JP2745827B2

JP2745827B2 - 光出力発生装置

Info

Publication number: JP2745827B2
Application number: JP3005445A
Authority: JP
Inventors: 政治高木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH04237583A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源の光を焦点に集め
てロウ付け、ハンダ付け、樹脂の剥離、樹脂の接着・硬
化等を行うための光出力発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源の光を利用して被加工物を加工する
方法は、アーク放電を利用したキセノン・ランプ、水銀
ランプ、またタングステン・フィラメントをジュール熱
を利用して発光させるハロゲン・ランプ等を用いる方法
がある。

【０００３】キセノン・ランプは直流電源出力を陽極に
プラス、陰極にマイナスを印加して定電流アーク放電を
させ、またハロゲン・ランプは交流又は直流のほぼ定電
圧出力をフィラメントに印加して発光させていた。

【０００４】ところで、キセノン・ランプ等では一定の
電流を流していても、時間の経過とともに光出力が低下
し、さらに光出力のバラツキも大きくなり、同じ被加工
物の加工を最後まで同じ条件で加工できなかった。

【０００５】図１１は、光出力の経時変化を示した図で
ある。図１１において、横軸に時間Ｔを、縦軸に光出力
Ｗを示している。ＷＦは光源が新品時の光出力、ＷＧは
Ｔn時間経過後の光出力であり、ワットの単位で示して
いる。実験では７００〜１２００時間後にＷＧはＷＦの
８割程度に低下する。つまり、光源がＷＦ出力を発生す
る時に、被加工物の加工条件を決めても、Ｔn 時間後に
はＷＧの出力となって２割も不足する。この原因は、キ
セノン・ランプでは陰極が痩せ細り、かつ電子の陰極か
らの放出が困難になるためである。逆に、ハロゲン・ラ
ンプではフィラメントが痩せ細ると発光量が増大する
が、痩せ細った分だけ光源管内がタングステンで汚れる
ため光出力は減少する。いずれの場合にしても、光出力
は時間の経過とともに変化し、加工条件をそのつど変え
なければならなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記説明から明らかな
ように従来の光出力発生装置においては次のような問題
が存在している。

【０００７】(1) 長時間使用した光源の光出力ＷＧは、
新品時の光出力の８割である。そのため、被加工物の加
工条件を時間とともに変化させねばならず、加工条件の
設定に時間と熟練を必要とする。

【０００８】(2) 被加工物の加工条件が時間とともに変
化するため、大量生産に不向きである。

【０００９】(3) 又、アーク放電では熱電子放出が不安
定なため、点灯直後（約１０分間）の光量変動が大き
く、さらに光源が古くなると光量の変動が大きくなり、
信頼性の高い加工を安定して行えないという問題があ
る。

【００１０】本発明は、上記従来の問題に鑑み、加工時
の光源からの光出力を常に一定にすることができる光出
力発生装置を提供することを目的とする。

【００１１】本発明の光出力発生装置は、光源と、光源
の点灯手段と、光源に電力を供給する制御電源と、光源
からの光を第１焦点に集光する反射鏡とを備えた光出力
発生装置において、点灯手段により光源を点灯操作した
後光源が点灯若しくは安定な光出力を発生するまでの点
灯期間と以降の期間を区別してシーケンス制御を行う第
１シーケンス制御手段を設け、点灯期間内において予め
設定された光源電流又は光源電圧になるように制御電源
に指令する電気出力指令手段を設け、点灯期間以降の期
間の全部又は一部の期間において予め設定された光出力
が発生するように制御電源に指令する光出力指令手段を
設けるとともに、制御電源は、電気出力指令手段の出力
値と光源に流れる電流又は電圧を検出する電気出力検出
手段の出力値の差を増幅する第１誤差増幅器と、光出力
指令手段の出力値と光源の光出力を検出する光出力検出
手段の出力値の差を増幅する第２誤差増幅器と、第１又
は第２誤差増幅器の出力により導通時間と非導通時間の
幅が設定される電力制御手段とを備えていることを特徴
とする。また、第１誤差増幅器と第２誤差増幅器が共通
の誤差増幅器にて構成されていることを特徴とする。ま
た、冷却ファン又はヒータを制御して光源の温度を制御
する光源温度制御手段を設け、部分的に又は全体的に電
力制御手段による制御に代えて第２誤差増幅器の出力に
応じて光源温度制御手段の制御値を補正するようにした
ことを特徴とする。

【００１２】また、被加工物を加工する加工指示信号を
受けて加工用の光源出力を発生する加工期間と、それ以
外の準備点灯期間を区別してシーケンス制御を行う第２
シーケンス制御手段を設け、加工期間には光出力指令手
段の指令値に基づいて制御電源を制御するようにしたこ
とを特徴とする。また、準備点灯期間には電気出力指令
手段の指令値に基づいて制御電源を制御するようにした
ことを特徴とする。また、許容上限電流値又は電圧値を
記憶する上限値記憶手段と、第１誤差増幅器または第２
誤差増幅器から出力された補正された指令値である補正
指令値と上限値記憶手段の出力を比較する比較手段とを
設け、補正指令値が許容上限値を超えるときには許容上
限値を指令値として出力し、又は電力供給を停止するよ
うにしたことを特徴とする。

【００１３】また、光源と、光源の点灯手段と、光源に
電力を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に
集光する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、制
御電源は、電気出力指令手段の出力値と光源に流れる電
流又は電圧を検出する電気出力検出手段の出力値の差を
増幅する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力により導通時
間と非導通時間の幅が設定される電力制御手段とを備
え、電気出力指令手段に、光源からの光出力を検出する
光出力検出手段と、実測された光出力検出手段から出力
される光源の光出力と電気出力指令手段から出力される
光源電流又は光源電圧の関係を記憶する第１メモリ手段
と、光源が経時変化したときの光源電流又は光源電圧と
光源からの光出力の関係を記憶する第２メモリ手段と、
第１、第２メモリ手段のデータから経時変化した光源に
対応して指令値を補正演算する演算手段とを設けるとと
もに、許容上限電流値又は電圧値を記憶する上限値記憶
手段と、上限値記憶手段の出力と補正された指令値を比
較する比較手段とを設け、補正された指令値が許容上限
値を超えるときには許容上限値を指令値として出力し、
又は電力供給を停止するようにしたことを特徴とする。
また、光出力検出手段を光伝送経路に侵入した位置と退
避した位置との間で往復移動させる移動手段と、検出し
た光出力を記憶する記憶手段を設けたことを特徴とす
る。また、第１焦点近傍に光ファイバ入力端を配置し、
光ファイバ出力端近傍に集光レンズを配置して第２焦点
に光を集光するようにしたものである。

【００１４】また、光源と、光源の点灯手段と、光源に
電力を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に
集光する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、制
御電源は、電気出力指令手段の出力値と光源に流れる電
流又は電圧を検出する電気出力検出手段の出力値の差を
増幅する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力により導通時
間と非導通時間の幅が設定される電力制御手段とを備
え、電気出力指令手段に、光源からの光出力を検出する
光出力検出手段と、実測された光出力検出手段から出力
される光源の光出力と電気出力指令手段から出力される
光源電流又は光源電圧の関係を記憶する第１メモリ手段
と、光源が経時変化したときの光源電流又は光源電圧と
光源からの光出力の関係を記憶する第２メモリ手段と、
第１、第２メモリ手段のデータから経時変化した光源に
対応して指令値を補正演算する演算手段とを設けるとと
もに、第１焦点近傍に光ファイバ入力端を配置し、光フ
ァイバ出力端近傍に集光レンズを配置して第２焦点に光
を集光するようにしたものである。また、光源と、光源
の点灯手段と、光源に電力を供給する制御電源と、光源
からの光を第１焦点に集光する反射鏡とを備えた光出力
発生装置において、制御電源は、光源からの光出力を検
出する光出力検出手段と、検出した光出力を表示する光
出力表示手段と、電気出力指令手段と、電気出力指令手
段の出力値と光源に流れる電流又は電圧を検出する電気
出力検出手段の出力値の差を増幅する誤差増幅器と、誤
差増幅器の出力により導通時間と非導通時間の幅が設定
される電力制御手段とを備え、第１焦点近傍に光ファイ
バ入力端を配置し、光ファイバ出力端近傍に集光レンズ
を配置して第２焦点に光を集光するようにしたものであ
る。また、コア材とその周囲のクラッド材からなる光フ
ァイバのクラッド材の一部に切欠を設け、この切欠部に
臨ませて光出力検出手段を配置したことを特徴とするも
のである。

【００１５】

【作用】本発明の光出力発生装置によれば、経時変化す
る光源からの光を被加工物の加工に使用しても、光出力
を直接検出して光源の制御電源をフィードバック制御す
ることにより、又は光源の温度制御により光出力を制御
することにより、又は光源の光出力の経時変化を検出し
たデータに基づいて制御電源を制御することにより、さ
らに検出した光出力を表示してそれに基づいて制御電源
を制御することによって、光出力を一定化するようにし
ているため、被加工物の加工品質を一定に保つことがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例の光出力発生装置を
図１〜図６を参照しながら説明する。

【００１７】まず、光源の制御電源の全体構成を図２に
より説明する。１はＡＣ電源の整流器である。２は電力
制御手段であり、チョークコイル３、コンデンサ４、
５、インバータ用１次コイル６、トランジスタ７、８に
て構成されている。Ｂ１、Ｂ２はトランジスタ７、８の
ベース端子、Ｅ１、Ｅ２は同エミッタ端子である。

【００１８】９はインバータ用２次コイル、その出力は
整流器１０、１１にて整流される。

【００１９】１２は直流リアクトル、１３はコンデンサ
であり、２次出力側のリップルを除去する。１４はシャ
ント、カレント・トランスフォーマ等の電流検出器であ
る。又、１５は高周波カップリングコイル、１６は点灯
手段、１７は点灯用起動スイッチである。１８はキセノ
ン・ランプ、水銀ランプ等の光源であり、−極性が印加
される陰極４２と＋極性が印加される陽極４３を備えて
いる。

【００２０】Ｐ１は電流検出器１４の出力、Ｐ２は点灯
手段１６の出力を示す。

【００２１】次に、光出力発生装置の制御電源以外の全
体構成を図３により説明する。１９は、光源１８の冷却
ファン、１９ａはそのファンモータである。２０は楕円
反射鏡であり、その一方の焦点Ｆ０に光源１８の陰極４
２が配置され、この光源１８から出た光Ｌは矢印の如く
光の経路（光伝送経路）を通って他方の焦点Ｆ１に集光
される。この焦点（第１焦点）Ｆ１の近傍に被加工物１
００が置かれるか、光ファイバ２１の入口端１０１が配
置される。６０は光ファイバ２１の出口端であり、その
近傍に集光レンズ２２が配設され、その焦点（第２焦
点）Ｆ２に被加工物１００が置かれる。

【００２２】２４は光出力を検出する光検出器であり、
Ｐ３はその出力を示す。この光検出器２４としては、ホ
ト・トランジスタ、ホト・ダイオード等のＰＮ接合型光
検出器（ＰＮ接合の両側に光で励起された電荷が発生
し、アノードとカソードに接続された外部負荷を通って
電流が流れる素子）、赤外線検出用の焦電センサ（タン
タル酸リチウム結晶）、また光導電型（光強度に応じて
電気抵抗が変わる光センサ）のＣｄセル、ＰｂＳセル、
また光電子放出型の光電管、及び熱電対（ペルチェ効果
による熱起電力発生器）等が用いられる。

【００２３】この光検出器２４は、図３に実線で示すよ
うに、反射鏡２０からの光を直接検出するか、光ファイ
バ２１からの漏れ光（光ファイバの開口角又は開口数以
上で入射した光等）を検出するように配置すればよい。
又、光ファイバ２１の出力端６０や集光レンズ２２より
の光を検出するように配置してもよい。また、熱電対を
用いる場合は被加工物１００に接触させて配置し、赤外
線輻射温度計を用いる場合は破線で示すように被加工物
１００に対向配置すればよい。さらに、金属体に熱電対
を取付けた検出器で光出力を検出するようにしてもよ
い。

【００２４】さらに、図５に示すように、光検出器２４
を移動手段１１０に搭載し、間歇的に光Ｌの伝送路、第
１焦点Ｆ１、第２焦点Ｆ２の近傍や、光ファイバ２１の
出口端６０と集光レンズ２２の間に移動させるように
し、その光検出器２４の出力信号を増幅器２５で増幅
し、メモリ手段１１１で記憶するようにし、その出力Ｘ
４をフィードバック端子に入力するようにすることもで
きる。メモリ手段１１１に記憶後は、光検出器２４は光
Ｌの伝送路を邪魔しない方向に移動し、次のサイクルに
再度光検出器２４にて検出するまでメモリ値が記憶継続
され、次の光検出でメモリ値を更新する。この場合、光
出力の計測動作は図６の加工指示信号が入力されていな
い時に行われる。又、メモリ手段１１１を多数設置する
ことにより、多数の加工時光出力を記憶できる。又、作
業原点に光検出器２４を設置し、間歇的に光ファイバ２
１をこの光検出器２４の近傍に移動し、メモリ手段１１
１に光出力を記憶することも可能である。

【００２５】図２構成において、電力制御手段２はハー
フ・ブリッジ式インバータ回路にて構成されており、ト
ランジスタ７、８の導通時間と非導通時間を周期的に決
め、出力を制御している。即ち、整流器１で交流を整流
し、チョークコイル３、コンデンサ４、５でリップルを
除去し、トランジスタ７、８を決まった周期で交互にオ
ン・オフし、インバータ用１次コイル６からインバータ
用２次コイル９に電力を伝える。これを整流器１０、１
１で整流し、直流リアクトル１２とコンデンサ１３でリ
ップルを除去し、光源１８に印加する。

【００２６】なお、光源１８の起動時は、陰極４２、陽
極４３間で放電させるトリガとして高周波カップリング
コイル１５より３０００〜２００００Ｖの電圧を印加
し、光源１８を点灯させる。陰極４２、陽極４３間に電
流が流れれば高周波カップリングコイル１５からの高電
圧印加を停止する。即ち、トランジスタ７、８を駆動さ
せるとともに点灯用起動スイッチ１７をオンし、点灯手
段１６により高電圧を発生させ、高周波カップリングコ
イル１５に出力することにより、電源１８が点灯し、点
灯後点灯手段１６の動作が停止する。この切換えは後述
の図１の第１シーケンス制御手段３０にて行われる。

【００２７】図２ではアーク放電する場合の回路を示し
たが、ハロゲン・ランプ等のフィラメントを使う光源で
は高周波カップリングコイル１５や点灯手段１６は不必
要であり、電流検出器１４の代わりに光源１８の両端に
電圧検出器を設置する。即ち、アーク放電ランプでは電
流をフィードバック源とする制御、フィラメントを使う
ランプでは電圧をフィードバック源とする制御を行い、
それぞれ前者を定電流制御、後者を定電圧制御するのが
適当である。なお、厳密に定電流もしくは定電圧でなく
ともよい。

【００２８】電流検出器１４又は電圧検出器で検出した
信号は、図１に示すように増幅器２９で増幅して次段に
伝える。この電流検出器１４と増幅器２９にて電気出力
検出手段４０を構成している。又、光検出器２４で検出
した信号も、図１に示すように増幅器２５で増幅して次
段に伝える。この光検出器２４と増幅器２５にて光出力
検出手段２６を構成している。

【００２９】又、図２はインバータ方式の制御電源を例
示したが、サイリスタ制御方式、漏洩トランス方式（定
電流方式）、定電圧トランス方式、チッッパー方式の制
御方式を採用することもできる。

【００３０】次に、図１により図２の制御電源の制御回
路について説明する。３１は電気出力指令手段で、予め
指定した電流、電圧が出力されるように指令するもので
あり、ボリュームの両端に電圧を印加し、センター電圧
を出力するように構成され、アナログ式、デジタル式の
いずれでもよい。又、２３は電気出力検出手段４０によ
る検出値を表示する電気出力表示手段である。

【００３１】３２は第１誤差増幅器であり、オペアンプ
３３を中心にして構成されている。

【００３２】オペアンプ３３における＋印は非反転、−
印は反転入力端を示す。又、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、
Ｒ５は抵抗、５５はプラス電源、Ｅはアース、Ｘ１は電
気出力検出手段４０からの入力、Ｘ２は電気出力指令手
段３１からの入力で、Ｘ１は＋極性、Ｘ２は−極性であ
る。Ｘ３はオペアンプ３３の出力端である。

【００３３】Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の電圧値をＶＸ１、ＶＸ
２、ＶＸ３とし、Ａ＝Ｒ５／Ｒ３、Ｂ＝Ｒ５／Ｒ２とす
れば、ＶＸ３＝−Ａ＊ＶＸ２−Ｂ＊ＶＸ１（＊は積を示
す）となり、電気出力（電流、電圧）ＶＸ１が増大すれ
ばＶＸ３は減少する。指令電圧ＶＸ２が増大すればＶＸ
２がマイナス方向に増大するためＶＸ３は増大する。

【００３４】よって、Ｘ１、Ｘ２の誤差がオペアンプ３
３で増幅されてＸ３に出力される。

【００３５】Ｓ１、Ｓ２は切換スイッチであり、Ｓ１が
オンのときはＳ２はオフ、又はその逆となるように連動
されている。Ｘ７はこの切換スイッチＳ１、Ｓ２からの
出力である。又、３４は基準器、３５は比較器であり、
これらによって出力幅制御手段３６が構成されている。
Ｘ８は基準器３４の出力、Ｘ９（Ｘ１０）は出力幅制御
手段３６の出力である。３７はドライバであり、Ｂ１、
Ｅ１、Ｂ２、Ｅ２は図２のトランジスタ７、８への制御
入力である。

【００３６】図４において、４５、４６は出力幅制御手
段３６の動作を説明する制御信号図であり、第１誤差増
幅器３２の出力Ｘ３又は第２誤差増幅器２８の出力Ｘ６
からなる入力Ｘ７に応じた幅の出力Ｘ９、Ｘ１０が出力
される。即ち、Ｘ８は基準器３４から出力された周期一
定の三角波信号であり、Ｘ７は第１又は第２誤差増幅器
３２、２８の出力で、時間が進むとともに減少する場合
を表示してあり、それぞれ信号図４５に示してある。Ｘ
７＞Ｘ８なら信号図４６にＸ９、Ｘ１０の信号が発生す
る。Ｘ７が時間とともに減少する場合には、Ｘ９信号幅
＞Ｘ１０信号幅となる。つまり、この場合ＶＸ１が増大
したのに伴ってＶＸ２に漸次接近するように出力幅制御
手段３６の出力幅が減少して行く例を示している。その
後、ドライバ３７により、Ｘ９信号はＢ１、Ｅ１信号
に、Ｘ１０信号はＢ２、Ｅ２に交互に変換され、トラン
ジスタ７、８が駆動される。

【００３７】図１に戻って、２７は光出力指令手段であ
り、電気出力指令手段３１と同様の構成である。また、
３９は光出力検出手段２６にて検出した光出力を表示す
る光出力表示手段である。２８は第２誤差増幅器であ
り、第１誤差増幅器３２と同様の構成であり、共通で使
用するようにしてもよい。Ｘ４は光出力検出手段２６か
らの入力、Ｘ５は光出力指令手段２７からの入力、Ｘ６
は第２誤差増幅器２８の出力で切換スイッチＳ２を介し
てＸ７として出力幅制御手段３６に入力されている。

【００３８】３０は第１シーケンス制御手段であり、切
換スイッチＳ１、Ｓ２の切り換え制御を行う。４１は第
２シーケンス制御手段であり、加工指示スイッチ４４の
オンにより電気出力指令手段３１又は光出力指令手段２
７の指令電圧を変えることにより被加工物を加工できる
光出力に変える。３８は上限値設定手段であり、その設
定値よりも電気出力検出手段４０の出力が大なら、比較
器３５の出力を停止させる信号を出力する。

【００３９】次に、図６を参照して各種信号と光源電流
や光出力の関係を説明する。(a) は点灯信号で、点灯用
起動スイッチ１７をオンしたときの点灯手段１６内にお
けるＴ０〜Ｔ７間の信号である。(b) は加工指示信号
で、加工指示スイッチ４４をオンしたときのＴ３〜Ｔ４
間及びＴ５〜Ｔ６間の信号である。なお、Ｔ０〜Ｔ７間
における加工指示信号のある加工指示区間以外の、加工
指示信号がローレベルの区間を準備点灯区間と呼ぶ。
(c) は光源１８に流れる電流、即ち電気出力検出手段４
０の出力である。(d) は電流が所定レベル以上流れた区
間を示す電流区間信号である。(e) は光出力である。

【００４０】図６において、横軸は時間を示し、Ｔ０、
Ｔ１〜Ｔ７、Ｔ８は任意時間を示す。ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ
は電流、ＷＡ、ＷＢ、ＷＣ、ＷＤ、ＷＥは光出力であ
る。図６においては、(b) の加工指示信号があるときの
み、光一定制御を行った例を示してあり、ＷＢ、ＷＤの
光出力は光源１８の経時変化等にかかわらず一定であ
る。一方、(e) に示すようにＴ０〜Ｔ２間の光出力は不
安定である。また、ＩＢ、ＩＣはＷＢ、ＷＤに、ＩＡは
ＷＡ、ＷＣ、ＷＥに対応しており、ＩＡはアイドリング
又はスタンバイ区間であり、光出力は一定でない。

【００４１】次に、各種制御動作を説明する。

【００４２】(1) 第１シーケンス制御手段３０が、電気
出力検出手段４０の出力信号により図６の(d) の電流区
間信号（Ｔ１〜Ｔ７間の信号）を作り、この電流区間信
号が有る時は切換スイッチＳ１をオフ、Ｓ２をオンにし
て光出力検出手段２６からの出力信号により光出力のフ
ィードバック制御を行い、この信号が無い時（Ｔ０〜Ｔ
１間）は切換スイッチＳ１をオン、Ｓ２をオフにして電
気出力検出手段４０からの出力信号により電気出力のフ
ィードバック制御を行う。

【００４３】(2) 加工指示スイッチ４４がオンされた
時、第２シーケンス制御手段４１から第１シーケンス制
御手段３０に図６の(b) の加工指示信号が出力され、加
工指示スイッチ４４がオンの時のみ切換スイッチＳ２を
オン、Ｓ１をオフにして光出力のフィードバック制御を
行う。

【００４４】(3) 図１の制御回路から第２誤差増幅器２
８、切換スイッチＳ２、第２シーケンス制御手段４１、
加工指示スイッチ４４を除いた回路で、作業者が光出力
表示手段３９を見ながら電気出力指令手段３１を設定す
る制御も行える。

【００４５】(4) 図３に破線で示すように、ファン制御
手段６１を設け、第２誤差増幅器２８の出力Ｘ６により
このファン制御手段６１を制御し、光出力が指令より低
下すればファン１９を停止又は減速し、逆ならファン１
９を回転又は増速させる。即ち、このような制御によっ
て陰極４２の熱電子放出を陰極４２の温度制御で制御
し、光出力を制御する。

【００４６】(5) 図２に破線で示すように、陰極４２の
ランプ管外側にヒータ６２を取付けるとともにヒータ制
御手段６３を設け、第２誤差増幅器２８の出力Ｘ６によ
りこのヒータ制御手段６３を制御し、(4) と同様に光出
力を制御する。なお、光出力は陰極温度が高い程おおき
い。その理由は陰極がさらに冷陰極から熱陰極になり、
陰極から電子が発生し易くなるためである。

【００４７】次に、図７、図８を参照して本発明の別の
実施例を説明する。

【００４８】図７において、Ｍ１は第１メモリ手段、Ｍ
２は第２メモリ手段、Ｃ１は第１演算手段、Ｃ２は第２
演算手段、Ｍ３は第３メモリ手段、Ｃ３は第３演算手
段、Ｍ４は第４メモリ手段である。５６は比較手段であ
る。電気出力指令手段３１、電気出力検出手段４０、光
出力検出手段２６、第１誤差増幅器３２、出力幅制御手
段３６、ドライバ３７は上記実施例と同一である。ま
た、Ａ／Ｄはアナログ−デジタル変換器、Ｄ／Ａはデジ
タル−アナログ変換器を示す。

【００４９】図８において、横軸は電流Ｉ、縦軸は光出
力Ｗを示す。ａは光源１８の初期特性の関数ａ：Ｗ＝Ｎ
＊（Ｉ−ＩＰ）を示し、ｂは光源１８が経時変化したと
きの特性の関数ｂ：Ｗ＝Ｊ＊（Ｉ−ＩＰ）を示す。Ｎ、
Ｊは関数ａ、ｂの比例定数、ＩＰはＷが０のときの電流
値である。Ｗ０はＩ０時のａ上の光出力、Ｗ０１はＩ０
時のｂ上の光出力、又ｂ上ではＩ０１の時Ｗ０の光出力
を発生する。この時、Ｎ＝Ｗ０／（Ｉ０−ＩＰ）、Ｊ＝
Ｗ０１／（Ｉ０−ＩＰ）である。Ｗ０、Ｉ０、ＩＰは既
知であり、Ｗ０１は未知である。

【００５０】尚、関数ａ、ｂにおいて上記においてはＩ
Ｐは同一としたが、必ずしも同一ではなく、その場合に
は増加した未知数だけ光検出と演算回数を増やせばよ
い。ＩＭは許容上限電流（又は電圧値）、ＩＬは光源発
光下限電流値である。

【００５１】関数ａは第１メモリ手段Ｍ１に記憶され、
関数ｂは第２メモリ手段Ｍ２に記憶される。

【００５２】今、光源１８の使用開始後の任意時間後に
Ｉ０で光出力を測定するとＷ０１であったとする。ここ
で、第２メモリ手段Ｍ２の未知数を持つ関数ｂを第１演
算手段Ｃ１に入力し、かつ光出力検出手段２６で検出さ
れた光出力Ｗ０１を第１演算手段Ｃ１に入力し、さらに
電気出力指令手段３１で指令されたＩ０を第１演算手段
Ｃ１に入力し、Ｉ０、Ｗ０１を関数ｂに代入演算すれ
ば、Ｊが既知の値となり、関数ｂは既知関数となる。

【００５３】次に、この既知関数ｂを第２演算手段Ｃ２
に入力し、かつ第１メモリ手段Ｍ１より電流Ｉ０の時の
出力Ｗ０を入力し、既知関数ｂ上のＷ０出力時の電流Ｉ
０１を求める。このＩ０１は、Ｉ０１＝（Ｗ０／Ｗ０
１）＊（Ｉ０−ＩＰ）＋ＩＰとなる。そして、Ｋ＝Ｉ０
１／Ｉ０を演算し、第３メモリ手段Ｍ３に入力する。こ
のＫは、Ｋ＝（１／Ｉ０）＊（（Ｗ０／Ｗ０１）＊（Ｉ
０−ＩＰ）＋ＩＰ）で与えられる。このＫを第３メモリ
手段Ｍ３にメモリしておく。

【００５４】加工時において、電気出力指令手段３１の
指令電流（電圧）がＩＸであったと仮定し、経時変化し
た光源１８（既知関数ｂ）で標準出力を得るための実指
令電流を求めるため、第３演算手段Ｃ３にＩＸとＫを入
力し、ＩＸ＊Ｋを演算する。

【００５５】このＩＸ＊Ｋで光源１８を駆動すれば、新
品時の光源と同一の光出力Ｗ０を経時変化した光源でも
発生する。

【００５６】次に、この演算結果を比較手段５６に入力
し、予め決められた最大電流ＩＭをメモリした第４メモ
リ手段Ｍ４からの入力と比較し、ＩＸ＊Ｋ＞ＩＭならＩ
Ｍを、それ以外はＩＸ＊Ｋを出力し、Ｄ／Ａ変換器を介
して第１誤差増幅器３２に指令入力端子に入力する。第
１誤差増幅器３２のフィードバック端子には電気出力検
出手段４０からの出力が入力され、図１と同様に制御さ
れる。

【００５７】以上の演算処理は、図７に破線で示すよう
にマイクロコンピュータによりソフト的に実施してもよ
い。又、第４メモリ手段Ｍ４や比較手段５６は削除して
もよい。

【００５８】次に、光出力検出手段２６の具体構成例を
図９により説明する。図９においてＬは光であり、実線
で示す光Ｌは光ファイバ２１の入口端１０１にファイバ
の開口角ｇ以内の角度で入射する光であり、他の光５７
は破線で示してある。４７は光減衰用のフィルタ、４８
はフォトダイオード等の光検出器であり、光検出器４８
は他の光５７をフィルタ４７を介して検出するように配
置される。

【００５９】又、５１は光ファイバ２１のクラッド材、
５２はコア材で、クラッド材５１の屈折率（例、１．４
２）はコア材５２の屈折率（例、１．４６）より小であ
る。

【００６０】５４は開口角ｇ内で入射し、クラッド材５
１で全反射しながら伝播する光、５３は開口角ｇより大
きい角度ｈで入射してコア材５２から漏れる光である。

【００６１】４９は光ファイバ２１の入口端１０１近傍
の側部に配置して漏れ光を検出するようにしたフォトダ
イオード等の光検出器、５０は漏れ光を増加するためク
ラッド材５１に設けた開口に臨むように配置した光検出
器である。

【００６２】次に、光ファイバ２１を多数本束ねて樹脂
で固めたバンドルファイバを用いた場合の光出力検出２
６の構成例を図１０により説明する。図９の場合と同様
に入口端１０１の近傍側部に光検出器７１を配置する
か、任意の１本の光ファイバを出口端６０の近傍で側方
に屈曲させ、その先端に対向して光検出器７２を配置す
るか、出口端６０から出射した光を集光レンズ２２で第
２焦点Ｆ２に焦点を結んで被加工物１００を加工したし
た時の反射光を検出するように光検出器７３を配置して
もよい。

【００６３】これら光検出器４８、４９、５０、７１、
７２、７３のいずれかの配置構成が選択して実施され
る。尚、フォトダイオード用増幅器はＦＥＴ（電界効果
トランジスタ）入力のオペアンプを用いるとよい。フォ
トダイオードの接合容量を減じ、高速応答させるため、
逆バイアス制御するとよい。

【００６４】本発明はレーザ加工器にも適用可能であ
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明の光出力発生装置によれば、点灯
期間は電気出力指令手段にて電気出力が一定になるよう
に制御し、それ以降の必要時に光出力指令手段にて光出
力が一定になるように制御するので、経時変化する光源
からの光を被加工物の加工に使用しても、光出力を一定
にして品質の高い加工ができる。

【００６６】又、電力制御に代えて光源温度を制御する
ことによって過大な電流を流すことなく光出力を制御で
き、光源の長寿命化を図れる。

【００６７】また、少なくとも加工期間だけ光出力のフ
ィードバック制御することにより、光出力検出手段の長
寿命化を図ることができる。

【００６８】さらに、光源の経時変化による光出力の変
化を検出してメモリしておき、所定の光出力が得られる
ように演算した電気出力を光源に印加することによっ
て、光出力指令手段による制御構成を省略しながら光出
力を一定にでき、また光出力の検出回数を少なくでき、
光出力検出手段の寿命を長くできる。

【００６９】また、光源に対する供給電力の上限値を設
定してそれを超える電流が流れないようにすることによ
り、光源の長寿命化を図ることができる。

【００７０】また、光出力表示手段にて光出力を表示し
てそれに基づいて電気出力指令手段を調整するようにす
ることにより、簡単な制御電源の構成で一定の光出力で
加工できる。

【００７１】さらに、光出力検出手段を必要時以外は光
伝送路から退避させるようにしたり、光ファイバのクラ
ッドの切欠に臨ませることにより、確実に光出力を検出
しながらその寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光出力発生装置における電
力制御手段の制御部の構成図である。

【図２】制御電源の構成図である。

【図３】全体構成図である。

【図４】出力幅制御手段の作用を説明する信号波形図で
ある。

【図５】光出力検出手段の変形例の説明図である。

【図６】各種信号と光源電流と光出力の波形図である。

【図７】本発明の他の実施例における電力制御手段の制
御部の構成図である。

【図８】経時変化した光源に対する電気出力の設定方法
を説明するための電流と光出力の関係を示すグラフであ
る。

【図９】光検出器の配置構成例を示す図である。

【図１０】他の光検出器の配置構成例を示す図である。

【図１１】光源の光出力の経時変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

２電力制御手段１６点灯手段１８光源１９冷却ファン２０反射鏡２１光ファイバ２２集光レンズ２３電気出力表示手段２６光出力検出手段２７光出力指令手段２８第２誤差増幅器３０第１シーケンス制御手段３１電気出力指令手段３２第１誤差増幅器３６出力幅制御手段３８上限値設定手段３９光出力表示手段４０電気出力検出手段４１第２シーケンス制御手段５６比較手段６１ファン制御手段６２ヒータ６３ヒータ制御手段Ｍ１第１メモリ手段Ｍ２第２メモリ手段Ｍ３第３メモリ手段Ｍ４第４メモリ手段Ｃ１第１演算手段Ｃ２第２演算手段Ｃ３第３演算手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源の点灯手段と、光源に電力
を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に集光
する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、点灯手
段により光源を点灯操作した後光源が点灯若しくは安定
な光出力を発生するまでの点灯期間と以降の期間を区別
してシーケンス制御を行う第１シーケンス制御手段を設
け、点灯期間内において予め設定された光源電流又は光
源電圧になるように制御電源に指令する電気出力指令手
段を設け、点灯期間以降の期間の全部又は一部の期間に
おいて予め設定された光出力が発生するように制御電源
に指令する光出力指令手段を設けるとともに、制御電源
は、電気出力指令手段の出力値と光源に流れる電流又は
電圧を検出する電気出力検出手段の出力値の差を増幅す
る第１誤差増幅器と、光出力指令手段の出力値と光源の
光出力を検出する光出力検出手段の出力値の差を増幅す
る第２誤差増幅器と、第１又は第２誤差増幅器の出力に
より導通時間と非導通時間の幅が設定される電力制御手
段とを備えていることを特徴とする光出力発生装置。
【請求項２】第１誤差増幅器と第２誤差増幅器が共通
の誤差増幅器にて構成されていることを特徴とする請求
項１記載の光出力発生装置。
【請求項３】冷却ファン又はヒータを制御して光源の
温度を制御する光源温度制御手段を設け、部分的に又は
全体的に電力制御手段による制御に代えて第２誤差増幅
器の出力に応じて光源温度制御手段の制御値を補正する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の光出力発生
装置。
【請求項４】被加工物を加工する加工指示信号を受け
て加工用の光源出力を発生する加工期間と、それ以外の
準備点灯期間を区別してシーケンス制御を行う第２シー
ケンス制御手段を設け、加工期間には光出力指令手段の
指令値に基づいて制御電源を制御するようにしたことを
特徴とする請求項１または２または３記載の光出力発生
装置。
【請求項５】準備点灯期間には電気出力指令手段の指
令値に基づいて制御電源を制御するようにしたことを特
徴とする請求項４記載の光出力発生装置。
【請求項６】許容上限電流値又は電圧値を記憶する上
限値記憶手段と、第１誤差増幅器または第２誤差増幅器
から出力された補正された指令値である補正指令値と前
記上限値記憶手段の出力を比較する比較手段とを設け、
補正指令値が許容上限値を超えるときには許容上限値を
指令値として出力し、又は電力供給を停止するようにし
たことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の
光出力発生装置。
【請求項７】光源と、光源の点灯手段と、光源に電力
を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に集光
する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、制御電
源は、電気出力指令手段の出力値と光源に流れる電流又
は電圧を検出する電気出力検出手段の出力値の差を増幅
する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力により導通時間と
非導通時間の幅が設定される電力制御手段とを備え、電
気出力指令手段に、光源からの光出力を検出する光出力
検出手段と、実測された光出力検出手段から出力される
光源の光出力と電気出力指令手段から出力される光源電
流又は光源電圧の関係を記憶する第１メモリ手段と、光
源が経時変化したときの光源電流又は光源電圧と光源か
らの光出力の関係を記憶する第２メモリ手段と、第１、
第２メモリ手段のデータから経時変化した光源に対応し
て指令値を補正演算する演算手段とを設けるとともに、
許容上限電流値又は電圧値を記憶する上限値記憶手段
と、上限値記憶手段の出力と補正された指令値を比較す
る比較手段とを設け、補正された指令値が許容上限値を
超えるときには許容上限値を指令値として出力し、又は
電力供給を停止するようにしたことを特徴とする光出力
発生装置。
【請求項８】光出力検出手段を光伝送経路に侵入した
位置と退避した位置との間で往復移動させる移動手段
と、検出した光出力を記憶する記憶手段を設けたことを
特徴とする請求項１または３または７記載の光出力発生
装置。
【請求項９】第１焦点近傍に光ファイバ入力端を配置
し、光ファイバ出力端近傍に集光レンズを配置して第２
焦点に光を集光するようにした請求項１、２、３、４、
５、６、７または８記載の光出力発生装置。
【請求項１０】光源と、光源の点灯手段と、光源に電
力を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に集
光する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、制御
電源は、電気出力指令手段の出力値と光源に流れる電流
又は電圧を検出する電気出力検出手段の出力値の差を増
幅する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力により導通時間
と非導通時間の幅が設定される電力制御手段とを備え、
電気出力指令手段に、光源からの光出力を検出する光出
力検出手段と、実測された光出力検出手段から出力され
る光源の光出力と電気出力指令手段から出力される光源
電流又は光源電圧の関係を記憶する第１メモリ手段と、
光源が経時変化したときの光源電流又は光源電圧と光源
からの光出力の関係を記憶する第２メモリ手段と、第
１、第２メモリ手段のデータから経時変化した光源に対
応して指令値を補正演算する演算手段とを設けるととも
に、第１焦点近傍に光ファイバ入力端を配置し、光ファ
イバ出力端近傍に集光レンズを配置して第２焦点に光を
集光するようにした光出力発生装置。
【請求項１１】光源と、光源の点灯手段と、光源に電
力を供給する制御電源と、光源からの光を第１焦点に集
光する反射鏡とを備えた光出力発生装置において、制御
電源は、光源からの光出力を検出する光出力検出手段
と、検出した光出力を表示する光出力表示手段と、電気
出力指令手段と、電気出力指令手段の出力値と光源に流
れる電流又は電圧を検出する電気出力検出手段の出力値
の差を増幅する誤差増幅器と、誤差増幅器の出力により
導通時間と非導通時間の幅が設定される電力制御手段と
を備え、第１焦点近傍に光ファイバ入力端を配置し、光
ファイバ出力端近傍に集光レンズを配置して第２焦点に
光を集光するようにした光出力発生装置。
【請求項１２】コア材とその周囲のクラッド材からな
る光ファイバのクラッド材の一部に切欠を設け、この切
欠部に臨ませて光出力検出手段を配置したことを特徴と
する請求項９または１０または１１記載の光出力発生装
置。