JPS6124292A - レ−ザ温調装置 - 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） 本発明はレーザ管を有するレーザ装置、特に外部鐘形レ
ーザ装置に関するものである。

（従来技術） 今日、レーザ管を有するレーザ装置は計測器、分析器、
通信機、画像記録装置、画像読取装置、ホログラフィ−
１溶接装置、レーザメス等の医療装置、核融合等の様々
な分野で使用されていることは周知の通りである。

レーザ装置の一つとして気体レーザ装置があり、この気
体レーザ装置のうちでも、レーザ管とは独立した、レー
ザ光を発振せしめるための一対の外部鏡が柱状のレーザ
管の軸方向に設番ノられた外部鐘形レーザ装置が知られ
ている。

この外部鐘形レーザ装置においては、レーザ光を発する
レーザ管を保持するマウントと外部鏡とは同一の基板上
に設置されている。このように構成されているレーザ装
置において、レーザ光を発するためにレーザ管に電圧が
印加されると、レ−ず管の中央部付近からは多大な熱が
発せられる。

このレーザ管から発せられた熱はレーザ管のマウン］・
を介して基板に伝達することにより、あるいは熱対流、
熱輻射により、レーザ管の周辺部の基板に伝達されるが
、レーザ管の中央部が最も多く熱を発するので、基板の
中央部即ちレーザ管の中央部が位置１−る部分と、基板
の周辺部即ち外部鏡が設置される部分においては温度差
が生じる。この場合、レーザ管の中央部を保持するマウ
ントが最も高温で、外部鏡を保持するブラケットが最も
低温となり、基板の上記中央部を保持するマウントに接
する部分が高温で上記外部鏡を保持するブラケットに接
層る部分が低温となる。温度勾配が基板に生じる。この
ように基板に温度勾配が生じると、基板の熱膨張の違い
から外部鏡がレーザ管の軸方向から位置ずれし、レーザ
装置から発生されるレーザ光の強度が低下したり、最悪
の場合にはレーザ発振が行なわれなくなるという問題が
発生づる。従って、このような問題を解消するために、
従来から例えば月に一回定期的に外部鏡の位置を調整す
ること等が行なわれている。しかしながら、このような
外部鏡の位置補正は極めて面倒であるとともに、このよ
うな位置補正を行なっても、レーザ装置使用時に基板の
温度勾配による外部鏡の位置ずれを防止しうるちのでな
いことは明らかである。

（発明の目的） 従って、本発明の目的は、外部鐘形レーザ装置において
、環境温度条件の変化などによる基板温度勾配の変化に
よって発生する外部鏡の位置ずれとそれに伴うレーザパ
ワーの低下や光軸の変化などを防止しうるレーザ温調装
置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明のレーザ温調装置は、ケース内にレーザ管および
一対の外部鏡を収容し、このケース内の基板上に複数の
マウントにより保持してレーザ管を設置するとともに、
外部鏡をレーザ光軸上でレーザ管の両端近傍に位置する
ようにそれぞれブラケットを介して基板上に設置し、 各外部鏡、各ブラケットもしくは各ブラケット近傍の基
板上に温度センサを設けるとともに、レーザ管のほぼ中
央部、レーザ管のほぼ中央を保持するマウン１〜もしく
はこのマウント近傍の基板上に温度センサを設け、これ
らの温度センサの出力に応じて上記ケースに設けられた
複数の通風手段を作動させ、これらの温度センサに温度
を検出される各部分またはその近傍を通る空気流を作り
出し、これら各部分またはその近傍の温度を各々所望の
値に保持ジるようにしたことを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、レーザ装置使用時におけるレーザ管及
び発振安定化抵抗の大きな発熱により生じるレーザ管中
央部のマウント設置部から外部鏡のブラケット−設置部
に至る基板の温度勾配を一定にすることができる。すな
わち、マウント、プラク゛ット等に取り付けられた温度
センサにより各部の温度を検出し、各部において予め定
めた設定温度との間に温度差が生じた時は高温となった
部分に対応する通風手段を作動ξせて、この部分を通る
空気流を作ったり、この空気流を増大させたりして各部
分の温度を所定値に保持することができる。従って、レ
ーザ装置使用時には、常に基板上の温度勾配を一定に保
つことができるため、レーザ管および外部鏡の位置関係
を予め前記の温度勾配に応じて調整しておけば、レーザ
装置使用時にはレーザ管と外部鏡の間の位置が一定にな
り、パワー低下や光軸のずれを防止することができる。

（実　施　例） 以下、本発明のレーザ温調装置を好ましい１実施例に基
づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明のレーザ温調装置の好ましい１実施例
を示す斜視図、第２図はこのレーザ温調装置の平面図で
あり、両図を併用して説明する。

レーザ管１は３個のマウント２ａ、２ｂ、２ｃにより保
持されて基板３上に設置されている。レーザ管１の軸方
向でレーザ管１の両端より少し離れて１対のレーザ発振
を行未うための外部１ｉ４ａ　。

４ｂも基板３上に設置されている。レーザ管１と　゛外
部１１１／１．ａ、４ｂは、これらが設置される基板３
とともにケース５内に収容されている。このケース５の
側壁にはケース５内に空気を流入するための空気流入［
二１６が、この空気流入口６より流入した空気がレーザ
管１の中央部にあたる位置に設けられる。他方、ケース
５の空気流入口６が設けられたのと反対側の側壁には空
気流入口６から流入した空気がレーザ管１の中・央部マ
ウント２ｂおよび外部鏡の支持ブラケット４ａ　、４ｂ
を通過して空気が流出４るように、すなわち第２図にお
いて矢印Ａ、＋３．Ｃで示すように空気が流れるように
３箇所に空気流出ロアａ、７ｂ、７ｃが設けられている
とともに、この３つの空気流出ロアａ、７ｂ、７ｃには
空気流を作り出すためのファンｆ３ａ。

８ｂ、８ｃが設けられている。また、レーザ管１を保持
する中火部マウント２ｂおよび外部鏡支持ブラケット／
Ｉａ、４ｂにはそれぞれマウントの温度を検出する湿度
センサとしてサーミスタ１０ａ。

１０ｂ　、　１０ｃが取り付けられていて、このサーミ
スタ１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃの出力が一ケース
５の外方装置かれた制御回路１３に入力ライン１２ａ　
、　１２ｂ　、　１２ｃを介して入力されるようになっ
ている。一方、制御回路１３は上記ファン８ａ　、　８
ｂ　、　８ｃと出力ライン１１ａ　、　１１ｂ　、　１
１ｃを介して接続していて、ファン８ａ、８ｂ、８ｃ駆
動用の信号が出力されるようになっている。

このように構成されたレーザ装置において、レーザ光を
発するためにレーザ管１に電圧を印加せしめ、レーザ光
９を生ぜしめると、レーザ管１の中央部が最も高温にな
り、レーザ管１の両端部は中央部に比して低い温度でレ
ーザ管１の温度が上昇し始める。このため、レーザ管１
のほぼ中央部を保持するマウント２ｂが最も高温になり
、外部鏡を保持するブラケット４ａ、４ｂはマウント２
ｂより低温になる。さらに、マウント２ａ、２ｂ。

２Ｃを介してレーザ管１から発生した熱が伝導して、基
板３も中央のマウント２ｂ近傍が最も高温となる。この
まま、レーザ管１の発振を続けるとレーザ管１の中央部
マウント２ｂと外部鏡支持ブラケット４ａ、４ｂの温度
差を生じたまま全体に温度が上昇し、基板３も中央部と
両端部で温度差が生じたまま温度上昇し、このため熱膨
張の差によって基板３が変形し、外部鏡４ａ、４ｂに位
置ずれが発生する恐れがある。

しかしながら、本実施例においてはサーミスタ１０ａ、
　、　１０ｂ　、　１０ｃによりマウント２ｂおよびブ
ラケツ１−４８，４ｂの温度を検出し、これらの温度が
所定値を超えた時には、それに対応するファンを回転さ
せてこの温度が高くなったマウント一部らしくはブラケ
ット部を冷却し、所定値まで戻す。

このことにより、基板３上の温度勾配も所定の勾配を保
つことになる。具体的には、中央部のマウント２ｂが最
も高温になり易いのであるが、このマウント２ｂの温度
が上昇して所定値以上になった時、）Ｉン８ｂを回転さ
せて、空気流入口６からマウンｌ−２ｂのまわりを通り
空気流出ロアｂに至る第２図にＪ３いて矢印Ｂで示す空
気流を作り出し、マウント２ｂが過熱するのを防ぐとと
もに、ブラケッ１〜４ａ　、４ｂが所定温度以上になっ
た時には、これらブラケット４ａ、４ｂを通る空気流を
作り出しブラケット４ａ、４ｂの過熱を防ぐ。

この４ようにして、各部分の温度が所定の勾配を保つよ
うにするのであるが、サーミスタ１０ａ。

１０ｂ　、　１０ｃの検出温度が所定値を超えた時にフ
ァン８ａ　、　Ｆ３ｂ　、　Ｆ１ａを駆動させるための
回路図の１例を第３図に示し、これについて説明する。

この回路図は１個のサーミスタとこのサーミスタに対応
する１個のファンの駆動の系（例えば、サーミスタ１０
ａとファン８ａ）を示し、第１図に示した例の場合には
、このような系が３個必要となる。

３個の固定抵抗２０ｂ　、　２０ｃ　、　２０ｄと１個
のサーミスタ２０ａからなるブリッジ回路２０の向かい
合う２つの端子に電源２１の定電圧が加えられ、他の向
かい合う２つの端子はライン２２ａ　、　２２ｂを介し
て差動アンプ２２に接続している。ここで、サーミスタ
２０ａが検出する温度が所定値（例えば４２℃）の時に
、ライン２２ａの電位とライン２２ｂの電位とが等しく
なるように固定抵抗２０ｂ　、　２０ｃ　、　２０ｄの
抵抗値が設定されている。このため、サーミスタ２０ａ
の検出温度が所定値より低い時はサーミスタ２０ａの抵
抗値は増大してｅ側に入力されるライン・２２ａの電位
は高くなり差動アンプ２２の出力は負の値となり、一方
、サーミスタ２０ａの検出温度が所定値より高い時はす
′−ミスタ２０ａの抵抗値は減少し、ライン２２ａの電
位は低くなるので差動アンプ２２の出力は正の値となる
。この場合、サーミスタ２０ａの抵抗値は温度の上昇と
ともに減少するため、差動アンプ２２の出力はサーミス
タ２０ａの温度が所定値以下で負、所定値の時に零、所
定値を超せば正となり、しかも温度が高くなるとともに
出力も大きくなる。この差動アンプ２２の出力は、２つ
に分けられ、一方は微分積分アンプ２３を介して加算チ
゛ンプ２４に人力し、他方はそのまま加算アンプ２４に
入力づる。加算アンプで加算された上記入力は比例出力
回路２５にあくられ、この比例出力回路２５から加算ア
ンプ２４からの出力に比例してファンの回転数を変化さ
せる信号をファンドライバ２６に送出する。ファンドラ
イバ２６は上記信号を受けて加算アンプ２４の出力に比
例してファン２７を回転させる。なお、微分積分アンプ
２３はＰＩＤ制御をなすだめのもので、比例動作に積分
動作を加えて比例動作におけるオフセットを除くととも
に、比例動作に微分動作を加えてファン回転数を変化さ
せる時の応答性を改善している。このようにして、サー
ミスタ２０ａが所定温度以下ではファン２７を作動させ
ず（作動アンプ２２の出力が零または負の時はファンを
作動させない）、サーミスタ２０ａが所定温度を超えた
時、その超えた大きさ及び速度に応じてファン２７を回
転させることができサーミスタ２０ａを空冷できるので
、サーミスタ２０ａが検出する温度をほぼ一定の温度に
保つことができる。よって、第１図の例ではサーミスタ
１０ａ　、　１０ｂ　、　１０Ｇに対応してファン７ａ
、７ｂ、７ｃを作動させて、サーミスタ１０ａ　、　１
０ｂ　、　１０ｃに検出される温度を夫々一定に保つこ
とができる。

このようにして、基板３上の温度分布を常に一定の温度
勾配に保つことができ、外部鏡４ａ、４ｂとレーザ管１
どの位置ずれが防止される。

なお、ファン８ａ　、８ｂ　、８ｃはサーミスタ１０ａ
　、　１０ｂ　、　１０ｃと連動して、回転、停止を繰
り返すようにしてもよいし、あるいは第３図のようにサ
ーミスタ１０ａ　、　１０ｂ　、　１０ｃの出力レベル
に応じてファン（３ａ　、　８ｂ　、　８ｃの回転速度
をコントロールするようにしてもよい。さらに、温度セ
ンサはサーミスタに限られるものではないし、温度セン
サを取りイリ【）る位置も、レーザ管１の中央部マウン
ｈ　２　ｂの代わりにこのマウント２ｂ近傍のレーザ管
１もしくは基板３上でもよく、さらにブラケット４ａ、
４ｂの代わりに、これらブラケット４ａ、４ｂが支持す
る外部鏡上もしくはこれらブラケット４ａ、４ｂ近傍の
基板上でもよい。ただし温度はンリによって検知された
部分を冷却する空気流を作り出せるように、各ファンの
位置が温度センサに対応していなければならない。また
、空気流入口が複数であってもよいことは熱論である。

なお、各ファンと温度センサはその対応が明確であれば
前述の実施例のように１：１の対応でなくともよい。例
えば、温度センサ２個に対してファンが３個でもよく、
この場合の制御例を第４図のブロック図を用いて説明す
る。ここで、便宜上、２個の温度センサ３１．３３に対
して３個のファン３９゜４０、４１によるＪｉｌｌ（冷
却効果）の影響度を、ファン３９はセンサ３１に対して
のみ影響し、ファン４０はセンサ３１とセンサ３３に等
しく影響しく各々に５０％ずつの影響度）、ファン４１
はセンサ３３にのみ影響すると考える。センサ３１によ
り検出された温度に応じ、第３図で説明したようなアン
プ系３２によって、温度に比例する信号がファンドライ
バ３６および加算アンプ３５に出力される。このためフ
ァンドライバ３６によってファン３９はセンサ３１の検
出温度に比例して回転が制御される。一方、センサ３３
により検出された温度に応じてアンプ系３４により検出
温度に比例する信号が加算アンプ３５およびファンドラ
イバ３８に送られる。このため、ファン４１はファンド
ライバ３８によってセンサ３３の検出温度に応じて回転
が制御される。また、加算アンプ３５に送られるアンプ
系３２とアンプ系３４の出力はここで平均値が算出され
、この平均値に応じた信号をファンドライバ３１に出力
する。このため、ファン４０はセン＋１３１とセンサ３
３の両方の検出温度に応じてその回転が制御される。な
お、ここでは便宜上ファン４０はセンサ３１とセンサ３
３に対する冷却効果の影響を等しいとしたが、これが異
なる時は、加算アンプ３５への人力に重みづけをして加
算すればよい。以上のにうにして温度センサが２個でフ
ァンが３個の時で６温度制御ができる。すなわち、複数
の温度レンｔすと複数のファンがあれば本発明のレーザ
温調装置を得ることができる。

さらに、レーザ装置の使用上、レーザ装置の発振の立ら
１がり時間は早い方が良いのであるが、この立Ｉう上が
り時間を早めるには、レーザ管１およびマウンｔ−２ａ
　、２ｂ　、２ｃを予めある温度以」二にしく”おくこ
とが望ましく、このためにケース５の内部あるいはレー
ザ管１のマウント２ａ、２１１．２Ｃもしくはブラケッ
ト４ａ　、４ｂにヒータを設（）ることや、ケース５に
断熱材を使用することが有効ひある。この場合レーザ管
１の端部はど温度上昇が近いのでレーザ管１の端部もし
くはブラケット部に特に容量の大きいヒータを設けるこ
とがさらに有効である。

なお、このような温調手段を有する本発明のレーザ装置
においてもレーザ管１を発振するためにレーザ管１に電
圧印加を行なうと、電圧印加直後のレーザ管雰囲気温度
でのレーザパワーが最大となる外部鏡４ａ、４ｂの位置
と、定常の温調状態でのレーザパワーが最大となる外部
＆ｉ４ａ、４ｂの位置との間では、湿度差があるためわ
ずかな位置ずれが発生するが、外部鏡４ａ　、４ｂの設
定位置を両者の中間位置にすれば、レーザ装置の立上り
時のレーザパワーの出力特性を改善するとともに、定常
状態においても安定した高出力を得ることができる。

以上、詳細に説明したように、本発明のレーザ温調装置
を使用すれば、使用時におけるレーリ“管の発熱によっ
て外部鏡の位置ずれが発生することを防止することがで
き、半永久的に外部鏡の位置調整を行なうことなくレー
ザ装置を使用することができ、レーザ発振光のパワー位
置、方向安定性が向上し、実用上の利用価値は極めて高
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ温調装置の一実施例を示ず概略
斜視図、 第２図はこのレーザ温調装置の平面図、第３図は本発明
の装置のファンを駆動させるための回路図、 第４図は２個のセンサで３個のファンを制御するための
ブ［１ツク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のマウントにより保持されて基板上に設置されるレ
   ーザ管と、このレーザ管の両端近傍でレーザ光軸上に配
   され、ブラケットにより支持されて基板上に設置される
   レーザ光発振用の一対の外部鏡と、前記レーザ管および
   前記外部鏡を収容するケースと、このケースに設けられ
   る複数の通風手段とからなるレーザ装置において、 前記一対の外部鏡、これらの外部鏡を支持するブラケッ
   トもしくは、これらのブラケット近傍の基板上に温度セ
   ンサを設けるとともに、前記レーザ管のほぼ中央部、前
   記レーザ管のほぼ中央を保持するマウント、もしくはこ
   のマウント近傍の基板上に温度センサを設け、前記通風
   手段を前記温度センサに温度を検出される各部分または
   その近傍を通る空気流を作り出すように設置し、前記温
   度センサの出力に応じて前記通風手段を作動させ、前記
   各部分の温度を各々所望の値に維持するようにしたこと
   を特徴とするレーザ温調装置。