ｎを必要本数より多目にし、光フ
ァイバや光路上の光学素子が劣化して必要光強度を得ら
れない光分岐路が生じた場合には、その分岐路を光シャ
ッタ１１２によって遮断し、他の光分岐路を使用するよ
うにする。これにより、光加工機の稼働率が低下するの
を防止することができる。そして、図５は、光シャッタ
１１２-1が分割光３８-1の光路を遮断している状態を示
している。なお、光シャッタ１１２-1〜１１２-Nの設置
位置は、図５に示した位置に限定されない。

【００２６】図６は、図５に示した分配装置において、
光分岐路が劣化したことを検知して光シャッタ１１２に
よって光路を遮断する制御のフローチャートを示したも
のである。まず、図４に示したフローチャートと同様
に、使用する光ファイバ４４ａ〜４４ｎを選択してコン
トローラ６２に入力するとともに、それらの光ファイバ
４４のそれぞれの分割光３８の目標強度範囲Ｐ_DiL〜Ｐ
_DiHをコントローラ６２に入力する（ステップ１２０、
１２２）。そして、コントローラ６２は、加工開始命令
が入力されると、後述する可変光減衰器４０の減衰率を
調整した回数を計数するための予め与えられたパラメー
タＣａ〜Ｃｎを、

【数５】Ｃａ＝Ｃｂ＝Ｃｃ＝〓〓＝Ｃｎ＝０とする（ステップ１２４）。

【００２７】その後、コントローラ６２は、ステップ１
２６、１２８、１３０において、前記図４のステップ９
４、９６、９８と同様の処理を行う。そして、コントロ
ーラ６２は、ステップ１３０において、

【数６】Ｐ_DiL≦Ｐ_Di≦Ｐ_DiH を演算し、数式６が満足されている場合、ステップ１３
２に進んで加工が終了したか否かを判断する。加工が終
了している場合には、搬送装置に搬出入信号を送出し、
加工の終了した被加工物５２を搬出させるとともに、未
加工の被加工物５２を加工位置に搬入、位置決めさせる
（ステップ１３４）。また、被加工物５２の加工が終了
していない場合には、ステップ１２４に戻って前記の処
理を繰り返し、光加工を続行する。

【００２８】ステップ１３０において、数式６が成立し
ない分割光３８ｋ（ｋ＝ａ〜ｎ）がある場合、コントロ
ーラ６２は、ステップ１３６に進んでその分割光３８ｋ
の検出光強度Ｐ_Dkが設定された目標光強度範囲の下限値
Ｐ_DkLより小さいか否かを判断する。そして、

【数７】Ｐ_Dk＜Ｐ_DkL である場合、この分割光３８ｋに対応した可変光減衰器
４０ｋの減衰率を小さくし、分割光３８ｋの光強度を大
きくする（ステップ１３８）。そして、コントローラ６
２は、可変光減衰器４０ｋの減衰率を１回下げたことを
記憶（計数）したのち（ステップ１４０）、この計数値
Ｃ_kが予め定めた値Ｃ_Mに達したか否かを判断する（ス
テップ１４２）。

【００２９】コントローラ６２は、計数値Ｃ_kが予め定
めた値Ｃ_M以下、すなわち、

【数８】Ｃ_k≦Ｃ_M である場合、ステップ１２８に戻ってステップ１２８、
１３０の処理を行う。そして、減衰率を下げたにもかか
わらず、ステップ１３０において数式６が成立せず、ス
テップ１３６、１３８、１４０の処理が行われ、ステッ
プ１４２において、

【数９】Ｃ_k＞Ｃ_M となった場合、光学系の損傷によって分割光３８ｋの検
出光強度Ｐ_Dkを上昇させることができないと判断し、ス
テップ１４２からステップ１４４に進んで光シャッタ１
１２ｋを作動してその分岐路を遮断する。

【００３０】一方、可変光減衰器４０ｋの減衰率を下げ
た結果、ステップ１３０において数式６が成立したする
と、ステップ１３０からステップ１３２を介してステッ
プ１２４に戻り、計数値Ｃ_kをクリアしてステップ１２
６以下の処理を続行する。また、ステップ１３０におい
て数式６が成立せず、かつステップ１３６において数式
７が成立しなかった場合には、ステップ１３６からステ
ップ１４６に進み、可変光減衰器４０ｋの減衰率を大き
くして分割光３８ｋの光強度を小さくする。そして、こ
の場合にも減衰率を下げたときの処理と同様の処理を行
い（ステップ１４８、１５０）、ステップ１５０におい
て数式９が成立すると、その分岐路に異常が発生してい
るとしてシャッタ１１２ｋによって光路を遮断する。

【００３１】図７は、第３実施形態の説明図であって、
分割光３８の強度を被加工物５２からの反射光から求め
るようにしてある。すなわち、本実施の形態において
は、光強度検出器１５２（１５２-1〜１５２-N）が被加
工物５２に向けてあり、被加工物５２に照射された分割
光３８に追従して移動できるようにしてある。そして、
光強度検出器１５２の前側にはスリガラスなどから構成
した散乱板１５４が配置してあり、散乱板１５４を介し
て反射光の光強度を検出するようになっている。この実
施形態においても図４に示したフローチャートによる光
強度の調整をおこなうことができる。なお、この第３実
施形態の場合、光強度検出器１５２が検出する光強度
は、被加工物５２に照射されているレーザ光の実際の強
度をＰ_fiとすると、

【数１０】β・Ｐ_fi である。ここに、βは、散乱板１５４の反射・吸収によ
る減衰率及び被加工物５２の反射率を合わせたものであ
る。従って、図４のステップ９６における検出光強度
は、数式１０から推定して求めることになる。なお、こ
の第３実施形態においては、光強度検出器１５２に代え
て、例えばＣＣＤカメラのようなテレビカメラを使用し
て光強度を求めるようにしてもよい。

【００３２】図８は、可変光減衰器の他の実施形態を示
したものである。本実施の形態における可変光減衰器１
５８は、チャンバ１６０の中にエタロンからなる減衰器
本体１６２が配設してある。減衰器本体１６２は、一対
のフレーム板６４、６６を平行に対向配置してあって、
これらのフレーム板６４、６６間に、両者の間隔を一定
に保持するスペーサ１６４が介在している。また、チャ
ンバ１６０には、減衰器本体１６２の両側に窓１６６、
１６８が設けてあって、分割光３８を減衰器本体１６２
に入射させることができると共に、減衰器本体１６２か
ら出射された分割光３８をチャンバ１６０から出射でき
るようにしてある。そして、チャンバ１６０には、減衰
率調整器４１のドライバ１７２によって作動する圧力調
整器１７０が設けてあり、この圧力調整器１７０を介し
て高圧ガス１７４が導入されるようになっている。この
ように構成した本実施形態の可変光減衰器１５８は、チ
ャンバ１６０内のガス圧を変えると空間７６の屈折率が
変化し、一対のフレーム板６４、６６の間隔、すなわち
反射膜６８、７０の間隔が変化するのと同様に、エタロ
ンの光透過率を変化させることができる。従って、チャ
ンバ１６０内のガス圧を変えることにより減衰率を調整
できる。なお、可変光減衰器は、エタロンに限定される
ことはなく、さまざまな光学素子によって実現すること
ができる。

【００３３】図９は、被加工物にレーザ光を照射する照
射手段の一例を示す断面図であって、光強度検出器を内
蔵したトーチの断面図ある。図９において、トーチ１８
０は、先端に照射口１８１を有する円筒状のノズル１８
２を有し、ノズル１８２の後端に光ファイバ４４が接続
してあって、ノズル１８２内に分割光３８を出射できる
ようになっている。また、ノズル１８２内には、光ファ
イバ４４の端面に対向して、光ファイバ４４と光軸を一
致させたコリメートレンズ４６がホルダ１８４を介して
設けてあって、光ファイバ４４から出射された分割光３
８を平行レーザ光４８にできるようになっている。さら
に、ノズル１８２の内部には、コリメートレンズ４６の
出射側となる先端部に、ホルダ１８６を介して照射集光
レンズ５０が配設してあって、平行レーザ光４８を集光
させて被加工物に照射できるようにしてある。

【００３４】コリメートレンズ４６と照射集光レンズ５
０との間の光路上には、平行レーザ光４８の光軸に対し
て４５度傾斜させたビームスプリッタ５４が配置してあ
り、平行レーザ光４８の一部を分割し、ノズル１８２の
内周面に形成した凹部１８８にホルダ１９０を介して配
設した計測集光レンズ５６に入射させることができるよ
うになっている。そして、凹部１８８の底面には、計測
集光レンズ５６に対面して光強度検出器５８が設けてあ
り、この光強度検出器５８が計測集光レンズ５６を介し
て入射してきたレーザ光の強度を検出し、その検出値を
信号線６０を介してコントローラ６２に入力できるよう
になっている。また、照射集光レンズ５０より前側のノ
ズル１８２の先端部には、ガス導入孔１９２が形成して
あり、この導入孔１９２を介してアシストガス１９４を
ノズル１８２内に導入し、照射口１８１から被加工物に
噴射して、被加工物からの飛散物等がトーチやレンズに
付着するのを防止できるようにしてある。このように構
成したトーチ１８０は、光強度検出器５８を内蔵させて
あるため、光強度検出器５８を支持する機構を特に設け
る必要がなく、また各光学素子を安定に支持し、相互の
光軸ずれを防止して装置の簡素化が図れる。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、被照射物に照射する直前の光の強度または被照射物
からの反射光の強度を検出し、この検出値に基づいて一
対の反射板間の間隔を可変にできるエタロンなどの光強
度調整手段を制御して光路の減衰率を調整するようにし
ているため、レンズや光ファイバなどの光学素子の製作
誤差に基づく光強度のばらつき、光学素子の経時変化の
影響があったとしても、光の強度を容易に所望の値に保
持することができる。しかも、各分割光のそれぞれの光
路の減衰率を相互に独立して調整することができるよう
にしてあるため、各分割光の強度を任意に設定すること
ができ、光加工に必要な任意の光強度を容易に得ること
ができる。そして、光強度検出手段をレーザ切断機など
の照射手段に内蔵させると、光強度検出手段の支持機構
を特に設ける必要がなく、装置の簡素化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光分配装置の説明
図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る可変光減衰器の詳細
説明図である。

【図３】実施の形態に係る可変光減衰器の作用の説明図
である。

【図４】第１実施形態に係る光分配装置の作用を説明す
るフローチャートである。

【図５】本発明の第２実施形態に係る光分配装置の説明
図である。

【図６】第２実施形態の作用の説明図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る光分配装置の説明
図である。

【図８】可変光分配器の他の実施形態の説明図である。

【図９】実施の形態に係るトーチの断面図である。

【図１０】従来の光分配装置の説明図である。

【符号の説明】

３０レーザ発振器３２レーザ出力制御器３４レーザ光３６-1〜３６-N 分割手段（ビームスプリッタ）３８-1〜３８-N 分割光３９光強度調整手段（光強度調整装置）４０-1〜４０-N 可変光減衰器４１光減衰調整器４４-1〜４４-N 光ファイバ５０-1〜５０-N 照射手段（照射集光レンズ）５２-1〜５２-N 被照射物（被加工物）５６-1〜５６-N 光強度検出手段（光強度検出器）６２制御手段（コントローラ）１５２-1〜１５２-N 光強度検出器１８０照射手段（トーチ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射されて被照射物に照射され
る光の強度を制御する方法において、前記光の光路末端
部における光強度または前記被照射物からの反射光の強
度を検出し、この検出した光強度に基づいて、前記光路
における光減衰率を調整して前記被照射物に照射する光
の強度を予め設定した値に保持することを特徴とする光
強度制御方法。
【請求項２】前記光源が出射した光は複数に分割さ
れ、これら各分割光のそれぞれの光路の光減衰率を相互
に独立して調整することを特徴とする請求項１に記載の
光強度制御方法。
【請求項３】光源からの出射光を複数に分割する分割
手段と、この分割手段により分割された各分割光のそれ
ぞれの光路中に設けられ、各分割光の強度を調整する光
強度調整手段と、前記各分割光の光路末端部に配設さ
れ、前記分割光の光路末端部における光強度を検出する
光強度検出手段と、この光強度検出手段の検出信号に基
づいて前記光強度調整手段を制御し、被照射物に照射す
る前記分割光の強度を予め定めた値に調整する制御手段
とを有することを特徴とする光分配装置。
【請求項４】前記光強度検出手段は、前記分割光を被
照射物に照射する照射手段に内蔵してあることを特徴と
する請求項３に記載の光分配装置。
【請求項５】光源からの出射光を複数に分割する分割
手段と、この分割手段により分割された各分割光のそれ
ぞれの光路中に設けられ、各分割光の強度を調整する光
強度調整手段と、前記各分割光が照射される被照射物か
らの反射光の強度を検出する光強度検出手段と、この光
強度検出手段の検出信号に基づいて前記光強度調整手段
を制御し、前記被照射物に照射する前記分割光の強度を
予め定めた値に調整する制御手段とを有することを特徴
とする光分配装置。