JP2000040849A - 固体レーザ装置 - Google Patents

固体レーザ装置

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JP2000040849A
JP2000040849A JP10225272A JP22527298A JP2000040849A JP 2000040849 A JP2000040849 A JP 2000040849A JP 10225272 A JP10225272 A JP 10225272A JP 22527298 A JP22527298 A JP 22527298A JP 2000040849 A JP2000040849 A JP 2000040849A
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Abstract

(57)【要約】 [課題] 変調用パルス信号の立ち上げ時のアップスロ
ープ勾配を安定かつ高精度に制御し、Qスイッチパルス
レーザ光の尖頭値を設定通りに制御できるようにする。 [解決手段] カレントミラー回路46を構成する両ト
ランジスタ42,44のエミッタ端子は互いに共通接続
され、NPN型トランジスタ48を介して電源電圧VB
(第1の電源電圧)の端子に電気的に接続されている。
第1のトランジスタ42のコレクタ端子は、コンデンサ
50を介してグランド電位(第2の電源電圧)の端子に
接続されている。第2のトランジスタ44のコレクタ端
子は、抵抗値可変型の抵抗回路52を介してグランド電
位の端子に接続されている。抵抗回路52の抵抗値は主
制御部からの抵抗値選択信号RSに応じて抵抗値選択手
段53によって所望の値に選択される。コンデンサ50
は放電回路61に接続されるとともに、パルス信号出力
回路74の入力端子にも接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0010】
【発明の属する技術分野】本発明は、Qスイッチパルス
レーザ光を発振出力するQスイッチ型の固体レーザ装置
に関する。
【0020】
【従来の技術】YAGレーザ装置等の固体レーザ装置
は、Qスイッチを用いることで、連続発振を尖頭出力値
の高い高速繰返しパルス発振に変えることが可能であ
る。YAGレーザ装置には、一般に、超音波によるブラ
ッグ回折を利用する音響光学Qスイッチが使われてい
る。
【0030】図11に示すように、音響光学Qスイッチ
100は、入射面および出射面に反射防止膜102を施
された偏光媒体である合成石英ガラス104と、この石
英ガラス104の一面(底面)に接着層106を介して
結合された超音波発生用の圧電体108と、高周波整合
回路110とから構成される。
【0040】Qスイッチ・ドライバ112よりたとえば
24MHz、50Wの高周波電気信号ESが整合回路1
10を介して圧電体108に与えられると、ピエゾ効果
によって高周波電気信号ESが超音波ASに変換され、
その超音波ASが石英ガラス104内を伝播する。そう
すると、光弾性効果により石英ガラス104内に周期的
な屈折率分布が生じ、ここに適当な角度で光LBi を入
射させると、入射した光LBi がLBR のように回折さ
れる(音響光学効果)。
【0050】図12にYAGレーザ共振器の構成を示
す。楕円反射鏡筒114内の一対の楕円焦点位置にYA
Gロッド116および励起ランプ118が平行に配置さ
れる。YAGロッド116の両端面と対向して出力ミラ
ー120および全反射ミラー122が配置され、YAG
ロッド116の一端面と出力ミラー120との間にQス
イッチ100が配置される。
【0060】上記のように高周波電気信号ESがQスイ
ッチ100に入力されて石英ガラス104内を超音波A
Sが伝播すると、YAGロッド116からのレーザ光L
Biの一部がQスイッチ100で回折され、レーザ共振
器の損失が増加してQ値が下がり、レーザ発振が停止す
る。
【0070】しかし、レーザ発振が止まっても、励起ラ
ンプ118によるYAGロッド116の励起は継続され
ているため、YAGロッド116内の反転分布(熱平衡
状態の低いエネルギーレベルにある原子の数よりも励起
状態の高いエネルギーレベルにある原子の数が多い割
合)は増大する。この反転分布が十分に大きくなった時
に高周波電気信号ESを遮断して急激にQ値を戻すと、
レーザ共振器でパルス発振が起こり、きわめて尖頭出力
の高いQスイッチパルスレーザ光LBQ が得られる。
【0080】実際の応用では、図13に示すような所望
の周波数(変調周波数)を有するパルス信号MPで変調
されてパルス信号MPのLレベルに応じたオン期間とパ
ルス信号MPのHレベルに応じたオフ期間とを有する高
周波電気信号ESをQスイッチ100に供給し、これに
よって変調周波数に等しい繰返し周波数でQスイッチパ
ルスレーザ光LBQ を発振出力させるようにしている。
【0090】ところが、このようなQスイッチ型の固体
レーザ装置では、高周波電気信号ESのオン期間の長さ
に依存して、その直後のQスイッチング開始時の反転分
布が変化し、Qスイッチパルスレーザ光LBQ の尖頭値
(レーザ出力ピーク値)が変化するという特性がある。
【0100】このため、レーザ発振の開始または再開直
後では概して反転分布が飽和値になっている状態でQス
イッチングが行われるのに対して、それ以降の定常時で
は概して反転分布が飽和値に達する前にQスイッチング
が行われるので、図13に示すように最初のQスイッチ
パルスレーザ光LBQ の尖頭値が定常時のものよりも異
常に高くなりやすい。
【0110】このようなQスイッチパルスレーザ光LB
Q の尖頭値における不所望なばらつきは、実際の応用た
とえばレーザマーキング装置では印字ドットのばらつき
を来すため、好ましくない現象とされている。
【0120】そこで、Qスイッチパルスレーザ光LBQ
の尖頭値を自在に可変制御するための技法が従来より種
々考案されている。その中の1つの方式は、図14に示
すように、パルス信号MPのパルスをLレベルからHレ
ベルに瞬時に立ち上げるのではなく、適当な傾斜度を有
するアップスロープ波形にして、高周波電気信号ESの
振幅を減衰させながらオフにする方法である。
【0130】この方式によれば、高周波電気信号ESの
振幅が或るしきい値を割った時点でQスイッチングのパ
ルス発振が起こる。パルス信号MPにおけるアップスロ
ープの傾斜度または勾配を小さくするほど高周波電気信
号ESの振幅がしきい値を割るまでの時間が長くなって
(それだけQスイッチング開始時の反転分布の損失が大
きくなって)、Qスイッチパルスレーザ光LBQ の尖頭
値が低くなる。
【0140】この方式を用いると、図14に示すよう
に、レーザ発振の開始または再開直後からQスイッチパ
ルスレーザ光LBQ の尖頭値を一定に揃えることができ
る。あるいは、定常時において、特定のQスイッチパル
スレーザ光LBQ の尖頭値を他のものの尖頭値よりも所
定値だけ高くしたり低くすることも可能である。
【0150】従来のこの種固体レーザ装置では、上記の
方式を実現するために、変調用パルス信号を生成するた
めの回路を演算増幅器からなる積分回路で構成して、該
演算増幅器の入力または帰還ループに可変抵抗を設け、
この可変抵抗の抵抗値(つまり積分定数)を適当な値に
選ぶことにより、アップスロープ勾配の可変制御可能な
変調用パルス信号MPを得るようにしていた。
【0160】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の固体レーザ装置では、変調用パルス信号を
生成するための積分回路において演算増幅器のゼロ点変
動等により積分定数が変動しやすく、変調用パルス信号
のアップスロープ勾配を安定かつ高精度に制御するのが
難しく、ひいてはQスイッチパルスレーザ光LBQ の尖
頭値を自在に制御するのが難しかった。また、安定度お
よび精度を上げるための補正回路を該演算増幅器回りに
付加するとなると、回路全体が複雑・高価で大掛かりな
ものになってしまうという問題がある。
【0170】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、変調用パルス信号の立ち上げ時のアップスロー
プ勾配を安定かつ高精度に制御し、Qスイッチパルスレ
ーザ光の尖頭値を設定通りに制御できるようにした固体
レーザ装置を提供することを目的とする。
【0180】また、本発明は、簡単な構成でもって、Q
スイッチパルスレーザ光の尖頭値を設定通りに制御でき
るようにした固体レーザ装置を提供することを目的とす
る。
【0190】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のうち請求項1に記載の発明は、レーザ共
振器内にQスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有
するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第1の論
理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第2の
論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の
高周波電気信号を前記Qスイッチ供給し、前記パルス信
号の第1の論理値レベルから第2の論理値レベルへ移行
する速度を制御することにより、前記レーザ共振器より
発振出力されるQスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制
御するようにした固体レーザ装置において、前記繰り返
し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波形
の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、そ
れぞれの制御端子を互いに共通接続された第1および第
2のトランジスタを有するカレントミラー回路と、第1
の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に接
続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスのパ
ルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレントミ
ラー回路に前記第1の電源電圧を供給せしめるスイッチ
手段と、第2の電源電圧の端子と前記第1のトランジス
タとの間に接続されたコンデンサと、前記第2の電源電
圧の端子と前記第2のトランジスタとの間に接続された
抵抗値可変型の抵抗回路と、前記抵抗回路の抵抗値を所
望の値に選択するための抵抗値選択手段と、前記コンデ
ンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に対
応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、前
記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手段
と、前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力
するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とす
る。
【0200】また、請求項2に記載の発明は、レーザ共
振器内にQスイッチを設け、所望の繰り返し周波数を有
するパルス信号で変調されて前記パルス信号の第1の論
理値レベルに応じたオン期間と前記パルス信号の第2の
論理値レベルに応じたオフ期間とを有する一定周波数の
高周波電気信号を前記Qスイッチに供給し、前記パルス
信号の第1の論理値レベルから第2の論理値レベルへ移
行する速度を制御することにより、前記レーザ共振器よ
り発振出力されるQスイッチパルスレーザ光の尖頭値を
制御するようにした固体レーザ装置において、前記繰り
返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有する矩形波
形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成手段と、
それぞれの制御端子を互いに共通接続された第1および
第2のトランジスタを有するカレントミラー回路と、第
1の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間に
接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルスの
パルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレント
ミラー回路に前記第1の電源電圧を供給せしめるスイッ
チ手段と、第2の電源電圧の端子と前記第1のトランジ
スタとの間に接続されたコンデンサと、前記第2の電源
電圧の端子と前記第2のトランジスタとの間に接続され
た電流値可変型の定電流源と、前記定電流源の電流値を
所望の値に選択するための電流値選択手段と、前記コン
デンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパルス幅に
対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可能とし、
前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させる放電手
段と、前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出
力するパルス信号出力手段とを具備することを特徴とす
る。
【0210】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図10を参照して本
発明の実施例を説明する。
【0220】図1に、本発明の一実施例によるスキャニ
ングマーキング用のQスイッチ型YAGレーザ加工装置
の要部の構成を示す。
【0230】このYAGレーザ加工装置において、YA
Gロッド10、励起ランプ12、出力ミラー14、全反
射ミラー16およびQスイッチ18は、図12に示した
ものと同様のYAGレーザ共振器(発振器)19を構成
する。
【0240】励起ランプ12は、電源回路20より直流
ランプ電流の供給を受けて連続発光する。YAGロッド
10は、励起ランプ12より照射された光で励起され、
その両端面より軸方向に光を出射する。Qスイッチ18
において高周波電気信号ESの印加が止められると、Y
AGロッド10の両端面より出た光は、Qスイッチ18
を通って出力ミラー14と全反射ミラー16との間で反
射を繰り返して共振増幅ののちQスイッチパルスレーザ
光LBQ として出力ミラー14を軸方向に抜け出る。出
力ミラー14より出射されたQスイッチパルスレーザ光
LBQ は、ミラーまたは光ファイバ等の伝送光学系(図
示せず)を通ってスキャニングユニット22へ送られ
る。
【0250】スキャニングユニット22は、Qスイッチ
パルスレーザ光LBQ のビームスポットを被加工材W上
で所望の描画パターンでスキャニングするための光学ス
キャニング機構およびスキャング駆動回路等を内蔵して
いる。
【0260】Qスイッチ18は、図11に示したものと
同様の構成および機能を有する音響光学Qスイッチでよ
い。したがって、このQスイッチ18は、Qスイッチ制
御部24の制御の下でQスイッチ・ドライバ26より高
周波電気信号ESを供給されている間はYAGロッド1
0からの入射光LBi を音響光学効果により回折させて
(Q値を下げて)共振器内の反転分布を蓄積増大させて
おき、高周波電気信号ESの供給を断たれると入射光L
Bi を直進させて(Q値を戻して)Qスイッチパルスレ
ーザ光LBQ を発振出力させるように機能する。
【0270】主制御部28はマイクロコンピュータから
なり、内蔵のメモリに蓄積されている所要のプログラム
および設定部30より設定入力された各種設定値にした
がって、電源回路20、スキャニングユニット22およ
びQスイッチ制御部24等の動作を制御する。
【0280】図2に、本実施例におけるQスイッチ制御
部24の回路構成を示す。このQスイッチ制御部24
は、パルス発生器32、パルス整形回路34、変調パル
ス生成回路36、高周波発振器38および変調回路40
で構成されている。
【0290】パルス発生器32は、たとえばV−F(電
圧−周波数)コンバータからなり、主制御部28からの
周波数制御電圧VS を入力し、この制御電圧VS の電圧
レベルに比例した繰り返し周波数でパルス信号SPを発
生する。
【0300】図3に模式的に示すように、パルス発生器
32より発生されるパルス信号SPにおいては、そのパ
ルス幅TSPが繰り返し周波数に反比例して変化する。す
なわち、繰り返し周波数が低いほどパルス幅TSPが大き
く、繰り返し周波数が高くなるほどパルス幅TSPが小さ
くなる。
【0310】パルス整形回路34はたとえばワンショッ
ト・マルチバイブレータからなり、パルス発生器32か
らのパルス信号SPを入力し、図3に示すようにパルス
信号SPの立ち上がりエッジに応動して一定のパルス幅
TW を有するパルス信号CPを出力する。
【0320】本実施例では、パルス発生器32およびパ
ルス整形回路34が基準パルス信号生成手段を構成し、
パルス整形回路34より出力される一定パルス幅のパル
ス信号CPが基準パルスとなる。
【0330】なお、図3では、本実施例における基準パ
ルス信号生成手段の機能を説明するうえでパルス発生器
32に対する周波数制御電圧VS のレベルを時間的に単
調増加させているが、実際の応用ではQスイッチパルス
レーザ光LBQ の繰り返し周波数の設定値に対応した電
圧レベルに周波数制御電圧VS を選ぶ。
【0340】変調パルス生成回路36は、パルス整形回
路34からのパルス信号CPを入力し、図3に模式的に
示すようにパルス信号CPに同期し、かつ個々のパルス
について立ち上がり部の勾配(速度)を可変制御できる
変調用のパルス信号MPを生成する。変調パルス生成回
路36は本実施例の主たる特徴をなす部分であり、その
構成および作用については後に詳述する。
【0350】変調回路40は、変調パルス生成回路36
からの変調用パルス信号MPを入力するとともに、高周
波発振器38よりたとえば24MHz、50Wで連続的
に出力される高周波電気信号ES0 を搬送波として入力
し、図13および図14に示したものと同様の仕方で高
周波電気信号ES0 をパルス信号MPで変調して、Qス
イッチング用の高周波電気信号ESを生成する。
【0360】これら3つの信号MP,ES0 ,ESの間
には次のような関係がある。すなわち、MPがLレベル
になっている間はESがオン(出力)期間となってES
0 がそのままESとして出力され、MPがHレベルにな
っている間はESがオフ(中断)期間となってES0 が
遮断されESの振幅は零レベルとなる。そして、MPが
LレベルからHレベルに立ち上がり、これに応動してE
Sがオン期間からオフ期間に切り替わる際には、MPの
立ち上がり速度の大きさ、つまりアップスロープ勾配に
比例した減衰率でESの振幅が減衰する。
【0370】Qスイッチ・ドライバ26は、図11に示
すものと同様の構成および機能を有するパワーアンプ型
の駆動回路でよく、変調回路40からの高周波電気信号
ESを電力増幅してQスイッチ18に供給する。
【0380】図4に、第1の実施例における変調パルス
生成回路36の回路構成を示す。
【0390】この変調パルス生成回路36において、そ
れぞれのベース端子を互いに共通接続された一対のPN
P型トランジスタ42,44はカレントミラー回路46
を構成する。
【0400】両トランジスタ42,44のエミッタ端子
は互いに共通接続され、NPN型トランジスタ48を介
してたとえば+5Vの電源電圧VB (第1の電源電圧)
の端子に電気的に接続されている。第1のトランジスタ
42のコレクタ端子は、コンデンサ50を介してグラン
ド電位(第2の電源電圧)の端子に接続されている。第
2のトランジスタ44のコレクタ端子は、抵抗値可変型
の抵抗回路52を介してグランド電位の端子に接続され
ている。
【0410】抵抗回路52は抵抗値選択部53に電気
的、光学的または機械的に接続されており、主制御部2
8からの抵抗値選択信号RSに応じて抵抗値選択手段5
3が抵抗回路52の抵抗値RF を所望の値に選択または
切換するようになっている。
【0420】両トランジスタ42,44の共通接続され
たベース端子は、第2のトランジスタ44のコレクタ端
子に接続されるとともに、コンデンサ54を介してトラ
ンジスタ48のエミッタ端子に接続されている。
【0430】トランジスタ48は、抵抗56を介してパ
ルス整形回路34からの基準パルスCPをベース端子に
入力し、基準パルスCPがHレベルになっている間だけ
導通するスイッチである。トランジスタ48が導通する
と、このトランジスタを介して電源電圧VB がカレント
ミラー回路46に供給されるようになっている。
【0440】コンデンサ50には、ダイオード58およ
び抵抗60からなる放電回路61が閉回路を形成するよ
うに接続されている。より詳細には、ダイオード58の
アノード端子がコンデンサ50のグランド側とは反対の
端子50aに接続され、カソード端子がトランジスタ4
8のエミッタ端子に接続されるとともに抵抗60を介し
てコンデンサ50のグランド側端子50bに接続されて
いる。
【0450】コンデンサ50の端子50aは、抵抗62
を介してNPN型トランジスタ64のベース端子にも接
続されている。このトランジスタ64はNPN型トラン
ジスタ66とダーリントン接続されており、両トランジ
スタ64,66とバイアス抵抗68,70および負荷抵
抗72とによってパルス信号出力回路74が構成されて
いる。
【0460】次に、図5および図6を参照して上記構成
の変調パルス生成回路36の作用を説明する。
【0470】パルス整形回路34より与えられる基準パ
ルスCPがLレベルになっている間は、トランジスタ・
スイッチ48がオフ(遮断)状態にあり、カレントミラ
ー回路46に電流は流れない。コンデンサ50には充電
電荷がほとんどなく、その電圧(端子50aの電位)V
c はほぼ0V(Lレベル)にある。パルス信号出力回路
74においては、両増幅トランジスタ64,66がそれ
ぞれオフ状態であり、トランジスタ66のエミッタ端子
より得られる変調用の出力パルス信号MPはほぼ0V
(Lレベル)になっている。
【0480】基準パルスCPがLレベルからHレベルに
変化すると、トランジスタ・スイッチ48がオン(導
通)する。この基準パルスCPのLレベルからHレベル
への変化(立ち上がり)は、本実施例で制御対象となっ
ている変調用パルス信号MPのLレベルからHレベルへ
の立ち上がり(アップスロープ部)の勾配からみれば、
ほとんど常時直角(90゜)の勾配で瞬時に移行すると
みてよい。
【0490】トランジスタ・スイッチ48がオンする
と、電源電圧VB がトランジスタ48を介してカレント
ミラー回路46に供給され、両トランジスタ42,44
が同時にオンし、それぞれコレクタ電流I1 ,I2 が流
れ始める。この際、コンデンサ54は、トランジスタ4
8のオン直後に両トランジスタ42,44のエミッタ・
ベース間に電圧を印加し、両トランジスタ42,44の
オンを早める(促進する)ように作用する。
【0500】トランジスタ44がオンすることによっ
て、このトランジスタ44と抵抗回路52とを通ってグ
ランド電位へと至る電流パスに電流I2 が流れる。図5
に示すように、抵抗回路52の抵抗値RF とこの電流I
2 との間には一定の逆比例関係がある。主制御部28
は、この抵抗−電流特性に基づき電流I2 が所望の電流
値で流れるよう抵抗値選択部53を介して抵抗回路52
の抵抗値RF を予め所定の値に選択している。
【0510】このようにしてトランジスタ44側の電流
パスで電流I2 が所望の電流値で流れると、カレントミ
ラー効果によりトランジスタ42側の電流パスでも電流
I2と等しい電流値で電流I1 が流れる。そして、この
電流I1 のほとんどがコンデンサ50に供給される。電
流I1 のうちパルス信号出力回路74のトランジスタ6
4のベース端子に流れる分は相対的に非常に小さく、無
視できる。
【0520】これにより、コンデンサ50はほぼ一定の
電流I1 で充電され、その電圧VCが次式(1)にした
がってほぼ直線的に上昇する。 VC =I1 ・t/C ………(1)
【0530】ここで、Cはコンデンサ50の容量(ファ
ラド)であり、tはスイッチ・トランジスタ48がオン
してからの経過時間(秒)である。
【0540】そして、コンデンサ50の電圧VC が電源
電圧VB 近くの所定レベルに達すると、放電回路61に
おいてダイオード58が導通し、コンデンサ50から溢
れた電荷がダイオード58および抵抗60を通ってグラ
ンドへ放電される。この放電電荷量と電流I1 による充
電量とが平衡すると、コンデンサ50の電圧VC は平坦
なレベル(Hレベル)となる。
【0550】パルス信号出力回路74は、コンデンサ5
0の電圧VC を抵抗62を介して入力し、両トランジス
タ64,66で増幅して、電圧VC と相似な波形の出力
電圧をパルス信号MPとして出力する。
【0560】その後、入力側で基準パルスCPがHレベ
ルからLレベルに変化すると、トランジスタ・スイッチ
48がオフ状態に変わり、電源電圧VB の端子とカレン
トミラー回路46とを遮断する。これにより、カレント
ミラー回路46では、両トランジスタ42,44の双方
で電流I1 ,I2 が止まる。
【0570】すると、コンデンサ50の充電も止まり、
コンデンサ50に蓄積されていた電荷は全て放電回路6
1(58,60)で一瞬に放電され、コンデンサ電圧V
C は瞬時にそれまでのHレベルからLレベル(0ボル
ト)へ立ち下がる。これに応動して、パルス信号出力回
路74の出力電圧(パルス信号MP)もHレベルからL
レベルに急速に立ち下がる。
【0580】こうして、変調パルス生成回路36より、
図6に示すように、矩形波形の入力パルス(基準パルス
CP)に同期し、かつ立ち上がり時のアップスロープ勾
配θを可変制御可能な変調用のパルス信号MPが得られ
る。
【0590】この変調パルス生成回路36において、パ
ルス信号MPのアップスロープ勾配θは上式(1)の係
数(I1 /C)で規定され、I1 がパラメータ(変数)
である。そして、I1 を可変制御するために、これと等
しいI2 を規定する抵抗回路52の抵抗値RF を主制御
部28が抵抗値選択部53を介して適当な値に選択する
ように構成されている。
【0600】図5および図6に示すように、抵抗回路5
2の抵抗値RF を比較的小さな値Ra に選ぶことでアッ
プスロープ勾配θを比較的大きな値θa とし、抵抗値R
F を比較的大きな値Rb に選ぶことでアップスロープ勾
配θを比較的小さな値θb とすることができる。
【0610】上記したように、本実施例の変調パルス生
成回路36にはカレントミラー回路46が設けられ、こ
のカレントミラー回路46を構成する一対のトランジス
タ42,44のうち第1のトランジスタ42側の電流パ
スにはコンデンサ50が接続されるとともに、第2のト
ランジスタ44側の電流パスには抵抗値可変型の抵抗回
路52が接続される。また、カレントミラー回路46を
基準パルスCPのパルス時間中だけ動作させるためのト
ランジスタ48からなるスイッチ手段も設けられてい
る。
【0620】そして、抵抗回路52の抵抗値RF が抵抗
値選択部53を介して主制御部28により適当な値に選
択されることで、基準パルスCPのパルス時間中に第2
のトランジスタ44側の電流パスに流れる電流I2 ひい
てはカレントミラー効果でこれと等しい大きさで第1の
トランジスタ42側の電流パスに流れる電流I1 が所望
の電流値に選択され、コンデンサ50の充電電圧の立ち
上がりの勾配(速度)が所望の大きさに制御されるよう
になっている。
【0630】コンデンサ50の電圧VC は、ダイオード
58および抵抗60からなる放電回路61によって基準
パルスCPに同期したパルス波形となる。そして、コン
デンサ50の電圧VC は、パルス信号出力回路74によ
って増幅され、変調用のパルス信号MPとして出力され
る。
【0640】このように、本実施例では、カレントミラ
ー回路46における安定な電流I1(I2 )をパラメー
タとして変調用パルス信号MPの立ち上がり時のアップ
スロープ勾配を制御するようにしたので、安定かつ高精
度な制御が可能であり、Qスイッチパルスレーザ光の尖
頭値を設定通りに制御することが可能である。
【0650】図7に、本実施例における抵抗回路52お
よび抵抗値選択部53の具体的な回路構成例を示す。こ
の例では、抵抗回路52が直列接続された3つの抵抗7
4,76,78で構成され、抵抗値選択部53が抵抗7
6,78にそれぞれ並列接続されたアナログスイッチ8
0,82で構成されている。
【0660】アナログスイッチ80,82は、主制御部
28からの抵抗値選択信号RS1 ,RS2 によってそれ
ぞれオン・オフ制御される。抵抗74,76,78のそ
れぞれの抵抗値をR74,R76,R78とすると、スイッチ
80,82の双方をオフ状態にしたとき、抵抗回路52
の抵抗値R53は(R74+R76+R78)で与えられる。ス
イッチ80をオン、スイッチ82をオフにすると、抵抗
回路52の抵抗値R53は(R74+R78)となる。スイッ
チ80をオフ、スイッチ82をオンにすると、全抵抗値
R53は(R74+R76)となる。両スイッチ80,82の
双方をオンにすると、全抵抗値R53はR74となる。
【0670】このように、この構成例では、抵抗回路5
2の抵抗値R53を4通りの値(R74+R76+R78)、
(R74+R76)、(R74+R78)、R74に選択すること
が可能であり、したがって変調用パルス信号MPの立ち
上がり時のアップスロープ勾配またはQスイッチパルス
レーザ光の尖頭値を4通りの値に可変制御することがで
きる。
【0680】一般に、レーザマーキング加工では、図1
3に示したようにレーザ発振開始または再開直後の最初
の1発ないし数発のQスイッチパルスレーザ光LBQ が
定常時のものよりも異常に高くなるのが問題とされてい
る。すなわち、マーキング始点付近のドットが後続の描
画点のドットよりも異常に大きく形成されるという問題
である。
【0690】このような問題に対処するには、最初の1
発ないし数発のQスイッチパルスレーザ光LBQ に対応
する変調用パルス信号MPのアップスロープ勾配θだけ
を比較的小さな値にすればよく、定常時のQスイッチパ
ルスレーザ光LBQ に対応する変調用パルス信号MPの
アップスロープ勾配θは一定の値としてよい。したがっ
て、アップスロープ勾配θを4通りの値で選択できる機
能があれば十分に対応できる。その意味で、図7の例は
回路構成が簡単で実用性に優れている。
【0700】もっとも、抵抗回路52をより複雑な抵抗
回路網たとえばラダー抵抗回路網や重み抵抗回路網で構
成し、該抵抗回路網内の所要の分岐部に抵抗値選択部5
3のスイッチ素子を設ける構成によって、抵抗回路52
の抵抗値RF の分解能ひいては変調用パルス信号MPの
アップスロープ勾配θの分解能を高くすることができ
る。
【0710】また、抵抗回路52を光の照射強度によっ
て抵抗値が変化するような抵抗素子たとえばCdS素子
で構成するとともに、抵抗値選択部53を該CdS素子
に光を照射するための発光素子たとえばLEDとこのL
EDに可変制御可能な駆動電流を供給するための可変電
流源とで構成することによって、抵抗回路52の抵抗値
RF ひいては変調用パルス信号MPのアップスロープ勾
配θを連続的に可変制御することもできる。
【0720】図8に、別の実施例による変調パルス生成
回路36の回路構成を示す。図中、図4のものと同様の
構成・機能を有する部分には同一の符号を付している。
【0730】この第2の実施例では、図4の回路構成に
おいて、抵抗値可変型の抵抗回路52を電流値可変型の
定電流源84で置き換えるとともに、抵抗値選択部53
に代えて定電流源84の電流値IF を適宜選択するため
の電流値選択部86を設けている。
【0740】この第2の実施例による変調パルス生成回
路36において、スイッチ・トランジスタ48がオフ状
態の間は、カレントミラー回路46の両トランジスタ4
2,44もオフ状態にあるため、定電流源84も非アク
ティブ状態にあり、電流IFを流さない。
【0750】基準パルスCPに応動してスイッチ・トラ
ンジスタ48がオンし、カレントミラー回路46の両ト
ランジスタ42,44もオンすると、定電流源84がア
クティブ状態に変わり、所定の定電流IF を流す。
【0760】これにより、カレントミラー回路46にお
いて、第2のトランジスタ44側の電流パスには定電流
IF と同じ電流I2 が流れ、カレントミラー効果により
第1のトランジスタ42側の電流パスでも定電流IF
(I2 )に等しい電流I1 が流れる。その他の作用は図
4の実施例と同様である。
【0770】この実施例では、定電流源84によって、
カレントミラー回路46で流れる電流I1 ,I2 を厳密
に一定に制御し、コンデンサ50の充電電圧の立ち上が
りの直線性を厳密に一定に制御できるため、より安定か
つ高精度に変調用パルス信号MPのアップスロープ勾配
θひいてはQスイッチパルスレーザ光LBQ の尖頭値を
可変制御することができる。
【0780】図9に、図8の実施例における定電流源8
4および電流値選択部86の具体的構成例を示す。
【0790】この構成例は、定電流源84をそれぞれI
/2n ,I/2n-1 ,…,I/4,I/2の重み定電流
値を流すn個の重み定電流源88(n) ,88(n-1) ,
…,88(2) ,88(1) で構成し、電流値選択部86を
各重み定電流源に1つずつ割り当てられたn個の切換ス
イッチ90(n) ,90(n-1) ,…,90(2) ,90(1)
と各切換スイッチの切換位置を制御するためのレジスタ
92とで構成している。
【0800】各切換スイッチ90(i) の固定端子は各対
応する重み定電流源88(i) のグランド側と反対側の端
子に接続され、可動端子がレジスタ92の各対応する出
力端子Y(i) より与えられる切換制御信号に応じて端子
91もしくは93のいずれかに接続されるようになって
いる。端子91は、カレントミラー回路46の第2のト
ランジスタ44のエミッタ端子に接続されている。端子
91には適当な電位(たとえば0ボルト)が与えられ
る。
【0810】レジスタ92は、たとえばnビットのシリ
アル入力/パラレル出力のシフトレジスタで構成され、
主制御部28からのnビットの電流値選択データISを
格納し、このデータISの各桁のビットに対応する切換
制御信号Y(i) を各切換スイッチ90(i) に与える。
【0820】この構成例では、I/2n の分解能で0
(アンペア)から(2n −1)・I/2n (アンペア)
まで定電流源84の電流値IF (I2)つまりコンデンサ
50の充電電流I1 を可変調整できる。
【0830】図10に、Qスイッチパルスレーザ光LB
Q の尖頭値を各パルス毎に制御するための主制御部28
の機能的構成を示す。主制御部28は、パルス発生器3
2、パルス整形回路34あるいは変調パルス生成回路3
6より出力されるパルスSP(CP,MP)をカウンタ
94で計数することで、次のパルスが何番目のものかを
識別し、その次パルスに対応する電流設定値ISを設定
値記憶部98に保持されている各種設定値(たとえば尖
頭値の設定値)から演算で求め、求めた電流設定値IS
をディジタルデータのまま、あるいはアナログ信号に変
換したうえで、電流値選択部86に与える。
【0840】上記した抵抗値可変方式(図4,図7)で
も、主制御部28は図10のような構成を採ることがで
きる。
【0850】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体レー
ザ装置によれば、カレントミラー回路により安定化され
た電流を用いて変調用パルス信号の立ち上げ時のアップ
スロープ勾配を制御するようにしたので、安定かつ高精
度な可変制御が可能であり、Qスイッチパルスレーザ光
の尖頭値を設定通りに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスキャニングマーキン
グ用のQスイッチ型YAGレーザ加工装置の要部の構成
を示すブロック図である。
【図2】実施例におけるQスイッチ制御部の回路構成を
示すブロック図である。
【図3】実施例のQスイッチ制御部におけるパルス発生
器、パルス整形回路および変調パルス生成回路の機能を
説明するための各部の信号の波形を示す波形図である。
【図4】第1の実施例における変調パルス生成回路の回
路構成を示す回路図である。
【図5】実施例の抵抗値可変型の抵抗回路における抵抗
値と電流値との関係を示す図である。
【図6】実施例における変調パルス生成回路の作用を説
明するための入力パルスおよび出力パルスの波形を示す
図である。
【図7】第1の実施例における変調パルス生成回路の具
体的な回路構成を示す回路図である。
【図8】第2の実施例における変調パルス生成回路の回
路構成を示す回路図である。
【図9】第2の実施例における変調パルス生成回路の具
体的な回路構成を示す回路図である。
【図10】Qスイッチパルスレーザ光の尖頭値を各パル
ス毎に制御するための実施例における主制御部の機能的
構成を示すブロック図である。
【図11】音響光学Qスイッチの構成を示す図である。
【図12】YAGレーザ共振器の構成を示す斜視図であ
る。
【図13】音響光学Qスイッチに供給する高周波電気信
号をパルス信号で変調する方式を説明するための波形図
である。
【図14】Qスイッチパルスレーザ光の尖頭値を制御す
るために変調用パルス信号の立ち上げ部にアップスロー
プ勾配を与える方式を説明するための波形図である。
【符号の説明】
18 Qスイッチ 19 YAGレーザ共振器(発振器) 24 Qスイッチ制御部 28 主制御部 46 カレントミラー回路 48 トランジスタ 50 コンデンサ 52 抵抗回路 53 抵抗値選択部 61 放電回路 74 パルス信号出力回路 84 定電流源 86 電流値選択部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ共振器内にQスイッチを設け、所
    望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前
    記パルス信号の第1の論理値レベルに応じたオン期間と
    前記パルス信号の第2の論理値レベルに応じたオフ期間
    とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Qスイッ
    チに供給し、前記パルス信号の第1の論理値レベルから
    第2の論理値レベルへ移行する速度を制御することによ
    り、前記レーザ共振器より発振出力されるQスイッチパ
    ルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ
    装置において、 前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有す
    る矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成
    手段と、 それぞれの制御端子を互いに共通接続された第1および
    第2のトランジスタを有するカレントミラー回路と、 第1の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間
    に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルス
    のパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレン
    トミラー回路に前記第1の電源電圧を供給せしめるスイ
    ッチ手段と、 第2の電源電圧の端子と前記第1のトランジスタとの間
    に接続されたコンデンサと、 前記第2の電源電圧の端子と前記第2のトランジスタと
    の間に接続された抵抗値可変型の抵抗回路と、 前記抵抗回路の抵抗値を所望の値に選択するための抵抗
    値選択手段と、 前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパ
    ルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可
    能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させ
    る放電手段と、 前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力する
    パルス信号出力手段とを具備することを特徴とする固体
    レーザ装置。
  2. 【請求項2】 レーザ共振器内にQスイッチを設け、所
    望の繰り返し周波数を有するパルス信号で変調されて前
    記パルス信号の第1の論理値レベルに応じたオン期間と
    前記パルス信号の第2の論理値レベルに応じたオフ期間
    とを有する一定周波数の高周波電気信号を前記Qスイッ
    チに供給し、前記パルス信号の第1の論理値レベルから
    第2の論理値レベルへ移行する速度を制御することによ
    り、前記レーザ共振器より発振出力されるQスイッチパ
    ルスレーザ光の尖頭値を制御するようにした固体レーザ
    装置において、 前記繰り返し周波数を有し、かつ一定のパルス幅を有す
    る矩形波形の基準パルスを生成する基準パルス信号生成
    手段と、 それぞれの制御端子を互いに共通接続された第1および
    第2のトランジスタを有するカレントミラー回路と、 第1の電源電圧の端子と前記カレントミラー回路との間
    に接続され、前記基準パルスを入力し、前記基準パルス
    のパルス幅に対応する時間の間だけ導通して前記カレン
    トミラー回路に前記第1の電源電圧を供給せしめるスイ
    ッチ手段と、 第2の電源電圧の端子と前記第1のトランジスタとの間
    に接続されたコンデンサと、 前記第2の電源電圧の端子と前記第2のトランジスタと
    の間に接続された電流値可変型の定電流源と、 前記定電流源の電流値を所望の値に選択するための電流
    値選択手段と、 前記コンデンサと閉回路を形成し、前記基準パルスのパ
    ルス幅に対応する時間の間だけ前記コンデンサを充電可
    能とし、前記時間の終了後に前記コンデンサを放電させ
    る放電手段と、 前記コンデンサの電圧を前記パルス信号として出力する
    パルス信号出力手段とを具備することを特徴とする固体
    レーザ装置。
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