JPH01191022A - エネルギービームの空間エネルギー密度分布測定装置 - Google Patents
エネルギービームの空間エネルギー密度分布測定装置Info
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- JPH01191022A JPH01191022A JP63303893A JP30389388A JPH01191022A JP H01191022 A JPH01191022 A JP H01191022A JP 63303893 A JP63303893 A JP 63303893A JP 30389388 A JP30389388 A JP 30389388A JP H01191022 A JPH01191022 A JP H01191022A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、工業用レーザー又は他の高エネルギー装置の
分野に関し、更に詳細には、かかる装置が発生するビー
ムの空間エネルギー密度分布を表示する装置に関する。
分野に関し、更に詳細には、かかる装置が発生するビー
ムの空間エネルギー密度分布を表示する装置に関する。
高出力レーザーは、産業界において種々の材料処理作業
１例えば溶接、切断、熱処理、表面合金化及び被覆を行
なう為に利用されている。
１例えば溶接、切断、熱処理、表面合金化及び被覆を行
なう為に利用されている。
かかるレーザー装置では、ビームの全横断面におけるエ
ネルギー密度がしばしば均一でないため、非均一性がレ
ーザーによる作業に大きな影響を及ぼす場合がある。従
って、ビームの空間エネルギー分布の正確な測定を行な
うことが、例えば、溶接の溶は込み深さ、切断速度及び
切り溝の幅、熱処理における温度分布、またレーザー作
業の他の作用効果の一貫性及び反復性にエネルギー分布
が影響を及ぼすことを考慮すると非常に重要である。
ネルギー密度がしばしば均一でないため、非均一性がレ
ーザーによる作業に大きな影響を及ぼす場合がある。従
って、ビームの空間エネルギー分布の正確な測定を行な
うことが、例えば、溶接の溶は込み深さ、切断速度及び
切り溝の幅、熱処理における温度分布、またレーザー作
業の他の作用効果の一貫性及び反復性にエネルギー分布
が影響を及ぼすことを考慮すると非常に重要である。
高出力レーザービームの空間エネルギー分布を測定する
従来法の一つは、ビーム通路に配置すると融除或いは燃
焼する物質を利用する方法である。このテストに用いる
物質の例としては木材、プレキシガラス及び珪素レンガ
があり、材料に現われる焼はパターンが主観的に分析さ
れる。この方法は低コストで実施できるが、定量的な結
果が得られずただ比較分析が可能であるだけであり、測
定結果はパターンを分析する人によって異なることが多
い。
従来法の一つは、ビーム通路に配置すると融除或いは燃
焼する物質を利用する方法である。このテストに用いる
物質の例としては木材、プレキシガラス及び珪素レンガ
があり、材料に現われる焼はパターンが主観的に分析さ
れる。この方法は低コストで実施できるが、定量的な結
果が得られずただ比較分析が可能であるだけであり、測
定結果はパターンを分析する人によって異なることが多
い。
別法として、レーザー光を適当な材料のターゲットに照
射させて、ターゲットからの二次照射を、黒体照射の場
合は赤外線カメラのような検出器、或いは熱感知蛍光ス
クリーンにより、紫外線源を用いて観察する方法がある
。この方法の精度及び解像度はターゲット材料の性質に
より決まり、測定結果は吸収率、放射率及び熱伝導率の
ようなパラメータによって異なる。
射させて、ターゲットからの二次照射を、黒体照射の場
合は赤外線カメラのような検出器、或いは熱感知蛍光ス
クリーンにより、紫外線源を用いて観察する方法がある
。この方法の精度及び解像度はターゲット材料の性質に
より決まり、測定結果は吸収率、放射率及び熱伝導率の
ようなパラメータによって異なる。
空間エネルギー分布を測定する種々の走査方法があるが
、これらは走査用のディスク、ブレード、ロッド或いは
ワイヤーを用いてビームの一部をサンプリングする。こ
の方法は、一般的に５キロワツト以下で、エネルギー密
度が１０ ワット／ｃｒｒ？を越えない低エネルギーレ
ーザーに限定さレル、高エネルギーレーザーについて使
用するには、減衰フィルタ或いはエネルギー密度を減少
させる他の方法を併用する必要がある。更に、この方法
により得られる解像度は、ブレード或いはワイヤーのエ
ツジによる回折に起因して光学的解像度が落ちるためや
や低いものとなる。
、これらは走査用のディスク、ブレード、ロッド或いは
ワイヤーを用いてビームの一部をサンプリングする。こ
の方法は、一般的に５キロワツト以下で、エネルギー密
度が１０ ワット／ｃｒｒ？を越えない低エネルギーレ
ーザーに限定さレル、高エネルギーレーザーについて使
用するには、減衰フィルタ或いはエネルギー密度を減少
させる他の方法を併用する必要がある。更に、この方法
により得られる解像度は、ブレード或いはワイヤーのエ
ツジによる回折に起因して光学的解像度が落ちるためや
や低いものとなる。
二次元の空間エネルギー分布は、ビーム通路に配置した
検出器アレーを用いて得ることができる。検出器の物理
的サイズが空間解像度を比較的低くシ、高エネルギーレ
ーザーについて用いるには減衰フィルターが必要である
。
検出器アレーを用いて得ることができる。検出器の物理
的サイズが空間解像度を比較的低くシ、高エネルギーレ
ーザーについて用いるには減衰フィルターが必要である
。
本発明の主要目的は、レーザーのような高出力、数キロ
ワットのエネルギービームの空間エネルギー密度分布を
、ビームの光学軸に垂直な二次元の平面において、従来
得られなかった解像度で正確に表示する装置を提供する
ことにある。
ワットのエネルギービームの空間エネルギー密度分布を
、ビームの光学軸に垂直な二次元の平面において、従来
得られなかった解像度で正確に表示する装置を提供する
ことにある。
本発明の装置は、ビームのスリット形セグメントだけを
通過させ残りの非通過部分を反射するように構成した、
高出力ビームを第１の方向で走査する第１の手段を含む
。反射したビームの非通過部分の通路には１反射エネル
ギーを消費するためのエネルギー吸収手段が設けられて
いる０通過したスリット形ビームセグメントを第２の方
向で走査する第２の手段が、ビームの小さな要素部分だ
けを任意の瞬間において通過させるように構成されてい
る。その結果得られたビームセグメントは正方形を呈す
る。検出器手段は分析されるビームの特定セグメントが
照射されると出力信号を発生する検出器を含み、第２の
走査手段を通過したビームの小さな要素部分が検出器を
照射するように向ける手段が設けられている。サンプル
したビームのセグメントが次々に重ならずに検出器を照
射するようにする同期装置が設けられている。走査によ
り発生する検出器出力信号に応答する手段は、ビームの
エネルギー分布を表示するように作動する。好ましい実
施例において、検出器の出力信号はデジタル信号に変換
されてコンピュータの記憶装置に記憶され、次いで強度
によって色が異なる高解像度カラーモニター上に二次元
のパターンとして表示される。
通過させ残りの非通過部分を反射するように構成した、
高出力ビームを第１の方向で走査する第１の手段を含む
。反射したビームの非通過部分の通路には１反射エネル
ギーを消費するためのエネルギー吸収手段が設けられて
いる０通過したスリット形ビームセグメントを第２の方
向で走査する第２の手段が、ビームの小さな要素部分だ
けを任意の瞬間において通過させるように構成されてい
る。その結果得られたビームセグメントは正方形を呈す
る。検出器手段は分析されるビームの特定セグメントが
照射されると出力信号を発生する検出器を含み、第２の
走査手段を通過したビームの小さな要素部分が検出器を
照射するように向ける手段が設けられている。サンプル
したビームのセグメントが次々に重ならずに検出器を照
射するようにする同期装置が設けられている。走査によ
り発生する検出器出力信号に応答する手段は、ビームの
エネルギー分布を表示するように作動する。好ましい実
施例において、検出器の出力信号はデジタル信号に変換
されてコンピュータの記憶装置に記憶され、次いで強度
によって色が異なる高解像度カラーモニター上に二次元
のパターンとして表示される。
以下、添付図面を参照して、本発明を好ましい実施例に
つき詳細に説明する。
つき詳細に説明する。
本発明は、高エネルギービームの空間エネルギー分布を
得る為に利用出来る。
得る為に利用出来る。
第１図はレーザーｌＯを用いる工業用システムを示す、
使用するレーザーの例としては、１５ＫＷ以上の高出力
連続レーザービームを発生する炭酸ガスレーザーがある
。
使用するレーザーの例としては、１５ＫＷ以上の高出力
連続レーザービームを発生する炭酸ガスレーザーがある
。
高エネルギーレーザ−ビームを利用して工業的作業を行
なうためのワークステーション１２がひとつ或いは複数
個設けられている。レーザービームを特定のワークステ
ーション１２へ案内するためのビーム案内手段１４が設
けられているが、これは高エネルギービームを複数のダ
クト１２のうちの一つを介して適当なワークステーショ
ン１２へ向けるように調整可能な水冷式ミラー装置を含
むのが普通である。
なうためのワークステーション１２がひとつ或いは複数
個設けられている。レーザービームを特定のワークステ
ーション１２へ案内するためのビーム案内手段１４が設
けられているが、これは高エネルギービームを複数のダ
クト１２のうちの一つを介して適当なワークステーショ
ン１２へ向けるように調整可能な水冷式ミラー装置を含
むのが普通である。
理想的には、ビームの横断面のエネルギー分布が基本モ
ードの分布であって、ワークステーションでビームを絞
ると均一で、予測及び反復可能なあることが望ましい、
然しながら、実際には、ビームはエネルギー分布が非均
−である特性を持つため、補正出来るように如何に非均
−であるかを表示できることが望ましい０本発明は、こ
の目的を達成するため、高エネルギーレーザ−ビームの
通路に走査サブシステム２０を配置し、このサブシステ
ムによりコンピュータ及び表示装置２４が利用出来るビ
ームに関する情報を発生して、オペレータが調整手段２
６により空間エネルギー分布が改善されるようにレーザ
ーを調整出来るようにする。第１図は、走査サブシステ
ム２０がビーム案内手段１４に内蔵された例を示す、適
当なハウジング或いは接続手段により、走査手段をビー
ムダクト１６の一つと結合するか或いは個々のワークス
テーション１２内に配置することも可能である。
ードの分布であって、ワークステーションでビームを絞
ると均一で、予測及び反復可能なあることが望ましい、
然しながら、実際には、ビームはエネルギー分布が非均
−である特性を持つため、補正出来るように如何に非均
−であるかを表示できることが望ましい０本発明は、こ
の目的を達成するため、高エネルギーレーザ−ビームの
通路に走査サブシステム２０を配置し、このサブシステ
ムによりコンピュータ及び表示装置２４が利用出来るビ
ームに関する情報を発生して、オペレータが調整手段２
６により空間エネルギー分布が改善されるようにレーザ
ーを調整出来るようにする。第１図は、走査サブシステ
ム２０がビーム案内手段１４に内蔵された例を示す、適
当なハウジング或いは接続手段により、走査手段をビー
ムダクト１６の一つと結合するか或いは個々のワークス
テーション１２内に配置することも可能である。
第２図は、走査サブシステム２０の構成要素を示す、第
２図において、高エネルギーレーザ−ビーム３０は例え
ば円柱状で円形の横断面を有するが、他の横断面形状を
有するビームも発生可能であり１本発明により分析でき
ることを理解されたい。
２図において、高エネルギーレーザ−ビーム３０は例え
ば円柱状で円形の横断面を有するが、他の横断面形状を
有するビームも発生可能であり１本発明により分析でき
ることを理解されたい。
ビー、ムを第１の方向で走査する手段は、ナイフェツジ
３６及び３７を有する第１及び第２の鏡面３４より成る
。ナイフェツジは狭いスリット３８を形成するよう隣接
配置されているため、ビーム３０が照射されるとビーム
のスリット形セグメント４０だけが通過出来る。
３６及び３７を有する第１及び第２の鏡面３４より成る
。ナイフェツジは狭いスリット３８を形成するよう隣接
配置されているため、ビーム３０が照射されるとビーム
のスリット形セグメント４０だけが通過出来る。
鏡面３４及び３５は純粋の銅で作ることが出来るが、高
反射率の表面４２及び４３はビーム３０の通過出来なか
った残りの部分をそれぞれ、好ましくは水冷式エネルギ
ー吸収体であるエネルギー吸収手段４６及び４７の方へ
反射する。
反射率の表面４２及び４３はビーム３０の通過出来なか
った残りの部分をそれぞれ、好ましくは水冷式エネルギ
ー吸収体であるエネルギー吸収手段４６及び４７の方へ
反射する。
通過したビームを第２の方向で走査する手段は、複数の
螺線状スロットを有する回転ディスク５０を備え、各螺
線状スロットはスリット形ビームセグメン）４０の小さ
な要素部分だけを任意の瞬間において遮断及び通過する
ように設計されている。ディスクには後で説明するよう
にタイミングを取るためのアーパチャ−５６が形成され
ている。スリット形ビームセグメント４０はディスク５
０上に一点鎖線の矩形４０°で示すように照射されるた
め、螺線状スロットはセグメント４０といつも直角に交
差し、このため名目上正方形横断面のビーム５４がスロ
ット５１を通過する。
螺線状スロットを有する回転ディスク５０を備え、各螺
線状スロットはスリット形ビームセグメン）４０の小さ
な要素部分だけを任意の瞬間において遮断及び通過する
ように設計されている。ディスクには後で説明するよう
にタイミングを取るためのアーパチャ−５６が形成され
ている。スリット形ビームセグメント４０はディスク５
０上に一点鎖線の矩形４０°で示すように照射されるた
め、螺線状スロットはセグメント４０といつも直角に交
差し、このため名目上正方形横断面のビーム５４がスロ
ット５１を通過する。
５４で示すビームの各要素サンプルは、検出器手段６０
へ向けられる。この検出器手段はビームの波長（炭酸ガ
スレーザーの場合は赤外線）に応答するタイプであり、
照射ビームの強さを示す出力信号を発生する。後述する
ように、検出器手段は更にチョッパーディスク６４を有
するが、このディスクにはサンプルされるビームを周期
的に遮断してタイミング信号を発生する複数のスロット
６５が形成されてい−る。
へ向けられる。この検出器手段はビームの波長（炭酸ガ
スレーザーの場合は赤外線）に応答するタイプであり、
照射ビームの強さを示す出力信号を発生する。後述する
ように、検出器手段は更にチョッパーディスク６４を有
するが、このディスクにはサンプルされるビームを周期
的に遮断してタイミング信号を発生する複数のスロット
６５が形成されてい−る。
ビームのサンプル５４を検出器手段６０へ向ける手段の
一例として反射器７０が示されているが、この反射器の
表面７１はディスク５０が回転すると走査スロット５１
を通過したビームの任意のセグメントが検出器６０上に
集束され受信されるように空間的に配置された偏軸放物
面の一部より成る。特定の曲率を有するこの固定反射体
を用いると、平面形鏡面或いは検出器の運動を同期化す
る必要がない。
一例として反射器７０が示されているが、この反射器の
表面７１はディスク５０が回転すると走査スロット５１
を通過したビームの任意のセグメントが検出器６０上に
集束され受信されるように空間的に配置された偏軸放物
面の一部より成る。特定の曲率を有するこの固定反射体
を用いると、平面形鏡面或いは検出器の運動を同期化す
る必要がない。
動作時、エネルギー吸収体４６及び４７を除く第２図に
示した構成要素は、矢印７３の方向に一つのユニットと
して運動して、静止状態のレーザービーム３０を横断方
向に漸進的に走査する。
示した構成要素は、矢印７３の方向に一つのユニットと
して運動して、静止状態のレーザービーム３０を横断方
向に漸進的に走査する。
ディスク５０を矢印７４の方向に回転させるとビームが
第２の方向で走査され、またチョッパーディスク６４を
矢印７５の方向に回転させると検出器６２に所望の出力
信号が得られる。
第２の方向で走査され、またチョッパーディスク６４を
矢印７５の方向に回転させると検出器６２に所望の出力
信号が得られる。
本発明の装置をやや詳細な平面図である第３図は、ハウ
ジング８０内の種々の構成要素を示し、ハウジングの入
口８１が分析を受けるレーザービームの通路に形成され
ている。
ジング８０内の種々の構成要素を示し、ハウジングの入
口８１が分析を受けるレーザービームの通路に形成され
ている。
ハウジングの基部８４上には、可動の単軸テーブル（図
示せず）が配置され、該テーブル上の摺動プレート８８
が駆動モーター９０により矢印７３の方向に直線的に駆
動される。単軸テーブルは当業者にとって周知であり、
プレート８８を限界Ａ（走査の開始点）とＢ（走査の終
了点）の間で駆動するように動作する。
示せず）が配置され、該テーブル上の摺動プレート８８
が駆動モーター９０により矢印７３の方向に直線的に駆
動される。単軸テーブルは当業者にとって周知であり、
プレート８８を限界Ａ（走査の開始点）とＢ（走査の終
了点）の間で駆動するように動作する。
基部８４に固定されるエネルギー吸収体４６及び４７、
並びに単軸テーブル駆動装置９０を除いて、第２図に示
した構成要素は全て摺動プレート８８上に取付けられて
一つの二ニー２トとして運動する。第３図は更に、回転
ディスク５０用のモーター９１とチョッパーディスク６
４用の駆動モーター９２を示す６反射体７０は、摺動プ
レート８８に固定した反射体取付は手段９４により定位
置に保持された状態で示されている。
並びに単軸テーブル駆動装置９０を除いて、第２図に示
した構成要素は全て摺動プレート８８上に取付けられて
一つの二ニー２トとして運動する。第３図は更に、回転
ディスク５０用のモーター９１とチョッパーディスク６
４用の駆動モーター９２を示す６反射体７０は、摺動プ
レート８８に固定した反射体取付は手段９４により定位
置に保持された状態で示されている。
第４Ａ乃至４０図は、第１の方向即ち水平方向で走査が
行なわれる態様を示す、レーザービーム３０がエネルギ
ー吸収体４６と４７の間でハウジング（図示せず）内に
入射する。第４Ａ図に示すように、ナイフェツジを有す
る鏡３４及び３５が休と位置からビーム３０の端縁へ移
動□しており、この位置でナイフェツジ３６及び３７に
より形成される垂直のスリット３８がスリット形のビー
ムセグメント４０を通過させる。走査のこの時点では、
鏡３５の反射面４３がビームエネルギーの残りの部分を
エネルギー吸収体４７へ反射する。
行なわれる態様を示す、レーザービーム３０がエネルギ
ー吸収体４６と４７の間でハウジング（図示せず）内に
入射する。第４Ａ図に示すように、ナイフェツジを有す
る鏡３４及び３５が休と位置からビーム３０の端縁へ移
動□しており、この位置でナイフェツジ３６及び３７に
より形成される垂直のスリット３８がスリット形のビー
ムセグメント４０を通過させる。走査のこの時点では、
鏡３５の反射面４３がビームエネルギーの残りの部分を
エネルギー吸収体４７へ反射する。
第４Ｂ図は水平方向の走査の中間点を示す・この位置で
、エネルギー吸収体４４及び４７は共に鏡面４２及び４
３からの反射エネルギーを等最愛ける。第４Ｃ図に示す
走査の終了点では、エネルギー吸収体４６がビームの全
反射エネルギーを受け、走査ステップの最後のセグメン
ト４０が通過したこの時点で、摺動プレート８８が第３
図で示す休止位置Ａへ戻される。
、エネルギー吸収体４４及び４７は共に鏡面４２及び４
３からの反射エネルギーを等最愛ける。第４Ｃ図に示す
走査の終了点では、エネルギー吸収体４６がビームの全
反射エネルギーを受け、走査ステップの最後のセグメン
ト４０が通過したこの時点で、摺動プレート８８が第３
図で示す休止位置Ａへ戻される。
第５図は第２の方向即ち垂直方向での走査の態様を示す
。垂直方向の走査の開始時では、螺線状スロット５１の
最初の部分がナイフェツジ３６及び３７により形成され
た垂直スリット３８と直角に交わり、かくしてビームの
第１のサンプルがディスク５０を通過する。ディスク５
０が更に回転すると、ビームのサンプルが順次スロット
を通過し、ひとつの螺線状スロットで長さしの垂直スキ
ャンが完了する。ディスク５０を一定の速度で回転させ
ると、一定の速度でビームが垂直方向に直線状に走査さ
れる。
。垂直方向の走査の開始時では、螺線状スロット５１の
最初の部分がナイフェツジ３６及び３７により形成され
た垂直スリット３８と直角に交わり、かくしてビームの
第１のサンプルがディスク５０を通過する。ディスク５
０が更に回転すると、ビームのサンプルが順次スロット
を通過し、ひとつの螺線状スロットで長さしの垂直スキ
ャンが完了する。ディスク５０を一定の速度で回転させ
ると、一定の速度でビームが垂直方向に直線状に走査さ
れる。
第６図を参照して、各螺線状スロットは第６図において
１０’づつ次々に角度を増加した螺線状曲線によって示
され、各曲線はナイフェツジ３６及び３７により形成さ
れた垂直スイット３８と交差する。螺線状曲線は以下の
式で表わされる。
１０’づつ次々に角度を増加した螺線状曲線によって示
され、各曲線はナイフェツジ３６及び３７により形成さ
れた垂直スイット３８と交差する。螺線状曲線は以下の
式で表わされる。
高出力炭酸ガスレーザの例では、検出器６２は赤外線エ
ネルギーに応答するタイプである必要がある。このタイ
プの市販の検出器としては、タンタル酸リチウム（ｌｉ
ｔｈｉｕｍ ｔａｎｔａｌａｔｅ）焦電検出器があり、
これは高周波数応答、過負荷裕度、良好な直線性及び感
度を有する。然しながら、この検出器は入射エネルギー
レベルの変動にのみ応答する交流形装置である。測定の
対象となるビームは連続波であるため、ビームを周期的
に遮断して検出器用の交流信号を作る必要がある。この
作用を第７図に示したチョッパディスク６４により行な
う。
ネルギーに応答するタイプである必要がある。このタイ
プの市販の検出器としては、タンタル酸リチウム（ｌｉ
ｔｈｉｕｍ ｔａｎｔａｌａｔｅ）焦電検出器があり、
これは高周波数応答、過負荷裕度、良好な直線性及び感
度を有する。然しながら、この検出器は入射エネルギー
レベルの変動にのみ応答する交流形装置である。測定の
対象となるビームは連続波であるため、ビームを周期的
に遮断して検出器用の交流信号を作る必要がある。この
作用を第７図に示したチョッパディスク６４により行な
う。
一例として、鏡３４及び３５のナイフェツジにより形成
されるスロット３８の幅を０．７９３ｍｍ（１７３２イ
ンチ）、長さＬｌｌｏｌ、６ｍｍ（４インチ）と仮定す
る。各螺線状スロット５１の幅も０．７９３ｍｍ（１／
３２インチ）とすると、得られる名目上の正方形サンプ
ルの大きさは０．７９３ｘ０．７９３ｍｍ（１／３２ｘ
ｌ／３２インチ）である、摺動プレート８８が１７３０
秒につき０．７９３ｍｍ （１７３２インチ）の定速度
で前進すると仮定すると、４ ４／１５秒で１０１ 、
６ｍｍ （４インチ）のビームが走査され、１２８個の
走査線が発生する。サンプリング用ディスク５０が６０
Ｏｒｐｍの速度で回転すると、一回転につきｌｏｌ、６
ｍｍ（４インチ）の長さの３つの垂直走査線が得られる
。ビームのエンベロープが１０１．６ｘｌｏ１．６ｍｍ
（４ｘ４インチ）とすると、解像度は０．７９３ｍｍ（
ｌ／３２インチ）であり、１２８ｘ １２８個の画素が
得られる。
されるスロット３８の幅を０．７９３ｍｍ（１７３２イ
ンチ）、長さＬｌｌｏｌ、６ｍｍ（４インチ）と仮定す
る。各螺線状スロット５１の幅も０．７９３ｍｍ（１／
３２インチ）とすると、得られる名目上の正方形サンプ
ルの大きさは０．７９３ｘ０．７９３ｍｍ（１／３２ｘ
ｌ／３２インチ）である、摺動プレート８８が１７３０
秒につき０．７９３ｍｍ （１７３２インチ）の定速度
で前進すると仮定すると、４ ４／１５秒で１０１ 、
６ｍｍ （４インチ）のビームが走査され、１２８個の
走査線が発生する。サンプリング用ディスク５０が６０
Ｏｒｐｍの速度で回転すると、一回転につきｌｏｌ、６
ｍｍ（４インチ）の長さの３つの垂直走査線が得られる
。ビームのエンベロープが１０１．６ｘｌｏ１．６ｍｍ
（４ｘ４インチ）とすると、解像度は０．７９３ｍｍ（
ｌ／３２インチ）であり、１２８ｘ １２８個の画素が
得られる。
第７図において、チョッパーディスク６４は２４個のス
ロットを有し、９６０Ｏｒｐｍで回転するように設計さ
れている。スロット６５は後述するようにタイミングの
目的にも利用出来、９６００ｒｐｍで一個の走査線に対
応する１／３ｏ秒毎に１２８個のパルスが発生する。
ロットを有し、９６０Ｏｒｐｍで回転するように設計さ
れている。スロット６５は後述するようにタイミングの
目的にも利用出来、９６００ｒｐｍで一個の走査線に対
応する１／３ｏ秒毎に１２８個のパルスが発生する。
以 下 余 白
チョッパーディスク６４に当るビームの理想化された形
状を参照番号９８で示した。その形状は、鏡３４と３５
の間の垂直スリット３８及び螺線状スロット５１におい
て発生する顕著な回折効果により、第２図に示した正方
形の横断面とは異なりほぼ円形である。第７図に示すよ
うに、スロット間の角度は１５’″、各スロットの幅は
３°である。この３６の幅はビームの当る領域９８より
も小さいため、スロットがビームの当った部分を掃引す
ると検出器６２が対応出力信号を発生し、この信号は掃
引の間中ディスクの中実部分によりその領域がブロック
されるまで積分され、その後火の走査が行なわれる。検
出器の出力信号の積分及び１６，３８４個の画素１６，
３８４ （１２８ｘ１２８）個の画素の表示のための他
の信号処理及び制御回路を第８図に示した。
状を参照番号９８で示した。その形状は、鏡３４と３５
の間の垂直スリット３８及び螺線状スロット５１におい
て発生する顕著な回折効果により、第２図に示した正方
形の横断面とは異なりほぼ円形である。第７図に示すよ
うに、スロット間の角度は１５’″、各スロットの幅は
３°である。この３６の幅はビームの当る領域９８より
も小さいため、スロットがビームの当った部分を掃引す
ると検出器６２が対応出力信号を発生し、この信号は掃
引の間中ディスクの中実部分によりその領域がブロック
されるまで積分され、その後火の走査が行なわれる。検
出器の出力信号の積分及び１６，３８４個の画素１６，
３８４ （１２８ｘ１２８）個の画素の表示のための他
の信号処理及び制御回路を第８図に示した。
回路手段ｌＯＯは、走査時に発生する検出器出力信号に
応答して、分析の対象であるビームの空間エネルギー密
度分布を表示する。その動作は制御手段１０２により制
御されるが、この制御手段の作用を小型のマイクロプロ
セッサ−により行なわせてもよい、制御手段１０２はチ
ョッパディスク６４を前述の９．６０Ｏｒｐｍで駆動す
るために第１のモーター駆動回路１０４へ出カ傭−号を
供給する。チョッパ６４の一方の側に設けた光エミッタ
と他方の側に設けた検出器とより成るセンサー手段１０
６は、スロットの通過により生ずる毎秒３．８４０個の
パルス、即ち１／３０秒で１２８個のパルスより成るタ
イミング信号を発生するために利用される。
応答して、分析の対象であるビームの空間エネルギー密
度分布を表示する。その動作は制御手段１０２により制
御されるが、この制御手段の作用を小型のマイクロプロ
セッサ−により行なわせてもよい、制御手段１０２はチ
ョッパディスク６４を前述の９．６０Ｏｒｐｍで駆動す
るために第１のモーター駆動回路１０４へ出カ傭−号を
供給する。チョッパ６４の一方の側に設けた光エミッタ
と他方の側に設けた検出器とより成るセンサー手段１０
６は、スロットの通過により生ずる毎秒３．８４０個の
パルス、即ち１／３０秒で１２８個のパルスより成るタ
イミング信号を発生するために利用される。
このタイミング信号は制御手段１０２へ送られ、それぞ
れ割算機能１１０及び１１１により分割され、モータ駆
動回路１１２及び１１３へ送られてディスクモータ９１
を６０Ｏｒｐｍで、摺動ブレートモータ９０を毎秒２３
．８１ｍｍ（０゜９３７５イン＋）、即ち１／３０秒当
り０．７９３ｍｍ（１７３２インチ）の速度で駆動する
。
れ割算機能１１０及び１１１により分割され、モータ駆
動回路１１２及び１１３へ送られてディスクモータ９１
を６０Ｏｒｐｍで、摺動ブレートモータ９０を毎秒２３
．８１ｍｍ（０゜９３７５イン＋）、即ち１／３０秒当
り０．７９３ｍｍ（１７３２インチ）の速度で駆動する
。
走査時、複数の他のセンサー手段も利用される。更に詳
細に説明すると、ｔＯＳと同様なセンサー手段１２０が
光をディスク５０のアーパチャ−５６を介して照射する
ことにより各垂直スキャンの始動時に制御手段１０２へ
信号を送る。センサー１２１は、光放出手段１２２とと
もに摺動プレート８８が休止位置にある時制御手段１０
２へ信号を送り、またセンサー１２３は光放出手段１２
４とともに走査の開始時に制御手段へ信号を送る。セン
サー１２５は、光放出手段１２６とともに制御手段１０
２へ走査の終了を知らせ、その後摺動プレート８８が迅
速にその休止位置へ戻る。
細に説明すると、ｔＯＳと同様なセンサー手段１２０が
光をディスク５０のアーパチャ−５６を介して照射する
ことにより各垂直スキャンの始動時に制御手段１０２へ
信号を送る。センサー１２１は、光放出手段１２２とと
もに摺動プレート８８が休止位置にある時制御手段１０
２へ信号を送り、またセンサー１２３は光放出手段１２
４とともに走査の開始時に制御手段へ信号を送る。セン
サー１２５は、光放出手段１２６とともに制御手段１０
２へ走査の終了を知らせ、その後摺動プレート８８が迅
速にその休止位置へ戻る。
上述したように、検出器６２の出力はスロットが検出器
を通過する間積分される。従って、この目的のために回
路手段１００はサンプル・ホールド回路とともに積分器
１３０を有し、前置増幅器１３２により適当なレベルま
で増幅された検出器出力信号を受信する。センサー手段
１０６により発生されたタイミング信号は、スロットが
検出器を通過した後ライン１３４上のリセット信号によ
り積分器１３０をリセットするために制御手段１０２に
より利用される。
を通過する間積分される。従って、この目的のために回
路手段１００はサンプル・ホールド回路とともに積分器
１３０を有し、前置増幅器１３２により適当なレベルま
で増幅された検出器出力信号を受信する。センサー手段
１０６により発生されたタイミング信号は、スロットが
検出器を通過した後ライン１３４上のリセット信号によ
り積分器１３０をリセットするために制御手段１０２に
より利用される。
好ましい実施例において、サンプリングの結果生じた出
力信号は、アナログ／デジタル変換器１３８によりデジ
タル信号へ変換され、コンピュータ１４０へ送られる。
力信号は、アナログ／デジタル変換器１３８によりデジ
タル信号へ変換され、コンピュータ１４０へ送られる。
コンピュータ１４０は、走査開始のコマンドをオペレー
タが入力するためのキーボード１４２を備えたパーソナ
ルコンピュータであれば任意のものでよく、そのコマン
ドがライン１４４を介して制御手段１０２へ送られるサ
ンプルされた各画素の値はコンピュータ１４０の記憶装
置へ記憶され、コンピュータはそれらの値を表示の目的
のために配列する。好ましい実施例において、表示装置
は高解像度カラーデイスプレィ１５０であり、数千もの
異なるエネルギーレベルの各々が異なる色又はシミレー
トした三次元の像により表わされる解像能力を持つもの
である。この装置は１２８ｘ１２８個のビームの画素を
スクリーン全体で、スクリーンの１／４で、またはスク
リーンの１／１６で表示することが可能であり、従って
１６個までのビームの像を同時に観察してビームの安定
性の評価及びレーザーの長期間の評価を行うことが出来
るものである。
タが入力するためのキーボード１４２を備えたパーソナ
ルコンピュータであれば任意のものでよく、そのコマン
ドがライン１４４を介して制御手段１０２へ送られるサ
ンプルされた各画素の値はコンピュータ１４０の記憶装
置へ記憶され、コンピュータはそれらの値を表示の目的
のために配列する。好ましい実施例において、表示装置
は高解像度カラーデイスプレィ１５０であり、数千もの
異なるエネルギーレベルの各々が異なる色又はシミレー
トした三次元の像により表わされる解像能力を持つもの
である。この装置は１２８ｘ１２８個のビームの画素を
スクリーン全体で、スクリーンの１／４で、またはスク
リーンの１／１６で表示することが可能であり、従って
１６個までのビームの像を同時に観察してビームの安定
性の評価及びレーザーの長期間の評価を行うことが出来
るものである。
第１図は、高エネルギー工業用レーザー装置のブロック
図である。 第２図は、本発明の一実施例を示す簡略図である。 第３図は、第２図に示した装置を更に幾分詳細に示した
平面図である。 第４Ａ乃至４０図は、第１の走査モードにおける装置の
一部を示す。 第５図は、第２の走査モードにおける装置の一部を示す
。 第６図は、走査の態様を示す。 第７図は、本発明の一実施例に用いるチョッパディスク
を示す。 第８図は、空間エネルギー密度分布出力を得るための装
置全体を示すブロック図である。 ２０−・・走査サブシシテム ３０Φ・・高エネルギーレーザ−ビーム３４．３５・・
・鏡 ３６．３７・・・ナイフェツジ ５０・・中回転ディスク ５１・・・螺線状スロット ６２・・・検出器 ６４・・φチョッパディスク ７０・・・反射手段 出願人：ウエスチング／＼ウス・エレクトリック・コー
ポレーション 代理人：加藤紘一部（ばか１名）
図である。 第２図は、本発明の一実施例を示す簡略図である。 第３図は、第２図に示した装置を更に幾分詳細に示した
平面図である。 第４Ａ乃至４０図は、第１の走査モードにおける装置の
一部を示す。 第５図は、第２の走査モードにおける装置の一部を示す
。 第６図は、走査の態様を示す。 第７図は、本発明の一実施例に用いるチョッパディスク
を示す。 第８図は、空間エネルギー密度分布出力を得るための装
置全体を示すブロック図である。 ２０−・・走査サブシシテム ３０Φ・・高エネルギーレーザ−ビーム３４．３５・・
・鏡 ３６．３７・・・ナイフェツジ ５０・・中回転ディスク ５１・・・螺線状スロット ６２・・・検出器 ６４・・φチョッパディスク ７０・・・反射手段 出願人：ウエスチング／＼ウス・エレクトリック・コー
ポレーション 代理人：加藤紘一部（ばか１名）
Claims (19)
- （１）レーザービームのようなエネルギービームの空間
エネルギー密度分布の測定装置であって、ビームのスリ
ット形セグメントだけを通過させるように構成した、ビ
ームを第１の方向で走査する第１手段と、前記スリット
形ビームセグメントの小さな要素部分だけを任意の瞬間
において通過させるように構成した、スリット形ビーム
セグメントを第２の方向で走査する第２の手段と、ビー
ムの照射に応答して出力信号を発生する検出器を有する
検出器手段と、ビームセグメントの小さな要素部分を検
出器に向けて照射する手段と、走査時に発生した検出器
の出力に応答してビームの空間エネルギー密度分布を表
示する回路手段とよりなることを特徴とする測定装置。 - （２）ビームの非通過部分を反射する反射器手段と、反
射したビームの非通過部分を遮ぎってそのエネルギーを
吸収するように配置したエネルギー吸収手段とを含むこ
とを特徴とする請求項第２項に記載の装置。 - （３）反射器手段はそれぞれがビームを反射する高反射
率の表面部分を備えた第１及び第２の鏡面部材を有し、
各鏡面部材はナイフエッジを備え、ナイフエッジはスリ
ット形ビームセグメントだけを通過させるようにそれら
の間に狭いギャップを形成すべく互いに隣接しているこ
とを特徴とする請求項第２項に記載の装置。 - （４）第１及び第２の鏡面部材は純粋な銅で作られてい
ることを特徴とする請求項第３項に記載の装置。 - （５）エネルギー吸収手段は鏡面部材の高反射率表面部
分により反射したエネルギーを受るべく配置した第１及
び第２のエネルギー吸収体を含むことを特徴とする請求
項第３項に記載の装置。 - （６）ビームに関して摺動可能なプレートと、プレート
を所定の速度で駆動する手段とを含み、反射器手段がプ
レート上に取付けられていることを特徴とする請求項第
２項に記載の装置。 - （７）第２の走査手段は少なくとも一つの螺線状アパチ
ャーを有するディスクと、ディスクを所定の回転速度で
回転させる手段を含むことを特徴とする請求項第１項に
記載の装置。 - （８）螺線状アパチャーはスリット形ビームセグメント
と直角に交わることを特徴とする請求項第７項に記載の
装置。 - （９）ビームに関して摺動可能なプレートと、プレート
を所定の速度で駆動する手段とを含み、プレート上にデ
ィスクが取付けられていることを特徴とする請求項第７
項に記載の装置。 - （１０）ビームを検出器に向ける手段は、反射面が放物
面の偏軸部分である鏡面より成ることを特徴とする請求
項第１項に記載の装置。 - （１１）ビームに関して摺動可能なプレートと、プレー
トを所定の速度で駆動する手段とを含み、プレート上に
鏡面が取付けられていることを特徴とする請求項第１０
項に記載の装置。 - （１２）検出器はビームエネルギーの変動に応答して出
力信号を発生するタイプであり、検出器手段は検出器前
方のビーム通路に配量したチョッパーディスクを含み、
チョッパーディスクは回転するとビームが周期的に検出
器へ照射されるようにビームを選択的に通過させる複数
のアパチャーを備えるとともに、チョッパーディスクを
所定の回転速度で回転させる手段を含むことを特徴とす
る請求項第１項に記載の測定装置。 - （１３）第１及び第２の方向における走査を開始させる
制御手段を含み、回路手段は検出器により発生される出
力信号を記憶するコンピュータと、記憶した信号を表示
する表示手段とを含むことを特徴とする請求項第１項に
記載の装置。 - （１４）表示手段は高解像度カラーモニターであり、コ
ンピュータは記憶した信号を三次元像をシュミレートし
た二次元のカラーコード表示としてモニター上に表示す
ることを特徴とする請求項第１３項に記載の装置。 - （１５）表示手段は高解像度カラーモニターであり、コ
ンピュータは記憶した信号を三次元像をシュミレートし
た二次元カラーコード表示としてモニター上に表示する
ことを特徴とする請求項第１３項に記載の装置。 - （１６）検出器はビームエネルギーの変動に応答して出
力信号を発生するタイプであり、検出器手段は検出器前
方のビーム通路に配置したチヨッパーディスクを含み、
チョッパーディスクは回転するとビームが周期的に検出
器を照射するようにビームを選択的に通過させる複数の
アパチャーを含むとともに、チョッパーディスクを所定
の回転速度で回転する手段を含み、回路手段はチョッパ
ーディスクのアパチャーを通過したビームにより生じた
各検出器出力信号を積分する手段を含むことを特徴とす
る請求項第１３項に記載の装置。 - （１７）制御手段はアパチャーを通過したビームにより
各出力信号が得られた後に積分手段をリセットする手段
を含むことを特徴とする請求項第１６項に記載の装置。 - （１８）レーザービームのようなエネルギービームの空
間エネルギー密度分布を測定する装置であって、ビーム
を第１及び第２の方向で同時に走査してビームの要素の
サンプルを得るための走査手段と、ビームのサンプルの
照射に応答して出力信号を発生する検出器を有する検出
器手段と、検出器に関して静止位置に在り、反射面を有
して、ビームの要素サンプル全てが反射面で反射して検
出器手段に照射されるように配置構成した鏡面と、検出
器手段の出力を利用する手段とより成ることを特徴とす
る測定装置。 - （１９）高エネルギービームの空間エネルギー密度分布
を得るための装置であって、ビームを第１及び第２の方
向で同時に走査してビームの要素サンプルを得る走査手
段と、ビームエネルギー吸収手段と、走査により生じた
信号を検出表示する手段とより成り、走査手段はビーム
の一部だけを通過させ残りの部分をビームエネルギー反
射手段へ反射させる反射面を有することを特徴とする装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US128,548 | 1987-12-03 | ||
| US07/128,548 US4828384A (en) | 1987-12-03 | 1987-12-03 | High power laser beam intensity mapping apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01191022A true JPH01191022A (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=22435856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63303893A Pending JPH01191022A (ja) | 1987-12-03 | 1988-11-30 | エネルギービームの空間エネルギー密度分布測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4828384A (ja) |
| EP (1) | EP0319345A3 (ja) |
| JP (1) | JPH01191022A (ja) |
| DK (1) | DK674488A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100654205B1 (ko) * | 2004-04-05 | 2006-12-06 | 후지 샤신 필름 가부시기가이샤 | 감도 분포를 측정하는 측정 방법 및 장치 |
| JP2008026127A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Eko Instruments Trading Co Ltd | 分光ユニット、気象観測ライダーシステム |
Families Citing this family (28)
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|---|---|---|---|---|
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| US5499094A (en) * | 1994-12-21 | 1996-03-12 | Eastman Kodak Company | Apparatus and method for measuring the length and width of a spot of light utilizing two different masks |
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| US5959725A (en) * | 1997-07-11 | 1999-09-28 | Fed Corporation | Large area energy beam intensity profiler |
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