ファイバレーザ加工装置及び励起用レーザダイオード電源装置
【課題】ファイバレーザ加工装置に用いる励起用レーザダイオード電源装置において、励起用レーザダイオードの光出力をフルに発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止する。
【解決手段】このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４を有し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）に電流センサ６２を取り付けている。さらに、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）を過大な駆動電流Ｉdから保護するために、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMのそれぞれの性質を踏まえて駆動電流Ｉdを監視する駆動電流監視部６６を備えている。
【解決手段】このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４を有し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）に電流センサ６２を取り付けている。さらに、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）を過大な駆動電流Ｉdから保護するために、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMのそれぞれの性質を踏まえて駆動電流Ｉdを監視する駆動電流監視部６６を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シード光を光ファイバの中で増幅して得られる光ビームを被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置およびこれに使用可能な励起用レーザダイオード電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が普及している。その中で、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のファイバレーザ加工装置も注目されている。
【０００３】
ＭＯＰＡ方式は、コアにＹｂ等の希土類元素を添加した光ファイバをレーザ増幅用のアクティブファイバに使用し、シードレーザで生成した比較的低い出力のシード光を一端から該アクティブファイバのコアに入れて他端まで伝播させながら、コアを励起光で励起することによって、コアの中でシード光を高出力の加工用光ビームに増幅または変換するものであり、光／光変換効率が高くてビームモードが安定している等の特長を有している。
【０００４】
従来より、ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置では、アクティブファイバを励起するための光源にレーザダイオード（ＬＤ）がよく用いられている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置において、たとえばマーキング加工が行われる場合、励起用のＬＤは、１回の連続したストロークの描画が終了するといったんそこで励起光の発振出力を停止し、次のストロークの描画が開始すると励起光の発振出力を再開するようになっており、この一連のタイミングはマーキングパターンに応じて異なる。つまり、励起光の発振出力は、描画ストロークの長さに応じて任意の時間持続し、相前後するストローク間の離間距離に応じて任意の時間中断する。また、励起光のパワーまたはピークパワーは、被加工物の材質やマーキング仕様に応じて随時変更される。
【０００６】
しかしながら、一般に、ＬＤに流せる電流には許容限界または定格がある。すなわち、定格電流を超える電流が流れると、当該ＬＤが破壊し、または動作上の信頼性が保証されなくなる。このことから、励起用ＬＤを駆動するための従来の励起用ＬＤ電源装置は、励起用ＬＤに供給する駆動電流の電流値が監視値（定格電流値）を越えた時は直ちに駆動電流を切るか、または制限するなどの安全措置を取るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２７５２５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、市場で入手可能な励起用ＬＤの中には、通常定格電流と絶対最大定格電流の２種類の定格電流を有するものが増えてきている。ここで、通常定格電流とは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。一方、絶対最大定格電流とは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。
【０００９】
しかるに、従来の励起用ＬＤ電源装置は、通常定格電流もしくは絶対最大定格電流のいずれか一方だけを監視値とし、励起用ＬＤに供給される駆動電流がその監視値を超えた時は直ちに上記のような安全措置を取るようにしていた。このため、通常定格電流を監視値に選んだ場合は、当該励起用ＬＤの性能（特に光出力）をフルに発揮させることができないという制限があった。一方で、絶対最大定格電流を監視値に選んだ場合は、通常定格電流を超える駆動電流が上記所定時間以上連続して流れるのを見逃してしまって、当該励起用ＬＤが故障しやすくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止するようにした励起用レーザダイオード電源装置およびこれを用いるファイバレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第１の監視値を超えた否かを監視する第１の監視部と、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第２の監視部とを有する。
【００１２】
上記の装置構成においては、励起用のレーザダイオードが通常定格電流および絶対最大定格電流の２種類の定格電流を有する場合に、絶対最大定格電流に照らして第１の監視値を選定し、通常定格電流に照らして第２の監視値および設定時間を選定することにより、駆動電流が絶対最大定格電流を瞬時たりとも超えないようにすることができるとともに、駆動電流がたとえ通常定格電流以上になったとしても、その状態が通常定格電流に係わる所定時間以上持続しないようにすることができる。これよって、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、第１の監視部は、駆動電流の電流値が第１の監視値を超えたことを検出した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第１の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第１の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。
【００１４】
別の好適な一態様によれば、第２の監視部は、駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第２の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第２の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。
【００１５】
好適な一態様において、第１の監視値はレーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定され、第２の監視値はレーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される。
【００１６】
好適な一態様によれば、第２の監視部は、電流センサの出力信号を設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、ローパス・フィルタの出力信号と第２の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて第２の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータとを有する。
【００１７】
別の好適な一態様によれば、第２の監視部は、駆動電流に対応する電流センサの出力信号と第２の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、このコンパレータの出力信号に基づいて、駆動電流の電流値が第２の監視値を超えた時から設定時間を計時するタイマと、このタイマが設定時間を計時した時に、コンパレータの出力信号に応じて第２の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路とを有する。
【００１８】
また、好適な一態様によれば、電流制御素子はスイッチング素子である。そして、制御部はパルス幅制御方式によりスイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する。
【００１９】
別の好適な一態様によれば、電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタである。そして、制御部は、駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える。
【００２０】
本発明の第１の観点におけるファイバレーザ加工装置は、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。
【００２１】
本発明の第２の観点におけるファイバレーザ加工装置は、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第１の増幅用光ファイバと、前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第１の励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第１の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記第１の励起用レーザダイオードを前記第１の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第１の光結合器と、希土類元素として少なくともＹｂを添加した第２のコアを有し、前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第２のコアの中に入れ、前記第１段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅パルスの光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、前記第２の増幅用光ファイバの第２のコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起用レーザダイオードと、前記第２の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第２の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記第１の増幅用光ファイバの出力端および前記第２の励起用レーザダイオードを前記第２の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第２の光結合器と、前記第２の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第２段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。
【００２２】
本発明の第３の観点におけるファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部とを有する。
【００２３】
上記第１、第２および第３の観点におけるファイバレーザ加工装置は、本発明の励起用レーザダイオード電源装置により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させるとともに過電流による故障を確実に防止できるので、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置によれば、上記のような構成および作用により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ励起用レーザダイオードを過電流から適確に保護することができる。
【００２５】
また、本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態におけるファイバレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記ファイバレーザ加工装置における一実施例によるポンプＬＤ電源装置の回路構成を示す図である。
【図３】上記ポンプＬＤ電源装置に組み込まれるＬＤ電流監視部内の構成を示すブロック図である。
【図４】上記ＬＤ電流監視部に含まれる第１および第２監視部の構成例を示す回路図である。
【図５】第２監視部における第２監視値および設定時間の波形上の意味を示す図である。
【図６】第２監視部における一作用を示す図である。
【図７】第２監視部における一作用を示す図である。
【図８】第２監視部における一作用を示す図である。
【図９】第２監視部の別の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９の第２監視部における一作用を示す図である。
【図１１】別の実施例によるポンプＬＤ電源装置の回路構成を示す図である。
【図１２】本発明の別の実施形態におけるファイバレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２８】
図１に、本発明の一実施形態におけるＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、シード光発生部１０、第１および第２の増幅用光ファイバ（以下「アクティブファイバ」と称する）１２，１４および光ビーム照射部１６をアイソレータ１８，２０，２２および光結合器２４，２６を介して光学的に縦続接続している。
【００２９】
シード光発生部１０は、シード用のレーザダイオード（以下「シードＬＤ」と称する。）３０と、このシードＬＤ３０をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシードＬＤ電源回路３２と、シードＬＤ３０の温度を制御するＬＤ温調部３４とを有している。シードＬＤ３０は、ファイバカップリングＬＤとして構成されている。
【００３０】
シード光発生部１０と第１のアクティブファイバ１２との間に設けられる光結合器２４は、複数たとえば３つの入力ポート２４IN(1)，２４IN(2)，２４IN(3)と１つの出力ポート２４OUTとを有している。第１の入力ポート２４IN(1)には、アイソレータ１８を介してシードＬＤ３０が接続される。第２の入力ポート２４IN(2)には、第１のアクティブファイバ１２のコアを励起するための励起用ＬＤ（以下「ポンプＬＤ」と称する。）３６が接続される。第３の入力ポート２４IN(3)は、増設ポートであり、ここに別のポンプＬＤ３６（図示せず）を接続することも可能となっている。出力ポート２４OUTには、アクティブファイバ１２の入力端が接続される。
【００３１】
シード光発生部１０、アイソレータ１８および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対するシード光注入部が構成されている。また、ポンプＬＤ３６および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対する励起光注入部が構成されている。
【００３２】
第１のアクティブファイバ１２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ１２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３６の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３３】
第１のアクティブファイバ１２と第２のアクティブファイバ１４との間に設けられる光結合器２６は、複数たとえば７つの入力ポート２６IN(1)，２６IN(2)〜２６IN(7)と１つの出力ポート２６OUTとを有している。第１の入力ポート２６IN(1)には、アイソレータ２０を介して第１のアクティブファイバ１２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポート２６IN(2) 〜２６IN(5)には、第２のアクティブファイバ１４のコアを励起するためのポンプＬＤ３８がそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポート２６IN(2)，２６IN(7)は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプＬＤを増設することもできる。出力ポート２６OUTには、第２のアクティブファイバ１４の入力端が接続される。
【００３４】
第２のアクティブファイバ１４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ１４（第２段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３８の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３５】
光ビーム照射部１６は、第２のアクティブファイバ１４の出力端より取り出されるパルス波形の加工用光ビームＬＢをたとえばコリメータ３９、ベントミラー４０等の光伝送系を介して受け取り、受け取った光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射するようになっている。たとえば、マーキング加工を行う場合、光ビーム照射部１６にはガルバノスキャナが搭載される。
【００３６】
主制御部４４は、キーボードあるいはマウス等の入力装置４６およびディスプレイ（図示せず）等と接続するマイクロコンピュータからなり、メモリに格納された制御プログラムに基づいて上述した装置内の各部および装置全体の制御を行う。
【００３７】
このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置においてマーキング加工を行う場合、シード光発生部１０は、所定の波長を有するパルス波形のシード光（ＬＤ光）を所望のパルス幅（たとえば０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（たとえば１０〜１００ｍＷ）および所望の繰り返し周波数（たとえば２０〜５００ｋＨｚ）で出力するように構成されている。なお、繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で出力するように構成することができる。シード光発生部１０より出力されたパルス波形のシード光は、アイソレータ１８および光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００３８】
一方、ポンプＬＤ３６は、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光を出力するように構成されている。ポンプＬＤ３６より出力される連続波の励起光は光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
第１のアクティブファイバ１２の中で、シード光は、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬する。一方、励起光は、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアクティブファイバ１２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のＹｂイオンを光励起する。
【００３９】
こうして、シード光と励起光がアクティブファイバ１２を伝搬する間に、そのＹｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ１２の出力端より所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）を有するまでに増幅されたシード光つまり第１段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４０】
第１のアクティブファイバ１２の出力端から出た第１段増幅パルスの光ビームは、アイソレータ２０および光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。一方で、ポンプＬＤ３８からの連続波（ｃｗ）の励起光が光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。
【００４１】
第２のアクティブファイバ１４においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第１段増幅光ビームに置き換わるだけで、第１のアクティブファイバ１２と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ１４の出力端より所望のパワー（たとえば２０ｋＷのピークパワー）を有する第２段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４２】
こうして、第２のアクティブファイバ１４の出力端から取り出された第２段増幅パルスの光ビームが、加工用の光ビームＬＢとして、たとえばコリメータ３９、ベントミラー４０を介して光ビーム照射部１６へ送られる。
【００４３】
光ビーム照射部１６は、マーキング加工用のガルバノスキャナおよびｆθレンズを備えている。ガルバノスキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部４４の制御の下でシード光発生部１０のパルス発振動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、加工用光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Ｗの表面に施されるレーザ加工は、典型的には文字や図形等を描画するマーキング加工であるが、トリミング等の他の表面除去加工等も可能であ
る。
【００４４】
このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置において、第１および第２のアクティブファイバ１２，１４のポンピングに用いられる各々のポンプＬＤ３６，３８は、主制御部４４の制御（制御信号ＰＣ）の下でポンプＬＤ電源回路５０によって駆動される。
【００４５】
以下、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０の構成および作用を説明する。
【００４６】
図２に示すように、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４およびチョークコイル５６を有している。さらに、直流電源５２と並列に平滑用のコンデンサ５８を接続するとともに、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）と並列にフライホイール・ダイオード６０を接続し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）にたとえばホール素子からなる電流センサ６２を取り付けている。
【００４７】
直流電源５２は、たとえばＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータあるいはバッテリからなり、一定レベルの直流電圧を安定に出力するようになっている。スイッチング素子５４は、応答速度の高いトランジスタ、たとえば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００４８】
制御部６４は、主制御部４４からの制御信号ＰＣにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）の発振出力持続時間およびピークパワーを制御し、たとえばパルス幅制御（ＰＷＭ）方式によりスイッチング素子５４を一定の高い周波数でスイッチング制御する。スイッチング素子５４がスイッチング・オフしている期間中は、チョークコイル５６に蓄積されていた電磁エネルギーが駆動電流ＩdとなってポンプＬＤ３６（３８）およびフライホイール・ダイオード６０を還流するようになっている。
【００４９】
こうして、スイッチング素子５４がスイッチング動作を行っている間は、ポンプＬＤ３６（３８）に直流の駆動電流Ｉdが持続的に流れ、ポンプＬＤ３６（３８）より駆動電流Ｉdの電流値に応じた光出力を有するＬＤ光が励起光として生成される。
【００５０】
たとえばマーキング加工が行われる場合は、１回の連続したストロークの描画が終了すると、いったんそこでスイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が停止し、次のストロークの描画が開始すると、スイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が再開する。その際、制御信号ＰＣにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdの電流値および／または持続時間は随時可変されるようになっている。
【００５１】
もっとも、ポンプＬＤ３６（３８）に流せる駆動電流Ｉdには許容限界つまり定格がある。このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置で用いるポンプＬＤ３６（３８）は、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMの２種類の定格電流を有している。ここで、通常定格電流ＩRSは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間ＴS以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。特に、この種のＬＤは、所定時間ＴG（たとえば１０ｍｓ）以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流ＩRSを超える所定時間ＴS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。一方、絶対最大定格電流ＩRMは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。
【００５２】
このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）を過大な駆動電流Ｉdから保護するために、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMのそれぞれの性質を踏まえて駆動電流Ｉdを監視する駆動電流監視部６６を備えている。
【００５３】
駆動電流監視部６６は、電流センサ６２より駆動電流Ｉdの電流値を表わす電圧信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを受け取り、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMに照らして駆動電流Ｉdが過大になっていると判定したときは、その二値出力信号をたとえばＬレベルに下げて、これを過電流検出信号ＥＳ-とするようになっている。制御部６４は、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、それに応答して、スイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようにしている。
【００５４】
図３に示すように、この駆動電流監視部６６は、絶対最大定格電流用の第１監視部６８と通常定格電流用の第２監視部７０とを有している。第１監視部６８は、絶対最大定格電流ＩRMに照らして駆動電流Ｉdが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはＬレベルの出力信号を第１過電流検出信号ＥＳ1-として発生するようになっている。一方、第２監視部７０は、通常定格電流ＩRSに照らして駆動電流Ｉdが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはＬレベルの出力信号を第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生するようになっている。第１過電流検出信号ＥＳ1-または第２過電流検出信号ＥＳ2-のいずれかが発生されたときは、ＡＮＤゲートからなる出力回路７２よりＬレベルの過電流検出信号ＥＳ-が出力されるようになっている。
【００５５】
図４に、一実施例における第１監視部６８および第２監視部７０の回路構成を示す。
【００５６】
第１監視部６８は、第１基準値発生部７４および第１コンパレータ７６を有している。第１基準値発生部７４は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧ＶBBに対して所望の比率Ａ1（ただし、０＜Ａ1＜１）を有する分圧電圧Ａ１＊ＶBBを第１監視値ＩK1に対応する第１基準値Ｋ1として発生する。ここで、第１監視値ＩK1は、ポンプＬＤ３６（３８）の絶対最大定格電流ＩRM（たとえば２００Ａ）に照らし、好ましくは絶対最大定格電流ＩRMよりも幾らか低い電流値（たとえば１９５Ａ）に選ばれる。
【００５７】
コンパレータ７６は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第１基準値発生部７４からの第１基準値Ｋ1を入力し、その反転入力端子(-)に電流センサ６２の出力信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd≦Ｋ1のときはＨレベルの出力信号を発生し、ＭＩd＞Ｋ1のときはＬレベルの出力信号を第１過電流検出信号ＥＳ1-として発生するようになっている。なお、コンパレータ７４の出力端子は、プルアップ抵抗７８を介してＨレベルの電源電圧ＶBBに接続されている。
【００５８】
このように、第１監視部６８は、ポンプＬＤ３６（３８）を流れる駆動電流Ｉdが第１監視値ＩK1を超えたことを検出した時に、第１過電流検出信号ＥＳ1-を発生するようになっている。そして、第１監視部６８より第１過電流検出信号ＥＳ1-が発生されると、制御部６４が直ちにスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。その際、駆動電流Ｉdが第１監視値ＩK1を超えた時から駆動電流Ｉdが切られる時までに一定の時間遅れがある場合は、この時間遅れの間に駆動電流Ｉdが絶対最大定格電流ＩRMを超えることがないように、第１監視値ＩK1を選定するのが好ましい。
【００５９】
こうして、駆動電流Ｉdは絶対最大定格電流ＩRMを瞬時たりとも超えることはない。したがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdを常に絶対最大定格電流ＩRM以下に保持することができる。
【００６０】
第２監視部７０は、第２基準値発生部８０、ローパス・フィルタ８２および第２コンパレータ８４を有している。
【００６１】
ここで、第２基準値発生部８０は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧ＶBBに対して所望の比率Ａ2（ただし、０＜Ａ2＜１）を有する分圧電圧Ａ2＊ＶBBを第２監視値ＩK2に対応する第２基準値Ｋ2として発生する。ここで、第２監視値ＩK2は、ポンプＬＤ３６（３８）の通常定格電流ＩRS（たとえば１００Ａ）に照らし、好ましくは通常定格電流ＩRS（１００Ａ）と同じか、またはその付近の電流値に選ばれる。
【００６２】
ローパス・フィルタ８２は、たとえば抵抗８６およびコンデンサ８８からなるＲＣフィルタ回路として構成されており、通常定格電流ＩRSに係わる上記所定時間ＴS（たとえば１ｍｓ）に照らし、好ましくは上記所定時間ＴSよりも幾らか短い設定時間ＴS'（たとえば０．９５ｍｓ）に対応するカットオフ周波数または遅延時定数を有している。
【００６３】
ローパス・フィルタ８２は、電流センサ６２からの駆動電流検出信号ＭＩdを入力し、この信号ＭＩdを上記設定時間ＴS'に対応したカットオフ周波数または遅延時定数でなまらせた信号ＭＩd'を出力するようになっている。
【００６４】
すなわち、図５に示すように、あるストロークの描画において、第２監視値ＩK2に等しいピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたときは、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSでローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2付近まで立ち上がり、かつそのレベルで飽和するようになっている。
【００６５】
コンパレータ８４は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第２基準値発生部８０からの第２基準値Ｋ2を入力し、その反転入力端子(-)にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd'＜Ｋ2のときはＨレベルの出力信号を発生し、ＭＩd'≧Ｋ2のときはＬレベルの出力信号を第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生するようになっている。なお、コンパレータ８４の出力端子は、プルアップ抵抗９０を介してＨレベルの電源電圧ＶBBに接続されている。
【００６６】
上記のような第２監視値ＩK2に等しいピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたときは、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSでローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が飽和レベルの第２基準値Ｋ2付近まで立ち上がり、コンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生される。そして、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されると、制御部６４がスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。その際、上記設定時間ＴS'を経過した時点から駆動電流Ｉdが切られる時までに時間遅れがあっても、ポンプＬＤ３６（３８）の通常定格電流ＩRSに係わる上記所定時間ＴSを超えるまでは至らないように上記設定時間ＴS'を選定するのが好ましい。
【００６７】
別の例として、図６に示すように、第２監視値ＩK2より低いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合は、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSはもちろんその後もローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2には届かず、したがってコンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されることはない。
【００６８】
別の例として、図７に示すように、第１監視値ＩK1よりは低くて第２監視値ＩK2よりも高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合は、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過する前にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2を超えてしまい、その時点ｔeでコンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生され、駆動電流Ｉdが切られる。
【００６９】
しかし、図８に示すように、同じ高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給される場合でも、元々の持続時間Ｔfが通電開始時点ｔ0から上記時点ｔeに達するまでの時間よりも短いときは、ローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'は第２基準値Ｋ2を超えないので、コンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されることはない。
【００７０】
このように、第２監視部７０は、ポンプＬＤ３６（３８）を流れる駆動電流Ｉdの電流値が第２監視値ＩK2以上の値を設定時間ＴS'以上持続した時に、第２過電流検出信号ＥＳ2-を発生するようになっている。そして、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されると、制御部６４がスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。
【００７１】
こうして、駆動電流Ｉdがたとえ通常定格電流ＩRS（１００Ａ）以上になったとしても、その状態が所定時間（１ｍｓ）以上持続することはない。したがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdを常に通常定格電流ＩRSの許容限界内に保持することができる。
【００７２】
なお、上記のように、この実施形態で用いるポンプＬＤ３６（３８）は、所定時間ＴG（たとえば１０ｍｓ）以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流ＩRSを超える所定時間ＴS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。この所定時間ＴGの時間管理は、主制御部４４ないし制御部６４においてソフトウェア的に行うのが好ましい。
【００７３】
この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、上記のような構成および機能を有する駆動電流監視部６６を備えることにより、ポンプＬＤ３６（３８）の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流ＩdからポンプＬＤ３６（３８）を適確に保護することができる。
【００７４】
また、この実施形態のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置は、上記のようなポンプＬＤ電源回路５０によってポンプＬＤ３６（３８）を駆動するので、マーキングやトリミング等の表面除去加工における加工能力および信頼性を向上させることができる。
【００７５】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００７６】
たとえば、駆動電流監視部６６の第２監視部７０について、図９に示すような別の実施例も可能である。この実施例における第２監視部７０は、コンパレータ９２、タイマ９４、ＯＲゲート９６およびラッチ回路９８を有している。
【００７７】
コンパレータ９２は、演算増幅器からなり、その反転入力端子(-)に第２基準値発生部（図示せず）からの第２基準値Ｋ2を入力し、その非反転入力端子(+)にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd'＜Ｋ2のときはＬレベルの出力信号を発生し、ＭＩd'≧Ｋ2のときはＨレベルの出力信号を発生するようになっている。コンパレータ９２の出力端子は、タイマ９４の入力端子に接続されるとともに、タイマ９４のデータ入力端子（Ｄ）に接続されている。
【００７８】
タイマ９４は、たとえばモノマルチからなり、コンパレータ９２よりＨレベルの出力信号が発生された時は、その立ち上がりエッジに応動して、一定時間つまり上記設定時間ＴS'のパルス幅を有するＨレベルのパルスを出力するようになっている。タイマ９４の出力端子は、ＯＲゲート９６を介してラッチ回路９８のクロック端子（ＣＬ）に接続されている。
【００７９】
ラッチ回路９８は、たとえばＤ型フリッブプフロップ回路からなり、クロック端子（ＣＬ）に入力されるパルスの立下りエッジに応動して、その時データ入力端子（Ｄ）に入力されている信号を取り込み、反転出力端子（Ｑ-）に入力信号と逆論理値の信号を出力するようになっている。つまり、ラッチ回路９８は、タイマ９４が設定時間ＴS'を計時した時に、コンパレータ９２の出力信号（Ｈ／Ｌレベル）に応じて反転出力端子（Ｑ-）よりＬレベルの第２過電流検出信ＥＳ2-を条件的に発生する判定回路として機能するようになっている。
【００８０】
図１０に、この実施例における第２監視部７０の作用の一例を示す。たとえば、第１監視値ＩK1よりは低くて第２監視値ＩK2よりも高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合、コンパレータ８４よりＨレベルの出力信号が発生され、それに応動してタイマ９４よりＨレベルのパルスが発生される。そして、設定時間ＴS'が経過した時点で、つまりタイマ出力パルスの立下りエッジでコンパレータ８４のＨレベルの出力信号がラッチ回路９８に取り込まれ、ラッチ回路９８の反転出力端子（Ｑ-）よりＬレベルの出力信号が第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生される。
【００８１】
なお、制御部６４は、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-を受け取って駆動電流Ｉdを切った後に、ラッチ回路９８のクロック端子（ＣＬ）にＯＲゲート９６を介してリセットパルスを与え、ラッチ回路９８の反転出力をＨレベルに戻しておく。
【００８２】
上述した実施形態では、ポンプ用ＬＤ電源回路５０において、直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間にスイッチング素子５４を接続して、これを電流制御素子とした。しかし、スイッチング素子５４に代えて、たとえば図１１に示すように駆動トランジスタ１００を電流制御素子に用いることも可能である。図１１の構成例における駆動トランジスタ１００は、たとえばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなり、コレクタ接地のアナログ増幅回路を形成している。なお、駆動トランジスタ１００は、バイポーラトランジスタに限らず、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等も好適に使用できる。
【００８３】
上記実施形態では、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、制御部６４が電流制御素子（スイッチング素子５４、駆動トランジスタ１００）を通じて駆動電流Ｉdを切るようにした。しかし、駆動電流Ｉdを切らずに、一定の割合で、あるいは一定のレベルまで減少させるようにしてもよい。また、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、制御部６４あるいは電流制御素子とは別個のインターロック回路または安全回路が働いて駆動電流Ｉdを切るか、あるいは減少させるようにしてもよい。
【００８４】
また、第１監視部６８より発生される第１過電流検出信号ＥＳ1-と第２監視部７０より発生される第２過電流検出信号ＥＳ2-とを個別に制御部６４またはインターロック回路に与えるようにしてもよい。
【００８５】
なお、電流センサ６２の出力信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを制御部６４にフィードバックし、駆動電流測定値が設定値に一致するように制御部６４がスイッチング素子５４または駆動トランジスタ１００を制御する構成とすることも可能である。
【００８６】
上記実施形態のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置（図１）は、第１のアクティブファイバ１２に第２のアクティブファイバ１４を従続接続して２段アンプとしている。しかし、第２のアクティブファイバ１４を省いて一段（単）アンプの構成とすることや、あるいは第２のアクティブファイバ１４の後段に第３のアクティブファイバを接続して３段アンプの構成とすることも可能である。
【００８７】
上記実施形態はＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置に係わるものであったが、本発明はＭＯＰＡ方式以外のファイバレーザ加工装置にも適用可能であり、たとえば図１２に示すようなファイバレーザ加工装置にも適用可能である。
【００８８】
このファイバレーザ加工装置は、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接に好適に使用可能なレーザ加工機であり、主としてファイバレーザ発振器１００、励起用ＬＤ１０２、励起用ＬＤ電源回路１０４、ファイバ伝送系１０６、レーザ出射部１０８、主制御部１１０、タッチパネル１１２等で構成されている。
【００８９】
ファイバレーザ発振器１００は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）１１４と、この発振ファイバ１１４を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー１１６，１１８とを有している。
【００９０】
励起用のＬＤ１０２は、励起用ＬＤ電源回路１０４より供給されるパルス状の駆動電流Ｉdによって発光駆動され、ファイバレーザ発振器１００内のレーザ励起（ポンピング）に用いるロングパルスのＬＤ光つまり励起光ＭＢを発振出力する。ＬＤ１０２を構成するＬＤ素子の個数は任意であり、アレイ構造またはスタック構造をとることも可能である。
【００９１】
ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２０は、ＬＤ１０２からの励起光ＭＢを発振ファイバ１１２の一端面に集光入射させる。ＬＤ１０２と光学レンズ１２０との間に配置される光共振器ミラー１１６は、ＬＤ１０２側から入射した励起光ＭＢを透過させ、発振ファイバ１１４側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するようにコーティングがなされている。
【００９２】
発振ファイバ１１４は、希土類元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ１１４の一端面に入射した励起光ＭＢは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ１１４の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー１１６，１１８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー１１８より該所定波長を有するパルスのファイバレーザ光ＦＢが取り出される。
【００９３】
なお、ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２２は、発振ファイバ１１４の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー１１８へ通し、光共振器ミラー１１８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ１１４の端面に集光させる。また、発振ファイバ１１４を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ１２２および光共振器ミラー１１８を透過したのち折り返しミラー１２４にて側方のレーザ吸収体１２６に向けて折り返される。光共振器ミラー１１８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー１２４をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ１２８を通ってからファイバ伝送系１０６のレーザ入射部１３０に入る。
【００９４】
ビームスプリッタ１２８は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）１３２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）１３２の正面に、ビームスプリッタ１２８からの反射光またはモニタ光ＲFBを集光させる集光レンズ１３４が配置されてよい。
【００９５】
フォトダイオード（ＰＤ）１３２は、ビームスプリッタ１２８からのモニタ光ＲFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（レーザパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）を出力する。レーザ出力測定回路１３６は、フォトダイオード１３２の出力信号を基に、アナログ信号処理によってファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力測定値ＭFBを求める。レーザ出力測定回路１３６で得られたレーザ出力測定値ＭFBは、パワーフィードバック制御用のフィードバック信号として励起用ＬＤ電源回路１０４に与えられる。
【００９６】
ビームスプリッタ１２８をまっすぐ透過してレーザ入射部１３０に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー１３８で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット１４０内で集光レンズ１４２により集光されてファイバ伝送系１０６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）１４４の一端面に入射する。伝送用光ファイバ１４４は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット１４０内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１０８の出射ユニット１４６まで伝送する。出射ユニット１４６は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ１４８と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ１５０とを有している。
【００９７】
レーザ溶接加工が行われる時は、励起用ＬＤ電源回路１０４より波形制御された駆動電流ＩdがＬＤ１０２に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００内でＬＤ１０２より駆動電流Ｉdの波形に対応した出力波形の励起光ＭＢが発振ファイバ１０４に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００よりＬＤ出力波形に対応したレーザ出力波形を有するファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。この波形制御されたファイバレーザ光ＦＢが、レーザ入射部１３０、ファイバ伝送系１０６およびレーザ出射部１０８を介して被加工物Ｗの溶接ポイントまたは溶接ラインに集光照射される。該溶接ポイントまたは溶接ラインにおいては、ファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【００９８】
このファイバレーザ加工装置においては、励起用ＬＤ電源回路１０４に本発明を適用することができる。この励起用ＬＤ電源回路１０４は、上記実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０と同様の構成を有してよく、直流電源５２、スイッチング素子５４、電流センサ６２、制御部６４等を備えている（図２）。
【００９９】
この場合、パワーフィードバック制御を行うために、励起用ＬＤ電源回路１０４内の制御部６４は、レーザ出力測定回路１３６からのレーザ出力測定値ＭFBをフィードバック信号として入力するとともに、主制御部４４からファイバレーザ光ＦＢに係るレーザパワーの基準値または設定値を入力して、ＰＷＭ方式のスイッチング制御信号を生成する。
【０１００】
この励起用ＬＤ電源回路１０４も、上記実施形態と同様の駆動電流監視部６６（図２〜図４）を備えており、上記と同様の作用により通常定格電流および絶対最大定格電流のそれぞれの性質を踏まえて励起用ＬＤ１０２の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流Ｉdから励起用ＬＤ１０２を適確に保護することができる。
【０１０１】
また、この実施形態の方式ファイバレーザ加工装置は、上記のような励起用ＬＤ電源回路１０４によって励起用ＬＤ１０２を駆動するので、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接における加工能力および信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
なお、本発明のファイバレーザ加工装置は、マーキング等の表面除去加工や溶接加工に限るものではなく、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも使用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ シード光発生部
１２ 第１のアクティブファイバ
１４ 第２のアクティブファイバ
１６ 光ビーム照射部
３０ シードＬＤ
３２ シード用ＬＤ電源回路
３６，３８ ポンプＬＤ
５０ ポンプＬＤ電源回路
５２ 直流電源
５４ スイッチング素子
６２ 電流センサ
６４ 制御部
６６ 駆動電流監視部
６８ 第１監視部
７０ 第２監視部
１００ 駆動トランジスタ
１０４ 励起用ＬＤ電源回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シード光を光ファイバの中で増幅して得られる光ビームを被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置およびこれに使用可能な励起用レーザダイオード電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が普及している。その中で、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のファイバレーザ加工装置も注目されている。
【０００３】
ＭＯＰＡ方式は、コアにＹｂ等の希土類元素を添加した光ファイバをレーザ増幅用のアクティブファイバに使用し、シードレーザで生成した比較的低い出力のシード光を一端から該アクティブファイバのコアに入れて他端まで伝播させながら、コアを励起光で励起することによって、コアの中でシード光を高出力の加工用光ビームに増幅または変換するものであり、光／光変換効率が高くてビームモードが安定している等の特長を有している。
【０００４】
従来より、ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置では、アクティブファイバを励起するための光源にレーザダイオード（ＬＤ）がよく用いられている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置において、たとえばマーキング加工が行われる場合、励起用のＬＤは、１回の連続したストロークの描画が終了するといったんそこで励起光の発振出力を停止し、次のストロークの描画が開始すると励起光の発振出力を再開するようになっており、この一連のタイミングはマーキングパターンに応じて異なる。つまり、励起光の発振出力は、描画ストロークの長さに応じて任意の時間持続し、相前後するストローク間の離間距離に応じて任意の時間中断する。また、励起光のパワーまたはピークパワーは、被加工物の材質やマーキング仕様に応じて随時変更される。
【０００６】
しかしながら、一般に、ＬＤに流せる電流には許容限界または定格がある。すなわち、定格電流を超える電流が流れると、当該ＬＤが破壊し、または動作上の信頼性が保証されなくなる。このことから、励起用ＬＤを駆動するための従来の励起用ＬＤ電源装置は、励起用ＬＤに供給する駆動電流の電流値が監視値（定格電流値）を越えた時は直ちに駆動電流を切るか、または制限するなどの安全措置を取るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２７５２５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、市場で入手可能な励起用ＬＤの中には、通常定格電流と絶対最大定格電流の２種類の定格電流を有するものが増えてきている。ここで、通常定格電流とは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。一方、絶対最大定格電流とは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。
【０００９】
しかるに、従来の励起用ＬＤ電源装置は、通常定格電流もしくは絶対最大定格電流のいずれか一方だけを監視値とし、励起用ＬＤに供給される駆動電流がその監視値を超えた時は直ちに上記のような安全措置を取るようにしていた。このため、通常定格電流を監視値に選んだ場合は、当該励起用ＬＤの性能（特に光出力）をフルに発揮させることができないという制限があった。一方で、絶対最大定格電流を監視値に選んだ場合は、通常定格電流を超える駆動電流が上記所定時間以上連続して流れるのを見逃してしまって、当該励起用ＬＤが故障しやすくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止するようにした励起用レーザダイオード電源装置およびこれを用いるファイバレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第１の監視値を超えた否かを監視する第１の監視部と、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第２の監視部とを有する。
【００１２】
上記の装置構成においては、励起用のレーザダイオードが通常定格電流および絶対最大定格電流の２種類の定格電流を有する場合に、絶対最大定格電流に照らして第１の監視値を選定し、通常定格電流に照らして第２の監視値および設定時間を選定することにより、駆動電流が絶対最大定格電流を瞬時たりとも超えないようにすることができるとともに、駆動電流がたとえ通常定格電流以上になったとしても、その状態が通常定格電流に係わる所定時間以上持続しないようにすることができる。これよって、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、第１の監視部は、駆動電流の電流値が第１の監視値を超えたことを検出した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第１の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第１の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。
【００１４】
別の好適な一態様によれば、第２の監視部は、駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第２の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第２の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。
【００１５】
好適な一態様において、第１の監視値はレーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定され、第２の監視値はレーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される。
【００１６】
好適な一態様によれば、第２の監視部は、電流センサの出力信号を設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、ローパス・フィルタの出力信号と第２の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて第２の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータとを有する。
【００１７】
別の好適な一態様によれば、第２の監視部は、駆動電流に対応する電流センサの出力信号と第２の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、このコンパレータの出力信号に基づいて、駆動電流の電流値が第２の監視値を超えた時から設定時間を計時するタイマと、このタイマが設定時間を計時した時に、コンパレータの出力信号に応じて第２の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路とを有する。
【００１８】
また、好適な一態様によれば、電流制御素子はスイッチング素子である。そして、制御部はパルス幅制御方式によりスイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する。
【００１９】
別の好適な一態様によれば、電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタである。そして、制御部は、駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える。
【００２０】
本発明の第１の観点におけるファイバレーザ加工装置は、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。
【００２１】
本発明の第２の観点におけるファイバレーザ加工装置は、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第１の増幅用光ファイバと、前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第１の励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第１の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記第１の励起用レーザダイオードを前記第１の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第１の光結合器と、希土類元素として少なくともＹｂを添加した第２のコアを有し、前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第２のコアの中に入れ、前記第１段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅パルスの光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、前記第２の増幅用光ファイバの第２のコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起用レーザダイオードと、前記第２の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第２の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記第１の増幅用光ファイバの出力端および前記第２の励起用レーザダイオードを前記第２の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第２の光結合器と、前記第２の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第２段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。
【００２２】
本発明の第３の観点におけるファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部とを有する。
【００２３】
上記第１、第２および第３の観点におけるファイバレーザ加工装置は、本発明の励起用レーザダイオード電源装置により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させるとともに過電流による故障を確実に防止できるので、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置によれば、上記のような構成および作用により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ励起用レーザダイオードを過電流から適確に保護することができる。
【００２５】
また、本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態におけるファイバレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記ファイバレーザ加工装置における一実施例によるポンプＬＤ電源装置の回路構成を示す図である。
【図３】上記ポンプＬＤ電源装置に組み込まれるＬＤ電流監視部内の構成を示すブロック図である。
【図４】上記ＬＤ電流監視部に含まれる第１および第２監視部の構成例を示す回路図である。
【図５】第２監視部における第２監視値および設定時間の波形上の意味を示す図である。
【図６】第２監視部における一作用を示す図である。
【図７】第２監視部における一作用を示す図である。
【図８】第２監視部における一作用を示す図である。
【図９】第２監視部の別の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９の第２監視部における一作用を示す図である。
【図１１】別の実施例によるポンプＬＤ電源装置の回路構成を示す図である。
【図１２】本発明の別の実施形態におけるファイバレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２８】
図１に、本発明の一実施形態におけるＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、シード光発生部１０、第１および第２の増幅用光ファイバ（以下「アクティブファイバ」と称する）１２，１４および光ビーム照射部１６をアイソレータ１８，２０，２２および光結合器２４，２６を介して光学的に縦続接続している。
【００２９】
シード光発生部１０は、シード用のレーザダイオード（以下「シードＬＤ」と称する。）３０と、このシードＬＤ３０をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシードＬＤ電源回路３２と、シードＬＤ３０の温度を制御するＬＤ温調部３４とを有している。シードＬＤ３０は、ファイバカップリングＬＤとして構成されている。
【００３０】
シード光発生部１０と第１のアクティブファイバ１２との間に設けられる光結合器２４は、複数たとえば３つの入力ポート２４IN(1)，２４IN(2)，２４IN(3)と１つの出力ポート２４OUTとを有している。第１の入力ポート２４IN(1)には、アイソレータ１８を介してシードＬＤ３０が接続される。第２の入力ポート２４IN(2)には、第１のアクティブファイバ１２のコアを励起するための励起用ＬＤ（以下「ポンプＬＤ」と称する。）３６が接続される。第３の入力ポート２４IN(3)は、増設ポートであり、ここに別のポンプＬＤ３６（図示せず）を接続することも可能となっている。出力ポート２４OUTには、アクティブファイバ１２の入力端が接続される。
【００３１】
シード光発生部１０、アイソレータ１８および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対するシード光注入部が構成されている。また、ポンプＬＤ３６および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対する励起光注入部が構成されている。
【００３２】
第１のアクティブファイバ１２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ１２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３６の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３３】
第１のアクティブファイバ１２と第２のアクティブファイバ１４との間に設けられる光結合器２６は、複数たとえば７つの入力ポート２６IN(1)，２６IN(2)〜２６IN(7)と１つの出力ポート２６OUTとを有している。第１の入力ポート２６IN(1)には、アイソレータ２０を介して第１のアクティブファイバ１２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポート２６IN(2) 〜２６IN(5)には、第２のアクティブファイバ１４のコアを励起するためのポンプＬＤ３８がそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポート２６IN(2)，２６IN(7)は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプＬＤを増設することもできる。出力ポート２６OUTには、第２のアクティブファイバ１４の入力端が接続される。
【００３４】
第２のアクティブファイバ１４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ１４（第２段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３８の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３５】
光ビーム照射部１６は、第２のアクティブファイバ１４の出力端より取り出されるパルス波形の加工用光ビームＬＢをたとえばコリメータ３９、ベントミラー４０等の光伝送系を介して受け取り、受け取った光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射するようになっている。たとえば、マーキング加工を行う場合、光ビーム照射部１６にはガルバノスキャナが搭載される。
【００３６】
主制御部４４は、キーボードあるいはマウス等の入力装置４６およびディスプレイ（図示せず）等と接続するマイクロコンピュータからなり、メモリに格納された制御プログラムに基づいて上述した装置内の各部および装置全体の制御を行う。
【００３７】
このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置においてマーキング加工を行う場合、シード光発生部１０は、所定の波長を有するパルス波形のシード光（ＬＤ光）を所望のパルス幅（たとえば０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（たとえば１０〜１００ｍＷ）および所望の繰り返し周波数（たとえば２０〜５００ｋＨｚ）で出力するように構成されている。なお、繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で出力するように構成することができる。シード光発生部１０より出力されたパルス波形のシード光は、アイソレータ１８および光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００３８】
一方、ポンプＬＤ３６は、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光を出力するように構成されている。ポンプＬＤ３６より出力される連続波の励起光は光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
第１のアクティブファイバ１２の中で、シード光は、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬する。一方、励起光は、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアクティブファイバ１２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のＹｂイオンを光励起する。
【００３９】
こうして、シード光と励起光がアクティブファイバ１２を伝搬する間に、そのＹｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ１２の出力端より所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）を有するまでに増幅されたシード光つまり第１段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４０】
第１のアクティブファイバ１２の出力端から出た第１段増幅パルスの光ビームは、アイソレータ２０および光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。一方で、ポンプＬＤ３８からの連続波（ｃｗ）の励起光が光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。
【００４１】
第２のアクティブファイバ１４においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第１段増幅光ビームに置き換わるだけで、第１のアクティブファイバ１２と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ１４の出力端より所望のパワー（たとえば２０ｋＷのピークパワー）を有する第２段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４２】
こうして、第２のアクティブファイバ１４の出力端から取り出された第２段増幅パルスの光ビームが、加工用の光ビームＬＢとして、たとえばコリメータ３９、ベントミラー４０を介して光ビーム照射部１６へ送られる。
【００４３】
光ビーム照射部１６は、マーキング加工用のガルバノスキャナおよびｆθレンズを備えている。ガルバノスキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部４４の制御の下でシード光発生部１０のパルス発振動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、加工用光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Ｗの表面に施されるレーザ加工は、典型的には文字や図形等を描画するマーキング加工であるが、トリミング等の他の表面除去加工等も可能であ
る。
【００４４】
このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置において、第１および第２のアクティブファイバ１２，１４のポンピングに用いられる各々のポンプＬＤ３６，３８は、主制御部４４の制御（制御信号ＰＣ）の下でポンプＬＤ電源回路５０によって駆動される。
【００４５】
以下、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０の構成および作用を説明する。
【００４６】
図２に示すように、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４およびチョークコイル５６を有している。さらに、直流電源５２と並列に平滑用のコンデンサ５８を接続するとともに、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）と並列にフライホイール・ダイオード６０を接続し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）にたとえばホール素子からなる電流センサ６２を取り付けている。
【００４７】
直流電源５２は、たとえばＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータあるいはバッテリからなり、一定レベルの直流電圧を安定に出力するようになっている。スイッチング素子５４は、応答速度の高いトランジスタ、たとえば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００４８】
制御部６４は、主制御部４４からの制御信号ＰＣにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）の発振出力持続時間およびピークパワーを制御し、たとえばパルス幅制御（ＰＷＭ）方式によりスイッチング素子５４を一定の高い周波数でスイッチング制御する。スイッチング素子５４がスイッチング・オフしている期間中は、チョークコイル５６に蓄積されていた電磁エネルギーが駆動電流ＩdとなってポンプＬＤ３６（３８）およびフライホイール・ダイオード６０を還流するようになっている。
【００４９】
こうして、スイッチング素子５４がスイッチング動作を行っている間は、ポンプＬＤ３６（３８）に直流の駆動電流Ｉdが持続的に流れ、ポンプＬＤ３６（３８）より駆動電流Ｉdの電流値に応じた光出力を有するＬＤ光が励起光として生成される。
【００５０】
たとえばマーキング加工が行われる場合は、１回の連続したストロークの描画が終了すると、いったんそこでスイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が停止し、次のストロークの描画が開始すると、スイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が再開する。その際、制御信号ＰＣにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdの電流値および／または持続時間は随時可変されるようになっている。
【００５１】
もっとも、ポンプＬＤ３６（３８）に流せる駆動電流Ｉdには許容限界つまり定格がある。このＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置で用いるポンプＬＤ３６（３８）は、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMの２種類の定格電流を有している。ここで、通常定格電流ＩRSは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間ＴS以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。特に、この種のＬＤは、所定時間ＴG（たとえば１０ｍｓ）以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流ＩRSを超える所定時間ＴS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。一方、絶対最大定格電流ＩRMは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。
【００５２】
このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）を過大な駆動電流Ｉdから保護するために、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMのそれぞれの性質を踏まえて駆動電流Ｉdを監視する駆動電流監視部６６を備えている。
【００５３】
駆動電流監視部６６は、電流センサ６２より駆動電流Ｉdの電流値を表わす電圧信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを受け取り、通常定格電流ＩRSおよび絶対最大定格電流ＩRMに照らして駆動電流Ｉdが過大になっていると判定したときは、その二値出力信号をたとえばＬレベルに下げて、これを過電流検出信号ＥＳ-とするようになっている。制御部６４は、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、それに応答して、スイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようにしている。
【００５４】
図３に示すように、この駆動電流監視部６６は、絶対最大定格電流用の第１監視部６８と通常定格電流用の第２監視部７０とを有している。第１監視部６８は、絶対最大定格電流ＩRMに照らして駆動電流Ｉdが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはＬレベルの出力信号を第１過電流検出信号ＥＳ1-として発生するようになっている。一方、第２監視部７０は、通常定格電流ＩRSに照らして駆動電流Ｉdが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはＬレベルの出力信号を第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生するようになっている。第１過電流検出信号ＥＳ1-または第２過電流検出信号ＥＳ2-のいずれかが発生されたときは、ＡＮＤゲートからなる出力回路７２よりＬレベルの過電流検出信号ＥＳ-が出力されるようになっている。
【００５５】
図４に、一実施例における第１監視部６８および第２監視部７０の回路構成を示す。
【００５６】
第１監視部６８は、第１基準値発生部７４および第１コンパレータ７６を有している。第１基準値発生部７４は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧ＶBBに対して所望の比率Ａ1（ただし、０＜Ａ1＜１）を有する分圧電圧Ａ１＊ＶBBを第１監視値ＩK1に対応する第１基準値Ｋ1として発生する。ここで、第１監視値ＩK1は、ポンプＬＤ３６（３８）の絶対最大定格電流ＩRM（たとえば２００Ａ）に照らし、好ましくは絶対最大定格電流ＩRMよりも幾らか低い電流値（たとえば１９５Ａ）に選ばれる。
【００５７】
コンパレータ７６は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第１基準値発生部７４からの第１基準値Ｋ1を入力し、その反転入力端子(-)に電流センサ６２の出力信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd≦Ｋ1のときはＨレベルの出力信号を発生し、ＭＩd＞Ｋ1のときはＬレベルの出力信号を第１過電流検出信号ＥＳ1-として発生するようになっている。なお、コンパレータ７４の出力端子は、プルアップ抵抗７８を介してＨレベルの電源電圧ＶBBに接続されている。
【００５８】
このように、第１監視部６８は、ポンプＬＤ３６（３８）を流れる駆動電流Ｉdが第１監視値ＩK1を超えたことを検出した時に、第１過電流検出信号ＥＳ1-を発生するようになっている。そして、第１監視部６８より第１過電流検出信号ＥＳ1-が発生されると、制御部６４が直ちにスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。その際、駆動電流Ｉdが第１監視値ＩK1を超えた時から駆動電流Ｉdが切られる時までに一定の時間遅れがある場合は、この時間遅れの間に駆動電流Ｉdが絶対最大定格電流ＩRMを超えることがないように、第１監視値ＩK1を選定するのが好ましい。
【００５９】
こうして、駆動電流Ｉdは絶対最大定格電流ＩRMを瞬時たりとも超えることはない。したがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdを常に絶対最大定格電流ＩRM以下に保持することができる。
【００６０】
第２監視部７０は、第２基準値発生部８０、ローパス・フィルタ８２および第２コンパレータ８４を有している。
【００６１】
ここで、第２基準値発生部８０は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧ＶBBに対して所望の比率Ａ2（ただし、０＜Ａ2＜１）を有する分圧電圧Ａ2＊ＶBBを第２監視値ＩK2に対応する第２基準値Ｋ2として発生する。ここで、第２監視値ＩK2は、ポンプＬＤ３６（３８）の通常定格電流ＩRS（たとえば１００Ａ）に照らし、好ましくは通常定格電流ＩRS（１００Ａ）と同じか、またはその付近の電流値に選ばれる。
【００６２】
ローパス・フィルタ８２は、たとえば抵抗８６およびコンデンサ８８からなるＲＣフィルタ回路として構成されており、通常定格電流ＩRSに係わる上記所定時間ＴS（たとえば１ｍｓ）に照らし、好ましくは上記所定時間ＴSよりも幾らか短い設定時間ＴS'（たとえば０．９５ｍｓ）に対応するカットオフ周波数または遅延時定数を有している。
【００６３】
ローパス・フィルタ８２は、電流センサ６２からの駆動電流検出信号ＭＩdを入力し、この信号ＭＩdを上記設定時間ＴS'に対応したカットオフ周波数または遅延時定数でなまらせた信号ＭＩd'を出力するようになっている。
【００６４】
すなわち、図５に示すように、あるストロークの描画において、第２監視値ＩK2に等しいピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたときは、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSでローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2付近まで立ち上がり、かつそのレベルで飽和するようになっている。
【００６５】
コンパレータ８４は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第２基準値発生部８０からの第２基準値Ｋ2を入力し、その反転入力端子(-)にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd'＜Ｋ2のときはＨレベルの出力信号を発生し、ＭＩd'≧Ｋ2のときはＬレベルの出力信号を第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生するようになっている。なお、コンパレータ８４の出力端子は、プルアップ抵抗９０を介してＨレベルの電源電圧ＶBBに接続されている。
【００６６】
上記のような第２監視値ＩK2に等しいピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたときは、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSでローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が飽和レベルの第２基準値Ｋ2付近まで立ち上がり、コンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生される。そして、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されると、制御部６４がスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。その際、上記設定時間ＴS'を経過した時点から駆動電流Ｉdが切られる時までに時間遅れがあっても、ポンプＬＤ３６（３８）の通常定格電流ＩRSに係わる上記所定時間ＴSを超えるまでは至らないように上記設定時間ＴS'を選定するのが好ましい。
【００６７】
別の例として、図６に示すように、第２監視値ＩK2より低いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合は、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過した時点ｔSはもちろんその後もローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2には届かず、したがってコンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されることはない。
【００６８】
別の例として、図７に示すように、第１監視値ＩK1よりは低くて第２監視値ＩK2よりも高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合は、通電開始時点ｔ0から上記設定時間ＴS'を経過する前にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'が第２基準値Ｋ2を超えてしまい、その時点ｔeでコンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生され、駆動電流Ｉdが切られる。
【００６９】
しかし、図８に示すように、同じ高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給される場合でも、元々の持続時間Ｔfが通電開始時点ｔ0から上記時点ｔeに達するまでの時間よりも短いときは、ローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'は第２基準値Ｋ2を超えないので、コンパレータ８４より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されることはない。
【００７０】
このように、第２監視部７０は、ポンプＬＤ３６（３８）を流れる駆動電流Ｉdの電流値が第２監視値ＩK2以上の値を設定時間ＴS'以上持続した時に、第２過電流検出信号ＥＳ2-を発生するようになっている。そして、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-が発生されると、制御部６４がスイッチング素子５４のスイッチング動作を止めて駆動電流Ｉdを切るようになっている。
【００７１】
こうして、駆動電流Ｉdがたとえ通常定格電流ＩRS（１００Ａ）以上になったとしても、その状態が所定時間（１ｍｓ）以上持続することはない。したがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉdを常に通常定格電流ＩRSの許容限界内に保持することができる。
【００７２】
なお、上記のように、この実施形態で用いるポンプＬＤ３６（３８）は、所定時間ＴG（たとえば１０ｍｓ）以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流ＩRSを超える所定時間ＴS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。この所定時間ＴGの時間管理は、主制御部４４ないし制御部６４においてソフトウェア的に行うのが好ましい。
【００７３】
この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、上記のような構成および機能を有する駆動電流監視部６６を備えることにより、ポンプＬＤ３６（３８）の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流ＩdからポンプＬＤ３６（３８）を適確に保護することができる。
【００７４】
また、この実施形態のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置は、上記のようなポンプＬＤ電源回路５０によってポンプＬＤ３６（３８）を駆動するので、マーキングやトリミング等の表面除去加工における加工能力および信頼性を向上させることができる。
【００７５】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００７６】
たとえば、駆動電流監視部６６の第２監視部７０について、図９に示すような別の実施例も可能である。この実施例における第２監視部７０は、コンパレータ９２、タイマ９４、ＯＲゲート９６およびラッチ回路９８を有している。
【００７７】
コンパレータ９２は、演算増幅器からなり、その反転入力端子(-)に第２基準値発生部（図示せず）からの第２基準値Ｋ2を入力し、その非反転入力端子(+)にローパス・フィルタ８２の出力信号ＭＩd'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、ＭＩd'＜Ｋ2のときはＬレベルの出力信号を発生し、ＭＩd'≧Ｋ2のときはＨレベルの出力信号を発生するようになっている。コンパレータ９２の出力端子は、タイマ９４の入力端子に接続されるとともに、タイマ９４のデータ入力端子（Ｄ）に接続されている。
【００７８】
タイマ９４は、たとえばモノマルチからなり、コンパレータ９２よりＨレベルの出力信号が発生された時は、その立ち上がりエッジに応動して、一定時間つまり上記設定時間ＴS'のパルス幅を有するＨレベルのパルスを出力するようになっている。タイマ９４の出力端子は、ＯＲゲート９６を介してラッチ回路９８のクロック端子（ＣＬ）に接続されている。
【００７９】
ラッチ回路９８は、たとえばＤ型フリッブプフロップ回路からなり、クロック端子（ＣＬ）に入力されるパルスの立下りエッジに応動して、その時データ入力端子（Ｄ）に入力されている信号を取り込み、反転出力端子（Ｑ-）に入力信号と逆論理値の信号を出力するようになっている。つまり、ラッチ回路９８は、タイマ９４が設定時間ＴS'を計時した時に、コンパレータ９２の出力信号（Ｈ／Ｌレベル）に応じて反転出力端子（Ｑ-）よりＬレベルの第２過電流検出信ＥＳ2-を条件的に発生する判定回路として機能するようになっている。
【００８０】
図１０に、この実施例における第２監視部７０の作用の一例を示す。たとえば、第１監視値ＩK1よりは低くて第２監視値ＩK2よりも高いピーク値を有する駆動電流ＩdがポンプＬＤ３６（３８）に供給されたとする。この場合、コンパレータ８４よりＨレベルの出力信号が発生され、それに応動してタイマ９４よりＨレベルのパルスが発生される。そして、設定時間ＴS'が経過した時点で、つまりタイマ出力パルスの立下りエッジでコンパレータ８４のＨレベルの出力信号がラッチ回路９８に取り込まれ、ラッチ回路９８の反転出力端子（Ｑ-）よりＬレベルの出力信号が第２過電流検出信号ＥＳ2-として発生される。
【００８１】
なお、制御部６４は、第２監視部７０より第２過電流検出信号ＥＳ2-を受け取って駆動電流Ｉdを切った後に、ラッチ回路９８のクロック端子（ＣＬ）にＯＲゲート９６を介してリセットパルスを与え、ラッチ回路９８の反転出力をＨレベルに戻しておく。
【００８２】
上述した実施形態では、ポンプ用ＬＤ電源回路５０において、直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間にスイッチング素子５４を接続して、これを電流制御素子とした。しかし、スイッチング素子５４に代えて、たとえば図１１に示すように駆動トランジスタ１００を電流制御素子に用いることも可能である。図１１の構成例における駆動トランジスタ１００は、たとえばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなり、コレクタ接地のアナログ増幅回路を形成している。なお、駆動トランジスタ１００は、バイポーラトランジスタに限らず、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等も好適に使用できる。
【００８３】
上記実施形態では、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、制御部６４が電流制御素子（スイッチング素子５４、駆動トランジスタ１００）を通じて駆動電流Ｉdを切るようにした。しかし、駆動電流Ｉdを切らずに、一定の割合で、あるいは一定のレベルまで減少させるようにしてもよい。また、駆動電流監視部６６より過電流検出信号ＥＳ-が発生された時は、制御部６４あるいは電流制御素子とは別個のインターロック回路または安全回路が働いて駆動電流Ｉdを切るか、あるいは減少させるようにしてもよい。
【００８４】
また、第１監視部６８より発生される第１過電流検出信号ＥＳ1-と第２監視部７０より発生される第２過電流検出信号ＥＳ2-とを個別に制御部６４またはインターロック回路に与えるようにしてもよい。
【００８５】
なお、電流センサ６２の出力信号（駆動電流検出信号）ＭＩdを制御部６４にフィードバックし、駆動電流測定値が設定値に一致するように制御部６４がスイッチング素子５４または駆動トランジスタ１００を制御する構成とすることも可能である。
【００８６】
上記実施形態のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置（図１）は、第１のアクティブファイバ１２に第２のアクティブファイバ１４を従続接続して２段アンプとしている。しかし、第２のアクティブファイバ１４を省いて一段（単）アンプの構成とすることや、あるいは第２のアクティブファイバ１４の後段に第３のアクティブファイバを接続して３段アンプの構成とすることも可能である。
【００８７】
上記実施形態はＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置に係わるものであったが、本発明はＭＯＰＡ方式以外のファイバレーザ加工装置にも適用可能であり、たとえば図１２に示すようなファイバレーザ加工装置にも適用可能である。
【００８８】
このファイバレーザ加工装置は、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接に好適に使用可能なレーザ加工機であり、主としてファイバレーザ発振器１００、励起用ＬＤ１０２、励起用ＬＤ電源回路１０４、ファイバ伝送系１０６、レーザ出射部１０８、主制御部１１０、タッチパネル１１２等で構成されている。
【００８９】
ファイバレーザ発振器１００は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）１１４と、この発振ファイバ１１４を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー１１６，１１８とを有している。
【００９０】
励起用のＬＤ１０２は、励起用ＬＤ電源回路１０４より供給されるパルス状の駆動電流Ｉdによって発光駆動され、ファイバレーザ発振器１００内のレーザ励起（ポンピング）に用いるロングパルスのＬＤ光つまり励起光ＭＢを発振出力する。ＬＤ１０２を構成するＬＤ素子の個数は任意であり、アレイ構造またはスタック構造をとることも可能である。
【００９１】
ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２０は、ＬＤ１０２からの励起光ＭＢを発振ファイバ１１２の一端面に集光入射させる。ＬＤ１０２と光学レンズ１２０との間に配置される光共振器ミラー１１６は、ＬＤ１０２側から入射した励起光ＭＢを透過させ、発振ファイバ１１４側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するようにコーティングがなされている。
【００９２】
発振ファイバ１１４は、希土類元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ１１４の一端面に入射した励起光ＭＢは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ１１４の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー１１６，１１８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー１１８より該所定波長を有するパルスのファイバレーザ光ＦＢが取り出される。
【００９３】
なお、ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２２は、発振ファイバ１１４の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー１１８へ通し、光共振器ミラー１１８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ１１４の端面に集光させる。また、発振ファイバ１１４を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ１２２および光共振器ミラー１１８を透過したのち折り返しミラー１２４にて側方のレーザ吸収体１２６に向けて折り返される。光共振器ミラー１１８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー１２４をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ１２８を通ってからファイバ伝送系１０６のレーザ入射部１３０に入る。
【００９４】
ビームスプリッタ１２８は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）１３２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）１３２の正面に、ビームスプリッタ１２８からの反射光またはモニタ光ＲFBを集光させる集光レンズ１３４が配置されてよい。
【００９５】
フォトダイオード（ＰＤ）１３２は、ビームスプリッタ１２８からのモニタ光ＲFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（レーザパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）を出力する。レーザ出力測定回路１３６は、フォトダイオード１３２の出力信号を基に、アナログ信号処理によってファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力測定値ＭFBを求める。レーザ出力測定回路１３６で得られたレーザ出力測定値ＭFBは、パワーフィードバック制御用のフィードバック信号として励起用ＬＤ電源回路１０４に与えられる。
【００９６】
ビームスプリッタ１２８をまっすぐ透過してレーザ入射部１３０に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー１３８で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット１４０内で集光レンズ１４２により集光されてファイバ伝送系１０６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）１４４の一端面に入射する。伝送用光ファイバ１４４は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット１４０内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１０８の出射ユニット１４６まで伝送する。出射ユニット１４６は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ１４８と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ１５０とを有している。
【００９７】
レーザ溶接加工が行われる時は、励起用ＬＤ電源回路１０４より波形制御された駆動電流ＩdがＬＤ１０２に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００内でＬＤ１０２より駆動電流Ｉdの波形に対応した出力波形の励起光ＭＢが発振ファイバ１０４に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００よりＬＤ出力波形に対応したレーザ出力波形を有するファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。この波形制御されたファイバレーザ光ＦＢが、レーザ入射部１３０、ファイバ伝送系１０６およびレーザ出射部１０８を介して被加工物Ｗの溶接ポイントまたは溶接ラインに集光照射される。該溶接ポイントまたは溶接ラインにおいては、ファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【００９８】
このファイバレーザ加工装置においては、励起用ＬＤ電源回路１０４に本発明を適用することができる。この励起用ＬＤ電源回路１０４は、上記実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０と同様の構成を有してよく、直流電源５２、スイッチング素子５４、電流センサ６２、制御部６４等を備えている（図２）。
【００９９】
この場合、パワーフィードバック制御を行うために、励起用ＬＤ電源回路１０４内の制御部６４は、レーザ出力測定回路１３６からのレーザ出力測定値ＭFBをフィードバック信号として入力するとともに、主制御部４４からファイバレーザ光ＦＢに係るレーザパワーの基準値または設定値を入力して、ＰＷＭ方式のスイッチング制御信号を生成する。
【０１００】
この励起用ＬＤ電源回路１０４も、上記実施形態と同様の駆動電流監視部６６（図２〜図４）を備えており、上記と同様の作用により通常定格電流および絶対最大定格電流のそれぞれの性質を踏まえて励起用ＬＤ１０２の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流Ｉdから励起用ＬＤ１０２を適確に保護することができる。
【０１０１】
また、この実施形態の方式ファイバレーザ加工装置は、上記のような励起用ＬＤ電源回路１０４によって励起用ＬＤ１０２を駆動するので、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接における加工能力および信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
なお、本発明のファイバレーザ加工装置は、マーキング等の表面除去加工や溶接加工に限るものではなく、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも使用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ シード光発生部
１２ 第１のアクティブファイバ
１４ 第２のアクティブファイバ
１６ 光ビーム照射部
３０ シードＬＤ
３２ シード用ＬＤ電源回路
３６，３８ ポンプＬＤ
５０ ポンプＬＤ電源回路
５２ 直流電源
５４ スイッチング素子
６２ 電流センサ
６４ 制御部
６６ 駆動電流監視部
６８ 第１監視部
７０ 第２監視部
１００ 駆動トランジスタ
１０４ 励起用ＬＤ電源回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、
前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、
前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第１の監視値を超えた否かを監視する第１の監視部と、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第２の監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項２】
前記第１の監視値が前記第２の監視値よりも高い、請求項１に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項３】
前記第１の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第１の監視値を超えたことを検出した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第１の過電流検出信号を発生する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記第１の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項３に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項５】
前記第１の監視値は、前記レーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定される、請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項６】
前記第２の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第２の監視値以上の値を前記設定時間以上持続した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第２の過電流検出信号を発生する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項７】
前記制御部が、前記第２の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項８】
前記第２の監視値は、前記レーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される、請求項６または請求項７に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項９】
前記第２の監視部は、
前記電流センサの出力信号を前記設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、
前記ローパス・フィルタの出力信号と前記第２の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて前記第２の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータと
を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１０】
前記第２の監視部は、
前記駆動電流に対応する前記電流センサの出力信号と前記第２の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記駆動電流の電流値が前記第２の監視値を超えた時から前記設定時間を計時するタイマ回路と、
前記タイマ回路が前記設定時間を計時した時に、前記コンパレータの出力信号に応じて前記第２の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路と
を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１１】
前記電流制御素子は、スイッチング素子であり、
前記制御部は、パルス幅制御方式により前記スイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１２】
前記電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタであり、
前記制御部は、前記駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１３】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、
前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置。
【請求項１４】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第１の増幅用光ファイバと、
前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第１の励起用レーザダイオードと、
前記第１の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の第１の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記第１の励起用レーザダイオードを前記第１の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第１の光結合器と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加した第２のコアを有し、前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第２のコアの中に入れ、前記第１段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅パルスの光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、
前記第２の増幅用光ファイバの第２のコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起用レーザダイオードと、
前記第２の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の第２の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記第１の増幅用光ファイバの出力端および前記第２の励起用レーザダイオードを前記第２の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第２の光結合器と、
前記第２の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第２段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置。
【請求項１５】
発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、
前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【請求項１】
ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、
前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、
前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第１の監視値を超えた否かを監視する第１の監視部と、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第２の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第２の監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項２】
前記第１の監視値が前記第２の監視値よりも高い、請求項１に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項３】
前記第１の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第１の監視値を超えたことを検出した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第１の過電流検出信号を発生する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記第１の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項３に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項５】
前記第１の監視値は、前記レーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定される、請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項６】
前記第２の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第２の監視値以上の値を前記設定時間以上持続した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第２の過電流検出信号を発生する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項７】
前記制御部が、前記第２の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項８】
前記第２の監視値は、前記レーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される、請求項６または請求項７に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項９】
前記第２の監視部は、
前記電流センサの出力信号を前記設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、
前記ローパス・フィルタの出力信号と前記第２の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて前記第２の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータと
を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１０】
前記第２の監視部は、
前記駆動電流に対応する前記電流センサの出力信号と前記第２の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記駆動電流の電流値が前記第２の監視値を超えた時から前記設定時間を計時するタイマ回路と、
前記タイマ回路が前記設定時間を計時した時に、前記コンパレータの出力信号に応じて前記第２の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路と
を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１１】
前記電流制御素子は、スイッチング素子であり、
前記制御部は、パルス幅制御方式により前記スイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１２】
前記電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタであり、
前記制御部は、前記駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１３】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、
前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置。
【請求項１４】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第１の増幅用光ファイバと、
前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第１の励起用レーザダイオードと、
前記第１の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の第１の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記第１の励起用レーザダイオードを前記第１の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第１の光結合器と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加した第２のコアを有し、前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第２のコアの中に入れ、前記第１段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅パルスの光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、
前記第２の増幅用光ファイバの第２のコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起用レーザダイオードと、
前記第２の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の第２の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記第１の増幅用光ファイバの出力端および前記第２の励起用レーザダイオードを前記第２の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第２の光結合器と、
前記第２の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第２段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するＭＯＰＡ方式ファイバレーザ加工装置。
【請求項１５】
発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、
前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項１〜１２のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−８４６３０（Ｐ２０１２−８４６３０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８２７４（Ｐ２０１０−２２８２７４）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]