JPH109867A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバを用いてレーザ光源のレーザ光線を
導光する構成に於いて、光ファイバとレーザ光線との結
合の調整を簡単にする。 【解決手段】半導体レーザ光源２０として収納するケー
シング２６と、該光源から発せられるレーザ光線を導光
する光ファイバ２２とを球面を有する結合調整手段を介
して接続し、球面を中心として光ファイバの先端を傾斜
可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測量機等に用いられ
レーザ光線を発するレーザ装置、特に光ファイバが用い
られる半導体レーザ光源の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年レーザダイオード（ＬＤ、半導体レ
ーザ）の高出力化、低価格化、ＬＤの安定供給が進むと
共にＬＤ励起固体レーザ装置及び発光したレーザ光線を
２次高調波、或は３次高調波化したレーザ装置が数多く
市場に出回る様になってきた。更に、ＬＤの低消費電
力、レーザとしての基本性能の良さから、従来のガスレ
ーザ等に取って代わりつつある。

【０００３】図４に於いて、２次高調波化したレーザ装
置である内部共振型ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）方式を用いた従来のＬ
Ｄ励起固体レーザ装置について説明する。

【０００４】図４中、８は発光部、９は光共振部であ
り、該発光部８はＬＤ発光器１０、集光レンズ１１を具
備し、更に光共振部９は誘電体反射膜１２が形成された
レーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）板１３、非線形光学媒質
（ＫＴＰ）１４、誘電体反射膜１５が形成された出力ミ
ラー１６から成り、該光共振部９に於いてレーザ光線を
ポンピングし、共振、増幅して出力している。レーザ光
源は、レーザ光線を発生させる為のものであり、半導体
レーザであるＬＤ発光器１０が使用されている。又、該
ＬＤ発光器１０が基本波を発生させるポンプ光発生装置
として機能を有する。

【０００５】前記した内部共振型ＳＨＧ方式の発振装置
を用いたＬＤ励起固体レーザのレーザ光源３では、単体
の半導体レーザ素子に比べ効率が悪く、この為発熱量が
大きい。この為、レーザ光源３を望遠鏡等の光学系が収
納された筐体に取付けると、Ｈｅ−Ｎｅ管方式のレーザ
光源と同様熱膨脹、熱変位に起因する精度の低下を招
く。

【０００６】従って、図６に示される様にレーザ光源３
からのレーザ光線を所要の位置迄光ファイバ２２により
導いて用いている。又、図５は光ファイバ２２によりレ
ーザ光源３を分離して機器に用いた例である。

【０００７】光学系１は鏡筒２内に設けられ、該鏡筒２
は筐体４に上下更に左右の２方向に回動自在に支持さ
れ、光源部２０からのレーザ光線を導く光ファイバ２２
のレーザ光線射出端２２ｂは鏡筒２の基部に固定され、
該鏡筒２の先端にはコリメートレンズ５が設けられてい
る。

【０００８】前記筐体４の所要位置、例えば前記レーザ
光線６を囲む鏡筒２、或は鏡筒２の支持機構から離れた
位置、例えば筐体４の後部にヒートシンク２１が筐体４
の後壁面、底面に密着して固着される。

【０００９】前記光源部２０は、前記レーザ光源３と該
レーザ光源３からのレーザ光線を所要位置に導く光ファ
イバ２２から成り、該光ファイバ２２は偏光方向を保存
したまま送光する定偏波光ファイバである。前記レーザ
光源３は前記ヒートシンク２１に熱抵抗を少なくして固
着され、前記光ファイバ２２のレーザ光線入射端２２ａ
は前記レーザ光源３のレーザ光線射出位置に集光レンズ
１７を介して固定され、レーザ光線射出端２２ｂは前記
コリメートレンズ５の光軸上、前記鏡筒２の基端位置に
固定され、前記レーザ光源３からのレーザ光線を光学系
１に導く。

【００１０】前記光ファイバ２２のレーザ光線射出端２
２ｂから射出されたレーザ光線６は前記コリメートレン
ズ５で平行光束とされ、筐体４より照射される。

【００１１】前記した様に、発熱部であるレーザ光源３
は前記ヒートシンク２１に固着され、該レーザ光源３の
発熱は前記ヒートシンク２１を介して筐体４の外部に放
射するので、筐体４内の温度の上昇が抑制され、而もヒ
ートシンク２１が鏡筒２、鏡筒２支持機構から離れてい
るので、光源部２０の熱が前記鏡筒２に伝わりにくく精
度に影響を及ぼすことがない。

【００１２】上記光ファイバ２２により前記内部共振型
ＳＨＧ方式の発振装置のレーザ光源３からのレーザ光線
を前記光ファイバ２２のレーザ光線入射端２２ａに導
き、更に光学系１へ導く場合にレーザ光線出力部と光フ
ァイバ２２のレーザ光線入射端２２ａとの位置合わせに
高い精度が要求される。結合効率は集光レンズの収差に
もよるが、光ファイバの傾き、及び位置の偏差による影
響が大きい。

【００１３】従って、前記光ファイバ２２の入射端固定
に際しては、レーザ光線が効率良く前記光ファイバ２２
に入射する様に光ファイバ２２の入射端をレーザ光線に
対して垂直な面内で上下左右に移動する調整、光軸に対
して傾斜させる調整、光軸方向の調整が必要であり、更
にレーザ光線の偏波方向を調整する場合は光軸を中心と
した回転方向の調整も必要である。

【００１４】図７，図８に於いてレーザ光源３と従来の
光ファイバ２２との結合方法について説明する。

【００１５】ケーシング２６は偏平で上部が開口した直
方体形状であり、上部開口部は蓋２７により閉塞され
る。前記ケーシング２６の底面に電子冷凍素子（ＴＥ
Ｃ）２３を介してレーザ共振器部３４が固着される。該
レーザ共振器部３４には温度監視用のサーミスタ２４が
取付けられており、該サーミスタ２４による検出結果は
図示しない制御器に入力され、前記電子冷凍素子２３を
介して前記レーザ共振器部３４の温度制御がなされる。

【００１６】該レーザ共振器部３４は図６にも示した様
にＬＤ発光器１０の光軸上に配設されたＬＤ発光器１
０、集光レンズ１１（図８では図示せず）、誘電体反射
膜１５が形成された出力ミラー１６を有し、更に出力ミ
ラー１６の反ＬＤ発光器１０側に配設されたホットミラ
ー１８を有し、これらを一体化した構成を有する。前記
ホットミラー１８は基本波である１０６４nmに対して高
反射特性であり、ＳＨＧ波である５３２nmに対しては高
透過の特性を有している。

【００１７】前記ＬＤ発光器１０の光軸に合致し、前記
ケーシング２６を貫通するレーザ光線射出孔２８が設け
られ、該レーザ光線射出孔２８の外面側には円筒状のホ
ルダ３３を前記ＬＤ発光器１０の光軸に合致させて設
け、該ホルダ３３にはホルダチューブ４２が挿通され、
該ホルダチューブ４２には光ファイバ２２のレーザ光線
入射端２２ａが嵌入されている。前記ホルダ３３と前記
ホルダチューブ４２間とは充分な間隙が設けられ、ホル
ダ３３に対して自在に傾斜させ得る様になっている。

【００１８】光ファイバ２２の位置合わせはレーザ光線
入射端２２ａを光軸に対して直交する方向の上下左右及
び軸心方向の変位、光軸を中心とする回転の調整を必要
とされる為、前記した様にかなりな緩めの嵌合であり、
図８の如く間隙が設けられている。

【００１９】位置合わせが完了すると、前記光ファイバ
２２は前記ホルダチューブ４２を介して接着剤、ハンダ
付け又は機械的な固定部品等によりホルダ３３に固定さ
れる。一般的には間隙を接着剤で充填して、レーザ光線
入射端２２ａが固定されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光ファ
イバ２２とレーザ光源３との結合方法では、レーザ光線
入射端２２ａの位置調整、即ちレーザ光線入射端２２ａ
の上下左右及び前後の位置、回転、傾斜の調整も可能で
あるが、その反面調整し正確な位置合わせを行うには精
度の高い工具が必要である。更に接着剤により接着する
場合、嵌合隙間が大きい為に接着剤が硬化する時の収縮
により引張られ、調整が狂うことがある。又ハンダ付け
では熱を伴う為接続調整のみならず全体の調整が狂うこ
とが多い。固定部品では、螺子締め等何等かの物理的な
固定方法が使われ、嵌合隙間をある程度残したまま固定
する為、固定による歪みが調整に影響を与える。更に内
部共振型ＳＨＧ方式のレーザ発振装置では発熱量が大き
く、物理的に固定した場合に、隙間を残したままである
から固定歪みを増長する可能性がある等の問題があっ
た。

【００２１】本発明はレーザ光源と光ファイバの結合調
整を容易にすると共に、調整後の狂いがなく、更に経時
変化の少ない光ファイバの結合を可能にしようとするも
のである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
光源として収納するケーシングと、該光源から発せられ
るレーザ光線を導光する光ファイバとは球面を有する結
合調整手段を介して接続されたレーザ装置に係り、又半
導体レーザを励起用光源とするレーザ共振器部を収納す
るケーシングと、該レーザ共振器部から発せられるレー
ザ光源を導光する光ファイバとは球面を有する結合調整
手段を介して接続されたレーザ装置に係り、又光ファイ
バのレーザ光線入射端が光軸に対して直交する方向に移
動可能であると共に傾斜及び軸心方向に変位可能に支持
されているレーザ装置に係り、又前記ケーシングにレー
ザ光線射出孔を穿設し、該レーザ光線射出孔に対して筒
状のホルダを設け、該ホルダに少なくとも一部が球状と
なっているボールジョイントを保持させ、該ボールジョ
イントに光ファイバのレーザ光線入射端を保持させたレ
ーザ装置に係り、又光ファイバのレーザ光線入射端が光
軸に対して捻転可能に支持されているレーザ装置に係
り、又ボールジョイントがレーザ光線入射端と共にＧＲ
ＩＮレンズを保持するレーザ装置に係るものであり、レ
ーザ光線入射端を光軸に対して直交する方向に移動調整
し、又レーザ光線入射端を光軸に対して傾動、捻転させ
て調整し、更に光軸方向に変位させて調整し、レーザ共
振器部から光ファイバへのレーザ光線入射効率を適正に
する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２４】図１、図２に於いて図７、図８中で示した
ものと同一のものには同符号を付してある。

【００２５】ケーシング２６は偏平で上部が開口した直
方体形状であり、上部開口部は蓋２７により閉塞され
る。前記ケーシング２６の底面に電子冷凍素子（ＴＥ
Ｃ）２３を介してレーザ共振器部３４が固着される。該
レーザ共振器部３４には温度監視用のサーミスタ２４が
取付けられており、該サーミスタ２４による検出結果は
図示しない制御器に入力され、前記電子冷凍素子２３を
介して前記レーザ共振器部３４の温度制御がなされる。
又、必要に応じて該レーザ共振器部３４から射出される
レーザ光線の一部を光分割手段により分割し、レーザ光
線の一部を受光器（図示せず）で受光し、該受光器から
出力される受光信号をレーザ出力制御器（図示せず）に
フィードバックし、該レーザ出力制御器により発光され
るレーザ光線の強度が設定した値となる様ＬＤ発光器１
０の出力を制御してもよい。

【００２６】前記ＬＤ発光器１０の光軸に合致し、前記
ケーシング２６を貫通するレーザ光線射出孔２８が設け
られ、該前記レーザ光線射出孔２８の外面側には円筒状
のホルダ３３を前記ＬＤ発光器１０の光軸に合致させて
設け、該ホルダ３３にはボールジョイント３１を嵌合す
る。前記ホルダ３３は前記ケーシング２６の取付け面に
沿って、即ち前記レーザ共振器部３４の光軸と直交する
面内を変位可能とし、前記ボールジョイント３１を保持
した状態で前記ホルダ３３の光軸と直交する面内での位
置調整が可能となっている。

【００２７】前記ボールジョイント３１の前記レーザ共
振器部３４側端部は球状部３１ａに、前記ボールジョイ
ント３１の反レーザ共振器部３４側はパイプ状の光ファ
イバ保持部３１ｂとなっており、前記球状部３１ａは前
記ホルダ３３に嵌合し、前記光ファイバ保持部３１ｂは
前記ホルダ３３から延出しており、該光ファイバ保持部
３１ｂには前記光ファイバ２２のレーザ光線入射端２２
ａが嵌入保持されている。

【００２８】前記ボールジョイント３１の前記球状部３
１ａ側には集光レンズとしてのＧＲＩＮレンズ（セルフ
ォックレンズ）３０が嵌設されており、該ＧＲＩＮレン
ズ３０は前記レーザ共振器部３４から発せられたレーザ
光線を前記光ファイバ２２の端面に合焦する様に設けら
れている。

【００２９】前記球状部３１ａは前記ホルダ３３に適宜
に嵌合保持され、前記ボールジョイント３１に所定以上
の力を加えることで、光軸に対して傾斜する回転、軸心
を中心とした捻転、軸心方向の移動が可能となってい
る。而して、ボールジョイント３１は光ファイバ２２を
保持した状態でレーザ光線入射端２２ａの端面中心を中
心として光軸に対して傾斜する方向の回転調整、光軸を
中心とする捩り方向の捻転調整、光軸方向の位置調整が
行える。

【００３０】上述した様に、前記レーザ共振器部３４と
前記レーザ光線入射端２２ａとの結合状態が前記レーザ
共振器部３４からレーザ光線入射端２２ａのレーザ光線
の入射効率に影響する。従って、前記ケーシング２６に
対する前記ホルダ３３の移動を行い、更に該ホルダ３３
に対し前記ボールジョイント３１の回転、捻転、位置調
整を行い、前記レーザ共振器部３４と前記光ファイバ２
２との光軸調整、該レーザ共振器部３４から発せられる
レーザ光線と該光ファイバ２２の偏光面の合致、レーザ
光線の合焦位置が該光ファイバ２２の端面に一致する様
に調整する。而して、前記レーザ共振器部３４から発せ
られたレーザ光線の該光ファイバ２２への入射効率を最
大とすることができる。

【００３１】最終的な調整が完了した後は、前記ホルダ
３３と前記ボールジョイント３１とを接着剤により固定
する。尚、ホルダ３３とボールジョイント３１は嵌合さ
れている為接着剤の入込みが防止されファイバ端面を汚
すことはない。

【００３２】次に、図３に於いて他の実施の形態を説明
する。尚、図中、図２中で示したものと同一のものには
同符号を付してある。

【００３３】通孔３６が穿設されたホルダ３５はレーザ
光線射出孔２８と同心となる様ケーシング２６に固着さ
れ、前記通孔３６の先端にはテーパ３７が形成され、又
前記ホルダ３５には袋ナット３８が螺合外嵌している。
前記ホルダ３５は前記ケーシング２６の取付け面に沿っ
て変位可能とされ、光軸に対して直交する２方向に位置
調整可能となっている。前記袋ナット３８には前記通孔
３６と同心となる孔３９が穿設されており、該孔３９の
内面側には前記テーパ３７と対峙するテーパ４０が形成
されている。前記ホルダ３５と前記袋ナット３８との間
には前記テーパ３７と前記テーパ４０とに当接する球体
のボールジョイント４１が挾設される。レーザ光線入射
端２２ａが嵌着されると共に先端側にＧＲＩＮレンズ３
０が嵌着されたホルダチューブ４２が前記ボールジョイ
ント４１に貫通している。前記ホルダチューブ４２はボ
ールジョイント４１に対して光軸方向にスライド可能と
なっている。

【００３４】而して、前記袋ナット３８を緩めること
で、前記ボールジョイント４１が回転可能となり、前記
レーザ光線入射端２２ａの回転、捻転、位置調整を行
い、レーザ共振器部３４と前記光ファイバ２２との光軸
調整、前記レーザ共振器部３４から発せられるレーザ光
線と前記光ファイバ２２の偏光面の合致、レーザ光線の
合焦位置が該光ファイバ２２の端面に一致する様に調整
する。

【００３５】最終的な調整が完了した後は、前記ホルダ
３５を固定した後、前記袋ナット３８を締込み、更に該
ホルダ３５と前記ボールジョイント４１とを接着剤によ
り固定する。尚、該ボールジョイント４１にスリットを
形成し、前記袋ナット３８を締込むことで、前記ボール
ジョイント４１が縮小する様にし、前記袋ナット３８の
締込みで前記レーザ光線入射端２２ａの該ボールジョイ
ント４１に対する固定が同時に行われる様にしても良
い。

【００３６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、レーザ
を使用する測量用のレーザ装置に於いて、光ファイバに
よりレーザ光線を導くことでレーザ光源部の発熱部を光
学系、光学系支持装置から熱的に隔離して設けられるの
で、熱による精度の低下を防止し得、光学系の動作に熱
の影響を排除することができ、更に光ファイバとレーザ
光源との結合に於いて、組立状態で光ファイバの回転、
捻転、位置調整をすることができるので部品単体に高精
度を要求する必要がなくなり、又調整過程で精細微妙な
作業を要求されないので作業性が著しく向上、更に結合
精度が向上することで高効率な結合が可能になる等の優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す平面図である。

【図２】同前実施の形態を示す側断面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図であ
る。

【図４】内部共振型ＳＨＧ方式を用いたＬＤ励起固体レ
ーザ装置を示す概略構成図である。

【図５】レーザ光源と光学系とを光ファイバで接続した
例を示す概略構成図である。

【図６】該レーザ光源と光ファイバとの関係を示す概略
構成図である

【図７】従来例を示す平面図である。

【図８】同前従来例の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

３ レーザ光源 １０ ＬＤ発光器 ２２ 光ファイバ ２６ ケーシング ３０ ＧＲＩＮレンズ ３１ ボールジョイント ３３ ホルダ ３４ レーザ共振器部 ３５ ホルダ ４１ ボールジョイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 政裕 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 後藤 義明 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ光源として収納するケーシ
   ングと、該光源から発せられるレーザ光線を導光する光
   ファイバとは球面を有する結合調整手段を介して接続さ
   れたことを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体レーザを励起用光源とするレーザ
   共振器部を収納するケーシングと、該レーザ共振器部か
   ら発せられるレーザ光源を導光する光ファイバとは球面
   を有する結合調整手段を介して接続されたことを特徴と
   するレーザ装置。
3. 【請求項３】 光ファイバのレーザ光線入射端が光軸に
   対して直交する方向に移動可能であると共に傾斜及び軸
   心方向に変位可能に支持されている請求項１、請求項２
   のレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記ケーシングにレーザ光線射出孔を穿
   設し、該レーザ光線射出孔に対して筒状のホルダを設
   け、該ホルダに少なくとも一部が球状となっているボー
   ルジョイントを保持させ、該ボールジョイントに光ファ
   イバのレーザ光線入射端を保持させた請求項１、請求項
   ２のレーザ装置。
5. 【請求項５】 光ファイバのレーザ光線入射端が光軸に
   対して捻転可能に支持されている請求項３のレーザ装
   置。
6. 【請求項６】 ボールジョイトがレーザ光線入射端と共
   にＧＲＩＮレンズを保持する請求項１、請求項２のレー
   ザ装置。