JP2019181534A - レーザ発振器及びそれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振器において光出射部の切替え又は分配されたレーザビーム出力比の変更を可能にする。【解決手段】レーザ発振器１０は、ＴＥ偏光のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４をそれぞれ発する複数のレーザモジュール１１と、複数のレーザビームを結合して出射するビーム結合器１２と、を少なくとも備えている。ビーム結合器１２は複数の光出射部ＬＩ１〜ＬＩ４と、レーザビームをＴＥ偏光からＴＭ偏光に変化させる１／２波長板ＨＷＰ１と、ＴＥ偏光のレーザビームを透過させる一方、ＴＭ偏光のレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタＰＢＳ３と、を有している。レーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に１／２波長板ＨＷＰ１が配されて、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４が偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射される一方、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ発振器及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。

近年、金属の切断や溶接を行うのに高出力のレーザ発振器を搭載したレーザ加工装置が多用されている。特に、金属の厚板切断には４ｋＷ以上の出力を有するレーザ発振器を用いることが多い。一方、金属の薄板切断やレーザマーキング加工等では２ｋＷ以下の出力のレーザ発振器を用いることが多い。このように、加工用途によって適切なレーザ出力が異なるが、レーザ加工装置は高価であるため、１台のレーザ加工装置が多用途で用いられることが多い。

しかし、４ｋＷの出力を有するレーザ発振器を用いて２ｋＷの出力のレーザビームを出射する場合は、本来の実力の半分しか利用しておらず、非効率である。

そこで、従来、高出力レーザから出射されたレーザビームをガルバノミラーに保持されたミラーで走査して、互いに異なる光ファイバに導入するとともに、光ファイバへのレーザビーム入射時間を制御して、所望のデューティー比でレーザビームを時分割して出射する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３００４６２５号公報

しかし、特許文献１に開示された従来技術では、ミラーで走査されたレーザビームを光ファイバに結合させるのに高精度の制御を必要としていた。また、レーザビームを走査するガルバノミラー等の走査器が高価かつ大型なものとなっていた。さらに、この従来技術では、レーザビームを分配して同時に出射することはできなかった。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、簡便な構成及び操作で、光出射部の切替え又はレーザビームの分配を可能にするレーザ発振器及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ発振器は、主たる偏光状態が第１の偏光状態であるレーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザビームを結合して１つ又は２つ以上のレーザビームとして出射するビーム結合器と、前記ビーム結合器から出射されたレーザビームを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバに導光する集光ユニットと、を備え、前記ビーム結合器は、入射したレーザビームを前記第１の偏光状態から前記第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる複数の偏光部材と、前記第１の偏光状態を有するレーザビームを透過させる一方、前記第２の偏光状態を有するレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタと、前記ビーム結合器内で結合されたレーザビームが出射される複数の光出射部と、を少なくとも有し、一の偏光部材及び他の偏光部材は、それぞれ少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられ、前記複数のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームは、第１の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射される一方、少なくとも１つのレーザビームは、前記第１の方向と交差する第２の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射され、前記第１の方向に進行する少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に前記一の偏光部材が配されるか、又は前記第２の方向に進行する少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に前記他の偏光部材が配されることで、前記一の偏光部材または前記他の偏光部材を透過したレーザビームは、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１又は第２の方向のうち前記偏光ビームスプリッタに入射するまでの進行方向とは異なる方向に反射される一方、前記一の偏光部材又は前記他の偏光部材を透過しないレーザビームは前記偏光ビームスプリッタを透過することを特徴とする。

この構成によれば、所定のレーザビームの光路上に一の偏光部材又は他の偏光部材を配置させるという簡単な操作で、レーザビームＬＢが出射される光出射部を切り替えたり、レーザビームを分配したりすることが可能となる。また、一及び他の偏光部材として良く知られた１／２波長板等を用いることができる。

また、本発明に係る別のレーザ発振器は、主たる偏光状態が第１の偏光状態であるレーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザビームを結合して１つ又は２つ以上のレーザビームとして出射するビーム結合器と、前記ビーム結合器から出射されたレーザビームを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバに導光する集光ユニットと、を備え、前記ビーム結合器は、入射したレーザビームを前記第１の偏光状態から前記第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる複数の偏光部材と、前記第１の偏光状態を有するレーザビームを透過させる一方、前記第２の偏光状態を有するレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタと、前記ビーム結合器内で結合されたレーザビームが出射される複数の光出射部と、を少なくとも有し、前記偏光部材は、少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられ、前記複数のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームは、第１の方向に進行し、少なくとも２つのレーザビームは、前記第１の方向と交差する第２の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射され、前記第２の方向に進行する少なくとも２つのレーザビームのそれぞれの光路上に前記偏光部材がそれぞれ配されることで、前記複数の光出射部のうち少なくとも２つの光出射部からレーザビームが出射されることを特徴とする。

この構成によれば、所定の複数のレーザビームの光路上に偏光部材をそれぞれ配置させるという簡単な操作で、レーザビームが出射される光出射部を切り替えたり、レーザビームを分配したりすることが可能となる。また、偏光部材として良く知られた１／２波長板等を用いることができる。

また、本発明に係るさらなる別のレーザ発振器は、上記のレーザ発振器の構成に加えて、前記集光ユニットは、前記ビーム結合器内で結合されて前記ビーム結合器の外に出射されるレーザビームの本数に応じて複数設けられるとともに、複数の前記集光ユニットのそれぞれに前記伝送ファイバが結合されていることを特徴とする。

この構成によれば、レーザ発振器で生成された複数のレーザビームを同時に外部に出射させることができ、またレーザ発振器で生成された１つ以上のレーザビームを異なる場所に向けて出射させることができる。

本発明に係るレーザ加工装置は、上記さらなる別のレーザ発振器と、複数の前記伝送ファイバの出射端にそれぞれ取付けられたレーザビーム出射ヘッドと、前記偏光部材の動作を制御する制御部と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

この構成によれば、レーザビームの切り替えや、レーザビームの分配を簡便に行えるため、レーザ加工工程の生産性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明に係るレーザ発振器によれば、簡単な構成及び操作でレーザビームの切り替えや、レーザビームの分配が可能となる。また、本発明に係るレーザ加工装置によれば、レーザビームの切り替えや、レーザビームの分配を簡便に行えるため、レーザ加工工程の生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 ビーム結合器の内部構成を示す模式図である。 レーザビーム出射部を切替えた場合のビーム結合器の内部構成を示す模式図である。 レーザビーム分配時のビーム結合器の内部構成を示す模式図である。 分配されたレーザビームの出力比を変更した場合のビーム結合器の内部構成を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係るに係るレーザビーム分配時のビーム結合器の内部構成を示す模式図である。 分配されたレーザビームの出力比を変更した場合のビーム結合器の内部構成を示す別の模式図である。 分配されたレーザビームの出力比をさらに変更した場合のビーム結合器の内部構成を示すさらなる別の模式図である。 本発明の実施形態３に係るレーザ加工装置の使用例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［レーザ加工装置の構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を、図２は、ビーム結合器の内部構成の模式図を、図３は、レーザビーム出射部を切替えた場合のビーム結合器の内部構成の模式図をそれぞれ示す。

レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１０とレーザビーム出射ヘッド３０，３１と伝送ファイバ４０，４１と制御部５０とを備えている。レーザ発振器１０と伝送ファイバ４０，４１におけるレーザビームＬＢが入射される端部（以下、単に入射端という。また、伝送ファイバ４０，４１におけるレーザビームが出射される端部を、以下、単に出射端という。）とは筐体７０内に収容されている。また、レーザ発振器１０は図示しない電源から電力が供給されてレーザ発振を行う。

レーザ発振器１０は、複数のレーザモジュール１１とビーム結合器１２と複数の集光ユニット２０と、を有している。レーザモジュール１１は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオードまたはレーザアレイからなり、レーザモジュール１１内で波長合成されたレーザビームが各レーザモジュール１１からそれぞれ出射される。なお、複数のレーザモジュール１１からそれぞれ出射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４（図２参照）はいずれも、レーザモジュール１１から出射された時点で主たる偏光状態がＴＥ偏光（第１の偏光状態）であり、その偏光比（ＴＥ偏光成分の強度／全体の光強度）は９５％〜９７％程度である。

レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は、ビーム結合器１２内で１つまたは２つ以上のレーザビームに結合される（以下、単に結合レーザビームと呼ぶことがある）。また、後述するように、ビーム結合器１２内でのレーザビームの光路切替えや分配により複数の結合レーザビームが同時に生成された場合は、ビーム結合器１２から複数の集光ユニット２０に対してそれぞれ結合レーザビームが出射される。上記の光路切替え動作については後で詳述する。また、集光ユニット２０に入射されたレーザビームＬＢは、集光ユニット２０の内部に配設された集光レンズ（図示せず）によって集光され、所定の倍率でビーム径が縮小されて伝送ファイバ４０又は４１に入射され、レーザビーム出射ヘッド３０又は３１から出射される。レーザ発振器１０をこのような構成とすることで、レーザビーム出力が数ｋＷを超える高出力のレーザ加工装置１００を得ることができる。なお、本実施形態におけるレーザ発振器１０は、レーザ出力１ｋＷのレーザモジュール１１を４個搭載しており、その最大出力は４ｋＷである。ただし、これに特に限定されず、レーザモジュール１１の個々の出力や、レーザ発振器１０へのレーザモジュール１１の搭載個数は、レーザ加工装置１００の要求仕様等に応じて適宜変更されうる。

ビーム結合器１２は、複数の光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４と複数の光出射部ＬＯ１，ＬＯ２とを有している。光出射部ＬＩ１〜ＬＩ４は、ビーム結合器１２の同じ面に、また、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２はビーム結合器１２の別の面にそれぞれ設けられている。また、図２，３に示すように、ビーム結合器１２は、内部に複数のミラー（光反射部材）Ｍ１〜Ｍ５と、複数の偏光ビームスプリッタＰＢＳ１〜ＰＢＳ３と１／２波長板ＨＷＰ１（一の偏光部材），ＨＷＰ２（他の偏光部材）とビームダンパＤＰ１，ＤＰ２とを有している。このうち、１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２はビーム結合器１２内で移動可能に構成されている。また、１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２は、それぞれ入射したレーザビームの偏光状態を変化させて出射する偏光部材である。なお、１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２を移動させるアクチュエータに関しては図示及びその説明を省略している。

集光ユニット２０は、内部に集光レンズ（図示せず）を有しており、集光レンズは、伝送ファイバ４０又は４１の入射端において、それぞれの伝送ファイバのコア径よりも小さいスポット径となるようにレーザビームＬＢを集光する。また、集光ユニット２０は図示しないコネクタを有し、コネクタには伝送ファイバ４０又は４１の入射端が接続されている。また、集光ユニット２０では、ビーム結合器１２内で結合されてビーム結合器１２の外に出射されるレーザビームの本数に応じて、あるいは、ビーム結合器１２の光出射部の個数に応じて、ビーム結合器１２から出射されるレーザビームの光路上に集光レンズを設けている。それ以外の光学部品、例えば、ビーム整形のためのコリメータレンズ等を各レーザビームの光路上にそれぞれ配置するようにしてもよい。

なお、以降の説明において、レーザビームＬＢが集光レンズユニット２０に向かう進行方向をＸ方向、複数のレーザモジュール１１の配列方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とそれぞれ呼ぶことがある。

伝送ファイバ４０又は４１は、集光ユニット２０から受け取ったレーザビームＬＢをレーザビーム出射ヘッド３０又は３１に伝送する。また、図示しないが、クラッド４０，４１はコアの周りにコアよりも屈折率の低いクラッドが設けられ、クラッドの表面は被膜で覆われている。

レーザビーム出射ヘッド３０又は３１は、伝送ファイバ４０又は４１で伝送されたレーザビームＬＢを図示しないワークに向けて照射する。

制御部５０は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器１０に接続された電源（図示せず）に対して出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することにより、各レーザモジュール１１のレーザ発振制御を行う。各レーザモジュール１１に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール１１毎にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。また、制御部５０は、ビーム結合器１２内に配置された１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２やその他の光学部品の動作、具体的には、１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２等に連結されたアクチュエータ（図示せず）の動作を制御する。なお、制御部５０は、レーザビーム出射ヘッド３０が取り付けられたマニピュレータ（図示せず）の動作を制御してもよい。

［レーザビーム出射部の切替え動作について］
図２，３に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器１０では、ビーム結合器１２から出射されるレーザビームＬＢを光出射部ＬＯ１，ＬＯ２のどちらから出射させるかを切り替えることが可能である。これにより、レーザビームＬＢをレーザビーム出射ヘッド３０から出射させるか、あるいは、レーザビーム出射ヘッド３１から出射させるかを切り替えることができる。以下、このことについて詳述する。

まず、光出射部ＬＯ１からレーザビームＬＢを出射させる場合について考える。図２に示すように、光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４からそれぞれビーム結合器１２内に入射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は同じ方向、この場合はＺ方向に進行する。このうち、レーザビームＬＢ１はミラーＭ１で反射されてミラーＭ２に向かい、ミラーＭ２で再度変更されて再びＺ方向に進行する。レーザビームＬＢ２はミラーＭ２の近傍を抜けてＺ方向に直進し、レーザビームＬＢ１とともに偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に入射される。なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に入射される直前において、レーザビームＬＢ１は、レーザビームＬＢ２の光路と平行に、かつ所定の間隔をあけて進行している。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に入射されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち、ＴＥＥ偏光成分以外の成分、つまり、ＴＭ偏光（第２の偏光状態）成分は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１で反射されてビームダンパＤＰ１に入射し、吸収される。これにより、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２はＴＥ偏光成分のみとなる。

一方、レーザビームＬＢ３は、ミラーＭ３で反射されてＹ方向に進行し偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に向かう。また、レーザビームＬＢ４は、ミラーＭ４で反射されて、レーザビームＬＢ３の光路と平行に、かつ所定の間隔をあけてＹ方向に進行し、ミラーＭ３の近傍を抜けて偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に向かう。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に入射されたレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち、ＴＭ偏光成分は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射されてビームダンパＤＰ２に入射し、吸収される。これにより、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過するレーザビームＬＢ３，ＬＢ４はＴＥ偏光成分のみとなる。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過したレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射される。レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過して、そのまま光出射部ＬＯ１に向かう。

一方、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過したレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に１／２波長板ＨＷＰ１が配置されるようにすると、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は偏光状態が変化される。つまり、ＴＥ偏光からそれ以外の偏光状態、この場合はＴＭ偏光状態に変化される。ＴＭ偏光に変化されたレーザビームＬＢ３，ＬＢ４は偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射される。ここで、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３は、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４の進行方向をＹ方向からＺ方向に変化させるように配置されている。つまり、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４の進行方向と４５°の角度をなすように配置されている。また、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３は、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の進行方向とも４５°の角度をなすように配置されている。このため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されたレーザビームＬＢ３，ＬＢ４はＺ方向に進行して、そのまま光出射部ＬＯ１に向かう。

ここで、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過した以降のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうちいずれか一方と、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射された以降のレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうちいずれか一方とが同じ光軸となるように、ビーム結合器１２内の各部が配置されている。また、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過した以降のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち他方と、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射された以降のレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち他方とが同じ光軸となるように、ビーム結合器１２内の各部が配置されている。本実施形態では、図２に示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３から光出射部ＬＯ１に到るまで、レーザビームＬＢ１とレーザビームＬＢ４とが同じ光軸となるように、また、レーザビームＬＢ２とレーザビームＬＢ３とが同じ光軸となるように、光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４やミラーＭ１〜Ｍ４や偏光ビームスプリッタＰＢＳ３の配置が決められている。

このようにレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４を偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射させることで、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は１本のレーザビームＬＢに結合されて光出射部ＬＯ１から出射される。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射されたレーザビームＬＢは、伝送ファイバ４０を通ってレーザビーム出射ヘッド３０から出射される。

次に、光出射部ＬＯ２からレーザビームＬＢを出射させる場合について考える。図３に示すように、光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４やミラーＭ１〜Ｍ４や偏光ビームスプリッタＰＢＳ１〜ＰＢＳ３及びビームダンパＤＰ１，ＤＰ２の配置は図２に示す配置と同様である。また、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過した直後までのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過した直後までのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路も図２に示すのと同様である。一方、図３に示すように、１／２波長板ＨＷＰ１がレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路外に退避される一方、１／２波長板ＨＷＰ２が移動して、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路上に配置される。このことにより、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過してＹ方向に直進する一方、１／２波長板ＨＷＰ２によりＴＭ偏光に変化されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は偏光ビームスプリッタＰＢＳ３によって反射され、Ｚ方向からＹ方向に進行方向が変えられて直進する。

なお、図３に示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されたレーザビームＬＢ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過したレーザビームＬＢ４とが同じ光軸となるように、また、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されたレーザビームＬＢ２と偏光ビームスプリッタＰＢＳ４を透過したレーザビームＬＢ３とが同じ光軸となるように、光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４やミラーＭ１〜Ｍ４や偏光ビームスプリッタＰＢＳ３の配置が決められている。

このように偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で結合されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は１本のレーザビームＬＢに結合されてミラーＭ５で反射される。ミラーＭ５は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３とＹ方向で所定の間隔、この場合は、光出射部ＬＯ１とＬＯ２とのＹ方向の間隔に相当する間隔をあけて設けられている。ミラーＭ５で反射されたレーザビームＬＢが光出射部ＬＯ２から出射される。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射されたレーザビームＬＢは、伝送ファイバ４１を通ってレーザビーム出射ヘッド３１から出射される。

［レーザビーム分配及び出力比の変更動作について］
図４は、本実施形態に係る、レーザビーム分配時のビーム結合器の内部構成の模式図、図５は、分配されたレーザビームの出力比を変更した場合のビーム結合器の内部構成の模式図をそれぞれ示す。なお、図４，５に示すビーム結合器１２は、図２，３に示すビーム結合器１２と同じであり、内部の構造も図２，３に示す構造と同じである。

１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２の配置、特にＨＷＰ２を所定に位置に移動させることで、光出射部ＬＯ１及びＬＯ２の両方からレーザビームを出射させることができ、また、その出力比を変更させることができる。以下、このことについて詳述する。

まず、光出射部ＬＯ１及びＬＯ２から同じ出力のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢをそれぞれ出射させる場合について考える。図４に示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過した直後までのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過した直後までのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路は図２，３に示すのと同様である。

一方、図４に示すように、１／２波長板ＨＷＰ１が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に配置され、かつ、１／２波長板ＨＷＰ２が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路上に配置される。レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、１／２波長板ＨＷＰ１によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ１に向かう。また、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２も、１／２波長板ＨＷＰ２によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３によって反射され、Ｙ方向に直進し、ミラーＭ５に向かう。ミラーＭ５で反射されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２はＹ方向からＺ方向に進行方向が変えられて光出射部ＬＯ２に向かう。なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３において、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が反射される反射面と、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４が反射される反射面とは互いに対向する面である。

その結果、レーザビームＬＢ３とレーザビームＬＢ４とが結合されたレーザビームＬＢＡが光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ１とレーザビームＬＢ２とが結合されたレーザビームＬＢＢが光出射部ＬＯ２からそれぞれ出射される。本実施形態において、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は、それぞれ同じレーザ出力（１ｋＷ）であるため、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は１：１である。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射された２本のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢは、伝送ファイバ４０，４１をそれぞれ通ってレーザビーム出射ヘッド３０，３１からそれぞれ同じ出力で出射される。

次に、光出射部ＬＯ１から出射されるレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２からから出射されるレーザビームＬＢＢとの出力比を変更させる場合について考える。図５に示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過した直後までのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過した直後までのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路は図４に示すのと同様である。

ここで、図４と同様に、１／２波長板ＨＷＰ１が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に配置される一方、図５に示すように、１／２波長板ＨＷＰ２が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ１の光路上に配置される。レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、１／２波長板ＨＷＰ１によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ１に向かう。また、レーザビームＬＢ１も、１／２波長板ＨＷＰ２によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３によって反射され、Ｙ方向に直進し、ミラーＭ５に向かう。ミラーＭ５で反射されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２はＹ方向からＺ方向に進行方向が変えられて光出射部ＬＯ２に向かう。

一方、レーザビームＬＢ２は、１／２波長板ＨＷＰ２を透過しないため、ＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射される。このため、レーザビームＬＢ２は、そのまま偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過して、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４と結合される。なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３から光出射部ＬＯ１に到るまでレーザビームＬＢ２とレーザビームＬＢ３とは同じ光軸上を進行している。

その結果、レーザビームＬＢ２〜ＬＢ４が結合されたレーザビームＬＢＡが光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ１がレーザビームＬＢＢとして光出射部ＬＯ２からそれぞれ出射される。本実施形態において、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は、それぞれ同じレーザ出力（１ｋＷ）であるため、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は３：１である。つまり、図４に示す場合に比べて、出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとは異なる出力、つまり、上記の出力比で分配されている。

また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射された２本のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢは、伝送ファイバ４０，４１をそれぞれ通ってレーザビーム出射ヘッド３０，３１から出力比３：１で出射される。

なお、１／２波長板ＨＷＰ２を、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ２の光路上に配置しても、同様に、レーザビームＬＢ１，ＬＢ３，ＬＢ４が結合されたレーザビームＬＢＡが光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ２がレーザビームＬＢＢとして光出射部ＬＯ２からそれぞれ出射され、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は３：１である。また、レーザビームＬＢ１とレーザビームＬＢ４とは同じ光軸上を進行してレーザビームＬＢＡの一部として光出射部ＬＯ１から出射される。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ発振器１０は、主たる偏光状態がＴＥ偏光（第１の偏光状態）であるレーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュール１１と、これらのレーザモジュール１１から出射された複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４を結合して１つ又は２つ以上のレーザビームＬＢとして出射するビーム結合器１２と、ビーム結合器１２から出射されたレーザビームＬＢを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバ４０及び／または４１に導光する集光ユニット２０と、を備えている。

ビーム結合器１２は、ビーム結合器１２内で結合されたレーザビームＬＢが出射される光出射部ＬＯ１，ＬＯ２と入射したレーザビームをＴＥ偏光からこれと異なるＴＭ偏光（第２の偏光状態）に変化させる複数の偏光部材である１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２と、ＴＥ偏光のレーザビームを透過させる一方、ＴＭ偏光のレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタＰＢＳ３と、を少なくとも有している。

１／２波長板ＨＷＰ１（一の偏光部材）は、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち少なくとも１つの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられ、１／２波長板ＨＷＰ２（他の偏光部材）は、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち少なくとも１つの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられている。

レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４のうちレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、Ｚ方向（第１の方向）に進行して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射される一方、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、Ｚ方向と交差するＹ方向（第２の方向）に進行して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射される。

Ｚ方向に進行するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に１／２波長板ＨＷＰ２が配されるか、又はＹ方向に進行するレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に１／２波長板ＨＷＰ１が配されることで、１／２波長板ＨＷＰ１又はＨＷＰ２を透過したレーザビームがＴＭ偏光状態に変化する。この場合、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３によって、それまでの進行方向とは異なる方向、つまり、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射するまでの進行方向がＹ方向であればＺ方向に、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射するまでの進行方向がＺ方向であればＹ方向に反射される。一方、１／２波長板ＨＷＰ１又はＨＷＰ２を透過しないレーザビームは偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過する。

レーザ発振器１０をこのように構成することで、偏光部材である１／２ＨＷＰ１又はＨＷＰ２をレーザビームの光路上に配置するか、または光路外に退避させるという簡単な操作で、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４のうち、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでの進行方向と、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３より後の進行方向とが異なるレーザビームの本数を調整することができる。つまり、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４が向う方向を変更したり、異なる方向に向かうレーザビームの本数比を変更したりすることができる。このことにより、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２のうち、レーザビームＬＢが出射される光出射部を切り替えたり、２つの光出射部ＬＯ１，ＬＯ２から同時にレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢを出射したりすることが可能となる。また、特許文献１に開示されるような外部光学系を用いることがなく、レーザ発振器１０内でレーザビームの切替えや分配を行えるため、レーザ発振器１０が大型化するのを抑制できる。また、偏光部材として公知の１／２波長板を用いることができ、簡便にレーザ発振器１０を構成できる。さらに、１／２波長板ＨＷＰ１，ＨＷＰ２を移動させる機構も簡便なものを用いることができる。

また、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に対して異なる方向から入射するレーザビームの光路に１／２波長板ＨＷＰ１又は１／２波長板ＨＷＰ２を挿入することで、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射するレーザビームが反射されるか、あるいは透過するかを制御できる。このことにより、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されたレーザビームと偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過するレーザビームとが同じ光軸となるように偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で結合されて、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２のうち少なくとも１つの光出射部からレーザビームＬＢが出射される。

２つのレーザビームの光軸が同じになるように偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で結合されることで、ビーム結合器１２内で結合されたレーザビームＬＢのビーム品質を高めることができる。前述したように、レーザビームＬＢ１は、レーザビームＬＢ２の光路と平行に、かつ所定の間隔をあけて進行し、また、レーザビームＬＢ３は、レーザビームＬＢ４の光路と平行に、かつ所定の間隔をあけて進行している。よって、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４を、ミラー等により単に進行方向を変えて同じ光出射部から出射させた場合、レーザビームＬＢは、互いに光軸の間隔が離れた４つのレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４の結合ビームとなる。従って、このレーザビームＬＢのビーム径は大きく拡がるとともに、スポット形状も円形から大きくかけ離れたものになってしまう。

このようなレーザビームＬＢでワークを加工すると、例えば、切断部の幅が所望の値より大きくなったり、所望の穴あけ加工ができなくなったりするおそれがあった。また、レーザビームＬＢのスポット径を円形に近づけようとすると、レンズ等の光学部品の点数が増加し、レーザ発振器１０が高価になるおそれがあった。

一方、本実施形態によれば、少なくとも２つのレーザビームの光軸が同じ状態でレーザビームＬＢが生成されることで、その中に含まれるレーザビームの光軸を近接させることができ、レーザビームＬＢのビーム品質を高めることができる。このことにより、このレーザ発振器１０を用いたレーザ加工装置１００において、加工品質を向上させることができる。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ３とＹ方向で所定の間隔をあけて設けられたミラーＭ５（光反射部材）によって、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過したレーザビーム及び偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されたレーザビームのうち少なくとも１つが光路を曲げられて、別の光出射部、例えば、ミラーＭ５に入射しないレーザビームが光出射部ＬＯ１から出射される場合、ミラーＭ５に入射したレーザビームが反射されて、光出射部ＬＯ２から出射されるようにしてもよい。

このようにすることで、簡便な構成でレーザビームＬＢが出射される光出射部を切り替えることができるし、また、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２からそれぞれレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢを出射させることもできる。

また、Ｚ方向に進行するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち、光路上に１／２波長板ＨＷＰ２が配される本数を変更するか、又は、Ｙ方向に進行するレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち、光路上に１／２波長板ＨＷＰ１が配される本数を変更することで、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２からそれぞれ出射されたレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢの出力比が変更可能に構成されている。

図４，５に示した配置に限定されず、レーザ発振器１０をこのように構成することによっても、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２からそれぞれ出射されるレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢの出力比を変えることができる。例えば、図２に示す構成において、１／２波長板ＨＷＰ１を偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３の光路上又はレーザビームＬＢ４の光路上のいずれかに配置するようにすると、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は、図５に示す構成と同様に３：１となる。また、レーザビームＬＢＡのビーム品質も、図５に示す場合と同じである。

また、図３に示す構成において、１／２波長板ＨＷＰ２を偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ１の光路上又はレーザビームＬＢ２の光路上のいずれかに配置するようにすると、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は、１：３となる。光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢのビーム品質は、図５に示す、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢのビーム品質と同等になる。

また、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４のうち、Ｚ方向に進行するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２の光路上の所定の位置に１／２波長板ＨＷＰ２が配され、かつＹ方向に進行するＬＢ３，ＬＢ３の光路上の所定の位置に１／２波長板ＨＷＰ１が配されることによっても、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２からそれぞれレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢを出射させることができる。この場合、Ｚ方向に進行するレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のうち、光路上に１／２波長板ＨＷＰ２が配される本数を変更するか、又はＹ方向に進行するレーザビームＬＢ３，ＬＢ４のうち、光路上に１／２波長板ＨＷＰ１が配される本数を変更することで、光出射部ＬＯ１，ＬＯ２からそれぞれ出射されたレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢの出力比が変更可能に構成されている。

例えば、図５に示す構成において、１／２波長板ＨＷＰ１を偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上から退避させると、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢとの出力比は１：３となる。ただし、この場合は、光出射部ＬＯ２から出射されたレーザビームＬＢＢにおいて、レーザビームＬＢ１，ＬＢ３，ＬＢ４の光軸は互いに所定の間隔があけられているため、レーザビームＬＢＢのビーム品質は、図５に示す、光出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡのビーム品質に比べて低下する。

なお、光入射部や光出射部の個数は、レーザ発振器１０の仕様等に応じてそれぞれ適宜変更されうる。それに応じて、レーザビームの出力比も適宜変更されうる。

また、集光ユニット２０は、ビーム結合器１２内で結合されてビーム結合器１２の外に出射されるレーザビームの本数に応じて複数設けられるとともに、複数の集光ユニット２０のそれぞれに伝送ファイバが接続されている。本実施形態では、２つの集光ユニット２０に伝送ファイバ４０，４１がそれぞれ接続されている。

このような構成とすることで、レーザ発振器１０で生成された複数のレーザビームを同時に外部に出射させることができ、またレーザ発振器１０で生成された１つ以上のレーザビームを異なる場所に向けて出射させることができる。

なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでに、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ２を用いて、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４のＴＥ偏光成分以外の成分をカットすることで、光出射部ＬＯ１及び／又はＬＯ２から意図しないレーザビームが出射されるのを防止することができる。また、光出射部ＬＯ１及び／又はＬＯ２から出射されるレーザビームＬＢ又はＬＢＡ，ＬＢＢの出力を正確に規定することができる。

（実施形態２）
図６Ａは、本実施形態に係るに係るレーザビーム分配時のビーム結合器の内部構成の模式図を、図６Ｂは、分配されたレーザビームの出力比を変更した場合のビーム結合器の内部構成の模式図を、図６Ｃは、分配されたレーザビームの出力比をさらに変更した場合のビーム結合器の内部構成の模式図をそれぞれ示す。

本実施形態に示す構成と実施形態１に示す構成とでは、以下の点で異なる。まず、本実施形態に示す構成では、光出射部の個数が３つに増えている（光出射部ＬＯ１〜ＬＯ３）。また、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ５と１／２波長板ＨＷＰ２とが省略され、代わりに、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４〜ＰＢＳ６と１／２波長板ＨＷＰ３，ＨＷＰ４とビームダンパ３とが追加されている。なお、光出射部ＬＩ１〜ＬＩ４とミラーＭ３，Ｍ４と偏光ビームスプリッタＰＢＳ１〜ＰＢＳ３とビームダンパＤＰ１，ＤＰ２の配置は実施形態１に示す配置と同じである。

本実施形態によれば、４つの光入射部ＬＩ１〜ＬＩ４からそれぞれ入射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４をビーム結合器１２内で結合して３つの光出射部ＬＯ１〜ＬＯ３のいずれか、あるいはそれぞれから出射させることができる。以下、このことについて詳述する。

図６Ａに示すように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透過した直後までのレーザビームＬＢ２の光路と偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過した直後までのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路は図２〜５に示すのと同様である。

一方、図６Ａに示すように、１／２波長板ＨＷＰ１が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に配置される。レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、１／２波長板ＨＷＰ１によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ１に向かう。一方、レーザビームＬＢ２はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ５をそのまま透過して光出射部ＬＯ２に向かう。同様に、レーザビームＬＢ１はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４，ＰＢＳ６をそのまま透過して光出射部ＬＯ３に向かう。なお、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２に含まれるＴＭ偏光成分は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ４でそれぞれ反射されて、ビームダンパＤＰ１，ＤＰ３にそれぞれ吸収される。

その結果、レーザビームＬＢ３とレーザビームＬＢ４とが結合されたレーザビームＬＢＡが光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ２がレーザビームＬＢＢとして光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ１がレーザビームＬＢＣとして光出射部ＬＯ３からそれぞれ出射される。本実施形態において、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４は、それぞれ同じレーザ出力（１ｋＷ）であるため、レーザビームＬＢＡとレーザビームＬＢＢとレーザビームＬＢＣとの出力比は２：１：１である。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射された３本のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢ，ＬＢＣは、伝送ファイバ４０，４１及び図示しない伝送ファイバをそれぞれ通ってレーザビーム出射ヘッド３０，３１及び図示しないレーザビーム出射ヘッドからそれぞれ上記の出力比で出射される。

また、図６Ｂに示すように、１／２波長板ＨＷＰ１が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ４の光路上に配置され、かつ、１／２波長板ＨＷＰ３が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ５に入射されるまでのレーザビームＬＢ３の光路上に配置される。レーザビームＬＢ４は、１／２波長板ＨＷＰ１によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ１に向かう。一方、レーザビームＬＢ３は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過した後、１／２波長板ＨＷＰ３によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ５で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ２に向かう。

図６Ａに示すのと同様に、レーザビームＬＢ２はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ５をそのまま透過して光出射部ＬＯ２に向かう。また、レーザビームＬＢ１はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４，ＰＢＳ６をそのまま透過して光出射部ＬＯ３に向かう。なお、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２に含まれるＴＭ偏光、成分は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ４でそれぞれ反射されて、ビームダンパＤＰ１，ＤＰ３にそれぞれ吸収される。

その結果、レーザビームＬＢ４がレーザビームＬＢＡとして光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ２とレーザビームＬＢ３とが結合されたレーザビームＬＢＢが光出射部ＬＯ２から、レーザビームＬＢ１がレーザビームＬＢＣとして光出射部ＬＯ３からそれぞれ出射される。この場合、レーザビームＬＢＡとレーザビームＬＢＢとレーザビームＬＢＣとの出力比は１：２：１である。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射された３本のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢ，ＬＢＣは、伝送ファイバ４０，４１及び図示しない伝送ファイバをそれぞれ通ってレーザビーム出射ヘッド３０，３１及び図示しないレーザビーム出射ヘッドからそれぞれ上記の出力比で出射される。

また、図６Ｃに示すように、１／２波長板ＨＷＰ１が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ３に入射されるまでのレーザビームＬＢ３の光路上に配置され、かつ、１／２波長板ＨＷＰ４が、偏光ビームスプリッタＰＢＳ５を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ６に入射されるまでのレーザビームＬＢ４の光路上に配置される。レーザビームＬＢ３は、１／２波長板ＨＷＰ１によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ１に向かう。一方、レーザビームＬＢ４は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ３及びＰＢＳ５を透過した後、１／２波長板ＨＷＰ４によりＴＭ偏光に変化されるため、偏光ビームスプリッタＰＢＳ６で反射されてＺ方向に直進し、光出射部ＬＯ３に向かう。

図６Ａに示すのと同様に、レーザビームＬＢ２はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ５をそのまま透過して光出射部ＬＯ２に向かう。また、レーザビームＬＢ１はＴＥ偏光のまま、偏光ビームスプリッタＰＢＳ４，ＰＢＳ６をそのまま透過して光出射部ＬＯ３に向かう。なお、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２に含まれるＴＭ偏光、成分は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１，ＰＢＳ４でそれぞれ反射されて、ビームダンパＤＰ１，ＤＰ３にそれぞれ吸収される。

その結果、レーザビームＬＢ３がレーザビームＬＢＡとして光出射部ＬＯ１から、レーザビームＬＢ２がレーザビームＬＢＢとして光出射部ＬＯ２から、レーザビームＬＢ１とレーザビームＬＢ４とが結合されたレーザビームＬＢＣが光出射部ＬＯ３からそれぞれ出射される。この場合、レーザビームＬＢＡとレーザビームＬＢＢとレーザビームＬＢＣとの出力比は１：１：２である。また、この場合、図１に示すレーザ加工装置１００において、集光ユニット２０から出射された３本のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢ，ＬＢＣは、伝送ファイバ４０，４１及び図示しない伝送ファイバをそれぞれ通ってレーザビーム出射ヘッド３０，３１及び図示しないレーザビーム出射ヘッドからそれぞれ上記の出力比で出射される。

本実施形態に係るレーザ発振器１０によれば、実施形態１と同様の効果を奏することができる。また、３つの光出射部ＬＯ１〜ＬＯ３からそれぞれ同時にレーザビームＬＢＡ〜ＬＢＣを出射することができる。また、レーザビームＬＢＡ〜ＬＢＣの出力比も変更することができる。

なお、実施形態１に示す１／２波長板ＨＷＰ２を、レーザビームＬＢ２における偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳ５との間の光路に対し移動可能に設けるようにしてもよい。例えば、図６Ａに示す構成において、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳ５との間に１／２波長板ＨＷＰ２に配置することで、レーザビームＬＢ２は偏光ビームスプリッタＰＢＳ５，ＰＢＳ６でそれぞれ反射されて光出射部ＬＯ３に向かい、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が結合されたレーザビームＬＢＣが光出射部ＬＯ３から出射される。この場合、出射部ＬＯ１から出射されたレーザビームＬＢＡと光出射部ＬＯ３から出射されたレーザビームＬＢＣとの出力比は１：１で、それぞれの最大出力は２ｋＷとなる。

また、１／２波長板ＨＷＰ１をレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路外に退避させることで、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過してＹ方向に直進する。このとき、同時に、１／２波長板ＨＷＰ３を偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ５に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に配置することで、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は偏光ビームスプリッタＰＢＳ５で反射されるとともに、レーザビームＬＢ２と結合されて、レーザビームＬＢＢとして光出射部ＬＯ２から出射される。この場合、レーザビームＬＢ１がレーザビームＬＢＣとして光出射部ＬＯ３から出射され、レーザビームＬＢＢとレーザビームＬＢＣとの出力比は、３：１となる。

また、１／２波長板ＨＷＰ１をレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路外に退避させるとともに、１／２波長板ＨＷＰ３を偏光ビームスプリッタＰＢＳ３を透過して偏光ビームスプリッタＰＢＳ５に入射されるまでのレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の光路上に配置し、さらに、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳ５との間に１／２波長板ＨＷＰ２に配置することで、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ４がすべて結合されて、レーザビームＬＢとして光出射部ＬＯ３から出射される。

なお、本実施形態において、光学部品の配置等は変えずに、レーザビームＬＢ１又はレーザビームＬＢ２のいずれかのみをレーザビームＬＢ３およびレーザビームＬＢ４と組み合わせるに用いるようにしても、レーザビームＬＢＡ〜ＬＢＣの出力比を変更可能な構成を実現できる。ただし、図６Ａ〜図６Ｃに示す構成よりもそのバリエーションは少なくなる。

（実施形態３）
図７は、本実施形態に係るレーザ加工装置の使用例を示す。なお、本実施形態に示すレーザ発振器１０及びレーザ加工装置１００は実施形態１に示す構成と同じである。つまり、ビーム結合器１２に４つのレーザモジュール１１からそれぞれレーザビームＬＢ１〜ＬＢ４が入射され、ビーム結合器１２内で結合されてレーザビームＬＢとして光出射部ＬＯ１又はＬＯ２のいずれかから出射されるか、ビーム結合器１２内で分配されて、レーザビームＬＢＡ，ＬＢＢとしてそれぞれ光出射部ＬＯ，ＬＯ２から出射される。また、レーザビーム出射ヘッド３０からは、伝送ファイバ４０を介して、レーザビームＬＢ又はＬＢＡが出射され、レーザビーム出射ヘッド３１からは、伝送ファイバ４１を介して、レーザビームＬＢ又はＬＢＢが出射される。

例えば、図７の左上及び右上（切替）に示すように、レーザビームＬＢが出射される光出射部及びレーザビーム出射ヘッドを切り替えることで、ワーク６０に対して異なる時間帯でレーザビームＬＢを出射できるため、ワーク６０の搬出入時等に生じるレーザ発振器１０の停止時間を無くして、レーザ加工装置１００の稼働率を向上させることができる。また、図７の左下（分配１）に示すように、例えば、同出力のレーザビームＬＢＡ，ＬＢＢをレーザビーム出射ヘッド３０，３１からそれぞれ出射させることで、同時に加工されるワーク６０の個数を増やすことができ、レーザ加工工程における生産性を向上させることができる。また、図７の右下（分配２）に示すように、低出力のレーザビームＬＢＡをレーザビーム出射ヘッド３０から、高出力のレーザビームＬＢＢをレーザビーム出射ヘッド３１からそれぞれ出射させることで、ワーク６０の加工品質を向上させることも可能である。例えば、ワーク６０がメッキ被膜が施された金属板である場合、レーザビーム出射ヘッド３０から出射された低出力のレーザビームＬＢＡでメッキ被膜を除去してから、レーザビーム出射ヘッド３１から出射された高出力のレーザビームＬＢＢを用いてワークの溶接を行うこと、溶接箇所の溶接品質を向上させることができる。

なお、実施形態２に示すレーザ発振器１０をレーザ加工装置１００に搭載するようにしてもよい。その場合は３つのレーザビーム出射ヘッドから、異なる時間に、あるいは同時にレーザビームが出射される。また、レーザ発振器１０における光出射部及びレーザ加工装置１００における伝送ファイバ及びレーザビーム出射ヘッドの個数をさらに増やしてもよい。

このようにすることで、同時に加工できるワーク６０の個数が増え、レーザ加工工程の生産性をさらに向上させることができる。

本発明に係るレーザ発振器は、レーザビームが出射される光出射部の切替えや、複数の光出射部からそれぞれ出射されるレーザビームの出力比の変更を簡便な構成で実現でき、大量かつ異なる種類のワークを加工するレーザ加工装置に適用する上で有用である。

１０ レーザ発振器
１１ レーザモジュール
１２ ビーム結合器
２０ 集光ユニット
３０，３１ レーザビーム出射ヘッド
４０，４１ 伝送ファイバ
５０ 制御部
６０ ワーク
７０ 筐体
１００ レーザ加工装置
ＤＰ１〜ＤＰ３ ビームダンパ
ＬＩ１〜ＬＩ４ 光入射部
ＬＯ１〜ＬＯ３ 光出射部
Ｍ１〜Ｍ５ ミラー（光反射部材）
ＨＷＰ１ １／２波長板（一の偏光部材）
ＨＷＰ２ １／２波長板（他の偏光部材）
ＨＷＰ３，ＨＷＰ４ １／２波長板（偏光部材）

Claims (13)

1. 主たる偏光状態が第１の偏光状態であるレーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、
   該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザビームを結合して１つ又は２つ以上のレーザビームとして出射するビーム結合器と、
   前記ビーム結合器から出射されたレーザビームを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバに導光する集光ユニットと、を備え、
   前記ビーム結合器は、
   入射したレーザビームを前記第１の偏光状態から前記第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる複数の偏光部材と、
   前記第１の偏光状態を有するレーザビームを透過させる一方、前記第２の偏光状態を有するレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタと、
   前記ビーム結合器内で結合されたレーザビームが出射される複数の光出射部と、を少なくとも有し、
   一の偏光部材及び他の偏光部材は、それぞれ少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられ、
   前記複数のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームは、第１の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射される一方、少なくとも１つのレーザビームは、前記第１の方向と交差する第２の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射され、
   前記第１の方向に進行する少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に前記一の偏光部材が配されるか、又は前記第２の方向に進行する少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に前記他の偏光部材が配されることで、前記一の偏光部材または前記他の偏光部材を透過したレーザビームは、前記偏光ビームスプリッタによって前記第１又は第２の方向のうち前記偏光ビームスプリッタに入射するまでの進行方向とは異なる方向に反射される一方、前記一の偏光部材又は前記他の偏光部材を透過しないレーザビームは前記偏光ビームスプリッタを透過することを特徴とするレーザ発振器。
2. 請求項１に記載のレーザ発振器において、
   前記偏光ビームスプリッタで反射されたレーザビームと前記偏光ビームスプリッタを透過するレーザビームとが同じ光軸となるように前記偏光ビームスプリッタで結合されて、前記複数の光出射部のうち少なくとも１つの光出射部から出射されることを特徴とするレーザ発振器。
3. 請求項２に記載のレーザ発振器において、
   前記偏光ビームスプリッタと前記第２の方向で所定の間隔をあけて設けられた光反射部材によって、前記偏光ビームスプリッタを透過したレーザビーム及び前記偏光ビームスプリッタで反射されたレーザビームのうち少なくとも１つが光路を曲げられて、別の光出射部から出射されることを特徴とするレーザ発振器。
4. 請求項３に記載のレーザ発振器において、
   前記複数の光出射部のうち少なくとも２つの光出射部からレーザビームが出射されることを特徴とするレーザ発振器。
5. 請求項４に記載のレーザ発振器において、
   前記第１の方向に進行する複数のレーザビームのうち、光路上に前記一の偏光部材が配される本数を変更するか、又は、前記第２の方向に進行する複数のレーザビームのうち、光路上に前記別の偏光部材が配される本数を変更することで、少なくとも２つの光出射部から出射されたレーザビームの出力比が変更可能に構成されていることを特徴とするレーザ発振器。
6. 請求項１に記載のレーザ発振器において、
   前記複数のレーザビームのうち、前記第１及び第２の方向に進行するレーザビームはそれぞれ複数あり、
   前記第１の方向に進行する複数のレーザビームの光路上の所定の位置に前記一の偏光部材が配され、かつ前記第２の方向に進行する複数のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置に前記他の偏光部材が配されることで、前記複数の光出射部のうち少なくとも２つの光出射部からレーザビームが出射されることを特徴とするレーザ発振器。
7. 請求項６に記載のレーザ発振器において、
   前記第１の方向に進行する複数のレーザビームのうち、光路上に前記一の偏光部材が配される本数を変更するか、又は、前記第２の方向に進行する複数のレーザビームのうち、光路上に前記他の偏光部材が配される本数を変更することで、少なくとも２つの光出射部から出射されたレーザビームの出力比が変更可能に構成されていることを特徴とするレーザ発振器。
8. 主たる偏光状態が第１の偏光状態であるレーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、
   該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザビームを結合して１つ又は２つ以上のレーザビームとして出射するビーム結合器と、
   前記ビーム結合器から出射されたレーザビームを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバに導光する集光ユニットと、を備え、
   前記ビーム結合器は、
   入射したレーザビームを前記第１の偏光状態から前記第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態に変化させる複数の偏光部材と、
   前記第１の偏光状態を有するレーザビームを透過させる一方、前記第２の偏光状態を有するレーザビームを反射する偏光ビームスプリッタと、
   前記ビーム結合器内で結合されたレーザビームが出射される複数の光出射部と、を少なくとも有し、
   一の偏光部材及び他の偏光部材は、それぞれ少なくとも１つのレーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられ、
   前記複数のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームは、第１の方向に進行し、少なくとも２つのレーザビームは、前記第１の方向と交差する第２の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタに入射され、
   前記第２の方向に進行する少なくとも２つのレーザビームのそれぞれの光路上に前記一の偏光部材及び／又は前記他の偏光部材が配されることで、前記複数の光出射部のうち少なくとも２つの光出射部からレーザビームが出射されることを特徴とするレーザ発振器。
9. 請求項８に記載のレーザ発振器において、
   前記第２の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタで反射されたレーザビームと前記第１の方向に進行して前記偏光ビームスプリッタを透過するレーザビームとが前記偏光ビームスプリッタで結合されて、前記複数の光出射部のうち少なくとも１つの光出射部から出射されることを特徴とするレーザ発振器。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のレーザ発振器において、
    前記集光ユニットは、前記ビーム結合器内で結合されて前記ビーム結合器の外に出射されるレーザビームの本数に応じて複数設けられるとともに、複数の前記集光ユニットのそれぞれに前記伝送ファイバが接続されていることを特徴とするレーザ発振器。
11. 請求項１０に記載のレーザ発振器と、
    複数の前記伝送ファイバの出射端にそれぞれ取付けられたレーザビーム出射ヘッドと、
    前記偏光部材の動作を制御する制御部と、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
12. 請求項１１に記載のレーザ加工装置において、
    前記ビーム結合器内での前記偏光部材の位置を変化させることで、レーザビームが出射されるレーザビーム出射ヘッドを切替え可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
13. 請求項１１または１２に記載のレーザ加工装置において、
    前記ビーム結合器内での前記偏光部材の位置を変化させることで、複数のレーザビーム出射ヘッドからそれぞれ出射されるレーザビームの出力比を変更可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。

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