JP2562367B2 - レーザ発振装置 - Google Patents

レーザ発振装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、YAGレーザ等ガラスを透過するレーザ光を
発振するレーザ発振装置に関する。
〔従来の技術〕
ガラスを透過するレーザ光を発振するレーザ発振装置
としては、例えば第7図に示すようなレーザ発振器が知
られている。
つまり、反射ミラー1と出口ミラー2を備えたレーザ
ロッド3と対向して励起ランプ4を配設し、この励起ラ
ンプ4の電極5に電源6を接続し、励起ランプ4に電流
を流してレーザロッド3を励起することで出力ミラー2
よりレーザ光Aを発振するようにしてある。
このようなレーザ発振器より発振されるレーザ光は加
工物の切断、穴あけに利用したり、部材表面に文字・図
形などを形成するのに利用され、レーザ光エネルギーは
加工精度に大きく影響するので、レーザ光のエネルギ
ー、つまりレーザパワーを一定の値となるように安定化
させ、異なる文字・図形を形成するためにレーザ光のモ
ードを任意に切換えることが必要となる。
しかしながら、前述のレーザ発振器においては励起ラ
ンプ4への電流変動により励起エネルギーが変動するこ
とでレーザパワーが変動してしまうから、従来は励起ラ
ンプ4と電源6との電源回路7に電流計8を設け、その
電流計8で励起ランプ4への電流値を検知して一定の値
となるように電流を制御してレーザ光のエネルギーを安
定化させている。
また、レーザ光Aの光路に、レンズとマスクの組合せ
より成るアパーチャーを設けてレーザ光のモードを切換
えている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、レーザ光のエネルギーが変動する要因
は励起ランプ4への電流変動だけではなく、励起ランプ
4のインピーダンス変化、レーザロッドの変形、ミラー
のゆがみ、光学系のよごれ、励起ランプ4の効率変化、
温度変化などによってもレーザ光のエネルギーが変動
し、前記励起ランプ4のインピーダンスはランプ冷却水
温によって微妙に変動するばかりでなく、経時変化等に
より微小変化するので、前述のように励起ランプ4への
電流を制御したとしてもレーザ光のエネルギーは微小変
動してしまうから、微細加工にレーザ光を利用した場合
には加工精度が低下してしまう。
また、アパーチャーでレーザ光のモードを切換えるの
で、異なるモードに切換えるにはそのモードに適したア
パーチャーと交換せねばならず、その操作が面倒である
ばかりか、多数のアパーチャーを準備する必要がある。
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした
レーザ発振装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
(1)レーザ発振器Bのレーザ光路に、レーザ光を拡大
して単位面積当りのレーザ光エネルギーを低くするビー
ムエキスパンダ10を設け、 前記拡大されたレーザ光路に液晶マスク11を設け、 前記拡大されたレーザ光路における液晶マスク11の出
力側に拡大されたレーザ光を収束して単位面積当りのレ
ーザ光エネルギーを高くする集光レンズ12を設け、 前記ビームエキスパンダ10で拡大された後に液晶マス
ク11を透過したレーザ光の一部を受光する位置に、その
レーザ光エネルギーを検出するデイテクタ18を設け、 該デイテクタ18で検出したレーザ光エネルギーと所定
のレーザ光エネルギーとの変動分に応じて前記液晶マス
ク11の印加電圧を制御する制御回路17を設けたレーザ発
振装置であり、これによってレーザ光のエネルギー変化
に応じて散乱型液晶マスクの光透過率を変化してレーザ
光エネルギーを安定化できる。
(2)レーザ発振器Bのレーザ光路に、ビームエキスパ
ンダ10、液晶マスクの透明電極を任意形状に分割したス
クリーン20、集光レンズ12を設け、その透明電極の印加
電圧をコントロールする制御回路17を設けたレーザ発振
装置であり、これによって透明電極の印加電圧をコント
ロールすることで液晶マスクの光透過率を部分的に異な
らせて任意形状のパターンを得ることができる。
〔実施例〕
第1図に示すように、レーザ発振器Bから発振される
レーザ光Aの光路にビームエキスパンダー10、散乱型液
晶マスク11、集光レンズ12を順次間隔を置いて配設す
る。
これによって、レーザ発振器Bから発振されたレーザ
光Aはビームエキスパンダー10で拡げられ単位面積当り
のエネルギーが低くされ散乱型液晶マスク11に入射さ
れ、集光レンズ12で集束されて単位面積当りのエネルギ
ーを再び高くして加工物13に照射される。
前記散乱型液晶マスク11は第2図のように、液晶14を
有するポリマーマトリックス15の両面に透明電極付プラ
スチックフィルム16,16を配設したもので、その透明電
極付プラスチックフィルム16,16に印加される電圧が高
くなると透明度、つまり光の透過率が高くなる性質を有
し、第1図に示すように制御回路17より印加される電圧
でコントロールされる。
前記散乱型液晶マスク11の出口側には、ゲルマニウム
パワー計等の光のエネルギーを精密に高速で測定できる
デイテクター18が設けられ、散乱型液晶マスク11を出た
レーザ光Aの一部はデイテクター18に入光し、その他の
レーザ光Aは集光レンズ12によって再び単位面積当りの
エネルギーを高くされ加工物13に照射される。
前記デイテクター18で測定したレーザ光のエネルギー
は制御回路17に入力され、その測定した値が予め設定し
た値より変動している場合には、その変動分に応じて散
乱型液晶マスク11への電圧をコントロールしてレーザ光
のエネルギーを一定に制御する。
19はレーザ光のレーザパワーを精密にコントロールす
る可変抵抗である。
次に、前記レーザパワーの変動を補正して安定化させ
る動作の一例を説明する。
レーザパワー調整時には散乱型液晶マスク11の電圧
を、最大電圧時の光透過率の60%〜80%の光透過率とな
る値とし、デイテクター18で測定したレーザ光のエネル
ギーと予じめ設定したレーザ光のエネルギーとの変動分
に応じて電圧を制御して光透過率を40%〜20%の範囲で
コントロールし、測定したレーザ光のエネルギーと予じ
め設定したレーザ光のエネルギーを一致させて安定化す
る。
例えば、制御回路17でP・I・D又は学習制御、現代
制御、Fuzzy制御等による方法で変動分に見合う印加電
圧制御量を演算し、それによって散乱型液晶マスク11の
印加電圧を制御して光透過率をコントロールすること
で、散乱型液晶マスク11を出たレーザ光のエネルギーを
予じめ設定したレーザ光のエネルギーと一致させ、加工
物13に照射されるレーザ光のエネルギーを一定として安
定化する。
前記制御回路17は前述の変動分が散乱型液晶マスク11
の電圧制御による光透過率の変化によって補正できる範
囲であるかを判断する回路を備え、補正できる範囲であ
れば前述のように電圧制御するが、補正できる範囲より
変動分が大きい場合には前述の電圧制御を行わずに、レ
ーザ発振器Bの電源に電流制御信号を出力して励起ラン
プ4の電流を制御して発振されるレーザ光のエネルギー
自体をコントロールして散乱型液晶マスク11を出たレー
ザ光のエネルギーを一定の値として安定化させる。
この動作をフローチャートで示すと第3図のようにな
る。
第4図に示すように、ビームエキスパンダ10と集光レ
ンズ12との間にスクリーン20を設ける。
該スクリーン20は散乱型液晶マスク11の透明電極付プ
ラスチックフィルム16を所定パターンに多数分割して配
設したもの、例えば第5図に示すように散乱型液晶マス
ク11の透明電極付プラスチックフィルム16を同心円状に
多数分割したものであり、その各透明電極付プラスチッ
クフィルム16に制御回路17より電圧を印加制御するよう
にしてあり、その制御回路17にはデイテクタ18よりスク
リーン20を出たレーザ光のエネルギーがフィードバック
されると共に、マンマシーンインターフェース21よりパ
ターン選択信号が入力されるようにしてある。
このようであるから、例えば第1モード選択信号を入
力すると制御回路17より第6図(a)斜線部分の透明電
極付プラスチックフィルム16への印加電圧を低くして光
透過率を低下し、他の透明電極付プラスチックフィルム
16への印加電圧を高くして光透過率を100%とし、これ
によって第6図(a)で示すモードCが得られる。
同様に第2モード選択信号を入力すると制御回路17よ
り第6図(b)斜線部分の透明電極付プラスチックフィ
ルム16への印加電圧を低くして光透過率を低下し、他の
透明電極付プラスチックフィルム16への印加電圧を高く
して光透過率を100%とし、これによって第6図(b)
で示すモードDが得られる。
第3モード選択信号を入力すると第6図(c)に示す
ように全ての透明電極付プラスチックフィルム16への印
加電圧を高くして光透過率を100%とし、これによって
第6図(c)に示すモードEが得られる。
つまり、散乱型液晶マスク11は透過電極に印加する電
圧によって光透過率が0〜100%の範囲で変化するの
で、透明電極を任意の形状に分割し、その任意の透明電
極の印加電圧を高くし、他の透明電極の印加電圧を低く
すれば、散乱型液晶マスク11の部分的光透過率が異なる
ので、任意の形状のモードが得られる。
また、透明電極への印加電圧をコントロールすること
で光透過率を調整できるから、加工物13に照射されるレ
ーザ光のエネルギーを調整できる。
また、デイテクタ18で散乱型液晶マスク11を出たレー
ザ光のエネルギーを検出し、その値を制御回路17にフィ
ードバックして印加電圧を制御できるから、所望するエ
ネルギーに精度良く調整できる。
〔発明の効果〕
1.液晶マスク11を出たレーザ光エネルギーの変動分に応
じて液晶マスク11の印加電圧を制御して光透過率をコン
トロールし、それによってレーザ光エネルギーを所望の
値として安定化するので、励起ランプのインピーダンス
変化、レーザロッドの変形、ミラーのゆがみ、光学系の
よごれ、励起ランプの効率変化、温度変化などがあって
もレーザ光のエネルギーを安定化でき、微細加工時の加
工精度を向上できる。
また、レーザ光を、ビームエキスパンダー10で単位面
積当りエネルギーを低くしてから液晶マスク11に入射
し、さらにデイテクタ18に一部のレーザ光を入射するの
で、液晶マスク11、デイテクタ18に入射するレーザ光の
エネルギー密度は小さくなって液晶マスク11が高温とな
ることがなく、液晶マスク11を構成する高ポリマー物質
が変色、変形、塑性変形等が生じることがなく耐久性が
優れたものとなり、デイテクタ18を熱エネルギーに対し
て弱い半導体等の高精度のものを用いることができるの
でレーザ光のエネルギー検出精度が良くなってより安定
化できる。
また、ビームエキスパンダ10で拡大したレーザ光を集
光レンズ12で収束して単位面積当りのレーザ光エネルギ
ーを高くしているので、そのレーザ光を加工物の切断、
穴あけなどに利用できる。
2.分割した透明電極への印加電圧をコントロールするこ
とで液晶マスク11の部分的光透過率を異ならせて任意形
状のパターンとすることができ、印加電圧をコントロー
ルするだけの簡単な操作でレーザ光のパターンを任意に
変更できる。
液晶マスク11に入射するレーザ光のエネルギー密度は
小さいので、その液晶マスク11を構成する高ポリマー物
質が変色、変形、塑性変形することがなく、耐久性を向
上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す全体図、第2図は散
乱型液晶マスクの説明図、第3図は動作フローチャー
ト、第4図は第2実施例の全体図、第5図はスクリーン
の斜視図、第6図(a)、(b)、(c)はパターン制
御の説明図、第7図はレーザ発振器の説明図である。 10はビームエキスパンダ、11は散乱型液晶マスク、12は
集光レンズ、13は加工物、17は制御回路、18はデイテク
タ、20はスクリーン。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ発振器Bのレーザ光路に、レーザ光
    を拡大して単位面積当りのレーザ光エネルギーを低くす
    るビームエキスパンダ10を設け、 前記拡大されたレーザ光路に液晶マスク11を設け、 前記拡大されたレーザ光路における液晶マスク11の出力
    側に拡大されたレーザ光を収束して単位面積当りのレー
    ザ光エネルギーを高くする集光レンズ12を設け、 前記ビームエキスパンダ10で拡大された後に液晶マスク
    11を透過したレーザ光の一部を受光する位置に、そのレ
    ーザ光エネルギーを検出するデイテクタ18を設け、 該デイテクタ18で検出したレーザ光エネルギーと所定の
    レーザ光エネルギーとの変動分に応じて前記液晶マスク
    11の印加電圧を制御する制御回路17を設けたことを特徴
    とするレーザ発振装置。
  2. 【請求項2】レーザ発振器Bのレーザ光路に、ビームエ
    キスパンダ10、液晶マスク11の透明電極を任意形状に分
    割したスクリーン20、集光レンズ12を設け、前記透明電
    極を印加電圧をコントロールする制御回路17を設けたこ
    とを特徴とするレーザ発振装置。
  3. 【請求項3】液晶マスク11出口側のデイテクタ18で検出
    したレーザ光エネルギーの変動分に応じて、液晶マスク
    11への印加電圧を制御することで液晶マスク11の光透過
    率を変化させてワークへの照射光エネルギーを安定化す
    る請求項1記載のレーザ発振装置。
  4. 【請求項4】液晶マスク11出口側のデイテクタ18で検出
    したレーザ光エネルギーの変動分が、液晶マスク11への
    印加電圧を制御することによる液晶マスク11の光透過率
    変化で補正できる範囲か否かを判定する手段を備え、補
    正可能であれば液晶マスク11への印加電圧の制御を行う
    ことを特徴とする請求項3記載のレーザ発振装置。
  5. 【請求項5】液晶マスク11出口側のデイテクタ18で検出
    したレーザ光エネルギーの変動分が、液晶マスク11への
    印加電圧を制御することによる液晶マスク11の光透過率
    変化で補正できる範囲か否かを判定する手段を備え、補
    正可能範囲外であれば、レーザ発振器電源にランプ電流
    制御信号を出力して励起ランプの電流を制御してレーザ
    光エネルギー自体をコントロールし、液晶マスク11を透
    過する光エネルギーを安定化させることを特徴とする請
    求項3記載のレーザ発振装置。
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