JP2010109195A - Laser oscillator, and laser beam machine using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely detect the occurrence of abnormal conditions in a laser oscillator which emits laser pulses. <P>SOLUTION: The light intensity of the laser pulse emitted at a predetermined frequency is compared with a plurality of threshold intensities which have been set in advance, for counting a frequency at which the light intensity exceeds a threshold intensity, for each threshold intensity. The intensity range (minimum peak intensity range) in which the minimum value of peak intensity of laser pulse is present and the intensity range (maximum peak intensity range) in which the maximum value of peak intensity is present are detected, based on the number of emission pulses obtained for each of the threshold intensities as well as the number of reference pulses which is normally expected. Presence of abnormal operation of the laser oscillator is determined based on the fact whether they are within a predetermined intensity range. With this configuration, the information about a minimum value and maximum value of peak intensity and also the information about width of variation of peak intensity can be reflected, thereby the presence of abnormal operation of the laser oscillator is precisely determined. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ発振器を用いてレーザ光を安定に発生させる技術に関し、詳しくはパルス状のレーザ光を一定の周波数で安定して発生させる技術に関する。   The present invention relates to a technique for stably generating laser light using a laser oscillator, and more particularly to a technique for stably generating pulsed laser light at a constant frequency.

レーザ光は、一般的な光とは異なり、光の波長や位相が揃っているという大きな特徴を有している。このため、光の指向性や干渉性(コヒーレント性)が高いだけでなく、光学系を用いて極めて小さな領域に集光させることが可能である。そこで、このような性質を利用して、レーザ光は、通信や計測技術、医療分野、加工技術などの多くの分野で利用されている。またレーザ光は、連続して出射するだけでなく、極短時間のパルス状のレーザ光(以下、「レーザパルス」と呼ぶことがある)を一定周波数で出射することも可能である。このように一定周波数で出射されるレーザパルスを用いれば、高速通信を実現したり、各種の現象を高い時間分解能で計測したり、更には難加工性の材質であっても加工による熱の影響を最小限に抑えて加工することができるなど、レーザ光の可能性をより一層広げることが可能である。   Unlike general light, laser light has a great feature that the wavelength and phase of light are uniform. For this reason, not only the directivity and coherence (coherence) of light are high, but it is also possible to focus on an extremely small area using an optical system. Therefore, utilizing such properties, laser light is used in many fields such as communication, measurement technology, medical field, and processing technology. In addition to continuous emission of laser light, it is also possible to emit pulsed laser light (hereinafter sometimes referred to as “laser pulse”) at a constant frequency. By using laser pulses emitted at a constant frequency in this way, high-speed communication can be realized, various phenomena can be measured with high time resolution, and even the difficult-to-work materials can be affected by heat. It is possible to further expand the possibilities of laser light, such as being able to process with a minimum.

ここで、レーザ光は、光学的な共振による光の増幅を発生原理としているので、レーザ光を安定して出射するためには、レーザ発振器内で所定の発振条件が正しく満足されていることが重要となる。また、一定周波数のレーザパルスを発生させる方法にも、いわゆるQスイッチを用いた方法やモードロックを利用する方法など種々の方法が存在するが、何れの方法を用いるにせよ、安定したレーザパルスを出射するためには、レーザ発振器内での発振条件が正しく満足されていることが前提となる。そこで、レーザ光の光量をモニタすることにより、あるいはレーザ光の光量と投入電力とをモニタすることによって、レーザ発振器内での発振条件が満足されなくなった場合には、これを直ちに検出しようとする技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3など)。   Here, since the laser light is based on the principle of light amplification by optical resonance, in order to stably emit the laser light, the predetermined oscillation condition must be properly satisfied in the laser oscillator. It becomes important. In addition, there are various methods for generating a laser pulse with a constant frequency, such as a method using a so-called Q switch and a method using a mode lock. Regardless of which method is used, a stable laser pulse can be generated. In order to emit light, it is assumed that the oscillation conditions in the laser oscillator are correctly satisfied. Therefore, if the oscillation condition in the laser oscillator is no longer satisfied by monitoring the amount of laser light, or by monitoring the amount of laser light and the input power, this is immediately detected. Techniques have been proposed (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, etc.).

特開平10−190103号公報JP-A-10-190103 特開2002−076506号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-076506 特開2003−224316号公報JP 2003-224316 A

しかし、パルス状のレーザ光を一定周波数で出射する場合、提案されているような従来の方法では、レーザ発振器の動作異常を十分な精度で判定することは難しく、その結果、レーザ発振器の発振条件が満足されているにも拘わらず、異常が発生したものと誤判定してしまったり、逆に発振条件が不安定になっているにも拘わらず、安定して動作しているものと誤判定してしまったりすることがあるという問題があった。   However, when emitting pulsed laser light at a constant frequency, it is difficult to determine abnormal operation of the laser oscillator with sufficient accuracy by the conventional method as proposed, and as a result, the oscillation conditions of the laser oscillator Although it is satisfied, it is erroneously determined that an abnormality has occurred, or conversely, it is erroneously determined that it is operating stably even though the oscillation conditions are unstable. There was a problem that sometimes.

この発明は上記のような事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、パルス状のレーザ光を一定周波数で出射するレーザ発振器における動作異常の有無を、精度良く検出することが可能な技術を提供するところにある。   The present invention has been completed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to accurately detect the presence or absence of an operation abnormality in a laser oscillator that emits pulsed laser light at a constant frequency. It is in providing technology.

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のレーザ発振器は次の構成を採用した。すなわち、
パルス状のレーザ光であるレーザパルスを所定周波数で出射するレーザ発振器において、
前記レーザパルスを受光する受光手段と、
前記受光されたレーザパルスの光強度に基づいて、所定の計数時間内の該レーザパルスのパルス数を計数することにより、該レーザパルスの出射パルス数を検出する出射パルス数検出手段と、
前記レーザパルスの前記所定周波数と前記計数時間とによって定まる基準パルス数と、前記レーザパルスの異なる光強度レベルに基づいて得られた前記出射パルス数とを比較することにより、前記計数時間内に得られた前記レーザパルスのピーク強度の最小値と最大値とが、それぞれに定められた所定の基準範囲内にあるか否かを判断することによって、前記レーザ発振器の異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えることを特徴とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the laser oscillator of the present invention employs the following configuration. That is,
In a laser oscillator that emits a laser pulse that is a pulsed laser beam at a predetermined frequency,
A light receiving means for receiving the laser pulse;
Based on the light intensity of the received laser pulse, an emission pulse number detecting means for detecting the number of emission pulses of the laser pulse by counting the number of pulses of the laser pulse within a predetermined counting time;
By comparing the number of reference pulses determined by the predetermined frequency of the laser pulse and the counting time with the number of emitted pulses obtained based on different light intensity levels of the laser pulse, the number of pulses obtained within the counting time is obtained. An abnormality determination for determining whether or not the laser oscillator is abnormal by determining whether or not the minimum value and the maximum value of the peak intensity of the laser pulse are within a predetermined reference range respectively determined And means.

このような本発明のレーザ発振器においては、所定周波数でパルス状に出射されるレーザ光(レーザパルス)を受光すると、受光したレーザパルスの光強度に基づいて所定の計数時間内のパルス数を計数することにより、レーザパルスの出射パルス数を検出する。こうして、異なる光強度レベルについて得られた出射パルス数を、基準パルス数と比較すれば、計数時間内のレーザパルスのピーク強度の最小値が、最小値用に定められた所定の基準範囲内にあるか否か、およびレーザパルスのピーク強度の最大値が、最大値用に定められた所定の基準範囲内にあるか否か判断することができる。ここで基準パルス数とは、所定周波数で出射されるレーザパルスが、所定の計数時間の間に出射されるパルス数であり、周波数と計数時間とが分かれば直ちに決定することができる。そして、ピーク強度の最小値および最大値が、それぞれ所定の基準範囲内にあればレーザ発振器の動作は正常であると判断し、逆に、所定の基準範囲内になければ、動作が異常であると判断する。   In such a laser oscillator of the present invention, when laser light (laser pulse) emitted in a pulse shape at a predetermined frequency is received, the number of pulses within a predetermined counting time is counted based on the light intensity of the received laser pulse. By doing so, the number of laser pulses emitted is detected. Thus, if the number of outgoing pulses obtained for different light intensity levels is compared with the reference pulse number, the minimum value of the peak intensity of the laser pulse within the counting time is within the predetermined reference range defined for the minimum value. It can be determined whether or not the maximum value of the peak intensity of the laser pulse is within a predetermined reference range defined for the maximum value. Here, the reference pulse number is the number of pulses emitted from a laser pulse emitted at a predetermined frequency during a predetermined counting time, and can be determined immediately if the frequency and the counting time are known. If the minimum value and the maximum value of the peak intensity are within the predetermined reference range, it is determined that the operation of the laser oscillator is normal. Conversely, if the peak intensity is not within the predetermined reference range, the operation is abnormal. Judge.

こうすれば、ピーク強度の最小値もしくは最大値に関する情報だけでなく、各レーザパルスのピーク強度のバラツキ幅に関する情報も反映させて、レーザ発振器の動作異常の有無を判定することができるので、動作異常の有無を精度良く判定することが可能となる。   In this way, not only the information on the minimum or maximum peak intensity, but also the information on the variation width of the peak intensity of each laser pulse can be reflected to determine whether there is an abnormal operation of the laser oscillator. It is possible to accurately determine whether there is an abnormality.

また、上述した本発明のレーザ発振器においては、各光強度レベルの出射パルス数に基づいて検出されたピーク強度の最小値と最大値との偏差が、所定の基準値よりも大きい場合に、レーザ発振器の動作が異常であると判定してもよい。   In the above-described laser oscillator of the present invention, when the deviation between the minimum value and the maximum value of the peak intensity detected based on the number of outgoing pulses at each light intensity level is larger than a predetermined reference value, the laser It may be determined that the operation of the oscillator is abnormal.

レーザパルスを出射するレーザ発振器の動作が異常になると、各レーザパルスのピーク強度のバラツキが大きくなる。従って、所定の計数時間内に得られたピーク強度の最小値と最大値との偏差が所定の基準値を超えた場合に異常と判定してやれば、レーザ発振器の動作異常を精度良く判定することが可能となる。   When the operation of the laser oscillator that emits a laser pulse becomes abnormal, the variation in the peak intensity of each laser pulse increases. Therefore, if the deviation between the minimum value and the maximum value of the peak intensity obtained within the predetermined counting time exceeds the predetermined reference value, it is possible to accurately determine the abnormal operation of the laser oscillator if it is determined as abnormal. It becomes possible.

また、上述した本発明のレーザ発振器においては、異なる光強度レベルでの出射パルス数を次のようにして検出しても良い。すなわち、出射パルス数を検出する際の光強度レベルを、所定の計数時間毎に段階的に変化させることにより、異なる各光強度レベルでの出射パルス数を検出しても良い。   Further, in the laser oscillator of the present invention described above, the number of outgoing pulses at different light intensity levels may be detected as follows. That is, the number of emitted pulses at different light intensity levels may be detected by changing the light intensity level at the time of detecting the number of emitted pulses step by step for each predetermined counting time.

こうすれば、異なる光強度レベルの出射パルス数を検出することができる。また、レーザパルスのパルス幅は非常に短く、またレーザパルスが出射される周波数も高いので、異なる光強度レベルでの出射パルス数を同時に計数することは、それほど容易なことではない。これに対して、出射パルス数を検出する際の光強度レベルを所定の計数時間毎に段階的に変化させながら、出射パルス数を検出してやれば、異なる光強度レベルでの出射パルス数を同時に検出する必要がないので好適である。   In this way, it is possible to detect the number of outgoing pulses having different light intensity levels. Also, since the pulse width of the laser pulse is very short and the frequency at which the laser pulse is emitted is high, it is not so easy to simultaneously count the number of emitted pulses at different light intensity levels. On the other hand, if the number of outgoing pulses is detected while changing the light intensity level when detecting the number of outgoing pulses step by step for each predetermined counting time, the number of outgoing pulses at different light intensity levels can be detected simultaneously. This is preferable because there is no need to do this.

また、上述した本発明のレーザ発振器を、いわゆるレーザ加工機のレーザ光源として組み込むこととしても良い。   Further, the above-described laser oscillator of the present invention may be incorporated as a laser light source of a so-called laser processing machine.

レーザパルスを用いて加工を行うレーザ加工機においては、レーザパルスを出射するレーザ発振器の動作が異常になると、各レーザパルスの強度にバラツキが生じたり、レーザパルスを一定の周波数で出射することができなくなって、加工品質の低下を引き起こす。これに対して、上述した本発明のレーザ発振器では、動作異常を精度良く判定することができるので、被加工対象物の加工品質が低下することを未然に防止することが可能となるので好ましい。   In a laser processing machine that performs processing using laser pulses, if the operation of a laser oscillator that emits laser pulses becomes abnormal, the intensity of each laser pulse may vary, or laser pulses may be emitted at a constant frequency. It becomes impossible to cause deterioration of processing quality. On the other hand, the laser oscillator according to the present invention described above is preferable because it is possible to accurately determine an abnormal operation, and it is possible to prevent the processing quality of the object to be processed from being lowered.

また、上述した本発明のレーザ発振器は次のような態様で把握することも可能である。すなわち、
パルス状のレーザ光であるレーザパルスを所定周波数で出射するレーザ発振器において、
前記レーザパルスを受光する受光手段と、
前記受光されたレーザパルスの光強度と予め設定された複数の閾値強度とを比較して、所定の計数時間の間に該レーザパルスの光強度が該閾値強度を超えた回数を計数することにより、該閾値強度毎に該レーザパルスの出射パルス数を検出する出射パルス数検出手段と、
前記レーザパルスの前記所定周波数と前記計数時間とによって定まる基準パルス数と、前記閾値強度毎に得られた前記出射パルス数とを比較することにより、該レーザパルスのピーク強度の最小値が存在する強度範囲である最小ピーク強度範囲を検出する最小ピーク強度範囲検出手段と、
前記レーザパルスのピーク強度の最大値が存在する強度範囲である最大ピーク強度範囲を、前記閾値強度毎に得られた前記出射パルス数に基づいて検出する最大ピーク強度範囲検出手段と、
前記最小ピーク強度範囲および前記最大ピーク強度範囲が、それぞれ所定の強度範囲内にあるか否かを判断することによって、前記レーザ発振器の異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えることを特徴とするレーザ発振器として把握することも可能である。
Further, the laser oscillator of the present invention described above can be grasped in the following manner. That is,
In a laser oscillator that emits a laser pulse that is a pulsed laser beam at a predetermined frequency,
A light receiving means for receiving the laser pulse;
By comparing the light intensity of the received laser pulse with a plurality of preset threshold intensities, and counting the number of times the light intensity of the laser pulse exceeds the threshold intensity during a predetermined counting time , An emission pulse number detecting means for detecting the number of emission pulses of the laser pulse for each threshold intensity;
There is a minimum value of the peak intensity of the laser pulse by comparing the reference pulse number determined by the predetermined frequency of the laser pulse and the counting time with the number of emitted pulses obtained for each threshold intensity. A minimum peak intensity range detecting means for detecting a minimum peak intensity range which is an intensity range;
A maximum peak intensity range detecting means for detecting a maximum peak intensity range which is an intensity range in which a maximum value of the peak intensity of the laser pulse exists, based on the number of emitted pulses obtained for each threshold intensity;
An abnormality determining means for determining whether the laser oscillator is abnormal by determining whether the minimum peak intensity range and the maximum peak intensity range are within predetermined intensity ranges, respectively. It is also possible to grasp as a laser oscillator.

また、このような態様で把握された本発明のレーザ発振器における異常判定手段は、最小ピーク強度範囲と最大ピーク強度範囲との偏差が、所定の基準値よりも大きい場合に、レーザ発振器の動作が異常であると判定することとしてもよい。   Further, the abnormality determination means in the laser oscillator according to the present invention ascertained in such a manner allows the laser oscillator to operate when the deviation between the minimum peak intensity range and the maximum peak intensity range is larger than a predetermined reference value. It is good also as determining with it being abnormal.

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
A.装置構成:
B.動作異常の判定原理:
C.第1実施例:
D.第2実施例:
E.変形例:
E−1.第1変形例:
E−2.第2変形例:
Hereinafter, in order to clarify the contents of the present invention described above, examples will be described in the following order.
A. Device configuration:
B. Judgment principle of abnormal operation:
C. First embodiment:
D. Second embodiment:
E. Variation:
E-1. First modification:
E-2. Second modification:

A.装置構成 :
図1は、本実施例のレーザ発振器100を搭載したレーザ加工機10の構成を示した説明図である。本実施例のレーザ加工機10は、レーザ光を出射するレーザ発振器100と、出射されたレーザ光を被加工対象物Wに導くための光学系200と、レーザ発振器100や光学系200の動作を制御する制御部300などから構成されている。レーザ発振器100からは、パルス状のレーザ光(レーザパルス)が所定の周波数で出射され、レーザ発振器100から出射されたレーザパルスは、反射ミラー12で反射されて光学系200に導かれる。光学系200には、複数の光学レンズが組み込まれており、レンズ間の距離を調整することによって、レーザパルスの焦点位置を光軸方向に沿って移動させることが可能となっている。そして、光学系200によって焦点位置が調整されたレーザパルスは、出射レンズ14を介して被加工対象物Wの表面に照射される。また、光学系200にガルバノスキャナを組み込んでおけば、被加工対象物Wの表面上でレーザパルスの照射位置を走査させることも可能である。
A. Device configuration :
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a laser processing machine 10 equipped with a laser oscillator 100 of the present embodiment. The laser processing machine 10 of the present embodiment includes a laser oscillator 100 that emits laser light, an optical system 200 that guides the emitted laser light to the workpiece W, and operations of the laser oscillator 100 and the optical system 200. The control unit 300 is configured to be controlled. A pulsed laser beam (laser pulse) is emitted from the laser oscillator 100 at a predetermined frequency, and the laser pulse emitted from the laser oscillator 100 is reflected by the reflection mirror 12 and guided to the optical system 200. The optical system 200 includes a plurality of optical lenses, and the focal position of the laser pulse can be moved along the optical axis direction by adjusting the distance between the lenses. Then, the laser pulse whose focal position is adjusted by the optical system 200 is irradiated on the surface of the workpiece W through the emission lens 14. Further, if a galvano scanner is incorporated in the optical system 200, the irradiation position of the laser pulse can be scanned on the surface of the workpiece W.

図2は、本実施例のレーザ発振器100の内部構造を示した説明図である。また、図2では、レーザ発振器100の動作を制御するための制御部300が備える各種の機能も概念的に示されている。図2に示されるように、レーザ発振器100は、互いに向き合わせて設けられた一組の反射ミラー102,104と、反転分布と呼ばれる特殊なエネルギー状態を取り得るレーザ媒質106と、レーザ媒質106を励起させて反転分布状態を発生させる励起光源108と、レーザ光を所定周波数でパルス状に出射するための変調器110と、レーザ光の光強度を検出する光検出器112などから構成されている。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the internal structure of the laser oscillator 100 of this embodiment. FIG. 2 also conceptually shows various functions provided in the control unit 300 for controlling the operation of the laser oscillator 100. As shown in FIG. 2, the laser oscillator 100 includes a pair of reflecting mirrors 102 and 104 provided to face each other, a laser medium 106 that can take a special energy state called inversion distribution, and a laser medium 106. An excitation light source 108 that generates an inversion distribution state by excitation, a modulator 110 that emits laser light in pulses at a predetermined frequency, a photodetector 112 that detects the light intensity of the laser light, and the like. .

レーザ光を出射するに際しては、まず励起光源108からの励起光をレーザ媒質106に照射する。すると、レーザ媒質106の一部が、反転分布と呼ばれる特殊なエネルギー状態となる。この反転分布は、エネルギー準位が低い状態の存在確率よりも、エネルギー準位が高い状態の存在確率の方が高くなった不安定な状態である。このため、より安定なエネルギー分布の状態に移ろうとして、高いエネルギー準位の状態から低いエネルギー準位の状態へと遷移し、この際にエネルギー準位差に応じた波長の光が放出される。このようにして放出された光が引き金となって、高いエネルギー準位から低いエネルギー準位への遷移が促進され、より強い光が放出されて、更にそのことがエネルギー準位の遷移を促進する。尚、レーザ媒質106に励起光を照射して、レーザ媒質106内に反転分布状態を作り出すことは「ポンピング」と呼ばれる。本実施例のレーザ発振器100では、制御部300に設けられた励起光源駆動部が励起光源108を駆動することによって、レーザ媒質106のポンピングを行う。   When emitting laser light, first, the laser medium 106 is irradiated with excitation light from the excitation light source 108. Then, a part of the laser medium 106 becomes a special energy state called inversion distribution. This inversion distribution is an unstable state in which the existence probability of a state having a high energy level is higher than the existence probability of a state having a low energy level. For this reason, in order to shift to a more stable energy distribution state, a transition is made from a high energy level state to a low energy level state, and at this time, light having a wavelength corresponding to the energy level difference is emitted. . The light emitted in this way triggers a transition from a high energy level to a low energy level, a stronger light is emitted, which further promotes the transition of the energy level. . Note that irradiating the laser medium 106 with excitation light to create an inverted distribution state in the laser medium 106 is called “pumping”. In the laser oscillator 100 of the present embodiment, the pumping light source driving unit provided in the control unit 300 drives the pumping light source 108 to pump the laser medium 106.

また、レーザ媒質106の両側には、一組の反射ミラー102,104が向かい合わせに設けられている。これら反射ミラー102,104間の距離を、エネルギー準位の遷移によって放出された光の波長の整数倍に調整しておけば、レーザ媒質106から放出された光を、反射ミラー102,104間の定在波の形態で蓄えておくことができる。   A pair of reflecting mirrors 102 and 104 are provided opposite to each other on both sides of the laser medium 106. If the distance between the reflection mirrors 102 and 104 is adjusted to an integral multiple of the wavelength of the light emitted by the transition of the energy level, the light emitted from the laser medium 106 is changed between the reflection mirrors 102 and 104. Can be stored in the form of standing waves.

このように励起光源108からの励起光によってレーザ媒質106の中に反転分布を形成しながら、その一方で、より安定なエネルギー分布の状態に戻ろうとして所定の波長の光が放出される。その結果、放出された光が、反射ミラー102,104間の定在波の形態で蓄えられていき、遂には、光の一部が出力側の反射ミラー102を透過して、レーザ光として出射される。このような現象は、向かい合わせにした反射ミラー102,104の間で生じる一種の共振現象と考えることができる。   In this way, while an inversion distribution is formed in the laser medium 106 by the excitation light from the excitation light source 108, light of a predetermined wavelength is emitted in an attempt to return to a more stable energy distribution state. As a result, the emitted light is stored in the form of a standing wave between the reflecting mirrors 102 and 104. Finally, part of the light passes through the reflecting mirror 102 on the output side and is emitted as laser light. Is done. Such a phenomenon can be considered as a kind of resonance phenomenon that occurs between the reflecting mirrors 102 and 104 facing each other.

変調器110は、レーザ光をパルス状に成形するために用いられる。パルス状のレーザ光(レーザパルス)を生成する方法には種々の方法が存在するが、代表的な方法としては、「Qスイッチ」と呼ばれる方法や、「モードロック」と呼ばれる方法などが存在する。Qスイッチと呼ばれる方法では、反射ミラー102,104の間に外部から変調可能な変調器110を設けておき、レーザパルスを出射しない間は、反射ミラー102,104の間で共振が起きない条件となるように、変調器110を変調しておく。その結果、レーザ媒質106の内部には反転分布状態が蓄積されていく。そして、レーザパルスを出射する際には、変調器110による変調を解除して、反射ミラー102,104の間で共振が起きる条件に戻してやる。すると、レーザ媒質106に反転分布状態として蓄えられていたエネルギーが一気に放出されて、極短時間の非常に強いレーザパルスが出射されることになる。   The modulator 110 is used for shaping the laser beam into a pulse shape. There are various methods for generating a pulsed laser beam (laser pulse). Typical methods include a method called “Q switch” and a method called “mode lock”. . In a method called a Q switch, a modulator 110 that can be modulated from the outside is provided between the reflection mirrors 102 and 104, and a condition in which resonance does not occur between the reflection mirrors 102 and 104 while no laser pulse is emitted. The modulator 110 is modulated in advance. As a result, the inversion distribution state is accumulated inside the laser medium 106. When the laser pulse is emitted, the modulation by the modulator 110 is canceled and the condition for causing resonance between the reflection mirrors 102 and 104 is restored. Then, the energy stored in the laser medium 106 as an inverted distribution state is released at a stretch, and a very strong laser pulse is emitted in an extremely short time.

また、モードロックと呼ばれる方法では、反射ミラー102,104内に複数の共振モードが発生し得ることを利用して、レーザパルスを発生させる。すなわち、反射ミラー102,104の間に存在し得る定在波には、節の数が異なる複数の定在波を考えることができる。また、光の波長は、反射ミラー102,104の間に形成される共振器の大きさに比べると非常に短いので、反射ミラー102,104の軸線に直交する方向の定在波も考えることができる。実際のレーザ発振器100には、このように複数の共振モードが存在しており、モード毎に少しずつ異なる共振周波数(波長)を有している。モードロックと呼ばれる方法では、これら複数のモードの位相を一定条件に揃えてやる。例えば、外部から制御可能な光スイッチを反射ミラー102,104の間に設けておき、一瞬だけ光スイッチを開いて各モードを一斉に発振させれば、複数のモードの位相を揃えることができる。あるいは、弱い光は吸収するが、光強度が一定以上になると光を透過する性質を有する特殊な吸収体(飽和性吸収体)を、反射ミラー102,104の間に設けるようにしてもよい。各モード単独の光は弱いので飽和性吸収体で吸収されてしまうが、各モードの位相が揃うと光が強くなって飽和性吸収体を通過するようになる。その結果、最終的には、各モードの位相を揃えることができる。そして、このように複数のモードの位相が揃った状態では、一定の時間周期毎に各モードの光が強め合う条件が成立して、その度に極短時間だけ強いレーザパルスが発生するようになる。   In a method called mode lock, a laser pulse is generated by utilizing the fact that a plurality of resonance modes can be generated in the reflection mirrors 102 and 104. That is, a plurality of standing waves having different numbers of nodes can be considered as standing waves that can exist between the reflecting mirrors 102 and 104. Further, since the wavelength of light is very short compared to the size of the resonator formed between the reflection mirrors 102 and 104, a standing wave in a direction perpendicular to the axis of the reflection mirrors 102 and 104 may be considered. it can. The actual laser oscillator 100 has a plurality of resonance modes as described above, and has a slightly different resonance frequency (wavelength) for each mode. In a method called mode lock, the phases of the plurality of modes are adjusted to a certain condition. For example, if an optical switch that can be controlled from the outside is provided between the reflecting mirrors 102 and 104, and the modes are oscillated simultaneously by opening the optical switch for a moment, the phases of a plurality of modes can be aligned. Alternatively, a special absorber (saturable absorber) having a property of absorbing weak light but transmitting light when the light intensity becomes a certain level or more may be provided between the reflection mirrors 102 and 104. Since the light of each mode alone is weak, it is absorbed by the saturable absorber, but when the phases of the modes are aligned, the light becomes stronger and passes through the saturable absorber. As a result, the phase of each mode can be finally aligned. In such a state in which the phases of a plurality of modes are aligned, the condition that the light of each mode is intensified every certain time period is established, and each time a strong laser pulse is generated for a very short time. Become.

尚、レーザパルスを発生させる方法には、上述したQスイッチ法や、モードロック法に限らず、例えばレーザパルスを出射する時にだけ、出射側の反射ミラー102の透過率を低下させる「共振器ダンピング法」と呼ばれる方法など、種々の方法が存在している。本実施例のレーザ発振器100では、何れの方法を採用することも可能である。   The method of generating the laser pulse is not limited to the above-described Q switch method or mode lock method. For example, only when the laser pulse is emitted, the “resonator damping” is used to reduce the transmittance of the reflection mirror 102 on the emission side. There are various methods such as a method called “method”. In the laser oscillator 100 of the present embodiment, any method can be adopted.

また、レーザ発振器100としては、アルゴンガスやヘリウムガスや炭酸ガスなどの気体をレーザ媒質106として用いる気体レーザや、有機溶媒に色素を溶かした液体をレーザ媒質106として用いる色素レーザ、不純物が添加された透明な固体媒体(ルビーなど)をレーザ媒質106として用いる固体レーザ、発光ダイオードをレーザ媒質106として用いる半導体レーザなど、種々の方式のレーザ発振器を用いることができる。あるいは、Er(エルビウム)やY(イットリウム)、Yb(イッテルビウム)などの希土類元素を添加した光ファイバーをレーザ媒質106として用いることも可能である。   As the laser oscillator 100, impurities such as a gas laser using a gas such as argon gas, helium gas or carbon dioxide gas as the laser medium 106, a dye laser using a liquid in which an organic solvent is dissolved as the laser medium 106, and impurities are added. Various types of laser oscillators such as a solid-state laser using a transparent solid medium (ruby or the like) as the laser medium 106 and a semiconductor laser using a light-emitting diode as the laser medium 106 can be used. Alternatively, an optical fiber to which a rare earth element such as Er (erbium), Y (yttrium), or Yb (ytterbium) is added can be used as the laser medium 106.

B.動作異常の判定原理 :
レーザ発振器100が正常の動作している場合には、一定の光強度のレーザパルスを、一定の時間間隔で、安定して出射することが可能である。従って、レーザ光の光強度をモニタして、一定の光強度以上のレーザパルスが、一定の時間間隔で出射されているか否かを確認すれば、レーザ発振器100が正常に動作しているか否かを判断することができる。レーザパルスを出射するレーザ発振器の動作異常の有無は、このような考え方に基づいて判定されてきた。
B. Judgment principle of abnormal operation:
When the laser oscillator 100 is operating normally, it is possible to stably emit a laser pulse having a constant light intensity at a constant time interval. Therefore, by monitoring the light intensity of the laser light and confirming whether or not a laser pulse having a certain light intensity or more is emitted at a certain time interval, it is determined whether or not the laser oscillator 100 is operating normally. Can be judged. The presence or absence of abnormal operation of a laser oscillator that emits a laser pulse has been determined based on this concept.

図3は、従来のレーザ発振器で採用されてきた動作異常の判定方法を示した説明図である。図3(a)は、レーザ発振器が正常に動作している状態を表している。レーザ発振器が正常に動作している場合は、図3(a)に例示したように、ピーク強度の揃ったレーザパルスが一定の時間間隔で出射される。従って、レーザ発振器の出荷時(若しくは理想的に調整された状態)でのピーク強度に対して、若干のマージンを持った閾値の光強度(閾値強度)Ethを設定しておき、レーザ光の光強度が閾値強度Ethを越えた回数を計数する。そして、所定の計数時間t0 の間に計数されたレーザパルスの出射パルス数が、レーザ発振器がレーザパルスを出射するべき所定周波数とレーザパルスの計数時間とによって算出されるパルス数(基準パルス数)と一致していれば、レーザ発振器が正常に動作しているものと判断する。例えば、図3(a)に示した例では、計測時間t0 の間に計数されたパルス数が4つであれば、レーザ発振器が正常に動作しているものと判断される。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of determining an operation abnormality that has been employed in a conventional laser oscillator. FIG. 3A shows a state where the laser oscillator is operating normally. When the laser oscillator operates normally, as illustrated in FIG. 3A, laser pulses with uniform peak intensities are emitted at regular time intervals. Accordingly, a threshold light intensity (threshold intensity) Eth having a slight margin is set with respect to the peak intensity at the time of shipment of the laser oscillator (or an ideally adjusted state), and the light of the laser light is set. The number of times that the intensity exceeds the threshold intensity Eth is counted. The number of pulses emitted from the laser pulse counted during the predetermined counting time t0 is calculated from the predetermined frequency at which the laser oscillator should emit the laser pulse and the counting time of the laser pulse (reference pulse number). If it matches, it is determined that the laser oscillator is operating normally. For example, in the example shown in FIG. 3A, if the number of pulses counted during the measurement time t0 is four, it is determined that the laser oscillator is operating normally.

これに対して、レーザ発振器が正常に動作していない場合は、図3(b)に例示したように、レーザパルスのピーク強度にバラツキが発生する。例えば、前述したQスイッチを用いてレーザパルスを発生させている場合には、レーザパルスを出射してから次のレーザパルスを出射するまでの間に発生させる反転分布状態がばらついてしまい、その結果、レーザパルスのピーク強度がばらついてしまうことが起こり得る。また、モードロックを用いてレーザパルスを発生させる場合には、反射ミラー102,104の間に形成される複数のモードが設計通りでなかった場合(例えば、あるモードが欠落していたり、あるいは各モードの強度分布が歪んでいる場合など)には、各レーザパルスのピーク強度にばらつきが発生することが起こり得る。   On the other hand, when the laser oscillator is not operating normally, the peak intensity of the laser pulse varies as illustrated in FIG. For example, when the laser pulse is generated using the above-described Q switch, the inversion distribution state generated between the time when the laser pulse is emitted and the time when the next laser pulse is emitted varies. The peak intensity of the laser pulse may vary. In addition, when laser pulses are generated using mode lock, when a plurality of modes formed between the reflecting mirrors 102 and 104 are not as designed (for example, a certain mode is missing or For example, when the intensity distribution of the mode is distorted, the peak intensity of each laser pulse may vary.

このように、各レーザパルスのピーク強度にばらつきが生じると、図3(b)に例示したように、ピーク強度が閾値強度Ethを越えないパルスが発生して、計数した出射パルス数が、本来計数されるべき基準パルス数に達しなくなる。このため、レーザ発振器が正常に動作していないことを検出することができる。   As described above, when variations occur in the peak intensity of each laser pulse, as illustrated in FIG. 3B, a pulse whose peak intensity does not exceed the threshold intensity Eth is generated. The reference pulse number to be counted is not reached. For this reason, it is possible to detect that the laser oscillator is not operating normally.

もっとも、このような従来から採用されてきた方法では、まだ正常に動作しているレーザ発振器であっても、動作が異常であると誤判定してしまうことが起こり得る。例えば、発振器としての動作は正常であるが、長年の使用による経時変化などによって出力ピークが僅かに劣化した場合を考える。この場合、図3(c)に示したように、基準周波数でしかも安定したピーク強度でレーザパルスが出力されており、レーザ発振器としては正常に動作していると考えられるにも拘わらず、所定の計測時間t0 に計数された出射パルス数が基準パルス数に達しないために、動作異常と誤判定されてしまうことが起こり得る。   However, in such a method that has been conventionally employed, even if the laser oscillator is still operating normally, it may be erroneously determined that the operation is abnormal. For example, consider a case where the operation as an oscillator is normal, but the output peak is slightly deteriorated due to a change over time due to long-term use. In this case, as shown in FIG. 3 (c), a laser pulse is output at a reference frequency and with a stable peak intensity, and although it is considered that the laser oscillator is operating normally, a predetermined frequency is obtained. Since the number of outgoing pulses counted at the measurement time t0 does not reach the reference pulse number, it may be erroneously determined as an operation abnormality.

もちろん、図3(c)に例示した場合であれば、閾値強度Ethの設定を少し下げてやることで、誤判定を回避することができる。しかし、閾値強度Ethを下げると、図3(d)に例示したように、本来は動作異常と判定すべき場合も正常と判定してしまうことが起こり得る。すなわち、図3(d)に示した例では、閾値強度が「Eth」から「Eth'」に下げられており、このため、閾値強度が「Eth」に設定されていれば動作異常と正しく判定された場合でも(図3(b)参照)、正常と誤判定されてしまう。   Of course, in the case illustrated in FIG. 3C, erroneous determination can be avoided by slightly lowering the setting of the threshold strength Eth. However, when the threshold intensity Eth is lowered, as illustrated in FIG. 3D, it may be determined that the operation is normally normal even when it should be determined as an abnormal operation. That is, in the example shown in FIG. 3D, the threshold strength is lowered from “Eth” to “Eth ′”. Therefore, if the threshold strength is set to “Eth”, it is correctly determined that the operation is abnormal. Even if it is performed (see FIG. 3B), it is erroneously determined to be normal.

本実施例のレーザ発振器100では、レーザパルスの出射パルス数を複数の閾値強度で計数することによって、レーザ発振器100の動作異常を精度良く判定することが可能となっている。以下、本実施例のレーザ発振器100で用いられている動作異常の判定方法について説明する。   In the laser oscillator 100 of the present embodiment, it is possible to accurately determine an abnormal operation of the laser oscillator 100 by counting the number of emitted laser pulses with a plurality of threshold intensities. Hereinafter, an operation abnormality determination method used in the laser oscillator 100 of this embodiment will be described.

C.第1実施例 :
図4は、第1実施例のレーザ発振器100内で出射パルス数を計数するための大まかな回路構成を示した説明図である。これらの回路構成は、図2中に示されるように出射パルス数計数部302として、制御部300の中に組み込まれている。そして、レーザ発振器100に設けられた光検出器112からの信号を受け取って、出射パルス数を計数する。
C. First Example:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a rough circuit configuration for counting the number of outgoing pulses in the laser oscillator 100 of the first embodiment. These circuit configurations are incorporated in the control unit 300 as an output pulse number counting unit 302 as shown in FIG. Then, it receives a signal from the photodetector 112 provided in the laser oscillator 100 and counts the number of outgoing pulses.

図4(a)には、アナログ回路を用いて形成された出射パルス数計数部302の構成が示されている。図示されているように、光検出器112で検出された光強度の信号は、複数(ここでは4つ)の経路に分割されて、それぞれの経路に設けられたアナログ比較器に入力される。また、それぞれのアナログ比較器には、異なる閾値強度Eth0 、Eth1 、Eth2 、Eth3 (但し、Eth0 >Eth1 >Eth2 >Eth3 )が設定されている。各アナログ比較器では、光検出器112から受け取った光強度が、それぞれに設定された閾値強度を超えるたびにパルス信号を出力し、このパルス信号を、アナログ比較器毎に設けられたカウンタで計数する。一定の計数時間t0 毎に、それぞれのカウンタをリセットしながら、各カウンタで得られた計数値を、各閾値強度についての出射パルス数として出力する。図4(a)には、閾値強度Eth0 については出射パルス数N0 が、閾値強度Eth1 については出射パルス数N1 が、閾値強度Eth2 については出射パルス数N2 が、そして閾値強度Eth3 については出射パルス数N3 が、それぞれ出力される様子が示されている。尚、本実施例では、設定されている閾値強度の数は4つであるものとして説明しているが、閾値強度の数は複数であれば、何個の閾値強度を設定しても構わない。   FIG. 4A shows the configuration of the emission pulse number counting unit 302 formed using an analog circuit. As shown in the drawing, the signal of the light intensity detected by the photodetector 112 is divided into a plurality of (here, four) paths and input to analog comparators provided in the respective paths. Further, different threshold strengths Eth0, Eth1, Eth2, and Eth3 (where Eth0> Eth1> Eth2> Eth3) are set in each analog comparator. Each analog comparator outputs a pulse signal every time the light intensity received from the photodetector 112 exceeds the threshold intensity set for each, and the pulse signal is counted by a counter provided for each analog comparator. To do. The count value obtained by each counter is output as the number of outgoing pulses for each threshold intensity while resetting each counter at a certain count time t0. FIG. 4A shows the number of outgoing pulses N0 for the threshold strength Eth0, the number of outgoing pulses N1 for the threshold strength Eth1, the number of outgoing pulses N2 for the threshold strength Eth2, and the number of outgoing pulses for the threshold strength Eth3. The state in which N3 is output is shown. In the present embodiment, the number of set threshold strengths is described as four. However, any number of threshold strengths may be set as long as there are a plurality of threshold strengths. .

あるいは、同様な処理を、ソフトウェアを用いて実現しても良い。すなわち、図4(b)に示すように、光検出器112で検出された光強度の波形データを波形メモリに一旦記憶しておく。記憶する波形データは、少なくとも計測時間t0 以上の長さがあれば十分である。また、複数の閾値強度を予めメモリに設定しておく。そして、波形データを解析して、計測時間t0 の間に閾値強度を超えた回数を求めて、それぞれの閾値強度についての出射パルス数として出力することとしても良い。   Alternatively, similar processing may be realized using software. That is, as shown in FIG. 4B, the waveform data of the light intensity detected by the photodetector 112 is temporarily stored in the waveform memory. It is sufficient that the waveform data to be stored is at least as long as the measurement time t0. A plurality of threshold strengths are set in advance in the memory. Then, the waveform data is analyzed, the number of times that the threshold intensity is exceeded during the measurement time t0 is obtained, and the number of outgoing pulses for each threshold intensity may be output.

このようにして複数の閾値強度Eth0 、Eth1 、Eth2 、Eth3 について得られた出射パルス数N0 、N1 、N2 、N3 は、制御部300内に設けられたピーク強度範囲検出部(図2参照のこと)に供給されて、レーザパルスのピーク強度が存在する範囲が検出される。そして、その検出結果が異常判定部(図2参照のこと)に供給されて、レーザ発振器100の動作異常の有無が判定される。   The number of outgoing pulses N0, N1, N2, N3 obtained for the plurality of threshold intensities Eth0, Eth1, Eth2, Eth3 in this way is a peak intensity range detector provided in the controller 300 (see FIG. 2). ) To detect the range in which the peak intensity of the laser pulse exists. Then, the detection result is supplied to an abnormality determination unit (see FIG. 2), and the presence / absence of an operation abnormality of the laser oscillator 100 is determined.

図5は、複数の閾値強度について得られた出射パルス数に基づいて、レーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。図5(a)には、光検出器112で検出された光強度の波形と、複数の閾値強度Eth0 〜Eth3 とが例示されている。図示されるように、最も高い閾値強度Eth0 は、レーザ発振器100の理想的な(若しくは出荷時の)レーザパルスのピーク強度に対して、若干低めに設定されている。また、他の閾値強度Eth1 〜Eth3 は、閾値強度Eth0 よりも低く、且つ、ほぼ等間隔に設定されている。尚、本実施例では、各閾値強度Eth0 、Eth1 、Eth2 、Eth3 は、等間隔となるように設定されているものとして説明するが、これら各閾値強度は、必ずしも等間隔に設定しておく必要はない。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the presence / absence of abnormal operation of the laser oscillator 100 is determined based on the number of emitted pulses obtained for a plurality of threshold intensities. FIG. 5A illustrates a waveform of the light intensity detected by the photodetector 112 and a plurality of threshold intensities Eth0 to Eth3. As shown in the figure, the highest threshold intensity Eth0 is set slightly lower than the ideal (or shipped) peak intensity of the laser pulse of the laser oscillator 100. The other threshold strengths Eth1 to Eth3 are set lower than the threshold strength Eth0 and at substantially equal intervals. In this embodiment, the threshold strengths Eth0, Eth1, Eth2, and Eth3 are described as being set at equal intervals. However, these threshold strengths need to be set at equal intervals. There is no.

図5(a)に示した波形では、各レーザパルスのピーク強度は、閾値強度Eth1 、Eth2 、Eth3 を超えているため、それぞれの閾値強度で計測時間t0 に計数される出射パルス数N1 、N2 、N3 は、何れも「4」となる。尚、ここでは、計測時間t0 の間にレーザ発振器100が出射すべきパルス数(基準パルス数)も「4」であるものとする。また、最も高い閾値強度Eth0 については、出射パルス数N0 は「0」となる。   In the waveform shown in FIG. 5A, since the peak intensity of each laser pulse exceeds the threshold intensity Eth1, Eth2, Eth3, the number of emitted pulses N1, N2 counted at the measurement time t0 with the respective threshold intensity. N3 are both "4". Here, it is assumed that the number of pulses (reference pulse number) to be emitted by the laser oscillator 100 during the measurement time t0 is also “4”. For the highest threshold intensity Eth0, the number of outgoing pulses N0 is “0”.

図5(b)には、各閾値強度について得られた出射パルス数N0 〜N3 がまとめて示されている。閾値強度Eth1 から閾値強度Eth3 については、基準パルス数と同じ出射パルス数が計数されている。従って、計数時間t0 に射出された全てのレーザパルスは、閾値強度Eth1 よりもピーク強度が高いと考えられる。また、閾値強度Eth1 よりも一段階だけ高い閾値強度Eth0 で計数された出射パルス数は、基準パルス数に達していない。このことから、計数時間t0 に射出されたレーザパルスの中で、最も光強度の小さなパルスのピーク強度(最小ピーク強度)は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の強度範囲に存在すると考えることができる。   FIG. 5B collectively shows the number of outgoing pulses N0 to N3 obtained for each threshold intensity. For the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth3, the same number of outgoing pulses as the reference pulse number is counted. Therefore, all the laser pulses emitted at the counting time t0 are considered to have a peak intensity higher than the threshold intensity Eth1. In addition, the number of outgoing pulses counted at a threshold intensity Eth0 that is one step higher than the threshold intensity Eth1 does not reach the reference pulse number. From this, it can be considered that the peak intensity (minimum peak intensity) of the pulse having the smallest light intensity among the laser pulses emitted at the counting time t0 exists in the intensity range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0. .

一方、最も高い閾値強度Eth0 について得られた出射パルス数N0 は「0」であるから、計数時間t0 に射出されたレーザパルスの中には、ピーク強度が閾値強度Eth0 よりも高いパルスは存在していないことが分かる。また、閾値強度Eth0 よりも一段階だけ低い閾値強度Eth1 で得られた出射パルス数N1 は「0」ではないから、閾値強度Eth1 を超えるピーク強度のレーザパルスは存在する。このことから、計数時間t0 に射出されたレーザパルスの中で、最も光強度の大きなパルスのピーク強度(最大ピーク強度)は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の強度範囲に存在すると考えることができる。図5(b)には、このようにして、各閾値強度Eth0 〜Eth3 について得られた出射パルス数N0 〜N3 に基づいて、最大ピーク強度が存在する強度範囲(最大ピーク強度範囲)と、最小ピーク強度が存在する強度範囲(最小ピーク強度範囲)とが求められた様子が示されている。   On the other hand, since the number N0 of emitted pulses obtained for the highest threshold intensity Eth0 is “0”, there is a pulse having a peak intensity higher than the threshold intensity Eth0 among the laser pulses emitted at the counting time t0. I understand that it is not. In addition, since the number N1 of emitted pulses obtained at a threshold intensity Eth1 that is one step lower than the threshold intensity Eth0 is not "0", there are laser pulses having a peak intensity exceeding the threshold intensity Eth1. From this, it can be considered that the peak intensity (maximum peak intensity) of the pulse having the highest light intensity among the laser pulses emitted at the counting time t0 exists in the intensity range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0. . FIG. 5B shows an intensity range in which the maximum peak intensity exists (maximum peak intensity range) based on the number of outgoing pulses N0 to N3 obtained for each threshold intensity Eth0 to Eth3 in this way, and the minimum A state in which an intensity range in which peak intensity exists (minimum peak intensity range) is obtained is shown.

また、レーザ発振器100の動作が異常であると誤判定してしまう図3(c)に示した場合については、図5(c)に示すような出射パルス数N0 〜N3 を得ることができる。このような場合にも、図5(b)と同様にして、最大ピーク強度が存在する強度範囲および最小ピーク強度が存在する強度範囲を求めることができる。ピーク強度が閾値強度Eth1 を超えるレーザパルスは存在しないが(何故なら、閾値強度Eth1 に対応する出射パルス数N1 が「0」なので)、一段階だけ低い閾値強度Eth2 を超えるレーザパルスは存在している(何故なら、閾値強度Eth2 に対応する出射パルス数N2 が「0」ではないので)。従って、最大ピーク強度が存在する強度範囲は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の範囲にあると考えることができる。また、閾値強度Eth2 では基準パルス数の出射パルス数が得られているが、一段だけ高い閾値強度Eth1 では、得られた出射パルス数N1 が基準パルス数に達していない。従って、最小ピーク強度が存在する強度範囲は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の範囲にあると考えることができる。本実施例のレーザ発振器100に搭載された制御部300の「ピーク強度範囲検出部」(図2参照のこと)では、以上のようにして、各閾値強度で得られた出射パルス数から、最大ピーク強度が存在する範囲(最大ピーク強度範囲)、および最小ピーク強度が存在する範囲(最小ピーク強度範囲)を検出する。   Further, in the case shown in FIG. 3C where the operation of the laser oscillator 100 is erroneously determined to be abnormal, the number of emitted pulses N0 to N3 as shown in FIG. 5C can be obtained. Even in such a case, the intensity range in which the maximum peak intensity exists and the intensity range in which the minimum peak intensity exists can be obtained in the same manner as in FIG. There is no laser pulse whose peak intensity exceeds the threshold intensity Eth1 (because the number of outgoing pulses N1 corresponding to the threshold intensity Eth1 is “0”), but there is a laser pulse that exceeds the threshold intensity Eth2 which is lower by one level. (Because the number N2 of outgoing pulses corresponding to the threshold intensity Eth2 is not "0"). Therefore, it can be considered that the intensity range in which the maximum peak intensity exists is in the range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0. Further, the number of outgoing pulses equal to the reference pulse number is obtained at the threshold intensity Eth2, but the obtained outgoing pulse number N1 does not reach the reference pulse number at the threshold intensity Eth1 that is higher by one level. Therefore, it can be considered that the intensity range in which the minimum peak intensity exists is in the range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0. In the “peak intensity range detection unit” (see FIG. 2) of the control unit 300 mounted on the laser oscillator 100 of the present embodiment, the maximum number is obtained from the number of emitted pulses obtained at each threshold intensity as described above. A range in which the peak intensity exists (maximum peak intensity range) and a range in which the minimum peak intensity exists (minimum peak intensity range) are detected.

制御部300に設けられた「異常判定部」(図2参照のこと)は、こうして求めた最大ピーク強度範囲および最小ピーク強度範囲に基づいて、レーザ発振器100の動作異常の有無を判定する。例えば、図5(b)に示した例では、最小ピーク強度範囲は閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の強度範囲にあるので、レーザパルスは十分な光強度を有しており、所望の周波数でパルスを出射している。また、最大ピーク強度範囲と最小ピーク強度範囲とは離れていない(図示した例では一致している)ので、レーザパルスの出力ばらつきも小さい。これらのことから、レーザ発振器100は正常に動作していると判定することができる。図5(c)に示した例についても同様に、最小ピーク強度範囲は閾値強度Eth2 〜閾値強度Eth1 の強度範囲にあり、最大ピーク強度範囲と最小ピーク強度範囲とが離れていないので、レーザ発振器100は正常に動作していると判定することができる。   An “abnormality determination unit” (see FIG. 2) provided in the control unit 300 determines whether there is an abnormal operation of the laser oscillator 100 based on the maximum peak intensity range and the minimum peak intensity range thus obtained. For example, in the example shown in FIG. 5B, since the minimum peak intensity range is in the intensity range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0, the laser pulse has sufficient light intensity, and the pulse has a desired frequency. Is emitted. Further, since the maximum peak intensity range and the minimum peak intensity range are not separated (in the illustrated example, they are the same), the output variation of the laser pulse is small. From these things, it can be determined that the laser oscillator 100 is operating normally. Similarly, in the example shown in FIG. 5C, the minimum peak intensity range is in the intensity range of threshold intensity Eth2 to threshold intensity Eth1, and the maximum peak intensity range and the minimum peak intensity range are not separated from each other. 100 can be determined to be operating normally.

図6は、レーザ発振器100の動作が異常と判定される場合を例示した説明図である。図6(a)には、光検出器112で検出された光強度の波形が、各閾値強度Eth0 〜Eth3 とともに示されている。このような波形について、各閾値強度での出射パルス数N0 、N1 、N2 、N3 を求めると、図6(b)に示す結果を得ることができる。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a case where the operation of the laser oscillator 100 is determined to be abnormal. In FIG. 6A, the waveform of the light intensity detected by the photodetector 112 is shown together with the respective threshold intensities Eth0 to Eth3. If the number of outgoing pulses N0, N1, N2, N3 at each threshold intensity is obtained for such a waveform, the result shown in FIG. 6B can be obtained.

図6(b)に示した結果では、閾値強度Eth3 で得られた出射パルス数N3 は基準パルス数と同じ値が計数されているが、閾値強度Eth2 で得られた出射パルス数N2 は基準パルス数に達していない。従って、最小ピーク強度は、閾値強度Eth3 〜閾値強度Eth2 の範囲に存在すると考えることができる。また、最も高い閾値強度Eth0 で得られた出射パルス数N0 は「0」であるが、閾値強度Eth1 で得られた出射パルス数N1 は「0」ではないから、最大ピーク強度は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の範囲に存在すると考えることができる。そしてこの場合は、最小ピーク強度が存在する強度範囲と、最大ピーク強度が存在する強度範囲との間に大きな隔たりが存在するので、レーザパルスの強度が大きくばらついており、レーザ発振器100が正常に動作していないと判定することができる。   In the result shown in FIG. 6B, the number of outgoing pulses N3 obtained with the threshold intensity Eth3 is the same as the number of reference pulses, but the number of outgoing pulses N2 obtained with the threshold intensity Eth2 is the reference pulse. The number has not been reached. Therefore, it can be considered that the minimum peak intensity exists in the range of the threshold intensity Eth3 to the threshold intensity Eth2. The number N0 of outgoing pulses obtained at the highest threshold intensity Eth0 is “0”, but the number N1 of outgoing pulses obtained at the threshold intensity Eth1 is not “0”, so the maximum peak intensity is the threshold intensity Eth1. It can be considered that it exists in the range of ~ threshold strength Eth0. In this case, since there is a large gap between the intensity range in which the minimum peak intensity exists and the intensity range in which the maximum peak intensity exists, the intensity of the laser pulse varies greatly, and the laser oscillator 100 operates normally. It can be determined that it is not operating.

また、図6(b)に示した例では、最小ピーク強度が存在する強度範囲も、閾値強度Eth3 〜閾値強度Eth2 と低くなっている。このような場合には、たとえ図6(c)に示したように、最小ピーク強度の強度範囲と最大ピーク強度の強度範囲とが離れていない場合でも、出力異常を正しく判定することができる。   In the example shown in FIG. 6B, the intensity range in which the minimum peak intensity exists is also low, from threshold intensity Eth3 to threshold intensity Eth2. In such a case, as shown in FIG. 6C, even when the intensity range of the minimum peak intensity and the intensity range of the maximum peak intensity are not separated from each other, the output abnormality can be correctly determined.

このように、本実施例のレーザ発振器100では、最小ピーク強度の存在範囲と、最小ピーク強度の存在範囲とを検出することによって、レーザ発振器100の動作異常の有無を精度良く判定することができる。判定に際しては、最小ピーク強度の許容存在範囲、および最大ピーク強度の許容存在範囲を予め設定しておき、最小ピーク強度の存在範囲および最大ピーク強度の存在範囲が、それぞれの許容存在範囲内にあるか否かを判断して、何れかが許容存在範囲を超えていた場合に、レーザ発振器100の動作異常と判定することができる。   As described above, in the laser oscillator 100 according to the present embodiment, the presence / absence of the operation abnormality of the laser oscillator 100 can be accurately determined by detecting the existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the minimum peak intensity. . In the determination, an allowable existence range of the minimum peak intensity and an allowable existence range of the maximum peak intensity are set in advance, and the existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the maximum peak intensity are within the respective allowable existence ranges. It is possible to determine that the operation of the laser oscillator 100 is abnormal when any of them exceeds the allowable existence range.

あるいは、最小ピーク強度と最大ピーク強度との許容偏差に基づいて、レーザ発振器100の動作異常の有無を判定するようにしても良い。すなわち、各出射パルス数から最小ピーク強度の存在範囲および最大ピーク強度の存在範囲を求めておく。そして、最小ピーク強度の存在範囲と、最大ピーク強度の存在範囲との偏差を求め、その偏差が予め設定しておいた許容範囲にあるか否かを判断する。その結果、偏差が許容範囲内にあった場合は、先に求めた最小ピーク強度の存在範囲が低すぎないか、あるいは最大ピーク強度の存在範囲が高すぎないかの何れか一方を確認する。最小ピーク強度の下限値あるいは最大ピーク強度の上限値の何れか一方を予め設定しておき、設定されている方の条件を確認すればよい。そして、最小ピーク強度の存在範囲と、最大ピーク強度の存在範囲との偏差が許容範囲内にあり、尚且つ、最小ピーク強度の存在範囲が下限値以上であるか、最大ピーク強度の存在範囲が上限値以下であった場合に、レーザ発振器100が正常に動作していると判定、それ以外の場合は、動作異常と判定してもよい。   Alternatively, the presence / absence of an abnormal operation of the laser oscillator 100 may be determined based on an allowable deviation between the minimum peak intensity and the maximum peak intensity. In other words, the existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the maximum peak intensity are obtained from the number of outgoing pulses. Then, a deviation between the existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the maximum peak intensity is obtained, and it is determined whether or not the deviation is within a preset allowable range. As a result, if the deviation is within the allowable range, it is confirmed whether the previously obtained minimum peak intensity existing range is not too low or the maximum peak intensity existing range is not too high. Any one of the lower limit value of the minimum peak intensity and the upper limit value of the maximum peak intensity may be set in advance, and the set condition may be confirmed. And the deviation between the existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the maximum peak intensity is within the allowable range, and the existence range of the minimum peak intensity is not less than the lower limit value, or the existence range of the maximum peak intensity is If it is less than or equal to the upper limit value, it may be determined that the laser oscillator 100 is operating normally, and otherwise, it may be determined that the operation is abnormal.

以上に詳しく説明したように、第1実施例のレーザ発振器100では、複数の閾値強度のそれぞれについて出射パルス数を求めることにより、レーザ発振器100の動作異常の有無を、簡単に且つ精度良く判定することが可能となる。   As described in detail above, in the laser oscillator 100 of the first embodiment, the presence or absence of abnormal operation of the laser oscillator 100 is determined easily and accurately by obtaining the number of emitted pulses for each of a plurality of threshold intensities. It becomes possible.

D.第2実施例 :
上述した第1実施例では、光検出器112で検出された同じ波形から、各閾値強度についての出射パルス数を求めることとした。これに対して、各閾値強度の出射パルス数を時分割して求めるようにしても良い。こうすれば、同時に複数の出射パルス数を計数する必要がないので、出射パルスを容易に計数することが可能となり、レーザ発振器100の動作判定を容易に実行することが可能となる。以下では、このような第2実施例について説明する。
D. Second embodiment:
In the first embodiment described above, the number of outgoing pulses for each threshold intensity is obtained from the same waveform detected by the photodetector 112. On the other hand, the number of outgoing pulses of each threshold intensity may be obtained by time division. By doing so, it is not necessary to count a plurality of outgoing pulses at the same time, so that outgoing pulses can be easily counted, and the operation determination of the laser oscillator 100 can be easily executed. Hereinafter, such a second embodiment will be described.

図7は、第2実施例のレーザ発振器100内で出射パルス数を計数するための大まかな回路構成を示した説明図である。図4(a)を用いて前述した第1実施例では、複数のアナログ比較器が並列に接続されており、光検出器112で検出された光強度の信号波形は各アナログ比較器に分配して供給されていた。これに対して、第2実施例では、光検出器112からの信号波形は1つのアナログ比較器に入力されている。また、アナログ比較器の閾値には、デジタル−アナログ変換器(DAC)の出力が入力されている。第2実施例では、このDACの出力が、計数時間t0 毎に、「閾値強度Eth3 →閾値強度Eth2 →閾値強度Eth1 →閾値強度Eth0 」と切り換わる階段波形となっている。すなわち、1つのアナログ比較器を計数時間t0 毎に時分割して、それぞれの分割時間内で異なる閾値強度との比較を行うのである。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing a rough circuit configuration for counting the number of outgoing pulses in the laser oscillator 100 of the second embodiment. In the first embodiment described above with reference to FIG. 4A, a plurality of analog comparators are connected in parallel, and the signal waveform of the light intensity detected by the photodetector 112 is distributed to each analog comparator. Had been supplied. On the other hand, in the second embodiment, the signal waveform from the photodetector 112 is input to one analog comparator. Further, the output of the digital-analog converter (DAC) is input to the threshold value of the analog comparator. In the second embodiment, the DAC output has a staircase waveform that switches from “threshold strength Eth3 → threshold strength Eth2 → threshold strength Eth1 → threshold strength Eth0” every counting time t0. That is, one analog comparator is time-divided for each counting time t0 and compared with a different threshold intensity within each divided time.

そして、アナログ比較器の出力パルスをカウンタで計数する。このとき、閾値強度が切り換わる度にカウンタをリセットすることにより、各分割時間内で光強度の波形が閾値時間を超えた回数を計数して出力する。こうすれば、閾値強度が、「閾値強度Eth3 →閾値強度Eth2 →閾値強度Eth1 →閾値強度Eth0 」と切り換わるタイミングに同期して、「出射パルス数N3 →出射パルス数N2 →出射パルス数N1 →出射パルス数N0 」と繰り返して、各閾値強度での出射パルス数を得ることができる。   Then, the output pulses of the analog comparator are counted with a counter. At this time, by resetting the counter each time the threshold intensity is switched, the number of times that the waveform of the light intensity exceeds the threshold time within each division time is counted and output. In this way, in synchronism with the timing at which the threshold intensity switches from “threshold intensity Eth3 → threshold intensity Eth2 → threshold intensity Eth1 → threshold intensity Eth0”, “number of output pulses N3 → number of output pulses N2 → number of output pulses N1 → The number of outgoing pulses at each threshold intensity can be obtained by repeating "number of outgoing pulses N0".

図8は、第2実施例のレーザ発振器100において、複数の閾値強度での出射パルス数を時分割で求める様子を示した説明図である。図8(a)には、レーザ発振器100が正常に動作している場合が例示されており、図8(b)には、正常に動作していない場合が例示されている。何れの場合についても、一定の計数時間t0 が経過する度に、閾値強度を、「閾値強度Eth3 →閾値強度Eth2 →閾値強度Eth1 →閾値強度Eth0 」と切り換えることにより、「出射パルス数N3 →出射パルス数N2 →出射パルス数N1 →出射パルス数N0 」の順番で、それぞれの出射パルス数を求めることができる。その結果、例えば図8(a)に例示した波形では、図5(b)に示した出射パルス数と同様な結果が得られるので、レーザ発振器100の動作は正常と判定することができる。また、図8(b)に例示した波形については、図6(b)と同様な結果が得られるので、動作異常と判定することが可能となる。その結果、第2実施例においても、第1実施例と同様に、レーザ発振器100の動作異常の有無を、簡単に且つ精度良く判定することが可能となる。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing how the number of outgoing pulses at a plurality of threshold intensities is obtained in a time division manner in the laser oscillator 100 of the second embodiment. FIG. 8A illustrates a case where the laser oscillator 100 is operating normally, and FIG. 8B illustrates a case where the laser oscillator 100 is not operating normally. In either case, every time a certain counting time t0 elapses, the threshold intensity is switched from “threshold intensity Eth3 → threshold intensity Eth2 → threshold intensity Eth1 → threshold intensity Eth0” to obtain “number of output pulses N3 → output. The number of emitted pulses can be determined in the order of the number of pulses N2 → the number of emitted pulses N1 → the number of emitted pulses N0. As a result, for example, with the waveform illustrated in FIG. 8A, the same result as the number of outgoing pulses shown in FIG. 5B can be obtained, so that the operation of the laser oscillator 100 can be determined to be normal. Further, for the waveform illustrated in FIG. 8B, the same result as in FIG. 6B can be obtained, so that it can be determined that the operation is abnormal. As a result, also in the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to easily and accurately determine whether or not the laser oscillator 100 is operating abnormally.

また、上述した第2実施例では、次のようにしても良い。先ず、閾値強度の設定を、「閾値強度Eth3 →閾値強度Eth2 →閾値強度Eth1 →閾値強度Eth0 →閾値強度Eth3 」と複数周期に亘って繰り返すことにより、「出射パルス数N3 →出射パルス数N2 →出射パルス数N1 →出射パルス数N0 →出射パルス数N3 」と、複数周期に亘って繰り返される出射パルス数を計数する。そして、複数周期に亘って計数された出射パルス数N3 、出射パルス数N2 、出射パルス数N1 、出射パルス数N0 を、それぞれ平均することによって、平均出射パルス数Nav3 、平均出射パルス数Nav2 、平均出射パルス数Nav1 、平均出射パルス数Nav0 を算出する。こうして各閾値強度について得られた平均出射パルス数Navに基づいて、最小ピーク強度の存在範囲、最大ピーク強度の存在範囲を求めることとしても良い。こうすれば、計測ばらつきの影響を受けることがなくなるので、レーザ発振器100の動作異常の有無を、より精度良く判定することが可能となる。   Further, in the second embodiment described above, the following may be performed. First, by repeating the setting of the threshold intensity over a plurality of periods as “threshold intensity Eth3 → threshold intensity Eth2 → threshold intensity Eth1 → threshold intensity Eth0 → threshold intensity Eth3”, “the number of emitted pulses N3 → the number of emitted pulses N2 → The number of emitted pulses repeated over a plurality of cycles is counted as “number of emitted pulses N1 → number of emitted pulses N0 → number of emitted pulses N3”. The average number of output pulses Nav3, average number of output pulses Nav2, average number of output pulses Nav, number N2 of output pulses, number of output pulses N1, and number of output pulses N0 counted over a plurality of periods are averaged. The number of outgoing pulses Nav1 and the average number of outgoing pulses Nav0 are calculated. The existence range of the minimum peak intensity and the existence range of the maximum peak intensity may be obtained based on the average number of outgoing pulses Nav thus obtained for each threshold intensity. By doing so, it is not affected by measurement variations, so that it is possible to determine the presence or absence of abnormal operation of the laser oscillator 100 with higher accuracy.

もちろん、前述した第1実施例においても同様に、各出射パルス数の計数を複数回繰り返して、それら計数値を平均することによって、各閾値強度での平均出射パルス数を求めることとしても良い。こうすれば、第1実施例においても、計測ばらつきの影響を排除して、レーザ発振器100の動作異常の有無を、より精度良く判定することが可能となる。   Of course, similarly in the first embodiment described above, it is also possible to obtain the average number of emitted pulses at each threshold intensity by repeating counting of the number of emitted pulses a plurality of times and averaging the counted values. By doing so, also in the first embodiment, it is possible to determine the presence or absence of abnormal operation of the laser oscillator 100 with higher accuracy by eliminating the influence of measurement variations.

E.変形例 :
上述した第1実施例および第2実施例については、幾つかの変形例を考えることができる。以下では、これら変形例について簡単に説明する。
E. Modified example:
Several modifications can be considered for the first and second embodiments described above. Hereinafter, these modified examples will be briefly described.

E−1.第1変形例 :
上述した第1実施例あるいは第2実施例では、各閾値強度の間隔については特に言及しなかった。しかし、各閾値強度の間隔は、次のように設定することが望ましい。一般に、レーザパルスのピーク強度には、許容可能なばらつきの最大値が定められている。ここでは、許容可能なばらつきの最大値を、「ピークバラツキ許容幅」と呼ぶことにする。各閾値強度の間隔は、このピークバラツキ許容幅よりも狭い間隔に設定することが望ましい。このようにしておけば、次のような理由から、レーザパルスのピーク強度のバラツキが、ピークバラツキ許容幅を超えたことを直ちに検出することができる。その結果、レーザ発振器100の動作異常をより精度良く判定することが可能となる。
E-1. First modification:
In the first embodiment or the second embodiment described above, the interval between the threshold strengths is not particularly mentioned. However, it is desirable to set the intervals between the threshold strengths as follows. Generally, the maximum value of the allowable variation is determined for the peak intensity of the laser pulse. Here, the maximum allowable variation is referred to as “peak variation allowable width”. It is desirable to set the interval between the threshold intensities to be an interval narrower than the peak variation allowable width. In this way, it is possible to immediately detect that the variation in the peak intensity of the laser pulse has exceeded the peak variation tolerance for the following reasons. As a result, it is possible to determine the operation abnormality of the laser oscillator 100 with higher accuracy.

図9は、第1変形例において、レーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。図9(a)には、各閾値強度の間隔が、ピークバラツキ許容幅よりも僅かに狭く設定されている場合が示されている。また、図9(b)には、各閾値強度の間隔が、ピークバラツキ許容幅の半分に設定されている場合が示されている。また、図9(a)および図9(b)の何れについても、光強度の波形は、ピーク強度のバラツキが許容限界となっているレーザパルスの波形となっている。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing how to determine whether or not the laser oscillator 100 is operating abnormally in the first modification. FIG. 9A shows a case where the interval between the threshold strengths is set slightly narrower than the peak variation allowable width. FIG. 9B shows a case where the interval between the threshold strengths is set to half of the peak variation allowable width. In both FIG. 9A and FIG. 9B, the light intensity waveform is a laser pulse waveform in which variation in peak intensity is within the allowable limit.

図9(a)に示した例では、最小ピーク強度がある強度範囲は、閾値強度Eth2 〜閾値強度Eth1 の範囲であり、最大ピーク強度がある強度範囲は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 となる。各閾値強度の間隔がピークバラツキ許容幅よりも僅かに狭く設定されている場合、バラツキ限界にあるレーザパルスの最小ピーク強度および最大ピーク強度の存在範囲は、図9(a)に示したように、隣接する2つの強度範囲にまたがって検出される。図9(a)に示した例では、閾値強度Eth2 〜閾値強度Eth1 の強度範囲と、これに隣接する閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の強度範囲とにまたがって検出されている。逆に、レーザパルスのピーク強度がバラツキ限界にある場合、最小ピーク強度および最大ピーク強度の存在範囲が、3つ以上の強度範囲にまたがって検出されることは起こり得ない。従って、最小ピーク強度および最大ピーク強度の存在範囲が3つ以上の強度範囲にまたがって検出された場合、そのレーザパルスは、ピーク強度のバラツキがピークバラツキ許容幅を超えていると判断することができる。   In the example shown in FIG. 9A, the intensity range having the minimum peak intensity is a range from threshold intensity Eth2 to threshold intensity Eth1, and the intensity range having the maximum peak intensity is threshold intensity Eth1 to threshold intensity Eth0. . When the interval between the threshold intensities is set slightly narrower than the peak variation allowable width, the existence range of the minimum peak intensity and the maximum peak intensity of the laser pulse at the variation limit is as shown in FIG. , Detected across two adjacent intensity ranges. In the example shown in FIG. 9A, the detection is performed across the intensity range of the threshold intensity Eth2 to the threshold intensity Eth1 and the intensity range of the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0 adjacent thereto. On the contrary, when the peak intensity of the laser pulse is at the variation limit, the existence range of the minimum peak intensity and the maximum peak intensity cannot be detected across three or more intensity ranges. Accordingly, when the existence range of the minimum peak intensity and the maximum peak intensity is detected over three or more intensity ranges, the laser pulse may determine that the peak intensity variation exceeds the peak variation allowable range. it can.

各閾値強度の間隔が、ピークバラツキ許容幅の半分に設定された図9(b)においても、同様なことが成立する。図9(b)に示した例では、最小ピーク強度の存在範囲は、閾値強度Eth3 〜閾値強度Eth2 の範囲であり、最大ピーク強度がある強度範囲は、閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 となる。各閾値強度の間隔がピークバラツキ許容幅の半分にく設定されている場合、バラツキ限界にあるレーザパルスの最小ピーク強度および最大ピーク強度の存在範囲は、1つの強度範囲を挟んで3つの強度範囲にまたがって検出される。図9(b)に示した例では、閾値強度Eth2 〜閾値強度Eth1 の強度範囲を間に挟んで、一つ下の強度範囲(閾値強度Eth3 〜閾値強度Eth2 )から、一つ上の強度範囲(閾値強度Eth1 〜閾値強度Eth0 の強度範囲)にかけての3つの強度範囲にまたがって検出される。従って、最小ピーク強度および最大ピーク強度の存在範囲が4つ以上の強度範囲にまたがって検出された場合、そのレーザパルスは、ピーク強度のバラツキがピークバラツキ許容幅を超えていると判断することができる。   The same is true in FIG. 9B in which the interval between the threshold strengths is set to half the allowable peak variation width. In the example shown in FIG. 9B, the existence range of the minimum peak intensity is a range from the threshold intensity Eth3 to the threshold intensity Eth2, and the intensity range having the maximum peak intensity is the threshold intensity Eth1 to the threshold intensity Eth0. When the interval between the threshold intensities is set to be half of the allowable peak variation width, the minimum peak intensity and the maximum peak intensity existing range of the laser pulse at the variation limit are three intensity ranges across one intensity range. Detected across. In the example shown in FIG. 9B, an intensity range one level higher than the lower intensity range (threshold intensity Eth3 to threshold intensity Eth2) with the intensity range of threshold intensity Eth2 to threshold intensity Eth1 in between. It is detected across three intensity ranges from (threshold intensity Eth1 to threshold intensity Eth0). Accordingly, when the existence range of the minimum peak intensity and the maximum peak intensity is detected over four or more intensity ranges, the laser pulse may determine that the peak intensity variation exceeds the peak variation allowable range. it can.

このように、各閾値強度の間隔を、ピークバラツキ許容幅よりも少なくとも狭い間隔に設定しておけば、レーザパルスのピーク強度のバラツキが許容限界を超えたことを直ちに検出することができる。その結果、レーザ発振器100の動作異常をより精度良く判定することが可能となる。尚、図9(a)と図9(b)とを比較すれば明らかなように、各閾値強度の間隔が狭くなるほど、レーザパルスのピーク強度のバラツキが許容限界を超えたことを、より精度良く検出することが可能である。   In this way, if the interval between the threshold intensities is set to an interval that is at least narrower than the peak variation allowable width, it can be immediately detected that the variation in the peak intensity of the laser pulse has exceeded the allowable limit. As a result, it is possible to determine the operation abnormality of the laser oscillator 100 with higher accuracy. 9A and 9B, as the interval between the threshold intensities becomes narrower, it is more accurate that the variation in the peak intensity of the laser pulse exceeds the allowable limit. It is possible to detect well.

E−2.第2変形例 :
また、上述した各種の実施例および変形例では、各閾値強度の中で最も低い閾値強度(最低閾値強度。上述した実施例では閾値強度Eth3 が該当する)の設定については、特に言及していない。しかし、最低閾値強度は、レーザパルスのピーク強度の許容可能な下限値に設定しておくことが望ましい。こうすれば、以下の理由から、レーザパルスのピーク強度が許容限界以上に低下したことを直ちに検出することができるので、レーザ発振器100の動作異常を精度良く判定することが可能となる。
E-2. Second modification:
Further, in the various embodiments and modifications described above, the setting of the lowest threshold strength among the threshold strengths (the minimum threshold strength, which corresponds to the threshold strength Eth3 in the above-described embodiments) is not particularly mentioned. . However, it is desirable that the minimum threshold intensity is set to an allowable lower limit value of the peak intensity of the laser pulse. By doing so, it is possible to immediately detect that the peak intensity of the laser pulse has fallen beyond the allowable limit for the following reason, so that it is possible to accurately determine an abnormal operation of the laser oscillator 100.

図10は、第2変形例において、レーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。図10(a)には、ピーク強度が許容可能な下限値(EthL )の近くまで低下したレーザパルスの波形が示されている。また、各閾値強度の最も低い閾値強度Eth3 は、ピーク強度の許容下限値EthL に設定されている。図10(a)に例示した場合は、レーザパルスのピーク強度はかろうじて許容下限値EthL を超えている。このため、各閾値強度についての出射パルス数を計数すると、図10(b)に示すような結果を得ることができる。最低閾値強度Eth3 をピーク強度の許容下限値EthL に設定しておけば、図10(b)に示すような結果が得られた場合に、「レーザ発振器100の動作は正常であるが、出力レベルが許容限界付近まで低下している」と正しく判断することができる。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the presence or absence of abnormal operation of the laser oscillator 100 is determined in the second modification. FIG. 10A shows the waveform of a laser pulse in which the peak intensity is reduced to near the allowable lower limit (EthL). The lowest threshold intensity Eth3 of each threshold intensity is set to the allowable lower limit value EthL of the peak intensity. In the case illustrated in FIG. 10A, the peak intensity of the laser pulse barely exceeds the allowable lower limit value EthL. For this reason, when the number of outgoing pulses for each threshold intensity is counted, a result as shown in FIG. 10B can be obtained. If the minimum threshold intensity Eth3 is set to the allowable lower limit value EthL of the peak intensity, when the result shown in FIG. 10B is obtained, “the operation of the laser oscillator 100 is normal, but the output level Can be correctly determined.

その後も、レーザ発振器100の使用を続けているうちに、各閾値強度での出射パルス数の計数結果が、図10(c)に示した結果になったら、レーザパルスの出力レベルが許容限界以下に低下したと判断することができる。   After that, while the laser oscillator 100 continues to be used, if the result of counting the number of emitted pulses at each threshold intensity becomes the result shown in FIG. 10C, the output level of the laser pulse is below the allowable limit. It can be determined that it has dropped.

このように第2変形例においては、最低閾値強度Eth3 がピーク強度の許容可能な下限値EthL に設定されているので、レーザパルスのピーク強度が許容限界以上に低下したことを直ちに検出することができるので、レーザ発振器100の動作異常を精度良く判定することが可能となる。   As described above, in the second modification, since the minimum threshold intensity Eth3 is set to the allowable lower limit value EthL of the peak intensity, it is possible to immediately detect that the peak intensity of the laser pulse has decreased to the allowable limit or more. Therefore, it is possible to accurately determine an operation abnormality of the laser oscillator 100.

以上、本発明について各種の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。   While various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and is not limited to the wording of each claim unless it departs from the scope described in each claim. Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can also be added as appropriate to the extent that those skilled in the art can easily replace them.

本実施例のレーザ発振器100を搭載したレーザ加工機10の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the laser processing machine 10 carrying the laser oscillator 100 of a present Example. 本実施例のレーザ発振器100の内部構造を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the internal structure of the laser oscillator 100 of a present Example. 従来のレーザ発振器で採用されてきた動作異常の判定方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the determination method of the operation abnormality employ | adopted with the conventional laser oscillator. 第1実施例のレーザ発振器100内で出射パルス数を計数するための大まかな回路構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the rough circuit structure for counting the number of emitted pulses in the laser oscillator 100 of 1st Example. 複数の閾値強度について得られた出射パルス数に基づいてレーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that the presence or absence of operation abnormality of the laser oscillator 100 was determined based on the number of the emitted pulses obtained about several threshold intensity | strength. レーザ発振器100の動作が異常と判定される場合を例示した説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a case where the operation of the laser oscillator 100 is determined to be abnormal. FIG. 第2実施例のレーザ発振器100内で出射パルス数を計数するための大まかな回路構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the rough circuit structure for counting the number of emitted pulses within the laser oscillator 100 of 2nd Example. 第2実施例のレーザ発振器100において複数の閾値強度での出射パルス数を時分割で求める様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that the laser oscillator 100 of 2nd Example calculates | requires the emitted pulse number by several threshold intensity | strength by a time division. 第1変形例においてレーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that the presence or absence of operation abnormality of the laser oscillator 100 in the 1st modification was determined. 第2変形例においてレーザ発振器100の動作異常の有無を判定する様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that the presence or absence of the operation abnormality of the laser oscillator 100 in the 2nd modification was determined.

符号の説明Explanation of symbols

10…レーザ加工機、 12…反射ミラー、 14…出射レンズ、
100…レーザ発振器、 102,104…反射ミラー、
106…レーザ媒質、 108…励起光源、 110…変調器、
112…光検出器、 200…光学系、 300…制御部
302…出射パルス数計数部、 W…被加工対象物
10 ... Laser beam machine, 12 ... Reflection mirror, 14 ... Outgoing lens,
100 ... laser oscillator, 102,104 ... reflecting mirror,
106 ... Laser medium, 108 ... Excitation light source, 110 ... Modulator,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 112 ... Photodetector 200 ... Optical system 300 ... Control part 302 ... Output pulse number counting part, W ... Work target object

Claims (4)

パルス状のレーザ光であるレーザパルスを所定周波数で出射するレーザ発振器において、
前記レーザパルスを受光する受光手段と、
前記受光されたレーザパルスの光強度に基づいて、所定の計数時間内の該レーザパルスのパルス数を計数することにより、該レーザパルスの出射パルス数を検出する出射パルス数検出手段と、
前記レーザパルスの前記所定周波数と前記計数時間とによって定まる基準パルス数と、前記レーザパルスの異なる光強度レベルに基づいて得られた前記出射パルス数とを比較することにより、前記計数時間内に得られた前記レーザパルスのピーク強度の最小値と最大値とが、それぞれに定められた所定の基準範囲内にあるか否かを判断することによって、前記レーザ発振器の異常の有無を判定する異常判定手段と
を備えることを特徴とするレーザ発振器。
In a laser oscillator that emits a laser pulse that is a pulsed laser beam at a predetermined frequency,
A light receiving means for receiving the laser pulse;
Based on the light intensity of the received laser pulse, an emission pulse number detecting means for detecting the number of emission pulses of the laser pulse by counting the number of pulses of the laser pulse within a predetermined counting time;
By comparing the number of reference pulses determined by the predetermined frequency of the laser pulse and the counting time with the number of emitted pulses obtained based on different light intensity levels of the laser pulse, the number of pulses obtained within the counting time is obtained. An abnormality determination for determining whether or not the laser oscillator is abnormal by determining whether or not the minimum value and the maximum value of the peak intensity of the laser pulse are within a predetermined reference range respectively determined And a laser oscillator.
請求項1に記載のレーザ発振器において、
前記異常判定手段は、前記ピーク強度の最小値と最大値との偏差が、所定の基準値よりも大きい場合に、前記レーザ発振器の動作が異常であると判定する手段であることを特徴とするレーザ発振器。
The laser oscillator according to claim 1, wherein
The abnormality determining means is means for determining that the operation of the laser oscillator is abnormal when a deviation between the minimum value and the maximum value of the peak intensity is larger than a predetermined reference value. Laser oscillator.
請求項1に記載のレーザ発振器において、
前記出射パルス数検出手段は、前記出射パルス数を検出するための前記光強度レベルを、前記計数時間毎に段階的に変化させながら、該出射パルス数を検出する手段であることを特徴とするレーザ発振器。
The laser oscillator according to claim 1, wherein
The emitted pulse number detecting means is means for detecting the emitted pulse number while gradually changing the light intensity level for detecting the emitted pulse number for each counting time. Laser oscillator.
請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載のレーザ発振器を備えることを特徴とするレーザ加工機。   A laser processing machine comprising the laser oscillator according to any one of claims 1 to 3.
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