KR20220004555A - Device for measuring laser power - Google Patents

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KR20220004555A
KR20220004555A KR1020210078435A KR20210078435A KR20220004555A KR 20220004555 A KR20220004555 A KR 20220004555A KR 1020210078435 A KR1020210078435 A KR 1020210078435A KR 20210078435 A KR20210078435 A KR 20210078435A KR 20220004555 A KR20220004555 A KR 20220004555A
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incident
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laser
sensor
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KR1020210078435A
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조이치 카와무라
켄타 타나카
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

Provided is a device for measuring laser power capable of suppressing energy loss and promoting space-saving. A first sensor having a light receiving surface in which a laser beam is incident measures average power of the laser beam incident to the light receiving surface. A second sensor disposed on a location in which scattered light is incident from the light receiving surface of the first sensor measures peak power of the incident laser beam.

Description

레이저파워계측장치{DEVICE FOR MEASURING LASER POWER}Laser power measuring device {DEVICE FOR MEASURING LASER POWER}

본 출원은 2020년 07월 03일에 출원된 일본 특허출원 제2020-115642호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-115642 filed on July 03, 2020. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.

본 발명은, 레이저파워계측장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser power measuring device.

레이저발진기의 출력변동이나, 피크파워가 규정값에 도달하지 않은 위크펄스(weak pulse)의 발생을 검출하기 위하여, 레이저발진기의 출구에 파워미터 및 포토디텍터가 배치된다. 레이저빔을 처리대상물에 입사시키고 있는 기간도, 출력변동이나 위크펄스의 검출을 행하기 위하여, 레이저빔의 경로에 빔스플리터를 배치하고, 레이저빔의 일부를 파워미터 및 포토디텍터로 유도하고 있다. 빔스플리터로 분기한 레이저빔의 에너지는, 일반적으로, 본래의 레이저빔의 에너지의 2%~5% 정도이다.A power meter and a photodetector are disposed at the outlet of the laser oscillator to detect a change in the output of the laser oscillator or the generation of a weak pulse whose peak power does not reach a specified value. During the period during which the laser beam is incident on the object to be processed, a beam splitter is arranged in the path of the laser beam to detect output fluctuations and weak pulses, and a part of the laser beam is guided by a power meter and a photodetector. The energy of the laser beam branched by the beam splitter is generally about 2% to 5% of the energy of the original laser beam.

하기의 특허문헌 1에, 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔을 파워미터 및 포토디텍터로 검출하여, 레이저 출력의 안정화를 도모한 레이저제어방법이 개시되어 있다.Patent Document 1 below discloses a laser control method in which a laser beam output from a laser oscillator is detected by a power meter and a photodetector, and the laser output is stabilized.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2010-147105호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-147105

파워미터 및 포토디텍터로 레이저빔을 유도하기 위하여, 레이저빔의 경로 상에 2개의 빔스플리터를 배치하게 되어, 합계로 4%~5% 정도의 에너지로스가 발생한다. 또, 2개의 빔스플리터를 배치하기 위한 스페이스가 필요하다.In order to guide the laser beam to the power meter and the photodetector, two beamsplitters are disposed on the path of the laser beam, resulting in an energy loss of about 4% to 5% in total. In addition, a space for arranging the two beam splitters is required.

본 발명의 목적은, 에너지로스를 억제하고, 공간절약화를 도모하는 것이 가능한 레이저파워계측장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a laser power measuring device capable of suppressing energy loss and achieving space saving.

본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,

레이저빔이 입사되는 수광면을 갖고, 수광면에 입사되는 레이저빔의 평균파워를 측정하는 제1 센서와,a first sensor having a light-receiving surface on which the laser beam is incident and measuring the average power of the laser beam incident on the light-receiving surface;

상기 제1 센서의 수광면으로부터의 산란광이 입사되는 위치에 배치되어, 입사되는 레이저빔의 피크파워를 측정하는 제2 센서를 갖는 레이저파워계측장치가 제공된다.There is provided a laser power measuring device having a second sensor disposed at a position where the scattered light from the light receiving surface of the first sensor is incident and measuring the peak power of the incident laser beam.

제1 센서의 수광면으로부터의 산란광이 제2 센서에 입사되기 때문에, 제2 센서에 레이저빔의 일부를 입사시키기 위한 빔스플리터를 배치할 필요가 없다. 빔스플리터의 매수를 삭감할 수 있음으로써, 에너지로스를 억제하고, 공간절약화를 도모하는 것이 가능하게 된다.Since the scattered light from the light-receiving surface of the first sensor is incident on the second sensor, there is no need to arrange a beam splitter for making a part of the laser beam incident on the second sensor. By being able to reduce the number of beam splitters, it becomes possible to suppress energy loss and achieve space saving.

도 1은, 본 실시예에 의한 레이저파워계측장치를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2는, 레이저발진기의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축에 수직인 단면도이다.
도 4는, 레이저파워계측장치의 개략평면도이다.
도 5는, 비교예에 의한 레이저파워계측장치의 개략도이다.
도 6의 6A~6C는, 도 5에 나타낸 비교예에 의한 레이저파워계측장치의 포토디텍터에 입사되는 펄스레이저빔의 빔프로파일을 나타내는 그래프이며, 도 6의 6D~6F는, 도 1~도 4에 나타낸 실시예에 의한 레이저파워계측장치의 포토디텍터에 입사되는 펄스레이저빔의 빔프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 다른 실시예에 의한 레이저파워계측장치의 개략평면도이다.
도 8은, 또 다른 실시예에 의한 레이저파워계측장치의 개략평면도이다.
도 9의 9A 및 9B는, 수광면에서 산란되어 집광광학부품의 입측(入側) 개구부의 가장자리에 입사된 광의 경로의 일례를 나타내는 도이며, 도 9의 9C는, 원뿔대면의 꼭지각의 크기와, 포토디텍터로부터 출력되는 전압신호의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.Fig. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus on which a laser power measuring apparatus according to the present embodiment is mounted.
2 is a cross-sectional view including an optical axis of the laser oscillator.
3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to the embodiment.
Fig. 4 is a schematic plan view of the laser power measuring device.
5 is a schematic diagram of a laser power measuring device according to a comparative example.
6A to 6C of FIG. 6 are graphs showing the beam profile of the pulsed laser beam incident on the photodetector of the laser power measuring device according to the comparative example shown in FIG. 5, 6D to 6F of FIG. 6 are, FIGS. 1 to 4 It is a graph showing the beam profile of the pulsed laser beam incident on the photodetector of the laser power measuring device according to the embodiment shown in.
Fig. 7 is a schematic plan view of a laser power measuring device according to another embodiment.
Fig. 8 is a schematic plan view of a laser power measuring apparatus according to another embodiment.
9A and 9B are diagrams showing an example of a path of light scattered from the light-receiving surface and incident on the edge of the entrance opening of the condensing optical component. , is a graph showing the relationship between the magnitude of the voltage signal output from the photodetector.

도 1~도 6의 6F를 참조하여, 일 실시예에 의한 레이저파워계측장치에 대하여 설명한다.A laser power measuring device according to an embodiment will be described with reference to 6F of FIGS. 1 to 6 .

도 1은, 본 실시예에 의한 레이저파워계측장치(50)를 탑재한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저가공장치는, 레이저발진기(12), 레이저파워계측장치(50), 가공장치(80), 및 레이저전원(60)을 포함한다.Fig. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus in which a laser power measuring apparatus 50 according to the present embodiment is mounted. The laser processing apparatus includes a laser oscillator 12 , a laser power measuring apparatus 50 , a processing apparatus 80 , and a laser power supply 60 .

레이저발진기(12)는 가대(架臺)(11) 위에 지지되어 있고, 가대(11)는 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 가공장치(80)는, 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)를 포함한다. 스테이지(82) 위에 가공대상물(90)이 지지된다. 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)는, 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 레이저파워계측장치(50)는, 예를 들면 빔정형광학계(81)와 공통된 광학정반(定盤)에 지지된다. 공통베이스(100)는, 예를 들면 바닥이다.The laser oscillator 12 is supported on a mount 11 , and the mount 11 is fixed to a common base 100 . The processing apparatus 80 includes a beam shaping optical system 81 and a stage 82 . A workpiece 90 is supported on the stage 82 . The beam shaping optical system 81 and the stage 82 are fixed to the common base 100 . The laser power measuring device 50 is supported by, for example, an optical base common to the beam shaping optical system 81 . The common base 100 is, for example, a floor.

레이저발진기(12)는, 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(12)로서, 예를 들면 탄산가스레이저발진기가 이용된다. 레이저발진기(12)로부터 출력된 펄스레이저빔이, 빔정형광학계(81)에 의하여 빔프로파일이 정형되어, 가공대상물(90)에 입사된다. 레이저파워계측장치(50)는, 레이저발진기(12)로부터 출력된 펄스레이저빔의 평균파워 및 피크파워를 측정하여, 파워에 따른 전압신호를 출력한다. 평균파워는, 펄스에너지에 펄스의 반복주파수를 곱함으로써 구해지는 파워이다. 피크파워는, 펄스에너지를 펄스폭으로 나눈 값으로 근사된다. 레이저파워계측장치(50)로부터 출력된 전압신호가 앰프(59)를 경유하여 레이저전원(60)에 입력된다.The laser oscillator 12 outputs a pulsed laser beam. As the laser oscillator 12, for example, a carbon dioxide laser oscillator is used. The pulsed laser beam output from the laser oscillator 12 has a beam profile shaped by the beam shaping optical system 81 and is incident on the object 90 to be processed. The laser power measuring device 50 measures the average power and the peak power of the pulsed laser beam output from the laser oscillator 12, and outputs a voltage signal according to the power. The average power is a power obtained by multiplying the pulse energy by the repetition frequency of the pulse. The peak power is approximated by dividing the pulse energy by the pulse width. The voltage signal output from the laser power measuring device 50 is input to the laser power supply 60 via the amplifier 59 .

레이저전원(60)은, 제어장치(61) 및 방전전압인가장치(62)를 포함한다. 제어장치(61)는, 피크파워의 측정값을 일정시간 적분하고, 적분값에 따라 방전전압의 크기를 제어하는 기능을 갖는다. 방전전압인가장치(62)는, 제어장치(61)에서 제어된 방전전압의 크기에 근거하여, 레이저발진기(12)의 방전전극에 방전전압을 인가한다.The laser power supply 60 includes a control device 61 and a discharge voltage application device 62 . The control device 61 has a function of integrating the measured value of the peak power for a predetermined time, and controlling the magnitude of the discharge voltage according to the integral value. The discharge voltage application device 62 applies a discharge voltage to the discharge electrodes of the laser oscillator 12 based on the magnitude of the discharge voltage controlled by the control device 61 .

도 2는, 레이저발진기(12)의 광축을 포함하는 단면도이다. 레이저발진기(12)는, 레이저매질가스 및 광공진기(20) 등을 수용하는 챔버(15)를 포함한다. 챔버(15)에 레이저매질가스가 수용된다. 챔버(15)의 내부공간이, 상대적으로 상측에 위치하는 광학실(16)과, 상대적으로 하측에 위치하는 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16)과 블로어실(17)은, 상하구획판(18)으로 구획되어 있다. 다만, 상하구획판(18)에는, 레이저매질가스를 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 유통시키는 개구가 마련되어 있다. 블로어실(17)의 측벽으로부터 광학실(16)의 저판(底板)(19)이, 광공진기(20)의 광축(20A)의 방향으로 뻗어 있고, 광학실(16)의 광축방향의 길이가, 블로어실(17)의 광축방향의 길이보다 길어져 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view including the optical axis of the laser oscillator 12 . The laser oscillator 12 includes a chamber 15 for accommodating the laser medium gas and the optical resonator 20 . A laser medium gas is accommodated in the chamber 15 . The inner space of the chamber 15 is divided into an optical chamber 16 positioned on the upper side and a blower chamber 17 positioned on the lower side. The optical chamber 16 and the blower chamber 17 are partitioned by an upper and lower partition plate 18 . However, the upper and lower partition plate 18 is provided with an opening through which the laser medium gas flows between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 . The bottom plate 19 of the optical chamber 16 extends from the side wall of the blower chamber 17 in the direction of the optical axis 20A of the optical resonator 20, and the length of the optical chamber 16 in the optical axis direction is , is longer than the length of the blower chamber 17 in the optical axis direction.

챔버(15)의 저판(19)이, 4개의 지지개소(45)에서 가대(11)(도 1)에 지지되어 있다. 4개의 지지개소(45)는, 평면시(平面視)에 있어서 직사각형의 4개의 정점(頂點)에 상당하는 위치에 배치되어 있다.The bottom plate 19 of the chamber 15 is supported by the mount 11 (FIG. 1) at the four support points 45. As shown in FIG. The four support points 45 are arrange|positioned in the position corresponding to the four vertices of a rectangle in planar view.

광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 한 쌍의 공진기미러(25)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 방전전압인가장치(62)(도 1)로부터 방전전극(21)에 방전전압이 인가된다. 한 쌍의 전극박스(22)는 복수의 전극지지부재(23)를 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 상하방향으로 간격을 사이에 두고 배치되며, 양자 간에 방전영역(24)이 획정(劃定)된다. 방전전극(21)은 방전영역(24)에 방전을 발생시킴으로써, 레이저매질가스를 여기시킨다. 한 쌍의 공진기미러(25)는, 방전영역(24)을 통과하는 광축(20A)을 갖는 광공진기(20)를 구성한다. 이후에 도 3을 참조하여 설명하는 바와 같이, 방전영역(24)을 도 2의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 레이저매질가스가 흐른다.In the optical chamber 16, a pair of discharge electrodes 21 and a pair of resonator mirrors 25 are arranged. A pair of discharge electrodes 21 is fixed to the electrode box 22, respectively. A discharge voltage is applied to the discharge electrode 21 from the discharge voltage applying device 62 (FIG. 1). The pair of electrode boxes 22 are supported on the bottom plate 19 with a plurality of electrode support members 23 interposed therebetween. The pair of discharge electrodes 21 are arranged with an interval therebetween in the vertical direction, and a discharge region 24 is defined between them. The discharge electrode 21 generates a discharge in the discharge region 24 to excite the laser medium gas. A pair of resonator mirrors 25 constitute an optical resonator 20 having an optical axis 20A passing through the discharge region 24 . As will be described later with reference to FIG. 3 , the laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2 .

한 쌍의 공진기미러(25)는, 광학실(16) 내에 배치된 공통의 공진기베이스(26)에 고정되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광축(20A)의 방향으로 긴 판상의 부재이며, 복수의 광공진기지지부재(27)를 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다.A pair of resonator mirrors 25 are fixed to a common resonator base 26 arranged in the optical chamber 16 . The resonator base 26 is a plate-shaped member elongated in the direction of the optical axis 20A, and is supported by the bottom plate 19 via a plurality of optical resonator support members 27 .

광공진기(20)의 광축(20A)을 일 방향(도 1에 있어서 좌방향)으로 연신시킨 연장선과 광학실(16)의 벽면의 교차개소에, 레이저빔을 투과시키는 광투과창(28)이 장착되어 있다. 광공진기(20) 내에서 여진(勵振)된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부로 방사된다.A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is provided at the intersection of the extension line extending the optical axis 20A of the optical resonator 20 in one direction (left direction in FIG. 1) and the wall surface of the optical chamber 16. is fitted The laser beam excited in the optical resonator 20 passes through the light transmission window 28 and is radiated to the outside.

블로어실(17)에 블로어(29)가 배치되어 있다. 블로어(29)는, 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다.A blower 29 is arranged in the blower chamber 17 . The blower 29 circulates the laser medium gas between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 .

도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기(12)의 광축(20A)(도 2)에 수직인 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 챔버(15)의 내부공간이 상하구획판(18)에 의하여, 상방의 광학실(16)과 하방의 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16) 내에, 한 쌍의 방전전극(21) 및 공진기베이스(26)가 배치되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)은, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 전극박스(22)는, 복수의 전극지지부재(23)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 한 쌍의 방전전극(21)의 사이에 방전영역(24)이 획정된다. 공진기베이스(26)는, 복수의 광공진기지지부재(27)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)는, 도 3에 나타낸 단면으로부터 어긋난 위치에 배치되어 있기 때문에, 도 3에 있어서 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)를 파선으로 나타내고 있다.Fig. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A (Fig. 2) of the laser oscillator 12 according to the embodiment. As described with reference to FIG. 2 , the inner space of the chamber 15 is divided into an upper optical chamber 16 and a lower blower chamber 17 by the upper and lower partition plates 18 . In the optical chamber 16, a pair of discharge electrodes 21 and a resonator base 26 are arranged. A pair of discharge electrodes 21 is fixed to the electrode box 22, respectively. The electrode box 22 is supported on the bottom plate 19 ( FIG. 2 ) of the chamber 15 by a plurality of electrode support members 23 . A discharge region 24 is defined between the pair of discharge electrodes 21 . The resonator base 26 is supported on the bottom plate 19 (FIG. 2) of the chamber 15 by a plurality of optical resonator support members 27. As shown in FIG. Since the electrode supporting member 23 and the optical resonator supporting member 27 are disposed at positions deviated from the cross section shown in FIG. 3, the electrode supporting member 23 and the optical resonator supporting member 27 are indicated by broken lines in FIG. is indicated as

광학실(16) 내에 구획판(40)이 배치되어 있다. 구획판(40)은, 상하구획판(18)에 마련된 개구(18A)부터 방전영역(24)까지의 제1 가스유로(41), 방전영역(24)부터 상하구획판(18)에 마련된 다른 개구(18B)까지의 제2 가스유로(42)를 획정한다. 레이저매질가스는, 방전영역(24)을, 광축(20A)(도 2)에 대하여 직교하는 방향으로 흐른다. 방전방향은, 레이저매질가스가 흐르는 방향, 및 광축(20A)의 양방에 대하여 직교한다. 블로어실(17), 제1 가스유로(41), 방전영역(24), 및 제2 가스유로(42)에 의하여, 레이저매질가스가 순환하는 순환로가 형성된다. 블로어(29)는, 이 순환로를 레이저매질가스가 순환하도록, 화살표로 나타낸 레이저매질가스의 흐름을 발생시킨다.A partition plate 40 is arranged in the optical chamber 16 . The partition plate 40 includes a first gas flow path 41 from the opening 18A provided in the upper and lower partition plate 18 to the discharge region 24 , and another provided in the upper and lower partition plate 18 from the discharge region 24 . A second gas flow path 42 up to the opening 18B is defined. The laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the optical axis 20A (FIG. 2). The discharge direction is orthogonal to both the direction in which the laser medium gas flows and the optical axis 20A. A circulation path in which the laser medium gas circulates is formed by the blower chamber 17 , the first gas flow path 41 , the discharge region 24 , and the second gas flow path 42 . The blower 29 generates a flow of laser medium gas indicated by an arrow so that the laser medium gas circulates through this circuit.

블로어실(17) 내의 순환로에, 열교환기(43)가 수용되고 있다. 방전영역(24)에서 가열된 레이저매질가스가 열교환기(43)를 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 레이저매질가스가 방전영역(24)에 재공급된다.The heat exchanger 43 is accommodated in the circulation path in the blower chamber 17 . The laser medium gas heated in the discharge region 24 is cooled by passing through the heat exchanger 43 , and the cooled laser medium gas is re-supplied to the discharge region 24 .

도 4는, 레이저파워계측장치(50)의 개략평면도이다. 슬라이드플레이트(51) 위에 광학용 홀더(52)가 고정되어 있다. 광학용 홀더(52)에, 빔스플리터(53), 제1 센서로서의 파워미터(54), 및 제2 센서로서의 포토디텍터(55)가 장착되어 있다. 레이저발진기(12)(도 2)로부터 출력된 펄스레이저빔(LB)이 빔스플리터(53)에 입사각 45°로 입사된다. 슬라이드플레이트(51)는, 펄스레이저빔(LB)의 광축을 따라 이동 가능하다.4 is a schematic plan view of the laser power measuring device 50 . An optical holder 52 is fixed on the slide plate 51 . A beam splitter 53, a power meter 54 as a first sensor, and a photodetector 55 as a second sensor are mounted on the holder 52 for optics. The pulsed laser beam LB output from the laser oscillator 12 ( FIG. 2 ) is incident on the beam splitter 53 at an incident angle of 45°. The slide plate 51 is movable along the optical axis of the pulsed laser beam LB.

빔스플리터(53)에 입사된 펄스레이저빔의 약 2%~5%의 성분이 빔스플리터(53)를 투과하여 파워미터(54)의 수광면(54A)에 입사된다. 수광면(54A)으로의 입사각은, 예를 들면 45°이다. 빔스플리터(53)에 입사된 펄스레이저빔(LB) 중 나머지의 성분은 빔스플리터(53)에서 반사되어, 빔정형광학계(81)(도 1)에 입사된다. 빔스플리터(53)로서 부분반사경 또는 편광빔스플리터 등을 사용할 수 있다.About 2% to 5% of the pulsed laser beam incident on the beam splitter 53 passes through the beam splitter 53 and is incident on the light receiving surface 54A of the power meter 54 . The angle of incidence to the light-receiving surface 54A is, for example, 45°. The remaining components of the pulsed laser beam LB incident on the beam splitter 53 are reflected by the beam splitter 53 and are incident on the beam shaping optical system 81 (FIG. 1). As the beam splitter 53, a partial reflector or a polarization beam splitter may be used.

파워미터(54)는, 수광면(54A)에 입사된 펄스레이저빔의 평균파워를 측정한다. 평균파워의 측정값에 따른 전압신호가 레이저전원(60)에 입력된다. 파워미터(54)의 수광면에 입사된 펄스레이저빔의 일부는, 수광면(54A)에서 산란된다. 산란광의 일부가, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사된다. 포토디텍터(55)의 수광면(55A)은, 파워미터(54)의 수광면(54A)에서 정반사된 광이 입사되는 위치에 배치되어 있다. 일반적으로, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)의 면적은, 파워미터(54)의 수광면(54A)의 면적보다 작다.The power meter 54 measures the average power of the pulsed laser beam incident on the light receiving surface 54A. A voltage signal according to the measured value of the average power is input to the laser power supply 60 . A part of the pulsed laser beam incident on the light-receiving surface of the power meter 54 is scattered by the light-receiving surface 54A. A part of the scattered light is incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 . The light-receiving surface 55A of the photodetector 55 is disposed at a position where the light specularly reflected from the light-receiving surface 54A of the power meter 54 is incident. In general, the area of the light receiving surface 55A of the photodetector 55 is smaller than the area of the light receiving surface 54A of the power meter 54 .

포토디텍터(55)로서, 예를 들면 MCT(HgCdTe)센서가 이용된다. MCT센서는, 응답속도가 빠르다는 특징을 갖고 있고, 예를 들면 나노세컨드레벨의 응답특성을 갖고 있다. 따라서, 포토디텍터(55)는, 나노세컨드 정도의 펄스폭의 레이저펄스의 펄스파형 및 피크파워를 측정할 수 있다.As the photodetector 55, for example, an MCT (HgCdTe) sensor is used. The MCT sensor has a characteristic that a response speed is fast, for example, it has a response characteristic of a nanosecond level. Accordingly, the photodetector 55 may measure the pulse waveform and peak power of the laser pulse having a pulse width of about nanoseconds.

포토디텍터(55)가 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워에 따른 전압신호를 출력한다. 이 전압신호는, 앰프(59)를 통하여 레이저전원(60)에 입력된다.The photodetector 55 outputs a voltage signal according to the power of the light incident on the light receiving surface 55A. This voltage signal is input to the laser power supply 60 via the amplifier 59 .

다음으로, 도 5~도 6의 6F를 참조하여, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, with reference to 6F of FIGS. 5-6, the excellent effect of the said embodiment is demonstrated.

도 5는, 비교예에 의한 레이저파워계측장치의 개략도이다. 펄스레이저빔(LB)의 일부의 성분이 제1 빔스플리터(53A)에서 반사되어, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사된다. 제1 빔스플리터(53A)를 투과한 펄스레이저빔의 일부가 제2 빔스플리터(53B)를 투과하여 파워미터(54)의 수광면(54A)에 입사된다. 제2 빔스플리터(53B)에서 반사된 펄스레이저빔이, 레이저가공에 이용된다. 제1 빔스플리터(53A)에서 반사된 펄스레이저빔 및 제2 빔스플리터(53B)를 투과한 펄스레이저빔의 합계의 에너지에 상당하는 에너지로스가 발생한다.5 is a schematic diagram of a laser power measuring device according to a comparative example. A part of the pulsed laser beam LB is reflected by the first beam splitter 53A and is incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 . A part of the pulsed laser beam that has passed through the first beam splitter 53A passes through the second beam splitter 53B and is incident on the light receiving surface 54A of the power meter 54 . The pulsed laser beam reflected by the second beam splitter 53B is used for laser processing. An energy loss corresponding to the total energy of the pulsed laser beam reflected by the first beam splitter 53A and the pulsed laser beam transmitted through the second beam splitter 53B is generated.

도 5에 나타낸 비교예에서는, 제1 빔스플리터(53A)와 제2 빔스플리터(53B)의 2매의 빔스플리터가, 펄스레이저빔(LB)의 경로를 따라 다른 위치에 배치되어 있다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 1매의 빔스플리터(53)가 사용되고 있다. 본 실시예에서는, 비교예와 비교하여 빔스플리터의 매수를 삭감함으로써, 펄스레이저빔(LB)의 경로길이의 장대화를 억제할 수 있고, 그 결과, 공간절약화를 도모할 수 있다.In the comparative example shown in FIG. 5, the two beam splitters of the 1st beam splitter 53A and the 2nd beam splitter 53B are arrange|positioned at different positions along the path|route of the pulsed laser beam LB. On the other hand, in this embodiment, a single beam splitter 53 is used. In this embodiment, by reducing the number of beam splitters as compared with the comparative example, lengthening of the path length of the pulsed laser beam LB can be suppressed, and as a result, space saving can be achieved.

도 5에 나타낸 비교예에서는, 제1 빔스플리터(53A)와 제2 빔스플리터(53B)에서 합계 2회의 에너지로스가 발생한다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 에너지로스는 빔스플리터(53)에 의한 1회뿐이다. 따라서, 본 실시예에서는, 비교예와 비교하여 에너지로스를 적게 할 수 있다.In the comparative example shown in FIG. 5, a total of 2 times of energy loss generate|occur|produces in the 1st beam splitter 53A and the 2nd beam splitter 53B. On the other hand, in the present embodiment, the energy loss is only once by the beam splitter 53 . Therefore, in this Example, compared with the comparative example, the energy loss can be made small.

펄스레이저빔의 발진듀티의 변화, 레이저매질가스의 열화, 레이저발진기(12)(도 2, 도 3) 내의 광학부품의 열화나 오염 등에 의하여, 펄스레이저빔의 광축의 어긋남이나, 빔프로파일의 변화가 발생한다. 다음으로, 광축의 어긋남이나 빔프로파일의 변화가 발생한 경우에 있어서의 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.A shift in the optical axis of the pulsed laser beam or a change in the beam profile due to a change in the oscillation duty of the pulsed laser beam, deterioration of the laser medium gas, deterioration or contamination of optical components in the laser oscillator 12 ( FIGS. 2 and 3 ), etc. occurs Next, the excellent effect of this embodiment in the case where the deviation of the optical axis or the change of the beam profile occurs will be described.

도 6의 6A~6C는, 도 5에 나타낸 비교예에 의한 레이저파워계측장치의 포토디텍터(55)에 입사되는 펄스레이저빔의 빔프로파일을 나타내는 그래프이다. 가로축은 빔스폿 내의 위치를 나타내고, 세로축은 광강도를 나타낸다. 빔스폿의 중심이, 레이저빔의 광축의 위치에 상당한다. 광축조정을 행한 시점에서는, 펄스레이저빔의 광축(빔스폿의 중심)이, 수광면(55A)의 중심에 일치한다. 빔스폿은 수광면(55A)보다 크다.6A to 6C of FIG. 6 are graphs showing beam profiles of pulsed laser beams incident on the photodetector 55 of the laser power measuring device according to the comparative example shown in FIG. 5 . The horizontal axis represents the position within the beam spot, and the vertical axis represents the light intensity. The center of the beam spot corresponds to the position of the optical axis of the laser beam. When the optical axis adjustment is performed, the optical axis (center of the beam spot) of the pulsed laser beam coincides with the center of the light receiving surface 55A. The beam spot is larger than the light receiving surface 55A.

도 6의 6A에 나타낸 예에서는, 펄스레이저빔(LB)(도 5)의 광축이, 광축조정된 광축의 위치로부터 어긋나 있지 않다. 이 때문에, 빔스폿의 중심(가우시안빔의 경우는, 광강도가 최대가 되는 위치)이 수광면(55A)의 중심과 일치하고 있다.In the example shown in FIG. 6A, the optical axis of the pulsed laser beam LB (FIG. 5) does not shift|deviate from the position of the optical axis whose optical axis was adjusted. For this reason, the center of the beam spot (in the case of a Gaussian beam, the position where the light intensity is maximum) coincides with the center of the light receiving surface 55A.

도 6의 6B에 나타낸 예에서는, 도 5에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이 펄스레이저빔(LB)의 광축이, 광축조정된 광축의 위치로부터 어긋나 있고, 빔스폿의 중심이 수광면(55A)의 중심으로부터 어긋나 있다. 이 때문에, 수광면(55A)에 입사되는 레이저파워의 적분값은, 도 6의 6A의 경우와 비교하여 작아진다. 이와 같이, 펄스레이저빔(LB)의 피크파워에 변동이 없어도, 광축이 어긋나면, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호가 저하되어 버린다.In the example shown in FIG. 6B, as shown by the broken line in FIG. 5, the optical axis of the pulsed laser beam LB is deviated from the position of the optical axis adjusted optical axis, and the center of the beam spot is the center of the light receiving surface 55A. deviates from For this reason, the integral value of the laser power incident on the light-receiving surface 55A becomes smaller than in the case of 6A in Fig. 6 . In this way, even if the peak power of the pulsed laser beam LB does not fluctuate, if the optical axis is shifted, the voltage signal output from the photodetector 55 is lowered.

도 6의 6C에 나타낸 예에서는, 펄스레이저빔(LB)의 광축은 어긋나 있지 않고, 빔스폿의 중심과 수광면(55A)의 중심이 일치하고 있지만, 빔프로파일이 붕괴되어 있다. 이 때문에, 수광면(55A)에 입사되는 레이저파워의 적분값은, 도 6의 6A의 경우의 적분값으로부터 변동한다. 이와 같이, 펄스레이저빔(LB)의 피크파워에 변동이 없어도, 빔프로파일이 붕괴되면, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호가 변동해 버린다.In the example shown in Fig. 6C, the optical axis of the pulsed laser beam LB does not shift, and the center of the beam spot coincides with the center of the light receiving surface 55A, but the beam profile is collapsed. For this reason, the integral value of the laser power incident on the light-receiving surface 55A varies from the integral value in the case of 6A in FIG. 6 . In this way, even if there is no fluctuation in the peak power of the pulsed laser beam LB, if the beam profile is collapsed, the voltage signal output from the photodetector 55 will fluctuate.

피크파워에 변동이 없어도, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호가 변동하면, 레이저전원(60)(도 1)은, 피크파워가 변동했다고 판정하여 방전전압을 제어해 버린다. 따라서, 방전전압의 정상적인 제어를 행할 수 없어져, 제어가 파탄(破綻)해 버린다. 다만, 파워미터(54)(도 4, 도 5)의 수광면(54A)은, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)보다 넓기 때문에, 이와 같은 문제는 발생하기 어렵다.Even if the peak power does not fluctuate, if the voltage signal output from the photodetector 55 fluctuates, the laser power supply 60 (FIG. 1) determines that the peak power has fluctuated and controls the discharge voltage. Therefore, normal control of the discharge voltage cannot be performed, and the control is broken. However, since the light-receiving surface 54A of the power meter 54 ( FIGS. 4 and 5 ) is wider than the light-receiving surface 55A of the photodetector 55 , such a problem hardly occurs.

도 6의 6D~6F는, 도 1~도 4에 나타낸 실시예에 의한 레이저파워계측장치(50)의 포토디텍터(55)에 입사되는 펄스레이저빔의 빔프로파일을 나타내는 그래프이다.6D to 6F of FIG. 6 are graphs showing the beam profile of the pulsed laser beam incident on the photodetector 55 of the laser power measuring device 50 according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 .

도 6의 6D에 나타낸 예에서는, 펄스레이저빔(LB)(도 4)의 광축이, 광축조정된 광축의 위치로부터 어긋나 있지 않고, 빔스폿의 중심이 수광면(55A)의 중심과 일치하고 있다. 본 실시예에서는, 파워미터(54)의 수광면(54A)(도 4)에서 산란된 산란광(확산광)이 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되기 때문에, 수광면(55A)의 위치에 있어서의 빔프로파일은, 도 6의 6A의 경우에 비하여 넓어져, 플랫형상에 가까워진다.In the example shown in Fig. 6D, the optical axis of the pulsed laser beam LB (Fig. 4) does not deviate from the position of the optical axis adjusted optical axis, and the center of the beam spot coincides with the center of the light receiving surface 55A. . In this embodiment, since the scattered light (diffuse light) scattered from the light receiving surface 54A (FIG. 4) of the power meter 54 is incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55, the light receiving surface 55A The beam profile at the position of is widened compared to the case of 6A in FIG. 6 and approaches a flat shape.

도 6의 6E에 나타낸 예에서는, 펄스레이저빔(LB)(도 4)의 광축이, 광축조정된 광축의 위치로부터 어긋나 있고, 빔스폿의 중심이 수광면(55A)의 중심으로부터 어긋나 있다. 그러나, 빔프로파일이 넓고, 플랫형상에 가깝기 때문에, 광축의 어긋남이 발생하고 있지 않을 때(도 6의 6D)로부터의, 레이저파워의 적분값의 저하량은 적다.In the example shown in FIG. 6E, the optical axis of the pulsed laser beam LB (FIG. 4) is shifted from the position of the optical axis adjusted optical axis, and the center of the beam spot is shifted from the center of the light receiving surface 55A. However, since the beam profile is wide and close to a flat shape, the amount of decrease in the integral value of the laser power from when the optical axis does not shift (6D in Fig. 6) is small.

도 6의 6F에 나타낸 예에서는, 펄스레이저빔(LB)의 광축은 어긋나 있지 않고, 빔스폿의 중심이 수광면(55A)의 중심에 일치하고 있지만, 빔프로파일이 붕괴되어 있다. 단, 본래의 빔프로파일이 플랫에 가깝기 때문에, 빔프로파일이 붕괴되었다고 해도, 수광면(55A)에 입사되는 레이저파워의 적분값의 변동량은 적다.In the example shown in 6F of Fig. 6, the optical axis of the pulsed laser beam LB does not shift and the center of the beam spot coincides with the center of the light receiving surface 55A, but the beam profile is collapsed. However, since the original beam profile is close to flat, even if the beam profile is collapsed, the variation amount of the integral value of the laser power incident on the light-receiving surface 55A is small.

이와 같이, 본 실시예에 있어서는, 펄스레이저빔(LB)의 광축의 어긋남이나, 빔프로파일의 붕괴가 발생해도, 포토디텍터(55)로부터의 전압신호의 변화량은 적다. 이 때문에, 펄스레이저빔(LB)의 광축의 어긋남, 또는 빔프로파일의 붕괴가 발생했을 때에, 방전전압의 제어의 파탄이 발생하기 어려워진다.As described above, in the present embodiment, even if the optical axis shift of the pulsed laser beam LB or the beam profile collapse occurs, the amount of change in the voltage signal from the photodetector 55 is small. For this reason, when an optical axis shift of the pulsed laser beam LB or a beam profile collapse occurs, it becomes difficult to break down the control of the discharge voltage.

비교예에 있어서의 상기 문제점을 해결하기 위하여, 제1 빔스플리터(53A)에서 반사된 펄스레이저빔을 적분구에 도입하여, 적분구 내에서 확산반사된 광을 포토디텍터(55)로 검출하는 수법도 생각할 수 있다. 이 수법에서는, 새롭게 적분구를 배치해야 하기 때문에, 장치의 대형화 및 비용증가를 초래하게 된다.In order to solve the above problem in the comparative example, a method of introducing a pulsed laser beam reflected from the first beam splitter 53A into an integrating sphere, and detecting the diffusely reflected light within the integrating sphere with the photodetector 55 can also think In this method, since it is necessary to newly arrange the integrating sphere, the size and cost of the apparatus are increased.

다음으로, 도 7을 참조하여 다른 실시예에 의한 레이저파워계측장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4에 나타낸 실시예에 의한 레이저파워계측장치와 공통된 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a laser power measuring device according to another embodiment will be described with reference to FIG. 7 . Hereinafter, a description of the configuration common to the laser power measuring apparatus according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 will be omitted.

도 7은, 본 실시예에 의한 레이저파워계측장치(50)의 개략평면도이다. 본 실시예에 있어서는, 파워미터(54)의 수광면(54A)과 포토디텍터(55)의 수광면(55A)의 사이에, 집광광학부품(30)이 배치되어 있다. 집광광학부품(30)은, 파워미터(54)의 수광면(54A)에서 산란된 광을 모아 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사시킨다.Fig. 7 is a schematic plan view of the laser power measuring device 50 according to the present embodiment. In this embodiment, the condensing optical component 30 is disposed between the light-receiving surface 54A of the power meter 54 and the light-receiving surface 55A of the photodetector 55 . The condensing optical component 30 collects the light scattered from the light-receiving surface 54A of the power meter 54 and makes it incident on the light-receiving surface 55A of the photodetector 55 .

집광광학부품(30)으로서 집광콘을 이용한다. 집광콘은 원뿔대의 측면(이하, 원뿔대면이라고 하는 경우가 있다.)을 구성하는 내면을 갖는다. 원뿔대의 저면(底面)에 상당하는 위치에 마련된 입측 개구부(31)가, 원뿔대의 상면에 상당하는 위치에 마련된 출측(出側) 개구부(32)보다 크다. 입측 개구부(31)가 파워미터(54)의 수광면(54A)의 쪽을 향하고, 출측 개구부(32)가 포토디텍터(55)의 수광면(55A)의 쪽을 향한다. 파워미터(54)의 수광면(54A)에서 산란되어, 집광광학부품(30)의 입측 개구부(31)에 입사된 광이, 출측 개구부(32)를 통과하여 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사된다.A condensing cone is used as the condensing optical component 30 . The condensing cone has an inner surface constituting the side surface of the truncated cone (hereinafter, sometimes referred to as a truncated cone). The inlet opening 31 provided at the position corresponding to the bottom surface of the truncated cone is larger than the exit opening 32 provided at the position corresponding to the upper surface of the truncated cone. The entrance opening 31 faces the light receiving surface 54A of the power meter 54 , and the exit opening 32 faces the light receiving surface 55A of the photodetector 55 . The light scattered from the light receiving surface 54A of the power meter 54 and incident on the entrance opening 31 of the light collecting optical component 30 passes through the exit opening 32 and the light receiving surface of the photodetector 55 ( 55A).

다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 파워미터(54)의 수광면(54A)에서 산란한 광을 모아 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사시키고 있다. 이 때문에, 도 1~도 4에 나타낸 실시예와 비교하여, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워가 커진다. 바꾸어 말하면, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워를 저하시키지 않고, 빔스플리터(53)의 투과율을 낮출 수 있다. 빔스플리터(53)의 투과율을 낮춤으로써, 에너지로스를 저하시킬 수 있다.Next, the excellent effect of this embodiment is demonstrated. In this embodiment, the light scattered by the light-receiving surface 54A of the power meter 54 is collected and made incident on the light-receiving surface 55A of the photodetector 55 . For this reason, compared with the embodiment shown in FIGS. 1-4, the power of the light incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 becomes large. In other words, the transmittance of the beam splitter 53 can be lowered without reducing the power of the light incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 . By lowering the transmittance of the beam splitter 53, the energy loss can be reduced.

실제로, 집광광학부품(30)의 유무 이외의 조건을 동일하게 하여, 집광광학부품(30)을 배치한 구성과 배치하고 있지 않는 구성으로, 포토디텍터(55)로 펄스레이저빔의 파워를 측정하는 평가실험을 행했다. 집광광학부품(30)을 배치한 구성에서는, 배치하지 않는 구성과 비교하여, 1펄스에 상당하는 전압파형의 면적이 약 3.3배가 되었다. 이 평가실험에 의하여, 집광광학부품(30)을 배치하면, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워가 증가되는 것이 확인되었다.In fact, by making the conditions other than the presence or absence of the condensing optical component 30 the same, the photodetector 55 measures the power of the pulsed laser beam with the configuration in which the condensing optical component 30 is disposed and the configuration in which it is not disposed. An evaluation experiment was performed. In the configuration in which the condensing optical component 30 is disposed, the area of the voltage waveform corresponding to one pulse is approximately 3.3 times that of the configuration in which the condensing optical component 30 is not disposed. According to this evaluation experiment, it was confirmed that the power of the light incident on the light-receiving surface 55A of the photodetector 55 was increased when the light-collecting optical component 30 was arranged.

레이저발진기(12)로서 탄산가스레이저를 이용하는 경우, 펄스레이저빔의 파장은 약 10.6μm이기 때문에, 기계가공에 의하여 집광콘의 원뿔대면을 형성해도 반사면으로서 기능시킬 수 있다. 고정밀도의 경면(鏡面)완성를 행할 필요가 없기 때문에, 집광콘을 추가배치하는 것에 의한 비용상승을 억제할 수 있다.In the case of using a carbon dioxide laser as the laser oscillator 12, since the wavelength of the pulsed laser beam is about 10.6 mu m, even if a truncated cone surface of the condensing cone is formed by machining, it can function as a reflective surface. Since it is not necessary to perform a high-precision mirror finish, it is possible to suppress the cost increase due to additional arrangement of the condensing cone.

다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the above embodiment will be described.

상기 실시예에서는 집광광학부품(30)에 집광콘을 이용했지만, 산란광을 모아 특정의 영역에 입사시킬 수 있는 다른 광학부품을 이용해도 된다. 예를 들면, 집광렌즈, 요면경(凹面鏡) 등을 이용해도 된다. 또, 상기 실시예에서는, 집광콘의 측면을 원뿔대의 측면으로 구성하고 있지만, 그 외에 다각뿔대, 예를 들면 사각뿔대의 측면으로 구성해도 되고, 포물면으로 구성해도 된다. 또한, 집광광학부품(30)으로서, 내부반사형 포물면렌즈 등을 이용해도 된다. 내부반사형 포물면렌즈는, 입사ㄷ단(端面)으로부터 입사된 광을 포물면의 측면에서 반사함으로써, 출사단면에 모으는 광학부품이다.Although the condensing cone is used for the condensing optical component 30 in the above embodiment, other optical components capable of collecting scattered light and making it incident on a specific area may be used. For example, a condensing lens, a concave mirror, etc. may be used. Further, in the above embodiment, the side surface of the condensing cone is constituted by the side surface of a truncated cone. In addition, it may be constituted by the side surface of a polygonal truncated pyramid, for example, a quadrangular truncated pyramid, or may be constituted by a parabolic surface. Further, as the condensing optical component 30, an internal reflection type parabolic lens or the like may be used. The internal reflection type parabolic lens is an optical component that reflects the light incident from the incident c end at the side of the parabolic surface, and collects it on the exit end face.

다음으로, 도 8을 참조하여 또 다른 실시예에 의한 레이저파워계측장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4에 나타낸 실시예, 및 도 7에 나타낸 실시예에 의한 레이저파워계측장치와 공통된 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a laser power measuring device according to another embodiment will be described with reference to FIG. 8 . Hereinafter, a description of the configuration common to the laser power measuring apparatus according to the embodiment shown in Figs. 1 to 4 and the embodiment shown in Fig. 7 will be omitted.

도 8은, 본 실시예에 의한 레이저파워계측장치(50)의 개략평면도이다. 도 7에 나타낸 실시예에서는, 파워미터(54)의 수광면(54A)으로의 펄스레이저빔(LB)의 입사각이 45°이다. 이것에 대하여 본 실시예에서는, 입사각 θi가 22.5° 이하이다. 수광면(54A)에서 정반사된 광이 입사되는 위치에, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)을 배치하고 있다. 즉, 수광면(54A)으로의 펄스레이저빔(LB)의 입사점으로부터 수광면(55A)의 중심점을 향하는 벡터와, 수광면(54A)의 법선(法線)벡터가 이루는 각도 θr이 입사각 θi와 동일하다.Fig. 8 is a schematic plan view of the laser power measuring device 50 according to the present embodiment. In the embodiment shown in Fig. 7, the incident angle of the pulsed laser beam LB to the light-receiving surface 54A of the power meter 54 is 45 DEG . In contrast to this, in the present embodiment, the incident angle θi is 22.5° or less. The light-receiving surface 55A of the photodetector 55 is disposed at a position where the light specularly reflected from the light-receiving surface 54A is incident. That is, the angle θr formed by the vector from the incident point of the pulsed laser beam LB to the light-receiving surface 54A toward the center point of the light-receiving surface 55A and the normal vector of the light-receiving surface 54A is the incident angle θi. same as

집광광학부품(30)의 원뿔면의 중심축이, 수광면(54A)으로의 펄스레이저빔(LB)의 입사점으로부터 수광면(55A)의 중심점을 향하는 직선에 일치하도록, 집광광학부품(30)이 배치되어 있다.Condensing optical component 30 so that the central axis of the conical surface of light collecting optical component 30 coincides with a straight line from the incident point of pulsed laser beam LB to light receiving surface 54A toward the central point of light receiving surface 55A this is placed

다음으로, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of this embodiment is demonstrated.

본 실시예에서는, 파워미터(54)의 수광면(54A)으로의 펄스레이저빔의 입사각 θi가 22.5° 이하이기 때문에, 입사각 θi가 45°인 경우와 비교하여, 수광면(54A)에 형성되는 빔스폿이 작아진다. 빔스폿이 작으면 수광면(54A)으로부터의 산란광이 집광광학부품(30)에, 보다 많이 도입된다. 이로써, 펄스레이저빔(LB)의 보다 많은 에너지를 포토디텍터(55)에 모을 수 있다. 바꾸어 말하면, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워를 저하시키지 않고, 빔스플리터(53)의 투과율을 낮출 수 있다. 빔스플리터(53)의 투과율을 낮춤으로써, 에너지로스를 저하시킬 수 있다.In the present embodiment, since the incident angle θi of the pulsed laser beam to the light receiving surface 54A of the power meter 54 is 22.5° or less, compared with the case where the incident angle θi is 45°, formed on the light receiving surface 54A The beam spot becomes smaller. When the beam spot is small, more scattered light from the light-receiving surface 54A is introduced into the condensing optical component 30 . Accordingly, more energy of the pulsed laser beam LB can be collected in the photodetector 55 . In other words, the transmittance of the beam splitter 53 can be lowered without reducing the power of the light incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 . By lowering the transmittance of the beam splitter 53, the energy loss can be reduced.

입사각 θi 이외의 조건을 동일하게 하여, 입사각 θi가 45°일 때와 22.5°일 때에서, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호를 측정했다. 그 결과, 입사각 θi를 22.5°로 하면, 입사각 θi가 45°일 때와 비교하여, 포토디텍터(55)의 출력이 약 1.2배가 되었다. 이와 같이, 입사각 θi를 작게 함으로써, 포토디텍터(55)의 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워를 크게 할 수 있다. 수광면(55A)에 입사되는 광의 파워를 크게 하는 충분한 효과를 얻기 위하여, 입사각 θi를 22.5° 이하로 하는 것이 바람직하다.The voltage signal output from the photodetector 55 was measured when the incident angle θi was 45° and when the incident angle θi was 22.5° under the same conditions other than the incident angle θi. As a result, when the incident angle θi is 22.5°, the output of the photodetector 55 is about 1.2 times that of when the incident angle θi is 45°. As described above, by reducing the incident angle θi, the power of the light incident on the light receiving surface 55A of the photodetector 55 can be increased. In order to obtain a sufficient effect of increasing the power of the light incident on the light receiving surface 55A, it is preferable that the incident angle θi is 22.5° or less.

다음으로, 도9의 9A~9C를 참조하여, 집광콘의 원뿔대면의 바람직한 형상에 대하여 설명한다.Next, with reference to 9A to 9C in Figs. 9, a preferred shape of the truncated cone surface of the condensing cone will be described.

도 9의 9A 및 9B는, 수광면(54A)에서 산란되어 집광광학부품(30)의 입측 개구부(31)의 가장자리에 입사된 광의 경로의 일례를 나타내는 도이다. 도9의 9A와 9B는, 집광광학부품(30)의 원뿔대면의 꼭지각이 다르고, 도 9의 9B에 나타낸 원뿔대면의 꼭지각이, 도 9의 9A에 나타낸 원뿔대면의 꼭지각보다 크다. 여기에서, 원뿔대면의 꼭지각이란, 원뿔대면을 측면으로 하는 원뿔대를 포함하는 원뿔의 꼭지각을 의미한다.9A and 9B are diagrams showing an example of a path of light scattered from the light receiving surface 54A and incident on the edge of the entrance opening 31 of the light converging optical component 30 . 9A and 9B of Figs. 9A and 9B have different apex angles of the truncated cone surface of the condensing optical component 30, and the apex angle of the truncated cone surface shown in Fig. 9B is larger than that of the truncated cone surface shown in Fig. 9A. Here, the apex angle of the truncated cone means the apex angle of a cone including a truncated cone having the truncated cone as a side surface.

도 9의 9A에 나타내는 바와 같이, 수광면(54A)에서 산란되어 집광광학부품(30)의 입측 개구부(31)의 가장자리에 입사된 광은, 원뿔대면에서 복수 회 반사된 후, 출측 개구부(32)를 통과하여 외부로 출력된다. 도 9의 9B에 나타내는 바와 같이, 원뿔대면의 꼭지각을 크게 하면, 수광면(54A)에서 산란되어 집광광학부품(30)의 입측 개구부(31)의 가장자리에 입사된 광이 원뿔대면에서 반사를 반복하여 입측 개구부(31)로 되돌아가 버리는 경우가 있다.As shown in FIG. 9A , the light scattered from the light receiving surface 54A and incident on the edge of the entrance opening 31 of the light collecting optical component 30 is reflected a plurality of times on the truncated cone surface, and then the exit opening 32 ) and output to the outside. As shown in Fig. 9B, when the apex angle of the truncated cone is increased, light scattered from the light receiving surface 54A and incident on the edge of the entrance opening 31 of the light collecting optical component 30 is repeatedly reflected by the truncated cone. Then, it may return to the mouth side opening part 31.

실제로, 원뿔대면의 꼭지각의 크기가 다른 복수의 집광광학부품(30)을 이용하여, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호를 측정하는 평가실험을 행했다. 평가실험에서는, 2개의 수광면(54A, 55A)의 중심끼리를 연결하는 직선상에 있어서의 입측 개구부(31) 및 출측 개구부(32)의 위치를 고정하여, 입측 개구부(31)의 크기를 변화시켰다.In fact, an evaluation experiment was conducted in which a voltage signal output from the photodetector 55 was measured using a plurality of condensing optical components 30 having different vertex angles of the truncated cone. In the evaluation experiment, the size of the entrance opening 31 was changed by fixing the positions of the entrance opening 31 and the exit opening 32 on a straight line connecting the centers of the two light receiving surfaces 54A and 55A. made it

도 9의 9C는, 원뿔대면의 꼭지각의 크기와, 포토디텍터(55)로부터 출력되는 전압신호의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축은 원뿔대면의 꼭지각을 정규화한 값으로 나타내고, 세로축은 포토디텍터(55)로부터의 전압신호의 크기를 정규화한 값으로 나타낸다. 꼭지각이 어떤 크기일 때, 포토디텍터(55)로부터의 전압신호가 최댓값을 나타낸다. 이때의 꼭지각의 크기를 1로 하여 꼭지각을 정규화한다. 또, 이때의 포토디텍터(55)로부터의 출력을 1로 하여 출력을 정규화한다.9C of FIG. 9 is a graph showing the relationship between the magnitude of the vertex angle of the truncated cone and the magnitude of the voltage signal output from the photodetector 55 . The horizontal axis represents the normalized value of the vertex angle of the truncated cone, and the vertical axis represents the normalized value of the magnitude of the voltage signal from the photodetector 55 . When the vertex angle has a certain magnitude, the voltage signal from the photodetector 55 exhibits a maximum value. The vertex angle is normalized by setting the magnitude of the vertex angle to 1. In addition, the output from the photodetector 55 at this time is set to 1, and the output is normalized.

정규화 꼭지각이 1에서 커짐에 따라, 포토디텍터(55)의 정규화 출력이 저하된다. 이것은, 도 9의 9B에 나타낸 바와 같이, 입측 개구부(31)에 입사된 광의 일부가 출측 개구부(32)를 통과하여 출력되지 않고, 입측 개구부(31)로 되돌아가는 성분이 많아지기 때문이다. 또, 정규화 꼭지각이 1에서 작아져도, 포토디텍터(55)의 정규화 출력이 저하된다. 이것은, 입측 개구부(31)의 면적이 작아짐으로써, 집광광학부품(30)에 모이는 산란광의 양이 감소하기 때문이다.As the normalized vertex angle increases from 1, the normalized output of the photodetector 55 decreases. This is because, as shown in 9B of FIG. 9 , a part of the light incident on the entrance opening 31 does not pass through the exit opening 32 and is not output, but a component returning to the entrance opening 31 increases. Moreover, even if the normalized vertex angle becomes small from 1, the normalized output of the photodetector 55 falls. This is because the amount of scattered light collected on the condensing optical component 30 decreases as the area of the entrance opening 31 decreases.

도 9의 9C에 나타낸 바와 같이, 원뿔대면의 꼭지각에는, 포토디텍터(55)의 출력을 최대로 하는 최적값이 존재한다. 예를 들면, 집광광학부품(30)의 원뿔대면의 꼭지각은, 파워미터(54)의 수광면(54A)에서 산란되어 집광광학부품의 입측 개구부의 가장자리에 입사되는 광이, 출측 개구부를 통과하여 외부로 출력되는 크기로 하는 것이 바람직하다. 또, 이 조건 충족시키는 범위 내에서, 입측 개구부(31)를 가장 크게 하는 것이 바람직하다.As shown in 9C of FIG. 9 , an optimum value that maximizes the output of the photodetector 55 exists in the vertex angle of the truncated cone. For example, the vertex angle of the truncated cone surface of the condensing optical component 30 is scattered from the light receiving surface 54A of the power meter 54 and incident on the edge of the entrance opening of the light collecting optical component passes through the exit opening. It is preferable to set it as the size that is output to the outside. Moreover, it is preferable to make the entrance opening part 31 largest within the range which this condition is satisfied.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 것도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.Each of the above-described embodiments is an example, and it goes without saying that partial substitutions or combinations of configurations shown in other embodiments are possible. The same operation and effect due to the same configuration of the plurality of embodiments will not be separately mentioned for each embodiment. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.

11 가대
12 레이저발진기
15 챔버
16 광학실
17 블로어실
18 상하구획판
18A, 18B 개구
19 저판
20 광공진기
20A 광축
21 방전전극
22 전극박스
23 전극지지부재
24 방전영역
25 공진기미러
26 공진기베이스
27 광공진기지지부재
28 광투과창
29 블로어
30 집광광학부품
31 입측 개구부
32 출측 개구부
40 구획판
41 제1 가스유로
42 제2 가스유로
43 열교환기
45 지지개소
50 레이저파워계측장치
51 슬라이드플레이트
52 광학용 홀더
53 빔스플리터
53A 제1 빔스플리터
53B 제2 빔스플리터
54 파워미터(제1 센서)
54A 수광면
55 포토디텍터(제2 센서)
55A 수광면
59 앰프
60 레이저전원
61 제어장치
62 방전전압인가장치
80 가공장치
81 빔정형광학계
82 스테이지
90 가공대상물
100 공통베이스11 trestle
12 laser oscillator
15 chamber
16 Optical Room
17 blower room
18 upper and lower partition plate
18A, 18B openings
19 base plate
20 optical resonators
20A optical axis
21 discharge electrode
22 electrode box
23 Electrode support member
24 discharge area
25 resonator mirror
26 resonator base
27 Optical resonator support member
28 light transmission window
29 blower
30 Condensing Optical Components
31 entrance opening
32 exit opening
40 partition plate
41 first gas flow path
42 second gas flow path
43 heat exchanger
45 support
50 Laser power measuring device
51 slide plate
52 optical holder
53 beam splitter
53A 1st Beamsplitter
53B 2nd beam splitter
54 Power meter (first sensor)
54A light receiving surface
55 Photodetector (Second Sensor)
55A light receiving surface
59 amps
60 laser power
61 control
62 Discharge voltage application device
80 processing equipment
81 beam shaping optical system
82 stage
90 Processing object
100 common base

Claims (5)

레이저빔이 입사되는 수광면을 갖고, 수광면에 입사되는 레이저빔의 평균파워를 측정하는 제1 센서와,
상기 제1 센서의 수광면으로부터의 산란광이 입사되는 위치에 배치되어, 입사되는 레이저빔의 피크파워를 측정하는 제2 센서를 갖는 레이저파워계측장치.a first sensor having a light receiving surface on which the laser beam is incident and measuring the average power of the laser beam incident on the light receiving surface;
and a second sensor disposed at a position where scattered light from the light-receiving surface of the first sensor is incident and measuring the peak power of the incident laser beam. 제1항에 있어서,
상기 제1 센서의 수광면에서 산란된 광을 모아 상기 제2 센서에 입사시키는 집광광학부품을, 더 갖는 레이저파워계측장치.According to claim 1,
A laser power measuring device further comprising a condensing optical component for collecting light scattered from the light receiving surface of the first sensor and making it incident on the second sensor. 제2항에 있어서,
상기 제1 센서의 수광면으로의 레이저빔의 입사각이 22.5° 이하이며, 상기 집광광학부품은, 상기 제1 센서의 수광면에서 정반사된 광이 입사되는 위치에 배치되어 있는 레이저파워계측장치.3. The method of claim 2,
An incident angle of the laser beam on the light receiving surface of the first sensor is 22.5° or less, and the light collecting optical component is disposed at a position where the light specularly reflected from the light receiving surface of the first sensor is incident. 제3항에 있어서,
상기 집광광학부품은 집광콘이며, 집광콘의 내면은 원뿔대의 측면을 구성하고 있고, 원뿔대의 저면에 상당하는 위치의 입측 개구부가 상기 제1 센서의 쪽을 향하며, 원뿔대의 상면에 상당하는 위치의 출측 개구부가 상기 제2 센서의 쪽을 향하고 있는 레이저파워계측장치.4. The method of claim 3,
The condensing optical component is a condensing cone, and the inner surface of the condensing cone constitutes the side surface of the truncated cone, the entrance opening at a position corresponding to the bottom of the truncated cone faces toward the first sensor, and a position corresponding to the upper surface of the truncated cone. A laser power measuring device in which the exit opening faces the second sensor. 제4항에 있어서,
상기 집광광학부품의 내면의 꼭지각은, 상기 제1 센서의 수광면에서 산란되어 상기 집광광학부품의 입측 개구부의 가장자리에 입사되는 광이 출측 개구부를 통과하여 외부로 출력되는 크기인 레이저파워계측장치.

5. The method of claim 4,
The vertex angle of the inner surface of the light collecting optical component is a size in which light scattered from the light receiving surface of the first sensor and incident on the edge of the inlet opening of the light collecting optical component is output through the outlet opening.
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