KR20200058283A - 레이저장치용 전원장치 - Google Patents

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KR20200058283A
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히데마사 야마구치
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

신뢰성을 높인 레이저장치를 제공한다.
고주파전원(400)은, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 용량을 포함하는 공진회로(210)에 고주파전압(VRF)을 인가한다. 과전압억제회로(500)는, 공진회로(210)의 양단 간의 과전압을 억제한다. 이상검출기(600)는, 이상을 검출하면 고주파전원(400)으로부터의 고주파전압(VRF)의 인가를 정지시킨다.

Description

레이저장치용 전원장치{Power Supply Apparatus for Laser Apparatus}
본 발명은, 전원장치에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 11월 19일에 출원된 일본 특허출원 제 2018-216527호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
산업용 가공툴로서, 레이저가공장치가 널리 보급되어 있다. 레이저가공장치에는, CO2 레이저 등의 고출력의 가스레이저가 사용된다. 도 1은, 레이저장치(100R)의 블록도이다. 레이저장치(100R)는, 레이저공진기(200) 및 전원장치(250R)를 구비한다. 레이저공진기(200)는, 한 쌍의 방전전극(202, 204), 전반사경(206), 부분반사경(208)을 구비한다.
한 쌍의 방전전극(202, 204)은, CO2 등의 레이저매질가스가 충전된 가스챔버 내에 마련된다. 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에는, 정전용량(C)이 존재한다. 이 정전용량(C)과 인덕터(L)(인덕터소자 혹은 기생(寄生)인덕터)는, 공진주파수 fRES를 갖는 공진회로(210)를 형성한다.
전원장치(250R)는, 고주파전압(VRF)을 공진회로(210)에 인가한다. 고주파전압(VRF)의 주파수 fRF(이하, 동기주파수라 함)는, 공진회로의 주파수 fRES의 근방으로 설정된다. 고주파전압(VRF)이 인가됨으로써, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에 방전전류가 흐른다. 방전전류에 의하여 레이저매질가스가 여기되고, 반전분포가 형성된다. 유도방출광은, 전반사경(206)과 부분반사경(208)이 형성하는 광공진기 내를 왕복하고, 레이저매질가스를 통과함으로써 증폭된다. 증폭된 광의 일부가 부분반사경(208)으로부터 출력으로서 취출된다.
전원장치(250R)는, 안정화된 직류전압(VDC)을 생성하는 직류전원(300)과, 직류전압(VDC)을 고주파전압(VRF)으로 변환하는 고주파전원(400)을 구비한다.
특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2018-39032호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 2015-32746호
본 발명자들은, 도 1의 레이저장치(100R)에 대하여 검토한 결과, 이하의 과제를 인식하기에 이르렀다.
방전전극(202나 204)에 있어서 접촉불량 등이 발생하면, 개방상태로 운전하게 된다. 개방상태에서는, 정전용량(C)이 매우 작아지기 때문에, 공진회로의 공진주파수가 매우 높은 값 fRES'가 된다. 이 상태에서, 동기주파수 f0(f0＜fRES')의 고주파전압(VRF)을 계속 인가하면, 공진주파수 fRES'에 있어서, 고주파전압(VRF)의 진폭을 초과하는 매우 높은 전압이 발생한다. 이 고전압이 고주파전원(400)의 내부의 반도체소자(즉 파워트랜지스터)에 인가되면, 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 이러한 상황에 있어서 이루어진 것으로, 그 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 신뢰성을 높인 레이저장치의 제공에 있다.
본 발명의 일 양태는, 한 쌍의 방전전극을 포함하는 레이저공진기를 구동하는 전원장치에 관한 것이다. 전원장치는, 한 쌍의 방전전극의 용량을 포함하는 공진회로에 고주파전압을 인가하는 고주파전원과, 공진회로의 양단 간, 혹은 고주파전원의 내부노드의 과전압을 억제하는 과전압억제회로와, 과전압억제회로와 직렬인 스위치와, 이상을 검출하면, 스위치를 온시키는 이상검출기를 구비한다.
여기에서 말하는 "이상(異常)"은, 전원장치 내에 과전압을 발생시킬 수 있는 이상이다. 과전압억제회로를 마련함으로써, 공진회로의 공진주파수가 설계값으로부터 크게 벗어난 경우에, 과전압을 억제할 수 있어, 고주파전원 등에 포함되는 반도체소자를 보호할 수 있다. 또 과전압이 발생하지 않는 상황에서는, 스위치를 오프시켜 둠으로써, 과전압억제회로에 리크전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 또 리크전류에 기인하는 노이즈를 억제할 수 있다.
레이저공진기의 케이스체는 어스선을 통하여 접지되어도 된다. 이상검출기는, 어스선에 흐르는 전류에 근거하여, 이상을 검출해도 된다.
레이저공진기의 케이스체는 어스선을 통하여 접지되어 있고, 이상검출기는, 케이스체의 전위에 근거하여, 이상을 검출해도 된다.
전원장치는, 이상검출기가 이상을 검출하면, 외부에 통지하는 통지수단을 더 구비해도 된다.
고주파전원은, 인버터와, 인버터의 출력과 접속되는 1차 권선 및 레이저공진기와 접속되는 2차 권선을 갖는 트랜스를 포함해도 된다. 과전압억제회로는, 트랜스의 1차 권선과 접속되어도 된다.
과전압억제회로는, 전압서프레서, 서지방호디바이스, 가스어레스터(서지어레스터) 중 적어도 하나를 포함해도 된다.
과전압억제회로는, 직렬로 접속되는 복수의 소자를 포함해도 된다. 개개의 소자의 정전용량이 큰 경우에, 그들을 직렬로 접속함으로써, 과전압억제회로의 정전용량을 작게 할 수 있다.
과전압억제회로는, 용량이 한 쌍의 방전전극의 용량의 1/10 이하인 커패시터를 포함해도 된다. 이 경우, 커패시터가 부하가 되기 때문에, 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
과전압억제회로는, LCR부하를 포함해도 된다. 이 경우, 방전전극에 이상이 발생하여 개방상태가 되어도, LCR부하에 의하여 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 레이저장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 레이저장치의 블록도이다.
도 2는 실시형태에 관한 레이저장치의 블록도이다.
도 3의 (a), (b)는, 이상검출기의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 4의 (a)~(d)는, 과전압억제회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 전원장치의 구체적인 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 레이저장치를 구비하는 레이저가공장치를 나타내는 도이다.
도 7의 (a), (b)는, 과전압억제회로의 배치의 변형예를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시형태를 근거로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절히 중복되는 설명은 생략한다. 또, 실시형태는, 발명을 한정하는 것이 아니라 예시이며, 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.
도 2는, 실시형태에 관한 레이저장치(100)의 블록도이다. 레이저장치(100)는, 레이저공진기(200)와 전원장치(250)를 구비한다.
도 2에 있어서, 레이저공진기(200)는 등가회로로서 나타난다. 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에는, 정전용량(C)와, 저항성분(R)이 포함된다. 정전용량(C)은, 인덕터(L)와 함께 공진회로(210)를 형성한다. 이 공진회로(210)의 공진주파수를 fRES라 한다. 인덕터(L)는, 인덕터부품 및 배선이나 기판의 기생인덕턴스 중 적어도 일방을 포함한다.
전원장치(250)는, 고주파전압(VRF)을 공진회로(210)에 인가한다. 고주파전압(VRF)의 주파수 fRF(이하, 동기주파수라 함)는, 공진회로의 주파수 fRES 근방으로 설정된다. 고주파전압(VRF)이 인가됨으로써, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 사이에 방전전류가 흐른다. 방전전류에 의하여 레이저매질가스가 여기되고, 반전분포가 형성된다.
전원장치(250)는, 직류전원(300), 고주파전원(400), 과전압억제회로(500), 스위치(SW1), 이상검출기(600), 통지수단(610)을 구비한다. 직류전원(300)은, 그 출력이 한 쌍의 DC링크(310)와 접속되어 있고, DC링크(310)에 소정의 전압레벨로 안정화된 직류전압(DC링크전압이라고도 함)(VDC)을 발생시킨다.
고주파전원(400)의 입력은, DC링크(310)와 접속되어 있고, DC링크전압(VDC)을 받는다. 고주파전원(400)은, 공진주파수 fRES와 동일한 주파수(동기주파수) fRF를 갖는 고주파전압(VRF)을 발생시켜, 레이저공진기(200)에 공급한다. 고주파전원(400)의 구성은 한정되지 않지만, 직류전압(VDC)을 교류전압(VAC)으로 변환하는 H브리지회로(인버터)(402)와, H브리지회로(402)의 출력전압(VAC)을 승압하는 승압트랜스(404)를 포함할 수 있다.
과전압억제회로(500)는, 공진회로(210)의 양단 간, 혹은 고주파전원의 내부노드의 과전압을 억제 가능하게 구성된다. 도 2에 있어서, 과전압억제회로(500)는, H브리지회로(402)와 승압트랜스(404)의 접속노드에 접속되어 있으며, 승압트랜스(404)의 1차측 전압의 과전압을 억제 가능하게 되어 있다.
스위치(SW1)는, 과전압억제회로(500)의 전류경로를 차단하기 위하여, 과전압억제회로(500)와 직렬로 마련된다.
이상검출기(600)는, 레이저장치(100)의 이상을 검출하면, 이상검출신호(SABN)를 어서트(assert)하고, 스위치(SW1)를 온시킨다. 여기에서 말하는 "이상"은, 전원장치(250) 내에 과전압을 발생시킬 수 있는 이상, 바꾸어 말하면 공진주파수를 설계값보다 높게 시프트시키는 이상이며, 예를 들면 방전전극(202, 204)의 접촉불량, 인덕터(L)의 어긋남, 그들을 접속하는 배선의 어긋남, 배선의 단선(오픈) 혹은 열화에 의한 임피던스의 증가가 예시된다. 다만 전원장치(250)는, 이상이 발생한 후에 이상검출신호(SABN)를 어서트해도 되고, 이상의 전조가 나타난 단계에서 이상검출신호(SABN)를 어서트해도 된다.
통지수단(610)은, 이상검출기(600)에 의한 이상검출을 외부에 통지한다. 예를 들면 통지수단(610)은, 버저나 램프, 디스플레이 등, 유저에 대한 직접적인 통지수단이어도 된다.
혹은 통지수단(610)은, 버저, 램프, 디스플레이를 제어하는 시스템측의 컨트롤러와 접속되는 인터페이스여도 된다. 이 경우, 통지수단(610)은, 유저에 대하여, 간접적으로 이상의 발생을 통지해도 된다. 이 경우에 있어서, 시스템측의 컨트롤러는, 이상발생의 통지를 트리거로 하여 적절한 타이밍에 적절한 보호처치를 실행할 수 있다.
이상이 전원장치(250)의 기본구성이다. 계속해서 그 동작을 설명한다.
레이저장치(100)에 이상(혹은 그 전조)이 발생하면, 이상검출기(600)는 이상검출신호(SABN)를 어서트하고, 스위치(SW1)를 온시킨다. 이로써 과전압억제회로(500)가 고주파전원(400)에 접속되어, 과전압억제회로(500)가 접속되는 노드 간의 과전압이 억제된다.
한편, 레이저장치(100)의 정상상태에 있어서는, 이상검출기(600)가 이상검출신호(SABN)를 니게이트(negate)하고 있으며, 스위치(SW1)는 오프이다. 따라서 과전압억제회로(500)는 고주파전원(400)으로부터 분리된다.
이상이 전원장치(250)의 동작이다. 이 전원장치(250)에 의하면, 과전압억제회로(500)를 마련함으로써, 공진회로(210)의 공진주파수 fRES가 설계값으로부터 크게 벗어난 경우에, 과전압을 억제할 수 있어, 고주파전원(400) 등에 포함되는 반도체소자를 보호할 수 있다. 또 과전압이 발생하지 않는 상황에서는, 스위치(SW1)를 오프시켜 둠으로써, 과전압억제회로(500)에 리크전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 또한 리크전류에 기인하는 노이즈를 억제할 수 있다.
본 발명은, 도 2의 블록도나 회로도로서 파악되거나, 혹은 상술한 설명에서 유도되는 다양한 장치, 방법에 이르는 것이며, 특정 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 범위를 좁히기 위해서가 아니라, 발명의 본질이나 동작의 이해를 돕고 또 그것을 명확화하기 위하여, 보다 구체적인 구성예나 실시예를 설명한다.
·이상검출기(600)에 대하여
이상검출기(600)의 검출속도가 느리면, 스위치(SW1)의 턴온이 지연되고, 지연시간 동안, 과전압이 발생하게 되어 바람직하지 않다. 따라서 이상검출기(600)에는, 과전압억제회로(500)가 유효하게 작용해야 할 타이밍(즉 실제로 과전압이 발생하는 타이밍)보다 빨리, 이상검출신호(SABN)를 어서트할 것이 요구된다. 그래서 이하에서는, 고속의 이상검출기(600)에 대하여 설명한다.
도 3의 (a), (b)는, 이상검출기(600)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 레이저공진기(200)는, 금속의 케이스체(가스챔버)(220)로 덮여 있으며, 케이스체(220)는, 어스선(222)을 통하여 접지된다.
도 3의 (a)의 이상검출기(600)는, 어스선(222)에 흐르는 전류(Ix)에 근거하여, 이상의 유무를 판정한다. 보다 구체적으로는, 어스선에 흐르는 전류(Ix)의 진폭이 소정의 임계값을 넘으면, 이상으로 판정할 수 있다.
도 3의 (b)의 이상검출기(600)는, 케이스체(220)의 대접지전위(Vx)에 근거하여, 이상의 유무를 판정한다. 보다 구체적으로는, 전위(Vx)의 진폭이 소정의 임계값을 넘으면, 이상으로 판정할 수 있다.
이상이 이상검출기(600)의 구성예이다. 계속해서 이상검출기(600)의 동작원리를 설명한다. 방전전극(202)과 케이스체(220)의 사이, 방전전극(204)과 케이스체(220)의 사이에는 기생용량(Cp)이 존재한다. 레이저공진기(200)가 정상일 때, 설계한 공진주파수 fRES의 전류가 레이저공진기(200)(전극(202, 204) 사이)로 흘러, 기생용량(Cp)의 영향은 무시할 수 있다. 이 때 기생용량(Cp) 및 어스선(222)에 흐르는 전류(Ix)는 실질적으로 제로이며, 또 케이스체(220)의 전위(Vx)는 실질적으로 접지전압과 동일하다.
방전전극(202)이나 방전전극(204)에 접속되는 배선이 단선되거나, 혹은 임피던스가 증대하면, 공진회로(210)의 공진주파수가 설계값보다 높아져, 고주파의 전류가 흐른다. 고주파의 전류는, 용량값이 작은 기생용량(Cp)을 경유하여 어스선(222)에 흐른다. 이로써, 케이스체(220)의 전위(Vx)가 비(非)제로가 된다.
도 3의 (a), (b)의 이상검출기(600)에 의하면, 공진회로(210)의 공진주파수의 시프트를 고속으로 검출할 수 있어, 실제로 전원장치(250)의 내부에서 과전압이 발생하기 전에(혹은 발생했다고 해도 즉시), 스위치(SW1)를 턴온시킬 수 있다.
다만, 이상검출기(600)의 이상검출의 방법은 이것에 한정되지 않는다. 응답성이 낮은 방식을 이용하는 대신에, 이상판정의 임계값을 엄격하게 설정해도 된다.
도 4의 (a)~(d)는, 과전압억제회로(500)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 4의 (a)의 과전압억제회로(500)는, 가스어레스터(502)를 포함한다. 가스어레스터(502)의 단자 간 전압이 동작개시전압을 초과하면, 가스어레스터(502)가 단락(短絡)상태가 되어, 과전압억제회로(500)의 양단 간 전압(ΔV)이 억제된다.
여기에서 과전압억제회로(500)의 양단 간의 정전용량은, 한 쌍의 방전전극의 정전용량의 1/5보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 과전압억제회로(500)의 정전용량이 과도하게 크면, 공진회로(210)의 공진주파수 fRES를 시프트시키게 되어, 회로동작에 영향을 미치기 때문이다. 이 관점에 있어서, 도 4의 (a)와 같이 가스어레스터(502) 단체(單體)로 과전압억제회로(500)를 구성하면, 정전용량이 과도하게 큰 경우가 있다.
이와 같은 경우에는 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 과전압억제소자(서지보호소자)를 직렬로 접속하면 된다. 이로써, 과전압억제회로(500)의 양단 간의 정전용량은, 복수의 과전압억제소자 각각의 정전용량의 합성용량이 되기 때문에, 개개의 과전압억제소자의 정전용량보다 작게 할 수 있다.
보다 자세하게는 도 4의 (b)의 과전압억제회로(500)는, 직렬로 접속되는 가스어레스터(502)와 배리스터(504)를 포함한다. 이 구성에서는, 과전압억제회로(500)의 양단 간에 고전압(ΔV)이 인가되면, 가스어레스터(502)의 단자 간 전압이 동작개시전압을 초과하여 단락상태가 되어, 고전압(ΔV)이 배리스터(504)에 인가된다. 그 결과, 배리스터(504)의 I-V특성에 따라 전류가 흘러, 고전압(ΔV)을 억제할 수 있다. 배리스터(504) 대신에, 일반적인 과전압억제소자를 이용할 수 있으며, 예를 들면 SPD(산화아연형 어레스터)나 트랜스조브(transzorb)를 이용해도 된다.
도 4의 (a), (b)의 과전압억제회로(500)는, 과전압에 응답하여 동작하는 것이었지만, 그에 한정되지 않고, 과전압억제회로(500)는, 레이저공진기(200)의 개방이상상태에 있어서의 과전압의 발생을 예방하는 회로여도 된다. 보다 구체적으로는 과전압억제회로(500)는, 동기주파수 fRF에 있어서는, 공진회로(210)에 비하여 충분히 하이 임피던스이며, 동기주파수 fRF보다 높은 주파수에 있어서는, 낮은 임피던스를 가져도 된다. 도 4의 (c)의 과전압억제회로(500)는, 커패시터(506)를 포함한다. 커패시터(506)의 정전용량은, 한 쌍의 방전전극(202, 204)의 정전용량의 1/5 이하, 바람직하게는 1/10 이하이다. 개방이상이 발생해도, 이 커패시터(506)가 부하로서 남기 때문에, 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
도 4의 (d)의 과전압억제회로(500)는, LCR부하회로를 포함한다. 개방상태가 되어도, LCR부하에 의하여 공진주파수가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있어, 과전압을 억제할 수 있다.
다만 과전압억제회로(500)는, 도 4의 (a)~(d)에 예시한 회로 몇 가지를 병렬로 접속한 구성이어도 된다.
도 5는, 전원장치(250)의 구체적인 구성예를 나타내는 회로도이다. 레이저장치(100)에는, 발광기간(여진기간)과 정지기간을 지시하는 제어신호(여진신호)(S1)가 입력되고, 여진신호(S1)에 근거하여 간헐동작한다. 예를 들면 여진신호(S1)는, 수 kHz 정도의 반복주파수, 듀티비 5% 정도의 펄스신호이다.
고주파전원(400)은, H브리지회로(풀브리지회로)(402)와 승압트랜스(404)를 구비한다. 고주파전원(400)은, H브리지회로(402)와 승압트랜스(404)의 세트(401)를, 2계통 구비하며, 그들이 병렬로 접속되어 있다. 물론 이 세트(401)를 1계통으로만 구성해도 된다. 여진신호(S1)가 여진구간을 지시하는 레벨(예를 들면 하이)인 동안, H브리지회로(402)는 스위칭하고, 승압트랜스(404)의 1차 권선에 교류전압(VAC)을 인가한다. H브리지회로(402)의 스위칭주파수는, 동기주파수 fRF이며, 예를 들면 2MHz 정도로 설정된다. 그 결과, 승압트랜스(404)의 2차 권선에는, 교류전압(VAC)을 승압시킨 고주파전압(VRF)이 발생한다.
직류전원(300)은, 뱅크커패시터(302) 및 충전회로(304)를 포함한다. 뱅크커패시터(302)는, DC링크(306)의 사이에 마련된다. 충전회로(304)는 뱅크커패시터(302)를 충전하고, 뱅크커패시터(302)의 전압(VDC)을 일정하게 유지한다.
여진구간인 동안, H브리지회로(402)가 스위칭동작함으로써, 뱅크커패시터(302)에 축적된 에너지(전하)가 방출되어, 직류전압(VDC)의 전압레벨은 저하된다. 충전회로(304)는, 직류전압(VDC)의 전압레벨의 저하를 보충하도록, 뱅크커패시터(302)에 충전전류를 공급한다. 즉, 직류전원(300)도 또한 여진신호(S1)와 동기하여 간헐동작한다.
다만 직류전원(300)을, 여진기간 중도 포함하여 정상적으로 동작하는 DC/DC컨버터로 구성해도 된다.
(용도)
계속해서 레이저장치(100)의 용도를 설명한다. 도 6은, 레이저장치(100)를 구비하는 레이저가공장치(900)를 나타내는 도이다. 레이저가공장치(900)는, 대상물(902)에 레이저펄스(904)를 조사하여, 대상물(902)을 가공한다. 대상물(902)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 또한 가공의 종류도 구멍뚫기(드릴), 절단 등이 예시되지만, 그에 한정되지 않는다.
레이저가공장치(900)는, 레이저장치(100), 광학계(910), 제어장치(920), 스테이지(930)를 구비한다. 대상물(902)은 스테이지(930) 상에 재치(載置)되고, 필요에 따라 고정된다. 스테이지(930)는, 제어장치(920)로부터의 위치제어신호(S2)에 따라, 대상물(902)을 위치결정하고, 대상물(902)과 레이저펄스(904)의 조사위치를 상대적으로 스캔한다. 스테이지(930)는, 1축, 2축(XY) 혹은 3축(XYZ)일 수 있다.
레이저장치(100)는, 제어장치(920)로부터의 트리거신호(여진신호)(S1)에 따라 발진하여, 레이저펄스(906)를 발생시킨다. 광학계(910)는, 레이저펄스(906)를 대상물(902)에 조사한다. 광학계(910)의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 빔을 대상물(902)에 유도하기 위한 미러군, 빔정형을 위한 렌즈나 애퍼처 등을 포함할 수 있다.
제어장치(920)는, 레이저가공장치(900)를 통괄적으로 제어한다. 구체적으로는 제어장치(920)는, 레이저장치(100)에 대하여 간헐적으로 여진신호(S1)를 출력한다. 또 제어장치(920)는, 가공처리를 기술하는 데이터(레시피)에 따라 스테이지(930)를 제어하기 위한 위치제어신호(S2)를 생성한다.
이상, 본 발명에 대하여, 실시형태를 기초로 설명했다. 이 실시형태는 예시이며, 그들의 각 구성요소나 각 처리프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해될 것이다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.
과전압억제회로의 배치에 대하여, 몇 가지 변형예를 설명한다. 도 2에서는, 과전압억제회로(500)를, H브리지회로(402)와 승압트랜스(404)의 사이에 접속했지만 그에 한정되지 않는다. 도 7의 (a), (b)는, 과전압억제회로(500)의 배치의 변형예를 나타내는 도이다.
도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 과전압억제회로(500) 및 스위치(SW1)를, 고주파전원(400)의 출력노드, 즉 승압트랜스(404)의 2차측에 마련해도 된다. 이로써, 2차측의 전압(VRF)의 과전압이 억제되고, 나아가서는 1차측의 과전압을 억제할 수 있다.
도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 과전압억제회로(500) 및 스위치(SW1)의 세트를, H브리지회로(402)를 구성하는 스위치(트랜지스터)(MH, ML) 각각과 병렬로 마련해도 된다.
과전압억제회로(500) 및 스위치(SW1)를, 레이저공진기(200)측에 마련해도 된다.
이상검출기에 의한 이상검출방법에 대해서도, 몇 가지 변형예를 설명한다.
이상검출기는, 레이저장치의 출력광의 유무에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 레이저장치가 비발광인 경우(혹은 광량이 저하한 경우)에, 이상으로 판정해도 된다.
이상검출기는, 공진주파수의 전류성분에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 부하(공진회로) 혹은 고주파전원의 출력에 흐르는 전류를 감시하고, 검출값으로부터 공진주파수의 성분을 추출하여, 공진주파수의 전류가 작은 경우에는, 이상으로 판정해도 된다.
이상검출기는, 공진주파수 이외의 전류성분에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 부하(공진회로) 혹은 고주파전원의 출력에 흐르는 전류를 감시하고, 검출값으로부터 공진주파수 이외의 성분을 추출하여, 공진주파수 이외의 전류가 큰 경우에는, 이상으로 판정해도 된다.
이상검출기는, 쇼트 후의 고주파전원의 입력전압의 저하폭에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 레이저가 정상적으로 발광하면, 직류전원의 출력커패시터(뱅크커패시터)에 축적된 전하가 방전되어, 직류 전압이 저하한다. 따라서 뱅크커패시터의 전압을 감시하고, 전압저하가 작을 때에, 이상으로 판정할 수 있다.
이상검출기는, 공진주파수보다 높은 주파수의 노이즈에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 전류가 고주파가 된 경우, 고주파의 방사노이즈 혹은 전도노이즈가 증가한다. 이 노이즈를 안테나로 검출하여, 노이즈가 증가한 경우에 이상으로 판정할 수 있다.
이상검출기는, 한 쌍의 방전전극 간의 전압에 근거하여 이상을 판정해도 된다. 고주파전압을 인가하고 있음에도 불구하고, 공진회로의 양단 간에 충분한 전압이 검출되지 않는 경우, 이상으로 판정할 수 있다.
실시형태에 근거하여, 구체적인 어구를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 실시형태는 본 발명의 원리, 응용의 일 측면을 나타내고 있는 것에 지나지 않으며, 실시형태에는, 청구범위에 규정된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형예나 배치의 변경이 인정된다.
100 레이저장치
200 레이저공진기
202, 204 방전전극
206 전반사경
208 부분반사경
210 공진회로
250 전원장치
300 직류전원
302 뱅크커패시터
304 충전회로
400 고주파전원
402 H브리지회로
404 승압트랜스
500 과전압억제회로
502 가스어레스터
504 배리스터
600 이상검출기
610 통지수단

Claims (5)

  1. 한 쌍의 방전전극을 포함하는 레이저공진기를 구동하는 전원장치로서,
    상기 한 쌍의 방전전극의 용량을 포함하는 공진회로에 고주파전압을 인가하는 고주파전원과,
    상기 공진회로의 양단 간, 혹은 상기 고주파전원의 내부노드의 과전압을 억제하는 과전압억제회로와,
    상기 과전압억제회로와 직렬로 마련된 스위치와,
    이상을 검출하면, 상기 스위치를 온시키는 이상검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저공진기의 케이스체는 어스선을 통하여 접지되어 있고,
    상기 이상검출기는, 상기 어스선에 흐르는 전류에 근거하여, 상기 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저공진기의 케이스체는 어스선을 통하여 접지되어 있고,
    상기 이상검출기는, 상기 케이스체의 전위에 근거하여, 상기 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상검출기가 이상을 검출하면, 외부에 통지하는 통지수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파전원은,
    인버터와,
    상기 인버터의 출력과 접속되는 1차 권선 및 상기 레이저공진기와 접속되는 2차 권선을 갖는 트랜스를 포함하고,
    상기 과전압억제회로는, 상기 트랜스의 1차 권선과 접속되는 것을 특징으로 하는 전원장치.
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