激光光源裝置以及激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換元件的溫度控制方法
【專利摘要】在激光光源裝置中，不使用光電二極管等光檢測裝置，就能夠?qū)崿F(xiàn)波長轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換效率的最佳化，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的光輸出。從半導(dǎo)體激光器（2)出射的基波光，由波長轉(zhuǎn)換元件（5)波長轉(zhuǎn)換并出射。點(diǎn)亮電路（20)向上述半導(dǎo)體激光器（2)供給電力并使半導(dǎo)體激光器（2)點(diǎn)亮?？刂撇浚?1)對加熱機(jī)構(gòu)（7)的供電量進(jìn)行控制，而控制為波長轉(zhuǎn)換元件（5)成為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的溫度。向控制部（21)輸入由兀件溫度檢測機(jī)構(gòu)(Thl)和光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)（Th2)檢測的溫度，控制部（21)將由光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)（Th2)檢測的溫度成為極小時(shí)的波長轉(zhuǎn)換元件（5)的溫度設(shè)為成為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的設(shè)定溫度，對加熱機(jī)構(gòu)（7)的加熱量進(jìn)行控制而以波長轉(zhuǎn)換元件（5)的溫度成為上述設(shè)定溫度的方式對波長轉(zhuǎn)換元件(5)的溫度進(jìn)行反饋控制。
【專利說明】激光光源裝置以及激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換元件的溫度 控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用了非線性光學(xué)結(jié)晶的波長轉(zhuǎn)換型的激光光源裝置。更詳細(xì)地 說，涉及使用了非線性光學(xué)結(jié)晶的波長轉(zhuǎn)換型的激光光源裝置，以及在該激光光源裝置中 以該非線性光學(xué)結(jié)晶的轉(zhuǎn)換效率成為最大的方式進(jìn)行溫度控制的激光光源裝置中的波長 轉(zhuǎn)換元件的溫度控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為電影、家庭影院用等所利用的投射型投影儀的光源，使用了激光的裝置的開 發(fā)正在推進(jìn)。在這些成為光源的激光光源中，已知使用從半導(dǎo)體激光元件直接放射的光的 情況、以及將從該半導(dǎo)體激光元件放射的光通過非線性光學(xué)結(jié)晶轉(zhuǎn)換為其他波長而使用的 情況。
[0003] 最近，作為藍(lán)色、綠色的激光光源，開放有該非線性光學(xué)結(jié)晶使用了周期性極化 反轉(zhuǎn)型銀酸鋰（PPLN:Periodically Poled Lithium Niobate)、周期性極化反轉(zhuǎn)型組酸鋰 (PPLT :Periodically Poled Lithium Tantalate)等的激光光源。
[0004] 作為這種技術(shù)，例如已知專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)。根據(jù)該專利文獻(xiàn)1，記載有一 種激光光源裝置，具備：由半導(dǎo)體激光器構(gòu)成的光源；供從該光源放射的激光入射，并轉(zhuǎn)換 為第二高次諧波的波長轉(zhuǎn)換元件（為非線性光學(xué)結(jié)晶、例如為PPLN);以及對從該波長轉(zhuǎn)換 元件放出的規(guī)定波長的光進(jìn)行選擇而使其朝向上述光源反射的外部共振器（例如體積布 拉格光柵：VBG:Volume Bragg Grating)。此外，記載有在安裝該波長轉(zhuǎn)換元件的子基板之 間設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)單元的內(nèi)容。并且，記載有如下內(nèi)容：通過使用該溫度調(diào)節(jié)單元對該波長 轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此能夠?qū)ΣㄩL轉(zhuǎn)換元件的極化反轉(zhuǎn)周期的間距進(jìn)行調(diào)整，因 此能夠使光的轉(zhuǎn)換效率提高。
[0005] 圖18是表示以往的激光光源裝置的一個(gè)方式的框圖，根據(jù)該圖對將波長轉(zhuǎn)換元 件的溫度設(shè)定為最佳溫度的以往例進(jìn)行說明。
[0006] 激光光源單元LH上所安裝的波長轉(zhuǎn)換元件（例如PPLN) 5,具有將從激光光源元件 (例如半導(dǎo)體激光器、以下作為半導(dǎo)體激光器進(jìn)行說明）2放出的光的波長進(jìn)行使其比入射 光短波長化的波長轉(zhuǎn)換的功能，例如能夠?qū)⒓t外線轉(zhuǎn)換為綠色光。
[0007] 此外，波長轉(zhuǎn)換元件5 (例如PPLN)存在能夠使光轉(zhuǎn)換效率成為最大的最佳溫度。 此外，該最佳溫度根據(jù)各個(gè)個(gè)體而存在差別，當(dāng)即使從該最佳點(diǎn)錯(cuò)開〇. 5°C時(shí)，轉(zhuǎn)換效率也 會(huì)惡化數(shù)10%以上。未轉(zhuǎn)換的光直接成為熱而消耗。
[0008] 因此，在一般情況下，只要求出波長轉(zhuǎn)換元件的最佳溫度條件，并發(fā)現(xiàn)最佳溫度條 件，則由溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl對波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度進(jìn)行檢測，通過溫度調(diào)節(jié)單元對從外部 加熱波長轉(zhuǎn)換元件5的加熱機(jī)構(gòu)、例如加熱器7進(jìn)行控制，而控制為波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度 成為上述最佳溫度。
[0009] 為了發(fā)現(xiàn)上述波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳控制溫度，以往例如使用了以下的方法。
[0010] 通過激光光源點(diǎn)亮裝置100來驅(qū)動(dòng)上述激光光源單元LH，使波長轉(zhuǎn)換元件5的控 制溫度在其假定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，并且例如圖18所示那樣，使用光電池、光功率計(jì) 等光輸出測定裝置110對從激光光源單元射出的光輸出進(jìn)行測定。然后，存儲(chǔ)在掃描測定 結(jié)束的時(shí)刻光輸出為最大的控制溫度，將該值采用為最佳控制溫度，并以成為上述最佳控 制溫度的方式對波長轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行控制。
[0011] 然而，在該方法中，存在需要測定光輸出的機(jī)構(gòu)而花費(fèi)不必要的成本這種問題。
[0012] 圖19表示以往的激光光源裝置的其他構(gòu)成例的框圖。該例是將激光器串聯(lián)連接 的情況下的構(gòu)成例。
[0013] 如圖19所示那樣，以激光光源裝置的降低成本為目的，在一個(gè)激光光源點(diǎn)亮裝置 100中，將多個(gè)半導(dǎo)體激光器2串聯(lián)連接的方法廣泛周知。
[0014] 其原因?yàn)?，在該方式中，能夠使激光光源點(diǎn)亮裝置100內(nèi)的開關(guān)元件、控制電路等 共用化，能夠低價(jià)地供給點(diǎn)亮電源。此外，構(gòu)成為，從各激光光源單元LH1?LH3輸出的光 為，使用棱鏡等光元件PZ對3個(gè)光進(jìn)行聚光，并將光射出。
[0015] 在如上述那樣使用了多個(gè)激光元件的情況下，存在需要分別對波長轉(zhuǎn)換元件5的 最佳溫度進(jìn)行調(diào)整，而調(diào)整需要大量時(shí)間這種問題。
[0016] 即，使用上述圖18所示的光電池進(jìn)行測定時(shí)，僅進(jìn)行一個(gè)激光光源單元LH的測 定，并對成為其對象的激光光源單元的最佳溫度進(jìn)行調(diào)整，但如該圖所示那樣，在激光光源 單元LH1?LH3串聯(lián)連接的情況下，在3個(gè)激光器中流動(dòng)相同電流，因此不能夠僅使一個(gè)激 光器停止，而難以進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳溫度的調(diào)整。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2009-54446號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 發(fā)明要解決的課題
[0021] 如上述那樣，在通過溫度調(diào)整單元對該波長轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行調(diào)整的情況下， 如圖18所示那樣，為了對光輸出進(jìn)行監(jiān)視而需要使用光電二極管等光檢測裝置，因此存在 需要進(jìn)行與光檢測裝置自身的壽命、惡化相伴隨的校正、交換這種問題。并且，如果將該光 檢測裝置設(shè)置于該激光光源裝置，則存在作為裝置整體而變得復(fù)雜、大型化這種問題。
[0022] 此外，在使用多個(gè)激光元件的情況下，也存在需要分別對波長轉(zhuǎn)換元件的最佳溫 度進(jìn)行調(diào)整，而調(diào)整需要大量時(shí)間這種問題。并且，如圖19所示那樣，在將多個(gè)激光元件串 聯(lián)排列并使它們同時(shí)點(diǎn)亮的情況下，存在來自相鄰接的激光元件的光成為干擾光，不能夠 正確地測定光量，而不能夠檢測波長轉(zhuǎn)換元件的光的轉(zhuǎn)換效率成為最佳的溫度這種問題。
[0023] 此外，該波長轉(zhuǎn)換元件為，根據(jù)周圍的環(huán)境而動(dòng)作溫度變化，因此該波長轉(zhuǎn)換元件 的轉(zhuǎn)換效率變化，并且，根據(jù)周圍環(huán)境的變化而由該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體 激光光源的波長變化，因此存在該波長轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率變化，不能夠得到穩(wěn)定的光輸 出這種問題。
[0024] 本發(fā)明是為了解決上述問題點(diǎn)而進(jìn)行的，本發(fā)明的課題在于提供一種激光光源裝 置，不使用光電二極管等光檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)波長轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換效率的最佳化，能 夠進(jìn)行穩(wěn)定的光輸出。
[0025] 用于解決課題的手段
[0026] 為了解決上述課題，在本發(fā)明中，具備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從 該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出 的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；對該波長轉(zhuǎn) 換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；對 上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)；以及對上述點(diǎn)亮電路和該加熱機(jī)構(gòu)進(jìn) 行控制的控制部；基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加 熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述設(shè)定溫度，在該激光光 源裝置中，在對上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，在包括進(jìn)行控制的目標(biāo)溫度的范圍內(nèi) 對上述設(shè)定溫度進(jìn)行掃描，而對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測，將該光源部溫度成為極小時(shí) 的上述波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度作為波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度，以保持該設(shè)定溫度的 方式，對向?qū)ΣㄩL轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制。
[0027] 此外，也可以將規(guī)定的條件（冷卻條件、激光元件的溫度等）作為參數(shù)，而定期地 更新上述最佳設(shè)定溫度。
[0028] 并且，也可以與向激光的輸入電力的變化、室溫等周圍溫度的變化等相對應(yīng)，根據(jù) 預(yù)先設(shè)定的表或者數(shù)式，對上述設(shè)定溫度進(jìn)行更新。
[0029] 艮卩，在本發(fā)明中，如以下那樣解決上述課題。
[0030] (1) 一種激光光源裝置，具備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo) 體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定 波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；使該半導(dǎo)體激光器 點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路；對上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對上述該波 長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；對上述點(diǎn)亮電路和上述加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的控制部；以 及對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)；在該激光光源裝置中，在上述控 制部設(shè)置：溫度控制機(jī)構(gòu)，基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向 上述加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述設(shè)定溫度；以及 最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，并且通 過上述光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成 為極小的溫度，將該溫度作為上述波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度，將上述設(shè)定溫度設(shè)定為 該最佳設(shè)定溫度。
[0031] ⑵在上述構(gòu)成的激光光源裝置中，在上述控制部設(shè)置有：溫度控制機(jī)構(gòu)，基于由 上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加熱機(jī)構(gòu)的輸出進(jìn)行控制， 并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述設(shè)定溫度；以及最佳溫度依次設(shè)定機(jī)構(gòu)，在某個(gè)光 源部溫度，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，對各設(shè)定溫度的 上述光源部溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為極小時(shí)的溫度，將該溫度設(shè)定為上述光 源部溫度的上述波長轉(zhuǎn)換元件的最初的最佳設(shè)定溫度，相對于該最佳設(shè)定溫度，將光源部 溫度以及/或者對激光器施加的電力條件作為參數(shù)而計(jì)算設(shè)定溫度修正量，基于該修正量 將上述設(shè)定溫度依次定期地修正為該最佳設(shè)定溫度。
[0032] (3) -種對激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制的方法，該激光光源 裝置具備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長 轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝 向上述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；使該半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路；對上述波長 轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫 度檢測機(jī)構(gòu)；以及對該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu) 檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元 件的溫度成為上述設(shè)定溫度，在該方法中具備：第一工序，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上 述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，并且由上述光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部 的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為極小的溫度，將該溫度決定為上述波長轉(zhuǎn)換元件 的最佳設(shè)定溫度；第二工序，將上述設(shè)定溫度設(shè)定為上述最佳設(shè)定溫度；以及第三工序，以 上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述最佳設(shè)定溫度的方式，對向上述加熱器的供電量進(jìn)行控 制。
[0033] (4) -種對激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制的方法，該激光光源 裝置具備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長 轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝 向上述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；使該半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路；對上述波長 轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部 溫度檢測機(jī)構(gòu)；以及對該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；基于由上述元件溫度檢測機(jī) 構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換 元件的溫度成為上述設(shè)定溫度，在該方法中具備：第一工序，對上述光源部溫度進(jìn)行檢測， 在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，由上述光源部溫度檢測機(jī) 構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為極小的溫度，將該溫度 設(shè)定為上述光源部溫度的上述波長轉(zhuǎn)換元件的最初的最佳設(shè)定溫度，在不同的光源部溫度 下，以光源部溫度或者對激光器施加的電力條件為參數(shù)來對設(shè)定溫度修正量進(jìn)行計(jì)算；第 二工序，基于上述設(shè)定溫度修正量，將上述設(shè)定溫度依次定期地修正為該最佳設(shè)定溫度；以 及第三工序，以上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述最佳設(shè)定溫度的方式對向上述加熱器的 供電量進(jìn)行控制。
[0034] 發(fā)明的效果
[0035] 在本發(fā)明中，能夠得到以下的效果。
[0036] (1)即使不使用光電二極管等光檢測裝置，也能夠?qū)庠床繙囟瘸蔀闃O小的溫度 進(jìn)行檢測，因此能夠求出成為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的波長轉(zhuǎn)換元件的溫度，能夠?qū)⒉ㄩL轉(zhuǎn)換 元件控制在成為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的溫度，由此能夠得到穩(wěn)定的光輸出。
[0037] 此外，不需要使用光電二極管等光檢測裝置，因此還能夠得到不需要校正等操作 這種效果。
[0038] 此外，對于多個(gè)激光光源單元，能夠同時(shí)進(jìn)行成為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的波長轉(zhuǎn)換 元件的最佳溫度的設(shè)定，能夠大幅度降低操作時(shí)間。
[0039] (2)求出與光源部的溫度、向半導(dǎo)體激光器的電力條件相對的波長轉(zhuǎn)換元件的最 佳溫度，將這些裝置溫度以及/或者對于激光器施加的電力條件作為參數(shù)而對設(shè)定溫度修 正量進(jìn)行計(jì)算，將上述設(shè)定溫度依次定期地更新為該最佳設(shè)定溫度，以波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度成為該設(shè)定溫度的方式進(jìn)行反饋控制，由此即使在裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)中等，也能夠常時(shí)、且簡單 地將波長轉(zhuǎn)換元件的溫度維持為最佳溫度。因此，能夠得到穩(wěn)定的較高的光轉(zhuǎn)換作用，能夠 提供作為整體為低成本、且效率較高的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的激光光源裝置的構(gòu)成的圖。
[0041] 圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的激光光源裝置中的控制部以及點(diǎn)亮電路的構(gòu) 成的框圖。
[0042] 圖3是表示本發(fā)明的供電電路的具體化的一個(gè)構(gòu)成例的圖。
[0043] 圖4是表示本發(fā)明的脈沖電路的簡化的一個(gè)構(gòu)成例的圖。
[0044] 圖5是表不驅(qū)動(dòng)電路、控制單兀、加熱器等的連接關(guān)系的圖。
[0045] 圖6是表示通過驅(qū)動(dòng)電路向加熱器供電的電流波形的一個(gè)例子的時(shí)間圖。
[0046] 圖7是表示控制單元的溫度控制機(jī)構(gòu)的控制處理的一個(gè)例子的流程圖。
[0047] 圖8是表示與波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度相對的來自激光光源的可見光輸出以及 光源部的溫度的圖。
[0048] 圖9是表示為了得到圖8的特性的數(shù)據(jù)而使用的實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成例的圖。
[0049] 圖10是表示對波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度進(jìn)行檢測的處理（例1)的流程圖。
[0050] 圖11是表示對波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度進(jìn)行檢測的其他處理（例2)的流程 圖。
[0051] 圖12是例示了與波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度相對的可見光輸出的關(guān)系的圖。
[0052] 圖13是表示光源部溫度、激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力、波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫 度之間的關(guān)系的圖。
[0053] 圖14是表示通過三維圖表表示的光源部溫度、激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力、波長轉(zhuǎn) 換元件的最佳設(shè)定溫度之間的關(guān)系的特性圖。
[0054] 圖15是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的激光光源裝置中的控制部以及點(diǎn)亮電路的構(gòu) 成的框圖。
[0055] 圖16是表示在本發(fā)明的第二實(shí)施例中的最佳溫度依次設(shè)定機(jī)構(gòu)的控制處理的一 個(gè)例子的流程圖。
[0056] 圖17是對在環(huán)境狀態(tài)等變化時(shí)光源部溫度和最佳設(shè)定溫度實(shí)際上如何遷移進(jìn)行 說明的圖。
[0057] 圖18是表示以往的激光光源裝置的一個(gè)方式的框圖。
[0058] 圖19是表示將激光器串聯(lián)連接的以往的激光光源裝置的其他構(gòu)成例的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0059] 圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的激光光源裝置的構(gòu)成的圖。
[0060] 如圖1所示那樣，激光光源裝置具有激光光源單元LH、用于使半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮 的點(diǎn)亮電路20以及控制部21。
[0061] 在激光光源單元LH中，在由熱傳導(dǎo)性較高的材質(zhì)、例如銅（Cu)形成的作為底板 (散熱片）的基板1使，安裝有遮斷容器（例如鋁制）3,該遮斷容器3防止激光的泄漏，并 且將內(nèi)部所收納的部件與外部空氣、塵埃遮斷并且進(jìn)行絕熱。
[0062] 在遮斷容器3內(nèi)的上述基板1上，設(shè)置有作為基波光而放射紅外光的半導(dǎo)體激光 器2。半導(dǎo)體激光器2例如是放射1064nm的外部共振器型面發(fā)光激光器陣列。
[0063] 在與該半導(dǎo)體激光器2對置的位置上，配置有將上述基波光的特定的窄帶波段的 光以較高的反射率（例如99. 5% )進(jìn)行反射的基波光反射元件4 (例如上述VBG)，相對于 上述半導(dǎo)體激光器2構(gòu)成外部共振器。此外，基波光反射元件4使轉(zhuǎn)換光透射。
[0064] 此外，在半導(dǎo)體激光器2與基波光反射元件4之間，配置有對基波光的波長中的一 部光（相位調(diào)制后的波長的光，相位調(diào)制溫度為例如80C°?100C° )進(jìn)行轉(zhuǎn)換而成為波 長轉(zhuǎn)換光（第二次高次諧波：SHG)的波長轉(zhuǎn)換元件（例如上述PPLN) 5。該波長轉(zhuǎn)換元件5 將上述半導(dǎo)體激光器2輸出的基波光即紅外光轉(zhuǎn)換為可見光或者紫外光。
[0065] 在波長轉(zhuǎn)換元件5上熱接觸地配置有導(dǎo)熱板6，在導(dǎo)熱板6上設(shè)置有對波長轉(zhuǎn)換元 件5進(jìn)行加熱的機(jī)構(gòu)即加熱機(jī)構(gòu)（例如加熱器）7、以及對波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度進(jìn)行檢測 的溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl (例如熱阻器）。
[0066] 通過上述半導(dǎo)體激光器2、波長轉(zhuǎn)換元件5、基本波反射元件4來構(gòu)成外部共振器 型垂直面發(fā)光激光器，在此，將由上述半導(dǎo)體激光器2、波長轉(zhuǎn)換元件5、基本波反射元件4 構(gòu)成的部分稱為光源部12。
[0067] 在上述半導(dǎo)體激光器2附近的基板1上，設(shè)置有對上述光源部12的溫度進(jìn)行檢測 的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)（例如熱阻器）Th2。
[0068] 此外，上述光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)Th2設(shè)置于能夠?qū)ι鲜龉庠床?2附近的溫度（除 了波長轉(zhuǎn)換元件本身的溫度以外）進(jìn)行檢測的位置即可，除了上述基板1以外，還可以設(shè)置 于半導(dǎo)體激光器2、基本波反射元件4的附近等。
[0069] 在上述遮斷容器3的與基板1對置的面上設(shè)置有分色輸出鏡10,透射上述基波光 反射兀件4而輸出的波長轉(zhuǎn)換光，從該分色輸出鏡10出射。
[0070] 分色輸出鏡10使未被上述基波光反射元件4反射而透射了的基波光不透射地進(jìn) 行反射。由分色輸出鏡10反射的基波光，向束流收集器11 (例如黑陽極氧化處理鋁板）入 射并被吸收。束流收集器11與上述遮斷容器3熱接觸。
[0071] 此外，在半導(dǎo)體激光器2與上述波長轉(zhuǎn)換元件5之間，設(shè)置有使基波光透射、使波 長轉(zhuǎn)換光反射而向橫向取出的分色鏡8,由該分色鏡8反射的波長轉(zhuǎn)換光，由反射鏡9向與 透射了上述基波光反射元件4的波長轉(zhuǎn)換光相同的方向反射，并透射上述分色輸出鏡10而 出射。
[0072] S卩，本發(fā)明作為對象的激光光源裝置的光源部12具備：波長轉(zhuǎn)換元件5,對從半導(dǎo) 體激光器2放射的基波光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換；以及基波光反射元件4 (例如VBG)，配置在該波長 轉(zhuǎn)換元件5的出射側(cè)，將從該波長轉(zhuǎn)換元件5出射的光中、基波光的特定窄帶波段的光以較 高的反射率進(jìn)行反射，相對于上述半導(dǎo)體激光器2構(gòu)成外部共振器。
[0073] 此外，還設(shè)置有對各部件進(jìn)行保持的保持部件等，但在該圖中未圖示。
[0074] 在圖1中，從半導(dǎo)體激光器2出射的基波光如該圖的箭頭所示那樣，經(jīng)由分色鏡8 向波長轉(zhuǎn)換兀件5入射。
[0075] 向波長轉(zhuǎn)換元件5入射的光中的一部光被波長轉(zhuǎn)換，該被波長轉(zhuǎn)換的光透射基波 光反射元件4,并經(jīng)由分色輸出鏡10出射。此外，未由波長轉(zhuǎn)換元件5波長轉(zhuǎn)換的基波光， 由基波光反射元件4反射而向波長轉(zhuǎn)換元件5入射，而由波長轉(zhuǎn)換元件5波長轉(zhuǎn)換。該被 波長轉(zhuǎn)換的光由分色鏡8反射，而經(jīng)由反射鏡9、分色輸出鏡10出射。
[0076] 此外，未由波長轉(zhuǎn)換元件5波長轉(zhuǎn)換而向分色鏡8入射的基波光，透射分色鏡8并 向半導(dǎo)體激光器2入射。
[0077] 另一方面，未由基波光反射元件4反射而透射了該元件的基波光、以及未透射上 述分色鏡8而反射、并由反射鏡9反射的基波光，如該圖的箭頭所示那樣，由分色輸出鏡10 反射，向束流收集器11入射而被吸收。
[0078] 作為上述波長轉(zhuǎn)換元件5,能夠使用具有周期性極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰 (LiNb03)、摻雜了鎂的鈮酸鋰（Mg0:LiNb0 3)、鉭鈮酸鋰（LiTaNb03)、鉭酸鋰（LiTa03)、或者 鈦酸磷酸鉀（KTi0P0 4)等，一般來說，能夠使用被稱為周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰（PPLN)、周期 極化反轉(zhuǎn)摻雜Mg鈮酸鋰（PPMgLN)、周期性極化反轉(zhuǎn)鉭酸鋰（PPLT)、以及周期性極化反轉(zhuǎn)鈦 酸磷酸鉀（PPKTP)的模擬相位調(diào)制波長轉(zhuǎn)換元件。
[0079] 如圖1所示那樣，在本實(shí)施例的光源裝置中設(shè)置有控制部21、點(diǎn)亮電路20。
[0080] 上述點(diǎn)亮電路20向上述半導(dǎo)體激光器2供給脈沖狀的電力，使半導(dǎo)體激光器2點(diǎn) 亮。上述控制部21對上述點(diǎn)亮電路20進(jìn)行控制等，對激光光源裝置的動(dòng)作進(jìn)行控制，并且 對波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度進(jìn)行控制，而控制為波長轉(zhuǎn)換元件5稱為最佳波長轉(zhuǎn)換效率的溫 度。
[0081] 即，向控制部21輸入由溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl檢測的波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度，如后述 那樣，控制部21將由光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)Th2檢測的光源部12的溫度稱為極小時(shí)的波長 轉(zhuǎn)換元件的溫度、設(shè)為波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度，對加熱機(jī)構(gòu)7的加熱量進(jìn)行控制，而 以波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度稱為上述最佳設(shè)定溫度的方式對波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度進(jìn)行反饋 控制（后述的第一實(shí)施例）。
[0082] 此外，也可以如后述那樣，控制部21基于由光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)Th2檢測的光源 部12的溫度、對半導(dǎo)體激光器2施加的電力條件等，求出波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳設(shè)定溫度， 而對波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度進(jìn)行控制（后述的第二實(shí)施例）。
[0083] 圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的激光光源裝置的控制部以及點(diǎn)亮電路的構(gòu)成的 框圖。
[0084] 如該圖所示那樣，點(diǎn)亮電路20例如包括：供電電路U1，由以降壓斬波器、升壓斬波 器為代表或者其他方式的開關(guān)電路等構(gòu)成；以及脈沖電路U2,供給脈沖狀的電力；根據(jù)半 導(dǎo)體激光器2的狀態(tài)或者點(diǎn)亮順序，將適合的電壓·電流向半導(dǎo)體激光器2輸出。
[0085] 根據(jù)激光器的種類，周知對激光器施加大致數(shù)百kHz的矩形波狀的脈沖電壓的方 式。在本實(shí)施例中，脈沖電路U2配置于供電電路U1的輸出級，以所希望的頻率生成脈沖， 而向上述半導(dǎo)體激光器2輸出。
[0086] 此外，根據(jù)與上述不同的激光器種類，不限于上述情況，也可以省略脈沖電路U2， 而將來自上述供電電路U1的輸出電壓直接對與上述半導(dǎo)體激光器2相當(dāng)?shù)募す夤庠词┘印?[0087] 本實(shí)施例所示的半導(dǎo)體激光器2發(fā)光紅外線，為了轉(zhuǎn)換為可見光而具有對波長進(jìn) 行轉(zhuǎn)換的元件即波長轉(zhuǎn)換元件5 (例如PPLN)。
[0088] 該波長轉(zhuǎn)換元件5具有通過上升到規(guī)定的溫度來進(jìn)行模擬相位調(diào)制而使光轉(zhuǎn)換 的效率上升的特征，需要非常高精度的溫度控制。因此，在激光光源單元LH中，也具備波長 轉(zhuǎn)換元件5和用于使其升溫的加熱機(jī)構(gòu)7 (以下作為加熱器7進(jìn)行說明），并配置有對加熱 器7的溫度（即波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度）進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl、例如熱阻器。
[0089] 此外，控制部21包括控制單元F1以及對加熱器7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路U3。
[0090] 上述供電電路U1通過由計(jì)算處理裝置（CPU或者微處理器）構(gòu)成的控制單元F1 控制為，對半導(dǎo)體激光器2施加的電壓、流動(dòng)的電流，成為預(yù)先設(shè)定的值、或者從外部設(shè)定 的值。此外，進(jìn)行該供電的開始、停止等的控制。
[0091] 此外，脈沖電路U2通過控制單元F1控制。控制單元F1決定用于得到較高的光輸 出效率的最佳脈沖頻率和占空周期比，根據(jù)該值，使脈沖電路U2的開關(guān)元件導(dǎo)通?截止，并 產(chǎn)生對半導(dǎo)體激光器2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的脈沖輸出。
[0092] 控制單元F1具備最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)21a和溫度控制機(jī)構(gòu)21b。
[0093] 溫度控制機(jī)構(gòu)21b基于由元件溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl檢測的溫度與由最佳溫度設(shè)定機(jī) 構(gòu)21a設(shè)定的設(shè)定溫度之差，對向上述加熱器7的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件 5的溫度成為上述設(shè)定溫度。
[0094] 最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)21a為，在對上述波長轉(zhuǎn)換元件5照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定 溫度變化，對各設(shè)定溫度下的由光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)Th2檢測的光源部12的溫度進(jìn)行觀 測，求出該光源部溫度成為極小的設(shè)定溫度，將該溫度設(shè)為最佳設(shè)定溫度，將上述設(shè)定溫度 設(shè)定為該最佳設(shè)定溫度。
[0095] 即，控制單元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b對驅(qū)動(dòng)電路U3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而對向加熱器7的 供電量進(jìn)行控制，以由元件溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl檢測的波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度成為上述最佳 設(shè)定溫度的方式進(jìn)行反饋控制。
[0096] 具體地說，控制單元F1將表示用于對向加熱器7的供電量進(jìn)行控制的供電量的信 號向驅(qū)動(dòng)電路U3送出，驅(qū)動(dòng)電路U3對加熱器7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而以波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度成為 上述最佳設(shè)定溫度的方式進(jìn)行反饋控制。
[0097] 驅(qū)動(dòng)電路U3的輸出方式也可以不輸出電壓電平，而使用PWM方式來控制供電量。
[0098] 圖3是表示在本發(fā)明的激光光源裝置的點(diǎn)亮電路20中能夠使用的上述供電電路 U1的具體化的一個(gè)構(gòu)成例的圖。
[0099] 以降壓斬波器電路為基本的上述供電電路U1，從DC電源Ml接受電壓的供給而進(jìn) 行動(dòng)作，進(jìn)行向上述半導(dǎo)體激光器2的供電量調(diào)整。
[0100] 在供電電路U1中構(gòu)成為，通過上述控制單元F1對FET等開關(guān)元件Q1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 而使來自上述DC電源Ml的電流導(dǎo)通?截止，經(jīng)由扼流線圈L1對平滑電容器C1進(jìn)行充電， 向上述半導(dǎo)體激光器2供給電流。此外，在上述開關(guān)元件Q1為導(dǎo)通狀態(tài)的期間，通過在上 述開關(guān)元件Q1中流動(dòng)的電流，直接進(jìn)行向上述平滑電容器C1的充電、以及向負(fù)載即上述半 導(dǎo)體激光器2的電流供給，并且在扼流線圈L1中以磁通的形式蓄積能量，在上述開關(guān)元件 Q1為截止?fàn)顟B(tài)的期間，通過在上述扼流線圈L1中以磁通的形式蓄積的能量，經(jīng)由續(xù)流二極 管D1進(jìn)行向上述平滑電容器C1的充電以及向上述半導(dǎo)體激光器2的電流供給。
[0101] 此外，之前與圖2相關(guān)聯(lián)地說明了的上述供電電路U1的停止?fàn)顟B(tài)，是指上述開關(guān) 元件Q1以截止?fàn)顟B(tài)停止的狀態(tài)。
[0102] 在上述降壓斬波器型的上述供電電路U1中，能夠根據(jù)上述開關(guān)元件Q1導(dǎo)通狀態(tài) 的期間相對于上述開關(guān)元件Q1的動(dòng)作周期、即占空周期比，對向上述半導(dǎo)體激光器2的供 電量進(jìn)行調(diào)整。在此，由上述控制單元F1生成具有某個(gè)占空周期的柵極驅(qū)動(dòng)信號，經(jīng)由柵 極驅(qū)動(dòng)電路G1，對上述開關(guān)元件Q1的柵極端子進(jìn)行控制，由此控制從上述DC電源的電流的 導(dǎo)通·截止。
[0103] 構(gòu)成為，能夠通過供電電流檢測機(jī)構(gòu)II和供電電壓檢測機(jī)構(gòu)VI來檢測向上述半 導(dǎo)體激光器2的電流和電壓。此外，對于上述供電電流檢測機(jī)構(gòu)II能夠使用分流電阻而簡 單地實(shí)現(xiàn)，此外對于上述供電電壓檢測機(jī)構(gòu)VI能夠使用分壓電阻而簡單地實(shí)現(xiàn)。
[0104] 來自上述供電電流檢測機(jī)構(gòu)II的供電電流檢測信號以及來自上述供電電壓檢測 機(jī)構(gòu)VI的供電電壓檢測信號向上述控制單元F1輸入，控制單元F1輸出上述柵極驅(qū)動(dòng)信 號，對開關(guān)元件Q1進(jìn)行導(dǎo)通?截止控制，并以輸出目標(biāo)電流的方式進(jìn)行反饋控制。由此，能 夠?qū)⑦m當(dāng)?shù)碾娏蛘唠娏飨蚣す馄鞴┙o。
[0105] 圖4是表示能夠在本發(fā)明的激光光源裝置的點(diǎn)亮電路20中使用的脈沖電路U2的 被簡化的一個(gè)構(gòu)成例的圖。
[0106] 脈沖電路U2由使用了 FET等開關(guān)元件Q2的電路構(gòu)成。
[0107] 開關(guān)元件Q2經(jīng)由柵極驅(qū)動(dòng)電路G2而通過由控制單元F1生成的信號來驅(qū)動(dòng)。開 關(guān)元件Q2高速重復(fù)進(jìn)行導(dǎo)通?截止的動(dòng)作，每當(dāng)成為導(dǎo)通時(shí)，就從由上述供電電路U1的輸 出充電的電容器組C2經(jīng)由該開關(guān)元件Q2向半導(dǎo)體激光器2進(jìn)行供電。
[0108] 例如，在將大致數(shù)百kHz的矩形波狀的脈沖電壓向激光器施加的方式中，與單純 的DC驅(qū)動(dòng)相比，脈沖驅(qū)動(dòng)方式能夠降低半導(dǎo)體元件、例如激光二極管內(nèi)的接合部溫度（結(jié) 點(diǎn)溫度），作為其結(jié)果，具有能夠使光輸出的效率上升的效果。其原因?yàn)?，一般而言，?dāng)對激 光二極管進(jìn)行DC驅(qū)動(dòng)時(shí)，與脈沖驅(qū)動(dòng)相比正向電壓降低，因此將相同程度的電力向激光二 極管供電時(shí)，需要使供給電流增加，結(jié)果，電流增大導(dǎo)致的損失增加，結(jié)點(diǎn)的溫度增加。
[0109] 無論如何，控制單元F1能夠決定用于得到更高光輸出效率的最佳脈沖頻率和占 空周期比，并根據(jù)該值來對半導(dǎo)體激光器2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。但是，由于成本上的關(guān)系，也可以為， 以多少的光輸出效率的惡化為前提而將脈沖電路U2削除，而成為以DC直接驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激 光器2等的方式。
[0110] 圖5是表示本發(fā)明的激光光源裝置的驅(qū)動(dòng)電路U3、上述控制單元F1以及波長轉(zhuǎn)換 元件等的連接關(guān)系的被簡化的一個(gè)構(gòu)成例的圖。
[0111] 上述激光光源單兀LH搭載波長轉(zhuǎn)換兀件5,使光輸出成為最大，即，存在光波長轉(zhuǎn) 換的效率成為最大的條件。該條件是指上述波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度，通過賦予適當(dāng)?shù)臏囟?條件而能夠得到較高的轉(zhuǎn)換效率。由此，需要通過從外部使波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度升溫而 將波長轉(zhuǎn)換元件5調(diào)整為最佳溫度的機(jī)構(gòu)。因此，關(guān)鍵是在該波長轉(zhuǎn)換元件5附近設(shè)置加 熱器7,以波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度成為最佳溫度的方式對加熱器7進(jìn)行控制。
[0112] 對此處的波長轉(zhuǎn)換元件5的適當(dāng)溫度條件進(jìn)行補(bǔ)充，由于制造上的重要因素或 者波長轉(zhuǎn)換元件5的構(gòu)成、制造上的理由，而每個(gè)個(gè)體的最佳值不同，例如為大致80°C? l〇〇°C程度的溫度，存在相同范圍程度的"差別"。
[0113] 構(gòu)成控制單元F1的計(jì)算處理裝置（CPU或者微處理器），需要如上述那樣，以成為 波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳溫度條件的方式進(jìn)行控制。
[0114] 為了將波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度在所希望的溫度保持為一定，而通過間接地對加熱 器7的溫度進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)該情況。由此，將溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl配置在加熱器7附近的導(dǎo) 熱板6(參照圖1)。
[0115] 如上述那樣，控制單元F1具有最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)2la和溫度控制機(jī)構(gòu)21b，控制單 元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b通過溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl取得波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度信息。然后， 將由上述最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)21a設(shè)定的設(shè)定溫度與由上述溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl檢測的溫度進(jìn) 行比較，而對向加熱器7的供電量進(jìn)行反饋控制。
[0116] 作為此處的向加熱器7的供電方法的方式，將來自控制單元F1的PWM信號的脈沖 信號，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路U3的柵極驅(qū)動(dòng)電路G3向上述開關(guān)元件Q3的柵極端子送出，對該開關(guān) 元件Q3進(jìn)行導(dǎo)通?截止控制。
[0117] 作為其結(jié)果，對于上述加熱器7,例如從DC24V的DC電源以規(guī)定的周期供電規(guī)定的 脈沖電壓。如此，控制單元F1對加熱器7的供電量進(jìn)行控制，作為其結(jié)果，以上述波長轉(zhuǎn)換 元件5成為最佳溫度的方式穩(wěn)定地進(jìn)行控制。
[0118] 另外，點(diǎn)亮電路需要預(yù)先求出波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳設(shè)定溫度。因此，還存在將控 制加熱器7的目標(biāo)溫度通過串行通信等從外部信號Sc設(shè)定于點(diǎn)亮電源裝置的方法，但在本 實(shí)施例中，如后述那樣，在對波長轉(zhuǎn)換元件照射有上述激光時(shí)，在包含進(jìn)行控制的目標(biāo)溫度 的范圍內(nèi)使上述設(shè)定溫度掃描，對上述光源部12的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為 極小的溫度，將該溫度設(shè)為最佳設(shè)定溫度。該目標(biāo)溫度信息被向控制單元F1內(nèi)所配置的存 儲(chǔ)元件、例如EEPROM、FLASHR0M寫入并保存。
[0119] 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的激光光源裝置的點(diǎn)亮電路中的、將通過驅(qū)動(dòng)電路U3向上 述加熱器7供電的電流波形簡化了的時(shí)間圖。
[0120] 為了對向加熱器7的供電量進(jìn)行反饋控制，控制單元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b決定 該圖所示的PWM1周期和PWM導(dǎo)通寬度，而生成PWM信號。
[0121] 此外，也可以代替上述PWM信號，生成頻率變調(diào)信號等表示與PWM信號同樣的模擬 量的信號。
[0122] 通過該導(dǎo)通寬度的增減來調(diào)整向加熱器7的供電量，并控制波長轉(zhuǎn)換元件5的溫 度。
[0123] 作為上述反饋控制方式，一般能夠使用作為"導(dǎo)通?截止-PID控制"而已知的控 制方式。PID控制是將比例要素、積分要素以及微分要素組合而以成為目標(biāo)溫度的方式進(jìn)行 控制的方式。此外，在本實(shí)施例中使用的PWM輸出的頻率例如應(yīng)用大致數(shù)kHz程度的值。
[0124] 圖7是表示上述控制單元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b的控制處理的一個(gè)例子的流程 圖。圖7的流程圖能夠通過上述控制單元F1內(nèi)所安裝的微計(jì)算機(jī)的軟件處理來實(shí)現(xiàn)，控制 單元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b例如執(zhí)行以下的流程圖所示的處理，將波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度 控制為由最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)21a設(shè)定的最佳目標(biāo)溫度。
[0125] 控制單元F1的溫度控制機(jī)構(gòu)21b為了將波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度控制為目標(biāo)溫度， 通過溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl檢測波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度（在圖1中由加熱器7加熱的導(dǎo)熱板6 的溫度），將檢測的溫度與成為目標(biāo)溫度的上述最佳設(shè)定溫度進(jìn)行比較，由此周期性地執(zhí)行 并控制向加熱器7的輸出操作量。
[0126] 對此，以其代表性方法即將比例要素與積分要素組合了的PI控制為例進(jìn)行說明。
[0127] 在圖7中，在步驟（B01)中開始加熱器控制，首先，在步驟（B02)中通過溫度檢測 機(jī)構(gòu)Thl測定與波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度存在相關(guān)的由加熱器7加熱的導(dǎo)熱板6的當(dāng)前溫度、 即波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度實(shí)測值（PPLN溫度實(shí)測值），而得到溫度實(shí)測值（Tm_PPLN)。
[0128] 接下來，在步驟（B03)中，讀入波長轉(zhuǎn)換元件5的目標(biāo)溫度、即由上述控制單元F1 的最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)21a設(shè)定的波長轉(zhuǎn)換元件5的最佳溫度設(shè)定值（PPLN溫度設(shè)定值），而 得到最佳溫度設(shè)定值（Ts_PPLN)。
[0129] 然后，在步驟（B04)中，將上述最佳溫度設(shè)定值（Ts_PPLN)與由溫度檢測機(jī)構(gòu)Thl 測定的溫度實(shí)測值（Tm_PPLN)進(jìn)行比較，求出其差分（en)。使用該差分（en)，在步驟（B05) 中進(jìn)行PI計(jì)算。在該P(yáng)I計(jì)算中，通過數(shù)式（1)求出向加熱器7的供電量、即向加熱器7的 操作量。
[0130] MVn = MVn-l+Kp X en+Ki X en - 1 · · · (1)
[0131] 在此，MVn是這次的操作量，MVn-Ι是前周期的操作量，en是這次計(jì)算出的溫度之 差值，en-Ι是前周期的溫度差值，Kp、Ki為常量。
[0132] 通過PI計(jì)算而計(jì)算出的操作量（MVn)，作為由控制單元F1送出的PWM信號的導(dǎo)通 寬度進(jìn)行更新，但在步驟（B06)、步驟（B07)中，在操作量（MVn)超過最大值（MVn上限值） 的情況下將該最大值作為操作量（MVn)、在小于最小值（MVn下限值）的情況下將最小值作 為操作量（MVn)，而進(jìn)行上下限限制（步驟（B08)、步驟（B09))。
[0133] 然后，在步驟（B06?B9)中，將最終決定的操作量作為由控制單元F1送出的PWM 信號的導(dǎo)通寬度（Duty (η))進(jìn)行更新，使該周期的加熱器控制結(jié)束（步驟（B10))。
[0134] 使從該步驟（Β01)到步驟（Β11)為止的一系列動(dòng)作以規(guī)定的周期重復(fù)。通過周 期性地執(zhí)行本流程圖并進(jìn)行反饋控制，由此穩(wěn)定地控制為上述波長轉(zhuǎn)換元件5成為最佳溫 度。
[0135] 在此說明的控制算法，使用由比例控制和積分要素構(gòu)成的ΡΙ控制方式，但例如也 可以使用PID控制那樣包括增加了 Differential (微分）要素的控制的其他反饋控制方 式。
[0136] 接下來，對在本發(fā)明中得到波長轉(zhuǎn)換元件的波長轉(zhuǎn)換效率成為最大的最佳目標(biāo)溫 度的方法進(jìn)行說明。
[0137] 首先，說明對光源部溫度（Tlsr)產(chǎn)生影響的熱。
[0138] 由設(shè)置于半導(dǎo)體激光器2或其附近等的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)Th2檢測的光源部溫 度（Tlsr)，受到激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)、冷卻條件、波長轉(zhuǎn)換元件所附屬的加 熱器溫度（即波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度（Tppln))等各種參數(shù)的影響。
[0139] 此外，在將多個(gè)激光光源單元高密度地安裝的情況下，可以認(rèn)為最近的半導(dǎo)體激 光器的發(fā)熱對該半導(dǎo)體激光器裝置的光源部12的溫度（Tlsr)產(chǎn)生影響。由于無法例舉全 部這些可以認(rèn)為對光源部12的溫度（Tlsr)產(chǎn)生影響的參數(shù)，因此在以下使用"冷卻條件 (Tcool) "這個(gè)語句，來對激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)、上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度、力口 熱器溫度（Tppln)以外的熱的外部環(huán)境條件進(jìn)行通稱。（在此，設(shè)為外部是指激光光源單元 的外殼之外）。
[0140] 例如，在冷卻條件（Tcool)(例如設(shè)置場所的室溫、激光光源單元所設(shè)置的框 體內(nèi)部溫度、激光冷卻器的設(shè)定水溫等的全部）為一定，而僅使激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電 力（Pinput)變化的情況下，隨著激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)增加而光源部溫度 (Tlsr)上升。這是因?yàn)?，隨著激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)的增加，激光元件的發(fā)熱 增加。
[0141] 此外，作為其他例子，在激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)為一定，而僅使冷卻 條件（Tcool)變化的情況（例如氣溫的變化）下，隨著冷卻條件（Tcool)(例如季節(jié)變化導(dǎo) 致的氣溫）的上升，而冷卻效率降低，排熱量減少，因此光源部溫度（Tlsr)上升。
[0142] S卩，對以上內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，光源部溫度（Tlsr)能夠用以下的式（1)表示。能夠表 現(xiàn)為：
[0143] Tlsr = FI (Tcool，Pinput，Tppln)…（1)。
[0144] 圖8是表示與波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)相對的來自激光光源的光輸出 (Wopt)以及光源部12的溫度（Tlsr)的圖，橫軸表示波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度（Tppln)，上 圖的縱軸表不光輸出（Wopt)，下圖的縱軸表不光源部溫度（Tlsr)。
[0145] 圖8的曲線（a)表示與某個(gè)一定冷卻條件（Tcool =-定）以及某個(gè)一定的激光 器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput =-定）下的波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度（Tppln)相對的可見 光輸出Wopt。
[0146] 圖8的直線（b)表示對于某個(gè)一定冷卻條件（Tcool =-定）以及某個(gè)一定的激 光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput =-定）下的波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)而預(yù)測 的光源部溫度（Tlsr)(是單純地僅考慮了波長轉(zhuǎn)換元件5的溫度的影響的情況）。
[0147] 圖8(c)的曲線是表示與某個(gè)一定冷卻條件（Tcool =-定）以及某個(gè)一定的激光 器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput =-定）下的波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)相對的實(shí) 際的光源部溫度（Tlsr)。
[0148] 可見光輸出（Wopt)成為最大的波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)下的光源部 溫度（Tlsr)如圖8所示那樣成為極小。
[0149] 對此在以下進(jìn)行說明。
[0150] 通過將波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)設(shè)定為特定的溫度（Tppln = Tc)，由 此如圖8 (a)所示那樣，在光源部12中能夠?qū)陌雽?dǎo)體激光器2輸出的紅外光以最大的轉(zhuǎn) 換效率轉(zhuǎn)換為可見光。
[0151] 在激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)以及冷卻條件（Tcool)為一定的情況下，上 述式（1)能夠如以下的式（2)所示那樣，表現(xiàn)為波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度（Tppln)的函數(shù)。
[0152] Tlsr = FI (Tppln) ··· (2)
[0153] 隨著將波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln)設(shè)定為高溫，向加熱器7的供電量增 力口，因此光源部溫度（Tlsr)也受到與供電量增加相伴隨的加熱器發(fā)熱量增加（=加熱器溫 度上升）的影響，而預(yù)測為會(huì)成為可靠地上升的趨勢。即，預(yù)料為光源部溫度（Tlsr)為波 長轉(zhuǎn)換元件設(shè)定溫度（Tppln)的單調(diào)增加函數(shù)（圖8的虛線（b))那樣的舉動(dòng)。
[0154] 但是，在實(shí)際上，未成為圖8的虛線（b)那樣，而如圖8的實(shí)線（c)那樣，示出在激 光光源的可見光輸出（Wopt)成為最大的波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度（Tppln = Tc)下成為極 小的向下凸的舉動(dòng)。
[0155] 該現(xiàn)象能夠如以下那樣進(jìn)行說明。在上述激光器點(diǎn)亮?xí)r的輸入電力（Pinput)以 及冷卻條件（Tcool)為一定的情況下，在紅外線未被波長轉(zhuǎn)換元件5轉(zhuǎn)換為可見光的溫度 區(qū)域，某個(gè)一定的紅外線被封閉在共振器內(nèi)，對半導(dǎo)體激光器2具有基于共振器內(nèi)紅外能 量的輸入熱。
[0156] 另一方面，在紅外線被轉(zhuǎn)換為可見光的波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度區(qū)域（Tppln = Tc)周邊，從半導(dǎo)體激光器2輸出的紅外線的大半由波長轉(zhuǎn)換元件5轉(zhuǎn)換為可見光，并向激 光光源單兀LH的外殼外放出，因此基于共振器內(nèi)紅外能量的向半導(dǎo)體激光器2的輸入熱減 少。該基于共振器內(nèi)紅外能量的向半導(dǎo)體激光器2的輸入熱的減少量與向外殼外放出的可 見光的量成正比例，因此可以認(rèn)為光源部溫度（Tlsr)成為極小的點(diǎn)（Tlsr = T1)與波長轉(zhuǎn) 換元件的轉(zhuǎn)換效率最高的波長轉(zhuǎn)換元件的設(shè)定溫度（Tppln = Tc) -致。即，在式（2)中， 在波長轉(zhuǎn)換元件5的設(shè)定溫度（Tppln = Tc)下成為以下的（3)式。
[0157] [數(shù) 1]
[0158]

【權(quán)利要求】
1. 一種激光光源裝置，具備： 光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換 的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上 述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器； 使上述半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路； 對上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)； 對上述該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)； 對上述點(diǎn)亮電路和上述加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的控制部；以及 對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)， 在該激光光源裝置中， 上述控制部具備： 溫度控制機(jī)構(gòu)，基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述 加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述設(shè)定溫度；以及 最佳溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，并 且通過上述光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫 度成為極小的溫度，將該溫度作為上述波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度，將上述設(shè)定溫度設(shè) 定為該最佳設(shè)定溫度。
2. -種激光光源裝置，具備： 光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換 的波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上 述半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器； 使上述半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路； 對上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)； 對上述該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)； 對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)，以及 對上述點(diǎn)殼電路和上述加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的控制部； 在該激光光源裝置中， 上述控制部具備： 溫度控制機(jī)構(gòu)，基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述 加熱機(jī)構(gòu)的輸出進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述設(shè)定溫度；以及 最佳溫度依次設(shè)定機(jī)構(gòu)，在某個(gè)光源部溫度，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)， 使上述設(shè)定溫度變化，對各設(shè)定溫度的上述光源部溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為 極小時(shí)的溫度，將該溫度設(shè)定為上述光源部溫度的上述波長轉(zhuǎn)換元件的最初的最佳設(shè)定溫 度，相對于該最佳設(shè)定溫度，將光源部溫度以及/或者對激光器施加的電力條件作為參數(shù) 而計(jì)算設(shè)定溫度修正量，基于該修正量將上述設(shè)定溫度依次定期地修正為該最佳設(shè)定溫 度。
3. -種對激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制的方法，該激光光源裝置具 備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的 波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上述 半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；使該半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路；對上述波長轉(zhuǎn)換元 件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測 機(jī)構(gòu)；以及對該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的 溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度成為上述設(shè)定溫度，在該方法中具備： 第一工序，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上述設(shè)定溫度變化，并且由上述 光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部的溫度進(jìn)行計(jì)測，求出該光源部溫度成為極小 的溫度，將該溫度決定為上述波長轉(zhuǎn)換元件的最佳設(shè)定溫度； 第二工序，將上述設(shè)定溫度設(shè)定為上述最佳設(shè)定溫度；以及 第三工序，以上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述最佳設(shè)定溫度的方式，對向上述加熱 器的供電量進(jìn)行控制。
4. 一種對激光光源裝置中的波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制的方法，該激光光源裝置具 備：光源部，該光源部具備半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器放射的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的 波長轉(zhuǎn)換元件、以及對從該波長轉(zhuǎn)換元件放出的規(guī)定波長的激光進(jìn)行選擇而使其朝向上述 半導(dǎo)體激光器反射的外部共振器；使該半導(dǎo)體激光器點(diǎn)亮的點(diǎn)亮電路；對上述波長轉(zhuǎn)換元 件的溫度進(jìn)行檢測的元件溫度檢測機(jī)構(gòu)；對上述光源部的溫度進(jìn)行檢測的光源部溫度檢測 機(jī)構(gòu)；以及對該波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行加熱的加熱機(jī)構(gòu)；基于由上述元件溫度檢測機(jī)構(gòu)檢測的 溫度與設(shè)定溫度之差，對向上述加熱機(jī)構(gòu)的供電量進(jìn)行控制，并控制為波長轉(zhuǎn)換元件的溫 度成為上述設(shè)定溫度，在該方法中具備： 第一工序，對上述光源部溫度進(jìn)行檢測，在向上述波長轉(zhuǎn)換元件照射上述激光時(shí)，使上 述設(shè)定溫度變化，由上述光源部溫度檢測機(jī)構(gòu)對各設(shè)定溫度的光源部的溫度進(jìn)行計(jì)測，求 出該光源部溫度成為極小的溫度，將該溫度設(shè)定為上述光源部溫度的上述波長轉(zhuǎn)換元件的 最初的最佳設(shè)定溫度，在不同的光源部溫度下，以光源部溫度或者對激光器施加的電力條 件為參數(shù)來對設(shè)定溫度修正量進(jìn)行計(jì)算； 第二工序，基于上述設(shè)定溫度修正量，將上述設(shè)定溫度依次定期地修正為該最佳設(shè)定 溫度；以及 第三工序，以上述波長轉(zhuǎn)換元件的溫度成為上述最佳設(shè)定溫度的方式對向上述加熱器 的供電量進(jìn)行控制。
【文檔編號】H01S3/109GK104221232SQ201380019896
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】杉原伸彥, 吉田和弘, 藤田堅(jiān)太郎, 鮫島貴紀(jì) 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社