(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質ガスを放電電極間で励起させレーザ光を発生させるとともに、放電により高温化した上記レーザ媒質ガスをダクトを介して熱交換器に導き冷却し、再度上記放電電極間に循環させるレーザ発振部を、上記レーザ媒質ガスの流れが対向するように相対して２対筐体内部に配置したレーザ発振器において、
筐体側面に設けられた窓と、
この窓から、レーザ光のガイドを果たすアパーチャー部分を観察すべく、上記ダクトに設けられた第１の鏡と、
を備え、発振器内部ミラー調整用の可視光レーザの光がアパーチャーの中心にあるかどうかを前記窓から第１の鏡を介して目視確認可能であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
第１の鏡は、窓と平行、かつ、窓の中心軸とアパーチャーの中心軸との距離の等しい軸線上に、第１の鏡、窓、アパーチャーが同一高さとなるようにダクトの側面に配置することを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
アパーチャーの像を反射して第１の鏡に導く第２の鏡を設け、筺体側面の窓からアパーチャーを第１及び第２の鏡を介して目視確認可能であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
第２の鏡は、窓の中心軸とアパーチャーの中心軸との距離の等しい軸線上であって、窓と平行に配置され、第１の鏡は、窓の中心軸と第２の鏡の中心軸との距離の等しい軸線上であって、窓と平行にダクト側面に配置され、第１の鏡、第２の鏡、窓、アパーチャーはそれぞれ同一高さとすることを特徴とする請求項３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
少なくともひとつの鏡を凸面鏡で構成したことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項６】
窓に拡大レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交励起型炭酸ガスレーザ発振器において光共振器を構成する内部ミラーの調整に用いる鏡の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の代表的な３軸直交型のレーザ発振器の一例を示す上面図、図１２はその側面図、図１３はその縦断面図である。
図において、１は放電電極であり、図に示されるように２対で相対する配置となっている。
２は例えばガスレーザの場合はレーザガスよりなるレーザ媒質、３はレーザ媒質２を封入する筺体、４はレーザ媒質２を循環させるブロア、５はレーザ媒質２を冷却する熱交換器である。
６は部分反射鏡、７，８，９は全反射鏡で、それぞれ筺体３の長手方向に配置され、共振器ミラーを構成している。ここで、共振器ミラーを構成しているミラーを総じて内部ミラーと呼ぶ。
なお、全反射鏡８はわずかに下向きに傾斜し、全反射鏡７はわずかに上向きに傾斜しており、共振光路はＺ字を形成する。
１０は部分反射鏡６及び全反射鏡８を含む第１のレーザビーム反射手段、１１は全反射鏡７及び全反射鏡９を含む第２のレーザビーム反射手段、１２はレーザビーム、１３は放電電極１と放電電極１間を通過したレーザ媒質２を熱交換器５に戻すダクト、１４はそれぞれの反射鏡前部に配置され、ビームモードの形状を決定させたり、レーザ光増幅のガイド軸的役割を果たすアパーチャー、１５ａ、１５ｂは筺体側面に設けられた内部確認用の窓、１６は円柱状の電極支持部材、１７は放電電極１とアパーチャーとの間を塞ぎ、ガスの流れを整流するためのダクト、１８は筺体中央部分の対で形成される放電電極１間を塞ぎガスの流れを整流するためのダクト、１９ａはダクト１７に鏡２０ａを取り付けるためのミラー取付金具、１９ｂはダクト１８に鏡２０ｂを取り付けるためのミラー取付金具である。
【０００３】
次に，上記のように構成したレーザ発振器の作用を説明する。
まず、放電電極１に高電圧が投入され、放電電極１間に放電が発生する。
この放電によりレーザ媒質２が励起され、これにより発生した光は共振器ミラーにより共振される。
全反射鏡９で反射されたレーザビームは全反射鏡８に到達する。
全反射鏡８はわずかに下方に傾斜しているので、レーザビームは先の光軸よりわずかに下方に傾いて全反射鏡７に達する。
全反射鏡７はわずかに上方に傾斜しているので、レーザビームは最初の光軸と平行になって部分反射鏡６に到達する。
部分反射鏡６に達したレーザビームの１部はそのままレーザビーム１２となって外部に出力され、残りのレーザビームは先に述べたルートと逆のルートを通って全反射鏡９まで戻る。
上記のプロセスが繰り返され、レーザビームは放電部Ａの空間を往復する間に増幅されて、部分反射鏡６から外部に出力する。
【０００４】
励起後のレーザ媒質２は、放電電極１の間から熱交換器５方向に循環し、ここで冷却された後、ブロア４を通って矢印方向に循環が、図のように放電電極を２対装着し、その２対の放電電極間を流れるガスの流れが対向するように各部材を配置することにより、放電空間を通過するガス流方向に温度分布ができることで発生する屈折率の分布をキャンセルし、レーザビームの光軸が曲がるのを改善している。
【０００５】
また、レーザ発振を行うためには全反射鏡７、８、９、部分反射鏡６のミラーの角度が適切でなければならない。
すなわち、全反射鏡９で反射されたビームは全反射鏡８に、全反射鏡８で反射されたビームは全反射鏡７に、全反射鏡７で反射されたビームは部分反射鏡６に到達しなくてはならない。
【０００６】
このミラーの角度を調節するためには様々な方法があるが、その一例として可視光レーザを使用した調整方法について説明する。
発散角をもった可視光レーザを発振器外部に設置し、そのレーザ光を可視光レーザの光は透過する部分反射鏡６の中心を通り、全反射鏡７の中央を通るように設置する。
その後、全反射鏡７の角度を調整するねじ等を用い、全反射鏡７で反射した可視光レーザの光が全反射鏡８の中心になるようにあわせる。
同様に全反射鏡８のミラーを調整し、全反射鏡８で反射した可視光レーザの光が全反射鏡９の中心にくるようにする。
その後、全反射鏡９を調整し、可視光レーザの光が出射された可視光レーザ装置の出射部に戻るように調整する。
【０００７】
これら調整の際に、可視光レーザの光が全反射鏡、部分反射鏡のそれぞれ中心にいるかどうかを確認するためには可視光レーザの光がミラーの中心にあることを識別する必要があり、この識別にアパーチャー１４を内部ミラー調整用の治具として用いる。
つまり、アパーチャー１４の開口部の中心に図１４に示すように、アパーチャー１４の開口部よりも大きく発散させた可視光レーザの光２１が同心円となるように全反射鏡、部分反射鏡を調整することにより、発振器に設置されているアパーチャー１４を用いて内部ミラーの調整を行うことができるので、内部ミラー調整時に内部ミラー調整用の治具等を挿入する必要はなくなる。
ここで、上記調整時に発振器筺体３の外部よりアパーチャー１４を目視する必要があるが、ダクト１７には、図１５に示すように、レーザビーム１２がアパーチャー１４で切られた時に発生する散乱光１２ａを吸収するための吸収体２２があり、この吸収体２２はアパーチャー１４でカットされた散乱光１２ａを吸収するという構造上その内径をあまり大きくできず、また、ある程度の長さが必要となる。
そのため、筺体正面のどの位置に窓を設けてもアパーチャー１４を直接目視することはできない。
また、筺体側面からアパーチャー１４を目視しようとしてもレーザビーム反射手段１０、１１があるため、筺体側面の中央付近には窓を設置することができず、筺体側面の両端付近に窓を設けた場合はダクト１３が視界を遮りアパーチャー１４を目視することができない。
【０００８】
そこで、ダクト１８にミラー取付金具１９ｂを介して取り付けられた鏡２０ｂを用いて、鏡２０ｂに反射したアパーチャー１４の像を筺体側面に設けられた窓１５ａから目視で確認し、内部ミラーの調整を実施する。
このとき、調整すべき内部ミラー（７、９）の位置とその内部ミラー調整時に確認すべきアパーチャー１４を目視するための窓１５ａが筺体長手方向の反対側に位置するため、二人で作業し、一人が内部ミラーを調整するためのネジを動かし、もう一人が窓からアパーチャー１４を見て確認するか、一人で作業をする場合は内部ミラーを調整するためのネジを動かしたあと、筺体の逆側に移動し窓１５ａからアパーチャー１４を確認するといった行動を繰り返して実施する。
また、ダクト２５にミラー取付金具１９ａを介して取り付けられた鏡２０ａを用いて、鏡２０ａに反射したアパーチャー１４の像を筺体正面に設けられた窓１５ｂから目視で確認し、内部ミラーの調整を実施する。
この時は、調整すべき内部ミラー（６、８）の位置とその内部ミラー調整時に確認すべきアパーチャー１４を目視するための窓１５ｂは筺体長手方向の同じ側に存在するが、調整すべき内部ミラーの位置は筺体側面にあり、その内部ミラー調整時に確認すべきアパーチャー１４を目視するための窓１５ｂが筺体正面に位置し、筺体の奥行きが約６００ｍｍ、筺体の端から窓までが約３００ｍｍ程度あり、窓の位置と内部ミラー調整用のネジの位置が離れているため、窓１５ｂからアパーチャー１４を確認した後、内部ミラー調整用のネジを動かすといった行動を繰り返して行う。
【０００９】
なお、この内部ミラーの調整を筺体内部を大気にした状態で調整を行うと、実際のレーザ発振時は筺体内部を発振時の圧力すなわち大気圧の約１／１０となることから、ミラー保持部、筺体が変形し、ミラーの調整がずれる。
このため、内部ミラー調整時はレーザ発振器の筺体内の圧力をレーザ発振時と同じ圧力にしておくのがよく、筺体の真空を保持したままで内部ミラーの調整が行えるような構造にしなくてはならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、発振器内部ミラー調整時にアパーチャーを目視するための鏡２０は、図１１に示すように、放電電極と放電電極との間にあるダクト１６、または放電電極とアパーチャー１４の間にあるダクト１７に取り付けられていたがこの部品はコスト抑えるため薄い板材を曲げた構造となっており、角度の精度がよくない場合があり、鏡の角度調整が困難であった。
また、調整すべき内部ミラーの位置とその内部ミラー調整時に確認すべきアパーチャーを目視するための窓が離れているため、二人で作業を行うか、又は一人で作業をする場合はアパーチャーの確認と内部ミラーの調整が同時にできず、正確に内部ミラーの調整をする場合には時間がかかるといった課題があった。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、発振器内部の全反射鏡、部分反射鏡の調整が、精度よく簡便に行えるレーザ発振器を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ発振器は、レーザ媒質ガスを放電電極間で励起させレーザ光を発生させるとともに、放電により高温化した上記レーザ媒質ガスをダクトを介して熱交換器に導き冷却し、再度上記放電電極間に循環させるレーザ発振部を、上記レーザ媒質ガスの流れが対向するように相対して２対筐体内部に配置したレーザ発振器において、筐体側面に設けられた窓と、この窓から、レーザ光のガイドを果たすアパーチャー部分を観察すべく、上記ダクトに設けられた第１の鏡と、を備え、発振器内部ミラー調整用の可視光レーザの光がアパーチャーの中心にいるかどうかを確認するものである。
【００１３】
また、第１の鏡は、ダクトの側面に対し窓と平行、かつ、窓の中心軸とアパーチャーの中心軸との距離の等しい軸線上に配置するとともに、第１の鏡、窓、ダクトは同一高さとするものである。
【００１４】
また、アパーチャーの像を反射して第１の鏡に導く第２の鏡を設け、筺体側面の窓からアパーチャーを確認するものである。
【００１５】
また、少なくともひとつの鏡を凸面鏡で構成したものである。
【００１６】
さらに、窓に拡大レンズを設けたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に図を参照して、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器の内部ミラー調整用鏡について説明する。
図１はこの発明による直交励起型レーザ発振器の内部ミラー調整用鏡の実施の形態１を示す上面図、図２は正面図、図３は側面図である。
図において、１は対で相対して配置されている放電電極、２は例えばガスレーザの場合はレーザガスよりなるレーザ媒質、３はレーザ媒質２を封入する筺体、４はレーザ媒質２を循環させるブロア、５はレーザ媒質２を冷却する熱交換器、６は部分反射鏡、７，８，９は全反射鏡で、それぞれ筺体３の長手方向に配置され、共振器ミラーを構成している。
なお、共振器ミラーの機能は従来技術の項目で説明したものと同様であり、説明は省略する。
【００１８】
１０は部分反射鏡６及び全反射鏡８を含む第１のレーザビーム反射手段、１１は全反射鏡７及び全反射鏡９を含む第２のレーザビーム反射手段、１２はレーザビーム、１３は放電電極１と放電電極１間を通過したレーザ媒質２を熱交換器５に戻すガス整流ダクト、１４はそれぞれの反射鏡前部に配置され、ビームモードの形状を決定させたり、レーザ光増幅のガイド軸的役割を果たすアパーチャー、１５は筺体側面に設けられた内部確認用の窓、１７は放電電極１とアパーチャーとの間を塞ぎ、ガスの流れを整流するためのダクト、２０Ｂ窓１５の中心軸とアパーチャー１４の中心軸と距離の等しい軸線上であって、ガス整流ダクト１３の側面に取り付けられた鏡である。
【００１９】
従来技術で説明したごとく、発振器の内部ミラーのアライメントを実施する際、発振器筺体内部はレーザ発振時の圧力即ち、大気の約１／１０の圧力を維持したまま、発散角をもった可視光レーザを発振器外部に設置し、そのレーザ光を可視光レーザの光は透過する部分反射鏡６の中心を通り、全反射鏡７の直前に設置しているアパーチャー１４の開口部中央を通るように設置する。
その際、図１４に示すようにアパーチャー１４の開口部よりも大きく発散させた可視光レーザの光がアパーチャー１４の開口部と同心円となるように可視光レーザを調整する。
その後、全反射鏡７の角度を調整するねじ等を用い、全反射鏡７で反射した可視光レーザの光が全反射鏡８直前に設置されたアパーチャー１４の開口の中心になるようにあわせる。
同様に、全反射鏡８のミラーを調整し、全反射鏡８で反射した可視光レーザの光が全反射鏡９の直前に設置されたアパーチャー１４の開口の中心にくるようにする。
その後全反射鏡９を調整し、可視光レーザの光が出射された可視光レーザ装置の出射部に戻るように調整する。
【００２０】
このため、本実施の形態では、発振器内部に設けられたガス整流ダクト１３の側面に鏡２０Ｂを設置し、筺体３の側面に発振器外部から鏡２０Ｂを目視できる窓１５を設置する。
それらの設置場所は、窓１５と鏡２０Ｂとアパーチャー１４が同一高さになるように設置され、図４に示すように、ガス整流ダクト１３の側面は窓１５と平行となるように配置されており、アパーチャー１４は筺体３の側面付近に取り付けられている。
この様に、アパーチャー１４、窓１５、鏡２０Ｂを配置することにより、ガス整流ダクト１３に取り付けられた鏡２０Ｂに反射したアパーチャー１４の像を窓１５から目視で確認することができる。
なお、ガス整流ダクト１３に直接鏡２０Ｂを取り付けることで、鏡２０Ｂの角度の調整が不要であり、かつ、ガス整流ダクト１３に直接取り付けることで構成する部品の点数も減るため安価にすることができる。
この時、図５に示すように、鏡２０Ｂはガス整流ダクト１３上に伸縮性の高い、例えばシリコン樹脂系の接着剤２３で固定することによって、放電で高温となったレーザガスで温度が上がり、熱膨張したガス整流ダクト１３と、温度の低いレーザガスの雰囲気にある鏡の熱膨張量の差をシリコン樹脂系の接着剤２３が吸収するため、鏡２０Ｂには応力がかからず破損に至る事が無い。
また、図６のようにゴムシート２５を介して固定部材２４を用いて鏡２０Ｂを固定してもよく、この場合熱によって膨張したガス整流ダクト１３に固定された固定部材２４も伸びるが、ゴムシート２５と固定部材２４との間とゴムシート２５と鏡２０Ｂとの間にはすべりが起きるため、鏡２０Ｂに応力がかからず破損に至る事が無い。
【００２１】
このように、ガス整流ダクト１３に鏡２０Ｂを取り付けた結果、発振器内部ミラー調整用の可視光レーザの光がアパーチャー１４の開口部の中心にくるように全反射鏡７、８、９を窓１５より目視で確認しながら調整することができ、発振器の内部ミラーの調整を精度よく行うことができる。
また、鏡２０Ｂを直接ダクト１３に取り付けることにより、対向する２対の放電電極１間の間隔を狭くすることができ、その場合非励起空間が少なくなるため、レーザ発振器をよりコンパクト、高効率にすることができる。
さらに、従来、鏡２０ｂを放電電極１間のダクト１８に取り付けていたためこのダクトは平面部があることが望ましかったが、ダクト１３に直接取り付けることにより、対向する２対の放電電極１間のダクト１８は例えば円筒形でもよく、ダクト形状の自由度が増す。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１で述べた構成においては、調整すべき内部ミラーの位置とその内部ミラー調整時に確認すべきアパーチャー１４を目視するための窓１５とが発振器長手方向の反対側に位置しているため、二人で作業を行うか、又は一人で作業をする場合はアパーチャー１４の確認と内部ミラーの調整を交互に実施する必要があるが、本実施の形態は、該調整作業を一人で可能とするものである。
【００２３】
図７は、本実施の形態による直交励起型レーザ発振器の内部ミラー調整用鏡の上面図、図８は正面図である。
本実施の形態では、調整すべき内部ミラーの位置とその時に確認すべきアパーチャーを目視できる窓とを近づけ、内部ミラーの調整とアパーチャーの確認を一人で同時に行うために、実施の形態１に示した構成にミラー２０Ａを追加したものである。
この鏡２０Ａの取付位置は、発振器筺体３の側面に設けられた窓１５より、鏡２０Ｂ及び鏡２０Ａを介してアパーチャー１４の像が目視で確認することができる位置に取り付けられている。
その取付方法は、例えば放電電極１の間隔を保持している電極支持部材１６に取り付けられており、図９に示すように、鏡取り付け板２７と固定板２６が棒状の電極支持部材１６を挟み込むように取り付けられている。
この様に取り付けることで、鏡取り付け板２７と固定板２６の固定を緩めると、円柱状の電極支持部材１６の軸を中心に回転することができるため、鏡２０Ａの角度の調整が容易である。
そして、もう一枚の鏡２９Ｂは、実施の形態１と同様にダクト１３に直接取り付けられているため、鏡２０Ｂの角度の調整が不要であり、２枚の鏡を用いるが鏡の角度の調整は鏡２０Ａのみでよいため作業性がよい。
【００２４】
また、図１０に示されるように、鏡２０Ｂは窓１５の中心軸と鏡２０Ａの中心軸と距離の等しい軸線上に取り付けられており、鏡２０Ａ及びアパーチャー１４が筺体の側面に近く、かつ、アパーチャー１４の中心軸から鏡２０Ａの中心軸との距離と、鏡２０Ａの中心軸から窓１５の中心軸との距離が等しくなるように各部品を設置すると鏡２０Ａの角度は窓１５と平行となり角度の調整が容易である。
また、鏡２０Ａと鏡２０Ｂ、アパーチャー１４、窓１５はそれぞれ同一高さとなるように設置されている。
【００２５】
本実施の形態によれば、内部ミラーの調整を行う場合は調整すべき内部ミラーの位置とその時に確認すべきアパーチャーを目視できる窓とが十分に近く、すなわち窓に目を近づけた状態で調整すべき内部ミラーの調整用ネジに工具を保持した手が届き、一人でアパーチャーを確認しながら内部ミラーの調整が同時に行えるので、正確かつ短時間に作業を実施することができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態１、２において用いた内部ミラー調整用の鏡を凸面鏡にしてもよく、この場合鏡に反射したアパーチャーが大きく見えるため、より正確に発振器内部ミラーの調整を行うことが可能である。
【００２７】
実施の形態４．
実施の形態１、２において窓１５の部分に、レンズを設置してもよく、この場合窓１５から鏡を見た場合、鏡が大きく見えるもしくは近くに見えるため、より正確に発振器内部ミラーの調整を行うことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、発振器の内部ミラーの調整が精度よく簡便に行うことができる。
【００２９】
また、作業者が一人で発振器の内部ミラーの調整が精度よく簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１における直交励起型レーザ発振器内部を示す上面図である。
【図２】  実施の形態１における直交励起型レーザ発振器内部を示す正面図である。
【図３】  実施の形態１における直交励起型レーザ発振器内部を示す側面図である。
【図４】  内部ミラー調整用鏡の配置を示す構造図である。
【図５】  内部ミラー調整用鏡の鏡取り付け部の構造図である。
【図６】  内部ミラー調整用鏡の鏡取り付け部の構造図である。
【図７】  実施の形態２における直交励起型レーザ発振器内部を示す上面図である。
【図８】  実施の形態２における直交励起型レーザ発振器内部を示す正面図である。
【図９】  内部ミラー調整用鏡の鏡取り付け部の構造図である。
【図１０】  内部ミラー調整用鏡の配置を示す構造図である。
【図１１】  従来の直交励起型レーザ発振器を示す上面図である。
【図１２】  従来の直交励起型レーザ発振器を示す正面図である。
【図１３】  従来の直交励起型レーザ発振器を示す側面図である。
【図１４】  可視光レーザの調整方法を示す図である。
【図１５】  直交励起型レーザ発振器のアパーチャー部分の詳細図である。
【符号の説明】
１  放電電極、２  レーザ媒質、３  筺体、４  ブロア、５  熱交換器、６  部分反射鏡、７  全反射鏡、８  全反射鏡、９  全反射鏡、１２  レーザビーム、１３  ダクト、１４  アパーチャー、１５  窓、２０  鏡、１９  ゴムシート、２０  鏡。
【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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【図１５】
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