(57)【要約】【課題】  回折光の発生を抑制してビームの高出力化及び高品質化を図ることができるレーザ発振器を提供する。【解決手段】  レーザ発振器１０は、出力鏡１２、リア鏡１４、２つの凹面鏡１６及び１８を有し、これらの鏡は協働してレーザビームプロファイル１１を形成する。出力鏡１２と凹面鏡１６との間、及び凹面鏡１８とリア鏡１４との間にはそれぞれビームウェスト２０及び２２が形成される。またレーザ発振器１０は、出力鏡１２とビームウェスト２０との略中間、及びビームウェスト２０と凹面鏡１６との略中間にそれぞれ配置される第１及び第２のアパーチャ２４及び２６を有し、さらに、凹面鏡１８とビームウェスト２２との略中間、及びビームウェスト２２とリア鏡１４との略中間にそれぞれ配置される第３及び第４のアパーチャ２８及び３０を有する。【選択図】      図１
2006196827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力鏡及びリア鏡を備え、前記出力鏡から前記リア鏡に至る光路に沿うレーザビームプロファイルを形成するレーザ発振器であって、
前記レーザビームプロファイルに複数のビームウェストを形成するためのビームウェスト形成手段を有するレーザ発振器。
【請求項２】
前記ビームウェスト形成手段は前記光路上に配置される少なくとも１つの凹面鏡を有し、それにより前記レーザビームプロファイルの、前記出力鏡と前記少なくとも１つの凹面鏡との間及び前記リア鏡と前記少なくとも１つの凹面鏡との間にそれぞれビームウェストが形成される、請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記複数のビームウェストの各々の、前記光路に沿った両側に配設されるアパーチャをさらに有する、請求項１又は２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記アパーチャは、前記ビームウェストと前記出力鏡、前記リア鏡及び前記凹面鏡のいずれか１つとの略中間に配置される、請求項３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記アパーチャは、前記ビームウェストの各側に複数個隣接して配置され、該複数のアパーチャの各々の片面のみにレーザビームが照射するように構成される、請求項３又は４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
前記ビームウェストの各側に配置される前記複数のアパーチャは互いに等しい口径を有する、請求項５に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
複数の前記アパーチャが１つの固定部材に設けられる、請求項３〜６のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器に関し、特には、溶融切断加工用のレーザ加工装置に使用されるレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば炭酸ガスを使用するレーザ加工装置のレーザ発振器は、切断性能向上のために高出力化される傾向にある。しかし、高出力化されたレーザ発振器においては、増幅自然光（ＡＳＥ）が発生しやすくなるため一般にビームの品質は低下する。この理由は、図４に簡単に示すように、出力鏡５２及びリア鏡５４を有する共振器５０において、通常発振されるビームプロファイル５６と、ＡＳＥにより生じるビームプロファイル５８とが重畳されるからである。
【０００３】
上述の不具合を解消するために、共振器内にアパーチャを設ける方法がある。例えば図５に示すように、出力鏡５２及びリア鏡５４の前面にアパーチャ６０及び６２をそれぞれ設けることにより、Ｍ2値等のビーム品質の向上を図ることができる。しかしこの構成では、ビームが当たるアパーチャの部位において回折光が生じるため、レーザ発振器をレーザ加工装置として使用する場合には、十分な溶断性能を発揮するビーム品質を得ることは難しいという問題があった。
【０００４】
アパーチャの形状や構成の改善については、これまでにも多くの試みがなされている。例えば特許文献１に記載の気体レーザ装置では、対向配置されたアパーチャの内面にレーザ光を吸収する物質を塗布して回折光の発生を抑制している。またレーザの品質を高めるために、特許文献２にはアパーチャの形状がトラック状であるガスレーザ装置が開示され、特許文献３にはアパーチャのビーム制限エッジ部が平坦なガスレーザ発振器が開示されている。さらに特許文献４には、アパーチャの位置をリア前面からフォルディングミラー前面に変更することによりビームの高品質化を図るレーザ発振器が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７５１６４８号公報
【特許文献２】特許第３３０１１２０号公報
【特許文献３】特開平６−３５０１６６号公報
【特許文献４】特開平８−２０４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のようにアパーチャの形状及び構成については種々の提案がなされているが、いずれも回折光の発生を抑制するという点では十分とは言えず、結果として加工性能向上のためのさらなるビームの高出力化及び高品質化を図ることは困難となっていた。そこで本発明は、回折光の発生を抑制してビームの高出力化及び高品質化を図ることができるレーザ発振器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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、出力鏡及びリア鏡を備え、前記出力鏡から前記リア鏡に至る光路に沿うレーザビームプロファイルを形成するレーザ発振器であって、前記レーザビームプロファイルに複数のビームウェストを形成するためのビームウェスト形成手段を有するレーザ発振器を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ発振器において、前記ビームウェスト形成手段は前記光路上に配置される少なくとも１つの凹面鏡を有し、それにより前記レーザビームプロファイルの、前記出力鏡と前記少なくとも１つの凹面鏡との間及び前記リア鏡と前記少なくとも１つの凹面鏡との間にそれぞれビームウェストが形成される、レーザ発振器を提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ発振器において、前記複数のビームウェストの各々の、前記光路に沿った両側に配設されるアパーチャをさらに有する、レーザ発振器を提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ発振器において、前記アパーチャは、前記ビームウェストと前記出力鏡、前記リア鏡及び前記凹面鏡のいずれか１つとの略中間に配置される、レーザ発振器を提供する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のレーザ発振器において、前記アパーチャは、前記ビームウェストの各側に複数個隣接して配置され、該複数のアパーチャの各々の片面のみにレーザビームが照射するように構成される、レーザ発振器を提供する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のレーザ発振器において、前記ビームウェストの各側に配置される前記複数のアパーチャは互いに等しい口径を有する、レーザ発振器を提供する。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれか１項に記載のレーザ発振器において、複数の前記アパーチャが１つの固定部材に設けられる、レーザ発振器を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ビームウェスト形成手段を用いてビームウェストを複数形成し、さらに各々のビームウェストと鏡との間に１つ以上のアパーチャを配設することにより、従来よりも回折光を大幅に低減することができる。また複数のアパーチャを隣接配置することにより、各アパーチャの片面のみにレーザを照射させて回折光をさらに低減することができる。さらに、複数又は全てのアパーチャを１つの固定部材に設けることにより、各アパーチャの位置精度を容易に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１に示す本発明に係るレーザ発振器１０は、部分反射鏡すなわち出力鏡１２、全反射鏡すなわちリア鏡１４、ビームウェスト形成手段例えば第１及び第２の凹面鏡１６及び１８を有し、これらの鏡は協働して、光軸Ａ及びＢを含む光路に沿って進むレーザビームプロファイル１１を形成する。図１のような構成を用いてレーザ発振することにより、レーザビームプロファイル１１の、出力鏡１２と第１の凹面鏡１６との間及び第２の凹面鏡１８とリア鏡１４との間には、それぞれビームウェスト２０及び２２が形成される。またレーザ発振器１０は、光軸Ａに沿ったビームウェスト２０の両側、すなわち出力鏡１２とビームウェスト２０との間及びビームウェスト２０と凹面鏡１６との間にそれぞれ配置される第１及び第２のアパーチャ２４及び２６を有する。さらにレーザ発振器１０は、光軸Ｂに沿ったビームウェスト２２の両側、すなわち凹面鏡１８とビームウェスト２２との間及びビームウェスト２２とリア鏡１４との間にそれぞれ配置される第３及び第４のアパーチャ２８及び３０を有する。
【００１６】
ここでビームウェスト２０と第１及び第２アパーチャ２４及び２６との距離ｄ１及びｄ２は、いずれも出力鏡１２と凹面鏡１６との距離Ｌ１の約１／４、より詳細にはＬ１の７／３２〜９／３２の範囲内であることが好ましい。換言すれば、第１アパーチャ２４は出力鏡１２とビームウェスト２０との略中間に配置され、第２アパーチャ２６はビームウェスト２０と凹面鏡１６との略中間に配置されることが好ましい。すなわち、例えばＬが４０００ｍｍであるときは、ｄ１及びｄ２はそれぞれ約１０００ｍｍである。同様に、ビームウェスト２２と第３及び第４アパーチャ２８及び３０との距離ｄ３及びｄ４も、例えばリア鏡１４と凹面鏡１８との距離Ｌ２が４０００ｍｍであるときは、それぞれ約１０００ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、第１及び第２の凹面鏡１６及び１８を使用して出力鏡１２からリア鏡１４に至る光路上に複数のビームウェスト（ビーム径が最小となる部位）を形成し、さらに各々のビームウェストの両側にアパーチャを設けることにより、不都合なレーザの回折光を大幅に低減することができる。なお特許文献２に記載のガスレーザ装置においては、全反射ミラー、部分反射ミラー及び折り返しミラーのそれぞれの前面にアパーチャを配置しているが、折り返しミラーの前面のアパーチャは、折り返しミラーへの入射光及びその反射光の双方が通過するものであるため、入射光及び反射光の各々に対して最適な口径とはなっていない。それに対し本発明では、ビームウェストの両側の適当な位置にアパーチャを配置するため、アパーチャの口径を、アパーチャを通過するビーム径に対し最適な口径とすることができる。
【００１８】
また図１に示すように、第１〜第４のアパーチャは、１つの固定部材例えばブロック３２に配設（例えば固定）することができる。１つのブロックに複数又は全てのアパーチャを配設することにより、各アパーチャの位置精度を容易に向上させることができ、結果としてビーム品質を向上させることができる。
【００１９】
図２は、図１の実施形態の好適な変形例を示す。図２の実施形態では、図１の実施形態において第１のアパーチャ２４が配置される部位に２つのアパーチャ２４ａ及び２４ｂが光軸Ａに沿って隣接配置される。詳細には、２つのアパーチャ２４ａと２４ｂとの間の距離ｄ５が出力鏡１２と凹面鏡１６との距離Ｌ１の約１／３０以下であることが好ましい。さらに、２つのアパーチャ２４ａ及び２４ｂの口径は、互いに同一であることが好ましい。このような構成によれば、レーザビームは各アパーチャの片面にのみ当たり、両面に当たる場合よりも各アパーチャで生じる回折光を低減することができ、有利である。同様の理由から、図１の実施形態において第２のアパーチャ２６が配置される部位には、互いに同一口径の２つのアパーチャ２６ａ及び２６ｂが光軸Ａに沿って隣接配置される。さらに、図１の実施形態において第３のアパーチャ２８が配置される部位には、互いに同一口径の２つのアパーチャ２８ａ及び２８ｂが光軸Ａに沿って隣接配置され、第４のアパーチャ３０が配置される部位には、互いに同一口径の２つのアパーチャ３０ａ及び３０ｂが光軸Ａに沿って隣接配置される。
【００２０】
図３は、本発明のレーザ発振器１０の他の変形例を示しており、図１と異なる点は第２の凹面鏡１８が平面鏡１９に変更されていることである。レーザビームプロファイル１１が複数のビームウェストを有するためには１つ以上の凹面鏡があればよく、図３の場合、出力鏡１２と凹面鏡１６との間、及び平面鏡１９とリア鏡１４との間にそれぞれビームウェスト２０及び２２を形成することができる。このときのビームウェスト２２の位置は、凹面鏡１６からリア鏡１４に至る光路の略中間に位置する。この場合も、図１の形態と同様のアパーチャ構成とすることによって回折光の低減を図ることができる。なお図３の実施形態においても、図２のようにアパーチャを隣接配置することが可能である。
【００２１】
図示された実施形態では、各ビームウェストについて複数のアパーチャが配設されているが、各ビームウェストにつき１つのアパーチャを設ける構成としてもよい。また、凹面鏡又は他のビームウェスト形成手段をさらに用いて３つ以上のビームウェストを形成し、各ビームウェストに１つ以上のアパーチャを配設することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るレーザ発振器の要部の概略構成を示す図である。
【図２】図１の変形例を示す図である。
【図３】図１の他の変形例を示す図である。
【図４】従来のレーザ発振器におけるＡＳＥの発生を説明する図である。
【図５】従来のレーザ発振器における一般的なアパーチャの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    レーザ発振器
１２    出力鏡
１４    リア鏡
１６、１８    凹面鏡
１９    平面鏡
２４、２６、２８、３０    アパーチャ
３２    ブロック
【図１】
2006196827.tif 000003
【図２】
2006196827.tif 000004
【図３】
2006196827.tif 000005
【図４】
2006196827.tif 000006
【図５】
2006196827.tif 000007