JP2003152255A - レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームスプリッタ等の光学部品を必要とせ
ず、レーザ発振装置からのレーザ光の有効利用を図りつ
つ簡単な構成でレーザ光出力のモニタを行うことが可能
なレーザ発振装置を提供する。 【解決手段】 レーザ発振装置１０には、Ｑスイッチ１
５がオン動作したときに光学結晶内で屈折された屈折レ
ーザ光Ｌ3の光路途中に、フォトダイオード等の受光素
子１６が設けられている。受光素子１６が屈折レーザ光
Ｌ3の受光量に応じて出力する出力信号はコントローラ
３０内のＣＰＵに与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学効果又は
音響光学効果によりレーザ光を屈折させるレーザ光偏向
スイッチを備えて、このレーザ光偏向スイッチを制御す
ることでパルス状のレーザ光を出力するレーザ発振装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種のレーザ発振装置の一例として、
レーザマーキング装置のレーザ光源に利用されるＹＡＧ
レーザがある。これは、両端に全反射ミラーと部分透過
ミラーとを配してなるレーザ共振器内に、ＹＡＧ（イッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶中にＮd
（ネオジム）イオンを含ませたレーザ媒質が配置される
と共に、例えばレーザ媒質と、部分透過ミラーとの間に
Ｑスイッチを備えてなる。このＱスイッチは、例えば電
気光学効果を利用するものであり、レーザ媒質から部分
透過ミラーへ向うレーザ光の光路途中に、電界による屈
折率変化が大きい光学結晶を配して、その光学結晶に電
界を印加するオン動作により、その光学結晶内を通過す
るレーザ光を屈折させるよう作用するものである。 【０００３】Ｑスイッチがオフ状態のときは、励起用光
源によりレーザ媒質内のＮdイオンが励起されることで
放出されるレーザ光が、全反射ミラー及び部分透過ミラ
ー間で反射を繰り返し、レーザ媒質内での誘導放出によ
り増幅される。これに対して、Ｑスイッチがオン状態の
ときは上述したようにレーザ光は光学結晶内で屈折され
て前記反射動作が阻止、即ち誘導放出が起こらないため
にレーザ媒質はより高い励起状態に保持される。そし
て、このようなＱスイッチのオンオフ動作を繰り返すこ
とで過渡的に大電力光パルスが部分透過ミラーを介して
レーザ発振装置から出力されるのである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザマー
キング装置においては、例えば印字品質等の面からレー
ザ発振装置からのレーザ出力強度を一定に保つ必要があ
る。そのために従来は、レーザ発振装置から外部に出力
されたレーザ光の光路途中にビームスプリッタ等の光学
部品を配して、これにより分岐された光を受光するモニ
タ用受光素子からの出力信号をレーザ発振装置の駆動制
御部にフィードバックさせる構成を採っていた。 【０００５】しかしながら、このような構成では、ビー
ムスプリッタ等の高価な部品が別途必要となり部品点数
の増加と共にレーザマーキング装置自体がコスト高にな
る。そればかりか、レーザ発振装置から出力されたレー
ザ光のうち一部が上記フィードバック制御のためのモニ
タ用として使用されるために、その分だけレーザ発振装
置からのレーザ光をマーキングのために効率良く利用で
きないという問題があった。 【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ビームスプリッタ等の光学部品を必要
とせず、レーザ発振装置からのレーザ光の有効利用を図
りつつ簡単な構成でレーザ光出力のモニタを行うことが
可能なレーザ発振装置を提供するところにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るレーザ発振装置は、励起用光源により
レーザ媒質を励起させて放出されるレーザ光を、レーザ
媒質の両端にそれぞれ配された全反射ミラーと部分透過
ミラーとの間で繰り返し反射させて増幅させると共に、
レーザ媒質と、全反射ミラー及び部分透過ミラーのいず
れか一方との間、或いは、部分透過ミラーとレーザ出射
口との間で、電気光学効果又は音響光学効果によりレー
ザ光を屈折させるレーザ光偏向スイッチを制御すること
で、部分透過ミラーを介してレーザ出射口からパルス状
のレーザ光を出力するレーザ発振装置において、レーザ
光偏向スイッチが作動したときに屈折されたレーザ光を
受光して、その受光量に応じた信号を出力する受光手段
を設けたところに特徴を有する。 【０００８】 【発明の作用及び効果】本発明の構成によれば、レーザ
光偏向スイッチを作動したときに屈折されたレーザ光を
受光して、その受光量に応じた信号を出力する受光手段
が設けられている。従って、この受光手段からの信号に
基づいてレーザ発振装置からのレーザ光出力をモニタす
ることが可能になる。 【０００９】ここで、レーザ光偏向スイッチの作動によ
り屈折されたレーザ光は、レーザ発振装置から外部に出
力されず、本来的に例えばマーキング等に利用されるも
のではない。そこで、本発明は、この屈折されたレーザ
光を受光手段にてモニタする構成とした。従って、レー
ザ発振装置から外部に出力されたパルス状のレーザ光の
一部をモニタ用として使用していた従来の構成に比べて
レーザ発振装置からのレーザ光を有効に利用することが
できる。更に、ビームスプリッタ等の高価な光学部品も
必要としないので、レーザ発振装置が適用される機器の
部品点数の増加及びコストアップを回避することができ
る。 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明の一実施形態に係るレーザ
発振装置について、ガルバノスキャニング式のレーザマ
ーキング装置に適用した場合を例に挙げて図１を参照し
つつ説明する。 【００１１】図１は、上記レーザマーキング装置の全体
構成図である。同図において、符号１０は、本発明に係
るレーザ発振装置であって、ここから出射されたパルス
レーザ光Ｌ1はガルバノスキャナ２０によって向きが変
更される。ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミ
ラー２０Ｖ，２０Ｗを備えており、一方のガルバノミラ
ー２０Ｗは、駆動手段２０Ｙによって縦方向に角度を変
移させることができ、他方のガルバノミラー２０Ｖは、
駆動手段２０Ｘによって横方向に角度を変移させること
ができる。これら両ガルバノミラー２０Ｖ，２０Ｗによ
り、レーザ光が２方向に向きを変えられ、収束レンズ２
０Ｚを介してレーザ光の照射点がワークＷ上を二次元的
に移動する。 【００１２】また、図示しないＣＰＵ等で構成されたコ
ントローラ３０は、図示しないコンソールにて入力され
た文字、記号、図形等に基づいて、ガルバノスキャナ２
０に座標データを順次に与えると共に、レーザ発振装置
１０にオンオフ信号を与えてそれぞれを駆動制御する。
更にコントローラ３０は、後述するようにレーザ発振装
置１０からの受光信号を受けてレーザ出力強度をフィー
ドバック制御している。 【００１３】次いで、レーザ発振装置１０は、図２に示
すように、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガー
ネット）結晶中にＮd（ネオジム）イオンを含ませたレ
ーザ媒質１１の両端に、全反射ミラー１２と部分透過ミ
ラー１３とを設けると共に、レーザ媒質１１の周りにコ
ントローラ３０により駆動制御される一対の励起用光源
１４，１４（例えばクリプトンランプ）を備えてなる。
そして、例えば部分透過ミラー１３とレーザ媒質１１と
の間に、やはりコントローラ３０からの発振信号に基づ
いてオンオフ動作するＱスイッチ１５（本発明の「レー
ザ光偏向スイッチ」に相当する）が配置されている。こ
のＱスイッチ１５は、例えば電気光学効果（具体的に
は、ポッケルス効果、又はカー効果）を利用するもので
ある。より詳しくは、レーザ媒質１１から部分透過ミラ
ー１３側へ向うレーザ光Ｌ2の光路途中に、電界による
屈折率変化が大きい光学結晶を配して、その光学結晶に
対して前記光路と直交する方向の両端間に所定の電圧を
印加するオン動作により、その光学結晶内を通過するレ
ーザ光を屈折させるよう作用するものである。 【００１４】さて、本実施形態に係るレーザ発振装置１
０には、図２に示すように、Ｑスイッチ１５がオン動作
したときに光学結晶内で屈折されたレーザ光（以下、
「屈折レーザ光Ｌ3」という。同図では、同図中では点
線矢印）の光路途中に、例えば、フォトダイオード等の
受光素子１６が設けられている。受光素子１６が屈折レ
ーザ光Ｌ3の受光量に応じて出力する出力信号はコント
ローラ３０内のＣＰＵに与えられる。 【００１５】次に、本実施形態の作用について説明す
る。レーザマーキング装置の図示しない起動用スイッチ
をオン操作すると、コンソールにて入力された文字等に
関する印字情報に基づいてコントローラ３０により、ガ
ルバノスキャナ２０には座標データ、レーザ発振装置１
０の励起用光源１４，１４には起動信号、そしてＱスイ
ッチ１５には発振信号がそれぞれ与えられる。すると、
レーザ発振装置１０では、励起用光源１４，１４が駆動
すると共に、Ｑスイッチ１５が前記発振信号に同期して
オンオフ動作を開始する。 【００１６】励起用光源１４，１４の駆動によりレーザ
媒質１１内のＮdイオンが励起されレーザ媒質１１から
レーザ光Ｌ2が放出される。そして、このレーザ光Ｌ2
は、Ｑスイッチ１５がオフ状態のときは、光学結晶内を
直進して全反射ミラー１２及び部分透過ミラー１３間で
反射を繰り返す。それに伴って、レーザ光Ｌ2はレーザ
媒質１１内における誘導放出により増幅されつつ部分透
過ミラー１３を介して外部に出力される。 【００１７】これに対して、Ｑスイッチ１５がオン状態
のときは、上述したように光学結晶内に電界が印加さ
れ、レーザ光Ｌ2は光学結晶内で屈折されて部分透過ミ
ラー１３から反れた方向に向かう。従って、上記の反射
動作が阻止され、レーザ媒質１１内での誘導放出が起こ
らず、レーザ媒質１１はより高い励起状態に保持される
ことになる。そして、このようなＱスイッチ１５のオン
オフ動作によって過渡的に大電力光パルスが部分透過ミ
ラー１３を介してレーザ発振装置１０から外部に出力さ
れるのである。なお、このパルスレーザ光Ｌ1は、コン
トローラからの座標データに基づいて駆動制御されるガ
ルバノスキャナ２０により２方向に向きが変えられて、
パルスレーザ光Ｌ1の照射点がワークＷ上を二次元的に
移動し、もって所望の文字等がワークＷ上に印字される
ことになる。 【００１８】さて、Ｑスイッチ１５がオン状態のときの
上述の屈折レーザ光Ｌ3は、受光素子１６にて受光さ
れ、その受光量に応じた出力信号がコントローラ３０側
に与えられる。コントローラ３０は、与えられた出力信
号レベルに応じて、例えば励起用光源１４，１４に与え
る起動信号レベルを補正するなどして、もってレーザ発
振装置１０のレーザ出力強度を一定に保つよう制御して
いる。これによりワークＷ上の照射点のエネルギーレベ
ルが一定に保たれることになり、印字品質の高いマーキ
ングが可能になるのである。 【００１９】このように、本実施形態では、レーザ発振
装置１０のレーザ光出力制御を行うために、Ｑスイッチ
１５がオンしたときの屈折レーザ光Ｌ3を受光素子１６
にてモニタする構成を採っている。この屈折レーザ光Ｌ
3は、レーザ発振装置１０から出力されず本来的にマー
キングのために利用されるレーザ光ではない。従って、
レーザ発振装置１０から出力されるパルス状のレーザ光
の一部をモニタ用として使用していた従来の構成に比べ
てレーザ発振装置１０からのレーザ光を有効に利用する
ことができる。更に、ビームスプリッタ等の高価な光学
部品も必要としないので、レーザマーキング装置の部品
点数の増加及びコストアップを回避することができる。 【００２０】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 （１）上記実施形態では、Ｑスイッチ１５（レーザ光偏
向スイッチ）を部分透過ミラー１３とレーザ媒質１１と
の間に設けた構成を説明したが、これに限らず、レーザ
媒質１１と全反射ミラー１２との間、或いは、部分透過
ミラー１３とレーザ光が外部に出力されるレーザ出射口
との間に設けた構成であっても良い。 【００２１】（２）また、上記実施形態のＱスイッチ１
５は電気光学効果を利用するものであったが、超音波媒
体中に生じた回折格子でのブラッグ回折現象による音響
光学効果を利用したレーザ光偏向スイッチであってもよ
い。 【００２２】（３）上記実施形態では、レーザ発振装置
１０はＹＡＧレーザとしたが、これに限らず、その他の
固体レーザ（ガラスレーザやルビーレーザ等）、又は気
体レーザ（炭酸ガス:ＣＯ₂レーザ等）、或いは液体レー
ザであってもよい。 【００２３】（４）上記実施形態では、レーザマーキン
グ装置に適用した例を説明したが、レーザ光偏向スイッ
チを用いてパルス状のレーザ光を出力するレーザ発振装
置が利用される種々の機器（例えばレーザマーキング装
置以外のレーザ加工機や、光通信機器等）に適用するこ
とで本発明の効果を得ることができる。 【００２４】（５）また、上記実施形態では、受光素子
１６からの出力信号はレーザ発振装置１０のレーザ出力
制御のために使用したが、これに限らず、例えば、受光
素子１６からの出力信号レベルと所定の閾値との比較に
基づいて動作表示灯を点灯させるなどして、レーザ発振
装置内のレーザ媒質や励起用光源の劣化等を知らせる通
知信号として使用してもよい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のレーザ発振装置を適用したレーザマー
キング装置の概略的斜視図 【図２】レーザ発振装置のブロック図 【符号の説明】 １０…レーザ発振装置 １１…レーザ媒質 １２…全反射ミラー １３…部分透過ミラー １４，１４…励起用光源 １５…Ｑスイッチ（レーザ光偏向スイッチ） １６…受光素子 Ｌ1…パルスレーザ光 Ｌ2…レーザ光 Ｌ3…屈折レーザ光

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 励起用光源によりレーザ媒質を励起させ
   て放出されるレーザ光を、前記レーザ媒質の両端にそれ
   ぞれ配された全反射ミラーと部分透過ミラーとの間で繰
   り返し反射させて増幅させると共に、前記レーザ媒質
   と、前記全反射ミラー及び前記部分透過ミラーのいずれ
   か一方との間、或いは、前記部分透過ミラーとレーザ出
   射口との間で、電気光学効果又は音響光学効果により前
   記レーザ光を屈折させるレーザ光偏向スイッチを制御す
   ることで、前記部分透過ミラーを介して前記レーザ出射
   口からパルス状のレーザ光を出力するレーザ発振装置に
   おいて、 前記レーザ光偏向スイッチが作動したときに屈折された
   レーザ光を受光して、その受光量に応じた信号を出力す
   る受光手段を設けたことを特徴とするレーザ発振装置。