JP2000208850A - Mirror angle automatic control method and device of laser oscillator - Google Patents
Mirror angle automatic control method and device of laser oscillatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器内の
共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出して自動調
整するための方法及びその装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method and an apparatus for detecting and automatically adjusting the amount and direction of the angular displacement of a resonator mirror in a laser oscillator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ発振器は、その内部で発生したレ
ーザ光を平行な２枚の共振器ミラーの間で数回往復させ
てレーザのエネルギーを増幅し、出力する。その際、２
枚の共振器ミラーの平行度が悪いと、干渉により多重横
モードが発生したり、レーザ光が拡散し、所定の出力が
得られなくなる。そこで、共振器ミラーの角度合わせを
行う必要がある。2. Description of the Related Art A laser oscillator reciprocates a laser beam generated inside thereof several times between two parallel resonator mirrors to amplify and output laser energy. At that time, 2
If the parallelism of the resonator mirrors is poor, multiple transverse modes may occur due to interference, or laser light may be diffused, and a predetermined output may not be obtained. Therefore, it is necessary to adjust the angle of the resonator mirror.
【０００３】一般に、レーザ発振器の共振器ミラーの角
度合わせは、レーザ発振を停止した状態でＨｅ−Ｎｅレ
ーザ光などを用いて行われる。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光は可
視光であるため、これを共振器ミラーの間で反射させて
この光路を合わせることによって共振器ミラーの角度を
平行に合わせることができる。In general, the angle of a resonator mirror of a laser oscillator is adjusted by using a He-Ne laser beam or the like while laser oscillation is stopped. Since the He-Ne laser light is visible light, the angle of the resonator mirror can be adjusted to be parallel by reflecting the light between the resonator mirrors and adjusting the optical path.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
２枚の共振器ミラーを平行にすることはできるが、両方
の共振器ミラーが平行であってもレーザ光の光路と光軸
がずれている場合は合わせることができない。この場合
は、レーザ発振中に出力を見ながら共振器ミラーの角度
を調節し、最大効率点を見つける必要がある。しかしな
がら、実際には、共振器ミラーの角度がどの方向にどれ
だけずれているかがわからず、試行錯誤で合わせるた
め、作業効率が悪く時間がかかってしまう。However, in this method, two resonator mirrors can be made parallel, but even if both resonator mirrors are parallel, the optical path of the laser beam and the optical axis are deviated. If they do, they cannot match. In this case, it is necessary to adjust the angle of the resonator mirror while looking at the output during laser oscillation to find the point of maximum efficiency. However, in practice, it is not known in which direction and how much the angle of the resonator mirror is deviated, and the angle is adjusted by trial and error. Therefore, work efficiency is poor and time is required.
【０００５】また、レーザ発振中に共振器ミラーホルダ
ーの熱変形などにより角度ずれが生じ、出力が低下する
場合がある。このため、レーザ発振中にも共振器ミラ一
の角度ずれを検出する必要がある。[0005] Further, during laser oscillation, angular displacement may occur due to thermal deformation of the resonator mirror holder and the like, and the output may decrease. Therefore, it is necessary to detect the angular deviation of the resonator mirror even during laser oscillation.
【０００６】そこで、本発明の課題は、レーザ発振器内
の共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を自動的に検出
してずれを自動調整する角度自動調整装置を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an automatic angle adjusting apparatus for automatically detecting an angle shift amount and a shift direction of a resonator mirror in a laser oscillator and automatically adjusting the shift.
【０００７】本発明はまた、上記の調整をレーザ発振中
に行うことのできる角度自動調整装置を提供することに
ある。Another object of the present invention is to provide an automatic angle adjusting device capable of performing the above adjustment during laser oscillation.
【０００８】本発明は更に、上記の角度自動調整装置に
適した角度自動調整方法を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an automatic angle adjusting method suitable for the above automatic angle adjusting device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
発振器の出力光の一部をスクリーンに照射し、該スクリ
ーンに生じた発光部を撮像して得られた画像を画像処理
して発光部における特徴量を抽出し、該特徴量からレー
ザ発振器内の共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検
出し、この検出結果に基づいて前記共振器ミラーの角度
を調整することを特徴とするレーザ発振器ミラーの角度
自動調整方法が提供される。According to the present invention, a screen is irradiated with a part of output light of a laser oscillator, and an image obtained by imaging a light emitting portion generated on the screen is subjected to image processing to emit light. Extracting a feature amount in the section, detecting an angle shift amount and a shift direction of the resonator mirror in the laser oscillator from the feature amount, and adjusting the angle of the resonator mirror based on the detection result. A method for automatically adjusting the angle of a laser oscillator mirror is provided.
【００１０】この角度自動調整方法においては、前記画
像処理として、前記発光部の輪郭検出を行うと共に、前
記検出された輪郭に複数の輝度勾配検出領域を設定して
それぞれの輝度勾配検出領域に含まれる各画素の輝度勾
配から各輝度勾配検出領域における輝度勾配平均値を前
記特徴量として算出し、前記複数の輝度勾配検出領域に
おいて特定の位置関係にある２つの輝度勾配検出領域に
おける輝度勾配平均値の差から、レーザ発振器内の共振
器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出することを特徴
とする。In the automatic angle adjustment method, as the image processing, the contour of the light emitting portion is detected, and a plurality of brightness gradient detection areas are set in the detected contour and included in each brightness gradient detection area. The luminance gradient average value in each luminance gradient detection area is calculated from the luminance gradient of each pixel as the feature amount, and the luminance gradient average value in two luminance gradient detection areas having a specific positional relationship in the plurality of luminance gradient detection areas is calculated. The angle difference and the direction of the angle shift of the resonator mirror in the laser oscillator are detected from the difference.
【００１１】本発明によればまた、レーザ発振器の出力
光の一部を受けるスクリーンと、該スクリーンに生じた
発光部を撮像する撮像手段と、レーザ発振器内の共振器
ミラーの角度を調整する位置決め手段と、前記撮像手段
により撮像された画像を画像処理して該画像における特
徴量を抽出し、該特徴量からレーザ発振器内の共振器ミ
ラーの角度ずれ量とずれ方向を検出し、検出された角度
ずれ量とずれ方向とに基づいて前記位置決め手段を制御
する画像処理手段とを有することを特徴とするレーザ発
振器ミラーの角度自動調整装置が提供される。According to the present invention, there is also provided a screen for receiving a part of the output light of the laser oscillator, imaging means for imaging the light emitting portion generated on the screen, and positioning for adjusting the angle of a resonator mirror in the laser oscillator. Means, image processing of an image picked up by the image pick-up means, extracting a feature amount in the image, detecting an angle shift amount and a shift direction of a resonator mirror in the laser oscillator from the feature amount, and detecting There is provided an automatic angle adjustment device for a laser oscillator mirror, comprising: an image processing means for controlling the positioning means based on an angle shift amount and a shift direction.
【００１２】この角度自動調整装置においては、前記画
像処理手段は、前記画像における各画素毎の輝度値を検
出して画像データとして出力するための画像入力ボード
と、前記画像データから前記画像の輪郭検出を行うと共
に、前記検出された輪郭に複数の輝度勾配検出領域を設
定してそれぞれの輝度勾配検出領域に含まれる各画素の
輝度勾配から各輝度勾配検出領域における輝度勾配平均
値を前記特徴量として算出し、前記複数の輝度勾配検出
領域において特定の位置関係にある２つの輝度勾配検出
領域における輝度勾配平均値の差から、レーザ発振器内
の共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出する処理
手段とから成る。In this automatic angle adjustment device, the image processing means includes an image input board for detecting a luminance value for each pixel in the image and outputting the image value as image data, and a contour of the image from the image data. Performing the detection, setting a plurality of luminance gradient detection areas on the detected contour, and calculating the average value of the luminance gradient in each luminance gradient detection area from the luminance gradient of each pixel included in each luminance gradient detection area. From the difference between the average brightness gradient values in the two brightness gradient detection areas having a specific positional relationship in the plurality of brightness gradient detection areas, the angle shift amount and the shift direction of the resonator mirror in the laser oscillator are detected. Processing means.
【００１３】また、前記複数の輝度勾配検出領域は４つ
である場合には、前記特定の位置関係にある２つの輝度
勾配検出領域が上下、左右の２組設定される。When the number of the plurality of brightness gradient detection areas is four, two sets of two brightness gradient detection areas having the specific positional relationship are set up, down, left and right.
【００１４】この場合、前記位置決め手段は、前記共振
器ミラーを左右方向の軸を中心に回動させるための第１
の位置決め装置と、前記共振器ミラーを上下方向の軸を
中心に回動させるための第２の位置決め装置とから成
る。In this case, the positioning means may include a first mirror for rotating the resonator mirror about a left-right axis.
And a second positioning device for rotating the resonator mirror about a vertical axis.
【００１５】前記レーザ発振器が紫外光レーザ発振器で
ある場合には、前記スクリーンは紫外光により蛍光を発
する蛍光板で構成される。When the laser oscillator is an ultraviolet laser oscillator, the screen is formed of a fluorescent plate which emits fluorescent light by ultraviolet light.
【００１６】更に、前記撮像手段がＣＣＤカメラであ
り、前記レーザ発振器があらかじめ決められた発振周波
数を持つパルスレーザ発振器である場合には、パルス状
レーザ光の１ショットについての発光部を撮像するため
に前記ＣＣＤカメラのシャッタタイミングを決めるトリ
ガ信号発生手段として、前記パルスレーザ発振器のレー
ザトリガ信号に同期させてカメラトリガ信号を出力する
トリガ信号置換器を備え、該トリガ信号置換器は、前記
ＣＣＤカメラにおける１フレーム分の画像信号を出力す
るのに要する時間及び前記カメラトリガ信号を受けてか
らシャッタがきられるまでに要する時間を考慮して前記
レーザトリガ信号を間引いて前記カメラトリガ信号を発
生することを特徴とする。Further, when the imaging means is a CCD camera and the laser oscillator is a pulsed laser oscillator having a predetermined oscillation frequency, the light emitting section for one shot of pulsed laser light is imaged. A trigger signal generator for outputting a camera trigger signal in synchronization with a laser trigger signal of the pulse laser oscillator as trigger signal generating means for determining a shutter timing of the CCD camera; Generating the camera trigger signal by thinning out the laser trigger signal in consideration of the time required to output the image signal for one frame and the time required from when the camera trigger signal is received to when the shutter is released. Features.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明は以下のような点に着目し
ている。紫外光レーザでは蛍光板にレーザ光を照射する
ことによって蛍光（可視光）が発せられる。この蛍光
は、レーザ光の強度と相関がある。共振器ミラーの角度
ずれが生じるとレーザ光の強度分布が変化するため、こ
れが蛍光輪郭における輝度勾配の変化となって現れる。
そこで、本発明では、紫外光レーザ発振器の出力光の一
部を蛍光板に照射し、このレーザ光により発する蛍光を
画像処理により観察して、レーザ発振器内の共振器ミラ
ーの角度ずれ量とずれ方向を検出するようにしている。
そして、この検出結果に基づいて共振器ミラーの角度を
調整する手段を備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention focuses on the following points. In an ultraviolet laser, fluorescence (visible light) is emitted by irradiating a fluorescent plate with laser light. This fluorescence has a correlation with the intensity of the laser light. When the angular deviation of the resonator mirror occurs, the intensity distribution of the laser beam changes, and this appears as a change in the luminance gradient at the fluorescent contour.
Therefore, in the present invention, a part of the output light of the ultraviolet laser oscillator is irradiated on the fluorescent plate, the fluorescence emitted by this laser light is observed by image processing, and the angle shift amount and the shift direction of the resonator mirror in the laser oscillator Is to be detected.
Then, there is provided means for adjusting the angle of the resonator mirror based on the detection result.
【００１８】以下に、その好ましい第１の実施の形態に
ついて説明する。本形態では、共振器ミラーの角度ずれ
による蛍光輪郭の輝度勾配の変化から、共振器ミラーの
角度ずれ量やずれの方向を検出するようにしている。Hereinafter, a preferred first embodiment will be described. In the present embodiment, the amount and direction of the angular deviation of the resonator mirror are detected from the change in the luminance gradient of the fluorescence contour due to the angular deviation of the resonator mirror.
【００１９】図１を参照して、紫外光レーザ発振器１０
内には一対の共振器ミラー１１Ａ、１１Ｂが配置されて
いる。レーザ光の出力側とは反対側の共振器ミラー１１
Ａは、角度調整可能に共振器ミラーホルダ１２に保持さ
れている。この共振器ミラーホルダ１２は、Ｘ方向マイ
クロメータ位置決め装置２０Ｘ及びＹ方向マイクロメー
タ位置決め装置２０Ｙにより、後述するようにＸ軸及び
Ｙ軸を中心に回動可能に構成されている。Ｘ方向マイク
ロメータ位置決め装置２０Ｘ及びＹ方向マイクロメータ
位置決め装置２０Ｙはそれぞれ、モータ、エンコーダ等
から成るマイクロメータを有し、このマイクロメータを
回転させて共振器ミラーホルダ１２をＸ軸あるいはＹ軸
を中心に回動させることにより、共振器ミラー１１Ａの
角度を調整するものである。Referring to FIG. 1, an ultraviolet laser oscillator 10
Inside, a pair of resonator mirrors 11A and 11B are arranged. Resonator mirror 11 on the side opposite to the laser light output side
A is held in the resonator mirror holder 12 so that the angle can be adjusted. The resonator mirror holder 12 is configured to be rotatable about an X axis and a Y axis by an X-direction micrometer positioning device 20X and a Y-direction micrometer positioning device 20Y as described later. Each of the X-direction micrometer positioning device 20X and the Y-direction micrometer positioning device 20Y has a micrometer including a motor, an encoder, and the like, and rotates the micrometer to center the resonator mirror holder 12 about the X axis or the Y axis. Is rotated to adjust the angle of the resonator mirror 11A.
【００２０】一方、レーザ光の出力側には、ビームスプ
リッタ２１が配置される。ビームスプリッタ２１は、レ
ーザ光の強度の数％を９０度の方向に反射し、残りを透
過する。ビームスプリッタ２１からの反射レーザ光は、
蛍光板２２に入射する。蛍光板２２は、紫外光があたる
と蛍光（可視光）を発するガラスである。蛍光板２２で
発した蛍光は、ＣＣＤカメラ２３で撮像される。撮像さ
れた画像信号は画像処理用の画像入力ボード２４に送ら
れる。画像入力ボード２４は、ＣＣＤカメラ２３からの
画像信号をディジタル化し、画像の各画素ごとに輝度値
のデータを画像データとしてコンピュータ２５に出力す
るものである。コンピュータ２５では、画像データから
後述する検出動作及び判定動作により共振器ミラーの角
度ずれ量やずれの方向を検出する。コンピュータ２５は
また、検出した角度ずれ量及びずれの方向に基づいてＸ
方向マイクロメータ位置決め装置２０Ｘ及びＹ方向マイ
クロメータ位置決め装置２０Ｙを制御して共振器ミラー
１１Ａの角度を補正する。On the other hand, a beam splitter 21 is disposed on the output side of the laser beam. The beam splitter 21 reflects a few percent of the intensity of the laser beam in the direction of 90 degrees and transmits the rest. The reflected laser light from the beam splitter 21 is
The light enters the fluorescent plate 22. The fluorescent plate 22 is a glass that emits fluorescent light (visible light) when irradiated with ultraviolet light. The fluorescent light emitted from the fluorescent plate 22 is imaged by the CCD camera 23. The captured image signal is sent to an image input board 24 for image processing. The image input board 24 digitizes an image signal from the CCD camera 23 and outputs luminance value data for each pixel of the image to the computer 25 as image data. The computer 25 detects the angle shift amount and the shift direction of the resonator mirror from the image data by a detection operation and a determination operation described later. The computer 25 also calculates X based on the detected angle shift amount and the direction of the shift.
The direction micrometer positioning device 20X and the Y direction micrometer positioning device 20Y are controlled to correct the angle of the resonator mirror 11A.
【００２１】以下に、図２〜図５をも参照して、本角度
自動調整装置の動作について説明する。紫外光レーザ発
振器１０からのレーザ光を、エキシマレーザに代表され
る矩形ビームと仮定する。また、紫外光レーザ発振器１
０の出力側から見たレーザビーム断面の上下、左右方向
が図２（ｂ）、紫外光レーザ発振器１０の出力側とは反
対側の共振器ミラー１１Ａの上下、左右方向が図２
（ａ）、ＣＣＤカメラ２３で撮像し取り込んだ画像の上
下、左右方向が図２（ｃ）のようになるように、ビーム
スプリッタ２１、ＣＣＤカメラ２３の方向をセットする
ものとして説明する。また、共振器ミラー１１Ａについ
ては、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸として説明す
る。Hereinafter, the operation of the automatic angle adjusting device will be described with reference to FIGS. It is assumed that the laser light from the ultraviolet laser oscillator 10 is a rectangular beam represented by an excimer laser. Also, an ultraviolet laser oscillator 1
2 (b) shows the vertical and horizontal directions of the cross section of the laser beam viewed from the output side 0, and FIG. 2 shows the vertical and horizontal directions of the resonator mirror 11A opposite to the output side of the ultraviolet laser oscillator 10.
2A, the directions of the beam splitter 21 and the CCD camera 23 are set so that the vertical and horizontal directions of the image captured and captured by the CCD camera 23 are as shown in FIG. The resonator mirror 11A will be described with the left-right direction as the X axis and the up-down direction as the Y axis.
【００２２】１）紫外光レーザ発振器１０内の共振器ミ
ラー１１Ａ、１１Ｂで発振したレーザ光を、ビームスプ
リッタ２１で分光し蛍光板２２に照射する。これによ
り、蛍光板２２は蛍光を発する。1) The laser light oscillated by the resonator mirrors 11A and 11B in the ultraviolet laser oscillator 10 is split by the beam splitter 21 and irradiated on the fluorescent plate 22. Thereby, the fluorescent plate 22 emits fluorescent light.
【００２３】２）蛍光をＣＣＤカメラ２３で撮像する。2) The fluorescence is imaged by the CCD camera 23.
【００２４】３）ＣＣＤカメラ２３からの画像信号を画
像入力ボード２４に入力し、画像データ（各画素ごとの
輝度値）をコンピュータ２５のメモリに格納する。3) The image signal from the CCD camera 23 is input to the image input board 24, and the image data (the luminance value for each pixel) is stored in the memory of the computer 25.
【００２５】４）コンピュータ２５では、メモリに格納
された画像データから、各画素の輝度勾配の計算などの
処理による輪郭検出を行い、図３のように蛍光領域を抽
出する。4) In the computer 25, contour detection is performed from the image data stored in the memory by processing such as calculation of the luminance gradient of each pixel, and a fluorescent region is extracted as shown in FIG.
【００２６】５）コンピュータ２５では、図４のように
蛍光輪郭上側の辺上にある各画素の輝度勾配を計算し、
その平均値を上側輝度勾配平均値Ｇ１とする。同じ処理
を、蛍光輪郭下側、蛍光輪郭左側、蛍光輪郭右側につい
ても行い、それぞれ下側輝度勾配平均値Ｇ２、左側輝度
勾配平均値Ｇ３、右側輝度勾配平均値Ｇ４を計算する。5) The computer 25 calculates the luminance gradient of each pixel on the side above the fluorescence contour as shown in FIG.
The average value is defined as an upper luminance gradient average value G1. The same process is performed on the lower side of the fluorescent contour, the left side of the fluorescent outline, and the right side of the fluorescent outline, and the lower average luminance gradient G2, the average left luminance gradient G3, and the average right luminance gradient G4 are calculated.
【００２７】６）コンピュータ２５では更に、上下の輝
度勾配平均値の差（Ｇ１−Ｇ２）と左右の輝度勾配平均
値の差（Ｇ３−Ｇ４）を計算する。6) The computer 25 further calculates the difference between the upper and lower luminance gradient averages (G1-G2) and the difference between the left and right luminance gradient averages (G3-G4).
【００２８】７）コンピュータ２５は、上下の輝度勾配
平均値の差（角度ずれ量）が正の場合は、図５の上方向
に共振器ミラー１１Ａの角度がずれていると判定し、こ
れを操作量としてＸ方向マイクロメータ位置決め装置２
０Ｘに送り、Ｘ軸調節用のマイクロメータを回転させて
共振器ミラー１１Ａを図５の下方向に回転させ、上下の
輝度勾配平均値の差が０になるように共振器ミラー１１
Ａの角度を調節する。上下の輝度勾配平均値の差が負の
場合には、図５の下方向に共振器ミラー１１Ａの角度が
ずれていると判定し、これを操作量としてＸ方向マイク
ロメータ位置決め装置２０Ｘに送り、Ｘ軸調節用のマイ
クロメータを回転させて共振器ミラー１１Ａを図５の上
方向に回転させ、上下の輝度勾配平均値の差が０になる
ように共振器ミラー１１Ａを調節する。7) When the difference between the upper and lower luminance gradient averages (the amount of angle shift) is positive, the computer 25 determines that the angle of the resonator mirror 11A is shifted upward in FIG. X-direction micrometer positioning device 2 as operation amount
0X, the micrometer for adjusting the X axis is rotated, and the resonator mirror 11A is rotated downward in FIG. 5, so that the difference between the upper and lower luminance gradient averages becomes zero.
Adjust the angle of A. When the difference between the upper and lower luminance gradient averages is negative, it is determined that the angle of the resonator mirror 11A is shifted downward in FIG. 5, and this is sent to the X-direction micrometer positioning device 20X as an operation amount, The resonator mirror 11A is rotated in the upward direction in FIG. 5 by rotating the X-axis adjustment micrometer, and the resonator mirror 11A is adjusted so that the difference between the upper and lower luminance gradient average values becomes zero.
【００２９】一方、左右の輝度勾配平均値の差が正の場
合は、図５の左方向に共振器ミラー１１Ａの角度がずれ
ていると判定し、これを操作量としてＹ方向マイクロメ
ータ位置決め装置２０Ｙに送り、Ｙ軸調節用のマイクロ
メータを回転させて共振器ミラー１１Ａを図５の右方向
に回転させ、左右の輝度勾配平均値の差が０になるよう
に共振器ミラー１１Ａを調節する。左右の輝度勾配平均
値の差が負の場合には、図５の右方向に共振器ミラー１
１Ａの角度がずれていると判定し、これを操作量として
Ｙ方向マイクロメータ位置決め装置２０Ｙに送り、Ｙ軸
調節用のマイクロメータを回転させて共振器ミラー１１
Ａを図５の左方向に回転させ、左右の輝度勾配平均値の
差が０になるように共振器ミラー１１Ａを調節する。On the other hand, when the difference between the left and right luminance gradient averages is positive, it is determined that the angle of the resonator mirror 11A is shifted to the left in FIG. 20Y, the micrometer for Y-axis adjustment is rotated to rotate the resonator mirror 11A rightward in FIG. 5, and the resonator mirror 11A is adjusted so that the difference between the left and right luminance gradient averages becomes zero. . When the difference between the left and right luminance gradient averages is negative, the resonator mirror 1 is moved to the right in FIG.
It is determined that the angle of 1A is deviated, and this is sent as an operation amount to the Y-direction micrometer positioning device 20Y, and the micrometer for Y-axis adjustment is rotated to set the resonator mirror 11
A is rotated to the left in FIG. 5, and the resonator mirror 11A is adjusted so that the difference between the left and right luminance gradient averages becomes zero.
【００３０】１）から７）を繰り返し、リアルタイムで
共振器ミラー１１Ａの角度ずれの自動調整を行う。な
お、この角度ずれ調整は、レーザ発振中に行われるが、
常時検出及び調整動作を行う必要は無く、定期的に行わ
れれば良い。The steps 1) to 7) are repeated to automatically adjust the angular deviation of the resonator mirror 11A in real time. Note that this angle shift adjustment is performed during laser oscillation.
It is not necessary to constantly perform the detection and adjustment operations, but it is sufficient that the detection and adjustment operations are performed periodically.
【００３１】レーザ光が矩形ビームではなく、円形ビー
ムの場合には、図６に示すように、円形の蛍光領域を抽
出し、その輪郭における９０度間隔での一定範囲部分の
蛍光の輝度勾配を計算して同様の処理を行えば良い。When the laser beam is not a rectangular beam but a circular beam, as shown in FIG. 6, a circular fluorescent region is extracted, and the luminance gradient of the fluorescent light in a fixed range portion at 90-degree intervals in the outline is extracted. A similar process may be performed after calculation.
【００３２】ところで、このようなミラー角度自動調整
装置に使用される蛍光画像撮影システムをパルスレーザ
発振器に適用する場合、レーザ光１ショットごとの蛍光
の画像を取り込み、その特徴量を抽出して共振器ミラー
の角度ずれ量及びずれ方向を検出する必要がある。この
ような点を考慮した第２の実施の形態について図７、図
８を参照して説明する。When a fluorescent image capturing system used in such an automatic mirror angle adjusting apparatus is applied to a pulse laser oscillator, an image of fluorescent light for each shot of laser light is taken in, a characteristic amount thereof is extracted, and resonance is performed. It is necessary to detect the angle shift amount and the shift direction of the mirror. A second embodiment in consideration of such points will be described with reference to FIGS.
【００３３】一般に、パルスレーザ発振器は、数Ｈｚか
ら数百Ｈｚの幅広い範囲で発振が行われる。この発振の
際に蛍光板２２にレーザ光があたって発せられる蛍光を
１ショットごとにＣＣＤカメラ２３を用いて撮像する場
合、紫外光レーザ発振器１０のトリガ信号に同期させて
ＣＣＤカメラ２３のシャッタをきる。しかし、一般には
ＣＣＤカメラ２３の映像信号は、シャッタ作動後１／３
０（ｓ）で１フレーム分の信号の出力が終了する。この
ため、紫外光レーザ発振器１０のレーザトリガ信号をそ
のままＣＣＤカメラ２３のシャッタのカメラトリガ信号
として入力することができない。そこで、レーザトリガ
信号が３０（Ｈｚ）を越える場合は、図８に示すよう
に、その間のレーザトリガ信号を１／３０（ｓ）以上間
引いてＣＣＤカメラ２３のシャッタのカメラトリガ信号
に置換するトリガ信号置換器３１を備えている。Generally, a pulse laser oscillator oscillates in a wide range from several Hz to several hundred Hz. When the fluorescence emitted by the laser light hitting the fluorescent plate 22 during this oscillation is imaged for each shot using the CCD camera 23, the shutter of the CCD camera 23 is released in synchronization with the trigger signal of the ultraviolet laser oscillator 10. . However, in general, the image signal of the CCD camera 23 is 1/3 after the shutter operation.
The output of the signal for one frame ends at 0 (s). Therefore, the laser trigger signal of the ultraviolet laser oscillator 10 cannot be directly input as the camera trigger signal of the shutter of the CCD camera 23. Therefore, when the laser trigger signal exceeds 30 (Hz), as shown in FIG. 8, the laser trigger signal during that period is thinned out by 1/30 (s) or more and replaced with the camera trigger signal of the shutter of the CCD camera 23. A signal replacement unit 31 is provided.
【００３４】また、この際、シャッタのカメラトリガ信
号を入力してからシャッタをきるまでに数（μｓ）かか
るため、そのトリガ発生時のレーザ光の蛍光を撮影する
ことはできない。このため、この時のカメラトリガ信号
からレーザパルスの１周期分だけ遅らせて次のレーザ光
のパルスと同期するようにしている。At this time, it takes several (μs) from the input of the camera trigger signal of the shutter to the release of the shutter, so that it is not possible to photograph the fluorescence of the laser light when the trigger is generated. For this reason, the camera trigger signal is delayed by one cycle of the laser pulse from the camera trigger signal at this time so as to synchronize with the next laser light pulse.
【００３５】以上、本発明の実施の形態を、紫外光レー
ザ発振器を対象とした角度ずれ検出装置に適用した場合
について説明した。しかし、本発明は紫外光レーザ発振
器に限定されるものではなく、例えば可視光レーザで
は、蛍光板の代わりに可視光を映すスクリーンを設置
し、このスクリーン上に映るレーザの強度分布をＣＣＤ
カメラで撮影するか、または直接ＣＣＤカメラに入射さ
せて撮影することができる。したがって、上記の説明と
同様の方法、装置で共振器ミラーの角度ずれ検出及び角
度調整を行うことができる。In the above, the case where the embodiment of the present invention is applied to an angle deviation detecting device for an ultraviolet laser oscillator has been described. However, the present invention is not limited to an ultraviolet laser oscillator.For example, in the case of a visible light laser, a screen that projects visible light is installed instead of a fluorescent screen, and the intensity distribution of the laser reflected on this screen is measured by a CCD.
The image can be taken with a camera or directly incident on a CCD camera. Therefore, the angle deviation detection and the angle adjustment of the resonator mirror can be performed by the same method and apparatus as described above.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、レーザ発振していると
きの、レーザ発振器内の共振器ミラーの角度ずれ量、ず
れの方向を検出し、共振器ミラーの角度を自動的に調節
することによって、常に共振器ミラーの角度ずれが矯正
され高出力のレーザを発振することができる。According to the present invention, it is possible to automatically adjust the angle of the resonator mirror by detecting the amount and direction of the angle shift of the resonator mirror in the laser oscillator during laser oscillation. Thus, the angular deviation of the resonator mirror is always corrected, and a high-power laser can be oscillated.
【００３７】従来は、共振器ミラーのアライメント調整
時に、共振器ミラーのずれている方向が分からないまま
試行錯誤で出力が最大効率となるように共振器ミラーの
角度調整を行っていた。しかし、本発明を適用すること
によって共振器ミラーの角度ずれ量及びずれ方向がわか
るので、その方向だけ上記の輝度勾配平均値の差が０に
なるように共振器ミラーが自動調整され、手作業による
共振器ミラーのアライメント調整は不要になる。Conventionally, at the time of adjusting the alignment of the resonator mirror, the angle of the resonator mirror is adjusted by trial and error so that the output becomes the maximum efficiency without knowing the direction in which the resonator mirror is shifted. However, by applying the present invention, the amount and direction of the angular deviation of the resonator mirror can be known, and the resonator mirror is automatically adjusted so that the difference between the above-mentioned average brightness gradients becomes zero in that direction, and manual operation is performed. This eliminates the need for alignment adjustment of the resonator mirror.
【図１】本発明の第１の実施の形態による共振器ミラー
の角度自動調整装置とレーザ発振器の構成を示した図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a resonator mirror automatic angle adjustment device and a laser oscillator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】レーザ発振器における共振器ミラー、出力レー
ザビームの断面、蛍光板に発生した画像におけるそれぞ
れの上下、左右の関係を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the vertical and horizontal relationships of a resonator mirror, a cross section of an output laser beam, and an image generated on a fluorescent screen in a laser oscillator.
【図３】蛍光板に生じた画像の輪郭抽出過程を説明する
ための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a contour extraction process of an image generated on a fluorescent screen.
【図４】図３で抽出された輪郭における上下、左右の輝
度勾配算出過程を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a process of calculating the vertical and horizontal luminance gradients in the contour extracted in FIG. 3;
【図５】図１における共振器ミラーの角度ずれ方向を説
明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an angle shift direction of the resonator mirror in FIG. 1;
【図６】出力レーザ光が円形ビームの場合の上下、左右
の輝度勾配算出方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating a vertical and horizontal luminance gradient when an output laser beam is a circular beam.
【図７】本発明の第２の実施の形態による共振器ミラー
の角度自動調整装置とレーザ発振器の構成を示した図で
ある。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a device for automatically adjusting the angle of a resonator mirror and a laser oscillator according to a second embodiment of the present invention.
【図８】図７の実施の形態における画像取り込みタイミ
ングを説明するためのトリガ信号波形を示した図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a trigger signal waveform for describing image capture timing in the embodiment of FIG. 7;
１０ レーザ発振器 １１Ａ、１１Ｂ 共振器ミラー １２ 共振器ミラーホルダ ２０Ｘ Ｘ方向マイクロメータ位置決め装置 ２０Ｙ Ｙ方向マイクロメータ位置決め装置 ２１ ビームスプリッタ ２２ 蛍光板 ２３ ＣＣＤカメラ ２４ 画像入力ボード ２５ コンピュータ ３１ トリガ信号置換器 Reference Signs List 10 laser oscillator 11A, 11B resonator mirror 12 resonator mirror holder 20X X-direction micrometer positioning device 20Y Y-direction micrometer positioning device 21 Beam splitter 22 Fluorescent plate 23 CCD camera 24 Image input board 25 Computer 31 Trigger signal replacement
Claims (8)
ンに照射し、該スクリーンに生じた発光部を撮像して得
られた画像を画像処理して発光部における特徴量を抽出
し、該特徴量からレーザ発振器内の共振器ミラーの角度
ずれ量とずれ方向を検出し、この検出結果に基づいて前
記共振器ミラーの角度を調整することを特徴とするレー
ザ発振器ミラーの角度自動調整方法。1. A part of output light of a laser oscillator is irradiated on a screen, and an image obtained by imaging a light emitting unit generated on the screen is subjected to image processing to extract a feature amount of the light emitting unit. A method for automatically adjusting the angle of a laser oscillator mirror, comprising detecting an angle shift amount and a shift direction of a resonator mirror in a laser oscillator from the amount, and adjusting an angle of the resonator mirror based on the detection result.
て、前記画像処理として、前記発光部の輪郭検出を行う
と共に、前記検出された輪郭に複数の輝度勾配検出領域
を設定してそれぞれの輝度勾配検出領域に含まれる各画
素の輝度勾配から各輝度勾配検出領域における輝度勾配
平均値を前記特徴量として算出し、前記複数の輝度勾配
検出領域において特定の位置関係にある２つの輝度勾配
検出領域における輝度勾配平均値の差から、レーザ発振
器内の共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出する
ことを特徴とするレーザ発振器ミラーの角度自動調整方
法。2. The automatic angle adjustment method according to claim 1, wherein, as the image processing, the contour of the light-emitting unit is detected, and a plurality of luminance gradient detection areas are set in the detected contour to set respective luminances. A luminance gradient average value in each luminance gradient detection region is calculated as the feature amount from the luminance gradient of each pixel included in the gradient detection region, and two luminance gradient detection regions having a specific positional relationship in the plurality of luminance gradient detection regions. A method for automatically adjusting the angle of the laser oscillator mirror, comprising detecting an angle shift amount and a shift direction of the resonator mirror in the laser oscillator from the difference between the average brightness gradient values in the above.
クリーンと、 該スクリーンに生じた発光部を撮像する撮像手段と、 レーザ発振器内の共振器ミラーの角度を調整する位置決
め手段と、 前記撮像手段により撮像された画像を画像処理して該画
像における特徴量を抽出し、該特徴量からレーザ発振器
内の共振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出し、検
出された角度ずれ量とずれ方向とに基づいて前記位置決
め手段を制御する画像処理手段とを有することを特徴と
するレーザ発振器ミラーの角度自動調整装置。3. A screen for receiving a part of the output light of the laser oscillator, imaging means for imaging a light emitting portion generated on the screen, positioning means for adjusting an angle of a resonator mirror in the laser oscillator; The image picked up by the means is subjected to image processing to extract a feature amount in the image, an angle shift amount and a shift direction of a resonator mirror in the laser oscillator are detected from the feature amount, and the detected angle shift amount and the shift amount are detected. And an image processing means for controlling the positioning means based on the direction.
て、前記画像処理手段は、 前記画像における各画素毎の輝度値を検出して画像デー
タとして出力するための画像入力ボードと、 前記画像データから前記画像の輪郭検出を行うと共に、
前記検出された輪郭に複数の輝度勾配検出領域を設定し
てそれぞれの輝度勾配検出領域に含まれる各画素の輝度
勾配から各輝度勾配検出領域における輝度勾配平均値を
前記特徴量として算出し、前記複数の輝度勾配検出領域
において特定の位置関係にある２つの輝度勾配検出領域
における輝度勾配平均値の差から、レーザ発振器内の共
振器ミラーの角度ずれ量とずれ方向を検出する処理手段
とから成ることを特徴とするレーザ発振器ミラーの角度
自動調整装置。4. The automatic angle adjustment device according to claim 3, wherein the image processing unit detects a luminance value of each pixel in the image and outputs the luminance value as image data; While performing contour detection of the image from
A plurality of brightness gradient detection areas are set in the detected contour, and a brightness gradient average value in each brightness gradient detection area is calculated as the feature amount from the brightness gradient of each pixel included in each brightness gradient detection area, Processing means for detecting an angle shift amount and a shift direction of a resonator mirror in a laser oscillator from a difference between average brightness gradient values in two brightness gradient detection regions having a specific positional relationship in a plurality of brightness gradient detection regions. An automatic angle adjusting device for a laser oscillator mirror.
て、前記複数の輝度勾配検出領域は４つであり、前記特
定の位置関係にある２つの輝度勾配検出領域が上下、左
右の２組設定されていることを特徴とするレーザ発振器
ミラーの角度自動調整装置。5. The automatic angle adjustment device according to claim 4, wherein the plurality of brightness gradient detection areas are four, and two sets of two brightness gradient detection areas in the specific positional relationship are set up, down, left and right. An automatic angle adjusting device for a laser oscillator mirror.
て、前記位置決め手段は、前記共振器ミラーを左右方向
の軸を中心に回動させるための第１の位置決め装置と、
前記共振器ミラーを上下方向の軸を中心に回動させるた
めの第２の位置決め装置とから成ることを特徴とするレ
ーザ発振器ミラーの角度自動調整装置。6. The automatic angle adjusting device according to claim 5, wherein the positioning means comprises: a first positioning device for rotating the resonator mirror about a left-right axis.
And a second positioning device for rotating the resonator mirror about a vertical axis. A device for automatically adjusting the angle of a laser oscillator mirror.
て、前記レーザ発振器は紫外光レーザ発振器であり、前
記スクリーンは紫外光により蛍光を発する蛍光板である
ことを特徴とするレーザ発振器ミラーの角度自動調整装
置。7. The automatic angle adjusting device according to claim 3, wherein said laser oscillator is an ultraviolet laser oscillator, and said screen is a fluorescent plate which emits fluorescent light by ultraviolet light. Adjustment device.
て、前記撮像手段はＣＣＤカメラであり、前記レーザ発
振器はあらかじめ決められた発振周波数を持つパルスレ
ーザ発振器であり、パルス状レーザ光の１ショットにつ
いての発光部を撮像するために前記ＣＣＤカメラのシャ
ッタタイミングを決めるトリガ信号発生手段として、前
記パルスレーザ発振器のレーザトリガ信号に同期させて
カメラトリガ信号を出力するトリガ信号置換器を備え、
該トリガ信号置換器は、前記ＣＣＤカメラにおける１フ
レーム分の画像信号を出力するのに要する時間及び前記
カメラトリガ信号を受けてからシャッタがきられるまで
に要する時間を考慮して前記レーザトリガ信号を間引い
て前記カメラトリガ信号を発生することを特徴とするレ
ーザ発振器ミラーの角度自動調整装置。8. The automatic angle adjusting apparatus according to claim 3, wherein said imaging means is a CCD camera, said laser oscillator is a pulsed laser oscillator having a predetermined oscillation frequency, and one shot of pulsed laser light. As a trigger signal generating means for determining a shutter timing of the CCD camera to image the light emitting unit, a trigger signal replacement unit that outputs a camera trigger signal in synchronization with a laser trigger signal of the pulse laser oscillator,
The trigger signal replacing unit thins out the laser trigger signal in consideration of a time required to output an image signal for one frame in the CCD camera and a time required from when the camera trigger signal is received until a shutter is released. And automatically generating the camera trigger signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11010077A JP2000208850A (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Mirror angle automatic control method and device of laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11010077A JP2000208850A (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Mirror angle automatic control method and device of laser oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208850A true JP2000208850A (en) | 2000-07-28 |
Family
ID=11740305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11010077A Withdrawn JP2000208850A (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Mirror angle automatic control method and device of laser oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000208850A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-01-19 JP JP11010077A patent/JP2000208850A/en not_active Withdrawn
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