(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御を用いたＤＣ−ＤＣコンバーター部と、該ＤＣ−ＤＣコンバーター部で得られた直流を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御可能な第１の電源と、該第１の電源への直流入力を入力とし、該直流入力をＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子と、該スイッチング素子からの直流出力を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御がなされない少なくとも１個の第２の電源と、前記第１の電源のＰＷＭ制御の開始と終了時間および前記第２の電源のスイッチングとの同期を制御するコントローラーと、前記第１の電源の高周波インバーター部の出力と前記第２の電源の高周波インバーター部の出力とをトランス結合により合成する出力合成部とを設けたことを特徴とするガスレーザー発振器の高周波電源装置。
【請求項２】
ＰＷＭ制御を用いたＤＣ−ＤＣコンバーター部と、該ＤＣ−ＤＣコンバーター部で得られた直流を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御可能な第１の電源と、該第１の電源への直流入力を入力とし、該直流入力をＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子と、該スイッチング素子からの直流出力を高周波交流に変換する高周波インバーター部を有する出力制御がなされない少なくとも１個の第２の電源と、前記第１の電源のＰＷＭ制御の開始と終了時間および前記第２の電源のスイッチングとの同期を制御するコントローラーとを備えたガスレーザー発振器の高周波電源装置において、前記第１の電源の高周波インバーター部の出力と前記第２の電源の高周波インバーター部の出力との出力合成をガスレーザー発振器内の放電部において行うことを特徴とするガスレーザー発振器の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスレーザー発振器に使用される高周波電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高周波励起のガスレーザー発振器の電源装置は図３に示すような高周波電源装置が使用されている。このレーザー発振器の高周波電源装置の構成は、ＤＣ−ＤＣコンバーター部１００と、ＤＣ−ＤＣコンバーター部１００で得られた直流を交流に変換する高周波インバーター部１１０と、この高周波インバーター部の出力を取り出すマッチング回路部１２０と、ガスレーザー発振器における放電部１３０とから構成されている。
【０００３】
前記ＤＣ−ＤＣコンバーター部１００は、整流回路１０１で２００Ｖの商用の３相交流（３φ）を整流し、それを平滑用コンデンサーＣ1 で平滑して約２８０Ｖの直流を得るものである。得られた直流はスイッチング素子ＴＲを１０〜１００ｋＨＺでスイッチングするＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation)回路１０２と、Ｌ1 とＣ2 とからなる平滑回路で適宜に変圧（０〜２８０Ｖボルト）整形された直流となり、この直流を４個のＦＥＴのブリッジ回路からなる周知の高周波インバーター部１１０で高周波交流に変換し、この高周波交流を該インバーター部のトランスＴＦと、Ｌ2 、Ｃ3 からなるマッチング回路部１２０とで昇圧して前記放電部１３０の電極に高圧の交流電圧を印加するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガスレーザー発振器の出力の大出力化に伴い、ガスレーザー発振器の高周波電源装置においてには、大電力での使用に耐えられ、高速応答性が良く、かつ出力安定性の良い（電圧、電流変動の少ない）高精度な高周波電源装置が求められている。しかし上記の従来の高周波電源装置の場合、高速応答性を良くするためには出力制御を受持つＤＣ−ＤＣコンバーターにおいて高速でのスイッチングが必要であるが、高速でスイッチングを行っても、Ｌ、Ｃによる平滑回路のため出力電圧の立上がりが悪く高速でスイッチングするのが困難である。そこで前記平滑回路のＬ＊Ｃの値を小さくすれば出力電圧の立上がりは改良されるが、今度は出力電圧の平滑作用が低下して出力電圧のリップルが大となる問題がある。
【０００５】
ＰＷＭのスイッチング周波数を高くすれば、上記出力電圧のリップルを小さくすることができるが、するとスイッチングによる電力損失が増加するという問題があるので、スイッチング周波数は或る程度以上には高くできないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は大電力での使用に耐えられ、高速応答性が良く、かつ出力安定性の良い（電圧、電流変動の少ない）高精度なレーザー発振器の高周波電源装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載のガスレーザー発振器の高周波電源装置は、ＰＷＭ制御を用いたＤＣ−ＤＣコンバーター部と、該ＤＣ−ＤＣコンバーター部で得られた直流を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御可能な第１の電源と、該第１の電源への直流入力を入力とし、該直流入力をＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子と、該スイッチング素子からの直流出力を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御がなされない少なくとも１個の第２の電源と、前記第１の電源のＰＷＭ制御の開始と終了時間および前記第２の電源のスイッチングとの同期を制御するコントローラーと、前記第１の電源の高周波インバーター部の出力と前記第２の電源の高周波インバーター部の出力とをトランス結合により合成する出力合成部とを設けたことを要旨とするものである。
【０００８】
請求項２に記載のガスレーザー発振器の高周波電源装置は、ＰＷＭ制御を用いたＤＣ−ＤＣコンバーター部と、該ＤＣ−ＤＣコンバーター部で得られた直流を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御可能な第１の電源と、該第１の電源への直流入力を入力とし、該直流入力をＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子と、該スイッチング素子からの直流出力を高周波交流に変換する高周波インバーター部を有する出力制御がなされない少なくとも１個の第２の電源と、前記第１の電源のＰＷＭ制御の開始と終了時間および前記第２の電源のスイッチングとの同期を制御するコントローラーとを備えたガスレーザー発振器の高周波電源装置において、前記第１の電源の高周波インバーター部の出力と前記第２の電源の高周波インバーター部の出力との出力合成をガスレーザー発振器内の放電部において行うことを要旨とするものである。
【００１１】
【作用】
本発明に係わるガスレーザー発振器の高周波電源装置は、ＰＷＭ制御を用いたＤＣ−ＤＣコンバーター部と、該ＤＣ−ＤＣコンバーター部で得られた直流を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御可能な第１の電源と、該第１の電源への直流入力を入力とし、該直流入力をＯＮ／ＯＦＦ制御可能なスイッチング素子と、該スイッチング素子からの直流出力を高周波交流に変換する高周波インバーター部とからなる出力制御がなされない少なくとも１個の第２の電源と、前記第１の電源のＰＷＭ制御の開始と終了時間および前記第２の電源のスイッチングとの同期を制御するコントローラーと、前記第１の電源の高周波インバーター部の出力と前記第２の電源の高周波インバーター部の出力とをトランス結合により合成する出力合成部とを設けたものであるから、第１の電源と組合せられる第２の電源の数をＮとすれば、第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する出力負担の比率は１／（Ｎ＋１）となる。また第１の電源において出力を制御することにより、高周波電源装置全体の出力を任意に制御することが可能であり、さらに第２の電源の数を必要により増加結合させることにより高周波電源装置全体の出力を精度を低下させることなく増大させることができる。
【００１２】
また、本発明に係わるガスレーザー発振器の高周波電源装置において、前記第１の電源と第２の電源との出力合成をガスレーザー発振器内の放電部で行うものにおいては、該第１の電源と第２の電源との出力を合成するためのトランス結合による出力合成部を削除することができる。
【００１５】
【実施例】
次に本発明のガスレーザー発振器の高周波電源装置について図面を用いて説明する。図１は本発明のレーザー発振器の高周波電源装置の実施例である。高周波電源装置ＰＳは本実施例では３個の電源（電力供給装置）、第１の電源１、第２の電源２および第３の電源３から構成されている。第１の電源１はＤＣ−ＤＣコンバーター部５と高周波インバーター部７Ａとから構成されている。
【００１６】
このＤＣ−ＤＣコンバーター部５には、商用３相交流（３φ）を直流に整流し、平滑用コンデンサーＣ１により約２８０Ｖ（ボルト）の平滑な直流を得るための整流回路９が設けられれている。こうして得られた約２８０Ｖ（ボルト）の直流は、スイッチング素子ＴＲ１をスイッチングするＰＷＭ制御回路１１とＬ１とＣ２とからなる平滑回路で適宜に変圧（０Ｖ〜２８０Ｖ）されたパルス状直流となり、このパルス状直流は４個のＥＦＴのブリッジ回路からなる周知の高周波インバーター部７Ａで約１００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波交流に変換され、その出力は電力合成部１３のトランスＴＦ１と、Ｌ２とＣ３とからなるマッチング回路とで約５，０００Ｖ程度に昇圧されてガスレーザー発振器の放電部１５の電極ＥＲに交流電圧が印加される。
【００１７】
なお前記第２の電源２および第３の電源３は同一の構成からなる電力供給回路であるので、電源２においてその構成を説明する。電源２は前記電源１の整流回路９と平滑用コンデンサーＣ1 で整流された直流をスイッチングするスイッチング素子ＴＲ2 と前記電源１と同一の高周波インバーター部７Ｂとで構成されている。
【００１８】
コントローラー１７は電源２と電源３のスイッチング素子ＴＲ2 およびＴＲ3 のＯＮ、ＯＦＦ時間を制御すると同時に、前記電源１のＰＷＭ制御の開始と終了時間を制御するものである。なお電源２と電源３のスイッチング素子ＴＲ2 およびＴＲ3 のＯＮ、ＯＦＦ時間のタイミングとＰＷＭ制御の開始と終了時間は完全に同期が取られている。
【００１９】
上記構成において、電源１においてはＰＷＭ制御回路１１において、ＰＷＭ制御が行われるので、直流電圧は適宜に変圧（０Ｖ〜２８０Ｖ）して出力することができる。すなわち、電源１においては、入力された電力の０％〜１００％の範囲において任意に制御することができるものである。
【００２０】
これに対して電源２および電源３において出力される電力は、前記電源１の整流回路９と平滑用コンデンサーＣ1 で整流された直流の電力を前記ＰＷＭ制御の開始と終了時間に同期させて出力をＯＮ、ＯＦＦ制御することができるものである。この電源２および電源３のスイッチング素子により得られた直流パルス出力は高周波インバーター部（７Ｂ，７Ｃ）において前記高周波インバーター部７Ａで得られるものと同一周波数の高周波交流に変換される。
【００２１】
さて上記のように構成された高周波電源装置ＰＳにおける電源１、電源２および電源３からの出力は、前記電力合成部１３のトランスＴＦ1 、ＴＦ2 、ＴＦ3 で合成され、Ｌ2 とＣ3 からなるマッチング回路で昇圧されてガスレーザー発振器の放電部１５の電極ＥＲに高圧の交流電圧が印加される。
【００２２】
ところで、上記電源１、電源２および電源３は任意に結合させて使用することができることは容易に理解されることである。例えば、電源１と電源２とを使用し電源３は使用しないとか全ての電源を使用するとかが任意に行えるものである。なお実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバーター部を備えていない電源（電源２または電源３）を２個にしてあるが、このＤＣ−ＤＣコンバーター部を備えていない電源の数は高周波電源装置ＰＳに要求される最大電力に合わせて増加させることができる。
【００２３】
また、上記のように構成された高周波電源装置ＰＳにおいて、出力制御可能な第１の電源において出力を制御することにより、高周波電源装置全体の出力を任意に制御すること可能であり、また出力制御可能な第１の電源と組合わせられる第２の電源の数をＮとすれば、出力制御が可能な第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する出力負担の比率を、１／（Ｎ＋１）とすることができる。その結果、第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する精度または安定度への影響も１／（Ｎ＋１）に低下する。
【００２４】
従って、第２の電源の数を必要により増加結合させることにより、高周波電源装置全体の出力を出力精度をほとんど低下させることなく増大させることができる。また上記の如く、第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する出力負担の比率を、１／（Ｎ＋１）とすることができるので、これに比例してＰＷＭ制御における周波数を小さくすることが可能となり、ＰＷＭ制御におけるスイッチング損失を減少させることができる。
【００２５】
上記の電源の組み合わせによる、電力出力あるいは放電電力との関係を図２に示してある。なお図２では説明を判りやすくするために、ＤＣ−ＤＣコンバーター部を備えていない電源の数を３個にして説明してある。
【００２６】
図２の例で、電源１がフルパワーで電源２から電源３までが全て結合された時の放電出力を１００％とした場合、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた電源１の負担は全出力の２５％でよいことになる。もし全体の出力を７０％にする必要がある場合には、電源１のＰＷＭ制御においてパルス幅のデューティ比を８０％とし、これに電源２と電源３との電力を前記電力合成部１３で合成して使用すればよいのである。以上の説明で理解されるように、上記構成の高周波電源装置ＰＳを使用すれば、高周波電源装置ＰＳの出力を０％から１００％までの間で任意に制御できるものである。
【００２７】
上述の電力合成はガスレーザー発振器の共振器内においても行うことが可能である。図４は、ガスレーザー発振器の共振器内における電力合成手段の実施例である。なお図４はガスレーザー発振器の共振器におけるレーザーガス媒体の励起の主要部の構成を簡略に示したものである。さて図４において、ガスレーザー発振器２０の出力ミラー２１とリアミラー２３との間にはレーザー発振用のガス媒体が満たされており、このレーザー発振用のガス媒体を放電励起するための電極がレーザーガス媒体を挟持するように設けられている。
【００２８】
上記電極は前記電源１、電源２および電源３にそれぞれ別個に接続されており、陽極２５Ａは電源１に、陽極２５Ｂは電源２に、陽極２５Ｃは電源３にそれぞれ接続され、陰極２７はレーザーガス媒体を挟むようにして上記３個の陽極（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ）に対向して設けられている。なおこの電源１、電源２および電源３の構成は、陽極（２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ）と陰極２７以外の部分は前述の図１の構成と同一である。
【００２９】
上記の構成において、電源１、電源２および電源３から前記陽極と陰極とに約５，０００Ｖの高電圧を印加することにより、陽極と陰極との間に放電を生じさせてレーザー発振用のガス媒体を励起してレーザー光を誘導放出させ、出力ミラー２１とリアミラー２３とで構成される光共振器により誘導放出されたレーザー光が増幅され、その１部のレーザー光ＬＢが出力ミラー２１から取り出されて種々様々な用途に利用される。
【００３０】
上記の如く前記第１の電源と第２の電源との出力合成をガスレーザー発振器内の放電部において行う場合には、該第１の電源と第２の電源との出力を合成するためのトランス結合による出力合成部を削除することができる。
【００３１】
なお上記の様に３個の電源にそれぞれ電極を設けてレーザー発振用のガス媒体を放電励起しても、前記の高周波電源装置ＰＳのなかで電力を合成してからレーザー発振器内に適宜に設けた複数の電極に電力を供給してレーザー発振用のガス媒体を放電励起しても得られる光出力はほぼ同一となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の如き実施例の説明から理解されるように、請求項１に記載された発明によれば、第１の電源と組合わせられる第２の電源の数をＮとすれば、第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する出力を１／（Ｎ＋１）に設定することができる。また第１の電源において出力を制御することにより、高周波電源装置全体の出力を任意に制御することが可能であり、さらに第２の電源の数を必要により増加結合させることにより高周波電源装置全体の出力を精度を下げることなく増大させることができる。
また、高周波電源装置全体に対する第１の電源の出力の負担の割合が１／（Ｎ＋１）となるので、第１の電源の高周波電源装置全体の出力に対する精度または安定度への影響も１／（Ｎ＋１）に低下する。よって、これに比例して平滑回路のＬ＊Ｃの値とＰＷＭの周波数とを小さく設定することが可能となり、高出力で応答性の良い高周波電源装置を構成することができる。
【００３３】
また、請求項２に記載された発明によれば、第１の電源と第２の電源との出力を合成するためのトランス結合による出力合成部を削除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるガスレーザー発振器の高周波電源装置の実施例。
【図２】本発明に係わるガスレーザー発振器の高周波電源装置の実施例における出力指令と放電電力との関係の説明図。
【図３】従来のガスレーザー発振器の高周波電源装置。
【図４】本発明に係わるガスレーザー発振器の高周波電源装置の第２実施例。
【符号の説明】
１  第１の電源
２  第２の電源
３  第３の電源
５  ＤＣ−ＤＣコンバーター部
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  高周波インバーター部
１１  ＰＷＭ制御回路
１３  電力合成部
１５  放電部
１７  コントローラー
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ  陽極
２７  陰極
ＰＳ  高周波電源装置
ＴＦ1 ，ＴＦ2 ，ＴＦ3   トランス
ＴＲ1 ，ＴＲ2 ，ＴＲ3   スイッチング素子
【図１】
0003706161.tif 000002
【図２】
0003706161.tif 000003
【図３】
0003706161.tif 000004
【図４】
0003706161.tif 000005