(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することなく、パラメータＢＰＰの悪化を抑えるレーザ加工装置。【解決手段】互いに異なる波長のレーザ光を出射するものであって、１以上の第１レーザ光源と、１以上の第２レーザ光源とを有する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、第１コア４１と第１コアを取り囲む第１クラッド４２と、第１クラッドを取り囲む第２コア４３と、第２コアを取り囲む第２クラッド４４と、を有するダブルコアファイバと、前記複数のコリメートレンズからの複数波長レーザ光を前記ダブルコアファイバに集光する集光レンズとを備え、前記１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアに入射させ、前記１以上の第２レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアと前記第２コアとの少なくとも一方のコアに入射させるレーザ加工装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を出射するものであって、１以上の第１レーザ光源と前記１以上の第１レーザ光源を挟むように配置された複数の第２レーザ光源とを有する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源に対応して設けられ、前記複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、
第１コアと第１コアを取り囲む第１クラッドと第１クラッドを取り囲む第２コアと第２コアを取り囲む第２クラッドとを有するダブルコアファイバと、
前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数波長のレーザ光を前記ダブルコアファイバに集光する集光レンズとを備え、
前記１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアに入射させ、前記複数の第２レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアと前記第２コアとの少なくとも一方のコアに入射させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記１以上の第１レーザ光源は、前記複数のレーザ光源の内のビームパラメータ積が最も良いレーザ光源であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記１以上の第１レーザ光源は、ファイバレーザであり、前記複数の第２レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記半導体レーザは、波長が６００ｕｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記集光レンズは、入力された制御信号に応じて焦点が可変する焦点可変レンズからなり、
第１時刻に第１コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアに入射させ、第２時刻に第２コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記複数の第２レーザ光源からのレーザ光を第２コアに入射させるコントローラを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか項１記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザダイオードで構成されるファイバ結合型のレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、２つ以上の波長を持つレーザの光軸をダイクロイックミラー等により合せて波長を合波することにより、レーザを被照射体にザ照射して加工するレーザ加工方法が記載されている。
【０００３】
レーザ加工装置の場合、レーザ光をファイバに入力し、レーザ加工装置内で光の取り回しを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７９７号公報
【特許文献２】特開２０１４−２４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ加工装置では、光軸を合せるために、ダイクロイックミラー等の光学素子を設ける必要がある。また、光軸を合せるために、前記光学素子を微調整する必要がある。
【０００６】
ファイバにレーザ光を導光する場合、レーザ品質を表すパラメータＢＰＰ（Beam Parameter Products、ビームパラメータ積）が悪化する場合がある。パラメータＢＰＰは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義される。例えば、エミッタサイズが数十ｕｍのレーザ出力を４００ｕｍファイバに導光した場合には、パラメータＢＰＰがかなり悪化する。
【０００７】
本発明の課題は、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することなく、パラメータＢＰＰの悪化を抑えるレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ加工装置の請求項１は、互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を出射するものであって、１以上の第１レーザ光源と前記１以上の第１レーザ光源を挟むように配置された複数の第２レーザ光源とを有する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源に対応して設けられ、前記複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、第１コアと第１コアを取り囲む第１クラッドと第１クラッドを取り囲む第２コアと第２コアを取り囲む第２クラッドとを有するダブルコアファイバと、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数波長のレーザ光を前記ダブルコアファイバに集光する集光レンズとを備え、前記１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアに入射させ、前記複数の第２レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアと前記第２コアとの少なくとも一方のコアに入射させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２では、前記１以上の第１レーザ光源は、前記複数のレーザ光源の内のビームパラメータ積が最も良いレーザ光源であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３では、前記１以上の第１レーザ光源は、ファイバレーザであり、前記複数の第２レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４では、前記半導体レーザは、波長が６００ｕｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５では、前記集光レンズは、入力された制御信号に応じて焦点が可変する焦点可変レンズからなり、第１時刻に第１コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を前記第１コアに入射させ、第２時刻に第２コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記複数の第２レーザ光源からのレーザ光を第２コアに入射させるコントローラを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のレーザ光源から複数波長のレーザ光をダブルコアファイバに集光レンズを用いて結合する場合に、１以上の第１レーザ光源からのレーザ光を第１コアに入射させ、１以上の第１レーザ光源を挟むように配置された複数の第２レーザ光源からのレーザ光を主に第２コアに入射させる。
【００１４】
これにより、ダブルコアファイバの出力の光軸を揃えることができる。従って、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することがなくなる。
【００１５】
また、ビームパラメータ積ＢＰＰは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義されるため、ビームパラメータ積ＢＰＰの良いレーザ光源のレーザ光を、半径の小さい第１コアに入力することで、ビームパラメータ積ＢＰＰの悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１のレーザ加工装置に用いられるダブルコアファイバの構成図である。
【図２】実施例１のレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図３】実施例２のレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図４】実施例３のレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図５】実施例３のレーザ加工装置のスポット径を変えるための第１コア制御信号と第２コア制御信号とのタイミングチャートを示す図である。
【図６】実施例３のレーザ加工装置においてスポット径を変えてレーザを照射したときのレーザ照射域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１のレーザ加工装置に用いられるダブルコアファイバの構成図である。図２は、実施例１のレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置は、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃ、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃ、集光レンズ３、ダブルコアファイバ４を備えている。
【００１８】
複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃは、本発明の複数のレーザ光源に対応し、各々が所定間隔に配置され、レーザ光を出射する。複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃは、光軸上に配置されたレーザダイオード１ｃ（第１レーザ光源に対応）と、レーザダイオード１ｃを挟むように光軸と直交する方向に配置されたレーザダイオード１ａ，１ｂ（複数の第２レーザ光源に対応）とを有する。
【００１９】
レーザダイオード１ｃのレーザ光の波長は、λ２であり、レーザダイオード１ａ，１ｂのレーザ光の波長は、λ１であり、レーザダイオード１ｃのレーザ光の波長λ２とは異なる。
【００２０】
複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃは、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃに対向して配置され、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃからのレーザ光を平行光にして、集光レンズ３に導光する。
【００２１】
なお、図１では、レーザダイオード１ａ〜１ｃ及びコリメートレンズ２ａ〜２ｃの各々の数は、３個であるが、その個数は、３個に限定されることなく、その他の個数であってもよい。
【００２２】
集光レンズ３は、複数のコリメートレンズ２ａ〜２ｃからの複数の波長λ１，λ２のレーザ光を集光してダブルコアファイバ４に結合する。
【００２３】
ダブルコアファイバ４は、図１に示すように、円柱状からなり、第１コア４１と第１コア４１を取り囲む第１クラッド４２と第１クラッド４２を取り囲む第２コア４３と第２コア４３を取り囲む第２クラッド４４と第２クラッド４４を覆うコーティング４５からなる。第１コア４１と第１クラッド４２と第２コア４３と第２クラッド４４とコーティング４５とは、光軸４０に対して同心円状に配置されている。
【００２４】
レーザダイオード１ｃからの波長λ２を持つレーザ光を第１コア４１に入射させ、レーザダイオード１ａ，１ｂからの波長λ１を持つレーザ光を主に第２コア４３に入射させる。
【００２５】
また、レーザダイオード１ａ，１ｂからのレーザ光を第１コア４１に入射させても良く、レーザダイオード１ａ，１ｂからのレーザ光を第１コア４１と第２コア４３との両方に入射させても良い。
【００２６】
このように実施例１のレーザ加工装置によれば、複数のレーザダイオード１ａ〜１ｃから複数波長のレーザ光をダブルコアファイバ４に集光レンズ３を用いて結合する場合に、中央部に配置されたレーザダイオード１ｃからの波長λ２のレーザ光を第１コア４１に入射させ、レーザダイオード１ｃを挟むように配置されたレーザダイオード１ａ，１ｂからの波長λ１のレーザ光を主に第２コア４３に入射させる。
【００２７】
これにより、ダブルコアファイバ４の出力の光軸を揃えることができる。従って、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することがなくなる。
【００２８】
また、ビームパラメータ積ＢＰＰは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義されるため、ビームパラメータ積ＢＰＰの良いレーザダイオード１ｃのレーザ光を、半径の小さい第１コア４１に入力することで、ビームパラメータ積ＢＰＰの悪化を抑えることができる。
【００２９】
（実施例２）
図３は、実施例２のレーザ加工装置の構成を示す図である。実施例２のレーザ加工装置は、レーザダイオード１ａ，１ｂが青色半導体レーザである。また、レーザダイオード１ｃの代わりに、ファイバレーザ５を用いることを特徴とする。
【００３０】
ファイバレーザ５は、半導体レーザよりもビームパラメータ積ＢＰＰが良く、ファイバレーザ５からのレーザ光を第１コア４１に導くことで、ビームパラメータ積ＢＰＰの悪化を最小限に抑えることができる。
【００３１】
また、ファイバレーザ５は、青色半導体レーザと比較して輝度が大きく、中央部に１個又は複数個のファイバレーザ５を配置し、輝度を加算させていくことが好ましい。
【００３２】
金属のレーザ加工を考慮する場合、金や銅等の金属は、波長が１ｕｍ（ファイバレーザ等のレーザ波長）では反射率が高いのに対して、波長が５３２ｎｍ、４５０ｎｍでは５０％以上の吸収率を持つ。
【００３３】
このため、吸収係数が上昇する６００ｎｍ以下の波長を持つ半導体レーザ（半導体レーザに限定される必要はない）と、輝度の高いファイバレーザとを組み合わせたレーザ光源にすることで、より加工効率の良いレーザ加工装置を得ることができる。
【００３４】
また、ダブルコアファイバ４を用い、第１コア４１を通るレーザ光の波長と第２コア４３を通るレーザ光の波長を異なえることで、容易に光軸が一致したハイブリッドレーザ加工用光源を実現することができる。また、レーザ加工の被照射体に最適な波長の組み合わせを選択することで、効率の良いレーザ加工が行える。
【００３５】
（実施例３）
図４は、実施例３のレーザ加工装置の構成を示す図である。図４に示す実施例３のレーザ加工装置は、図１に示す集光レンズ３に代えて、焦点可変レンズ６を配置し、さらに、コントローラ７を設けたことを特徴とする。
【００３６】
焦点可変レンズ６は、入力された電圧からなる制御信号に応じて焦点を可変する。コントローラ７は、図５に示すように、時刻ｔ０〜時刻ｔ２において、電圧からなる第１コア制御信号を焦点可変レンズ６に印加してレーザダイオード１ｃからのレーザ光を第１コア４１に入射させる。
【００３７】
コントローラ７は、時刻ｔ１〜時刻ｔ２において、電圧からなる第２コア制御信号を焦点可変レンズ６に印加してレーザダイオード１ａ，１ｂからのレーザ光を第２コア４３に入射させる。
【００３８】
時刻ｔ１〜時刻ｔ２においては、焦点可変レンズ６に第１コア制御信号と第２コア制御信号とが印加されるので、スポット径が大きくなる。即ち、第１コア４１を通るレーザ光と第２コア４３を通るレーザ光とを時間的に分割することで、ファイバ出力後のスポット径を変えてレーザ照射することができる。図６に、スポット径を変えてレーザを照射したときのレーザ照射域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３を示す。レーザ照射域ＡＲ１，ＡＲ３は、第１コア４１を通るレーザ光によるレーザ照射域である。レーザ照射域ＡＲ２は、第１コア４１を通るレーザ光と第２コア４３を通るレーザ光とによるレーザ照射域である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、複数のレーザで構成されるファイバ結合型のレーザ加工装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ，１ｂ，１ｃ  レーザダイオード
２ａ〜２ｃ  コリメートレンズ
３  集光レンズ
４  ダブルコアファイバ
５  ファイバレーザ
４０  光軸
４１  第１コア
４２  第１クラッド
４３  第２コア
４４  第２クラッド
４５  コーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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