(57)【要約】【課題】コストを低減できるビーム分配器を提供すること。【解決手段】ビーム入射口３１と、複数のビーム出射口４１と、を備え、回転可能な円筒部材２と、円筒部材２の周面において軸方向及び周方向にずれた位置に配置され少なくとも２つの複数の反射鏡２３と、複数の反射鏡２３を回転させる回転機構１２と、反射鏡２３の周方向の移動を固定する固定機構１３と、反射鏡位置検知機構４３と、光吸収器１１と、制御部８１と、を備え、制御部８１は、円筒部材２の回転位置を、レーザビームを選択されたビーム出射口４１に向けて反射鏡２３で反射させる位置と、レーザビームを光吸収器１１で吸収するように隣接する反射鏡２３の間を通過させる位置又は反射鏡２３の１つで反射させ光吸収器で吸収させる反射鏡２３の位置と、に回転移動させるように回転機構１２を制御すると共に、反射鏡２３の回転移動を固定するように固定機構１３を制御する。【選択図】図４
2018066880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのビーム入射口と、少なくとも２つの複数のビーム出射口と、を備えるビーム分配器において、
中心軸を回転軸として回転可能な円筒部材と、
前記円筒部材の周面において軸方向及び周方向にずれた位置に配置され、前記ビーム出射口の数と同じ個数の少なくとも２つの複数の反射鏡と、
前記円筒部材を前記回転軸を中心に回転させることで、前記複数の反射鏡を前記回転軸を中心に回転させる回転機構と、
前記円筒部材における周方向の移動を固定することで、前記反射鏡における前記円筒部材の周方向の移動を固定する固定機構と、
前記反射鏡の位置を検知する反射鏡位置検知機構と、
光吸収器と、
前記反射鏡を回転移動させるように前記回転機構を制御すると共に、前記反射鏡を固定するように前記固定機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ビーム入射口を介して前記円筒部材の回転軸に平行に入射した入射レーザビームを、選択された前記ビーム出射口に向けて前記反射鏡で反射させる位置と、前記入射レーザビームを、前記光吸収器で吸収するように隣接する前記反射鏡の間を通過させる位置又は前記反射鏡の１つで反射させ前記光吸収器で吸収させる反射鏡の位置とに、前記円筒部材の回転位置を回転移動させるように前記回転機構を制御すると共に、前記反射鏡が回転移動された位置において前記反射鏡の回転移動を固定するように前記固定機構を制御するビーム分配器。
【請求項２】
前記複数の反射鏡を構成する部材は、前記反射鏡の個数、前記複数の反射鏡の重量又は前記円筒部材の回転軸に対する重量バランスに応じて、前記複数の反射鏡及び／又は前記円筒部材の重量バランスが回転軸に対して均一になるように配置される請求項１に記載のビーム分配器。
【請求項３】
前記回転機構は、サーボモータと、前記サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、を有して構成される請求項１又は２に記載のビーム分配器。
【請求項４】
前記円筒部材と前記円筒部材を回転させる前記回転機構とを備える回転体ユニットを複数備え、
複数の前記回転体ユニットは、レーザビームの通路に沿って並んで配置され、レーザビームの通路において、前記回転機構により回転される前記反射鏡が、レーザビームを反射させる位置と反射させない位置とに多段に組み合わされて移動されることで、レーザ―ビームが出射される前記ビーム出射口を選択的に切り替える請求項１から３のいずかに記載のビーム分配器。
【請求項５】
前記円筒部材とレーザビームの通路とを覆う遮蔽部材を備える請求項１から４のいずれかに記載のビーム分配器。
【請求項６】
前記反射鏡位置検知機構は、発光部が発光した光を前記反射鏡で反射させて受光部により受光することで前記反射鏡の位置を検知する光センサ、又は、前記反射鏡に設けたスリットを透過した光を検知することで前記反射鏡の位置を検知する光センサである請求項１から５のいずれかに記載のビーム分配器。
【請求項７】
前記円筒部材の回転角度を数値データのパラメータとして記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記反射鏡位置検知機構により検知された前記反射鏡の位置を検知する信号によって、前記記憶部に記憶された前記円筒部材の回転角度のパラメータを、プラス又はマイナスに微調整して、前記反射鏡の位置を校正する機能を有する請求項１から６のいずれかに記載のビーム分配器。
【請求項８】
前記制御部は、前記回転機構により前記円筒部材を回転させることで前記反射鏡を前記ビーム出射口に向けて反射させる位置に移動するように制御したのち、前記固定機構においてブレーキをかけてから、レーザビームを出射するように制御し、前記固定機構においてブレーキを解除してから、前記回転機構により前記反射鏡を次の位置に移動させるように制御する請求項１から７のいずれかに記載のビーム分配器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つのレーザビームを、複数の光ファイバのうちの１つの光ファイバを選択するように切り替えて伝搬させるビーム分配器が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のビーム分配器は、切り替える複数の光ファイバの数に応じて、レーザビームの切り替え箇所に、反射鏡とモータとをそれぞれ１つ設けて、モータにより反射鏡の傾き角度を調整することで、複数の光ファイバのうちの１つの光ファイバを選択するように切り替えるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１３９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のビーム分配器においては、切り替える複数の光ファイバの数に応じて、反射鏡とモータとをそれぞれ１つ必要とする。そのため、切り替える複数の光ファイバの数が増加すると、反射鏡及びモータの使用数が増加する。モータの使用数が増大すると、コストが増大するため、コストを低減できるビーム分配器が望まれる。
【０００５】
本発明は、コストを低減できるビーム分配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】
【０００６】
本発明は、少なくとも１つのビーム入射口（例えば、後述のビーム入射口３１）と、少なくとも２つの複数のビーム出射口（例えば、後述のビーム出射口４１）と、を備えるビーム分配器（例えば、後述のビーム分配器１）において、中心軸を回転軸（例えば、後述の回転軸Ｊ）として回転可能な円筒部材（例えば、後述の円筒回転体２、２Ａ、第１円筒回転体５、第２円筒回転体６）と、前記円筒部材の周面において軸方向及び周方向にずれた位置に配置され、前記ビーム出射口の数と同じ個数の少なくとも２つの複数の反射鏡（例えば、後述の切替反射ミラー２３、５３、６３）と、前記円筒部材を前記回転軸を中心に回転させることで、前記複数の反射鏡を前記回転軸を中心に回転させる回転機構（例えば、後述の回転駆動モータ１２，１４、１５）と、前記円筒部材における周方向の移動を固定することで、前記反射鏡における前記円筒部材の周方向の移動を固定する固定機構（例えば、後述のブレーキ機構１３）と、前記反射鏡の位置を検知する反射鏡位置検知機構（例えば、後述のミラー位置検知センサ４３）と、光吸収器（例えば、後述のアブソーバ１１）と、前記反射鏡を回転移動させるように前記回転機構を制御すると共に、前記反射鏡を固定するように前記固定機構を制御する制御部（例えば、後述の制御部８１）と、を備え、前記制御部は、前記ビーム入射口を介して前記円筒部材の回転軸に平行に入射した入射レーザビームを、選択された前記ビーム出射口に向けて前記反射鏡で反射させる位置と、前記入射レーザビームを、前記光吸収器で吸収するように隣接する前記反射鏡の間を通過させる位置又は前記反射鏡の１つで反射させ前記光吸収器で吸収させる反射鏡の位置とに、前記円筒部材の回転位置を回転移動させるように前記回転機構を制御すると共に、前記反射鏡が回転移動された位置において前記反射鏡の回転移動を固定するように前記固定機構を制御するビーム分配器に関する。
【０００７】
また、前記複数の反射鏡を構成する部材は、前記反射鏡の個数、前記複数の反射鏡の重量又は前記円筒部材の回転軸に対する重量バランスに応じて、前記複数の反射鏡及び／又は前記円筒部材の重量バランスが回転軸に対して均一になるように配置されることが好ましい。
【０００８】
また、前記回転機構は、サーボモータと、前記サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、を有して構成されることが好ましい。
【０００９】
また、前記円筒部材と前記円筒部材を回転させる前記回転機構とを備える回転体ユニット（例えば、後述の第１回転体ユニット５０、第２回転体ユニット６０）を複数備え、複数の前記回転体ユニットは、レーザビームの通路に沿って並んで配置され、レーザビームの通路において、前記回転機構により回転される前記反射鏡が、レーザビームを反射させる位置と反射させない位置とに多段に組み合わされて移動されることで、レーザ―ビームが出射される前記ビーム出射口を選択的に切り替えることが好ましい。
【００１０】
また、前記円筒部材とレーザビームの通路とを覆う遮蔽部材（例えば、後述のケース体１０）を備えることが好ましい。
【００１１】
また、前記反射鏡位置検知機構は、発光部が発光した光を前記反射鏡で反射させて受光部により受光することで前記反射鏡の位置を検知する光センサ、又は、前記反射鏡に設けたスリットを透過した光を検知することで前記反射鏡の位置を検知する光センサであることが好ましい。
【００１２】
また、前記円筒部材の回転角度を数値データのパラメータとして記憶する記憶部（例えば後述の記憶部８２）を備え、前記制御部は、前記反射鏡位置検知機構により検知された前記反射鏡の位置を検知する信号によって、前記記憶部に記憶された前記円筒部材の回転角度のパラメータを、プラス又はマイナスに微調整して、前記反射鏡の位置を校正する機能を有することが好ましい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記回転機構により前記円筒部材を回転させることで前記反射鏡を前記ビーム出射口に向けて反射させる位置に移動するように制御したのち、前記固定機構においてブレーキをかけてから、レーザビームを出射するように制御し、前記固定機構においてブレーキを解除してから、前記回転機構により前記反射鏡を次の位置に移動させるように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コストを低減できるビーム分配器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るビーム分配器の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るビーム分配器の円筒回転体を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るビーム分配器の円筒回転体を回転軸方向に見た図である。
【図４】第１実施形態に係るビーム分配器の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態のビーム分配器の円筒回転体を示す図であって、円筒回転体を回転軸方向に見た図である。
【図６】第３実施形態に係るビーム分配器の構成を示す図である。
【図７】第４実施形態に係るビーム分配器の構成を示す図である。
【図８】第４実施形態に係るビーム分配器の第１円筒回転体と第２円筒回転体を回転軸方向に見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第２実施形態以降の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るビーム分配器１の構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係るビーム分配器１の円筒回転体２を示す斜視図である。図３は、第１実施形態に係るビーム分配器１の円筒回転体２を回転軸Ｊ方向に見た図である。図４は、第１実施形態に係るビーム分配器１の構成を示す図である。
第１実施形態に係るビーム分配器１は、レーザ装置（図示せず）から出射されて入射側光ファイバ１０１を介して入射されたレーザビーム（レーザ光）を、複数の出射側光ファイバ１０２のうちのいずれかに選択的に切り替えるための装置である。ビーム分配器１により選択的に切り替えられたレーザビームは、出射側光ファイバ１０２を伝搬されて、レーザ加工における溶接や切断などに利用される。
【００１８】
図１に示すように、ビーム分配器１は、６つの切替反射ミラー２３（反射鏡）を有する円筒回転体（円筒部材）２と、１つのビーム入射口３１と、１つの入光用レンズ３２と、１つの入射側反射ミラー３３と、６つのビーム出射口４１と、６つの出光用レンズ４２と、６つのミラー位置検知センサ４３（反射鏡位置検知機構）（図４参照）と、アブソーバ１１（光吸収器）と、回転駆動モータ１２（回転機構）と、ブレーキ機構１３（固定機構）と、ケース体１０と、制御装置８（図４参照）と、を備える。
【００１９】
ケース体１０は、図１における左側から右側に延びる箱状に形成され、ケース体１０の内部には、少なくとも、円筒回転体２、１つの入光用レンズ３２、入射側反射ミラー３３、６つの出光用レンズ４２、６つのミラー位置検知センサ４３（図４参照）が収容されている。ケース体１０は、円筒回転体２と、ビーム入射口３１からビーム出射口４１までのレーザビームの通路と、を覆うことで、レーザビームの散乱光を遮蔽する遮蔽部材の機能を有する。ケース体１０には、ビーム分配器１に備えられる各部材（１つのビーム入射口３１、６つのビーム出射口４１、アブソーバ１１、回転駆動モータ１２）が取り付けられる取付開口（図示せず）が複数設けられている。
【００２０】
１つのビーム入射口３１は、ケース体１０の正面板１１０の長手方向の左側の端部側（一端側）に取り付けられる。ビーム入射口３１には、レーザ出射装置（図示せず）から出射されたレーザビームが、入射側光ファイバ１０１を介して入射される。
【００２１】
１つの入光用レンズ３２は、１つのビーム入射口３１よりも、ケース体１０の内部側に配置される。１つの入光用レンズ３２には、１つのビーム入射口３１から入射されたレーザビームが透過される。１つの入光用レンズ３２は、１つのビーム入射口３１から入射されたレーザビームの光を整形するレンズである。
【００２２】
１つの入射側反射ミラー３３は、ビーム入射口３１から入射されたレーザビーム（入射レーザビーム）を、後述する円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に伝搬する。本実施形態では、１つの入射側反射ミラー３３は、ビーム入射口３１及び入光用レンズ３２よりも、ケース体１０の内部側に配置され、例えば、レーザビームの進行方向を進入角度に対して直交するように反射する。入射側反射ミラー３３は、傾斜面を有し、例えば、ビーム入射口３１から入射したレーザビームの進行方向に対して４５°傾いた角度で配置される。
【００２３】
６つのビーム出射口４１は、ケース体１０の正面板１１０において、ビーム入射口３１の右側の隣りから、ケース体１０の正面板１１０の右側の端部側（他端側）に向けて、並んで配置される。
【００２４】
本実施形態においては、１つの入射側反射ミラー３３及び６つのビーム出射口４１は、ケース体１０の正面板１１０において、左側（一端側）から右側（他端側）に向けて、ビーム入射口３１、ビーム出射口４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆの順に並んで配置される。なお、ビーム出射口４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆについて、区別する必要がない場合には、単に、「ビーム出射口４１」と記載する。
【００２５】
６つのビーム出射口４１には、それぞれ、出射側光ファイバ１０２が接続され、６つのビーム出射口４１からは、後述する円筒回転体２の切替反射ミラー２３の回転角度により選択された場合に、それぞれ、選択的に、レーザビームが出射される。
【００２６】
６つの出光用レンズ４２は、６つのビーム出射口４１よりも、ケース体１０の内部側に配置される。６つの出光用レンズ４２には、それぞれ、円筒回転体２の切替反射ミラー２３に反射されたレーザビームが透過される。６つの出光用レンズ４２は、それぞれ、円筒回転体２の切替反射ミラー２３に反射されたレーザビームの光を整形するレンズである。
【００２７】
円筒回転体２は、図１及び図２に示すように、回転体本体２１と、６つの傾斜突出部２２と、を有する。回転体本体２１は、ケース体１０の長手方向と回転軸Ｊが延びる方向とが同じ方向になるように、所定方向に延びる円筒状に形成される。円筒回転体２は、中心軸を回転軸Ｊとして回転可能である。回転体本体２１は、回転軸Ｊを中心に回転可能な状態で、長手方向の両端側において、保持部材２４により保持される。
【００２８】
回転体本体２１の一端（図１においては左側の端部）には、ブレーキ機構１３が接続される。ブレーキ機構１３は、後述する制御部８１により制御されて、回転駆動モータ１２により移動された円筒回転体２を所定の位置において、円筒回転体２が周方向に回転移動しないように固定する。ブレーキ機構１３は、円筒回転体２における周方向の移動を固定することで、６つの切替反射ミラー２３の周方向の移動を固定する。
【００２９】
回転体本体２１の他端（図１においては右側の端部）には、回転駆動モータ１２が接続される。回転駆動モータ１２は、サーボモータにより構成され、位置検出器１２１が内蔵されている。回転駆動モータ１２は、位置検出器１２１により検出された位置情報に基づいて、後述する制御部８１により制御され、回転軸Ｊまわりに円筒回転体２を回転駆動させる。回転駆動モータ１２は、円筒回転体２を回転軸Ｊを中心に回転させることで、６つの切替反射ミラー２３を回転軸Ｊを中心に回転させる。なお、位置検出器１２１は、回転駆動モータ１２に内蔵されていてもよいし、回転駆動モータ１２に内蔵されずに、回転駆動モータ１２に接続されていてもよい。
【００３０】
６つの傾斜突出部２２は、回転体本体２１の周面から、回転体本体２１の径方向に突出して形成される。６つの傾斜突出部２２は、回転体本体２１の長手方向に離間して配置される。本実施形態においては、６つの傾斜突出部２２は、回転軸Ｊ方向における左側から右側に向けて、傾斜突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆの順に並んで配置される。なお、傾斜突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆについて、区別する必要がない場合には、単に、「傾斜突出部２２」と記載する。
【００３１】
６つの傾斜突出部２２は、それぞれ、６つのビーム出射口４１それぞれが配置される位置に対応して、回転体本体２１の周面において、軸方向及び周方向にずれた位置に配置されている。傾斜突出部２２の傾斜面は、ビーム入射口３１側（図１における左側）からビーム出射口４１側（図１における右側）に向かうにしたがって回転体本体２１の回転軸Ｊから離間するように傾斜する。
【００３２】
６つの傾斜突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは、図３に示すように、回転軸Ｊ方向に見た場合に、周方向に均等に配置されている。６つの傾斜突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ（切替反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆを構成する部材）における重量バランスが、回転軸Ｊに対して均一となるように配置されている。
【００３３】
傾斜突出部２２の傾斜面は、図１〜図３に示すように、切替反射ミラー２３を構成する。６つの切替反射ミラー２３は、回転体本体２１の周面に、６つのビーム出射口４１の数と同じ６つ設けられる。６つの切替反射ミラー２３は、それぞれ、ビーム入射口３１からビーム出射口４１に向かうにしたがって回転体本体２１の回転軸Ｊから離間するように傾斜する面により構成される。本実施形態においては、６つの切替反射ミラー２３は、回転軸Ｊ方向における左側から右側に向けて、切替反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆの順に並んで配置される。なお、切替反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆについて、区別する必要がない場合には、単に、「切替反射ミラー２３」と記載する。６つの切替反射ミラー２３は、円筒回転体２が回転軸Ｊを中心に回転することにより、それぞれが、回転軸Ｊに対する傾斜角度を維持した状態で、周方向に移動される。
【００３４】
傾斜突出部２２の傾斜面に設けられた切替反射ミラー２３は、円筒回転体２の回転軸Ｊに沿って平行に入射されたレーザビームを、対応するビーム出射口４１に向けて反射させる角度に傾いて配置されている。例えば、切替反射ミラー２３は、図１に示すように、回転軸Ｊに対してα角度傾いて配置される。なお、本実施形態においては、切替反射ミラー２３の傾斜角度αは、例えば４５度に設定されが、これに限定されず、ビーム出射口４１が配置される位置や向きなどにより適宜設定されてもよい。
【００３５】
６つのミラー位置検知センサ４３は、それぞれ、図４に示すように、切替反射ミラー２３に対応して配置される。本実施形態においては、６つのミラー位置検知センサ４３は、それぞれ、図４に示すように、対応する切替反射ミラー２３に対向した位置に配置される。
【００３６】
６つのミラー位置検知センサ４３は、切替反射ミラー２３が所定の反射位置に位置したことを検知する。ミラー位置検知センサ４３は、発光部（図示せず）と受光部（図示せず）とを有し、発光部が発光した光を切替反射ミラー２３に照射し、その反射光を受光部により正常に受光した場合に、切替反射ミラー２３が所定の反射位置に位置したことを検知する。なお、ミラー位置検知センサは、これに限らない。例えば、切替反射ミラー２３にスリットを設けて、スリットを透過した光を受光部により正常に受光した場合に、切替反射ミラー２３が所定の反射位置に位置したことを検知するように構成してもよい。
【００３７】
アブソーバ１１は、ケース体１０の内面におけるビーム入射口３１とは反対側の他端側の内側面において、ケース体１０の内部側にレーザビームを吸収する面が向くように取り付けられる。アブソーバ１１は、入射側反射ミラー３３により反射されたレーザビームが、円筒回転体２の長手方向に沿って平行に伝搬されて、隣接する切替反射ミラー２３の間を通過して到達する位置に配置される。アブソーバ１１は、隣接する切替反射ミラー２３の間を通過したレーザビームを吸収する。
【００３８】
制御装置８は、図４に示すように、制御部８１と、記憶部８２と、を有する。
制御部８１は、円筒回転体２を回転駆動して、切替反射ミラー２３を所定の反射位置に回転移動するように、回転駆動モータ１２を制御する。具体的には、制御部８１は、記憶部８２に記憶された切替反射ミラー２３の位置に対応する円筒回転体２の回転角度の情報に基づいて、円筒回転体２の回転位置を、ビーム入射口３１を介して円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に入射したレーザビームを、選択されたビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３で反射させる位置と、ビーム入射口３１を介して円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に入射したレーザビームの光を、アブソーバ１１で吸収するように隣接する切替反射ミラー２３の間を通過させる位置と、に回転移動させるように回転駆動モータ１２を制御する。
【００３９】
制御部８１は、切替反射ミラー２３が回転移動された位置において、切替反射ミラー２３の回転移動を固定するようにブレーキ機構１３を制御する。
【００４０】
制御部８１は、回転駆動モータ１２により円筒回転体２を回転させることで切替反射ミラー２３をビーム出射口４１に向けて反射させる位置に移動するように制御したのち、ブレーキ機構１３においてブレーキをかけてから、レーザビームを出射するように制御し、ブレーキ機構１３においてブレーキを解除してから、回転駆動モータ１２により切替反射ミラー２３を次の位置に移動させるように制御する。
【００４１】
制御部８１は、ミラー位置検知センサ４３により検知された切替反射ミラー２３の位置を検知する位置検知信号を受信した場合に、回転駆動モータ１２を制御する。制御部８１は、ミラー位置検知センサ４３により検知された切替反射ミラー２３の位置を検知する信号を受信して、記憶部８２に記憶された円筒回転体２の回転角度のパラメータを、プラス又はマイナスに微調整して、切替反射ミラー２３の位置を校正する機能を有する。
【００４２】
記憶部８２は、ビーム分配器１の各動作を実行する制御プログラムや、所定のパラメータなどを記憶する。記憶部８２は、例えば、選択されたビーム出射口４１に向けてレーザビームを反射させる切替反射ミラー２３の位置に対応する円筒回転体２の回転角度を、数値データのパラメータとして記憶する。
【００４３】
以上のように構成されるビーム分配器１の動作について説明する。
まず、ビーム分配器１の使用前において、切替反射ミラー２３の位置を初期化して校正する。具体的には、制御部８１は、選択したビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３がレーザビームを反射させるように、円筒回転体２を回転移動するように、回転駆動モータ１２を制御する。そして、制御部８１は、ミラー位置検知センサ４３により検知された切替反射ミラー２３の位置を検知する信号を受信して、記憶部８２に記憶された円筒回転体２の回転角度のパラメータを、プラス又はマイナスに微調整して、切替反射ミラー２３の位置を校正する。
【００４４】
次に、ビーム分配器１を動作させる。本実施形態においては、６つのビーム出射口４１から、任意の１つのビーム出射口４１を選択して、１つのビーム出射口４１にレーザビームが伝搬させることができる。また、最初に選択したビーム出射口４１からレーザビームを出射している状態において、最初に選択したビーム出射口４１とは異なる別の任意のビーム出射口４１に切り替えたい場合には、別の任意の１つのビーム出射口４１を選択して切り替えることができる。
この場合のビーム分配器１の動作について以下に説明する。
【００４５】
まず、ビーム入射口３１からレーザビームが入射されていない状態から、６つのビーム出射口４１からレーザビームを出射するビーム出射口４１を選択する。そして、制御部８１は、レーザビームが出射されるビーム出射口４１が最初に選択したビーム出射口４１となるように、円筒回転体２の回転位置を、ビーム入射口３１を介して円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に入射したレーザビームを、最初に選択されたビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３で反射させる位置に回転移動させるように回転駆動モータ１２を制御する。ここで、制御部８１は、ミラー位置検知センサ４３により検知された情報に基づいて、円筒回転体２が所定の反射位置で停止するように制御する。これにより、対応する切替反射ミラー２３は、円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に伝搬されたレーザビームを、選択したビーム出射口４１に向けて反射させる位置に移動される。
【００４６】
次に、制御部８１は、円筒回転体２の回転位置を固定するように、ブレーキ機構１３を制御する。これにより、選択されたビーム出射口４１に対応する切替反射ミラー２３が反射位置に位置した状態で、円筒回転体２が周方向において固定される。
【００４７】
続けて、レーザビームを、ビーム入射口３１を介して、ビーム分配器１に入射させる。これにより、ビーム分配器１に入射されたレーザビームは、入射側反射ミラー３３に反射されて、円筒回転体２の回転軸Ｊに沿って伝搬される。そして、円筒回転体２の回転軸Ｊに沿って伝搬されるレーザビームは、最初に選択されたビーム出射口４１に対応する切替反射ミラー２３に反射されて、最初に選択したビーム出射口４１に向けて伝搬される。これにより、選択したビーム出射口４１に伝搬されたレーザビームは、ビーム出射口４１を介して、出射側光ファイバ１０２に伝搬される。
【００４８】
次に、レーザビームにおけるビーム入射口３１からの入射を停止させない状態で、レーザビームを、最初に選択したビーム出射口４１とは異なる別のビーム出射口４１を選択して出射させたい場合がある。この場合には、制御部８１は、ブレーキ機構１３を解除した後に、円筒回転体２の回転位置を、ビーム入射口３１を介して円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に入射したレーザビームを、次に選択されたビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３で反射させる位置に回転移動させるように回転駆動モータ１２を制御する。これにより、円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に伝搬されるレーザビームは、次に選択されたビーム出射口４１に対応する切替反射ミラー２３に反射されて、次に選択されたビーム出射口４１に向けて伝搬される。そして、次に選択したビーム出射口４１に伝搬されたレーザビームは、出射側光ファイバ１０２を介して、ビーム分配器１の外部へ伝搬される。
その後におけるレーザビームの切り替えの動作は、前述のレーザビームの切り替え動作と同様であるため、説明を省略する。
【００４９】
ここで、レーザビームを、いずれのビーム出射口４１からも出射しない場合には、制御部８１は、円筒回転体２の回転位置を、ビーム入射口３１を介して円筒回転体２の回転軸Ｊに平行に入射したレーザビームを、アブソーバ１１で吸収するように隣接する切替反射ミラー２３の間を通過させる位置に回転移動させるように回転駆動モータ１２を制御する。これにより、レーザビームにおけるビーム入射口３１からの入射を停止させることなく、レーザビームの出射を一時的に遮断できる。また、円筒回転体２を回転させる際に、隣接する切替反射ミラー２３の間からレーザビームが通過しても、アブソーバ１１でレーザビームの光を吸収できるため、レーザビームの散乱が抑制され、安全性を確保できる。
【００５０】
以上の構成を備える第１実施形態のビーム分配器１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、ビーム分配器１を、ビーム入射口３１と、６つのビーム出射口４１と、を有して構成し、回転可能な円筒回転体２と、円筒回転体２の周面において軸方向及び周方向にずれた位置に配置され、６つの切替反射ミラー２３と、６つの切替反射ミラー２３を回転軸Ｊを中心に回転させる回転駆動モータ１２と、切替反射ミラー２３における円筒回転体２の周方向の移動を固定するブレーキ機構１３と、切替反射ミラー２３の位置を検知するミラー位置検知センサ４３と、アブソーバ１１と、制御部８１と、を備え、制御部８１は、円筒回転体２の回転位置を、レーザビームを選択されたビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３で反射させる位置と、レーザビームを光吸収器１１で吸収するように隣接する切替反射ミラー２３の間を通過させる位置と、に回転移動させるように回転駆動モータ１２を制御すると共に、切替反射ミラー２３が回転移動された位置において切替反射ミラー２３の回転移動を固定するようにブレーキ機構１３を制御するように構成した。
【００５１】
これにより、円筒回転体２の回転角度を制御するだけで、６つのビーム出射口４１のうちの１つを選択して、選択した光ファイバに向けてレーザビームを伝搬できる。また、ブレーキ機構１３により円筒回転体２を安定して固定できるため、切替反射ミラー２３の反射位置の位置決めや、反射角度の精度を向上できる。また、回転駆動モータ１２への電力を停止した状態で、円筒回転体２を固定できるため、回転駆動モータ１２への電力の供給を停止することで、回転駆動モータ１２が円筒回転体２を停止させた状態を維持する際に要する電力の節約ができる。また、隣接する切替反射ミラー２３の間をレーザビームが通過させてアブソーバ１１に吸収させるように円筒回転体２の回転を制御することで、レーザビームが入射された状態が継続しても、レーザビームをいずれのビーム出射口４１からも出射しない遮断状態とすることができる。また、アブソーバ１１を備えるため、レーザビームを継続して入射した状態において、隣接する切替反射ミラー２３の間を通過するレーザビームをアブソーバ１１で吸収でき、レーザビームの散乱を抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態では、６つの切替反射ミラー２３を、重量バランスが回転軸Ｊに対して均一になるように配置するように構成した。これにより、円筒回転体２の回転ムラや振動を低減でき、円筒回転体２を安定して回転させることができる。よって、切替反射ミラー２３の反射位置の位置決めや、反射角度の精度を向上できる。
【００５３】
また、本実施形態では、回転駆動モータ１２を、サーボモータと、サーボモータの回転位置を検出する位置検出器１２１と、を有して構成した。これにより、位置検出器１２１により検出された位置情報に基づいてサーボモータを制御できるため、切替反射ミラー２３の位置決めの分解能が向上する。また、円筒回転体２の回転角度をパラメータ化して、ミラー位置検知センサ４３により検知された情報に基づいて、切替反射ミラー２３の回転角度の微調整を容易に行うことができる。
【００５４】
また、本実施形態では、ケース体１０を、円筒回転体２とレーザビームの通路とを覆う遮蔽部材の機能を備えるように構成した。これにより、レーザビームを停止させない状態で、ケース体１０により、レーザビームが出射されるビーム出射口４１を切り替えた場合における切替反射ミラー２３で発生する散乱光を遮断することができる。これにより、散乱光がない高品質のレーザビームをビーム出射口４１に伝搬できる。
【００５５】
また、本実施形態では、ミラー位置検知センサ４３を備える。これにより、選択したビーム出射口４１に向けてレーザビームを反射できる反射位置に切替反射ミラー２３が位置しているか否かを容易に検知できる。
【００５６】
また、本実施形態では、円筒回転体２の回転角度を数値データのパラメータとして記憶する記憶部８２を備え、制御部８１は、切替反射ミラー２３のミラー位置検知センサ４３により検知された切替反射ミラー２３の位置を検知する信号によって、記憶部８２に記憶された円筒回転体２の回転角度のパラメータを、プラス又はマイナスに微調整して、切替反射ミラー２３の位置を校正する機能を有する。これにより、ビーム分配器１の使用前に、切替反射ミラー２３の位置の初期化ができる。
【００５７】
また、本実施形態では、制御部８１は、回転駆動モータ１２により、円筒回転体２を回転させることで切替反射ミラー２３をビーム出射口４１に向けて反射させる位置に移動するように制御したのち、ブレーキ機構１３でブレーキをかけてから、レーザビームを出射するように制御し、且つ、ブレーキ機構１３のブレーキを解除してから、回転駆動モータ１２により切替反射ミラー２３を次の位置に移動させるように制御するように構成した。これにより、振動等があっても、切替反射ミラー２３が動くことが低減され、レーザビームのゆらぎが低減される。よって、レーザビームの出力の安定性を向上できる。
【００５８】
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のビーム分配器の円筒回転体２Ａを示す図であって、円筒回転体２Ａを回転軸Ｊ方向に見た図である。
図５に示すように、第２実施形態は、第１実施形態と比べて、円筒回転体２Ａの６つの切替反射ミラー２３の構成が相違する以外は、第１実施形態と同様の構成である。
【００５９】
第２実施形態の円筒回転体２Ａは、図５に示すように、回転体本体２１Ａと、６つの傾斜突出部２２と、を有する。６つの傾斜突出部２２は、図１の第１実施形態の傾斜突出部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆに代えて、図１における回転軸Ｊ方向における左側から右側に向けて、傾斜突出部２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、２２ｌの順に並んで配置される。６つの傾斜突出部２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、２２ｌの傾斜面は、６つの切替反射ミラー２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌを構成する。
【００６０】
第２実施形態においては、６つの傾斜突出部２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、２２ｌは、回転軸Ｊ方向に見た場合に、図５に示すように、一部が重なった状態で、この順に、周方向に並んで配置される。傾斜突出部２２ｇと傾斜突出部２２ｌとは、周方向において離間して配置されており、傾斜突出部２２ｇと傾斜突出部２２ｌとの間には、傾斜突出部２２は存在していない。
【００６１】
６つの傾斜突出部２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、２２ｌ（切替反射ミラー２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌを構成する部材）は、切替反射ミラー２３の個数及び重量及び／又は円筒回転体２Ａの回転軸Ｊに対する重量バランスに応じて、切替反射ミラー２３の個数及び重量及び／又は円筒回転体２Ａの重量バランスが、回転軸Ｊに対して均一となるように配置されている。
【００６２】
第２実施形態では、６つの切替反射ミラー２３を、切替反射ミラー２３の個数、６つの切替反射ミラー２３の重量又は円筒回転体２の回転軸Ｊに対する重量バランスに応じて、６つの切替反射ミラー２３及び円筒回転体２Ａの重量バランスが回転軸Ｊに対して均一になるように配置するように構成した。これにより、６つの傾斜突出部２２の重さが異なっていた場合や、円筒回転体２Ａの重量バランスが回転軸Ｊに対して均一でない場合においても、傾斜突出部２２の配置を調整することや、円筒回転体２Ａの減肉を行うことや、円筒回転体２Ａにおもりを追加することなどにより、重量バランスを回転軸Ｊに対して均一にできる。これにより、第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、円筒回転体２Ａの回転ムラや振動を低減できるため、切替反射ミラー２３を安定して所定位置に移動させることができ、切替反射ミラー２３の傾斜角度を精度よくすることができる。
【００６３】
［第３実施形態］
図６は、第３実施形態に係るビーム分配器１Ｂの構成を示す図である。
図６に示すように、第３実施形態に係るビーム分配器１Ｂは、第１実施形態に係るビーム分配器１の光吸収器１１が切替反射ミラー２３の間を通過した光を吸収する位置に配置されている点と、入射側反射ミラー３３を介して回転軸Ｊに平行にレーザビームを反射するのに対して、円筒回転体２の長手方向の右側（他端側）の終端の切替反射ミラー２３ｍで反射させた光を光吸収器１１Ａで吸収する点、入射側反射ミラー３３を介さず回転軸Ｊに平行にレーザビームを入射し、切替反射ミラー２３ｍにより入射したレーザービームを鋭角に反射する点が主に相違する。第３実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００６４】
第３実施形態に係るビーム分配器１Ｂは、第１実施形態に係るビーム分配器１の６つの切替反射ミラー２３に加えて、円筒回転体２の長手方向の右側（他端側）の終端に、切替反射ミラー２３ｍを更に備える。切替反射ミラー２３ｍは、少なくとも、円筒回転体２の周方向における切替反射ミラー２３ｍよりも左側の複数の切替反射ミラー２３が配置されない隙間に配置される。つまり、切替反射ミラー２３ｍは、少なくとも、回転軸Ｊ方向に見た場合に、切替反射ミラー２３ｍよりも左側の複数の切替反射ミラー２３が重ならない位置に配置される。なお、切替反射ミラー２３ｍは、円筒回転体２の周方向の全域に亘って形成されていてもよい。また、第３実施形態に係るビーム分配器１Ｂの７つの切替反射ミラー２３は、第１実施形態に係るビーム分配器１の切替反射ミラー２３が、入射したレーザビームを９０度に反射する傾斜角度で形成されているのに対して、入射したレーザビームを鋭角に反射する傾斜角度で形成される。
【００６５】
以上の第３実施形態に係るビーム分配器１Ｂは、円筒回転体２の回転位置を調整することで、入射されたレーザビームを、選択されたビーム出射口４１に向けて切替反射ミラー２３で反射させる位置と、切替反射ミラー２３のうちの１つの切替反射ミラー２３ｍで反射させてアブソーバ１１Ａで吸収させる位置とに、回転移動される。
【００６６】
以上の構成を備える第３実施形態のビーム分配器１Ｂによれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態においては、第１実施形態と比べて、光吸収器１１Ａを回転駆動モータ１２から離して配置でき、切替反射ミラー２３の設計の自由度が増し、外形がコンパクトなビーム分配器を構成できる。
【００６７】
［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係るビーム分配器１Ｃの構成を示す図である。図８は、第４実施形態に係るビーム分配器１Ｃの第１円筒回転体５と第２円筒回転体６を回転軸Ｊ方向に見た図である。
図７に示すように、第４実施形態に係るビーム分配器１Ｃは、第１実施形態に係るビーム分配器１と比べて、第１実施形態に係るビーム分配器１が円筒回転体２を備えるのに対して、第４実施形態に係るビーム分配器１Ｃが、回転軸Ｊ方向に並んで配置される第１円筒回転体５及び第２円筒回転体６を備える点が主に相違する。第４実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００６８】
第４実施形態に係るビーム分配器１Ｃは、第１回転体ユニット５０と、第２回転体ユニット６０と、を備える。第１回転体ユニット５０及び第２回転体ユニット６０は、レーザビームの通路に沿って並んで配置される。第１回転体ユニット５０は、ケース体１０の左側（一方側）に配置され、第２回転体ユニット６０は、ケース体１０の右側（他方側）に配置される。第１回転体ユニット５０の回転軸Ｊ及び第２回転体ユニット６０の回転軸Ｊは、同軸である。レーザビームは、第１回転体ユニット５０の回転軸Ｊ及び第２回転体ユニット６０の回転軸Ｊに対して平行に伝搬される。
【００６９】
第１回転体ユニット５０は、第１円筒回転体５（円筒部材）と、第１回転駆動モータ１４（回転機構）と、を有する。
第１円筒回転体５は、第１回転体本体５１と、３つの第１傾斜突出部５２と、を有する。第１回転体本体５１は、回転軸Ｊ方向に延びると共に、回転軸Ｊを中心に回転可能である。
【００７０】
３つの第１傾斜突出部５２は、第１回転体本体５１の周面から突出して形成される。３つの第１傾斜突出部５２は、図６に示すように、回転軸Ｊ方向における左側から右側に向けて、第１傾斜突出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃの順に並んで配置される。３つの第１傾斜突出部５２は、図７（ａ）に示すように、回転軸Ｊ方向に見た場合に、周方向に離間して、均等に配置されている。第１傾斜突出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃの傾斜面は、３つの第１切替反射ミラー５３ａ、５３ｂ、５３ｃを構成する。
【００７１】
第１回転駆動モータ１４は、第１円筒回転体５の左側に接続される。第１回転駆動モータ１４は、サーボモータにより構成され、位置検出器１４１が内蔵されている。第１回転駆動モータ１４は、制御部（図示せず）により駆動が制御される。
【００７２】
第２回転体ユニット６０は、第２円筒回転体６（円筒部材）と、第２回転駆動モータ１５（回転機構）と、を有する。
第２円筒回転体６は、第２回転体本体６１と、３つの第２傾斜突出部６２と、を有する。第２回転体本体６１は、回転軸Ｊ方向に延びると共に、回転軸Ｊを中心に回転可能である。
【００７３】
３つの第２傾斜突出部６２は、第２回転体本体６１の周面から突出して形成される。３つの第２傾斜突出部６２は、図６に示すように、回転軸Ｊ方向における左側から右側に向けて、第２傾斜突出部６２ａ、６２ｂ、６２ｃの順に並んで配置される。３つの第２傾斜突出部６２は、図７（ｂ）に示すように、回転軸Ｊ方向に見た場合に、周方向に離間して、均等に配置されている。第２傾斜突出部６２ａ、６２ｂ、６２ｃの傾斜面は、３つの第２切替反射ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃを構成する。
【００７４】
第２回転駆動モータ１５は、第２円筒回転体６の右側に接続される。第２回転駆動モータ１５は、サーボモータにより構成され、位置検出器１５１が内蔵されている。第２回転駆動モータ１５は、制御部（図示せず）により駆動が制御される。
【００７５】
以上のように構成される第１回転体ユニット５０及び第２回転体ユニット６０を備えるビーム分配器１Ｃにおいては、互いが組み合わせて、制御部（図示せず）により一括して制御できる。制御部（図示せず）は、３つの第１切替反射ミラー５３及び３つの第２切替反射ミラー６３が、レーザビームを反射させる位置と反射させない位置とに多段に組み合わされて移動されて、レーザ―ビームが出射されるビーム出射口４１を選択的に切り替える。
【００７６】
以上の構成を備える第４実施形態のビーム分配器１Ｃによれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態においては、第１回転体ユニット５０及び第２回転体ユニット６０を、レーザビームの通路に沿って並んで配置し、レーザビームの通路において、第１回転駆動モータ１４により回転される第１切替反射ミラー５３と、第２回転駆動モータ１５により回転される第２切替反射ミラー６３とを、レーザビームを反射させる位置と反射させない位置とに多段に組み合わされて移動されて、レーザ―ビームが出射されるビーム出射口４１を選択的に切り替えるように構成した。
【００７７】
これにより、第１回転体ユニット５０及び第２回転体ユニット６０において、第１円筒回転体５及び第２円筒回転体６をそれぞれ別々に回転駆動して制御できる。そのため、レーザビームを切り替える際に、レーザビームの光路上を、他の切替反射ミラー５３，６４が通過しないように、第１円筒回転体５及び第２円筒回転体６を配置できる。よって、レーザビームを切り替える際に、レーザビームにおけるビーム入射口３１からの入射を停止させた状態で、他の切替反射ミラー５３，６４にレーザビームを反射させることなく、別のビーム出射口４１に切り替えることできる。
【００７８】
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上述の第１実施形態では、ビーム出射口４１やこれに対応する切替反射ミラー２３を、６つずつで構成したが、これに限定されず、ビーム出射口４１やこれに対応する切替反射ミラー２３は、２つ〜５つ、又は、７つ以上で構成してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１、１Ｂ、１Ｃ  ビーム分配器
２、２Ａ  円筒回転体（円筒部材）
５  第１円筒回転体（円筒部材）
６  第２円筒回転体（円筒部材）
１０  ケース体（遮蔽部材）
１１、１１Ａ  アブソーバ（光吸収器）
１２  回転駆動モータ（回転機構）
１３  ブレーキ機構（固定機構）
１４  第１回転駆動モータ（回転機構）
１５  第２回転駆動モータ（回転機構）
２３  切替反射ミラー（反射鏡）
３１  ビーム入射口
４１  ビーム出射口
４３  ミラー位置検知センサ（反射鏡位置検知機構）
５０  第１回転体ユニット
５３  第１切替反射ミラー（反射鏡）
６０  第２回転体ユニット
６３  第２切替反射ミラー（反射鏡）
８１  制御部
８２  記憶部
Ｊ  回転軸
【図１】
2018066880.tif 000003
【図２】
2018066880.tif 000004
【図３】
2018066880.tif 000005
【図４】
2018066880.tif 000006
【図５】
2018066880.tif 000007
【図６】
2018066880.tif 000008
【図７】
2018066880.tif 000009
【図８】
2018066880.tif 000010