JPH03124083A

JPH03124083A - Ｃｏ↓２ガスレーザ制御装置

Info

Publication number: JPH03124083A
Application number: JP26243389A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Hosokawa; 富秋細川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はＣＯ２ガスレーザの制御装置に関し、特にＲＦ
Ｆ起ＣＯ２ガスレーザのパルスモードおよびＣＷモード
のピーク値コントロール、フィードバック制御に関する
ものである。

従来の技術従来ＲＦＦ起ＣＯ２ガスレーザのピーク値コントロール
、フィードバック制御については、レーザ出力の大きさ
を設定するパワー設定回路の出力と高周波出力の大きさ
を検出する電力検出回路の出力とを誤差増幅回路に入力
し、誤差増幅回路の出力を減衰器の入力としていた。

以下、ＲＦＦ起発振器の構成を第３図で、また、従来の
ＲＦＦ起ＣＯ２ガスレーザ制御装置の構成および制御ブ
ロック図を第４図と第５図で説明する。

まず第３図は一般的な高速軸流形ＲＦ励励起発器器構成
を示し、ガラスなどの誘電体よりなる放電管２の外周上
には金属の平行平板電極３．４が密着して設けられてい
る。平行平板電極３，４には高周波電源１からの出力、
例えば１３．５６ＭＨｘ。

２．５ＫＷ、２〜３ＫＶが供給されている。平行平板電
極３，４にはさまれた放電管２内の放電空間には矢印で
示すような方向に放電５が行なわれる。放電空間の両端
に固定配置されたりアミラー（全反射鏡）６と出力ミラ
ー（部分反射鏡）７とは光共振器を形成し、レーザ出力
８は、出力ミラー７より取り出される。レーザガス９は
送気管１０の中を循環しており、放電５及びレーザガス
を循環させるブロア（送風機）１２により温度上昇した
レーザガス９は熱交換器１１により冷却される。

第３図の高周波電源１は第４図のＲＦ電源１３に相当し
、第４図について説明すると高周波出力を発生するＲＦ
電源１３の出力は同軸ケーブル１４で負荷とのマツチン
グをとるめたのマツチングボックス１５に伝送される。

マツチングボックス１５の出力は並列負荷とのバランス
をとるために設けられたカップリングコンデンサ１６〜
１８に供給され、カップリングコンデンサ１６〜１８に
は放電管１９〜２１が振続されている。

第５図について説明すると、発振回路２３の出力はスイ
ッチ回路２４を経た後ＲＦ比出力大きさをコントロール
する減衰回路２５に入力される。

減衰回路２５の出力はプリアンプ２６に入力され、プリ
アンプ２６の出力はドライバ２７に人力される。ド′ラ
イバ２７の出力は真空管などを用いた増幅回路２８に入
力され、増幅回路２８の出力は同調回路（タンク回路）
２９に入力される。同調回路２９の出力は電力検出回路
３０を経た後、同軸ケーブル用コネクタ３１から外部に
出力される。

また、起動回路３２の出力はパルスモードまたはＣＷモ
ードの波形設定回路３３に入力され、波形設定回路３３
からはパルスモード時のパルス周波数、パルス幅が設定
された、あるいはＣＷモード時の通電、出力期間が設定
された信号が出力される。スイッチ回路２４は波形設定
回路３３の出力に連動して開閉し、スイッチ回路２４が
開の場合はＲＦ比出力瞬時に遮断、ＯＦＦする。

ＲＦ比出力大きさ、即ちレーザ出力の大きさを設定する
パワー設定回路３５の出力は、誤差増幅回路３４の非反
転端子に入力される。一方誤差増幅回路３４の反転端子
には電力検出回路３０の出力が入力され、誤差増幅回路
３４の出力は減衰回路２５に入力される。減衰回路２５
の入力はＯ〜５Ｖなどと変化し、入力が高い程ＲＦ出力
は大きく、ＲＦ比出力コントロールする。

発明が解決しようとする課題電力検出回路の出力とパワー設定回路の出力とを誤差増
幅回路に入力し、誤差増幅回路の出力を減衰回路に入力
してフィードバック制御する方法は、パルスモードまた
はＣＷモードの波形の立ち上り時、高周波出力の大きさ
をコントロールする減衰回路の入力が大きいので、オー
バシュート。

ダンピングを発生する。また、スタート後の定常状態で
出力のピークリップル値を小さ（するために誤差増幅回
路の増幅度を上げると、前述の波形立ち上り時のオーバ
シュート、ダンピングの値がさらに大きくなり、ピーク
リップル値を小さくできない。

また、波形立ち上り時のオーバシュート、ダンピングを
容認し、誤差増幅回路の増幅度を上げた場合、電圧変動
などの環境変動などの外乱をトリガにしてピーク出力が
ダンピングを生じる。

また、フィードバック系を高応答にすると、位相補償、
即ち高周波出力などの出力の位相、または高周波出力な
どを検出する検出器の出力の位相と、フィードバック制
御する誤差増幅回路の出力の位相が位相ずれを生じ、場
合によっては正帰還がかかり、ダンピング、発振を生ず
る。また、フィードバック系のゲインを高く、フィード
バック系を高応答にした場合、何台か製品を生産した場
合、ゲインが高く、高応答であるので部品バラツキより
ダンピング２発振を生じるものがある。

また、誤差増幅回路の誤差アンプのフィードバック抵抗
に並列に接続された積分コンデンサのために、パルスモ
ード時のパルス幅をある値以上狭（することができず、
よってパルス周波数の上限もこれにより限界があった。

本発明は従来の欠点を除去し、波形立ち上り時のオーバ
シュート、ダンピングがなく、定常状態でピークリップ
ル値が小さ（、高応答で安定したフィードバック制御を
提供するものである。

課題を解決するための手段上記の問題点を解決するために、本発明のＣＯ２ガスレ
ーザ制御装置は、高周波出力を検出する電力検出回路と
、レーザ出力の大きさを設定するパワー設定回路と、該
パワー設定回路で設定された大きさとなるように高周波
出力をフィードバック制御する誤差増幅回路と、該誤差
増幅回路の入力側に設けられた切換スイッチ回路と、前
記誤差増幅回路の出力と前記パワー設定回路の出力とを
加算する加算回路と、高周波出力の大きさをコントロー
ルする減衰回路と、パルスモードまたはＣＷモードの波
形を設定する波形設定回路と、遅れてフィードバック制
御を開始するための遅延回路とを具備し、前記波形設定
回路の出力を前記遅延回路に入力し、該遅延回路の出力
と、前記電力検出回路の出力と、前記パワー設定回路の
出力とを前記切換スイッチ回路に入力し、該切換スイッ
チ回路の出力を前記誤差増幅回路に入力し、該誤差増幅
回路の出力と前記パワー設定回路の出力とを前記加算回
路に入力し、該加算回路の出力を減衰回路に入力してな
るものである。

また、クロック信号発生回路とサンプルホールド回路と
を具備し、該サンプルホールド回路に前記クロック信号
発生回路の出力と、前記電力検出回路の出力とを入力し
、前記サンプルホールド回路の出力を前記切換スイッチ
回路に入力してなるものである。

また、クロック信号発生回路とサンプルホールド回路と
、論理回路と、前記遅延回路ＴＤまたは第２の遅延回路
ＴＤ２とを具備し、前記波形設定回路の出力を前記遅延
回路ＴＤまたは前記第２の遅延回路ＴＤ２に入力し、該
遅延回路ＴＤの出力または前記第２の遅延回路ＴＤ２の
出力と、前記クロック信号発生回路の出力とを前記論理
回路に入力し、該論理回路の出力と前記電力検出回路の
出力とを前記サンプルホールド回路に入力し、該サンプ
ルホールド回路の出力を前記切換スイッチ回路に入力し
てなるものである。

また、前記誤差増幅回路の誤差アンプのフィードバック
抵抗両端に、抵抗とスイッチとを直列に接続したものを
接続し、該スイッチを前記遅延回路の出力で動作させる
ようにしてなるものである。

また、前記パワー設定回路の出力と、該パワー設定回路
の出力の大きさに応じて前記電力検出回路から得られる
出力または前記サンプルホールド回路から得られる出力
とを同一値となるようにしてなるものである。

また、前記誤差増幅回路の出力をフィードバック制御を
０Ｎ−ＯＦＦするためのスイッチ回路に入力し、該スイ
ッチ回路の出力を加算回路に入力してなるものである。

また、前記加算回路の増幅度を１としてなるものである
。

また、前記電力検出回路に替えて、前記レーザ出力の大
きさを検出するレーザパワー検出回路を用いてなるもの
である。

作用上記の手段において波形立ち上り時、遅延回路の遅延時
間ＴＤカウント中はパワー設定回路で設定された出力値
が加算回路に与えられ、加算回路の増幅度は１であるの
で、減衰回路への入力はパワー設定回路で設定された出
力値となり、オーバシュート、ダンピングは発生しない
。

また、遅延時間ＴＤカウント後は電力検出回路の出力は
、十分立ち上っており、電力検出回路の出力が十分立ち
上った状態で遅延回路の出力で誤差増幅回路入力側の切
換スイッチ回路の切換スイッチを閉じるので、切換スイ
ッチを閉じた時点よりのフィードバック制御時の高周波
出力、ピーク値のダンピング、オーバシュートはない。

また、波形が立ち上った後の定常状、態で誤差増幅回路
は動作するので誤差増幅回路の増幅度を大きくすること
ができ、従って、ピークリップル値を小さくすることが
できる。

電力検出回路の出力とパワー設定回路の出力とが同一値
であれば、誤差増幅回路の出力は零ボルトとなり、出力
はパワー設定回路で設定された値となる。

また、電力検出回路の出力をサンプルホールド回路に入
力し、サンプルホールド回路の出力を切換スイッチに入
力する構成とすれば、ホールド期間中は、誤差増幅回路
への入力が変動せず、一定であるので、安定にフィード
バック制御できる。

サンプル時間、ホールド時間は電力の検出回路も含んだ
電力立ち上げ系の信号伝達遅れ時間を考慮したものに設
定すればよい。

また、遅延回路または第２の遅延回路を用いて、遅延時
間カウント中は、サンプルホールド回路をサンプルモー
ドとして動作させ、遅延時間カウントアツプで切換スイ
ッチ回路の切換スイッチを投入し、誤差増幅回路にサン
プルホールド回路の出力を入力するようにしたので、切
換スイッチ投入直前の電力検出回路の出力を誤差増幅回
路に与えることができる。よって、必ずサンプルモード
から開始し、以降サンプルホールドを繰り返すので、切
換スイッチ投入時の出力のダンピングはない。

また、誤差増幅回路の誤差アンプのフィードバック抵抗
両端に抵抗とスイッチを直列にしたものを接続し、この
スイッチを遅延回路の出力で動作させるようにしたので
、遅延回路の出力が立ち下がった後は、速やかにフィー
ドバック抵抗の両端に接続された積分コンデンサの電荷
を放電させることかできる。よって、パルスモード時の
パルス幅をより狭くすることができ、パルス周波数の上
限を伸ばすことができる。

実施例第１図は本発明の制御装置の制御ブロック図の一実施例
を示し、第２図は、第１図の要部波形図である。従来の
第５図と本発明の第１図で同一のものについては同一番
号を付与しである。

第１図と第２図の要部波形図とを対比させて説明すると
、まず、第２図〈イ）に示すような波形設定回路３３の
出力が遅延回路３つに入力され、遅延回路３９で第２図
（ロ）に示すように遅延時間ＴＤ４７をカウントした後
、遅延回路３９の出力は立ち上る。

遅延時間ＴＤ４７カウント中は、パワー設定回路３５で
設定された出力値が加算回路３８に入力され、加算回路
３８の増幅度は１であるので、減衰回路２５にはパワー
設定回路３５で設定された出力値が人力され、オーブン
ループ制御で高周波出力は立ち上がる。

この時加算回路３８の加算アンプ４６の反転端子の入力
は、切換スイッチ回路３６の切換スイッチ４０．４１が
開で、誤差増幅回路３６の誤差アンプ４５の出力が零ボ
ルトであるので、零ボルトである。

遅延時間ＴＤ４７がカウントアツプし、遅延回路３９の
出力が切換スイッチ回路３６の切換スイッチ４０．４１
．４２に入力されると、切換スイッチ４０．４１は閉じ
、切換スイッチ４２は開となる。

切換スイッチ４０．４１が閉となると、電力検出回路３
０の出力とパワー設定回路３５の出力とが誤差アンプ４
５の非反転端子と反転端子に入力され、誤差アンプ４５
で比較増幅され、フィードバック制御が遅れて開始され
る。誤差アンプ４５の出力はフィードバック制御０Ｎ−
ＯＦＦを選択切換える切換スイッチ４９を介して、加算
アンプ４６の反転端子に与えられる。

以上の説明での誤差アンプ４５の出力を第２図（ハ）に
、加算アンプ４６の出力を第２図（ニ）に示し、また、
高周波出力の波形を第２図（ホ）に示し、第２図（ホ）
４８の太線部分は切換スイッチ４０゜４１が閉じた後の
フィードバック制御期間を示す。

また、波形設定回路３３の出力が立ち下がる。と遅延回
路３９の出力も立ち下がり、切換スイッチ回路３６の切
換スイッチ４２は閉となり、積分コンデンサ４４の電荷
を抵抗４３で速やかに放電させる。よって、波形設定回
路３３がパルスモードの場合、パルス出力が立ち下った
後、次のパルス出力の立ち上りまでの時間を短くでき、
よって、パルス幅を狭（、パルス周波数の上限を伸ばす
ことが切換スイッチ４２を用いることにより実現できる
。

積分コンデンサ４３は、切換スイッチ４０゜４１投入時
の誤差アンプ４５の出力変動を抑制するため、およびフ
ィードバック制御系を安定させるために用いであるもの
である。

以上のことにより高周波出力の波形の立ち上り部分は、
オープンループ制御のためオーバシュ−ト、ダンピング
を発生しない。また、遅延時間ＴＤ後は誤差アンプ４５
を用いてフィードバック制御を行ない。誤差アンプ４５
の増幅度は大きく設定できるので、ピークリップル値を
小さくすることができる。さらに、高周波出力の波形の
立ち上った後の定常状態で、フィードバック制御系の増
幅度が高く、高応答でも安定したフィードバック、ｔｌ
Ｊ　ｉを実現するために、サンプルホールド回路を用い
たフィードバック制御を行なう。

以下サンプルホールド回路を用いたフィードバック制御
について説明すると、第１図には記載されていないが、
電力検出回路３０の出力をサンプルホールド回路に入力
し、サンプルホールド回路の出力を切換スイッチ回路３
６に入力する。また、サンプルホールド回路には、サン
プリングするためのクロック信号発生回路の出力または
、クロック信号発生回路の出力を分周回路と論理回路に
入力し、論理回路の出力を入力し、適切なサンプル時間
、ホールド時間を設定する。

例えば、サンプル時間１．５μＳｅｃ、ホールド時間３
μｓｅｃ、よってサンプリング周波数２２２ＫＨｚなど
が考えられる。ホールド期間中は誤差アンプ４５への入
力が変動せず一定であるので安定したセミクローズドの
フィードバック制御が実現できる。

また、サンプルホールド回路を用いたフィードバック制
御で切換スイッチ４０．４１投入時点でサンプルホール
ド回路の出力がホールドモードよりサンプルモードの方
がより最新の電力検出回路の出力値を得ることができ、
よって、切換スイッチ４０．４１投入時点での高周波出
力のピーク値のダンピングを極めて小さくすることがで
きるので、切換スイッチ４０．４１投入時点まで、即ち
遅延時間３９の遅延時間ＴＤカウント中はサンプルホー
ルド回路をサンプルモードで動作させる。

また、遅延回路３９の出力を切換スイッチ回路３６に入
力する以外に第２の遅延回路に入力し、切換スイッチ４
０．４１が投入した後も、さらに第２の遅延回路で設定
される遅延時間Ｔ０２カウント中もサンプルホールド回
路をサンプルホールドで動作させ、より確実に切換スイ
ッチ４０．４１投入時点での高周波出力のピーク値、ダ
ンピングを極めて小さくする方法もある。

また、波形設定回路３３の出力を直接第２の遅延回路に
も入力してもよい。また、第４図の構成でパワー設定回
路で設定された出力値と、その時の電力検出回路の出力
値とを同一にする、あるいはサンプルホールド回路の出
力値とを同一にすることにより、加算回路３８の加算ア
ンプ４６の増幅度を１とすることができ、検査調整が極
めて容易となる。即ち、具体的にはフィードバック制御
０Ｎ−ＯＦＦ切換スイッチ４つを開（こし、オープンル
ープ制御でパワー設定回路３５の出力と同一となるよう
に、電力検出回路３０の出力を調整し、調整後は切換ス
イッチ４９を閉にすればよい。切換スイッチ４９は遅延
回路３９の出力と連動させて開閉してもよい。また、第
１図の構成での誤差アンプ４５．加算アンプ４６の反転
端子。

非反転端子への入力については、第１図以外の構成でも
実現できる。また、パワー設定回路３５の出力可変抵抗
器を２連にしても同様に実現できる。なお、電力検出回
路３０に替えて、レーザ出力の大きさを検出する高応答
のレーザパワー検出回路を用いてもよい。

発明の効果以上のように本発明においては、高周波出力波形立ち上
り時のオーバシュート、ダンピングが発生しなく、波形
立ち上り後の定常状態でのピークリップル値を小さ（す
ることができ、しかも高速で安定なフィードバック制御
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＲＦ励起発振器の構成を示し、第２図は従来の
ＲＦ励起ＣＯ２ガスレーザ制御装置の構成を、また第３
図はその制御ブロック図を示す。第１図は本発明のＲＦ励起ＣＯ２ガスレーザ制御装置の
制御ブロック図、第２図は第４図の要部の信号波形図、
第３図は一般的なＲＦ発振器の斜視図、第４図は従来の
ＲＦ励起ＣＯ２ガスレーザ制御装置の回路図、第５図は
同制御ブロック図である。３３・・・・・・波形設定回路、３５・・・・・・パワ
ー設定回路、３６・・・・・・切換スイッチ回路、３７
・・・・・・誤差増幅回路、３８・・・・・・加算回路
、３９・・・・・・遅延回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高周波出力を放電管に注入し、高周波放電によっ
て励起されたガスからレーザ光を発生させるようにした
ＣＯ＿２ガスレーザの制御装置において、高周波出力を
検出する電力検出回路と、レーザ出力の大きさを設定す
るパワー設定回路と、該パワー設定回路で設定された大
きさとなるように高周波出力をフィードバック制御する
誤差増幅回路を、該誤差増幅回路の入力側に設けられた
切換スイッチ回路と、前記誤差増幅回路の出力と前記パ
ワー設定回路の出力とを加算する加算回路と、高周波出
力の大きさをコントロールする減衰回路と、パルスモー
ドまたはＣＷモードの波形を設定する波形設定回路と、
遅れてフィードバック制御を開始するための遅延回路と
を具備し、前記波形設定回路の出力を前記遅延回路に入
力し、該遅延回路の出力と、前記電力検出回路の出力と
、前記パワー設定回路の出力とを前記切換スイッチ回路
に入力し、該切換スイッチ回路の出力を前記誤差増幅回
路に入力し、該誤差増幅回路の出力と前記パワー設定回
路の出力とを前記加算回路に入力し、該加算回路の出力
を減衰回路に入力し、誤差増幅回路と加算回路と、切換
スイッチ回路と、遅延回路とを用い、フィードバック制
御を遅れて開始するようにしたことを特徴とするＣＯ＿
２ガスレーザ制御装置。
（２）クロック信号発生回路とサンプルホールド回路と
を具備し、該サンプルホールド回路に前記クロック信号
発生回路の出力と、前記電力検出回路の出力とを入力し
、前記サンプルホールド回路の出力を前記切換スイッチ
回路に入力し、サンプルホールド回路を用いたフィード
バック制御を遅れて開始するようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のＣＯ＿２ガスレーザ制御
装置。
（３）クロック信号発生回路とサンプルホールド回路と
、論理回路と、前記遅延回路Ｔ＿Ｄまたは第２の遅延回
路Ｔ＿Ｄ＿２とを具備し、前記波形設定回路の出力を前
記遅延回路Ｔ＿Ｄまたは前記第２の遅延回路Ｔ＿Ｄ＿２
に入力し、該遅延回路Ｔ＿Ｄの出力または前記第２の遅
延回路Ｔ＿Ｄ＿２の出力と、前記クロック信号発生回路
の出力とを前記論理回路に入力し、該論理回路の出力と
前記電力検出回路の出力とを前記サンプルホールド回路
に入力し、該サンプルホールド回路の出力を前記切換ス
イッチ回路に入力し、遅延回路Ｔ＿Ｄまたは第２の遅延
回路Ｔ＿Ｄ＿２カウント中は、サンプルホールド回路を
サンプルモードとして動作させるようにしたサンプルホ
ールド回路を用いたフィードバック制御を遅れて開始す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載のＣＯ＿２ガスレーザ制御装置。
（４）前記誤差増幅回路の誤差アンプのフィードバック
抵抗両端に、抵抗とスイッチとを直列に接続したものを
接続し、該スイッチを前記遅延回路の出力で動作させる
ようにし、前記誤差アンプのフィードバック抵抗両端に
接続されたコンデンサの電荷を速やかに放電させるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項または第３項記載のＣＯ＿２ガスレーザ制御装置。
（５）前記パワー設定回路の出力と、該パワー設定回路
の出力の大きさに応じて前記電力検出回路から得られる
出力または前記サンプルホールド回路から得られる出力
とを同一値となるようにすることを特徴とする特許請求
の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載のＣＯ＿２ガ
スレーザ制御装置。
（６）前記誤差増幅回路の出力をフィードバック制御を
ＯＮ−ＯＦＦするためのスイッチ回路に入力し、該スイ
ッチ回路の出力を加算回路に入力したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のＣ
Ｏ＿２ガスレーザ制御装置。
（７）前記加算回路の増幅度を１とすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の
ＣＯ＿２ガスレーザ制御装置。
（８）前記遅延回路Ｔ＿Ｄまたは前記第２の遅延回路Ｔ
＿Ｄ＿２の遅延時間の大きさは、前記パワー設定回路の
出力の大きさの関数とすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載のＣＯ＿２ガス
レーザ制御装置。
（９）前記電力検出回路に替えて、前記レーザ出力の大
きさを検出するレーザパワー検出回路を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに
記載のＣＯ＿２ガスレーザ制御装置。