DE112018007199T5

DE112018007199T5 - Laservorrichtung

Info

Publication number: DE112018007199T5
Application number: DE112018007199.5T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Kyoto; Tomotaka Katsura; Daisuke Morita; Hiroyuki Takeuchi; Yumi Genda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2020-12-03
Also published as: JPWO2019193640A1; US10958043B2; US20210057887A1; WO2019193640A1; JP6437172B1

Abstract

Eine Laservorrichtung (100A) umfasst mehrere Laserdioden (40-1, 40-2, 40-3), die Laserstrahlen mit voneinander verschiedenen Wellenlängen erzeugen, einen teilreflektierenden Spiegel (50), der zusammen mit den Laserdioden (40-1, 40-2, 40-3) einen Resonator bildet, ein wellenlängendispersives Element (60), das in dem Resonator angeordnet ist, Teile der von den Laserdioden (40-1, 40-2, 40-3) abgegebenen Laserstrahlen kombiniert, die kombinierten Teile der Laserstrahlen als einen ersten Laserstrahl (10) in Richtung des teilreflektierenden Spiegels (50) emittiert und andere Teile der Laserstrahlen als zweite Laserstrahlen (20a, 20b, 20c) in Richtungen emittiert, die sich von der Richtung zu dem teilreflektierenden Spiegel (50) unterscheiden, und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit (70A), die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen (20a, 20b, 20c) erfasst.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung, bei der basierend auf der Verwendung mehrerer Laserdioden Licht mit mehreren Wellenlängen oszilliert.
Hintergrund
Auf dem Gebiet von Laserbearbeitungsvorrichtungen, bei denen eine Bearbeitung mit Hilfe eines Laserstrahls durchgeführt wird, wurde in jüngster Zeit eine Laserbearbeitungsvorrichtung entwickelt, bei der ein Laseroszillator mit zwei oder mehr Laserdioden als Laserlichtquelle verwendet wird. In dem Patentdokument 1 wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart, bei der Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen unter Verwendung einer Vielzahl von Laserdioden oszilliert. Da die Intensität eines ausgegebenen Laserstrahls aufgrund der Verschlechterung einer Laserdiode oder dergleichen abnehmen kann, weist die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Funktion zur Erfassung der Intensität des Laserstrahls auf.
Liste der Zitate
Patenliteratur
Patentdokument1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2016-78050
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung besteht jedoch das Problem, dass die Größe der Vorrichtung wegen der zur Erfassung der Intensität eines Laserstrahls neu zu der Vorrichtung hinzugekommenen optischen Komponenten wie eines dispersiven Elements und eines spektroskopischen Elements beachtlich ist.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die oben beschriebenen Gegebenheiten, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine Laservorrichtung anzugeben, bei der eine Vergrößerung der Vorrichtung vermieden werden kann.
Lösung der Problemstellung
Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, gibt die vorliegende Erfindung eine Laservorrichtung an, die aufweist: mehrere Laserdioden zur Erzeugung von Laserstrahlen, deren jeweilige Wellenlängen voneinander verschieden sind; einen teilreflektierenden Spiegel, durch den zusammen mit den Laserdioden ein Resonator gebildet wird; ein wellenlängendispersives Element, das in dem Resonator angeordnet ist, um Teile der Laserstrahlen, die von den Laserdioden abgegeben werden, miteinander zu kombinieren, die durch die Kombination erhaltenen Laserstrahlen als einen ersten Laserstrahl in Richtung des teilreflektierenden Spiegels zu emittieren und andere Teile der Laserstrahlen als zweite Laserstrahlen in Richtungen zu emittieren, die sich von der Richtung in Richtung des teilreflektierenden Spiegels unterscheiden; und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit, um die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen zu erfassen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat den vorteilhaften Effekt, dass eine Vergrößerung der Vorrichtung vermieden werden kann.
Figurenliste
1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Hardwarekonfiguration der Laservorrichtungen gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird durch diese Ausführungsformen nicht zwangsläufig beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung 100A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laservorrichtung 100A umfasst einen Laserresonator 1A, eine Berechnungseinheit 4, eine Steuereinheit 5, eine Speichereinheit 6 und eine Ansteuerungsstromversorgung 7.
Der Laserresonator 1A umfasst die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3, einen teilreflektierenden Spiegel 50, ein wellenlängendispersives Element 60 und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A. In der folgenden Beschreibung werden die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3 der Einfachheit halber als „Laserdioden 40“ bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, diese voneinander zu unterscheiden. Die zwei oder mehr Laserdioden können Laserstrahlen erzeugen, deren jeweilige Wellenlängen sich voneinander unterscheiden. Die Laserdioden 40 und der teilreflektierende Spiegel 50 bilden einen Resonator. Die von den zwei oder mehr Laserdioden 40 abgegebenen Laserstrahlen werden zwischen den Laserdioden 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 50 wiederholt reflektiert und verstärkt, worauf von diesem Licht ein Teil aus dem teilreflektierenden Spiegel 50 ausgekoppelt wird.
Das wellenlängendispersive Element 60 ist in dem Resonator angeordnet, der aus den Laserdioden 40 und dem teilreflektierenden Spiegel 50 besteht. Bei dem wellenlängendispersiven Element 60 handelt es sich beispielsweise um ein Beugungsgitter. Das wellenlängendispersive Element 60 beugt zwei oder mehr Laserstrahlen, die von den zwei oder mehr Laserdioden 40 emittiert werden, und trennt die Laserstrahlen in unterschiedliche Ordnungen auf. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das wellenlängendispersive Element 60 ein Beugungsgitter vom Transmissionstyp, das gebeugte Lichtstrahlen erster Ordnung der Laserstrahlen zu einem ersten Laserstrahl 10 kombiniert und diesen in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 50 emittiert, wohingegen gebeugte Lichtstrahlen nullter Ordnung als zweite Laserstrahlen 20a, 20b und 20c in Richtungen emittiert werden, die sich von der Richtung zum teilreflektierenden Spiegel 50 hin unterscheiden. In der folgenden Beschreibung werden die zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c der Einfachheit halber als „zweite Laserstrahlen 20“ bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, diese voneinander zu unterscheiden. In 1 stellen Pfeile Lichtausbreitungsrichtungen dar, in die die jeweils von den Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3 emittierten Lichtstrahlen durch das wellenlängendispersive Element 60 gebeugt und in verschiedene Ordnungen aufgeteilt werden. Wenn ein von dem teilreflektierenden Spiegel 50 reflektierter Lichtstrahl auf das wellenlängendispersive Element 60 auftrifft, zerlegt das wellenlängendispersive Element 60 den einfallenden Lichtstrahl in Lichtstrahlen mit entsprechenden Wellenlängen und emittiert sie in Richtung der Laserdioden 40-1, 40-2 bzw. 40-3. Jede Laserdiode 40 ist mit einem reflektierenden Spiegel ausgestattet, der den Lichtstrahl nach der Reflexion an dem teilreflektierenden Spiegel 50 und der anschließenden Auftrennung durch das wellenlängendispersive Element 60 reflektiert.
Die Laserdiode 40-1 gibt einen Laserstrahl mit der Wellenlänge XI, die Laserdiode 40-2 gibt einen Laserstrahl mit der Wellenlänge λ2 und die Laserdiode 40-3 gibt einen Laserstrahl mit der Wellenlänge λ3 aus. In diesem Fall umfasst der erste Laserstrahl 10 Lichtkomponenten mit den Wellenlängen λ1, λ2 und λ3, wobei der zweite Laserstrahl 20a eine Lichtkomponente mit der Wellenlänge λ3, der zweite Laserstrahl 20b eine Lichtkomponente mit der Wellenlänge λ2 und der zweite Laserstrahl 20c eine Lichtkomponente mit der Wellenlänge λ3 ist.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A erfasst die Intensität jedes zweiten Laserstrahls 20. Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A umfasst mehrere Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c. In der folgenden Beschreibung werden die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c der Einfachheit halber als „Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71“ bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, diese voneinander zu unterscheiden. Die zwei oder mehr Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71 werden jeweils in den Strahlengängen der zwei oder mehr zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c platziert, die auf die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A auftreffen. Zum Beispiel wird der Ausgangsleistungsbestimmungssensor 71a im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20a, der Ausgangsleistungsbestimmungssensor 71b im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20b und der Ausgangsleistungsbestimmungssensor 71c im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20c angeordnet. Bei den zwei oder mehr Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c unterscheiden sich die jeweiligen Empfindlichkeitscharakteristiken voneinander, wobei die Empfindlichkeitscharakteristiken jeweils eine Empfindlichkeit für einfallendes Licht in Bezug auf eine Wellenlänge eines Laserstrahls aufweisen. Die Empfindlichkeitscharakteristiken geben jeweils die Empfindlichkeiten für einfallendes Licht in Bezug auf die Wellenlängen der Laserstrahlen an. Die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71 erfassen die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 mit ihren jeweiligen Wellenlängen und geben Detektionssignale aus, die jeweils die erfassten Intensitäten angeben.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A gibt an die Berechnungseinheit 4 Detektionssignale aus, die die erfassten Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 angeben. Die Berechnungseinheit 4 berechnet auf Basis der von der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A ausgegebenen Detektionssignale die von der Ansteuerungsstromversorgung 7 an die Laserdioden 40-1, 40-2 bzw. 40-3 anzulegenden Ansteuerspannungen. Konkret berechnet die Berechnungseinheit 4 die an die Laserdiode 40 anzulegende Ansteuerspannung, um eine Verringerung der Intensität der Laserdioden 40 auszugleichen, so dass die Intensität des von jeder der Laserdioden 40 abgegebenen Laserstrahls nahe an einem Sollwert eingestellt wird. Die Berechnungseinheit 4 gibt ein Signal, das die durch deren Berechnung erhaltenen Ansteuerspannungen angibt, an die Steuereinheit 5 aus.
Die Steuereinheit 5 steuert die Ansteuerungsstromversorgung 7 gemäß dem Signal, das die von der Berechnungseinheit 4 ausgegebenen Ansteuerspannungen angibt. Die Speichereinheit 6 speichert verschiedene Arten von Parametern und dergleichen, die von der Steuereinheit 5 zur Steuerung der Ansteuerungsstromversorgung 7 verwendet werden sollen. Die Ansteuerungsstromversorgung 7 versorgt jede der Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3 der Steuerung der Steuereinheit 5 entsprechend mit elektrischer Energie. Auch wenn die Berechnungseinheit 4 im obigen Beispiel die an jede der Laserdioden 40 anzulegende Ansteuerspannung berechnet, kann die Berechnungseinheit 4 eine Ansteuerspannung so berechnen, dass die Ausgangsleistungen der Laserdioden 40 insgesamt in einer Reihenschaltung gesteuert werden.
Die Steuereinheit 5 kann ferner die Speichereinheit 6 veranlassen, die von der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A erfassten Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 als Zustandsinformationen der Laservorrichtung 100A zu speichern. Zudem kann die Steuereinheit 5 eine Anomalie der Laservorrichtung 100A auf Basis der von der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A erfassten Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 erfassen. Wenn beispielsweise erfasst wird, dass sich die Intensität eines der zweiten Laserstrahlen 20 bis zu einem Schwellwert oder darüber verringert hat, stellt die Steuereinheit 5 fest, dass eine Anomalie bei der Laservorrichtung 100A aufgetreten ist, und kann einen Benutzer über die Anomalie informieren oder den Betrieb der Laservorrichtung 100A stoppen.
Wie oben beschrieben wurde, bilden bei der Laservorrichtung 100A der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei oder mehr Laserdioden 40 und der teilreflektierende Spiegel 50 einen Resonator, wobei das wellenlängendispersive Element 60 im Resonator angeordnet ist. Das wellenlängendispersive Element 60 emittiert den ersten Laserstrahl, der durch Kombination von Teilen von zwei oder mehr Laserstrahlen erhalten wird, die von den Laserdioden 40 abgegeben werden, 50, in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 50 und emittiert die zweiten Laserstrahlen, die die verbleibende Teile der Laserstrahlen darstellen, in Richtungen, die sich von der Richtung zum teilreflektierenden Spiegel 50 hin unterscheiden. Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A detektiert die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration erzeugt die Laservorrichtung 100A einen Lichtstrahl, der zur Überwachung der Intensität verwendet wird, indem ein wellenlängendispersives Element verwendet wird, das so ausgebildet ist, dass es Lichtstrahlen mit zwei oder mehr Wellenlängen kombiniert, wodurch eine Vergrößerung der Gerätegröße der Laservorrichtung 100A vermieden werden kann, da keine neuen optischen Komponenten wie ein dispersives Element und ein spektroskopisches Element zur Erfassung der Intensität des Laserlichts hinzugefügt werden müssen. Außerdem ist eine Komponente wie ein dispersives Element oftmals teuer. Demnach wird die Anzahl teurer Komponenten reduziert und zudem können die Herstellungskosten gesenkt werden.
Ferner weist die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A der Laservorrichtung 100A mehrere Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c auf. Die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c sind in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen 20a, 20b bzw. 20c für deren jeweilige Wellenlängen angeordnet und messen die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20a, 20b bzw. 20c. Dementsprechend kann die Laservorrichtung 100A die Intensitäten der Laserstrahlen für jede Wellenlänge separat erfassen. Daher ist es möglich, die Ausgangsleistung der Laservorrichtung 100A für jede Wellenlänge so zu steuern, dass die Empfindlichkeit des Sensors entsprechend eingestellt werden kann und eine stabile Ausgangsleistungserfassung realisiert werden kann.
Da die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A die Intensität eines Laserstrahls für jede Wellenlänge erfassen kann, kann die Laservorrichtung 100A ferner die Ausgaben der Laserdioden 40 auf Basis der erfassten Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 steuern. Die Laservorrichtung 100A kann die erfassten Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20 als Zustandsinformationen der Laservorrichtung 100A aufzeichnen. Durch die Aufzeichnung der erfassten Intensitäten als Zustandsinformationen der Laservorrichtung 100A kann eine Schwankung der Ausgangsleistung der Laservorrichtung 100A erkannt werden.
Zweite Ausführungsform
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung 100B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laservorrichtung 100B umfasst einen Laserresonator 1B, die Berechnungseinheit 4, die Steuereinheit 5, die Speichereinheit 6 und die Ansteuerungsstromversorgung 7.
Der Laserresonator 1B umfasst die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3, den teilreflektierenden Spiegel 50, das wellenlängendispersive Element 60 und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B. Die Laservorrichtung 100B ist identisch mit der Laservorrichtung 100A, außer dass sie die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B anstelle der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A der Laservorrichtung 100A aufweist, weshalb die Beschreibung des identischen Teils weggelassen wird. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zur Laservorrichtung 100A beschrieben.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B umfasst einen Strahldämpfer 72 und mehrere Thermoelemente 73a, 73b und 73c. Der Strahldämpfer 72 wird im Bereich von zwei oder mehr Strahlengängen der zwei oder mehr zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c platziert. Der Strahldämpfer 72 ist ein Absorber, der die zweiten Laserstrahlen 20 mit hoher Effizienz absorbiert und die Laserstrahlen sperrt. Die zwei oder mehr Thermoelemente 73a, 73b und 73c befinden sich an dem Strahldämpfer 72. In der folgenden Beschreibung werden die Thermoelemente 73a, 73b und 73c der Einfachheit halber als „Thermoelemente 73“ bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, diese voneinander zu unterscheiden. Die Anzahl der vorgesehenen Thermoelemente 73 ist beispielsweise gleich der Anzahl der Laserdioden 40, und die Thermoelemente 73 befinden sich in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen 20. Konkret ist das Thermoelement 73a im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20a, das Thermoelement 73b im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20b und das Thermoelement 73c im Strahlengang des zweiten Laserstrahls 20c platziert. Wenn die zweiten Laserstrahlen 20 auf den Strahldämpfer 72 auftreffen, steigt die Temperatur des Strahldämpfers 72 um die Einfallspunkte der zweiten Laserstrahlen 20 herum an. Die Thermoelemente 73 können diese Temperaturänderung erfassen.
Wie oben beschrieben weist die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B gemäß der Laservorrichtung 100B der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Strahldämpfer 72, der in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen 20 angeordnet ist, und die Thermoelemente 73 auf, die jeweils an dem Strahldämpfer 72 in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen 20 vorgesehen sind. Durch die Verwendung einer Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B, die diese Konfiguration aufweist, kann die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B im Vergleich zur Konfiguration der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A gemäß der ersten Ausführungsform kostengünstiger hergestellt werden, so dass die Herstellungskosten der Vorrichtung reduziert werden können. Außerdem ist bei der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B die in einem bei der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A verwendeten Ausgangsleistungsbestimmungssensor auftretende Empfindlichkeitsänderung geringer. Daher kann eine stabile Detektionsfunktion über einen längeren Zeitraum realisiert werden.
Dritte Ausführungsform
3 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung 100C gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laservorrichtung 100C umfasst einen Laserresonator 1C, die Berechnungseinheit 4, die Steuereinheit 5, die Speichereinheit 6 und die Ansteuerungsstromversorgung 7.
Der Laserresonator 1C umfasst die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3, den teilreflektierenden Spiegel 50, das wellenlängendispersive Element 60 und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C. Die Laservorrichtung 100C ist identisch mit der Laservorrichtung 100A, außer dass sie die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C anstelle der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A der Laservorrichtung 100A aufweist, weshalb die Beschreibung des identischen Teils weggelassen wird. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zur Laservorrichtung 100A beschrieben.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C weist mehrere Strahldämpfer 72a, 72b und 72c, die jeweils in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen 20 angeordnet sind, und zwei oder mehr Thermoelemente 73a, 73b und 73c auf, die jeweils für die Strahldämpfer 72a, 72b und 72c vorgesehen sind. Anders ausgedrückt weist die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C die Strahldämpfer 72a, 72b und 72c anstelle des Strahldämpfers 72 der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B auf, wobei die Thermoelemente 73a, 73b und 73c sowie die Strahldämpfer 72a, 72b und 72c in einer Eins-zu-eins-Beziehung stehen. In der folgenden Beschreibung werden die Strahldämpfer 72a, 72b und 72c der Einfachheit halber als „Strahldämpfer 72“ bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, diese voneinander zu unterscheiden.
Wie oben beschrieben weist die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C der Laservorrichtung 100C gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform mehrere Strahldämpfer 72 und mehrere Thermoelemente 73 auf. Durch die Verwendung der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C, die die oben beschriebene Konfiguration aufweist, kann die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C im Vergleich mit der Konfiguration der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A gemäß der ersten Ausführungsform kostengünstiger hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten der Vorrichtung gesenkt werden können. Außerdem ist bei der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C die Empfindlichkeitsänderung, die bei einem in der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A verwendeten Ausgangsleistungsbestimmungssensor auftritt, geringer. Daher ist es möglich, eine über einen längeren Zeitraum stabile Detektorfunktion zu realisieren.
Darüber hinaus umfasst die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C der Laservorrichtung 100C zwei oder mehr Strahldämpfer 72, die in den Strahlengängen der zwei oder mehr zweiten Laserstrahlen 20 angeordnet sind, und zwei oder mehr Thermoelemente 73, die jeweils für die Strahldämpfer 72 vorgesehen sind. Da bei der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B gemäß der zweiten Ausführungsform die zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c auf einen einzigen Strahldämpfer 72 auftreffen, werden sich Bereiche, in denen die Temperatur durch die zweiten Laserstrahlen 20 erhöht wird, leichter überlappen, da Auftreffpositionen der zweiten Laserstrahlen 20 auf dem Strahldämpfer 72 näher beieinander liegen. Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform treffen bei der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70C die zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c auf ihre jeweiligen Strahldämpfer 72a, 72b und 72c auf, die sich voneinander unterscheiden. Daher ist die Genauigkeit bei der Erfassung der Ausgangsleistung des zweiten Laserstrahls 20 für jede Wellenlänge im Vergleich zu der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70B gemäß der zweiten Ausführungsform höher.
Vierte Ausführungsform
4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung 100D gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laservorrichtung 100D umfasst einen Laserresonator 1D, die Berechnungseinheit 4, die Steuereinheit 5, die Speichereinheit 6 und die Ansteuerungsstromversorgung 7.
Der Laserresonator 1D umfasst die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3, den teilreflektierenden Spiegel 50, das wellenlängendispersive Element 60 und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D. Die Laservorrichtung 100D ist identisch mit der Laservorrichtung 100A, außer dass sie anstelle der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70A der Laservorrichtung 100A die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D aufweist, weshalb die Beschreibung des identischen Teils weggelassen wird. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zur Laservorrichtung 100A beschrieben.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D umfasst eine Ulbricht-Kugel 74 und die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c, die an der Ulbricht-Kugel 74 angeordnet sind. Die zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c treffen von dem wellenlängendispersiven Element 60 auf die Ulbricht-Kugel 74 auf. Die jeweiligen Empfindlichkeitscharakteristiken der zwei oder mehr Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c unterscheiden sich voneinander, wobei die Empfindlichkeitscharakteristiken jeweils die Lichtempfindlichkeit in Bezug auf eine Wellenlänge eines auf die Ulbricht-Kugel 74 auftreffenden Laserstrahls angeben. Jeder der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c gibt ein Detektionssignal, das die Intensität des zugehörigen auf die Ulbricht-Kugel 74 auftreffenden Laserstrahls angibt, gemäß der Intensität des Laserstrahls und seiner eigenen Empfindlichkeitscharakteristik an die Berechnungseinheit 4 aus.
Die auf die Ulbricht-Kugel 74 auftreffenden Laserstrahlen werden innerhalb der Ulbricht-Kugel 74gestreut und treffen anschließend auf die Lichteinstrahlungsflächen der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b bzw. 71c auf. Daher werden die Intensitäten der Laserstrahlen, die jeweils auf die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c auftreffen, vereinheitlicht. Dementsprechend wird die Messgenauigkeit bezüglich der Ausgangsleistung jedes der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c verbessert.
Wie oben beschrieben wurde, messen bei der
Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c in einem Zustand, in dem die zweiten Laserstrahlen 20a, 20b und 20c im Inneren der Ulbricht-Kugel 74 gestreut und deren Intensitäten vereinheitlicht wurden. Dementsprechend wird die Messgenauigkeit bezüglich der Ausgangsleistung jedes der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c verbessert.
Fünfte Ausführungsform
5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laservorrichtung 100E gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laservorrichtung 100E umfasst einen Laserresonator 1E, die Berechnungseinheit 4, die Steuereinheit 5, die Speichereinheit 6 und die Ansteuerungsstromversorgung 7.
Der Laserresonator 1E weist die Laserdioden 40-1, 40-2 und 40-3, den teilreflektierenden Spiegel 50, das wellenlängendispersive Element 60 und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit 70E auf. Die Laservorrichtung 100E ist identisch mit der Laservorrichtung 100D, außer dass sie anstelle der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D der Laservorrichtung 100D die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70E aufweist, weshalb die Beschreibung des identischen Teils weggelassen wird. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zur Laservorrichtung 100D beschrieben.
Die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70E umfasst die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c, die Ulbricht-Kugel 74 und einen Temperatursensor 75. Anders ausgedrückt umfasst die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70E im Vergleich mit der Konfiguration der Ausgangsleistungserfassungseinheit 70D zusätzlich den Temperatursensor 75. Der Temperatursensor 75 ist ein Sensor zur Erfassung der Intensität einer Laserleistung auf Basis von Temperaturänderungen. Das Sensorausgangssignal des Temperatursensors 75 wird im Vergleich zu den Ausgangssignalen der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c weniger verändert. Daher wird das Ausgangssignal des Temperatursensors 75 in die Berechnungseinheit 4 eingegeben und regelmäßig zur Kalibrierung der Sensorausgangssignale der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c verwendet.
Wie oben beschrieben wurde, kalibriert die Ausgangsleistungserfassungseinheit 70E gemäß der Laservorrichtung 100E der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Sensorausgangssignale der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c regelmäßig unter Verwendung des Temperatursensors 75. Daher ist es möglich, die Messgenauigkeit in Bezug auf die Ausgangsleistung jedes der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren 71a, 71b und 71c zu verbessern.
6 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Hardwarekonfiguration der Laservorrichtungen 100A bis 100E gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Berechnungseinheit 4, die Steuereinheit 5 und die Speichereinheit 6, die in jeder der Laservorrichtungen 100A bis 100E enthalten sind, können unter Verwendung eines Prozessors 91 und eines Speichers 92 implementiert werden.
Bei dem Prozessor 91 handelt es sich um eine CPU (Central Processing Unit, auch als Zentraleinheit, Verarbeitungsvorrichtung, Rechengerät, Mikroprozessor, Mikrocomputer, Prozessor oder DSP (Digitaler Signalprozessor) bezeichnet) oder ein LSI (Large Scale Integration)-System.
Der Speicher 92 entspricht einem Halbleiterspeicher wie beispielsweise einem RAM (Direktzugriffsspeicher), einem ROM (Festwertspeicher), einem Flash-Speicher, einem EPROM (löschbarer programmierbarer Festwertspeicher) oder einem EEPROM [eingetragenes Warenzeichen] (elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher). Der Halbleiterspeicher kann ein nichtflüchtiger Speicher oder ein flüchtiger Speicher sein. Bei dem Speicher 92 kann es sich neben dem Halbleiterspeicher um eine Magnetplatte, eine Diskette, eine optische Disk, eine Compact Disk, eine MiniDisk oder eine DVD (Digital Versatile Disk) handeln.
Da ein Computerprogramm zur Durchführung von Prozessen für die Berechnungseinheit 4 und die Steuereinheit 5 im Speicher 92 abgelegt ist und der Prozessor 91 das Computerprogramm liest und ausführt, werden die Funktionen der Berechnungseinheit 4 und der Steuereinheit 5 realisiert.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind nur Beispiele für den Inhalt der vorliegenden Erfindung und können mit anderen Techniken des Standes der Technik kombiniert und teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Auch wenn das wellenlängendispersive Element 60 in den Figuren der oben beschriebenen Ausführungsformen beispielsweise ein Beugungsgitter vom Transmissionstyp ist, kann auch ein wellenlängendispersive Element 60 vom Reflexionstyp verwendet werden. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden beispielsweise gebeugte Lichtstrahlen erster Ordnung als erster Laserstrahl 10 und gebeugte Lichtstrahlen nullter Ordnung als zweiter Laserstrahl 20 verwendet, es können jedoch entsprechend der Konfiguration eines optischen Resonators gebeugte Lichtstrahlen beliebiger Ordnung sowohl als erster Laserstrahl 10 als auch als zweiter Laserstrahl 20 verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1A, 1B, 1C: Laserresonator;
4: Berechnungseinheit,
5: Steuereinheit;
6: Speichereinheit;
7: Ansteuerungsstromversorgung;
10: erster Laserstrahl;
20, 20a, 20b, 20c: zweiter Laserstrahl;
40, 40-1, 40-2, 40-3: Laserdiode;
50: teilreflektierender Spiegel;
60: wellenlängendispersives Element;
70A, 70B, 70C, 70D, 70E: Ausgangsleistungserfassungseinheit;
71a, 71b, 71c: Ausgangsleistungsbestimmungssensor;
72: Strahldämpfer;
73a, 73b, 73c: Thermoelement;
74: Ulbricht-Kugel;
75: Temperatursensor;
100A, 100B, 100C, 100D,100E: Laservorrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016078050 [0003]

Claims

Laservorrichtung, die aufweist: mehrere Laserdioden zum Erzeugen von Laserstrahlen, deren jeweilige Wellenlängen sich voneinander unterscheiden; einen teilreflektierenden Spiegel, durch den zusammen mit den Laserdioden ein Resonator gebildet wird; ein wellenlängendispersives Element, das in dem Resonator angeordnet ist, um Teile der von den Laserdioden abgegebenen Laserstrahlen miteinander zu kombinieren, die durch die Kombination erhaltenen Laserstrahlen als einen ersten Laserstrahl in Richtung des teilreflektierenden Spiegels zu emittieren und andere Teile der Laserstrahlen als zweite Laserstrahlen in Richtungen zu emittieren, die sich von der Richtung zu dem teilreflektierenden Spiegel unterscheiden; und eine Ausgangsleistungserfassungseinheit zum Erfassen der Intensitäten der zweiten Laserstrahlen.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungserfassungseinheit mehrere Ausgangsleistungsbestimmungssensoren umfasst, die jeweils in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen angeordnet sind.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungserfassungseinheit einen Strahldämpfer, der im Bereich von zwei oder mehr Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen angeordnet ist, und mehrere Thermoelemente umfasst, die jeweils in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen an dem Strahldämpfer angeordnet sind.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungserfassungseinheit mehrere Strahldämpfer, die jeweils in den Strahlengängen der zweiten Laserstrahlen angeordnet sind, und mehrere Thermoelemente, die jeweils für die Strahldämpfer vorgesehen sind, umfasst.
Laservorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ausgangsleistungserfassungseinheit eine Ulbricht-Kugel umfasst, an der die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren vorgesehen sind, und die Ausgangsleistungsbestimmungssensoren jeweils die Intensitäten der zweiten Laserstrahlen erfassen, die innerhalb der Ulbricht-Kugel gestreut werden.
Laservorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ausgangsleistungserfassungseinheit ferner einen Temperatursensor aufweist, der an der Ulbricht-Kugel vorgesehen ist, und die Kalibrierung der Ausgangsleistungsbestimmungssensoren auf Basis eines Erfassungswertes des Temperatursensors durchgeführt wird.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ausgangsleistungen der Laserdioden auf Basis der von der Ausgangsleistungserfassungseinheit gemessenen Intensitäten der zweiten Laserstrahlen gesteuert werden.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die von der Ausgangsleistungserfassungseinheit gemessenen Intensitäten der zweiten Laserstrahlen als Zustandsinformationen der Laservorrichtung aufgezeichnet werden.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Anomalie der Laservorrichtung auf Basis der von der Ausgangsleistungserfassungseinheit gemessenen Intensitäten der zweiten Laserstrahlen erfasst wird.
Laservorrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn eine Anomalie der Laservorrichtung festgestellt wird, die Laservorrichtung die Anomalie meldet oder bewirkt, dass die Laservorrichtung gestoppt wird.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Laserstrahl ein Lichtstrahl ist, der durch das wellenlängendispersive Element hindurchgeht, und die zweiten Laserstrahlen Lichtstrahlen sind, die von dem wellenlängendispersiven Element reflektiert werden.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Laserstrahl ein Lichtstrahl ist, der von dem wellenlängendispersiven Element reflektiert wird, und die zweiten Laserstrahlen Lichtstrahlen sind, die durch das wellenlängendispersive Element hindurchgehen.