JPH05177371A

JPH05177371A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH05177371A
Application number: JP3358813A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nakayama; 薫中山; Shingo Harada; 真吾原田
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-20
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2781823B2

Abstract

(57)【要約】［目的］反射ミラーを透過する光を利用してレーザ出力
を測定する機能を備えたレーザ装置において、変動が小
さく高精度な測定値を得るようにする。［構成］反射ミラー１０の光反射膜１２を設けた前側境
界面１０ａは、出力ミラー２０８に対してほぼ平行に向
き合い、後側境界面１０ｂは前側境界面１０ａに対して
θ（たとえば１゜）だけ傾いたテーパ面に構成され、光
電変換素子１０２の受光面に対して斜めに向き合う。Ｙ
ＡＧロッド２０２側より反射ミラー１０内に入ったレー
ザ光ＬＢ1 のうちの一部（ＬＢ2 ）は、レーザ光軸に沿
って反射ミラー１０の後側境界面１０ｂを通り抜け、後
方の光電変換素子１０２の受光面に入射する。反射ミラ
ー１０内で内部反射を繰り返して反射ミラー１０の後側
境界面１０ｂより外へ出た光ＬＢ4 は、レーザ光軸に対
して大きく傾いた角度で斜め方向に進み、レーザ光軸上
の光電変換素子１０２の受光面には入射しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発振器より出力
されるレーザ光の出力を測定する機能を備えたレーザ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を利用して溶接、切断等の加工
を行うレーザ加工装置等では、加工品質を管理するため
に、レーザ発振器より出力されるレーザ光の光強度（パ
ワー）を測定し、そのレーザ光強度測定値を表示パネル
に表示したり、監視値と比較したり、あるいはレーザ出
力制御のフィードバックに用いたりしている。

【０００３】この種のレーザ装置においては、レーザ発
振器より出力される強力なレーザ光を光電変換素子等の
光検出手段に直接受光させるわけにはいかないので、レ
ーザ光の一部を取り出してそれを受光させるようにして
いる。このようなモニタ方式として、出力ミラーより外
のレーザ光路上にガラス板を斜めに傾けて挿入し、レー
ザ光の一部を該ガラス板にて所定方向に反射させ、その
反射光を光検出手段に受光させる方式（第１の方式）、
あるいは反射ミラーの後方の光軸上に光検出手段を配置
して、反射ミラーより漏れた（反射ミラーを透過した）
レーザ光を光検出手段に受光させる方式（第２の方式）
がよく用いられている。

【０００４】図６に、第２のモニタ方式を用いる従来の
レーザ装置の要部の構成を示す。図６において、２０２
はレーザ媒体たとえばＹＡＧロッド、２０６は反射ミラ
ー、１０２はレーザ光の光強度を測定するための光検出
手段（光センサ）たとえば光電変換素子である。ＹＡＧ
ロッド２０２は、励起ランプ（図示せず）からの光によ
ってレーザ発振し、両端面よりレーザ光を出射する。Ｙ
ＡＧロッド２０２の両端面より出たレーザ光は、反射ミ
ラー２０６と出力ミラー（図示せず）との間で反射を繰
り返して増幅され、出力ミラーから抜け出るようになっ
ている。

【０００５】反射ミラー２０６のＹＡＧロッド２０２と
対向する面には、光反射性の膜２１０が設けられ、ＹＡ
Ｇロッド２０２からのレーザ光ＬＢの大部分はこの光反
射膜２１０の表面でロッド１０２側へ反射される。しか
し、わずかであるが、レーザ光ＬＢの一部がこの反射膜
２１０を透過し、その透過したレーザ光ＬＢ’は反射ミ
ラー２０６の後側境界面２０６ｂからレーザ光軸上に出
て後方の光電変換素子１０２の受光面に入射する。

【０００６】光電変換素子１０２は、受光したレーザ光
ＬＢ’の光強度に対応した電流（光電流）の信号を出力
する。光電変換素子１０２の出力信号は、レーザ光ＬＢ
の光強度測定値を求めるための信号処理回路（図示せ
ず）へ供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、反射ミ
ラー２０６表面の光反射膜２１０を透過したレーザ光の
うち、大部分（ＬＢ’）が反射ミラー２０６の後側境界
面２０６ｂをそのまま通り抜けてレーザ光軸上に出る
が、一部は反射ミラー２０６の後側境界面２０６ｂでミ
ラー内側へ反射され、その反射光が光反射膜２１０の裏
面でミラー内側へ反射され、このような内部反射が反射
ミラー２０６内で繰り返される。そして、ミラー後側境
界面２０６ｂより外へ抜け出た光ＬＢn が、レーザ光路
に沿って直進し、光電変換素子１０２の受光面に入射す
る。

【０００８】このように、反射ミラー２０６内での内部
反射に起因する光が本来のレーザ光と一緒に光電変換素
子１０２に受光されることで、光電変換素子１０２の出
力信号が変動し、結果としてレーザ光強度測定値の精度
が低下し、ひいてはレーザ出力フィードバック制御の安
定性・信頼性が低下するおそれがあった。

【０００９】図７にその様子を示す。図７の(A),(B),
(C) は、レーザ発振器２００よりレーザ光を発振出力さ
せたときに、従来のレーザ装置において得られるレーザ
光強度測定値（図７の(A) ）、レーザパワーメータより
得られるレーザ光強度測定値（図７の(B) ）、およびレ
ーザ発振器２００内の冷却水の温度（図７の(C) ）の変
化をそれぞれ示す。レーザパワーメータは、レーザ出力
光をたとえばサーモパイルからなるレーザ光吸収体に直
接入射せしめ、レーザ光吸収体で吸収したレーザ光の熱
エネルギを電気信号に変換して所定の演算によりレーザ
光強度測定値を求めるものである。

【００１０】図７において、レーザパワーメータによる
測定値の変動は、冷却水温度の変動と同程度で、比較的
小さい。つまり、レーザ発振器２００より発生されるレ
ーザ光ＬＢの光強度の変動は小さい。これに対して、従
来のレーザ装置において得られる測定値の変動はかなり
大きい。このことから、反射ミラー２０６内での内部反
射に起因して光電変換素子１０２の受光面に入射する不
所望な光の変動が測定値精度に大きく影響していること
がわかる。

【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、変動が小さく高精度なレーザ光強度測定値が得
られるレーザ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザ装置は、レーザ媒体の両端側に反射
ミラーと出力ミラーとを配設してなるレーザ装置におい
て、前記反射ミラーの両面を互いに非平行な面とし、前
記反射ミラーの後方の光軸上に前記レーザ光の出力を測
定するための光検出手段を設ける構成とした。

【００１３】

【作用】レーザ媒体の端面より出射されたレーザ光が反
射ミラーに入射すると、レーザ光の大部分はレーザ光軸
と垂直なミラー表面の光反射膜によってレーザ媒体側へ
反射されるが、わずかに一部が光反射膜を通り抜けて反
射ミラー内に入る。反射ミラー内に入ったレーザ光のう
ち、一部は反射ミラーの後側境界面を通り抜け、後方の
光検出手段の受光面に入射する。光検出手段は、受光し
た光の光強度に対応した光検出信号を出力する。

【００１４】光反射膜を通り抜けて反射ミラー内に入っ
た光のうち、一部は反射ミラーの後側境界面でミラー内
に反射する。後側境界面はレーザ光軸に対して斜めに傾
いているため、この反射光はレーザ光軸に対して斜め方
向に進行し、反射ミラーの前側境界面で反射した光もレ
ーザ光軸に対して斜め方向に進行する。このような内部
反射の結果、反射ミラーの後側境界面より外へ出た光は
レーザ光軸に対して大きく傾いて斜め方向に進み、レー
ザ光軸上に配置されている光検出手段の受光面に入射す
ることはない。

【００１５】したがって、光検出手段は、反射ミラーの
前側境界面を透過し、そのまま反射ミラーの後側境界面
を通り抜けた光（レーザ光強度測定に必要な光）だけを
受光し、反射ミラー内の内部反射に起因する不要な光を
受光しないので、変動の少ない高精度な光検出信号を出
力する。この光検出信号から、信頼性の高いレーザ光強
度測定値を得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の一実施例によるレーザ装
置の構成を示す。このレーザ装置において、レーザモニ
タ部は、反射ミラー１０、光電変換素子１０２、光電流
−電圧変換回路１０４、Ａ／Ｄ変換器１０６、モニタ演
算部１０８およびモニタ表示部１１０からなる。

【００１７】レーザ発振器２００は、レーザ媒体とし
て、たとえばＹＡＧロッド２０２を有し、レーザ電源装
置３００からの電力により励起ランプ２０４を点灯させ
て、そのランプ光でＹＡＧロッド２０２を励起してレー
ザ発振させる。レーザ発振したＹＡＧロッド２０２の両
端面より出たレーザ光は、反射ミラー１０と出力ミラー
２０８との間で反射を繰り返して増幅され、出力ミラー
２０８を抜け出る。出力ミラー２０８より出力されたレ
ーザ光ＬＢは、所定の光学系を通って、たとえばレーザ
加工を受けるべきワークの加工点に照射される。

【００１８】反射ミラー１０のＹＡＧロッド２０２と対
向する面１０ａには、光反射性の膜１２が設けられ、Ｙ
ＡＧロッド２０２からのレーザ光ＬＢの大部分はこの光
反射膜１２の表面でロッド１０２側へ反射される。しか
し、わずかであるが、レーザ光ＬＢの一部がこの反射膜
１２を透過し、その透過したレーザ光ＬＢ’は反射ミラ
ー１０の後側境界面１０ｂからレーザ光軸上に出て後方
の光電変換素子１０２の受光面に入射する。

【００１９】光電変換素子１０２は、受光したレーザ光
ＬＢ’の光強度に対応した電流（光電流）の信号を出力
する。光電変換素子１０２の出力信号は、変換回路１０
４で電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器１０６でディジタル
信号に変換されたうえで、モニタ演算部１０８に与えら
れる。モニタ演算部１０８は、所定の係数および演算式
を用いて、入力した信号を校正・演算し、レーザ発振器
２００より出力されるレーザ光ＬＢの光強度測定値を求
める。モニタ演算部１０８より得られたレーザ光強度測
定値は、測定値表示を行うモニタ表示部１１０に送られ
るとともに、レーザ出力フィードバック制御のための帰
還信号としてレーザ電源装置３００に送られる。

【００２０】図２は、本実施例のレーザ装置の要部を拡
大して示す。このレーザの反射ミラー１０において、光
反射膜１２を設けた前側境界面１０ａは、出力ミラー２
０８に対してほぼ平行に向き合う。反射ミラー１０の後
側境界面１０ｂは前側境界面１０ａに対してθ（たとえ
ば１゜）だけ傾いたテーパ面に構成され、光電変換素子
１０２の受光面に対して斜めに向き合う。

【００２１】かかる構成において、ＹＡＧロッド２０２
の端面より出たレーザ光ＬＢは、反射ミラー１０前面の
光反射膜１２に入射すると、ここで大部分（ＬＢ0 ）が
ＹＡＧロッド２０２側へ反射されるが、一部（ＬＢ1 ）
が光反射膜１２を透過して反射ミラー１０内に入る。反
射ミラー１０内に入ったレーザ光ＬＢ1 のうちの一部
（ＬＢ2 ）は、レーザ光軸に沿って反射ミラー１０の後
側境界面１０ｂを通り抜け、後方の光電変換素子１０２
の受光面に入射する。光電変換素子１０２は、受光した
レーザ光ＬＢ2 の光強度に対応した電流（光電流）の信
号を出力する。

【００２２】さて、光反射膜１２より反射ミラー１０内
に入ったレーザ光ＬＢ1 のうち、一部（ＬＢ3 ）は反射
ミラー１０の後側境界面１０ｂでミラー内に反射する。
後側境界面１０ｂはレーザ光軸に対して斜めに傾いてい
るため、この反射光ＬＢ3 はレーザ光軸に対して斜め方
向に進行し、反射ミラー１０の前側境界面１０ａで光反
射膜１２の裏面に入射する。そして、光反射膜１２の裏
面でミラー内に反射した光ＬＢ4 はレーザ光軸に対して
反射光ＬＢ3 よりもさらに傾いた角度で斜め方向に進行
して反射ミラー１０の後側境界面１０ｂに達し、ここで
一部（ＬＢ5 ）がそのまま外へ出て、残り（ＬＢ6 ）が
反射ミラー１０の内側へ反射する。反射ミラー１０の後
側境界面１０ｂより外へ出た光ＬＢ4 は、レーザ光軸に
対して大きく傾いた角度で斜め方向に進み、レーザ光軸
上の光電変換素子１０２の受光面には入射しない。

【００２３】このように、本実施例によれば、反射ミラ
ー１０の前面の光反射膜１２を透過し、そのまま反射ミ
ラー１０の後側境界面１０ｂを通り抜けた光だけが光電
変換素子１０２の受光面に入射し、反射ミラー１０内の
内部反射に起因して後側境界面１０ｂより外へ抜け出た
光は、光電変換素子１０２の受光面に入射することはな
い。したがって、光電変換素子１０２は、レーザ光強度
測定に必要な光だけを受光し、不要な光を受光しないの
で、変動の小さい高精度な光検出信号を出力する。この
結果、モニタ演算部１０８からは変動の小さい高精度な
レーザ光強度測定値が得られ、レーザ電源装置３００に
おけるレーザ出力フィードバック制御の安定性・信頼性
も向上する。

【００２４】図３に本実施例による効果を示す。図３の
(A),(B),(C) はそれぞれ図７の(A),(B),(C) に対応する
ものである。すなわち、レーザ発振器２００よりレーザ
光を発振出力させたときに、本実施例において得られる
レーザ光強度測定値（図３の(A) ）、出射ミラーより外
に配置されたレーザパワーメータより得られるレーザ光
強度測定値（図３の(B) ）、およびレーザ発振器２００
内の冷却水の温度（図３の(C) ）の変化をそれぞれ示
す。図３から、本実施例による測定値の変化は、レーザ
パワーメータによる測定値の変化および冷却水の温度の
変化に対応し、レーザ光ＬＢの光強度を正確に表すもの
であることがわかる。

【００２５】図４および図５は本実施例の変形例を示
す。図４に示す変形例は、反射ミラー１０の後側境界面
１０ｂを湾曲させたものである。図５に示す変形例は、
反射ミラー１０の後側境界面１０ｂに溝を設けたもので
ある。これら２つの変形例以外にも、前側境界面１０ａ
と非平行になるよう後側境界面１０ｂの形状、角度を種
々変形することが可能である。なお、前側境界面１０ａ
と後側境界面１０ｂとの間の非平行な関係はレーザ光軸
付近で成立すればよく、ミラーの周縁部付近で両境界面
が互いに平行であっても構わない。

【００２６】上述した実施例では、光検出手段として光
電変換素子を用いたが、熱電対やサーモパイル等のよう
にレーザ光の熱エネルギを電気に変換する素子、あるい
は光伝導セル、光起電力セルなどの素子を用いることも
可能である。また、上述した実施例におけるレーザ発振
器はレーザ媒体としてＹＡＧロッドを用いる固体レーザ
であったが、炭酸ガスレーザ等の他のレーザ媒体を用い
るレーザ発振器にも本発明は適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ装
置によれば、レーザ発振器内で発生されるレーザ光の一
部を後方の光検出手段側へ与える反射ミラーの両面を互
いに非平行な面とすることにより、反射ミラー内の内部
反射に起因する不要な光を光検出手段に受光させないよ
うにしたので、変動が少なく高精度で信頼性の高い光強
度測定値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ装置の構成を示
す斜視図である。

【図２】実施例のレーザ装置の要部の構成を示す拡大図
である。

【図３】実施例による時間−レーザ光強度測定値の特性
を示す図である。

【図４】一変形例によるレーザ装置の要部の構成を示す
平面図である。

【図５】別の変形例によるレーザ装置の要部の構成を示
す平面図である。

【図６】従来のレーザ装置の要部の構成を示す斜視図で
ある。

【図７】従来のレーザ装置による時間−レーザ光強度測
定値の特性を示す図である。

【符号の説明】

１０反射ミラー１０ａ反射ミラーの前側境界面１０ｂ反射ミラーの後側境界面１２光反射膜１０２光電変換素子２０２ＹＡＧロッド２０８出力ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ媒体の両端側に反射ミラーと出力
ミラーとを配設してなるレーザ装置において、前記反射ミラーの両面を互いに非平行な面に構成し、前
記反射ミラーの後方の光軸上に前記レーザ光の出力を測
定するための光検出手段を設けたことを特徴とするレー
ザ装置。