(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス制御により透過率が変化制御されるレーザ変調器によりレーザ光源から出射されるレーザ光の出射パワーをフィードバック制御するレーザ出射パワー制御方法において、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光にノイズが発生したときに、前記レーザ変調器に入力されるレーザ光の出力レベルを変化制御して前記ノイズの発生を抑制することを特徴とするレーザ出射パワー制御方法。
【請求項２】
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の透過率を変化制御可能なレーザ変調器と、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光の出力レベルを検出して前記レーザ変調器の透過率を変化制御するためのバイアス電圧を出力する制御回路とを備え、前記制御回路は前記レーザ変調器の出力が予め設定した出力となるように前記バイアス電圧を制御するように構成したレーザ装置において、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光中のノイズを検出し、ノイズを検出したときにパワー微調信号を出力するノイズ検出回路と、前記パワー微調信号が入力されたときに前記レーザ光源から出力されて前記レーザ変調器に入射されるレーザ光の出力レベルを変化するレーザ光レベル変化手段とを備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
前記レーザ変調器は、前記バイアス電圧がある電圧に達したときに透過されるレーザ光中にノイズを発生させる特性を有する変調器であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記レーザ光レベル変化手段は、前記パワー微調信号が入力されたときに前記レーザ光源に供給する駆動用の電流を変化させるレーザ電源により構成したことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記レーザ光レベル変化手段は、前記レーザ光源の出射口と前記レーザ変調器の入射端との間に介挿された光学フィルタで構成され、前記光学フィルタは前記パワー微調信号が入力されたときに透過されるレーザ光の透過率を変化するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ装置に関し、特にレーザ光の出射パワーを制御するための方法とレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光源から出射されるレーザ光の出射パワーを制御する技術としてレーザ変調器を利用する技術がある。図４はその一例の構成図でり、レーザ光源１はレーザ電源２を電源として駆動され、レーザ出射口３からレーザ光１１を出射する。当該レーザ光１１の光路上にはレーザ変調器としてＥＯＭ（  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ）  ４が配置され、前記レーザ光源１から出射されるレーザ光１１の出射パワーをこのＥＯＭ４によって制御する。すなわち、ＥＯＭ４は筒状構造を有し、中空部にはポッケルスセル５、出口部分にはビームスプリッタ６およびフォトディテクタ７が設けられる。ポッケルスセル５は加えられるバイアス電圧Ｖｂによってレーザ光１１の透過率を変化させ、この透過率により透過して出力されるレーザ光の実質的な出射パワーを制御する。このポッケルスセル５を透過したレーザ光１１はビームスプリッタ６において一定比率で出射側レーザ光１１ａと分岐側レーザ光１１ｂに分岐され、出射側レーザ光１１ａがレーザ出力光となる。また、分岐側レーザ光１１ｂはフォトディテクタ７へ導かれ、ここでレーザ光の出射パワーが検出されレーザ出力（電圧値）ＶｏｕｔとしてＡＬＣ（Ａｕｔｏ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）８に入力される。ＡＬＣ８は、入力されたレーザ出力Ｖｏｕｔの電圧と、予め設定した設定パワーに相当する設定電圧Ｖｓとを比較し、両者の差分に対応する電圧を前記ポッケルスセル５のバイアス電圧Ｖｂとして入力する。
【０００３】
このレーザ装置では、レーザ光源１からのレーザ光１１の出射パワーが設定パワーよりも大きいときには、ＡＬＣ８に入力されるレーザ出力Ｖｏｕｔは設定電圧Ｖｓよりも大きくなるため、ＥＯＭ４のポッケルスセル５の透過率が小さくなるようにバイアス電圧Ｖｂを制御する。これにより、ポッケルスセル５を透過するレーザ光が抑制され、レーザ光１１の実質的な出射パワーが低減される。逆に、レーザ光源１からのレーザ光１１の出射パワーが設定パワーよりも小さいときには、ＡＬＣ８に入力されるレーザ出力Ｖｏｕｔは設定電圧Ｖｓよりも小さくなるため、ＥＯＭ４のポッケルスセル５の透過率が大きくなるようにバイアス電圧Ｖｂを制御する。これにより、ポッケルスセル５を透過するレーザ光が増大され、レーザ光の実質的な出射パワーが増大される。このようなフィードバック制御を行うことにより、出射パワーを設定パワーに制御することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のＥＯＭでは、ポッケルスセルに供給するバイアス電圧の値によっては、レーザ変調素子が共振したり、異常放電したりしてノイズが発生することがある。例えば、図５（ａ）は、ＥＯＭ４から出射されるレーザ光の経時的な電圧レベルを示す図であり、ノイズが重畳していない場合である。一方、図５（ｂ）はＥＯＭ４にある値のバイアス電圧を印加したときにレーザ光の電圧レベルに周期的なノイズが重畳された場合を示している。このようなノイズが発生すると、レーザ光の出射パワーがノイズによって不均一になり、レーザ装置を光ディスク用のレーザビームレコーダ（ＬＢＲ）に使用した場合に、記録される露光パターンが不揃いとなって、再生時に読みとりエラーとなる問題が生じる。あるいは、レーザ装置をレーザ加工機に使用した場合には、レーザ光によって加工されるワークの加工パターンが不揃いとなり、加工精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
このようなノイズを防止するためには、ＥＯＭにおいてノイズが発生する際のバイアス電圧を測定しておき、ＥＯＭに対して当該バイアス電圧を印加しないようにすることが考えられる。しかしながら、前述のようなＡＬＣを用いてＥＯＭでの透過率を制御する方式のレーザ装置では、レーザ光源における特性のバラツキ、あるいは特性の劣化、さらにはＥＯＭ自身の経時的な特性劣化により、目的とするレーザ光の出射パワーを得るためのバイアス電圧が変化することがあり、ＡＬＣの動作中にノイズが発生するバイアス電圧がＥＯＭに対して供給されてしまい、ノイズが発生してしまうという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、ＡＬＣによりレーザ光の出射パワーのフィードバック制御を行うレーザ装置において、ノイズの発生を未然に防止することを可能にしたレーザ出射パワー制御方法及びレーザ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ出射パワー制御方法は、バイアス制御により透過率が変化制御されるレーザ変調器によりレーザ光源から出射されるレーザ光の出射パワーをフィードバック制御するレーザ出射パワー制御方法において、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光にノイズが発生したときに、前記レーザ変調器に入力されるレーザ光の出力レベルを変化制御して前記ノイズの発生を抑制することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のレーザ装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の透過率を変化制御可能なレーザ変調器と、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光の出力レベルを検出して前記レーザ変調器の透過率を変化制御するためのバイアス電圧を出力する制御回路とを備え、前記制御回路は前記レーザ変調器の出力が予め設定した出力となるように前記バイアス電圧を制御するように構成したレーザ装置において、前記レーザ変調器から出力されるレーザ光中のノイズを検出し、ノイズを検出したときにパワー微調信号を出力するノイズ検出回路と、前記パワー微調信号が入力されたときに前記レーザ光源から出力されて前記レーザ変調器に入射されるレーザ光の出力レベルを変化するレーザ光レベル変化手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記レーザ光レベル変化手段は、前記パワー微調信号が入力されたときに前記レーザ光源に供給する駆動用の電流を変化させるレーザ電源により構成する。あるいは、前記レーザ光レベル変化手段は、前記レーザ光源の出射口と前記レーザ変調器の入射端との間に介挿された光学フィルタで構成され、前記光学フィルタは前記パワー微調信号が入力されたときに透過されるレーザ光の透過率を変化するように構成する。
【００１０】
本発明では、レーザ変調器で検出したレーザ出力中にノイズが発生した場合にパワー微調信号を出力し、レーザ光源又は光学フィルタを制御してレーザ変調器に入力されるレーザ光のレベルを変化することで、レーザ変調器に供給するバイアス電圧が自動的に変化され、レーザ変調器において特定のバイアス電圧によって発生するノイズが抑制され、設定レーザパワーを維持したままレーザ出力におけるノイズ発生を回避する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態のブロック回路図であり、レーザ光源１はレーザ電源２を電源として駆動され、レーザ出射口３からレーザ光１１を出射する。前記レーザ電源２は後述するようにパワー微調信号Ｓｐに基づいて出力電流が変化制御することが可能に構成されている。前記レーザ光１１の光路上にはレーザ変調器としてＥＯＭ４が配置され、前記レーザ光源１から出射されるレーザ光１１の出射パワーをこのＥＯＭ４によって制御する。前記ＥＯＭ４は筒状構造を有し、中空部にはポッケルスセル５、出口部分にはビームスプリッタ６およびフォトディテクタ７が設けられる。ポッケルスセル５は加えられるバイアス電圧Ｖｂによってレーザ光１１の透過率を変化させ、この透過率により透過して出力されるレーザ光１１の実質的な出射パワーを制御する。このポッケルスセル５を透過したレーザ光１１はビームスプリッタ６において一定比率で出射側レーザ光１１ａと分岐側レーザ光１１ｂに分岐され、出射側レーザ光１１ａがレーザ出力光となる。また、分岐側レーザ光１１ｂはフォトディテクタ７へ導かれ、ここでレーザ光の出射パワーが検出されレーザ出力（電圧値）ＶｏｕｔとしてＡＬＣ８に入力される。
【００１２】
ＡＬＣ８は、入力されたレーザ出力Ｖｏｕｔと、予め設定した設定パワーに相当する設定電圧Ｖｓとを比較し、両者の差分に対して予め設定された相関のある電圧をバイアス電圧Ｖｂとして前記ポッケルスセル５に入力する。さらに、前記フォトディテクタ７から出力されるレーザ出力はノイズ検出回路９に入力され、レーザ出力Ｖｏｕｔのレベル変動から図５（ｂ）に示したようなノイズの有無が検出される。このノイズ検出には、例えばレーザ出力Ｖｏｕｔのピーク値、あるいは当該レーザ出力Ｖｏｕｔを微分した微分出力のピーク値を予め設定した基準値と比較することにより検出することが可能である。また、ノイズ検出回路９はノイズを検出したときにパワー微調信号Ｓｐを前記レーザ電源２に対して出力するように構成されている。
【００１３】
以上の構成のレーザ装置では、図２にフローチャートを示すように、フォトディテクタ７においてレーザ光源１からのレーザ光１１（分岐側レーザ光１１ｂ）のレーザ出力Ｖｏｕｔを検出し（Ｓ１０１）、さらにノイズ検出回路９において当該レーザ出力にノイズが含まれているか否かを検出する（Ｓ１０３）。ノイズが含まれていない場合には、レーザ出力Ｖｏｕｔと設定パワーの設定電圧Ｖｓを比較し（Ｓ１０５）、レーザ出力Ｖｏｕｔが設定電圧Ｖｓと異なる場合にバイアス電圧Ｖｂの制御を実行する（Ｓ１０７，Ｓ１０９）。すなわち、レーザ出力Ｖｏｕｔが設定電圧Ｖｂよりも大きいときには、ＥＯＭ４のポッケルスセル５の透過率が小さくなるようにバイアス電圧Ｖｂを制御する。これにより、ポッケルスセル５を透過するレーザ光１１が低減され、レーザ光１１の実質的な出射パワーが低減される。逆に、レーザ出力Ｖｏｕｔが設定電圧Ｖｓよりも小さいときには、ＡＬＣ８はＥＯＭ４のポッケルスセル５の透過率が大きくなるようにバイアス電圧Ｖｂを制御する。これにより、ポッケルスセル５を透過するレーザ光１１が増大され、レーザ光の実質的な出射パワーが増大される。したがって、このようなフィードバック制御を行うことにより、出射パワーを設定パワーに制御することが可能になる。
【００１４】
このようにしてレーザ光の出射パワーを制御している際に、レーザ光源１における特性の劣化、さらにはＥＯＭ４自身の経時的な特性劣化により、目的とするレーザ光の出射パワーを得るために必要とされるバイアス電圧が変化し、これに追従してＡＬＣ８から出力されてＥＯＭ４に供給されるバイアス電圧Ｖｂが変化され、ＥＯＭ４においてレーザ出力中にノイズが発生する状況が生じることがある。このようにノイズが発生すると、ステップＳ１０３においてノイズ検出回路９は当該ノイズを検出し、パワー微調信号Ｓｐを発生してレーザ電源２に出力する（Ｓ１１１）。レーザ電源２はパワー微調信号Ｓｐを受けると、レーザ光源１への電流値を数パーセント微増または微減して、レーザ光源１から出射されるレーザ光１１の出射パワーを変化させる（Ｓ１１３）。そして、レーザ光源１からのレーザ光１１の出射パワーが変化することで、前述のフィードバック制御においてＡＬＣ８は、変化されたレーザ光のレーザ出力に対して出射パワーが設定パワーとなるようにバイアス電圧Ｖｂを変化させてＥＯＭ４の透過率を変化させ、ＥＯＭ４から出力されるレーザ光１１の出射パワーを設定パワーに制御する。したがって、以降はＥＯＭ４のバイアス電圧は異なる電圧に制御された状態となり、ＥＯＭ４で生じていた共振や異常放電などによるノイズの発生ポイントがずれ、ノイズを回避することが可能となる。
【００１５】
このように第１の実施形態では、簡単な構成によりレーザ光の出射パワーを設定パワーに制御する一方で、出射されるレーザ光中のノイズの発生を防止することが可能になる。すなわち、第１の実施形態では、レーザ装置を構成するレーザ光源１、ＥＯＭ４の構成は従来と同様であり、レーザ電源２としてパワー微調信号Ｓｐにより出力電流が変化される電源を用い、また新たな構成要素としてノイズを検出したときにパワー微調信号Ｓｐを出力するノイズ検出回路９を追加するだけで本発明によるレーザ装置が構成でき、しかもノイズの発生を自動的に抑制、ないし防止したレーザ装置の出力パワーの制御が実現できる。
【００１６】
図３は本発明の第２の実施形態のブロック構成図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付してある。この第２の実施形態では、レーザ光源１とＥＯＭ４の間に可変ＮＤフィルタ１０が設置されている。この実施形態では、前記可変ＮＤフィルタ１０は円周方向に透過率が相違されたフィルタ部１０ａをモータ１０ｂによって回転角度位置を制御可能に構成したものであり、モータ１０ｂに入力される電気信号によってフィルタ部１０ａを回転し、異なる透過率領域をレーザ光源１のレーザ出射口３に対向配置することで、出射されるレーザ光１１の実質的な透過率を変化させる構成とされている。そして、前記モータ１０ｂには、第１の実施形態と同様に設けられたノイズ検出回路９からのパワー微調信号Ｓｐが入力されるように構成されている。
【００１７】
この第２の実施形態においては、レーザ光の出射パワーを制御する動作は第１の実施形態と全く同じである。したがって、図２のフローチャートのうち、ステップＳ１１３を「可変ＮＤフィルタ制御」と読み替えればよい。すなわち、ＥＯＭ４に供給するバイアス電圧Ｖｂの変化に伴ってＥＯＭ４からノイズが発生する状況となり、ノイズ検出回路９でレーザ光のノイズが検出されるとパワー微調信号ＳｐをＮＤフィルタ１０のモータ１０ｂに供給する。モータ１０ｂはパワー微調信号Ｓｐを受けるとフィルタ部１０ａを回転させてその回転位置を変化することで、レーザ光源１のレーザ出射口３から出射されるレーザ光１１の透過率を変化させ、透過するレーザ光１１の透過量を数パーセント微増または微減させる。このようにレーザ光の透過量の変化に伴ってＥＯＭ４へ入射されるレーザ光の光量が変化することにより、第１の実施形態と同様にＡＬＣ８は変化されたレーザ光のレーザ出力に対して出射パワーが設定パワーとなるようにバイアス電圧Ｖｂを変化させてＥＯＭ４の透過率を変化させ、さらにＥＯＭ４から出力されるレーザ光の出射パワーを設定パワーに制御する。したがって、以降はＥＯＭ４のバイアス電圧Ｖｂはそれまでと異なる電圧に制御された状態となり、ＥＯＭ４で生じていた共振や異常放電などによるノイズの発生ポイントがずれ、ノイズを回避することが可能となる。
【００１８】
この第２の実施形態では、レーザ装置のレーザ光源、ＥＯＭの構成は従来と同様であり、レーザ光源の出力側に可変ＮＤフィルタを配置するとともに、ノイズを検出したときにパワー微調信号を出力するノイズ検出回路を配置するだけで本発明によるレーザ装置が構成でき、しかもノイズの発生を自動的に抑制、ないし防止したレーザ装置の出力パワーの制御が実現できる。さらに、第２の実施形態では、ＥＯＭに入力するレーザ光の出力を変化させる際に、第１の実施形態のようにレーザ光源の制御電流を変更する必要がないため、レーザ光源の安定発振を損なうことがなく、安定した出射パワー制御が可能になる。
【００１９】
ここで、前記各実施形態ではレーザ変調器としてはＥＯＭを用いた例を示しているが、バイアス電圧の変動によってレーザ光の透過率を変化させるとともに、あるバイアス電圧によってノイズが発生することがあるレーザ変調器であれば同様に適用することができる。例えば、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｒａｔｏｒ）を用いてもよい。
【００２０】
また、ノイズ発生時にレーザ変調器に入力されるレーザ光の出力を変化させるための手段として第１の実施形態ではレーザ光源の出力電流を制御する構成としているが、レーザ光源に内蔵の回路の一部の定数をバワー微調信号によって変化して実質的なレーザ光の出力を変化させるようにしてもよい。また、第２の実施形態で用いるＮＤフィルタは、例示した回転構造のものに限られるものではなく、直線移動型のフィルタ、あるいは楔型フィルタ等、種々の構成のものを用いることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、バイアス制御により透過率を変化制御可能なレーザ変調器によりレーザ光源から出射されるレーザ光をフィードバック制御するようにしたレーザ装置において、レーザ出力中にノイズが発生した場合にパワー微調信号を出力し、当該パワー微調信号に基づいてレーザ光源又は光学フィルタを制御してレーザ変調器に入力されるレーザ光のレベルを変化することで、レーザ変調器に供給するバイアスが自動的に変化され、レーザ変調器において特定のバイアス電圧によって発生するノイズが抑制され、設定レーザパワーを維持したままレーザ出力におけるノイズ発生を回避することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ装置の第１の実施形態のブロック構成図である。
【図２】本発明のレーザ装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明のレーザ装置の第２の実施形態のブロック構成図である。
【図４】従来のレーザ装置の一例のブロック構成図である。
【図５】レーザ出力中に含まれるノイズを説明するための信号波形図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  レーザ電源
３  レーザ出射口
４  ＥＯＭ
５  ポッケルスセル
６  ビームスプリッタ
７  フォトディテクタ
８  ＡＬＣ
９  ノイズ検出回路
１０  可変ＮＤフィルタ
１１  レーザ光
【図１】
0003570396.tif 000002
【図２】
0003570396.tif 000003
【図３】
0003570396.tif 000004
【図４】
0003570396.tif 000005
【図５】
0003570396.tif 000006