(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を発生するパルス発振部と、出力ビームを照射するタイミングを決める照射指令部と、上記パルス発振部のパルス信号と上記照射指令部の出力信号を合成する同期制御部と、上記同期制御部のパルス出力を分周する分周器部と、予め設定された電流値設定部の設定値と電流検出部の出力値を比較するとともに、該電流検出部の出力値が安定するようにフィードバックし得る比較制御部と、上記分周部のパルス出力を上記比較制御部の出力値によりスイッチング電源を駆動するためのパルス信号に変換するパルス幅変調部と、上記パルス幅変調部のパルス出力で駆動されるスイッチング電源を設けたレーザ発振装置。
【請求項２】
上記パルス幅変調部のパルス幅が所定値を超えた場合に警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させるインターロック動作を行う警報手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
レーザ媒体ガスを放電により励起してレーザ光を発するガスレーザ共振器を備えたことを特徴とする請求項１又は２に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、レーザ光を発生させるレーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ光の特性を活用するために、通信、エレクトロニックス、光技術若しくは精密加工等、種々の分野において、レーザ発振装置が利用されている。
【０００３】
この種のレーザ発振装置として、従来、図３のような構成が一般的であった。
【０００４】
以下その構成について図３のブロック図を参照しながら説明する。
【０００５】
このレーザ発振装置３０では、パルス発振部２８から発生したパルス信号と、レーザ光２２（以下、出力ビームという）を照射するタイミングを決める照射指令部４３の出力信号を同期制御部２７で合成する。一方、予め設定された電流値設定部４２の設定値と電流検出部２３の出力値を比較するとともに、電流検出部２３の出力値が安定するように比較制御部２９でフィードバック制御する。そして、上記同期制御部２７のパルス出力を上記比較制御部２９の出力値によりパルス幅変調部２５でスイッチング電源を駆動するためのパルス信号に変換し、レーザ共振器２１にスイッチング電源２４より電力が供給され、照射指令部４３の指令時間だけ出力ビームが照射される。
【０００６】
このレーザ発振装置３０の動作を図４のタイミング図を用いて説明する。
【０００７】
図４の信号（Ｂ）は照射指令部４３の出力信号で出力ビームを照射する時間だけＬからＨに変化する。また、信号（Ａ）はパルス発振部２８のパルス出力信号で一定の間隔で常時Ｌ，Ｈ，を繰り返していて、ＬからＨに立ち上がる時に、照射指令部４３の出力信号を確認し、この信号（Ｂ）がＨの期間だけ同期制御部２７からパルス出力信号（Ｄ）を出力する。この信号（Ｄ）に基づきパルス幅変調部２５で三角波信号（Ｆ）に変換後、比較制御部２９の出力信号（Ｇ）とによりスイッチング電源２４の駆動用のパルス信号（Ｈ）に変換される。このパルス信号（Ｈ）は幅が広くなるとスイッチング電源２４よりレーザ共振器２１に電力が多く供給されるため、出力ビームの強度も強くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、上記レーザ発振装置３０では、同期制御部２７でパルス発振部２８の出力信号がＬからＨに立ち上がる時に照射指令部４３の出力信号を確認し、その出力信号がＨの期間だけ、同期制御部２７よりパルス出力信号を出力するように制御している。かかる方式では、パルス発振部２８の発振周波数の周期が照射指令部４３の照射指令時間の分解能（設定時間間隔）になってしまい、微少な出力ビームの時間制御が出来なくなってしまう。
【０００９】
また、スイッチング電源２４の発振周波数と同じ周波数をパルス発振部２８で発振しているため、同期制御部２７ではパルス発振部２８の出力信号と照射指令部４３の出力信号との位相差が図４のタイミング図の波形（Ｂ）より（Ｃ）のように変化した場合、同期制御部２７の出力信号は波形（Ｄ）から（Ｅ）に変わり、パルス数が１個少なくなり、レーザ共振器より出力される出力ビームの照射時間も短くなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、出力ビームの照射時間の設定分解能を上げると同時に正確な照射再現性を実現することが出来るレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明（以下、第１の発明という）は、パルス信号を発生するパルス発振部と、出力ビームを照射するタイミングを決める照射指令部と、上記パルス発振部のパルス信号と上記照射指令部の出力信号を合成する同期制御部と、上記同期制御部のパルス出力を分周する分周部と、予め設定された電流値設定部の設定値と電流検出部の出力値を比較するとともに、該電流検出部の出力値が安定するようにフィードバックし得る比較制御部と、上記分周部のパルス出力を上記比較制御部の出力値によりスイッチング電源を駆動するためのパルス信号に変換するパルス幅変調部と、上記パルス幅変調部のパルス出力で駆動されるスイッチング電源を設けたものである。
【００１２】
また、本願の請求項２に係る発明（以下、第２の発明という）は、上記パルス幅変調部のパルス幅が所定値を超えた場合に警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させるインターロック動作を行う警報手段が設けられていることを特徴としたものである。
【００１３】
更に、本願の請求項３に係る発明（以下、第３の発明という）は、レーザ媒体ガスを放電により励起してレーザ光を発するガスレーザ共振器を備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願の第１の発明によれば、同期制御部とパルス幅変調部の間に分周部を設けたので、レーザ共振器に電力を供給するスイッチング電源の発振周波数を上げることなく、パルス発振部の周波数を高くすることができ、レーザ共振器より照射される出力ビームは照射指令部において設定された照射時間を正確に再現することが可能となる。
【００１５】
また、本願の第２の発明によれば、パルス変調部のパルス幅が所定値を超えた場合に警報表示又は装置の運転停止等のインターロック動作を行う警報手段が設けられているため、スイッチング電源からの電流値を監視することができる。この結果、電流値がフィードバックし得ない所定値以下に低下した場合に、レーザ共振器より不安定な出力ビームの出射を防止することができる。
【００１６】
更に、本願の第３の発明によれば、レーザ共振器としてガスレーザ共振器が用いられるため、安定性及び干渉性について良好な出力ビームが得られるとともに、取り扱いが容易となる。
【００１７】
（実施の形態）
以下、本発明に係る実施の形態に付いて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置１０のブロック構成図である。このレーザ発振装置１０は、スイッチング電源４を駆動する為のパルス信号を発生するパルス発振部８と、レーザ光２（以下、出力ビームという）を照射するタイミングを決める照射指令部１３と、上記パルス発振部８のパルス信号と上記照射指令部１３の出力信号を合成する同期制御部７と、上記同期制御部７のパルス出力を分周する分周部６と、予め設定された電流値設定部１２の設定値と電流検出部３の出力値を比較するとともに、該電流検出部３の出力値が安定するようにフィードバックする比較制御部９と、上記分周部６のパルス出力を上記比較制御部９の出力値によりスイッチング電源４を駆動するためのパルス信号に変換するパルス幅変調部５と、上記パルス幅変調部５の出力で動作するスイッチング電源４と、スイッチング電源４によりの電流を検出する電流検出部３とスイッチング電源４よりの電力で出力ビーム２を発するレーザ共振器１とを有している。
【００１９】
また、このレーザ発振器１０は、上記パルス幅変調部のパルス幅が所定値を超えた場合に、例えば警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させる等のインターロック動作を行う警報手段１５を備えている。
【００２０】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置１０では、上記レーザ共振器１として、レーザ媒体ガス（例えばＣＯ2ガス）を用いたガス・レーザ共振器を使用し安定性及び干渉性について良好な出力ビームを得るとともに、装置の取り扱いを容易としたが、これに限定されることなく、適切であれば、例えばＹＡＧレーザ共振器等、いかなる種別のレーザ共振器を用いてもよい。また、このレーザ発振装置１０では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理又は各構成において制御するようにしたが、上記レーザ共振器１０に、各構成に接続されるＣＰＵを設け各処理を統括的に制御するようにしてもよい。
【００２１】
以下、上記レーザ共振器１０における出力ビーム２の出力制御動作について、図２のタイミング図を用いて説明する。
【００２２】
図２の信号（Ｂ）は照射指令部１３の出力信号で出力ビームを照射する時間だけＬからＨに変化する。また、信号（Ａ）はパルス発振部８のパルス出力信号で一定の間隔で常時Ｌ，Ｈ，を繰り返していて、ＬからＨに立ち上がる時に、照射指令部１３の出力信号を確認し、出力信号（Ｂ）がＨの期間だけ同期制御部７よりパルス信号（Ｃ）を出力する。この信号（Ｃ）を分周器６で分周した波形（Ｄ）は、パルス幅変調部５で三角波信号（Ｅ）に変換後、比較制御部９の出力信号（Ｆ）とによりスイッチング電源４を駆動するための、パルス信号（Ｇ）に変換される。このパルス信号（Ｇ）は幅が広くなるとスイッチング電源４よりレーザ共振器１に電力が多く供給され、出力ビーム２の強度も強くなる。
【００２３】
ところで、通常スイッチング電源の発振周波数はスイッチング制御素子（トランジスタ等）の動作スピードの関係より２０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚが一般的であり、分周部６がない場合パルス発振部８の周波数は上記スイッチング電源の発振周波数と同じ周波数になり、パルス発振部８の１パルス周期は２５μｓ〜５０μｓ（マイクロ秒）で、照射指令部１３の出力信号を同期制御部７で処理できる間隔も２５μｓ〜５０μｓ単位になる。そのためレーザ発振装置１より出力される出力ビーム２の設定分解能も上記単位の間隔となり、微少な制御が出来ないことになる。しかし、分周部６を追加することによりパルス発振部８の発振周波数を分周部６の倍率分だけ上げることが出来るため、微細な制御が可能になり、安定した出力ビーム２が得られることになる。
【００２４】
以上のように、本実施の形態ではスイッチング電源の発振周波数を上げることなく、分周部を追加することにより、パルス発振部の周波数を上げて出力ビームの時間分解能の改善が図れ、微細な制御が可能となった。
【００２５】
ところで、上記レーザ発振装置１０が長期にわたり使用された場合に、本実施の形態において用いられるガスレーザ共振器１内のレーザ媒体用ガスの劣化や真空不良による空気の混入等の要因により、レーザ共振器１内の負荷インピーダンスが変化して、スイッチング電源４よりの電流が流れ難くなり、フィードバック制御により、予め設定された電流値に安定することが困難となることが考えられる。また、不慮の事故によりスイッチング電源４の出力線の断線又は電源の故障の場合も同様にフィードバック制御をすることが出来なくなることも考えられる。そこで、レーザ発振装置１０にはパルス幅変調部５のパルス幅が所定値を超えた場合にインターロック動作を行う警報手段１５が設けられている。本実施の形態では、この警報手段１５が定期点検が必要であるか否かを表す表示灯であり、上記パルス幅が所定値を超えた場合に点灯する。しかし、これに限定されることなく、この警報手段１５は上記パルス幅が所定値を超えた場合に、レーザ発振装置１０の運転を強制的に停止するものであってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１の発明によれば、レーザ共振器に電力を供給するスイッチング電源の発振周波数を上げることなく、パルス発振部の周波数を高くすることができるため、レーザ共振器より照射される出力ビームは照射指令部において設定された照射時間を正確に再現さすことが可能となった。
【００２７】
また、本願の第２の発明によれば、パルス変調部のパルス幅が所定値を超えた場合に警報表示又は装置の運転停止等のインターロック動作を行う警報手段が設けられているため、スイッチング電源からの電流値を監視することができる。この結果、電流値がフィードバックし得ない所定値以下に低下した場合に、レーザ共振器より不安定な出力ビームの出射を防止することができる。
【００２８】
更に、本願の第３の発明によれば、レーザ共振器としてガスレーザ共振器が用いられるため、安定性及び干渉性について良好な出力ビームが得られるとともに、取り扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ発振装置のブロック構成図
【図２】図１における各部の動作タイミング図
【図３】従来のレーザ発振装置のブロック構成図
【図４】図３における各部の動作タイミング図
【符号の説明】
１  レーザ共振器
２  出力ビーム
３  電流検出器
４  スイッチング電源
５  パルス幅変調部
６  分周部
７  同期制御部
８  パルス発振部
９  比較制御部
１０  レーザ発振装置
１２  電流値設定部
１３  照射指令部
１５  警報手段
【図１】
0003800812.tif 000002
【図２】
0003800812.tif 000003
【図３】
0003800812.tif 000004
【図４】
0003800812.tif 000005