JPH07114298B2

JPH07114298B2 - レーザ電源装置

Info

Publication number: JPH07114298B2
Application number: JP1042059A
Authority: JP
Inventors: 和義数藤
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH02220484A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、レーザ励起用のランプに電力を供給するレー
ザ電源装置に関する。

［従来の技術］レーザ励起用ランプは、YAGレーザやガラスレーザ等の
光励起型固体レーザに使われており、代表的なのはキセ
ノンランプ，クリプトンランプ等のフラッシュランプで
ある。このようなランプに所望の波形の駆動電力を供給
することで、その波形に応じたレーザ出力を得ることが
できる。

本出願人は、以前に、ランプ電流を基準波形信号に追従
させるレーザ加工装置を開発し、これを特願昭61−4008
6号（特開昭62−197288号）として公開している。この
レーザ加工装置によれば、基準波形信号の波形を任意に
設定することで、それに対応した任意のレーザ出力波形
を得ることができる。

また、特公昭63−20032号には、直流電源からマーク・
スペース比（デューティ比）の制御可能な高周波パルス
列をつくり、この高周波パルス列をローパスフィルタに
通してから１つの包絡パルスとしてレーザ励起ランプに
供給するようにした電源回路が記載されている。この電
源回路によれば、ランプ駆動中に高周波パルス列のマー
ク・スペース比を変化させることで、ランプ駆動パルス
の輪郭形状を制御することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記先願（特願昭61−40086号）の装置
においては、可能なレーザ出力波形の形、種類が基準波
形信号発生回路の機能によって制限されるため、随時任
意の波形を設定できるわけにはいかないところがある。

また、上記パルス変調式の電源回路（特公昭−63−2003
2号）では、マーク・スペース比を変えるといっても連
続する個々の高速パルス間では小さな変化であること
（急激にマーク・スペース比を変化させることはできな
いこと）、高周波パルス列より高周波リップルを除去し
た包絡線によってランプ駆動パルスの波形を規定するこ
と等から、なだらかな波形しか得られず、ダイナミック
に任意に変化するような波形は得られない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、簡易な回路構成によってレーザ励起用ランプに対
する駆動信号の波形を任意の形状に設定・制御できるよ
うにしたレーザ電源装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本発明の第１のレーザ電
源装置は、レーザ励起用のランプを駆動するレーザ電源
装置において、前記ランプに対して互いに並列に接続さ
れた複数のコンデンサ・バンクと、前記コンデンサ・バ
ンクの各々を所望の設定電圧まで充電するバンク充電手
段と、前記ランプと前記複数のコンデンサ・バンクとの
間に接続され、前記ランプへ電力を供給すべき前記コン
デンサ・バンクを予め設定されたシーケンスで切り換え
るバンク切換手段と、直流電源と前記コンデンサ・バン
クの各々との間に接続されたスイッチング手段と、前記
コンデンサ・バンクの各々の電圧を検出する電圧検出手
段と、前記コンデンサ・バンクの各々に対して、前記電
圧検出手段からの電圧検出値が電圧設定値に一致するよ
う前記スイッチング手段を制御して充電を行う充電制御
手段とを具備する構成とした。

本発明の第２のレーザ電源装置は、上記第１のレーザ電
源装置において、各々の設定電圧に応じた容量を有する
コンデンサ・バンクを備える構成とした。

［作用］ランプ駆動中にバンク切換手段によってコンデンサ・バ
ンクが一定周期で切り換えられると、ランプに印加され
る駆動電圧が時間的に変化する。この変化のパターン
（波形）は各コンデンサ・バンクの電圧，切換周期およ
び切換シーケンスによってきまるので、設定値を適宜選
択することで任意のパターンが得られる。

また、各コンデンサ・バンクの電圧を監視し、それが設
定値より低下した時は直ちにスイッチング手段をオンに
して充電し、設定値まで戻すようにすることで、ランプ
駆動中でも各バンク電圧を安定に維持することができ
る。

また、比較的低い設定電圧のバンクには小容量の、した
がって小型サイズのコンデンサを選んでよく、その場合
にはバンク全体のサイズひいては装置サイズをコンパク
トにすることができる。

［実施例］第１図は、本発明の一実施例によるレーザ電源装置の回
路構成を示す。

第１図において、レーザ励起用のランプ16に対して、６
個のコンデンサ・バンク（以下、単にバンクという）C1
〜C6が互いに並列に接続されている。各バンクCi（ｉ＝
１〜６）とランプ16との間には、バンク切替用のスイッ
チング・トランジスタTri,保護ダイオードd1iおよび共
通コイル14が接続されている。また、各バンクCiと直流
電圧入力端子10,12との間には、充電用の電界効果型ト
ランジスタ（FET）Fi,還流ダイオードdi,コイルLiが接
続されている。そして、各隣接するバンクCi,Ci＋１の
間にはダイオードDi,i＋１が接続されている。シマー回
路18は、パルス点灯（パルスレーザ発振）に際してラン
プ16内の放電路を待機状態に維持しておくもので、100
〜200mA程度の微弱な予備電流をランプ16に供給する。
なお、ランプ16に起動をかけるトリガ回路（図示せず）
も設けられている。

この実施例のバンク充電回路は次のようになっている。

キーボード（図示せず）よりバンクC1〜C6のそれぞれの
電圧についての設定値V1〜V2が外部インタフェース20を
介して電圧設定回路22に入力される、設定回路22は、そ
れらの設定値V1〜V6を比較回路24に与える。一方、電圧
検出回路28がバンクC1〜C6のそれぞれの実際の電圧を検
出し、それらの検出値v1〜v6を比較回路24に与える。比
較回路24は、各バンクCiについて設定値Viと検出値viと
を比較し、比較誤差があればそれを零にするように、ゲ
ートドライブ回路26を介して対応するFET（Fi）をオン
にする。これにより、電源電圧Eoが該FET（Fi）および
コイルLiを介してバンクCiに供給され、検出値viが設定
値Viに一致した時に比較回路24はFET（Fi）をオフし、
これで充電が終了する。このように、バンク電圧設定
時、および後述するようなランプ駆動中において、各バ
ンクCiの電圧viが設定値Viに足りないときは、直ちに該
バンクCiに対する充電が行われ、これによって各バンク
電圧viが設定値に維持されるようになっている。

バンクC1〜C6の設定電圧は任意に選択することが可能で
あり、例えば次のような一定のステップ幅で異なる値で
あってよい。

V1（C1） 300V V2（C2） 350V V3（C3） 400V V4（C4） 450V V5（C5） 500V V6（C6） 550V なお、バンクC1〜C6の容量はそれぞれの設定電圧に対応
する大きさに選ばれてよい。この場合、設定電圧の比較
的小さいバンクC1〜C3は小容量・小型サイズのものでよ
く、バンク全体の設置スペースが小さくなる。

次に、バンクC1〜C6を切り換えてランプ16を駆動する回
路について説明する。

先ず、ランプ駆動に先立って、バンク切換シーケンスの
設定が行われる。第２図はバンク切換シーケンスの一例
を示す。この例では、C1から始まって、以下C5,C6,C3…
…と続く。このようなシーケンスのデータは、キーボー
ド等より外部インタフェース20を介して入力され、放電
順序設定回路34に蓄積される。また、切換周期ΔＴも任
意の値で設定入力され、設定値は切換周期設定回路36に
蓄積される。

そして、スタート回路40が起動してランプ駆動が開始さ
れると、バンク切換回路32が上記設定シーケンスに応じ
たバンク切換制御を行う。すなわち、切換回路32は、タ
イミング回路38からの設定周期ΔＴを有するクロック信
号CKに応動して設定回路34からシーケンス・データを順
次読み込み。ベースドライブ回路30を介して制御信号B1
〜B6によりトランジスタTr1〜Tr6のオン・オフを切り換
える。

第３図は、第２図のバンク切換シーケンスに対応したト
ランジスタTr1〜Tr6のオン・オフ動作を示す。最初の単
位パルス期間ΔＴの期間では、トランジスタTr1がオン
になり、これによってバンクC1の電圧v1（300V）がダイ
オードd11およびコイル14を介してランプ16に印加され
る。次の単位パルス期間ΔＴでは、トランジスタTr5が
オンになり、バンクC5の電圧v5（500V）がダイオードd1
5およびコイル14を介してランプ16に印加される。この
ようにして、放電順序設定回路34に設定入力されている
シーケンス・データ（第２図）にしたがい、ランプ16へ
電力を供給すべきバンクCiが一定周期ΔＴ毎に切り換え
られる。その結果、第４図に示すようなパルス波形の駆
動電圧がランプ16に供給され、この図示の波形に対応し
た波形（実際には、角のとれた曲線的な波形）のレーザ
出力が得られる。

なお、ランプ駆動中にバンクCiの電圧が低下した時は、
上述したように充電回路の働きで該バンクCiが直ちに充
電される。また、充電回路が追いつかないほど急激・大
幅に低下したときは、ダイオードDi−1,iを通じて隣の
バンクCi−１より充電が行われるようになっている。

第４図に示すような駆動電圧波形は一例でありバンク設
定電圧，バンク切換シーケンス，単位パルス幅（切換周
期）を適当に選択・設定することで、任意の波形を得る
ことが出来る。

また、バンク切換用のトランジスタTr1〜Tr6に代えてFE
Tまたはサイリスタのスイッチング素子を使用すること
も可能である。充電用のFET（F1）〜（F6）についても
同様に、他のスイッチング素子で置き換えることが可能
である。

また、電圧設定回路22,比較回路24,バンク切換回路32,
放電順序設定回路34,切換周期設定回路36等をマイクロ
コンピュータで構成することも可能である。

さらにまた、任意のバンク数を選ぶことが可能であり、
個数を多くした場合はバンク電圧間のステップ幅を小さ
くしたり、あるいはダイナミック・レンジを広げること
が可能であり、より精細で自由度の大きい波形制御を行
うことができる。

［発明の効果］本発明は、上述したような構成を有することにより、次
のような効果を奏する。

レーザ励起用のランプに対して複数のコンデンサ・バン
クを設け、ランプ駆動に際しては設定シーケンスにした
がってバンクを切り換えるようにしたので、バンク電
圧，切換周期，バンク放電（切換）順序を適宜選択する
ことで、任意のランプ駆動波形を得ることができる。

また、各コンデンサ・バンクの電圧が設定値より低下し
た時は直ちにスイッチング手段をオンにして充電し設定
値まで戻すようにすることで、ランプ駆動中でも各バン
ク電圧を設定値に維持することができる。

さらにまた、各バンクの設定電圧に応じたバンク容量と
することで、例えば低い設定電圧のバンクサイズを小型
にして、バンク全体のサイズひいては装置全体のサイズ
をコンパクトにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるレーザ電源装置の回
路構成を示す回路図、第２図は、実施例によるバンク切換シーケンスの設定例
を示す図、第３図は、バンク切換の制御動作を説明するための信号
タイミング図、および第４図は、実施例の設定例で得られランプ駆動電圧波形
を示す信号波形図である。 C1〜C6…コンデンサ・バンク、F1〜F6…FET、Tr1〜Tr6
…トランジスタ、16…レーザ励起用ランプ、22…電圧設
定回路、24…比較回路、28…電圧検出回路、32…バンク
切換回路、34…放電順序設定回路、36…切換周期設定回
路、38…タイミング回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ励起用のランプを駆動するレーザ電
源装置において、前記ランプに対して互いに並列に接続された複数のコン
デンサ・バンクと、前記コンデンサ・バンクの各々を所望の設定電圧まで充
電するバンク充電手段と、前記ランプと前記複数のコンデンサ・バンクとの間に接
続され、前記ランプへ電力を供給すべき前記コンデンサ
・バンクを予め設定されたシーケンスで切り換えるバン
ク切換手段と、直流電源と前記コンデンサ・バンクの各々との間に接続
されたスイッチング手段と、前記コンデンサ・バンクの各々の電圧を検出する電圧検
出手段と、前記コンデンサ・バンクの各々に対して、前記電圧検出
手段からの電圧検出値が電圧設定値に一致するよう前記
スイッチング手段を制御して充電を行う充電制御手段
と、を具備することを特徴とするレーザ電源装置。
【請求項２】各々の設定電圧に応じた容量を有する前記
コンデンサ・バンクを備えた請求項１に記載のレーザ電
源装置。