JPH102790A - レーザ出力検出器およびレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の強度を正確に、精度良く、周囲環
境の影響を受けることなく測定するレーザ出力検出器お
よびレーザ発振器を提供することを目的とする。 【解決手段】 検出用素子および補償用素子を同一ケー
ス内に内蔵した赤外線センサ６をセンサマウント７を介
して積分球１０の第１出力ポート９に取付け、前記検出
用素子の取付位置に対向した積分球１０に位置に第２出
力ポート１１を設け、前記第２出力ポート１１に温度補
償用チャンバ１を設け、かつ前記センサマウント７と温
度補償用チャンバ１が同じ温度になるように冷媒より制
御したレーザ出力検出器およびレーザ発振器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を正確
に、精度良く、周囲環境の影響を受けることなく測定す
ることが可能であるレーザ出力検出器およびレーザ発振
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術について図８，図９に沿って
説明する。図８は、レーザ光を積分球に入力して減衰さ
せた後、その光の一部を赤外線センサに取出してレーザ
光の強度を測定する従来のレーザ出力検出器を示した。
図８において、４１は積分球、４２は補償側赤外線セン
サ、４３は検出側赤外線センサ、４４はセンサマウン
ト、４５は検出孔、４６は入射ポート、４７は出力ポー
トである。つぎに、従来のレーザ出力検出器の動作につ
いて説明する。入射ポート４６から入射したレーザ光
は、積分球４１の内面で反射と吸収を繰り返し積分球４
１内面に拡散される。拡散されたレーザ光の一部は出力
ポートからセンサマウント４４側に導光され、さらにそ
の一部が検出孔４５を通って検出側赤外線センサ４３に
入力される。検出側赤外線センサ４３ではレーザ光の入
射にともなう出力とともにレーザ光が入射ポート４６よ
り入射して積分球４１を加熱することによる温度ドリフ
ト分の出力が重畳されて出力される。一方、補償側赤外
線センサ４２では、前記温度ドリフト分が出力される。
そこで、検出側赤外線センサ４３と補償側赤外線センサ
４２の片端リードを接続し、差電圧を検出することでレ
ーザ出力を検出する。ところが、前記積分球４１内では
前記補償側赤外線センサ４３入力された光エネルギ以外
全て前記積分球４１内で最終的に吸収されるため、レー
ザ光によりレーザ出力検出器は加熱されることになる。
特に、入射したレーザ光を直接受ける前記第１回目の反
射領域Ｑはレーザ光が強く局所的に加熱されるため、前
記積分球に温度分布が発生する。そして、検出用および
補償用素子を同一ケース内に内蔵した前記赤外線センサ
の場合は前記センサマウント４４を介して前記積分球４
１の前記出力ポート４７に取付けられ、検出用赤外線素
子は前記検出孔４５を通過してくるレーザ光と検出用赤
外線素子の視野内、つまり前記センサマウント４４のと
取付け位置と対向した前記積分球４１位置の領域内の黒
体輻射を検知する。一方、前記補償用赤外線素子は、前
記センサマウント４４に固定されているため、前記セン
サマウント４４近傍の黒体輻射を検出する。前記検出用
および前記補償用赤外線素子のバランス調整は停止時つ
まり前記積分球４１の温度むらがない状態で実施される
ため本来前記検出用と前記補償用の前記赤外線素子には
同じ黒体輻射を入力する必要があるが、前述したように
レーザ光の入力により前記積分球４１に温度むらが発生
すると前記検出用と前記補償用の赤外線素子に入射する
黒体輻射の微差だけ温度ドリフトを発生する。また、前
記補償用赤外線センサ４２を前記検出用赤外線センサ４
３と同じ前記出力ポート４７に取付けた場合、前記検出
用赤外線センサ４３および前記補償用赤外線センサ４２
のバランス調整は停止時つまり前記積分球４１の温度む
らがない状態で実施されるため本来前記検出用赤外線セ
ンサ４３と前記補償用赤外線センサ４２は同じ黒体輻射
を入力する必要があるが、前述したようにレーザ光の入
力により前記積分球４１に温度むらが発生すると前記検
出用赤外線センサ４３と前記補償用赤外線センサ４２に
入射する黒体輻射の微妙な差だけ温度ドリフトを発生す
る。

【０００３】さらに、積分球４１に対する検出用赤外線
センサ４３および補償用赤外線センサ４２の取付け位置
は、Ｓ／Ｎ比を改善したい要求から比較的レーザ光の強
度が強い入射レーザ光が第１回目の反射する方向に設置
されることが多い。ところが、実際の積分球４１は一定
の熱容量を持つため、急激なレーザ入射条件の変化に伴
う温度変化が発生する時に特に前記積分球４１に入射す
るレーザ光が直接照射される前記第１回目の反射領域Ｑ
はその影響を受け急激に黒体輻射が変化する。一方、前
記補償用赤外線センサ４２または前記補償用赤外線素子
が設置された前記センサマウント４４は熱伝導により温
度変化をするので、黒体輻射を発生する２つの点におい
て温度変化に対する反応速度に差が発生し、前記補償用
赤外線素子と前記検出用赤外線素子または前記補償用赤
外線センサ４２と前記検出用赤外線センサ４３に入射す
る黒体輻射に微差が発生し、瞬間的な温度ドリフトまた
はオーバーシュートやアンダーシュートとして検出され
る。

【０００４】つぎに、このようなレーザ出力検出器を設
けて、レーザ出力の安定化を図ったレーザ発振器につい
て、図９に沿って説明する。図９において、５１はルー
ツブロア、５２は第１熱交換器、５３は出力鏡、５４は
放電電極、５５は放電管、５６は第２熱交換器、５７は
終端鏡、５８はレーザ出力検出器、５９は励起電源、６
０は光学ベンチである。

【０００５】さらに、図９を参照しながらレーザ発振器
の動作について説明する。レーザ発振器内に封入された
レーザガスはルーツブロア５１により送り出され、第１
熱交換器５２においてルーツブロア５１の送風時に発生
した圧縮熱を除去した後、放電管５５に送り込まれる。
放電管５５の両端には出力鏡５３と終端鏡５７が設けら
れ、光学ベンチ６０により平行に対向して配置され光共
振器部を形成している。そして、放電管５５に入ったレ
ーザガスは、励起電源５９から供給された電力により放
電電極５４間で放電する。その後、前記光共振器部を通
り抜けたレーザガスは放電により発生した熱を第２熱交
換器５６で除去し、再びルーツブロア５１に吸入され循
環する。一方、放電管５５内で放電したレーザガスで
は、レーザ光が発生し、出力鏡５３と終端鏡５７の間を
共振しながら増幅され、その一部が出力鏡５３から出力
される。ところで、現在のレーザ発振器は前記したレー
ザ光とは別に本来前記終端鏡５７からも０．５％以下の
透過率で、極微弱なレーザ光を取出している。この終端
鏡５７から取出されたレーザ光は、レーザ出力器５８に
入れてレーザ出力を監視するとともに、レーザ光強度の
測定結果を励起電源５９に返すことでフィードバック制
御を行いレーザ出力の安定性を図っている。

【０００６】また、レーザ出力検出器５８を高出力のｋ
Ｗ級レーザ発振器に配設する場合、終端鏡５７からの弱
いレーザ光とは言え数１０Ｗの出力があるので、金属製
取付ベースを介して光共振器の端部に固定されることが
多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ出力検出器はレーザ光が入力されることに伴
い積分球４１の温度が上昇し、レーザ光入射が積分球４
１に対して局所的であるため積分球４１の局所部位に加
熱による温度むらが発生し微妙な温度ドリフトが発生し
たり、レーザ出力の急な変化時にオーバーシュートまた
はアンダーシュートするため、レーザ光検出精度が低下
するという課題があった。本発明は、上記の課題を解決
するもので、レーザ光の強度を従来よりも正確に、精度
良く、周囲環境の影響を受けることなく測定するレーザ
出力検出器と本発明のレーザ出力検出器をその性能を下
げることなく取付け、レーザ出力を安定化させるレーザ
発振器を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の第１手段のレーザ出力検出器は、検出用素
子および補償用素子を同一ケース内に内蔵した赤外線セ
ンサをセンサマウントを介して積分球の第１出力ポート
に取付け、かつ前記赤外線センサの取付け位置に対向し
た前記積分球の位置に第２出力ポートを設け、前記第２
出力ポートに温度補償チャンバを設けたものである。

【０００９】また、本発明の第２手段のレーザ出力検出
器は、検出用赤外線センサをセンサマウントを介して積
分球の第１出力ポートに取付け、さらに補償用赤外線セ
ンサを同様にセンサマウントを介して前記検出用赤外線
センサの取付け位置に対向した積分球の位置に設けた第
２出力ポートに検出孔を設けることなく取付けたもので
ある。

【００１０】さらに、本発明の第３手段のレーザ出力検
出器は検出用赤外線センサを取付ける出力ポートの位置
が前記積分球に入射したレーザ光が第１回目の反射領域
で反射された光の方向と直角をなす構成としたものであ
る。

【００１１】また、本発明の第４手段のレーザ発振器
は、前記手段１ないし３のいずれかのレーザ出力検出器
を備え、かつ前記レーザ出力検出器を断熱材を介してレ
ーザ発振器筐体に取付けたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１手段のレーザ出力検
出器は、第１出力ポートの赤外線センサの取付位置に対
向した積分球の位置に前記第２出力ポートをを設け、前
記第２出力ポートに温度補償チャンバを設けた構成によ
り、急なレーザ入力条件の変化時に熱伝導などにより変
化する温度分布に対応して変化する黒体輻射の変動の時
定数を一致させ前記第１出力ポートと前記第２出力ポー
ト１１との温度変化が同時に発生する作用を有する。

【００１３】本発明の第２手段のレーザ出力検出器は、
第１出力ポートの検出用赤外線センサの取付位置に対向
した前記積分球の位置に設けた前記第２出力ポートに検
出孔を設けることなく補償用赤外線センサをセンサマウ
ントを介して取付けることで、急なレーザ入力条件の変
化時に熱伝導などにより変化する温度分布に対応して変
化する黒体輻射の変動の時定数を一致させ前記第１出力
ポートと前記第２出力ポートとの温度変化が同時に発生
するので、急な温度変化にも同じ速度で加熱冷却され、
黒体輻射のバランスを維持する作用を有する。

【００１４】本発明の第３手段のレーザ出力検出器は検
出用センサを取付ける第１出力ポートの位置をを前記積
分球に入射したレーザ光が前記積分球内で第１反射部分
により反射された方向と直角をなす構成としたことで、
急激なレーザ入射条件の変化に伴う温度変化が発生する
時でも熱伝導による温度変化に伴う黒体輻射の変化を前
記補償用赤外線センサと前記検出用赤外線センサに入力
し、各赤外線センサに入力される黒体輻射を時間的に同
じにする作用を有する。

【００１５】本発明の第４手段のレーザ発振器は、レー
ザ出力検出器がレーザ光を検出する前記第１出力ポート
と前記第２出力ポートが設けられ、２つの前記出力ポー
トに取付けられている前記センサマウントと前記温度補
償チャンバまたは２つのセンサマウントが同一温度にな
り、前記補償用赤外線センサと前記検出用赤外線センサ
または前記補償用赤外線素子と前記検出用赤外線素子に
時間的・空間的に同じ黒体輻射が入射するように対称系
配置を実施しているので、このレーザ出力検出器をレー
ザ発振器筐体に断熱材を介して取付けると基本的にレー
ザ発振器筐体と前記レーザ出力検出器間の熱の授受がな
くなるため、前記レーザ出力検出器を実装することに伴
う前記レーザ出力検出器内の熱の流れの崩れを防止で
き、前記第１，第２出力ポートに取付けられている前記
センサマウントと前記温度補償チャンバまたは２つのセ
ンサマウントが同一温度になり、前記補償用赤外線セン
サと前記検出側赤外線センサまたは前記補償用赤外線素
子と前記検出用赤外線素子に時間的・空間的に同じ黒体
輻射が入射することを補償する作用を有する。

【００１６】以下、本発明の実施の形態について、図１
ないし図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１を示した
ものである。図１において、１は温度補償チャンバ、２
は油または水などの冷媒、３はセンサ視野面、４および
４´は断熱材、５および５´は冷却リング、６は補償用
赤外線素子（図示せず）と検出用赤外線素子（図示せ
ず）を同一ケース内に納めた赤外線センサ、７はセンサ
マウント、８はセンサ固定板、９は積分球１０に設けら
れた第１出力ポート、１１は同じく積分球１０に設けら
れた第２出力ポート、１２は前記赤外線センサ６のセン
サ視野、１３は検出孔を示している。なお、４６は従来
と同様の入射ポート、Ｑは従来と同様の積分球１０内で
のレーザ光の第１回目の反射領域である。そして、実施
の形態１では、検出用および補償用素子を同一ケース内
に内蔵した前記赤外線センサ６を前記センサマウント７
を介して前記積分球１０の前記第１出力ポート９に取付
け、かつ前記赤外線センサ６の取付位置に対向した前記
積分球１０の位置に前記第２出力ポート１１を設け、前
記第２出力ポート１１に前記温度補償チャンバ１を設け
た。さらに、入射してくるレーザ光の積分球１０内の第
１回目の反射領域Ｑから前記第１ポート９および前記第
２出力ポート１１を等距離でかつ対称に配置し、急なレ
ーザ入力条件の変化時に熱伝導などにより変化する温度
分布に対応して変化する黒体輻射の変動の時定数を一致
させ、前記第１出力ポート９と前記第２出力ポート１１
との温度変化が同時に発生するようにする。さらに、前
記第２出力ポート１１には前記赤外線センサ６の全視野
または視野の大部分が納まる面積を有する前記温度補償
用チャンバ１を設け、黒体輻射のバランスを維持してい
る。そして、前記温度補償用チャンバ１と前記センサマ
ウント７の全熱容量と部品表面積を実質的に等しくかつ
前記積分球１０に対して断熱材４，４を介して同じ構造
で取付けることで前記センサマウント７と前記温度補償
チャンバ１は急な温度変化にも同じ速度で加熱冷却さ
れ、黒体輻射のバランスを維持する。さらに、前記第１
出力ポート９に設けた前記センサマウント７と前記第２
出力ポート１０に設けた前記温度補償用チャンバ１の周
囲に恒温維持機構として冷却リング５，５を同じ制御構
造で設置して、冷媒２を循環させて同一温度に制御す
る。また、前記検出用赤外線センサ６を取付けた第１出
力ポート９の位置が前記積分球１０に入射したレーザ光
が前記第１回目の反射領域Ｑにより反射された光の方向
（矢印Ａ）と直角をなす構造を採用し、従来のセンサ取
付位置（図８参照）と９０度回転した方向に設けたもの
である。なお、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ冷却配管
経路の、直列形または並列形を示す。１６は冷媒２の流
量を制限するオリフィスである。前述したように前記温
度補償チャンバ１と前記センサマウント７を等温に制御
するには温度制御精度を基準に２つの配管経路を使い分
ける。図２（ａ）には温度制御精度より前記温度補償チ
ャンバ１の出入口温度差が小さい時に適用する直列形の
冷却配管経路を記載した。図２（ａ）にも示したよう
に、前記温度補償チャンバ１と前記センサマウント７は
直列に接続され、ポンプで冷媒２を循環させている。こ
の時、冷媒の循環方向はどちら方向でも良い。また、前
記温度補償チャンバ１においての熱の移動量が少ないた
め温度上昇がほとんどない場合にはこの直列形接続が有
効であり、前記温度補償チャンバ１と前記センサマウン
ト７を通過する冷媒の流速が同じであることが必然的に
補償され、したがって前記温度補償チャンバ１と前記セ
ンサマウント７の冷却効率が同じであることが同時に補
償される。このように、前記温度補償用チャンバ１と前
記センサマウント７を直列接続すると、前記温度補償チ
ャンバ１と前記センサマウント７に温度差が発生するた
め、前記温度補償チャンバ１と前記センサマウント７の
黒体輻射を同じにすることが補償できない。そこで、制
御精度により前記温度補償チャンバ１の出入り口温度差
が大きい場合、図２（ｂ）のように、並列接続を採用す
る。その時、冷媒による熱除去効率を並列経路で同じに
するため、前記オフィリス１６を用いて２つの経路の冷
媒の流量のバランスをとる。以上のような冷却配管経路
を設け、前記センサマウント７と前記温度補償チャンバ
１の冷媒の流れを同じにし、冷却効率のバランスをと
り、前記センサマウント７と前記温度補償チャンバ１の
温度を同時に上下させ、黒体輻射のバランスを維持す
る。

【００１７】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２を示したものである。図３において、２２は補償用
赤外線センサ、２１は検出用赤外線センサ、７，７はセ
ンサマウント、８，８はセンサ固定板である。また、他
は、実施の形態１に示した図１と同じである。図３に示
すように、前記検出用赤外線センサ２１を前記センサマ
ウント７を介して前記積分球１０の前記第１出力ポート
９に取付け、かつ前記検出用赤外線センサ２１の取付位
置に対向した前記積分球１０の位置に前記第２出力ポー
ト１１を設け、前記第２出力ポート１１を設け、前記第
２出力ポート１１に前記補償用赤外線センサ２２を設け
る。さらに、入射してくるレーザ光の積分球１０内での
第１回目の反射領域Ｑから前記第１出力ポート９および
前記第２出力ポート１１を等距離でかつ対称に配置し、
急なレーザ入力条件の変化時に熱伝導などにより変化す
る温度分布に対して変化する黒体輻射の変動の時定数を
一致させ、前記第１出力ポート９と第２出力ポート１１
との温度変化が同時に発生するようにする。そして、前
記補償用赤外線センサ２２を具備した前記センサマウン
ト７と前記検出用赤外線センサ２１を具備したセンサマ
ウント７の全熱容量と部品表面積を実質的に等しくかつ
前記積分球１０に対して断熱材４，４を介して同じ構造
で取付けることで前記センサマウント７，７は急な温度
変化にも同じ速度で加熱冷却され、黒体輻射のバランス
を維持する。さらに、前記第１出力ポート９に設けた前
記センサマウント７と前記第２出力ポート１１に設けた
前記センサマウント７の周囲に恒温維持機構として冷却
リング５，５を同じ制御構造で設置して、冷媒２を循環
させて同一温度に制御する。また、前記検出用赤外線セ
ンサ２１を取付ける前記第１出力ポート９の位置が前記
積分球１０に入射したレーザ光が前記第１回目の反射領
域Ｑにより反射された光の方向と直角をなす構造を採用
し、従来のセンサ取付位置（図８参照）と９０度回転し
た方向に設けたものである。

【００１８】なお、実施の形態２に取付けられる冷却配
管経路は、実施の形態１と同様に図２（ａ），（ｂ）に
示す２つの経路がある。

【００１９】このような冷却配管経路を設けることで、
２つの前記センサマウント７，７の冷媒の流れを同じに
し、冷却効率のバランスをとり、２つの前記センサマウ
ント７，７が同時に上下し、国体輻射のバランスが維持
されるものである。

【００２０】（実施の形態３）図４は本発明の実施の形
態３を示したものである。図４において、１４，１４は
それぞれ温度補償チャンバ１またはセンサマウント７と
ペルチェ素子１５，１５の熱接触面である。他は実施の
形態１と同じである。検出用および補償用素子を同一ケ
ース内に内蔵した前記赤外線センサ６を前記センサマウ
ント７を介して前記積分球１０の前記第１出力ポート９
に取付け、かつ前記赤外線センサ６の取付位置に対向し
た前記積分球１０の位置に前記第２出力ポート１１を設
け、前記第２出力ポート１１に前記温度補償チャンバ１
を設ける。さらに、入射してくるレーザ光の前記第１反
射部分Ｑから前記第１出力ポート９および前記第２出力
ポート１１を等距離でかつ対称に配置し、急なレーザ入
力条件の変化時に熱伝導などにより変化する温度分布に
対応して変化する黒体輻射の変動の時定数を一致させ、
前記第１出力ポート９と前記第２出力ポート１１との温
度変化が同時に発生するようにした。さらに、前記第２
出力ポート１１には前記赤外線センサ６の全視野または
視野の大部分が納まる面積を有する前記温度補償チャン
バ１を設け、黒体輻射のバランスを維持している。そし
て、前記温度補償チャンバ１と前記センサマウント７の
全容量と部品表面積を実際的に等しくかつ前記積分球１
０に対して断熱材４，４を介して同じ構造で取付けるこ
とで前記センサマウント７と前記温度補償チャンバ１は
急な温度変化にも同じ速度で加熱冷却され、黒体輻射の
バランスを維持する。さらに前記第１出力ポート９に設
けた前記センサマウント７と前記第２出力ポート１１に
設けた前記温度補償チャンバ１の周囲に恒温維持機構と
して前記センサマウントと前記温度補償チャンバ１にそ
れぞれ良好な熱接触面積を有したペルチェ素子１５，１
５を取付け、前記センサマウント７および前記温度補償
チャンバ１の温度差を検出して、前記センサマウント７
または前記温度補償チャンバ１に設置したいずれか片方
の前記ペルチェ素子１５，１５をフィードバック制御
し、前記センサマウント７と前記温度補償チャンバ１を
同一温度に制御する。また、前記検出用赤外線センサ６
を取付ける前記第１出力ポート９の位置が前記積分球１
０に入射したレーザ光が前記第１回目の反射領域Ｑによ
り反射された光の方向（矢印Ａ）と直角をなす構造を採
用し、従来のセンサ取付位置（図８参照）と９０度回転
した方向に設けている。

【００２１】つぎに、実施の形態３に用いる前記ペルチ
ェ素子１５，１５のドライブ回路を図６に示す。図６に
おいて、１７，１７は前記ペルチェ素子１５，１５を駆
動するそれぞれの定電流電源、１８，１８はそれぞれ前
記ペルチェ素子１５，１５の熱接触面または前記センサ
マウント７および前記温度補償チャンバ１に取付けた熱
電対、１９は前記熱電対１８，１８から温度差を検出す
るプリアンプ、２０は前記ペルチェ素子駆動定電流電源
１７，１７を制御するコントローラである。つぎに、図
５を用いて回路の動作について説明する。前記センサマ
ウント７に熱接触している前記のペルチェ素子１５およ
び前記温度補償チャンバ１に熱接触している前記ペルチ
ェ素子１５はそれぞれ前記駆動用定電流電源１７，１７
に接続されている。ここで、前記ペルチェ素子１５，１
５は各素子に電流を流すことで一定の冷却効果が生まれ
る働きをする。そこで、前記熱電対１８，１８を直列接
続することで前記プリンアンプ１９に前記センサマウン
ト７と前記温度補償チャンバ１の温度差に相当する起電
力信号を入力し、さらに前記プリアンプ１９内で増幅し
て信号レベルを整合した後、前記温度差に相当する信号
を前記ペルチェ素子電源のコントローラ２０にフィード
バックし、そのフィードバック信号を前記センサマウン
ト７または前記温度補償チャンバ１に良好な熱接触で設
置したいずれか片方のペルチェ素子１５，１５の駆動用
定流電源１７，１７に送り出し、ペルチェ素子１５，１
５に流れる電流を制御して、前記センサマウント７と前
記温度補償チャンバ１を同一温度にする。一般に、前記
ペルチェ素子１５，１５を用いた冷却の制御精度は０．
０１度以下に抑えることが可能で、油・水による冷却に
比較して外気の影響を受けにくく非常に高精度に温度制
御ができるため、前記温度補償チャンバ１および前記セ
ンサマウント７の黒対輻射も容易に制御できる。

【００２２】（実施の形態４）図６は本発明の実施の形
態４を示したものである。図６において、２２は補償用
赤外線センサ、２１は検出用赤外線センサ、７，７はセ
ンサマウント、８，８はセンサ固定板である。また、他
は、実施の形態３に示した図４と同じである。前記検出
用赤外線センサ２１を前記センサマウント７を介して前
記積分球１０の前記第１出力ポート９に取付け、かつ前
記検出用赤外線センサ２１を取付位置に対向した前記積
分球１０の位置に前記第２出力ポート１１を設け、前記
第２出力ポート１１に前記補償用赤外線センサ２２を設
ける。さらに、入射してくるレーザ光の前記第１反射部
分Ｑから前記第１出力ポート９および前記第２出力ポー
ト１１を等距離でかつ対称に配置し、急なレーザ入力条
件の変化時に熱伝導などにより変化する温度分布に対応
して変化する黒対輻射の変動の時定数を一致させ、前記
第１出力ポート９と前記第２出力ポート１１との温度変
化が同時に発生するようにする。そして、前記補償用赤
外線センサ２２を具備した前記センサマウント７と前記
検出用赤外線センサ２１を具備した前記センサマウント
７の熱全容量と部品表面積を実質的に等しくかつ前記積
分球１０に対して断熱材４，４をそれぞれ介して同じ構
造で取付けることで温度補償チャンバ１およびセンサマ
ウント７は急な温度変化にも同じ速度で加熱冷却され、
黒体輻射バランスを維持する。さらに、前記第１出力ポ
ート９に設けた前記センサマウント７と前記第２出力ポ
ート１１に設けた前記温度補償チャンバ１の周囲に恒温
維持機構として２つの前記センサマウント７，７に良好
な熱接触面積を有したペルチェ素子１５，１５を取付
け、２つの前記センサマウント７，７の温度差を検出し
て、いずれか片方の前記ペルチェ素子１５，１５をフィ
ードバック制御し、２つのセンサマウント７，７を同一
温度に制御する。また、前記検出用赤外線センサ２１を
取付ける前記第１出力ポート９の位置が前記積分球１０
に入射したレーザ光が前記第１回目の反射領域Ｑにより
反射された光の方向（矢印Ａ）と直角をなす構造を採用
し、従来のセンサ取付位置（図８参照）と９０度回転し
た方向に設けている。

【００２３】なお、実施の形態４に用いる前記ペルチェ
素子１５，１５のドライブ回路は実施の形態３の図５と
同様であるので説明は省略する。

【００２４】（実施の形態５）図７は、本発明の実施の
形態５を示すもので、本発明のレーザ出力器をレーザ発
振器に配設する機構を示したものである。図７におい
て、２３は断熱材であり、他は図１と同じである。実施
の形態１ないし４の説明でも明らかなように、本レーザ
出力検出器には、レーザ光を検出する前記第１出力ポー
ト９と前記第２出力ポート１１が設けられ、前記２つの
出力ポート９および１１に取付けられている前記センサ
マウント７と前記温度補償チャンバ１または２つの前記
センサマウント７，７が同一温度になり、その対称配置
による熱の流れを崩さないように、断熱材２３を採用し
てレーザ発振器に配設している。前記断熱材２３を用い
ると基本的にレーザ発振器筐体と前記レーザ出力検出器
間の熱の授受がなくなるため、前記レーザ出力検出出器
を実装することに伴う前記レーザ出力検出器内の流れの
崩れを防止でき、２つの前記出力ポート９，１１に取付
けられている前記センサマウント７と前記温度補償チャ
ンバ１または２つの前記センサマウント７，７が同一温
度になり、時間的・空間的に同じ黒体輻射が入射するこ
とを補償できる。

【００２５】

【発明の効果】以上にように第１発明のレーザ出力検出
器は、第２出力ポートを第１出力ポートに対向した位置
に設けて温度補償チャンバを取付け、強制的に温度補償
してレーザ光が入力されることによる積分球の温度上昇
に伴う微小な温度ドリフトやレーザ出力の急な変化時に
オーバーシュートまたはアンダーシュートすることを防
止する優れた効果を奏する。また、第２発明のレーザ出
力検出器は、第２出力ポートを第１出力ポートに対向し
た位置に設けて温度補償用赤外線センサを取付け、強制
的に温度補償してレーザ光が入力されることによる積分
球の温度上昇に伴う微小なドリフトやレーザ出力の急な
変化時にオーバーシュートまたはアンダーシュートする
ことを防止する優れた効果を奏する。また、第三発明の
レーザ出力検出器は、出力ポートを入射したレーザ光が
積分球内で第１回目の反射された方向と直角をなすよう
に設置して、熱伝導バランスを取ることによりレーザ光
が入力されることによる積分球の温度上昇に伴う微小な
温度ドリフトやレーザ出力の急な変化時にオーバーシュ
ートまたはアンダーシュートすることを防止する優れた
効果を奏する。さらに、第４発明のレーザ発振器は本発
明のレーザ出力検出器を断熱材を介してレーザ発振器筐
体に取付けることで熱流束をレーザ出力検出器内で定常
化しレーザ発振器筐体に発生する熱流束の影響から隔離
して、レーザ光が入力されることによる積分球の温度上
昇に伴う微小な温度ドリフトやレーザ出力の急な変化時
にオーバーシュートまたはアンダーシュートすることを
防止する優れた効果を奏する。以上のように、第１発明
ないし第４発明によれば、レーザ光の強度を従来よりも
正確に、精度良く、周囲環境の影響を受けることなく測
定するレーザ出力検出器と、本レーザ出力検出器の性能
を落とすことなくレーザ発振器に実装してレーザ出力の
安定化を実現するレーザ発振器を提供することができる
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ出力検出
器の一部断面図

【図２】（ａ）同レーザ出力検出器の直列形の冷却配管
経路図 （ｂ）同レーザ出力検出器の並列形の冷却配管経路図

【図３】同実施の形態２におけるレーザ出力検出器の一
部断面図

【図４】同実施の形態３におけるレーザ出力検出器の一
部断面図

【図５】同レーザ出力検出器のペルチェ素子ドライブ回
路図

【図６】同実施の形態４におけるレーザ出力検出器の一
部断面図

【図７】同実施の形態５におけるレーザ発振器の一部断
面図

【図８】従来のレーザ出力検出器の一部縦断面図

【図９】レーザ出力検出器を用いて出力制御するレーザ
発振器の概略構成図

【符号の説明】

１ 温度補償チャンバ ２ 冷媒 ３ センサ視野面 ４ 断熱材 ５ 冷却リング ６ 赤外線センサ ７ センサマウント ８ センサ固定板 ９ 第１出力ポート １０ 積分球 １１ 第２出力ポート １２ センサ視野 １３ 検出光 １４ 熱接触面 １５ ペルチェ素子 ２１ 検出用赤外線センサ ２２ 補償用赤外線センサ ２３ 断熱材 Ｑ 第１回目の反射領域

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取出してレーザ光の
   強度を測定するレーザ出力検出器であって、検出用素子
   および補償用素子を同一ケース内に内蔵した赤外線セン
   サをセンサマウントを介して積分球の第１出力ポートに
   取付け、前記赤外線センサの取付け位置に対向した積分
   球の位置に第２出力ポートを設け、かつ前記第２出力ポ
   ートに温度補償用チャンバを設けたレーザ出力検出器。
2. 【請求項２】第１出力ポートと、第２出力ポートを、積
   分球に入射してくるレーザ光の第１回目の反射領域から
   等距離でかつ対称に配置した請求項１記載のレーザ出力
   検出器。
3. 【請求項３】第１出力サポートからみた赤外線センサの
   全視野または視野の大部分が納まるセンサ視野面を有す
   る温度補償用チャンバを第２出力ポートに設けた請求項
   １または２記載のレーザ出力検出器。
4. 【請求項４】赤外線センサを具備して第１出力ポートに
   取出けられたセンサマウントと、第２出力ポートに取付
   けた温度補償用チャンバの全熱容量が等しくかつ取付構
   造が同じである請求項１ないし３記載のレーザ出力検出
   器。
5. 【請求項５】赤外線センサを具備したセンサマウント
   と、温度補償用チャンバの周囲に冷却リングを設け、こ
   の冷却リングに油または水などの冷媒を循環し、前記セ
   ンサマウントと、前記温度補償チャンバを同一温度に制
   御する冷却配管経路を備えた請求項１ないし４記載の出
   力検出器。
6. 【請求項６】第１出力ポートに設置されたセンサマウン
   トと前記第２出力ポートに設置された温度補償チャンバ
   に熱接触面を有したペルチェ素子を取付け、前記センサ
   マウントおよび前記温度補償チャンバの温度差を検出
   し、前記センサマウントまたは前記温度補償チャンバに
   設置したいずれか片方のペルチェ素子をフィードバック
   制御し、前記センサマウントと前記温度補償チャンバを
   同一温度に制御するペルチェ素子ドライブ回路を備えた
   請求項１ないし４記載のレーザ出力検出器。
7. 【請求項７】センサマウントおよび温度補償チャンバを
   積分球に対して断熱材を介して取付けた請求項４または
   ５記載のレーザ出力検出器。
8. 【請求項８】センサマウントおよび温度補償チャンバの
   熱容量が等しくかつ温度制御機構の構造が同じである請
   求項４または５記載のレーザ出力検出器。
9. 【請求項９】レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取出してレーザ光の
   強度を測定するレーザ出力検出器であって、検出用赤外
   線センサをセンサマウントを介して積分球の第１出力ポ
   ートに取付け、さらに、補償用赤外線センサをセンサマ
   ウントを介して前記検出用赤外線センサの取付位置に対
   向した積分球の位置に設けた第２出力ポートに検出孔を
   設けることなく取付けたレーザ出力検出器。
10. 【請求項１０】第１出力ポートと、第２出力ポートを、
    前記積分球に入射してくるレーザ光の第１回目の反射領
    域から等距離でかつ対称に配設した請求項９記載のレー
    ザ出力検出器。
11. 【請求項１１】検出用赤外線センサを具備したセンサマ
    ウントと、前記補償用赤外線センサを具備したセンサマ
    ウントの周囲に冷却リングを設け、この冷却リングに油
    または水などの冷媒を循環し同一温度に制御する冷却配
    管経路を備えた請求項９または１０記載のレーザ出力検
    出器。
12. 【請求項１２】第１出力ポートに設置され検出用赤外線
    センサを具備したセンサマウントと第２出力ポートに設
    置され補償用赤外線センサを具備したセンサマウントに
    熱接触面を有したペルチェ素子を取付け、２つの前記セ
    ンサマウントの温度差を検出して、いずれか片方のセン
    サマウントに設置したペルチェ素子の出力をフィードバ
    ック制御し、２つのセンサマウントを同一温度に制御す
    るペルチェ素子ドライブ回路を備えた請求項９ないし１
    １記載のレーザ出力検出器。
13. 【請求項１３】２つのセンサマウントをそれぞれ積分球
    に対して断熱材を介して取付けた請求項１１または１２
    記載のレーザ出力検出器。
14. 【請求項１４】２つのセンサマウントの熱容量が等しく
    かつ温度制御機構の構造が同じである請求項１１または
    １２記載のレーザ出力検出器。
15. 【請求項１５】レーザ光を積分球に入力して減衰させた
    後、その光の一部を赤外線センサに取出してレーザ光の
    強度を測定するレーザ出力検出器であって、検出用赤外
    線センサを取付ける出力ポートの位置は前記積分球に入
    射したレーザ光が積分球内で第１回目に反射された方向
    と直角をなす方向の積分球の位置としたレーザ出力検出
    器。
16. 【請求項１６】レーザ光を積分球に入力して減衰させた
    後、その光の一部を赤外線センサに取出してレーザ光の
    強度を測定するレーザ出力検出器を具備したレーザ発振
    器であって、請求光１ないし１５記載のいずれかのレー
    ザ出力検出器を断熱材を介してレーザ発振器筐体に取付
    けたレーザ発振器。