JP2002237639A

JP2002237639A - レーザ発振器

Info

Publication number: JP2002237639A
Application number: JP2001033424A
Authority: JP
Inventors: Atsuki Yamamoto; 敦樹山本; Nobuo Shinno; 暢男新野; Hidefumi Omatsu; 英文尾松; Yasushi Iwasaki; 泰岩崎; Takayuki Yamashita; 隆之山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP3858603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ発振器の放電電流フィードバック制御
系において、不安定要素となるノイズ成分を複数のフィ
ルタにより選別または除去し、それぞれに最適なゲイン
設定、位相補正を行い加算した結果を制御信号としてレ
ーザ放電管の高圧電源回路をフィードバック制御するこ
とにより、常に安定した高品質なレーザ光出力を得るレ
ーザ発振器を提供することを目的とする。【解決手段】放電電流検出回路（７）により検出した
放電電流検出信号（８）と放電電流指令信号（２）との
差分を任意の周波数帯域に選別、除去するためのフィル
タ回路と、増幅回路と、位相補正する遅延回路でこれら
三種類の回路から構成される複数個の誤差回路（１０
ａ）〜（１０ｎ）の出力を加算し、この加算値を制御信
号（１９）としてレーザ放電管（６）の高圧電源回路
（５）をフィードバック制御するようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ放電電流の
最適なフィードバック制御により常に安定したレーザ光
出力を得るガスレーザ発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、異常放電、負荷変動の制御、電源
等より発生するリップル軽減等を目的として、レーザ放
電管の電圧、電流あるいはレーザ光出力の一部を検出
し、検出結果を高圧電源回路のスィッチング素子で昇圧
トランスを駆動するスィッチング回路にフィードバック
し、レーザ放電管に接続された高圧電源回路の昇圧トラ
ンス出力を制御する事によりレーザ発振器の放電電流の
安定化、ひいてはレーザ光出力の安定化を図っていた。
また、レーザ放電管内のガス圧変動、ガスの流速変動、
ガス混合比の不均一性等によるレーザ光出力の変動を低
減する目的で、ガス圧を検出しガス圧の変動に応じてガ
ス流速をフィードバック制御する事によってもレーザ発
振器のレーザ光出力の安定化を図っていた。このような
技術は例えば、実公昭６２−６００６１号公報に開示さ
れている。

【０００３】図８は従来のレーザ発振器の構成図であ
り、ガスレーザ発振器の一例を示している。図８におい
て放電電流指令信号２と放電電流検出回路７により検出
した放電電流検出信号８との引算を引算回路３で行いこ
の差分である誤差信号３９は増幅回路１２で増幅され高
圧電源回路５の制御信号１９となる。高圧電源回路５は
昇圧トランスと制御信号１９により制御されるスイッチ
ング回路と整流平滑回路とより構成され、スイッチング
回路により制御信号１９に応じた交番の高電圧が昇圧ト
ランスより出力され、それを整流平滑回路により直流の
高電圧にし、高圧電源回路５より直流高電圧を出力す
る。この構成により、高圧電源回路５の出力すなわちレ
ーザ放電管６の入力電流は、放電電流指令信号２に比例
して制御される。

【０００４】一方、レーザ放電管６内のガス圧はガス圧
検出器９７を介してガス圧信号として検出され、ガス圧
調整器９６を介してレーザ放電管６の電磁弁９２に開閉
信号をあたえ、これによってガス圧をオンオフ制御す
る。回転数補正演算回路９５は、回転数補正信号を出力
し、回転数補正信号と回転数指令信号９３との差分をガ
ス圧の変化に応じた信号としてモータ駆動回路９８にフ
ィードバックし、ブロワ９９の回転速度を調整してガス
流量を調整している。すなわち、レーザ放電管６内のガ
ス圧が電磁弁９２の開閉に応じて変化すると、ガス圧検
出信号が回転数補正演算回路９５を通して変化に対応す
る回転数補正信号に変換され、一定の回転数指令信号９
３からの差分が実際の回転数基準信号となり、これがモ
ータ駆動回路９８に入力されてブロワ９９の速度を回転
数指令信号９３に比例して制御し、ガス流速を調整して
ガス圧の変動による影響を補償して、一定なレーザ光出
力を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した図８における
従来例のようにフィードバック制御によりガスレーザ発
振器のレーザ光出力の安定化を図ってきたが、近年、レ
ーザ発振器の小形化の要望と同時に、より高品質、高精
度なレーザ加工が可能なレーザ発振器の要望が高まって
いる。従来例にて定常運転時のレーザ光出力に与える品
質、精度の不具合要因としては、（１）制御系で発生す
る高周波ノイズ、（２）グローからアーク放電への移行
で生じるピーク状ノイズ、（３）ＡＣ電源からのリップ
ルまた上記従来例のようにガス圧調整の周期またはガス
流制御の変動がレーザ放電管の負荷変動となる事による
リップル、がある。図６は放電電流検出回路７から検出
した放電電流検出信号８の波形の一例を示しており、放
電電流指令信号２の設定による所望の指令放電電流レベ
ルに対し実際の放電電流検出信号８は図示のようにノイ
ズが混入している。図７の（１）〜（３）は放電電流検
出信号のノイズを成分別に示したものである。（１）が
制御系全体で発生する高周波ノイズ成分、（２）はアー
ク放電によるピーク状ノイズ成分、（３）は比較的低い
周波数であるリップル成分である。これら不具合要因と
なるノイズ成分のうち（１）に示す高周波ノイズ成分お
よび（２）に示すピーク状ノイズ成分はフィードバック
制御系を乱す要因となる不安定要素となる。特にピーク
状のノイズは、フィードバック制御系の伝達特性によっ
ては振動現象を引き起こしたりするため不安定要素とな
り易い。また、（３）に示すリップル成分は低周波の周
期的変動であるためレーザ光出力そのものが周期的変動
となり、レーザ加工精度そのものに影響する。すなわ
ち、このような周期的変動を伴ってレーザ加工を行うと
加工面も周期的な仕上がりとなり仕上がり品質面での問
題を有していた。このような不具合を低減する方法とし
て、例えば、図８の増幅回路１２の増幅率を上げ、すな
わち放電電流フィードバック制御系のゲインを上げる事
により高速化が図れフィードバック制御系でリップルに
よる影響を低減可能である。しかしながら、例えばグロ
ーからアーク放電が高速で交番に変化したような場合、
図７の（２）に示すピーク状のノイズとなりフィードバ
ック制御系が不安定領域に入り逆にフィードバック系を
乱すことになる。また、ゲインを上げるほど振動現象な
どの不安定領域に入りやすいためフィードバック系のゲ
インもある程度低く押さえる必要がある。

【０００６】このため、さらに高品質、高精度なレーザ
光出力を得ようとする場合、例えば図８の従来例に示し
たようなガス流制御を付加し全体の制御をより高精度に
行う方法がある。すなわち、放電電流フィードバック制
御系のゲインはある程度低く押さえて不安定領域に入る
事を抑制し、リップル成分に対しては発生源の改善を行
おうとする方法である。しかしながら、このような場合
機構、構造的改善が必要なため高価、大型化になる欠点
がある。さらにモータ、ブロワ、電磁弁等ＡＣ電源によ
り動作しているため、これらの動作による変動がＡＣ電
源より回り込み、高圧電源が変動するという問題も有し
ている。ＡＣ電源をより高精度なものにすることより安
定化を図る方法もあるが（例えば、特開平４−５６４７
５号公報参照）、やはり高価、大型化になる問題があっ
た。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、常に安定で、高品質、高精度なレーザ
光出力を得ることができるレーザ発振器を提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
レーザ発振器は、レーザ光を出力するレーザ放電管と、
前記レーザ放電管に流れる電流を放電電流信号として検
出する放電電流検出回路と、レーザ光出力を設定する放
電電流指令信号と前記放電電流検出信号の差分を誤差信
号とする引算回路と、前記誤差信号をそれぞれ入力する
複数個の誤差回路と、前記複数個の誤差回路の出力すべ
てを加算して制御信号とする加算回路と、前記制御信号
を入力し、前記レーザ放電管への電力を可変する高圧電
源回路より構成され、上記誤差回路はフィルタ回路と増
幅回路が直列に接続されている構成を有している。この
構成により、レーザ放電管からの検出した放電電流信号
より不安定、周期的変動となる成分をフィードバック系
の複数のフィルタ回路で抽出または抑圧して高圧電源出
力を補正するようにしている。このように、不安定、周
期的変動となる成分は従来の放電電流検出回路からの放
電電流検出信号から抽出し、不安定要素は抑圧し、周期
的変動となる成分は最適にフィードバックして高圧電源
出力を制御する事により、常に安定で、高価かつ大規模
な装置も必要とせず、より高品質、高精度なレーザ光出
力を得るレーザ発振器を提供する事が可能となる。

【０００９】また、本発明の請求項２記載のレーザ発振
器は、複数個の誤差回路はフィルタ回路と増幅回路と遅
延回路が直列に接続されている構成を有している。この
構成により、例えばリップル成分のような周期的ノイズ
の影響を抑圧したい場合、周期的ノイズの発生源に対し
て逆位相で打ち消すような遅延量に設定することによ
り、安定性、抑圧度に関してより効果的となり、より高
品質、高精度なレーザ光出力を得るレーザ発振器を提供
する事が可能となる。

【００１０】また、本発明の請求項３記載のレーザ発振
器は、複数個の誤差回路でのフィルタ回路で、少なくと
も１つはローパスフィルタであり、少なくとも１つはバ
ンドパスフィルタである構成を有している。この構成に
より、リップル成分のような周期的ノイズの影響を抑圧
し、ピーク状ノイズによるフィードバック制御系を乱す
要因をも除去した、より高品質、高精度なレーザ光出力
を得るレーザ発振器を簡易に提供する事が可能となる。

【００１１】また、本発明の請求項４記載のレーザ発振
器は、複数個の誤差回路および誤差回路の出力すべてを
加算する加算回路を１つのブロックまたは１個の誤差回
路を１つのブロックとし、複数個のブロックの出力を放
電状態を示す放電状態切替信号により選択する切替回路
を有し、切替信号の出力を制御信号とする構成を有して
いる。この構成により、放電状態に応じてレーザ光出力
を不安定にする要因別の最適な高圧電源出力のフィード
バック制御系をしているので常に安定で、高品質、高精
度なレーザ光出力を得る事ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１３】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態を示すレーザ発振器の構成図である。なお
以下の実施例では、本発明の要点を説明するため従来例
で説明したレーザ放電管内のガス圧を調整するフィード
バック系等は省略している。

【００１４】図１に示す実施例は、制御信号１９に応じ
た高電圧を発生する高圧電源回路５と、高圧電源回路５
に接続されたレーザ放電管６と、レーザ放電管に流れる
電流を電圧に変換し検出する放電電流検出回路７と、放
電電流検出回路７により検出した放電電流検出信号８と
放電電流指令信号２との差分を演算する引算回路３と、
引算回路３の出力である誤差信号３９を任意の周波数帯
域に選別するフィルタ回路１１ａと、フィルタ回路１１
ａの出力を増幅する増幅回路１２ａと、増幅回路１２ａ
の出力を位相補正する遅延回路１３ａと、同様にフィル
タ回路、増幅回路、および遅延回路の縦続接続された回
路から構成される複数個の誤差回路１０ａから１０ｎの
出力を加算する加算回路４と、上記加算回路４の出力を
制御信号１９として高圧電源回路５に入力するような構
成となっている。

【００１５】次にこの実施例の動作について説明する。
図１において高圧電源回路５は、例えばＡＣ電源より２
００Ｖの交流電圧を入力し、整流、平滑された後、ＩＧ
ＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのスィ
ッチング素子と１次側で結合された昇圧トランスに印加
され、スィッチング素子のスィッチング動作により、昇
圧トランスの２次側には高電圧の交番電圧がえられる。
この交番電圧を整流、平滑回路により高電圧の直流電圧
を得ている。この高電圧の直流電圧はレーザ放電管６に
印加され、これによりレーザ放電管６ではグロー放電が
発生し、レーザ放電管６内には放電電流が流れる。放電
電流検出回路７はレーザ放電管内の放電電流を検出し電
圧に変換して放電電流検出信号８として出力する。放電
電流検出回路７は、例えばレーザ放電管６と直列に抵抗
値の低い抵抗を挿入する事により放電電流が電圧に変換
されるため容易に実現できる。引算回路３は放電電流検
出信号８と、目標のレーザ光出力を指令設定する放電電
流指令信号２との差分をとり誤差信号３９として出力す
る。この誤差信号３９は複数個の誤差回路１０ａ〜１０
ｎに同時に入力される。この誤差回路１０ａ〜１０ｎは
誤差信号３９をあらかじめ設定した周波数により選別す
るフィルタ回路１１ａ〜１１ｎと、フィルタ回路１１ａ
〜１１ｎの出力をあらかじめ設定したゲインで増幅する
増幅回路１２ａ〜１２ｎと増幅回路１２ａ〜１２ｎの出
力をあらかじめ設定した時間遅らせる遅延回路１３ａ〜
１３ｎより構成される。加算回路４は複数個の誤差回路
１０ａ〜１０ｎからの出力をすべて加え合わせた加算を
行い、この加算結果は高電圧を制御する制御信号１９と
して高圧電源回路５に入力される。以上、本構成はレー
ザ放電管６の放電電流を放電電流検出回路７により検出
し、レーザ出力の放電電流指令信号２と放電電流検出信
号８との差分を引算回路３により得ることで、誤差信号
３９は放電電流指令信号２からの変動成分として得ら
れ、複数個の誤差回路１０ａ〜１０ｎを構成するフィル
タ回路１１ａ〜１１ｎにより変動を押さえたい周波数成
分の選別を、増幅回路１２ａ〜１２ｎにより変動に対す
るフィードバック系応答速度を決定する誤差増幅を、お
よび遅延回路１３ａ〜１３ｎでその周波数における位相
補正を、すなわち変動成分である誤差信号３９の最適化
を複数個の誤差回路１０ａ〜１０ｎで行い、加算回路４
で加算して、最適化された誤差信号が高圧電源回路５の
制御信号１９として高圧電源回路５に入力されることよ
りこれらの変動成分を押さえる方向に高圧電源回路５の
出力を制御し、この結果レーザ発振器より安定したレー
ザ光出力を得ることができる。

【００１６】図２は、図１の第1の実施の形態を示すレ
ーザ発振器の動作をさらにわかり易くするためのより具
体的な構成図である。

【００１７】ここでは、従来例で説明したレーザ放電管
内のガス圧が変動した場合を挙げて説明する。従来例で
説明したように従来の構成ではレーザ管から検出した放
電電流検出信号は図６に示すような不具合要因となるノ
イズ成分を含んでいる。たとえば、ガス圧を一定にする
ため周期的にガス圧調整、ガス流制御を行っているが、
完全なガス圧の一定化が不可能なためレーザ放電管の負
荷変動が生じこれが放電電流検出信号に図７の（３）に
示すような周期的なリップル成分として混入する。ま
た、これとは別にアーク放電などによる図７の（２）に
示すようなピーク状ノイズ成分も混入する。本実施例で
はこのような高周波ノイズ、ピーク状ノイズ、リップル
成分を含んだ信号を放電電流検出信号８として検出して
いる。ここでは誤差回路１０ａと誤差回路１０ｂの2個
有し、１つのフィルタ回路は低周波成分のみを通すロー
パスフィルタ１１ａ、他の１つのフィルタ回路はある帯
域成分のみを通すバンドパスフィルタ１１ｂとしてい
る。また、増幅回路１２ａ、１２ｂ、遅延回路１３ａ、
１３ｂは適宜、抽出する信号成分に応じて以下に述べる
ようにゲイン、および遅延量が設定されている。

【００１８】すなわち誤差信号３９はローパスフィルタ
１１ａを通すことより高周波ノイズ、ピーク状ノイズの
ような高周波成分のノイズは除去され、リップル成分も
抑圧され、放電電流指令信号２を切替えたときの変化成
分のみが抽出される。すなわち、誤差回路１０ａはノイ
ズ成分を除き、放電電流指令信号２を切替えたときの変
化成分のみを制御信号１９に伝達することを目的に構成
している。一方、バンドパスフィルタ１１ｂはリップル
成分の周波数に帯域の中心がくるよう設定しており、バ
ンドパスフィルタ１１ｂを通す事により高周波ノイズ、
ピーク状ノイズの高周波成分および放電電流指令信号２
を変えたときの変化成分が取り除かれリップル成分のみ
が抽出される。すなわち、誤差回路１０ｂはノイズ成分
を除き、リップル成分のみを制御信号１９に伝達するこ
とを目的に構成している。

【００１９】誤差回路１０ａにおいて、ローパスフィル
タ１１ａ後の増幅回路１２ａは、例えば放電電流指令信
号２を切替えたときの応答速度に対応するゲインに設定
され、適宜遅延回路１３ａの遅延量だけ送らせて出力す
る。ただし、ここでの遅延量は多くすると放電電流指令
信号２の切替えから実際のレーザ出力までの応答速度が
遅くなるため、通常遅延回路を設置しない。このため、
本実施例では遅延回路１３ａを使用した例をあげている
が特に使用しなくてもよい。以上、放電電流指令信号２
を切替えたときの変化成分は、ローパスフィルタ１１ａ
にてアーク放電で生じるようなピーク状のノイズは除去
して制御信号１９に伝達しこの制御信号１９を高電圧電
源回路５に入力しているため、ピーク状ノイズ等が引き
金となってフィードバック制御系を乱すことを阻止する
ことができる。一方、誤差回路１０ｂにおいて、バンド
パスフィルタ１１ｂ後の増幅回路１２ｂはリップル成分
の抑圧に対応するゲインに設定され、遅延回路１３ｂに
て、適宜遅延回路の遅延量だけ送らせて出力する。ここ
でも遅延回路１３ｂを設置しなくても本発明の効果は得
られる。しかし、ここでの遅延回路１３ｂの遅延量をリ
ップルの発生源に対して逆位相で打ち消すような遅延量
に設定することにより、安定性、抑圧度に関してより効
果的である。高圧電源回路５にはリップルを抑圧するよ
うな制御信号１９で高圧電源回路５の出力電圧を制御す
るため、リップルの影響を無くした高品質なレーザ光出
力が得られる。

【００２０】なお、本実施例では誤差回路を2個とした
場合で説明したが、不安定要素、ノイズ成分に応じて更
に増やす事が可能である。リップル成分としてガス圧の
変動によるものとして説明したが、例えば、商用電源か
ら回り込む周波数５０Ｈｚ，６０Ｈｚのリップル成分を
抑圧する目的で５０Ｈｚ，６０Ｈｚのバンドパスフィル
タをフィルタ回路として誤差回路が更に追加できる。そ
の他、商用電源の高調波成分、従来例で説明したガス流
制御用モータ等から発生する周期的ノイズにも適宜誤差
回路を追加する事により安定化が可能である。

【００２１】また、本実施にて引算回路、加算回路、フ
ィルタ回路、増幅回路、および遅延回路は従来知られて
いる演算増幅器と抵抗、コンデンサ、コイルを込み合わ
せたアナログ回路により、放電電流指令信号は指令に応
じた電圧を発生する可変直流電源により、容易に実現可
能である。

【００２２】このように、レーザ光出力を不安定にする
要因別に最適な高圧電源出力のフィードバック制御系を
構成しているので常に安定で、高品質、高精度なレーザ
光出力を得る事ができる。さらに、レーザ放電管の放電
電流検出信号を利用して高圧電源出力を制御するフィー
ドバック制御系は従来広く用いられており、従来のレー
ザ発振器に誤差回路の追加、修正することにより簡単に
実現できる。また、従来のようにＡＣ電源入力部の改良
とかガス圧の制御のような大掛かりな変更なく容易にレ
ーザ光出力の安定化が可能となる。

【００２３】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態を示すレーザ発振器の構成図である。

【００２４】図３に示す実施例は、制御信号１９に応じ
た高電圧を発生する高圧電源回路５と、高圧電源回路５
に接続されたレーザ放電管６と、レーザ放電管に流れる
電流を電圧に変換し検出する放電電流検出回路７と、放
電電流検出回路７により検出した放電電流信号８と放電
電流指令信号２との差分を演算する引算回路３と、引算
回路３の出力である誤差信号３９を任意の周波数帯域に
選別するフィルタ回路１１ａＡと、フィルタ回路１１ａ
Ａの出力を増幅する増幅回路１２ａＡと、増幅回路１２
ａＡの出力を位相補正する遅延回路１３ａＡと、同様に
フィルタ回路、増幅回路、および遅延回路の縦続接続さ
れた回路から構成される複数個の誤差回路１０ａＡから
１０ｎＡの出力を加算する加算回路４Ａと、複数個の誤
差回路１０ａＡから１０ｎＡと加算回路４Ａを含めて１
個のブロックとしたメイン誤差回路１Ａと、同様に複数
個の誤差回路１０ａＢから１０ｎＢと加算回路４Ｂを含
めたシマー誤差回路１Ｂと、レーザ放電の状態により切
替える放電状態切換信号１５によりメイン誤差回路１Ａ
の加算回路４Ａの出力とシマー誤差回路１Ｂの加算回路
４Ｂの出力を切替えて出力する切換回路１４と、切換回
路１４の出力を制御信号１９として高圧電源回路５に入
力するような構成となっている。

【００２５】ガスレーザ発振器において放電行う場合、
立ち上げ時、通常の使用時、あるいは予備放電としての
シマー放電時などで放電電流が異なる状態が存在する。
また、放電電流指令信号によりレーザ光出力を広範囲に
変更できるが、放電電流指令の大小によっても放電電流
が異なってくる。このように、放電電流が異なると放電
電流フィードバック制御系の最適条件も異なってくる。

【００２６】本発明の第２の実施の形態は、このような
放電電流が異なる場合にもその放電電流に適した誤差回
路を提供することを目的としている。図３はこのような
放電電流が異なる場合の実施例として、通常の使用時に
おける放電状態であるメイン放電と、予備放電であるシ
マー放電の場合を挙げている。すなわち、レーザの放電
条件がメイン放電の場合は、放電電流も大きくなりその
結果、放電電流の変動についても大きくなる。一方、予
備放電であるシマー放電の場合は、放電電流が少ないた
め、結果放電電流の変動も小さくなる。これより、メイ
ン放電の場合は増幅回路のゲインを大きくし、シマー放
電の場合はゲインを小さくするような重み付けにより最
適化が図られる。

【００２７】以上、図３の構成において、メイン誤差回
路１Ａでのフィルタ回路１１ａＡ〜１１ｎＡ、増幅回路
１２ａＡ〜１２ｎＡおよび遅延回路１３ａＡ〜１３ｎＡ
は、それぞれ第１の実施の形態で説明したフィルタ特
性、ゲインおよび遅延量にしておき、シマー誤差回路１
Ｂでのフィルタ回路１１ａＢ〜１１ｎＢはシマー放電状
態での変動を押さえたい周波数成分の選別に適した周波
数特性を持つフィルタ回路１１ａＢ〜１１ｎＢとし、増
幅回路１２ａＢ〜１２ｎＢについてはメイン誤差回路１
Ａの増幅回路１２ａＡ〜１２ｎＡのゲインより小さく設
定し、遅延回路１３ａＢ〜１３ｎＢについては適宜最適
な遅延量を設定する。このようにメイン誤差回路１Ａお
よびシマー誤差回路１Ｂは設定されており、レーザ発振
器が予備放電であるシマー放電時には、放電状態切換信
号１５によりシマー誤差回路１Ｂの出力を切替回路１４
により選択して制御信号１９として高圧電源回路５に出
力し、レーザ発振器の使用時であるメイン放電時には、
放電状態切換信号１５によりメイン誤差回路１Ａの出力
を切替回路１４により選択して制御信号１９として高圧
電源回路５に出力する。これにより、放電状態により最
適化された誤差信号が高圧電源回路５の制御信号１９と
して高圧電源回路５に入力されることよりこれらの変動
成分を押さえる方向に高圧電源回路５の出力を制御し、
この結果レーザ発振器より安定したレーザ光出力を得る
ことができる。

【００２８】図４は、図３の第2の実施の形態を示すレ
ーザ発振器の動作をさらにわかり易くするためのより具
体的な構成図である。ここで、メイン誤差回路１Ａにお
いて、誤差回路１０ａＡ、１０ｂＡは第１の実施の形態
の図２の具体的な実施例で示した誤差回路１０ａ、１０
ｂと同一の構成をしている。一方シマー誤差回路１Ｂに
おいて、誤差回路は誤差回路１０ａＢのみの構成をして
いる。誤差回路１０ａＢにおいて、フィルタ回路は低周
波成分のみを通すローパスフィルタ１１ａＢとし、増幅
回路１２ａＢのゲインはメイン誤差回路の増幅回路１２
ａＡより低くし、また遅延回路については使用していな
い。また、他の構成要素については図３の実施例と同一
である。以上のように構成された第２の実施の形態の具
体的な実施例では、予備放電時であるシマー放電時に
は、放電状態切換信号１５によりシマー誤差回路１Ｂの
出力を切替回路１４により選択して制御信号１９として
いる。ここで、シマー放電時は予備放電でありレーザ光
出力の高い精度は要求されないためローパスフィルタ１
１ａＢと、メイン誤差回路１Ａでの増幅回路１２ａＡよ
り低いゲインの増幅回路１２ａＢのみでフィードバック
制御系を構成している。これより、シマー放電時には、
回路数をあまり増大することなく、誤差回路１０ａＢの
みとしてシマー放電に適したフィードバック制御系とし
ている。次に、レーザ発振器の使用時であるメイン放電
時には、放電状態切換信号１５によりメイン誤差回路１
Ａの出力を切替回路１４により選択して制御信号１９と
しており、第１の実施の形態の図２で示した具体的な実
施例と同一のフィードバック制御系として、放電電流指
令信号２を切替えたときの変化成分は、ローパスフィル
タ１１ａＡにてアーク放電で生じるようなピーク状のノ
イズは除去して制御信号１９に伝達しこの制御信号１９
を高電圧電源回路５に入力しているため、ピーク状ノイ
ズ等が引き金になってフィードバック制御系を乱すこと
を阻止することができ、誤差回路１０ｂＡにおいて、バ
ンドパスフィルタ１１ｂＡ後の増幅回路１２ｂＡはリッ
プル成分の抑圧に対応するゲインに設定され、遅延回路
１３ｂＡにて、適宜リップルを抑圧する遅延量だけ送ら
せて出力することにより、高圧電源回路５にはリップル
を抑圧するような制御信号１９で高圧電源回路５の出力
電圧を制御するため、リップルの影響を無くし、ピーク
状ノイズの影響もなくした高品質なレーザ光出力が得ら
れる。

【００２９】なお、本実施例では複数の誤差回路を有す
るメイン誤差回路とシマー誤差回路の２個のブロックと
した場合で説明したが、他の放電状態に応じて更に増や
すことが可能である。例えば、電源を立ち上げて放電を
開始した時、あるいは放電電流指令信号の大小により誤
差回路のブロックを増やし、切替回路で状態に応じてそ
れぞれのブロックの出力を選択するようにすることによ
り、さらにきめ細かく放電状態に応じたレーザ光出力の
安定化が可能である。

【００３０】また、本実施は第1の実施の形態と同様の
従来のアナログ回路により、容易に実現可能である。

【００３１】このように、放電状態に応じてレーザ光出
力を不安定にする要因別の最適な高圧電源出力のフィー
ドバック制御系を構成しているので常に安定で、高品
質、高精度なレーザ光出力を得る事ができる。さらに、
レーザ放電管の放電電流検出信号を利用して高圧電源出
力を制御するフィードバック制御系は従来広く用いられ
ており、従来のレーザ発振器に誤差回路の追加、修正す
ることにより簡単に実現できる。また、従来のようにＡ
Ｃ電源入力部の改良とかガス圧の制御のような大掛かり
な変更なく容易にレーザ光出力の安定化が可能となる。

【００３２】（第３の実施の形態）図５は本発明の第３
の実施の形態を示すレーザ発振器の構成図である。本実
施例は、図３に示した第２の実施の形態とほぼ同じ構成
となっている。ただ、第１および第2の実施の形態にお
いては、すべてアナログ処理によるフィードバック制御
系で説明したが、ここではデジタル処理によるフィード
バック制御系で構成されている点が異なっている。すな
わち、放電電流検出回路７によりレーザ放電管内の放電
電流を検出し電圧に変換した信号は、アナログ信号をデ
ジタル信号に変換するＡＤコンバータ７１に入力されデ
ジタル信号である放電電流検出信号８となり、またデジ
タル信号である制御信号１９はデジタル信号をアナログ
信号に変換するＤＡコンバータ７２で電圧に変換された
アナログ信号の制御信号として高圧電源回路５を制御す
る。これより、引算回路３、フィルタ回路、増幅回路、
遅延回路よりなる誤差回路１０ａＡ〜１０ｎＡ、１０ａ
Ｂ〜１０ｎＢ、加算回路４Ａ，４Ｂ、および切替回路１
４はデジタル回路として構成される。すなわち、引算回
路は反転器（インバータ）とアダーにより、フィルタ回
路はアダー、反転器、およびフリップフロップなどの遅
延素子によるＦＩＲ，またはＩＩＲフィルタにより、増
幅回路はビットシフト回路とアダーにより、加算回路は
アダーにより、また切替回路はセレクターにより実現可
能である。

【００３３】このような構成とすることにより、第１お
よび第２の実施の形態と同様に、レーザ光出力を不安定
にする要因別に最適な高圧電源出力のフィードバック制
御系による常に安定で、高品質、高精度なレーザ光出力
を得る事ができると同時に、デジタル処理により温度変
化、経年変化などの影響を受けにくいという安定性を得
ることができる。また、放電電流指令信号２、および放
電状態切替信号１５もデジタル信号で処理するため、こ
れらの信号をマイクロコンピュータより設定、制御とす
るようなこともできより柔軟な処理が可能となる。

【００３４】なお、ここでは、第２の実施の形態のデジ
タル処理化としたが、第１の実施の形態についても同様
にデジタル処理化が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、レーザ光を出力
するレーザ放電管と、前記レーザ放電管に流れる電流を
放電電流信号として検出する放電電流検出回路と、レー
ザ光出力を設定する放電電流指令信号と前記放電電流検
出信号の差分を誤差信号とする引算回路と、前記誤差信
号をそれぞれ入力する複数個の誤差回路と、前記複数個
の誤差回路の出力すべてを加算して制御信号とする加算
回路と、前記制御信号を入力し、前記レーザ放電管への
電力を可変する高圧電源回路より構成され、上記誤差回
路はフィルタ回路と増幅回路が直列に接続されている構
成にしたものであり、レーザ光出力を不安定にする要因
別に最適な高圧電源出力のフィードバック制御系を構成
しているので常に安定で、高品質、高精度なレーザ光出
力を得ることができる。さらに、従来からの高圧電源出
力のフィードバック制御系に誤差回路の追加、修正のみ
で実現できるため簡単に高品質、高精度なレーザ光出力
を得ることができる。また、従来のようにＡＣ電源入力
部の改良とかガス圧の制御のような大掛かりな変更なく
容易にレーザ光出力の安定化が可能となる。

【００３６】また、本発明は、複数個の誤差回路はフィ
ルタ回路と増幅回路と遅延回路が直列に接続するように
構成したものであり、周期的ノイズの発生源に対して逆
位相で打ち消すような遅延回路の遅延量により、より効
果的に周期的ノイズの影響をなくすことができ、より高
品質、高精度なレーザ光出力を得るレーザ発振器を提供
する事が可能となる。

【００３７】また、本発明は、複数個の誤差回路でのフ
ィルタ回路で、少なくとも１つはローパスフィルタであ
り、少なくとも１つはバンドパスフィルタであるように
構成したものであり、リップル成分のような周期的ノイ
ズの影響を抑圧し、ピーク状ノイズによるフィードバッ
ク制御系を乱す要因をも除去した、より高品質、高精度
なレーザ光出力を得るレーザ発振器を簡易に提供する事
が可能となる。

【００３８】また、本発明は、複数個の誤差回路および
誤差回路の出力すべてを加算する加算回路を１つのブロ
ックまたは１個の誤差回路を１つのブロックとし、複数
個のブロックの出力を放電状態を示す放電状態切替信号
により選択する切替回路を有し、切替信号の出力を制御
信号とするように構成したものであり、放電状態に応じ
てレーザ光出力を不安定にする要因別の最適な高圧電源
出力のフィードバック制御系をしているので放電状態を
変更しても常に安定で、高品質、高精度なレーザ光出力
を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施の形態を示すレーザ発振器
の構成図

【図２】本発明の第1の実施の形態を示すレーザ発振器
の具体的な構成図

【図３】本発明の第２の実施の形態を示すレーザ発振器
の構成図

【図４】本発明の第２の実施の形態を示すレーザ発振器
の具体的な構成図

【図５】本発明の第３の実施の形態を示すレーザ発振器
の具体的な構成図

【図６】放電電流検出信号の波形図

【図７】放電電流検出信号のノイズ信号成分を示す図

【図８】従来のレーザ発振器の構成図

【符号の説明】

１Ａメイン誤差回路１Ｂシマー誤差回路１０ａ，１０ｂ，〜１０ｎ誤差回路１０ａＡ，〜１０ｎＡ誤差回路１０ａＢ，〜１０ｎＢ誤差回路１１ａ，１１ｂ，〜１１ｎフィルタ回路１１ａＡ，〜１１ｎＡフィルタ回路１１ａＢ，〜１１ｎＢフィルタ回路１２増幅回路１２ａ，１２ｂ，〜１２ｎ増幅回路１２ａＡ，〜１２ｎＡ増幅回路１２ａＢ，〜１２ｎＢ増幅回路１３ａ，１３ｂ，〜１３ｎ遅延回路１３ａＡ，〜１３ｎＡ遅延回路１３ａＢ，〜１３ｎＢ遅延回路１４切替回路１５放電状態切替信号１９制御信号２放電電流指令信号３引算回路３９誤差信号４加算回路４Ａ加算回路４Ｂ加算回路５高圧電源回路６レーザ放電管７放電電流検出回路７１ＡＤコンバータ７２ＤＡコンバータ８放電電流検出信号９２電磁弁９３回転数指令信号９５回転数補正演算回路９６ガス圧調整器９７ガス圧検出器９８モータ駆動回路９９ブロワ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾松英文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者岩崎泰大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山下隆之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F071 GG06 GG08 HH04 JJ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を出力するレーザ放電管と、前記
レーザ放電管に流れる電流を放電電流信号として検出す
る放電電流検出回路と、レーザ光出力を設定する放電電
流指令信号と前記放電電流検出信号の差分を誤差信号と
する引算回路と、前記誤差信号をそれぞれ入力する複数
個の誤差回路と、前記複数個の誤差回路の出力すべてを
加算して制御信号とする加算回路と、前記制御信号を入
力し、前記レーザ放電管への電力を可変する高圧電源回
路より構成され、上記誤差回路はフィルタ回路と増幅回
路が直列に接続されていることを特徴とするレーザ発振
器。
【請求項２】上記複数個の誤差回路はフィルタ回路と増
幅回路と遅延回路が直列に接続されていることを特徴と
する請求項１記載のレーザ発振器。
【請求項３】上記複数個の誤差回路でのフィルタ回路
で、少なくとも１つはローパスフィルタであり、少なく
とも１つはバンドパスフィルタであることを特徴とする
請求項１または２記載のレーザ発振器。
【請求項４】上記複数個の誤差回路および誤差回路の出
力すべてを加算する加算回路を１つのブロックまたは１
個の誤差回路を１つのブロックとし、複数個のブロック
の出力を放電状態を示す放電状態切替信号により選択す
る切替回路を有し、切替信号の出力を制御信号とする請
求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振器。