DE112006003496B4

DE112006003496B4 - Lasergenerator

Info

Publication number: DE112006003496B4
Application number: DE112006003496.0T
Authority: DE
Inventors: Toshiki Koshimae; Takeshi Morimoto; Toshiaki Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: US20090185587A1; JPWO2007094028A1; JP4742323B2; US7817690B2; WO2007094028A1; DE112006003496T5

Abstract

Lasergenerator, umfassend: ein Generierungsmittel zum Pumpen eines Pumpmediums durch eine Pumplichtquelle, um einen Grundwellenlaserstrahl zu generieren; eine elektrische Leistungsversorgung (8) zum Zuführen eines Stroms zum Erregen der Pumplichtquelle; einen Ausgabesensor (6) zum Messen einer mittleren Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls; ein Wellenlängenwandlungselement (5), das in einem optischen Weg für den Grundwellenlaserstrahl angeordnet ist, zum Wandeln des Grundwellenlaserstrahls in seinen Oberwellenlaserstrahl; ein Strombefehlseinstellmittel (10) zum Einstellen und Ausgeben eines Strombefehlseinstellwertes zum Erhalten einer gewünschten Laserstrahlintensität; eine Speichereinheit (20) zum Speichern eines Bestimmungswertes, der auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner ist als eine Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes für eine mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Laserstrahls, der durch das Wellenlängenwandlungselement gewandelt wird; ein Strombefehlskalkulationsmittel (15) zum Ausgeben eines Strombefehlswertes, wenn der durch das Strombefehlseinstellmittel (10) eingegebene Strombefehlseinstellwert variiert, wobei der Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert um einen vorbestimmten Variationsbetrag in vorbestimmten Zeitintervallen erhöht wird, wenn der vorbestimmte Variationsbetrag kleiner ist als die Differenz zwischen einer Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert; ein Vergleichsmittel (13) zum Vergleichen eines Messwertes, der durch den Ausgabesensor (6) gemessen wird, und des Bestimmungswertes; und ein Schaltmittel (14) zum Umschalten des Strombefehlswertes, der zu der elektrischen Leistungsversorgung (8) übertragen wird, zu einem ersten Strombefehlswert, wenn durch das Vergleichsmittel (13) bestimmt wird, dass ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lasergeneratoren und Verfahren zum Steuern von ihnen, worin ein Bruch (eine Beschädigung) eines Wellenlängenwandlungselementes darin verhindert werden kann.
HINTERGRUND
In einem Lasergenerator, der mit einem Wellenlängenwandlungselement versehen ist, wird hinsichtlich des Wellenlängenwandlungselementes allgemein je höher die Strahlenintensität der Grundwelle durch das Wellenlängenwandlungselement ist, die Wellenlängenwandlung effizienter durchgeführt. Unter Verwendung eines Güteschalters (Q-Switch) etc. wird entsprechend eine Grundwelle zu einer gepulsten mit einer hohen Spitzenausgabeleistung gewandelt, und dadurch wird die Strahlenintensität augenblicklich erhöht; somit wird die Wellenlängenwandlung effizient durchgeführt. Da jedoch das Wellenlängenwandlungselement seine Bruchschwelle für die Strahlenintensität hat, kann, falls ein Laserstrahl, dessen Intensität die Bruchschwelle überschreitet, auf das Element einfällt, ein Problem auftreten, dass ein Kristall davon durch den Strahl beschädigt wird; um den Bruch des aufwändigen Wellenlängenwandlungselementes zu verhindern, wurden deshalb in einer herkömmlichen Laservorrichtung elektrische Leistung, die in eine Pumplichtquelle zuzuführen ist, und ein Pumpstrom und eine Spannung begrenzt (siehe z. B. JP 2005-209 965 A ).
Hier ist die Bruchschwelle ein Wert, in dem, falls die Strahlenintensität den Wert selbst nur um ein weniges überschreitet, das Wellenlängenwandlungselement beschädigt wird, was der maximalen absoluten Bemessung entspricht. Da die Bruchschwelle durch den Aufbau des Kristalls, der das Wellenlängenwandlungselement bildet und seine Beschichtung, bestimmt wird, kann der Wert in Übereinstimmung mit dem Wellenlängenwandlungselement eindeutig erhalten werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind]
In der herkömmlichen Laservorrichtung wurden die elektrische Leistung, die in die Pumplichtquelle zugeführt wird, der Pumpstrom und die Spannung wie oben beschrieben begrenzt. In einem Fall, in welchem Charakteristika der Pumplichtquelle schwanken, z. B. in einem Fall, in welchem die Lichtquelle durch eine Laserdiode konfiguriert ist, und die Schwingungswellenlänge der Laserdiode variiert, tritt jedoch, selbst wenn die gleiche elektrische Leistung in die Lichtquelle eingegeben wird, eine Wandlungseffizienzschwankung in einem Pumpmedium, wie etwa einem YAG, auf; somit tritt eine Differenz in der Ausgabeleistung des ausgegebenen Grundwellenlaserstrahls auf.
In einem Fall, in welchem z. B. eine Pumplichtquelle mit relativ schlechten Charakteristika zu der mit ziemlich guten Charakteristika gewechselt wird, kann, da die Grundwellenausgabeleistung sogar in der gleichen eingegebenen elektrischen Leistung höher wird, falls die eingegebene elektrische Leistung den Grenzwert nicht erreicht, die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes überschreiten; folglich kann das Wellenlängenwandlungselement brechen. In einem Fall, in welchem die Pumplichtquelle mit relativ guten Charakteristika zu einer mit relativ schlechten Charakteristika gewechselt wird, kann umgekehrt, da der Grenzwert der eingegebenen elektrischen Leistung relativ gering ist, eine erforderliche Laserstrahlintensität nicht erhalten werden; folglich kann Verarbeitung nicht durchgeführt werden.
In Anbetracht der Variation der Pumplichtquellencharakteristika muss jedes Mal, wenn die Pumplichtquelle gewechselt wird, eine Beziehung zwischen der eingegebenen elektrischen Leistung und der Grundwellenausgabeleistung erhalten werden, und der Grenzwert muss gesetzt werden; im Ergebnis sind Probleme aufgetreten, so dass eine äußerst komplizierte Operation benötigt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die unternommen wird, um die obigen Probleme zu lösen, besteht darin, einen Lasergenerator vorzusehen, worin ein Bruch eines Wellenlängenwandlungselementes geeignet verhindert werden kann, selbst wenn Charakteristika einer Pumplichtquelle schwanken.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Ein Lasergenerator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Generierungsmittel zum Pumpen eines Pumpmediums durch eine Pumplichtquelle, um einen Grundwellenlaserstrahl zu generieren; eine elektrische Leistungsversorgung zum Zuführen eines Stroms zum Erregen der Pumplichtquelle; einen Ausgabesensor zum Messen einer mittleren Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls; ein Wellenlängenwandlungselement, das in einem optischen Weg für den Grundwellenlaserstrahl angeordnet ist, zum Wandeln des Grundwellenlaserstrahls in seinen Oberwellenlaserstrahl; ein Strombefehlseinstellmittel zum Einstellen und Ausgeben eines Strombefehlseinstellwertes zum Erhalten einer gewünschten Laserstrahlintensität; eine Speichereinheit zum Speichern eines Bestimmungswertes, der auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner ist als eine Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselement für eine mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Laserstrahls, der durch das Wellenlängenwandlungselement gewandelt wird,; ein Strombefehlskalkulationsmittel zum Ausgeben eines Strombefehlswertes, wenn der durch das Strombefehlseinstellmittel eingegebene Strombefehlseinstellwert variiert, wobei der Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert um einen vorbestimmten Variationsbetrag in vorbestimmten Zeitintervallen erhöht wird, wenn der vorbestimmte Variationsbetrag kleiner ist als die Differenz zwischen einer Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert; ein Vergleichsmittel zum Vergleichen eines Messwertes, der durch den Ausgabesensor gemessen wird, und des Bestimmungswertes; und ein Schaltmittel zum Umschalten des Strombefehlswertes, der zu der elektrischen Leistungsversorgung übertragen wird, wenn durch das Vergleichsmittel bestimmt wird, dass der Messwert ein Wert ist, der kleiner als der Bestimmungswert ist, zu einem ersten Strombefehlswert, der von dem Strombefehlskalkulationsmittel übertragen wird, während wenn durch das Vergleichsmittel bestimmt wird, dass der Messwert ein Wert ist, der nicht kleiner als der Bestimmungswert ist, Umschalten des Strombefehlswertes zu einem zweiten Strombefehlswert, durch den die mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls kleiner als die Bruchschwelle wird.
[Vorteilhafter Effekt der Erfindung]
Wie oben beschrieben, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung das Mittel konfiguriert, um so vorgesehen zu werden, worin die mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls gemessen wird, dann wird dieser Messwert mit dem Bestimmungswert verglichen, der gesetzt ist, kleiner als die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes zu sein, und dadurch wird, wenn der Messwert höher als der Bestimmungswert ist, die Ausgabeleistung des Grundwellenlaserstrahls kleiner als die Bruchschwelle gesetzt; deshalb überschreitet die Strahlenintensität durch das Wellenlängenwandlungselement nicht die Bruchschwelle, und somit kann ein Bruch des Wellenlängenwandlungselementes verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein übergreifendes schematisches Diagramm eines Lasergenerators, der eine Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 enthält Blockdiagramme, die jedes eine Konfiguration einer Steuervorrichtung darstellen, die in dem Lasergenerator von Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation der Steuervorrichtung darstellt, die in dem Lasergenerator von Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
4 ist eine Grafik, die die Zeitabhängigkeit eines Strombefehlswertes, und der Grundwellenausgabeleistung etc. für einen herkömmlichen Lasergenerator darstellt;
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung darstellt, die in einem Lasergenerator von Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation der Steuervorrichtung darstellt, die in dem Lasergenerator von Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
7 ist eine Grafik, die die Zeitabhängigkeit eines Strombefehlswertes, und der Grundwellenausgabeleistung etc. für den Lasergenerator von Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 enthält Grafiken, die jede Zeitabhängigkeit eines Strombefehlswertes, und der Grundwellenausgabeleistung etc. für den Lasergenerator von Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen; und
9 enthält Grafiken, die jede Zeitabhängigkeit eines Strombefehlswertes, und der Grundwellenausgabeleistung etc. für einen Lasergenerator von Ausführungsform 3 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1.
1 ist ein übergreifendes schematisches Diagramm, das die Ausführungsform 1 eines Lasergenerators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Hierin nachstehend wird die Konfiguration dieser Ausführungsform basierend auf 1 erläutert.
Ein Grundwellenlaserstrahl wird durch einen Resonator generiert, der einen Gesamtreflexionsspiegel 1, einen Teilreflexionsspiegel 2, ein Pumpmedium 3, eine Pumplichtquelle 7 und einen Güteschalter 11 enthält. Das Pumpmedium 3, das einen Nd:YAG etc. enthält, und der Güteschalter 11, der durch ein akusto-optisches Element (A/O-Element) konfiguriert ist, sind zwischen dem Gesamtreflexionsspiegel 1 und dem Teilreflexionsspiegel 2 platziert; somit wird der Güteschalter 11 durch ein Signal, das von einer Güteschalter-Steuervorrichtung 12 ausgegeben wird, ein-/aus-gesteuert. Wegen einem Strom, der von einer elektrischen Leistungsquelle 8 zugeführt wird, generiert die Pumplichtquelle 7, die durch eine Lampe oder eine Laserdiode konfiguriert ist, Pumplicht; dann wird das Pumpmedium 3 durch das Pumplicht gepumpt. Gleichzeitig tritt wegen einer Ein-/Aus-Operation des Güteschalters 11 Resonanz zwischen dem Gesamtreflexionsspiegel 1 und dem Teilreflexionsspiegel 2 auf; folglich wird der Grundwellenlaserstrahl mit hoher Spitzenleistung von dort generiert. Der Grundwellenlaserstrahl hoher Spitzenleistung fällt auf ein Wellenlängenwandlungselement 5 ein, das aus einem KTP-Kristall oder einem LBO-Kristall besteht; dann wird sein zweiter Oberwellenlaserstrahl generiert. In einem Fall z. B., worin das Pumpmedium Nd:YAG ist, ist die Wellenlänge der Grundwelle 1064 nm, und die der zweiten Oberwelle ist 532 nm. Außerdem wird ein Teil des Grundwellenlaserstrahls hoher Spitzenleistung durch den Teilreflexionsspiegel 4 extrahiert, und fällt auf einen Grundwellen-Ausgabesensor 6 ein. Der Wert, der durch den Grundwellen-Ausgabesensor 6 gemessen wird, der mittleren Ausgabeleistung oder der Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls (hierin nachstehend als Grundwellenausgabe oder ein Grundwellenausgabewert bezeichnet) wird zu einer Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 auf einer Basis je nach Erfordernis übertragen; dann liest die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 den Messwert in einer vorbestimmten Zeitsteuerung, und bestimmt, ob die Grundwellenausgabe anomal ist.
Die Intensität des zweiten Oberwellenlaserstrahls wird durch den Strom gesteuert, der der Pumplichtquelle zugeführt wird, wobei der Strom wie folgt gesteuert wird. Zuerst wird ein Strombefehlseinstellwert entsprechend dem Strom, der zum Erhalten einer gewünschten Laserstrahlintensität benötigt wird, durch eine Strombefehlseinstelleinheit 10 eingestellt, wie etwa eine Eingabeeinheit, die in einer Operationskonsole vorgesehen ist. Hinsichtlich des Strombefehlseinstellwertes kann ein Bediener einen Wert unter Verwendung der Eingabeeinheit wie der obigen eingeben, oder ein Wert, der in einem Verarbeitungsprogramm geschrieben ist, kann eingelesen werden. Der Strombefehlseinstellwert, der eingestellt wurde, wird von der Strombefehlseinstelleinheit 10 kontinuierlich ausgegeben, und zu der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 ausgegeben. Die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 bestimmt, ob die Anomalie auftritt oder nicht, basierend auf dem gemessenen Grundwellenausgabewert, der durch den Grundwellen-Ausgabesensor 6 gemessen wird; außerdem wird gemäß dem Bestimmungsergebnis zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 der Strombefehlswert kontinuierlich ausgegeben, der dem Strom entspricht, der der Pumplichtquelle durch die elektrische Leistungsversorgung 8 zugeführt wird. Somit führt die elektrische Leistungsversorgung 8 der Pumplichtquelle 7 den Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert zu; dadurch wird die Grundwellenausgabeleistung gesteuert.
Allgemein werden der Strombefehlswert und der Strombefehlseinstellwert als eine Spannung ausgegeben; dann wird die Spannung zu einem Strom durch die elektrische Leistungsversorgung 8 gewandelt. Falls z. B. die Äquivalenz von Strom/Spannung 10 V/100 A ist, ist, wenn der Strom, der für die Pumplichtquelle 7 benötigt wird, 30 A ist, der Strombefehlswert etc. 3 V. Außerdem kann der Strombefehlswert etc. manchmal durch einen digitalisierten Wert ausgegeben werden. In einem derartigen Fall wird der gewünschte Stromwert selbst zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 in einem vorbestimmten Zyklus übertragen; dann führt die elektrische Leistungsversorgung 8 der Pumplichtquelle 7 den Strom in Übereinstimmung mit dem übertragenen Stromwert zu.
Als Nächstes wird die Anomaliebestimmung in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 erläutert.
2(a) ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 darstellt, und 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 erläutert. Hierin nachstehend wird eine Erläuterung basierend auf 2(a) und 3 durchgeführt.
Zuerst ist ein Schalter 14, der in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 vorgesehen ist, zu einem Zustand gesetzt, in dem der Strombefehlseinstellwert, der von der Strombefehlseinstelleinheit 10 eingegeben wird, als ein erster Strombefehlswert zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 ohne Modifikation übertragen wird (was einem Fall entspricht, in dem der Schalter 14 in dem Zustand ist, der durch eine durchgehende Linie in 2(a) dargestellt wird) (Schritt S01).
Als Nächstes liest die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 einen Grundwellenausgabe-Messwert von dem Grundwellenausgabesensor 6 (Schritt S02).
Dann vergleicht ein Komparator 13 den Messwert mit einem Bestimmungswert, der zuvor in einem Speicher 20 gespeichert wurde (Schritt S03).
Als ein Ergebnis des Vergleichs durch den Komparator 13 wird, wenn der Messwert von der Grundwellenausgabeleistung kleiner als der Bestimmungswert ist, die Ausgabeleistung bestimmt normal zu sein, und der Schalter 14 wird zu dem Zustand gehalten, in dem der Strombefehlseinstellwert, der von der Strombefehlseinstelleinheit 10 eingegeben wird, als der erste Strombefehlswert ohne Modifikation zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 übertragen wird; dann liest die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 den Messwert des Grundwellenausgabesensors 6 (Schritt S02). Während die Grundwellenausgabe normal ist, werden die Schritte S02 und S03 wiederholt.
Als ein Ergebnis des Vergleichs durch den Komparator 13 wird andererseits, wenn der Messwert der Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Ausgabeleistung bestimmt anomal zu sein, und der Strombefehlswert, der zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 übertragen wird, wird durch den Schalter 14 zu einem zweiten Strombefehlswert umgeschaltet, in dem der Strom auf 0 A fällt (was einem Fall entspricht, in dem der Schalter 14 in dem Zustand ist, der durch eine gestrichelte Linie in 2(a) dargestellt wird) (Schritt S04).
Nachdem der zweite Strombefehlswert, in dem der Strom auf 0 A fällt, zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 übertragen wurde, wird entsprechend die Grundwellengenerierung gestoppt.
Gemäß einer derartigen Operation kann, wenn die Grundwellenausgabeleistung bestimmt wird anomal zu sein, die Grundwellengenerierung gestoppt werden.
Hier ist der Bestimmungswert ein mittlerer ausgegebener Wert oder eine Impulsenergie, der/die kleiner als die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes 5 gesetzt ist, der Grundwellenausgabeleistung; deshalb kann einer von ihnen gemäß dem Typ des Grundwellenausgabesensors 6 verwendet werden. In Bruchschwellwerten sind ein Wert bezogen auf die Impulsenergie und der bezogen auf die mittlere Ausgabe enthalten; deshalb muss der Bestimmungswert kleiner als beide von ihnen gesetzt sein. Außerdem ist die Bruchschwelle durch eine Energiedichte pro Einheitsfläche definiert; wenn der Bestimmungswert gesetzt wird, wird deshalb Kompensation basierend auf dem Strahlendurchmesser in dem Wellenlängenwandlungselement 5 benötigt.
Die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes wird jedoch durch den physikalischen Aufbau des Kristalls (wie etwa Komponenten des Kristalls) bestimmt, der in dem Wellenlängenwandlungselement enthalten ist; da die Bruchschwelle für jedes Wellenlängenwandlungselement eindeutig definiert ist, das durch seinen Hersteller vorgesehen wird, kann deshalb der Bestimmungswert, sobald erhalten, gesetzt werden.
Zuerst werden die Typen des Grundwellenausgabesensors erläutert.
Hinsichtlich eines Mittels zum Messen der Grundwellenausgabeleistung werden ein Fall, in dem eine mittlere Ausgabeleistung unter Verwendung eines thermischen Sensors gemessen wird, der mit einer Thermosäule versehen ist, und ein Fall, in dem jeder Ausgabeimpuls-Energiewert unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitssensors gemessen wird, der mit einer Fotodiode versehen ist, betrachtet. Allgemein hat der Sensor, der mit der Thermosäule etc. versehen ist, Charakteristika derart, dass seine Kosten relativ gering sind, und seine Reaktion relativ langsam ist, während der Sensor, der mit der Fotodiode etc. versehen ist, Charakteristika derart hat, dass seine Kosten relativ hoch sind und seine Reaktion relativ hoch ist; wenn z. B. eine Verarbeitung durchgeführt wird, in der Laserstrahlintensität wenig variiert wird, wird deshalb der Sensor, der mit der Thermosäule etc. versehen ist, geeignet verwendet, während wenn eine Verarbeitung durchgeführt wird, in der eine Laserstrahlintensität häufig variiert wird, der Sensor, der mit der Fotodiode etc. versehen ist, geeignet verwendet wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Einstellen des Bestimmungswertes entsprechend dem Typ des Grundwellenausgabesensors 6 erläutert.
Zuerst wird in einem Fall, in dem die mittlere Ausgabeleistung unter Verwendung des thermischen Sensors, der mit der Thermosäule etc. versehen ist, der Bestimmungswert wie folgt eingestellt.
In einem Fall, in dem z. B. ein nicht-beschichteter LBO-Kristall für das Wellenlängenwandlungselement verwendet wird, ist die Bruchschwelle mit Bezug auf die Impulsenergie des Wellenlängenwandlungselementes 2 J/mm², während die mit Bezug auf die mittlere Ausgabeleistung 10 MW/mm² ist. Außerdem kann als die Verarbeitungsbedingung, unter der Annahme, dass die Strahlengröße 0,1 mm im Radius ist, und die Ein-Aus-Frequenz (= Impulsfrequenz) des Güteschalters 5 kHz ist, die mittlere Ausgabeleistungsschwelle wie folgt erhalten werden.

(1) Mittlere Ausgabeleistungsschwelle, die von der Bruchschwelle für Einzelimpulsenergie gewandelt wird: Schwelle = (Bruchschwelle für Impulsenergie) × (Strahlenfläche) × (Impulsfrequenz) = 2 J/mm² × (0,1 mm × 0,1 mm × π) × 5 kHz = 314 W
(2) Mittlere Ausgabeleistungsschwelle, die von der Bruchschwelle für mittlere Ausgabeleistung gewandelt wird: Schwelle = (Bruchschwelle für mittlere Ausgabeleistung) × (Strahlenfläche) = 10 MW/mm ² × (0,1 mm × 0,1 mm × π) = 314 kW

Aus den obigen Modi (1) und (2) kann, da die mittlere Ausgabeleistungsschwelle, die aus der Bruchschwelle für die Einzelimpulsenergie gewandelt wird, kleiner als die für die mittlere Ausgabeleistung ist, der Bestimmungswert kleiner als 314 W eingestellt werden.
Wenn die Einzelimpulsspitzenenergie unter Verwendung des Hochgeschwindigkeitssensors gemessen wird, der mit der Fotodiode etc. versehen ist, wird der Bestimmungswert wie folgt eingestellt.
In einem Fall einer Bedingung ähnlich zu der oben beschriebenen kann die Schwelle für jeden Ausgabeimpuls-Energiewert wie folgt erhalten werden.

(1) Schwelle für jeden Ausgabeimpuls-Energiewert, der von einer Bruchschwelle für Einzelimpulsenergie gewandelt wird: Schwelle = (Bruchschwelle für Impulsenergie) × (Strahlenfläche) = 2 J/mm² × (0,1 mm × 0,1 mm × π) = 62,8 mJ
(2) Schwelle für jeden Ausgabeimpuls-Energiewert, der von einer Bruchschwelle für eine mittlere Ausgabeleistung gewandelt wird: Schwelle = (Bruchschwelle für mittlere Ausgabeleistung) × (Strahlenfläche)/(Impulsfrequenz) = 10 MW/mm² × (0,1 mm × 0,1 mm × π)/5 kHz = 62,8 J

Aus den obigen Modi (1) und (2) kann, da die Schwelle für jeden Ausgabeimpuls-Energiewert, der von der Bruchschwelle für die Einzelimpulsenergie gewandelt wird, kleiner als die für die mittlere Ausgabeleistung ist, der Bestimmungswert kleiner als 62,8 mJ eingestellt werden.
Der Spielraum zwischen der Schwelle für die mittlere Ausgabeleistung oder jedem Ausgabeimpuls-Energiewert und dem Bestimmungswert muss nicht notwendigerweise wegen der Variation der Wellenlängenwandlungselement-Bruchschwelle, die relativ klein ist, weit gesichert werden; z. B. kann ein Wert, der 80% der Schwelle ist, als der Bestimmungswert eingestellt werden.
Wie oben beschrieben, wird die Bruchschwelle für die mittlere Ausgabeleistung oder die jedes Ausgabeimpuls-Energiewertes aus der Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes erhalten, und ein Wert, der kleiner als dieser Wert ist, wird als der Bestimmungswert eingestellt und in dem Speicher 20 gespeichert, der in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 enthalten ist; dadurch kann die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 arbeiten, wie in 3 veranschaulicht, worin Bestimmung, ob die Grundwellenausgabe normal oder anomal ist, geeignet durchgeführt werden kann, bevor die Bruchschwelle erreicht wird.
Wenn in der obigen Erläuterung die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, wird die Steuerung übernommen, sodass die Grundwellengenerierung gestoppt wird. Hinsichtlich der Operation ist die Steuerung einfach, und da ein Zustand, in dem die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, eine hohe Möglichkeit darstellt, dass irgendeine Fehlfunktionen in dem Lasergenerator aufgetreten ist, wird die Steuerung aus der Sicht einer Verhinderung einer Ausbreitung der Fehlfunktion so durchgeführt, um die Grundwellengenerierung zu stoppen. Falls jedoch nicht gewünscht wird, eine Verarbeitung, in der der Lasergenerator verwendet wird, auf dem Weg der Verarbeitung zu stoppen, kann aus der Sicht einer Verhinderung des Bruchs des Wellenlängenwandlungselementes, wenn die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Ausgabeleistung so gesteuert werden, um geringer als die Bruchschwelle zu sein.
Um diese Steuerung zu realisieren, kann z. B. eine Steuerung so durchgeführt werden, dass die Ausgabe zu einem Zustand zurückgeführt wird, bevor der Strombefehlseinstellwert geändert wird. In diesem Fall wird, wie in 2(b) dargestellt, ein Strombefehlseinstellwert, bevor dieser von der Strombefehlseinstelleinheit 10 übertragen wird, in einem Speicher 21 gespeichert, und wenn die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet und die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 bestimmt, anomal zu sein, kann der Schalter 14 so gesteuert werden, dass an Stelle eines Strombefehlswertes, in dem der Strom auf 0 A fällt, der Wert, der in dem Speicher 21 gespeichert ist, als ein Strombefehl zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 übertragen wird. Alternativ kann ein Strombefehlswert, in dem die Grundwellenausgabeleistung die gleiche wie der Bestimmungswert wird, im Voraus gesetzt werden, an Stelle des Strombefehlswertes, in dem der Strom auf 0 A fällt.
Gemäß dieser Ausführungsform kann durch Bereitstellung des Mittels, nachdem der Grundwellenausgabe-Leistungsbestimmungswert, der von der Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselement erhalten wird, gespeichert ist und die Grundwellenausgabeleistung gemessen ist, zum Bestimmen, unter Verwendung des Bestimmungswertes, ob die Ausgabeleistung normal oder anomal ist, der Grundwellenlaserstrahl geeignet gestoppt werden, und Bruch des Wellenlängenwandlungselementes kann verhindert werden. Besonders kann die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes durch die Intensität des Laserstrahls bestimmt werden, der auf das Wellenlängenwandlungselement einfällt, d. h. der Bruch des Wellenlängenwandlungselementes wird direkt durch die Grundwellenausgabeleistung verursacht; durch das Durchführen einer Anomaliebestimmung unter Verwendung des Messwertes der Ausgabeleistung kann deshalb nahezu sicher verhindert werden, dass die Ausgabeleistung die Bruchschwelle überschreitet, obwohl die Charakteristika der Pumplichtquelle schwanken.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform Anomaliebestimmung nicht durch Begrenzen eines Stromwertes wie in einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt, sondern durch Verwenden der Grundwellenausgabeleistung; deshalb kann durch Rückkopplungssteuerung des Stroms, während die Ausgabeleistung der zweiten Oberwelle so überwacht wird, um die gewünschte Laserausgabeleistung zu erhalten, die gewünschte Laserintensität auch erhalten werden, obwohl die Charakteristika der Pumplichtquelle schwanken, und somit kann eine Verarbeitungsdefektgenerierung wegen Fehlens der Laserleistung und Prozessstoppauftreten etc. verhindert werden.
Ferner kann der Bestimmungswert ohne Betrachtung der charakteristischen Schwankung der Pumplichtquelle gesetzt werden, und der Bestimmungswert muss nicht jedes Mal zurückgesetzt werden, wenn sich die Pumplichtquelle ändert; deshalb wird die Wartungsbearbeitbarkeit verbessert.
Ausführungsform 2.
4 veranschaulicht die Zeitabhängigkeit eines Stroms, der der elektrischen Leistungsversorgung 8 zugeführt wird, oder eines Strombefehlswertes entsprechend dem Strom, und der Grundwellenausgabeleistung mit Bezug auf den Strom (Strombefehlswert), worin die Eigenschaft, wenn der Strombefehlswert einmal variiert, wobei der begleitende Strombefehlseinstellwert einmal variiert, dargestellt wird. In einem Fall eines üblichen Lasergenerators, wie in 4 dargestellt, variiert auch, da die Grundwellenausgabeleistung folgend ohne Verzögerung als Reaktion auf Variieren des Stroms, der von der elektrischen Leistungsversorgung 8 zugeführt wird, variiert, wenn der Strombefehlswert drastisch variiert wird, die Ausgabeleistung drastisch ohne Verzögerung; als ein Ergebnis kann die Ausgabeleistung den Bestimmungswert weit überschreiten, und kann auch gleichzeitig die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes überschreiten. In einem Fall des Lasergenerators gemäß Ausführungsform 1 kann, wenn die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, wegen Stoppens, durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9, der Grundwellenlaserstrahlgenerierung, der Bruch des Wellenlängenwandlungselementes gleichzeitig verhindert werden. Nachdem die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschritten hat, kann jedoch, wenn der Strombefehlswert auf einen Wert gesetzt ist, in dem der Strom auf 0 A fällt, in einem Fall, in dem einige Zeit zum Bestimmen durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 und zum Umschalten durch den Schalter 14 verbracht wurde, die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle überschreiten; folglich kann das Wellenlängenwandlungselement beschädigt werden.
In Ausführungsform 2 wird in Anbetracht dieses Punktes das Verfahren zum Einstellen des Strombefehlswertes durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 gemäß Ausführungsform 1 geändert. D. h. der Strombefehlswert wurde in einem Zeitpunkt zu dem Strombefehlseinstellwert in Ausführungsform 1 variiert; in dieser Ausführungsform wird jedoch durch stufenweises Erhöhen des Strombefehlswertes um einen vorbestimmten Stromvariationsbetrag in vorbestimmten Zeitintervallen die Grundwellenausgabeleistung stufenweise erhöht. Die Bestimmung, ob die Grundwellenausgabeleistung normal oder anomal ist, wird durch eine Verarbeitung ähnlich zu der in Ausführungsform 1 durchgeführt. Das gesamte schematische Diagramm des Lasergenerators gemäß dieser Ausführungsform ist ähnlich zu dem in 1 dargestellten; deshalb wird eine Erläuterung unter Verwendung der Bezugszeichen in 1 angemessen durchgeführt.
Zuerst wird die Anomaliebestimmung und Einstellung des Strombefehlswertes in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 erläutert.
5 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 darstellt, und 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation eines Strombefehlskalkulators 15 erläutert, der in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 enthalten ist. Hierin nachstehend wird eine Erläuterung basierend auf 5 und 6 durchgeführt.
In Ausführungsform 1 wurde der Strombefehlseinstellwert in den Schalter 14 direkt eingegeben; in dieser Ausführungsform wird jedoch der Strombefehlseinstellwert zu dem Strombefehlskalkulator 15 und einem Stromvariationszeitsteuerungssignalgenerator 16 übertragen. Zusätzlich zu dem Strombefehlseinstellwert werden ein Stromvariationswert, der vorher in einem Speicher 22 gespeichert wird, und ein Stromvariationszeitsteuerungssignal von dem Stromvariationszeitsteuerungssignalgenerator 16 in den Strombefehlskalkulator 15 eingegeben. Hier entspricht der Stromvariationswert einem Erhöhungsschritt, wenn der Strombefehlswert stufenweise erhöht wird. Wenn der Strombefehlseinstellwert variiert, liest der Stromvariationszeitsteuerungssignalgenerator 16, unter Verwendung dieser Änderung als einen Trigger, darin hinein einen Zeitintervallwert, der vorher in einem Speicher 21 gespeichert wird, und nach einer vorbestimmten Wartezeit wird das Stromvariationszeitsteuerungssignal, in jedem Zeitintervall, zu dem Strombefehlskalkulator 15 ausgegeben. Hier entspricht das Zeitintervall einem Zyklus, wenn der Strombefehlswert stufenweise erhöht wird. Die vorbestimmte Wartezeit ist eine Zeit, die länger als eine Zeit eingestellt ist, innerhalb der eine Verarbeitung in Schritt S12 und Schritt S13 der folgenden Betriebserläuterung abgeschlossen ist, die verwendet wird, sodass das Stromvariationszeitsteuerungssignal nicht den Strombefehlskalkulator 15 während der Verarbeitung in Schritt S12 und Schritt S13 erreicht, die in dem Strombefehlskalkulator 15 durchgeführt wird.
Als Nächstes wird eine Operation des Strombefehlskalkulators 15 unter Verwendung von 6 erläutert.
Zuerst prüft der Strombefehlskalkulator 15, ob der Strombefehlseinstellwert, der von der Strombefehlseinstelleinheit 10 übertragen wird, variiert hat, und falls der Wert variiert hat, werden die folgenden Schritte ausgeführt (Schritt S11).
Der Strombefehlskalkulator 15 liest darin hinein einen Stromvariationswert (Y), der in dem Speicher 22 gespeichert ist, und führt dann eine Kalkulation durch, wo der Stromvariationswert (Y) zu einem vorliegenden Strombefehlswert (X) hinzugefügt wird (Schritt S12). In einem Zeitpunkt, gerade nachdem die Operation gestartet wurde, ist der vorliegende Strombefehlswert 0.
Als Nächstes werden ein Wert (X + Y), der durch Addieren des Stromvariationswertes zu dem vorliegenden Strombefehlswert erhalten wird, und ein Strombefehlseinstellwert (I) miteinander verglichen (Schritt S13).
In einem Fall, in dem der Wert, der durch Addieren des Stromvariationswertes zu dem vorliegenden Strombefehlswert erhalten wird, kleiner als der Strombefehlseinstellwert ist (X + Y < I), wird eine Prüfung durchgeführt, ob das Stromvariationszeitsteuerungssignal von dem Stromvariationszeitsteuerungssignalgenerator 16 eingegeben wird (Schritt S14).
Wenn das Stromvariationszeitsteuerungssignal eingegeben wird, wird dann der Strombefehlswert, der zu dem Schalter 14 übertragen wird, um den Stromvariationswert erhöht (Schritt S5). Nach dieser Operation wird der neue Strombefehlswert, der um den Stromvariationswert erhöht ist, durch den Schalter 14 zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 übertragen, und die Grundwellenausgabeleistung wird um eine Stufe erhöht. Dann wird die obige Verarbeitung erneut von Schritt S12 wiederholt, und der Strombefehlswert (X) wird um den Stromvariationswert (Y) für jedes Stromvariationszeitsteuerungssignal, das eingegeben wird, erhöht.
Als ein Ergebnis dessen, dass der Strombefehlswert erhöht wurde, wird in Schritt S13 in einem Fall, in dem der Wert, der durch Addieren des Stromvariationswertes zu dem Strombefehlswert erhalten wird, nicht kleiner als der Strombefehlseinstellwert wird (X + Y ≥ I), eine Prüfung durchgeführt, ob das Stromvariationszeitsteuerungssignal von dem Stromvariationszeitsteuerungssignalgenerator 16 eingegeben wird (Schritt S16).
Wenn das Stromvariationszeitsteuerungssignal eingegeben wird, wird dann der Strombefehlswert, der zu dem Schalter 14 übertragen wird, auf den gleichen Wert wie der Strombefehlseinstellwert gesetzt (Schritt S17). Der Grund, warum der Strombefehlswert um den Stromvariationswert nicht erhöht wird, ist, da falls der Strombefehlswert um den Stromvariationswert erhöht wird, der Strombefehlswert den Strombefehlseinstellwert überschreitet.
Durch die obige Operation wurde die stufenweise Erhöhung in dem Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert abgeschlossen.
Die anderen Operationen sind ungefähr ähnlich zu jenen in Ausführungsform 1; der Unterschied ist jedoch der, dass in Schritt S01 gemäß 3 der Strombefehlswert nicht auf den Wert gesetzt wird, der von der Strombefehlseinstelleinheit 10 übertragen wird, sondern auf den von dem Strombefehlskalkulator 15, sodass die folgenden Operationen durchgeführt werden.
Die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 liest den Messwert der Grundwellenausgabeleistung aus. Dann werden dieser Messwert und der Bestimmungswert, der in dem Speicher 20 gespeichert ist, miteinander in dem Komparator 13 verglichen. Der Schalter 14 arbeitet normalerweise, um zu der elektrischen Leistungsversorgung 8 den Strombefehlswert als einen ersten Strombefehlswert zu übertragen, der von dem Strombefehlskalkulator 15 übertragen wird; wenn jedoch als das Ergebnis, das durch den Komparator 13 verglichen wird, der Messwert der Grundwellenausgabeleistung nicht geringer als der Bestimmungswert ist, wird der Strombefehlswert durch den Schalter 14 zu einem zweiten Strombefehlswert umgeschaltet, in dem der Strom auf 0 A fällt, und somit wird die Generierung des Grundwellenlaserstrahls gestoppt.
Durch Durchführen der obigen Operation in der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 ist die Zeitabhängigkeit des Stroms, der durch die elektrische Leistungsversorgung 8 zugeführt wird, und der Grundwellenausgabeleistung als Reaktion auf den Strom, wie in 7 dargestellt. In 7 wird die Zeitabhängigkeit des Strombefehlseinstellwertes, des Stroms, der durch die elektrische Leistungsversorgung 8 zugeführt wird (d. h. der Strombefehlswert entsprechend dem Strom), der Grundwellenausgabeleistung und des Stromvariationszeitsteuerungssignals, wenn der Strombefehlseinstellwert einmal variiert, dargestellt, worin sich der Strom um einen Stromvariationswert (Y) in vorbestimmten Zeitintervallen mit Bezug auf die Strombefehlsvariationszeitsteuerungssignale, die ausgegeben werden, erhöht; dadurch erreicht der Strom schließlich den Strombefehlseinstellwert, und die Grundwellenausgabeleistung erhöht sich auch stufenweise mit der Variation des Stroms. Entsprechend kann verhindert werden, dass die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle wegen der abrupten Erhöhung der Ausgabeleistung überschreitet, wie in 4 dargestellt.
Durch Einstellen des Stromvariationswertes (Y) wie folgt kann der Bruch des Wellenlängenwandlungselementes sicherer verhindert werden.
8 stellt dar, wenn der Stromvariationswert (Y) variiert, die Zeitabhängigkeit des Stroms, der durch die elektrische Leistungsversorgung 8 zugeführt wird, den Wert der Grundwellenausgabeleistung als Reaktion auf den Strom und das Stromvariationszeitsteuerungssignal. Ein Fall, in welchem ein Variationsbetrag der Grundwellenausgabeleistung (A) als Reaktion auf den Stromvariationswert (Y) kleiner als die Differenz zwischen der Bruchschwelle und dem Bestimmungswert (B) (A < B) ist, wird in 8(a) dargestellt, während ein Fall, in welchem der Variationsbetrag der Grundwellenausgabeleistung (A) als Reaktion auf den Stromvariationswert (Y) größer als die Differenz zwischen der Bruchschwelle und dem Bestimmungswert (B) (A > B) ist, in 8(b) dargestellt wird.
Zuerst wird der Fall von 8(b) erläutert. In einem Zeitpunkt T1, wenn ein Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, erhöht sich der Strom um den Stromvariationswert (Y), und obwohl die Grundwellenausgabeleistung nicht höher als der Bestimmungswert ist, wenn die Ausgabeleistung ein Wert nahe zu dem Bestimmungswert wird, da die Ausgabeleistung nicht höher als der Bestimmungswert ist, bestimmt die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9, normal zu sein; dann erhöht sich die Ausgabeleistung in einem Zeitpunkt T2, wenn das nächste Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird. Hier ist der Variationsbetrag (A) der Grundwellenausgabeleistung als Reaktion auf den Stromvariationswert (Y) höher als die Differenz (B) zwischen der Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert; deshalb kann die Ausgabeleistung die Bruchschwelle plötzlich überschreiten. In diesem Fall wird die Anomaliebestimmung durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 nicht rechtzeitig durchgeführt; selbst wenn der Strombefehlswert auf einen Wert gesetzt ist, in dem der Strom 0 A in einem Zeitpunkt T3 nach dem Zeitpunkt T2 wird, kann folglich das Wellenlängenwandlungselement bereits in dem Zeitpunkt T2 beschädigt werden.
Als Nächstes wird der Fall von 8(a) erläutert. In dem Zeitpunkt T2, wenn ein Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, erhöht sich der Strom um den Stromvariationswert (Y), und obwohl die Grundwellenausgabeleistung nicht höher als der Bestimmungswert ist, bestimmt, wenn die Ausgabeleistung ein Wert nahe zu dem Bestimmungswert wird, da die Ausgabeleistung nicht höher als der Bestimmungswert ist, die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 normal zu sein; dann erhöht sich die Ausgabeleistung in dem Zeitpunkt T3, wenn das nächste Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird. Hier ist der Variationsbetrag (A) der Grundwellenausgabeleistung als Reaktion auf den Stromvariationsbetrag (Y) kleiner als die Differenz (B) zwischen der Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert; deshalb überschreitet die Ausgabeleistung den Bestimmungswert, überschreitet aber niemals die Bruchschwelle. Deshalb wird in einem Zeitpunkt T5 vor einem Zeitpunkt T4, wenn das nächste Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, die Anomaliebestimmung durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 durchgeführt; da die Erzeugung des Grundwellenlaserstrahls gestoppt ist, wird folglich ein Bruch des Wellenlängenwandlungselementes verhindert.
D. h. falls der Stromvariationswert (Y) auf eine derartige Weise gesetzt wird, dass der Variationsbetrag (A) als Reaktion auf den Stromvariationsbetrag (Y) der Grundwellenausgabeleistung kleiner als die Differenz (B) zwischen der Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert (A < B) wird, tritt der Zustand, wie in 8(b) dargestellt, niemals auf, worin, da die Ausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, und gleichzeitig die Bruchschwelle überschreitet, das Wellenlängenwandlungselement beschädigt wird; folglich kann der Bruch des Wellenlängenwandlungselementes sicherer verhindert werden.
Hier wird das Zeitintervall vorzugsweise auf eine Zeit gesetzt, die nicht kürzer als die ist, die benötigt wird für eine Verarbeitung der Anomaliebestimmung, die die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 verwendet, und Stoppen der Generierung des Grundwellenlaserstrahls.
In einem Fall einer Verringerung des Stroms, überschreitet außerdem, da die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes vor der Stromverringerung nicht überschreitet, selbst wenn der Strombefehlswert nicht stufenweise variiert wird, die Ausgabeleistung niemals die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes.
In der obigen Erläuterung wurde, wenn die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschritten hat, eine Steuerung durchgeführt, um die Erzeugung des Grundwellenlaserstrahls zu stoppen; wie in Ausführungsform 1 beschrieben, kann jedoch in einem Fall, in dem nicht gewünscht wird, eine Verarbeitung, die den Lasergenerator verwendet, auf dem Weg zu stoppen, aus der Sicht der Verhinderung eines Bruchs des Wellenlängenwandlungselementes eine Steuerung so durchgeführt werden, dass wenn die Ausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Ausgabeleistung ein Wert wird, der geringer als die Bruchschwelle ist. Z. B. kann die Steuerung durchgeführt werden, wie oben beschrieben, sodass die Leistung zu der Ausgabeleistung zurückgeführt wird, bevor der Strombefehlseinstellwert eingegeben wird, oder die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 kann auch so gesteuert werden, um durch Verringerung des Strombefehlswertes um den Stromvariationswert, der in dem Speicher 22 gespeichert ist, zu dem Zustand während der Zeit von T2 bis T3, was in 8(a) dargestellt wird, zurückzukehren. Alternativ kann auch eine Steuerung durchgeführt werden, in der der Strombefehlswert in dem Zustand von Zeitpunkt T3 nicht variiert wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu der Konfiguration in Ausführungsform 1 ein Mittel zum Speichern des vorbestimmten Zeitintervalls und des vorbestimmten Stromvariationsbetrags, und zum gleichzeitigen Erhöhen, wenn der Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert erhöht wird, des Strombefehlswertes um den vorbestimmten Stromvariationsbetrag für in den vorbestimmten Zeitintervallen enthalten; auch kann in einem Fall, in dem einige Zeit für eine Bestimmung durch das Mittel zum Bestimmen benötigt wird, ob die Ausgabe des Grundwellenlaserstrahls normal oder anomal ist, verhindert werden, dass die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes überschreitet; deshalb ist es effektiver, um den Bruch des Wellenlängenwandlungselementes zu verhindern.
Ausführungsform 3.
Da es praktisch unmöglich ist, die Messungsverzögerung des Sensors, der für den Grundwellenausgabesensor 6 verwendet wird, auf Null zu reduzieren, nimmt unterdessen der Messwert einen verzögerten gegenüber dem tatsächlichen Ausgabewert an. Besonders wenn der thermische Sensor, wie etwa die Thermosäule, verwendet wird, werden einige Sekunden für die Verzögerung benötigt, da eine gewisse Zeit für die thermische Verteilung des Sensors benötigt wird, der stabilisiert wird. Auch in einem Fall eines Sensors, der eine Fotodiode verwendet, deren Reaktionsgeschwindigkeit relativ hoch ist, ist meist ein Filter zum Beseitigen von Rauschen dort eingefügt; deshalb kann eine Verzögerung von mehreren Dutzend ms bis zu mehreren hundert ms auftreten.
9 enthält Grafiken, in denen die Zeitabhängigkeit des Stromvariationszeitsteuerungssignals, des Stroms, der durch die elektrische Leistungsversorgung 8 (oder des Strombefehlswertes entsprechend dem Strom) zugeführt wird, der tatsächlichen Grundwellenausgabeleistung als Reaktion auf den Strom, des Messwertes der Ausgabeleistung und des Stromvariationszeitsteuerungssignals dargestellt ist.
In 9(a) erhöht sich der Strom (Strombefehlswert) in dem Zeitpunkt T1, wenn ein Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, und die Grundwellenausgabeleistung überschreitet den Bestimmungswert. Da jedoch der Messwert der Grundwellenausgabeleistung eine Zeitverzögerung enthält, wird der Wert, gerade nachdem die Grundwellenausgabeleistung variiert hat, geringer als der der tatsächlichen Ausgabeleistung, was ein Wert ist, der nicht höher als der Bestimmungswert ist. Entsprechend bestimmt die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9, dass die Grundwellenausgabeleistung normal ist, und setzt die Verarbeitung fort. In einem Fall, in dem das nächste Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, bevor der Messwert den Bestimmungswert erreicht, erhöht sich der Stromwert (Strombefehlswert) in dem Zeitpunkt T2. Wie in Ausführungsform 2 beschrieben, kann hier, selbst wenn der Variationsbetrag der Grundwellenausgabeleistung basierend auf dem des Stromwertes (Strombefehlswertes) kleiner als die Differenz zwischen der Bruchschwelle und dem Bestimmungswert ist, da die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert in dem Zeitpunkt T1 überschreitet, die Leistung die Bruchschwelle in dem Zeitpunkt T2 überschreiten. Wie in 9(a) dargestellt, wird dann, obwohl die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle in dem Zeitpunkt T2 überschreitet, der Messwert der Bestimmungswert in dem Zeitpunkt T3, und dadurch bestimmt die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9, dass die Ausgabeleistung anomal ist, das Wellenlängenwandlungselement beschädigt worden sein kann; folglich kann ein unerwünschtes Ergebnis erhalten werden.
In Ausführungsform 3 wird in Anbetracht des obigen Punktes das Verfahren zum Einstellen des Strombefehlswertes durch die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 geändert. Besonders unterscheidet sich der Wert des Zeitintervalls, der in dem Speicher 23 gespeichert ist. Die Gesamtkonfiguration des Lasergenerators gemäß dieser Ausführungsform ist ähnlich zu der in 1, und die Konfiguration der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 ist ähnlich zu der in 5; deshalb wird eine Erläuterung unter Verwendung der Bezugszeichen in 1 und 2 geeignet durchgeführt.
Hierin nachstehend wird eine Operation kurz erläutert.
Der Strombefehlseinstellwert, der durch die Strombefehlseinstelleinheit 10 eingestellt wird, wird zu der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 übertragen. In der Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 wird der Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert um den Stromvariationswert, der vorher in dem Speicher 22 gespeichert wird, in den Zeitintervallen, die vorher in dem Speicher 23 gespeichert werden, stufenweise erhöht. Zu dieser Zeit wird, wie in 9(b) dargestellt, das Stromvariationszeitsteuerungssignal in dem Zeitpunkt T1 ausgegeben, und der Strombefehlswert wird nur um den Stromvariationswert variiert; dann ist eine Wartezeit vorgesehen, und nachdem der Messwert, der durch den Grundwellenausgabesensor 6 gemessen wird, der tatsächliche Wert der Grundwellenausgabeleistung wird, wird das Stromvariationszeitsteuerungssignal in dem Zeitpunkt T2 ausgegeben. In einem Fall der Eigenschaften, die in 9(b) dargestellt sind, überschreitet die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert in dem Zeitpunkt T1; unterdessen überschreitet aber der Messwert den Bestimmungswert in dem Zeitpunkt T1 nicht. Durch Sicherstellen einer ausreichenden Zeit zwischen den Zeitpunkten T1 und T2, d. h. dem Zeitintervall, bevor das nächste Stromvariationszeitsteuerungssignal ausgegeben wird, erreicht der Messwert den Bestimmungswert in dem Zeitpunkt T3. Entsprechend kann die Anomaliebestimmungs-/Strombefehlswert-Kalkulationseinheit 9 bestimmen, dass die Grundwellenausgabeleistung anomal ist; dadurch kann die Erzeugung des Grundwellenlaserstrahls gestoppt werden, bevor die Grundwellenausgabeleistung die Bruchschwelle in dem Zeitpunkt T2 überschreitet.
Wie oben beschrieben, wird durch Setzen des Zeitintervalls auf einen Wert, der nicht kürzer als die Messungsverzögerung durch den Grundwellenausgabesensor ist, der Strombefehlswert hergestellt, nicht geändert zu werden, wenn der Messwert der Grundwellenausgabeleistung kleiner als der tatsächliche Wert der Leistung ist. Falls der Stromvariationswert auch wie der in Ausführungsform 2 gesetzt wird, wird deshalb, obwohl der Strombefehlswert um eine Stufe variiert, die tatsächliche Grundwellenausgabeleistung hergestellt, die Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes nicht zu erreichen. In einem Fall, in dem die tatsächliche Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, wird außerdem, falls die Wartezeit mit Bezug auf den Strombefehlswert wie in der obigen Erläuterung gesetzt ist, in dem Zeitpunkt T3, wenn der Messwert der Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Leistung gestoppt; deshalb kann ein Bruch des Wellenlängenwandlungselementes verhindert werden.
Wenn sich der Strom verringert, ist es ähnlich zu dem Fall in Ausführungsform 2 unnötig, dass der Strombefehlswert stufenweise variiert wird.
In der obigen Erläuterung wurde, wenn die Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Steuerung so durchgeführt, dass die Generierung des Grundwellenlaserstrahls gestoppt wird; wie in Ausführungsform 2 beschrieben, kann jedoch, wenn die Ausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Ausgabeleistung so gesteuert werden, ein Wert zu sein, der kleiner als die Bruchschwelle ist.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Zustand, der in Ausführungsform 2 dargestellt wird, verhindert werden, in dem, obwohl durch Setzen des Stromvariationszeitintervalls auf einen Wert, der nicht kürzer als die Messungsverzögerung durch den Grundwellenausgabesensor ist, die tatsächliche Grundwellenausgabeleistung den Bestimmungswert überschreitet, die Ausgabeleistung bestimmt wird normal zu sein und das Wellenlängenwandlungselement im Ergebnis beschädigt wird; deshalb ist sie effektiver, den Bruch des Wellenlängenwandlungselementes zu verhindern.
Falls die Laserausgabeleistung häufig variiert wird, kann hier ein Grundwellenausgabesensor, wie etwa eine Thermosäule, deren Reaktionszeit relativ lang ist, wie etwa mehrere Sekunden, nicht geeignet verwendet werden. Zu einer Zeit, wenn der Lasergenerator hochgefahren wird, variiert die Grundwellenausgabeleistung beträchtlich; deshalb ist es am wahrscheinlichsten, dass ein Bruch des Wellenlängenwandlungselementes zu dieser Zeit auftritt. Da, wenn der Generator hochgefahren wird, eine Wartezeit benötigt wird, bevor seine optischen Teile zu dem thermischen Gleichgewichtszustand kommen, können außerdem, selbst wenn mehrere Sekunden für die Antwortzeit des Sensors benötigt werden, Probleme nicht besonders auftreten. In einem Fall, in dem die Laserausgabeleistung ein wenig variiert wird, kann entsprechend, wenn Laserverarbeitung durchgeführt wird, selbst wenn ein Ausgabesensor, dessen Reaktionszeit relativ lang ist, verwendet wird, ein Effekt erhalten werden, in dem ein Bruch des Wellenlängenwandlungselementes verhindert wird, wenn die Operation des Lasergenerators hochgefahren wird.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Der Lasergenerator gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall angemessen verwendet, in dem ein Oberwellenlaserstrahl, der sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht enthält, das durch ein Wellenlängenwandlungselement generiert wird, für eine Verarbeitung verwendet wird.

Claims

Lasergenerator, umfassend: ein Generierungsmittel zum Pumpen eines Pumpmediums durch eine Pumplichtquelle, um einen Grundwellenlaserstrahl zu generieren; eine elektrische Leistungsversorgung (8) zum Zuführen eines Stroms zum Erregen der Pumplichtquelle; einen Ausgabesensor (6) zum Messen einer mittleren Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls; ein Wellenlängenwandlungselement (5), das in einem optischen Weg für den Grundwellenlaserstrahl angeordnet ist, zum Wandeln des Grundwellenlaserstrahls in seinen Oberwellenlaserstrahl; ein Strombefehlseinstellmittel (10) zum Einstellen und Ausgeben eines Strombefehlseinstellwertes zum Erhalten einer gewünschten Laserstrahlintensität; eine Speichereinheit (20) zum Speichern eines Bestimmungswertes, der auf einen Wert gesetzt ist, der kleiner ist als eine Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes für eine mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Laserstrahls, der durch das Wellenlängenwandlungselement gewandelt wird; ein Strombefehlskalkulationsmittel (15) zum Ausgeben eines Strombefehlswertes, wenn der durch das Strombefehlseinstellmittel (10) eingegebene Strombefehlseinstellwert variiert, wobei der Strombefehlswert zu dem Strombefehlseinstellwert um einen vorbestimmten Variationsbetrag in vorbestimmten Zeitintervallen erhöht wird, wenn der vorbestimmte Variationsbetrag kleiner ist als die Differenz zwischen einer Bruchschwelle des Wellenlängenwandlungselementes und dem Bestimmungswert; ein Vergleichsmittel (13) zum Vergleichen eines Messwertes, der durch den Ausgabesensor (6) gemessen wird, und des Bestimmungswertes; und ein Schaltmittel (14) zum Umschalten des Strombefehlswertes, der zu der elektrischen Leistungsversorgung (8) übertragen wird, zu einem ersten Strombefehlswert, wenn durch das Vergleichsmittel (13) bestimmt wird, dass der Messwert ein Wert ist, der kleiner als der Bestimmungswert ist, und der erste Strombefehlswert von dem Strombefehlskalkulationsmittel übertragen wird, und zum Umschalten des Strombefehlswertes zu einem zweiten Strombefehlswert, wenn durch das Vergleichsmittel (13) bestimmt wird, dass der Messwert ein Wert ist, der nicht kleiner als der Bestimmungswert ist, wobei durch den zweiten Strombefehlswert die mittlere Ausgabeleistung oder Impulsenergie des Grundwellenlaserstrahls kleiner als die Bruchschwelle wird.
Lasergenerator, wie in Anspruch 1 vorgetragen, wobei jedes der vorbestimmten Zeitintervalle nicht kürzer als eine Messungsverzögerung durch den Ausgabesensor (6) ist.
Lasergenerator, wie in einem beliebigen von Ansprüchen 1 bis 2 vorgetragen, wobei der zweite Strombefehlswert ein Strombefehlswert ist, bevor der Strombefehlseinstellwert variiert wurde.