(57)【要約】【課題】レーザー等の光源から出力された光の出力状態を監視するための光のモニターにおいて、光の損失が少なく、また、主ビームとの干渉のおそれのないものとする。【解決手段】レーザー発振器１０から出力された主ビームの主光路上に配置された透過型光学素子１６と、該透過型光学素子１６によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を受光するための光センサー２０と、を備え、該光センサー２０から出力される信号により光の出力状態を監視する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出力された主ビームの主光路上に配置された透過型光学素子と、該透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を受光するための光センサーと、を備え、該光センサーから出力される信号により光の出力状態を監視する光のモニター。
【請求項２】
前記透過型光学素子の反射率が０より大きく１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の光のモニター。
【請求項３】
透過型光学素子によって反射された反射光を前記光センサーへと導く反射体を備えることを特徴とする請求項１または２記載の光のモニター。
【請求項４】
前記反射体は、主光路の周囲に配置されて主光路に対して斜めに且つ光センサーに向いた反射鏡を備えることを特徴とする請求項３記載の光のモニター。
【請求項５】
光の出力状態を監視するべき被モニター装置に組み込まれるモニター用センサー装置であって、
前記被モニター装置の主ビームが通る主光路上に配置され該被モニター装置の光学系を構成する透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を受光するための光センサー、を備え、該光センサーから出力される信号により光の出力状態を監視する光のモニター用センサー装置。
【請求項６】
前記透過型光学素子の反射率が０より大きく１０％以下であることを特徴とする請求項５記載の光のモニター用センサー装置。
【請求項７】
透過型光学素子によって反射された反射光を前記光センサーへと導く反射体を設けることを特徴とする請求項５または６記載の光のモニター用センサー装置。
【請求項８】
前記反射体は、主光路の周囲に配置されて主光路に対して斜めに且つ光センサーに向いた反射鏡を備えることを特徴とする請求項７記載の光のモニター用センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー等の光源から出力された光の出力状態を監視する光のモニターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光のモニターとしては、光源から出力された光をビームスプリッタで分割し、分割されたモニター光を光センサで受けて検出して、そのモニター光の有無及び強度などを検出することにより、光の出力状態を監視しているが、監視する光がレーザー光などの場合、強度が高いため、光センサーの受光感度に合わせて、モニター光の強度を減衰する必要がある。そのため、従来は、モニター光を粗面、網面に当てるか、またはスリット、絞りを通して減衰させた後、光センサーで検出していた。
【０００３】
しかし、粗面または網面によるものでは、光の強度斑による変動が大きく、測定が安定しないという欠点がある。また、スリット、絞りを用いて減衰させるものでは、光の回折、干渉等の現象を生じ、光の強度斑が大きくなり、同様に測定が安定しない欠点がある。
【０００４】
かかる欠点を解決して、光を強度が一様の斑のない光として減衰させて、正確に測定できる光のモニターとするために、主ビームの光路内にビームスプリッタを固定し、このビームスプリッタの側方に反射鏡を固定し、ビームスプリッタの反対側の側方に積分球式光減衰器の入口を配置し、積分球式光減衰器の反射球面の一部に光センサーを設けることが知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７２２７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示された光モニターにおいても、主ビームをビームスプリッタで分割して、その一部をモニター光として利用しているために、光の多いという問題がある。また、ビームスプリッタで分割された光が反射鏡で反射してビームスプリッタを通過するために、そのさらに一部が主光路に戻り、主ビームとの干渉が起こるという問題もある。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、光の損失が少なく、また、主ビームとの干渉のおそれのない光のモニターを提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光のモニターは、光源から出力された主ビームの主光路上に配置された透過型光学素子と、該透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を受光するための光センサーと、を備え、該光センサーから出力される信号により光の出力状態を監視する。
【０００９】
また、本発明による光のモニター用センサー装置は、光の出力状態を監視するべき被モニター装置に組み込まれるものであって、
前記被モニター装置の主ビームが通る主光路上に配置され該被モニター装置の光学系を構成する透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を受光するための光センサー、を備え、該光センサーから出力される信号により光の出力状態を監視する。
【００１０】
透過型光学素子は、基本的に光を透過するための素子であり、透過型光学素子を反射する反射波は、通常は望ましいものではないが、皆無にすることはできず、僅かではあっても存在する。本発明では、この不可避な反射波を積極的に利用し、光の出力状態の監視に使うことで、従来のように主ビームの光を意図的に分割することによる光の損失を防ぐことができるようにしたものである。また、透過型光学素子の反射波の強度は低いので、光センサーの感度に適合したものとすることができ、減衰器などを排除することも可能となる。勿論、主ビームの強度が高く、それに比例して反射波の強度も高くなって、光センサーの感度よりも高くなる場合には、減衰器を使用することも可能である。
【００１１】
また、本発明では、主光路から外れた主ビームの反射波を監視のために利用するために、主ビームとの干渉も防止することができる。
【００１２】
透過型光学素子は、透過率が反射率に比べて遥かに大きく、その一般的な使用の用途が基本的に透過型として用いられる光学素子である。そして、このような透過型光学素子は、光のモニター用の専用の素子として設けることもできるが、光のモニター用センサー装置を、被モニター装置に組み込むときには、被モニター装置で用いられる光学系を構成する透過型光学素子を、光のモニター用に兼用して使用することもできる。透過型光学素子の具体的な反射率として、０より大きく１０％以下が好ましく、より好ましくは、０より大きく５％以下のものが、適している。
【００１３】
また、透過型光学素子によって反射された反射光を前記光センサーへと導く反射体を設けることができ、これにより、光センサーの配置の自由度を主光路に制限されることなく大きくすることができる。また、反射体に主光路の周囲に配置されて主光路に対して斜めに且つ光センサーに向いた反射鏡を備えることができ、反射鏡によって、反射波を光センサーに向けて収束させることにより、より効率的に反射波を、監視用の信号として捉えることができるようになる。通常、透過型光学素子によって反射された反射光は、主光路を中心軸とする円錐形状で広がるから、反射鏡は、例えば、主光路の回りの所定の角度の範囲に渡り設けるとよく、より大きな角度（最大３６０度の全周囲）に渡って設けると、より効果的である。反射鏡としては、例えば、凹面鏡または平面鏡を使用することができる。凹面鏡は反射波を光センサーに向けてより多く収束させることができるので、反射波の強度が弱いときに有効である。反射波の強度が強いときには、平面鏡などでも十分である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態を表す断面図である。図において、１０はＣＯ２レーザー等のレーザー発振器（光源）である。光源１０の出力する光は、可視光、非可視光のいずれであってもよい。１２は、円筒形のスリーブであり、互いに螺着などで結合される２つのスリーブ部材１２Ａ，１２Ｂとから構成される。スリーブ１２の一端部には、入射口１４が設けられ、入射口１４からは、レーザー発振器１０から出力された光ビームが、直接または図示のように光ファイバ等の光導波路１５によって導かれて、スリーブ１２内へと入射される。
【００１６】
また、スリーブ１２の他端部には、透過型光学素子１６が配置され、入射口１４から該透過型光学素子１６へと光ビーム（主ビーム）の直線の主光路が形成される。
【００１７】
以上の光源１０、スリーブ１２及び透過型光学素子１６は、光の出力状態が監視されるべき被モニター装置を構成しており、透過型光学素子１６は、その光ビームを利用する被モニター装置のために必要な光学系を構成する要素である。この場合、透過型光学素子１６は、入射面が平坦面、出射面が凸面となった凸レンズであり、例えばレーザー加工部位等へ光ビームを収束させるためのものである。スリーブ部材１２Ｂとスリーブ部材１２Ａの螺合部分の長さを調整して、スリーブ１２の長手方向の全長を調整することにより、透過型光学素子１６の収束点の位置を調整することができる。光学系は、この透過型光学素子１６だけでなく、これ以外の他の光学素子との組合せにより構成されることもできる。
【００１８】
透過型光学素子１６は、基本的に透明媒質でできて主として光は透過させるが、その反射率は１０％以下と僅かではあるが０ではない。また、反射防止膜がコーティングされた場合は、反射率が１％以下のものもあるが、それでも反射率は０ではない。
【００１９】
スリーブ１２内の一端側には、透過型光学素子１６に対向してモニター用センサー装置１８が固定される。
【００２０】
モニター用センサー装置１８は、反射体１９と、光センサー２０と、光センサー２０からの信号を処理して光の出力状態の監視結果を出力する信号処理装置２２とから構成される。反射体１９は、その中心部に主光路を貫通させるための中心孔１９ａを有すると共に、透過型光学素子１６に対向する端面側には、凹面鏡１９ｂが設けられる。凹面鏡１９ｂは、主光路を除き、主光路の回りの半周囲１８０度（または１８０度以下であってもよい）の範囲に渡り設けられ、その焦点付近に、光センサー２０が配設される。光センサー２０からの信号線は、スリーブ部材１２Ｂを抜けて外部へと導出されて、信号処理装置２２に接続される。
【００２１】
以上のように構成される光のモニターにおいてその作用を説明する。レーザー発振器１０から出力された光は、光導波路１５を通り、入射口１４からスリーブ１２内へ入射し主光路を通り、透過型光学素子１６を通過した後、目的部位へと到達する。この透過型光学素子１６は、その反射率が極めて小さいものの、その入射面において、微弱な反射光が生じる。この場合、入射口１４から透過型光学素子１６までの光ビームは拡散光、即ち、非平行光となっているのに対して、透過型光学素子１６の入射面が主光路に垂直な平坦面となっており、その反射光は、そのほとんどが、主光路に対して傾き主光路から外れた拡散光となって、スリーブ１２内を入射口１４方向へ進み、さらに、その反射光の一部が、凹面鏡１９ｂでさらに反射して、光センサー２０に収束されて受光される。よって、光センサー２０からの信号を信号処理装置２２で処理し、受光される反射光の有無、及びその強度を検出することにより、光の出力状態を監視することができる。
【００２２】
光センサー２０で反射光が検出されない場合には、光源１０の故障、または光導波路１５の破損が考えられる。信号処理装置２２から出力される監視結果の１つである反射光の有無を表す監視信号が反射光無しとの信号を出力した場合には、光源１０をオフにして危険を未然に防ぐ。また、光センサー２０で受光される強度１０は、光源１０の出力強度に比例するはずであるから、受光される反射光の強度に応じて、光源１０の出力を調整することができ、信号処理装置２２から出力される監視結果の１つである反射光の強度を表す強度信号を光源１０にフィードバックすることができる。
【００２３】
この実施形態では、主ビームを遮ることなく、光センサー２０で反射光を検出することができるため、主ビームとの干渉を防ぐことができる。また、透過型光学素子１６で反射する極僅かな反射光を利用することにより、特別に減衰器を用いて光を減衰させることなく、光センサー２０の感度に適した強度の光を光センサー２０に入射させることができる。
【００２４】
図２は、第２の実施形態を表すもので、この場合、スリーブ部材１２Ｂが反射体１９を兼ねている。そして、反射体１９−１の凹面鏡１９ｃが、主光路を除き、主光路の回りに全周囲３６０度に渡って形成されており、該凹面鏡１９ｃは、前記凹面鏡１９ｂよりも曲率半径の大きな凹面となっている。光センサー２０は、その凹面鏡１９ｃの焦点付近に配置されるべく、スリーブ部材１２Ｂに形成された孔１２ａの終端部に取り付けられている。このように構成することにより、透明型光学素子１６からの反射光をより多く光センサー２０に受光させることができる。よって、この実施形態は、透明型光学素子１６からの反射光の強度が低いときに有効である。
【００２５】
尚、以上の実施形態では、中心孔１９ａ及び凹面鏡１９ｂ、１９ｃを備えた反射体１９で透過型光学素子１６からの反射光を収束させることで、透過型光学素子１６からの反射光を効率良く光センサー２０で受光するようにすると共に、モニター用センサー装置１８が主光路の妨害にならないようにしていたが、透過型光学素子１６からの反射光の強度が大きいとき、及び／または透過型光学素子１６からの反射光が主光路から大きく外れるときには、反射体１９を設ける代わりに、直接その反射光を受光することができる位置に光センサー２０を配置するようにしてもよい。
【００２６】
また、以上の実施形態では、透過型光学素子１６が、その監視するべき被モニター装置の光学系の構成要素であったが、これに限るものではなく、被モニター装置の光学系とは別に、モニター専用の透過型光学素子を設けることもできる。例えば、モニター用センサー装置１８に一体的にまたは別体的にモニター専用の透過型光学素子を組み込んだものとすることもできる。しかしながら、以上の実施形態の場合は、被モニター装置の光学系の構成要素を透過型光学素子１６として利用しているために、構成要素が少なくて済み、モニター用センサー装置１８をコンパクトに構成することができる。モニター用センサー装置１８は、それ単独で、監視するべき被モニター装置の主光路に、且つ被モニター装置の光学系の透過型光学素子の手前に配置することで、簡単に被モニター装置の光の出力状態の監視を行うことができるようになる。
【００２７】
透過型光学素子１６としては、凹レンズ、凸レンズのような発散系、収束系の単体レンズや、コリメータ、エクスパンダーのような組合せのレンズ系の第１レンズを使用することができる。また、以上の実施形態では、光ビームが非平行光であり、透過型光学素子１６の反射面が平坦面であったが、これに限るものでなく、光ビームが平行光であってもよく、その場合は、透過型光学素子１６の光ビームを反射させる反射面が凹面または凸面となっているとよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源から出力された主ビームの主光路上に配置された透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を、積極的に利用し、光の出力状態を監視することにより、従来のように主ビームの光を意図的に分割することによる光の損失を防ぐことができる。また、主光路から外れた主ビームの反射波を監視のために利用するために、主ビームとの干渉も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を表す主光路に沿って見た縦断面図であり、破線が主ビーム、点線が透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を表す。
【図２】本発明の第２の実施形態を表す主光路に沿って見た縦断面図であり、破線が主ビーム、点線が透過型光学素子によって反射され主光路から外れた主ビームの反射光を表す。
【符号の説明】
１０　レーザ発振器（光源）
１６　透過型光学素子
１８　モニター用センサー装置
１９、１９−１　反射体
１９ｂ、１９ｃ　凹面鏡
２０　光センサー
【図１】
2004111823.tif 000003
【図２】
2004111823.tif 000004