JPH05281038A - パルスレーザ光の光強度分布測定装置 - Google Patents

パルスレーザ光の光強度分布測定装置

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JPH05281038A
JPH05281038A JP4074180A JP7418092A JPH05281038A JP H05281038 A JPH05281038 A JP H05281038A JP 4074180 A JP4074180 A JP 4074180A JP 7418092 A JP7418092 A JP 7418092A JP H05281038 A JPH05281038 A JP H05281038A
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JP
Japan
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pulse
pulsed laser
laser light
signal
image pickup
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Application number
JP4074180A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Shimomura
義昭 下村
Kojiro Ogata
浩二郎 緒方
Naoki Mitsuyanagi
直毅 三柳
Nobuhiko Tada
信彦 多田
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】パルスレーザ光の光強度分布測定装置におい
て、パルスレーザ光のパルス幅や周期等の発振条件を変
更した場合にも、パルスレーザ一発毎の光強度分布測定
が容易にかつ自動的に行なえるようにする。 【構成】パルスレーザ光1のパルスの立ち下がりからC
CD撮像装置8の露光を制御する垂直同期信号16の出
力までの遅れ時間TDを N・TFP+TEXP−TVD−τ1≦TD≦N・TFP−TVD に従って演算装置15で計算及び設定し、トリガ発生器
14から出力されるパルス幅TDのトリガ信号に基づい
て、パルスレーザ光信号11のパルスの立ち下がりから
遅れ時間TD後に垂直同期信号16をカメラコントロー
ラ9よりCCD撮像装置8に出力し、これをもとにパル
スレーザ光一発毎の出力時間中に露光時間TEXPでCC
D撮像装置8の露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスレ−ザ光の光強
度分布をパルスレーザ光の出力時間中に好適なタイミン
グで測定できるパルスレーザ光の光強度分布測定装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に高出力のパルスレーザ光を利用し
たレーザ加工装置におけるパルスレーザ光の光強度分布
測定方法は多種にわたるが、従来のパルスレーザ光の光
強度分布測定装置を搭載したレーザ加工装置として、特
願平2−241597号や特願平3−4316号に開示
されているように、測定した光強度分布をもとに、パル
スレーザ光のビーム品質を加工するのに最適な状態に調
整することを特徴としたものがある。
【0003】以下、従来のレーザ加工装置におけるパル
スレーザ光の光強度分布測定装置について図7により説
明する。図7において、レーザ発振器(図示せず)より
出力されたパルスレーザ光1は、トリガ信号発生のため
にビームサンプラ42Aによって極微少量がサンプリン
グされ、光強度分布測定のためにビームサンプラ42a
でさらにその1部(〜4%程度)がサンプル光44とし
て反射して取り出される。ビームサンプラ42aを透過
した主レーザ光43はレーザ加工機の本来の目的である
レーザ加工や測定等に使用される。サンプル光44は、
さらにビームサンプラ42bにより減光され、滅光フィ
ルタ46及び集光レンズ47を透過してパルスレーザ光
強度分布(レーザビーム断面の光強度分布)の2次元画
像を検出するための光電変換器48に入射する。一方、
ビームサンプラ42bを透過したパルスレーザ光はビー
ムアブソーバ45で吸収される。尚、減光フィルタ46
は光電変換器48の感度レベルを越えないようにパルス
レーザ光の強度を最終的に調整するもので、減光率の異
なる減光フィルターを何枚か組み合わせることにより構
成され、また集光レンズ47はパルスレーザ光のビーム
径を縮小して光電変換器48に入射させるためのもので
ある。光電変換器48で検出されたパルスレーザ光の光
強度分布のデータはカメラコントローラ49及び画像処
理装置50を経てTVモニタ50A等に表示される。
【0004】上記パルスレーザ光の光強度分布測定装置
において、光電変換器48はレーザビーム断面の光強度
分布(ビーム光強度分布)を測定し、これによる2次元
の光学画像を電気信号に変換するものであり、このよう
な機能を有するものとしては、撮像管、固体撮像素子等
がある。このうち、固体撮像素子の一つであるCCD撮
像素子(CCDカメラ)は安価で、またパルスレーザ光
一発毎の光強度分布測定に適した電子シャッタ機能を有
したものがあり、光電変換器として用いられることが最
も多く、上記従来のパルスレーザ光の光強度分布測定装
置にもしばしば用いられている。
【0005】このようなCCD撮像素子によってレーザ
ビーム断面の光強度分布を測定する場合、CCD撮像素
子の露光を制御して一発毎のパルスレーザ光が発せられ
ている間、即ち出力時間中にCCD撮像素子の露光を行
なう必要がある。以下、この制御方法について説明す
る。前述したビームサンプラ42Aで取り出したサンプ
ル光は、フォトダイオード52で検出され、これに基づ
くパルス光信号51がトリガ発生器54に入力される。
このトリガ発生器54からは所定のパルス幅を有するト
リガ信号53がカメラコントローラ49に入力される。
カメラコントローラ49からは、上記トリガ信号の立ち
下がりに同期した読み出し信号である垂直同期信号がC
CD撮像素子に入力され、設定された露光時間でCCD
撮像素子の露光が行なわれる。この時、トリガ発生器5
4からのトリガ信号53のパルス幅はパルスレーザ光4
1のパルスの立ち下がりからCCD撮像素子の露光を制
御する垂直同期信号の出力までの遅れ時間に相当し、こ
れによって、パルスレーザ光一発毎の出力時間中にCC
D撮像素子の露光が行える。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のパ
ルスレーザ光の光強度分布測定装置において、パルスレ
ーザ光41のパルス幅や周期等の発振条件を変更した場
合、パルスレーザ一発毎の出力時間中にCCD撮像素子
の露光を行なうためには、トリガ発生機54からのトリ
ガ信号53のパルス幅、即ちパルスレーザ光41のパル
スの立ち下がりからCCD撮像素子の露光を制御する垂
直同期信号の出力までの遅れ時間をその都度変化させな
ければならない。この遅れ時間(トリガ信号53のパル
ス幅)は、TVモニタ50Aを見ながらパルスレーザ光
一発毎の光強度分布測定が行なえるように手動で調整す
るか、あるいはオシロスコープ等にパルス光信号51と
上記垂直同期信号に基づくシャッタパルス信号とを表示
させ、パルスレーザ一発毎の出力時間中にCCD撮像素
子の露光が行なえるようにを手動で調整する。しかし、
このような調整方法は手動によって行なうため、煩雑で
非常に時間がかかり、能率が悪いという問題があった。
【0007】本発明の目的は、パルスレーザ光のパルス
幅や周期等の発振条件を変更した場合にも、パルスレー
ザ一発毎の光強度分布測定が容易にかつ自動的に行なえ
るパルスレーザ光の光強度分布測定装置を提供すること
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の概念によるパルスレーザ光の光強度
分布測定装置は、パルスレーザ発振器から出力されるパ
ルスレーザ光の一部を取り出す光学系と、前記取り出さ
れたパルスレーザ光のレーザビーム断面における光強度
分布を測定するCCD撮像装置と、前記CCD撮像装置
で測定された光強度分布を画像処理して表示する画像処
理表示装置とを備えたパルスレーザ光の光強度分布測定
装置において、前記パルスレーザ光のパルスの立ち下が
りに対する前記CCD撮像装置の露光を制御する読み出
し信号の出力までの遅れ時間TDを計算する演算手段
と、前記パルスレーザ光のパルスの立ち下がりから前記
遅れ時間TDを持つトリガ信号を出力するトリガ出力手
段と、前記トリガ信号に基づいて前記読み出し信号を出
力し前記CCD撮像装置の露光を前記パルスレーザ光一
発毎の出力時間中に行なうように制御する撮像制御手段
とを備え、前記演算手段は、前記パルスレーザ光の周期
をTFP、前記パルスレーザ光のパルス幅をτ1、前記C
CD撮像素子の露光時間をTEXP、前記CCD撮像素子
の読み出し信号の周期をTVD、N>TVD/TFPを満たす
整数をNとして、 N・TFP+TEXP−TVD−τ1≦TD≦N・TFP−TVD を満たすように前記遅れ時間TDを計算し設定する。
【0009】また、上記目的を達成するため、本発明の
第2の概念によるパルスレーザ光の光強度分布測定装置
は、外部のパルス発生器より出力されるパルス信号に基
づいてパルスレーザ発振器から出力されるパルスレーザ
光の一部を取り出す光学系と、前記取り出されたパルス
レーザ光のレーザビーム断面における光強度分布を測定
するCCD撮像装置と、前記CCD撮像装置で測定され
た光強度分布を画像処理して表示する画像処理表示装置
とを備えたパルスレーザ光の光強度分布測定装置におい
て、前記外部のパルス発生器より出力されるパルス信号
の出力から前記パルスレーザ光のパルスの立ち上りまで
の遅れ時間TEを計算する演算手段と、前記外部のパル
ス発生器より出力される前記パルス信号のパルスの立ち
下がりに同期して前記CCD撮像素子の露光を制御する
読み出し信号を出力し前記読み出し信号をトリガ信号と
して前記CCD撮像素子の露光が前記パルスレーザ光一
発毎の出力時間中に設定された露光時間で行なわれるよ
うに制御する撮像制御手段とを備え、前記演算手段は、
前記パルスレーザ光の発振のパルス幅をτ1、前記外部
のパルス発生器からのパルス信号のパルス幅をτ2、前
記CCD撮像素子の露光時間をTEXP、前記CCD撮像
素子の読み出し信号の周期をTVDとして、 TVD2−τ1≦TE≦TVD+τ2−TEXP を満たすように前記遅れ時間TEを計算し設定する。
【0010】
【作用】上記のように構成した本発明の第1の概念にお
いては、パルスレーザ光(パルス幅τ1、周期TFP)の
パルスの立ち下がりからCCD撮像装置の露光を制御す
る読み出し信号(周期TVD)の出力までの遅れ時間TD
を、CCD撮像装置の露光時間をTEXP、N>TVD/T
FPを満たす整数をNとして、 N・TFP+TEXP−TVD−τ1≦TD≦N・TFP−TVD に従って演算手段で計算し、トリガ出力手段より遅れ時
間TDを持つトリガ信号を出力し、前記トリガ信号に基
づいて読み出し信号を撮像制御手段からCCD撮像装置
に出力し、これをもとに露光時間TEXPでCCD撮像装
置の露光を行うことによって、パルスレーザ光一発毎の
出力時間中にCCD撮像装置の露光が行なわれ、パルス
レーザ光のパルス幅や周期等の発振条件を変更した場合
にも、パルスレーザ一発毎の光強度分布測定が容易にか
つ自動的に行なえる。
【0011】また、上記のように構成した本発明の第2
の概念においては、パルスレーザ光が外部のパルス発生
器より出力されるパルス信号(パルス幅τ2)に基づい
て出力される場合に、CCD撮像装置の露光時間をT
EXP、CCD撮像装置の読み出し信号の周期をTVD、パ
ルスレーザ光の発振のパルス幅をτ1として、 TVD2−τ1≦TE≦TVD+τ2−TEXP に従って演算手段でTEを計算し、外部のパルス発生器
より出力されるパルス信号の出力から遅れ時間TE後に
パルスレーザ光のパルスを立ち上げ、一方、上記外部の
パルス発生器より出力されるパルス信号をトリガ信号と
して、このパルス信号に基づいてCCD撮像装置の露光
を制御する読み出し信号を撮像制御手段より出力し、こ
れをもとに露光時間TEXPでCCD撮像装置の露光を行
うことによって、パルスレーザ光一発毎の出力時間中に
CCD撮像装置の露光が行なわれ、パルスレーザ光のパ
ルス幅や周期等の発振条件を変更した場合にも、パルス
レーザ一発毎の光強度分布測定が容易にかつ自動的に行
なえる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例によるパルスレーザ
光の光強度分布測定装置について図1から図3を参照し
ながら説明する。図1において、レーザ発振器20は内
部にパルス発生器が内蔵されたレーザコントローラ21
により動作が制御され、このレーザ発振器20とレーザ
コントローラ21とでパルスレーザ加工機本体が構成さ
れる。このレーザ発振器20に対して図中2点鎖線で囲
まれた本実施例によるパルスレーザ光の光強度分布測定
装置100が設けられている。パルスレーザ光の光強度
分布測定装置100は、ビームサンプラ2A,2a,2
b、ビームアブソーバ5、滅光フィルタ6、集光レンズ
7、CCD撮像装置8、撮像制御手段としてのカメラコ
ントローラ9、画像処理装置10、TVモニタ10Aを
備え、これらが測定されるパルスレーザ光の経路順に設
置されている。
【0013】レーザ発振器20より出力されたパルスレ
ーザ光1は、トリガ信号発生のためにビームサンプラ2
Aによって極微少量がサンプリングされ、光強度分布測
定のためにビームサンプラ2aでさらにその1部(〜4
%程度)がサンプル光4として反射して取り出される。
ビームサンプラ2aを透過した主レーザ光3はレーザ加
工機の本来の目的であるレーザ加工や測定等に使用され
る。サンプル光4は、さらにビームサンプラ2bにより
減光され、滅光フィルタ6及び集光レンズ7を透過して
パルスレーザ光強度分布(レーザビーム断面の光強度分
布)の2次元画像を検出するためのCCD撮像装置8に
入射する。一方、ビームサンプラ2bを透過したパルス
レーザ光はビームアブソーバ5で吸収される。尚、減光
フィルタ6はCCD撮像装置8の感度レベルを越えない
ようにパルスレーザ光の強度を最終的に調整するもの
で、減光率の異なる減光フィルターを何枚か組み合わせ
ることにより構成され、また集光レンズ7はパルスレー
ザ光のビーム径を縮小してCCD撮像装置8に入射させ
るためのものである。CCD撮像装置8で検出されたパ
ルスレーザ光の光強度分布のデータはカメラコントロー
ラ9及び画像処理装置10を経てTVモニタ10Aに表
示される。
【0014】また、上記経路とは別に、ビームサンプラ
2Aで取り出したパルスレーザ光の一部を検出してパル
スレーザ光信号11に変換するフォトダイオード12、
後述のようにパルスレーザ光のパルス幅τ1及び周期T
FPと、CCD撮像装置8の露光を制御する読み出し信号
としての垂直同期信号(VD信号)の周期TVDと、CC
D撮像装置8の露光時間TEXPとを用いてパルスレーザ
光のパルスの立ち下がりに対する読み出し信号の出力ま
での遅れ時間TDを計算し設定する演算装置15、フォ
トダイオード12で検出されたパルスレーザ光信号11
の立ち下がりから、演算装置15で設定された遅れ時間
Dに相当するパルス幅のトリガ信号13をカメラコン
トローラ9に出力するトリガ発生器14が設置されてい
る。
【0015】光強度分布測定装置100の撮像装置とし
ては、安価で、またパルスレーザ光の一発毎の光強度分
布測定に適した電子シャッタ機能を有するCCD撮像素
子を有するCCD撮像装置8が用いられる、この電子シ
ャッタ機能を有したCCD撮像装置による露光から映像
信号出力までの基本的な動作は次のようである。図2は
横軸に時間の推移をとり、垂直同期信号(VD信号)が
CCD撮像装置に入力されてから映像信号が出力される
までの動作に対応するタイムチャートである。図2にお
いて、垂直同期信号(VD信号)が入力されるとその立
ち下がりに同期してシャッタパルスが入力され、露光が
行なわれる。電子シャッタ機能を有しない通常のCCD
撮像装置の場合には、垂直同期信号(VD信号)の立ち
下がりから次の立ち下がりまでの時間、即ちTVDが露光
時間となるが、本実施例に使用される電子シャッタ機能
を有するCCD撮像装置の場合には、図2に示すよう
に、露光は垂直同期信号(VD信号)の立ち下がりから
時間(TVD−TEXP)の後に開始し、設定した露光時間
EXPの間露光が行なわれ、次の垂直同期信号(VD信
号)とともに露光が終了する。この場合、画素に蓄積さ
れる電荷のうち、露光時間TEXP以外の時間、即ち時間
(TVD−TEXP)の間に露光した不要な電荷は捨てら
れ、露光時間TEXP内に露光された電荷のみを信号電荷
(図中201,202,203)として取り出し、次の
垂直同期信号(VD信号)が入力されるまでにそれぞれ
に対応する映像信号(図中301,302,303)と
して出力される。その後は、同様にして順次映像信号が
出力される。
【0016】次に、上記のような電子シャッタ機能を有
するCCD撮像装置を用いた本実施例によるおける演算
装置15の演算原理及び機能を図3を用いて説明する。
図3は横軸に時間の推移をとり、レーザパルス信号11
がフォトダイオード12よりトリガ発生器14に入力さ
れてからCCD撮像装置8において露光が行われるまで
の動作に対応するタイムチャートである。図3に示すよ
うに、パルスレーザ光信号11(パルス幅τ1、周期T
FP)を基に、その発振のパルスの立ち下がりと同期して
トリガ発生器14よりトリガ信号13をカメラコントロ
ーラ9に入力する。このトリガ信号13のパルス幅は、
後述するようにして演算装置15で計算された遅れ時間
Dに相当する。カメラコントローラ9では、トリガ信
号13の立ち下がりに同期して固定された周期TVDの垂
直同期信号(VD信号)16を発生させ、これがCCD
撮像装置8に入力される。即ち、パルスレーザ光信号1
1の立ち下がりから遅れ時間TD後に垂直同期信号(V
D信号)16が発生することになる。そして前述のよう
に垂直同期信号(VD信号)16に基づいたシャッター
パルス17により、設定された露光時間TEXPでCCD
撮像装置8の露光が行なわれる。
【0017】ところで、CCD撮像装置8の露光によっ
てパルスレーザ光の光強度分布測定を行なう場合には、
一発毎のパルスレーザ光が発せられている間、即ちパル
スレーザ光信号11の出力時間中にCCD撮像装置8の
露光開始及び終了を行なう必要がある。つまり、図3に
おいてCCD撮像装置8の露光時間TEXPがパルスレー
ザ光信号11のパルス幅τ1の範囲になければならな
い。このために演算装置15においては遅れ時間T
D(トリガ信号13のパルス幅)を次のように計算し設
定する。パルスレーザ光信号11の最初の発振のパルス
の立ち下がりの時刻を0、CCD撮像装置8の露光開始
時刻をTST、露光終了時刻をTSPとすると、これらの時
刻はそれぞれ次のように表わされる。 TST=TD+TVD−TEXP ・・・(1) TSP=TD+TVD ・・・(2) また、上記露光が、時刻0において外部トリガ信号13
のカメラコントローラ9への入力から数えてN発目のパ
ルスレーザ光信号11の出力時間中(τ1)に行なわれ
るとすると、そのためにはTST及びTSPは次式の条件を
満たさなければならない。尚、Nは、N>TVD/TFP
満たす整数である。 N・TFP−τ1≦TST<N・TFP・・・(3) N・TFP−τ1<TSP≦N・TFP・・・(4) 上記式(1)及び式(2)をそれぞれ式(3)及び式
(4)に代入し、整理することにより、式(5)が得ら
れる。 N・TFP+TEXP−TVD−τ1≦TD≦N・TFP−TVD・・・(5) 式(5)は遅れ時間TD(トリガ信号13のパルス幅)
の条件を表す式であって演算装置15に予め記憶されて
おり、演算装置15は必要な数値をレーザコントローラ
21から受取り、遅れ時間TDを計算し設定する。即
ち、演算装置15には垂直同期信号(VD信号)の周期
VDが予め入力されており、パルスレーザ光出力時にレ
ーザコントローラ21より設定されたパルス幅τ1と周
期TFPが入力され、パルス幅τ1をもとに露出時間TEXP
が、周期TFP及び垂直同期信号(VD信号)の周期TVD
をもとにNがそれぞれ決定、選択され、これらTVD,τ
1,TFP,TEXP,Nの値をもとに式(5)を用いて遅れ
時間TDが計算及び設定される。
【0018】一例として、τ1=0.6msec、TFP=3
3.3msecの場合、TEXP=0.1msec、N=1として
式(5)に従ってTDを求めると、16.1msec≦TD
16.6msecとなる。尚、ここに、TVD=1/60sec
とした。演算装置15ではこの計算を行ない、16.1
msecから16.6msecまでの任意の値、例えば16.4
msecを選択し設定する。尚、この選択及び設定はオペレ
ータが外部より行なってもよい。
【0019】次に、本実施例によるパルスレーザ光の光
強度分布測定装置の動作を説明する。図1において、レ
ーザ発振器20は一般にレーザコントローラ21により
コントロールされ、所定のパルス幅τ1と周期TFPでパ
ルスレーザ光を出力する。レーザ発振器20より出力さ
れたパルスレーザ光1は、前述の通りビームサンプラ2
A,2a,2bにより減光され、滅光フィルタ6及び集
光レンズ7を透過してCCD撮像装置8で検出され、カ
メラコントローラ9及び画像処理装置10を経てパルス
レーザ光の光強度分布のデータがTVモニタ10Aに表
示される。
【0020】一方、ビームサンプラ2Aで取り出された
サンプル光は、フォトダイオード12で検出され、これ
に基づくパルス光信号11がトリガ発生器14に入力さ
れ、また演算装置15では上記のようにして遅れ時間T
Dが計算及び設定され、この遅れ時間TDがトリガ発生器
14に入力される。このトリガ発生器14からは遅れ時
間TDに相当するパルス幅のトリガ信号13がカメラコ
ントローラ9に入力される。カメラコントローラ9から
は、図3に示すようにトリガ信号13の立ち下がりに同
期した垂直同期信号(VD信号)16がCCD撮像装置
に入力され、この垂直同期信号(VD信号)16に基づ
いたシャッターパルス17により、設定された露光時間
EXPでCCD撮像装置の露光が行なわれる。ここで、
遅れ時間TDが上記のように設定されているので、CC
D撮像装置8の露光はパルスレーザ光一発毎の出力時間
中に確実に行なわれる。
【0021】また、パルスレーザ光1のパルス幅τ1
周期TFP等の発振条件を変更した場合には、レーザコン
トローラ21から演算装置15に変更したパルス幅τ1
や周期TFPの値が入力され、演算装置15においてはこ
の値に基づいて前述と同様に遅れ時間TDを計算し設定
する。従って、CCD撮像装置8の露光はパルスレーザ
光一発毎の出力時間中に確実に行なわれ、パルスレーザ
一発毎の光強度分布測定が容易にかつ自動的に行なうこ
とができる。
【0022】以上のように本実施例によれば、遅れ時間
Dを計算及び設定し、トリガ発生器14から出力され
るパルス幅TDのトリガ信号に基づいて、遅れ時間TD
にCCD撮像装置8の露光の制御を行うので、パルスレ
ーザ光一発毎の出力時間中にCCD撮像装置の露光が行
なわれ、パルスレーザ光1のパルス幅や周期等の発振条
件を変更した場合にも、パルスレーザ一発毎の光強度分
布測定が容易にかつ自動的に行なえる。
【0023】次に、本発明の他の実施例によるパルスレ
ーザ光の光強度分布測定装置について図4から図6を参
照しながら説明する。本実施例は、図1の実施例のよう
にレーザコントローラにパルス発生器が内蔵されたもの
はでなく、パルスレーザ加工機本体外部にあるパルス発
生器のパルスによりパルスレーザ光を発振する場合に適
用されるものである。図4において、レーザ発振器20
はレーザコントローラ22により動作が制御され、この
レーザ発振器20とレーザコントローラ22とでパルス
レーザ加工機本体が構成される。また、パルス発生器3
3はパルスレーザ加工機本体外部に設けられている。こ
のレーザ発振器20に対して、図中2点鎖線で囲まれた
本実施例によるパルスレーザ光の光強度分布測定装置1
01が設けられている。パルスレーザ光の光強度分布測
定装置101における図1の実施例との相違点は、ビー
ムサンプラ2A、フォトダイオード12及びトリガ発生
器14がなく、演算装置18の機能及び接続関係が図1
の実施例の演算装置15と異なることであり、それ以外
の構成及び各部材の機能は図1の実施例のものと同様で
ある。
【0024】本実施例に適用される外部のパルス発生器
による一般的なパルスレーザ光の発振動作は、図5にタ
イムチャートで示すように、外部のパルス発生器で発生
したパルス信号に同期して、レーザコントローラ22に
コントロールされたレーザ発振器より、設定されたパル
ス幅τ1のパルスレーザ光が出力される。また、パルス
レーザ光の周期TFPは外部のパルス発生器で発生させる
パルス信号の周期に等しくなる。
【0025】本実施例では、図1の実施例のようにトリ
ガ信号13を発生させる必要がなく、パルス発生器33
からのパルス信号34をそのままトリガ信号としてカメ
ラコントローラ9に入力させることができる。一方、パ
ルスレーザ光1は、図5のようにパルス発生器のパルス
信号に同期させるのではなく、パルス発生器33のパル
ス信号34の立上りより後述する遅れ時間TE後にパル
スレーザ光1の発振のパルスが立上るようにレーザコン
トローラ22で制御される。以下、本実施例における演
算装置18の演算原理及び機能について図6を用いて説
明する。
【0026】図6は横軸に時間の推移をとり、パルス発
生器33からのパルス信号34が発生してからCCD撮
像装置8において露光が行われ、パルスレーザ光1が発
振するまでの動作に対応するタイムチャートである。図
6に示すように、パルス信号34(パルス幅τ2、周期
FP)がトリガ信号としてカメラコントローラ9に入力
され、カメラコントローラ9では、パルス信号34の立
ち下がりに同期して、CCD撮像装置8の露光を制御す
る読み出し信号でかつ固定された周期TVDを有する垂直
同期信号(VD信号)16Aを発生させ、これがCCD
撮像装置8に入力される。即ち、パルスレーザ光1のパ
ルスの立ち下がりと同期して垂直同期信号(VD信号)
16Aが発生することになる。そして図1の実施例と同
様にして垂直同期信号(VD信号)16Aに基づいたシ
ャッターパルス17Aにより、設定された露光時間T
EXPでCCD撮像装置8の露光が行なわれる。また、パ
ルス信号34の立上りより遅れ時間TE後にパルスレー
ザ光1が出力されるが、本実施例においても、CCD撮
像装置8の露光時間TEXPがパルスレーザ光1のパルス
幅τ1の範囲になければならない。
【0027】このために演算装置18においては、遅れ
時間TEを次のように計算し設定する。パルス信号34
の最初の発振のパルスの立ち下がりの時刻を0、CCD
撮像装置8の露光開始時刻をTST、露光終了時刻をTSP
とすると、これらの時刻はそれぞれ次のように表わされ
る。 TST=τ2+TVD−TEXP ・・・(6) TSP=τ2+TVD ・・・(7) また、上記露光がパルスレーザ光1の出力時間中
(τ1)に行なわれるとすると、そのためにはTST及び
SPは次式の条件を満たさなければならない。 TE≦TST<TE+τ1 ・・・(8) TE<TSP≦TE+τ1 ・・・(9) 上記式(6)及び式(7)をそれぞれ式(8)及び式
(9)に代入し、整理することにより、遅れ時間TE
条件を表す式(10)が得られる。 TVD+τ2−τ1≦TE≦TVD+τ2−TEXP・・・(10) 演算装置18にはこの(10)式が予め記憶されてお
り、演算装置18は必要な数値をパルス発生器33及び
レーザコントローラ22から受取り、遅れ時間TEを計
算し設定する。即ち、演算装置18には垂直同期信号
(VD信号)の周期TVDが予め入力されており、パルス
レーザ光出力時にパルス発生器33よりパルス信号34
のパルス幅τ2及び周期TFPが、レーザコントローラ2
2より設定されたパルス幅τ1がそれぞれ入力され、パ
ルス幅τ1をもとに露出時間TEXPが決定、選択され、こ
れらTVD,τ1,τ2,TEXPの値をもとに式(10)を
用いて遅れ時間TEが計算及び設定される。但し、パル
スレーザ光の発振の周期TFPは、この計算には使用され
ず、そのままレーザコントローラ22に入力される。
尚、式(10)は、図1の実施例で求めた式(5)より
も簡単な式となっており、特にパルスレーザ光の発振の
周期TFPに関係なく、容易に計算することができる。
【0028】次に、本実施例によるパルスレーザ光の光
強度分布測定装置の動作を説明する。図4において、外
部のパルス発生器33からのパルス信号34がトリガ信
号としてカメラコントローラ9に入力され、カメラコン
トローラ9からは、図6に示すようにパルス信号34の
立ち下がりに同期した垂直同期信号(VD信号)16A
を発生させ、これがCCD撮像装置8に入力され、この
垂直同期信号(VD信号)16Aに基づいたシャッター
パルス17Aにより、設定された露光時間TEXPでCC
D撮像装置の露光が行なわれる。また、演算装置18で
は上記のようにして遅れ時間TEが計算及び設定され、
この遅れ時間TEが周期TFPとともにレーザコントロー
ラ22に入力される。レーザ発振器20は、パルス信号
34の立上り時刻からこの遅れ時間TE後にパルスレー
ザ光がパルス幅τ2及び周期TFPで出力するようにレー
ザコントローラ22によってコントロールされる。その
後は、図1の実施例と同様にして、サンプリングされた
サンプル光4がCCD撮像装置8に入射し、検出された
パルスレーザ光の光強度分布のデータがカメラコントロ
ーラ9及び画像処理装置10を経てTVモニタ10Aに
表示される。ここで、遅れ時間TEが上記のように設定
されているので、CCD撮像装置8の露光はパルスレー
ザ光一発毎の出力時間中に確実に行なわれる。
【0029】また、パルスレーザ光1のパルス幅τ1
周期TFP、さらにパルス発生器33から発生するパルス
信号のパルス幅τ2等の発振条件を変更した場合には、
レーザコントローラ21から演算装置18に変更したパ
ルス幅τ1,τ2や周期TFPの値が入力され、演算装置1
8においてはこの値に基づいて前述と同様に遅れ時間T
Eを計算し設定する。従って、CCD撮像装置8の露光
はパルスレーザ光一発毎の出力時間中に確実に行なわ
れ、パルスレーザ一発毎の光強度分布測定が容易にかつ
自動的に行なうことができる。
【0030】以上のように本実施例によれば、遅れ時間
Eを計算及び設定し、この遅れ時間TE後にパルスレー
ザ光の発振のパルスを立ち上げ、一方、パルス信号34
をトリガ信号としてこれに基づいてCCD撮像装置8の
露光の制御を行うので、パルスレーザ光一発毎の出力時
間中にCCD撮像装置8の露光が行なわれ、パルスレー
ザ光1のパルス幅や周期等の発振条件を変更した場合に
も、パルスレーザ一発毎の光強度分布測定が容易にかつ
自動的に行なうことができる。しかも(10)式は式
(5)よりも簡単な式であり、図1の実施例よりも容易
に計算することができる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、遅れ時間TDを演算手
段によって計算及び設定し、遅れ時間TDを持つトリガ
信号に基づく読み出し信号によってCCD撮像装置の露
光を制御するので、パルスレーザ光一発毎の出力時間中
にCCD撮像装置の露光が行なわれ、パルスレーザ光の
パルス幅や周期等の発振条件を変更した場合にも、パル
スレーザ一発毎の光強度分布測定が容易にかつ自動的に
行なえる。
【0032】また、パルスレーザ光が外部のパルス発生
器より出力されるパルス信号に基づいて出力される場合
に、遅れ時間TEを演算手段によって計算及び設定し、
この遅れ時間TE後にパルスレーザ光を出力し、一方、
上記パルス信号をトリガ信号としてこれに基づく読み出
し信号によってCCD撮像装置の露光を制御するので、
上記と同様の効果が得られる。しかもTEはTDよりも簡
単な式で表されるので、容易に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるパルスレーザ光の光強
度分布測定装置のブロック図である。
【図2】垂直同期信号(VD信号)がCCD撮像装置に
入力されてから映像信号が出力されるまでの動作に対応
するタイムチャートである。
【図3】レーザパルス信号がフォトダイオードよりトリ
ガ発生器に入力されてからCCD撮像装置において露光
が行われるまでの動作に対応するタイムチャートであ
る。
【図4】本発明の他の実施例によるパルスレーザ光の光
強度分布測定装置のブロック図である。
【図5】外部のパルス発生器による一般的なパルスレー
ザ光の発振動作を示すタイムチャートである。
【図6】外部のパルス発生器からのパルス信号が発生し
てからCCD撮像装置において露光が行われ、パルスレ
ーザ光が発振するまでの動作に対応するタイムチャート
である。
【図7】従来のパルスレーザ光の光強度分布測定装置の
ブロック図である。
【符号の説明】
1 パルスレーザ光 2A,2a,2b ビームサンプラ 4 サンプル光 8 CCD撮像装置 9 カメラコントローラ 10 画像処理装置 10A TVモニタ 13 トリガ信号 14 トリガ発生器 11 レーザパルス光信号 16,16A 垂直同期信号(VD信号) 17,17A シャッターパルス 20 レーザ発振器 21,22 レーザコントローラ 15,18 演算装置 33 パルス発生器 34 パルス信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 信彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルスレーザ発振器から出力されるパル
    スレーザ光の一部を取り出す光学系と、前記取り出され
    たパルスレーザ光のレーザビーム断面における光強度分
    布を測定するCCD撮像装置と、前記CCD撮像装置で
    測定された光強度分布を画像処理して表示する画像処理
    表示装置とを備えたパルスレーザ光の光強度分布測定装
    置において、前記パルスレーザ光のパルスの立ち下がり
    に対する前記CCD撮像装置の露光を制御する読み出し
    信号の出力までの遅れ時間TDを計算する演算手段と、
    前記パルスレーザ光のパルスの立ち下がりから前記遅れ
    時間TDを持つトリガ信号を出力するトリガ出力手段
    と、前記トリガ信号に基づいて前記読み出し信号を出力
    し前記CCD撮像装置の露光を前記パルスレーザ光一発
    毎の出力時間中に行なうように制御する撮像制御手段と
    を備え、前記演算手段は、前記パルスレーザ光の周期を
    FP、前記パルスレーザ光のパルス幅をτ1、前記CC
    D撮像素子の露光時間をTEXP、前記CCD撮像素子の
    読み出し信号の周期をTVD、N>TVD/TFPを満たす整
    数をNとして、 N・TFP+TEXP−TVD−τ1≦TD≦N・TFP−TVD を満たすように前記遅れ時間TDを計算し設定すること
    を特徴とするパルスレーザ光の強度分布測定装置。
  2. 【請求項2】 外部のパルス発生器より出力されるパル
    ス信号に基づいてパルスレーザ発振器から出力されるパ
    ルスレーザ光の一部を取り出す光学系と、前記取り出さ
    れたパルスレーザ光のレーザビーム断面における光強度
    分布を測定するCCD撮像装置と、前記CCD撮像装置
    で測定された光強度分布を画像処理して表示する画像処
    理表示装置とを備えたパルスレーザ光の光強度分布測定
    装置において、前記外部のパルス発生器より出力される
    パルス信号の出力から前記パルスレーザ光のパルスの立
    ち上りまでの遅れ時間TEを計算する演算手段と、前記
    外部のパルス発生器より出力される前記パルス信号のパ
    ルスの立ち下がりに同期して前記CCD撮像素子の露光
    を制御する読み出し信号を出力し前記読み出し信号をト
    リガ信号として前記CCD撮像素子の露光が前記パルス
    レーザ光一発毎の出力時間中に設定された露光時間で行
    なわれるように制御する撮像制御手段とを備え、前記演
    算手段は、前記パルスレーザ光の発振のパルス幅を
    τ1、前記外部のパルス発生器からのパルス信号のパル
    ス幅をτ2、前記CCD撮像素子の露光時間をTEXP、前
    記CCD撮像素子の読み出し信号の周期をTVDとして、 TVD2−τ1≦TE≦TVD+τ2−TEXP を満たすように前記遅れ時間TEを計算し設定すること
    を特徴とするパルスレーザ光の強度分布測定装置。
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