JPS6151727B2

JPS6151727B2 -

Info

Publication number: JPS6151727B2
Application number: JP8245479A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Oonishi; Tadashi Hirawatari; Tsunehiko Takahashi
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1986-11-10
Also published as: JPS567027A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、レーザ記録装置、レーザ加工装置等
に使用されるレーザ光のモニタ装置に関するもの
である。

現在レーザ光のエネルギ、特に集光した際の極
めて高いエネルギ密度を利用して、特に低感度記
録材料（ヒートモード記録材料等）への記録、ふ
つうの手段では容易でないダイヤモンドの穴あけ
などの加工、微小な物体の切断、穴あけ、溶接な
どの超精密加工等が行なわれている。

レーザ光は、アルゴンイオンレーザ、クリプト
ンイオンレーザ、炭酸ガスレーザ、YAGレーザ
等のレーザ光源装置によつて発振される。このよ
うなレーザ光源装置から発振されるレーザ光は、
通常第１図に符号１で示すようなガウス分布をし
た輝度（強度）分布を有しており、この状態で記
録、加工に用いられて有効に働く。第１図は、横
軸にレーザ光束の中心Ｏからの距離を、縦軸にレ
ーザ光の輝度をとつたグラフであり、レーザ光束
の断面輝度分布を示すものである。

ところが、レーザ光源装置を長時間使用してい
ると、この光源装置中のブリユースタウインド、
全反射ミラー等の光学部が損傷し、これによつて
レーザ光の輝度分布は中心部の輝度が下がり、反
対に裾部の輝度が上がつて第１図に符号２で示す
ような劣化した分布となる（いわゆるドーナツ現
象）。

このように劣化した輝度分布のレーザ（全体と
しては同じパワーであるが）をレンズにより集光
してもスポツト径が大きくなり十分に集光するこ
とができずに、記録が細くなつたり、極端な場合
には、全く記録または加工がされないというよう
な事態が生ずる。

レーザ光源装置には、通常レーザ光モニタ装置
が設けられているが、この従来のレーザ光モニタ
装置はレーザ光の全横断面におけるトータルの光
量を測定するものであり、輝度分布が上記のよう
な分布２のようになつたことは検知できない。従
つてそのモニタ装置で監視していても、分布が２
のようになつた場合記録や加工等の動作がそのま
ま続けられ、後に記録のしなおし等を行なわなけ
ればならなくなる。

そこで本発明は、レーザ光の輝度分布が正規の
分布にあるかをモニタするレーザ光モニタ装置を
提供することを目的とする。

本発明によるレーザ光モニタ装置は、レーザ光
の光路上に配されこのレーザ光の光軸と直角な断
面内での特定位置における輝度測定手段と、この
輝度測定手段による測定輝度変化を検知するとと
もに、この変化に基づいてレーザ光の上記断面内
での輝度分布が中心部で低下し周辺部で高くなる
輝度分布異常の有無を検出し、輝度分布異常を検
出したときに信号を発生する信号発生手段とから
なることを特徴とするものである。

また、本発明によるレーザ光モニタ装置は、レ
ーザ光のビーム径より小さい幅の多数の微小な光
電変換素子を光軸と直角方向に並列に配して輝度
測定手段を構成し、比較器によつて上記光電変換
素子をレーザ光の所定値以上の輝度の部分を受け
た第１の光電変換素子と所定値以下の輝度の部分
を受けた第２の光電変換素子とに分け、この第１
あるいは第２の光電変換素子の数を計数手段によ
つて計数し、第１の光電変換素子の数が第１の所
定個数より多いときあるいは第２の光電変換素子
の数が第２の所定個数より少ないときに輝度分布
異常が生じたと判定して信号発生手段から信号を
発生するようにしたことを特徴とする。

本発明のレーザ光モニタ装置は、レーザ光の輝
度分布が好ましくない状態となつたことを検知で
き、この検知によつて信号を発するので、この信
号を利用して前記記録装置、加工装置等を自動的
に停止、あるいは警報を発するようにすることが
でき、従つて前記記録装置を好ましくない状態で
作動させてしまうことがない。

以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施
例によるレーザ光モニタ装置を説明する。

符号３は、レーザ光源装置であつて、このレー
ザ光源装置は一点鎖線で示す光路４上にレーザ光
を発するものとする。この光路４上には、この光
路上を走るレーザ光の一部を分割するための分割
手段５が配置されている。この分割手段５は、ハ
ーフミラーもしくはビームスプリツタであつてよ
く、レーザ光のごく一部例えば光量の約１〜２％
程度を分割する。この分割された光路を符号６で
示す。ここで、レーザ光の一部とは、光量におけ
る一部をいい、断面における一部分を示すもので
はない。レーザ光の径は極めて小さいので、光路
６上にビームエキスパンダ７を配し、これによつ
てモニタすべきレーザ光のビーム径を拡大する。
このレーザ光の輝度分布は、通常状態すなわち好
ましい状態において曲線１で示すようなガウス分
布をしている。

光路６上であつて、ビームエキスパンダ７の後
方には、レーザ光の中心部の輝度を測定するため
の輝度測定手段８が配されている。この輝度測定
手段８は、光電変換素子等の輝度を電流もしくは
電圧に変換して測定するものであることが望まし
い。この電流もしくは電圧は、増幅器９を介して
信号発生手段１０に入力されるようになつてい
る。この信号発生手段１０は、コンパレータ等か
ら構成されており、このコンパレータにはレーザ
光の中心部のアンダーリミツトである所定輝度に
対応する参照電圧もしくは参照電流が印加されて
おり、コンパレータはこの参照電圧等と測定手段
８からの電圧等とを比較し、測定手段８からの電
流の電圧等が前記参照電圧等より低くなつたとき
に、これを指示する信号Ｓを発するようになつて
いる。この信号Ｓを発するとは、１つの信号を発
すること、通常発していた信号を停止させるこ
と、「Ｈ」レベル信号を「Ｌ」レベル信号に変え
ることおよび「Ｌ」レベル信号を「Ｈ」レベル信
号に変えること等、信号の状態の変化のすべてを
含むものとする。

この信号Ｓによつて、例えば警報器を作動し、
あるいはレーザ光を用いた装置を停止させるよう
にすることができる。

第３図は、第２図のレーザ光モニタ装置の輝度
測定手段８をレーザ光の中心ではなく、この中心
から半径方向に所定距離だけ離れた位置に配置し
た状態を示す。上記したようにレーザ光の輝度分
布は、レーザ光源装置の光学部材の破損等によつ
て、断面中心部の輝度が下がり、周辺部の輝度が
上がり、第１図の曲線２のようになる。従つて、
中心部の輝度の低下の度合は、周辺部の輝度の上
昇の度合を測定することによつて検知することが
できる。

第３図に示したレーザ光モニタ装置においても
コンバレータである信号発生手段１０は輝度測定
手段８によつて測定した輝度に対応する電圧もし
くは電流と参照電圧もしくは参照電流を比較し
て、信号Ｓを発するようになつている。しかしな
がら、参照電圧（もしくは電流）は、レーザ光の
中心部の輝度がアンダーリミツトである所定輝度
になるときの中心から所定距離ｘだけ離れた位置
における輝度に対応する電圧値（もしくは電流
値）に設定されており、また信号発生手段１０は
輝度測定手段８からの電流の電圧が上記参照電圧
より高くなつたときに信号を発生するようになつ
ている。

次に第４図を参照して本発明による他のレーザ
光モニタ装置を説明する。

符号１１はレーザ光源装置であつて、このレー
ザ光源装置は一点鎖線で示す光路１２上にレーザ
光を発するものとする。この光路１２上には、こ
の光路上を走るレーザ光の一部を分割するための
分割手段１３が配置されている。この分割手段１
３はハーフミラー等のものでよく、レーザ光のご
く一部、例えば光量の約１〜２％程度を分割す
る。この分割された光路を符号１４で示す。ここ
でレーザ光の一部とは、光量における一部をい
い、断面における一部分を示すものではない。

光路１４上には、ビーム断面を測定するための
輝度測定手段１５が配されている。この輝度測定
手段１５は、多数の微小なホトダイオードアレイ
を直線状に並べた固体イメージセンサーで構成さ
れ、CCDとかMOSとか呼ばれているものであ
り、128ケ又は256ケ程度のアレイから構成されて
いると、レーザビームの断面強度が詳細に測定で
きる。輝度測定手段１５の受光部全体にレーザビ
ームが照射されるように分割手段１３と輝度測定
手段１５の間にビームエキスパンダ等のビーム整
形手段１６を設けてもよい。輝度測定手段１５は
クロツクドライバー１７により走査され、時系列
にホトダイオードアレイの各エレメントの輝度信
号を順次出力する。この出力された信号は増幅器
１８により所定の電圧まで増幅される。コンパレ
ータ１９の動作を第５図を参照して説明する。コ
ンパレータの一方の入力信号を所定の直流レベル
Refに設定する。直流レベルRefより大きい信号
だけが「Ｈ」となり、小さな信号は「Ｌ」とな
る。この「Ｈ」と「Ｌ」に分けられた信号は、ク
ロツクドライバー１７のタイミングでシフトレジ
スタ２０に入力される。シフトレジスタ２０は輝
度測定手段１５のビツト数と同数が望ましいが、
よく知られた同期パルスにより同期をとることも
できる。

第５図にみられるように、ビーム１と２ではこ
のシフトレジスタ２０に入力される「Ｈ」の数が
異なる。即ちビームがガウス分布から離れてくる
と、Refレベルを所定の値に設定するとＷ_GとＷ_M
のように、「Ｈ」の数が多くなる。このシフトレ
ジスタ２０の「Ｈ」の数を計数することにより、
ビーム断面を知ることができる。シフトレジスタ
２０の「Ｈ」の数が限界値より多くなると、前記
記録装置、加工装置等を自動的に停止、あるいは
警報を発する。Refレベルの値によりシフトレジ
スタの中央部が「Ｌ」になつた時にでも同様にビ
ーム断面の劣化を知ることができる。

以上説明した実施例においては、レーザ光を光
分割手段で分割して、この分割したレーザ光を常
にモニタしているが、レーザ光の輝度分布の劣化
は急激にはおきないので常にモニタしている必要
がないときには、モニタ装置を所定のサイクルで
作動させることもできる。この場合には、分割手
段の代りにレーザ光の光路に出入可能に配した反
射鏡を用いてモニタしたいときにだけ、この反射
鏡を光路上に配してレーザ光をモニタすることも
できる。

本発明のレーザ光モニタ装置によれば、レーザ
光の輝度分布の検知によつて信号を発生するの
で、この信号を利用してレーザ光を用いる装置を
自動的に停止あるいは警報を発するようにするこ
とができ、かくして装置を好ましくない状態で作
動させて記録部材または材料等をむだにしたりす
ることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザ光の横断面の輝度（強度）分
布を示すグラフ、第２図は、本願の第１の発明に
よるレーザ光モニタ装置の概略図、第３図は、本
願の第２の発明によるレーザ光モニタ装置の要部
のみを示す概略図、第４図は、本願の第３の発明
によるレーザ光モニタ装置の要部のみを示す概略
図、第５図は、第４図に示したレーザ光モニタ装
置の作動を説明するためのレーザ光の横断面の輝
度分布を示すグラフである。３……レーザ光源装置、４，６……光路、５…
…分割手段、７……ビームエキスパンダ、８……
輝度測定手段、１０……信号発生手段。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザ光源からのレーザ光の光軸と直角な断
面内での特定位置における輝度を測定する輝度測
定手段、およびこの輝度測定手段による測定輝度
の変化を検知し、この変化に基づいて前記レーザ
光の前記断面内における中心部の輝度が低下し周
辺部の輝度が高くなる輝度分布異常を検出したと
き信号を発生する信号発生手段からなるレーザ光
モニタ装置。２前記輝度測定手段が、光電変換素子、および
前記レーザ光の一部を分割して、この分割したレ
ーザ光を前記光電変換素子に向ける光分割手段か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のレーザ光モニタ装置。３前記輝度測定手段が、光電変換素子、および
前記レーザ光の光路中に出入可能に配され前記光
路中に配されたとき前記光電変換素子に向けて前
記レーザ光を反射する反射鏡とからなる特許請求
の範囲第１項記載のレーザ光モニタ装置。４前記輝度測定手段が前記レーザ光の前記断面
内での中心部における輝度を測定する手段であ
り、前記信号発生手段においてこの測定輝度が所
定値以下になつたか否かを検知することにより前
記輝度分布異常を検出するようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
か１項記載のレーザ光モニタ装置。５前記輝度測定手段が前記レーザ光の前記断面
内での周辺部における輝度を測定する手段であ
り、前記信号発生手段においてこの測定輝度が所
定値以上になつたか否かを検出することにより前
記輝度分布異常を検出するようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
か１項記載のレーザ光モニタ装置。６レーザ光のビーム径より小さい幅の多数の微
小な光電変換素子を光軸と直角な方向に並列に配
置してなり、レーザ光の半径方向の各部分の輝度
を測定する輝度測定手段、該輝度測定手段の各光
電変換素子を、レーザ光の所定値以上の輝度の部
分を受けた第１の光電変換素子と所定値以下の輝
度のレーザ光部分を受けた第２の光電変換素子と
に分ける比較器、この比較器によつて分けられた
第１の光電変換素子あるいは第２の光電変換素子
の数を計数する計数手段、および該計数手段によ
つて計数された第１の光電変換素子の数が第１の
所定個数より多いとき、あるいは第２の光電変換
素子の数が第２の所定個数より少ないときに、前
記レーザ光の光軸と直角な断面内における中心部
の輝度が低下し周辺部の輝度が高くなる輝度分布
異常が生じたと判定して信号を発生する信号発生
手段からなるレーザ光モニタ装置。７前記輝度測定手段が、光電変換素子、および
前記レーザ光の一部を分割して、この分割したレ
ーザ光を前記光電変換素子に向ける光分割手段か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
載のレーザ光モニタ装置。８前記輝度測定手段が、光電変換素子、および
前記レーザ光の光路中に出入可能に配され、前記
光路中に配されたとき前記光電変換素子に向けて
前記レーザ光を反射する反射鏡とからなる特許請
求の範囲第６項記載のレーザ光モニタ装置。