(57)【要約】【課題】間引き処理したパルス電力を供給する場合も、間引き処理しないで連続したパルス電力を供給する場合と同等にスイッチングオン時の損失を低減できるガスレーザ用電源装置を得ること。【解決手段】制御回路９は制御パラメータに示される繰り返しパルス周波数設定とパルス幅設定とに基づき、指令パルス群１５とモード選択信号１６とを出力する。間引き回路８はモード選択信号１６が示す動作モードに応じて指令パルス群１５からパルスを間引かない処理と間引く処理とを行い、それらを間引き処理後指令パルス群１７として出力する。オン時間調整回路７はモード選択信号１６が示す動作モードに応じて間引き処理後指令パルス群１７のオン時間を変化させて、インバータ回路５に出力する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスレーザ発振器から出力させるパルスレーザ光の特性を規定する制御パラメータに示される繰り返しパルス周波数とパルス幅とに基づき、指令パルス群とモード選択信号とを出力する制御回路と、
前記モード選択信号が示す動作モードに応じて前記指令パルス群からパルスを間引かない処理と間引く処理とを行い、それらを間引き処理後指令パルス群として出力する間引き回路と、
前記モード選択信号が示す動作モードに応じて前記間引き処理後指令パルス群のオン時間を変化させて出力するオン時間調整回路と、
前記オン時間調整回路にてオン時間が調整された前記間引き処理後指令パルス群に基づき前記ガスレーザ発振器に供給するパルス電力を発生するパルス電力発生回路と、
を備えていることを特徴とするガスレーザ用電源装置。
【請求項２】
前記オン時間調整回路は、抵抗器とコンデンサとからなるフィルタ回路と、前記モード選択信号が示す動作モードに応じて前記フィルタ回路の時定数を変化させる回路とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ用電源装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路の時定数を変化させる回路は、前記抵抗器の抵抗値を切り替える回路であることを特徴とする請求項２に記載のガスレーザ用電源装置。
【請求項４】
前記フィルタ回路の時定数を変化させる回路は、前記コンデンサの容量値を切り替える回路であることを特徴とする請求項２に記載のガスレーザ用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスレーザ発振器に所定のパルスレーザ発振を行わせるパルス電力を供給するガスレーザ用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスレーザ用電源装置は、ガスレーザ発振器にインバータ回路からパルス電力を供給して、ガスレーザ発振器からパルスレーザ光を出力させる装置である。
【０００３】
ところで、プリント基板等の微細加工が要求される加工対象には、その加工対象の種別によって、高ピーク短パルスのパルスレーザ光を必要とするものと、低ピーク長パルスのパルスレーザ光を必要とするものとがある。つまり、プリント基板等の微細加工用に用いられるガスレーザ発振器（例えば、炭酸ガスレーザ発振器）を制御対象とする電源装置では、ガスレーザ発振器にパルス幅を違えたパルスレーザ光を出力させ得る制御能力が要求される。なお、必要とされるパルス幅は、１μｓ〜数１０μｓ程度の範囲である。
【０００４】
ここで、レーザ出力の時間幅であるパルスレーザ光のパルス幅は、インバータ回路からガスレーザ発振器に与えるパルス電力のパルス数、つまり、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング回数で決定されるが、スイッチング素子のスイッチング回数を増加させると、スイッチング損失が増加する。一方、ガスレーザ発振器では、共振器を構成するミラーの耐光強度限界があるので、出力するパルスレーザ光のパルス幅の変化幅を制限する必要がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１では、ガスレーザ発振器に与えるパルス電力のパルス数を増加させずにパルスレーザ光のパルス幅を変更できる間引き処理技術が提案されている。この間引き処理技術は、ガスレーザ発振器に供給するパルス電力のパルス数を、制御パラメータのパルス幅設定に応じた数に間引いたパルス数に切り替えることで、間引かない場合は連続したパルス電力がガスレーザ発振器に供給されて高ピーク短パルスのパルスレーザ光が出力され、間引く場合は間引く数に応じた歯抜け状パルス数のパルス電力がガスレーザ発振器に供給されて低ピーク長パルスのパルスレーザ光が出力されるようにするものである。
【０００６】
スイッチング損失に関しては、高ピーク短パルスのパルスレーザ光を得るために、連続したパルス電力をガスレーザ発振器に供給する場合には、ガスレーザ発振器が安定状態となったときは、ガスレーザ発振器への出力電流、出力電圧はほぼ一定の安定な状態になるので、特許文献１に提案されている間引き処理技術を採用する場合でも、スイッチングオン時の損失が減るように回路を構成することができる。
【０００７】
例えば、特許文献２や特許文献３に提案されている技術を用いるとすれば、負荷電圧や負荷電流を検出し、その電気信号に基づきスイッチング素子のオンタイミングをスイッチング素子の両端に掛かる電圧ができるだけ少なくなるタイミングに制御する構成を採用することである。
【０００８】
或いは、スイッチングオン時にスイッチング素子の両端に掛かる電圧ができるだけ少ない状態で当該スイッチング素子がオンするように回路定数を定めることによってもスイッチングオン時の損失を減らすことができる。具体的には、インバータ回路の出力を昇圧する昇圧トランスと該昇圧トランスの二次側に接続されるガスレーザ発振器の電極とがＬＣＲの直列共振回路を構成しているので、昇圧トランスのインダクタンス等を調整することで、スイッチングオン時の損失が減るように、回路定数を定めるのである。
【０００９】
【特許文献１】特許第３８４６５７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２０９３７７号公報
【特許文献３】特許第３４９６３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、低ピーク長パルスのパルスレーザ光を得るために間引き処理したパルス電力をガスレーザ発振器に供給する場合は、パルスが間引かれたタイミングでは、ガスレーザ発振器に電流や電圧の供給はないので、ガスレーザ発振器のガス温度等の負荷状態が、連続したパルス電力を供給する場合と異なる状態となる。そのために、間引かれたタイミング直後にスイッチングを行ってガスレーザ発振器に供給した電流、電圧の波形は、連続したパルス電力を供給する場合と異なることになる。
【００１１】
つまり、連続したパルス電力をガスレーザ発振器に供給する場合のスイッチング損失を減らすように上記のように調整しても、低ピーク長パルスのパルスレーザ光を得る場合には、スイッチングオン時の損失が増加するという問題がある。
【００１２】
この問題に対しては、上記した特許文献２や特許文献３に提案されている技術を用いるとすれば、電気信号をモニタし、次のタイミングを制御する必要があるので、ガスレーザ発振器に通電していない状態からのスイッチングオン時の損失を減らすことができない。このように、従来の技術では、パルス電力の間引き処理を行う場合のように、ガスレーザ発振器には電流や電圧の供給はないが負荷状態が連続したパルス電力の供給時から変化している場合は、スイッチング時の損失を減らすような制御を行うことができない。
【００１３】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、間引き処理したパルス電力を供給する場合も、間引き処理しないで連続したパルス電力を供給する場合と同等にスイッチングオン時の損失を低減できるガスレーザ用電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、この発明は、ガスレーザ発振器から出力させるパルスレーザ光の特性を規定する制御パラメータに示される繰り返しパルス周波数とパルス幅とに基づき、指令パルス群とモード選択信号とを出力する制御回路と、前記モード選択信号が示す動作モードに応じて前記指令パルス群からパルスを間引かない処理と間引く処理とを行い、それらを間引き処理後指令パルス群として出力する間引き回路と、前記モード選択信号が示す動作モードに応じて前記間引き処理後指令パルス群のオン時間を変化させて出力するオン時間調整回路と、前記オン時間調整回路にてオン時間が調整された前記間引き処理後指令パルス群に基づき前記ガスレーザ発振器に供給するパルス電力を発生するパルス電力発生回路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、間引き処理したパルス電力を供給する場合も、間引き処理しないで連続したパルス電力を供給する場合と同等にスイッチングオン時の損失を低減できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明にかかるガスレーザ用電源装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるガスレーザ用電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、この実施の形態１によるガスレーザ用電源装置（以降、単に「電源装置」という）１は、ガスレーザ発振器２を制御対象とする。ガスレーザ発振器２は、例えば、炭酸ガスレーザ発振器である。
【００１８】
電源装置１は、交流電源３が接続される整流回路４と、インバータ回路５と、昇圧トランス６と、オン時間調整回路７と、間引き回路８と、制御回路９とを備えている。ガスレーザ発振器２は、昇圧トランス６の二次側に接続されている。
【００１９】
ガスレーザ発振器２は、レーザ媒質（混合ガス）が充填される筐体内に、電極１０と光共振器を構成する全反射鏡１１及び部分反射鏡１２とが配置される。電極１０は、筐体の長手方向に対向して配置されている。全反射鏡１１は電極１０の長手方向の一端側（昇圧トランス６側）に配置され、部分反射鏡１２は電極１０の長手方向の他端側（出力端側）に配置されている。光共振器内における対向電極１０間の空間が放電空間１３である。
【００２０】
電源装置１では、整流回路４が交流電源３からの交流電力を全波整流して直流電力に変換し、インバータ回路５の直流電源を形成する。インバータ回路５は、図２に示すようなフルブリッジ回路におけるスイッチング素子が、オン時間調整回路７からのスイッチング素子オンオフ信号１８に基づきオンオフ動作を行って、整流回路４が提示する直流電源からパルス電力を生成する。昇圧トランス６は、インバータ回路５が生成するパルス電力を放電空間１３にて放電が可能になるレベルまで昇圧してガスレーザ発振器２の電極１０に印加する。これによって、ガスレーザ発振器２では、放電空間１３でパルス放電が発生し、それに基づくレーザ発振によるパルスレーザ光が光共振器にて増幅され、部分反射鏡１２から外部へパルスレーザ光１４が出力される。なお、整流回路４とインバータ回路５と昇圧トランス６の全体が請求項１に記載のパルス電力発生回路に対応している。
【００２１】
図２は、図１に示すインバータ回路５の構成例とその負荷を説明する図である。図２に示すように、インバータ回路５は、直列に接続したスイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ、及びスイッチング素子１９Ｃ，１９Ｄが並列に整流回路４の正極出力端と負極出力端との間に配置され、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂの接続端とスイッチング素子１９Ｃ，１９Ｄの接続端とに負荷２２が接続される構成である。なお、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、それぞれに、浮遊容量素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、還流用ダイオード２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄとが接続される。
【００２２】
インバータ回路５は、スイッチング素子１９Ａとスイッチング素子１９Ｄの組と、スイッチング素子１９Ｂとスイッチング素子１９Ｃの組とが、オン時間調整回路７からのスイッチング素子オンオフ信号１８に従って交互にオンオフすることで、負荷２２に、つまり昇圧トランス６を介してガスレーザ発振器２に、パルス電力が供給される。
【００２３】
負荷２２は、昇圧トランス６が有するインダクタンス成分２２Ａと、ガスレーザ発振器２の電極１０間に形成される静電容量成分２２Ｂと、ガスレーザ発振器２の電極１０が有する抵抗成分２２Ｃとの直列共振回路で構成される。
【００２４】
この実施の形態では、ガスレーザ発振器２に、間引き処理しない連続したパルス電力を供給する場合のスイッチング損失を低減するため、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄのオン動作時における各両端電圧がほぼ０Ｖ（ゼロボルト）となるように、この直列共振回路の時定数を図３に示す方法で予め調整してある。そして、ガスレーザ発振器２に、間引き処理したパルス電力を供給する場合のスイッチング損失の低減を、オン時間調整回路７にて行うようにしてある。
【００２５】
まず、図３を参照して、負荷２２を構成する直列共振回路の時定数調整について説明する。図３は、間引き処理しない連続したパルス電力を供給する場合の時定数調整を説明する図である。図３では、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｄの組と、スイッチング素子１９Ｂ，１９Ｃの組とを交互にスイッチング動作させた場合におけるスイッチング素子１９Ｃの両端電圧の、（１）時定数調整前と（２）時定数調整後の遷移状態とが示されている。
【００２６】
図３（１）において、区間ａでは、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｄがオン動作しているのでスイッチング素子１９Ｃの両端電圧は、整流電圧まで上昇している。次の区間ｂでは、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｄがオフ動作しているので、スイッチング素子１９Ｃの両端電圧は、負荷２２を構成する直列共振回路のインダクタンス成分２２Ａのインダクタンス値Ｌ、静電容量成分２２Ｂの容量値Ｃ、抵抗成分２２Ｃの抵抗値Ｒで決まる時定数に従ってスイッチング素子１９Ｃの電圧は電圧Ｘ（Ｖ）まで下降していく。今の例では、スイッチング素子１９Ｃは、区間ｃになると電圧Ｘ（Ｖ）なるオン時電圧差の状態でオン動作することになる。区間ｃでは、スイッチング素子１９Ｃがオン動作するので、スイッチング素子１９Ｃの両端電圧は０Ｖとなる。区間ｄでは、スイッチング素子１９Ｂ，１９Ｃがオフ動作するので、スイッチング素子１９Ｃの両端電圧は、負荷２２を構成する直列共振回路の時定数に従ってスイッチング素子１９の電圧は上昇していく。
【００２７】
ここで、スイッチング素子１６Ｃがオンするときの損失は、オン時にスイッチング素子１９Ｃの両端にかかっている電圧Ｘ（Ｖ）が大きいほど大きくなる。このため、オン時にスイッチング素子１９Ｃの両端にかかっている電圧がほぼ０Ｖとなるように区間ｂでの電圧の下降の時定数を調整する。
【００２８】
図３（２）は、図３（１）に示す場合よりも負荷２２を構成する直列共振回路の時定数を短くし、スイッチング素子１９Ｃのオン時に両端にかかっている電圧Ｘ（Ｖ）をほぼ０Ｖとした例である。調整には、負荷２２を構成する直列共振回路のインダクタンス値Ｌを増減するために、リアクトルの追加や昇圧トランスのインダクタ成分を減少したり、また電極１０の間隔を調整して容量値Ｃを調整したりして調整する。以上のようにして、間引き処理しない連続したパルス電力を発生する場合のスイッチング素子のオン時の損失を減らすようにしてある。
【００２９】
さて、図１において、制御回路９には、外部から、ガスレーザ発振器２に出力させるパルスレーザ光１４の特性を規定する制御パラメータが入力される。この制御パラメータには、パルスレーザ光１４の繰り返しパルス周波数設定と、パルスレーザ光１４のパルス幅設定とが含まれている。制御回路９は、外部から入力されるこの制御パラメータに含まれる繰り返しパルス周波数とパルス幅とに基づき、インバータ回路５から出力させるパルス電力の間引きを行わない場合のパルス数（インバータ回路５での最大スイッチング回数）を指定する指定パルス群１５と、インバータ回路５から出力させるパルス電力のパルス数を間引かない動作モードと間引く動作モードとのいずれか一つを指定するモード選択信号１６とを生成する。
【００３０】
モード選択信号１６は、間引く処理が１種類だけである場合は、例えば“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルのいずれか一方の信号レベルで間引かない動作モードを示し、いずれか他方の信号レベルで間引く動作モードを示す２値のレベル信号とすることができる。また、モード選択信号１６は、間引く処理が２種類以上である場合は、間引かない動作モードと２種類以上の間引き処理の中のいずれかの間引き動作モードとを示すバイナリのデータ信号とすることもできる。
【００３１】
間引き回路８には、制御回路９から指定パルス群１５とモード選択信号１６とが入力される。また、オン時間調整回路７には、制御回路９からモード選択信号１６が入力され、間引き回路８の出力（間引き処理後指定パルス群）１７が入力される。
【００３２】
間引き回路８は、間引く処理が１種類だけである場合は、今の例では、制御回路９から入力されるモード選択信号１６の信号レベルに従って、制御回路９から並行して入力される指定パルス群１５を、間引きせずそのまま、間引き処理後指定パルス群１７としてオン時間調整回路７に与える動作と、予め定めたパルス数を予め定めた間隔で間引く処理を行い、それを間引き処理後指定パルス群１７としてオン時間調整回路７に与える動作とを行う。
【００３３】
また、間引き回路８は、間引く処理が２種類以上ある場合は、間引き処理を行う際に参照する間引きテーブルを備えている。間引きテーブルには、間引く動作モードを指定するモード選択信号１６の指定値毎に、指定パルス群１５から間引くパルスの数と間隔とが設定されている。すなわち、間引き回路８は、制御回路９から入力されるモード選択信号１６が間引く動作モードを指定しているときは、モード選択信号１６の指定内容に従って間引くパルスの数と間隔とを間引きテーブルから取り出し、並行して入力される指定パルス群１５に間引き処理を施し、間引き処理後指定パルス群１７をオン時間調整回路７に与える。
【００３４】
オン時間調整回路７は、モード選択信号１６が間引く動作モードを示している場合は、間引き処理後指定パルス群１７中の各パルスのオン時間時定数を調整してスイッチング素子オンオフ信号１８を作成し、インバータ回路５のスイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの各ゲート端子に印加する。これによって、ガスレーザ発振器２に、間引き処理したパルス電力を供給する場合のスイッチング損失の低減される。
【００３５】
また、オン時間調整回路７は、モード選択信号１６が間引かない動作モードを示している場合は、基本的には、間引き処理後指定パルス群１７から直接スイッチング素子オンオフ信号１８を作成し、インバータ回路５のスイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの各ゲート端子に印加する。これは、上記したように、ガスレーザ発振器２に、間引き処理しない連続したパルス電力を供給する場合は、負荷２２を構成する直列共振回路の時定数を調整してあることによる。しかし、実際の適用では、デッドタイム等との関係で、上記のモード選択信号１６が間引く動作モードを示している場合と同様に、間引き処理後指定パルス群１７中の各パルスのオン時間時定数を調整してスイッチング素子オンオフ信号１８を作成し、インバータ回路５のスイッチング素子１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄの各ゲート端子に印加するようにしている。
【００３６】
図４は、図１に示すオン時間調整回路７の構成例を示す回路図である。図４では、間引く処理が１種類だけ行われる場合の構成例が示されている。つまり、図４では、モード選択信号１６は、２値のレベル信号である。例えば、モード選択信号１６が“Ｈ”レベルであるときは、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は間引きが行われていないことを示し、“Ｌ”レベルであるときは間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は間引きが行われていることを示すとする。
【００３７】
モード選択信号１６が入力されるセレクタ３０は、２つの出力端子を有し、一方の出力端子にはスイッチ２８Ａの制御端子が接続され、他方の出力端子にはスイッチ２８Ｂの制御端子が接続されている。
【００３８】
間引き処理後指令パルス群１７が入力されるロジックＩＣ３１Ａの出力端子には、スイッチ２８Ａ，２８Ｂの各一端が接続され、またダイオード３２のカソード端子が接続されている。スイッチ２８Ａ，２８Ｂの各他端には、抵抗器２７Ａ，２７Ｂの各一端が接続されている。抵抗器２７Ａ，２７Ｂの各他端は、共通にコンデンサ２９の一端に接続され、コンデンサ２９の他端は、回路グランドに接続されている。
【００３９】
抵抗器２７Ａ，２７Ｂの各他端とコンデンサ２９の一端との接続ラインには、ダイオード３２のアノード端子と、ロジックＩＣ３１Ｂの入力端子とが接続されている。ロジックＩＣ３１Ｂの出力端子からインバータ回路５へのスイッチング素子オンオフ信号１８が出力される構成である。
【００４０】
ここで、抵抗器２７Ａ，２７Ｂは、それぞれ互いに異なる抵抗値を有している。抵抗器２７Ａとコンデンサ２９の直列回路は、或る時定数を有するフィルタ回路を構成し、抵抗器２７Ａとコンデンサ２９の直列回路は、他の時定数を有するフィルタ回路を構成している。
【００４１】
図４に示す構成において、ロジックＩＣ３１Ａは、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７を論理反転してスイッチ２８Ａ，２８Ｂの各一端に印加する。また、ロジックＩＣ３１Ｂは、抵抗器２７Ａ，２７Ｂの各他端とコンデンサ２９の一端との接続端に現れるパルス列を論理反転し、それをスイッチング素子オンオフ信号１８としてインバータ回路５に出力する。
【００４２】
セレクタ３０は、モード選択信号１６が“Ｈ”レベルであるとき、例えば、スイッチ２８Ａの制御端子に制御信号を出力してスイッチ２８Ａを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ａとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７を論理反転した各パルスの後縁の立ち上がり特性、つまり、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７の各パルスの立ち下がり特性が抵抗器２７Ａとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。なお、今の例では、間引き処理後指令パルス群１７は、間引き処理が行われていないので、指令パルス群１５である。
【００４３】
また、セレクタ３０は、モード選択信号１６が“Ｌ”レベルであるとき、スイッチ２８Ｂの制御端子に制御信号を出力してスイッチ２８Ｂを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ｂとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、間引き処理が行われている間引き処理後指令パルス群１７の歯抜け状パルスそれぞれの立ち下がり特性が抵抗器２７Ｂとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。
【００４４】
以下、図５〜図７を参照して、動作について説明する。まず、図５は、間引き処理したパルス電力をオン時間調整しないで供給する場合のスイッチングオン時の損失を説明する図である。すなわち、理解を容易にするため、間引き処理をしない連続したパルス電力を供給するため用に、負荷２２の時定数を調整しただけでは、間引き処理したパルス電力を供給する場合に、スイッチングオン時の損失が生ずることを具体的に説明する。図５では、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｄの組と、スイッチング素子１９Ｂ，１９Ｃの組とを交互にスイッチング動作させた場合におけるスイッチング素子１９Ｃの両端電圧の遷移状態が示されている。
【００４５】
パルスの間引き処理を行う場合は、一時的に放電空間１３の放電が停止するため、放電空間１３は初期の状態と同じになる。放電空間１３が初期の状態であると、放電電流が流れにくいので、特許文献３の段落「０００８」および図２３に記載されている放電電流が少ない状態となり、電極１０間の容量値が減少していき、直列共振周波数が大きくなっていく。共振周波数が大きくなると、当然、スイッチング素子オフ時の電圧の降下も遅くなる。
【００４６】
このため、連続してパルス電力を出力する場合に合わせて、スイッチング素子のオン時の損失を減らすように、図３に示した区間ｂでの電圧下降の時定数を調整した状態で、パルスの間引き処理をした場合、電圧の下降が遅くなり、図５に示すように、電圧が低下する前にスイッチングをしてしまうような波形となる。
【００４７】
図５の区間ａでは、連続してパルス電力を供給する場合を示した図３での区間ａと同様に、オン動作しているスイッチング素子１９Ａの両端電圧は０Ｖであり、オフ動作しているスイッチング素子１９Ｃの両端電圧は、整流電圧まで上昇している。次の区間ｂでは、図３にて説明したように、電圧下降の時定数が長くなっているため、電圧の下降が遅くスイッチング素子１９Ｃの両端電圧が０Ｖになる前の電圧Ｘ（Ｖ）にてスイッチング素子１９Ｃがオン動作して区間ｃになり、スイッチングオン時の損失が発生してしまう。
【００４８】
区間ｄは、負荷２２のインダクタンス成分Ｌ、静電容量分Ｃ、抵抗成分Ｒおよび浮遊容量素子２０Ａ，２０Ｄの容量値で決まる時定数で共振し減少していき、スイッチング素子１９Ｃとスイッチング素子１９Ｄとに電圧が直流的に分圧された状態に落ち着く。なお、本来は，破線で示す波形となるが、還流用ダイオード２１Ａ〜２１Ｄがあるため、電圧は整流電圧にクランプされ、実線のような波形となる。区間ｅは、スイッチング素子１９Ｃとスイッチング素子１９Ｄとに電圧が直流的に分圧された状態であり、電極１０に電流が流れていない、つまり、放電が停止している状態である。このように、連続したパルス電力の供給時でのスイッチングオン時の損失が減少するように、負荷２２の直列共振回路を調整した場合、間引き処理したパルス電力の供給時は、スイッチングオン時の損失が減少しないということが起こる。
【００４９】
次に、図６は、間引き処理後指令パルス群１７のオン時間が図４に示すオン時間調整回路７にて変更される動作を説明する図である。
【００５０】
図６において、符号Ａに示す波形は、図４に示すロジックＩＣ３１Ａに入力される間引き処理後指令パルス群１７のパルスの波形を示す。このパルス波形Ａを論理反転したパルス波形が、セレクタ３０にて選択された抵抗器２８Ａと抵抗器２８Ｂのいずれか一方の抵抗器とコンデンサ２９とによるフィルタ回路を通して図４に示すロジックＩＣ３１Ｂに入力される。これが符号Ｂに示す波形である。符号Ｂでは、セレクタ３０にて選択されたフィルタ回路を通して図４に示すロジックＩＣ３１Ｂに入力されるパルスの後縁の立ち上がり波形とロジックＩＣ３１Ｂのスレッショルド電圧との関係を示す。
【００５１】
符号Ｂに示すように、セレクタ３０にて選択されたフィルタ回路を通して図４に示すロジックＩＣ３１Ｂに入力されるパルスの後縁は、符号Ａに示す波形のオン時間経過時から立ち上がる特性を示すが、その後縁波形の立ち上がり特性は、セレクタ３０にて選択されたフィルタ回路の時定数による遅れをもった特性３４，３５となる。フィルタ回路の時定数が小さい場合は、特性３４のようにロジックＩＣ３１Ｂに入力されるパルスの後縁は、早く立ち上がってロジックＩＣ３１Ｂのスレッショルド電圧を超えるが、フィルタ回路の時定数が大きい場合は、特性３５のようにロジックＩＣ３１Ｂに入力されるパルスの後縁は、遅く立ち上がるので、ロジックＩＣ３１Ｂのスレッショルド電圧を超えるまでの時間が特性３４の場合よりも長くなる。
【００５２】
セレクタ３０にて選択されたフィルタ回路の時定数が小さい特性３４の場合は、ロジックＩＣ３１Ｂの出力は、符号Ｃに示す波形となり、そのオン時間は、符号Ａに示す波形のオン時間よりも少し長くなっている。また、セレクタ３０にて選択されたフィルタ回路の時定数が大きい特性３５の場合は、ロジックＩＣ３１Ｂの出力は、符号Ｄに示す波形となる。符号Ｄに示す波形はオン時間が符号Ｃに示す波形よりも長くなっている。
【００５３】
今の例では、間引き処理をしない場合は、セレクタ３０が時定数の大きいフィルタ回路を選択し、間引き処理をする場合は、セレクタ３０が時定数の小さいフィルタ回路を選択するように、制御回路９は、モード選択信号１６をオン時間調整回路７に出力する。
【００５４】
このように、オン時間調整回路７からインバータ回路５に出力されるゲート信号であるスイッチング素子オンオフ信号１８は、間引き回路８から入力される間引き処理後指令パルス群１７を、モード選択信号１６の値に応じて、オン時間が長くなる方向に調整された信号になる。
【００５５】
ここで、ロジックＩＣ３１Ｂの出力波形の前縁の立ち上がり特性に、図６の号Ｃ、符号Ｄに示す波形のように、遅れを発生していないのは、ダイオード３２があるからである。ダイオード３２は、スイッチング素子オンオフ信号１８が立ち上がるタイミングを変化させないようにするために設けてある。
【００５６】
ロジックＩＣ３１Ａの出力が“Ｌ”レベルの状態から“Ｈ”レベルの状態になったときは、ダイオード３２はオフ状態になるので、スイッチおよび抵抗器を介してコンデンサ２９を充電する。したがって、セレクタ３０が選択したフィルタ回路が有効となり、ロジックＩＣ３１Ｂへの入力パルスの後縁の立ち上がりが符号Ｂに示すように遅くなる。
【００５７】
逆に、ロジックＩＣ３１Ａの出力が“Ｈ”レベルの状態から“Ｌ”レベルの状態になったときは、ダイオード３２がオン状態となるため、スイッチおよび抵抗を介さずに、ダイオード３２を介してコンデンサ２９から充電電荷が放電されるので、フィルタ回路が無い状態と同じになる。したがって、ロジックＩＣ３１Ｂへの入力パルスの前縁の立ち下がり特性は、遅れ時間がほとんどなく立ち下がることになる。つまり、ロジックＩＣ３１Ｂの出力パルスの前縁の立ち上がりに関しては、ダイオード３２はオン状態のため、フィルタ回路の時定数に関係なくなるので、遅れなく立ち上がる特性となる。
【００５８】
次に、図７は、図４に示すオン時間調整回路７を用いてオン時間を調整した間引きパルス電力を供給する場合のスイッチングオン時の損失低減を説明する図である。図７では、図５と同様に、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｄの組と、スイッチング素子１９Ｂ，１９Ｃの組とを交互にスイッチング動作させた場合におけるスイッチング素子１９Ｃの両端電圧の遷移状態が示されている。
【００５９】
図５での説明から理解できるように、間引き処理したパルス電力を供給する場合のスイッチングオン時の損失を減少させるには、オン動作を待機しているスイッチング素子に掛かる電圧の下降が遅くなった分だけ、オフしているスイッチング素子のオフ時間を長くすればよい。つまり、スイッチング素子１９Ａ〜１９Ｄがオフするタイミングを早くすればよい。このように、間引き処理をしない連続したパルス電力の供給時と、間引き処理をしたパルス電力の供給時とで、スイッチング素子１９Ａ〜１９Ｄのオフタイミングを変更すれば、つまり、オン時間を変更すれば、間引き処理したパルス電力の供給時でも、間引き処理をしない連続したパルス電力の供給時と同様に、スイッチングオン時の損失を減少することが可能であることが分かる。
【００６０】
図４に示したオン時間調整回路７は、図６の符号Ｃ、符号Ｄに示すように、オン動作しているスイッチング素子のオン時間を長くする構成であるので、オン動作を待機しているスイッチング素子に掛かる電圧が０Ｖに降下するのに十分な時間だけ、オフ動作しているスイッチング素子のオフ時間を確保することができる。したがって、図４に示したオン時間調整回路７を用いれば、図７に示すように、スイッチング素子１９Ｂ，１９Ｃのオン時電圧差を、ほとんど０Ｖとすることができる。
【００６１】
以上のように、この実施の形態１によれば、オン時間調整回路は、モード選択信号の値によって、間引き処理後指令パルス群のオン時間を、間引き処理しない連続したパルス電力の供給時と、間引き処理したパルス電力の供給時とで、変更できるので、間引きしたパルス電力の供給時でも、間引き処理しない連続したパルス電力の供給時と同様に、スイッチングオン時の損失を減少することが可能となる。
【００６２】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２として、図１に示すオン時間調整回路の他の構成例（その１）を示す回路図である。図８では、間引き回路８での間引く処理が３種類行われる場合の構成例が示されている。つまり、制御回路９が出力するモード選択信号１６は４値を示すバイナリのデータ信号である。例えば、モード選択信号１６が値０であれば、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は間引きが行われていないことを示す。モード選択信号１６が値１であれば、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は１パルスの間引きがある間隔毎に行われていることを示す。モード選択信号１６が値２であれば、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は２パルスの間引きがある間隔毎に行われていることを示す。モード選択信号１６が値３であれば、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７は３パルスの間引きがある間隔毎に行われていることを示すとする。
【００６３】
モード選択信号１６が入力するセレクタ３０は、４つの出力端子を有し、４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各制御端子が１対１の関係で接続されている。
【００６４】
間引き処理後指令パルス群１７が入力されるロジックＩＣ３１Ａの出力端子には、４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各一端が接続され、また、ダイオード３２のカソード電極が接続されている。４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各他端には、４つの抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ、２７Ｄの各一端が接続されている。４つの抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ、２７Ｄの各他端は、共通にコンデンサ２９の一端に接続され、コンデンサ２９の他端は、回路グランドに接続されている。
【００６５】
４つの抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ、２７Ｄの各他端とコンデンサ２９の一端との接続ラインには、ダイオード３２のアノード端子と、ロジックＩＣ３１Ｂの入力端子とが接続されている。ロジックＩＣ３１Ｂの出力端子からインバータ回路５へのスイッチング素子オンオフ信号１８が出力される構成である。
【００６６】
ここで、４つの抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ、２７Ｄは、それぞれ互いに異なる抵抗値を有している。抵抗器２７Ａとコンデンサ２９の直列回路、抵抗器２７Ｂとコンデンサ２９の直列回路、抵抗器２７Ｃとコンデンサ２９の直列回路、及び抵抗器２７Ｄとコンデンサ２９の直列回路は、それぞれ、異なる時定数を有するフィルタ回路を構成している。
【００６７】
動作波形は示してないが、図８に示す構成においても図６に示したのと同様の動作が行われる。
【００６８】
図８に示す構成において、ロジックＩＣ３１Ａは、間引き回路８からの間引き処理後指定パルス群１７を論理反転してスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各一端に印加する。また、ロジックＩＣ３１Ｂは、抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各他端とコンデンサ２９の一端との接続端に現れるパルス列を論理反転し、それをスイッチング素子オンオフ信号１８としてインバータ回路５に出力する。
【００６９】
セレクタ３０は、モード選択信号１６が値０であるとき、スイッチ２８Ａを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ａとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、間引かれていない間引き処理後指令パルス群１７の各パルスの立ち下がり特性が抵抗器２７Ａとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。
【００７０】
また、セレクタ３０は、モード選択信号１６が値１であるとき、スイッチ２８Ｂを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ｂとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、例えば１パルスがある間隔毎に間引かれている間引き処理後指令パルス群１７の歯抜け状パルスそれぞれの立ち下がり特性が抵抗器２７Ｂとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。
【００７１】
また、セレクタ３０は、モード選択信号１６が値２であるとき、スイッチ２８Ｃを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ｃとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、例えば２パルスがある間隔毎に間引かれている間引き処理後指令パルス群１７の歯抜け状パルスそれぞれの立ち下がり特性が抵抗器２７Ｃとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。
【００７２】
また、セレクタ３０は、モード選択信号１６が値３であるとき、スイッチ２８Ｄを閉路動作させ、ロジックＩＣ３１Ａの出力端子と回路グランド間に、抵抗器２７Ｄとコンデンサ２９とによるフィルタ回路を接続する。これによって、例えば３パルスがある間隔毎に間引かれている間引き処理後指令パルス群１７の歯抜け状パルスそれぞれの立ち下がり特性が抵抗器２７Ｄとコンデンサ２９とによるフィルタ回路の時定数で調整される。
【００７３】
パルスの間引き数が多いほど、放電空間１３では放電が停止する時間が長くなる。そのため、放電電流が流れにくい状態となり、負荷２２の共振周波数が大きくなり、電圧の降下が遅くなっていく。したがって、間引き数が多いほど、フィルタ回路の時定数を小さくしてオン時間を短くしていく必要があるので、抵抗器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄの抵抗値は、間引き数が多くなる順に小さくしていくことになる。
【００７４】
この構成によれば、間引きの数によって、放電空間１３の状態が初期状態と連続してレーザパルス光を出力する場合との中間の状態となるので、オン動作をしようとするスイッチング素子に掛かる電圧の降下の時定数が異なった場合でも、オン時間調整回路によってスイッチングオン時の損失を減少するように、間引き処理後指令パルス群１７の各パルスのオン時間を調整することができる。
【００７５】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３として、図１に示すオン時間調整回路の他の構成例（その２）を示す回路図である。フィルタ回路の時定数を切り替える方法として、実施の形態１（図４）と実施の形態２（図８）では、抵抗値を切り替える場合を示したが、この実施の形態３（図９）では、容量値を切り替える場合を示す。
【００７６】
図９では、実施の形態２と同様に、間引き回路８での間引く処理が３種類行われる場合の構成例が示されている。つまり、制御回路９が出力するモード選択信号１６は４値を示すバイナリのデータ信号である。
【００７７】
間引き処理後指令パルス群１７が入力されるロジックＩＣ３１Ａの出力端子には、抵抗器２７の一端とダイオード３２のカソード端子とが接続されている。抵抗器２７の他端とダイオード３２のアノード端子とは、共通にロジックＩＣ３１Ｂの入力端子に接続されるとともに、４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各一端が接続されている。ロジックＩＣ３１Ｂの出力端子からインバータ回路５へのスイッチング素子オンオフ信号１８が出力される。
【００７８】
４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各他端には、４つのコンデンサ２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄの各一端が１対１の関係で接続され、４つのコンデンサ２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄの各他端は、共通に回路グランドに接続されている。モード選択信号１６が入力するセレクタ３０は、４つの出力端子を有し、４つのスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各制御端子が１対１の関係で接続されている。
【００７９】
ここで、４つのコンデンサ２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄは、それぞれ互いに異なる容量値を有している。抵抗器２７とコンデンサ２９Ａの直列回路、抵抗器２７とコンデンサ２９Ｂの直列回路、抵抗器２７とコンデンサ２９Ｃの直列回路、及び抵抗器２７とコンデンサ２９Ｄの直列回路は、それぞれ、異なる時定数を有するフィルタ回路を構成している。
【００８０】
実施の形態２と同様に、例えば、モード選択信号１６の値が、間引き処理をしない値０であるときは、スイッチ２８Ａを閉路して抵抗器２７とコンデンサ２９Ａとからなるフィルタ回路を選択する。モード選択信号１６の値が、１パルスの間引き処理を行う値１であるときは、スイッチ２８Ｂを閉路して抵抗器２７とコンデンサ２９Ｂとからなるフィルタ回路を選択する。モード選択信号１６の値が、２パルスの間引き処理を行う値２であるときは、スイッチ２８Ｃを閉路して抵抗器２７とコンデンサ２９Ｃとからなるフィルタ回路を選択する。モード選択信号１６の値が、３パルスの間引き処理を行う値３であるときには、スイッチ２８Ｄを閉路して抵抗器２７とコンデンサ２９Ｄとからなるフィルタ回路を選択することができる。
【００８１】
動作波形は示してないが、図９に示す構成においても図６に示したのと同様の動作が行われる。
【００８２】
パルスの間引き数が多いほど、放電空間１３では放電が停止する時間が長くなる。そのため、放電電流が流れにくい状態となり、共振周波数が大きくなり、電圧の降下が遅くなっていく。したがって、間引き数が多いほど、フィルタ回路の時定数を小さくしてオン時間を短くしていく必要があるので、コンデンサ２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄの容量値は、間引き数が多くなる順に小さくしていくことになる。
【００８３】
この構成によれば、実施の形態２と同様に、間引きの数によって、放電空間１３の状態が初期状態と連続してパルスレーザ光１４を出力する場合との中間の状態となるので、オン動作しようとするスイッチングに掛かる電圧の降下する時定数が異なった場合でも、オン時間調整回路７によってスイッチングオン時の損失を減少するように、間引き処理後指令パルス群１７の各パルスのオン時間を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、この発明にかかるガスレーザ用電源装置は、間引き処理したパルス電力を供給する場合も、間引き処理しないで連続したパルス電力を供給する場合と同等にスイッチングオン時の損失を低減できるガスレーザ用電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明の実施の形態１によるガスレーザ用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すインバータ回路の構成例とその負荷を説明する図である。
【図３】間引き処理しない連続したパルス電力を供給する場合の時定数調整を説明する図である。
【図４】図１に示すオン時間調整回路の構成例を示す回路図である。
【図５】間引き処理したパルス電力をオン時間調整をしないで供給する場合のスイッチングオン時の損失を説明する図である。
【図６】間引き処理後指令パルス群のオン時間が図４に示すオン時間調整回路にて変更される動作を説明する図である。
【図７】図４に示すオン時間調整回路を用いてオン時間を調整した間引きパルス電力を供給する場合のスイッチングオン時の損失低減を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態２として、図１に示すオン時間調整回路の他の構成例（その１）を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態３として、図１に示すオン時間調整回路の他の構成例（その２）を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  電源装置（ガスレーザ用電源装置）
２  ガスレーザ発振器
３  交流電源
４  インバータ回路
６  昇圧トランス
７  オン時間調整回路
８  間引き回路
９  制御回路
１０  電極
１１  全反射鏡
１２  部分反射鏡
１３  放電空間
１４  パルスレーザ光
１５  指令パルス群
１６  モード選択信号
１７  間引き処理後指令パルス群
１８  スイッチング素子オンオフ信号
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ  スイッチング素子
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  浮遊容量素子
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ  還流用ダイオード
２２  インバータ回路の負荷
２２Ａ  昇圧トランスが有するインダクタンス成分
２２Ｂ  ガスレーザ発振器の電極間に形成される静電容量成分
２２Ｃ  ガスレーザ発振器の電極が有する抵抗成分
２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ  フィルタ回路を構成する抵抗器
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ  スイッチ
２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ  フィルタ回路を構成するコンデンサ
３０  セレクタ
３１Ａ，３１Ｂ  ロジックＩＣ
３２  ダイオード
【図１】
2010027905.tif 000003
【図２】
2010027905.tif 000004
【図３】
2010027905.tif 000005
【図４】
2010027905.tif 000006
【図５】
2010027905.tif 000007
【図６】
2010027905.tif 000008
【図７】
2010027905.tif 000009
【図８】
2010027905.tif 000010
【図９】
2010027905.tif 000011