(57)【要約】【課題】  複数の光射出部からの各レーザ光を高効率で集光出来るようにしたレーザ光発生装置の提供を実現する。【解決手段】  レーザ光発生装置２（２Ａ）は、マトリックス状に配列された複数の光射出部１１を備えた半導体レーザユニット１２と、光射出部１１からそれぞれ射出されるレーザ光Ｌを個別に伝送し得る複数の光ファイバ７ａとを有している。複数の光ファイバ７ａは、レーザ射出側を結束されて光ファイババンドル７を形成すると共に、レーザ射出側に設けられた先細のアダプタ３１ｃを介してレーザ光Ｌを射出するように構成される。これにより、レーザ光Ｌを光ファイバ７ａにて良好に光伝送しつつ、可及的に細径化したアダプタ３１の光伝送路３１ｃにて高効率で集光してパワー密度を高めることが出来る。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配列されて個々にレーザ光を射出することの出来る複数の光射出部を備えた半導体レーザユニットを有し、前記複数の光射出部から射出されるレーザ光を集光することの出来るレーザ光集光手段を有するレーザ光発生装置であって、
該レーザ光集光手段により集光されたレーザ光が入射される入射口、該入射口に対応する射出口、及び該入射口から該射出口に向かって徐々に細径となるテーパ状の光伝送路からなるテーパ状部、を備えたことを特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項２】
前記レーザ光集光手段により集光されたレーザ光の横断面形状は、前記入射口の開口形状と等しいか、該開口形状よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光発生装置。
【請求項３】
前記光伝送路の前記射出口の近傍におけるレーザ光の絞り度合いは、前記光伝送路の前記入射口の近傍におけるレーザ光の絞り度合いよりも小さい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光発生装置。
【請求項４】
前記レーザ光集光手段は、前記複数の光射出部からそれぞれ射出されるレーザ光を個別に伝送することの出来る複数の光ファイバを、前記複数の光射出部に対向するレーザ受光端とは逆のレーザ射出側を結束して構成した光ファイババンドルである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のレーザ光発生装置。
【請求項５】
前記レーザ光集光手段はレンズである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のレーザ光発生装置。
【請求項６】
前記テーパ状部は金属材料により構成され、かつ前記光伝送路は、内面を研磨したテーパ状中空部により構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ光発生装置。
【請求項７】
前記テーパ状部は金属材料により構成され、かつ前記光伝送路は、内面に反射膜を形成したテーパ状中空部により構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ光発生装置。
【請求項８】
前記テーパ状部は合成樹脂材料により構成され、かつ前記光伝送路は、蒸着メッキで内面に金属反射膜を形成したテーパ状中空部により構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの複数の光射出部（エミッタ）から射出されたレーザ光を集光して所要の用途に活用出来るようにしたレーザ光発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）は、電気から光への変換効率が高く、発振効率が５０％を越える高効率のレーザ発光源として知られており、大規模な冷却装置が不要で、装置のコンパクト化を図ることが出来る等の利点を有するため、情報処理産業等の分野において盛んに活用されている。しかしこのような半導体レーザは、上記のように高効率の発振特性を有するものの、そのサイズが高々１ｍｍ以下で、数ワット［Ｗ］程度の光出力しか期待出来ないなどの理由から、レーザ加工の分野で用いられることは無かった。
【０００３】
ところが近年、半導体レーザは１個の発光源としては小出力でも、複数個を一次元的又は二次元的に配列して個数を増加させた形で集光するように用いれば、光密度の高い大出力のレーザ光が得られるという観点から、複数の半導体レーザをユニット化してレーザ加工用として用いる半導体レーザ集光装置も案出されるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の上記半導体レーザ集光装置は、半導体レーザ基板の発光源である各光射出部から射出（発振）されるレーザ光を、基板に形成した光導波路を介して集光し、出力を高めた形でレーザ加工に利用するように構成されている。上記光導波路は、発光源と同数の入力ポートを一方の端面に有すると共に、各入力ポートで受光したレーザ光を全て、他方の端面に設けた唯一の出力ポートに向けて伝送しつつ光学的に結合するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６８０４０号公報（図１乃至図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された上記半導体レーザ集光装置によると、複数の光射出部からのレーザ光を集光するために、光導波路を設けた比較的大掛かりな基板を別途用意しなければならず、従って、このような基板の存在により装置のコンパクト化が損なわれる虞があった。
【０００７】
そこで、上記のような基板を使用せず、複数の光ファイバそのものを結束してバンドル状にし、この光ファイババンドルの各光ファイバ射出端から個々に集光するような構成も考えられるが、その場合、光ファイババンドルの結束部分は太径状になる。そして、多数の光射出部からの低出力レーザ光を集光して高出力化する際に、必要とするレーザ光が高出力である程、光ファイバの本数が増大してバンドル径が大きくなって、パワー密度低下を招くことになる。このため、このような光ファイバをレーザ光集光手段として使用する場合には、当該太径状態の光ファイババンドルのレーザ射出側を、良好な光伝導状態を損なうことなく可及的に細径にすることが切望される。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑み、複数の光射出部からの各レーザ光をレーザ光集光手段とテーパ状の光伝送路との組み合わせにより高効率で集光出来るようにしたレーザ光発生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち本発明のうち第１の発明は、マトリックス状に配列されて個々にレーザ光（Ｌ）を射出することの出来る複数の光射出部（１１，１１１）を備えた半導体レーザユニット（１２，１１２）を有し、前記複数の光射出部（１１，１１１）からそれぞれ射出されるレーザ光（Ｌ）を集光することの出来るレーザ光集光手段（７，１０７）を有するレーザ光発生装置（２，２Ａ，１０２Ａ）であって、
該レーザ光集光手段（７，１０７）により集光されたレーザ光が入射される入射口（３１ａ，１３１ａ）、該入射口（３１ａ，１３１ａ）に対応する射出口（３１ｂ，１３１ｂ）、及び該入射口（３１ａ，１３１ａ）から該射出口（３１ｂ，１３１ｂ）に向かって徐々に細径となるテーパ状の光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）からなるテーパ状部（３１，１３１）、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明における「マトリックス状」は、行方向及び列方向でのピッチをそれぞれ揃えた所謂行列状の配列に限定されるものでなく、行方向（又は列方向）に所定ピッチで並ぶ複数の部分を列方向（又は行方向）で交互にずれるように配列した蜂の巣（ハニカム）状、千鳥状、及びその他の配列をも含む広い概念である。
【００１１】
また本発明のうち第２の発明は、前記レーザ光集光手段（７，１０７）により集光されたレーザ光の横断面形状は、前記入射口（３１ａ，１３１ａ）の開口形状と等しいか、該開口形状よりも小さい、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のうち第３の発明は、前記光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）の前記射出口（３１ｂ，１３１ｂ）の近傍におけるレーザ光の絞り度合いは、前記光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）の前記入射口（３１ａ，１３１ａ）の近傍におけるレーザ光の絞り度合いよりも小さい、ことを特徴とする。なお、本明細書において、「ある特定部分におけるレーザ光の絞り度合い」とは、“その特定部分から出射されるレーザ光のビーム径”を“その特定部分に入射されるレーザ光のビーム径”で割った値（比）を意味するものとする。
【００１３】
また本発明のうち第４の発明は、前記レーザ光集光手段（７）は、前記複数の光射出部（１１）からそれぞれ射出されるレーザ光を個別に伝送することの出来る複数の光ファイバ（７ａ）を、前記複数の光射出部（１１）に対向するレーザ受光端（７ｂ）とは逆のレーザ射出側を結束して構成した光ファイババンドルである。
【００１４】
また本発明のうち第５の発明は、前記レーザ光集光手段（１０７）がレンズである。
【００１５】
また本発明のうち第６の発明は、前記テーパ状部（３１，１３１）が金属材料により構成され、かつ前記光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）が、内面を研磨したテーパ状中空部により構成される。
【００１６】
また本発明のうち第７の発明は、前記テーパ状部（３１，１３１）が金属材料により構成され、かつ前記光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）が、内面に反射膜を形成したテーパ状中空部により構成される。
【００１７】
また本発明のうち第８の発明は、前記テーパ状部（３１，１３１）が合成樹脂材料により構成され、かつ前記光伝送路（３１ｃ，１３１ｃ）が、蒸着メッキで内面に金属反射膜を形成したテーパ状中空部により構成される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明のうち第１及び第２の発明は、レーザ光の光路である光伝送路が、入射口から射出口に向かって徐々に細径となるテーパ状に構成されているため、レーザ光のパワー密度を高めることができる。また、以下のような効果もある。すなわち、前記光射出部は行列状や蜂の巣状や千鳥状等のマトリックス状に配列されているので、複数の光射出部からのレーザ光はそのようなマトリックス状のまま射出される。つまり、複数本のレーザ光からなるレーザ光群の横断面形状（別の言い方をすれば、複数本のレーザ光が分布する横断面領域の形状）は略四角形である。他方の光伝送路の横断面形状は、レーザ光群の横断面形状に比べて小さな形状が一般的であり、しかも円形が一般的である。したがって、光射出部からのレーザ光を何ら集光することなくそのまま光伝送路に入射させようとした場合、一部のレーザ光は光伝送路に入射せず、その分が“光損失”となってしまうおそれがある。本発明では、光射出部と光伝送路との間にレーザ光集光手段を配置して、複数の光射出部から射出されたレーザ光はレーザ光集光手段により集光された上で前記入射口に入射されるように構成されているため、そのような光損失を低減（好ましくは、防止）して、レーザ光を効率良く利用することができる。
【００１９】
また本発明のうちの第３の発明は、前記光伝送路の前記射出口の近傍におけるレーザ光の絞り度合いを、前記光伝送路の前記入射口の近傍におけるレーザ光の絞り度合いよりも小さく設定しているため、レーザ光のビーム径を段階的に絞ることができ、種々の意味で、加工に最適なレーザ光を得ることができる。
【００２０】
また本発明のうちの第４の発明は、前記レーザ光集光手段として複数の光ファイバを用い、そのレーザ射出側に先細のテーパ状部を設け該テーパ状部を介してレーザ光を射出するように構成したので、コヒーレントなレーザ光は所定角度で傾斜するテーパ状の光導波路内を光損失を生じること無く全反射しつつ通過し得るという原理に基づき、各光射出部からのレーザ光を可及的に細径化したテーパ状部により高効率で集光してパワー密度を高めることが出来る。
【００２１】
また本発明のうちの第５の発明は、前記レーザ光集光手段としてレンズを用いたので、光ファイバを用いる場合に比べて構造や製造工程を簡単にできる。
【００２２】
また本発明のうちの第６の発明は、前記テーパ状部が金属材料により構成され、かつ前記光伝送路が、内面を研磨したテーパ状中空部により構成されるので、テーパ状の孔を単に形成し、その内面をムラの無い鏡面状に研磨するだけで、光損失の無い良好な光伝送路を容易に得ることが出来る。
【００２３】
また本発明のうち第７の発明は、前記テーパ状部が金属材料により構成され、かつ光伝送路が、内面に反射膜を形成したテーパ状中空部により構成されるので、テーパ状の孔を単に形成し、その内面にムラの無い反射膜を形成するだけで、光損失の無い良好な光伝送路を容易に得ることが出来る。
【００２４】
また本発明のうち第８の発明は、前記テーパ状部が合成樹脂材料により構成され、かつ光伝送路が、蒸着メッキで内面に金属反射膜を形成したテーパ状中空部により構成されるので、テーパ状の孔を単に形成し、その内面をムラ無く蒸着メッキして鏡面状に仕上げるだけで、光損失の無い良好な光伝送路を容易に得ることが出来る。なお、前記テーパ状部をガラス材によって構成することも出来る。その場合も、光伝送路の内面に、蒸着メッキで金属反射膜を形成することにより、上記と同様の効果を得ることが出来る。
【００２５】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、図１乃至図３等に沿って、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明が適用されるレーザ光発生装置を有する工作機械の一例を概略的に示す全体斜視図、図２は、図１における１個のレーザ光発生装置を示す側面断面図、図３は、図１における１個のレーザ光発生装置を一部分解した形で示す斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、工作機械１は、レーザ光を発生させるレーザ光発生装置２、該レーザ光発生装置２から出力されるレーザ光を加工部に伝送するレーザ伝送装置３、及び、伝送されたレーザ光をレーザトーチ９ａからワーク（被加工物）Ｗに照射するためのレーザ照射装置９を有している。
【００２９】
工作機械１に備えた上記レーザ光発生装置２は、半導体レーザユニット１２と、硬化樹脂１４（図２及び図３参照）及び該硬化樹脂１４にてブロック化された光ファイバ７ａの先端部分により構成された光ファイバユニット１３と、を各１個ずつ合わせた結合体であるレーザ光発生装置２Ａを、複数備えて構成されている。
【００３０】
なお、本実施の形態では、レーザ光発生装置２が、３個のレーザ光発生装置２Ａを備えて構成されているが、当該個数はこれに限らず、１個、２個、或いは４個以上でもよく、用途毎に必要とされるレーザ光出力の大小に応じて適宜選択されるものである。
【００３１】
レーザ光発生装置２は、側面に貫通孔２ａが形成された本体ケース２ｂを有しており、該本体ケース２ｂの内方に上記３個のレーザ光発生装置２Ａが収容、配置されている。各レーザ光発生装置２Ａから出力されるレーザ光は、それぞれに備えた複数本の光ファイバ７ａからなる光ファイババンドル７を介して、上記貫通孔２ａからケース外方に突出する光ファイバ８に伝送される。該光ファイバ８には、複数の光ファイババンドル７の集合体からのレーザ光が不図示の光学系を介して、集束された形で入射される。
【００３２】
一方、レーザ伝送装置３は、上記光ファイバ８、及び該光ファイバ８と同様の構成を備える４本の光ファイバ４を有しており、これら光ファイバ８及び光ファイバ４の相互間には、それぞれミラー５が配置されている。当該レーザ伝送装置３では、光ファイバ４，８を所定角度（例えば８度）以上湾曲させるとレーザ光が該光ファイバ４から外部に漏れてしまう等の問題を、２つの光ファイバ同士をミラー５で光学的に接続することにより解消して、レーザ光伝送経路の設計の自由度を向上している。
【００３３】
そして、光ファイバ８，４におけるレーザ光出力側の端部（以下、出力側端部と言う）とミラー５との間には凸レンズ６ａが配置され、光ファイバ４におけるレーザ光入力側の端部（以下、入力側端部と言う）とミラー５との間には凸レンズ６ｂが配置されている。各レーザ光発生装置２Ａから射出（発振）されて光ファイババンドル７から光ファイバ８を介して伝送されるレーザ光は、該光ファイバ８の出力側端部から出力される際、拡散するレーザ光となるが、該拡散レーザ光は、凸レンズ６ａで平行光に変換された後、ミラー５で反射されてその進路を所定角度変える。
【００３４】
更に、上記ミラー５で反射された平行光は、レンズ６ｂによる屈折によって、光ファイバ８，４に備えたコア部材（図示せず）の直径より小さくなるように集光されて、入力側端部のコア部材に入力される。これにより、光ファイバ８，４の一方のコア部材から拡散して出力されるレーザ光が、他方の光ファイバ４のコア部材に集光して入力されることになる。
【００３５】
以上の構成により、レーザ光発生装置２からレーザ光が射出されると、該レーザ光は、レーザ伝送装置３を介してレーザ照射装置９に伝送され、更にレーザトーチ９ａ内に配置されたレンズ（図示せず）などを介してワークＷに対する焦点を合わせる形で、該レーザトーチ９ａからワークＷに照射される。
【００３６】
そして、ワークＷを図１の矢印Ｃ方向に所定速度で回転させることにより、ワーク表面にレーザ光を一様に照射することが出来る。これにより例えば、ワークＷが鉄鋼からなる場合に、ワーク表面から１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの部分に焼入れする等の加工を実施することが出来る。なお、図１に示した工作機械１は、レーザ光の伝送経路を説明するためのものであり、説明の便宜上、例えば移動台やその駆動装置など、その他の部分を省略して示している。
【００３７】
ついで、上記レーザ光発生装置２（２Ａ）の構成について図２及び図３に沿って説明する。すなわち、レーザ光発生装置２を構成しているレーザ光発生装置２Ａは、図２及び図３に示すように、マトリックス状に配列されて個々にレーザ光Ｌを射出することの出来る複数の光射出部１１を備えた半導体レーザユニット１２を有し、各光射出部１１からそれぞれ射出されるレーザ光Ｌを個別に伝送することの出来る複数の光ファイバ７ａを有している。
【００３８】
なお、本実施の形態における「マトリックス状」は、行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）でのピッチをそれぞれ揃えた所謂行列状の配列に限定されるものでなく、行方向（又は列方向）に所定ピッチで並ぶ複数の部分を列方向（又は行方向）で交互にずれるように配列した蜂の巣（ハニカム）状、千鳥状、及びその他の配列をも含む広い概念である。
【００３９】
上記半導体レーザユニット１２は、前面に複数の光射出部（エミッタ）１１をＸ方向に沿うように備える半導体レーザ基板２６を複数個（例えば９個）積層した形で、略々箱体状のヒートシンク２５に収容されている。各半導体レーザ基板２６は、それぞれの光射出部１１を覆うように配置されたマイクロレンズ１８を備えている。該マイクロレンズ１８は、レーザ光を平行光に変換するものであり、シリンドリカルレンズ等から構成される。また、上記ヒートシンク２５の両側面（便宜上、図２及び図３では一側のみを図示）には、略々矩形状の放熱用切欠き２５ａが形成されている。
【００４０】
半導体レーザ基板２６は、ｐ型層とｎ型層との間に活性層が介在する形でｐｎ接合されて構成されたもので、活性層の一側面には、ｐ型層とｎ型層との電圧に基づきレーザ光を発振自在な複数箇所の光射出部（エミッタ）がＸ方向（図３）に沿って配列されている。このような半導体レーザ基板２６では、電極（図示せず）を介してｐ型層とｎ型層とに電圧が印加されたとき、各光射出部１１からレーザ光Ｌ（図３）が射出される。
【００４１】
また複数の光ファイバ７ａは、各先端から所定長さ分が、マトリックス状の光射出部１１に各受光端面（レーザ受光端）７ｂ（図２）をそれぞれ正確に対向させることが出来るように、Ｘ方向及びＹ方向の受光端面７ｂにおける各ピッチを、Ｘ方向及びＹ方向での光射出部１１間の各ピッチに一対一に対応させる形で、ガラス系の硬化樹脂１４によりブロック状に位置決め固定されている。前述したように、この硬化樹脂１４及び該硬化樹脂１４にてブロック化された光ファイバ７ａの先端部分により、光ファイバユニット１３が構成されている。
【００４２】
光ファイバユニット１３は、所定数（例えば５４(６×９)本）の光ファイバ７ａの受光端面７ｂが位置決めされて樹脂硬化された後、硬化樹脂１４の前端面１４ａ（図２）が光ファイバ７ａの各受光端面７ｂと厳密に平行となるように精密に研磨されて、前後方向（厚さ方向）が比較的薄い直方体形状に形成される。このような構造の光ファイバユニット１３を用いることにより、前端面１４ａを光射出部１１の配列に対する基準として、多数の光ファイバ７ａの正確な位置合わせを一度で行なうことが出来る。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、半導体レーザ基板２６が９段で、各半導体レーザ基板２６における光射出部１１が６個の半導体レーザユニット１２を例に挙げたが、１つの半導体レーザ基板２６が有する光射出部１１の個数や半導体レーザ基板２６の積層段数などは、これに限らず、必要に応じて適宜変更、設定することが出来るものである。
【００４４】
そして光ファイバユニット１３は、その前端面１４ａの周囲にＹ方向移動枠２１が嵌め込まれている。該Ｙ方向移動枠２１は、光ファイバユニット１３を支持した形で、後述するＸ方向移動枠２０内に形成されたＹ方向レール１９，１９にＹ方向移動自在に係合・支持されるもので、その一側面及び他側面に、Ｙ方向レール１９，１９に摺動自在に係合することの出来る係合凸部２１ａ，２１ｂを有している。
【００４５】
一方、半導体レーザユニット１２と光ファイバユニット１３との間には、互いに対向して位置すべき光射出部１１と受光端面７ｂとの位置関係を正確に調整することの出来る位置決め調整手段１５が配設されている。該位置決め調整手段１５は、光ファイバユニット１３に装着された上記Ｙ方向移動枠２１と、該Ｙ方向移動枠２１を半導体レーザユニット１２側に支持する支持体３０とから構成されている。
【００４６】
すなわち、支持体３０は、半導体レーザユニット１２を所定の状態にて固定支持する支持台１６と、該支持台１６にＸ方向移動自在に支持されるＸ方向移動枠２０とを有している。支持台１６は、基部１６ａと、該基部１６ａの略々中央部分に形成されて上記半導体レーザユニット１２を担持する台座部１６ｂとを有している。
【００４７】
更に支持台１６は、基部１６ａの前方側（図３の右方側）において所定の間隔をあけて上下方向（Ｙ方向）に延設された柱部１６ｃ，１６ｄと、該柱部１６ｃ，１６ｄの上部同士及び下部同士をそれぞれ連結するように延設された梁部１７，１７とを有している。これら上部側の梁部１７及び下部側の梁部１７には、図２に示すように、梁部の長さ方向に延びるＸ方向レール１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。つまり、半導体レーザユニット１２の前面（光射出側の面）における上下に所定の距離をあけた形でＸ方向レール１７ａ，１７ｂが配置され、また上記光射出側の前面における左右に所定の距離をあけた形でＹ方向レール１９，１９（便宜上、片側は図示を省略）が配置されている。
【００４８】
また柱部１６ｄの所定位置には、Ｘ方向を向くようにネジ孔（図示せず）が形成されており、該ネジ孔には、支持台１６に対するＸ方向移動枠２０のＸ方向位置を調整することの出来るＸ方向調整スクリュ２２が螺合されている。該Ｘ方向調整スクリュ２２は、その先端部をＸ方向移動枠２０の一側面に当接させている。
【００４９】
上記Ｘ方向移動枠２０は、支持台１６の柱部１６ｃ，１６ｄ間の空間Ｓ内において、Ｙ方向移動枠２１がＸ方向及びＹ方向に所定距離移動出来るだけの空隙を形成し得るサイズの略々矩形状の枠体として構成されている。該Ｘ方向移動枠２０は、その中央の空間部分を半導体レーザユニット１２の前面に位置させた形でＸ方向レール１７ａ，１７ｂに摺動自在に係合することの出来る係合溝２０ａ，２０ｂと、当該移動枠２０の所定位置にＹ方向を向くように形成されたネジ孔２０ｃ（図２参照）と、該ネジ孔２０ｃに螺合されてＹ方向移動枠２１のＸ方向移動枠２０に対するＹ方向位置を調整することの出来るＹ方向調整スクリュ２３とを有している。該Ｙ方向調整スクリュ２３は、その先端部２３ａを、Ｘ方向移動枠２０の中央の空間部分に収容したＹ方向移動枠２１の上側面に当接させている。
【００５０】
そして、柱部１６ｃとＸ方向移動枠２０との間には、板バネやコイルバネ等のバネ部材（図示せず）が縮設されており、従って、Ｘ方向調整スクリュ２２をその回転軸を中心として一方向又は他方向に回動させることにより、Ｘ方向移動枠２０の側面を押圧し又は解放して、Ｘ方向移動枠２０（つまり光ファイバユニット１３）のＸ方向位置を自在に調整することの出来るＸ方向調整機構が構成されている。また図２に示すように、Ｘ方向移動枠２０の底面とＹ方向移動枠２１の下側面との間には、板バネやコイルバネ等のバネ部材２４が縮設されている。従って、Ｙ方向調整スクリュ２３を一方向又は他方向に回動させることにより、Ｙ方向移動枠２１の上側面を押圧し又は解放して、Ｙ方向移動枠２１（つまり光ファイバユニット１３）のＹ方向位置を自在に調整することの出来るＹ方向調整機構が構成されている。
【００５１】
なお、上述した本レーザ光発生装置２Ａを構成する各部材は、図示はしていないが、組立て作業や、支持体３０への光ファイバユニット１３の装着等に便利なように、ネジ等により所要の部位を容易に分離・組付け出来るように構成されている。
【００５２】
以上のように、工作機械１において、半導体レーザユニット１２における個々の光射出部１１からのレーザ出力は小さい（例えば１ｗ程度）が、各レーザ光発生装置２Ａでは、それぞれにレーザ光Ｌを発振（射出）することの出来る複数の光射出部１１を備えた半導体レーザ基板２６を、例えば９段積層して上記半導体レーザユニット１２を構成している。従って、該半導体レーザユニット１２から多数のレーザ光Ｌを射出して集光することにより、ワークＷの加工に必要な高出力を得ることが出来る。そして、図１に示すように、レーザ光発生装置２Ａを複数台備えることにより、多数の半導体レーザユニット１２を活用した、より大出力の工作機械１が実現している。
【００５３】
そして工作機械１では、その製作組立てに際して、図２に示す状態の支持体３０に光ファイバユニット１３が組み付けられる。つまり、予めＹ方向移動枠２１を装着した光ファイバユニット１３の前端面１４ａを、Ｘ方向移動枠２０から露出している半導体レーザユニット１２の光射出部１１に対向させた形で、所定の操作により、Ｙ方向移動枠２１の係合凸部２１ａ，２１ｂをＹ方向レール１９，１９にそれぞれ摺動自在に係合させる。
【００５４】
次いで、上記のようにして組み立てたレーザ光発生装置２Ａの光射出部１１と受光端面７ｂとのＸ方向及びＹ方向での位置決め調整を行なうべく、複数の光射出部１１から射出されて光ファイババンドル７を介して伝送されるレーザ光Ｌを、モニタ（図示せず）に映し出し、その状態を監視する。更にこの監視状態にて、Ｘ方向調整スクリュ２２及びＹ方向調整スクリュ２３を適宜所要の方向に僅かずつ回動させることで、Ｙ方向移動枠２１を介して光ファイバユニット１３を支持しているＸ方向移動枠２０を、半導体レーザユニット１２を支持している支持台９に対してＸ方向に微移動させると共に、光ファイバユニット１３を支持しているＹ方向移動枠２１を、Ｘ方向移動枠２０に対してＹ方向に微移動させる。
【００５５】
このように、工作機械１に備えたレーザ光発生装置２（２Ａ）では、Ｘ方向調整スクリュ２２及びＹ方向調整スクリュ２３を適宜回動させることにより、多数の光射出部１１に対する光ファイバユニット１３の各受光端面７ｂのＸ方向及びＹ方向位置を、高い精度で一括して調整することが出来る。
【００５６】
ついで、第１図における、光ファイババンドル７の構成について詳細に説明する。
【００５７】
図４は、光ファイバに関する一構成例を示し、同図（ａ）は１本の光ファイバを拡大して示す側面図、同図（ｂ）は光ファイバを複数本束ねた形の光ファイババンドルの先端部分、及びアダプタを拡大して示す側面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のVc-Vc線に沿って見た状態を示す正面図である。
【００５８】
本実施の形態は、光ファイババンドル７を構成する各光ファイバ７ａの先端部分を特に加工することなく、該先端部分に、アダプタ３１をテーパ状部として結合させたものである。
【００５９】
即ち本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、コア２７及びクラッド２８からなる光ファイバ７ａの射出端２７ｂが、受光端面７ｂと同様の形状を有している。このような光ファイバ７ａは、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、複数本（例えば５４本）が中実となる形で（前記複数の光射出部１１に対向するレーザ受光端７ｂとは逆のレーザ射出側が）１本に束ねられて光ファイババンドル７を形成し、更に、レーザ光発生装置２Ａ毎の光ファイババンドル７が互いに束ねられて、より太径の光ファイババンドル７（例えば５４×３本）を形成している。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、レーザ光発生装置２Ａ毎の「光ファイババンドル７」と言う語句を、３本の光ファイババンドル７を束ねた形においても使用する。また、図４（ｂ），（ｃ）における光ファイバ７ａの本数は、便宜上、実際の本数に対応させてはいない。
【００６１】
テーパ状部を構成する上記アダプタ３１は、光ファイババンドル７全体のレーザ射出部分である射出端７ｄに結合されている。当該アダプタ３１は、図４（ｂ）に示すように、全体として略々円筒状に構成されており、射出口３１ｂより内径の大きい入射口３１ａ側を光ファイババンドル７の射出端７ｄに向けて、該射出端７ｄ側に略々円筒状に突出する結合部３１ｄを射出端７ｄの外周部分に嵌め込む形で、光ファイババンドル７に結合している。当該アダプタ３１は、不図示の固定手段を介して、上記射出端７ｄの外周部分に堅固に固定されている。
【００６２】
テーパ状部を構成するアダプタ３１は、上記射出端７ｄを臨む入射口３１ａ、及び該入射口３１ａに対応する射出口３１ｂと、これら入射口３１ａ及び射出口３１ｂを相互に連通する光伝送路３１ｃと、を有している。光伝送路３１ｃは、入射口３１ａ側から射出口３１ｂに向かってテーパ状に徐々に細径となる形状（先細のテーパ形状）を呈している。なお、本実施の形態においては、入射口３１ａの開口形状は、図４（ｃ）中に符号３１ａで示すように円形である。その円形３１ａの内部に破線で示された複数の小円は、光ファイバ７ａの横断面形状を示しているので、前記光ファイババンドル７により集光されたレーザ光の横断面形状は、各小円よりも小さな同心円（正確には、そのような同心円の集合体）となり、結局、本実施の形態においては、前記光ファイババンドル７により集光されたレーザ光の横断面形状は、前記入射口３１ａの開口形状よりも小さくされている。このような構成により、光ファイババンドル７の各光ファイバ７ａから射出される全てのレーザ光Ｌを光伝送路３１ｃの内面で反射させつつ、光損失を生じることなく伝送することが出来る。このように構成されるため、前記光ファイババンドル７は、前記複数の光射出部１１からそれぞれ射出されるレーザ光Ｌを集光して入射口３１ａに入射させるためのレーザ光集光手段として機能する。
【００６３】
アダプタ３１は、アルミニウム等の金属材料により構成されており、上記光伝送路３１ｃは、該アダプタ３１の入射口３１ａ側から射出口３１ｂ側に向かって細径となるように貫通穿設されたテーパ状中空部から構成される。そして、光伝送路３１ｃの内周面は、伝送時の光損失を可及的に抑えるために、凹凸の無い均一な面として厳密に研磨されている。或いは、伝送時の光損失を可及的に抑えるために、金属材料からなる光伝送路３１ｃの内周面に、全反射し得る反射膜をメッキ（コーティング）等で形成することも出来る。
【００６４】
本実施形態における光ファイババンドル７をレーザ光発生装置２（２Ａ）に用いる場合、テーパ状部であるアダプタ３１の存在により、多数の光射出部１１から射出されるレーザ光Ｌを、高効率で集光してパワー密度を高めた形で光ファイバ８（図１参照）に入射することが出来るという効果を奏する。また、本実施の形態における光射出部１１はマトリックス状に配列されているので、複数の光射出部１１からのレーザ光Ｌはそのようなマトリックス状のまま射出される。つまり、複数本のレーザ光Ｌからなるレーザ光群の横断面形状（別の言い方をすれば、複数本のレーザ光Ｌが分布する横断面領域の形状）は略四角形である。他方の光伝送路３１ｃの横断面形状（入射口３１ａの開口形状）は小さな円形である。本実施の形態によれば、これらの光射出部１１と光伝送路３１ｃとの間に光ファイババンドル７を配置して、複数の光射出部１１から射出されたレーザ光が該バンドル７により集光された上で前記入射口３１ａに入射されるように構成されているため、光損失（つまり、光ファイババンドル７から光伝送路３１ｃにレーザ光が入射される際の光漏れ）を回避し、レーザ光を効率良く利用することができる。さらに、本実施の形態においては、前記レーザ光集光手段として複数の光ファイバ７ａを用い、そのレーザ射出側に先細のアダプタ３１を設け該アダプタ３１を介してレーザ光を射出するように構成したので、コヒーレントなレーザ光は所定角度で傾斜するテーパ状の光導波路内を光損失を生じること無く全反射しつつ通過し得るという原理に基づき、各光射出部からのレーザ光を可及的に細径化したアダプタにより高効率で集光してパワー密度を高めることが出来る。
【００６５】
また、複数の光ファイバ７ａのレーザ射出側を束ねて光ファイババンドル７を形成した上で、該バンドル７の射出端７ｄにアダプタ３１を結合させるだけの簡単な工程により、個々には低出力であるレーザ光Ｌを無駄なく有効に集光してレーザ加工用の高出力のレーザ光を得るための構成が実現出来る。更に、アダプタ３１が金属材料により構成され、かつ光伝送路３１ｃが、内面を研磨したテーパ状中空部により構成されるので、アダプタ３１にテーパ状の孔を単に形成し、その内面をムラの無い鏡面状に研磨するだけで、光損失の無い良好な光伝送路３１ｃを容易に得ることが出来るという効果も奏する。
【００６６】
ところで、上述したアダプタ３１を、金属材料ではなく、ガラスや、透明プラスチック等のような堅固な合成樹脂材料により構成することも出来る。即ち、ガラスや、合成樹脂材料を使用して、上記金属材料を用いた場合と同じ形に形成した後、光伝送路３１ｃの内周面に、真空蒸着メッキによって金や銀等の金属反射膜を形成するのである。従って、アダプタ３１が、ガラスや、合成樹脂材料により構成され、かつ光伝送路３１ｃが、蒸着メッキで内面に金属反射膜を形成したテーパ状中空部によって構成されることにより、アダプタ３１にテーパ状の孔を単に形成し、その内面をムラ無く蒸着メッキして鏡面状に仕上げるだけで、光損失の無い良好な光伝送路３１ｃを容易に得ることが出来る。
【００６７】
ところで、アダプタ３１は、図４（ｂ）に示すように、前記光ファイババンドル７の射出端７ｄに結合されているが、アダプタ３１と光ファイババンドル７とを結合しなくても良い。例えば、アダプタ３１及び光ファイババンドル７を同じケースや基板に支持させて、アダプタ３１の入射口３１ａと光ファイババンドル７の射出端７ｄとが対向するような位置関係にすると良い。
【００６８】
一方、本実施の形態におけるアダプタ３１の光伝送路３１ｃは、図４（ｂ）に明らかなように、入射口３１ａから射出口３１ｂにかけて同じ傾き（割合）で細く絞られている（つまり、レーザ光の絞り度合いは、入射口３１ａから射出口３１ｂにかけて同じである）が、前記光伝送路３１ｃの射出口３１ｂの近傍におけるレーザ光の絞り度合いを、前記入射口３１ａの近傍におけるレーザ光の絞り度合いよりも小さくしても良い。その場合には、レーザ光のビーム径を段階的に絞ることができ、種々の意味で、加工に最適なレーザ光を得ることができる。なお、本明細書において、「ある特定部分におけるレーザ光の絞り度合い」とは、“その特定部分から出射されるレーザ光のビーム径”を“その特定部分に入射されるレーザ光のビーム径”で割った値（比）を意味するものとする。
【００６９】
以下、図５に沿って、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７０】
上述した第１の実施の形態では、レーザ光集光手段（つまり、複数の光射出部１１から射出されるレーザ光Ｌを集光することのできる手段）を、複数の光ファイバ７ａからなる光ファイババンドル７にて構成したが、本実施の形態におけるレーザ光集光手段は、図５に示すようにレンズ１０７にて構成している。これにより、光ファイバを用いる場合に比べて構造や製造工程を簡単にできる。なお、図５は、本発明が適用されるレーザ光発生装置を備えた工作機械の他の例を概略的に示す斜視断面図である。
【００７１】
この図５において、符号１１１は、レーザ光Ｌを射出することの出来る光射出部を示し、符号１１２は、該光射出部１１１をマトリックス状に複数配列することにより構成した半導体レーザユニットを示し、符号１０２Ａはレーザ光発生装置を示す。
【００７２】
また、符号１３１ｃは、徐々に細径となるように形成されたテーパ状の光伝送路を示し、符号１３１ａは、レーザ光集光手段１０７の射出端１０７ｄを臨む位置に配置されたレーザ光の入射口を示し、符号１３１ｂは、該入射口１３１ａに対応する射出口を示す。このような入射口１３１ａ、射出口１３１ｂ及び光伝送路１３１ｃを有する部品（テーパ状部）１３１は、上述したアダプタ３１と同様の構成にすると良い。すなわち、
・  テーパ状部１３１を金属材料により構成し、かつ光伝送路１３１ｃを、内面を研磨したテーパ状中空部により構成しても、
・  テーパ状部１３１を金属材料により構成し、かつ光伝送路１３１ｃを、内面に反射膜を形成したテーパ状中空部により構成しても、或いは、
・  テーパ状部１３１を、合成樹脂材料により構成し、かつ光伝送路１３１ｃを、蒸着メッキで内面に金属反射膜を形成したテーパ状中空部により構成しても、
いずれでも良い。その他の部品の構成は、第１の実施の形態と同様にすると良い。
【００７３】
本実施の形態における光射出部１１１はマトリックス状に配列されているので、複数の光射出部１１１からのレーザ光Ｌはそのようなマトリックス状のまま射出される。つまり、複数本のレーザ光Ｌからなるレーザ光群の横断面形状（別の言い方をすれば、複数本のレーザ光Ｌが分布する横断面領域の形状）は略四角形である。他方の光伝送路１３１ｃの横断面形状（入射口１３１ａの開口形状）は小さな円形である。本実施の形態によれば、これらの光射出部１１１と光伝送路１３１ｃとの間にレンズ１０７を配置して、複数の光射出部１１１から射出されたレーザ光が該レンズ１０７により集光された上で前記入射口１３１ａに入射されるように構成されているため、光損失（つまり、レンズ１０７から光伝送路１３１ｃにレーザ光が入射される際の光漏れ）を回避し、レーザ光を効率良く利用することができる。なお、本実施の形態に用いるレンズ１０７としては、略四角形状の領域に広く分布しているレーザ光群を小さな円形の領域に集光させるものであっても、略四角形状の領域に広く分布しているレーザ光群をそのままの相似な形状の領域（つまり、小さな四角形状の領域）に集光させるものであっても良い。この場合、レンズ１０７により集光されたレーザ光の横断面形状は、前記入射口１３１ａの開口形状と等しいか、該開口形状よりも小さくすると良い。
【００７４】
なお、それぞれの光射出部１１１を覆うようにマイクロレンズ（図５においては不図示。図２の符号１８参照）を配置しておき、該マイクロレンズによりレーザ光を平行光に変換するようにしておくと良い。また、レンズ１０７は、複数の光射出部１１１から射出されたレーザ光を単に集光するだけでなく、光軸に対して出来るだけ平行となるようにレーザ光を集光すると良い。そのようにした場合には、光伝送路１３１ｃにおける光損失（乱反射）を低減することができる。
【００７５】
本実施の形態においては、図５に明らかなように、前記光伝送路１３１ｃの前記射出口１３１ｂの近傍におけるレーザ光の絞り度合いが、前記光伝送路１３１ｃの前記入射口１３１ａの近傍におけるレーザ光の絞り度合いよりも小さく設定されている。これにより、レーザ光のビーム径を段階的に絞ることができ、種々の意味で、加工に最適なレーザ光を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、半導体レーザを多数用い、該半導体レーザから射出されるレーザ光を集光して所定の出力のレーザ光線を得て利用する、種々の装置に用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明が適用されるレーザ光発生装置を備えた工作機械の一例を概    略的に示す全体斜視図である。
【図２】図２は、図１における１個のレーザ光発生装置を示す側面断面図である。
【図３】図３は、図１における１個のレーザ光発生装置を一部分解した形で示す斜視    図である。
【図４】図４は、光ファイバに関する一構成例を示し、同図（ａ）は１本の光ファイ    バを拡大して示す側面図、同図（ｂ）は光ファイバを複数本束ねた形の光ファイババ    ンドルの先端部分、及びアダプタを拡大して示す側面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の    Vc-Vc線に沿って見た状態を示す正面図である。
【図５】図５は、本発明が適用されるレーザ光発生装置を備えた工作機械の他の例を    概略的に示す斜視断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１……工作機械
２、２Ａ……レーザ光発生装置
７……光ファイババンドル
７ａ……光ファイバ
７ｂ……受光端面（レーザ受光端）
７ｄ……射出端（レーザ射出側の端部）
１１……光射出部
１２……半導体レーザユニット
２７……コア
２７ｂ……射出端（レーザ射出側の端部）
２８……クラッド
３１……アダプタ
３１ａ……入射口
３１ｂ……射出口
３１ｃ……光伝送路
Ｌ……レーザ光
【図１】
2005286310.tif 000003
【図２】
2005286310.tif 000004
【図３】
2005286310.tif 000005
【図４】
2005286310.tif 000006
【図５】
2005286310.tif 000007