JPH065799B2 - パルスレ−ザ電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フラッシュランプを使用するパルスレーザ電
源装置に関し、特にフラッシュランプの故障ないし寿命
低下を防止するように工夫したものである。

（従来の技術） レーザ加工によく使われるＹＡＧ（イットリウム・アル
ミニウム・ガーネット）レーザやガラスレーザ等の固体
レーザは、ＹＡＧロッドやガラスロッド等のレーザ媒体
を励起用光源で照射してレーザ発振を起こさせる光励起
形のレーザである。

このような固体レーザでパルス状のレーザ光を得るに
は、励起用光源にキセノンフラッシュランプまたはクリ
プトンフラッシュランプを使用し、このフラッシュラン
プをパルス的に点灯させる。

一般に、励起用のフラッシュランプは、コンデンサに充
電された電荷を放電することによって点灯する。したが
って、パルス状のレーザ光を繰り返し発生するパルスレ
ーザにおいては、コンデンサへの充電とフラッシュラン
プでの放電とが繰り返し行われ、その繰り返し速度が早
くなるにつれてレーザ発振の周波数も増大する。

ところで、コンデンサの充電電荷が放電してもフラッシ
ュランプはすぐにカットオフ状態にならず、ある時間導
通しつづける。これは、ランプ内の不活性物質（Ｘｅ，
Ｋｒ等）がまだイオン化状態になっているためである。
このように放電が終了してからフラッシュランプが完全
にカットオフ状態になるまでの時間はクエンチタイムと
称せられている。クエンチタイムは、ランプ電流の大き
さ，発光（点灯）の繰り返し速度，ランプ内の温度等の
条件によって変化する。

このようなクエンチタイム現象は、連続発振やジャイア
ントパルスのような１回限りの発振を行うレーザでは特
に問題ないが、パルス発振を繰り返し行うパルスレーザ
では不具合を生じる。

すなわち、クエンチタイムが長くなったりあるいは発振
周波数を高く設定すると、クエンチタイムが終了しない
うちに次のパルス発振のための充電が始まってしまい、
そうなると、フラッシュランプはまだ導通状態にあるた
め、コンデンサに充電されるべき電荷がフラッシュラン
プに流れてしまい、いわゆる直流放電状態になる。この
直流放電状態が発生すると、本来瞬間的に発光するよう
につくられたフラッシュランプがトリガに関係なく連続
発光し続け、その結果ランプが破壊したりランプ寿命が
著しく低下したりする。

そこで、本出願人は先に、パルス点灯の直後に電流放電
が発生したとき直ちにそれを止めてフラッシュランプを
保護しその寿命の低下を防止するようにしたパルスレー
ザの電源装置を開発し、これは既に特願昭６１−１４４
０８６号として出願済みである。

この電源装置は、各パルス点灯のトリガが発せられてか
ら所定の時間経過後に充放電回路内の所定の電圧または
電流の検出値を設定値と比較してフラッシュランプで直
流放電が発生しているかどうかを判定し、直流放電が発
生しているとの判定結果が出れば充放電回路への充電を
停止させるようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記先願の電源装置は、パルス点灯後のクエンチタイム
現象に起因する直流放電を効果的に抑制するものであ
る。

しかしながら、この種の電源装置においては、クエンチ
タイム現象以外の原因で発生する直流放電もある。

例えば、パルス点灯前の充電期間中に回路の故障または
誤動作により不所望なトリガのかかる場合があり、そう
なると充放電が同時に行われてしまい、直流放電が起き
る。

また、この種の電源装置では、ランプ内の放電路を安定
化させるために１００〜２００ｍＡの電流（シマー電
流）を常にランプに流し込むようなシマー回路を設ける
ことがある。その場合フラッシュランプへの主放電はサ
イリスタのスイッチングによって行うことになるが、サ
イリスタ自体の故障または外部ノイズなどによりサイリ
スタが不所望に点孤することがあり、やはりその場合に
も直流放電が起きる。

本発明は、かかる問題点に鑑み、パルス点灯に関係なく
任意の原因で発生する直流放電に対し、それを直ぐに検
知して止め、フラッシュランプの故障ないし寿命低下を
防止するようにしたパルスレーザ電源装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ励起用のフ
ラッシュランプをパルス点灯させるパルスレーザ電源装
置において、充放電回路内のコンデンサの電圧を検出す
る電圧検出手段と；コンデンサの充電電圧設定値に対し
て所定の割合に選ばれた基準値を発生する基準値発生手
段と；電圧検出手段からの電圧検出値と基準値発生手段
からの基準値とを比較し、それらの高低関係を示す比較
出力信号を発生する比較手段と；比較手段より比較出力
信号を受け、電圧検出値が基準値よりも低くなった第１
のタイミングを検出し、その第１のタイミングより所定
時間経過後に第２のタイミングを与えるタイミング手段
と；第２のタイミングの時の比較出力信号の状態を基に
フラッシュランプで直流放電が発生しているか否かを判
定する判定手段と；直流放電が発生しているとの判定結
果が前記判定手段より得られたとき、これに応答してコ
ンデンサへの充電を停止させる充電停止手段とを具備す
ることを特徴とする。

（作用） コンデンサが設定値に充電されていた状態から放電する
と、その電圧は低下し基準値を割る。本発明では、この
第１のタイミングを検出して判定タイミングをつくる。

直流放電が発生した場合、コンデンサに充電すべき電荷
は導通状態のフラッシュランプに流れ込むので、上記の
ようにいったん基準値を割って低下したコンデンサ電圧
はその後復帰することがなく低レベルのままでいる。そ
うすると、第１のタイミングから所定時間経過後の第２
のタイミングでその低レベル状態が判別されて直流放電
が検知され、充電が停止される。

直流放電が発生してなければ、第１のタイミングが出て
も、充電が実質的に正常に行われるので所定時間経過後
にはコンデンサ電圧が比較的高いレベルに復帰し、第２
のタイミングでその高レベル状態が判別され、直流放電
が発生していないとの判定が得られる。

（実施例） 以下、添付図を参照して本発明の一実施例を説明する。

構成 第１図は、この実施例によるパルスＹＡＧレーザの電源
装置の主要な構成を示す。

商用電源１０から供給される所定の商用交流電圧Ｅｏは
昇圧トランス１２を介して充電回路１４に入力される。
この充電回路１４は、交流電圧を直流電圧に変換する整
流回路を含み、起動ボタン（図示せず）からの充電開始
信号ＧＳに応動して充電を開始し、充電禁止回路４６か
らの充電信号ＣＳが“１”レベルになっている期間だけ
充電電圧Ｖｏを出力する。

充電回路１４の出力端子は、抵抗１６を介してコンデン
サ１８およびコイル２０のそれぞれの一方の端子に接続
される。コイル２０の他方の端子はキセノンフラッシュ
ランプまたはクリプトンフラッシュランプ２２の一方の
端子に接続され、フラッシュランプ２２の他方の端子お
よびコンデンサ１８の他方の端子はそれぞれ接地され
る。抵抗１６はコンデンサ１８の充電速度に時定数を与
えるためのものであり、コイル２０は急激な放電電流を
防止してフラッシュランプを保護するためのものであ
る。また、フラッシュランプにはトリガ電極２４が備え
られ、トリガ回路２６からこのトリガ電極２４にフラッ
シュランプの各パルス発振を開始させるためのトリガパ
ルスＴＰが与えられるようになっている。以上、抵抗１
６，コンデンサ１８，コイル２０，フラッシュランプ２
２，トリガ電極２４，トリガ回路２６は、充放電回路を
構成する。なお、フラッシュランプ２２に隣接してＹＡ
Ｇロッドや反射鏡等（図示せず）が配設されている。

コンデンサ１８の両端子は電圧検出回路２８の入力端子
に接続される。この電圧検出回路２８はコンデンサ１８
の端子間電圧Ｖを検出（測定）しその電圧検出値ＭＶを
誤差回路３０，比較回路３２のそれぞれの一方の入力端
子に与える。これら誤差回路３０，比較回路３２のそれ
ぞれの他方の入力端子には、充電電圧設定回路３４，基
準値発生回路３６より所定の充電電圧設定値ＳＶ，基準
値ＲＶがそれぞれ与えられる。

誤差回路３０は、電圧検出値ＭＶと充電電圧設定値ＳＶ
との差に相当する誤差電圧ＥＶを生成してこれを充電制
御回路３８に与え、充電制御回路３８はその誤差電圧Ｅ
Ｖを零にするように、すなわち検出電圧値ＭＶが充電電
圧設定値ＳＶに一致するように充電回路１４の出力電圧
Ｖｏを制御する。

比較回路３２は、電圧検出値ＭＶと基準値ＲＶとを比較
して前者（ＭＶ）が後者（ＲＶ）よりも低いときは
“１”、そうでないとき、つまり前者（ＭＶ）が後者
（ＲＶ）よりも高いか等しいときは“０”となるような
比較出力電圧ＣＯを発生する。この比較出力電圧ＣＯ
は、タイミング回路４０と直流放電判定回路４２に与え
られる。なお、基準値ＲＶは充電電圧設定値ＳＶの所定
の割合、例えば９０％に選ばれる。

タイミング回路４０は、例えばリトリガラブル・マルチ
バイブレータからなり、比較出力電圧ＣＯの立ち上がり
（第１のタイミング）に応動して所定時間TCだけ持続す
る“１”のパルスを判定タイミング信号ＴＭとして直流
放電判定回路４２に出力する。

直流放電判定回路４２は判定タイミング信号ＴＭの立ち
下がり（第２のタイミング）に応動し、そのときの比較
出力信号ＣＯのレベル状態にしたがってフラッシュラン
プ２２が直流放電状態であるか否かの判定を行い、その
判定結果を示す二値レベルの判定出力信号ＤＥを充電禁
止回路４６に与える。すなわち、比較出力信号ＣＯが
“０”の場合、判定回路４２は正常と判定して“０”の
判定信号ＤＥを与える。しかし、比較出力信号ＣＯが
“１”の場合、判定回路４２は直流放電状態と判定して
“１”の判定信号ＤＥを与える。充電禁止回路４６は、
“１”の判定信号ＤＥを受けると充電信号ＣＳを強制的
に“０”にして充電回路１４に充電電圧Ｖｏの出力を停
止させる。

なお、判定信号ＤＥはスタート回路４８にも与えられ、
スタート回路４８は“１”の判定信号ＤＥを受けるとタ
イミング回路４４に対してスタート信号ＳＴの供給を停
止する。このスタート信号ＳＴは繰り返しパルス発振の
各周期毎に発生されこの信号ＳＴに応動してタイミング
回路４０はトリガ回路２６にトリガ指示信号ＴＲを送る
とともに充電制御回路３８に充電タイミング信号ＣＴを
送る。したがって、スタート信号ＳＴの供給が断たれる
と、トリガ指示信号ＴＲと充電タイミング信号ＣＴも断
たれるようになっている。

上記の各要素２８〜４８は、アナログ回路でもディジタ
ル回路でもよく、あるいはマイクロコンピュータで構成
されてもよい。

動作 次に、第２図につきこの実施例の動作を説明する。

先ず、時刻ｔ_０で“１”のスタート信号ＳＴ（第２図に
図示せず）がスタート回路４８より発せられ、これに応
動してタイミング回路４４からトリガ回路２６にトリガ
指示信号ＴＲ（第２図に図示せず）が与えられ、トリガ
回路２６からトリガ電極２４にトリガパルスＴＰ（第２
図に図示せず）が送られ、フラッシュランプ２２の放電
が開始される。すると、コンデンサ１８に充電されてい
た電荷がフラッシュランプ２２をパルス状のランプ電流
Ｉ１（第２図Ａ）として流れ、これでフラッシュランプ
２２はパルス点灯する。

このパルス放電でコンデンサ１８の電圧Ｖは充電電圧設
定値ＳＶのレベルから急速に下がって時刻ｔ２で最低値
に達し（第２図Ｂ）、そこで放電が止まる。その際、コ
ンデンサ電圧Ｖが基準値ＲＶを割る時（時刻ｔ１）に比
較出力信号ＣＯ（第２図Ｄ）が“０”から“１”に立ち
上がり、これに応動して判定タイミング信号ＴＭ（第２
図Ｅ）も“１”に立ち上がる。この時刻ｔ１は第１のタ
イミングである。

一方、ランプ電流Ｉは放電終了時刻ｔ２でカットされず
時刻ｔ３まで流れ続ける（第２図Ａ）。いわゆるクエン
チタイムＱ（ｔ２〜ｔ３）でありこれは前述のようにラ
ンプ電流の大きさ，点灯の繰り返し速度，ランプ内の温
度等の条件によって変化する。この例では、放電開始時
刻ｔ_０から所定時刻Ｔ０経過後の時刻ｔ_４で集電信号Ｃ
Ｓ（第２図Ｄ）が“１”に立ち上がって充電回路１４に
充電を再開させる。したがって、この場合、クエンチタ
イムＱが充電開始時刻ｔ４の前（時刻ｔ３）に終了して
いるので、直流放電は起こらず、正常にコンデンサ１８
への充電が行われる。

そして、時刻ｔ５で、コンデンサ電圧Ｖが基準値ＲＶを
越え、これによって比較出力信号ＣＯ（第２図Ｄ）が
“０”に立ち下がる。その直後、判定タイミング信号Ｔ
Ｍが第１のタイミング（時刻ｔ１）から所定時間Ｔ_Ｃの
経過後の時刻ｔ６で“０”に立ち下がって第２のタイミ
ングを与え、このタイミングで比較出力信号ＣＯのレベ
ル状態が判別され、このときはＣＯ＝“０”であるから
判定信号ＤＥは“０”のままで、正常状態を示す。

しかる後、時刻ｔ７で次のパルス放電が開始され、パル
ス状のランプ電流Ｉ_２（第２図Ａ）が流れてフラッシュ
ランプ２２がパルス点灯する。この場合も、前回と同様
にクエンチタイム現象に起因する直流放電は起きず、判
定タイミング信号ＴＭの立ち下がる第２のタイミング
（時刻ｔ１１）で比較出力信号ＣＯは“０”、したがっ
て判定信号ＤＥは“０”（正常）である。

さて、この第２図の例では、パルス状のランプ電流Ｉ２
によるパルス点灯が終わったところで、いったんレーザ
発振を中断している。ただし、次の発振に備えてコンデ
ンサ１８を充電状態にしておく。したがって、時刻ｔ９
で充電信号ＣＳが“１”になり、コンデンサ電圧Ｖは上
昇し時刻ｔ10で基準値ＲＶを越えてその直後に設定値Ｓ
Ｖに達する。

ところが、ノイズまたは誤動作により、時刻ｔ１４で不
所望なトリガが発生し、それによってフラッシュランプ
２２が導通してしまう。その結果、コンデンサ１８が放
電し、その電圧Ｖ（第２図Ｂ）は低下して時刻ｔ16であ
るレベルに達し、それ以後はコンデンサ１８に充電され
るべき電荷がフラッシュランプ２２のほうに流れ、一種
の直流放電状態に至る。なお、第２図（Ａ），（Ｂ）の
二点鎖線Ｆａ，Ｆｂはこの直流放電が発生しない場合の
ランプ電流Ｉ，コンデンサ電圧Ｖをそれぞれ示す。

そのような直流放電が起きた場合、本実施例では、コン
デンサ電圧Ｖが基準値ＲＶを割ったときのタイミング
（時刻ｔ15が検出され、それにより比較出力信号ＣＯ
（第２図Ｄ）が“１”に立ち上がるとともに判定タイミ
ング信号ＴＭ（第２図Ｅ）が“１”に再トリガされる。
しかして、時刻ｔ15から所定時間Ｔ_Ｃ経過後の時刻ｔ18
で判定タイミング信号ＴＭが立ち下がって第２のタイミ
ングを与えた時、比較出力信号ＣＯは“１”のままであ
り、したがって判定回路４２より“１”の判定信号ＤＥ
が発せられる。その結果、この判定信号ＤＥ（“１”）
を受けて充電禁止回路４６が充電信号ＣＳを“０”に立
ち下げ、それにより充電回路１４を充電電圧Ｖｏの出力
を断ち、もはやコンデンサ１８およびフラッシュランプ
２２への充電が行われなくなり、直流放電が止められ
る。

このように、本実施例では、充電期間中に不所望なトリ
ガが発生して直流放電が起きると、所定時間Ｔ_Ｃの経過
後にそれが検知され、直ちに充電が中断されることによ
って該直流放電が早期に止められ、フラッシュランプ２
２の破壊ないし寿命低下が効果的に防止される。

なお、第２図の例では、時刻ｔ12で何らかのノイズが発
生し、コンデンサ電圧Ｖは、設定値ＳＶのレベルから下
がって基準値ＲＶを割り、その直後の時刻ｔ13で再び基
準値ＲＶを越えて設定値ＳＶのレベルに戻っている。こ
のような現象に対し比較出力電圧ＣＯ（第２図Ｄ）は、
時刻ｔ12で“０”から“１”に立ち上がり、時刻ｔ13で
“０”に立ち下がる。また、判定タイミング信号ＴＭ
（第２図Ｅ）も時刻ｔ12で“１”に立ち上がる。したが
って、この場合、この時刻ｔ12を第１のタイミングとし
てそれから所定時間Ｔ_Ｃ経過後の時刻ｔ17に判定タイミ
ング信号ＴＭは立ち下がる筈であった。しかし、時刻ｔ
15でコンデンサ電圧Ｖが基準値を割り、それによって比
較出力信号ＣＯが“１”に立ち上がることにより再トリ
ガがタイミング回路４０に与えられ、判定タイミング信
号ＴＭは同時刻ｔ15を新たな第１のタイミングとしてそ
れから所定時間Ｔｏ経過後の時刻ｔ18まで持続し、そこ
で“０”に立ち下がって第２のタイミングを与える。こ
のような仕組みによれば、判定タイミングの時またはそ
の直前に上記のようなノイズが発生しても再トリガがか
かって判定タイミングが延長され、そのようなノイズを
直流放電と判定するような誤動作が防止される。

また、上記の動作は充電中に不所望なトリガがフラッシ
ュランプ２２にかかって直流放電が起きた場合であった
が、パルス点灯直後のクエンチタイム現象に起因する直
流放電に対しても本装置は有効に作用する。例えば、第
１のサイクルｔｏ〜ｔ７について考えてみると、クエン
チタイムＱが長引いて直流放電が起きた場合、コンデン
サ１８に充電されるべき電荷がフラッシュランプ２２に
流れ込むため、コンデンサ電圧Ｖ（第２図Ｂ）は時刻ｔ
５になっても基準値ＲＶ（ＳＶの９０％）に達すること
はなく、したがって同時刻に比較出力信号ＣＯ（第２図
Ｄ）は“０”に立ち下がることなく“１”のままであり
続ける。その結果、時刻ｔ６で判定タイミング信号ＴＭ
（第２図Ｅ）が立ち下がって第２のタイミングを与えた
時、比較出力信号ＣＯは“１”で判定信号（第２図Ｆ）
は“１”に立ち上がり、充電が停止される。

また、第１図の実施例は通常のトリガによる電源装置で
シマー回路を含まないが、本発明はシマー回路を含む電
源装置にも適用可能である。

第３図は、シマー回路を含む電源装置の充放電回路を示
す。この装置では、トリガ電極２４にトリガ信号が印加
されることによってシマー回路５０より抵抗５２，ダイ
オード５４を介してフラッシュランプ２２に１００〜２
００ｍＡの微弱なシマー電流が流され、パルス点灯はサ
イリスタ５６が導通してフラッシュランプ２２に充電回
路１４からの高圧Ｖ_Ｃが印加されることによって行われ
る。しかし、コンデンサ１８への充電期間中に、サイリ
スタ５６の故障やノイズ等によりサイリスタ５６が点孤
して直流放電が起きることがある。図中、点線で示す制
御部１００は、第１図の構成部分２６〜４８を含むもの
でよく、上述のようにコンデンサ１８の電圧Ｖを検出
し、直流放電が発生すれば直ちにそれを検知して充電回
路１４に充電停止指令（ＣＳ＝“０”）を与えることに
より該直流放電を迅速に止めてフラッシュランプ２２を
保護する。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、充放電回路内のコンデ
ンサの電圧をその変化に対応したタイミングでモニタす
ることにより、パルス点灯に関係なく任意の原因で発生
する直流放電を直ぐに検知して止めるようにしたので、
直流放電によるフラッシュランプの故障ないし寿命低下
を万全に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるパルスＹＡＧレーザ
の電源装置の主要な構成を示すブロック図、 第２図は、第１図の構成の動作を説明するためのタイミ
ング図、および 第３図は、シマー回路を含む電源回路に本発明適用した
実施例を示すブロック図である。 図面において、 １４…充電回路、 １８…コンデンサ、 ２２…フラッシュランプ、 ２４…トリガ電極、２６…トリガ回路、 ２８…電圧検出回路、 ３２…比較回路、 ３４…充電電圧設定回路、 ３６…基準値発生回路、 ３８…充電制御回路、 ４０…タイミング回路、 ４２…直流放電判定回路、 ４６…充電禁止回路、 ５０…シマー回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ励起用のフラッシュランプをパルス
   点灯させるパルスレーザ電源装置において、 充放電回路内のコンデンサの電圧を検出する電圧検出手
   段と、 前記コンデンサの充電電圧設定値に対して所定の割合に
   選ばれた基準値を発生する基準発生手段と、 前記電圧検出手段と、からの前記電圧検出値と前記基準
   値発生手段からの前記基準値とを比較し、それらの高低
   関係を示す比較出力信号を発生する比較手段と、 前記比較手段より前記比較出力信号を受け、前記電圧検
   出値が前記基準値よりも低くなった第１のタイミングを
   検出し、その第１のタイミングより所定時間経過後に第
   ２のタイミングを与えるタイミング手段と、 前記第２のタイミングの時の前記比較出力信号の状態を
   基にフラッシュランプで直流放電が発生しているか否か
   を判定する判定手段と、 前記直流放電が発生しているとの判定結果が前記判定手
   段より得られたとき、これに応答して前記コンデンサへ
   の充電を停止させる充電停止手段と、 を具備することを特徴とするパルスレーザ電源装置。