JPH05152643A

JPH05152643A - レーザ発振装置

Info

Publication number: JPH05152643A
Application number: JP13699292A
Authority: JP
Inventors: Akimichi Takeda; 明通武田; Masayuki Nakamura; 正之中村; Atsushi Sugidachi; 厚志杉立
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ウインドの回転機構を簡素化すると共に、ウ
インドにおけるレーザ光の透過部分を簡単に更新して加
工不良を生じることがないレーザ発振装置を提供する。【構成】内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発振管
１１と、このレーザ発振管１１のレーザ光出口にレーザ
光が透過するように配設されたウインド１２と、このウ
インド１２を保持し且つレーザ発振管１１内の気密を保
持するように配設されたウインドホルダー１３と、この
ウインドホルダー１３をボール軸受１４を介して回転自
在に保持するようにレーザ発振管１１の出口端面に配設
されたホルダー支持体１５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属加工及びその他の
分野で使用するレーザ発振装置に関し、更に詳しくは、
その発振管のレーザ光のウインド機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ発振装置、特に短波長レー
ザなどで使用するレーザガスは光電作用によってレーザ
発振管内部に多量の不純ガス分子が生成し、この不純ガ
ス分子がレーザ光の影響を受けてウインドの内側に汚染
を生じる。この汚染は強力に付着しており、拭き取るこ
とは容易でない。これがウインドのレーザ光透過率を減
少させ、その結果レーザ出力を低下させるのでウインド
を適時取り替える必要があった。

【０００３】この不都合をなくするために例えば特開昭
６１−２０３６８９号公報に記載された図１３に示す装
置がある。同図において、１は放電電極２から発生した
レーザ光を同図の右外側に向かって照射する、内部レー
ザ媒質を封入したレーザ発振管、３はこのレーザ発振管
１の一端の支持体４に窓枠５を介して取り付けられたウ
インド、６はこのウインド３を支持する窓枠５の周囲の
歯車に噛合するピニオン７を介してウインド３を回転さ
せる、上記支持体４に固定されたモータ、８は上記ウイ
ンド３の外側に対向させてレーザ光が通過するように上
記支持体４の外端に固定され透明板、９はこの透明板８
と上記ウインド３との間に気密を保持して形成された圧
力加減室、１０はこの圧力加減室９内の圧力を調整する
圧力調整器である。そして、上記ピニオン７は上記窓枠
５の周囲に等間隔に４個配設され、そのうちの１個が上
記モータ６に連結している。また、１１はパッキングで
ある。

【０００４】而して、上記ウインド３を回転させる時に
は、上記圧力調整器１０によって圧力加減室９の圧力を
減圧してウインド３に対する押圧力を減少させてウイン
ド３の回転を円滑にし、反対にウインド３を回転しない
時には圧力調整器１０によって圧力加減室９を加圧して
パッキング１１を押し潰してレーザ発振管１内の気密を
保持するようにしている。即ち、レーザ発振管１内の気
密をパッキング１１で保持すると共にウインド３の回転
を円滑にするために、圧力加減室９内の圧力を適宜調整
してレーザ発振管１の圧力と圧力加減室９の圧力との圧
力バランスを取るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ発振装置では、レーザ発振管１内の気密をパッキ
ング１１で保持すると共にウインド３の回転を円滑にす
るために、ウインド３内外の圧力バランスを取るための
圧力加減室９及び圧力調整器１０が必要であるため、レ
ーザ発振装置の構造が複雑になってコストが高くなると
いう課題があった。また、ウインド３のレーザ光が照射
されない部分にレーザ発振管１内部のガスの流れによっ
て不純ガス分子が付着して徐々にではあるがウインド３
の劣化を進行させると共にこの付着によってウインド３
が汚染されてレーザ出力が低下し、加工不良を生じるま
でウインド３の汚染に気付かないといった課題もあっ
た。

【０００６】また、レーザ光の中でもエキシマレーザの
ようなパルスレーザを照射するレーザ発振装置の場合に
は、励起部のゲインが高いため、部分反射鏡、全反射
鏡、波長選択素子など共振器を構成する各素子部間にお
いて角度のズレが多少あってもレーザを照射するが、部
分反射鏡から出力される出力レーザ光（以下、部分反射
鏡からレーザ発振装置の外部へ出力されるレーザ光を
「出力レーザ光」と称す）のビーム位置、ビーム方向、
ビーム強度分布形状、ビーム出力、更に選択波長等の各
種のビーム品質は上述の角度のズレ量に応じて変化し、
各素子部における角度のズレによって最適状態に比べて
ビーム位置、ビーム方向、選択波長が変化してビーム強
度分布形状がビームの中心に対する均一性が崩れ、レー
ザ出力が低下することが実験データを示す図１４のグラ
フから判っている。また、レーザ発振管１のウインド３
の平行度が良くないと、ウインド３を回転移動させた場
合にウインド３を透過するレーザ光の方向が変る可能性
があり、これによって各種のビーム品質に変化をもたら
すという課題もあった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、ウインドの回転機構を簡素化すると共に、
ウインドにおけるレーザ光の透過部分を簡単に更新して
加工不良を生じることがないレーザ発振装置を提供する
ことを目的としている。

【０００８】また、本発明は、ウインドの回転機構を簡
素化し、ウインドにおけるレーザ光の透過部分を簡単に
更新することができると共に、ウインドのレーザ光の通
過部分以外の部分の汚染を防止して加工不良を生じるこ
とがないレーザ発振装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】また、本発明は、ウインドの回転機構を簡
素化することができると共に、ウインドを回転させても
出力レーザ光の品質を低下させる虞のないレーザ発振装
置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のレーザ発振装置は、内部にレーザ媒質が封入されたレ
ーザ発振管と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記
レーザ光が透過するように配設されたウインドと、この
ウインドを保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持
するように配設されたウインドホルダーと、このウイン
ドホルダーを軸受を介して回転自在に保持するように上
記レーザ発振管の出口端面に配設されたホルダー支持体
とを備えたものである。

【００１１】また、本発明の請求項２に記載のレーザ発
振装置は、内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発振管
と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ光が
透過するように配設されたウインドと、このウインドを
保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するように
上記レーザ発振管のレーザ光出口に配設されたウインド
ホルダーと、このウインドホルダーを軸受を介して回転
自在に保持するように上記レーザ発振管の出口端面に配
設されたホルダー支持体とを備え、且つ上記ウインドの
内側に上記レーザ光の透過する部分以外を遮蔽するシー
ルド体を設けたものである。

【００１２】また、本発明の請求項３に記載のレーザ発
振装置は、内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発振管
と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ光が
透過するように配設されたウインドと、このウインドを
保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するように
上記レーザ発振管のレーザ光出口に配設されたウインド
ホルダーと、このウインドホルダーを軸受を介して回転
自在に保持するように上記レーザ発振管の出口端面に配
設されたホルダー支持体とを備え、且つウインドの内面
側に空間を形成し且つレーザ光の通過する透過光を有す
る隔壁を上記レーザ発振管のレーザ光出口に設けると共
に、上記レーザ発振管のレーザ媒質を浄化しながら上記
空間へ循環させる浄化装置を設けたものである。

【００１３】また、本発明の請求項４に記載のレーザ発
振装置は、内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発振管
と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ光が
透過するように配設されたウインドと、このウインドを
保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するように
配設されたウインドホルダーと、このウインドホルダー
を軸受を介して回転自在に保持するように上記レーザ発
振管の出口端面に配設されたホルダー支持体とを備え、
且つ上記ウインドの両面の成すウェッジ角が１５０μra
d以下に形成されたものである。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１に記載のレーザ発振装置によ
れば、レーザ発振管内に発生したレーザ光をウインドを
透過させて所定期間、所定の加工を行ない、このウイン
ドからのレーザ出力値が低下する前に、ウインドホルダ
ーを軸受を介して回転させることによりウインドにおけ
るレーザ光の透過部分を容易に更新することができ、も
ってレーザ出力の低下を防止することができる。

【００１５】また、本発明の請求項２に記載のレーザ発
振装置によれば、レーザ発振管内に発生したレーザ光を
ウインドを透過させて所定期間、所定の加工を行ない、
このウインドからのレーザ出力値が低下する前に、ウイ
ンドホルダーを軸受を介して回転させることによりウイ
ンドにおけるレーザ光の透過部分を容易に更新すること
ができ、もってレーザ出力の低下を防止することがで
き、更に、不純ガス分子によるウインド内面の汚染をシ
ールド体によって防止することができる。

【００１６】また、本発明の請求項３に記載のレーザ発
振装置によれば、レーザ発振管内に発生したレーザ光を
ウインドを透過させて所定期間、所定の加工を行ない、
このウインドからのレーザ出力値が低下する前に、ウイ
ンドホルダーを軸受を介して回転させることによりウイ
ンドにおけるレーザ光の透過部分を容易に更新すること
ができ、もってレーザ出力の低下を防止することがで
き、更に、浄化装置によって浄化したレーザ媒質をウイ
ンドの内面側のウインド室へ循環させて不純ガス分子に
よるウインド内面の汚染を防止することができる。

【００１７】また、本発明の請求項４に記載のレーザ発
振装置によれば、レーザ発振管内に発生したレーザ光を
ウインドを透過させて所定期間、所定の加工を行ない、
このウインドからのレーザ出力値が低下する前に、ウイ
ンドホルダーを軸受を介して回転させることによりウイ
ンドにおけるレーザ光の透過部分を容易に更新すること
ができ、もってレーザ出力の低下を防止することがで
き、更に、ウェッジ角が１５０μrad以下のウインドに
よってウインドの回転による出力レーザ光の品質低下を
防止することができる。

【００１８】

【実施例】以下、図１〜図１２に示す実施例に基づいて
本発明を説明する。

【００１９】実施例１．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図１に示すように、内部にレーザ媒質が封入された
レーザ発振管１１と、このレーザ発振管１１のレーザ光
出口に上記レーザ光を横切るように配設されたウインド
１２と、このウインド１２を保持し且つ上記レーザ発振
管１１内の気密を保持するように配設された略筒状のウ
インドホルダー１３と、このウインドホルダー１３を上
記レーザ発振管１１に転がり軸受１４を介して回転自在
に保持する筒状のホルダー支持体１５とを備えて構成さ
れている。

【００２０】而して、上記レーザ発振管１１は、レーザ
媒質を封入する本体１１１と、本体１１１の内部に配設
された放電電極１１２とを備え、この放電電極に１１２
に電圧を印加することによってレーザ媒質を励起してレ
ーザ光を発生させてレーザ光を出力するように構成され
ている。そして、このレーザ発振管１１のレーザ光出口
にウインド１２が配設されている。

【００２１】また、上記ウインド１２は、その周縁部が
上記ウインドホルダー１３の内周面に形成された溝１３
Ａで挟持されている。そして、この溝１３Ａの両側壁の
全周に亘ってそれぞれ形成された溝にリング状のシール
部材１６、１６が装着され、これらのシール部材１６、
１６が上記周縁部の内外面に弾接して上記レーザ発振管
１１内部の気密を保持している。また、このウインドホ
ルダー１３は、肉厚部１３Ｂとこの肉厚部１３Ｂより外
径が縮径した薄肉部１３Ｃとから形成され、その薄肉部
１３Ｃが上記レーザ発振管１１の出口部の内周面に嵌合
している。そして、この薄肉部１３Ｃの外周面の全周に
は溝が形成され、この溝に装着されたシール部材１７で
上記レーザ発振管１１内部の気密を保持している。ま
た、このウインドホルダー１３の厚肉部１３Ｂの外周面
は上記転がり軸受１４を介してホルダー支持体１５の内
周面に回転自在に嵌合している。

【００２２】また、上記ホルダー支持体１５は、その周
壁を長手方向に貫通するボルト１８によって上記レーザ
発振管１１の出口端面に固定されている。そして、その
周壁には径方向に貫通するネジ部材１９が１個取り付け
られ、このネジ部材１９を上記ウインドホルダー１３の
外周面に当接させることによってこのウインド１２の回
転を阻止してその位置でウインド１２を固定するように
構成されている。また上記ウインドホルダー１３の周壁
外端にはハンドル２０が径方向に取り付けられ、このハ
ンドル２０によってウインドホルダー１３、即ちウイン
ド１２を回転させるように構成されている。

【００２３】次に、動作について説明する。まず、放電
電極１１２に電圧を印加してレーザ媒質を励起すると、
レーザ発振管１１の本体１１１内でレーザ光が発生し、
発生したレーザ光はウインド１２を透過して図１の矢示
方向へ出力して所定の加工に供される。このような加工
を継続すると、ウインド１２の内面のうち、レーザ光が
透過する部分には光電作用等によって多量の不純ガス分
子が吸着してレーザ光の透過率を低下させてレーザ光の
出力低下を招くため、適時ハンドル２０を操作してウイ
ンド１２を転がり軸受１４を介してホルダー支持体１５
の内周面に沿って回転させ、レーザ光の透過する位置を
適宜更新することができる。

【００２４】以上説明したように本実施例によれば、レ
ーザ発振管１１の気密はウインドホルダー１３の薄肉部
１３Ｃの外周面とレーザ発振管１１の内周面間のシール
部材１７で保持され、しかもウインドホルダー１３はホ
ルダー支持体１５に対して転がり軸受１４で回転自在に
保持されているため、ウインド１２は転がり軸受１４を
介してホルダー支持体１５において小さな操作力で常に
円滑に回転させることができ、しかも従来のように圧力
調整機構を必要とせず、それだけウインド１２の回転機
構を簡素化することができる。また、ウインド１２が不
純ガス分子によって汚染されることがあっても、ウイン
ドウ１２をハンドル２０によって簡単に回転させてレー
ザ光の透過位置を簡単に更新することができ、レーザ光
を常に良好な出力状態で出力させることができる。ま
た、ウインド１２を回転させない時にはネジ部材１９を
押し込んでその先端をウインドホルダー１３の外周面に
当接させてその回転を固定することができる。

【００２５】実施例２．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図２に示すように、レーザ光の照射部分を制限する
ウインドシールド機構２１を設けた以外は上記実施例と
同様に構成されている。このウインドシールド機構２１
は、上記レーザ発振管１１の本体１１１の端面にレーザ
光の出口を制限するように形成された隔壁１１１Ａと上
記ウインド１２との間に形成された空間２２に配設され
ている。尚、この隔壁１１１Ａにはレーザ光が通過する
部分にのみ通過孔１１１Ｂが形成されている。

【００２６】そこで、上記ウインドシールド機構２１に
ついて以下に詳述する。このウインドシールド機構２１
は、図２に示すように、上記ウインド１２の周縁部が嵌
入する溝１３Ａの内側の側壁と同一平面を成してウイン
ド１２の内面を覆うように上記ウインドホルダー１３と
一体的に形成されたウインドシールド部２１１と、この
ウインドシールド部２１１の内面を覆うように形成され
たシールド体２１２と、このシールド体２１２の内面に
これと一体的に形成された３本の脚部２１２Ａが嵌入し
且つボルト２１３によって上記隔壁１１１Ａの外面に固
定された３個の筒状のガイド部２１４とを備えて構成さ
れている。

【００２７】そして、上記ウインドシールド部２１１に
は、図３に示すようにレーザ光が通過する矩形状の通過
窓２１１Ａが放射状に８個形成され、また、上記シール
ド体２１２には、図４に示すように上記ウインドシール
ド部２１１の一つの通過窓２１１Ａに対応する矩形状の
切欠窓２１２Ｂが１個形成されている。しかも、この切
欠窓２１２Ｂは、上記隔壁１１１Ａの通過孔１１１Ｂと
一致する位置に形成され、上記ウインドホルダー１３を
回転させることによってウインドシールド部２１１の通
過窓２１１Ａをこの切欠窓２１２Ｂを一致させ、この通
過窓２１１Ａでのみレーザ光を通過させるように構成さ
れている。また、上記シールド体２１２の脚部２１２Ａ
とこれが嵌入する上記ガイド部２１４の端部との間にバ
ネ部材２１５が弾装され、このバネ部材２１５によって
このシールド体２１２を外方へ付勢して上記ウインドシ
ールド部２１１へ密着させるように構成されている。

【００２８】次に、動作について説明する。まず、放電
電極１１２に電圧を印加してレーザ媒質を励起すると、
レーザ発振管１１の本体１１１内でレーザ光が発生し、
発生したレーザ光は本体１１１の通過孔１１１Ｂ、シー
ルド体２１２の切欠窓２１２Ｂ及びウインドシールド部
２１１の通過窓２１１Ａを通過してウインド１２の当該
部を透過して図２矢示方向へ出力する。そして、継続的
に使用してウインド１２が汚染されれば、ハンドル２０
によってウインドホルダー１３を回転させて隣の通過窓
２１１Ａをシールド体２１２の切欠窓２１２Ｂに合わせ
ることによってウインド１２の新たな透過部を設定して
使用を継続することができる。

【００２９】従って、本実施例によれば、ウインド１２
のレーザ光の透過部以外はウインドシールド部２１１に
よって遮蔽されているため、ウインド１２の損傷を格段
に軽減することができる他、実施例１と同様の作用効果
を期することができる。尚、本実施例では、ウインドシ
ールド部２１１をシールド体２１２とウインド１２との
間に介在させたものについて説明したが、シールド体２
１２を柔らかい材料を用いてウインド１２を傷つけない
ようにすれば、ウインドシールド部２１１を省略するこ
とができる。

【００３０】実施例３．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図５に示すように、本体１１１が実施例２と同様の
隔壁１１１Ａでウインド１２とこの隔壁１１１Ａとの間
にウインド室２２を形成し、このウインド室２２内へ常
に清浄なレーザ媒質を送り込んでウインド１２を光電作
用等によって汚染しないように構成されている。即ち、
レーザ発振管１１の本体１１１の側壁及びその先端部に
径方向の貫通孔１１１Ｃ、１１１Ｄがそれぞれ形成さ
れ、本体１１１内部と上記ウインド室２２とが配管２３
によって連通され、この配管２３の途中に浄化装置とし
ての集塵器２４が配設されて上記ウインド室２２へ集塵
器２４によって清浄化したレーザ媒質を送り込むように
したものである。更に、図５、図６に示すように、上記
隔壁１１１Ａの通過孔１１１Ｂには、中央に開口が形成
されたラビリンスプレート２５と、このラビリンスプレ
ート２５を互いに平行状態で保持するラビリンスホルダ
ー２６とが取り付けられ、本体１１１内のレーザ媒質が
上記ウインド室２２内へ逆流する際に複数のラビリンス
プレート２５によってそのレーザ媒質の流れに乱流を生
じさせて不純ガス分子をラビリンスホルダー２６で捕獲
するように構成されている。

【００３１】次に、動作について説明すると、レーザ光
は実施例２と同様に隔壁１１１Ａの通過孔１１１Ｂのラ
ビリンスプレート２５の開口を直進してウインドウ１２
から出力する。この時、レーザ発振管１１のレーザ媒質
は本体１１１の貫通孔１１１Ｃから配管２３へ流入し、
集塵器２４で集塵されてから更に配管２３を経由して貫
通孔１１１Ｄからウインド室２２へ流入し、然る後、ウ
インド室２２内のレーザ媒質はラビリンスプレート２５
の開口を経由して本体１１１内に流入する。つまり、レ
ーザ光が出力している間、レーザ媒質は本体１１１内と
ウインド室２２内を循環してウインド室２２内に常に清
浄なレーザ媒質を供給してウインド１２を光電作用等に
よる汚染から防止する。この際、仮に集塵器２４が故障
してレーザ媒質の循環が阻害されて、本体１１１からウ
インド室２２内へレーザ媒質が直接流入するようなこと
があっても、この流入を複数のラビリンスプレート２５
によって阻止し、ラビリンスプレートホルダー２６で不
純ガス分子を捕獲する。

【００３２】従って、本実施例によれば、レーザ媒質の
不純ガス分子によるウインドの汚染を確実に防止すると
ができる他、上記各実施例に準じた作用効果を期するこ
とができる。

【００３３】実施例４．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図７に示すように、レーザ発振管１１の発振数を計
数するショットカウンター２７と、このショットカウン
ター２７からの信号によって駆動するモータ２８と、こ
のモータ２８に連結されたピニオン２９と、このピニオ
ン２９に噛合する、ウインドホルダー１３の端面に取り
付けられたリング状の歯車３０とを備え、上記ショット
カウンター２７が予め設定された発振数を計数すると上
記モータ２８を自動的に駆動させてピニオン２９及び歯
車３０を介して上記ウインドホルダー１３を所定角度だ
け回転させてウインド１２の位置を自動的に更新し、ウ
インド１２が一周したら警報を発するように構成されて
いる。その他は実施例１に準じて構成されている。

【００３４】次に、動作について説明すると、レーザ発
振管１１からレーザ光を出力して所定の加工を継続し、
レーザ光の発振数が所定数に達すると、ショットカウン
ター２７がこの数を計数して信号をモータ２８へ送信す
ると、モータ２８は受信信号に基づいて駆動し、ピニオ
ン２９、歯車３０を介してウインドホルダー１３を所定
角度回転させてウインド１２のレーザ光透過位置を自動
的に更新する。そして、ウインド１２の所定角度の回転
を繰り返してウインド１２が一周した時点で警報を発し
て、ウインド１２の交換時期を報知する。

【００３５】従って、本実施例によれば、ウインド１２
の汚染によるレーザ出力の低下を自動的に防止して加工
精度を確保することができ、また、ウインド１２が交換
時期に達したら自動的に知ることができる。尚、本実施
例では、レーザ発振数によってウインド１２の回転時期
を検出するようにしているが、ウインド１２の汚れによ
る出力の低下を検出してモータを駆動させるようにして
もよい。

【００３６】実施例５．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図８に示すように、ウインド１２の断面形状を異に
している以外は実施例１のものと同様に構成されてい
る。本実施例に用いられているウインド１２の断面は内
面１２Ａと外面１２Ｂとが平行ではなく、同図に示すよ
うに両面１２Ａ、１２Ｂの成すウェッジ角δが１５０マ
イクロラジアン（μrad）以下になるように形成されて
いる。

【００３７】そこで、上記ウェッジ角δの影響について
以下に詳述する。レーザ発振管１１は、その両端、つま
り本体１１１の両端に全反射鏡と部分反射鏡とが対向し
てそれぞれ配設された共振器を構成している。そして、
このような共振器構造では、全反射鏡と部分反射鏡との
間のズレとレーザ光出力との関係に関する実験データ
（図１４参照）が示すように、全反射鏡と部分反射鏡と
の間で６００μrad程度のズレが生じると、１０％程度
の出力レーザ光の低下が発生する。

【００３８】また、ステッパーの光源として求められて
いるような狭帯域エキシマレーザでは、波長選択素子で
あるファブリペローエタロン、プリズムやグレーティン
グ等、あるいはこれらを組み合わせて上記全反射鏡また
は部分反射鏡とレーザ発振管の間に挿入したり、波長選
択素子であるエシェルグレーティングに全反射鏡の役割
を兼ねさせたりするが、このような共振器構成では、ビ
ーム位置、ビーム方向、ビーム強度分布形状、選択波長
等のビーム特性に関しても、共振器中の各素子部におけ
る角度裕度が広帯域レーザに比べて強く制限される。

【００３９】また、ビーム位置、ビーム方向の変化があ
ると、出力レーザ光はステッパー内部で１０〜数１０の
整形光学素子を通過するので加工対象はレーザ出射口か
ら数ｍ程度離れることになり、加工対象にまでレーザ光
が到達しない。出力レーザ光のビーム位置やビーム方向
はサブミリ、サブマイクロラジアンの精度が少なくとも
要求される。

【００４０】また、ビーム強度分布形状の変化は、ステ
ッパー内部のフライアイレンズ等のビーム整形光学系の
再調整を行なうか、あるいは被加工物に対する照度ムラ
の結果としての加工不良を招くことになり、やはり出力
レーザ光のビーム強度分布形状も制限がある。但し、狭
帯域レーザの共振器構成の場合には、素子構成の工夫に
よってその裕度が大きく異なり、例えば全反射鏡とレー
ザ発振管の間にファブリペローエタロンを２個配置する
共振器構成の場合、出力のピーク値から１０％低下する
範囲の角度裕度は僅かに数１０μradしか許されないの
に対して、複数個のプリズムとエシェルグレーティング
を用いた狭帯域共振器では実験データから上記各特性の
変化が全て許容範囲内となるような角度裕度は数１００
μradという実験値を得ている。

【００４１】従って、共振器構成の工夫により各素子部
へのレーザ光の入射角度裕度を実験的に得た６００μra
d程度にすると、この値を満足するために必要な上記回
転移動可能なウインド１２の平行度はその１／４の１５
０μradである。

【００４２】而して現実には、レーザ発振管１１に取り
付けられているウインド１２自体はレーザ光を反射して
出射レーザ光の品質に悪影響を及ぼさないように無反射
コーティングを施し且つ共振器を構成する反射鏡や各素
子面とは数ｍμradないし１００ｍrad程度の角度を成す
ように取り付けられている。従って、以下ではレーザ光
軸に対して角度を付けた一般的な状態に関して詳細に説
明する。

【００４３】図９はウインド１２の両面１２Ａ、１２Ｂ
にウェッジ角δが付いている場合のレーザ光の透過経路
を示す断面図である。レーザ媒質側から来たレーザ光が
ウインド１２の内面１２Ａ側に対して角度θ₁で入射
し、ウインド１２内で内面１２Ａに対して角度θ₂とな
り、外面１２Ｂに対して角度θ´₂で入射した後、外方
へ外面１２Ｂに対して角度θ´₁で出射して行く様子を
示している。このとき、入射光軸方向に対する出射光軸
方向の成す角Δθは以下のように表わすことができる。
ここでレーザ光の波長に対するウインド１２の屈折率を
ｎとすると、下記数１、数２の関係を満たしている。（数１）sinθ₁＝ｎ・sinθ₂ （数２）sinθ´₁＝ｎ・sinθ´₂ また一方、幾何学的な配置から下記数３、数４のような
関係がある。（数３）θ´₂＝θ₂−δ （数４）Δθ＝θ₁−θ´₁＋δ 従って、数１〜数３から数２の右辺は以下のように変形
して下記数５を得ることができる。（数５） sinθ´₁＝ｎ・sinθ´₂ ＝ｎ・sin（θ₂−δ）＝ｎ・（sinθ₂・cosδ−sinδ・cosθ₂）＝sinθ₁・cosδ−ｎ・sinδ・cosθ₂ ＝sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2 また、数４及び数５から下記数６が得られる。（数６） Δθ＝θ₁＋δ−arcsin｛sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2｝

【００４４】また、図１０はウェッジ角δの上記ウイン
ド１２をその内面１２Ａを基準にして図９に示す状態か
ら１８０°回転させた状態でのレーザ光の透過経路を示
す図である。これは、図１０に示す場合も図９で示した
場合と同様、レーザ発振管１１で発生したレーザ光がウ
インド１２の内面１２Ａに対して角度θ₁で入射し、ウ
インド１２内で内面１２Ａに対して角度θ₂となり、ウ
インド１２の外面１２Ｂに対して角度θ″₂で入射した
後、外面１２Ｂに対して角度θ″₁で出射して行く様子
を示している。図９と同様に、屈折率ｎを用いて入射光
軸に対する出射光軸の成す角Δθ´は数７、数８のよう
になる。（数７）sinθ₁＝ｎ・sinθ₂ （数８）sinθ″₁＝ｎ・sinθ″₂ また一方、幾何学的な配置から下記数９、数１０のよう
な関係がある。（数９）θ″₂＝θ₂−δ （数１０）Δθ＝θ₁−θ″₁−δ 従って、数７〜数１０から数８の右辺は以下のように変
形して下記数１１を得ることができる。（数１１） sinθ″₁＝ｎ・sinθ″₂ ＝ｎ・sin（θ₂−δ）＝ｎ・（sinθ´₂cosδ−sinδ・cosθ₂）＝sinθ₁・cosδ−ｎ・sinδ・cosθ₂ ＝sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2 また、数１０及び数１１から下記数１２が得られる。（数１２） Δθ'＝θ₁−δ−arcsin｛sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2｝従って、数６及び数１２からウインド１２の回転による
出射角度方向の変化は下記数１３のようになる。（数１３） Δθ−Δθ´＝［θ₁＋δ−arcsin｛sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2 ｝］−［θ₁−δ−arcsin｛sinθ₁・cosδ−sinδ・（ｎ²−sin²θ₁）^1/2｝］＝２δ

【００４５】上記結果からウインド１２に対するレーザ
光の入射角度によらず、ウェッジ角δのウインド１２を
回転させることにより、最大２δだけウインド１２を透
過するレーザ光の角度が変ることになる。共振器内に
は、レーザ発振管の両側に各１個ずつ計２個のウインド
が配設されているので、同一仕様のウェッジ角δのウイ
ンドを用いた場合、ウインドの回転により最大４δだけ
レーザ光の角度が変ることになる。逆に、共振器内の各
素子部へのレーザ光の入射角度のズレを６００μrad以
下に抑制するには、各ウインドのウェッジ角δを６００
μradの１／４である１５０μradに抑制すればよい。ま
た、共振器を構成する反射鏡や各素子面とはウインドの
成す数度程度の角度は、ウェッジ角の付いたウインドの
回転による透過レーザ光の角度変化に影響しないので、
この点は特に考慮する必要がない。

【００４６】以上のことから、ウェッジ角δを１５０μ
rad以下に抑制したウインド１２の回転による共振器内
のレーザ光の各素子部に入射する角度は６００μrad以
下にとなり、ウインド１２の回転移動によるレーザ光の
透過部分の更新に際して出力レーザ光の各種ビーム特性
に影響のないレーザ発振装置を得ることができる。

【００４７】従って本実施例によれば、使用によりレー
ザ光の出力が低下する前に、実施例１と同様にしてウイ
ンド１２を回転移動させてレーザ光の透過部分を更新す
ることができ、しかも、ウインド１２のウェッジ角δが
１５０μrad以下であるため、ウインド１２が１８０°
回転しても共振器内の透過レーザ光の角度が最大で４δ
しか変化せず、レーザ光の各素子部に入射する角度を６
００μrad以下にすることができ、ウインド１２の回転
移動によるレーザ光の透過部分の更新に際して特別な補
正機構がなくてもウインド１２の回転移動による出力レ
ーザ光の各種ビーム特性の変化を許容範囲内に抑制し
て、ウインド１２の透過部分の更新の前後で安定したレ
ーザ加工を行なうことができる。

【００４８】実施例６．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図１１、図１２に示すように、ウインドホルダー１
３の中心の囲むように８個の小径ウインド１２を周方向
等間隔に配列して取り付け、且つ各ウインド１２のウェ
ッジ角δを実施例５と同様に１５０μrad以下に形成し
た以外は実施例５に準じて構成されている。尚、本実施
例では、シール部材１７が、ウインドホルダー１３の本
体１１１との接触端面に形成された溝に装着され、この
シール部材１７によってウインドホルダー１３とレーザ
発振管１１の本体１１１との気密を保持するようにして
いる。尚、ウインド１２の個数は必要に応じて適宜増減
することができる。

【００４９】従って、本実施例においても共振器内の各
素子部へのレーザ光の入射角のズレを６００μrad以下
に抑制することができ、実施例５と同様の作用効果を期
することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の発明によれ
ば、ウインドホルダーを軸受を介して回転自在にしたた
め、ウインドの回転機構を簡素化することができると共
に、ウインドにおけるレーザ光の透過部分を簡単に更新
して加工不良を生じることがないレーザ発振装置を提供
することができる。

【００５１】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、ウインドホルダーを軸受を介して回転自在にする
と共にウインドの内側にレーザ光の透過する部分以外を
遮蔽するシールド体を設けたため、ウインドの回転機構
を簡素化することができると共に、ウインドにおけるレ
ーザ光の透過部分を簡単に更新することができ、しかも
ウインドのレーザ光の通過部分以外の部分の汚染を防止
して加工不良を生じることがないレーザ発振装置を提供
することができる。

【００５２】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、ウインドホルダーを軸受を介して回転自在にする
と共にウインドの内面側のレーザ発振管から画成された
空間へ浄化したレーザ媒質を循環させるようにしたた
め、ウインドの回転機構を簡素化することができると共
に、ウインドにおけるレーザ光の透過部分を簡単に更新
することができ、しかもウインドのレーザ光の通過部分
以外の部分の汚染を防止して加工不良を生じることがな
いレーザ発振装置を提供することができる。

【００５３】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、ウインドホルダーを軸受を介して回転自在にする
と共にウインドの両面の成すウェッジ角が１５０μrad
以下に形成したため、ウインドの回転機構を簡素化する
ことができると共に、ウインドを回転させても出力レー
ザ光の品質を低下させる虞のないレーザ発振装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ発振装置の一実施例の要部を示
す断面図である。

【図２】本発明のレーザ発振装置の他の実施例の要部を
示す断面図である。

【図３】図２に示すレーザ発振装置のウインドシールド
部を示す正面図である。

【図４】図２に示すレーザ発振装置のシールド体を示す
正面図である。

【図５】本発明のレーザ発振装置の更に他の実施例の要
部を示す断面図である。

【図６】図５に示すレーザ発振装置のラビリンスプレー
トホルダーの軸方向の断面を示す斜視図である。

【図７】本発明のレーザ発振装置の更に他の実施例の要
部を示す断面図である。

【図８】本発明のレーザ発振装置の更に他の実施例の要
部を示す断面図である。

【図９】図８に示すレーザ発振装置のウインドの両面に
ウェッジ角が付いている場合のレーザ光の透過経路を示
す断面図である。

【図１０】図９に示すウインドを１８０°回転させた状
態でのレーザ光の透過経路を示す断面図である。

【図１１】本発明のレーザ発振装置の更に他の実施例の
要部を示す断面図である。

【図１２】図１１に示すレーザ発振装置のウインドホル
ダー及びウインドを示す正面図である。

【図１３】従来のレーザ発振装置の一例の要部を示す断
面図である。

【図１４】共振器における、全反射鏡と部分反射鏡との
間のズレとレーザ光出力との関係に関する実験データを
示すグラフである。

【符号の説明】

１０レーザ発振装置１１レーザ発振管１２ウインドウ１３ウインドホルダー１４転がり軸受１５ホルダー支持体２２空間２４集塵器（浄化装置）２６ラビリンスプレートホルダー１１１レーザ発振管本体２１１ウインドシールド部２１２シールド体 δ ウェッジ角

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】また、レーザ光の中でもエキシマレーザの
ようなパルスレーザを照射するレーザ発振装置の場合に
は、励起部のゲインが高いため、部分反射鏡、全反射
鏡、波長選択素子など共振器を構成する各素子部間にお
いて角度のズレが多少あってもレーザを照射するが、部
分反射鏡から出力される出力レーザ光（以下、部分反射
鏡からレーザ発振装置の外部へ出力されるレーザ光を
「出力レーザ光」と称す）のビーム位置、ビーム方向、
ビーム強度分布形状、ビーム出力、更に選択波長等の各
種のビーム品質は上述の角度のズレ量に応じて変化し、
各素子部における角度のズレによって最適状態に比べて
ビーム位置、ビーム方向、選択波長が変化し、ビーム強
度分布形状はビームの中心に対する均一性が崩れ、レー
ザ出力が低下することが実験データを示す図１４のグラ
フから判っている。また、レーザ発振管１のウインド３
の平行度が良くないと、ウインド３を回転移動させた場
合にウインド３を透過するレーザ光の方向が変る可能性
があり、これによって各種のビーム品質に変化をもたら
すという課題もあった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】また、本発明の請求項３に記載のレーザ発
振装置は、内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発振管
と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ光が
透過するように配設されたウインドと、このウインドを
保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するように
上記レーザ発振管のレーザ光出口に配設されたウインド
ホルダーと、このウインドホルダーを軸受を介して回転
自在に保持するように上記レーザ発振管の出口端面に配
設されたホルダー支持体とを備え、且つウインドの内面
側に空間を形成し且つレーザ光の通過する開口部を有す
る隔壁を上記レーザ発振管のレーザ光出口に設けると共
に、上記レーザ発振管のレーザ媒質を浄化しながら上記
空間へ循環させる浄化装置を設けたものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】而して、上記レーザ発振管１１は、レーザ
媒質を封入する本体１１１と、本体１１１の内部に配設
された放電電極１１２とを備え、この放電電極１１２に
電圧を印加することによってレーザ媒質を励起してレー
ザ光を発生させてレーザ光を出力するように構成されて
いる。そして、このレーザ発振管１１のレーザ光出口に
ウインド１２が配設されている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】実施例２．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図２に示すように、レーザ光の照射部分を制限する
ウインドシールド機構２１を設けた以外は上記実施例と
同様に構成されている。このウインドシールド機構２１
は、上記レーザ発振管１１の本体１１１の端面にレーザ
光の通過する部分を制限しないように形成された隔壁１
１１Ａと上記ウインド１２との間に形成された空間２２
に配設されている。尚、この隔壁１１１Ａにはレーザ光
が通過する部分にのみ通過孔１１１Ｂが形成されてい
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】そして、上記ウインドシールド部２１１に
は、図３に示すようにレーザ光が通過する矩形状の通過
窓２１１Ａが放射状に複数個形成され、また、上記シー
ルド体２１２には、図４に示すように上記ウインドシー
ルド部２１１の一つの通過窓２１１Ａに対応する矩形状
の切欠窓２１２Ｂが１個形成されている。しかも、この
切欠窓２１２Ｂは、上記隔壁１１１Ａの開口部１１１Ｂ
と一致する位置に形成され、上記ウインドホルダー１３
を回転させることによってウインドシールド部２１１の
通過窓２１１Ａをこの切欠窓２１２Ｂを一致させ、この
通過窓２１１Ａでのみレーザ光を通過させるように構成
されている。また、上記シールド体２１２の脚部２１２
Ａとこれが嵌入する上記ガイド部２１４の端部との間に
バネ部材２１５が弾装され、このバネ部材２１５によっ
てこのシールド体２１２を外方へ付勢して上記ウインド
シールド部２１１へ密着させるように構成されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】次に、動作について説明する。まず、放電
電極１１２に電圧を印加してレーザ媒質を励起すると、
レーザ発振管１１の本体１１１内でレーザ光が発生し、
発生したレーザ光は本体１１１の開口部１１１Ｂ、シー
ルド体２１２の切欠窓２１２Ｂ及びウインドシールド部
２１１の通過窓２１１Ａを通過してウインド１２の当該
部を透過して図２矢示方向へ出力する。そして、継続的
に使用してウインド１２が汚染されれば、ハンドル２０
によってウインドホルダー１３を回転させて隣の通過窓
２１１Ａをシールド体２１２の切欠窓２１２Ｂに合わせ
ることによってウインド１２の新たな透過部を設定して
使用を継続することができる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】従って、本実施例によれば、ウインド１２
のレーザ光の透過部以外はシールド体２１２およびウイ
ンドシールド部２１１によって遮蔽されているため、ウ
インド１２の損傷を格段に軽減することができる他、実
施例１と同様の作用効果を期することができる。尚、本
実施例では、ウインドシールド部２１１をシールド体２
１２とウインド１２との間に介在させたものについて説
明したが、シールド体２１２を柔らかい材料を用いてウ
インド１２を傷つけないようにすれば、ウインドシール
ド部２１１を省略することができる。また、ウインドシ
ールド部２１１を省略してウインド１２とシールド体２
１２との間に微小なすき間を設けても、上記とほぼ同様
の効果を得る。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】実施例３．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図５に示すように、本体１１１が実施例２と同様の
隔壁１１１Ａでウインド１２とこの隔壁１１１Ａとの間
にウインド室２２を形成し、このウインド室２２内へ常
に清浄なレーザ媒質を送り込んでウインド１２を光電作
用等によって汚染しないように構成されている。即ち、
レーザ発振管１１の本体１１１の側壁及びその先端部に
貫通孔１１１Ｃ、１１１Ｄがそれぞれ形成され、本体１
１１内部と上記ウインド室２２とが配管２３によって連
通され、この配管２３の途中に浄化装置としての集塵器
２４が配設されて上記ウインド室２２へ集塵器２４によ
って清浄化したレーザ媒質を送り込むようにしたもので
ある。更に、図５、図６に示すように、上記隔壁１１１
Ａの通過孔１１１Ｂには、中央に開口が形成されたラビ
リンスプレート２５と、このラビリンスプレート２５を
互いに平行状態で保持するラビリンスホルダー２６とが
取り付けられ、本体１１１内のレーザ媒質が上記ウイン
ド室２２内へ逆流する際に複数のラビリンスプレート２
５によってそのレーザ媒質の流れに乱流を生じさせて不
純ガス分子をラビリンスホルダー２６で捕獲するように
構成されている。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】而して現実には、レーザ発振管１１に取り
付けられているウインド１２自体はレーザ光を反射して
出射レーザ光の品質に悪影響を及ぼさないように無反射
コーティングを施し且つ共振器を構成する反射鏡や各素
子面とは数ｍradないし１００ｍrad程度の角度を成すよ
うに取り付けられている。従って、以下ではレーザ光軸
に対して角度を付けた一般的な状態に関して詳細に説明
する。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】実施例６．本実施例のレーザ発振装置１０
は、図１１、図１２に示すように、ウインドホルダー１
３の中心の囲むように８個の小径ウインド１２を周方向
等間隔に配列して取り付け、且つ各ウインド１２のウェ
ッジ角δを実施例５と同様に１５０μrad以下に形成し
た以外は実施例５に準じて構成されている。尚、本実施
例では、シール部材１７が、ウインドホルダー１３の本
体１１１との接触端面に形成された溝に装着され、この
シール部材１７によってウインドホルダー１３とレーザ
発振管１１の本体１１１との気密を保持するようにして
いる。尚、ウインド１２の個数は必要に応じて適宜増減
して構成することができる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発
振管と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ
光が透過するように配設されたウインドと、このウイン
ドを保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するよ
うに配設されたウインドホルダーと、このウインドホル
ダーを軸受を介して回転自在に保持するように上記レー
ザ発振管の出口端面に配設されたホルダー支持体とを備
えたことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発
振管と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ
光が透過するように配設されたウインドと、このウイン
ドを保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するよ
うに上記レーザ発振管のレーザ光出口に配設されたウイ
ンドホルダーと、このウインドホルダーを軸受を介して
回転自在に保持するように上記レーザ発振管の出口端面
に配設されたホルダー支持体とを備え、且つ上記ウイン
ドの内側に上記レーザ光の透過する部分以外を遮蔽する
シールド体を設けたことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項３】内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発
振管と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ
光が透過するように配設されたウインドと、このウイン
ドを保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するよ
うに上記レーザ発振管のレーザ光出口に配設されたウイ
ンドホルダーと、このウインドホルダーを軸受を介して
回転自在に保持するように上記レーザ発振管の出口端面
に配設されたホルダー支持体とを備え、且つウインドの
内面側に空間を形成し且つレーザ光の通過する透過光を
有する隔壁を上記レーザ発振管のレーザ光出口に設ける
と共に、上記レーザ発振管のレーザ媒質を浄化しながら
上記空間へ循環させる浄化装置を設けたことを特徴とす
るレーザ発振装置。
【請求項４】内部にレーザ媒質が封入されたレーザ発
振管と、このレーザ発振管のレーザ光出口に上記レーザ
光が透過するように配設されたウインドと、このウイン
ドを保持し且つ上記レーザ発振管内の気密を保持するよ
うに配設されたウインドホルダーと、このウインドホル
ダーを軸受を介して回転自在に保持するように上記レー
ザ発振管の出口端面に配設されたホルダー支持体とを備
え、且つ上記ウインドの両面の成すウェッジ角が１５０
μrad以下に形成されてなることを特徴とするレーザ発
振装置。