JPH0590689A - 固体レーザ出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体レーザ装置において、レーザ出力変動の
主要な原因の検出を可能とし、光源ランプへの過大入力
を抑制し、不必要な電力の消費を避けて、しかもより安
定なレーザ出力が得られる、固定レーザの出力制御装置
を提供する。 【構成】 レーザ出力を検出するパワーモニター６以外
に、光源ランプ７の発光量を検出する光検出素子１と、
光検出素子１からの出力をランプ光量を表す値に変換す
るための演算増幅回路２と、複数の出力検出回路および
比較回路と、レーザ電源４の電圧電流値に対するパワー
モニター６の出力値および光源ランプ７の発光量を記憶
する記憶装置１５を設けることにより、レーザ出力の変
動要因を検知可能とし、不必要な電力の消費、光源ラン
プ７への過大な入力による光源ランプ７の短命化や破
損、固体レーザ装置の破損等を防止し、しかも固体レー
ザ装置の出力を安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業機器や医療機器と
して利用される、フラッシュランプやアークランプ等の
光源ランプからの光によって励起される、固体レーザ装
置の出力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体レーザ装置は、産業機器とし
ては半導体分野におけるトリミングやスクライビングを
はじめマーキング，はんだ付け，溶接，切断等、その利
用分野が年々拡大し、医療分野においても、内科，外科
および歯科治療器としての用途拡大が著しい。

【０００３】以下、従来の固体レーザの出力制御につい
て図面を参照して説明する。図４は従来から用いられて
いる、フラッシュランプやアークランプ等を励起用光源
として用いた固体レーザの出力制御装置の構成を示して
いる。

【０００４】図４において、４はレーザ電源、７は励起
用の光源ランプ、３はレーザ電源４から光源ランプ７へ
供給される電気エネルギーを制御するためのスイッチン
グ素子、５はレーザ電源４の出力電圧または電流を制御
する電圧電流制御回路、６はレーザ光出力を電気エネル
ギーに変換するためのホトダイオードやサーモパイル等
の受光素子、８は光によって励起されるレーザ媒体、９
は励起されたレーザ媒体８から出射されるレーザ光を共
振させるための光共振器の一部を構成するとともにレー
ザ光を光共振器から取り出すための部分反射鏡、１０は
部分反射鏡９とともに光共振器を構成する全反射鏡、１
３はスイッチング素子３の開閉を制御するためのゲート
信号制御回路、１６はレーザ出力の設定制御および固体
レーザ装置全体を制御管理するための制御回路、１７は
光源ランプ７から出射された励起光、１８はレーザ光、
１９は出射レーザ光の一部を受光素子６に導くためのハ
ーフミラー、２０は受光素子６からの出力をレーザ出力
値に換算または増幅するための出力検出回路である。

【０００５】図４のように構成された固体レーザ出力制
御装置において、まず、スイッチング素子３を閉じるこ
とによって、レーザ電源４から光源ランプ７に電気エネ
ルギーが供給される。光源ランプ７に供給された電気エ
ネルギーによって、光源ランプ７は発光し励起光１７を
出射する。励起光１７は光エネルギーとしてレーザ媒体
８に吸収され、レーザ媒体８が励起され、部分反射鏡９
および全反射鏡１０によって構成された光共振器によっ
て発振状態となり、一部がレーザ光１８として部分反射
鏡９を通して外部に放出される。

【０００６】光共振器から外部に放出されたレーザ光１
８は、ハーフミラー１９によってその一部が反射され、
放出レーザ光１８と一定比率の出力が受光素子６に入射
される。受光素子６に入射したレーザ光１８の一部は出
力検出回路２０によって電気信号（以下レーザ出力信号
という）に変換され、制御回路１６に伝送される。制御
回路１６に伝送されたレーザ出力信号は、制御回路１６
によりあらかじめ設定されたレーザ出力値と比較され、
出力検出回路２０から伝送されたレーザ出力信号値があ
らかじめ設定されたレーザ出力値と異なる場合には、制
御回路１６から電圧電流制御回路５に指令が出され、レ
ーザ電源４の出力電圧および出力電流の少なくともどち
らかを変化させて、レーザ出力が常に一定となるように
制御されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では、レーザ加工の結果が変動したとき、その原因が
レーザ電源の出力変動か、光共振器の光軸のずれによる
ものか、レーザ共振器の反射鏡の表面反射面の汚れによ
る反射率の低下によるものか、光源ランプの光量の減衰
によるものか等、種々の原因の内、何が原因であるのか
を特定するのが困難であり、所定の光源ランプ光量を得
るために不必要な過大な電力を光源ランプに供給した
り、その結果、光源ランプへの過大な入力による光源ラ
ンプの寿命の短縮や光源ランプの破損等、レーザ装置自
体の性能劣化や甚だしい場合はレーザ装置を破損させる
等の結果を招くという問題を有していた。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決しようと
するもので、レーザ出力以外に光源ランプの発光量を検
出することにより、レーザ出力変動の主要な原因の検出
を可能とし、光源ランプへの過大入力を抑制し、不必要
な電力の消費を避けて、しかもより安定なレーザ出力が
得られる固定レーザの出力制御装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の固体レーザ出力制御装置は、レーザ媒体に励
起光を照射するフラッシュランプやアークランプ等の光
源ランプと、その光源ランプに電気エネルギーを供給す
るレーザ電源と、そのレーザ電源より光源ランプへ供給
する電気エネルギーの入力を制御するためのスイッチン
グ素子と、そのスイッチング素子の開閉を制御するため
のゲート信号制御回路と、レーザ電源の電圧または電流
を制御するための電圧電流制御回路と、レーザ光の出力
を測定するためのパワーモニターと、そのパワーモニタ
ーからの出力をレーザ出力に換算するための出力検出回
路と、光源ランプからの光量を測定するための光検出素
子と、その光検出素子からの信号を増幅して出力するた
めの演算増幅回路と、その演算増幅回路の出力とゲート
信号制御回路からの出力を比較するための比較演算回路
と、演算増幅回路の出力とパワーモニターからの出力を
比較するための出力比較回路と、演算増幅回路の出力と
パワーモニターの出力を記憶するための記憶装置と、出
力検出回路と演算増幅回路からの出力の制御と比較演算
回路と出力比較回路からの出力の制御とを行うための制
御回路とによって構成したものである。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、レーザ光を測定するパワ
ーモニターだけでなく、レーザ媒質に励起光を照射する
光源ランプからの光量を測定するための光検出素子も備
えており、この２系統の光検知機能を有することによ
り、あらかじめ設定したレーザ電源の出力値とレーザ光
の出力を比較するとともに、同じくレーザ電源の出力値
と光源ランプの発光量を測定することにより、レーザ出
力に低下を生じたとき、光源ランプの励起光の光量が低
下しておけば、レーザ出力の低下の原因は光源ランプ側
またはレーザ電源側にあり、光源ランプの励起光の光量
が低下していなければ、レーザ出力の低下の原因は光共
振器を含む光学系に異常があることを明確に区別するこ
とが可能となり、光源ランプまたはレーザ電源にレーザ
出力低下の原因があれば、レーザ電源の出力を上げるこ
とによりレーザ出力を回復させることができる。もし、
光学系に原因があるときは、レーザ電源の出力を停止
し、光学系の点検を行うように報知することができる。

【００１１】このようにして、レーザ出力以外に光源ラ
ンプからの発光量を検出することにより、レーザ出力変
動の主要な原因の検出を可能とし、光源ランプへの過大
入力を抑制し、不必要な電力の消費を避けて、しかもよ
り安定なレーザ出力が得られるようにすることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の固体レーザ出力制御装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の固
体レーザ出力制御装置の一実施例の回路構成を示すブロ
ック図である。

【００１３】図１において、１は光源ランプ７から出射
された励起光の光量を測定するための光検出素子、２は
光検出素子１の出力を光源ランプ光量を表す値に変換す
るための演算増幅回路、３は光源ランプ７への電気エネ
ルギー入力を制御するスイッチング素子、４は光源ラン
プ７へ電気エネルギーを供給するためのレーザ電源、５
はレーザ電源４の電圧または電流値を制御するための電
圧電流制御回路、６はレーザ光の出力を測定するための
パワーモニター、８はレーザ媒体、９は部分反射鏡、１
０は全反射鏡、１１はパワーモニター６により受光した
電気エネルギーをレーザー出力値に換算してその値と記
憶装置１５内のデータを比較するための出力検出回路、
１２は演算増幅回路２からの出力とゲート信号制御回路
１３からの出力を比較するための比較演算回路、１３は
スイッチング素子３の開閉を制御するためのゲート信号
制御回路、１４は演算増幅回路２からの光源ランプ７の
光量を示す値と記憶装置１５内のデータを比較するため
の出力比較回路、１５はレーザ電源４の各設定値に対す
るレーザ出力および光源ランプ７の発光光量を記憶する
記憶装置、１６はレーザ出力の設定制御および固体レー
ザ装置全体を制御管理するための制御回路、１７は光源
ランプ７からの出射された励起光、１８はレーザ光、１
９は出射レーザ光の一部をパワーモニター６に導くため
のハーフミラーである。

【００１４】以上のように構成された固体レーザ出力制
御装置の動作について、図１および図２を参照しながら
説明する。図１は前述したように、本発明の固体レーザ
出力制御装置の一実施例の回路構成を示すブロック図で
あり、図２は本発明の固体レーザ出力制御装置の一実施
例における制御信号の流れ図を示す。

【００１５】本発明の固体レーザの出力制御は、以下に
説明する２系統の光検出と、３系統の信号処理によって
行われる。

【００１６】まず、２系統の光検出の内、第１の光検出
系統では、部分反射鏡９と全反射鏡１０等によって構成
される光共振器から出力されたレーザ光の内の一部をハ
ーフミラー１９によって反射させ、パワーモニター６に
より受光し電気エネルギーに変換し、出力検出回路１１
によりレーザ出力値に換算して、レーザ光出力を検出す
る。次に、第２の光検出系統では、レーザ媒体８を励起
するため、光源ランプ７より出射された励起光の一部を
光検出素子１によって受光し、演算増幅回路２によって
励起光光量を増幅し、光源ランプ７の総発光量に換算し
て光源ランプ７の総発光量を検出する。

【００１７】次に、３系統の信号処理について説明す
る。まず、第１の信号処理系統では、パワーモニター６
によりレーザ光を受光し、電気エネルギーに変換した値
を出力検出回路１１によりレーザ出力値に換算した値
と、あらかじめ記憶装置１５内に記憶されたレーザ発振
時のレーザ電源４の電圧電流値に対応したレーザ出力値
と比較し、正規のレーザ出力が出力されているかどうか
を調べる。もし出力検出回路１１の出力値が、あらかじ
め記憶装置１５内に記憶されたレーザ発振時のレーザ電
源４の電圧電流値に対応したレーザ出力値と異なる場合
に、第２の信号処理系統により、光源ランプ７からの発
光量を光検出素子１によって受光し、演算増幅回路２に
よって励起光光量を増幅し、光源ランプの総発光量に換
算した値と、あらかじめ記憶装置１５内に記憶されたレ
ーザ発振時のレーザ電源４の電圧電流値に対応した光源
ランプ７の総発光量と比較し、光源ランプ７が正常な光
量の励起光を出力しているかどうかを調べる。もし演算
増幅回路２の出力値が、あらかじめ記憶装置１５内に記
憶されたレーザ発振時のレーザ電源４の電圧電流値に対
応した光源ランプ７の総発光量と異なる場合は、第３の
信号処理系統により、光源ランプ７の発光量に見合った
レーザ出力値を制御回路１６において計算し、その結果
が、あらかじめ記憶装置１５内に記憶された光源ランプ
７の励起光の光量に対するレーザ出力値と比較し、光源
ランプの発光量に対して正規のレーザ出力が出力されて
いるかどうかを調べる。

【００１８】もし、制御回路１６において計算した、光
源ランプ７の発光量に見合ったレーザ出力値が、あらか
じめ記憶装置１５内に記憶された光源ランプ７の励起光
の光量に対するレーザ出力値に一致した場合は、制御回
路１６より電圧電流制御回路５に指令信号を出力し、所
望の設定レーザ出力が得られるように光源ランプ７への
供給電気エネルギーを増加させ、光源ランプ７の発光量
を上昇させることによりレーザ出力を維持する。

【００１９】もし、制御回路１６において計算した、光
源ランプ７の発光量に見合ったレーザ出力値が、あらか
じめ記憶装置１５内に記憶された光源ランプ７の励起光
の光量に対するレーザ出力値に一致しない場合は、光共
振器を含む光学系の異常と判断し、制御回路１６よりゲ
ート信号制御回路１３に信号を出力し、スイッチング素
子３を開路し光源ランプ７への電力供給を停止し、固体
レーザ装置を停止させ、光共振器を含む光学系の検査を
要求する警報を表示する等、異常を報知する。

【００２０】次に、光共振器を含む光学系の検査と調整
を終了した後、いったん固体レーザ装置を起動すると、
制御回路１６より電圧電流制御回路５およびゲート信号
制御回路１３に信号を出力し、各設定レーザ出力（光源
ランプ７に入力される電圧または電流値）に対応する光
検出素子１の出力を調べ、その結果を記憶装置１５に記
憶し、以後固定レーザ装置を動作させる場合には、記憶
装置１５に記憶したデータを使用し、光共振器を含む光
学系および光源ランプ７等の劣化を考慮したレーザ出力
の制御を行う。

【００２１】また、パルス固定レーザ装置においては光
源ランプ７から出射される励起光の正常な発光を検知す
るため、光検出素子１からの出力とゲート信号制御回路
１３から出力される信号を比較演算回路１２によって比
較し、光源ランプ７の不発光を検知することにより、レ
ーザ出力の変動要因がレーザ電源４にあるのか、光共振
器を含む光学系の変化にあるのか、また光源ランプ７の
劣化・減衰によるものであるのかを容易に判断すること
が可能となり、早急に対策が行えることから、レーザ光
の正常な動作を確保し、固体レーザ装置の運転効率を高
めることができる。

【００２２】一方、図３に光源ランプ７から出射される
相対的光量と出射光の波長の関係を示しているが、光源
ランプ７の光量を測定する光検出素子１の受光面に、波
長５５０ｎｍ〜９００ｎｍの光だけを透過するフィルタ
ー板を備えることにより、光源ランプ７が出射する光の
内レーザ媒体８の励起に関与する波長の光の光量だけを
検知することになり、光源ランプ７の発光量とレーザ出
力との関係をより正確に管理することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、直接レーザ出力に検知する検出装置の他に、光検出
素子とその光検出素子からの出力を光源ランプの光量を
表す値に変換するための演算増幅回路と、複数の出力検
出回路および比較回路と、電源電圧および電流値に対す
るパワーモニター出力値および光源ランプ発光量を記憶
するための記憶装置を設けることにより、レーザ出力の
変動要因を容易に検知することが可能となり、固体レー
ザ装置の保守が容易となり、固体レーザ装置の運転効率
を高めると共に、不必要な電力の消費、光源ランプへの
過大な入力によるランプ寿命の短縮化や破損、固体レー
ザ装置の破損等を予防し、安定なレーザ出力を得ること
ができる固体レーザ出力制御装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体レーザ出力制御装置の一実施例の
回路構成ブロック図

【図２】同実施例における制御信号の流れ図

【図３】レーザ媒体の吸収スペクトル図

【図４】従来の固体レーザ出力制御装置の回路構成ブロ
ック図

【符号の説明】

１ 光検出素子 ２ 演算増幅回路 ３ スイッチング素子 ４ レーザ電源 ５ 電圧電流制御回路 ６ パワーモニター ７ 光源ランプ ８ レーザ媒体 １１ 出力検出回路 １２ 比較演算回路 １３ ゲート信号制御回路 １４ 出力比較回路 １５ 記憶装置 １６ 制御回路 １７ ランプ光（励起光） １８ レーザ光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒体に励起光を照射するフラッシ
   ュランプやアークランプ等の光源ランプと、その光源ラ
   ンプに電気エネルギーを供給するレーザ電源と、そのレ
   ーザ電源より光源ランプへ供給する電気エネルギーの入
   力を制御するためのスイッチング素子と、そのスイッチ
   ング素子の開閉を制御するためのゲート信号制御回路
   と、レーザ電源の電圧または電流を制御するための電圧
   電流制御回路と、レーザ光の出力を測定するためのパワ
   ーモニターと、そのパワーモニターからの出力をレーザ
   出力に換算するための出力検出回路と、光源ランプから
   の光量を測定するための光検出素子と、その光検出素子
   からの信号を増幅して出力するための演算増幅回路と、
   その演算増幅回路の出力とゲート信号制御回路からの出
   力を比較するための比較演算回路と、演算増幅回路の出
   力とパワーモニターからの出力を比較するための出力比
   較回路と、演算増幅回路の出力とパワーモニターの出力
   を記憶するための記憶装置と、出力検出回路と演算増幅
   回路かららの出力の制御と比較演算回路と出力比較回路
   からの出力の制御とを行うための制御回路とを有する固
   定レーザ出力制御装置。
2. 【請求項２】 光源ランプからの光量を測定するための
   光検出素子の受光面に、波長が５００ｎｍ〜９００ｎｍ
   の範囲の光だけを透過させるフィルター板を備えた請求
   項１記載の固定レーザ出力制御装置。