(57)【要約】【課題】検出用プローブを用いることなく、そのため放電プラズマには全く影響を及ぼすことなく、放電ギャップ電圧を容易かつ的確に検出する。【解決手段】炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置（１）は、放電回路の電源電圧を検出する電圧検出部（２）と、放電回路の放電電流を検出する電流検出部（３）と、電流検出部（３）により検出した電流値が最大となる動作点でパルスを発生するパルス発生回路（４）と、電圧検出部（２）により検出した電圧値をパルス発生回路（４）のパルスに応じてサンプリングするサンプルホールド回路（５）とを備え、サンプルホールド回路（５）がサンプリングした電圧値を放電ギャップ電圧の最大値として検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスレーザ発振器のレーザガスを封入したチャンバ内の放電ギャップ電圧を検出する方法であって、
放電回路の電源電圧および放電電流を検出し、前記放電電流が最大となる動作点での前記電源電圧を求めることで、放電ギャップ電圧の最大値を検出することを特徴とする炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出方法。
【請求項２】
炭酸ガスレーザ発振器の放電回路の電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記放電回路の放電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出した電流値が最大となる動作点でパルスを発生するパルス発生回路と、
前記電圧検出部により検出した電圧値を前記パルス発生回路のパルスに応じてサンプリングするサンプルホールド回路とを備え、
前記サンプルホールド回路がサンプリングした前記電圧値を放電ギャップ電圧の最大値として検出することを特徴とする炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭酸ガスレーザ発振器のレーザガスを封入したチャンバ内の放電ギャップ電圧を検出する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧は、放電電力を求めるうえで有用な情報であり、また、レーザガスの汚染や予期しない異常など放電部の異常を知るうえでも有用な情報である。
【０００３】
例えば、エア、水、油などが混入してレーザガスが汚染されると、放電ギャップ電圧が異常に高くなって放電部や電源に損傷を及ぼす場合があり、また反対に、放電ギャップ電圧が異常に低くなって発振パワーが低下してしまう場合がある。
【０００４】
そのため、炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧を監視することでその異常を検出し、放電部や電源の損傷を未然に防止することが望まれている。
【０００５】
そこで、従来、このような要請に応えるために、炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップに検出用プローブを近接配置し、このプローブの電位を測定することによって、放電ギャップ電圧を直接検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図５に、従来の炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置の一例を示す。この放電ギャップ電圧検出装置１０１は、炭酸ガスレーザ発振器のレーザガスを封入したチャンバ１１０内に、互いに対向する放電電極１１１，１１２が設けられ、放電電極１１１，１１２は、金属製の電極表面に膜状または板状の誘電体層１１１ａ，１１２ａを備えたものである。
【０００７】
放電電極１１１，１１２間に形成される放電ギャップの近傍には、放電ギャップ電圧を直接検出するための検出用プローブ１３０が近接配置されている。
【０００８】
また、放電電極１１１，１１２には、チャンバ１１０の外方に配置された高周波交流電源１２０が接続されている。図中、１１０ａは絶縁部材である。
【０００９】
図６は、図５に示す炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置１０１の等価回路図であり、１１３は放電ギャップにおけるプラズマによる抵抗、１１４，１１５は誘電体層１１１ａ，１１２ａによるキャパシタ、１１６は検出用プローブ１３０とプラズマとの接触による抵抗、１１７，１１８は浮遊キャパシタである。
【特許文献１】特開２００４−２２１４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来のものは、次のような課題があった。
【００１１】
すなわち、検出用プローブが導体であるため、このプローブ自体が放電プラズマを引き寄せてしまい、これにより、プローブに近接した一部の放電プラズマを正規の放電領域外へ飛び出させてしまうなど、放電プラズマに影響を及ぼすことが避けられない。
【００１２】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、検出用プローブを用いることなく、そのため放電プラズマには全く影響を及ぼすことなく、放電ギャップ電圧を容易かつ的確に検出することのできる炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の請求項１に係る炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出方法は、炭酸ガスレーザ発振器のレーザガスを封入したチャンバ内の放電ギャップ電圧を検出する方法であって、放電回路の電源電圧および放電電流を検出し、前記放電電流が最大となる動作点での前記電源電圧を求めることで、放電ギャップ電圧の最大値を検出することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項２に係る炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置は、炭酸ガスレーザ発振器の放電回路の電源電圧を検出する電圧検出部と、前記放電回路の放電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出した電流値が最大となる動作点でパルスを発生するパルス発生回路と、前記電圧検出部により検出した電圧値を前記パルス発生回路のパルスに応じてサンプリングするサンプルホールド回路とを備え、前記サンプルホールド回路がサンプリングした前記電圧値を放電ギャップ電圧の最大値として検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は以上のように、放電回路の電源電圧および放電電流を検出し、前記放電電流が最大となる動作点での前記電源電圧を求めることで、放電ギャップ電圧の最大値を検出するように構成したので、検出用プローブや特別の演算回路などを用いることなく、放電ギャップ電圧を容易かつ的確に検出することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この発明による炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置の一実施形態を示す概略的構成図であり、この放電ギャップ電圧検出装置１は、炭酸ガスレーザ発振器のレーザガスを封入したチャンバ１０内の放電ギャップ電圧Ｖｇを検出するものである。
【００１８】
チャンバ１０内には、互いに対向する放電電極１１，１２が設けられ、放電電極１１，１２は、金属製の電極表面に膜状または板状の誘電体層１１ａ，１２ａを備えたものである。
【００１９】
放電電極１１，１２には、チャンバ１０の外方に配置された高周波交流電源２０が接続されている。そして、高周波交流電源２０と放電電極１１，１２とを結ぶ放電回路に、放電ギャップ電圧検出装置１が設けられている。
【００２０】
放電ギャップ電圧検出装置１は、放電回路の電源電圧Ｖｐｓを検出する電圧検出部２と、放電回路の放電電流Ｉｇ（電源電流Ｉｐｓ）を検出する電流検出部３と、電流検出部３により検出した電流値Ｉｇが最大となる動作点でパルスを発生するパルス発生回路４と、電圧検出部２により検出した電圧値Ｖｐｓをパルス発生回路４のパルスに応じてサンプリングするサンプルホールド回路５とを備えている。
【００２１】
そして、放電ギャップ電圧検出装置１は、サンプルホールド回路５がサンプリングした電圧値Ｖｐｓを放電ギャップ電圧Ｖｇの最大値として検出するものである。
【００２２】
図２は、図１に示す炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置１の等価回路図であり、Ｖｇは放電電極１１，１２間の放電ギャップ電圧、Ｖｃは誘電体層１１ａ，１２ａのキャパシタによる電圧である。
【００２３】
キャパシタによる電圧Ｖｃは、本来、放電ギャップ電圧Ｖｇを挟んでその両側にＶｃ１，Ｖｃ２として現れるものであるが、両者を統合してＶｃとして表してある。
【００２４】
また、図２の２０は高周波交流電源、Ｖｐｓは放電回路の電源電圧、Ｉｇは放電回路の放電電流である。
【００２５】
図３は、図２の等価回路の振る舞いを示すベクトル図、図４は波形図である。この放電ギャップ電圧検出装置１では、電圧波形、電流波形はほぼ正弦波であり、歪みは無視できる。またこのとき、最大値、実効値、平均値の１つが決まれば、他の値も決まる。
【００２６】
図２に示す等価回路において、直接測定可能なパラメータは、電源電圧Ｖｐｓと放電電流Ｉｇである。
【００２７】
また、図３に示すベクトル図から明らかなように、放電ギャップ電圧Ｖｇは次式で求められる。
【００２８】
Ｖｇ＝Ｖｐｓ×ｃｏｓθ＝Ｖｐｓ×ｓｉｎδ
図４に示す波形図において、Ｖｇの最大値に着目すると、Ｖｐｓ＝Ｖｇ＋Ｖｃであるから、Ｖｇが最大値となるＡのポイント（動作点）で、Ｖｃ＝０ボルト（ＶｃはＶｇと９０ｄｅｇの位相差があるから）となり、Ａのポイントでは、Ｖｇ＝Ｖｐｓとなる。
【００２９】
すなわち、放電ギャップ電圧Ｖｇが最大値となるＡのポイント（動作点）では、放電ギャップ電圧Ｖｇは電源電圧Ｖｐｓに等しくなる。
【００３０】
また、図３に示すベクトル図から明らかなように、放電ギャップ電圧Ｖｇは放電電流Ｉｇと同位相であるので、放電電流Ｉｇが最大となる動作点で放電ギャップ電圧Ｖｇも最大値となる。
【００３１】
つまり、放電電流Ｉｇが最大となる動作点の電源電圧Ｖｐｓを検出すれば、その電圧値Ｖｐｓが放電ギャップ電圧Ｖｇの最大値（振幅）となることがわかる。
【００３２】
そのため、図１に示す炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置１において、パルス発生回路（プローブパルス発生回路）４が、電流検出部３により検出した電流値Ｉｇ（＝Ｉｐｓ）が最大となる動作点でパルス（プローブパルス）を発生し、サンプルホールド回路５が、電圧検出部２により検出した電圧値Ｖｐｓをパルス発生回路（プローブパルス発生回路）４のパルス（プローブパルス）に応じてサンプリングすれば、放電ギャップ電圧Ｖｇの最大値が求まることになる。
【００３３】
図１に示す放電ギャップ電圧検出装置１において、電圧検出部２は、例えば、抵抗分割、コンデンサ分割、減圧トランスなどを用いて構成することが可能である。
【００３４】
また、図１に示す放電ギャップ電圧検出装置１において、電流検出部３は、例えば、純抵抗、カレントトランス（ＣＴ）などを用いて構成することが可能である。
【００３５】
また、図１に示す放電ギャップ電圧検出装置１において、パルス発生回路（プローブパルス発生回路）４は、例えば、放電電流Ｉｇ（電源電流Ｉｐｓ）の微分信号または積分信号のゼロクロス点から、パルス（プローブパルス）を生成することが可能である。
【００３６】
パルス発生回路（プローブパルス発生回路）４は、また、例えば、９０ｄｅｇ位相の同期発振器（クワッドラチャオシレータなど）から、パルス（プローブパルス）を発生することが可能である。
【００３７】
パルス発生回路（プローブパルス発生回路）４は、また、例えば、ゼロクロス点から一定時間（単安定マルチバイブレータなどを用いて半周期分）遅らせて、パルス（プローブパルス）を発生することが可能である。
【００３８】
パルス発生回路（プローブパルス発生回路）４は、また、例えば、ゼロクロス点からデジタルタイマでカウントして一定時間後に、パルス（プローブパルス）を発生することが可能である。
【００３９】
また、図１に示す放電ギャップ電圧検出装置１において、サンプルホールド回路５は、例えば、電圧検出部２により検出した電圧値Ｖｐｓを、アナログスイッチを経てコンデンサにチャージすることで保持することが可能である。
【００４０】
サンプルホールド回路５は、また、例えば、電圧検出部２により検出した電圧値Ｖｐｓを、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換してメモリに保持することが可能である。
【００４１】
これらの回路の形成は本件の重要な構成要素ではあるが、周知の技術であるため、詳細については省略する。
【００４２】
上記の放電ギャップ電圧検出装置１によれば、検出用プローブを用いることなく、そのため、検出用プローブを用いる場合に放電プラズマを正規の放電領域外へ飛び出させてしまうなど放電プラズマに影響を及ぼすことが全く無しに、放電ギャップ電圧を検出することができる。
【００４３】
これにより、レーザガスに、例えば、エア、水、油などが混入してレーザガスが汚染されることで、放電ギャップ電圧が異常に高くなって放電部や電源に損傷を及ぼす危険や、反対に、放電ギャップ電圧が異常に低くなって発振パワーが低下してしまう不具合の発生を、未然にしかも安全に防止することができる。
【００４４】
さらに、放電ギャップ電圧Ｖｇと放電電流Ｉｇとの積から放電パワーを求めることができ、閉ループ定パワー制御などに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明による炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置の一実施形態を示す概略的構成図である。
【図２】図１のものの等価回路図である。
【図３】図１のもののベクトル図である。
【図４】図１のものの波形図である。
【図５】従来の炭酸ガスレーザ発振器の放電ギャップ電圧検出装置の一例を示す概略的構成図である。
【図６】図５のものの等価回路図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  放電ギャップ電圧検出装置
２  電圧検出部
３  電流検出部
４  パルス発生回路（プローブパルス発生回路）
５  サンプルホールド回路
１０  チャンバ
１１，１２  放電電極
１１ａ，１２ａ  誘電体層
２０  高周波交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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