(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ共振器内にＱスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第１の論理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第２の論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Ｑスイッチに供給し、前記パルス信号の第１の論理値レベルから第２の論理値レベルへ移行する速度を制御することにより、前記レーザ共振器より発振出力されるＱスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ装置において、
前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、
それぞれの制御端子を互いに共通接続された第１および第２のトランジスタを有するカレントミラー回路と、
第１の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレントミラー回路に前記第１の電源電圧を供給せしめるスイッチ手段と、
第２の電源電圧の端子と前記第１のトランジスタとの間に接続されたコンデンサと、
前記第２の電源電圧の端子と前記第２のトランジスタとの間に接続された抵抗値可変型の抵抗回路と、
前記抵抗回路の抵抗値を所望の値に選択するための抵抗値選択手段と、
前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手段と、
前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
レーザ共振器内にＱスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第１の論理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第２の論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Ｑスイッチに供給し、前記パルス信号の第１の論理値レベルから第２の論理値レベルへ移行する速度を制御することにより、前記レーザ共振器より発振出力されるＱスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ装置において、
前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、
それぞれの制御端子を互いに共通接続された第１および第２のトランジスタを有するカレントミラー回路と、
第１の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレントミラー回路に前記第１の電源電圧を供給せしめるスイッチ手段と、
第２の電源電圧の端子と前記第１のトランジスタとの間に接続されたコンデンサと、
前記第２の電源電圧の端子と前記第２のトランジスタとの間に接続された電流値可変型の定電流源と、
前記定電流源の電流値を所望の値に選択するための電流値選択手段と、
前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手段と、
前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とする固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｑスイッチパルスレーザ光を発振出力するＱスイッチ型の固体レーザ装置に関する。
【００２０】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ装置等の固体レーザ装置は、Ｑスイッチを用いることで、連続発振を尖頭出力値の高い高速繰返しパルス発振に変えることが可能である。ＹＡＧレーザ装置には、一般に、超音波によるブラッグ回折を利用する音響光学Ｑスイッチが使われている。
【００３０】
図１１に示すように、音響光学Ｑスイッチ１００は、入射面および出射面に反射防止膜１０２を施された偏光媒体である合成石英ガラス１０４と、この石英ガラス１０４の一面（底面）に接着層１０６を介して結合された超音波発生用の圧電体１０８と、高周波整合回路１１０とから構成される。
【００４０】
Ｑスイッチ・ドライバ１１２よりたとえば２４ＭＨｚ、５０Ｗの高周波電気信号ＥＳが整合回路１１０を介して圧電体１０８に与えられると、ピエゾ効果によって高周波電気信号ＥＳが超音波ＡＳに変換され、その超音波ＡＳが石英ガラス１０４内を伝播する。そうすると、光弾性効果により石英ガラス１０４内に周期的な屈折率分布が生じ、ここに適当な角度で光ＬＢi を入射させると、入射した光ＬＢi がＬＢR のように回折される（音響光学効果）。
【００５０】
図１２にＹＡＧレーザ共振器の構成を示す。楕円反射鏡筒１１４内の一対の楕円焦点位置にＹＡＧロッド１１６および励起ランプ１１８が平行に配置される。ＹＡＧロッド１１６の両端面と対向して出力ミラー１２０および全反射ミラー１２２が配置され、ＹＡＧロッド１１６の一端面と出力ミラー１２０との間にＱスイッチ１００が配置される。
【００６０】
上記のように高周波電気信号ＥＳがＱスイッチ１００に入力されて石英ガラス１０４内を超音波ＡＳが伝播すると、ＹＡＧロッド１１６からのレーザ光ＬＢi の一部がＱスイッチ１００で回折され、レーザ共振器の損失が増加してＱ値が下がり、レーザ発振が停止する。
【００７０】
しかし、レーザ発振が止まっても、励起ランプ１１８によるＹＡＧロッド１１６の励起は継続されているため、ＹＡＧロッド１１６内の反転分布（熱平衡状態の低いエネルギーレベルにある原子の数よりも励起状態の高いエネルギーレベルにある原子の数が多い割合）は増大する。この反転分布が十分に大きくなった時に高周波電気信号ＥＳを遮断して急激にＱ値を戻すと、レーザ共振器でパルス発振が起こり、きわめて尖頭出力の高いＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ が得られる。
【００８０】
実際の応用では、図１３に示すような所望の周波数（変調周波数）を有するパルス信号ＭＰで変調されてパルス信号ＭＰのＬレベルに応じたオン期間とパルス信号ＭＰのＨレベルに応じたオフ期間とを有する高周波電気信号ＥＳをＱスイッチ１００に供給し、これによって変調周波数に等しい繰返し周波数でＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ を発振出力させるようにしている。
【００９０】
ところが、このようなＱスイッチ型の固体レーザ装置では、高周波電気信号ＥＳのオン期間の長さに依存して、その直後のＱスイッチング開始時の反転分布が変化し、Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値（レーザ出力ピーク値）が変化するという特性がある。
【０１００】
このため、レーザ発振の開始または再開直後では概して反転分布が飽和値になっている状態でＱスイッチングが行われるのに対して、それ以降の定常時では概して反転分布が飽和値に達する前にＱスイッチングが行われるので、図１３に示すように最初のＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値が定常時のものよりも異常に高くなりやすい。
【０１１０】
このようなＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値における不所望なばらつきは、実際の応用たとえばレーザマーキング装置では印字ドットのばらつきを来すため、好ましくない現象とされている。
【０１２０】
そこで、Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を自在に可変制御するための技法が従来より種々考案されている。その中の１つの方式は、図１４に示すように、パルス信号ＭＰのパルスをＬレベルからＨレベルに瞬時に立ち上げるのではなく、適当な傾斜度を有するアップスロープ波形にして、高周波電気信号ＥＳの振幅を減衰させながらオフにする方法である。
【０１３０】
この方式によれば、高周波電気信号ＥＳの振幅が或るしきい値を割った時点でＱスイッチングのパルス発振が起こる。パルス信号ＭＰにおけるアップスロープの傾斜度または勾配を小さくするほど高周波電気信号ＥＳの振幅がしきい値を割るまでの時間が長くなって（それだけＱスイッチング開始時の反転分布の損失が大きくなって）、Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値が低くなる。
【０１４０】
この方式を用いると、図１４に示すように、レーザ発振の開始または再開直後からＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を一定に揃えることができる。あるいは、定常時において、特定のＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を他のものの尖頭値よりも所定値だけ高くしたり低くすることも可能である。
【０１５０】
従来のこの種固体レーザ装置では、上記の方式を実現するために、変調用パルス信号を生成するための回路を演算増幅器からなる積分回路で構成して、該演算増幅器の入力または帰還ループに可変抵抗を設け、この可変抵抗の抵抗値（つまり積分定数）を適当な値に選ぶことにより、アップスロープ勾配の可変制御可能な変調用パルス信号ＭＰを得るようにしていた。
【０１６０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の固体レーザ装置では、変調用パルス信号を生成するための積分回路において演算増幅器のゼロ点変動等により積分定数が変動しやすく、変調用パルス信号のアップスロープ勾配を安定かつ高精度に制御するのが難しく、ひいてはＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を自在に制御するのが難しかった。また、安定度および精度を上げるための補正回路を該演算増幅器回りに付加するとなると、回路全体が複雑・高価で大掛かりなものになってしまうという問題がある。
【０１７０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、変調用パルス信号の立ち上げ時のアップスロープ勾配を安定かつ高精度に制御し、Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を設定通りに制御できるようにした固体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０１８０】
また、本発明は、簡単な構成でもって、Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を設定通りに制御できるようにした固体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０１９０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、レーザ共振器内にＱスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第１の論理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第２の論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Ｑスイッチ供給し、前記パルス信号の第１の論理値レベルから第２の論理値レベルへ移行する速度を制御することにより、前記レーザ共振器より発振出力されるＱスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ装置において、前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、それぞれの制御端子を互いに共通接続された第１および第２のトランジスタを有するカレントミラー回路と、第１の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレントミラー回路に前記第１の電源電圧を供給せしめるスイッチ手段と、第２の電源電圧の端子と前記第１のトランジスタとの間に接続されたコンデンサと、前記第２の電源電圧の端子と前記第２のトランジスタとの間に接続された抵抗値可変型の抵抗回路と、前記抵抗回路の抵抗値を所望の値に選択するための抵抗値選択手段と、前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手段と、前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とする。
【０２００】
また、請求項２に記載の発明は、レーザ共振器内にＱスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第１の論理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第２の論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Ｑスイッチに供給し、前記パルス信号の第１の論理値レベルから第２の論理値レベルへ移行する速度を制御することにより、前記レーザ共振器より発振出力されるＱスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ装置において、前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、それぞれの制御端子を互いに共通接続された第１および第２のトランジスタを有するカレントミラー回路と、第１の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレントミラー回路に前記第１の電源電圧を供給せしめるスイッチ手段と、第２の電源電圧の端子と前記第１のトランジスタとの間に接続されたコンデンサと、前記第２の電源電圧の端子と前記第２のトランジスタとの間に接続された電流値可変型の定電流源と、前記定電流源の電流値を所望の値に選択するための電流値選択手段と、前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手段と、前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とする。
【０２１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施例を説明する。
【０２２０】
図１に、本発明の一実施例によるスキャニングマーキング用のＱスイッチ型ＹＡＧレーザ加工装置の要部の構成を示す。
【０２３０】
このＹＡＧレーザ加工装置において、ＹＡＧロッド１０、励起ランプ１２、出力ミラー１４、全反射ミラー１６およびＱスイッチ１８は、図１２に示したものと同様のＹＡＧレーザ共振器（発振器）１９を構成する。
【０２４０】
励起ランプ１２は、電源回路２０より直流ランプ電流の供給を受けて連続発光する。ＹＡＧロッド１０は、励起ランプ１２より照射された光で励起され、その両端面より軸方向に光を出射する。Ｑスイッチ１８において高周波電気信号ＥＳの印加が止められると、ＹＡＧロッド１０の両端面より出た光は、Ｑスイッチ１８を通って出力ミラー１４と全反射ミラー１６との間で反射を繰り返して共振増幅ののちＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ として出力ミラー１４を軸方向に抜け出る。出力ミラー１４より出射されたＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ は、ミラーまたは光ファイバ等の伝送光学系（図示せず）を通ってスキャニングユニット２２へ送られる。
【０２５０】
スキャニングユニット２２は、Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ のビームスポットを被加工材Ｗ上で所望の描画パターンでスキャニングするための光学スキャニング機構およびスキャング駆動回路等を内蔵している。
【０２６０】
Ｑスイッチ１８は、図１１に示したものと同様の構成および機能を有する音響光学Ｑスイッチでよい。したがって、このＱスイッチ１８は、Ｑスイッチ制御部２４の制御の下でＱスイッチ・ドライバ２６より高周波電気信号ＥＳを供給されている間はＹＡＧロッド１０からの入射光ＬＢi を音響光学効果により回折させて（Ｑ値を下げて）共振器内の反転分布を蓄積増大させておき、高周波電気信号ＥＳの供給を断たれると入射光ＬＢi を直進させて（Ｑ値を戻して）Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ を発振出力させるように機能する。
【０２７０】
主制御部２８はマイクロコンピュータからなり、内蔵のメモリに蓄積されている所要のプログラムおよび設定部３０より設定入力された各種設定値にしたがって、電源回路２０、スキャニングユニット２２およびＱスイッチ制御部２４等の動作を制御する。
【０２８０】
図２に、本実施例におけるＱスイッチ制御部２４の回路構成を示す。このＱスイッチ制御部２４は、パルス発生器３２、パルス整形回路３４、変調パルス生成回路３６、高周波発振器３８および変調回路４０で構成されている。
【０２９０】
パルス発生器３２は、たとえばＶ−Ｆ（電圧−周波数）コンバータからなり、主制御部２８からの周波数制御電圧ＶS を入力し、この制御電圧ＶS の電圧レベルに比例した繰り返し周波数でパルス信号ＳＰを発生する。
【０３００】
図３に模式的に示すように、パルス発生器３２より発生されるパルス信号ＳＰにおいては、そのパルス幅ＴSPが繰り返し周波数に反比例して変化する。すなわち、繰り返し周波数が低いほどパルス幅ＴSPが大きく、繰り返し周波数が高くなるほどパルス幅ＴSPが小さくなる。
【０３１０】
パルス整形回路３４はたとえばワンショット・マルチバイブレータからなり、パルス発生器３２からのパルス信号ＳＰを入力し、図３に示すようにパルス信号ＳＰの立ち上がりエッジに応動して一定のパルス幅ＴW を有するパルス信号ＣＰを出力する。
【０３２０】
本実施例では、パルス発生器３２およびパルス整形回路３４が基準パルス信号生成手段を構成し、パルス整形回路３４より出力される一定パルス幅のパルス信号ＣＰが基準パルスとなる。
【０３３０】
なお、図３では、本実施例における基準パルス信号生成手段の機能を説明するうえでパルス発生器３２に対する周波数制御電圧ＶS のレベルを時間的に単調増加させているが、実際の応用ではＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の繰り返し周波数の設定値に対応した電圧レベルに周波数制御電圧ＶS を選ぶ。
【０３４０】
変調パルス生成回路３６は、パルス整形回路３４からのパルス信号ＣＰを入力し、図３に模式的に示すようにパルス信号ＣＰに同期し、かつ個々のパルスについて立ち上がり部の勾配（速度）を可変制御できる変調用のパルス信号ＭＰを生成する。変調パルス生成回路３６は本実施例の主たる特徴をなす部分であり、その構成および作用については後に詳述する。
【０３５０】
変調回路４０は、変調パルス生成回路３６からの変調用パルス信号ＭＰを入力するとともに、高周波発振器３８よりたとえば２４ＭＨｚ、５０Ｗで連続的に出力される高周波電気信号ＥＳ0 を搬送波として入力し、図１３および図１４に示したものと同様の仕方で高周波電気信号ＥＳ0 をパルス信号ＭＰで変調して、Ｑスイッチング用の高周波電気信号ＥＳを生成する。
【０３６０】
これら３つの信号ＭＰ，ＥＳ0 ，ＥＳの間には次のような関係がある。すなわち、ＭＰがＬレベルになっている間はＥＳがオン（出力）期間となってＥＳ0 がそのままＥＳとして出力され、ＭＰがＨレベルになっている間はＥＳがオフ（中断）期間となってＥＳ0 が遮断されＥＳの振幅は零レベルとなる。そして、ＭＰがＬレベルからＨレベルに立ち上がり、これに応動してＥＳがオン期間からオフ期間に切り替わる際には、ＭＰの立ち上がり速度の大きさ、つまりアップスロープ勾配に比例した減衰率でＥＳの振幅が減衰する。
【０３７０】
Ｑスイッチ・ドライバ２６は、図１１に示すものと同様の構成および機能を有するパワーアンプ型の駆動回路でよく、変調回路４０からの高周波電気信号ＥＳを電力増幅してＱスイッチ１８に供給する。
【０３８０】
図４に、第１の実施例における変調パルス生成回路３６の回路構成を示す。
【０３９０】
この変調パルス生成回路３６において、それぞれのベース端子を互いに共通接続された一対のＰＮＰ型トランジスタ４２，４４はカレントミラー回路４６を構成する。
【０４００】
両トランジスタ４２，４４のエミッタ端子は互いに共通接続され、ＮＰＮ型トランジスタ４８を介してたとえば＋５Ｖの電源電圧ＶB （第１の電源電圧）の端子に電気的に接続されている。第１のトランジスタ４２のコレクタ端子は、コンデンサ５０を介してグランド電位（第２の電源電圧）の端子に接続されている。第２のトランジスタ４４のコレクタ端子は、抵抗値可変型の抵抗回路５２を介してグランド電位の端子に接続されている。
【０４１０】
抵抗回路５２は抵抗値選択部５３に電気的、光学的または機械的に接続されており、主制御部２８からの抵抗値選択信号ＲＳに応じて抵抗値選択手段５３が抵抗回路５２の抵抗値ＲF を所望の値に選択または切換するようになっている。
【０４２０】
両トランジスタ４２，４４の共通接続されたベース端子は、第２のトランジスタ４４のコレクタ端子に接続されるとともに、コンデンサ５４を介してトランジスタ４８のエミッタ端子に接続されている。
【０４３０】
トランジスタ４８は、抵抗５６を介してパルス整形回路３４からの基準パルスＣＰをベース端子に入力し、基準パルスＣＰがＨレベルになっている間だけ導通するスイッチである。トランジスタ４８が導通すると、このトランジスタを介して電源電圧ＶB がカレントミラー回路４６に供給されるようになっている。
【０４４０】
コンデンサ５０には、ダイオード５８および抵抗６０からなる放電回路６１が閉回路を形成するように接続されている。より詳細には、ダイオード５８のアノード端子がコンデンサ５０のグランド側とは反対の端子５０ａに接続され、カソード端子がトランジスタ４８のエミッタ端子に接続されるとともに抵抗６０を介してコンデンサ５０のグランド側端子５０ｂに接続されている。
【０４５０】
コンデンサ５０の端子５０ａは、抵抗６２を介してＮＰＮ型トランジスタ６４のベース端子にも接続されている。このトランジスタ６４はＮＰＮ型トランジスタ６６とダーリントン接続されており、両トランジスタ６４，６６とバイアス抵抗６８，７０および負荷抵抗７２とによってパルス信号出力回路７４が構成されている。
【０４６０】
次に、図５および図６を参照して上記構成の変調パルス生成回路３６の作用を説明する。
【０４７０】
パルス整形回路３４より与えられる基準パルスＣＰがＬレベルになっている間は、トランジスタ・スイッチ４８がオフ（遮断）状態にあり、カレントミラー回路４６に電流は流れない。コンデンサ５０には充電電荷がほとんどなく、その電圧（端子５０ａの電位）Ｖc はほぼ０Ｖ（Ｌレベル）にある。パルス信号出力回路７４においては、両増幅トランジスタ６４，６６がそれぞれオフ状態であり、トランジスタ６６のエミッタ端子より得られる変調用の出力パルス信号ＭＰはほぼ０Ｖ（Ｌレベル）になっている。
【０４８０】
基準パルスＣＰがＬレベルからＨレベルに変化すると、トランジスタ・スイッチ４８がオン（導通）する。この基準パルスＣＰのＬレベルからＨレベルへの変化（立ち上がり）は、本実施例で制御対象となっている変調用パルス信号ＭＰのＬレベルからＨレベルへの立ち上がり（アップスロープ部）の勾配からみれば、ほとんど常時直角（９０゜）の勾配で瞬時に移行するとみてよい。
【０４９０】
トランジスタ・スイッチ４８がオンすると、電源電圧ＶB がトランジスタ４８を介してカレントミラー回路４６に供給され、両トランジスタ４２，４４が同時にオンし、それぞれコレクタ電流Ｉ1 ，Ｉ2 が流れ始める。この際、コンデンサ５４は、トランジスタ４８のオン直後に両トランジスタ４２，４４のエミッタ・ベース間に電圧を印加し、両トランジスタ４２，４４のオンを早める（促進する）ように作用する。
【０５００】
トランジスタ４４がオンすることによって、このトランジスタ４４と抵抗回路５２とを通ってグランド電位へと至る電流パスに電流Ｉ2 が流れる。図５に示すように、抵抗回路５２の抵抗値ＲF とこの電流Ｉ2 との間には一定の逆比例関係がある。主制御部２８は、この抵抗−電流特性に基づき電流Ｉ2 が所望の電流値で流れるよう抵抗値選択部５３を介して抵抗回路５２の抵抗値ＲF を予め所定の値に選択している。
【０５１０】
このようにしてトランジスタ４４側の電流パスで電流Ｉ2 が所望の電流値で流れると、カレントミラー効果によりトランジスタ４２側の電流パスでも電流Ｉ2 と等しい電流値で電流Ｉ1 が流れる。そして、この電流Ｉ1 のほとんどがコンデンサ５０に供給される。電流Ｉ1 のうちパルス信号出力回路７４のトランジスタ６４のベース端子に流れる分は相対的に非常に小さく、無視できる。
【０５２０】
これにより、コンデンサ５０はほぼ一定の電流Ｉ1 で充電され、その電圧ＶC が次式（１）にしたがってほぼ直線的に上昇する。
ＶC ＝Ｉ1 ・ｔ／Ｃ        ………（１）
【０５３０】
ここで、Ｃはコンデンサ５０の容量（ファラド）であり、ｔはスイッチ・トランジスタ４８がオンしてからの経過時間（秒）である。
【０５４０】
そして、コンデンサ５０の電圧ＶC が電源電圧ＶB 近くの所定レベルに達すると、放電回路６１においてダイオード５８が導通し、コンデンサ５０から溢れた電荷がダイオード５８および抵抗６０を通ってグランドへ放電される。この放電電荷量と電流Ｉ1 による充電量とが平衡すると、コンデンサ５０の電圧ＶC は平坦なレベル（Ｈレベル）となる。
【０５５０】
パルス信号出力回路７４は、コンデンサ５０の電圧ＶC を抵抗６２を介して入力し、両トランジスタ６４，６６で増幅して、電圧ＶC と相似な波形の出力電圧をパルス信号ＭＰとして出力する。
【０５６０】
その後、入力側で基準パルスＣＰがＨレベルからＬレベルに変化すると、トランジスタ・スイッチ４８がオフ状態に変わり、電源電圧ＶB の端子とカレントミラー回路４６とを遮断する。これにより、カレントミラー回路４６では、両トランジスタ４２，４４の双方で電流Ｉ1 ，Ｉ2 が止まる。
【０５７０】
すると、コンデンサ５０の充電も止まり、コンデンサ５０に蓄積されていた電荷は全て放電回路６１（５８，６０）で一瞬に放電され、コンデンサ電圧ＶC は瞬時にそれまでのＨレベルからＬレベル（０ボルト）へ立ち下がる。これに応動して、パルス信号出力回路７４の出力電圧（パルス信号ＭＰ）もＨレベルからＬレベルに急速に立ち下がる。
【０５８０】
こうして、変調パルス生成回路３６より、図６に示すように、矩形波形の入力パルス（基準パルスＣＰ）に同期し、かつ立ち上がり時のアップスロープ勾配θを可変制御可能な変調用のパルス信号ＭＰが得られる。
【０５９０】
この変調パルス生成回路３６において、パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θは上式（１）の係数（Ｉ1 ／Ｃ）で規定され、Ｉ1 がパラメータ（変数）である。そして、Ｉ1 を可変制御するために、これと等しいＩ2 を規定する抵抗回路５２の抵抗値ＲF を主制御部２８が抵抗値選択部５３を介して適当な値に選択するように構成されている。
【０６００】
図５および図６に示すように、抵抗回路５２の抵抗値ＲF を比較的小さな値Ｒa に選ぶことでアップスロープ勾配θを比較的大きな値θa とし、抵抗値ＲF を比較的大きな値Ｒb に選ぶことでアップスロープ勾配θを比較的小さな値θb とすることができる。
【０６１０】
上記したように、本実施例の変調パルス生成回路３６にはカレントミラー回路４６が設けられ、このカレントミラー回路４６を構成する一対のトランジスタ４２，４４のうち第１のトランジスタ４２側の電流パスにはコンデンサ５０が接続されるとともに、第２のトランジスタ４４側の電流パスには抵抗値可変型の抵抗回路５２が接続される。また、カレントミラー回路４６を基準パルスＣＰのパルス時間中だけ動作させるためのトランジスタ４８からなるスイッチ手段も設けられている。
【０６２０】
そして、抵抗回路５２の抵抗値ＲF が抵抗値選択部５３を介して主制御部２８により適当な値に選択されることで、基準パルスＣＰのパルス時間中に第２のトランジスタ４４側の電流パスに流れる電流Ｉ2 ひいてはカレントミラー効果でこれと等しい大きさで第１のトランジスタ４２側の電流パスに流れる電流Ｉ1 が所望の電流値に選択され、コンデンサ５０の充電電圧の立ち上がりの勾配（速度）が所望の大きさに制御されるようになっている。
【０６３０】
コンデンサ５０の電圧ＶC は、ダイオード５８および抵抗６０からなる放電回路６１によって基準パルスＣＰに同期したパルス波形となる。そして、コンデンサ５０の電圧ＶC は、パルス信号出力回路７４によって増幅され、変調用のパルス信号ＭＰとして出力される。
【０６４０】
このように、本実施例では、カレントミラー回路４６における安定な電流Ｉ1 （Ｉ2 ）をパラメータとして変調用パルス信号ＭＰの立ち上がり時のアップスロープ勾配を制御するようにしたので、安定かつ高精度な制御が可能であり、Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を設定通りに制御することが可能である。
【０６５０】
図７に、本実施例における抵抗回路５２および抵抗値選択部５３の具体的な回路構成例を示す。この例では、抵抗回路５２が直列接続された３つの抵抗７４，７６，７８で構成され、抵抗値選択部５３が抵抗７６，７８にそれぞれ並列接続されたアナログスイッチ８０，８２で構成されている。
【０６６０】
アナログスイッチ８０，８２は、主制御部２８からの抵抗値選択信号ＲＳ1 ，ＲＳ2 によってそれぞれオン・オフ制御される。抵抗７４，７６，７８のそれぞれの抵抗値をＲ74，Ｒ76，Ｒ78とすると、スイッチ８０，８２の双方をオフ状態にしたとき、抵抗回路５２の抵抗値Ｒ53は（Ｒ74＋Ｒ76＋Ｒ78）で与えられる。スイッチ８０をオン、スイッチ８２をオフにすると、抵抗回路５２の抵抗値Ｒ53は（Ｒ74＋Ｒ78）となる。スイッチ８０をオフ、スイッチ８２をオンにすると、全抵抗値Ｒ53は（Ｒ74＋Ｒ76）となる。両スイッチ８０，８２の双方をオンにすると、全抵抗値Ｒ53はＲ74となる。
【０６７０】
このように、この構成例では、抵抗回路５２の抵抗値Ｒ53を４通りの値（Ｒ74＋Ｒ76＋Ｒ78）、（Ｒ74＋Ｒ76）、（Ｒ74＋Ｒ78）、Ｒ74に選択することが可能であり、したがって変調用パルス信号ＭＰの立ち上がり時のアップスロープ勾配またはＱスイッチパルスレーザ光の尖頭値を４通りの値に可変制御することができる。
【０６８０】
一般に、レーザマーキング加工では、図１３に示したようにレーザ発振開始または再開直後の最初の１発ないし数発のＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ が定常時のものよりも異常に高くなるのが問題とされている。すなわち、マーキング始点付近のドットが後続の描画点のドットよりも異常に大きく形成されるという問題である。
【０６９０】
このような問題に対処するには、最初の１発ないし数発のＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ に対応する変調用パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θだけを比較的小さな値にすればよく、定常時のＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ に対応する変調用パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θは一定の値としてよい。したがって、アップスロープ勾配θを４通りの値で選択できる機能があれば十分に対応できる。その意味で、図７の例は回路構成が簡単で実用性に優れている。
【０７００】
もっとも、抵抗回路５２をより複雑な抵抗回路網たとえばラダー抵抗回路網や重み抵抗回路網で構成し、該抵抗回路網内の所要の分岐部に抵抗値選択部５３のスイッチ素子を設ける構成によって、抵抗回路５２の抵抗値ＲF の分解能ひいては変調用パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θの分解能を高くすることができる。
【０７１０】
また、抵抗回路５２を光の照射強度によって抵抗値が変化するような抵抗素子たとえばＣｄＳ素子で構成するとともに、抵抗値選択部５３を該ＣｄＳ素子に光を照射するための発光素子たとえばＬＥＤとこのＬＥＤに可変制御可能な駆動電流を供給するための可変電流源とで構成することによって、抵抗回路５２の抵抗値ＲF ひいては変調用パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θを連続的に可変制御することもできる。
【０７２０】
図８に、別の実施例による変調パルス生成回路３６の回路構成を示す。図中、図４のものと同様の構成・機能を有する部分には同一の符号を付している。
【０７３０】
この第２の実施例では、図４の回路構成において、抵抗値可変型の抵抗回路５２を電流値可変型の定電流源８４で置き換えるとともに、抵抗値選択部５３に代えて定電流源８４の電流値ＩF を適宜選択するための電流値選択部８６を設けている。
【０７４０】
この第２の実施例による変調パルス生成回路３６において、スイッチ・トランジスタ４８がオフ状態の間は、カレントミラー回路４６の両トランジスタ４２，４４もオフ状態にあるため、定電流源８４も非アクティブ状態にあり、電流ＩF を流さない。
【０７５０】
基準パルスＣＰに応動してスイッチ・トランジスタ４８がオンし、カレントミラー回路４６の両トランジスタ４２，４４もオンすると、定電流源８４がアクティブ状態に変わり、所定の定電流ＩF を流す。
【０７６０】
これにより、カレントミラー回路４６において、第２のトランジスタ４４側の電流パスには定電流ＩF と同じ電流Ｉ2 が流れ、カレントミラー効果により第１のトランジスタ４２側の電流パスでも定電流ＩF （Ｉ2 ）に等しい電流Ｉ1 が流れる。その他の作用は図４の実施例と同様である。
【０７７０】
この実施例では、定電流源８４によって、カレントミラー回路４６で流れる電流Ｉ1 ，Ｉ2 を厳密に一定に制御し、コンデンサ５０の充電電圧の立ち上がりの直線性を厳密に一定に制御できるため、より安定かつ高精度に変調用パルス信号ＭＰのアップスロープ勾配θひいてはＱスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を可変制御することができる。
【０７８０】
図９に、図８の実施例における定電流源８４および電流値選択部８６の具体的構成例を示す。
【０７９０】
この構成例は、定電流源８４をそれぞれＩ／２n ，Ｉ／２n-1 ，…，Ｉ／４，Ｉ／２の重み定電流値を流すｎ個の重み定電流源８８(n) ，８８(n-1) ，…，８８(2) ，８８(1) で構成し、電流値選択部８６を各重み定電流源に１つずつ割り当てられたｎ個の切換スイッチ９０(n) ，９０(n-1) ，…，９０(2) ，９０(1) と各切換スイッチの切換位置を制御するためのレジスタ９２とで構成している。
【０８００】
各切換スイッチ９０(i) の固定端子は各対応する重み定電流源８８(i) のグランド側と反対側の端子に接続され、可動端子がレジスタ９２の各対応する出力端子Ｙ(i) より与えられる切換制御信号に応じて端子９１もしくは９３のいずれかに接続されるようになっている。端子９１は、カレントミラー回路４６の第２のトランジスタ４４のエミッタ端子に接続されている。端子９１には適当な電位（たとえば０ボルト）が与えられる。
【０８１０】
レジスタ９２は、たとえばｎビットのシリアル入力／パラレル出力のシフトレジスタで構成され、主制御部２８からのｎビットの電流値選択データＩＳを格納し、このデータＩＳの各桁のビットに対応する切換制御信号Ｙ(i) を各切換スイッチ９０(i) に与える。
【０８２０】
この構成例では、Ｉ／２n の分解能で０（アンペア）から（２n −１）・Ｉ／２n （アンペア）まで定電流源８４の電流値ＩF （Ｉ2)つまりコンデンサ５０の充電電流Ｉ1 を可変調整できる。
【０８３０】
図１０に、Ｑスイッチパルスレーザ光ＬＢQ の尖頭値を各パルス毎に制御するための主制御部２８の機能的構成を示す。主制御部２８は、パルス発生器３２、パルス整形回路３４あるいは変調パルス生成回路３６より出力されるパルスＳＰ（ＣＰ，ＭＰ）をカウンタ９４で計数することで、次のパルスが何番目のものかを識別し、その次パルスに対応する電流設定値ＩＳを設定値記憶部９８に保持されている各種設定値（たとえば尖頭値の設定値）から演算で求め、求めた電流設定値ＩＳをディジタルデータのまま、あるいはアナログ信号に変換したうえで、電流値選択部８６に与える。
【０８４０】
上記した抵抗値可変方式（図４，図７）でも、主制御部２８は図１０のような構成を採ることができる。
【０８５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体レーザ装置によれば、カレントミラー回路により安定化された電流を用いて変調用パルス信号の立ち上げ時のアップスロープ勾配を制御するようにしたので、安定かつ高精度な可変制御が可能であり、Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を設定通りに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるスキャニングマーキング用のＱスイッチ型ＹＡＧレーザ加工装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例におけるＱスイッチ制御部の回路構成を示すブロック図である。
【図３】実施例のＱスイッチ制御部におけるパルス発生器、パルス整形回路および変調パルス生成回路の機能を説明するための各部の信号の波形を示す波形図である。
【図４】第１の実施例における変調パルス生成回路の回路構成を示す回路図である。
【図５】実施例の抵抗値可変型の抵抗回路における抵抗値と電流値との関係を示す図である。
【図６】実施例における変調パルス生成回路の作用を説明するための入力パルスおよび出力パルスの波形を示す図である。
【図７】第１の実施例における変調パルス生成回路の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図８】第２の実施例における変調パルス生成回路の回路構成を示す回路図である。
【図９】第２の実施例における変調パルス生成回路の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図１０】Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を各パルス毎に制御するための実施例における主制御部の機能的構成を示すブロック図である。
【図１１】音響光学Ｑスイッチの構成を示す図である。
【図１２】ＹＡＧレーザ共振器の構成を示す斜視図である。
【図１３】音響光学Ｑスイッチに供給する高周波電気信号をパルス信号で変調する方式を説明するための波形図である。
【図１４】Ｑスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御するために変調用パルス信号の立ち上げ部にアップスロープ勾配を与える方式を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１８    Ｑスイッチ
１９    ＹＡＧレーザ共振器（発振器）
２４    Ｑスイッチ制御部
２８    主制御部
４６    カレントミラー回路
４８    トランジスタ
５０    コンデンサ
５２    抵抗回路
５３    抵抗値選択部
６１    放電回路
７４    パルス信号出力回路
８４    定電流源
８６    電流値選択部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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