JP3665039B2 - 直交励起型レーザ発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発振器筐体が変位し、振動した場合にも、一対の光共振器の平行度や軸ずれなどの位置関係を一定に保つことによって、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことが可能な構造を有する直交励起型レーザ発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザ発振器は、一般に、レーザ気体が封入されて放電によりレーザを励起する放電管と、この放電管の両側に配置される２枚のミラーを有する光共振器とを備えている。レーザ発振時に放電管で大きい発熱が生じると、その熱の一部が光共振器、または放電管や光共振器を支持しているベース板側に伝達し、それらが熱により変形する結果、光共振器を構成する一対の光学基台の平行度の狂いや、光共振器の軸と発振器筐体の軸との間の位置のずれなどを生じる。また、光共振器自体も外気温度の変化によりフレームの棒部材、端面板部材等の構成部材相互の間で熱膨張差を生じ、これによっても光共振器の位置のずれなどを生じる虞がある。このような光共振器の位置のずれは、ミラーアライメントの狂いを招来して、レーザ光のレーザ出力やビームモードを不安定にする。そこで、このような熱の影響による光共振器の位置のずれなどに対処するために、種々の構成を有するレーザ発振器が提案されている。
【０００３】
このような従来技術としては、図９に示す特開２０００−１８３４２５号公報に開示されている直交励起型レーザ発振器がある。この従来技術では、発振器筐体１の両側に、前部光学基台９と後部光学基台７とが設けられている。前部光学基台９には部分反射鏡が、後部光学基台７には全反射鏡が固定されており、部分反射鏡と全反射鏡とが同一光軸上に互いに平行に固定されるように、前部光学基台９と後部光学基台７とは、下部１本、上部２本の合計３本のレーザビーム進行方向（光軸方向）に延在する支持棒１１２〜１１４によって互いに剛固に接続され、光共振器を構成している。
【０００４】
発振器筐体１上側における支持棒１１３，１１４は、それぞれ軸方向中央部をブラケット１２０，１２１によって発振器筐体１上面の光軸方向中央部分に接続されている。熱変形の少ない送風器側に位置する支持棒１１３の発振器筐体１に対するブラケット１２０による接続は完全な固定接続であり、他方の高温側に位置する支持棒１１４の発振器筐体１に対するブラケット１２１による接続は、軸方向および高さ方向の動きを拘束したスライド台１２２による可動接続とされている。すなわち、ブラケット１２１は、矢印で示すように左右方向にスライド台１２２上をスライド可能である。下部の支持棒１１２は、発振器筐体１とブラケットによる接続はなされておらず、支持棒１１２の両端が光学基台９，７に固定されているのみである。発振器筐体１と後部光学基台７との間および発振器筐体１と前部光学基台９との間のレーザビーム通過部分は、それぞれベローズによって接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のものにあっては、３本の支持棒１１２〜１１４とブラケット１２０，１２１による支持構造によって、レーザ媒質ガスの温度分布による２つの光学基台７，９間の位置関係の変化を抑えることが可能であるが、レーザ発振器が十分な防振環境にない箇所に設置されている場合の対策が講じられていない。すなわち、従来技術に示された直交励起型レーザ発振器においては、外部からの加振によって光共振器に外力が加わり、光共振器の構造体が弾性変形する結果として、ミラーアライメントの狂いが生じてしまう。
【０００６】
以下に、図９〜図１１を参照しながら、図９に示される直交励起型レーザ発振器本体が加工装置の位置決め機能を担うＸＹステージ上に設置されている場合を例に挙げて、外部からの加振による直交励起型レーザ発振器の変形について説明する。図１０と図１１は、直交励起型レーザ発振器を構成する光共振器に外力が加わった場合の様子を示す図であり、図１０は光共振器に加わる外力を示しており、そして図１１はそれらの外力による光共振器の変形の様子を示す図である。
【０００７】
直交励起型レーザ発振器は、発振器筐体１の下部に設けられた脚１３１によって図示しないＸＹステージ上に固定される。一方の光共振器は、上述したようにその上部の支持棒１１３，１１４が発振器筐体１の上部でブラケット１２０，１２１によって連結されているが、ＸＹステージ上には連結されていない。すなわち、光共振器は発振器筐体１にぶら下がった状態となっている。したがって、ＸＹステージの移動によって、発振器筐体１がレーザ出射方向に加速度Ｇを受けると、光共振器と発振器筐体１との連結位置が上部の支持棒１１３，１１４に設置されたブラケット１２０，１２１の位置であるため、図１０に示すようにこの位置に発振器筐体１から光共振器に対してＦGの力が作用する。一方、光共振器を構成する２つの光学基台７，９については、それぞれの重心位置Ａ，Ｂにおいて慣性力ＦA，ＦBが発生する。光共振器には、これらの力ＦG，ＦA，ＦBによってモーメントが発生し、光共振器の構造体は図１１に示すように弾性変形する。その結果、ミラーアライメントの狂いが発生してしまう。
【０００８】
このように、直交励起型レーザ発振器が十分な防振環境に設置されていない場合には、発振器筐体１の受ける加振によって生じる発振器筐体１と光共振器との連結点に働く力ＦGと光共振器の重心に働く慣性力ＦA，ＦBとが、光共振器を顕著に変形させるように作用する。そして、このような光共振器の変形、すなわちミラーアライメントの狂いは、レーザ光のレーザ出力やビームモードを不安定にする。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、平行に配置された一対の光学基台と支持棒とからなる光共振器が、発振器筐体が受ける振動による力にかかわらず、一対の光学基台の配置位置を一定に保つことが可能な直交励起型レーザ発振器を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、発振器筐体と、前記発振器筐体の両側に設置され、光軸方向に延在する少なくとも３本の支持棒によって互いに平行接続された、光共振器を構成する光学部品をそれぞれ支持する一対の光学基台と、前記一対の光学基台と前記発振器筐体との間を接続する一対のベローズと、を備える直交励起型レーザ発振器において、前記発振器筐体の側端部と前記光学基台とを、前記発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収するとともに、前記光軸方向に対して垂直な方向に剛性を有する第一の連結部材と、前記発振器筐体の変位によって生じる振動を吸収して減衰させる第二の連結部材とによって連結して、前記光学基台の全ての支持棒が、前記発振器筐体に直接支持されないように構成して、前記発振器筐体に対して光軸方向に拘束されないようになっていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収する第一の連結部材と、発振器筐体の変位によって生じる振動を減衰させる第二の連結部材とによって、発振器筐体の側端部と光学基台とを連結するようにしている。
【００１２】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第一の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上にあることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、第一の連結部材の光学基台との接続位置は、光学基台の重心位置を通る水平線上とするようにしている。
【００１４】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第二の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上の前記重心位置に対して対称となる位置であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第二の連結部材の光学基台との接続位置は、光学基台の重心位置を通る水平線上の重心位置に対して対称となる位置とするようにしている。
【００１６】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第一の連結部材は、板バネによって構成されることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、板バネによって、第一の連結部材が構成される。
【００１８】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記板バネは、凹型形状を有することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、凹型形状を有する板バネによって、第一の連結部材が構成される。
【００２０】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第二の連結部材は、ダンパによって構成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、ダンパによって、前記第二の連結部材が構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において上述した従来技術と同一の構成要素については、上述した従来技術に付した符号と同一の符号を付している。
【００２３】
実施の形態１．
図１はこの発明にかかる直交励起型レーザ発振器の実施の形態１を示す全体斜視図であり、図２はその正面図である。図３〜図５は、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器の実施の形態１の具体的状態を示す模式図であり、図３は発振器筐体と光学基台との間に設けられた第一の連結部材の連結状態を示す図であり、図４は発振器筐体と光学基台との間に設けられた第二の連結部材の連結状態を示す図であり、図５は発振器筐体と光学基台とを第一および第二の連結部材で連結した状態を模式的に示す図である。そして、図６は、第一の連結部材の光軸方向の変形の様子を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、レーザ光の光軸方向をＹ軸とし、この光軸に垂直な高さ方向をＺ軸とし、これらＹ軸およびＺ軸に垂直な方向をＸ軸とする。
【００２４】
発振器筐体１は、ＣＯ2ガス等のレーザ媒体ガスが封入された密閉構造を有しており、その内部には、図示されていないが、レーザビーム発生用の放電電極、レーザ媒体ガスを冷却する熱交換器、レーザ媒体ガスを循環させる送風器などが設けられている。この発振器筐体１の光軸方向の両端には、発振器筐体１の上面よりも突出するように端板１８，２８が設けられている。
【００２５】
発振器筐体１の光軸方向の両側には、全反射鏡６を保持した後部光学基台７と、全反射鏡６と同一光軸上に部分反射鏡８を保持した前部光学基台９とが、下部に１本、上部に２本の合計３本の支持棒１１２〜１１４によって互いに平行に配置されている。そして、全反射鏡６を保持する後部光学基台７と部分反射鏡８を保持する前部光学基台９とが光共振器を構成している。なお、上部の支持棒１１３，１１４は、発振器筐体１の端部に設けられている端板１８，２８を貫通してレーザ光の進行方向（光軸方向）に延在している。
【００２６】
発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間は、それぞれベローズ１０，１１と、第一の連結部材２２，１２と、第二の連結部材４２，３２とによって連結されている。ベローズ１０，１１は、部分反射鏡８と発振器筐体１との間および全反射鏡６と発振器筐体１との間で、大気にさらすことなくレーザ光を貫通させる。
【００２７】
第一の連結部材２２，１２は、光軸方向（Ｙ軸方向）に曲げ変形し易い材料によって、発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間をそれぞれ連結する。また、この第一の連結部材１２，２２は、Ｘ軸方向に高い剛性を有することが望ましい。この第一の連結部材１２，２２として、例えば、Ｘ軸方向の長さがＺ軸方向の長さよりも長く、そしてＹ軸方向の厚さがＸ軸方向およびＺ軸方向の長さに比べて極めて短い矩形状の板バネ１２，２２を用いることができる（図２および図３参照）。この板バネ１２（２２）の上端部は、板バネ取付座１４（２４）と板バネ固定板１５（２５）とで挟み付けられた状態で、発振器筐体１の端板１８（２８）に固定された板バネ支持板１３（２３）の上端部に取り付けられる。また、板バネ１２（２２）の下端部は、光学基台９（７）に取り付けられた板バネ取付座１６（２６）と板バネ固定板１７（２７）とで挟み付けられた状態で固定される。なお、端板１８（２８）、板バネ支持板１３（２３）、板バネ取付座１４（２４）、板バネ１２（２２）および板バネ固定板１５（２５）の間は、ネジ止めなどによって固定され、光学基台９（７）、板バネ取付座１６（２６）、板バネ１２（２２）および板バネ固定板１７（２７）の間もネジ止めなどによって固定される。
【００２８】
第二の連結部材４２，３２は、振動を吸収しやすい材料によって、発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間を連結する。この第二の連結部材４２，３２として、アクリル系粘弾性体材料やシリコン系粘弾性体材料、高減衰ゴム系粘弾性体材料などのダンパを用いることができる（図２および図４参照）。ダンパ３２（４２）は、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１（４１）の一の平面と、この平面に平行に配置された板状の上部ダンパ取付板３３（４３）との間に、密着して挟まれた状態となっている。Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１（４１）のダンパ３２（４２）との接着面に垂直な面は、発振器筐体１の端板１８（２８）とネジ止めなどによって固定される。一方の上部ダンパ取付板３３（４３）は光学基台９（７）に取り付けられているダンパ支持板３４（４４）とネジ止めなどによって固定される。
【００２９】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。この発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、図５に示されるように、その光共振器を構成する光学基台７，９が発振器筐体１から第一の連結部材（板バネ）１２，２２によってつり下げられ、そして、つり下げられた光学基台７，９は第二の連結部材（ダンパ）４２，３２によって発振器筐体１と水平方向に連結されている状態と等しくなる。
【００３０】
すなわち、例えば、図６に示すように、発振器筐体１がレーザ出射方向に加速度Ｇを受けると、発振器筐体１は光軸方向すなわちＹ軸方向に変位するが、光学基台７，９は慣性の法則によって元の位置に止まろうとする。この発振器筐体１と光学基台９，７との間の位置ずれは、板バネ１２，２２のＹ軸方向の弾性変形（曲げ変形）によって吸収される。この板バネ１２，２２の弾性変形による反力は非常に小さいので、光共振器を構成する一対の光学基台７，９に及ぼす変形の影響は、通常、無視できるほど小さいものとなる。したがって、一対の光学基台７，９の平行度や軸ずれなどの位置関係は加速度を受けていない初期の状態と同じ状態を保つことができる。また、ダンパ３２，４２の緩衝作用によって、すなわち、ダンパ３２，４２が光学基台７，９に対する発振器筐体１の位置変化速度に比例した反力を発生させることによって、Ｙ軸方向へ変位した発振器筐体１が元の位置に戻る際の発振器筐体１の振動は減衰され、解消される。したがって、発振器筐体１が振動した場合であっても、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化を小さくすることができる。なお、図６では説明の便宜上、上部の支持棒１１３，１１４の図示を省略している。
【００３１】
また、Ｘ軸方向に高い剛性を有する板バネ１２，２２を用いることによって、発振器筐体１がＸ軸方向に加速度を受けた場合でも、発振器筐体１が加速度を受けていない初期の状態と同じ状態を保つようにすることが可能となる。
【００３２】
なお、上述した説明において、光学基台７，９と接続される側のベローズ１０，１１の中心位置が、発振器筐体１の端板２８，１８と接続される側のベローズ１０，１１の中心位置に対して、Ｘ軸方向（図２における前後方向）、Ｚ軸方向（同じく高さ方向）、およびＹ軸（同じくレーザ光の光軸）まわりの回転方向の自由度を拘束し、それ以外のＹ軸方向、Ｘ軸まわりの回転方向およびＺ軸まわりの回転方向は可動とするように、第一の連結部材（板バネ）２２，１２によって、光学基台７，９と発振器筐体１の端部とを連結することが望ましい。このように第一の連結部材（板バネ）２２，１２を連結することによって、上述した発振器筐体１の変位とそれに伴う振動を抑制することができるとともに、発振器筐体１の熱変形に伴うベローズ１０，１１の位置のずれによる軸ずれ変形も抑制し、光学基台７，９に対する有害な変形力の発生を抑えることもできる。
【００３３】
この実施の形態１によれば、第一の連結部材としての板バネ１２，２２が発振器筐体１の加振による変位を吸収し、光学基台９，７へ変形を伝えることがないので、二つの光学基台９，７の位置関係を維持することができる。また、第二の連結部材としてのダンパ３２，４２によって、変位した発振器筐体１が元の位置に戻ろうとする時の振動を減衰させて発振器筐体１に対する光共振器の位置変化を小さくすることができる。その結果、レーザ光のレーザ光軸を一定に保つことができ、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことが可能となる。
【００３４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、図２または図３に示されるように、第一の連結部材である板バネ１２，２２が光学基台９，７と接続される位置が、光学基台９，７の重心位置よりも高い位置に、１箇所だけで固定される場合を示した。この場合、発振器筐体１の変位を受けて生じる板バネ１２，２２の変形に対する反力は非常に小さいがゼロではないので、板バネ１２，２２と光学基台９，７の重心に作用する慣性力との作用によって、光共振器にはモーメントが発生する。そして、このモーメントは、若干ではあるが光共振器の構造体を変形させるように作用する。
【００３５】
この実施の形態２では、このモーメントの影響をさらに抑制するために、第一の連結部材（板バネ）１２（２２）の下部は、光学基台９（７）の重心位置を通る水平線上に固定部材によって固定されるようにしている。
【００３６】
図７は、前部光学基台９と発振器筐体１との間の第一の連結部材１２による連結の状態の一例を示す図である。ここで、第一の連結部材１２として凹型形状の板バネ１２’が使用されており、光学基台９の重心位置はベローズ１１の中心となるように設計されているものとする。なお、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。また、この図７ではベローズ１１のやや下方に設置される第二の連結部材（ダンパ）３２の図示が省略されているが、その連結状態は上述した実施の形態１の場合と同様である。
【００３７】
この凹型形状の板バネ１２’は、脚部１２ａ’，１２ｂ’をＺ軸下方に向けて、そして、これらの脚部１２ａ’，１２ｂ’でベローズ１１の重心位置を挟むようにして配置される。すなわち、前部光学基台９側において、この板バネ１２’の上端部は板バネ取付座１４と板バネ固定板１５とで挟み付けられた状態で、発振器筐体１の端板１８に固定された板バネ支持板１３の上端部にネジ止めなどで取り付けられており、一方の板バネ１２’の２本の脚部１２ａ’，１２ｂ’は、それぞれ前部光学基台９に取り付けられた板バネ取付座１６ａ’，１６ｂ’と板バネ固定板１７ａ’，１７ｂ’とで挟み付けられた状態でネジ止めなどで固定される。そして、板バネ取付座１６ａ’，１６ｂ’と板バネ固定板１７ａ’，１７ｂ’によって固定される板バネ１２’の脚部１２ａ’，１２ｂ’の位置は、ベローズ１１の中心位置、すなわち重心位置を通る水平線ｈ上に存在する。説明は省略するが、後部光学基台７側も、この前部光学基台９側と同様にして凹型形状の板バネが取り付けられる。なお、凹型形状の板バネ１２’の脚部１２ａ’，１２ｂ’の光学基台９（７）に固定される位置は、光学基台９（７）の重心位置を通る水平線ｈ上のその重心位置を挟んで対称となる位置であることが望ましい。
【００３８】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。発振器筐体１に変位が生じると、実施の形態１の場合と同じように、凹型形状の板バネ１２’がＹ軸方向に弾性変形（曲げ変形）する。この変形によって凹型形状の板バネ１２’には反力が発生するが、板バネ１２’の下部が光学基台９（７）の重心位置を通る水平線上に固定されているために、凹型形状の板バネ１２’の反力の合ベクトルは、光学基台９（７）の重心位置を通ることになる。この反力は、光学基台９（７）の重心に作用する慣性力の向きと逆向きに作用する。そのため、凹型形状の板バネ１２’の変形による反力が発生しても、光学基台９（７）の重心に作用する慣性力と互いに打ち消しあう。そして、光共振器の構造体を変形させる有害なモーメントが発生せず、または有害なモーメントの発生が抑えられ、光共振器の構造体の変形を実施の形態１の場合と比べてさらに小さくすることが可能となる。
【００３９】
この実施の形態２によれば、第一の連結部材１２，２２の光学基台９，７側の接続位置を該光学基台９，７の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第一の連結部材１２，２２に若干の反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあう。そして、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができる。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができる。
【００４０】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、図２または図４に示されるように、第二の連結部材であるダンパ３２，４２が、発振器筐体１の光軸方向の端部と光学基台９，７との間に１個ずつ配置され、その配置される位置が光学基台９，７の重心位置から外れている場合を示した。このような構成を有する直交励起型レーザ発振器においては、光学基台９，７と発振器筐体１との間に位置変化が発生した場合に発生するダンパ３２，４２の反力と光学基台９，７の重心に作用する慣性力との作用でモーメントが発生する。そして、このモーメントは、若干ではあるが光共振器の構造体を変形させるように作用する。
【００４１】
この実施の形態３では、上述した実施の形態１で生じるこのモーメントの影響を抑制するために、発振器筐体１の光軸方向の側端面と光学基台９，７との間にダンパをそれぞれ２個配置し、それぞれのダンパ３２，４２が光学基台９，７の重心位置を通る水平線上に、重心位置を挟んでその両側に配置するようにしている。
【００４２】
図８は、前部光学基台９と発振器筐体１との間の第二の連結部材３２による連結の状態の一例を示す図である。ここで、第二の連結部材として２個のダンパ３２ａ，３２ｂが使用されており、光学基台９の重心はベローズ１１の中心となるように設計されているものとする。なお、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００４３】
ダンパ３２ａ，３２ｂは、光学基台９のベローズ１１側の面内のベローズ１１の重心位置を通る水平線ｈ上に、そしてベローズ１１の重心位置に対して対称的な配置となるように配置される。ダンパ３２ａは、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１ａとＬ字型の上部ダンパ取付板３３ａとの間に密着して挟まれた構造となっている。また、下部ダンパ取付板３１ａのダンパ３２ａとの取付面と垂直な面は発振器筐体１の端板１８とネジなどの固定部材によって固定され、上部ダンパ取付板３３ａのダンパ３２ａとの取付面と垂直な面は光学基台９とネジなどの固定部材によって固定される。ダンパ３２ｂも同様に、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１ｂとＬ字型の上部ダンパ取付板３３ｂとの間に密着して挟まれており、下部ダンパ取付板３１ｂのダンパ３２ｂとの取付面と垂直な面は発振器筐体１の端板１８とネジなどの固定部材によって固定され、上部ダンパ取付板３３ｂのダンパ３２ｂとの取付面と垂直な面は光学基台９とネジなどの固定部材によって固定される。
【００４４】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。発振器筐体１に光軸方向、すなわちＹ軸方向の変位が生じると、実施の形態１の場合と同じように板バネ１２がＹ軸方向に弾性変形（曲げ変形）する。そして、変位した発振器筐体１は元の位置に戻ろうとするが、このときの光学基台９と発振器筐体１との間の位置変化によって、ダンパ３２ａ，３２ｂに反力が発生する。しかし、ダンパ３２ａ，３２ｂは光学基台９の重心位置を通る水平線上に固定されているために、このダンパ３２ａ，３２ｂに生じる反力の合ベクトルは、光学基台９の重心位置を通ることになる。そして、この反力の合ベクトルは、光学基板９の重心位置に作用する慣性力の向きと逆向きに作用する。そのため、ダンパ３２ａ，３２ｂに反力が発生しても、光学基台９の重心に作用する慣性力と打ち消しあうことによって、光共振器の構造体を変形させる有害なモーメントが発生せず、または有害なモーメントの発生が抑えられ、光共振器の構造体の変形をさらに小さくすることが可能である。
【００４５】
この実施の形態３によれば、第二の連結部材３２，４２の発振器筐体１の側端面および光学基台９，７との接続位置を、光学基台９，７の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第二の連結部材であるダンパ３２，４２に前記位置変化の速度に比例した反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができる。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態２の構成と実施の形態３の構成とを組み合わせることも可能である。すなわち、第一の連結部材１２，２２の光学基台９，７側との接続箇所を該光学基台９，７の重心位置と同じ高さとし、第二の連結部材３２，４２も光学基台９，７の重心位置と同じ高さに固定する。これにより発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第一の連結部材１２，２２に反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあうように作用するので、光共振器を変形させる力を抑制することができる。また、光共振器の発振器筐体１に対する位置変化によって、第二の連結部材に位置変化の速度に比例した反力が発生した場合にも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあうように作用するので、光共振器を変形させる力を抑制することができる。
【００４７】
また、上述した説明では、光学基台７，９を支持する支持棒１１２〜１１４が３本の場合を例示したが、３本に限られず４本以上の支持棒によって光学基台７，９を支持する場合であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収する第一の連結部材と、発振器筐体の変位によって生じる振動を減衰させる第二の連結部材とによって、発振器筐体の側端部と光学基台とを連結するように構成したので、発振器筐体の水平面内での変位やそれに伴う振動が生じても、光共振器の構造体を変形させる力が抑制され、一対の光学基台の平行度や軸ずれなどの位置関係は初期の状態を保つことができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００４９】
つぎの発明によれば、第一の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体に対する光共振器の位置変化に伴って第一の連結部材に若干の反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルが光学基台の重心位置を通り、光学基台に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００５０】
つぎの発明によれば、第二の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心位置を通る水平線上の重心位置に対して対称となる位置に取り付けるようにしたので、発振器筐体の振動に伴って第二の連結部材に反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルが光学基台の重心位置を通り、光学基台に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００５１】
つぎの発明によれば、第一の連結部材として板バネを用いるようにしたので、発振器筐体の光軸方向の変位を効果的に吸収することができるという効果を有する。
【００５２】
つぎの発明によれば、板バネとして凹型形状の板バネを用いるようにしたので、第一の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心と同じ高さとすることができるという効果を有する。
【００５３】
つぎの発明によれば、第二の連結部材としてダンパを用いるようにしたので、発振器筐体の振動を効果的に減衰させて、光共振器への振動の伝達を防止することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器の全体斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器の正面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における第一の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における第二の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における発振器筐体と光学基台との間の連結関係を示す模式図である。
【図６】 第一の連結部材の光軸方向の変形を示す正面図である。
【図７】 この発明の実施の形態２の直交励起型レーザ発振器における第一の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図８】 この発明の実施の形態３の直交励起型レーザ発振器における第一および第二の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図９】 直交励起型レーザ発振器の従来例を示す斜視図である。
【図１０】 従来例の直交励起型レーザ発振器が加速度を受けた場合の光共振器に作用する力を模式的に示す図である。
【図１１】 光共振器に作用する力による光共振器の変形の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 発振器筐体、６ 全反射鏡、７ 後部光学基台、８ 部分反射鏡、９ 前部光学基台、１０，１１ ベローズ、１２，１２’，２２ 第一の連結部材（板バネ）、１３，２３ 板バネ支持板、１４，１６，１６ａ’，１６ｂ’，２４，２６ 板バネ取付座、１５，１７，１７ａ’，１７ｂ’，２５，２７ 板バネ固定板、１８，２８ 端板、３１，３１ａ，３１ｂ，４１ 下部ダンパ取付板、３２，３２ａ，３２ｂ，４２ 第二の連結部材（ダンパ）、３３，３３ａ，３３ｂ，４３ 上部ダンパ取付板、３４，４４ ダンパ支持板、１１２〜１１５ 支持棒。
【発明の属する技術分野】
この発明は、発振器筐体が変位し、振動した場合にも、一対の光共振器の平行度や軸ずれなどの位置関係を一定に保つことによって、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことが可能な構造を有する直交励起型レーザ発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザ発振器は、一般に、レーザ気体が封入されて放電によりレーザを励起する放電管と、この放電管の両側に配置される２枚のミラーを有する光共振器とを備えている。レーザ発振時に放電管で大きい発熱が生じると、その熱の一部が光共振器、または放電管や光共振器を支持しているベース板側に伝達し、それらが熱により変形する結果、光共振器を構成する一対の光学基台の平行度の狂いや、光共振器の軸と発振器筐体の軸との間の位置のずれなどを生じる。また、光共振器自体も外気温度の変化によりフレームの棒部材、端面板部材等の構成部材相互の間で熱膨張差を生じ、これによっても光共振器の位置のずれなどを生じる虞がある。このような光共振器の位置のずれは、ミラーアライメントの狂いを招来して、レーザ光のレーザ出力やビームモードを不安定にする。そこで、このような熱の影響による光共振器の位置のずれなどに対処するために、種々の構成を有するレーザ発振器が提案されている。
【０００３】
このような従来技術としては、図９に示す特開２０００−１８３４２５号公報に開示されている直交励起型レーザ発振器がある。この従来技術では、発振器筐体１の両側に、前部光学基台９と後部光学基台７とが設けられている。前部光学基台９には部分反射鏡が、後部光学基台７には全反射鏡が固定されており、部分反射鏡と全反射鏡とが同一光軸上に互いに平行に固定されるように、前部光学基台９と後部光学基台７とは、下部１本、上部２本の合計３本のレーザビーム進行方向（光軸方向）に延在する支持棒１１２〜１１４によって互いに剛固に接続され、光共振器を構成している。
【０００４】
発振器筐体１上側における支持棒１１３，１１４は、それぞれ軸方向中央部をブラケット１２０，１２１によって発振器筐体１上面の光軸方向中央部分に接続されている。熱変形の少ない送風器側に位置する支持棒１１３の発振器筐体１に対するブラケット１２０による接続は完全な固定接続であり、他方の高温側に位置する支持棒１１４の発振器筐体１に対するブラケット１２１による接続は、軸方向および高さ方向の動きを拘束したスライド台１２２による可動接続とされている。すなわち、ブラケット１２１は、矢印で示すように左右方向にスライド台１２２上をスライド可能である。下部の支持棒１１２は、発振器筐体１とブラケットによる接続はなされておらず、支持棒１１２の両端が光学基台９，７に固定されているのみである。発振器筐体１と後部光学基台７との間および発振器筐体１と前部光学基台９との間のレーザビーム通過部分は、それぞれベローズによって接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のものにあっては、３本の支持棒１１２〜１１４とブラケット１２０，１２１による支持構造によって、レーザ媒質ガスの温度分布による２つの光学基台７，９間の位置関係の変化を抑えることが可能であるが、レーザ発振器が十分な防振環境にない箇所に設置されている場合の対策が講じられていない。すなわち、従来技術に示された直交励起型レーザ発振器においては、外部からの加振によって光共振器に外力が加わり、光共振器の構造体が弾性変形する結果として、ミラーアライメントの狂いが生じてしまう。
【０００６】
以下に、図９〜図１１を参照しながら、図９に示される直交励起型レーザ発振器本体が加工装置の位置決め機能を担うＸＹステージ上に設置されている場合を例に挙げて、外部からの加振による直交励起型レーザ発振器の変形について説明する。図１０と図１１は、直交励起型レーザ発振器を構成する光共振器に外力が加わった場合の様子を示す図であり、図１０は光共振器に加わる外力を示しており、そして図１１はそれらの外力による光共振器の変形の様子を示す図である。
【０００７】
直交励起型レーザ発振器は、発振器筐体１の下部に設けられた脚１３１によって図示しないＸＹステージ上に固定される。一方の光共振器は、上述したようにその上部の支持棒１１３，１１４が発振器筐体１の上部でブラケット１２０，１２１によって連結されているが、ＸＹステージ上には連結されていない。すなわち、光共振器は発振器筐体１にぶら下がった状態となっている。したがって、ＸＹステージの移動によって、発振器筐体１がレーザ出射方向に加速度Ｇを受けると、光共振器と発振器筐体１との連結位置が上部の支持棒１１３，１１４に設置されたブラケット１２０，１２１の位置であるため、図１０に示すようにこの位置に発振器筐体１から光共振器に対してＦGの力が作用する。一方、光共振器を構成する２つの光学基台７，９については、それぞれの重心位置Ａ，Ｂにおいて慣性力ＦA，ＦBが発生する。光共振器には、これらの力ＦG，ＦA，ＦBによってモーメントが発生し、光共振器の構造体は図１１に示すように弾性変形する。その結果、ミラーアライメントの狂いが発生してしまう。
【０００８】
このように、直交励起型レーザ発振器が十分な防振環境に設置されていない場合には、発振器筐体１の受ける加振によって生じる発振器筐体１と光共振器との連結点に働く力ＦGと光共振器の重心に働く慣性力ＦA，ＦBとが、光共振器を顕著に変形させるように作用する。そして、このような光共振器の変形、すなわちミラーアライメントの狂いは、レーザ光のレーザ出力やビームモードを不安定にする。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、平行に配置された一対の光学基台と支持棒とからなる光共振器が、発振器筐体が受ける振動による力にかかわらず、一対の光学基台の配置位置を一定に保つことが可能な直交励起型レーザ発振器を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、発振器筐体と、前記発振器筐体の両側に設置され、光軸方向に延在する少なくとも３本の支持棒によって互いに平行接続された、光共振器を構成する光学部品をそれぞれ支持する一対の光学基台と、前記一対の光学基台と前記発振器筐体との間を接続する一対のベローズと、を備える直交励起型レーザ発振器において、前記発振器筐体の側端部と前記光学基台とを、前記発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収するとともに、前記光軸方向に対して垂直な方向に剛性を有する第一の連結部材と、前記発振器筐体の変位によって生じる振動を吸収して減衰させる第二の連結部材とによって連結して、前記光学基台の全ての支持棒が、前記発振器筐体に直接支持されないように構成して、前記発振器筐体に対して光軸方向に拘束されないようになっていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収する第一の連結部材と、発振器筐体の変位によって生じる振動を減衰させる第二の連結部材とによって、発振器筐体の側端部と光学基台とを連結するようにしている。
【００１２】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第一の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上にあることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、第一の連結部材の光学基台との接続位置は、光学基台の重心位置を通る水平線上とするようにしている。
【００１４】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第二の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上の前記重心位置に対して対称となる位置であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第二の連結部材の光学基台との接続位置は、光学基台の重心位置を通る水平線上の重心位置に対して対称となる位置とするようにしている。
【００１６】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第一の連結部材は、板バネによって構成されることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、板バネによって、第一の連結部材が構成される。
【００１８】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記板バネは、凹型形状を有することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、凹型形状を有する板バネによって、第一の連結部材が構成される。
【００２０】
つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、上記の発明において、前記第二の連結部材は、ダンパによって構成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、ダンパによって、前記第二の連結部材が構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において上述した従来技術と同一の構成要素については、上述した従来技術に付した符号と同一の符号を付している。
【００２３】
実施の形態１．
図１はこの発明にかかる直交励起型レーザ発振器の実施の形態１を示す全体斜視図であり、図２はその正面図である。図３〜図５は、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器の実施の形態１の具体的状態を示す模式図であり、図３は発振器筐体と光学基台との間に設けられた第一の連結部材の連結状態を示す図であり、図４は発振器筐体と光学基台との間に設けられた第二の連結部材の連結状態を示す図であり、図５は発振器筐体と光学基台とを第一および第二の連結部材で連結した状態を模式的に示す図である。そして、図６は、第一の連結部材の光軸方向の変形の様子を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、レーザ光の光軸方向をＹ軸とし、この光軸に垂直な高さ方向をＺ軸とし、これらＹ軸およびＺ軸に垂直な方向をＸ軸とする。
【００２４】
発振器筐体１は、ＣＯ2ガス等のレーザ媒体ガスが封入された密閉構造を有しており、その内部には、図示されていないが、レーザビーム発生用の放電電極、レーザ媒体ガスを冷却する熱交換器、レーザ媒体ガスを循環させる送風器などが設けられている。この発振器筐体１の光軸方向の両端には、発振器筐体１の上面よりも突出するように端板１８，２８が設けられている。
【００２５】
発振器筐体１の光軸方向の両側には、全反射鏡６を保持した後部光学基台７と、全反射鏡６と同一光軸上に部分反射鏡８を保持した前部光学基台９とが、下部に１本、上部に２本の合計３本の支持棒１１２〜１１４によって互いに平行に配置されている。そして、全反射鏡６を保持する後部光学基台７と部分反射鏡８を保持する前部光学基台９とが光共振器を構成している。なお、上部の支持棒１１３，１１４は、発振器筐体１の端部に設けられている端板１８，２８を貫通してレーザ光の進行方向（光軸方向）に延在している。
【００２６】
発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間は、それぞれベローズ１０，１１と、第一の連結部材２２，１２と、第二の連結部材４２，３２とによって連結されている。ベローズ１０，１１は、部分反射鏡８と発振器筐体１との間および全反射鏡６と発振器筐体１との間で、大気にさらすことなくレーザ光を貫通させる。
【００２７】
第一の連結部材２２，１２は、光軸方向（Ｙ軸方向）に曲げ変形し易い材料によって、発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間をそれぞれ連結する。また、この第一の連結部材１２，２２は、Ｘ軸方向に高い剛性を有することが望ましい。この第一の連結部材１２，２２として、例えば、Ｘ軸方向の長さがＺ軸方向の長さよりも長く、そしてＹ軸方向の厚さがＸ軸方向およびＺ軸方向の長さに比べて極めて短い矩形状の板バネ１２，２２を用いることができる（図２および図３参照）。この板バネ１２（２２）の上端部は、板バネ取付座１４（２４）と板バネ固定板１５（２５）とで挟み付けられた状態で、発振器筐体１の端板１８（２８）に固定された板バネ支持板１３（２３）の上端部に取り付けられる。また、板バネ１２（２２）の下端部は、光学基台９（７）に取り付けられた板バネ取付座１６（２６）と板バネ固定板１７（２７）とで挟み付けられた状態で固定される。なお、端板１８（２８）、板バネ支持板１３（２３）、板バネ取付座１４（２４）、板バネ１２（２２）および板バネ固定板１５（２５）の間は、ネジ止めなどによって固定され、光学基台９（７）、板バネ取付座１６（２６）、板バネ１２（２２）および板バネ固定板１７（２７）の間もネジ止めなどによって固定される。
【００２８】
第二の連結部材４２，３２は、振動を吸収しやすい材料によって、発振器筐体１の端板２８と後部光学基台７との間および発振器筐体１の端板１８と前部光学基台９との間を連結する。この第二の連結部材４２，３２として、アクリル系粘弾性体材料やシリコン系粘弾性体材料、高減衰ゴム系粘弾性体材料などのダンパを用いることができる（図２および図４参照）。ダンパ３２（４２）は、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１（４１）の一の平面と、この平面に平行に配置された板状の上部ダンパ取付板３３（４３）との間に、密着して挟まれた状態となっている。Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１（４１）のダンパ３２（４２）との接着面に垂直な面は、発振器筐体１の端板１８（２８）とネジ止めなどによって固定される。一方の上部ダンパ取付板３３（４３）は光学基台９（７）に取り付けられているダンパ支持板３４（４４）とネジ止めなどによって固定される。
【００２９】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。この発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、図５に示されるように、その光共振器を構成する光学基台７，９が発振器筐体１から第一の連結部材（板バネ）１２，２２によってつり下げられ、そして、つり下げられた光学基台７，９は第二の連結部材（ダンパ）４２，３２によって発振器筐体１と水平方向に連結されている状態と等しくなる。
【００３０】
すなわち、例えば、図６に示すように、発振器筐体１がレーザ出射方向に加速度Ｇを受けると、発振器筐体１は光軸方向すなわちＹ軸方向に変位するが、光学基台７，９は慣性の法則によって元の位置に止まろうとする。この発振器筐体１と光学基台９，７との間の位置ずれは、板バネ１２，２２のＹ軸方向の弾性変形（曲げ変形）によって吸収される。この板バネ１２，２２の弾性変形による反力は非常に小さいので、光共振器を構成する一対の光学基台７，９に及ぼす変形の影響は、通常、無視できるほど小さいものとなる。したがって、一対の光学基台７，９の平行度や軸ずれなどの位置関係は加速度を受けていない初期の状態と同じ状態を保つことができる。また、ダンパ３２，４２の緩衝作用によって、すなわち、ダンパ３２，４２が光学基台７，９に対する発振器筐体１の位置変化速度に比例した反力を発生させることによって、Ｙ軸方向へ変位した発振器筐体１が元の位置に戻る際の発振器筐体１の振動は減衰され、解消される。したがって、発振器筐体１が振動した場合であっても、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化を小さくすることができる。なお、図６では説明の便宜上、上部の支持棒１１３，１１４の図示を省略している。
【００３１】
また、Ｘ軸方向に高い剛性を有する板バネ１２，２２を用いることによって、発振器筐体１がＸ軸方向に加速度を受けた場合でも、発振器筐体１が加速度を受けていない初期の状態と同じ状態を保つようにすることが可能となる。
【００３２】
なお、上述した説明において、光学基台７，９と接続される側のベローズ１０，１１の中心位置が、発振器筐体１の端板２８，１８と接続される側のベローズ１０，１１の中心位置に対して、Ｘ軸方向（図２における前後方向）、Ｚ軸方向（同じく高さ方向）、およびＹ軸（同じくレーザ光の光軸）まわりの回転方向の自由度を拘束し、それ以外のＹ軸方向、Ｘ軸まわりの回転方向およびＺ軸まわりの回転方向は可動とするように、第一の連結部材（板バネ）２２，１２によって、光学基台７，９と発振器筐体１の端部とを連結することが望ましい。このように第一の連結部材（板バネ）２２，１２を連結することによって、上述した発振器筐体１の変位とそれに伴う振動を抑制することができるとともに、発振器筐体１の熱変形に伴うベローズ１０，１１の位置のずれによる軸ずれ変形も抑制し、光学基台７，９に対する有害な変形力の発生を抑えることもできる。
【００３３】
この実施の形態１によれば、第一の連結部材としての板バネ１２，２２が発振器筐体１の加振による変位を吸収し、光学基台９，７へ変形を伝えることがないので、二つの光学基台９，７の位置関係を維持することができる。また、第二の連結部材としてのダンパ３２，４２によって、変位した発振器筐体１が元の位置に戻ろうとする時の振動を減衰させて発振器筐体１に対する光共振器の位置変化を小さくすることができる。その結果、レーザ光のレーザ光軸を一定に保つことができ、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことが可能となる。
【００３４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、図２または図３に示されるように、第一の連結部材である板バネ１２，２２が光学基台９，７と接続される位置が、光学基台９，７の重心位置よりも高い位置に、１箇所だけで固定される場合を示した。この場合、発振器筐体１の変位を受けて生じる板バネ１２，２２の変形に対する反力は非常に小さいがゼロではないので、板バネ１２，２２と光学基台９，７の重心に作用する慣性力との作用によって、光共振器にはモーメントが発生する。そして、このモーメントは、若干ではあるが光共振器の構造体を変形させるように作用する。
【００３５】
この実施の形態２では、このモーメントの影響をさらに抑制するために、第一の連結部材（板バネ）１２（２２）の下部は、光学基台９（７）の重心位置を通る水平線上に固定部材によって固定されるようにしている。
【００３６】
図７は、前部光学基台９と発振器筐体１との間の第一の連結部材１２による連結の状態の一例を示す図である。ここで、第一の連結部材１２として凹型形状の板バネ１２’が使用されており、光学基台９の重心位置はベローズ１１の中心となるように設計されているものとする。なお、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。また、この図７ではベローズ１１のやや下方に設置される第二の連結部材（ダンパ）３２の図示が省略されているが、その連結状態は上述した実施の形態１の場合と同様である。
【００３７】
この凹型形状の板バネ１２’は、脚部１２ａ’，１２ｂ’をＺ軸下方に向けて、そして、これらの脚部１２ａ’，１２ｂ’でベローズ１１の重心位置を挟むようにして配置される。すなわち、前部光学基台９側において、この板バネ１２’の上端部は板バネ取付座１４と板バネ固定板１５とで挟み付けられた状態で、発振器筐体１の端板１８に固定された板バネ支持板１３の上端部にネジ止めなどで取り付けられており、一方の板バネ１２’の２本の脚部１２ａ’，１２ｂ’は、それぞれ前部光学基台９に取り付けられた板バネ取付座１６ａ’，１６ｂ’と板バネ固定板１７ａ’，１７ｂ’とで挟み付けられた状態でネジ止めなどで固定される。そして、板バネ取付座１６ａ’，１６ｂ’と板バネ固定板１７ａ’，１７ｂ’によって固定される板バネ１２’の脚部１２ａ’，１２ｂ’の位置は、ベローズ１１の中心位置、すなわち重心位置を通る水平線ｈ上に存在する。説明は省略するが、後部光学基台７側も、この前部光学基台９側と同様にして凹型形状の板バネが取り付けられる。なお、凹型形状の板バネ１２’の脚部１２ａ’，１２ｂ’の光学基台９（７）に固定される位置は、光学基台９（７）の重心位置を通る水平線ｈ上のその重心位置を挟んで対称となる位置であることが望ましい。
【００３８】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。発振器筐体１に変位が生じると、実施の形態１の場合と同じように、凹型形状の板バネ１２’がＹ軸方向に弾性変形（曲げ変形）する。この変形によって凹型形状の板バネ１２’には反力が発生するが、板バネ１２’の下部が光学基台９（７）の重心位置を通る水平線上に固定されているために、凹型形状の板バネ１２’の反力の合ベクトルは、光学基台９（７）の重心位置を通ることになる。この反力は、光学基台９（７）の重心に作用する慣性力の向きと逆向きに作用する。そのため、凹型形状の板バネ１２’の変形による反力が発生しても、光学基台９（７）の重心に作用する慣性力と互いに打ち消しあう。そして、光共振器の構造体を変形させる有害なモーメントが発生せず、または有害なモーメントの発生が抑えられ、光共振器の構造体の変形を実施の形態１の場合と比べてさらに小さくすることが可能となる。
【００３９】
この実施の形態２によれば、第一の連結部材１２，２２の光学基台９，７側の接続位置を該光学基台９，７の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第一の連結部材１２，２２に若干の反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあう。そして、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができる。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができる。
【００４０】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、図２または図４に示されるように、第二の連結部材であるダンパ３２，４２が、発振器筐体１の光軸方向の端部と光学基台９，７との間に１個ずつ配置され、その配置される位置が光学基台９，７の重心位置から外れている場合を示した。このような構成を有する直交励起型レーザ発振器においては、光学基台９，７と発振器筐体１との間に位置変化が発生した場合に発生するダンパ３２，４２の反力と光学基台９，７の重心に作用する慣性力との作用でモーメントが発生する。そして、このモーメントは、若干ではあるが光共振器の構造体を変形させるように作用する。
【００４１】
この実施の形態３では、上述した実施の形態１で生じるこのモーメントの影響を抑制するために、発振器筐体１の光軸方向の側端面と光学基台９，７との間にダンパをそれぞれ２個配置し、それぞれのダンパ３２，４２が光学基台９，７の重心位置を通る水平線上に、重心位置を挟んでその両側に配置するようにしている。
【００４２】
図８は、前部光学基台９と発振器筐体１との間の第二の連結部材３２による連結の状態の一例を示す図である。ここで、第二の連結部材として２個のダンパ３２ａ，３２ｂが使用されており、光学基台９の重心はベローズ１１の中心となるように設計されているものとする。なお、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００４３】
ダンパ３２ａ，３２ｂは、光学基台９のベローズ１１側の面内のベローズ１１の重心位置を通る水平線ｈ上に、そしてベローズ１１の重心位置に対して対称的な配置となるように配置される。ダンパ３２ａは、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１ａとＬ字型の上部ダンパ取付板３３ａとの間に密着して挟まれた構造となっている。また、下部ダンパ取付板３１ａのダンパ３２ａとの取付面と垂直な面は発振器筐体１の端板１８とネジなどの固定部材によって固定され、上部ダンパ取付板３３ａのダンパ３２ａとの取付面と垂直な面は光学基台９とネジなどの固定部材によって固定される。ダンパ３２ｂも同様に、Ｌ字型の下部ダンパ取付板３１ｂとＬ字型の上部ダンパ取付板３３ｂとの間に密着して挟まれており、下部ダンパ取付板３１ｂのダンパ３２ｂとの取付面と垂直な面は発振器筐体１の端板１８とネジなどの固定部材によって固定され、上部ダンパ取付板３３ｂのダンパ３２ｂとの取付面と垂直な面は光学基台９とネジなどの固定部材によって固定される。
【００４４】
つぎに、このような構成を有する直交励起型レーザ発振器に振動が発生した場合の振動抑制の機構について説明する。発振器筐体１に光軸方向、すなわちＹ軸方向の変位が生じると、実施の形態１の場合と同じように板バネ１２がＹ軸方向に弾性変形（曲げ変形）する。そして、変位した発振器筐体１は元の位置に戻ろうとするが、このときの光学基台９と発振器筐体１との間の位置変化によって、ダンパ３２ａ，３２ｂに反力が発生する。しかし、ダンパ３２ａ，３２ｂは光学基台９の重心位置を通る水平線上に固定されているために、このダンパ３２ａ，３２ｂに生じる反力の合ベクトルは、光学基台９の重心位置を通ることになる。そして、この反力の合ベクトルは、光学基板９の重心位置に作用する慣性力の向きと逆向きに作用する。そのため、ダンパ３２ａ，３２ｂに反力が発生しても、光学基台９の重心に作用する慣性力と打ち消しあうことによって、光共振器の構造体を変形させる有害なモーメントが発生せず、または有害なモーメントの発生が抑えられ、光共振器の構造体の変形をさらに小さくすることが可能である。
【００４５】
この実施の形態３によれば、第二の連結部材３２，４２の発振器筐体１の側端面および光学基台９，７との接続位置を、光学基台９，７の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第二の連結部材であるダンパ３２，４２に前記位置変化の速度に比例した反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができる。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態２の構成と実施の形態３の構成とを組み合わせることも可能である。すなわち、第一の連結部材１２，２２の光学基台９，７側との接続箇所を該光学基台９，７の重心位置と同じ高さとし、第二の連結部材３２，４２も光学基台９，７の重心位置と同じ高さに固定する。これにより発振器筐体１に対する光共振器の位置変化が生じ、第一の連結部材１２，２２に反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあうように作用するので、光共振器を変形させる力を抑制することができる。また、光共振器の発振器筐体１に対する位置変化によって、第二の連結部材に位置変化の速度に比例した反力が発生した場合にも、この反力の合ベクトルがそれぞれの光学基台９，７の重心位置を通り、光学基台９，７に発生する慣性力と打ち消しあうように作用するので、光共振器を変形させる力を抑制することができる。
【００４７】
また、上述した説明では、光学基台７，９を支持する支持棒１１２〜１１４が３本の場合を例示したが、３本に限られず４本以上の支持棒によって光学基台７，９を支持する場合であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収する第一の連結部材と、発振器筐体の変位によって生じる振動を減衰させる第二の連結部材とによって、発振器筐体の側端部と光学基台とを連結するように構成したので、発振器筐体の水平面内での変位やそれに伴う振動が生じても、光共振器の構造体を変形させる力が抑制され、一対の光学基台の平行度や軸ずれなどの位置関係は初期の状態を保つことができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００４９】
つぎの発明によれば、第一の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心位置と同じ高さとしたので、発振器筐体に対する光共振器の位置変化に伴って第一の連結部材に若干の反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルが光学基台の重心位置を通り、光学基台に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００５０】
つぎの発明によれば、第二の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心位置を通る水平線上の重心位置に対して対称となる位置に取り付けるようにしたので、発振器筐体の振動に伴って第二の連結部材に反力が発生した場合でも、この反力の合ベクトルが光学基台の重心位置を通り、光学基台に発生する慣性力と打ち消しあい、光共振器の構造体を変形させる力を抑制することができるという効果を有する。その結果、レーザビームの出力やビームモードなどの品質を安定に保つことができるという効果を有する。
【００５１】
つぎの発明によれば、第一の連結部材として板バネを用いるようにしたので、発振器筐体の光軸方向の変位を効果的に吸収することができるという効果を有する。
【００５２】
つぎの発明によれば、板バネとして凹型形状の板バネを用いるようにしたので、第一の連結部材の光学基台との接続位置を、光学基台の重心と同じ高さとすることができるという効果を有する。
【００５３】
つぎの発明によれば、第二の連結部材としてダンパを用いるようにしたので、発振器筐体の振動を効果的に減衰させて、光共振器への振動の伝達を防止することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器の全体斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器の正面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における第一の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における第二の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態１の直交励起型レーザ発振器における発振器筐体と光学基台との間の連結関係を示す模式図である。
【図６】 第一の連結部材の光軸方向の変形を示す正面図である。
【図７】 この発明の実施の形態２の直交励起型レーザ発振器における第一の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図８】 この発明の実施の形態３の直交励起型レーザ発振器における第一および第二の連結部材の連結の様子を示す斜視図である。
【図９】 直交励起型レーザ発振器の従来例を示す斜視図である。
【図１０】 従来例の直交励起型レーザ発振器が加速度を受けた場合の光共振器に作用する力を模式的に示す図である。
【図１１】 光共振器に作用する力による光共振器の変形の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 発振器筐体、６ 全反射鏡、７ 後部光学基台、８ 部分反射鏡、９ 前部光学基台、１０，１１ ベローズ、１２，１２’，２２ 第一の連結部材（板バネ）、１３，２３ 板バネ支持板、１４，１６，１６ａ’，１６ｂ’，２４，２６ 板バネ取付座、１５，１７，１７ａ’，１７ｂ’，２５，２７ 板バネ固定板、１８，２８ 端板、３１，３１ａ，３１ｂ，４１ 下部ダンパ取付板、３２，３２ａ，３２ｂ，４２ 第二の連結部材（ダンパ）、３３，３３ａ，３３ｂ，４３ 上部ダンパ取付板、３４，４４ ダンパ支持板、１１２〜１１５ 支持棒。
Claims (6)
- 発振器筐体と、
前記発振器筐体の両側に設置され、光軸方向に延在する少なくとも３本の支持棒によって互いに平行接続された、光共振器を構成する光学部品をそれぞれ支持する一対の光学基台と、
前記一対の光学基台と前記発振器筐体との間を接続する一対のベローズと、
を備える直交励起型レーザ発振器において、
前記発振器筐体の側端部と前記光学基台とを、前記発振器筐体の光軸方向の変位を光軸方向の曲げ運動によって吸収するとともに、前記光軸方向に対して垂直な方向に剛性を有する第一の連結部材と、前記発振器筐体の変位によって生じる振動を吸収して減衰させる第二の連結部材とによって連結して、前記光学基台の全ての支持棒が、前記発振器筐体に直接支持されないように構成して、前記発振器筐体に対して光軸方向に拘束されないようになっていることを特徴とする直交励起型レーザ発振器。 - 前記第一の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上にあることを特徴とする請求項１に記載の直交励起型レーザ発振器。
- 前記第二の連結部材の前記光学基台との接続位置は、前記光学基台の重心位置を通る水平線上の前記重心位置に対して対称となる位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の直交励起型レーザ発振器。
- 前記第一の連結部材は、板バネによって構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の直交励起型レーザ発振器。
- 前記板バネは、凹型形状を有することを特徴とする請求項４に記載の直交励起型レーザ発振器。
- 前記第二の連結部材は、ダンパによって構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の直交励起型レーザ発振器。
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