(57)【要約】【課題】制御が簡単で安価で複数の半導体レーザからの光出力のＡＰＣを実現できる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】所定間隔毎に配置された複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂと、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからのレーザ光を開口部２３に結合させる集光レンズ２２と、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂと集光レンズ２２との間に配置されたデジタルミラーデバイス１４と、デジタルミラーデバイス１４を制御することによりデジタルミラーデバイス１４から出力される光出力を制御するＶ／Ｆ変換回路２１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔毎に配置された複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザからのレーザ光を開口部に結合させる光学結合素子と、
前記複数の半導体レーザと前記光学結合素子との間に配置され、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を反射し反射されたレーザ光を前記光学結合素子へ導くミラーデバイスと、
前記ミラーデバイスで反射されたレーザ光の一部のレーザ光に基づき前記ミラーデバイスを制御することにより前記ミラーデバイスから出力される光出力を制御するミラーデバイス制御部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記ミラーデバイスは、多数のマイクロミラーを有し、前記多数のマイクロミラーの各マイクロミラーが前記ミラーデバイス制御部により制御されるデジタルミラーデバイスからなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記ミラーデバイス制御部は、前記デジタルミラーデバイスから出力されるレーザ光に対応する電圧を平均した平均電圧と設定電圧との差電圧を差電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号に変換し、変換されたパルス信号により前記デジタルミラーデバイスの前記各マイクロミラーを制御することにより前記デジタルミラーデバイスから出力される光出力を所定値に制御することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
所定間隔毎に配置された複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザからのレーザ光を開口部に結合させる光学結合素子と、
前記複数の半導体レーザと前記光学結合素子との間に配置され、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を反射し反射されたレーザ光を前記光学結合素子へ導くミラーデバイスと、
前記ミラーデバイスを制御することにより前記開口部に結合される光出力の面内分布を制御するミラーデバイス制御部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記ミラーデバイスは、多数のマイクロミラーを有し、前記多数のマイクロミラーの各マイクロミラーが前記ミラーデバイス制御部により制御されるデジタルミラーデバイスからなることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記ミラーデバイス制御部は、前記多数のマイクロミラーを複数の領域に分割し、分割された各領域毎に前記マイクロミラーを制御することにより前記開口部に結合される光出力の面内分布を制御することを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工、レーザプロジェクタに適用可能な半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の半導体レーザを用いて定出力制御（ＡＰＣ）を行う場合、通常、半導体レーザから出力されるレーザ光の一部をフォトダイオードで検出し、検出された光量が一定値になるように半導体レーザに流す電流量を制御している（特許文献１）。
【０００３】
これに対して、複数の半導体レーザを用いてＡＰＣを行う場合、複数の半導体レーザを全て直列に接続し一括して電流量を制御する第１の方法と、複数の半導体レーザの一部又は全ての半導体レーザを並列に接続し、並列に接続している半導体レーザ毎に電流量を制御する第２の方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１の方法では、制御回路が単純となるが、少しの電流量で光出力が大きく変化する。このため、使用する半導体レーザの個数が増えるほど、電流量の精度が必要となる。また、精密な電流制御に対応した設計が必要となり、装置が高価になる。
【０００６】
これに対して、第２の方法では、並列に接続している半導体レーザ個別に電流量を制御する必要がある。このため、使用する半導体レーザの個数が増えるほど、煩雑な制御が必要となり、制御回路が複雑になる。また、大電流に対応した設計が必要となり、装置が高価になる。
【０００７】
本発明の課題は、制御が簡単で安価で複数の半導体レーザからの光出力のＡＰＣを実現できる半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ装置の請求項１は、所定間隔毎に配置された複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を開口部に結合させる光学結合素子と、前記複数の半導体レーザと前記光学結合素子との間に配置され、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を反射し反射されたレーザ光を前記光学結合素子へ導くミラーデバイスと、前記ミラーデバイスで反射されたレーザ光の一部のレーザ光に基づき前記ミラーデバイスを制御することにより前記ミラーデバイスから出力される光出力を制御するミラーデバイス制御部を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２では、前記ミラーデバイスは、多数のマイクロミラーを有し、前記多数のマイクロミラーの各マイクロミラーが前記ミラーデバイス制御部により制御されるデジタルミラーデバイスからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３では、前記ミラーデバイス制御部は、前記デジタルミラーデバイスから出力されるレーザ光に対応する電圧を平均した平均電圧と設定電圧との差電圧を差電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号に変換し、変換されたパルス信号により前記デジタルミラーデバイスの前記各マイクロミラーを制御することにより前記デジタルミラーデバイスから出力される光出力を所定値に制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、所定間隔毎に配置された複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を開口部に結合させる光学結合素子と、前記複数の半導体レーザと前記光学結合素子との間に配置され、前記複数の半導体レーザからのレーザ光を反射し反射されたレーザ光を前記光学結合素子へ導くミラーデバイスと、前記ミラーデバイスを制御することにより前記開口部に結合される光出力の面内分布を制御するミラーデバイス制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５では、前記ミラーデバイスは、多数のマイクロミラーを有し、前記多数のマイクロミラーの各マイクロミラーが前記ミラーデバイス制御部により制御されるデジタルミラーデバイスからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項６では、前記ミラーデバイス制御部は、前記多数のマイクロミラーを複数の領域に分割し、分割された各領域毎に前記マイクロミラーを制御することにより前記開口部に結合される光出力の面内分布を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ミラーデバイスは、複数の半導体レーザからの光出力を反射させ、ミラーデバイス制御部は、ミラーデバイスで反射されたレーザ光の一部のレーザ光に基づきミラーデバイスを制御することによりデジタルミラーデバイスから出力される光出力を制御するので、制御が簡単で安価で複数の半導体レーザからの光出力のＡＰＣを実現できる半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例の半導体レーザ装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の半導体レーザ装置内のデジタルミラーデバイスのＰＷＭ制御のオンオフを示す図である。
【図３】本発明の第２実施例の半導体レーザ装置の構成図である。
【図４】第２実施例の半導体レーザ装置のＤＭＤ制御部により制御されたデジタルミラーデバイスから開口部に結合される光出力の面内分布の第１例を示す図である。
【図５】第２実施例の半導体レーザ装置のＤＭＤ制御部により制御されたデジタルミラーデバイスから開口部に結合される光出力の面内分布の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施例）
以下、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例の半導体レーザ装置の構成図である。半導体レーザ装置１は、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂ、レンズ１２ａ，１２ｂ、定電流回路１３、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）１４、ビームスプリッタ１５、レンズ１６、フォトダイオード（ＰＤ）１７、Ｉ／Ｖ変換回路１８、平均化回路１９、比較回路２０、Ｖ／Ｆ変換回路２１、集光レンズ２２を備えている。
【００１８】
半導体レーザ装置１には、集光レンズ２２から出射されたレーザ光を半導体レーザ装置１の外部に設けられた光ファイバの端面に導くための円形の開口部２３が形成されている。開口部２３は、直径が１０００μｍ以下である。
【００１９】
なお、図１では、複数の半導体レーザが２個であるが、複数の半導体レーザは、３個以上であっても良く、各半導体レーザは、所定間隔毎に配置されている。
【００２０】
定電流回路１３は、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂに一定の駆動電流を流し、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂを駆動する。複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂは、定電流回路１３により駆動されて一定の駆動電流が流れることにより、励起されてレーザ光を出射する。レンズ１２ａ，１２ｂは、コリメートレンズからなり、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂに対向して配置され、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからのレーザ光をコリメートする。
【００２１】
デジタルミラーデバイス１４は、本発明のミラーデバイスに対応し、複数の半導体レーザとビームスプリッタ１５との間に配置され、複数の半導体レーザからのレーザ光を反射し反射されたレーザ光をビームスプリッタ１５へ導く。デジタルミラーデバイス１４は、多数のマイクロミラーの各マイクロミラーがＶ／Ｆ変換回路２１により制御される。
【００２２】
デジタルミラーデバイス１４の各マイクロミラーは、鏡面を±所定角度傾斜させることができ、鏡面下部に設けた電極を駆動することにより「ＯＮ」（＋所定角度）と「ＯＦＦ」（−所定角度）との二つの状態を持つ。
【００２３】
マイクロミラーが「ＯＮ」のときにはレーザ光を反射してビームスプリッタ１５に出力し、マイクロミラーが「ＯＦＦ」のときにはレーザ光はビームスプリッタ１５に出力されない。デジタルミラーデバイス１４は、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからのレーザ光を反射し、マイクロミラーの「ＯＮ」と「ＯＦＦ」とのディーティを制御、即ちＰＷＭ（パルス幅変調）制御してレーザ光を出力する。
【００２４】
ビームスプリッタ１５は、デジタルミラーデバイス１４からのレーザ光を透過して集光レンズ２２に導くとともに、レーザ光の一部を反射してレンズ１６に導く。集光レンズ２２は、本発明の光学結合素子に対応し、ビームスプリッタ１５からのレーザ光を集光させて開口部２３に結合させる。
【００２５】
レンズ１６は、ビームスプリッタ１５からのレーザ光をフォトダイオード１７に導く。
【００２６】
フォトダイオード１７、Ｉ／Ｖ変換回路１８、平均化回路１９、比較回路２０及びＶ／Ｆ変換回路２１は、デジタルミラーデバイス１４を制御する本発明のミラーデバイス制御部に対応する。
【００２７】
フォトダイオード１７は、本発明の検出部に対応し、レンズ１６からのレーザ光を検出する。Ｉ／Ｖ変換回路１８は、フォトダイオード１７からのレーザ光に対応する電流Ｉを電圧値Ｖに変換する。平均化回路１９は、Ｉ／Ｖ変換回路１８で変換された電圧値を平均化する。
【００２８】
比較回路２０は、平均化回路１９で平均化された平均電圧と光出力設定電圧とを比較し、平均電圧と光出力設定電圧との差電圧をＶ／Ｆ変換回路２１に出力する。
【００２９】
Ｖ／Ｆ変換回路２１は、本発明の変換回路に対応し、比較回路２０から出力される差電圧を差電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号に変換し変換されたパルス信号によりデジタルミラーデバイス１４の各マイクロミラーをオンオフ制御することによりデジタルミラーデバイス１４から出力される光出力を所定値に制御する。
【００３０】
次に、このように構成された第１実施例の半導体レーザ装置の動作を説明する。まず、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからのレーザ光は、レンズ１２ａ，１２ｂを介してデジタルミラーデバイス１４に導かれる。
【００３１】
デジタルミラーデバイス１４の多数のマイクロミラーは、ＰＷＭ制御されて、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからビームスプリッタ１５へのレーザ光が、制御される。ビームスプリッタ１５によりデジタルミラーデバイス１４からのレーザ光の一部は、反射されてレンズ１６を介してフォトダイオード１７で検出される。
【００３２】
フォトダイオード１７からのレーザ光に対応する電流Ｉは、Ｉ／Ｖ変換回路１８により電圧値Ｖに変換され、Ｉ／Ｖ変換回路１８で変換された電圧値は、平均化回路１９により平均化される。
【００３３】
平均化回路１９で平均化された平均電圧と光出力設定電圧との差電圧は、比較回路２０からＶ／Ｆ変換回路２１に出力される。比較回路２０から出力される差電圧は、Ｖ／Ｆ変換回路２１により差電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号に変換され、変換されたパルス信号は、デジタルミラーデバイス１４のマイクロミラーをオンオフ制御、即ちＰＷＭ制御する。
【００３４】
図２にデジタルミラーデバイス１４のＰＷＭ制御のオンオフを示す。図２に示すように、パルス信号のオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とのディーティを可変することによりＰＷＭ制御する。図２に示すａｖはパルス信号の平均パワーである。
【００３５】
これにより、デジタルミラーデバイス１４から出力される光出力を所定値に制御することができる。
【００３６】
即ち、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂに流す電流量を一定に保持し、デジタルミラーデバイス１４の反射光量を制御するのみで、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂからの光出力のＡＰＣを実現できるので、制御が簡単で安価な半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３７】
（第２実施例）
図３は、本発明の第２実施例の半導体レーザ装置の構成図である。第２実施例の半導体レーザ装置１ａは、複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂ、レンズ１２ａ，１２ｂ、定電流回路１３、デジタルミラーデバイス１４、ＤＭＤ制御部２４、集光レンズ２２を備えている。
【００３８】
複数の半導体レーザ１１ａ，１１ｂ、レンズ１２ａ，１２ｂ、定電流回路１３、デジタルミラーデバイス１４の構成は、第１実施例のそれらと同じであるので、それらの説明は、省略する。ここでは、ＤＭＤ制御部２４のみを説明する。
【００３９】
ＤＭＤ制御部２４は、本発明のミラーデバイス制御部に対応し、デジタルミラーデバイス１４の多数のマイクロミラーを複数の領域に分割し、分割された各領域毎にマイクロミラーをオンオフ制御することにより開口部２３に結合される光出力の面内分布を制御する。
【００４０】
図４にＤＭＤ制御部２４により制御されたデジタルミラーデバイス１４から開口部２３に結合される光出力の面内分布の第１例を示す。光出力の面内分布は、例えば、円形の光ファイバの端面における面内分布である。
【００４１】
図４に示す光出力の面内分布の第１例では、ＤＭＤ制御部２４は、多数のマイクロミラーＭＭを上下２つの領域ＡＥ１，ＡＥ２に分割し、分割された領域ＡＥ１に有する複数のマイクロミラーＭＭの全てをオンさせ（１００％オン）、分割された領域ＡＥ２に有する複数のマイクロミラーＭＭの全てをオフさせる（１００％オフ）。
【００４２】
これにより、領域ＡＥ１のみ光出力を得ることができ、光出力の面内分布を各領域毎に変えることができる。
【００４３】
図５にＤＭＤ制御部２４により制御されたデジタルミラーデバイス１４から開口部２３に結合される光出力の面内分布の第２例を示す。
【００４４】
図５に示す光出力の面内分布の第２例では、ＤＭＤ制御部２４は、多数のマイクロミラーＭＭを同心円上で３つの領域ＡＥ３，ＡＥ４，ＡＥ５に分割し、分割された領域ＡＥ３に有する複数のマイクロミラーＭＭの全てをオンさせ（１００％オン）、分割された領域ＡＥ３に有する複数のマイクロミラーＭＭの８０％をオンさせ（８０％オン）、分割された領域ＡＥ５に有する複数のマイクロミラーＭＭの全てをオフさせる（１００％オフ）。
【００４５】
これにより、同心円上で３つの領域ＡＥ３，ＡＥ４，ＡＥ５の光出力、即ち輝度を変えることができ、領域ＡＥ５、領域ＡＥ４、領域ＡＥ３の順に明るくすることができる。
【００４６】
なお、ＤＭＤ制御部２４は、光出力の面内分布の第１例、第２例に限定されることなく、各領域毎に複数のマイクロミラーＭＭのオンオフを制御することにより、光出力の面内分布を各領域毎に変えることができる。
【００４７】
なお、本発明は、第１実施例、第２実施例の半導体レーザ装置に限定されるものではない。第１実施例、第２実施例の半導体レーザ装置では、ミラーデバイスとして、デジタルミラーデバイスを例示したが、デジタルミラーデバイスに限定されることなく、ミラーデバイスがミラーデバイス制御部により制御されてミラーデバイスから出力される光出力が制御できるデバイスであれば、その他のデバイスであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、レーザ加工、レーザプロジェクタに適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体レーザ装置
１１ａ，１１ｂ  半導体レーザ
１２ａ，１２ｂ，１６  レンズ
１３  定電流回路
１４  デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）
１５  ビームスプリッタ
１７  フォトダイオード（ＰＤ）
１８  Ｉ／Ｖ変換回路
１９  平均化回路
２０  比較回路
２１  Ｖ／Ｆ変換回路
２２  集光レンズ
２３  開口部
２４  ＤＭＤ制御部
ＭＭ  マイクロミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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