JPH02260585A - Ion laser apparatus - Google Patents

Ion laser apparatus

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JPH02260585A
JPH02260585A JP8122289A JP8122289A JPH02260585A JP H02260585 A JPH02260585 A JP H02260585A JP 8122289 A JP8122289 A JP 8122289A JP 8122289 A JP8122289 A JP 8122289A JP H02260585 A JPH02260585 A JP H02260585A
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JP
Japan
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filament
ion laser
discharge current
current
laser tube
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Pending
Application number
JP8122289A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Hiroshima
広島 正明
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH02260585A publication Critical patent/JPH02260585A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/09705Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser with particular means for stabilising the discharge

Abstract

PURPOSE:To prolong the life of an ion laser tube by a method wherein a filament current corresponding to a discharge current is supplied to control a filament temperature at an optimum value. CONSTITUTION:A discharge current signal amplified by a differential amplifier 9 is inputted to a comparison amplifier 14 through a buffer amplifier 13 and a resistor 25 as a non-inverting input. The non-inverting input is a summation signal which is generated by adding a signal transmitted through a resistor 24 to a signal transmitted through the resistor 25. Then the summation signal is compared with a reference voltage generated by a reference voltage source and a variable resistor 26 by the comparison amplifier 14. A transistor 16 is driven by the output signal of the comparison amplifier 14. Then a current is applied to the primary winding of a pulse transformer 17 and a voltage is induced in the secondary winding of the pulse transformer 17 and a DIAC 18 and a TRIAC 19 are turned ON and a current is applied to the primary winding of a filament transformer. Therefore, a filament current is supplied. With this constitution, an optimum filament temperature corresponding tn the discharge current of an ion laser tube can be obtained, so that the life of the filament can be prolonged.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオンレーザ装置に関する。より詳細には、特
に陰極となるフィラメントに供給するフィラメント電流
を、イオンレーザ管の放電電流に対応した最適のフィラ
メント温度が得られるように制御する機能を備えた新規
なイオンレーザ装置の構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an ion laser device. More specifically, the present invention relates to the configuration of a novel ion laser device having a function of controlling the filament current supplied to the filament serving as the cathode so as to obtain an optimum filament temperature corresponding to the discharge current of the ion laser tube.

従来の技術 第3図は、一般的なイオンレーザ装置の構成を模式的に
示す回路図である。
BACKGROUND OF THE INVENTION FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a general ion laser device.

第3図に示すように、このイオンレーザ装置では、交流
電源1を人力とし、整流回路2によりイオンレーザ管3
に放電電流として供給する直流電力を得る。この放電電
流によって、イオンレーザ管3ではは、陽極4と陰極5
との間でアーク放電する。一方、陰極5はフィラメント
であり、フィラメントトランス6により低電圧の交流電
力が供給されて、後述するように発熱する。
As shown in FIG. 3, in this ion laser device, an AC power source 1 is powered manually, and a rectifier circuit 2 is used to control the ion laser tube 3.
Obtain DC power to be supplied as a discharge current to the Due to this discharge current, in the ion laser tube 3, the anode 4 and the cathode 5 are
Arc discharge occurs between the On the other hand, the cathode 5 is a filament, and is supplied with low voltage AC power by a filament transformer 6 to generate heat as described later.

このイオンレーザ装置において、陽極4に供給された放
電電流は、フィラメントトランス6の二次側巻線の中点
より、パワートランジスタ7のコレクタに流れ、放電電
流検出抵抗8を通り接地を介して整流回路2のマイナス
側へ帰還する。
In this ion laser device, the discharge current supplied to the anode 4 flows from the middle point of the secondary winding of the filament transformer 6 to the collector of the power transistor 7, passes through the discharge current detection resistor 8, and is rectified via the ground. Returns to the negative side of circuit 2.

ここで、放電電流検出抵抗8により検出された放電電流
信号は、差動増幅器9によって増幅され、基準電圧源1
1と可変抵抗12とによりつくり出される基準電圧と比
較増幅器10により比較され、放電電流を一定に維持す
るようにパワートランジスタ7を駆動する。
Here, the discharge current signal detected by the discharge current detection resistor 8 is amplified by the differential amplifier 9, and is amplified by the reference voltage source 1.
1 and a reference voltage created by variable resistor 12 by comparator amplifier 10, and drives power transistor 7 to maintain the discharge current constant.

この種のイオンレーザ装置では、大電流アーク放電をさ
せるために、イオンレーザ管3の陰極5に赤熱型のフィ
ラメントを使用している。この陰極フィラメントは自身
の温度により放出し得る電子の量が決まっており、一般
に高い温度はどより多くの電子を放出することが知られ
ている。−船釣な従来のイオンレーザ装置では、レーザ
出力を変化して使用するために、放電電流を変化するこ
とができるように構成されているが、フィラメントに供
給されるフィラメント電流は、通常、最大の放電電流を
得られるように特定の値に固定されている。
In this type of ion laser device, a red-hot filament is used for the cathode 5 of the ion laser tube 3 in order to cause large current arc discharge. The amount of electrons that this cathode filament can emit is determined by its own temperature, and it is generally known that higher temperatures emit more electrons than others. - Conventional ion laser equipment used on boats is configured so that the discharge current can be varied in order to use varying laser output, but the filament current supplied to the filament is usually is fixed at a specific value to obtain a discharge current of .

発明が解決しようとする課題 上述のようなイオンレーザ装置において、フィラメント
はレーザ管内の数torrという低圧雰囲気に曝されて
いるので、フィラメント温度が高くなるとスパッタしや
すくなる。従って、温度が高いほどフィラメントの劣化
が早く、劣化したフィラメントではエミッション不良等
を生じてイオンレーザ管の寿命を縮めることになる。
Problems to be Solved by the Invention In the above-described ion laser device, the filament is exposed to a low-pressure atmosphere of several torr inside the laser tube, and therefore, as the filament temperature increases, sputtering tends to occur. Therefore, the higher the temperature, the faster the filament deteriorates, and the deteriorated filament causes poor emission and the like, shortening the life of the ion laser tube.

ところが、従来のイオンレーザ装置では、前述したよう
に、許容し得る最大電流を流せる温度になるようにフィ
ラメントの温度が設定されているので、レーザ出力を低
くして使用した場合にもフィラメント温度は高いままと
なっていた。従って、低出力で使用しても、フィラメン
トの寿命は高出力で使用した場合と変わらず、結局イオ
ンレーザ管の実質的な寿命を短くしていた。
However, in conventional ion laser devices, as mentioned above, the filament temperature is set to a temperature that allows the maximum allowable current to flow, so the filament temperature remains unchanged even when the laser output is lowered. It remained high. Therefore, even when the ion laser tube is used at a low power, the life of the filament is the same as when it is used at a high power, which ultimately shortens the actual life of the ion laser tube.

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、レ
ーザ管の出力に応じてフィラメントの劣化が低減される
ような、実質的な寿命の長い新規なイオンレーザ管を提
供することをその目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention aims to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide a new ion laser tube that has a substantially long life, in which deterioration of the filament is reduced in accordance with the output of the laser tube. The purpose is

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、陽極とフィラメント状の陰極と
を備えたイオンレーザ管と、入力された交流電力を直流
電力に変換する整流回路と、該整流回路から該イオンレ
ーザ管に供給する放電電流を制御する放電電流制御回路
と、該陰極フィラメントに低圧の交流電力を供給するフ
ィラメン))ランスとを備えるイオンレーザ装置におい
て、更に、前記フィラメントトランスの一次側に供給さ
れる交流電力を位相制御する位相制御素子と、前記イオ
ンレーザ管に供給される放電電流に対応して該位相制御
素子を駆動制御する位相制御回路とを備えることを特徴
とするイオンレーザ装置が提供される。
According to the present invention, an ion laser tube is provided with an anode and a filament-shaped cathode, a rectifier circuit that converts input AC power into DC power, and a rectifier circuit that converts the ions into DC power. In the ion laser device, the ion laser device includes a discharge current control circuit that controls a discharge current supplied to the laser tube, and a filament lance that supplies low-voltage AC power to the cathode filament. An ion laser device is provided, comprising: a phase control element that controls the phase of alternating current power; and a phase control circuit that drives and controls the phase control element in response to a discharge current supplied to the ion laser tube. be done.

作用 本発明に係るイオンレーザ装置は、フィラメントの温度
をイオンレーザ管の放電電流に対応した温度になるよう
に構成されていることをその主要な特徴としている。
Function: The main feature of the ion laser device according to the present invention is that the temperature of the filament is set to a temperature corresponding to the discharge current of the ion laser tube.

本発明の好ましい態様によれば、フィラメント温度の制
御は、フィラメント電流を供給するフィラメントトラン
スの一次交流入力を位相制御することによって実現され
る。
According to a preferred embodiment of the invention, control of the filament temperature is achieved by phasing the primary AC input of the filament transformer supplying the filament current.

即ち、本発明に係るイオンレーザ装置は、例えば、交流
入力を直流に変換する整流回路と、陽極及び陰極を持ち
両電極間でアーク放電をさせるイオンレーザ管と、陰極
であるフィラメントに電力を供給するフィラメントトラ
ンスと、イオンレーザ管に流れる放電電流を制御するパ
ワートランジスタと、放電電流を検出し、パワートラン
ジスタを駆動し、一定の放電電流に制御する放電電流制
御回路と、フィラメントトランスの一次交流入力を位相
制御するトライアック(双方向性サイリスタ)と放電電
流制御回路内の放電電流検出信号を受け、前記トライア
ックを位相制御駆動する位相制御回路とによって構成す
ることができる。
That is, the ion laser device according to the present invention includes, for example, a rectifier circuit that converts AC input into DC, an ion laser tube that has an anode and a cathode and causes an arc discharge between the two electrodes, and supplies power to a filament that is the cathode. a power transistor that controls the discharge current flowing through the ion laser tube, a discharge current control circuit that detects the discharge current, drives the power transistor, and controls the discharge current to a constant value, and the primary AC input of the filament transformer. A triac (bidirectional thyristor) that controls the phase of the triac, and a phase control circuit that receives a discharge current detection signal in the discharge current control circuit and drives the triac under phase control.

具体的に後述するように、上述のような構成によって、
本発明に係るイオンレーザ管では、放電電流に対応した
適切なフィラメント電流によってフィラメント温度が決
定されるので、過剰にフィラメント温度が上昇すること
がなく、フィラメントの寿命を有効に使い切ることがで
きる。
As will be specifically described later, with the above configuration,
In the ion laser tube according to the present invention, the filament temperature is determined by an appropriate filament current corresponding to the discharge current, so the filament temperature does not rise excessively and the life of the filament can be used effectively.

以下に図面を参照して本発明に係るイオンレーザ装置を
より具体的に詳述するが、以下の開示は本発明の一実施
例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するもので
はない。
The ion laser device according to the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings, but the following disclosure is only one embodiment of the present invention and is not intended to limit the technical scope of the present invention in any way. do not have.

実施例 第1図は、本発明に係るイオンレーザ管の構成例を示す
回路図である。
Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of an ion laser tube according to the present invention.

第1図に示すイオンレーザ装置においても、交流電源1
、整流回路2、イオンレーザ管3およびフィラメントト
ランス6からなる基本的な構成は、第3図に示した従来
のイオンレーザ装置と同じであり、フィラメントトラン
ス6に電力を供給するための回路の構成が従来のイオン
レーザ装置と異なっている。
Also in the ion laser device shown in FIG.
, the basic configuration consisting of a rectifier circuit 2, an ion laser tube 3, and a filament transformer 6 is the same as the conventional ion laser device shown in FIG. is different from conventional ion laser equipment.

即ち、交流型−゛源1から供給された交流電力は、整流
回路2によりイオンレーザ管3に供給する直流電力に変
換される。イオンレーザ管3は、陽極4と、陰極5との
間でアーク放電する。陰極5はフィラメントであり、フ
ィラメントトランス6により電力が供給される。また、
放電電流はフィラメントトランス6の二次側巻線の中点
よりパワートランジスタ7に流れ、放電電流検出抵抗8
を通り整流回路2のマイナス側へ帰還する。放電電流検
出抵抗8により検出された放電電流信号は、差動増幅器
9によって増幅され、基準電圧源11と、可変抵抗12
によりつくり出される基準電圧と比較増幅器10により
比較され、放電電流を一定にするようにパワートランジ
スタ7を駆動する。
That is, AC power supplied from an AC type source 1 is converted into DC power supplied to the ion laser tube 3 by a rectifier circuit 2. The ion laser tube 3 generates arc discharge between the anode 4 and the cathode 5. The cathode 5 is a filament and is supplied with electric power by a filament transformer 6. Also,
The discharge current flows from the middle point of the secondary winding of the filament transformer 6 to the power transistor 7, and the discharge current detection resistor 8
It passes through and returns to the negative side of the rectifier circuit 2. The discharge current signal detected by the discharge current detection resistor 8 is amplified by the differential amplifier 9, and then connected to the reference voltage source 11 and the variable resistor 12.
The comparator amplifier 10 compares the voltage with the reference voltage generated by the comparator 10, and drives the power transistor 7 to keep the discharge current constant.

更に、第1図に示した回路では、上述のようにして供給
される放電電流に応じて、フィラメント電流を位相制御
するように構成されている。第2図は、このフィラメン
ト電流の制御動作を説明する図であり、以下、同図を参
照してこのイオンレーザ装置の動作を説明する。
Furthermore, the circuit shown in FIG. 1 is configured to control the phase of the filament current according to the discharge current supplied as described above. FIG. 2 is a diagram for explaining the filament current control operation, and the operation of this ion laser device will be explained below with reference to the same figure.

前述のように差動増幅器9により増幅された放電電流信
号は、第2図に示すような波形を有する信号としてバッ
ファアンプ13及び抵抗25を通して比較増幅器14の
非反転入力となる。
The discharge current signal amplified by the differential amplifier 9 as described above becomes a non-inverting input of the comparator amplifier 14 through the buffer amplifier 13 and the resistor 25 as a signal having a waveform as shown in FIG.

また、比較増幅器14の非反転入力は、第2図に示すよ
うな抵抗24を通る信号と、上述の抵抗25を通る信号
とを加算して生成された、第2図に示すような加算信号
である。尚、抵抗24を通る信号は、トランス22によ
り供給される交流電源1と位相を同じくし、コンデンサ
23によりACカップリングされた交流信号を、抵抗2
0および21により所定の直流レベルにバイアスされた
信号である。
Further, the non-inverting input of the comparison amplifier 14 is an addition signal as shown in FIG. 2, which is generated by adding the signal passing through the resistor 24 as shown in FIG. 2 and the signal passing through the above-mentioned resistor 25. It is. Note that the signal passing through the resistor 24 has the same phase as the AC power supply 1 supplied by the transformer 22, and the AC signal that has been AC coupled by the capacitor 23 is passed through the resistor 2.
0 and 21, the signal is biased to a predetermined DC level.

続いて、比較増幅器14において、基準電圧源27と可
変抵抗26により作り出される基準電圧と、この2つの
信号の加算信号とを比較し、第2図に示すような比較器
14の出力信号により、トランジスタ16を駆動する。
Next, in the comparator amplifier 14, the reference voltage produced by the reference voltage source 27 and the variable resistor 26 is compared with the sum signal of these two signals, and the output signal of the comparator 14 as shown in FIG. Drives transistor 16.

トランジスタ16が駆動されると、パルストランス17
の一次巻線に電流が流れ、二次巻線に電圧が誘起される
。すると、まずダイアック(双方向性トリガーダイオー
ド)18がターンオンされ、更に、トライアック19が
ターンオンされ、フィラメントトランスの一次巻き線に
電流が流れるのでフィラメント電流が供給される。
When the transistor 16 is driven, the pulse transformer 17
Current flows through the primary winding and voltage is induced in the secondary winding. Then, first, the diac (bidirectional trigger diode) 18 is turned on, and then the triac 19 is turned on, and current flows through the primary winding of the filament transformer, so that a filament current is supplied.

尚、逆位相の交流入力の制御は、比較増幅器34より出
力される信号により、同様にトランジスタ16が駆動さ
れ、フィラメントトランス6の一次電流が制御される。
Note that to control the AC input of opposite phase, the transistor 16 is similarly driven by the signal output from the comparator amplifier 34, and the primary current of the filament transformer 6 is controlled.

このように、第1図に示したイオンレーザ管置では、イ
オンレーザ管3に供給される放電電流に対応したフィラ
メント電流がフィラメントトランス6に供給される。
In this way, in the ion laser tube arrangement shown in FIG. 1, a filament current corresponding to the discharge current supplied to the ion laser tube 3 is supplied to the filament transformer 6.

発明の詳細 な説明したように、本発明に係るイオンレーザ装置は、
放電電流に対応したフィラメント電流を供給することに
よって、フィラメント温度を常に最適に制御している。
As described in detail, the ion laser device according to the present invention includes:
By supplying a filament current that corresponds to the discharge current, the filament temperature is always optimally controlled.

従って、フィラメントの劣化は、出力に対応して最小限
に止められ、実質的に、イオンレーザ管を長寿命化でき
る。
Therefore, deterioration of the filament is minimized in proportion to the output, and the life of the ion laser tube can be substantially extended.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に係るイオンレーザ装置の実施例を、
特にその回路構成に着目して示す図であり、 第2図は、第1図に示した回路の位相制御回路の動作を
説明する波形図であり、 第3図は、従来のイオンレーザ装置の構成を示す回路図
である。 (主な参照番号) 1・・交流電源、    2・・整流電源、3・・イオ
ンレーザ管、 4・・陽極、5・・陰極(フィラメント
)、 6・・フィラメントトランス、 7・・パワートランジスタ、 8・・放電電流検出抵抗、 9・・差動作増幅器、  10・・比較増幅器、11・
・基準電圧源、   12・・可変抵抗、13・・バッ
ファアンプ、 14・・比較増幅器、15・・ダイオー
ド、16・・トランジスタ、17拳・パルストランス、
FIG. 1 shows an embodiment of the ion laser device according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the phase control circuit of the circuit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of a conventional ion laser device. FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration. (Main reference numbers) 1. AC power supply, 2. Rectifying power supply, 3. Ion laser tube, 4. Anode, 5. Cathode (filament), 6. Filament transformer, 7. Power transistor, 8.Discharge current detection resistor, 9.Differential amplifier, 10.Comparison amplifier, 11.
・Reference voltage source, 12.. Variable resistor, 13.. Buffer amplifier, 14.. Comparison amplifier, 15.. Diode, 16.. Transistor, 17. Pulse transformer,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 陽極とフィラメント状の陰極とを備えたイオンレーザ管
と、入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路
と、該整流回路から該イオンレーザ管に供給する放電電
流を制御する放電電流制御回路と、該陰極フィラメント
に低圧の交流電力を供給するフィラメントトランスとを
備えるイオンレーザ装置において、 更に、前記フィラメントトランスの一次側に供給される
交流電力を位相制御する位相制御素子と、前記イオンレ
ーザ管に供給される放電電流に対応して該位相制御素子
を駆動制御する位相制御回路とを備えることを特徴とす
るイオンレーザ装置。
[Claims] An ion laser tube including an anode and a filament-shaped cathode, a rectifier circuit that converts input AC power into DC power, and a discharge current supplied from the rectifier circuit to the ion laser tube. An ion laser device comprising a discharge current control circuit for controlling a discharge current, and a filament transformer for supplying low-voltage AC power to the cathode filament, further comprising a phase control element for controlling the phase of the AC power supplied to the primary side of the filament transformer. and a phase control circuit that drives and controls the phase control element in response to the discharge current supplied to the ion laser tube.
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