レーザ加工装置
【課題】加工用ビームの強度やその変化を精度良く表した受光量信号を取得する。
【解決手段】レーザ光源１０から光ファイバ３を介してヘッド部２に導かれたレーザ光をダイクロイックミラー２２に導き、ダイクロイックミラー２２で反射したレーザ光を加工用ビームとして出射する。ミラー２２からの透過光の光路には、加工用ビームの強度をモニタするためのフォトダイオード２３と、フォトダイオード２３に入る光を減衰させるための光減衰フィルタ２４とが設けられる。ダイクロイックミラー２２の設計上の透過率は、透過光量の誤差によりＰ波とＳ波との間に生じる透過率の差が許容範囲内に収まることを条件に定められる。
【解決手段】レーザ光源１０から光ファイバ３を介してヘッド部２に導かれたレーザ光をダイクロイックミラー２２に導き、ダイクロイックミラー２２で反射したレーザ光を加工用ビームとして出射する。ミラー２２からの透過光の光路には、加工用ビームの強度をモニタするためのフォトダイオード２３と、フォトダイオード２３に入る光を減衰させるための光減衰フィルタ２４とが設けられる。ダイクロイックミラー２２の設計上の透過率は、透過光量の誤差によりＰ波とＳ波との間に生じる透過率の差が許容範囲内に収まることを条件に定められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、文字や図形などのパターンをマーキングしたり、穴開け、切断、トリミングなどの加工を行う目的に用いられるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置として、ダイクロイックミラーにより分離された非可視レーザ光を加工用ビームとして出射すると共に、ダイクロイックミラーにより分離されたもう一方の光を受光素子により受光し、その受光量を加工用ビームの強度を表す情報として使用するものがある。また、この種のレーザ加工装置では、可視光線によるガイド光を加工用ビームの光路に沿って出射することにより、直接には視認できない加工用ビームの照射位置や照射の方向を確認できるようにしている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、非可視レーザ光を発するレーザ光源の光軸上にビームスプリッタとダイクロイックミラーとが一体化された鏡体を設けると共に、この鏡体を介してレーザ光源と同じ軸にあたる位置に可視レーザ光源を配備し、ダイクロイックミラーを透過した非可視レーザ光による測定光とダイクロイックミラーで反射した可視レーザ光によるガイド光とを外部に出射する構成の装置が開示されている。
【０００４】
また特許文献１には、鏡体により分岐された光路上に非可視レーザ光の参照用信号を取得するための受光素子（フォトダイオード）を配備することも記載されている。さらに、非可視レーザ光を直交する２つの偏光成分を有する光とし、可視レーザ光を直線偏光の光とし、受光素子とダイクロイックミラーとの間に可視レーザ光の偏光成分を遮断するための偏光板を配備することにより、受光素子にガイド光の強度を表す成分が入射するのを防いで、参照用信号の品質を確保することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、加工用のレーザ光源とガイド光用の可視光源とをミキシングミラー（可視光域を含む波長域の光を透過させるダイクロイックミラーであると思われる。）を介して光軸を合わせた状態で配置し、ミキシングミラーで反射した加工用ビームとミキシングミラーを透過した可視ガイド光とを外部に出射する一方、レーザ光源からミキシングミラーを透過した光の光路に受光素子を設けた構成のレーザ加工装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６４９５１号公報
【特許文献２】特開２００７−６１８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年は、レーザ光源からのレーザ光を光ファイバを介してヘッド部に導く構成のレーザ加工装置が普及しているが、このタイプのレーザ加工装置では、レーザ光が光ファイバを通過する間の増幅作用などによってレーザ光の偏光特性（Ｐ波とＳ波との強度比）が変動する。しかも、光ファイバが動かされると、ヘッド部に入光するレーザ光の偏光特性が変わってしまうため、特許文献１に記載されている構成を採用するのは難しい。ヘッド部に入るレーザ光の偏光特性が変わると、偏光板を通過して受光素子に入射する光の強度も変動し、受光量信号の精度を確保できないからである。
【０００８】
特許文献２に記載された発明では、可視光源からの光は全てダイクロイックミラーを透過してガイド光として出射されるので、可視光が受光素子の方に向かうおそれがなく、偏光板を使用しなくとも、ガイド光の影響が除外された受光量信号を得ることができる。しかしながら、ダイクロイックミラーでのＰ波の透過率とＳ波の透過率との差が大きくなると、ミラーを透過して受光素子に入射する光における各偏光成分の比率と、加工用ビームとして出射される反射光における各偏光成分の比率とが異なる状態になる。このため、光ファイバ式のレーザ加工装置に特許文献２に示された構成をそのまま導入すると、光ファイバからのレーザ光の偏光特性が変動した場合に、その変動を正しく認識するのが困難になる。
【０００９】
たとえば、ダイクロイックミラーのＰ波の透過率がＳ波の透過率を大幅に上回る場合に、光ファイバからのレーザ光のＰ波の強度が大幅に低下すると、加工用ビームとなる反射光中のＰ波の強度も同様に低下し、加工用ビーム全体の強度も低下する。しかし、モニタ用の透過光におけるＰ波の低下の度合いは比較的緩やかになり、透過光全体の強度の低下幅も小さくなるので、加工用ビームの強度が低下したことを正しく認識できないおそれがある。また光ファイバからのレーザ光のＳ波の強度が大幅に高められると、加工用ビームとなる反射光中のＳ波の強度も同様に高められて、加工用ビーム全体の強度も高められる。しかし、モニタ用の透過光のＳ波の強度の上昇幅はさほど大きくならない可能性があり、そのため加工用ビームの強度が高められたことを正しく認識できないおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の問題点に着目し、加工用ビームの強度やその変化を精度良く表した受光量信号を取得できるようにすることを、技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザ光源からのレーザ光が光ファイバを介してヘッド部に導かれ、ヘッド部においてレーザ光がダイクロイックミラーにより２つの光路に分けられて、一方の光路のレーザ光が加工用ビームとして外部に出射されると共に、他方の光路に加工用ビームの強度をモニタするための受光素子が設けられた構成のレーザ加工装置に適用される。本発明では、ダイクロイックミラーは、２つの光路におけるレーザ光の偏光特性が同等になるように設計される。またダイクロイックミラーと受光素子との間には光減衰フィルタが設けられる。
【００１２】
上記構成においては、Ｐ波とＳ波との透過率（反射率と言い換えてもよい。以下も同じ。）の比率が概ね１となるように設計されたダイクロイックミラーが用いられるのが望ましい。このような特性のミラーによれば、反射光における各偏光成分の強度比と透過光における各偏光成分の強度比とをほぼ同一にすることができる。よって、反射光および透過光のいずれが加工用ビームとして使用される場合でも、各偏光成分が加工用ビームにおけるのと同様の比率で含まれる光を受光素子に導くことが可能になる。
この関係は、光ファイバからヘッド部に入るレーザ光の偏光特性が変動しても維持されるので、加工用ビームの偏光特性が変化した場合には、モニタ用の光にも同様の変化が生じ、光全体の強度の変化の状態も同様になる。よって、モニタ用の光の精度を確保することができる。
【００１３】
ただし、実際のダイクロイックミラーの特性は設計どおりにはならず、誘電体層の構造のばらつきなどによって、ダイクロイックミラーからの透過光量に誤差が生じる。この透過光量の誤差は、偏光成分によって異なる場合があるので、各偏光成分の透過率に差が生じる。このため、モニタ用の光として分離される光の割合を小さくすると、透過光量の誤差が透過率に大きな影響を及ぼし、偏光成分間の透過率の差が大きくなる。そうなると、モニタ用の光の偏光特性と加工用ビームの偏光特性との間の相違が大きくなり、モニタ用の光の精度が低下する。
【００１４】
一方、モニタ用の光として分離される光の割合を大きくすると、透過光量の誤差が透過率に及ぼす影響が小さくなるので、偏光成分間の透過率の差を許容範囲内に収めることができる。しかし、モニタ用の光の強度が高まるため、その光を受ける受光素子に飽和が生じるおそれがある。
【００１５】
上記の問題に関して、本発明では、ダイクロイックミラーと受光素子との間に光減衰フィルタを設けているので、モニタ用の光と加工用ビームとの間における各偏光成分の透過率の差が許容範囲に収まるようにモニタ用の光の光量を上げた上で、その光を光減衰フィルタにより受光素子が飽和しない程度まで減衰させて、受光素子に導くことができる。これにより、受光素子から、加工用ビームの強度を精度良く表す受光量信号を安定して取得することが可能になる。
【００１６】
上記のレーザ加工装置の一実施形態では、レーザ光源から出射されたレーザ光に対するダイクロイックミラーからの反射光が加工用ビームとして出射されると共に、この反射光路にダイクロイックミラーを介して光軸を合わせた可視光源が設けられる。またダイクロイックミラーは、レーザ光源から出るレーザ光の波長域の一部および可視光源から出る可視光を透過させる特性を具備する。
【００１７】
上記の構成によれば、レーザ光源から出てダイクロイックミラーで反射したレーザ光が加工用ビームとして出射されると共に、可視光源から出てダイクロイックミラーを透過した可視光が加工用ビームに沿って出射される。これにより可視光源からの光をガイド光として機能させることができる。また、レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光がモニタ用の光として機能することになるが、可視光源からの光の殆どがダイクロイックミラーを透過するので、ダイクロイックミラーで反射してモニタ用の光の光路に沿って進む可視光がモニタ用の光に影響を及ぼすおそれがない。
【００１８】
他の実施形態では、レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光を受光素子に導くための第１の導光路と、可視光源から出た可視光をダイクロイックミラーに導くための第２の導光路とが設けられると共に、双方の導光路がダイクロイックミラーに対応する場所で連通する。
さらに光減衰フィルタとして反射型減衰器が用いられる。この反射型減衰器は、第１の導光路内に傾けられた姿勢で配備され、その傾きにより、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を、可視光源に向かって進む光にならない方向に反射させる。
なお、「可視光源に向かって進む光」には、反射型減衰器から第２の導光路に直接入って可視光源に向かって進む光のほか、反射型減衰器からダイクロイックミラーに入った後に、当該ミラーで反射して第２の導光路に入り、可視光源に向かって進む光が含まれる。
【００１９】
上記の構成によれば、ダイクロイックミラーから反射型減衰器を経て受光素子に向かうモニタ用の光と可視光源からダイクロイックミラーに向かうガイド用の光とを、それぞれ導光路により安定して導くことができる。また反射型減衰器で反射したレーザ光が可視光源に向かって進む光とならずに反射するように反射型減衰器の姿勢が調整されているので、反射によるレーザ光が可視光源に照射されて可視光源が破壊されるのを防ぐことができる。
【００２０】
上記の反射型減衰器に係る一実施形態では、反射型減衰器は、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第１の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される。また他の実施形態では、反射型減衰器は、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第２の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される。
【００２１】
また各実施形態において、反射型減衰器からの反射光が導かれる導光路の壁面に、反射型減衰器からの反射光を吸収または拡散させるための加工を施せば、当該壁面に導かれたレーザ光を当該壁面で吸収または拡散することができるので、反射型減衰器で反射したレーザ光が可視光源に導かれるのを、より確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ダイクロイックミラーにより分離された加工用ビームと偏光特性が同等の光であって、受光素子を飽和させることがない強度の光を受光素子に導くことができる。よって受光素子により得られる受光量信号に基づき、加工用ビームの強度やその変化の状態を精度良く認識することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例にかかるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】第１の変形例にかかるヘッド部の構成を示す図である。
【図３】図２と同じ構成のヘッド部に関して、反射型減衰器からの反射光の別の光路を示した図である。
【図４】第２の変形例にかかるヘッド部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明が適用されたレーザ加工装置の構成例を示す。
この実施例のレーザ加工装置は、レーザ光源１０を含むコントローラ１と、レーザ光源１０からのレーザ光を処理して加工用ビームを出射するヘッド部２と、コントローラ１とヘッド部２とを結ぶ光ファイバ３とを有する。コントローラ１には、レーザ光源１０のほか、コンピュータを含む制御回路１１、受光回路１２、表示部１３などが設けられる。
【００２５】
ヘッド部２には、光学ユニット２０、アイソレータ２１、一対のガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂ、集光レンズ２７などが含まれる。光学ユニット２０は、Ｌ字状に連通した導光路２０１，２０２を有する支持部材２００にダイクロイックミラー２２、フォトダイオード２３、光減衰フィルタ２４、レーザダイオード２５を固定した構成のものである。支持部材２００はアルミニウム製であって、導光路２０１，２０２の壁面には、黒色アルマイトなどによる光吸収膜（図１では示さず。）が形成されている。またフォトダイオード２３はコントローラ１の受光回路１２に電気接続されている。
【００２６】
レーザ光源１０には、赤外光域の光を発する発振素子が含まれる。制御回路１１は、このレーザ光源１０の発光動作および発光強度を制御する。
レーザ光源１０から出射された赤外レーザ光は光ファイバ３内で増幅されてヘッド部２内のアイソレータ２１に導かれる。アイソレータ２１は、赤外レーザ光の光ファイバ３への逆戻りを防止し、赤外レーザ光を光学ユニット２０に向けて進行させる。
【００２７】
ダイクロイックミラー２２は、アイソレータ２１から出た赤外レーザ光の光路上に、その光路の中心軸に対して鏡面を４５度傾けた姿勢で配備される。光減衰フィルタ２４およびフォトダイオード２３は、このダイクロイックミラー２２から透過する赤外レーザ光の光路に配備される。
【００２８】
レーザダイオード２５は、可視レーザ光を発するもので、赤外レーザ光の反射光路にダイクロイックミラー２２を介して光軸を合わせた状態で配備される。レーザダイオード２５から出た可視レーザ光は、導光路２０１を進行してダイクロイックミラー２２に導かれる。
【００２９】
ダイクロイックミラー２２は、赤外光域内の約５％にあたる波長域の光と可視光とを透過させ、その他の波長域の光を反射させる特性を具備する。またこのダイクロイックミラー２２は、偏光透過率比がほぼ１．０になるように設計されている。偏光透過率比は、Ｓ波の透過率Ｔｓに対するＰ波の透過率Ｔｐの比（Ｔｐ／Ｔｓ）である。
【００３０】
上記特性のダイクロイックミラー２２によれば、光ファイバ３およびアイソレータ２１を介してダイクロイックミラー２２に導かれた赤外レーザ光のうちの一部がダイクロイックミラー２２を透過し、残りの赤外レーザ光は、ダイクロイックミラー２２で反射してガルバノミラー２６Ａへと導かれる。このガルバノミラー２６Ａともう一方のガルバノミラー２６Ｂとにより赤外レーザ光の照射位置および照射方向が定められる。各ガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂを経た赤外レーザ光は、集光レンズ２７により絞り込まれて、加工用ビームとして外部に出射される。
【００３１】
なお、図１には示していないが、ガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂは、コントローラ１の制御回路１１に電気接続され、制御回路１１からの信号によって各ミラー２６Ａ，２６Ｂのモータの回転方向や回転量が制御される。
【００３２】
レーザダイオード２５から出た可視レーザ光は、ダイクロイックミラー２２を透過し、当該ミラー２２で反射した赤外レーザ光と同じ光路を辿って、ガイド光として外部に出射される。
【００３３】
導光路２０２は、ダイクロイックミラー２２を透過した赤外レーザ光を、フォトダイオード２３に導くためのものであるが、両者の間には光減衰フィルタ２４が設けられる。
光減衰フィルタ２４として、この実施例では反射型減衰器を使用する。この反射型減衰器２４は、導光路２０２内に、他方の導光路２０１との連通位置から十分な距離を隔て、導光路２０１への連通側の壁面に反射面を向けた姿勢で配備される。また導光路２０２の壁面のうち、少なくとも導光路２０１への連通位置から反射型減衰器２４の配置位置までの範囲の壁面に、周方向に沿って複数のＶ字状溝２０４が形成されている。これらＶ字状溝２０４やその周囲にも、前記した光吸収膜が形成されている。
【００３４】
ダイクロイックミラー２２を透過した赤外レーザ光は、反射型減衰器２４に導かれ、そのうちの一部が反射型減衰器２４を透過してフォトダイオード２３に入射する。残りの赤外レーザ光は、反射型減衰器２４内のミラーで反射するが、その反射の方向がＶ字状溝２０４が形成されている壁面に向かうようにミラーが傾けられているので、反射した赤外レーザ光の大半はＶ字状溝２０４の形成範囲に照射されて拡散され、光吸収膜に吸収される。また、反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光の一部は、ダイクロイックミラー２２の中心部から離れた場所に入射して導光路２０１の壁面に向かって反射する（後記する図３に点線Ｑで示すのと同じ経路を辿ることになる。）が、導光路２０１の壁面にも光吸収膜が形成されているので、この経路を辿る赤外レーザ光も光吸収膜に吸収される。
よって、光減衰フィルタ２４で反射した赤外レーザ光がダイクロイックミラー２２に戻ってレーザダイオード２５の方に反射するのを防ぐことができる。
【００３５】
光減衰フィルタ２４を通過した赤外レーザ光を受光したフォトダイオード２３からの受光量信号は、コントローラ１の受光回路１２に入力される。受光回路１２には、この受光量信号を増幅する回路やディジタル変換のためのＡ／Ｄ変換回路が含まれる。制御回路１１は、ディジタル変換後の受光量信号を入力して、その信号が示す受光量を表示部１３に表示する。また受光量信号が示す受光量に基づきレーザ光源１０の発光強度を調整したり、受光量が著しく低下した場合に表示部１３等によるエラー報知を実行する。
【００３６】
この実施例のダイクロイックミラー２２は、偏光透過率比を約１．０とし、赤外光域の光に対する透過率を約５％とする設計に基づき、製作されたものである。この特性のダイクロイックミラー２２と光減衰フィルタ２４とを用いることにより、フォトダイオード２３より出力される受光量信号を加工用ビームの強度を精度良く示すものにすることができる。以下、その理由について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、ダイクロイックミラー２２および光減衰フィルタ２４を透過した赤外レーザ光を「透過レーザ光」といい、ダイクロイックミラー２２で反射した赤外レーザ光を「反射レーザ光」という。
【００３７】
まず、設計どおりのダイクロイックミラー２２では、Ｐ波の透過率とＳ波の透過率とが等しくなるので、透過レーザ光におけるＰ波とＳ波との比率は反射レーザ光におけるＰ波とＳ波との比率とほぼ同じになると考えられる。これにより、透過レーザ光の強度は、反射レーザ光の強度を正しく表すものになる。
仮に光ファイバ３が動くなどしてヘッド部２に入る赤外レーザ光の偏光特性（Ｐ波とＳ波との強度比率）が変わったとしても、加工用ビームと透過用ビームとの偏光特性が等しくなる状態に変わりはないので、引き続き反射レーザ光の強度を正しく反映した透過レーザ光を得ることができる。よって、ヘッド部２に入る赤外レーザ光の偏光特性の変化に左右されることなく、透過レーザ光の強度に基づき加工用ビームの強度やその変化状態を把握することができる。
【００３８】
ところが、実際に製造されるダイクロイックミラーでは、誘電体層の微小な構造の違いなどの影響でミラーを透過する光の強度にばらつきが生じ、それによって透過率に誤差が生じる。Ｐ波の透過率とＳ波の透過率とに等しく誤差が生じるのであれば、偏光透過率比を１．０にすることができるが、現実には、透過率の誤差は偏光成分によって異なる場合があり、偏光透過率比を完全に１．０にするのは困難である。特にダイクロイックミラーにおける設計上の透過率が小さく設定されている場合に、一方の偏光成分の透過光量に比較的大きな誤差が生じると、その偏光成分の透過率が大きく変動し、偏光透過率比も１．０から大きくずれる。その結果、透過レーザ光の偏光特性と反射レーザ光の偏光特性との間に許容できない相違が生じるので、光ファイバ３からの赤外レーザ光の偏光特性の変動に対応するのが困難になる。
【００３９】
具体例として、赤外レーザ光に対する透過率が１％に設定されているが、実際の透過光量に、赤外レーザ光全体の１％程度の誤差が生じ得るダイクロイックミラーについて考えてみる。このダイクロイックミラーにおいて、Ｐ波の透過光量にのみ上記した１％の誤差が生じたとすると、Ｐ波の透過率は２％となる。これに対し、Ｓ波の透過光量には殆ど誤差が生じなかったとすると、Ｓ波の透過率は１％となるので、１．０とすべき偏光透過率比が２．０となる。
【００４０】
ここで、たとえば光ファイバ３からの赤外レーザ光において、Ｓ波の強度は変動せず、Ｐ波の強度が大幅に低下したとすると、反射レーザ光でも、同様にＰ波の強度が大幅に低下して全体の強度も低下する。これに対し、透過レーザ光におけるＰ波の低下は比較的緩やかで、全体の強度の低下の度合いも緩やかになる。
また光ファイバ３からの赤外レーザ光において、Ｓ波の強度は変動せず、Ｐ波の強度がやや上昇した場合には、反射レーザ光のＰ波の強度は大きくは変動しないので、全体の強度にも大きな変化は生じにくい。これに対し、透過レーザ光ではＰ波が強調されるので、Ｐ波の強度が大きく上昇して全体の強度も高められる可能性がある。
【００４１】
このように、ダイクロイックミラー２２における赤外光域の光に対する透過率を小さく設定すると、透過光量の誤差が透過率に大きく影響し、その結果、透過レーザ光は、反射レーザ光の強度を精度良く表さないものとなる。そこでこの実施例では、ダイクロイックミラー２２における赤外レーザ光の透過率を高めに設定することにより、偏光透過率比を１．０に近い状態にして、透過レーザ光の精度を確保する。
たとえば、ダイクロイックミラーからの透過レーザ光の光量に当該ミラーに照射される光の１％に相当する誤差が生じるものとすると、透過率を５％にすれば、偏光透過率比を０．８３〜１．２の範囲に含めることができる。
【００４２】
透過率を高くすると、フォトダイオード２３に入射する反射レーザ光が強くなり、受光量信号が飽和するおそれがあるが、この実施例では、ダイクロイックミラー２２とフォトダイオード２３との間に反射型減衰器２４を配備し、この反射型減衰器２４により減衰された光をフォトダイオード２３に導くようにしたので、フォトダイオード２３の飽和を防ぐことができる。よってフォトダイオード２３からの受光信号を処理することにより、加工用レーザ光の強度を安定して得ることができる。
【００４３】
また反射型減衰器２４を、その反射面を透過レーザ光の光路に直交させて配備すると、反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光がダイクロイックミラー２２に戻ってレーザダイオード２５の方に反射し、その反射光がレーザダイオード２５に入射した結果、レーザダイオード２５が損傷する可能性がある。しかしこの実施例では、反射型減衰器２４の反射面を導光路２０１への連通側の壁面に向けて傾けて配備することにより、この壁面に大半の反射光を導いてＶ字状溝２０４により拡散させた上で光吸収膜に吸収し、反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介して導光路２０１の上側の壁面に導かれる反射光も当該壁面の光吸収膜に吸収されるようにしたので、レーザダイオード２５に反射光が照射されるのを防ぐことができる。
【００４４】
なお、この実施例では、導光路２０２の壁面に形成したＶ字状溝２０４により、反射型減衰器２４からの反射光を拡散させたが、反射光を拡散させる手段はこれに限らず、壁面に複数の突部を設けたり、壁面を細かい凹凸による粗面にしてもよい。また範囲を限定せずに、導光路２０２の壁面全体に光を拡散させる加工を施してもよい。ただし、光を拡散させる加工をせずに、黒色アルマイト等による光吸収膜のみを形成してもよい。また、反射型減衰器２４からの反射光が直接照射される箇所やダイクロイックミラーを介して導かれる可能性のある箇所のみを対象に、光を拡散させる加工を施したり、光吸収膜を設けてもよい。
【００４５】
また、上記の実施例では、レーザダイオード２５からの可視レーザ光をダイクロイックミラー２２に導くための導光路２０１と、ダイクロイックミラー２２から透過した赤外レーザ光をフォトダイオード２３に導くための導光路２０２とを、ダイクロイックミラー２２を介してＬ字状に連通させているが、導光路２０１，２０２の連通に関する構成はこれに限定されるものではない。また連通部分の形状が変われば、反射型減衰器２４の姿勢や反射型減衰器２４からの反射光の方向も変化し、これに合わせて光を拡散させる加工や光吸収膜が必要な箇所を変える必要がある。
【００４６】
上記の変形の具体例として、以下、図２〜図４を参照して２つの具体例を説明する。なお、各例の光学系の基本構成は図１の例と同じであるので、図示のみで説明を省略する。また図１の例と同一の構成および対応する構成を同じ符号により示す。またコントローラ１の図示は省略する。
【００４７】
図２および図３は、第１の変形例にかかるヘッド部２の構成を示す。
この実施例の光学ユニット２０では、レーザダイオード２５を含む導光路２０１と受光素子２３および反射型減衰器２４を含む導光路２０２とを、それぞれ対応する光路に合わせた長さにし（最初の実施例より短くする。）、ダイクロイックミラー２２の鏡面に平行な導光路２０３を間に挟んで、導光路２０１，２０２，２０３を連通させている。
【００４８】
反射型減衰器２４の位置や姿勢は図１の例と同じであるが、導光路２０３への連通口近くに反射面を臨ませた状態となるため、反射型減衰器２４からの反射光を導光路２０２内で処理することはできない。しかし、主な反射光は、図２中の点線Ｐに示す経路、すなわち導光路２０３を通過してさらに導光路２０１を横切り、その上方側の壁面へと向かう経路を辿る。また、図３中の点線Ｑに示すように、ダイクロイックミラー２２に入った後にミラー２２から導光路２０１へと反射する光もあるが、この光も、導光路２０１の上方側の壁面に照射される。
【００４９】
上記の反射光の特性に鑑み、この実施例では、少なくとも導光路２１０の上方側の壁面に光吸収膜２１０を形成する。これにより、反射型減衰器２４から導光路２１０の上方側の壁面に直接に導かれた赤外レーザ光および反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介して当該壁面に導かれた赤外レーザ光を、光吸収膜２１０に吸収することができる。これによりレーザダイオード２５に赤外レーザ光が入射するのを防ぐことができる。
【００５０】
図４は、第２の変形例にかかるヘッド部２の構成を示す。
この実施例の光学ユニット２０にも、第１の変形例と同様の構成の導光路２０１，２０２，２０３が設けられるが、導光路２０２内の反射型減衰器２４は、先の２例の反射型減衰器２４とは鏡面の向きの高低を逆にして配備される。この鏡面の傾きにより、ダイクロイックミラー２２を透過して反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光は、図４中の点線Ｒに示すように、ダイクロイックミラー２２に入射した後に導光路２０３を横切る方向に反射し、導光路２０３のダイクロイックミラー２２に対向する箇所の壁面に照射される。さらにこの照射対象の壁面に光吸収膜２１０が形成されるので、反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介してこの壁面に導かれた赤外レーザ光は光吸収膜２１０に吸収される。これにより、レーザダイオード２５に赤外レーザ光が入射するのを防ぐことができる。
【００５１】
なお、第１および第２の変形例とも、導光路２０１および導光路２０３の壁面全体に光吸収膜２１０を形成してもよい。また最初の実施例と同様に、光吸収膜２１０が形成する範囲にＶ字状溝などによる光拡散のための加工を施してもよい。
【００５２】
また、最初の実施例および２つの変形例のいずれにおいても、光減衰フィルタ２４は反射型に限らず、光を吸収するタイプのフィルタや光を拡散させるタイプのフィルタを用いることもできる。これらのフィルタを用いる場合には、光減衰フィルタ２４を傾けることなく配置してもよい。また導光路の壁面に光の吸収や光の拡散のための加工を施さなくとも、特に支障は生じない。
【００５３】
また、第１および第２の変形例では、説明の便宜上、光学ユニット２０に３つの導光路２０１，２０２，２０３が存在するとしたが、導光路２０３は導光路２０１または導光路２０２と一体のものであると考えてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ コントローラ
２ ヘッド部
３ 光ファイバ
１０ レーザ光源
２２ ダイクロイックミラー
２３ フォトダイオード
２４ 光減衰フィルタ（反射型減衰器）
２５ レーザダイオード
２０１，２０２，２０３ 導光路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、文字や図形などのパターンをマーキングしたり、穴開け、切断、トリミングなどの加工を行う目的に用いられるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置として、ダイクロイックミラーにより分離された非可視レーザ光を加工用ビームとして出射すると共に、ダイクロイックミラーにより分離されたもう一方の光を受光素子により受光し、その受光量を加工用ビームの強度を表す情報として使用するものがある。また、この種のレーザ加工装置では、可視光線によるガイド光を加工用ビームの光路に沿って出射することにより、直接には視認できない加工用ビームの照射位置や照射の方向を確認できるようにしている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、非可視レーザ光を発するレーザ光源の光軸上にビームスプリッタとダイクロイックミラーとが一体化された鏡体を設けると共に、この鏡体を介してレーザ光源と同じ軸にあたる位置に可視レーザ光源を配備し、ダイクロイックミラーを透過した非可視レーザ光による測定光とダイクロイックミラーで反射した可視レーザ光によるガイド光とを外部に出射する構成の装置が開示されている。
【０００４】
また特許文献１には、鏡体により分岐された光路上に非可視レーザ光の参照用信号を取得するための受光素子（フォトダイオード）を配備することも記載されている。さらに、非可視レーザ光を直交する２つの偏光成分を有する光とし、可視レーザ光を直線偏光の光とし、受光素子とダイクロイックミラーとの間に可視レーザ光の偏光成分を遮断するための偏光板を配備することにより、受光素子にガイド光の強度を表す成分が入射するのを防いで、参照用信号の品質を確保することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、加工用のレーザ光源とガイド光用の可視光源とをミキシングミラー（可視光域を含む波長域の光を透過させるダイクロイックミラーであると思われる。）を介して光軸を合わせた状態で配置し、ミキシングミラーで反射した加工用ビームとミキシングミラーを透過した可視ガイド光とを外部に出射する一方、レーザ光源からミキシングミラーを透過した光の光路に受光素子を設けた構成のレーザ加工装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６４９５１号公報
【特許文献２】特開２００７−６１８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年は、レーザ光源からのレーザ光を光ファイバを介してヘッド部に導く構成のレーザ加工装置が普及しているが、このタイプのレーザ加工装置では、レーザ光が光ファイバを通過する間の増幅作用などによってレーザ光の偏光特性（Ｐ波とＳ波との強度比）が変動する。しかも、光ファイバが動かされると、ヘッド部に入光するレーザ光の偏光特性が変わってしまうため、特許文献１に記載されている構成を採用するのは難しい。ヘッド部に入るレーザ光の偏光特性が変わると、偏光板を通過して受光素子に入射する光の強度も変動し、受光量信号の精度を確保できないからである。
【０００８】
特許文献２に記載された発明では、可視光源からの光は全てダイクロイックミラーを透過してガイド光として出射されるので、可視光が受光素子の方に向かうおそれがなく、偏光板を使用しなくとも、ガイド光の影響が除外された受光量信号を得ることができる。しかしながら、ダイクロイックミラーでのＰ波の透過率とＳ波の透過率との差が大きくなると、ミラーを透過して受光素子に入射する光における各偏光成分の比率と、加工用ビームとして出射される反射光における各偏光成分の比率とが異なる状態になる。このため、光ファイバ式のレーザ加工装置に特許文献２に示された構成をそのまま導入すると、光ファイバからのレーザ光の偏光特性が変動した場合に、その変動を正しく認識するのが困難になる。
【０００９】
たとえば、ダイクロイックミラーのＰ波の透過率がＳ波の透過率を大幅に上回る場合に、光ファイバからのレーザ光のＰ波の強度が大幅に低下すると、加工用ビームとなる反射光中のＰ波の強度も同様に低下し、加工用ビーム全体の強度も低下する。しかし、モニタ用の透過光におけるＰ波の低下の度合いは比較的緩やかになり、透過光全体の強度の低下幅も小さくなるので、加工用ビームの強度が低下したことを正しく認識できないおそれがある。また光ファイバからのレーザ光のＳ波の強度が大幅に高められると、加工用ビームとなる反射光中のＳ波の強度も同様に高められて、加工用ビーム全体の強度も高められる。しかし、モニタ用の透過光のＳ波の強度の上昇幅はさほど大きくならない可能性があり、そのため加工用ビームの強度が高められたことを正しく認識できないおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の問題点に着目し、加工用ビームの強度やその変化を精度良く表した受光量信号を取得できるようにすることを、技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザ光源からのレーザ光が光ファイバを介してヘッド部に導かれ、ヘッド部においてレーザ光がダイクロイックミラーにより２つの光路に分けられて、一方の光路のレーザ光が加工用ビームとして外部に出射されると共に、他方の光路に加工用ビームの強度をモニタするための受光素子が設けられた構成のレーザ加工装置に適用される。本発明では、ダイクロイックミラーは、２つの光路におけるレーザ光の偏光特性が同等になるように設計される。またダイクロイックミラーと受光素子との間には光減衰フィルタが設けられる。
【００１２】
上記構成においては、Ｐ波とＳ波との透過率（反射率と言い換えてもよい。以下も同じ。）の比率が概ね１となるように設計されたダイクロイックミラーが用いられるのが望ましい。このような特性のミラーによれば、反射光における各偏光成分の強度比と透過光における各偏光成分の強度比とをほぼ同一にすることができる。よって、反射光および透過光のいずれが加工用ビームとして使用される場合でも、各偏光成分が加工用ビームにおけるのと同様の比率で含まれる光を受光素子に導くことが可能になる。
この関係は、光ファイバからヘッド部に入るレーザ光の偏光特性が変動しても維持されるので、加工用ビームの偏光特性が変化した場合には、モニタ用の光にも同様の変化が生じ、光全体の強度の変化の状態も同様になる。よって、モニタ用の光の精度を確保することができる。
【００１３】
ただし、実際のダイクロイックミラーの特性は設計どおりにはならず、誘電体層の構造のばらつきなどによって、ダイクロイックミラーからの透過光量に誤差が生じる。この透過光量の誤差は、偏光成分によって異なる場合があるので、各偏光成分の透過率に差が生じる。このため、モニタ用の光として分離される光の割合を小さくすると、透過光量の誤差が透過率に大きな影響を及ぼし、偏光成分間の透過率の差が大きくなる。そうなると、モニタ用の光の偏光特性と加工用ビームの偏光特性との間の相違が大きくなり、モニタ用の光の精度が低下する。
【００１４】
一方、モニタ用の光として分離される光の割合を大きくすると、透過光量の誤差が透過率に及ぼす影響が小さくなるので、偏光成分間の透過率の差を許容範囲内に収めることができる。しかし、モニタ用の光の強度が高まるため、その光を受ける受光素子に飽和が生じるおそれがある。
【００１５】
上記の問題に関して、本発明では、ダイクロイックミラーと受光素子との間に光減衰フィルタを設けているので、モニタ用の光と加工用ビームとの間における各偏光成分の透過率の差が許容範囲に収まるようにモニタ用の光の光量を上げた上で、その光を光減衰フィルタにより受光素子が飽和しない程度まで減衰させて、受光素子に導くことができる。これにより、受光素子から、加工用ビームの強度を精度良く表す受光量信号を安定して取得することが可能になる。
【００１６】
上記のレーザ加工装置の一実施形態では、レーザ光源から出射されたレーザ光に対するダイクロイックミラーからの反射光が加工用ビームとして出射されると共に、この反射光路にダイクロイックミラーを介して光軸を合わせた可視光源が設けられる。またダイクロイックミラーは、レーザ光源から出るレーザ光の波長域の一部および可視光源から出る可視光を透過させる特性を具備する。
【００１７】
上記の構成によれば、レーザ光源から出てダイクロイックミラーで反射したレーザ光が加工用ビームとして出射されると共に、可視光源から出てダイクロイックミラーを透過した可視光が加工用ビームに沿って出射される。これにより可視光源からの光をガイド光として機能させることができる。また、レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光がモニタ用の光として機能することになるが、可視光源からの光の殆どがダイクロイックミラーを透過するので、ダイクロイックミラーで反射してモニタ用の光の光路に沿って進む可視光がモニタ用の光に影響を及ぼすおそれがない。
【００１８】
他の実施形態では、レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光を受光素子に導くための第１の導光路と、可視光源から出た可視光をダイクロイックミラーに導くための第２の導光路とが設けられると共に、双方の導光路がダイクロイックミラーに対応する場所で連通する。
さらに光減衰フィルタとして反射型減衰器が用いられる。この反射型減衰器は、第１の導光路内に傾けられた姿勢で配備され、その傾きにより、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を、可視光源に向かって進む光にならない方向に反射させる。
なお、「可視光源に向かって進む光」には、反射型減衰器から第２の導光路に直接入って可視光源に向かって進む光のほか、反射型減衰器からダイクロイックミラーに入った後に、当該ミラーで反射して第２の導光路に入り、可視光源に向かって進む光が含まれる。
【００１９】
上記の構成によれば、ダイクロイックミラーから反射型減衰器を経て受光素子に向かうモニタ用の光と可視光源からダイクロイックミラーに向かうガイド用の光とを、それぞれ導光路により安定して導くことができる。また反射型減衰器で反射したレーザ光が可視光源に向かって進む光とならずに反射するように反射型減衰器の姿勢が調整されているので、反射によるレーザ光が可視光源に照射されて可視光源が破壊されるのを防ぐことができる。
【００２０】
上記の反射型減衰器に係る一実施形態では、反射型減衰器は、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第１の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される。また他の実施形態では、反射型減衰器は、レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第２の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される。
【００２１】
また各実施形態において、反射型減衰器からの反射光が導かれる導光路の壁面に、反射型減衰器からの反射光を吸収または拡散させるための加工を施せば、当該壁面に導かれたレーザ光を当該壁面で吸収または拡散することができるので、反射型減衰器で反射したレーザ光が可視光源に導かれるのを、より確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ダイクロイックミラーにより分離された加工用ビームと偏光特性が同等の光であって、受光素子を飽和させることがない強度の光を受光素子に導くことができる。よって受光素子により得られる受光量信号に基づき、加工用ビームの強度やその変化の状態を精度良く認識することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例にかかるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】第１の変形例にかかるヘッド部の構成を示す図である。
【図３】図２と同じ構成のヘッド部に関して、反射型減衰器からの反射光の別の光路を示した図である。
【図４】第２の変形例にかかるヘッド部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明が適用されたレーザ加工装置の構成例を示す。
この実施例のレーザ加工装置は、レーザ光源１０を含むコントローラ１と、レーザ光源１０からのレーザ光を処理して加工用ビームを出射するヘッド部２と、コントローラ１とヘッド部２とを結ぶ光ファイバ３とを有する。コントローラ１には、レーザ光源１０のほか、コンピュータを含む制御回路１１、受光回路１２、表示部１３などが設けられる。
【００２５】
ヘッド部２には、光学ユニット２０、アイソレータ２１、一対のガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂ、集光レンズ２７などが含まれる。光学ユニット２０は、Ｌ字状に連通した導光路２０１，２０２を有する支持部材２００にダイクロイックミラー２２、フォトダイオード２３、光減衰フィルタ２４、レーザダイオード２５を固定した構成のものである。支持部材２００はアルミニウム製であって、導光路２０１，２０２の壁面には、黒色アルマイトなどによる光吸収膜（図１では示さず。）が形成されている。またフォトダイオード２３はコントローラ１の受光回路１２に電気接続されている。
【００２６】
レーザ光源１０には、赤外光域の光を発する発振素子が含まれる。制御回路１１は、このレーザ光源１０の発光動作および発光強度を制御する。
レーザ光源１０から出射された赤外レーザ光は光ファイバ３内で増幅されてヘッド部２内のアイソレータ２１に導かれる。アイソレータ２１は、赤外レーザ光の光ファイバ３への逆戻りを防止し、赤外レーザ光を光学ユニット２０に向けて進行させる。
【００２７】
ダイクロイックミラー２２は、アイソレータ２１から出た赤外レーザ光の光路上に、その光路の中心軸に対して鏡面を４５度傾けた姿勢で配備される。光減衰フィルタ２４およびフォトダイオード２３は、このダイクロイックミラー２２から透過する赤外レーザ光の光路に配備される。
【００２８】
レーザダイオード２５は、可視レーザ光を発するもので、赤外レーザ光の反射光路にダイクロイックミラー２２を介して光軸を合わせた状態で配備される。レーザダイオード２５から出た可視レーザ光は、導光路２０１を進行してダイクロイックミラー２２に導かれる。
【００２９】
ダイクロイックミラー２２は、赤外光域内の約５％にあたる波長域の光と可視光とを透過させ、その他の波長域の光を反射させる特性を具備する。またこのダイクロイックミラー２２は、偏光透過率比がほぼ１．０になるように設計されている。偏光透過率比は、Ｓ波の透過率Ｔｓに対するＰ波の透過率Ｔｐの比（Ｔｐ／Ｔｓ）である。
【００３０】
上記特性のダイクロイックミラー２２によれば、光ファイバ３およびアイソレータ２１を介してダイクロイックミラー２２に導かれた赤外レーザ光のうちの一部がダイクロイックミラー２２を透過し、残りの赤外レーザ光は、ダイクロイックミラー２２で反射してガルバノミラー２６Ａへと導かれる。このガルバノミラー２６Ａともう一方のガルバノミラー２６Ｂとにより赤外レーザ光の照射位置および照射方向が定められる。各ガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂを経た赤外レーザ光は、集光レンズ２７により絞り込まれて、加工用ビームとして外部に出射される。
【００３１】
なお、図１には示していないが、ガルバノミラー２６Ａ，２６Ｂは、コントローラ１の制御回路１１に電気接続され、制御回路１１からの信号によって各ミラー２６Ａ，２６Ｂのモータの回転方向や回転量が制御される。
【００３２】
レーザダイオード２５から出た可視レーザ光は、ダイクロイックミラー２２を透過し、当該ミラー２２で反射した赤外レーザ光と同じ光路を辿って、ガイド光として外部に出射される。
【００３３】
導光路２０２は、ダイクロイックミラー２２を透過した赤外レーザ光を、フォトダイオード２３に導くためのものであるが、両者の間には光減衰フィルタ２４が設けられる。
光減衰フィルタ２４として、この実施例では反射型減衰器を使用する。この反射型減衰器２４は、導光路２０２内に、他方の導光路２０１との連通位置から十分な距離を隔て、導光路２０１への連通側の壁面に反射面を向けた姿勢で配備される。また導光路２０２の壁面のうち、少なくとも導光路２０１への連通位置から反射型減衰器２４の配置位置までの範囲の壁面に、周方向に沿って複数のＶ字状溝２０４が形成されている。これらＶ字状溝２０４やその周囲にも、前記した光吸収膜が形成されている。
【００３４】
ダイクロイックミラー２２を透過した赤外レーザ光は、反射型減衰器２４に導かれ、そのうちの一部が反射型減衰器２４を透過してフォトダイオード２３に入射する。残りの赤外レーザ光は、反射型減衰器２４内のミラーで反射するが、その反射の方向がＶ字状溝２０４が形成されている壁面に向かうようにミラーが傾けられているので、反射した赤外レーザ光の大半はＶ字状溝２０４の形成範囲に照射されて拡散され、光吸収膜に吸収される。また、反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光の一部は、ダイクロイックミラー２２の中心部から離れた場所に入射して導光路２０１の壁面に向かって反射する（後記する図３に点線Ｑで示すのと同じ経路を辿ることになる。）が、導光路２０１の壁面にも光吸収膜が形成されているので、この経路を辿る赤外レーザ光も光吸収膜に吸収される。
よって、光減衰フィルタ２４で反射した赤外レーザ光がダイクロイックミラー２２に戻ってレーザダイオード２５の方に反射するのを防ぐことができる。
【００３５】
光減衰フィルタ２４を通過した赤外レーザ光を受光したフォトダイオード２３からの受光量信号は、コントローラ１の受光回路１２に入力される。受光回路１２には、この受光量信号を増幅する回路やディジタル変換のためのＡ／Ｄ変換回路が含まれる。制御回路１１は、ディジタル変換後の受光量信号を入力して、その信号が示す受光量を表示部１３に表示する。また受光量信号が示す受光量に基づきレーザ光源１０の発光強度を調整したり、受光量が著しく低下した場合に表示部１３等によるエラー報知を実行する。
【００３６】
この実施例のダイクロイックミラー２２は、偏光透過率比を約１．０とし、赤外光域の光に対する透過率を約５％とする設計に基づき、製作されたものである。この特性のダイクロイックミラー２２と光減衰フィルタ２４とを用いることにより、フォトダイオード２３より出力される受光量信号を加工用ビームの強度を精度良く示すものにすることができる。以下、その理由について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、ダイクロイックミラー２２および光減衰フィルタ２４を透過した赤外レーザ光を「透過レーザ光」といい、ダイクロイックミラー２２で反射した赤外レーザ光を「反射レーザ光」という。
【００３７】
まず、設計どおりのダイクロイックミラー２２では、Ｐ波の透過率とＳ波の透過率とが等しくなるので、透過レーザ光におけるＰ波とＳ波との比率は反射レーザ光におけるＰ波とＳ波との比率とほぼ同じになると考えられる。これにより、透過レーザ光の強度は、反射レーザ光の強度を正しく表すものになる。
仮に光ファイバ３が動くなどしてヘッド部２に入る赤外レーザ光の偏光特性（Ｐ波とＳ波との強度比率）が変わったとしても、加工用ビームと透過用ビームとの偏光特性が等しくなる状態に変わりはないので、引き続き反射レーザ光の強度を正しく反映した透過レーザ光を得ることができる。よって、ヘッド部２に入る赤外レーザ光の偏光特性の変化に左右されることなく、透過レーザ光の強度に基づき加工用ビームの強度やその変化状態を把握することができる。
【００３８】
ところが、実際に製造されるダイクロイックミラーでは、誘電体層の微小な構造の違いなどの影響でミラーを透過する光の強度にばらつきが生じ、それによって透過率に誤差が生じる。Ｐ波の透過率とＳ波の透過率とに等しく誤差が生じるのであれば、偏光透過率比を１．０にすることができるが、現実には、透過率の誤差は偏光成分によって異なる場合があり、偏光透過率比を完全に１．０にするのは困難である。特にダイクロイックミラーにおける設計上の透過率が小さく設定されている場合に、一方の偏光成分の透過光量に比較的大きな誤差が生じると、その偏光成分の透過率が大きく変動し、偏光透過率比も１．０から大きくずれる。その結果、透過レーザ光の偏光特性と反射レーザ光の偏光特性との間に許容できない相違が生じるので、光ファイバ３からの赤外レーザ光の偏光特性の変動に対応するのが困難になる。
【００３９】
具体例として、赤外レーザ光に対する透過率が１％に設定されているが、実際の透過光量に、赤外レーザ光全体の１％程度の誤差が生じ得るダイクロイックミラーについて考えてみる。このダイクロイックミラーにおいて、Ｐ波の透過光量にのみ上記した１％の誤差が生じたとすると、Ｐ波の透過率は２％となる。これに対し、Ｓ波の透過光量には殆ど誤差が生じなかったとすると、Ｓ波の透過率は１％となるので、１．０とすべき偏光透過率比が２．０となる。
【００４０】
ここで、たとえば光ファイバ３からの赤外レーザ光において、Ｓ波の強度は変動せず、Ｐ波の強度が大幅に低下したとすると、反射レーザ光でも、同様にＰ波の強度が大幅に低下して全体の強度も低下する。これに対し、透過レーザ光におけるＰ波の低下は比較的緩やかで、全体の強度の低下の度合いも緩やかになる。
また光ファイバ３からの赤外レーザ光において、Ｓ波の強度は変動せず、Ｐ波の強度がやや上昇した場合には、反射レーザ光のＰ波の強度は大きくは変動しないので、全体の強度にも大きな変化は生じにくい。これに対し、透過レーザ光ではＰ波が強調されるので、Ｐ波の強度が大きく上昇して全体の強度も高められる可能性がある。
【００４１】
このように、ダイクロイックミラー２２における赤外光域の光に対する透過率を小さく設定すると、透過光量の誤差が透過率に大きく影響し、その結果、透過レーザ光は、反射レーザ光の強度を精度良く表さないものとなる。そこでこの実施例では、ダイクロイックミラー２２における赤外レーザ光の透過率を高めに設定することにより、偏光透過率比を１．０に近い状態にして、透過レーザ光の精度を確保する。
たとえば、ダイクロイックミラーからの透過レーザ光の光量に当該ミラーに照射される光の１％に相当する誤差が生じるものとすると、透過率を５％にすれば、偏光透過率比を０．８３〜１．２の範囲に含めることができる。
【００４２】
透過率を高くすると、フォトダイオード２３に入射する反射レーザ光が強くなり、受光量信号が飽和するおそれがあるが、この実施例では、ダイクロイックミラー２２とフォトダイオード２３との間に反射型減衰器２４を配備し、この反射型減衰器２４により減衰された光をフォトダイオード２３に導くようにしたので、フォトダイオード２３の飽和を防ぐことができる。よってフォトダイオード２３からの受光信号を処理することにより、加工用レーザ光の強度を安定して得ることができる。
【００４３】
また反射型減衰器２４を、その反射面を透過レーザ光の光路に直交させて配備すると、反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光がダイクロイックミラー２２に戻ってレーザダイオード２５の方に反射し、その反射光がレーザダイオード２５に入射した結果、レーザダイオード２５が損傷する可能性がある。しかしこの実施例では、反射型減衰器２４の反射面を導光路２０１への連通側の壁面に向けて傾けて配備することにより、この壁面に大半の反射光を導いてＶ字状溝２０４により拡散させた上で光吸収膜に吸収し、反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介して導光路２０１の上側の壁面に導かれる反射光も当該壁面の光吸収膜に吸収されるようにしたので、レーザダイオード２５に反射光が照射されるのを防ぐことができる。
【００４４】
なお、この実施例では、導光路２０２の壁面に形成したＶ字状溝２０４により、反射型減衰器２４からの反射光を拡散させたが、反射光を拡散させる手段はこれに限らず、壁面に複数の突部を設けたり、壁面を細かい凹凸による粗面にしてもよい。また範囲を限定せずに、導光路２０２の壁面全体に光を拡散させる加工を施してもよい。ただし、光を拡散させる加工をせずに、黒色アルマイト等による光吸収膜のみを形成してもよい。また、反射型減衰器２４からの反射光が直接照射される箇所やダイクロイックミラーを介して導かれる可能性のある箇所のみを対象に、光を拡散させる加工を施したり、光吸収膜を設けてもよい。
【００４５】
また、上記の実施例では、レーザダイオード２５からの可視レーザ光をダイクロイックミラー２２に導くための導光路２０１と、ダイクロイックミラー２２から透過した赤外レーザ光をフォトダイオード２３に導くための導光路２０２とを、ダイクロイックミラー２２を介してＬ字状に連通させているが、導光路２０１，２０２の連通に関する構成はこれに限定されるものではない。また連通部分の形状が変われば、反射型減衰器２４の姿勢や反射型減衰器２４からの反射光の方向も変化し、これに合わせて光を拡散させる加工や光吸収膜が必要な箇所を変える必要がある。
【００４６】
上記の変形の具体例として、以下、図２〜図４を参照して２つの具体例を説明する。なお、各例の光学系の基本構成は図１の例と同じであるので、図示のみで説明を省略する。また図１の例と同一の構成および対応する構成を同じ符号により示す。またコントローラ１の図示は省略する。
【００４７】
図２および図３は、第１の変形例にかかるヘッド部２の構成を示す。
この実施例の光学ユニット２０では、レーザダイオード２５を含む導光路２０１と受光素子２３および反射型減衰器２４を含む導光路２０２とを、それぞれ対応する光路に合わせた長さにし（最初の実施例より短くする。）、ダイクロイックミラー２２の鏡面に平行な導光路２０３を間に挟んで、導光路２０１，２０２，２０３を連通させている。
【００４８】
反射型減衰器２４の位置や姿勢は図１の例と同じであるが、導光路２０３への連通口近くに反射面を臨ませた状態となるため、反射型減衰器２４からの反射光を導光路２０２内で処理することはできない。しかし、主な反射光は、図２中の点線Ｐに示す経路、すなわち導光路２０３を通過してさらに導光路２０１を横切り、その上方側の壁面へと向かう経路を辿る。また、図３中の点線Ｑに示すように、ダイクロイックミラー２２に入った後にミラー２２から導光路２０１へと反射する光もあるが、この光も、導光路２０１の上方側の壁面に照射される。
【００４９】
上記の反射光の特性に鑑み、この実施例では、少なくとも導光路２１０の上方側の壁面に光吸収膜２１０を形成する。これにより、反射型減衰器２４から導光路２１０の上方側の壁面に直接に導かれた赤外レーザ光および反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介して当該壁面に導かれた赤外レーザ光を、光吸収膜２１０に吸収することができる。これによりレーザダイオード２５に赤外レーザ光が入射するのを防ぐことができる。
【００５０】
図４は、第２の変形例にかかるヘッド部２の構成を示す。
この実施例の光学ユニット２０にも、第１の変形例と同様の構成の導光路２０１，２０２，２０３が設けられるが、導光路２０２内の反射型減衰器２４は、先の２例の反射型減衰器２４とは鏡面の向きの高低を逆にして配備される。この鏡面の傾きにより、ダイクロイックミラー２２を透過して反射型減衰器２４で反射した赤外レーザ光は、図４中の点線Ｒに示すように、ダイクロイックミラー２２に入射した後に導光路２０３を横切る方向に反射し、導光路２０３のダイクロイックミラー２２に対向する箇所の壁面に照射される。さらにこの照射対象の壁面に光吸収膜２１０が形成されるので、反射型減衰器２４からダイクロイックミラー２２を介してこの壁面に導かれた赤外レーザ光は光吸収膜２１０に吸収される。これにより、レーザダイオード２５に赤外レーザ光が入射するのを防ぐことができる。
【００５１】
なお、第１および第２の変形例とも、導光路２０１および導光路２０３の壁面全体に光吸収膜２１０を形成してもよい。また最初の実施例と同様に、光吸収膜２１０が形成する範囲にＶ字状溝などによる光拡散のための加工を施してもよい。
【００５２】
また、最初の実施例および２つの変形例のいずれにおいても、光減衰フィルタ２４は反射型に限らず、光を吸収するタイプのフィルタや光を拡散させるタイプのフィルタを用いることもできる。これらのフィルタを用いる場合には、光減衰フィルタ２４を傾けることなく配置してもよい。また導光路の壁面に光の吸収や光の拡散のための加工を施さなくとも、特に支障は生じない。
【００５３】
また、第１および第２の変形例では、説明の便宜上、光学ユニット２０に３つの導光路２０１，２０２，２０３が存在するとしたが、導光路２０３は導光路２０１または導光路２０２と一体のものであると考えてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ コントローラ
２ ヘッド部
３ 光ファイバ
１０ レーザ光源
２２ ダイクロイックミラー
２３ フォトダイオード
２４ 光減衰フィルタ（反射型減衰器）
２５ レーザダイオード
２０１，２０２，２０３ 導光路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光が光ファイバを介してヘッド部に導かれ、ヘッド部において前記レーザ光がダイクロイックミラーにより２つの光路に分けられて、一方の光路のレーザ光が加工用ビームとして外部に出射されると共に、他方の光路に加工用ビームの強度をモニタするための受光素子が設けられたレーザ加工装置において、
前記ダイクロイックミラーは、前記２つの光路におけるレーザ光の偏光特性が同等になるように設計されると共に、ダイクロイックミラーと前記受光素子との間に光減衰フィルタが設けられている、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光源から出射されたレーザ光に対するダイクロイックミラーからの反射光が加工用ビームとして出射されると共に、この反射光路にダイクロイックミラーを介して光軸を合わせた可視光源が設けられ、
前記ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源から出るレーザ光の波長域の一部および可視光源から出る可視光を透過させる特性を具備する、請求項１に記載されたレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光を受光素子に導くための第１の導光路と、前記可視光源から出た可視光をダイクロイックミラーに導くための第２の導光路とが設けられると共に、双方の導光路がダイクロイックミラーに対応する場所で連通し、
前記光減衰フィルタは反射型減衰器であって、前記第１の導光路内に傾けられた姿勢で配備され、その傾きにより、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を、前記可視光源に向かって進む光にならない方向に反射させる、請求項２に記載されたレーザ加工装置。
【請求項４】
前記反射型減衰器は、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第１の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される、請求項３に記載されたレーザ加工装置。
【請求項５】
前記反射型減衰器は、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を前記第２の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される、請求項３に記載されたレーザ加工装置。
【請求項６】
前記反射型減衰器からの反射光が導かれる導光路の壁面に、反射型減衰器からの反射光を吸収または拡散させるための加工が施されている、請求項３〜５のいずれかに記載されたレーザ加工装置。
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光が光ファイバを介してヘッド部に導かれ、ヘッド部において前記レーザ光がダイクロイックミラーにより２つの光路に分けられて、一方の光路のレーザ光が加工用ビームとして外部に出射されると共に、他方の光路に加工用ビームの強度をモニタするための受光素子が設けられたレーザ加工装置において、
前記ダイクロイックミラーは、前記２つの光路におけるレーザ光の偏光特性が同等になるように設計されると共に、ダイクロイックミラーと前記受光素子との間に光減衰フィルタが設けられている、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光源から出射されたレーザ光に対するダイクロイックミラーからの反射光が加工用ビームとして出射されると共に、この反射光路にダイクロイックミラーを介して光軸を合わせた可視光源が設けられ、
前記ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源から出るレーザ光の波長域の一部および可視光源から出る可視光を透過させる特性を具備する、請求項１に記載されたレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光源から出てダイクロイックミラーを透過したレーザ光を受光素子に導くための第１の導光路と、前記可視光源から出た可視光をダイクロイックミラーに導くための第２の導光路とが設けられると共に、双方の導光路がダイクロイックミラーに対応する場所で連通し、
前記光減衰フィルタは反射型減衰器であって、前記第１の導光路内に傾けられた姿勢で配備され、その傾きにより、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を、前記可視光源に向かって進む光にならない方向に反射させる、請求項２に記載されたレーザ加工装置。
【請求項４】
前記反射型減衰器は、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を第１の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される、請求項３に記載されたレーザ加工装置。
【請求項５】
前記反射型減衰器は、前記レーザ光源からダイクロイックミラーを透過したレーザ光を前記第２の導光路内の壁面に反射させる姿勢をもって配備される、請求項３に記載されたレーザ加工装置。
【請求項６】
前記反射型減衰器からの反射光が導かれる導光路の壁面に、反射型減衰器からの反射光を吸収または拡散させるための加工が施されている、請求項３〜５のいずれかに記載されたレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０１１６（Ｐ２０１３−１０１１６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４１７１（Ｐ２０１１−１４４１７１）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]