JP2580842B2 - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JP2580842B2 JP2580842B2 JP2144097A JP14409790A JP2580842B2 JP 2580842 B2 JP2580842 B2 JP 2580842B2 JP 2144097 A JP2144097 A JP 2144097A JP 14409790 A JP14409790 A JP 14409790A JP 2580842 B2 JP2580842 B2 JP 2580842B2
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- control
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はレーザ装置に関し、更に詳しくは、エキシマ
レーザ等の、レーザ出力の安定化制御を、電源電圧値を
デジタル設定することによって実現しているレーザ装置
に関する。
レーザ等の、レーザ出力の安定化制御を、電源電圧値を
デジタル設定することによって実現しているレーザ装置
に関する。
〈従来の技術〉 エキシマレーザ等においては、一般に、レーザの動作
電圧をデジタル設定して、その設定電圧を変化させるこ
とによってレーザ出力を制御している。
電圧をデジタル設定して、その設定電圧を変化させるこ
とによってレーザ出力を制御している。
従来のこの種のレーザ装置においては、電源電圧を変
更できる最小分解能に関連して、レーザ出力の制御分解
能は定数として制御に供いているとともに、動作電圧の
変更も一回の動作では一定としている。
更できる最小分解能に関連して、レーザ出力の制御分解
能は定数として制御に供いているとともに、動作電圧の
変更も一回の動作では一定としている。
〈発明が解決しようとする課題〉 以上のような従来のレーザ装置においては、制御分解
能を一定として制御している関係上、レーザの平均出力
を安定化する動作を行っているとき、電源電圧を最小単
位（変更可能な分解能）で変化させても、レーザ出力が
安定せず、ハンチングしたり、あるいは装置能力に応じ
た細かな制御ができない場合がある。
能を一定として制御している関係上、レーザの平均出力
を安定化する動作を行っているとき、電源電圧を最小単
位（変更可能な分解能）で変化させても、レーザ出力が
安定せず、ハンチングしたり、あるいは装置能力に応じ
た細かな制御ができない場合がある。
また、電源電圧を毎回同じだけ変化させていたので
は、出力が大きく変化したとき、あるいは大きく変化さ
せようとするとき、出力が安定状態になるまでの時間が
長くなってしまう場合がある。
は、出力が大きく変化したとき、あるいは大きく変化さ
せようとするとき、出力が安定状態になるまでの時間が
長くなってしまう場合がある。
〈課題を解決するための手段〉 本発明の目的は上記した問題点を解決すべくなされた
もので、その特徴とするところは、レーザ出力をモニタ
する出力モニタ手段と、そのモニタ結果と電源電圧の現
設定値およびその変更可能な分解能から、レーザ出力安
定化制御の制御定数を算出する演算手段を備えた点にあ
る。
もので、その特徴とするところは、レーザ出力をモニタ
する出力モニタ手段と、そのモニタ結果と電源電圧の現
設定値およびその変更可能な分解能から、レーザ出力安
定化制御の制御定数を算出する演算手段を備えた点にあ
る。
〈作用〉 前記した問題点は、レーザ出力は動作電圧を入力とし
てほぼ比例動作として扱えるものの、比例定数は条件に
より、また、同条件下においても変化することに起因し
ている。
てほぼ比例動作として扱えるものの、比例定数は条件に
より、また、同条件下においても変化することに起因し
ている。
本発明では、比例定数等の制御定数を一定として扱わ
ず、レーザ出力をモニタし、その実測結果と現設定電源
電圧値およびその変更可能な分解能から、出力制御分解
能等の制御定数を変更することにより、常に実際の条件
に適応した制御を可能としている。
ず、レーザ出力をモニタし、その実測結果と現設定電源
電圧値およびその変更可能な分解能から、出力制御分解
能等の制御定数を変更することにより、常に実際の条件
に適応した制御を可能としている。
〈実施例〉 第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
レーザヘッド１から出射したレーザ光は、ビームスプ
リッタ２によってその一部が取り出されてモニタ用焦電
センサ３に入射する。この焦電センサ３の出力はＡ−Ｄ
変換器４によってデジタル化され、本体コントローラ５
に採り込まれる。
リッタ２によってその一部が取り出されてモニタ用焦電
センサ３に入射する。この焦電センサ３の出力はＡ−Ｄ
変換器４によってデジタル化され、本体コントローラ５
に採り込まれる。
レーザヘッド１に供給される動作電圧は、高圧電源本
体６から供給される。そして、この高圧電源本体６から
の高圧出力値は、高圧電源モニタ・制御回路７によって
検出され、Ａ−Ｄ変換器８によってデジタル化された
後、本体コントローラ５に採り込まれる。
体６から供給される。そして、この高圧電源本体６から
の高圧出力値は、高圧電源モニタ・制御回路７によって
検出され、Ａ−Ｄ変換器８によってデジタル化された
後、本体コントローラ５に採り込まれる。
本体コントローラ５はコンピュータを主体として構成
され、採り込んだセンサ出力値を積算し、その結果をコ
ンソール９に供給するとともに、高圧電源モニタ・制御
回路７から採り込んだ高圧電圧値、つまり現時点におけ
るレーザヘッド１の動作電圧の検出結果についても、動
作電圧フィードバック信号としてコンソール９に送信す
る。
され、採り込んだセンサ出力値を積算し、その結果をコ
ンソール９に供給するとともに、高圧電源モニタ・制御
回路７から採り込んだ高圧電圧値、つまり現時点におけ
るレーザヘッド１の動作電圧の検出結果についても、動
作電圧フィードバック信号としてコンソール９に送信す
る。
コンソール９はコンピュータを主体として構成され、
本体コントローラ５とは光データ通信ライン10によって
相互にデータの授受が可能となっているとともに、同じ
く光通信ラインで構成されたフィードバック通信ライン
11によってフィードバック信号を受け取ることが可能と
なっている。
本体コントローラ５とは光データ通信ライン10によって
相互にデータの授受が可能となっているとともに、同じ
く光通信ラインで構成されたフィードバック通信ライン
11によってフィードバック信号を受け取ることが可能と
なっている。
なお、以上の構成のうち、コンソール９および高圧電
源本体６を除くパーツはレーザ本体12内に組み込まれて
いる。
源本体６を除くパーツはレーザ本体12内に組み込まれて
いる。
さて、以上の本発明実施例において、本体コントロー
ラ５およびコンソール９は、以下の演算によって制御定
数を決定し、以後、その決定された制御定数を用いて高
圧電源本体６の出力電圧を制御する。なお、ここでは本
発明をエキシマレーザに適用した場合について述べる。
ラ５およびコンソール９は、以下の演算によって制御定
数を決定し、以後、その決定された制御定数を用いて高
圧電源本体６の出力電圧を制御する。なお、ここでは本
発明をエキシマレーザに適用した場合について述べる。
まず、レーザの動作電圧とレーザ出力エネルギについ
て検討する。レーザの動作電圧をVoutからVout＋ΔＶに
変えたときの出力エネルギの変化量ΔＥは、 と予想される。ただし、ηは効率でΔＶが十分小さいと
きには殆ど変化しないものとする。
て検討する。レーザの動作電圧をVoutからVout＋ΔＶに
変えたときの出力エネルギの変化量ΔＥは、 と予想される。ただし、ηは効率でΔＶが十分小さいと
きには殆ど変化しないものとする。
動作電圧がVoutのときのレーザ出力がＥと測定された
とすると、 となる。
とすると、 となる。
（２）式を（１）式に代入して整理すると、 となる。
（３）式より、電圧がVoutのときの出力エネルギＥを
Ｅ＋ΔＥに変化させるための新しい動作電圧Vnewは、 また、電源電圧の変更可能な分解能をdVとすると、レ
ーザ出力制御分解能dEは（３）式より、 と求めることができる。
Ｅ＋ΔＥに変化させるための新しい動作電圧Vnewは、 また、電源電圧の変更可能な分解能をdVとすると、レ
ーザ出力制御分解能dEは（３）式より、 と求めることができる。
以上の検討を踏まえ、実際の出力制御アルゴリズムを
述べると、以下の通りである。第２図にそのフローチャ
ートを示す。
述べると、以下の通りである。第２図にそのフローチャ
ートを示す。
先ずST1において、平均エネルギＥの測定と出力制御
分解能dEの演算を行う。dEの演算は（５）により行う
が、（５）式中のVoutは平均エネルギＥを測定したとき
の動作電圧、dVなデジタル設定可能な電源電圧の最小値
（変更可能な分解能）とする。また、平均エネルギＥは
焦電センサ３からの出力の本体コントローラ５による積
算値である。
分解能dEの演算を行う。dEの演算は（５）により行う
が、（５）式中のVoutは平均エネルギＥを測定したとき
の動作電圧、dVなデジタル設定可能な電源電圧の最小値
（変更可能な分解能）とする。また、平均エネルギＥは
焦電センサ３からの出力の本体コントローラ５による積
算値である。
出力制御分解能dEが定まれば、次いでST2以下の出力
制御のための動作に入る。ST2では、制御のための平均
エネルギ積算値Ｅを測定する。
制御のための動作に入る。ST2では、制御のための平均
エネルギ積算値Ｅを測定する。
次にST3でレーザ出力設定値とST2で測定された値Ｅと
の差ΔＥを計算する。
の差ΔＥを計算する。
このとき、平均エネルギ制御動作時には、 ΔＥ＝Ｆ・Es・Ｔ−Ｅ またパワー制御動作時においては、 ΔＥ＝Ps・Ｔ−Ｅ となる。ただし、Esはエネルギ設定値（目標エネルギ）
であり、Psはパワー設定値（目標パワー）、Ｔは測定積
算時間である。
であり、Psはパワー設定値（目標パワー）、Ｔは測定積
算時間である。
ST4では、以上の計算で得られたレーザ出力設定値と
測定値の差ΔＥを、ST1で演算された現時点での出力制
御分解能dEとの関連において評価し、その結果に基づい
て以下の動作を行う。
測定値の差ΔＥを、ST1で演算された現時点での出力制
御分解能dEとの関連において評価し、その結果に基づい
て以下の動作を行う。
すなわち、 ｉ）−dE≦ΔＥ≦dEのとき、何もしないでST2に戻る。
ii）ｉ）を満足しないとき、ST5において（４）式によ
り新しい動作電圧Vnewを算出する。そして、続くST6お
よびST10においてこのVnewの値について評価し、それに
基づいて以下の動作を行う。
り新しい動作電圧Vnewを算出する。そして、続くST6お
よびST10においてこのVnewの値について評価し、それに
基づいて以下の動作を行う。
すなわち、 ａ）ST6でVnew＞設定可能な上限電圧Vmaxと判別された
とき、Vnew＝Vmaxと設定する（ST7）。なお、この状態
ですでに、Vout＝Vmaxであるか否かをST8で判別し、そ
うであるなら制御不能であるから、ST9に進んでハロゲ
ンインジェクションを行う。
とき、Vnew＝Vmaxと設定する（ST7）。なお、この状態
ですでに、Vout＝Vmaxであるか否かをST8で判別し、そ
うであるなら制御不能であるから、ST9に進んでハロゲ
ンインジェクションを行う。
ｂ）ST10でVnew＜設定可能な下限電圧Vminと判別された
とき、Vnew＝Vminと設定する（ST11）。なお、この状態
ですでにVout＝Vminであるか否かをST12で判別し、そう
であるなら制御不能であり、この場合には別途設定され
た通りの動作を行う（ST13）。
とき、Vnew＝Vminと設定する（ST11）。なお、この状態
ですでにVout＝Vminであるか否かをST12で判別し、そう
であるなら制御不能であり、この場合には別途設定され
た通りの動作を行う（ST13）。
そして、ST6もしくはST10でNOの場合、つまりVmin＜V
new＜Vmaxの場合、ST14でVnewをST5での算出値Vnewその
ものに設定し、また、ST8もしくはST12でNOの場合とも
併せて、直ちにST2に戻って同様の動作を繰り返す。
new＜Vmaxの場合、ST14でVnewをST5での算出値Vnewその
ものに設定し、また、ST8もしくはST12でNOの場合とも
併せて、直ちにST2に戻って同様の動作を繰り返す。
ここで、ST1は通常の制御動作時においては実行され
ず、例えば以下に列挙する条件のうちのいずれかが成立
したときに実行するように構成する。
ず、例えば以下に列挙する条件のうちのいずれかが成立
したときに実行するように構成する。
出力制御がONになったとき。
出力制御中にコンピュータによる制御動作とは無関係
に動作電圧を変えたとき（マニュアル操作等による）。
に動作電圧を変えたとき（マニュアル操作等による）。
出力制御中にレーザ発振周波数を変えたとき。
ハロゲンインジェクション後に出力制御を再開したと
き。
き。
前回ST1を実行したときの動作電圧と現在の動作電圧
を比較して、その差の絶対値が例えば1KV以上となった
とき。
を比較して、その差の絶対値が例えば1KV以上となった
とき。
なお、レーザ出力制御分解能dEは、上記のように１出
力から算出するだけでなく、それにプラスして実際に動
作電圧を変更した後の出力状態との２点またはそれ以上
の測定結果を元に演算することもできる。
力から算出するだけでなく、それにプラスして実際に動
作電圧を変更した後の出力状態との２点またはそれ以上
の測定結果を元に演算することもできる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、レーザ出力分
解能等の制御定数を一定として取り扱わず、出力のモニ
タ結果等に基づいて演算によって実際に則した値に適宜
に変更するので、出力制御動作中、特に平均パワー安定
化動作中に生じる可能性のある出力の微少振動あるいは
安定化の不十分性が、装置の能力の範囲内で解消され
る。ちなみに、従来のように制御定数を固定していた場
合には、動作条件と定数の関係によって必ずどちらかが
発生していたわけで、本発明によってこれが解消され
る。また、出力がなんらかの原因で変化したときに等に
おいて、それを元の状態に戻す時間を最短とすることが
できる。
解能等の制御定数を一定として取り扱わず、出力のモニ
タ結果等に基づいて演算によって実際に則した値に適宜
に変更するので、出力制御動作中、特に平均パワー安定
化動作中に生じる可能性のある出力の微少振動あるいは
安定化の不十分性が、装置の能力の範囲内で解消され
る。ちなみに、従来のように制御定数を固定していた場
合には、動作条件と定数の関係によって必ずどちらかが
発生していたわけで、本発明によってこれが解消され
る。また、出力がなんらかの原因で変化したときに等に
おいて、それを元の状態に戻す時間を最短とすることが
できる。
第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図、第２図
はその制御動作を示すフローチャートである。 １……レーザヘッド ２……ビームスプリッタ ３……焦電センサ ４……Ａ−Ｄ変換器 ５……本体コントローラ ６……高圧電源本体 ７……高圧電源モニタ・制御回路 ８……Ａ−Ｄ変換器 ９……コンソール 12……レーザ本体
はその制御動作を示すフローチャートである。 １……レーザヘッド ２……ビームスプリッタ ３……焦電センサ ４……Ａ−Ｄ変換器 ５……本体コントローラ ６……高圧電源本体 ７……高圧電源モニタ・制御回路 ８……Ａ−Ｄ変換器 ９……コンソール 12……レーザ本体
Claims (1)
- 【請求項１】電圧値をデジタル設定する電源を用い、そ
の電源電圧を変化させることでレーザ出力の安定化制御
を行うよう構成されたレーザ装置において、レーザ出力
をモニタする出力モニタ手段と、そのモニタ結果と上記
電源電圧の現設定電圧値およびその変更可能な分解能か
ら、当該安定化制御の制御定数を算出する演算手段を備
えたことを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144097A JP2580842B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144097A JP2580842B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0437080A JPH0437080A (ja) | 1992-02-07 |
| JP2580842B2 true JP2580842B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=15354134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2144097A Expired - Fee Related JP2580842B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580842B2 (ja) |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2144097A patent/JP2580842B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0437080A (ja) | 1992-02-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |