KR20010079515A - 신장된 초기 펄스에 의한 레이저 파워 제어 - Google Patents

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KR20010079515A
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다미엔 에프. 그레이
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머치슨 존 에스 3세
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Abstract

신속 프로토타이핑 시스템에 사용될 수 있는 것으로, 제1 펄스 신장 능력을 구비한 레이저 파워 제어 시스템(150; 150')을 개시한다. 한 개시된 실시예에 따라, 단사 멀티바이브레이터(156)는 레이저(110)가 턴 온 될 것을 지시하는 게이트 신호(LON/LOFF)에 응답하여 펄스를 발생한다. 밀도반전을 달성하는데 적합한 선택된 기간을 갖는 펄스는 레이저(110)에 인가되고, 이 펄스의 끝에서, 레이저의 펄스폭 변조(PWM) 제어가 시작된다. 또 다른 개시된 실시예에 따라서, 제1 펄스 신장 저장 장치(166)는 제1 PWM 펄스가 길어지는 기간에 대응하는 디지털 값을 보유하고, 가산기(176, 178)는 이 디지털 값을 원하는 레이저 파워 신호(DLP)에 의해 지지된 파라미터에 가산하여 제1 펄스에서 레이저(110)의 밀도반전 및 레이저 출력을 보장한다.

Description

신장된 초기 펄스에 의한 레이저 파워 제어{Laser power control with stretched initial pulses}
본 발명은 레이저 파워 제어 분야에 관한 것으로, 특히 펄스폭 변조의 레이저 파워 제어에 관한 것이다.
이 기술에 기본적인 것으로서, 레이저 방출은 가스(예를 들면, CO2, Ar), 고체물질(예를 들면, Nd:YAG), 액체(예를 들면, 색소 레이저), 혹은 반도체(예를 들면, GaAlAs)일 수 있는 레이저 매질로부터 광자를 유도방출하여 달성된다. 통상, 매질 내의 전자들은 기저상태보다 높은 상위 에너지 레벨로 펌핑 혹은 여기된다. 충분한 전자들이 상위 에너지 레벨로 여기되어 레이저 반응이 지속되는 상태를 이 기술에서는 밀도반전(population inversion)이라고 한다. 여기된 전자 중 일부는 자발적으로 광자를 방출하고 방출된 광자의 파장에 대응하는 에너지 미만의 여기상태인 에너지 레벨로 떨어진다. 이러한 여기된 광자들은 이번에는 밀도반전의 다른 전자들로 하여금 유사하게 광자를 방출하게 하여, 코히런트 광(즉, 잘 알려진 레이저 빔)을 발생하게 된다. 평행 거울 광 피드백과 같은 포지티브 피드백 기술에 의해 레이저는 발진하게 되어 빔 에너지를 더욱 증가시키게 된다.
전술한 바로부터 명백하고 이 기술에 공지된 바와 같이 레이저 펌핑에 있어서는 레이저 반응이 개시되기에 앞서 레이저 매질에 상당량의 에너지가 흡수되어야한다. 펄스폭 변조(PWM) 레이저의 경우, 레이저 펌프는 언제든지 완전히 온 되거나 오프 되어, 원하는 평균 레이저 파워에 따른 듀티 사이클로 동작한다. 그러나, 레이저 매질의 에너지는 레이저 펌프가 오프 되는 시간에 걸쳐, 여기상태에서 기저상태로 떨어진다. 유효한 오프 시간 후에(이를테면 레이저 펄스들간의), 레이저 펌프가 매질을 다시 밀도반전으로 여기시키는데 필요한 시간은 특히 PWM 펄스 스트림에서 제1 펄스의 기간에 대해 현저할 수 있다. 실제로, 높은 PWM 주파수(즉, 간단히 "온" 펄스) 및 낮은 듀티 사이클에서, 제1 "온" 펄스의 펄스폭은 레이저 방출 임계치에 도달할 만큼 충분히 길지 않을 수 있으며, 이 경우 레이저는 제1 펄스 동안 전혀 에너지를 방출하지 않을 수 있다. 이에 따라, 유효 시간 오프 후에 이러한 제1 펄스 동안에 레이저 파워 발생 정확성은 크게 떨어진다.
제1 펄스 문제를 해결하는 한 종래의 방식을 이 기술에선 "티클(tickle)" 방법이라고 한다. 예를 들면 Synrad, Inc.로부터 입수할 수 있는 CO2레이저에서 사용되는 것인 이 방식에 따라, 레이저 매질은 예를 들면 낮은 듀티 사이클 펄스 스트림에 의해 레이저 방출 임계치 바로 미만의 레벨로 항시 여기된다. 이러한 상태에서, 밀도반전에 도달하는데 필요한 시간은 단지 밀도반전 약간 미만인 레벨로 레이저 매질이 에너지화될 때(이론적으로), 매우 짧게 유지된다. 이에 따라, 레이저를 턴 온 할 때, 레이저 매질의 에너지를 밀도반전으로 높이는데 필요한 시간은 훨씬 감소됨으로써, PWM 스트림에서 제1 펄스는 원하는 레이저 파워를 발생할 것이다. 그러나, "티클" 방법은 이의 정확성이 각각의 특정한 레이저에 매우 의존적이기 때문에 어떤 한계가 있으며, 특정 레이저에 대해 "티클" 듀티 사이클이 너무 클경우, 레이저는 이의 "오프" 상태에서도 레이저를 방출할 수도 있다. 종래의 레이저들은 시간 및 사용함에 따라 열화할 수 있기 때문에, 처음 사용시 레이저에 적합하게 설정된 "티클" 듀티 사이클은 부정확할 수 있어, 나중 사용시 "오프" 사이클 동안 원하지 않는 레이저 방출로 된다.
제1 펄스 문제를 해결하는 또 다른 종래의 방법은 예를 들면 Coherent, Inc.로부터 입수할 수 있는 CO2레이저에서 사용되는 RF 여기 증폭기인, 별도의 여기 증폭기의 구현이다. 별도의 여기 증폭기는 전술한 "티클" 프로세스와 유사하게 밀도반전 약간 미만의 여기상태에서 레이저 매질을 유지하도록 설정된다. 여기 증폭기의 출력은 또한 각각의 레이저 및 이의 예상 동작상태에 대해 정밀하게 설정되어야 한다. 여기 증폭기가 너무 높게 설정되면, "오프" 기간동안 원하지 않는 레이저 방출이 일어날 수 있으며, 반대로 여기 증폭기가 너무 적당하게 설정되면, 레이저의 턴 온 특성은 특히 낮은 PWM 듀티 사이클에서 원하는 것보다 낮을 수 있다.
레이저 분야에서 또 다른 공지된 조작 기술은 "Q-스위칭"(또는 "Q-스포일링")이라고 하는 것이다. Q-스위칭은 공진 레이저의 Q 팩터를 예를 들면 레이저에 댐핑 요소를 삽입하여 스위칭가능하게 낮춤으로써 현저한 광의 방출없이 레이저 매질에 에너지가 축적되게 하여 레이저로부터 높은 파워의 펄스를 발생하는데 일반적으로 사용된다. 일반적으로 매질이 밀도반전 레벨을 훨씬 넘어 여기된 후에 펄스가 요구되는 시간에, Q 팩터가 다시 상승되어(예를 들면, 레이저에서 댐핑요소를 제거함으로써), 큰 펄스의 레이저 에너지를 방출한다. Q-스위칭은 연속 펌핑되는 고체 레이저에서 일반적으로 사용된다. 고체 레이저의 예에서, 댐핑요소는 레이저 펄스가 요구되는 시간까지 발진하지 못하게 광로 내에 배치된다. Q-스위칭되는 레이저의 턴 온 시간은 매질이 스위칭에 앞서 밀도반도 이상의 에너지 레벨로 유지된다면 매우 빨라진다. 그러나, 이 기술에 공지된 바와 같이, Q-스위치는 특히 흡수재(예를 들면, 포켈 셀) 비용을 고려하면 레이저에 현저한 비용을 부가한다.
제1 펄스에서 레이저 파워의 부정확성에 대한 민감도는 일부 레이저 응용에서는 더욱 심하다. 예를 들면, 이 기술에서 레이저의 한 용도는 포토폴리머액의 선택적 광중합을 통해서(공지의 스테레오리소그래피 프로세스에서처럼), 혹은 분말의 선택적 용화나, 용융 혹은 소결을 통해서(공지의 선택적 레이저 소결 프로세스에서처럼), 혹은 적층물 제조(LOM)를 통해서, 3차원 물품을 층 형상으로 제조하는 것이다. 이들 유형의 제조방법에서, 레이저 파워는 구조적으로 견실한 물품 제조에서 중요한 파라미터이다.
배경으로서 신속한 프로토타이핑 기술의 예는 텍사스주 오스틴의 DTM사로부터 입수할 수 있는 시스템에서 실시되는 선택적 레이저 소결 프로세스이며, 여기서 물품은 레이저에 의해 녹는 분말로부터 층 형상으로 제작된다. 이 프로세스에 따라서, 분말을 박층으로 분배하여, 물품의 단면에 대응하는 분말 부분을 향한 레이저 에너지에 의해 용화되거나, 용융되거나 혹은 소결된다. DTM사로부터 입수할 수 있는 SINTERSTATION 2500 시스템과 같은 종래의 선택적 레이저 소결 시스템은 레이저 빔을 편향시키는 검류계로 구동되는 거울에 의해 레이저 빔의 위치를 정한다. 레이저 빔의 편향은 가용성의 분말층에 형성될 물품의 단면에 대응하는 그 층의 위치들에 레이저 빔을 지향시키도록, 레이저 자체의 변조와 협력하여, 제어된다. 레이저는 래스터식으로 이와 관련하여 레이저 변조를 행하면서, 래스터식으로 분말에 걸쳐 스캐닝되거나, 레이저는 벡터식으로 지향될 수 있다. 어떤 응용에서, 벡터로 그려진 윤곽 내의 영역을 "채우는" 라스터 스캔 전 혹은 후에 벡터식으로 단면의 윤곽을 따라 분말을 용화시켜 분말층으로 형성된다. 어쨌든, 주어진 층에 분말을 선택적으로 용화시킨 후에, 추가로 분말층을 분배하고, 이전의 층들의 용화된 부분에 나중의 용화된 층들이 용화하여(물품에 적합하게), 물품이 완성될 때까지, 프로세스를 반복한다.
선택적 레이저 소결기술의 상세한 것은 Texas System 대학의 Board of Regents에 모두 양도된, 미국특허 제4,863,538호, 미국특허 제5,017,753호, 미국특허 제5,076,869호, 및 미국특허 제4,944,817호, 및 DTM사에 양도된 미국특허 제4,247,508호에 찾아볼 수 있으며, 이 모두를 소결기술의 참고로 여기 포함시킨다. 일정한 레이저 파워 출력을 제공하기 위해서 레이저 스캔의 속도에 따라 레이저 파워가 제어되는 이러한 선택적 레이저 소결 시스템에서 레이저 파워 제어 시스템에 대한 것은, DTM사에 양도된 것으로 1997, 5월 30일 출원된 미국특허출원 제08/866,600호에 개시되어 있고 이 또한 여기에 참고로 포함시킨다. 선택적 레이저 소결기술은 왁스, 폴리카보네이트, 나일론, 다른 플라스틱, 및 폴리머가 코팅된 금속 및 세라믹스와 같은 복합물질을 포함하는 다양한 물질로부터 고분해능 및 치수 정확성의 3차원 물품을 직접 제작할 수 있게 하였다. 왁스 부분은 공지의 "로스트-왁스(lost-wax)" 프로세스에 의한 압형 생성에서 사용될 수 있다.
선택적 레이저 소결 프로세스에서 열적 용화 메카니즘은 단위 시간당 각 위치의 분말에 수용된 열에너지인 레이저 에너지 플럭스 밀도에 의존한다. 레이저 플럭스 밀도는 레이저 에너지, 레이저 스폿 크기, 및 레이저 에너지에 분말이 노출되는 시간적 기간에 의존한다. 대부분의 재료에 있어서, 형성되는 물품의 모양과 밀도는 레이저 에너지 플럭스 밀도에 민감하므로 레이저 에너지 플럭스 밀도에 약간에 변동에도 이상적인 물품 속성보다 못하게 된다. 예를 들면, 레이저 에너지 플럭스 밀도가 너무 낮으면, 물품은 기계적으로 약하게 될 것이며, 반대로 과도한 레이저 에너지 플럭스 밀도에 의해서는 CAD로 나타낸 것에 대해 물품 치수가 충실하지 못하게 되고 분말이 과열되거나 심지어는 분말이 타버릴 수 있게 된다.
선택적 레이저 소결에 의해 제작된 물질에서 특히 전술한 민감한 물질에서 레이저 에너지 플럭스 밀도의 불균일성 영향이 관찰되었다. 가용성 물질의 스캔의 초기 레이저 펄스에서 과도하게 낮은 레이저 파워는 이를테면 레이저 매질을 밀도반전으로 여기시 지연에 기인할 수 있는 것으로서 물품의 에지들에 불완전한 형성을 야기할 것이며 따라서 물체의 크기를 왜곡시키거나 구조적 강도를 감소시킬 것으로 보인다. 초기 펄스의 레이저 파워에 대한 이러한 민감도는 선택적 레이저 소결기술에 의해 형성된 물품들의 품질뿐만 아니라, 초기 펄스의 레이저 파워 손실에 기인하여 물품 에지들이 부적절하게 광경화할 수 있는 그 외 레이저에 기초한 스테레오리소그래피와 같은 기술에서 악영향을 미칠 것으로 생각된다.
<발명의 요약>
그러므로 본 발명의 목적은 레이저 파워 제어기능, 및 유효 레이저 오프-시간 후에 제1 레이저 펄스에 대해 원하는 파워레벨을 얻는 상기 기능을 조작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 선택적 레이저 소결 시스템 및 스테레오리소그래피 시스템 등 신속한 프로토타이핑 시스템에 적합한 기능 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오프 사이클 동안 원하지 않는 레이저 방출을 방지하는 기능 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 레이저 파워 제어 시스템에 최소 비용으로 효율적으로 구현될 수 있는 기능 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 잇점은 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조로 이 기술에 통상의 기술을 가진 자들에게 명백할 것이다.
본 발명은 레이저 "온" 기간을 나타내는 게이트 신호가 확장된 펄스 신호를 생성할 수 있게 하는 레이저 제어 시스템에 구현될 수 있다. 확장된 펄스 신호는 제1 레이저 펄스의 펄스폭에 더해짐으로써, 레이저 매질이 밀도반전에 확실히 이르게 하고 그럼으로써 레이저 출력이 제1 펄스에서 얻어진다. 본 발명의 특정한 구현에 따라서, 레이저 제어 시스템은 선택적 레이저 소결 시스템 등의 신속 프로토타이핑 시스템에 구현됨으로써 제작물질에 적용된 초기 레이저 펄스는 원하는 파워 레벨을 가져, 높은 충실도의 물품이 제작된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 레이저 소결 시스템의 절결한 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 제어 시스템의 절결한 개략적인 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 파워 제어 시스템의 기능 블록도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 파워 제어 시스템의 기능 블록도.
다음의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명은 제어될 레이저의 특정 응용에 관계없이 일반적으로 레이저 제어 시스템에 관련하여 이용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 컴퓨터 원용 설계(CAD) 혹은 컴퓨터 원용 제조(CAM) 데이터베이스로부터 물품 제작에서 레이저를 이용하는 신속한 프로토타이핑 시스템에 적용될 때 특히 잇점이 있음을 알았다. 따라서, 다음의 설명은 전술한 바에 기초하여, 신속한 프로토타이핑 시스템, 특히 선택적 레이저 소결 시스템에 관한 것이 될 것이며, 그러나 본 발명은 다른 유형의 신속한 프로토타이핑 시스템(예를 들면, 스테레오그래피 및 LOM 시스템) 및 레이저 에너지의 다른 용도에 이점이 있게 사용될 수 있다.
먼저 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예의 설명의 목적상, 선택적 레이저 소결 시스템(100)의 구성 및 동작을 기술한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 선택적 레이저 소결 시스템(100)은 챔버(102)(명료하게 하기 위해서 도 1에챔버(102)의 앞문과 상부는 도시되지 않았음)를 포함한다. 챔버(102)는 물품 제조를 위해 적합한 온도와 분위기 조성(통상 질소와 같은 불활성 분위기)을 유지한다.
시스템(100)에서 분말 배달 시스템은 일정량의 분말을 상측으로 옮겨 챔버(102)로 들어올리도록 모터(116)에 의해 제어되는 공급 피스톤(114)을 포함하며, 모터(108)에 의해 제어되는 파트 피스톤(106)은 가공될 각각의 분말층의 두께를 정하기 위해서 예를 들면 5밀(mil)의 소량만큼 챔버(102)의 바닥 아래로 하향 이동시킨다. 롤러(118)는 분말을 공급 파스톤(114)에서 타겟 표면(104)으로 병진하는 역회전 롤러이다. 타겟 표면(104)은, 여기서의 설명의 목적상, 파트 피스톤(106) 위에 배치된 열 가용성 분말(있다면 이전에 소결된 부분들을 포함함)의 상면을 말한다. 파트 피스톤(106) 상에 배치된 소결 및 비소결된 분말을 여기선 파트 베드(part bed)(107)라 칭한다.
앞에서 언급한 미국특허 제5,017,753호에 기술된 바와 같이, 롤러(118)(바람직하게는 축적방지를 위한 스크레이퍼를 구비하며, 명확성을 위해 도 1엔 이 스크레이퍼는 도시되지 않았음)는 이의 병진에 의해 챔버(102) 내에서 공급 피스톤(114)으로부터 파트 피스톤(106) 위의 파트 베드(107)의 표면에서 타겟 표면(104)을 향하여 이를 가로질러서 타겟 표면(104) 위에 분말을 펼친다. 분말을 평탄하고 완전하게 분포되게 하기 위해서, 공급 피스톤(114)에 의해 공급된 분말의 양은 파트 베드(107)의 표면에서 수용할 수 있는 것보다 크게 하여 타겟 표면(104)에 걸쳐 롤러(118)의 이동으로 분말이 다소 초과하게 되게 하는 것이 바람직하며, 이러한 것은 파트 피스톤(106)이 낮아지는 챔버(102)의 바닥 아래의 거리보다 큰거리만큼 챔버(102)의 바닥 위로 공급 피스톤(114)을 상승시켜(예를 들면, 10밀 대 5밀) 달성된다. 또한 챔버(102) 내에서 롤러(118)의 병진에 대해 롤러(118)의 역회전을 종속 작동시켜, 병진속도에 대한 회전속도의 비가 일정하게 되게 하는 것이 바람직하다. DTM사로부터 입수할 수 있는 SINTERSTATION 2500 시스템에서 사용되는 것과 같이, 효율적이고 적응성 있는 분말 배달의 목적을 위해, 파트 피스톤(106)의 어느 일 측에 2개의 분말 피스톤(114)을 설치하는 것이 바람직하다.
원하는 물품 혹은 물품들의 단면의 제작은 레이저(110)에 의해 달성되는데, 이 레이저는 전술한 미국특허들에 기술되어 있고 도 2에 관하여 이제 설명될 방식으로 스캐닝 시스템(142)에 의해 지향되는 빔을 제공한다. 레이저(110)는, 레이저 자체 외에도, 예를 들면 전방 거울 조립체, 및 이를테면 발산렌즈 및 수렴렌즈와 같은 집점요소들을 포함하여 전술한 미국특허 제4,863,538호에 기술된 바와 같은 기존의 제어 요소들을 포함한다. 사용되는 레이저(110)의 유형은 많은 인자들에 따르는데 특히 소결될 분말의 유형에 따른다. 많은 유형의 기존의 분말에 대해서, 바람직한 레이저는 제어가능한 파워 출력의 50와트 CO2형 레이저이다. 레이저(110)는 온 되었을 때 대체로 도 2에 화살표로 나타낸 경로를 통해 주행하는 레이저 빔(105)을 방출한다.
컴퓨터(140) 및 스캐닝 시스템(142)은 레이저 빔(105)이 타겟 표면(104)에 부딪칠 때 빔의 방향을 제어하기 위해 포함된다. 본 발명의 이러한 바람직한 실시예에서, 컴퓨터(140)는 스캐닝 시스템(142)용 제어 마이크로프로세서를 포함하며 제작할 물품 또는 물품들의 크기를 정하기 위해서 슬라이스마다의 CAD/CAM 데이터베이스를 저장하는 시스템을 더 포함한다. 펜티엄급 마이크로프로세서에 기반을 두고 부동점 능력을 포함하는 개인용 컴퓨터 등의 통상의 개인용 컴퓨터 워크스테이션이 본 발명의 바람직한 실시예에서 컴퓨터(140)로부터 사용에 적합하다. 컴퓨터(140)는 현재의 분말층에 제작될 물품의 단면에 따라 타겟 표면(104)에 걸쳐 레이저 빔(105)을 지향시키기 위해서 스캐닝 시스템(142)에서 라인(AIM)을 통해 스캐너 프로세서(103)에 신호를 발생한다.
스캐닝 시스템(142)은 레이저 빔(105)의 주행경로를 재지향시키기 위한 프리즘(144)을 포함하며, 적합한 위치로 레이저 빔(105)을 지향시키는데 필요한 프리즘(144)의 개수는 장치의 물리적인 배치에 근거한다. 대안으로, 이 기술에 공지된 바와 같이, 시스템(100)의 특정한 배치에 따라, 레이저 빔(105)의 지향에 있어 프리즘(144) 대신에 하나 이상의 고정된 거울을 사용할 수 있다. 스캐닝 시스템(142)은 각각의 검류계(148, 149)로 구동되는 한 쌍의 거울(146, 147)을 더 포함한다. 검류계(148, 149)는 거울(146, 147)이 선택적으로 방위를 취하도록 각각의 거울(146, 157)에 결합되고, 레이저 빔(105)의 조준을 제어한다. 검류계(148, 149)는 서로에 대해 수직하게 되게 장착됨으로써 거울(146, 147)이 서로에 대해 명목상 직각으로 장착된다. 스캐닝 시스템(142) 내 스캐너 프로세서(103)는 타겟 표면(104)에 분말층에 형성될 물품의 단면을 정하는 저장된 CAD/CAM 데이터베이스에 따라 발생되는 컴퓨터(140)로부터의 라인(AIM)상의 신호들에 응답하여, 타겟표면(104) 내에 레이저 빔(105)의 조준을 제어하기 위해 검류계(148, 149)의 동작을 제어한다.
더욱이, 컴퓨터(140)는 레이저(110)가 온 되었을 때 이 레이저(110)에 의해 가해질 원하는 레벨의 파워를 지시하도록 라인(DLP)에 레이저 파워 제어 시스템(150)에 신호들을 발생한다. 스캐너 프로세서(103)는 현재의 분말층에 대해 물품의 슬라이스를 나타낸 CAD/CAM 데이터 베이스에 따라 레이저(110)가 턴 온 혹은 턴 오프로 되는 시간을 지시하는 신호를 라인(LON/LOFF_)에 발생한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 스캐너 프로세서(103)에 의해 발생된 하나 이상의 라인(FB) 상의 피드백 신호들과 조합하여 라인(LON/LOFF_)의 신호들은 가해질 순간 파워에 대응하여 라인(LP)에 시변신호를 레이저(110)로 생성하도록 레이저 파워 제어 시스템(150)을 제어한다. 전술한 1997년 5월 30일자로 출원된 미국특허출원 제08/866,600호에 기술된 바와 같이, 라인(FB) 상의 피드백 신호들은 일정한 순간 파워 레벨의 레이저 에너지를 가하기 위해 레이저(110)를 제어할 때 사용하기 위한 검류계(148, 149)의 위치 혹은 속도의 지시를 포함하며, 대안으로 혹은 그에 더하여, 라인(FB) 상의 피드백 신호는 레이저 파워 제어 시스템(150)의 동작에 거들도록, 가해지는 실제 레이저 파워에 대응하는 신호를 포함할 수 있다. 다음 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 파워 제어 시스템(150)은 분말에 원하는 레이저 에너지 플럭스 밀도를 가하도록 레이저(110)를 제어한다. 레이저 파워 제어 시스템(150)을 도 2에 별도의 구성성분으로서 도시하였으나, 레이저 파워 제어 시스템(150)은 원한다면 컴퓨터(140) 혹은 스캐너 프로세서(103) 내에 당연히 구현될 수도 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 레이저 파워 제어시스템(150)을 상세히 기술한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 라인(FB) 상의 피드백 신호 및 라인(DLP) 상의 원하는 레이저 파워 신호는 레이저 파워 제어 시스템(150) 내 레이저 파라미터 생성 회로(152)에 의해 수신된다. 이들 신호에 응답하여, 레이저 파라미터 생성 회로(152)는 레이저(110)에 의해 생성될 원하는 레이저 파워를 지시하는 신호를 라인(PARAM) 상에 생성하며, 라인(PARAM)은 펄스폭 변조 제어회로(154)의 입력에 인가된다. 라인(PARAM) 상의 신호에 응답하여, 펄스폭 변조 제어회로(154)는 후술하는 바와 같이 OR 게이트(158) 및 AND 게이트(160)를 통해 레이저(110)에 인가하기 위해서, 원하는 주파수 및 듀티 사이클의 펄스폭 변조된 펄스를 라인(PWMP) 상에 발생한다. PWM 제어 회로(154)는 어드밴스드 마이크로 디바이시스로부터 입수할 수 있는 Am9513 카운터/타이머 집적회로와 같은, 기존의 회로로 구현될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 따라, 레이저 파워 제어 시스템(150)은 단사 멀티바이브레이터(156)를 더 포함하며, 이것은 레이저(110)가 턴 온 될 것을 지시하는(하이로 활성화되었을 때) 스캐너 프로세서(103)로부터 라인(LON/LOFF_) 상의 게이트 신호를 수신한다. 단사 멀티바이브레이터(156)는 업계에서 많은 출처로부터 구입할 수 있는 이를테면 공지의 555 타이머 회로 및 TTL 74121 패밀리 등의 종래의 회로로 구현될 수 있다. 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생된 펄스의 기간은 레이저(110)의 오프-시간의 최악의 경우를 가정하여, 레이저(110)를 밀도반전으로 펌핑하는데 충분한 기간이 되게 선택된다. 예를 들면, 레이저(110)가 DEOS로부터 구입할 수 있는 LC-50인 경우, 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생되는펄스의 기간은 20㎲ 정도가 바람직하다. 라인(LON/LOFF_)은 AND 게이트(160)의 1입력에 인가되고, 이것은 이의 다른 입력에서 OR 게이트(158)의 출력을 수신하며, OR 게이트(158)는 1입력에 단사 멀티바이브레이터(156)의 출력을 수신하며 이의 다른 출력에서 PWM 제어회로(154)로부터 PWMP를 수신한다. 단사 멀티바이브레이터(156)의 출력은 PWM 제어회로(154)의 네가티브-에지에서 트리거되는 제어입력에 인가되어 PWM 제어회로(154)를 이의 하강에지에서 인에이블되게 한다.
동작에서, 레이저 파라미터 생성회로(152)는 라인(FB, DLP) 상의 신호들에 응답하여 레이저(110)의 동작을 위한 적합한 동작 파라미터를 생성하며, 이들 파라미터는 레이저(110)의 초기 펄스에 대비하여 생성될 수 있다(즉, 라인(LON/LOFF_) 상의 활성 게이트 신호의 수신에 앞서). 예를 들면, 원하는 물품의 단면이 형성될 타겟 표면(104)에 분말영역의 스캔을 시작할 때 스캐너 프로세서(103)가 레이저 펄스 동작을 개시할 때, 라인(LON/LOFF_)은 로우에서 하이로 천이한다. 라인(LON/LOFF_)의 이러한 천이는 단사 멀티바이브레이터(156)로 하여금 이의 출력에서 펄스를 발행하게 한다. 이 펄스는 OR 게이트(158), 따라서 AND 게이트(160)에 인가된다. 라인(LON/LOFF_)는 이 때에 활성화되기 때문에, 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생된 펄스는 레이저(110)로 AND 게이트(160)에 의해 라인(LP)로 보내진다. 라인(LON/LOFF_)의 천이에 응답하여 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생된 펄스 기간동안 PWM 제어회로(154)는 라인(PWMP) 상의 발생하는 펄스들로부터 디스에이블된다(PWM 제어회로(154)가 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해발생된 펄스의 하강에지에 의해 인에이블될 때).
이에 따라, 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 레이저(110)로 발생된 펄스는 라인(LON/LOFF_)을 하이로 구동하는 스캐너 프로세서에 응답하여, 레이저(110)를 턴 온 시키는 초기 펄스로서 제공된다. 이 펄스는 펄스폭 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생된 펄스의 끝에서 시작하는 라인(PWMP) 상에 펄스폭 변조신호의 발생까지 레이저(110)를 밀도반전으로 펌핑한다. 단사 멀티바이브레이터(156)로부터 펄스의 하강에지에서 PWM 제어회로(154)는 라인(PWMP) 상에 PWM 파형의 발생을 시작할 수 있고, 이것은 이어서 라인(LP)을 통해 레이저(110)로 OR 게이트(158) 및 AND 게이트(160)(활성상태에 있는 라인(LON/LOFF_)에 의해 보내진다. 레이저(110)는 이미 단사 멀티바이브레이터(156)로부터 펄스에 의해 밀도반전으로 펌핑되었기 때문에, 레이저(110)는 PWM 제어회로(154)의 제어 하에 원하는 파워에서 레이저 에너지의 방출을 시작한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따라, 작은 "글리치" 혹은 비활성 펄스는 라인(LP)을 통해 레이저(110)로 제공될 수 있으며, 이러한 글리치는 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 발생된 펄스의 끝과 라인(PWMP) 상의 PWM 파형의 초기화 전 사이에 나타난다. 그러나, 이러한 비활성 펄스는 기존의 전자부품의 스위칭 시간 및 레이저(110)의 응답시간을 고려하면 무효한 것으로 생각된다.
도 3에 도시한 특정한 예에 대한 대안으로, PWM 제어회로(154)는 라인(LON/LOFF_) 상의 게이트 신호에 의해서(도 3의 레이저 파워 제어회로(150)의 경우에서처럼, 단사 멀티바이브레이터(156)의 출력의 하강에지에 의해서라기보다는) 트리거 혹은 인에이블될 수 있다. 이러한 대안이 되는 방식에 대해 도 3에 관련하여 전술한 바를 반복할 수 없으나, 이러한 방식은 라인(LON/LOFF_) 상의 게이트 신호가 펄스폭 변조 파형으로 동기화되지 않는 시스템에 관련해서는 유용하다.
그러므로, 본 발명의 제1 실시예에 따라, "신장된" 제1 펄스는 펄스폭 변조된 파형의 초기 펄스로서 레이저(110)에 인가된다. 이 신장된 제1 펄스는 그 기간이 단사 멀티바이브레이터(156)에 의해 정해지는 것으로서, 초기 PWM 펄스가 레이저(110)로부터 레이저 에너지 출력을 발생할 수 있게 레이저(110)의 오프 상태에서 밀도반전으로 레이저(110)를 펌핑한다. 이러한 식으로, 정확한 레이저 에너지 발생은 오프 기간 동안 원하지 않는 레이저 출력의 위험없이 달성된다.
도 4를 참조로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 파워 제어회로(150')를 기술한다. 본 발명의 제2 실시예는 PWM 주파수 및 듀티 사이클의 동적 혹은 프로그램 가능한 제어를 할 수 있게 펄스폭 변조 레이저 제어를 제공함에 있어 특히 이익이 된다. 레이저 파워 제어회로(150')에 대한 다음의 설명은 이산 집적회로들로 구현에 적합한 형태로 제공될 것이며, 그러나, 레이저 파워 제어 회로(150')는 전용 프로그래머블 로직으로, 혹은 마이크로프로세서나 디지털 신호 프로세서(DSP)와 같은 고수준의 명령으로 프로그램된 로직 회로로 실현될 수 있는 것으로 생각되고 이해될 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 파워 제어 회로(150')는 스캐너 프로세서(103)로부터 라인(DLP)을 통해 원하는 레이저 파워신호(예를 들면, 4 내지 20mA 범위의)를 받는 파워 제어 회로(164)를 포함하며, 수동입력(163)은 예를 들면노브, 슬라이드 스위치, 혹은 키보드 입력으로부터 사용자가 정한 입력을 수신하도록 제공된다. 선택된 입력소스(수동입력(163) 혹은 파워 입력회로(164)는 라인(IN)을 구동하며 이것은 아날로그 디지털 변환기(ADC)(168)의 입력에 인가된다. 변환클럭(169)에 의해 발생된 클럭신호에 기초하여 ADC(168)는 레이저(110)의 원하는 파워 레벨에 대응하는 k-비트 디지털 워드를 생성하여, 이 디지털 워드를 펄스폭 메모리(170)(전기적으로 프로그램 가능한 독출전용 메모리, 혹은 EPROM으로서 구성된)에, 그리고 펄스 주기 메모리(172)(EPROM으로서 구성된)로 인가한다. 램프 선택회로(162)는 PWM 듀티 사이클 및 주파수 베이스를 선택할 수 있게 하는 펄스 폭 및 펄스 주기 EPROM(170, 172)에도 인가되는 신호를 생성한다. 펄스폭 EPROM(170) 및 펄스 주기 EPROM(172)의 출력들은 가산기(176, 178)에 각각 인가된다.
레이저 파워 제어회로(150')는 카운터 클럭(175)을 더 포함하며, 이 클럭은 펄스폭 카운터(184) 및 펄스 주기 카운터(188)에 주기적인 신호를 인가하며, 상기 카운터 각각은 카운터 클럭(175)으로부터 신호의 각 주기에 따라 디지털 카운트 워드를 전진시킨다. 펄스폭 비교기(180)는 가산기(176)에 의해 연락된 펄스 폭 EPROM(170)로부터의 펄스폭 값에 대해 펄스폭 카운터(184)에 의해 발생된 카운트값을 비교하고, 펄스 주기 비교기(180)는 가산기(178)에 의해 연락된 펄스 주기 EPROM(172)로부터의 펄스 주기 값에 대해 펄스 주기 카운터(188)에 의해 발생된 카운트값과 비교한다. 가산기(176)로부터 펄스폭 값 미만인 현재의 펄스폭 카운트값에 응답하여, 펄스폭 비교기(180)는 이의 출력에 신호 조정(conditioning)회로(190)를 통해 레이저(110)에 라인(LP) 상의 활성신호를 구동하는 활성신호를 발생한다. 가산기(176)에 의해 수립된 값에 펄스폭 카운트값이 도달하였을 때, 출력신호는 비활성화되고, 가산기(178)에 의해 수립된 값에 펄스 주기 카운트값이 도달하였을 때, 펄스 폭 카운터(184) 및 펄스 주기 카운터(188) 모두 리셋되고, 프로세스는 다음 PWM 사이클 동안 다시 시작한다.
에러신호는 에러 입력 회로(177)에 의해 수신되어, 신호 조정 회로(190)로 보내지며, 이 회로는 스스로 도 4에 도시한 바와 같이 피드백 제어에 사용하기 위한 추가 에러 신호들을 생성한다.
본 발명의 제2 실시예에 따라, 레이저 파워 제어회로(150')는 펄스 신장 회로(166) 및 멀티플렉서(174)를 더 포함한다. 제1 펄스 신장 회로(166)는 펄스폭 변조 과정에 의해 결정하게 되는 것으로부터 초기 레이저 펄스가 길어지는 시간길이(카운터 클럭(175)로부터 클럭신호의 기간들 내)에 대응하는 디지털 워드를 보유하는 단순히 레지스터 혹은 다른 디지털 기억장치이다. 예를 들면, 카운터 클럭(175)이 66.67MHz에서 동작하는 DEOS LC-50 레이저(110)에 대한 20㎲ 펄스의 생성은 제1 펄스 신장 회로(166)에 저장된 535h의 디지털 워드에 의해 구현될 수 있다. 제1 펄스 신장 회로(166)의 출력은 멀티플렉서(174)의 1입력에 인가되며, 이 멀티플렉서는 이의 다른 입력에서 "제로" 값을 수신한다. 멀티플렉서(174)는 게이트(165)에 의해 제어되며, 이 게이트는 이의 이력에서 스캐너 프로세서(103)으로부터 게이팅 신호(LON/LOFF_)를 수신하며, 게이트(165)는 PWM 파형의 초기 펄스의 존재를 나타내도록, 멀티플렉서(174), 펄스 폭 카운터(184), 및 펄스 주기 카운터(188)에 인가되는 게이트 신호를 라인(GATE)에 생성한다. 게이트(GATE) 상의 이 신호는 또한 신호 조정 회로(190)에 인가된다. 멀티플렉서(174)는 또한 이하 상세히 기술되는 바와 같이 펄스폭 비교기(180)에 의해 제어된다. 라인(FST) 상의 멀티플렉서(174)의 출력은 도 4에 도시한 바와 같이, 가산기(176, 178)에 인가된다.
동작에서, 레이저 파워 파라미터는 램프 선택기(162)로부터의 램프 선택신호에 응답하여, 그리고 ADC(168)에 의해 디지털 형태로 변환된 라인(IN)(수동입력(163 혹은 파워입력(164) 어느 하나로부터) 상의 입력 파워 신호에 응답하여, 펄스 폭 EPROM(170) 및 펄스 주기 EPROM(172)에 의해 발생된다. ADC(168)로부터의 디지털 워드는 펄스 폭 EPROM 및 펄스 주기 EPROM(170, 172) 각각에 인가되며, EPROM(170, 172)로부터의 출력들은 각각 가산기(176, 178)에 인가된다. 레이저 파라미터의 이러한 설정은 PWM 파형의 초기화에 앞서 달성될 수도 있다.
도 1 및 도 2의 선택적 레이저 소결 예에서, 타겟 표면(105)에 분말의 부분의스캔 시작에서, 게이트(165)는 레이저(110)가 턴 온 될 것을 지시하는(턴 오프 된 후에), 활성상태의 신호(LON/LOFF_)를 수신한다. 이번엔 게이트(165)는 라인(FST), 및 따라서 가산기(176, 178)에 인가하기 위한 제1 펄스 신장회로(166)의 출력을 선택하도록 멀티플렉서(174)를 제어하기 위해 라인(GATE)에 신호를 발행한다. 라인(GATE) 상의 이 신호는 또한 펄스폭 카운터(184) 및 펄스 주기 카운터(188)에 보내져 각각을 리셋한다. 카운터 클럭(174)는 펄스 폭 카운터(184) 및 펄스 주기 카운터(188)의 카운트값들을 진전시켜, 이들 카운트값들을 펄스 폭비교기(180) 및 펄스 주기 비교기(182)에 각각 인가한다. 멀티플렉서(174)가 제1 펄스 신장 회로(166)의 출력을 가산기(176, 178)에 인가하는 중인, 신호(LON/LOFF_)가 활성화된 후에 이러한 제1 펄스 동안, 펄스 폭 비교기(180) 및 펄스 주기 비교기(182)가 펄스폭 카운터(184)의 카운트값과 펄스 주기 카운터(188)의 카운트값에 비교되는 값들은 펄스 폭 EPROM 및 펄스 주기 EPROM(170, 172)에 의해 결정된 값들로부터 증가된다. 증가량은 물론 라인(FST) 상의 제1 펄스 신장 회로(166) 및 멀티플렉서(174)에 의해 나타난 값에 의해 결정된다. 결국, 라인(LP)을 통해 레이저(110)에 인가하기 위해, 펄스 폭 비교기(180)에 의해 발생되고 신호 조정 회로(190)에 인가되는 펄스의 기간은 제1 펄스 신장 회로(166)에 의해 명시된 양만큼 길어지고, 펄스 기간은 가산기(178)의 동작을 통해 이러한 동일한 양만큼 길어진다.
이러한 길어진, 혹은 "신장된", 초기 레이저 펄스는 레이저 출력이 제1 펄스의 끝 가까이에서 얻어지도록 레이저 매질을 밀도반전으로 펌핑하도록 레이저(110)에 인가되고, 이에 따라 제1 펄스로부터 얻어진 레이저 에너지량의 정확성은 특히 레이저가 초기 펄스에서 출력을 개시하지도 않는 종래의 구성에 비해 개선된다. 일단 밀도반전이 얻어지면, 후속하는 PWM 파형의 펄스들은 정확하게 원하는 레이저 출력을 발생한다.
펄스 주기 비교기(182)에 의해 결정된, 제1 펄스 주기의 완료시, 펄스 폭 카운터(184) 및 펄스 주기 카운터(188)는 리셋되고, 이들 각각의 카운트는 카운터 클럭(175)으로부터 클럭의 각 주기에 따라 다시 시작한다. 그러나, 펄스 폭비교기(180)에 의해 발생된 제2 ( 및 연이은) 펄스들에서, 멀티플렉서(174)는 제1 펄스 신장 회로(166)(제1 펄스의 경우에서처럼)로부터의 값보다는, 라인(FST)을 통해 가산기(176, 178)에 인가하기 위해 "제로" 값을 선택하도록 제어된다. 따라서, EPROM(170, 172)로부터의 펄스 폭 및 펄스 주기 값들은 PWM 파형에서 제2 및 추가 펄스들에 대해 비교기(180) 및 펄스 주기 비교기(182)에 의해 사용되며, 이에 따라, 펄스 "신장"은 제1 펄스만에 적용되고 후속되는 펄스들엔 적용되지 않는다. 이러한 동작은 스캐너 프로세서(103)에 의해 비활성으로 구동되는 라인(LON/LOFF_)에 의해 지시되는 것으로, 레이저(110)가 턴 오프 될 때까지 계속된다.
그러므로, 이러한 본 발명의 제2 실시예에 따라, PWM 펄스열의 초기 펄스는 전술한 바와 같이, 제1 펄스 신장회로(166)에 의해 정해진 기간만큼 "신장"되며, 이러한 신장의 원하는 기간은 프로그램가능하게 선택되어 제1 펄스 신장회로(166)에 저장될 수 있다. 이러한 제1 펄스의 신장으로 레이저가 이전이 턴 오프된 시간길이에 관계없이 초기 PWM 펄스로부터 확실하게 밀도반전이 되고 레이저가 출력된다. 이러한 식으로, 종래의 "티클" 방식에서 일어날 수 있는 오프 기간 동안 원하지 않는 레이저 출력의 위험없이 그리고 Q-스위칭의 비용없이, 모든 사이클에서 정확한 레이저 에너지 생성이 달성된다.
그러므로, 전술한 실시예 각각에서, 개선된 레이저 정확성이 비교적 낮은 비용으로 얻어진다. 이 개선된 정확성은 특히 선택적 레이저 소결, 스테레오리소그래피, 및 적층체 제조 등, 신속한 프로토타이핑 응용에서의 응용들을 포함하여, 어떤 응용에서 특히 중요하다. 이러한 응용에서, 초기 레이저 펄스로부터 신뢰성 있는 레이저 에너지 생성으로 형성되는 물품의 치수 및 모양에 고 충실성 및 뿐만 아니라 물품 전체를 통해 일관성 있는 구조적 강도가 확보된다.
본 발명을 이의 바람직한 실시예에 따라 기술하였으나, 이 발명의 효과 및 잇점을 얻는 이들 실시예의 수정 및 대안예는 상세한 설명 및 도면을 참조로 이 기술에 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것으로 생각된다. 이러한 수정 및 대안예는 청구된 본 발명의 정신 내에 있다.

Claims (17)

  1. 레이저 파워 제어 시스템에 있어서,
    원하는 레이저 파워 신호에 응답하여 레이저 파워 파라미터를 생성하는 회로;
    상기 생성회로로부터의 레이저 파워 파라미터들에 응답하여 레이저에 인가될 일련의 펄스들을 발생하는 PWM 회로; 및
    상기 레이저가 턴 온 될 것을 지시하는 게이트 신호에 응답하여 상기 레이저에 인가될, 선택된 지속 기간의, 제1 레이저 펄스를 발생하는 초기 펄스 회로를 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는,
    상기 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 레이저 펄스를 발생하는 단사 멀티바이브레이터; 및
    상기 단사 멀티바이브레이터 및 상기 PWM 회로에 결합된 입력들을 구비하고, 상기 입력들 중 어느 한 입력에서 발생된 펄스를 제공하는 출력을 구비한 논리합 함수를 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 논리합 함수의 출력에 결합된 입력을 구비하고 상기 게이트 신호를 수신하는 입력을 구비하며, 상기 게이트 신호가 활성화되었을 때의기간동안 상기 단사 멀티바이브레이터 또는 상기 PWM 회로 중 어느 하나로부터의 펄스를 제공하는 출력을 구비한 논리곱 함수를 더 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 PWM 회로는 상기 단사 멀티바이브레이터의 출력에 결합된 인에이블 입력을 구비한 레이저 파워 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 PWM 회로는 상기 단사 멀티바이브레이터에 의해 발생된 상기 제1 레이저 펄스의 끝에 응답하여 인에이블되는 레이저 파워 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는, 레이저의 초기 펄스가 상기 레이저 파라미터에 의해 지시된 것으로부터 신장된 선택된 지속기간에 대응하는 값을 저장하는 제1 펄스 신장 저장 장치를 포함하며,
    상기 PWM 회로는,
    각각의 PWM 펄스의 지속 기간을 결정하는 펄스 폭 제한 회로; 및
    상기 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 펄스 신장 저장 장치로부터 선택된 지속 기간을 상기 펄스 폭 제한 회로에 의해 결정된 지속 기간에 가산하는 펄스 폭 가산기를 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 PWM 회로는,
    카운터 클럭; 및
    레이저에 의해 사용하기 위한 PWM 파형을 제공하는 신호 출력 회로를 더 포함하며, 상기 펄스 폭 제한 회로는,
    상기 카운터 클럭에 의해 발생된 클럭신호에 응답하여 펄스 폭 카운트를 진행시키는 펄스 폭 카운터;
    입력에서 원하는 레이저 파워 신호를 수신하여, 그에 응답하는 펄스 폭 값을 펄스 폭 가산기에 제공하는 펄스 폭 메모리; 및
    펄스 폭 가산기의 결과와 펄스 폭 카운트값을 비교하며, 펄스 폭 가산기의 결과 미만의 펄스 폭 카운트값에 응답하여 신호 출력 회로에 펄스 신호를 발생하는 펄스 폭 비교기를 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 PWM 회로는,
    상기 카운터 클럭에 의해 발생된 클럭 신호에 응답하여 펄스 기간 카운트를 진행시키는 펄스 기간 카운터;
    입력에서 원하는 레이저 파워 신호를 수신하여, 그에 응답하여 펄스 주기 값을 제공하는 펄스 주기 메모리;
    상기 게이트 신호에 응답하여, 상기 제1 펄스 신장 저장 장치로부터의 선택된 지속기간을 상기 펄스 주기 메모리에 의해 결정된 지속기간에 가산하는 펄스 주기 가산기; 및
    상기 펄스 주기 가산기의 결과와 상기 펄스 주기 카운트값을 비교하고, 상기펄스 주기 가산기의 결과에 도달한 펄스 주기 카운트값에 응답하여 상기 펄스 폭 카운터 및 상기 펄스 주기 카운터를 리셋하는 펄스 주기 비교기를 더 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는,
    상기 제1 펄스 신장 저장 장치에 결합된 제1 입력을 구비하며, 제로로 설정된 제2 입력을 구비하고, 상기 펄스 폭 가산기 및 상기 펄스 주기 가산기에 결합된 출력을 구비한 멀티플렉서로서, 레이저가 턴 온 될 것을 지시하는 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 입력을 선택하도록 상기 게이트 신호에 의해 제어되며, 제2 펄스를 발행하는 상기 펄스 폭 비교기에 응답하여 상기 제2 입력을 선택하도록 상기 펄스 폭 비교기에 의해 제어되는 상기 멀티플레서를 더 포함하는 레이저 파워 제어 시스템.
  10. 신속 프로토타이핑 시스템에 있어서,
    가용성(fusible) 물질의 타겟 표면을 규정하는 상기 가용성 물질용 용기;
    상기 타겟표면에서 상기 가용성 물질의 조사된(irradiated) 위치들을 용화시키는데 적합한 파장의 레이저 에너지를 방출하는 레이저;
    제작될 물품의 단면에 대응하는 타겟 표면의 선택된 위치들에 레이저 에너지를 지향시키는 레이저 지향 제어 시스템; 및
    데이터 파워 제어 시스템을 포함하며,
    상기 레이저 파워 제어 시스템은,
    원하는 레이저 파워 신호에 응답하여 레이저 파워 파라미터를 발생하는 회로,
    상기 발생회로로부터 레이저 파워 파라미터에 응답하여 레이저에 인가될 일련의 펄스를 발생하는 PWM 회로; 및
    레이저가 턴 온 될 것을 지시하는 게이트 신호에 응답하여 레이저에 인가된, 선택된 기간의, 제1 레이저 펄스를 발생하는 초기 펄스 회로를 포함하는, 신속 프로토타이핑 시스템
  11. 제10항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는,
    상기 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 레이저 펄스를 발생하는 단사 멀티바이브레이터; 및
    상기 단사 멀티바이브레이터 및 상기 PWM 회로에 결합된 입력들을 구비하고, 레이저에 결합된 출력을 구비한 논리합 함수을 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 논리합 함수의 출력에 결합된 입력을 구비하고 상기 게이트 신호를 수신하는 입력을 구비하며, 상기 레이저에 결합된 출력을 구비한 논리곱 함수을 더 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 PWM 회로는 상기 단사 멀티바이브레이터의 출력에 결합된 인에이블 입력을 구비한 신속 프로토타이핑 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는, 레이저의 초기 펄스가 상기 레이저 파라미터에 의해 지시된 것으로부터 신장된 선택된 가속기간에 대응하는 값을 저정하는 제1 펄스 신장 저장 장치를 포함하며,
    상기 PWM 회로는,
    각각의 PWM 펄스의 지속기간을 결정하는 펄스 폭 제한 회로; 및
    상기 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 펄스 신장 저장 장치로부터 선택된 지속기간을 상기 펄스 폭 제한 회로에 의해 결정된 가속기간에 가산하는 펄스 폭 가산기를 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 PWM 회로는,
    카운터 클럭; 및
    레이저에 의해 사용하기 위한 PWM 파형을 제공하는 신호 출력 회로를 더 포함하며, 상기 펄스 폭 제한 회로는,
    상기 카운터 클럭에 의해 발생된 클럭신호에 응답하여 펄스 폭 카운트를 진행시키는 펄스 폭 카운터;
    입력에서 원하는 레이저 파워 신호를 수신하여, 그에 응답하는 펄스 폭 값을 펄스 폭 가산기에 제공하는 펄스 폭 메모리; 및
    펄스 폭 가산기의 결과와 펄스 폭 카운트값을 비교하며, 펄스 폭 가산기의 결과 미만의 펄스 폭 카운트값에 응답하여 신호 출력 회로에 펄스 신호를 발생하는 펄스 폭 비교기를 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 PWM 회로는,
    상기 카운터 클럭에 의해 발생된 클럭 신호에 응답하여 펄스 기간 카운트을 진행시키는 펄스 주기 카운터;
    입력에서 원하는 레이저 파워 신호를 수신하여, 그에 응답하여 펄스 주기 값을 제공하는 펄스 주기 메모리;
    상기 게이트 신호에 응답하여, 상기 제1 펄스 신장 저장 장치로부터의 선택된 지속기간을 상기 펄스 주기 메모리에 의해 결정된 지속기간에 가산하는 펄스 주기 가산기; 및
    상기 펄스 주기 가산기의 결과와 상기 펄스 주기 카운트값을 비교하고, 상기 펄스 주기 가산기의 결과에 도달한 펄스 주기 카운트값에 응답하여 상기 펄스 폭 카운터 및 상기 펄스 주기 카운터를 리셋하는 펄스 주기 비교기를 더 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 초기 펄스 회로는,
    상기 제1 펄스 신장 저장 장치에 결합된 제1 입력을 구비하며, 제로로 설정된 제2 입력을 구비하고, 상기 펄스 폭 가산기 및 상기 펄스 주기 가산기에 결합된출력을 구비한 멀티플렉서로서, 레이저가 턴 온 될 것을 지시하는 게이트 신호에 응답하여 상기 제1 입력을 선택하도록 상기 게이트 신호에 의해 제어되며, 제2 펄스를 발행하는 상기 펄스 폭 비교기에 응답하여 상기 제2 입력을 선택하도록 상기 펄스 폭 비교기에 의해 제어되는 상기 멀티플레서를 더 포함하는 신속 프로토타이핑 시스템.
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