JPH0332078A - レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＹＡＧレーザ等ガラスを透過するレーザ光を
発振するレーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

ガラスを透過するレーザ光を発振するレーザ発振装置と
しては、例えば第７図に示すようなレーザ発振器が知ら
れている。

つまり、皮剥ミラー１と出口ミラー２を備えたレーザロ
ッド３と対向して励起ランプ４を配設し、この励起ラン
プ４の電極５に電源６を接続し、励起ランプ４に電流を
流してレーザロッド３を励起することで出力ミラー２よ
りレーザ光Ａを発振するようにしである。

このようなレーザ発振器より発振されるレーザ光は加工
物の切断、穴あけに利用したり、部材表面に文字・図形
などを形成するのに利用され、レーザ光のエネルギーは
加工精度に大きく影響するので、レーザ光のエネルギー
、つまりレーザパワーを一定の値となるように安定化さ
せ、異なる文字・図形を形成するためにレーザ光のモー
ドを任意に切換えることが必要となるしかしながら、前
述のレーザ発振器においては励起ランプ４への電流変動
により励起エネルギーが変動することでレーザパワーが
変動してしまうから、従来は励起ランプ４と電源６との
Ｎ源回路７に電流計８を設け、その電流計８で励起ラン
プ４への電流値を検知して一定の値となるように電流を
制御してレーザ光のエネルギーを安定化させている。

また、レーザ光Ａの光路に、レンズとマスクの組合せよ
り成るアパーチャーを設けてレーザ光のモードを切換え
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、レーザ光のエネルギーが変動する要因は
励起ランプ４への電流変動だけではなく、励起ランプ４
のインピーダンス変化、レーザロッドの変形、ミラーの
ゆがみ、光学系のよごれ、励起ランプ４の効率変化、温
度変化などによってもレーザ光のエネルギーが変動し、
前記励起ランプ４のインピーダンスはランプ冷却水温に
よって微妙に変動するばかりでなく、経時変化等により
微小変化するので、前述のように励起ランプ４への電流
を制御したとしてもレーザ光のエネルギーは微小変動し
てしまうから、微細加工にレーザ光を利用した場合には
加工精度が低下してしまう。

また、アパーチャーでレーザ光のモードを切換えるので
、異なるモードに切換えるにはそのモードに適したアパ
ーチャーと交換せねばならず、その操作が面倒であるば
かりか、多数のアパーチャーを準備する必要がある。

そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにしたレ
ーザ発振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及び作用〕１、レーザ光を
拡散して散乱型液晶マスクに入射し、その出口側に設け
たディテクタでレーザ光エネルギーを検出し、その検出
したレーザ光エネルギーの変動分に応じて散乱型液晶マ
スクへの印加電圧を制御するようにしたレーザ発振装置
であり、これによってレーザ光のエネルギー変化に応じ
て散乱型液晶マスクの光透過率を変化してレーザ光エネ
ルギーを安定化できる。

２、レーザ光を拡散して、散乱型液晶マスクの透明電極
を任意形状に分割したスクリーンに入射し、その透明電
極の印加電圧をコントロールするようにしたレーザ発振
装置であり、これによって透明電極の印加電圧をコント
ロールすることで散乱型液晶マスクの光透過率を部分的
に異ならせて任意形状のパターンを得ることができる。

〔実　施　例〕

第１図に示すように、レ−ザ発振器Ｂから発振されるレ
ーザ光Ａの光路にビームエキスパンダー１０、散乱型液
晶マスク１１、集光レンズ１２を順次間隔を置いて配設
する。

これによって、レ−ザ発振器Ｂから発振されたレーザ光
Ａはビームエキスパンダー１０で拡げられ単位面積当り
のエネルギーが低くされ散乱型液晶マスク１１に入射さ
れ、集光レンズ１２で集束されて単位面積当りのエネル
ギーを再び高く・して加工物１３に照Ｗ、ｆされる。

前記散乱型液晶マスク１１は第２図のように、液晶１４
を有するポリマーマトリックス１５の両面に透明電極付
プラスチックフィルム１６゜１６を配設したもので、そ
の透明電極付プラスチックフィルム１６．１６に印加さ
れる電圧が高くなると透明度、つまり光の透過率が高く
なる性質を有し、第１図に示すように制御回路１７まり
印加される電圧でコントロールされる。

前記散乱型液晶マスク１１の出口側には、ゲルマニウム
パワ一部等の光のエネルギーを精密に高速で測定できる
ディテクター１８が設けられ、散乱型液晶マスク１１を
出たレーザ光Ａの一部はディテクター１８に入光し、そ
の他のレーザ光Ａは集光レンズ１２によって再び単位面
積当りのエネルギーを高くされ加工物１３に照射される
。

前記ディテクター１８で測定したレーザ光のエネルギー
は制御回路１７に人力され、その測定した値が予め設定
した値より変動している場合には、その変動分に応じて
散乱型液晶マスク１１への電圧をコントロールしてレー
ザ光のエネルギーを一定に制御する。

１つはレーザ光のレーザパワーを精密にコントロールす
る可変抵抗である。

次に、前記レーザパワーの変動を補正して安定化させる
動作の一例を説明する。

レーザパワー調整時には散乱型液晶マスク１１の電圧を
、最大電圧時の光透過率の６０％〜８０％の光透過率と
なる値とし、ディテクター１８で測定したレーザ光のエ
ネルギーと予じめ設定したレーザ光のエネルギーとの変
動分に応じて電圧を制御して光透過率を４０％〜２０％
の範囲でコントロールし、測定したレーザ光のエネルギ
ーと予じめ設定したレーザ光のエネルギーを一致させて
安定化する。

例えば、制御回路１７でＰ−１−Ｄ又は学習制御、現代
制御、Ｆｕｚｚｙ制御等による方法で変動分に見合う印
加電圧制御量を演算し、それによって散乱型液晶マスク
１１の印加電圧を制御して光透過率をコントロールする
ことで、散乱型液晶マスク１１を出たレーザ光のエネル
ギーを予じめ設定したレーザ光のエネルギーと一致させ
、加工物１３に照射されるレーザ光のエネルギーを一定
として安定化する。

前記制御回路１７は前述の変動分が散乱型液晶マスク１
１の電圧制御による光透過率の変化によって補正できる
範囲であるかを判断する回路を備え、補正できる範囲で
あれば前述のように電圧制御するが、補正できる範囲よ
り変動分が大きい場合には前述の電圧制御を行わずに、
レ−ザ発振器Ｂの電源に電流制御信号を出力して励起ラ
ンプ４の電流を制御して発振されるレーザ光のエネルギ
ー自体をコントロールして散乱型液晶マスク１１を出た
レーザ光のエネルギーを一定の値として安定化させる。

この動作をフローチャートで示すと第３図のようになる
。

第４図に示すように、ビームエキスパンダｌＯと集光レ
ンズ１２との間にスクリーン２０を設ける。

該スクリーン２０は散乱型液晶マスク１１の透明電極付
プラスチックフィルム１６を所定パターンに多数分割し
て配設したもの、例えば第５図に示すように散乱型液晶
マスク１１の透明電極付プラスチックフィルム１６を同
心円状に多数分割したものであり、その各透明電極付プ
ラスチックフィルム１６に制御回路１７より電圧を印加
制御するようにしてあり、その制御回路１７にはディテ
クタ１８よりスクリーン２０を出たレーザ光のエネルギ
ーがフィードバックされると共に、マンマシーンインタ
ーフェース２１よりパターン選択信号が人力されるよう
にしである。

このようであるから、例えば第１モード選択信号を入力
すると制御回路１７より第６図（ａ）斜線部分の透明電
極付プラスチックフィルム１Ｂへの印加電圧を低くして
光透過率を低下し、他の透明電極付プラスチックフィル
ム１６への印加電圧を高くして光透過率を１００％とし
、これによって第６図（ａ）で示すモードＣが得られる
。

同様に第２モード選択信号を入力すると制御回路１７よ
り第６図（ｂ）斜線部分の透明電極付プラスチックフィ
ルム１６への印加電圧を低くして光透過率を低下し、他
の透明電極付プラスチックフィルム１６への印加電圧を
高くして光透過率を１００％とし、これによって第６図
（ｂ）で示すモードＤ゛が得られる。

第３モード選択信号を入力すると第６図（ｃ）に示すよ
うに全ての透明電極付プラスチックフィルム１６への印
加電圧を高くして光透過率を１００％とし、これによっ
て第６図（Ｃ）に示すモードＥが得られる。

つまり、散乱型液晶マスク１１は透過電極に印加する電
圧によって光透過率が０〜１００％の範囲で変化するの
で、透明電極を任意の形状に分割し、その任意の透明電
極の印加電圧を高くし、他の透明電極の印加電圧を低く
すれば、散乱型液晶マスク１１の部分的光透過率が異な
るので、任意の形状のモードが得られる。

また、透明電極への印加電圧をコントロールすることで
光透過率を調整できるから、加工物１３に照射されるレ
ーザ光のエネルギーを調整できる。

また、ディテクタ１８で散乱型液晶マスク１１を出たレ
ーザ光のエネルギーを検出し、その値を制御回路１７に
フィードバックして印加電圧を制御できるから、所望す
るエネルギーに精度良く調整できる。

〔発明の効果〕

１、散乱型液晶マスク１１を出たレーザ光エネルギーの
変動分に応じて散乱型液晶マスク１１の印加電圧を制御
して光透過率をコントロールし、それによってレーザ光
エネルギーを所望の値として安定化するので、励起ラン
プのインピーダンス変化、レーザロッドの変形、ミラー
のゆがみ、光学系のよごれ、励起ランプの効率変化、温
度変化などがあってもレーザ光のエネルギーを安定化で
き、微細加工時の加工精度を向上できる。

マタレーザ光を、ビ−ムエキスパン！−１０で単位面積
当りエネルギーを低くしてから散乱型液晶マスク１１に
入射し、さらにディテクタ１８に一部のレーザ光を入射
するので、散乱型液晶マスク１１、ディテクタ１８に入
射するレーザ光のエネルギー密度は小さくなって散乱型
液晶マスク１１が高温となることがなく、散乱型液晶マ
スク１１を構成する高ポリマー物質が変色、変形、塑性
変形等が生じることがなく耐久性が優れたものとなり、
ディテクタ１８を熱エネルギーに対して弱い半導体等の
高精度のものを用いることができるのでレーザ光のエネ
ルギー検出精度が良くなってより安定化できる。

２、分割した透明電極への印加電圧をコントロールする
ことで散乱型液晶センサ１１の部分的光透過率を異なら
せて任意形状のパターンとすることができ、印加電圧を
コントロールするだけの簡単な操作でレーザ光のパター
ンを任意に変更できる。

散乱型液晶マスク１１に入射するレーザ光のエネルギー
密度は小さいので、その散乱型液晶マスク１１を構成す
る高ポリマー物質が変色、変形、塑性変形することがな
く、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す全体図、第２図は散
乱型液晶マスクの説明図、第３図は動作フローチャート
、第４図は第２実施例の全体図、第５図はスクリーンの
斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はパターン制御
の説明図、第７図はレーザ発振器の説明図である。 １０はビームエキスパンダ、１１は散乱型液晶マスク、
１２は集光レンズ、１３は加工物、１７は制御回路、１
８はディテクタ、２０はスクリーン。 第 ３ 図 第 図 第　５ 図 第 図 （０） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ発振器Ｂのレーザ光路に、ビームエキスパン
   ダ１０、散乱型液晶マスク１１、集光レンズ１２を順次
   設け、その散乱型液晶マスク１１の出口側にディテクタ
   １８を設けると共に、そのディクター１８の検出したレ
   ーザ光エネルギーと所定のレーザ光エネルギーとの変動
   分に応じて散乱型液晶マスク１１の印加電圧を制御する
   制御回路１７を設けたことを特徴とするレーザ発振装置
   。 ２、レーザ発振器Ｂのレーザー光路に、ビームエキスパ
   ンダ１０、散乱型液晶センサ１１の透明電極を任意形状
   に分割したスクリーン２０、集光レンズ１２を設け、前
   記透明電極の印加電圧をコントロールする制御回路１７
   を設けたことを特徴とするレーザ発振装置。