(57)【要約】【課題】光ファイバ内を伝搬する反射光の光量をより正確に検出することにより、反射光量の増大に起因した光学部品のダメージが発生する前に、レーザ出力を調整するレーザ装置を提供する。【解決手段】ワーク５０で反射し、レーザ装置１０の光ファイバ１００に戻ってきた反射光の内の光ファイバ１００のクラッドを主に伝搬してくる反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第１光検出器１６０と、光ファイバ１００に戻ってきた反射光の内の前記光ファイバ１００のコアを主に伝搬してくる反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第２光検出器１７０と、レーザダイオード１２０に駆動電流を供給する電源部１３０と、電源部１３０を制御する制御部１４０を備え、制御部１４０は第１光検出器１６０と第２光検出器１７０の両方の光検出器からの出力に応じて、電源部１３０からレーザダイオード１２０に供給する駆動電流を制御する。【選択図】図１
2018082045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードをレーザ光源あるいは励起光源とし、レーザ光を光ファイバで伝送して出力するレーザ装置であって、
ワークで反射し、前記レーザ装置の前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのクラッドを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第１光検出器と、
前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのコアを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第２光検出器と、
前記レーザダイオードに駆動電流を供給する電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記第１光検出器と前記第２光検出器の両方の光検出器からの出力に応じて、前記電源部を制御するレーザ装置。
【請求項２】
前記第１光検出器で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量について、それぞれ少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、前記第１光検出器で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量が、それぞれに設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部が、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置からのレーザ光出力を変更する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第１光検出器で検出された反射光の光量をＰ（１）とし、前記第２光検出器で検出された反射光の光量をＰ（２）としたとき、Ｐ＝ｋ１×Ｐ（１）＋ｋ２×Ｐ（２）（ｋ１，ｋ２は正の実数）で計算される反射光量Ｐについて、少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、反射光量Ｐが、設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部が、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置からのレーザ光出力を変更する、請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１光検出器による反射光の光量の検出、前記第２光検出器による反射光の光量の検出、検出された光量と設定された所定の閾値を越えたかどうかの判定、及び、検出された光量が閾値を越えた場合における、前記レーザ装置からのレーザ光出力の変更までの一連の動作を、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの時間範囲で行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器で検出された光量には、前記制御部からの光出力指令により出力された前記反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量による寄与分が含まれ、
前記制御部は、光検出器で検出された光量から前記順方向のレーザ光の光量による寄与分を差し引いた光量を反射光と判定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器は、前記制御部からの光出力指令により出力された前記反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量を検出する出力光検出器を兼ねている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第１光検出器が前記光ファイバのクラッドからの漏れ光を検出するように配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１光検出器が、前記光ファイバの融着による結合部付近に設置されている、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第２光検出器が、前記光ファイバを複数の光ファイバに分岐した先の終端に設置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
所定のスケジュールに沿って、前記ワークからの反射光がない状態で、前記制御部からの光出力指令に対する実際の光出力特性と、前記第１光検出器で検出される光量と前記第２光検出器で検出される光量の内の少なくともいずれか一つとを測定して、測定データを前記制御部または前記制御部が参照する記憶部に格納する、または格納されている測定データを更新する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器が、加工ヘッドに設置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器がフォトダイオードである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器がファイバ温度検知センサである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器の温度を検知する光検出器温度センサを更に備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器が複数備えられ、複数の前記第１光検出器の間、あるいは複数の前記第２光検出器の間で、検出された反射光の光量に差異がある場合は、前記制御部は、最大の光量に基づき、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御する請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を光ファイバで伝送して出力し、反射光を検知するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
板金切断または溶接用レーザ加工機として用いられるファイバレーザ装置は、光ファイバ伝搬部を備え、光ファイバ内にレーザ光を伝搬させる。このファイバレーザ装置においては、ワークから反射した反射光がレーザ装置の方に戻り、光ファイバやレーザダイオード（ＬＤ）等の光学部品に意図せぬ加熱等によるダメージを与える場合があり、最悪の場合、光学部品の破損に至る可能性がある。このため、反射光の光量を正確に検出して、レーザ光出力の制御にフィードバックする必要がある。
【０００３】
この点、特許文献１は、光ファイバレーザにおいて、光ファイバから励起光源側に向かう戻り光の一部が伝播されるモニタポートを光結合器に設け、戻り光の強度が所定値を超えた場合に、励起光源の出力を減ずる技術を開示している。
【０００４】
また、特許文献２は、光ファイバ側面から漏出する光の強度を検出し、この光の強度と閾値との比較結果を用いて、レーザ加工装置の動作を制御する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６９９１３１号公報
【特許文献２】特許第５７８９５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバは、主として、光ファイバの芯であるコアと、その外側でコアを取り囲むクラッドとからなる二層構造を有する。あるいは、クラッドが、第１クラッドとその外周を覆う第２クラッドとの二層からなり、光ファイバ全体としては、コア、第１クラッド、第２クラッドの三層構造を有する。ここで、上記のようにワークから反射した反射光には、コアを伝搬する反射光と、クラッドを伝搬する反射光とが存在するが、主にコアを伝搬してくる反射光の光量は少なくても、主にクラッドを伝搬してくる反射光によってファイバやファイバの保護被膜等が焼損する場合がある。逆に、主にクラッドを伝搬してくる反射光の光量は少なくても、主にコアを伝搬してくる反射光によって、レーザダイオード（ＬＤ）等の光学部品が損傷を受ける場合がある。
【０００７】
この点、上記の特許文献１に係る発明は、コアを伝搬する反射光を検出するのみであり、特許文献２に係る発明は、クラッドを伝搬する反射光を検出するのみであった。すなわち、特許文献１及び特許文献２に係る発明においては、ワークから反射した反射光の光量を正確に検出することはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、光ファイバ内を伝搬する反射光の光量をより正確に検出することによって、反射光量の増大に起因した光学部品のダメージが発生する前に、レーザ出力を調整するレーザ装置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】
【０００９】
本発明に係るレーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１０、２０、３０）は、レーザダイオード（例えば、後述のレーザダイオード１２０）をレーザ光源あるいは励起光源とし、レーザ光を光ファイバ（例えば、後述の光ファイバ１００）で伝送して出力するレーザ装置であって、ワーク（例えば、後述のワーク５０）で反射し、前記レーザ装置の前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのクラッドを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と、前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのコアを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）と、前記レーザダイオードに駆動電流を供給する電源部（例えば、後述の電源部１３０）と、前記電源部を制御する制御部（例えば、後述の制御部１４０）を備え、前記制御部は前記第１光検出器と前記第２光検出器の両方の光検出器からの出力に応じて、前記電源部を制御する。
【００１０】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量について、それぞれ少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、前記第１光検出器で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量が、それぞれに設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部（例えば、後述の制御部１４０）が、前記電源部（例えば、後述の電源部）から前記レーザダイオード（例えば、後述のレーザダイオード１２０）に供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１０、２０、３０）からのレーザ光出力を変更してもよい。
【００１１】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）で検出された反射光の光量をＰ（１）とし、前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）で検出された反射光の光量をＰ（２）としたとき、Ｐ＝ｋ１×Ｐ（１）＋ｋ２×Ｐ（２）（ｋ１，ｋ２は正の実数）で計算される反射光量Ｐについて、少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、反射光量Ｐが、設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部（例えば、後述の制御部１４０）が、前記電源部（例えば、後述の電源部１３０）から前記レーザダイオード（例えば、後述のレーザダイオード１２０）に供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１０、２０、３０）からのレーザ光出力を変更してもよい。
【００１２】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）による反射光の光量の検出、前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）による反射光の光量の検出、検出された光量と設定された所定の閾値を越えたかどうかの判定、及び、検出された光量が閾値を越えた場合における、前記レーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１０、２０、３０）からのレーザ光出力の変更までの一連の動作を、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの時間範囲で行ってもよい。
【００１３】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器で検出された光量には、前記制御部（例えば、後述の制御部１４０）からの光出力指令により出力された前記反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量による寄与分が含まれ、前記制御部は、光検出器で検出された光量から前記順方向のレーザ光の光量による寄与分を差し引いた光量を反射光と判定してもよい。
【００１４】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器は、前記順方向のレーザ光の光量を検出する出力光検出器を兼ねてもよい。
【００１５】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）が前記光ファイバのクラッドからの漏れ光を検出するように配置されていてもよい。
【００１６】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）が、前記光ファイバの融着による結合部（例えば、後述の結合部１０５）付近に設置されていてもよい。
【００１７】
前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）が、前記光ファイバを複数の光ファイバに分岐した先の終端に設置されていてもよい。
【００１８】
所定のスケジュールに沿って、前記ワーク（例えば、後述のワーク５０）からの反射光がない状態で、前記制御部（例えば、後述の制御部１４０）からの光出力指令に対する実際の光出力特性と、前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）で検出される光量と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）で検出される光量の内の少なくともいずれか一つとを測定して、測定データを前記制御部または前記制御部が参照する記憶部に格納してもよく、または格納しているデータを更新してもよい。
【００１９】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器が、加工ヘッド（例えば、後述の加工ヘッド１５）に設置されていてもよい。
【００２０】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器がフォトダイオードであってもよい。
【００２１】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の反射光検出器がファイバ温度検知センサであってもよい。
【００２２】
上記のレーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１０、２０、３０）は、前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器の温度を検知する光検出器温度センサを更に備えてもよい。
【００２３】
前記第１光検出器（例えば、後述の第１光検出器１６０）と前記第２光検出器（例えば、後述の第２光検出器１７０）の内の少なくとも一方の光検出器が複数備えられ、複数の前記第１光検出器の間、あるいは複数の前記第２光検出器の間で、検出された反射光の光量に差異がある場合は、前記制御部（例えば、後述の制御部１４０）は、最大の光量に基づき、前記電源部（例えば、後述の電源部１３０）から前記レーザダイオード（例えば、後述のレーザダイオード１２０）に供給する駆動電流を制御してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光ファイバ内を伝搬する反射光の光量をより正確に検出することにより、反射光量の増大に起因した光学部品のダメージが発生する前に、レーザ出力を調整するレーザ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振器の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振器の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振器の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振器の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図５を参照しながら詳述する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るレーザ装置１０は、図１に示すように、光ファイバ１００を介してレーザを発振するレーザ発振器１１０と、レーザ発振器１１０に光学的に接続され、レーザ発振器１１０が発振するレーザのレーザ光源または励起光源となるレーザダイオード（ＬＤ）１２０Ａ〜１２０Ｄ（これらをレーザダイオード１２０と総称する）と、レーザダイオード１２０に駆動電流を供給する電源部１３０と、電源部１３０を制御する制御部１４０とを備える。レーザ発振器１１０から出射されたレーザは、光ファイバ１００を伝搬し、加工ヘッド１５を経て、加工対象のワーク５０に照射するが、その一部がワーク５０で反射し、反射光が、加工ヘッド１５を経て、光ファイバ１００に入射する。レーザ装置１０は、この反射光のうち、光ファイバ１００の主にクラッドを伝搬してくる反射光を検出する第１光検出器１６０Ａ〜１６０Ｂ（これらを第１光検出器１６０と総称する）と、光ファイバ１００の主にコアを伝搬してくる反射光を検出する第２光検出器１７０Ａ〜１７０Ｂ（これらを第２光検出器１７０と総称する）とを更に備える。第１光検出器１６０は、光ファイバ１００の主にクラッドを伝搬してくる反射光の光量を示す第１検出信号を制御部１４０に送信する。また、第２光検出器１７０は、光ファイバ１００の主にコアを伝搬してくる反射光の光量を示す第２検出信号を制御部１４０に送信する。制御部１４０は、これら第１検出信号及び第２検出信号の少なくとも一方に基づき、電源部１３０によるレーザダイオード１２０への駆動電流の供給を制御する。
【００２７】
レーザ発振器１１０の構成例を図２に示す。レーザ発振器１１０は、（ａ）に示すように、励起光源として使用する複数のレーザダイオード１２０に接続された共振器１１２Ａ〜１１２Ｃ（これらを共振器１１２と総称する。なお、共振器１１２の個数は任意である）と、該共振器１１２に接続されたビームコンバイナ１１４とを備えるファイバレーザであってもよい。または、（ｂ）に示すように、レーザ光源として使用する複数のレーザダイオード１２０に直接接続されるビームコンバイナ１１４を備えるダイレクトダイオードレーザであってもよい。ここで、共振器１１２は、例えば、励起光源から発する光を受けて自ら光を発するレーザ媒体と、このレーザ媒体が自ら発する光を反射させ、レーザ媒体に戻す共振ミラーとによって構成されてもよい。また、ビームコンバイナ１１４とは、複数の共振器１１２またはレーザダイオード１２０から受光するレーザ光を一つに集結する光結合器のことである。
【００２８】
なお、図１においては、４個のレーザダイオード１２０が示されているが、レーザダイオード１２０の個数は、これには限定されない。同様に、図２においては、９個のレーザダイオード１２０が示されているが、これには限定されない。
【００２９】
第１光検出器１６０及び第２光検出器１７０のうち少なくとも一方は、フォトダイオードであってもよいが、これには限定されない。あるいは、第１光検出器１６０及び第２光検出器１７０のうち少なくとも一方は、ファイバ温度検知センサであると共に、光ファイバ１００が焼損する温度まで上がらないように、検知された温度を制御部１４０にフィードバックしてもよいが、これには限定されない。また、第１光検出器１６０は、光ファイバ１００のクラッドからの漏れ光を検出するように配置されていてもよいが、これには限定されない。また、光ファイバ１００がレーザ発振器１１０内で複数の光ファイバに分岐され、第２光検出器１７０は分岐先の終端に設置されていてもよいが、これには限定されない。更に、図１においては、第１光検出器１６０及び第２光検出器１７０は各々２個ずつ示されているが、これには限定されず、任意の個数とすることが可能である。
【００３０】
次に、図３に示すフローチャートを参照しながら、上記のレーザ装置１０の動作について詳述する。
【００３１】
ステップＳ１１において、第１光検出器１６０で、ワーク５０からの反射光のうち光ファイバ１００の主にクラッドを伝搬してくる反射光の光量を検知する。この反射光の光量を、以下ではＰ（１）とする。更に、第１光検出器１６０は、検知した光量を示す第１の検出信号を、制御部１４０に送信する。
【００３２】
ステップＳ１２において、第２光検出器１７０で、ワーク５０からの反射光のうち光ファイバ１００の主にコアを伝搬してくる反射光の光量を検知する。この反射光の光量を、以下ではＰ（２）とする。更に、第２光検出器１７０は、検知した光量を示す第２の検出信号を、制御部１４０に送信する。
【００３３】
ステップＳ１３において、制御部１４０は、Ｐ（１）と第１の閾値とを比較する。Ｐ（１）が第１の閾値以上である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）は、ステップＳ１５に移行する。Ｐ（１）が第１の閾値未満である場合（Ｓ１３：ＮＯ）は、ステップＳ１４に移行する。
【００３４】
ステップＳ１４において、制御部１４０は、Ｐ（２）と第２の閾値とを比較する。Ｐ（２）が第２の閾値以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）は、ステップＳ１５に移行する。Ｐ（２）が第２の閾値未満である場合（Ｓ１４：ＮＯ）は、何もせずにステップＳ１１に戻る（リターン）。
【００３５】
ステップＳ１５において、制御部１４０は、電源部１３０によるレーザダイオード１２０への駆動電流の供給を制御する。具体的には、レーザ装置１０に備わる光学部品の損傷を避けるに充分なだけ反射光の光量が抑制されるよう、レーザダイオード１２０への駆動電流の供給をフィードバック制御する。その後、ステップＳ１１に戻る（リターン）。
【００３６】
なお、上記のステップＳ１１からＳ１５までの動作は、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの時間範囲で実施することが好適であるが、これには限定されない。
【００３７】
また、第１光検出器１６０が複数存在し、複数の第１光検出器１６０の間で、検出された反射光の光量に差異がある場合は、最大の検出値を上記のＰ（１）としてもよいが、これには限定されない。同様に、第２光検出器１７０が複数存在し、複数の第２光検出器１７０の間で、検出された反射光の光量に差異がある場合は、最大の検出値を上記のＰ（２）としてもよいが、これには限定されない。
【００３８】
〔第１実施形態による効果〕
レーザ光の出射条件やワークの状態によって、反射光のレーザ装置への入射状態は異なるが、上記の構成により、反射光が光ファイバのクラッドとコアのいずれに入射しても、それぞれを伝搬する反射光の光量を正確に検出できる。また、光ファイバに返ってくる反射光の総量を算出可能になり、より正確に反射光量をモニタすることが可能になる。
【００３９】
また、反射光が光ファイバのクラッドとコアのいずれに入射した場合でも、レーザ装置が損傷を受ける前に、レーザ光出力（パルス光を含む）をフィードバック制御することによって、レーザ装置の損傷が確実に防止できる。
【００４０】
また、反射光の検出から、レーザ光出力のフィードバック制御までの動作を１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの時間範囲で実施する場合、このような高速での実施により、レーザ装置をより効果的に反射光から保護し、ダメージを最小限に軽減できる。
【００４１】
また、第１光検出器が光ファイバのクラッドからの漏れ光を検出するように配置されている場合、クラッドを伝搬する反射光を簡単な構成で検出できる。
【００４２】
また、第２光検出器が光ファイバを複数の光ファイバに分岐した先の終端に設置されている場合、コアを伝搬してくる反射光の光量を精度良く検出できる。
【００４３】
また、第１光検出器と第２光検出器の内の少なくとも一方の反射光検出器がフォトダイオードである場合、応答の速いフォトダイオードを使用することで、レーザ装置の損傷がより効果的に防止できる。
【００４４】
また、第１光検出器と第２光検出器の内の少なくとも一方の反射光検出器がファイバ温度検知センサである場合、ファイバが焼損する温度まで、ファイバ温度が上がらないようにフィードバック制御することで、レーザ装置の損傷がより効果的に防止できる。
【００４５】
また、第１光検出器と第２光検出器の内の少なくとも一方の反射光検出器が複数備えられる場合、一部の反射光検出器が故障した場合でも、レーザ装置の損傷が防止できる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るレーザ装置２０の構成は、第１実施形態に係るレーザ装置１０の構成と基本的に同一であるため、その図示と説明を省略する。ただし、第２実施形態におけるレーザ装置２０は、第１実施形態におけるレーザ装置１０とは異なり、第１光検出器１６０で検出された反射光の光量Ｐ（１）を第１の閾値と比較し、第２光検出器１７０で検出された反射光の光量Ｐ（２）を第２の閾値と比較するのではなく、Ｐ（１）とＰ（２）から反射光全体の光量Ｐを算出し、このＰを閾値と比較する。図４に示すフローチャートを参照しながら、このレーザ装置２０の動作について詳述する。
【００４７】
ステップＳ２１において、第１光検出器１６０で、ワーク５０からの反射光のうち光ファイバ１００の主にクラッドを伝搬してくる反射光の光量を検知する。この反射光の光量を、以下ではＰ（１）とする。更に、第１光検出器１６０は、検知した光量を示す第１の検出信号を、制御部１４０に送信する。
【００４８】
ステップＳ２２において、第２光検出器１７０で、ワーク５０からの反射光のうち光ファイバ１００の主にコアを伝搬してくる反射光の光量を検知する。この反射光の光量を、以下ではＰ（２）とする。更に、第２光検出器１７０は、検知した光量を示す第２の検出信号を、制御部１４０に送信する。
【００４９】
ステップＳ２３において、制御部１４０は、上記のＰ（１）とＰ（２）とを用い、反射光全体の光量Ｐ＝ｋ１×Ｐ（１）＋ｋ２×Ｐ（２）（ｋ１，ｋ２は正の実数）を算出する。このｋ１及びｋ２の値は、後述の閾値と共に、例えば、Ｐ（１）とＰ（２）の実測値の分布と、光学機器に実際にどの程度の損傷が発生したかに基づいて、事前に算出してもよい。
【００５０】
ステップＳ２４において、制御部１４０は、Ｐと閾値とを比較する。Ｐが閾値以上である場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）は、ステップＳ２５に移行する。Ｐが閾値未満である場合（Ｓ２４：ＮＯ）は、何もせずにステップＳ２１に戻る（リターン）。
【００５１】
ステップＳ２５において、制御部１４０は、電源部１３０によるレーザダイオード１２０への駆動電流の供給を制御する。具体的には、レーザ装置２０に備わる光学部品の損傷を避けるに充分なだけ反射光の光量が抑制されるよう、レーザダイオード１２０への駆動電流の供給をフィードバック制御する。その後、ステップＳ２１に戻る（リターン）。
【００５２】
〔第２実施形態による効果〕
第２実施形態においては、光ファイバに入射したトータルの反射光量を算出することが可能である。また、トータルの反射光量に閾値を設けることにより、個別に閾値設定した場合よりも、閾値に対するマージンを持つことができる。
【００５３】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係るレーザ装置３０の構成を図５に示す。ここで、レーザ装置３０と、第１の実施形態に係るレーザ装置１０及び第２の実施形態に係るレーザ装置２０と同一の構成要素については同一の符号を使用し、その説明を省略する。レーザ装置３０は、レーザ装置１０及びレーザ装置２０と異なり、光ファイバ１００が、２本の光ファイバ１００Ａと１００Ｂとに分割され、双方は結合部１０５において融着されている。また、第１光検出器１６０は、結合部１０５付近に設置され、結合部１０５からの漏れ光を検出し、この光量を示す第１検出信号を制御部１４０に送信する。
【００５４】
なお、レーザ装置３０の動作については、図３に示すレーザ装置１０のフローチャートと同一のフローで動作しても、図４に示すレーザ装置２０のフローチャートと同一のフローで動作してもよく、その詳細な説明は省略する。第１実施形態及び第２実施形態との相違としては、上記の繰り返しとなるが、図３のフローチャートのステップＳ１１、及び図４のフローチャートのステップＳ２１において、第１光検出器１６０が反射光を検出する際、反射光として結合部１０５からの漏れ光を検出する点で異なる。
【００５５】
〔第３実施形態の効果〕
第３実施形態においては、結合部１０５における漏れ光の光量が大きいため、高精度に反射光量が検出できる。
【００５６】
〔その他の実施形態〕
とりわけレーザ発振器１１０から発振されるレーザの光出力が大きい場合、第１光検出器１６０と第２光検出器１７０の内の少なくとも一方の光検出器で検出した光量には、制御部１４０からの光出力指令により出力された、反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量による寄与分が含まれる。この際、制御部１４０は、第１光検出器１６０及び／または第２光検出器１７０で検出された光量から順方向のレーザ光の光量による寄与分を差し引いた光量を反射光と判定してもよい。
具体的には、第１光検出器で検出される光量Ｐ（１）を例にとると、
Ｐ（１）＝順方向光出力Ｐｆ＋反射光量Ｐｒ
となるが、制御部１４０は、あらかじめ反射光が無い状態で、電源部１３０への指令時に、第１光検出器１６０で検出される光量Ｐ（１）＝Ｐｆを記録しておく。これにより、反射光が存在する状態において、第１光検出器１６０で検出される光量Ｐ（１）から、反射光量Ｐｒを算出することが可能となる。
このような構成を用いることにより、光検出器で検出される光量に順方向のレーザ光による寄与分が含まれていても反射光の光量を正確に検出できると共に、一つの検出器が反射光検出器と出力光検出器を兼ねることで、レーザ装置の構造がシンプルになり、信頼性が向上し、コストも低下する。
【００５７】
また、所定のスケジュールに沿って、ワーク５０からの反射光がない状態で、制御部１４０からの光出力指令に対する実際の光出力特性と、第１光検出器１６０で検出される光量と第２光検出器１７０で検出される光量の内の少なくともいずれか一つとを測定し、測定データを、制御部１４０、または制御部１４０が参照する図示しない記憶部に格納してもよい。更には、測定データを用いて、制御部１４０または記憶部に格納されたデータを更新してもよい。制御部１４０は、上記の反射光量Ｐｒの算出の際、自身が格納している測定データを用いたり、記憶部が格納している測定データを参照したりことにより、第１光検出器１６０及び／または第２光検出器１７０で検出される光量から差し引いてもよい。これにより、順方向のレーザ光による寄与分の精度が保たれ、反射光の光量の検出精度が保証される。
【００５８】
また、第１光検出器１６０と第２光検出器１７０の内の少なくとも一方の光検出器は、加工ヘッド１５に設置されていてもよい。反射光の入射口に近い位置に設置することで、レーザ装置の損傷がより効果的に防止できる。
【００５９】
また、レーザ装置は、第１光検出器１６０と第２光検出器１７０の内の少なくとも一方の光検出器の温度を検知する、光検出器温度センサを更に備えてもよい。これにより、光検出器の検出感度の温度依存性が補正できるので、反射光の光量が精度良く検出できる。
【００６０】
また、図３及び図４のフローチャートでは、反射光の光量を閾値と比較し、閾値との比較結果に基づいて、レーザダイオード１２０への駆動電流を制御したが、反射の光量が設定された閾値を越えても、閾値を越える時間が非常に短い場合は、レーザ発振器にダメージを与えないことがある。そこで、反射光の光量が閾値を越えた時間あるいは閾値を越えた時間の積分値が設定した時間を越えた場合に、制御部１４０が電源部１３０への指令値を調整し、光量Ｐ（１）、Ｐ（２）が小さなレーザ出力となるようにフィードバック制御してもよい。
【００６１】
また、図３及び図４のフローチャートでは、主にクラッドを伝搬してくる反射光の光量、主にコアを伝搬してくる反射光の光量、及び反射光トータルの光量の各々を単一の閾値と比較したが、複数の閾値と比較してもよい。この場合、反射光の光量がどの閾値以上となったかによって、制御部１４０がレーザダイオード１２０への駆動電流の供給量を制御してもよい。
【００６２】
また、第１光検出器１６０及び／または第２光検出器１７０が、それぞれ複数存在する場合、第１光検出器１６０の間、あるいは第２光検出器１７０の間で、検出された反射光の光量の差が所定の値より大きくなると警告を表示しても良い。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００６４】
レーザ装置１０、２０、３０によるレーザ制御方法は、ソフトウェアにより実現されてもよい。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、レーザ装置１０、２０、３０に備わるコンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。更に、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したＷｅｂサービスとしてユーザのコンピュータに提供されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ２０  ３０  レーザ装置
５０  ワーク
１００  光ファイバ
１２０  レーザダイオード
１３０  電源部
１４０  制御部
１６０  第１光検出器
１７０  第２光検出器
【図１】
2018082045.tif 000003
【図２】
2018082045.tif 000004
【図３】
2018082045.tif 000005
【図４】
2018082045.tif 000006
【図５】
2018082045.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月3日(2018.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードをレーザ光源あるいは励起光源とし、レーザ光を光ファイバで伝送して出力するレーザ装置であって、
ワークで反射し、前記レーザ装置の前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのクラッドを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第１光検出器と、
前記光ファイバに戻ってきた反射光の内の前記光ファイバのコアを主に伝搬してくる前記反射光の光量を検出する少なくとも一つ以上の第２光検出器と、
前記レーザダイオードに駆動電流を供給する電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記第１光検出器と前記第２光検出器の両方の光検出器で検出した反射光の光量に応じて、前記電源部を制御するレーザ装置。
【請求項２】
前記第１光検出器で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量について、それぞれ少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、前記第１光検出器で検出された反射光の光量と、前記第２光検出器で検出された反射光の光量の内の少なくとも一方の光量が、それぞれに設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部が、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置からのレーザ光出力を変更する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第１光検出器で検出された反射光の光量をＰ（１）とし、前記第２光検出器で検出された反射光の光量をＰ（２）としたとき、Ｐ＝ｋ１×Ｐ（１）＋ｋ２×Ｐ（２）（ｋ１，ｋ２は正の実数）で計算される反射光量Ｐについて、少なくとも一つ以上の所定の閾値が設定され、反射光量Ｐが、設定された前記所定の閾値を越えた場合に、前記制御部が、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御することによって、前記レーザ装置からのレーザ光出力を変更する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１光検出器による反射光の光量の検出、前記第２光検出器による反射光の光量の検出、検出された光量が設定された所定の閾値を越えたかどうかの判定、及び、検出された光量が閾値を越えた場合における、前記レーザ装置からのレーザ光出力の変更までの一連の動作を、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの時間範囲で行う、請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器で検出された光量には、前記制御部からの光出力指令により出力された前記反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量による寄与分が含まれ、
前記制御部は、光検出器で検出された光量から前記順方向のレーザ光の光量による寄与分を差し引いた光量を反射光と判定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器は、前記制御部からの光出力指令により出力された前記反射光とは略逆方向の順方向のレーザ光の光量を検出する出力光検出器を兼ねている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第１光検出器が前記光ファイバのクラッドからの漏れ光を検出するように配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第１光検出器が、前記光ファイバの融着による結合部付近に設置されている、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第２光検出器が、前記光ファイバを複数の光ファイバに分岐した先の終端に設置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
所定のスケジュールに沿って、前記ワークからの反射光がない状態で、前記制御部からの光出力指令に対する実際の光出力特性と、前記第１光検出器で検出される光量と前記第２光検出器で検出される光量の内の少なくともいずれか一つとを測定して、測定データを前記制御部または前記制御部が参照する記憶部に格納する、または格納されている測定データを更新する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器が、加工ヘッドに設置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器がフォトダイオードである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器がファイバ温度検知センサである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器の温度を検知する光検出器温度センサを更に備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記第１光検出器と前記第２光検出器の内の少なくとも一方の光検出器が複数備えられ、複数の前記第１光検出器の間、あるいは複数の前記第２光検出器の間で、検出された反射光の光量に差異がある場合は、前記制御部は、最大の光量に基づき、前記電源部から前記レーザダイオードに供給する駆動電流を制御する請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザ装置。