JPS6215416A - レ−ザ光エネルギ分布測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ発振管から出射されるレーザ光線ある
いは、光ファイバから出射されるレーザ光線の強度分布
を測定するレーザ光エネルギ分布測定器に関するもので
ある。

従来の技術 現在、急激に普及しつつあるレーザ加工技術においてし
〜ザ光線の性能とレーザ加圧能力この間には、密接力関
係が存在し、特に、し〜ザ光のモードを表わすレーザ光
のエネルギ分布は、加工物の切断能力、穿入能力を決定
する重要な要素であり、使用するレーザ光のエネルギ分
布を知る事は、３　′＼−・ 絶対必要であった。

ところが、エネルギ分布を測定する方法は、種々のもの
が考えられて来たが、いろいろな欠点を持っていた。

例えば、第３図に示しているように、ピンホールを使用
したエネルギ分布測定方法がある。

測定されるレーザ光１は、ピンホール２によって一部分
だけとりだされ、パワーメータ３でエネルギを測定され
る。このピンホールとパワーモニタを、Ｘ−Ｙに微動す
るｘ−ｙ微動台４を、Ｘ−ｙに微動し、レーザ光をスキ
ャンする事によってレーザ光のエネルギ分布を測定する
方法があった。

発明が解決しようとする問題点 ところが、この方法では、ピンホールのスキャン回数の
多さと、パワーモニタの時定数の遅さく１〜秒）によっ
て、一つの画定に、莫大な時間を要する為に、面倒な測
定となっていた。

又、測定中に、光エネルギやエネルギ分布が、時間変動
をおこすので、この様な長時間のピンホールのエネルギ
分布測定は、正確な測定が難かしい。

他に、焦電形などのセンサアレイを用いて測定する方法
もあるが、センサアレイは、非常に高価であり１．又、
レーザ加工に使用する様な大パワーのレーザ光を、測定
する事は、出来ない。

問題点を解決するだめの手段 上記の問題点を解決する本発明の技術手段は、熱伝導性
の円形基板の表面にレーザ光の受光面を裏側に熱感温素
子群を同心円状に設け、隣りあう熱感温素子の出力を差
動増幅する事によって、レーザ光のエネルギ分布を測定
する事である。

作　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、レーザ光を受光面に照射し、熱感温素子群の
差動出力する事によって、レーザ光のエネルギ分布を、
瞬時Ｋｔた容易に知る事が出来る。

また、熱感温素子を同心円状に配置ｊ７、エネルギ分布
を測定する為、円形のガウスビームであるレーザ光線の
測定が正確に出来る。

又、アルミナセラミックの円形基板に、サーミ６６−ジ スタを蒸着丑たは塗布する事は、容易であり、安価に出
来る。

実施例 本発明の実施例を第１図〜第２図を参照して説明する。

第１図は、本発明によるレーザ光エネルギ分布測定器の
一実施例の構成図である。

アルミナセラミックからなる熱伝導性の高い円形基板５
の表側には、レーザ光６を光吸収する受光面７があり、
裏側の面には、ＳｉＣ等からなるサーミスト材料をスパ
ッタリング後、焼成したリング型の７個の熱感温素子８
が形成されている。

熱感温素子群の一端は、マイナス電極９によって終端さ
れ、他端はそれぞれ７個の電極１０につながれている。

差動増幅回路１１は、９，１０の電極につながれ隣り合
う熱感温素子の抵抗値の差を電圧変換し、レーザ光のエ
ネルギ分布を出力する。

次に、動作と原理を説明する。

エネルギ分布Ｐ（ｒ）をもつレーザ光６が受光面７６　
へ−・ に照射されると受光部に熱が発生し、Ａの方向に熱の流
れが生じ、エネルギ分布Ｐ（ｒ）に対応する径方向の温
度分布Ｔ（ｒ）を生じる。

レーザ光のエネルギ分布”（ｒ）と温度分布には以下の
関係がある。

・・・・・・・・・（１） ここで、ｄは基板厚さ、ｋは熱伝導率、ｈは円形基板と
空気この熱伝達係数である。

（１）式右辺第２項の空気への熱伝達は、レーザ光エネ
ルギに比べて充分小さいので無視し、ｉ番目のリング半
径をｒｌ　　とすると、（１）式は以下の様になる。

・・・・・・・・・（２） すなわち、温度差（Ｔ、１−Ｔｉ）を測定する事によっ
て、半径（ｒ　ｉ＋　ｒ　、＋１　）　／２内に、照射
されるし７　′ゝ 一ザ光エネルギ紹 ルギ量から、円形基板に照射されるレーザ光のエネルギ
分布Ｐ（１）を導く事が出来る。

−また、半径ｒ　、ｒｌ　　の関係を ｌ　　　　→１ （ｒ　、（１＋　ｒ□）／（ｒｉ＋１　’ｉ）−α：（
一定）とする事によって、すべての１に対して、半径（
ｒｔ　＋ｒ１．−１）／　２　　内のレーザ光エネルギ
は温度差（Ｔ□−１１−Ｔｉ）と、比例関係で求められ
る。

寸だ、１番目のリング状の熱感温素子の幅Δｒ０を、Δ
ｒ１＝ｒ、／β（但Ｉ７αくβ）とし、すべてのリング
状の熱感温素子の抵抗値を一定にする事によって、第２
図の差動増幅回路に示す様抵抗値を電圧に変換する増幅
度を一定にするとともに、差動増幅回路のバランス不平
衡によるオペアンプ１１のドリフト誤差が小さくなる。

尚、実施例では、円形基板を、アルミナセラミックとし
だが、アルミ基板をアルマイト処理１〜て絶縁層を形成
した円形基板を用いても良い。

発明の詳細 な説明ｉ〜だ様に本発明によれば、円形基板の表面にレ
ーザ光の受光面を、裏側（でリング状の熱感温素子群を
同心円状に設け、隣り合う熱感温素子群を差動出力する
事によって、Ｉ／−ザ光のエネルギ分布を、簡単に、寸
だ、瞬時に測定する事が出来る。捷た、円形のガウスビ
ームであるレーザ光の測定に、リング状の熱感温素子を
用いた事によって、正確な測定が出来る、７寸だ、構成
が簡単であるので、安価に製作する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザ光エネルギ分
布測定器の構成図、第２図は同測定器に使用する差動増
幅回路内の回路図、第３図は従来例におけるピンホール
によるレーザ光エネルギ分布測定器の概略図である。 ６・・・・・・円形基板、７・・・・・・受光面、８・
・・・・・リング状の熱感温素子、１１・・・・・・差
動増幅回路。 第１図 ｓ、ｐみ、ｉ！ｊ！ ？ビン７ｔｓ−ル ｌ　レープ尤 ４Ｘ、Ｙ尤宇葦ｔ？鱈

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱伝導性の円形基板と、この基板の表面に設けら
   れた光吸収面である受光面と、前記基板の裏側に同心円
   状に３個以上Ｎ個配置されたリング状の熱感温素子群と
   隣り合う前記熱感温素子のＮ−１個の差動増幅する差動
   増幅手段とを備えたレーザ光エネルギ分布測定器。
2. （２）リング状の熱感温素子は、サーミスタである特許
   請求の範囲第１項記載のレーザ光エネルギ分布測定器。
3. （３）リング状のサーミスタの半径ｒ＿ｉと幅Δｒ＿ｉ
   は ｒ＿ｉ＝ｒ＿Ｏ（（α−１）／（α＋１））＾ｉ＾−＾
   １Δｒ＿ｉ＝ｒ＿ｉ／β α＜β の関係を満たす特許請求の範囲第２項記載のレーザ光エ
   ネルギ分布測定器。
4. （４）熱伝導性の円形基板は、セラミックである特許請
   求の範囲第２項記載のレーザ光エネルギ分布測定器。
5. （５）熱伝導性の円形基板は、アルミ基板にアルマイト
   処理された絶縁膜がある特許請求の範囲第２項記載のレ
   ーザ光エネルギ分布測定器。