JPH11103109A - レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した出力ビームを迅速に出力し得るレー
ザ発振装置を提供する。 【解決手段】 駆動電源により制御されるレーザ共振器
と、該レーザ共振器から出射された出力ビームを検出す
る出力センサと、該出力センサの検出値を予め設定され
た基準値と比較するとともに、該出力センサの検出値が
安定するようにフィードバックし得る比較制御部と、上
記基準値と比較制御部の出力値との差を補正量として記
憶する補正量記憶部と、出力ビームのパワー値を設定す
るパワー値設定部と、該補正量記憶部に記憶された補正
量とパワー値設定部において設定された出力ビームのパ
ワー値とを加算する加算器とを設け、上記駆動電源を、
上記出力センサの出力ビーム検出状態において、上記比
較制御部からの出力に応じてフィードバック制御する一
方、上記出力センサの出力ビーム非検出状態において、
上記加算器からの出力に応じて制御する。

Description

【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。この種のレーザ発振装置として、例えば特公昭６
３−４２４３０号には、図２のブロック構成図に示すよ
うなものが開示されている。このレーザ発振装置３０で
は、レーザ共振器２１から発せられるレーザ光２２（以
下、出力ビームという）を安定化させるために、まず、
出力センサ２７において出力ビーム２２が検出され、そ
の検出値が、予め設定された設定値となるように、上記
レーザ共振器２１に電力を供給する駆動電源２３がフィ
ードバック制御される。このレーザ発振装置３０には、
レーザ光路上で開閉作動するシャッタ２５が設けられて
いる。出力センサ２７において出力ビーム２２を検出す
る場合、このシャッタ２５は閉じられ（図中の実線）、
レーザ共振器２１から発せられた出力ビーム２２は、シ
ャッタ２５の反射面２５ａにおいて反射されることによ
り、出力センサ２７側に供給される。この出力センサ２
７において検出される出力ビーム２２のパワー値が予め
設定された値に安定するまでには、所定時間が必要とさ
れる。

【０００３】上記レーザ共振器２１から発せられる出力
ビーム２２のパワー値が安定した後、シャッタ２５は開
放される（図中の破線）が、この場合に、出力センサ２
７からの出力が断たれる結果として、駆動電源２３から
レーザ共振器２１へ電力が過剰に供給され過大な出力ビ
ーム２２が出射されることを防止するために、このレー
ザ発振装置３０には、シャッタ２５の動作と連動して作
動するスイッチ２８が設けられており、シャッタ２５が
開放されると同時に、出力センサ２７と駆動電源２３と
の接続が断たれるようになっている。更に、スイッチ２
８と駆動電源２３との間に記憶素子２９が配設され、シ
ャッタ２５が閉じている間、駆動電源２３を制御する出
力センサ２７の検出値を記憶される。そして、この記憶
素子２９から、シャッタ２５が開放されると同時に、そ
の直前に記憶された出力センサ２７の検出値に基づく制
御信号が駆動電源２３側へ出力される。駆動電源２３
は、その制御信号に基づいて、上記レーザ共振器２１に
電力を供給する。この結果、シャッタ２５の開閉前後
で、パワー値の安定した出力ビーム２２が確保される。

【０００４】

【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、シャッタ２５の開閉前後でパワ
ー値の安定した出力ビーム２２を確保するために、出力
ビーム２２が安定した状態での出力センサ２７の検出値
を記憶素子２９に記憶し、この記憶データに基づいて駆
動電源２３を制御するようにしている。かかる方式で
は、出力ビーム２２のパワー値を設定し直す毎に、出力
ビーム２２が安定した状態における出力センサ２７の検
出値を記憶する必要がある。すなわち、このレーザ発振
装置３０では、出力ビーム２２のパワー値を設定し直し
た場合、再度シャッタ２５が閉じられ、出力ビーム２２
がフィードバック制御された後、安定した出力センサ２
７の検出値が上記記憶素子２９に記憶される。この場
合、出力ビーム２２のパワー値が新たに設定されてか
ら、出力ビーム２２が設定されたパワー値に安定するま
でに、所定時間が必要とされる。

【０００５】また、上記レーザ発振装置３０では、上記
シャッタ２５の反射面２５ａが汚れた場合に、その反射
率が低下し、出力センサ２７側に反射される出力ビーム
２２が弱まる可能性がある。この基準となる出力ビーム
２２の検出値が小さくなり過ぎると、予め設定したパワ
ー値にフィードバック制御することが困難となる。

【０００６】そこで、本発明は、所定パワー値に安定し
た出力ビームを迅速に出力することができるレーザ発振
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、駆動電源により制御
されるレーザ共振器と、上記レーザ共振器から出射され
た出力ビームを検出する出力センサと、上記出力センサ
の検出値を、予め設定された基準値と比較するととも
に、該出力センサの検出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、上記基準値と比較制御部の出
力値との差を補正量として記憶する補正量記憶部と、上
記出力ビームのパワー値を設定するパワー値設定部と、
上記補正量とパワー値設定部において設定された出力ビ
ームのパワー値とを加算する加算器とを備え、上記駆動
電源が、出力センサの出力ビーム検出状態においては、
上記比較制御部からの出力に応じてフィードバック制御
される一方、上記出力センサの出力ビーム非検出状態に
おいては、上記加算器からの出力に応じて制御されるこ
とを特徴としたものである。

【０００８】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、上記出力センサを、レーザ光路
上の出力ビーム検出位置、若しくは、レーザ光路外の出
力ビーム非検出位置へ移動させる駆動手段が設けられて
いることを特徴としたものである。

【０００９】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、上記補正量記憶部に記憶される
補正量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。

【００１０】また更に、本願の請求項４に係る発明（以
下、第４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。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。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、レー
ザ光２（以下、出力ビームという）を発するレーザ共振
器１と、該レーザ共振器１に電力を供給する駆動電源３
と、該レーザ共振器１から出射された出力ビーム２のパ
ワー値を検出する出力センサ７と、所定基準値の信号を
出力する基準値出力部１３と、上記出力センサ７からの
検出値が一定のパワー値に安定するように上記駆動電源
３をフィードバック制御するとともに、そのフィードバ
ック制御信号に対応した出力値と上記基準値出力部１３
からの基準値とを比較する比較制御部１２と、上記フィ
ードバック制御信号に対応した出力値と基準値との差を
補正量として記憶する補正量記憶部１４と、上記出力ビ
ーム２のパワー値を所望に設定し得るパワー値設定部１
５と、上記補正量記憶部１４に記憶された補正量とパワ
ー値設定部１５において設定された出力ビーム２のパワ
ー値とを加算する加算器１６と、上記出力センサ７の出
力ビーム検出状態及び非検出状態に応じて、上記駆動電
源３への入力信号を選択するスイッチ３とを有してい
る。

【００１２】本実施の形態では、上記出力センサ７が、
例えばエアシリンダ等からなる駆動手段１１を備え、こ
の駆動手段１１により、出力ビーム２の光路上に、若し
くは出力ビーム２の光路外に位置するように移動可能で
ある。これによれば、上記出力センサ７は、出力ビーム
２の検出時に、レーザ共振器１から出射される出力ビー
ム２を直接に受けることができる。また、詳しくは後述
するが、上記スイッチ３は、この出力センサ７の位置に
応じて、上記比較制御部１２の出力側から、若しくは上
記加算器１６の出力側から駆動電源３を制御する信号を
取り入れるように切り換わる。更に、このレーザ発振装
置１０は、上記補正量記憶部１４に記憶される補正量が
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１７を備えている。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、レーザ媒体用ガス（例えばＨｅ−Ｎｅ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、装置取り扱いを
容易としたが、これに限定されることはなく、適切であ
れば、例えばＹＡＧレーザ共振器等、いかなる別種のレ
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
出力センサ７の動作を各構成において制御するようにし
たが、上記レーザ発振装置１０に、各構成に接続される
ＣＰＵを設け、各処理を統轄的に制御するようにしても
よい。

【００１３】以下、上記レーザ発振装置１０における出
力ビーム２の出力制御動作について説明する。このレー
ザ発振装置１０では、パワー値設定部１５において、出
力ビーム２のパワー値を任意に設定することができる
が、品質精度，レーザガス媒体の劣化、若しくはレーザ
共振器１の内部ミラーの汚れ等、種々の要因により、レ
ーザ共振器１から出射される出力ビーム２のパワー値
と、設定した出力ビーム２のパワー値とが一致しないこ
とが多々ある。このため、上記レーザ発振装置１０で
は、駆動電源３の起動後、まず、レーザ共振器１から出
射される出力ビーム２を検出し、その検出値に基づい
て、パワー値が設定したパワー値に安定するように、レ
ーザ共振器１に電力を供給する駆動電源３を制御する必
要がある。

【００１４】かかる駆動電源３の制御に際して、上記レ
ーザ発振装置１０では、駆動電源３を起動させると同時
に、該駆動電源３への入力を選択するスイッチ２０が、
上記加算器１６の出力側から比較制御部１２の出力側に
切り換わる。このスイッチ２０の動作に連動して、上記
出力センサ７が、出力センサ駆動手段１１により出力ビ
ーム２の光路上に移動させられる。これによって、レー
ザ共振器１から出射された出力ビーム２が出力センサ７
に入射し、出力ビーム２のパワー値が実時間で検出され
るようになる。このとき、上記レーザ発振装置１０で
は、図１に示すように、レーザ共振器１，出力センサ
７，比較制御部１２及び駆動電源３により閉ループが構
成されている。

【００１５】上記出力センサ７により出力ビーム２が検
出される間、上記出力センサ７の検出値に対応した出力
が、上記比較制御部１２に入力される。この比較制御部
１２では、出力センサ７の検出値に基づき、レーザ共振
器１から出射される出力ビーム２のパワー値が、上記パ
ワー値設定部１５において予め設定したパワー値に安定
するのにレーザ共振器１に供給されるべき電力のパワー
値が算出され、そのパワー値に対応する制御信号が上記
駆動電源３へ供給される。その結果、駆動電源３は、比
較制御部１２から供給された制御信号に基づいて、レー
ザ共振器１に電力を供給し、これによって、予め設定さ
れたパワー値の出力ビーム２がレーザ共振器１から出射
される。すなわち、このレーザ発振装置１０では、駆動
電源３の起動後、上記出力センサ７が出力ビーム２の光
路上に位置する場合に構成される閉ループにおいて、出
力センサ７の検出値に基づき、駆動電源３をフィードバ
ック制御することにより、レーザ共振器１から出射され
る出力ビーム２を予め設定したパワー値に安定させるこ
とができる。

【００１６】ところで、上記比較制御部１２には、出力
センサ７からの検出値とともに、基準値出力部１３から
の基準値が入力される。この基準値は、駆動電源３の起
動後、パワー値設定部１５において最初に設定されたパ
ワー値に対応する値であり、いったん設定されると、駆
動電源３が駆動される間、変化しない。上記比較制御部
１２では、前述したように駆動電源３用の制御信号が算
出されると同時に、かかる基準値と制御信号との差が算
出され、その差は補正量として補正量記憶部１４に供給
される。この補正量は、パワー値設定部１５において設
定されたパワー値に基づいて上記レーザ共振器１に供給
される電力と、設定されたパワー値の出力ビーム２を出
射させるために実際に供給されるべき電力との差に対応
するものである。上記補正量記憶部１４には、出力セン
サ７により出力ビーム２が検出される間、この補正量が
刻々と記憶される。

【００１７】上記出力ビーム２が予め設定したパワー値
に安定した後、上記出力センサ７を駆動手段１１により
出力ビーム２の光路外へ移動させると、出力センサ７の
動作に連動して、上記駆動電源３への入力を選択するス
イッチ２０が、上記比較制御部１２の出力側から加算器
１６の出力側に切り換わる。スイッチ２０が切り換わる
とともに、上記加算器１６には、パワー値設定部１５に
おいて設定された出力ビーム２のパワー値と、スイッチ
２０が切り換わる直前に補正量記憶部１２に記憶された
補正量とが供給される。これらの値は、この加算器１６
において加算された後、直ちに駆動電源３側へ出力され
る。これに伴い、駆動電源３は、上記加算器１６からの
制御信号に基づいて、レーザ共振器１に電力を供給す
る。すなわち、レーザ共振器１には、パワー値設定部１
５において設定されたパワー値の出力ビーム２を出射さ
せるために実際に必要とされる電力が供給される。この
結果、レーザ共振器１から、予め設定されたパワー値の
出力ビーム２が出射される。以後、上記レーザ共振器１
には、上記加算器１６からの制御信号に基づく一定の電
力が、駆動電源３から供給されるため、安定したパワー
値の出力ビーム２が得られることとなる。

【００１８】以上のように、本実施の形態では、上記パ
ワー値設定部１５において設定されたパワー値の出力ビ
ーム２を上記レーザ共振器１から出射させるために、上
記補正量記憶部１４において、レーザ共振器１へ実際に
供給されるべき電力と、上記基準値出力部１３における
基準値との差である補正量を記憶するようにした。この
補正量は、駆動電源３の起動後、最初にパワー値設定部
１５において設定されたパワー値に基づいて定まるもの
であるが、実質的には設定されるパワー値とは関係がな
く、それ以後になされるパワー値の変化に影響を受ける
ことはない。このため、上記レーザ発振装置１０では、
パワー値設定部１５において出力ビーム２のパワー値を
再度設定した場合に、上記補正量記憶部１４に記憶され
た補正量が用いられる。すなわち、このレーザ発振装置
１０では、レーザ共振器１から安定したパワー値の出力
ビームが出射されている状態で、パワー値設定部１５に
おいて出力ビーム２のパワー値を設定し直した場合、上
記加算器１６に、パワー値設定部１５において新たに設
定されたパワー値と、上記補正量記憶部１４に保持され
た補正量とが供給される。これらの値は、加算器１６に
おいて加算された後、駆動電源３側へ出力される。これ
により、駆動電源３が、上記加算器１６からの新たな制
御信号に基づいて、レーザ共振器１に電力を供給する結
果、レーザ共振器１から、新たに設定されたパワー値の
出力ビーム２が出射される。このように、本実施の形態
に係るレーザ発振装置１０では、パワー値設定部１５に
おいて出力ビーム２のパワー値を設定し直した場合、出
力ビーム２が設定されたパワー値に安定するためにレー
ザ共振器１に供給されるべき電力が、上記補正量記憶部
１４に予め記憶された補正量を用いて得られるので、再
度出力センサ７において出力ビーム２を検出し出力ビー
ム２をフィードバック制御する必要がなく、新たに設定
されたパワー値の出力ビーム２を直ちに出射させること
が可能となる。

【００１９】ところで、上記レーザ発振装置１０が長期
にわたり使用される場合に、レーザ共振器１からの出力
ビーム２は、内部ミラーの汚れや、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
の劣化等の要因により、その発振効率が低下して、出力
ビーム２のパワー値が次第に小さくなる傾向を有する。
通常、このようなパワー値の低下は、出力センサ７が出
力ビーム２の光路上にある場合に構成される閉ループに
おいてフィードバック補正されるが、出力ビーム２のパ
ワー値が所定値以下になると、かかるフィードバック制
御により、出力ビーム２を予め設定されたパワー値に安
定させることは困難となる。そこで、このレーザ発振装
置１０には、補正量記憶部１４に記憶される補正量が所
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
１７が設けられている。本実施の形態では、この警報手
段１７が、定期点検が必要であるか否かを表す表示灯で
あり、上記補正量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はなく、この警報手段１７
は、上記補正量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。

【００２０】尚、本発明は、以上の例示された実施態様
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であ
ることは言うまでもない。

【００２１】

【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、パワー値設定部において設定され
たパワー値に基づいてレーザ共振器に供給される電力
と、設定されたパワー値の出力ビームを出射させるため
に実際に供給されるべき電力との差に対応する補正量が
記憶されるため、パワー値設定部において出力ビームの
パワー値を変化させた場合にも、再度出力センサにおい
て出力ビームを検出し出力ビームのパワー値をフィード
バック制御する必要がなく、レーザ共振器から新たに設
定されたパワー値の出力ビーム２を迅速に出射させるこ
とが可能となる。

【００２２】また、本願の第２の発明によれば、出力ビ
ームを検出する際に、出力センサが駆動手段によりレー
ザ光路上に移動させられるため、出力ビームを直接に出
力センサへ入射させることができる。これにより、シャ
ッタ等の反射媒体を要することがなく、また、それに伴
い、反射面の汚れによって出力センサに検出される出力
ビームが低下する惧れをなくすることができる。

【００２３】更に、本願の第３の発明によれば、補正量
記憶部に記憶される補正量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、レーザ共振器から出
射される出力ビームのパワー値を監視することができ
る。この結果、出力ビームのパワー値がフィードバック
補正し得ない所定値以下に低下した場合に、不安定な出
力ビームの出射を防止することができる。

【００２４】また更に、本願の第４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
ブロック構成図である。

【図２】 従来のレーザ発振装置のブロック構成図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザ共振器 ２…出力ビーム ３…駆動電源 ７…出力センサ １０…レーザ発振装置 １１…出力センサ駆動手段 １２…比較制御部 １３…基準値出力部 １４…補正量記憶部 １５…パワー値設定部 １６…加算器 １７…警報手段 ２０…スイッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電源により制御されるレーザ共振器
   と、 上記レーザ共振器から出射された出力ビームを検出する
   出力センサと、 上記出力センサの検出値を、予め設定された基準値と比
   較するとともに、該出力センサの検出値が安定するよう
   にフィードバックし得る比較制御部と、 上記基準値と比較制御部の出力値との差を補正量として
   記憶する補正量記憶部と、 上記出力ビームのパワー値を設定するパワー値設定部
   と、 上記補正量記憶部に記憶された補正量とパワー値設定部
   において設定された出力ビームのパワー値とを加算する
   加算器とを備え、 上記駆動電源が、出力センサの出力ビーム検出状態にお
   いては、上記比較制御部からの出力に応じてフィードバ
   ック制御される一方、上記出力センサの出力ビーム非検
   出状態においては、上記加算器からの出力に応じて制御
   されることを特徴とするレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 上記出力センサを、レーザ光路上の出力
   ビーム検出位置、若しくは、レーザ光路外の出力ビーム
   非検出位置へ移動させる駆動手段が設けられていること
   を特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置。
3. 【請求項３】 上記補正量記憶部に記憶される補正量が
   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又は２に記載
   のレーザ発振装置。
4. 【請求項４】 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〜請求項３記載のレーザ発振装置。