パルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置
【課題】繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を検出することができるようにする。
【解決手段】パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路とを有し、上記信号処理回路は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を有する。
【解決手段】パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路とを有し、上記信号処理回路は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置に関し、さらに詳細には、パルスレーザー光の光軸の変動、即ち、空間的な揺らぎを補正する際などに用いて好適なパルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種パルスレーザー装置から出射されるパルスレーザー光の光軸の変動、即ち、空間的な揺らぎを検出して、その変動を抑制することの重要性が認識されている。
【０００３】
例えば、中空ファイバーパルス圧縮技術を用いたレーザーシステムにおいては、レーザー装置から出射されるパルスレーザー光の光軸が変動すると、
ａ．中空ファイバー入射端面がパルスレーザー光の照射を受けて損傷する
ｂ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のスペクトル広がりに揺らぎを生ずる
ｃ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のパワーが変動する
というような問題点が発生することが指摘されていた。
【０００４】
一般に、レーザーシステムにおけるレーザー光の光軸の変動は、長期的変動と短期的変動とに大別することができる。
【０００５】
まず、長期的変動とは、主に周囲環境の温度変化などに起因する光学素子やその支持構造部、光学ベンチなどの収縮・膨張がもたらす変動であり、一般に数秒から数時間にわたるゆっくりとした変動である。
【０００６】
一方、短期的変動とは、大気の揺らぎや光学ベンチの振動などによるものであり、１／１００秒から１秒ほどの速い変動である。
【０００７】
ここで、上記した長期的変動および短期的変動に対応するための手法として、ピエゾ駆動ミラー（ピエゾ駆動ミラーとは、ミラーホルダーにピエゾアクチュエーターを取り付けて、電気的に微少変位を与えてミラーの精密制御を行うことができるようにしたものである。）により反射されて位置検出手段で検出されたレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ＰＩＤ回路（ＰＩＤ回路は、オペアンプを用いた制御回路の一つであり、比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）、積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）および微分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の３つの演算回路からなっており、ある目標値を設定し、入力信号（目標値との誤差）に関してそれぞれの演算を行い、出力するというものである。）を用いて上記ピエゾ駆動ミラーの駆動操作をフィードバック制御して上記ピエゾ駆動ミラーの位置制御を行い、上記ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置の変動を抑制するという手法が提案されている。
【０００８】
そして、上記手法により長期的変動に対応する際には、上記位置検出手段として、例えば、ＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラならびにパーソナルコンピューターを用い、ＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラなどから取り込んだ画像情報をパーソナルコンピューターで解析し、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置情報を求めるようになされていた。
【０００９】
しかしながら、上記した位置検出手段としてＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラならびにパーソナルコンピューターを用いる手法は、短期的変動には追従できない。
【００１０】
このため、上記手法により短期的変動に対応する際には、上記位置検出手段として二次元位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）とその信号処理回路とよりなる二次元位置検出器を用い、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光を二次元位置検出器における二次元位置検出素子の受光面に入射するようにして、レーザー光の入射により二次元位置検出素子から出力される信号を信号処理回路で処理し、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置情報を取得するようになされている。
【００１１】
即ち、二次元位置検出器は、数１０μｓから１００μｓほどの非常に速い応答速度で位置検出が可能であるため、短期的変動によるレーザー光の光軸の位置の変動を検出することができるようになる。
【００１２】
なお、二次元位置検出器は、上記したように二次元位置検出素子とその信号処理回路とから構成されており、二次元位置検出素子に光が入射すると当該光の入射位置に応じた電流が流れ、この電流を信号処理回路により処理して、当該光の入射位置を検出するというものである。
【００１３】
より詳細には、二次元位置検出素子はフォトダイオードよりなり、その受光面は均一な抵抗値を持つ抵抗層となっており、受光面に光が入射すると当該光の入射位置から電極までの距離に反比例して電流が分割されて出力され、信号処理回路では出力された電流を演算処理し、受光面上での光の入射位置の位置情報として当該入射位置と線形な電圧を出力する。
【００１４】
ところが、二次元位置検出器は、ＣＷ（連続）レーザーを用いたレーザーシステムにおいては利用可能であるが、繰り返し動作のパルスレーザーを用いたレーザーシステムには利用することができないという問題点があった。
【００１５】
即ち、パルスレーザー光が二次元位置検出素子に入射すると、二次元位置検出素子からは図１に示すような信号波形（ピークホールド前）の信号が出力されるようになるため、信号処理回路で適正な信号処理を行うことができないという問題点があった。
【００１６】
つまり、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯では、二次元位置検出素子から出力される信号の信号強度がゼロに近づいてしまい、位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器が機能しなくなってしまうものであった。
【００１７】
なお、連続光を用いる場合や、繰り返し数が数１０ｋＨｚ以上の二次元位置検出器の応答速度より十分に速い連続光と見なせるような高繰り返しパルスレーザー光を用いる場合には、上記したような問題は生じないが、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光では上記した問題が生起されるものであった。
【００１８】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を検出することができるようにしたパルスレーザー光の光軸位置検出装置を提供しようとするものである。
【００２０】
また、本発明の目的とするところは、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を抑制することができるようにしたパルスレーザー光の光軸位置制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置は、パルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を設けるようにしたものである。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置は、パルスレーザー光の入射位置情報を取得するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置を用いるようにしたものである。
【００２３】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路とを有し、上記信号処理回路は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を有するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる受光面を備え、上記受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、該パルスレーザー光の入射位置に従って、上記受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、上記受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１から電流ＩＹ２を減算し、信号ＩＹ１−ＩＹ２を出力する第１の減算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを加算し、信号ＩＹ１＋ＩＹ２を出力する第１の加算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１から電流ＩＸ２を減算し、信号ＩＸ１−ＩＸ２を出力する第２の減算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを加算し、信号ＩＸ１＋ＩＸ２を出力する第２の加算器と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第１の減算器から出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを保存して出力する第１のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第１の加算器から出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを保存して出力する第２のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第２の減算器から出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを保存して出力する第３のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第２の加算器から出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを保存して出力する第４のピークホールド回路と、上記第１のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを上記第２のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第１の除算器と、上記第３のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを上記第４のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第２の除算器とを有し、上記第１の除算器で取得した演算結果Ｙが、上記二次元位置検出素子の上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、上記第２の除算器で取得した演算結果Ｘが、上記二次元位置検出素子の上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示すようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じたアナログ信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ／デジタル変換器と、上記アナログ／デジタル変換器から出力されたデジタル信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号を出力する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド手段を有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、上記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明と、上記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された上記入射位置情報に基づいて、上記駆動ミラーを制御するＰＩＤ回路とを有するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、上記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号として出力する請求項３に記載の発明と、上記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された上記入射位置情報を示すデジタル信号に基づいて、上記駆動ミラーを制御するためのデジタル信号を生成して出力するＰＩＤ制御手段と、上記ＰＩＤ制御手段から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して上記駆動ミラーへ出力するデジタル／アナログ変換器とを有するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記駆動ミラーは、ピエゾ駆動ミラーまたはボイスコイル駆動ミラーであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以上説明したように構成されているので、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を検出することができるようになるという優れた効果を奏する。
【００３０】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を抑制することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３２】
まず、図２には、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置の実施の形態の一例のブロック構成説明図が示されている。
【００３３】
この本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置（以下、単に「光軸位置検出装置」と適宜に称する。）１０は、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー装置（図示せず。）から出射されたパルスレーザー光を受光するフォトダイオードよりなるとともにその受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成された二次元位置検出素子１２と、二次元位置検出素子１２から出力された信号を減算する減算器１４ａ、１４ｂと、二次元位置検出素子１２から出力された信号を加算する加算器１６ａ、１６ｂと、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ａ、１４ｂおよび加算器１６ａ、１６ｂから出力された各信号の信号波形のピーク値を保存して出力するピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、ピークホールド回路１８ａから出力されたピーク値とピークホールド回路１８ｂから出力されたピーク値とを除算する除算器２０ａと、ピークホールド回路１８ｃから出力されたピーク値とピークホールド回路１８ｄから出力されたピーク値とを除算する除算器２０ｂとを有している。
【００３４】
より詳細には、二次元位置検出素子１２は公知のものであるが、ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる矩形状の受光面を備え、受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、当該パルスレーザー光の入射位置に従って、受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される。
【００３５】
二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とは、減算器１４ａにより減算され、減算器１４ａから信号ＩＹ１−ＩＹ２が出力される。
【００３６】
また、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とは、加算器１６ａにより加算され、加算器１６ａから信号ＩＹ１＋ＩＹ２が出力される。
【００３７】
一方、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とは、減算器１４ｂにより減算され、減算器１４ｂから信号ＩＸ１−ＩＸ２が出力される。
【００３８】
また、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とは、加算器１６ｂにより加算され、加算器１６ｂから信号ＩＸ１＋ＩＸ２が出力される。
【００３９】
そして、ピークホールド回路１８ａによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ａから出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４０】
同様に、ピークホールド回路１８ｂによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて加算器１６ａから出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４１】
また、ピークホールド回路１８ｃによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ｂから出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４２】
同様に、ピークホールド回路１８ｄによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて加算器１６ｂから出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４３】
除算器２０ａは、ピークホールド回路１８ａから出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐをピークホールド回路１８ｂから出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、その演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを取得する。
【００４４】
また、除算器２０ｂは、ピークホールド回路１８ｃから出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐをピークホールド回路１８ｄから出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、その演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを取得する。
【００４５】
そして、除算器２０ａで取得した演算結果Ｙが、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、また、除算器２０ｂで取得した演算結果Ｘが、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示す。
【００４６】
なお、上記した二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１、電流ＩＸ２、電流ＩＹ１、電流ＩＹ２を用いた演算処理により、二次元位置検出素子１２の受光面に入射した光の当該入射位置のＸＹ座標値を求める手法は公知の手法であるため、その詳細な説明については省略する。
【００４７】
以上の構成において、光軸位置検出装置１０においては、除算器２０ａ、２０ｂの前段にピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられているので、パルスレーザー装置のパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて二次元位置検出素子１２からの各信号波形のピーク値を保存し、除算器２０ａ、２０ｂへ出力することができる。
【００４８】
即ち、図１において破線で示す信号波形（ピークホールド後）は、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄでピークホールドしてピーク値を保存した後の信号波形であり、次のパルスが入射するまで信号強度が維持される。
【００４９】
このため、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯においても、位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器２０ａ、２０ｂを機能させることができるようになる。
【００５０】
なお、上記した光軸位置検出装置１０は、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路、即ち、減算器１４ａ、１４ｂ、加算器１６ａ、１６ｂ、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄおよび除算器２０ａ、２０ｂをアナログ回路で構築した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００５１】
即ち、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路をデジタル回路で構築する場合には、二次元位置検出素子１２から出力されたアナログ信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いてデジタル信号に変換してコンピューターへ取り込み、ピーク値の検出および加算・減算・除算を全てソフトウェアプログラムによる処理で実現すればよい。
【００５２】
次に、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置の実施の形態の一例について説明する。
【００５３】
図３には、上記した光軸位置検出装置１０を備えた本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置（以下、単に「光軸位置制御装置」と適宜に称する。）を用いたレーザーシステムの一例のブロック構成説明図が示されている。
【００５４】
このレーザーシステム１００は、中空ファイバーパルス圧縮により高強度フェムト秒レーザー光を発生するために、パルスレーザー光を中空ファイバーへ入射する場合に用いることができるシステムである。
【００５５】
こうしたレーザーシステム１００は、パルスレーザー装置としての繰り返し速度１ｋＨｚのチタンサファイアレーザー装置１０２と、チタンサファイアレーザー装置１０２から出射されたパルスレーザー光を反射する全反射ミラー１０４と、全反射ミラー１０４により反射されたパルスレーザー光を反射するピエゾ駆動ミラー１０６と、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光を２つの光路に分岐するビームスプリッター１０８と、ビームスプリッター１０８により分岐された一方の光路のパルスレーザー光を入射する中空ファイバー１１０と、ビームスプリッター１０８により分岐された他方の光路のパルスレーザー光を反射する全反射ミラー１１２と、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置情報を検出する位置検出手段たる全反射ミラー１１２により反射されたパルスレーザー光を二次元位置検出素子１２の受光面に入射するように配置された上記した光軸位置検出装置１０と、光軸位置検出装置１０の除算器２０ａ、２０ｂからの出力を入力するＰＩＤ回路１１４とを有して構成されている。
【００５６】
ここで、光軸位置検出装置１０には、チタンサファイアレーザー装置１０２によるパルスレーザー光の出力と同期をとるための同期信号たるトリガー信号が、チタンサファイアレーザー装置１０２から入力されている。
【００５７】
なお、レーザーシステム１００においては、光軸位置検出装置１０とピエゾ駆動ミラー１０６とＰＩＤ回路１１４とにより、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置が構築されている。
【００５８】
以上の構成において、上記したレーザーシステム１００においては、チタンサファイアレーザー装置１０２から出射されたパルスレーザー光は、全反射ミラー１０４を介してピエゾ駆動ミラー１０６により反射され、ビームスプリッター１０８により２つの光路に分岐される。
【００５９】
そして、ビームスプリッター１０８により分岐された２つの光路のうちの一方の光路のパルスレーザー光は、中空ファイバー１１０内へ入射される。
【００６０】
一方、ビームスプリッター１０８により分岐された２つの光路のうちの他方の光路のパルスレーザー光は、全反射ミラー１１２を介して光軸位置検出装置１０における二次元位置検出素子１２の受光面に入射され、光軸位置検出装置１０は、パルスレーザー光の光軸の位置情報として、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の当該入射位置のＸＹ座標値をＰＩＤ回路１１４へ出力する。
【００６１】
なお、光軸位置検出装置１０の動作の詳細については、上記した通りであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
ＰＩＤ回路１１４は、光軸位置検出装置１０で検出されて出力されたパルスレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ピエゾ駆動ミラー１０６の駆動操作をフィードバック制御してピエゾ駆動ミラーの位置制御を行い、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置の変動を抑制する。
【００６３】
従って、レーザーシステム１００においては、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯においても、光軸位置検出装置１０における位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器２０ａ、２０ｂを機能させることができるようになり、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置の変動を確実に抑制することができるようになる。
【００６４】
このため、レーザーシステム１００においては、
ａ．中空ファイバー入射端面がパルスレーザー光の照射を受けて損傷することを抑止 できる
ｂ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のスペクトル広がりの揺らぎを抑制す ることができる
ｃ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のパワーの変動を抑制することができ る
というような優れた作用効果が得られる。
【００６５】
なお、上記したレーザーシステム１００は、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置情報を検出する位置検出手段として、チタンサファイアレーザー装置１０２から出力されたパルスレーザー光の出力と同期したトリガー信号を入力して動作する光軸位置検出装置１０を備える点においてのみ「背景技術」において説明した従来の技術と異なり、検出されたパルスレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ＰＩＤ回路１１４を用いてピエゾ駆動ミラー１０６の駆動操作をフィードバック制御して、パルスレーザー光の光軸の位置の変動を抑制するという手法は従来の技術と同様である。
【００６６】
ここで、図４（ａ）（ｂ）には、レーザーシステム１００を用いて行った実験結果の一例が示されている。
【００６７】
この実験は、中空ファイバー１１０に代えて公知の二次元位置検出装置を配置し、この二次元位置検出装置により、中空ファイバー１１０に入射されるべきパルスレーザー光の光軸の変動を測定したものであ。
【００６８】
図４（ａ）は、光軸位置検出装置１０を用いたピエゾ駆動ミラー１０６のフィードバック制御を行わなかった際における測定された光軸位置の分布を示している。
【００６９】
一方、図４（ｂ）は、光軸位置検出装置１０を用いてピエゾ駆動ミラー１０６のフィードバック制御を行った際における測定された光軸位置の分布を示している。
【００７０】
図４（ａ）（ｂ）に示されているように、上記したフィードバック制御を行わなかった場合には、おおよそ１５０μｍの変動幅が観測されたが、上記したフィードバック制御を行った場合には、変動幅が＋／−４μｍ（ＲＭＳで１μｍ）まで抑制された。
【００７１】
ここで、図４（ａ）（ｂ）に示すデータにアラン分散を用いて周波数解析を行うと、図５に示すグラフが得られる。
【００７２】
図５から明らかなように、フィードバック制御を行うことにより、およそ１００Ｈｚまでの変動成分（図５の積分時間で０．０１秒以上）が抑制された。
【００７３】
なお、上記したレーザーシステム１００は、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路、即ち、減算器１４ａ、１４ｂ、加算器１６ａ、１６ｂ、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄおよび除算器２０ａ、２０ｂをアナログ回路で構築した光軸位置検出装置１０を用いた例を示したが、信号処理回路をアナログ回路で構築した光軸位置検出装置１０に代えて、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路をデジタル回路で構築した光軸位置検出装置を用いてもよいことは勿論である。
【００７４】
そして、この場合には、ＰＩＤ回路１１４も設けることなしに、ＰＩＤ回路１１４により実行されるＰＩＤ制御もコンピューター上でソフトウェアプログラムの制御により行い、ＰＩＤ制御を実行されてコンピューターから出力されたデジタル信号をデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ））変換器でアナログ信号に変換し、こうして変換されたアナログ信号によりピエゾ駆動ミラー１０６を操作してフィードバック制御するように設定すればよい。
【００７５】
また、上記した実施の形態は、以下に説明する（１）乃至（４）に示すように変形してもよい。
【００７６】
（１）上記した実施の形態においては、パルスレーザー光の光軸を変化させるためにピエゾ駆動ミラーを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ピエゾ駆動ミラーに代えて、例えば、ボイスコイル駆動ミラーなどを用いてもよいことは勿論である。
【００７７】
（２）上記した実施の形態においては、本発明を中空ファイバーパルス圧縮におけるパルスレーザー光の光軸の変動の抑制に用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、本発明をレーザー加工におけるパルスレーザー光の光軸の変動の抑制に用いてもよい。
【００７８】
（３）上記した実施の形態においては、二次元位置検出素子はＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる矩形状の受光面を備えるようにしたが、受光面の形状は矩形状に限られるものではないことは勿論であり、正方形状などの任意の形状を適宜に選択することができる。
【００７９】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせて用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、パルスレーザー光を用いたレーザー加工、空間光通信、エネルギー伝送、光計測などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、従来の技術ならびに本発明を説明するための波形図である。
【図２】図２は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置の実施の形態の一例のブロック構成説明図である。
【図３】図３は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置を用いたレーザーシステムの一例のブロック構成説明図である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置を用いたレーザーシステムを用いて行った実験結果の一例を示し、図４（ａ）は、本発明による光軸位置検出装置を用いたピエゾ駆動ミラーのフィードバック制御を行わなかった際における測定された光軸位置の分布を示すグラフであり、また、図４（ｂ）は、本発明による光軸位置検出装置を用いてピエゾ駆動ミラーのフィードバック制御を行った際における測定された光軸位置の分布を示すグラフである。
【図５】図５は、図４（ａ）（ｂ）に示すデータにアラン分散を用いて周波数解析を行った結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 光軸位置検出装置
１２ 二次元位置検出素子
１４ａ、１４ｂ 減算器
１６ａ、１６ｂ 加算器
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ ピークホールド回路
２０ａ、２０ｂ 除算器
１００ レーザーシステム
１０２ チタンサファイアレーザー装置
１０４ 全反射ミラー
１０６ ピエゾ駆動ミラー
１０８ ビームスプリッター
１１０ 中空ファイバー
１１２ 全反射ミラー
１１４ ＰＩＤ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置に関し、さらに詳細には、パルスレーザー光の光軸の変動、即ち、空間的な揺らぎを補正する際などに用いて好適なパルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種パルスレーザー装置から出射されるパルスレーザー光の光軸の変動、即ち、空間的な揺らぎを検出して、その変動を抑制することの重要性が認識されている。
【０００３】
例えば、中空ファイバーパルス圧縮技術を用いたレーザーシステムにおいては、レーザー装置から出射されるパルスレーザー光の光軸が変動すると、
ａ．中空ファイバー入射端面がパルスレーザー光の照射を受けて損傷する
ｂ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のスペクトル広がりに揺らぎを生ずる
ｃ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のパワーが変動する
というような問題点が発生することが指摘されていた。
【０００４】
一般に、レーザーシステムにおけるレーザー光の光軸の変動は、長期的変動と短期的変動とに大別することができる。
【０００５】
まず、長期的変動とは、主に周囲環境の温度変化などに起因する光学素子やその支持構造部、光学ベンチなどの収縮・膨張がもたらす変動であり、一般に数秒から数時間にわたるゆっくりとした変動である。
【０００６】
一方、短期的変動とは、大気の揺らぎや光学ベンチの振動などによるものであり、１／１００秒から１秒ほどの速い変動である。
【０００７】
ここで、上記した長期的変動および短期的変動に対応するための手法として、ピエゾ駆動ミラー（ピエゾ駆動ミラーとは、ミラーホルダーにピエゾアクチュエーターを取り付けて、電気的に微少変位を与えてミラーの精密制御を行うことができるようにしたものである。）により反射されて位置検出手段で検出されたレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ＰＩＤ回路（ＰＩＤ回路は、オペアンプを用いた制御回路の一つであり、比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）、積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）および微分（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の３つの演算回路からなっており、ある目標値を設定し、入力信号（目標値との誤差）に関してそれぞれの演算を行い、出力するというものである。）を用いて上記ピエゾ駆動ミラーの駆動操作をフィードバック制御して上記ピエゾ駆動ミラーの位置制御を行い、上記ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置の変動を抑制するという手法が提案されている。
【０００８】
そして、上記手法により長期的変動に対応する際には、上記位置検出手段として、例えば、ＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラならびにパーソナルコンピューターを用い、ＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラなどから取り込んだ画像情報をパーソナルコンピューターで解析し、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置情報を求めるようになされていた。
【０００９】
しかしながら、上記した位置検出手段としてＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラならびにパーソナルコンピューターを用いる手法は、短期的変動には追従できない。
【００１０】
このため、上記手法により短期的変動に対応する際には、上記位置検出手段として二次元位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）とその信号処理回路とよりなる二次元位置検出器を用い、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光を二次元位置検出器における二次元位置検出素子の受光面に入射するようにして、レーザー光の入射により二次元位置検出素子から出力される信号を信号処理回路で処理し、ピエゾ駆動ミラーにより反射されたレーザー光の光軸の位置情報を取得するようになされている。
【００１１】
即ち、二次元位置検出器は、数１０μｓから１００μｓほどの非常に速い応答速度で位置検出が可能であるため、短期的変動によるレーザー光の光軸の位置の変動を検出することができるようになる。
【００１２】
なお、二次元位置検出器は、上記したように二次元位置検出素子とその信号処理回路とから構成されており、二次元位置検出素子に光が入射すると当該光の入射位置に応じた電流が流れ、この電流を信号処理回路により処理して、当該光の入射位置を検出するというものである。
【００１３】
より詳細には、二次元位置検出素子はフォトダイオードよりなり、その受光面は均一な抵抗値を持つ抵抗層となっており、受光面に光が入射すると当該光の入射位置から電極までの距離に反比例して電流が分割されて出力され、信号処理回路では出力された電流を演算処理し、受光面上での光の入射位置の位置情報として当該入射位置と線形な電圧を出力する。
【００１４】
ところが、二次元位置検出器は、ＣＷ（連続）レーザーを用いたレーザーシステムにおいては利用可能であるが、繰り返し動作のパルスレーザーを用いたレーザーシステムには利用することができないという問題点があった。
【００１５】
即ち、パルスレーザー光が二次元位置検出素子に入射すると、二次元位置検出素子からは図１に示すような信号波形（ピークホールド前）の信号が出力されるようになるため、信号処理回路で適正な信号処理を行うことができないという問題点があった。
【００１６】
つまり、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯では、二次元位置検出素子から出力される信号の信号強度がゼロに近づいてしまい、位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器が機能しなくなってしまうものであった。
【００１７】
なお、連続光を用いる場合や、繰り返し数が数１０ｋＨｚ以上の二次元位置検出器の応答速度より十分に速い連続光と見なせるような高繰り返しパルスレーザー光を用いる場合には、上記したような問題は生じないが、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光では上記した問題が生起されるものであった。
【００１８】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を検出することができるようにしたパルスレーザー光の光軸位置検出装置を提供しようとするものである。
【００２０】
また、本発明の目的とするところは、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を抑制することができるようにしたパルスレーザー光の光軸位置制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置は、パルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を設けるようにしたものである。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置は、パルスレーザー光の入射位置情報を取得するために、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置を用いるようにしたものである。
【００２３】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路とを有し、上記信号処理回路は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を有するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる受光面を備え、上記受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、該パルスレーザー光の入射位置に従って、上記受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、上記受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１から電流ＩＹ２を減算し、信号ＩＹ１−ＩＹ２を出力する第１の減算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを加算し、信号ＩＹ１＋ＩＹ２を出力する第１の加算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１から電流ＩＸ２を減算し、信号ＩＸ１−ＩＸ２を出力する第２の減算器と、上記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを加算し、信号ＩＸ１＋ＩＸ２を出力する第２の加算器と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第１の減算器から出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを保存して出力する第１のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第１の加算器から出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを保存して出力する第２のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第２の減算器から出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを保存して出力する第３のピークホールド回路と、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて上記第２の加算器から出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを保存して出力する第４のピークホールド回路と、上記第１のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを上記第２のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第１の除算器と、上記第３のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを上記第４のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第２の除算器とを有し、上記第１の除算器で取得した演算結果Ｙが、上記二次元位置検出素子の上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、上記第２の除算器で取得した演算結果Ｘが、上記二次元位置検出素子の上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示すようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、上記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じたアナログ信号を出力する二次元位置検出素子と、上記二次元位置検出素子から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ／デジタル変換器と、上記アナログ／デジタル変換器から出力されたデジタル信号を処理して、上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号を出力する信号処理手段とを有し、上記信号処理手段は、上記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて上記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド手段を有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、上記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明と、上記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された上記入射位置情報に基づいて、上記駆動ミラーを制御するＰＩＤ回路とを有するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、上記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を上記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号として出力する請求項３に記載の発明と、上記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された上記入射位置情報を示すデジタル信号に基づいて、上記駆動ミラーを制御するためのデジタル信号を生成して出力するＰＩＤ制御手段と、上記ＰＩＤ制御手段から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して上記駆動ミラーへ出力するデジタル／アナログ変換器とを有するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記駆動ミラーは、ピエゾ駆動ミラーまたはボイスコイル駆動ミラーであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以上説明したように構成されているので、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を検出することができるようになるという優れた効果を奏する。
【００３０】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー光の光軸の変動を抑制することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置およびパルスレーザー光の光軸位置制御装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００３２】
まず、図２には、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置の実施の形態の一例のブロック構成説明図が示されている。
【００３３】
この本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置（以下、単に「光軸位置検出装置」と適宜に称する。）１０は、繰り返し数が１０ｋＨｚ以下の繰り返し動作のパルスレーザー装置（図示せず。）から出射されたパルスレーザー光を受光するフォトダイオードよりなるとともにその受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成された二次元位置検出素子１２と、二次元位置検出素子１２から出力された信号を減算する減算器１４ａ、１４ｂと、二次元位置検出素子１２から出力された信号を加算する加算器１６ａ、１６ｂと、上記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ａ、１４ｂおよび加算器１６ａ、１６ｂから出力された各信号の信号波形のピーク値を保存して出力するピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、ピークホールド回路１８ａから出力されたピーク値とピークホールド回路１８ｂから出力されたピーク値とを除算する除算器２０ａと、ピークホールド回路１８ｃから出力されたピーク値とピークホールド回路１８ｄから出力されたピーク値とを除算する除算器２０ｂとを有している。
【００３４】
より詳細には、二次元位置検出素子１２は公知のものであるが、ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる矩形状の受光面を備え、受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、当該パルスレーザー光の入射位置に従って、受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される。
【００３５】
二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とは、減算器１４ａにより減算され、減算器１４ａから信号ＩＹ１−ＩＹ２が出力される。
【００３６】
また、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とは、加算器１６ａにより加算され、加算器１６ａから信号ＩＹ１＋ＩＹ２が出力される。
【００３７】
一方、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とは、減算器１４ｂにより減算され、減算器１４ｂから信号ＩＸ１−ＩＸ２が出力される。
【００３８】
また、二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とは、加算器１６ｂにより加算され、加算器１６ｂから信号ＩＸ１＋ＩＸ２が出力される。
【００３９】
そして、ピークホールド回路１８ａによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ａから出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４０】
同様に、ピークホールド回路１８ｂによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて加算器１６ａから出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４１】
また、ピークホールド回路１８ｃによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて減算器１４ｂから出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４２】
同様に、ピークホールド回路１８ｄによって、パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて加算器１６ｂから出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐが保存され出力されることになる。
【００４３】
除算器２０ａは、ピークホールド回路１８ａから出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐをピークホールド回路１８ｂから出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、その演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを取得する。
【００４４】
また、除算器２０ｂは、ピークホールド回路１８ｃから出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐをピークホールド回路１８ｄから出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、その演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを取得する。
【００４５】
そして、除算器２０ａで取得した演算結果Ｙが、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、また、除算器２０ｂで取得した演算結果Ｘが、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示す。
【００４６】
なお、上記した二次元位置検出素子１２から出力された電流ＩＸ１、電流ＩＸ２、電流ＩＹ１、電流ＩＹ２を用いた演算処理により、二次元位置検出素子１２の受光面に入射した光の当該入射位置のＸＹ座標値を求める手法は公知の手法であるため、その詳細な説明については省略する。
【００４７】
以上の構成において、光軸位置検出装置１０においては、除算器２０ａ、２０ｂの前段にピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられているので、パルスレーザー装置のパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて二次元位置検出素子１２からの各信号波形のピーク値を保存し、除算器２０ａ、２０ｂへ出力することができる。
【００４８】
即ち、図１において破線で示す信号波形（ピークホールド後）は、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄでピークホールドしてピーク値を保存した後の信号波形であり、次のパルスが入射するまで信号強度が維持される。
【００４９】
このため、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯においても、位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器２０ａ、２０ｂを機能させることができるようになる。
【００５０】
なお、上記した光軸位置検出装置１０は、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路、即ち、減算器１４ａ、１４ｂ、加算器１６ａ、１６ｂ、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄおよび除算器２０ａ、２０ｂをアナログ回路で構築した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００５１】
即ち、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路をデジタル回路で構築する場合には、二次元位置検出素子１２から出力されたアナログ信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いてデジタル信号に変換してコンピューターへ取り込み、ピーク値の検出および加算・減算・除算を全てソフトウェアプログラムによる処理で実現すればよい。
【００５２】
次に、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置の実施の形態の一例について説明する。
【００５３】
図３には、上記した光軸位置検出装置１０を備えた本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置（以下、単に「光軸位置制御装置」と適宜に称する。）を用いたレーザーシステムの一例のブロック構成説明図が示されている。
【００５４】
このレーザーシステム１００は、中空ファイバーパルス圧縮により高強度フェムト秒レーザー光を発生するために、パルスレーザー光を中空ファイバーへ入射する場合に用いることができるシステムである。
【００５５】
こうしたレーザーシステム１００は、パルスレーザー装置としての繰り返し速度１ｋＨｚのチタンサファイアレーザー装置１０２と、チタンサファイアレーザー装置１０２から出射されたパルスレーザー光を反射する全反射ミラー１０４と、全反射ミラー１０４により反射されたパルスレーザー光を反射するピエゾ駆動ミラー１０６と、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光を２つの光路に分岐するビームスプリッター１０８と、ビームスプリッター１０８により分岐された一方の光路のパルスレーザー光を入射する中空ファイバー１１０と、ビームスプリッター１０８により分岐された他方の光路のパルスレーザー光を反射する全反射ミラー１１２と、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置情報を検出する位置検出手段たる全反射ミラー１１２により反射されたパルスレーザー光を二次元位置検出素子１２の受光面に入射するように配置された上記した光軸位置検出装置１０と、光軸位置検出装置１０の除算器２０ａ、２０ｂからの出力を入力するＰＩＤ回路１１４とを有して構成されている。
【００５６】
ここで、光軸位置検出装置１０には、チタンサファイアレーザー装置１０２によるパルスレーザー光の出力と同期をとるための同期信号たるトリガー信号が、チタンサファイアレーザー装置１０２から入力されている。
【００５７】
なお、レーザーシステム１００においては、光軸位置検出装置１０とピエゾ駆動ミラー１０６とＰＩＤ回路１１４とにより、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置が構築されている。
【００５８】
以上の構成において、上記したレーザーシステム１００においては、チタンサファイアレーザー装置１０２から出射されたパルスレーザー光は、全反射ミラー１０４を介してピエゾ駆動ミラー１０６により反射され、ビームスプリッター１０８により２つの光路に分岐される。
【００５９】
そして、ビームスプリッター１０８により分岐された２つの光路のうちの一方の光路のパルスレーザー光は、中空ファイバー１１０内へ入射される。
【００６０】
一方、ビームスプリッター１０８により分岐された２つの光路のうちの他方の光路のパルスレーザー光は、全反射ミラー１１２を介して光軸位置検出装置１０における二次元位置検出素子１２の受光面に入射され、光軸位置検出装置１０は、パルスレーザー光の光軸の位置情報として、二次元位置検出素子１２の受光面に入射したパルスレーザー光の当該入射位置のＸＹ座標値をＰＩＤ回路１１４へ出力する。
【００６１】
なお、光軸位置検出装置１０の動作の詳細については、上記した通りであるので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
ＰＩＤ回路１１４は、光軸位置検出装置１０で検出されて出力されたパルスレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ピエゾ駆動ミラー１０６の駆動操作をフィードバック制御してピエゾ駆動ミラーの位置制御を行い、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置の変動を抑制する。
【００６３】
従って、レーザーシステム１００においては、パルスとパルスとの間におけるレーザー光が入射しない時間帯においても、光軸位置検出装置１０における位置検出に必要な信号処理回路における最終段の除算器２０ａ、２０ｂを機能させることができるようになり、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置の変動を確実に抑制することができるようになる。
【００６４】
このため、レーザーシステム１００においては、
ａ．中空ファイバー入射端面がパルスレーザー光の照射を受けて損傷することを抑止 できる
ｂ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のスペクトル広がりの揺らぎを抑制す ることができる
ｃ．中空ファイバー出射後のパルスレーザー光のパワーの変動を抑制することができ る
というような優れた作用効果が得られる。
【００６５】
なお、上記したレーザーシステム１００は、ピエゾ駆動ミラー１０６により反射されたパルスレーザー光の光軸の位置情報を検出する位置検出手段として、チタンサファイアレーザー装置１０２から出力されたパルスレーザー光の出力と同期したトリガー信号を入力して動作する光軸位置検出装置１０を備える点においてのみ「背景技術」において説明した従来の技術と異なり、検出されたパルスレーザー光の光軸の位置情報をもとに、ＰＩＤ回路１１４を用いてピエゾ駆動ミラー１０６の駆動操作をフィードバック制御して、パルスレーザー光の光軸の位置の変動を抑制するという手法は従来の技術と同様である。
【００６６】
ここで、図４（ａ）（ｂ）には、レーザーシステム１００を用いて行った実験結果の一例が示されている。
【００６７】
この実験は、中空ファイバー１１０に代えて公知の二次元位置検出装置を配置し、この二次元位置検出装置により、中空ファイバー１１０に入射されるべきパルスレーザー光の光軸の変動を測定したものであ。
【００６８】
図４（ａ）は、光軸位置検出装置１０を用いたピエゾ駆動ミラー１０６のフィードバック制御を行わなかった際における測定された光軸位置の分布を示している。
【００６９】
一方、図４（ｂ）は、光軸位置検出装置１０を用いてピエゾ駆動ミラー１０６のフィードバック制御を行った際における測定された光軸位置の分布を示している。
【００７０】
図４（ａ）（ｂ）に示されているように、上記したフィードバック制御を行わなかった場合には、おおよそ１５０μｍの変動幅が観測されたが、上記したフィードバック制御を行った場合には、変動幅が＋／−４μｍ（ＲＭＳで１μｍ）まで抑制された。
【００７１】
ここで、図４（ａ）（ｂ）に示すデータにアラン分散を用いて周波数解析を行うと、図５に示すグラフが得られる。
【００７２】
図５から明らかなように、フィードバック制御を行うことにより、およそ１００Ｈｚまでの変動成分（図５の積分時間で０．０１秒以上）が抑制された。
【００７３】
なお、上記したレーザーシステム１００は、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路、即ち、減算器１４ａ、１４ｂ、加算器１６ａ、１６ｂ、ピークホールド回路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄおよび除算器２０ａ、２０ｂをアナログ回路で構築した光軸位置検出装置１０を用いた例を示したが、信号処理回路をアナログ回路で構築した光軸位置検出装置１０に代えて、二次元位置検出素子１２の後段に位置する信号処理回路をデジタル回路で構築した光軸位置検出装置を用いてもよいことは勿論である。
【００７４】
そして、この場合には、ＰＩＤ回路１１４も設けることなしに、ＰＩＤ回路１１４により実行されるＰＩＤ制御もコンピューター上でソフトウェアプログラムの制御により行い、ＰＩＤ制御を実行されてコンピューターから出力されたデジタル信号をデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ））変換器でアナログ信号に変換し、こうして変換されたアナログ信号によりピエゾ駆動ミラー１０６を操作してフィードバック制御するように設定すればよい。
【００７５】
また、上記した実施の形態は、以下に説明する（１）乃至（４）に示すように変形してもよい。
【００７６】
（１）上記した実施の形態においては、パルスレーザー光の光軸を変化させるためにピエゾ駆動ミラーを用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ピエゾ駆動ミラーに代えて、例えば、ボイスコイル駆動ミラーなどを用いてもよいことは勿論である。
【００７７】
（２）上記した実施の形態においては、本発明を中空ファイバーパルス圧縮におけるパルスレーザー光の光軸の変動の抑制に用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、本発明をレーザー加工におけるパルスレーザー光の光軸の変動の抑制に用いてもよい。
【００７８】
（３）上記した実施の形態においては、二次元位置検出素子はＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる矩形状の受光面を備えるようにしたが、受光面の形状は矩形状に限られるものではないことは勿論であり、正方形状などの任意の形状を適宜に選択することができる。
【００７９】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせて用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、パルスレーザー光を用いたレーザー加工、空間光通信、エネルギー伝送、光計測などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、従来の技術ならびに本発明を説明するための波形図である。
【図２】図２は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置検出装置の実施の形態の一例のブロック構成説明図である。
【図３】図３は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置を用いたレーザーシステムの一例のブロック構成説明図である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）は、本発明によるパルスレーザー光の光軸位置制御装置を用いたレーザーシステムを用いて行った実験結果の一例を示し、図４（ａ）は、本発明による光軸位置検出装置を用いたピエゾ駆動ミラーのフィードバック制御を行わなかった際における測定された光軸位置の分布を示すグラフであり、また、図４（ｂ）は、本発明による光軸位置検出装置を用いてピエゾ駆動ミラーのフィードバック制御を行った際における測定された光軸位置の分布を示すグラフである。
【図５】図５は、図４（ａ）（ｂ）に示すデータにアラン分散を用いて周波数解析を行った結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 光軸位置検出装置
１２ 二次元位置検出素子
１４ａ、１４ｂ 減算器
１６ａ、１６ｂ 加算器
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ ピークホールド回路
２０ａ、２０ｂ 除算器
１００ レーザーシステム
１０２ チタンサファイアレーザー装置
１０４ 全反射ミラー
１０６ ピエゾ駆動ミラー
１０８ ビームスプリッター
１１０ 中空ファイバー
１１２ 全反射ミラー
１１４ ＰＩＤ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、前記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路と
を有し、
前記信号処理回路は、前記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて前記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を
有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項２】
ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる受光面を備え、前記受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、該パルスレーザー光の入射位置に従って、前記受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、前記受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１から電流ＩＹ２を減算し、信号ＩＹ１−ＩＹ２を出力する第１の減算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを加算し、信号ＩＹ１＋ＩＹ２を出力する第１の加算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１から電流ＩＸ２を減算し、信号ＩＸ１−ＩＸ２を出力する第２の減算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを加算し、信号ＩＸ１＋ＩＸ２を出力する第２の加算器と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第１の減算器から出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを保存して出力する第１のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第１の加算器から出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを保存して出力する第２のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第２の減算器から出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを保存して出力する第３のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第２の加算器から出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを保存して出力する第４のピークホールド回路と、
前記第１のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを前記第２のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第１の除算器と、
前記第３のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを前記第４のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第２の除算器と
を有し、
前記第１の除算器で取得した演算結果Ｙが、前記二次元位置検出素子の前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、前記第２の除算器で取得した演算結果Ｘが、前記二次元位置検出素子の前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示す
ことを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項３】
パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、前記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じたアナログ信号を出力する二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器から出力されたデジタル信号を処理して、前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号を出力する信号処理手段と
を有し、
前記信号処理手段は、前記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて前記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド手段を
有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項４】
パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、
前記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の光軸位置検出装置と、
前記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された前記入射位置情報に基づいて、前記駆動ミラーを制御するＰＩＤ回路と
を有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【請求項５】
パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、
前記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号として出力する請求項３に記載のパルスレーザー光の光軸位置検出装置と、
前記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された前記入射位置情報を示すデジタル信号に基づいて、前記駆動ミラーを制御するためのデジタル信号を生成して出力するＰＩＤ制御手段と、
前記ＰＩＤ制御手段から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記駆動ミラーへ出力するデジタル／アナログ変換器と
を有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
前記駆動ミラーは、ピエゾ駆動ミラーまたはボイスコイル駆動ミラーである
ことを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【請求項１】
パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、前記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じた信号を出力する二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力された信号を処理して、前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を出力する信号処理回路と
を有し、
前記信号処理回路は、前記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて前記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド回路を
有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項２】
ＸＹ直交座標系の二次元平面よりなる受光面を備え、前記受光面にパルスレーザー装置から出射されたパルスレーザー光が入射すると、該パルスレーザー光の入射位置に従って、前記受光面のＸ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とが信号として出力され、前記受光面のＹ軸方向において対向する辺にそれぞれ配置された電極からそれぞれ電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とが信号として出力される二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１から電流ＩＹ２を減算し、信号ＩＹ１−ＩＹ２を出力する第１の減算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを用い、電流ＩＹ１と電流ＩＹ２とを加算し、信号ＩＹ１＋ＩＹ２を出力する第１の加算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１から電流ＩＸ２を減算し、信号ＩＸ１−ＩＸ２を出力する第２の減算器と、
前記二次元位置検出素子から出力された電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを用い、電流ＩＸ１と電流ＩＸ２とを加算し、信号ＩＸ１＋ＩＸ２を出力する第２の加算器と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第１の減算器から出力された信号ＩＹ１−ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを保存して出力する第１のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第１の加算器から出力された信号ＩＹ１＋ＩＹ２の信号波形のピーク値である信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを保存して出力する第２のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第２の減算器から出力された信号ＩＸ１−ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを保存して出力する第３のピークホールド回路と、
前記パルスレーザー装置によるパルスレーザー光の出力と同期のとれたトリガー信号を用いて前記第２の加算器から出力された信号ＩＸ１＋ＩＸ２の信号波形のピーク値である信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを保存して出力する第４のピークホールド回路と、
前記第１のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐを前記第２のピークホールド回路から出力された信号ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＹ＝ＩＹ１ｐ−ＩＹ２ｐ／ＩＹ１ｐ＋ＩＹ２ｐを前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第１の除算器と、
前記第３のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐを前記第４のピークホールド回路から出力された信号ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐで除算し、該除算の演算結果であるＸ＝ＩＸ１ｐ−ＩＸ２ｐ／ＩＸ１ｐ＋ＩＸ２ｐを前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する第２の除算器と
を有し、
前記第１の除算器で取得した演算結果Ｙが、前記二次元位置検出素子の前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＹ座標値を示し、前記第２の除算器で取得した演算結果Ｘが、前記二次元位置検出素子の前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置のＸＹ直交座標系におけるＸ座標値を示す
ことを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項３】
パルスレーザー光を受光する受光面が均一な抵抗値を持つ抵抗層として形成され、前記受光面にパルスレーザー光が入射すると該入射位置に応じたアナログ信号を出力する二次元位置検出素子と、
前記二次元位置検出素子から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器から出力されたデジタル信号を処理して、前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号を出力する信号処理手段と
を有し、
前記信号処理手段は、前記受光面に入射されるパルスレーザー光の出力と同期がとれたトリガー信号を用いて前記二次元位置検出素子からの各信号波形のピーク値を保存するピークホールド手段を
有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置検出装置。
【請求項４】
パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、
前記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報として出力する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の光軸位置検出装置と、
前記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された前記入射位置情報に基づいて、前記駆動ミラーを制御するＰＩＤ回路と
を有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【請求項５】
パルスレーザー光の光軸の位置を制御するパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
光軸の位置を制御する対象のパルスレーザー光を反射する駆動ミラーと、
前記駆動ミラーにより反射されたパルスレーザー光を受光して該パルスレーザー光の入射位置を検出し、該検出結果を前記受光面に入射したパルスレーザー光の入射位置情報を示すデジタル信号として出力する請求項３に記載のパルスレーザー光の光軸位置検出装置と、
前記パルスレーザー光の光軸位置検出装置から出力された前記入射位置情報を示すデジタル信号に基づいて、前記駆動ミラーを制御するためのデジタル信号を生成して出力するＰＩＤ制御手段と、
前記ＰＩＤ制御手段から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記駆動ミラーへ出力するデジタル／アナログ変換器と
を有することを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５のいずれか１項に記載のパルスレーザー光の光軸位置制御装置において、
前記駆動ミラーは、ピエゾ駆動ミラーまたはボイスコイル駆動ミラーである
ことを特徴とするパルスレーザー光の光軸位置制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２４３９４９（Ｐ２００８−２４３９４９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７９３６５（Ｐ２００７−７９３６５）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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