(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ共振器より射出された出力ビームを分光するためのビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分光された出力ビームのパワー値を検出するパワー値検出器と、前記パワー値検出器の出力を増幅する増幅器と、前記増幅器出力の直流成分をカットするコンデンサと、前記コンデンサ出力が所定のレベルを超える期間を検出する検出手段と、前記コンデンサ出力を入力し前記検出手段の検出期間中はこの検出期間の直前の前記コンデンサ出力を保持して出力し前記検出期間以外の期間は入力する前記コンデンサ出力を出力するコンデンサ出力保持手段と、前記コンデンサ出力保持手段の出力の反転信号と前記コンデンサ出力とを加算する加算器と、前記加算器出力を監視する波形監視器とを備えたレーザ発振装置。
【請求項２】
レーザ共振器より射出された出力ビームを分光するためのビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分光された出力ビームのパワー値を検出するパワー値検出器と、前記パワー値検出器の出力を増幅する増幅器と、前記増幅器出力の直流成分をカットするコンデンサと、前記コンデンサに蓄積される電荷を前記出力ビームのオンの直前に強制的に放電させるスイッチと、前記コンデンサ出力を監視する波形監視器とを備えたレーザ発振装置。
【請求項３】
波形監視器で出力ビームのパワー値を計測し、この計測したパワー値が一定値以下に低下したときに警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
レーザ媒体であるガスを放電により励起してレーザ光を発生させることを特徴とする請求項１，２または３記載のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を常時監視することにより高品質のレーザ光を出力できるレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザ光を常時モニターするレーザ発振装置について図６を参照しながら説明する。図６は従来のレーザ発振装置の概略構成図である。図６において、２１はレーザ共振器、２３はビームスプリッタ、２４はパワー値検出器、２５は増幅器、２６は波形モニター器、２７は制御部である。
【０００３】
図６に示すように、レーザ共振器２１からの出力ビーム２２はビームスプリッタ２３に当たり、出力ビーム２２の大部分はビームスプリッタ２３を透過して、加工用レーザ光２２ａとして出力される。そして、一部分はビームスプリッタ２３の表面で反射され、レーザ光２２ｂとしてパワー値検出器２４に入力される。一般にパワー値検出器２４は、焦電素子、フォトンドラッグなどが使用され、フォトンドラッグの場合その出力電圧は数十μＶから数百μＶ（マイクロボルト）である。このパワー値検出器２４の出力は非常に微弱な信号のため、増幅器２５で１万倍から１０万倍に増幅された後、波形モニター器２６でレーザ光がモニターされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のレーザ発振装置では、増幅器２５のゲインは上記のように非常に高いため、温度変化や電源電圧変動などの環境変化で、増幅器２５の出力信号の０Ｖ（オフセット電圧）が変化することがあり、波形モニター器２６でのパルスパワーの再現に大きく誤差を発生することがあった。また、増幅器２５の温度変化や電源電圧変動などの耐環境性を向上し、出力信号のオフセット電圧を大幅に改善した増幅器にすると、複雑な回路構成となり、装置が大型でかつ高価になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するもので、複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器の出力波形を正確に再現することができるレーザ発振装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のレーザ発振装置は、レーザ共振器より射出された出力ビームを分光するためのビームスプリッタと、ビームスプリッタにより分光された出力ビームのパワー値を検出するパワー値検出器と、パワー値検出器の出力を増幅する増幅器と、増幅器出力の直流成分をカットするコンデンサと、コンデンサ出力が所定のレベルを超える期間を検出する検出手段と、コンデンサ出力を入力し検出手段の検出期間中はこの検出期間の直前のコンデンサ出力を保持して出力し検出期間以外の期間は入力するコンデンサ出力を出力するコンデンサ出力保持手段と、コンデンサ出力保持手段の出力の反転信号とコンデンサ出力とを加算する加算器と、加算器出力を監視する波形監視器とを備えている。
【０００７】
この構成によれば、増幅器より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサでカットし、また、コンデンサの電荷の充放電によりコンデンサの基準電圧がシフトする現象が発生するが、この基準電圧のシフト分を、検出手段，コンデンサ出力保持手段および加算器を用いて補償することにより、増幅器として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器の出力波形を正確に再現することができる。
【０００８】
請求項２記載のレーザ発振装置は、レーザ共振器より射出された出力ビームを分光するためのビームスプリッタと、ビームスプリッタにより分光された出力ビームのパワー値を検出するパワー値検出器と、パワー値検出器の出力を増幅する増幅器と、増幅器出力の直流成分をカットするコンデンサと、コンデンサに蓄積される電荷を出力ビームのオンの直前に強制的に放電させるスイッチと、コンデンサ出力を監視する波形監視器とを備えている。
【０００９】
この構成によれば、増幅器より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサでカットし、また、コンデンサに蓄積される電荷を出力ビームのオンの直前に強制的に放電させるスイッチを設けたことにより、コンデンサの電荷の充放電によりコンデンサの基準電圧がシフトする現象を防止することができるため、増幅器として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器の出力波形を正確に再現することができる。
【００１０】
請求項３記載のレーザ発振装置は、請求項１または２記載のレーザ発振装置において、波形監視器で出力ビームのパワー値を計測し、この計測したパワー値が一定値以下に低下したときに警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせたことを特徴とする。
これにより、出力ビームのパワー値が一定値以下に低下したときに生じる、加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００１１】
請求項４記載のレーザ発振装置は、請求項１，２または３記載のレーザ発振装置において、レーザ媒体であるガスを放電により励起してレーザ光を発生させることを特徴とする。
このように、ガスレーザ発振装置に適用することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の第１および第２の実施の形態では、レーザ発振装置としてレーザ媒体ガス（例えばＣＯ２  ガス）を用いたガスレーザ発振装置を例に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態のレーザ発振装置の概略構成図である。図１において、１はレーザ共振器、３はビームスプリッタ、４はパワー値検出器、５は増幅器、６はコンデンサ、７は比較器、８は比較器７の基準値ＶＲ  を発生する基準値発生回路、９は記憶器、１０は加算器、１１は波形監視器、１３は制御部である。
【００１３】
本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ共振器１と、レーザ共振器１より射出された出力ビーム２を分光するためのビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３により分光された出力ビーム２ｂのパワー値を検出するパワー値検出器４と、パワー値検出器４の出力を増幅する増幅器５と、増幅器５の出力の直流成分をカットするコンデンサ６と、基準値ＶＲ  を発生する基準値発生回路８と、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  と基準値ＶＲ  とを比較する比較器７と、比較器７の比較結果とコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  とを入力し、比較器７の比較結果がＶＣ  ＞ＶＲ  となる期間にはその期間の直前のコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  を保持して出力し、比較器７の比較結果がＶＣ  ≦ＶＲ  となる期間には入力するコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  をそのまま出力する記憶器９と、記憶器９の出力電圧ＶＭ  の反転信号とコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  とを加算する加算器１０と、加算器１０の出力を監視する波形監視器１１と、レーザ共振器１からの出力ビーム２のオン・オフ制御およびレーザ共振器１の運転の開始・停止等の制御を行う制御部１３とを備えている。なお、比較器７および基準値発生回路８が、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  が所定のレベル（基準値ＶＲ  ）を超える期間を検出する検出手段であり、記憶器９がコンデンサ出力保持手段である。
【００１４】
図２に記憶器９の構成を示しておく。この記憶器９は、比較器７の出力（比較結果）によりオン・オフ制御されるスイッチ９１と、電圧を保持するコンデンサ９２とで構成している。比較器７の比較結果がＶＣ  ＞ＶＲ  のときにはスイッチ９１をオフとし、比較器７の比較結果がＶＣ  ≦ＶＲ  のときにはスイッチ９１をオンする。
【００１５】
このように構成されるレーザ発振装置について、その動作をさらに図３に示すタイミング図を参照しながら説明する。
図１に示すように、レーザ共振器１からの出力ビーム２はビームスプリッタ３に当たり、出力ビーム２の大部分はビームスプリッタ３を透過して、加工用レーザ光２ａとして出力される。そして、一部分はビームスプリッタ３の表面で反射され、レーザ光２ｂとしてパワー値検出器４に入力される。このパワー値検出器４の出力は非常に微弱な信号のため、増幅器５で１万倍から１０万倍に増幅され、コンデンサ６に出力される。そして、増幅器５より発生する直流成分のオフセット電圧はコンデンサ６でカットされ、パルス波形の交流成分のみ通過する。
【００１６】
しかし、出力ビーム２のオン・オフの比率（デューティ）の変化によりコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  は、図３の（Ａ）のように、コンデンサ６の電荷の充放電により、本来０Ｖであるべき基準電圧Ｖ０  がシフトする現象が発生する。そこで、基準電圧Ｖ０  のシフトを改善するため、比較器７によってコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  と基準値発生回路８の基準値ＶＲ  とを比較する。ここで、基準値発生回路８の基準値ＶＲ  は、０＜ＶＲ  ＜（ＶＰ  ／１０）の範囲で設定しておく。ＶＰ  はコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  のピーク値と基準電圧Ｖ０  間の電圧である。
【００１７】
比較器７の出力は図３の（Ｂ）に示すように、ＶＣ  ＞ＶＲ  のときにＬレベル（ローレベル）となり、ＶＣ  ≦ＶＲ  のときにＨレベル（ハイレベル）となる。この比較器７の出力がＨレベルからＬレベルに切り替わるときに、この切り替わる直前のコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  を記憶器９が記憶し、それを比較器７の出力がＬレベルの期間保持し出力する。比較器７の出力がＨレベルのときには記憶器９はコンデンサ６の出力電圧ＶＣ  を記憶しないでそのまま出力する。したがって、記憶器９の出力電圧ＶＭ  は、図３の（Ｃ）のようになる。
【００１８】
そして、加算器１０では、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  と記憶器９の出力電圧ＶＭ  の極性を反転した信号とを加算する。その加算出力は図３の（Ｄ）のように、パワー値検出器４の非常に微弱な出力信号波形を正確に再現することができ、これを波形監視器１１でモニターすることができる。
以上のように本実施の形態によれば、パワー値検出器４の出力を増幅する増幅器５より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサ６でカットし、また、コンデンサ６の電荷の充放電によりコンデンサ６の基準電圧Ｖ０  がシフトする現象が発生するが、この基準電圧Ｖ０  のシフト分を、比較器７，基準値発生回路８，記憶器９および加算器１０を用いて補償することにより、増幅器５として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器４の出力波形を正確に再現することができる。
【００１９】
また、レーザ光のパルスパワー値が一定値以下に低下すると加工結果に悪い影響がでたり、加工製品に不良品が混入することがあるため、パルスパワー値の監視およびモニターは非常に重要である。そこで、波形監視器１１で出力ビームのパワー値を計測し、この計測したパワー値が一定値以下に低下したときに警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせることにより、出力ビームのパワー値が一定値以下に低下したときに生じる、加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００２０】
〔第２の実施の形態〕
図４は本発明の第２の実施の形態のレーザ発振装置の概略構成図である。図４において、１２は制御部１３によって開閉制御されるスイッチであり、その他の図１と対応する部分には同一符号を付している。
本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ共振器１と、レーザ共振器１より射出された出力ビーム２を分光するためのビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３により分光された出力ビーム２ｂのパワー値を検出するパワー値検出器４と、パワー値検出器４の出力を増幅する増幅器５と、増幅器５の出力の直流成分をカットするコンデンサ６と、コンデンサ６に蓄積される電荷を出力ビーム２のオン・オフに同期して強制的に放電させるスイッチ１２と、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  を監視する波形監視器１１と、レーザ共振器１からの出力ビーム２のオン・オフ制御およびレーザ共振器１の運転の開始・停止等の制御を行う制御部１３とを備えている。
【００２１】
このように構成されるレーザ発振装置について、その動作をさらに図５に示すタイミング図を参照しながら説明する。
第１の実施の形態同様、レーザ共振器１からの出力ビーム２はビームスプリッタ３に当たり、その一部分がレーザ光２ｂとしてパワー値検出器４に入力され、パワー値検出器４の出力が増幅器５で増幅されてコンデンサ６に出力され、増幅器５より発生する直流成分のオフセット電圧はコンデンサ６でカットされ、パルス波形の交流成分のみ通過する。ここで、もし、スイッチ１２が無い場合あるいはスイッチ１２が開状態（オフ）のままであれば、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  は、図５の（Ａ）のように、コンデンサ６の電荷の充放電により、本来０Ｖであるべき基準電圧Ｖ０  がシフトする現象が発生する。ここでは、制御部１３より出力ビーム２のオン・オフに同期してスイッチ１２を開閉する制御信号Ｓ（図５の（Ｂ））を出力する。なお、出力ビーム２のオンはビーム射出状態、出力ビーム２のオフはビーム停止状態であり、制御信号Ｓは出力ビーム２のオンの直前に出力される制御信号である。
【００２２】
制御信号Ｓによりスイッチ１２を閉じてコンデンサ６に蓄積している電荷を強制的に放電することにより、コンデンサ６の出力電圧ＶＣ  は、図５の（Ｃ）に示されるように、図３の（Ｄ）と同じ結果となり、パワー値検出器４の非常に微弱な出力信号波形を正確に再現することができ、これを波形監視器１１でモニターすることができる。
【００２３】
以上のように本実施の形態によれば、パワー値検出器４の出力を増幅する増幅器５より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサ６でカットし、また、コンデンサ６に蓄積される電荷を出力ビーム２のオン・オフに同期して強制的に放電させるスイッチ１２を設けたことにより、コンデンサ６の電荷の充放電によりコンデンサ６の基準電圧Ｖ０  がシフトする現象を防止することができるため、増幅器５として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器４の出力波形を正確に再現することができる。
【００２４】
さらに、第１の実施の形態同様、波形監視器１１で出力ビームのパワー値を計測し、この計測したパワー値が一定値以下に低下したときに警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせることにより、出力ビームのパワー値が一定値以下に低下したときに生じる、加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００２５】
以上のように第１および第２の実施の形態では、簡単な構成の増幅器５を用いた装置で、安定した出力ビームをモニターまたは監視することにより、高品質なレーザ出力を得ることができる。
なお、上記の実施の形態では、レーザ媒体ガス（例えばＣＯ２  ガス）を用いたガスレーザ発振装置として説明したが、ＹＡＧレーザ発振装置であっても同様の効果を有するものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、パワー値検出器の出力を増幅する増幅器より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサでカットし、また、コンデンサの電荷の充放電によりコンデンサの基準電圧がシフトする現象が発生するが、この基準電圧のシフト分を、検出手段，コンデンサ出力保持手段および加算器を用いて補償することにより、増幅器として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器の出力波形を正確に再現することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、パワー値検出器の出力を増幅する増幅器より発生する直流成分のオフセット電圧をコンデンサでカットし、また、コンデンサに蓄積される電荷を出力ビームのオンの直前に強制的に放電させるスイッチを設けたことにより、コンデンサの電荷の充放電によりコンデンサの基準電圧がシフトする現象を防止することができるため、増幅器として複雑な回路構成で大型かつ高価な増幅器を用いることなく、非常に微弱なパワー値検出器の出力波形を正確に再現することができる。
【００２８】
さらに、波形監視器で出力ビームのパワー値を計測し、この計測したパワー値が一定値以下に低下したときに警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせたことにより、出力ビームのパワー値が一定値以下に低下したときに生じる、加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のレーザ発振装置の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における記憶器の構成を示す回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における動作を説明するためのタイミング図。
【図４】本発明の第２の実施の形態のレーザ発振装置の概略構成図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における動作を説明するためのタイミング図。
【図６】従来のレーザ発振装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  レーザ共振器
２    出力ビーム
３    ビームスプリッタ
４  パワー値検出器
５    増幅器
６    コンデンサ
７  比較器
８  基準値発生回路
９  記憶器
１０  加算器
１１  波形監視器
１２  スイッチ
１３  制御部
【図１】
0003594784.tif 000002
【図２】
0003594784.tif 000003
【図３】
0003594784.tif 000004
【図４】
0003594784.tif 000005
【図５】
0003594784.tif 000006
【図６】
0003594784.tif 000007