(57)【要約】【課題】追加の部材を使わずに、信頼性の高い光アブソーバを低費用で製造する。【解決手段】光アブソーバ（１０）は、入射口から入射した入射光を受光して入射光を部分的に吸収すると共に反射する第一光吸収体（１１）と、第一光吸収体により反射された射光の一部分を部分的に吸収すると共に第一光吸収体に向かって反射する第二光吸収体と（１２）を含む。第一光吸収体の反射率および耐光強度は第二光吸収体の反射率および耐光強度よりもそれぞれ高いようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射口（１０ａ）から入射した入射光を受光して該入射光を部分的に吸収すると共に反射する第一光吸収体（１１）と、
該第一光吸収体により反射された前記入射光の一部分を部分的に吸収すると共に前記第一光吸収体に向かって反射する第二光吸収体（１２）と、を具備し、
前記第一光吸収体の反射率および耐光強度は前記第二光吸収体の反射率および耐光強度よりもそれぞれ高いようにした、光アブソーバ（１０）。
【請求項２】
前記第一光吸収体および前記第二光吸収体により囲まれる空間は、前記入射口を除いて閉鎖されている請求項１に記載の光アブソーバ。
【請求項３】
前記入射光と前記第二光吸収体からの反射光とは、前記第一光吸収体において少なくとも部分的に重なるようにした請求項１または２に記載の光アブソーバ。
【請求項４】
前記第一光吸収体および前記第二光吸収体のうちの少なくとも一方を冷却する冷却部（１５、１６）を具備する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光アブソーバ。
【請求項５】
前記第一光吸収体と前記第二光吸収体とを連結して伝熱させる連結部材（１８）を具備する請求項４に記載の光アブソーバ。
【請求項６】
前記第一光吸収体の反射率が４０％から６０％の間である請求項１から５のいずれか一項に記載の光アブソーバ。
【請求項７】
前記第二光吸収体の反射率が０％より大きくて１０％以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の光アブソーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを吸収する光アブソーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用レーザ発振器が備える光共振器や励起電源の保守作業をする際には、レーザ光をレーザ発振器外部に出射することなしに、レーザ光を発振、出力させる必要がある。このような保守作業を安全に行うために、レーザ光を完全に吸収して封込める機構がレーザ発振器内部に備えられている。
【０００３】
そのような機構、つまり光アブソーバでは、レーザ光に対する反射率が低くかつレーザ光を吸収する吸収性の高い光吸収体が使用されている。具体的な光アブソーバは、熱伝導率の高い材料、例えば銅、アルミなどからなる部材に、レーザ光の吸収性の高い表面処理や塗装等を施すことにより構成されている。また、レーザ光を複数回に分けて受光するように構成しレーザ光を段階的に減衰して吸収させる光アブソーバも存在している。
【０００４】
例えば特許文献１は、レーザ光が光吸収体に入射する前にレーザ光を拡散する反射部材を有する光アブソーバを開示している。また、特許文献２は、入射口から入射したレーザ光の一部を漏出口から漏出させ、漏出口の下流に設けられた光吸収体に吸収させるようにした光アブソーバを開示している。さらに、特許文献３および特許文献４は、光吸収体の先端部の反射率を高めるようにした光アブソーバを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４０９６４号公報
【特許文献２】特開２００３−８０３９０号公報
【特許文献３】実開平５−５０７５７号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０４３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１ではレーザ光を拡散する反射部材が必要とされ、特許文献２では光アブソーバの漏出口を形成すると共に光吸収体を設ける必要がある。さらに、特許文献３および特許文献４では、反射率を高める表面処理加工を施す必要がある。
【０００７】
このように、従来技術においては、追加の部材や追加の表面処理を行う必要がある。このため、部品数や工程数が増して製造費用が高くなったり、品質や信頼性に問題が生じたり、光アブソーバ自体が大型化および複雑化する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、追加の部材や追加の表面処理を行うことなしに、低費用で製造可能であり信頼性の高い小型の光アブソーバ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】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、入射口から入射した入射光を受光して該入射光を部分的に吸収すると共に反射する第一光吸収体と、該第一光吸収体により反射された前記入射光の一部分を部分的に吸収すると共に前記第一光吸収体に向かって反射する第二光吸収体と、を具備し、前記第一光吸収体の反射率および耐光強度は前記第二光吸収体の反射率および耐光強度よりもそれぞれ高いようにした、光アブソーバが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第一光吸収体および前記第二光吸収体により囲まれる空間は、前記入射口を除いて閉鎖されている。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記入射光と前記第二光吸収体からの反射光とは、前記第一光吸収体において少なくとも部分的に重なるようにした。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記第一光吸収体および前記第二光吸収体のうちの少なくとも一方を冷却する冷却部を具備する。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第一光吸収体と前記第二光吸収体とを連結して伝熱させる連結部材を具備する。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記第一光吸収体の反射率が４０％から６０％の間である。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明において、前記第二光吸収体の反射率が０％より大きくて１０％以下である。
【発明の効果】
【００１０】
１番目の発明においては、反射率が高くて耐光強度が高い第一光吸収体に入射光を入射させているので、高強度の入射光であっても第一光吸収体を損傷させることはない。そして、反射光を反射率が低くて耐光強度が低い第二光吸収体に入射および吸収させている。反射光の強度は第一光吸収体によって低減されているので、第二光吸収体が損傷することもない。このように互いに異なる反射率および耐光強度を有する第一光吸収体および第二光吸収体のみを用いることにより、信頼性の高い光アブソーバを低費用で製造することができる。
２番目の発明においては、入射口以外を閉鎖しているので、安全性を向上させられる。また、光アブソーバ内部における反射回数を増やすことができるので、レーザ光を確実に吸収することができる。
３番目の発明においては、第一光吸収体および第二光吸収体のなす角度を比較的大きく設定でき、その結果、光アブソーバを小型軽量化できると共に、より低費用で作成できる。
４番目の発明においては、冷却部によって光吸収体の温度が上昇するのを抑えられるので、光アブソーバの寿命を長くでき、光アブソーバの安全性および信頼性を高められる。
５番目の発明においては、第一光吸収体および第二光吸収体のいずれか一方にのみ冷却部を備えた場合であっても、連結部材により伝熱できる。このため、冷却部の数を一つにでき、製造費用が増すのを抑えられる。
６番目の発明および７番目の発明においては、比較的簡単な構成により、低費用で信頼性の高い光アブソーバを提供できる。
【００１１】
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づく光アブソーバの側面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づく光アブソーバの側面図である。
【図３】耐光強度および反射率と光吸収性との関係を示す図である。
【図４】減衰率と反射回数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の第一の実施形態に基づく光アブソーバの側面図である。図１に示されるように、光アブソーバ１０は、鋭角をなして互いに配置された第一光吸収体１１および第二光吸収体１２から構成されている。そして、入射口１０ａが形成された環状部材１０ｂが第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の端部に配置されている。なお、この環状部材１０ｂを採用することなしに、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２のみによって光アブソーバ１０を構成するようにしてもよい。
【００１４】
また、図１に示される第一光吸収体１１および第二光吸収体１２は平面からなる直方体であるが、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２が部分的に曲面を含んでいてもよい。このような光アブソーバ１０は、レーザ発振器（図示しない）が備える光共振器や励起電源の保守作業をする際に使用されるものとする。
【００１５】
図１に示されるように、入射光は入射口１０ａを通って第一光吸収体１１に受光される。ここで、第一光吸収体１１の耐光強度は比較的高く、その結果、レーザ光の反射率も比較的高い。これに対し、第二光吸収体１２の耐光強度は第一光吸収体１１の耐光強度よりも低く、その結果、レーザ光の反射率も第一光吸収体１１の反射率より低い。
【００１６】
ここで、図３は耐光強度および反射率と光吸収性との関係を示す図である。図３において縦軸は耐光強度および反射率を示しており、横軸は光吸収性を示している。図３に示されるように、耐光強度および反射率が大きくなるほど、光吸収性は小さくなる。そして、耐光強度および反射率が小さくなるほど、光吸収性は大きくなる。従って、第二光吸収体１２の光吸収性は第一光吸収体１１の光吸収性よりも高い。
【００１７】
このように本発明の光アブソーバ１０は、レーザ光に対する耐光強度の高い第一光吸収体１１と、レーザ光を吸収する光吸収性の高い第二光吸収体１２とから構成されている。それゆえ、本発明に基づく光アブソーバ１０は、レーザ光に対する耐久性とレーザ光を効率よく吸収する性質との互いに相反する性質を有する。
【００１８】
図１に示されるように、入射光としてのレーザ光が入射口１０ａから光アブソーバ１０内に進入すると、レーザ光は初めに第一光吸収体１１の一次受光面１１ａに受光される。入射光の光強度は比較的高いものの、第一光吸収体１１の耐光強度および反射率は高い。このため、第一光吸収体１１が入射光としてのレーザ光を受光しても、第一光吸収体１１が、レーザ光の吸収により発熱して破損および変質することはない。そして、受光されたレーザ光の一部分は第一光吸収体１１に吸収される。第一光吸収体１１が吸収できなかったレーザ光は反射光として第二光吸収体１２に向かって反射される。
【００１９】
図１に示されるように、反射光は第二光吸収体１２の二次受光面１２ａに受光される。前述したように第二光吸収体１２の耐光強度および反射率は低い。しかしながら、第二光吸収体１２が受光するレーザ光は第一光吸収体１１からの反射光であるので、反射光の強度は比較的低い。従って、第二光吸収体１２の耐光強度が低いとしても、第二光吸収体１２がレーザ光の吸収により発熱して破損および変質することはない。
【００２０】
そして、第二光吸収体１２の光吸収性は高いので、第二光吸収体１２は反射光の大部分を吸収し、反射光の一部分を第一光吸収体１１に向かって反射する。図１から分かるように、このようなレーザ光の反射は第一光吸収体１１と第二光吸収体１２との間で交互に繰返され、それにより、レーザ光が光アブソーバ１０に吸収されるようになる。
【００２１】
特に、図１においては、レーザ光の進行方向下流側に位置する第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の端部は互いに接合されている。このため第一光吸収体１１および第二光吸収体１２により囲まれる空間は入射口１０ａを除いて閉鎖される。それゆえ、レーザ光が光アブソーバ１０の外部に漏洩することはなく、光アブソーバ１０の安全性を向上させられる。
【００２２】
また、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の端部が互いに接合されているので、光アブソーバ１０内部における反射回数を増やすことができ、レーザ光を確実に吸収することが可能である。また、第一光吸収体１１と第二光吸収体１２とが互いに直接的に接合される場合には、部品点数が増えるのを防止でき、光アブソーバ１０を低費用で製造できるのが分かるであろう。
【００２３】
このように本発明では、レーザ光を最初に受光する第一光吸収体１１の耐光強度および反射率が、第一光吸収体１１からの反射光を受光する第二光吸収体１２の耐光強度および反射率よりも高いようにしている。このため、高強度の入射光によって第一光吸収体１１が受けるダメージを低減できる。そして、第二光吸収体１２は、第一光吸収体１１によって強度が低減された反射光を受光するので、第二光吸収体１２が受ける抑えられる。また、第二光吸収体１２は第一光吸収体１１よりも光吸収性が高いので、反射項を効率的に吸収できる。
【００２４】
このように本発明では、互いに異なる反射率および耐光強度を有する第一光吸収体１１および第二光吸収体１２のみを用いて光アブソーバ１０を構成しており、追加の部材や追加の表面処理を行う必要がない。従って、本発明では、信頼性の高い光アブソーバ１０を低費用で製造すること可能となる。
【００２５】
この点に関し、第二光吸収体１２が、第一光吸収体１１の耐光強度および反射率と同じ耐光強度および反射率を有している場合には、第二光吸収体１２の光吸収性が低くなる（図３を参照されたい）。このため、光アブソーバ１０における反射回数を増やす必要があるので、光アブソーバ１０自体が大型化する。
【００２６】
また、第一光吸収体１１が、第二光吸収体１２の耐光強度および反射率と同じ耐光強度および反射率を有している場合には、光吸収性は高くなるものの、第一光吸収体１１の耐光強度が低くなる。つまり、光アブソーバ１０全体の光耐久性が低くなる。このため、入射光が第一光吸収体１１に入射する入射角を大きくして、第一光吸収体１１の単位面積あたりのレーザ光の強度を小さくする必要がある。その結果、光アブソーバ１０が大型化することになる。
【００２７】
これに対し、本発明では、互いに異なる反射率および耐光強度を有する第一光吸収体１１および第二光吸収体１２を用いているので、前述したように光アブソーバ１０が大型化するのを避けられる。
【００２８】
また、一般に、耐光強度および反射率の低い第二光吸収体１２を安定的に形成することは困難であり、耐光強度および反射率の低い第二光吸収体１２を使用するほど、光アブソーバ１０の製造費用は増す。本発明では、そのような第二光吸収体１２は光アブソーバ１０の一部分で足りるので、本発明の光アブソーバ１０の製造費用は少なくて済む。
【００２９】
ところで、第一光吸収体１１と第二光吸収体１２とがなす角度θが大きいほど光アブソーバ１０を小型化することができる。しかしながら、この場合には、入射光が第一光吸収体１１に入射する面積が小さくなるので、第一光吸収体１１の単位面積あたりにおけるレーザ光の強度が大きくなる。
【００３０】
このため、第一光吸収体１１の特に一次受光面１１ａに黒ニッケルメッキを施すのが好ましい。これにより、レーザ光に対する耐光強度および反射率を部分的に高めることができる。当然のことながら、第二光吸収体１２に対面する第一光吸収体１１の表面全体に黒ニッケルメッキを施してもよい。このような場合には、角度θを比較的大きくして光アブソーバ１０を小型化できる。
【００３１】
第一光吸収体１１の耐光強度および反射率が低い場合には、第一光吸収体１１の単位面積あたりにおけるレーザ光の強度を小さくするために、角度θを小さくする必要がある。この場合には、光アブソーバ１０の全長Ｌが長くなることになる（図１を参照されたい）。従って、光アブソーバ１０の全長Ｌを短くするためにも、第一光吸収体１１にに黒ニッケルメッキを施して、耐光強度および反射率を高めることが好ましい。
【００３２】
また、第二光吸収体１２の特に二次受光面１２ａには、黒化クロム処理を施すのが好ましい。これにより、レーザ光に対する耐光強度および反射率を部分的に低めて光吸収性を高めることができる。当然のことながら、第一光吸収体１１に対面する第二光吸収体１２の表面全体に黒化クロム処理を施してもよい。この場合には、光アブソーバ１０内部での反射回数を少なくしつつ、レーザ光を吸収することが可能となる。
【００３３】
図２は本発明の第二の実施形態に基づく光アブソーバの側面図である。図２において、入射光としてのレーザ光が入射口１０ａから光アブソーバ１０内に進入すると、レーザ光は初めに第一光吸収体１１の一次受光面１１ａに受光される。受光されたレーザ光の一部分は第一光吸収体１１に吸収される。第一光吸収体１１が吸収できなかったレーザ光は反射光として第二光吸収体１２に向かって反射される。
【００３４】
次いで、反射光は第二光吸収体１２の二次受光面１２ａに受光される。第二光吸収体１２は反射光の大部分を吸収し、反射光の一部分を第一光吸収体１１に向かって反射する。そして、第二光吸収体１２からの反射光は、第一光吸収体１１の三次受光面１１ｂにおいて受光される。この反射光は第一光吸収体１１に部分的に吸収され、残りの部分は第二光吸収体１２に向かって再度反射される。
【００３５】
図２から分かるように、第二の実施形態においては、入射光を受光する一次受光面１１ａと第二光吸収体１２からの反射光を受光する三次受光面１１ｂとが部分的に重畳している。言い換えれば、第二の実施形態においては、入射光と第二光吸収体１２からの反射光とは、第一光吸収体１１において少なくとも部分的に重なるように、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２が配置されている。このため、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２のなす角度θを比較的大きく設定でき、その結果、光アブソーバ１０を小型軽量化できると共に、より低費用で作成することが可能である。
【００３６】
さらに、図２においては、第一光吸収体１１の受光面とは反対側の表面に第一冷却部１５が配置されており、第二光吸収体１２の受光面とは反対側の表面に第二冷却部１６が配置されている。これら第一冷却部１５および第二冷却部１６は、例えば冷媒が内部を通過する冷却板または放熱フィンである。
【００３７】
第一光吸収体１１および第二光吸収体１２はレーザ光を吸収して発熱するので、第一冷却部１５および第二冷却部１６によって発熱を抑えられる。このため、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２が発熱により破損するのを防止して、光アブソーバ１０の寿命および信頼性を高めることができる。なお、第一冷却部１５および第二冷却部１６を設ける代わりに、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２内部に流路を形成し、その流路に冷媒を通過させるようにしてもよい。
【００３８】
また、図２には、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２を互いに連結する連結部材１８が示されている。連結部材１８は第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の側面に取付けられていて、第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の間で熱を伝達する。このような連結部材１８が設けられている場合には、第一冷却部１５および第二冷却部１６のうちの一方を省略することができる。従って、光アブソーバ１０の製造費用が増すのを抑えられる。
【００３９】
また、図４は減衰率と反射回数との関係を示す図である。図４においては縦軸は減衰率を示しており、横軸は反射回数を示している。図４には光アブソーバ１０に必要とされる要求減衰率Ｂが示されている。
【００４０】
また、図４に示される曲線Ａ１は第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の両方の反射率を１０％に設定した場合を示している。さらに、曲線Ａ２は第一光吸収体１１の反射率を５０％に設定すると共に、第二光吸収体１２の反射率を１０％に設定した場合を示している。さらに、曲線Ａ３は第一光吸収体１１および第二光吸収体１２の両方の反射率を５０％に設定した場合を示している。
【００４１】
図４から分かるように、曲線Ａ１の場合には、比較的少ない反射回数でもって減衰率を要求減衰率Ｂより小さくできる。しかしながら、この場合には、図３を参照して分かるように耐光強度が小さくなる。このため、前述したように角度θを小さくする必要があるので、光アブソーバ１０が大型化する。また、曲線Ａ３の場合には耐光強度が大きいものの、反射回数が多くなるので、光アブソーバ１０の全長Ｌを長くする必要がある。
【００４２】
これに対して、曲線Ａ２の場合には、反射回数が増えるのを抑えつつ、減衰率を要求減衰率Ｂよりも小さくできる。それゆえ、第一光吸収体１１の反射率が５０％程度、例えば４０％から６０％であると共に、第二光吸収体１２の反射率が１０％程度、例えば０％より大きくて２０％以下であることが好ましい。このような場合には、低費用で信頼性の高い光アブソーバ１０を簡単に提供できるのが分かるであろう。
【００４３】
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０    光アブソーバ
１０ａ    入射口
１０ｂ    環状部材
１１    第一光吸収体
１１ａ    一次受光面
１１ｂ    三次受光面
１２    第二光吸収体
１２ａ    二次受光面
１５    第一冷却部
１６    第二冷却部
１８    連結部材
【図１】
2016161786.tif 000003
【図２】
2016161786.tif 000004
【図３】
2016161786.tif 000005
【図４】
2016161786.tif 000006