JPH03193287A - レーザ発振器の自動アライメント装置 - Google Patents

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］ この発明は、レーザ発振器において、レーザビーム光軸
中心を検出し、その位置をたえず一定に保持するための
レーザ発振器の自動アライメント装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第６図乃至第９図は例えば特開昭８０−１７８２８４号
公報に示された従来のレーザ発振器の自動アライメント
装置の各部を示す図であり、第６図はレーザ光検出部を
示す構成図、第７図はレーザ光検出部をレーザ発振器に
取り付けた状態を示す構成図、第８図はミラーを駆動す
る部分を示す構成図、第９図はセンサの出力特性を示し
た線図である。図において、（１）は温度センサ、（２
）はアパーチャ、（３）は部分反射鏡、（４）は全反射
鏡、（５）はレーザビーム、（５２）はギヤーボックス
、（５３）はパルスモータ、（５４）はマイクロメータ
ヘッド、（５９）はミラーブロック、（５ｇ）はミラー
ブロックを支える支点、（ｅｏ）はパルスモータの駆動
電源、（８１）はベローズである。

従来のレーザ発振器の自動アライメント装置は上記のよ
うに構成され、例えばレーザ発振器内部に設置され、レ
ーザビームの光軸中心に開孔を有するアパーチャ（２）
に温度センサ（１）を四方向に配置し、これを第７図の
レーザ発振器内部に配置し、これにより共振器内に発生
されたレーザビームの設定光軸からの軸ずれを検知し、
第８図に示すミラー駆動装置により、ミラーの角度調整
を行う。

第８図に示したミラー駆動装置の構造は、部分反射鏡（
３）や全反射鏡（４）などのミラーを保持するミラーブ
ロック（５９）を、支点（５８）を支えにしてマイクロ
メータヘッド（５４）が上下することにより角度が傾け
られる構造となっており、ここでは１つのミラーブロッ
ク（５９）に２つのマイクロメータヘッドク５４）が取
り付けられて支点に対して左（Ｘ−）、右（Ｘ＋）、上
（ｙ＋）、下（Ｙ−）の四方向にミラーを傾けられる構
造になっている。また、マイクロメータヘッド（５４）
はパルスモータ（５３）を数枚の歯車により構成されて
いるギヤーボックス（５２）により減速し駆動される構
造となっている。

第９図は、ミラー角度ΔＸを可変させたときのＸ＋、Ｘ
一方向のセンサ出力であり、ΔＸ−０のアパーチャ中心
に光軸がある場合は信号強度は等しくなり、このときの
信号の差を増幅しメータなどで表示させると０（■）に
なる（図示せず）。

このように信号の差が０（ｖ）になるようにパルスモー
タ（５３）でミラー角度を可変させ、アパーチャ（２）
中心に発振軸が合うようにし最適なビームモードの出力
としている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のレーザ発振器の自動アライメント装
置では、部分反射鏡（８）及び全反射鏡（４）の角度を
可変するマイクロメータヘッド（５４）は減速機付のパ
ルスモータ（５３）によってギヤーボックス（５２）を
介して駆動され、ギヤーボックス（５２）は数枚の歯車
を有しているため、バックラッシュが非常に大きく、パ
ルスモータ（５３）の回転方向を変える際にバックラッ
シュが非動作時間を生じさせ、レーザビーム光軸を補正
する制御時間を長くし、レーザビーム（５）の傾き量が
大きく電極にビームが当っている場合などは電極を破壊
するなどの問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、レーザ発振器の自動アライメント装置の運転時にお
いて、ミラー角度の制御の際に生じるギヤーボックス中
の歯車の有無を制御条件から判断し、バックラッシュが
発生した時にはパルスモータ駆動回路にこれを解消する
ように所定時間パルスモータを早く回転させ、ミラー制
御中の非動作時間を短くすることができるレーザ発振器
の自動アライメント装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るレーザ発振器の自動アライメント装置は
、全反射鏡及び部分反射鏡をそれぞれ取り付けた光学基
板と、光学基板を駆動伝達系を介してＸ−Ｙ方向に回転
駆動して全反射鏡及び部分反射鏡の角度ずれを補正する
パルスモータと、パルスモータを駆動するパルスモータ
駆動回路と、上記全反射鏡及び部分反射鏡の角度ずれ補
正時に光学基板の駆動伝達系のバックラッシュの有無を
判断してバックラッシュ発生指令信号を出力するバック
ラッシュ補正回路と、バックラッシュ補正回路のバック
ラッシュ発生指令信号を受けてバックラッシュ発生時に
所定時間パルスモータを早く回転させるモータ駆動指令
信号をパルスモータ駆動回路に出力するモータ駆動指令
信号発生回路とを備えるように構成したものである。

［作　用］ この発明においては、レーザ発振器の全反射鏡及び部分
反射鏡の角度ずれ補正時にバックラッシュ補正回路は光
学基板の駆動伝達系のバックラッシュの有無を判断して
バックラッシュ発生信号を出力する。バックラッシュ発
生信号を受けたモータ駆動指令発生回路はパルスモータ
駆動回路に対してバックラッシュ発生時に所定時間パル
スモータを早く回転させるモータ駆動指令信号を出力す
る。そのモータ駆動指令信号を受けたパルスモータ駆動
回路はバックラッシュ発生時に所定時間パルスモークを
早く回転させ、その後は通常の回転数でパルスモータを
回転させ、パルスモータの回転駆動により、光学基板が
Ｘ方向に回転し、レーザビームのずれが補正される。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図、第２図はオフセット調節回路の内部を示すブロック
図、第３図はバックラッシュ補正回路の内部とパルス計
数回路を示すブロック図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　
、（ｃ）はセンサ出力特性と自動アライメント装置の動
作を示す線図、第５図はバックラッシュ発生の判断方法
を示すタイムチャートである。

第１図において、（１Ｂ）はパルスモータ駆動回路、（
１７）はパルスモータ駆動回路（１Ｂ）に入力されるモ
ータ動作指令信号、（１８）はパルスモータ駆動回路（
１Ｂ）に入力されるモータ回転方向を決定した回転方向
信号、（１９）はパルスモータ駆動回路（１Ｂ）によっ
て駆動されるパルスモータ、（２Ｂ）はレーザビーム光
軸を補正制御するオフセット調節回路、（２７）はパル
スモータ駆動回路（１６）に入力されるモータ駆動指令
信号、（２８）はバックラッシュ発生を判断し、発生指
令信号を出力するバックラッシュ補正回路、（２９）は
バックラッシュ補正回路（２８）の発生指令信号を受け
てパルスモータ（１９）を例えば早く回転させてバック
ラッシュを解消する分のパルスの予め設定されたパルス
数をカウントし、カウント終了後に、カウント終了指令
を出力するパルス計数回路、（３０）発信回路、（３１
）はバックラッシュ補正回路（２８）の発生指令信号と
パルス計数回路（２９）のカウント終了指令信号が入力
されるゲート選択回路で、パルスモータ駆動回路（１６
）にパルスモータ（１９）の回転数を切り換えるモータ
駆動パルス指令信号を出力する。（４０）はバックラッ
シュ補正回路（２８）のバックラッシュ発生信号を受け
てバックラッシュ発生時に所定時間パルスモータ（１９
）を早く回転させるモータ駆動指令信号をパルスモータ
駆動回路（１Ｂ）に出力するモータ駆動指令信号発生回
路で、パルス計数回路（２９）と発振回路（３０）とゲ
ート選択回路（３１）とで構成されている。

第２図において、（１）はＸ＋側、Ｘ−側、Ｘ＋側、Ｙ
−側の各温度センサ、（２）は各温度センサ（１）が取
り付けられたアパーチャ、（６）はＸ＋側。

Ｘ−側の各温度センサ（１）の出力を増幅する計測アン
プ、（７）は各計測アンプ（６）に接続された減衰器、
（８）はＸ＋側、Ｘ−側の相対向する温度センサ（１）
、（１）のセンサ出力差をとる演算器、（９）は演算器
（８）のセンサ出力差から光軸設定位置を決めるオフセ
ット増幅器、（１０）はオフセット増幅器（９）の出力
を受けとるＸ＋側比較器、（１１）はＸ＋側の動作開始
位置を設定するＸ＋側動作設定器、（１２）はオフセッ
ト増幅器（９）の出力を受けとるＸ−側比較器、（１３
）はＸ−側の動作開始位置を設定するＸ−側動作設定器
、（１４）はオフセット増幅器（９）の出力を受け、モ
ータ回転方向を決定する回転方向比較器、（１５）は回
転方向設定器、（２０）はレーザビーム光軸が設定光軸
よりずれたことを検知した信号のうち、その信号がＸ方
向とＹ方向とどちらが早く検出されたかを選択し、同一
ミラーにおいて、Ｘ、Ｙ片方ずついずれかを優先させて
モータ動作指令信号を出力させるシーソ回路、（２０ａ
）はＸ＋側比較器（１０）とＸ−側比較器（１２）の出
力を受けるオア回路、（２０ｂ）はオア回路（２０ａ）
とシーソ回路（２０）の出力を受け、パルスモータ駆動
回路（１Ｂ）にモータ動作指令信号を出力するアンド回
路である。

上記計測アンプ（６）〜回路方向設定器（１５）、オア
回路（２０ａ）及びアンド回路（２０ｂ）はいずれ、も
、Ｘ＋、Ｘ−の温度センサ（１）の出力からミラーのＸ
方向のレーザビーム光軸を補正するＸ方向オフセット調
節器（図示省略）を構成している。（２６Ａ）はＸ方向
オフセット調節器と同じ構成で、ミラーのＹ方向のレー
ザビーム光軸を補正するＹ方向オフセット調節器であり
、前述するシーソ回路（２０）によって同一ミラーにお
いて、ｘ、ｙ片方ずつ制御するように信号が出力される
。

第３図において、（２８）はバックラッシュ補正回路、
（２９）はパルス計数回路、（３２）はモータ動作指令
信号（１７）が入力される二進カウンタ、（３３）は二
進カウンタ（３２）の出力を受けるフリップフロップ、
（３４）は回転方向信号（１８）を−時的に記憶するラ
ッチ回路、（３５）は回転方向信号（１８）とラッチ回
路（３４）に記憶された回転方向信号とを比較し、バッ
クラッシュ発生の判断を行うデジタルコンパレータ、（
３６）はモータ動作指令信号（１７）が入力され、サン
プルパルス信号（４０）を出力するサンプルパルス生成
回路、（３７）はフリップフロップ（３３）、デジタル
コンパレータ（３５）及びサンプルパルス生成回路（３
６）の出力を受けてパルス計数回路（２９）にバックラ
ッシュ発生指令信号を出力するアンド回路である。バッ
クラッシュ補正回路（２Ｂ）は二進カウンタ（３２）乃
至アンド回路（３７）によって構成されている。

次に、上記実施例の動作を第１図乃至第５図を参照しな
がら説明する。

ミラーのＸ方向とＹ方向は実質的に同様な動作をし、Ｘ
方向とＹ方向に片方ずつミラーを選択的に動作制御させ
るのがシーソ回路（２０）である。そこで、まずミラー
のＸ方向の動作を第２図に基づいて説明する。

Ｘ＋、Ｘ−側の温度センサ（１）、Ｃ１）のセンサ出力
をそれぞれ計測アンプ（６）、減衰器（７）で増幅及び
減衰させ、演算器（８）により引き算をする。

このＸ＋側とＸ−側の計測アンプ（６）及び減衰器（７
）の出力の比率は第４図の（ａ）に示すようにミラー角
度範囲によるＸ＋側のセンサ出力（２１）とＸ−側のセ
ンサ出力（２２）の出力の比率と略同じように決定する
。そして、演算器（８）により引き算された結果が第４
図の（ｂ）の点線で示すような特性となり、Δｘ−０の
位置を光軸中心にするため、オフセット増幅器（９）に
よりオフセット電圧を与えて第４図の（ｂ）の実線（２
３）で示すような特性を得る。このようにして、Δｘ−
０を中心に光軸中心を設定する。また、パルスモータ（
１９）の回転方向は実線（２８）の特性のＯｖの位置、
Δｘ−０のところで設定し、レーザビームがずれて、例
えばΔχ＋側にセンサ出力があれば、それを補正する方
向にパルスモータ（１９）が回転するように回転方向比
較器（１４）の回転方向設定器（１５）を設定し、回転
方向設定器（１５）に設定された値に対してオフセット
増幅器（９）の出力値がハイかローでパルスモータ（１
９）の回転方向が決まる。

次に、パルスモータ（１９）に対する動作指令であるが
、これはミラーが多少角度を変えてもビームモードに影
響を与えない範囲で許容される角度があること、また左
右のセンサ出力特性が大きく異なる場合に制御系の目標
値を別々に設定できること、また温度センサ（１）の応
答速度とパルスモータ（１９）の駆動速度との兼合いか
ら安定性のよい制御を行なうため、設定光軸よりレーザ
ビーム光軸がずれてもビームモードに影響を与えない範
囲を不感帯とすること等の理由で、パルスモータ（１９
）への動作指令は第４図の〈ｃ）に示すように、Ｘ＋側
とＸ−側との間の一定範囲内では行われないように、Ｘ
＋側動作設定値（２４）とＸ−側動作設定値（２５）が
設定されている。かかるＸ＋側及びＸ−側動作設定値（
２４）　、　（２５）の設定はＸ＋側動作設定器（１１
）とＸ−側動作設定器（１３）によって行われる。

ここで、レーザビームが傾いた場合、Ｘ方向に着目する
と、Ｘ＋、Ｘ−のどちらかであるから、傾いた側が例え
ばＸ＋側であるとすると、このときに、Ｘ＋側動作設定
器（１１）の設定値よりオフセット増幅器（１９）から
出力された出力が大きいとハイとなり、Ｘ＋側比較器（
ｌＯ）はモータ動作指令信号を出力し、それが回転方向
比較器（１４）の出力と共にパルス駆動回路（ｌＢ）に
入力され、パルスモータ（１９）が回転方向信号（１８
）の回転方向に回転する。

そして、ミラーが駆動され、オフセット増幅器（９）か
ら出力された出力がＸ＋側動作設定器（１１）の設定値
より小さくなったときに、パルスモータ（１９）の駆動
は停止され、レーザ光軸は補正されたことになる。以上
はミラーのＸ方向の動作の補正であるがミラーのＹ方向
の補正も同様に行われ、いずれを優先させるかはシーソ
回路（２０）で決定される。その決定はＸ方向の動作指
令信号とＹ方向の動作信号のいずれかが早くシーソ回路
（２０）に入力、されたとき、その早い方を優先させ、
例えば、Ｘ方向の補正が終了するまで、Ｙ方向の補正は
待機させられる。なお、Ｘ方向とＹ方向の動作指令信号
が同時に入力されたときはどちらか一方が優先させられ
る。

次に、バックラッシュ補正について第１図及び第３図に
基づいて説明する。

第１図に示すオフセット調節回路（２Ｂ）からモータ動
作指令（１７）と回転方向信号（１８）を受けたバック
ラッシュ補正回路（２８）はこれらの信号からパルスモ
ータ（１９）及びギヤーボックスのバックラッシュの発
生を判断してバックラッシュ発生指令信号（３８）を出
力する。なお、このとき、オフセット調節回路（２６）
からモータ動作指令信号（１７）と回転方向信号（１８
）がパルスモータ駆動回路（１Ｂ）に入力されているが
、かかる信号の入力だけではパルスモータ駆動回路（１
Ｂ）は動作しない。

かかるバックラッシュ発生指令信号（３８）の発生は次
のように行われる。

第３図に示すように、オフセット調節回路（２Ｂ）から
モータ動作指令信号（１７）が二進カウンタ（３２）を
介してフリップフロップ（３３）に入力される。そうす
ると、フリップフロップ（３３）からはモータ動作指令
信号（１７）の第１発註を無視して、第２売口以降の指
令からバックラッシュ発生の判断を開始するように出力
される。これはバックラッシュ発生の誤判断を防ぐため
である。

また、モータ動作指令信号（１７）はラッチ回路（３４
）とサンプルパルス生成回路（８Ｂ）に入力され、回転
方向信号（１８）がラッチ回路（３４）とデジタルコン
パレータ（３５）に入力される。このモータ動作指令信
号（１，７）の立ち下がりにおける回転方向信号（１８
）の正転（ＣＷ）、或いは反転（ＣＣＷ）の状態（第５
図参照）の値をラッチ回路（３４）が−時的に記憶し、
これを第５図に示す■のデータとする。

次に、モータ動作指令信号（１７）が立ち上がりのとき
の回転方向信号（１８）の状態の値■とすると、前述し
た■の値と■の値とをデジタルコンパレータ（３５）で
比較し、■≠■の条件のときにハイとなり、これによっ
てバックラッシュ発生が判断され、バックラッシュ発生
指令信号（３８）が出力される。サンプルパルス生成回
路（３Ｂ）のサンプル信号（４０）はバックラッシュ発
生の判断の際におけるトリガーの役目を果たす。

バックラッシュ補正回路（２８）のバックラッシュ発生
指令信号（３８）はゲート選択回路（３１）に出力され
、ゲート選択回路（３１）ではパルスモータ駆動回路（
１Ｂ）に対してパルスモータ（１９）の回転数を高める
指令を出し、この指令を受けて始めてパルスモータ駆動
回路（１Ｂ）はギヤーボックスに生じるバックラッシュ
を解消する。ため、パルスモータ（１９）を早く回転さ
せる。

また、バックラッシュ補正回路（２８）のバックラッシ
ュ発生指令信号（３８）を受けたパルス計数回路（２９
）はバックラッシュ発生指令信号（３８）を受けたとき
から、パルスモータ（１９）を早く回転させるパルスの
予め設定されたパルス数をカウントし、カウントが終了
すればゲート選択回路（３１）にカウント終了指令信号
を出力する。このカウント終了時にバックラッシュは解
消されている。そうすると、ゲート選択回路（３１）は
パルスモータ駆動回路（１Ｂ）に対して今までのパルス
モータ（１９）の回転数を高める指令からパルスモータ
（１９）の回転数を元の通常の回転数で駆動させる指令
に切り換える。

従って、その指令を受けたパルスモータ駆動回路（１６
）はパルスモータ（１９）を元の通常の回転数で回転さ
せ、パルスモータ（１９）の回転駆動により、光学基板
がＸ方向に回転され、レーザビームの補正が行われる。

以上はＸ方向にレーザ光軸がずれた場合のレーザビーム
の補正であるが、Ｙ方向にレーザ光軸がずれた場合も前
述と同様の手順で行われ、Ｘ方向とＹ方向の補正をいず
れを先に行わせるかの選択はシーソ回路（２０）で行わ
れることは前述したとおりである。

なお、上記実施例のバックラッシュ補正回路（２８）、
パルス計数回路（２９）などをマイクロプロセッサ−を
用いたデジタルＩＣを用いて構成してもよく、上記実施
例と同様の作用・効果を奏することはいうまでもない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、レーザ発振器の全反射
鏡及び部分反射鏡の角度ずれ補正時に光学基板の駆動伝
達系のバックラッシュの有無を判断し、バックラッシュ
の発生があると判断したときには反射鏡を有する光学基
板を駆動伝達系を介して駆動するパルスモータをバック
ラッシュを解消させる分だけ所定時間早く回転させ、バ
ックラッシュ解消後は通常の回転数でパルスモータ回転
させて光学基板を駆動してレーザビームの光軸を補正す
るようにしたので、バックラッシュを解消するためパル
スモータを早く回転させた分だけ、レーザビーム光軸中
心を補正する制御時間を短かくし、傾いたレーザビーム
による電極の破壊を防止することができるという効果を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図、第２図はオフセット調節器の内部を示すブロック図
、第３図はバックラッシュ補正回路の内部とパルス計数
回路を示すブロック図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（ｃ）はセンサ出力特性と自動アライメント装置の動
作を示す線図、第５図はバックラッシュ発生の判断方法
を示すタイムチャート、第６図乃至第９図は従来のレー
ザ発振器の自動アライメント装置の各部を示す図であり
、第６図はレーザ光検出部を示す構成図、第７図はレー
ザ光検出部をレーザ発振器に取り付けた状態を示す構成
図、第８図はミラーを駆動する部分を示す構成図、第９
図はセンサの出力特性を示す線図である。 図において、（１Ｂ）はパルスモータ駆動回路、（１９
）はパルスモータ、（２７）はモータ駆動指令信号、（
２８）はバックラッシュ補正回路、（３８）はバックラ
ッシュ発生指令信号、（４０）はモータ駆動指令信号発
生回路である。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ発振器の全反射鏡及び部分反射鏡をそれぞれ取り
   付けた光学基板と、光学基板を駆動伝達系を介してＸ・
   Ｙ方向に回転駆動して全反射鏡及び部分反射鏡の角度ず
   れを補正するパルスモータと、パルスモータを駆動する
   パルスモータ駆動回路と、上記全反射鏡及び部分反射鏡
   の角度ずれ補正時に光学基板の駆動伝達系のバックラッ
   シュの有無を判断してバックラッシュ発生指令信号を出
   力するバックラッシュ補正回路と、バックラッシュ補正
   回路のバックラッシュ発生指令信号を受けてバックラッ
   シュ発生時に所定時間パルスモータを早く回転させるモ
   ータ駆動指令信号をパルスモータ駆動回路に出力するモ
   ータ駆動指令信号発生回路とを備えたことを特徴とする
   レーザ発振器の自動アライメント装置。