(57)【要約】【課題】レーザ装置において、自動パワー制御に使用されるレーザ出力光のモニタ値への変換レートを精密に調整して高精度な自動パワー制御が行われようにすること。【解決手段】光検出器１４が出力する出力レーザ光に比例した電流を電圧に変換し、当該電圧と制御目標値に対応した電圧との比較によって出力レーザ光の強度を制御するレーザ装置であって、光検出器１４が出力する電流を電圧に変換するための抵抗回路網４０を有し、抵抗回路網４０は、互いに並列に接続された少なくとも２つの分岐回路を含み、各分岐回路は単一の素子４６に形成されたデジタルポテンショメータ回路４２、４４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器が出力する出力レーザ光に比例した電流を電圧に変換し、当該電圧と制御目標値に対応した電圧との比較によって出力レーザ光の強度を制御するレーザ装置であって、
前記光検出器が出力する電流を電圧に変換する抵抗回路網を有し、
前記抵抗回路網は互いに並列に接続された少なくとも２つの分岐回路を含み、
各分岐回路は単一の素子に形成されたデジタルポテンショメータ回路を有するレーザ装置。
【請求項２】
前記分岐回路の一つに前記デジタルポテンショメータ回路と直列に追加抵抗が接続されている請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記追加抵抗の抵抗値が前記デジタルポテンショメータ回路の全抵抗値を前記デジタルポテンショメータ回路のステップ数で除した値の約２分の１である請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記素子は不揮発性メモリを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記抵抗回路網によって変換された前記電圧を外部に出力する出力端子を有する請求項１から４の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
レーザ共振器と、
前記レーザ共振器の温度を測定するサーミスタと、
前記抵抗回路網と並列に接続され、互いに並列に接続された少なくとも２つの分岐回路を含み、各分岐回路にデジタルポテンショメータ回路が設けられているもう一つの抵抗回路網とを更に有する請求項１から５の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
レーザ光の光源が半導体レーザ素子を含む請求項１から６の何れか一項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
レーザ光の光源が半導体レーザ励起固体レーザ装置を含む請求項１から６の何れか一項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、更に詳細には、レーザ出力の自動制御を行うレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや半導体レーザ励起固体レーザによるレーザ装置は幅広い分野で使用されている。比較的小型で、低出力のレーザ装置は、計測用途や分析用途で使われることが多く、レーザ出力の安定度や制御精度への要求が厳しいことが多い。
【０００３】
レーザ装置のレーザ出力を一定に保つためには、レーザ出力光に比例したモニタ光を光検出器で検出し、光検出器が出力する光電流信号を電圧信号に変換し、この電圧信号をフィードバック信号として使用し、レーザ出力光の強度が指定した値になるように、半導体レーザ素子や励起用半導体レーザ素子の駆動電流を制御するフィードバック補償式の自動パワー制御装置が利用される。
【０００４】
光検出器からの光電流信号の電圧信号への変換は、抵抗器に光電流を通過させることにより発生する電圧降下を利用したり、演算増幅器のフィードバック抵抗に光電流を通過させることにより演算増幅器の出力端子に出力される電圧を利用したりすることにより行われる。
【０００５】
光検出器には半導体レーザ素子と同一のパッケージに内蔵されたものがある。この光検出器では、出力光の分岐を行うビームスプリッタが不要で、ビームスプリッタの反射率のばらつきが光検出の精度に影響することがないが、感度のばらつきが大きく、このことが光検出の精度に影響する。
【０００６】
半導体レーザ素子とは独立した光検出器によってレーザ出力光をモニタするものがある。この場合には、半導体レーザ素子の出力光の一部を光検出器へ分岐させるためのビームスプリッタが必要になり、ビームスプリッタの反射率のばらつきが光検出の精度に影響する。
【０００７】
これらのレーザ出力光のモニタにおいて、ばらつきがあったとしても、電流−電圧変換用の抵抗器や演算増幅器のフィードバック抵抗に半固定抵抗器を使用し、特定の参照信号を与えたときに公称パワーが出力されるように、半固定抵抗器の抵抗値を調整することにより、ばらつきを補償することができる。
【０００８】
しかしながら、半固定抵抗器は、多回転式のものでも接触抵抗変化が最大抵抗値の１％程度である。半固定抵抗器の抵抗値を徐々に変化させたとしても、最大抵抗値の１％に相当する不連続な変化になって現れる。また、半固定抵抗器の抵抗値を設定した後に温度変化や振動衝撃などが加わると、最大抵抗値の１％に相当する変化が生じることがある。
【０００９】
この１％の変化は、半固定抵抗器を最大抵抗値の付近に設定して使用する場合には、モニタ電圧に１％の変化が生じることになる。また、半固定抵抗器を最大抵抗値の５％程度の抵抗値となる設定で使用する場合には、モニタ電圧に２０％の変化が生じる可能性があることになる。１％の変化を許容できたとしても、２０％の変化は許容しがたい。
【００１０】
この問題を解消する装置として、光検出器の出力電流を電圧に変換するのにデジタルポテンショメータ（以下では、ＤＰＯＴ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒと略すことがある）を利用した装置がある。
【００１１】
ＤＰＯＴは、半導体製造プロセスによって製造される素子で、端子Ａと端子Ｂの間にステップ抵抗とよばれる同じ抵抗値Ｒｓをもつ多数の抵抗器が直列に接続され、これらステップ抵抗間の多数あるタップと呼ばれる接続点の一つを電気的に選択してもう一つのワイパ端子と呼ばれる端子Ｗと接続できるようにしたデバイスである。ＤＰＯＴは、選択されたタップと端子Ｗの間にはワイパ抵抗と呼ばれる抵抗を生じ、端子Ａと端子Ｗとの間、或いは端子Ｂと端子Ｗとの間の抵抗値を段階的に変えることができる。ＤＰＯＴには端子Ｂに相当する端子がないレオスタットタイプの素子もあるが、このＤＰＯＴも端子Ａと端子Ｗの間の抵抗値を段階的に変えることができるので、この明細書では同じものとして扱う。
【００１２】
ＤＰＯＴは機械的な可動部がないため、半固定抵抗器がもつ接触抵抗変化に相当する不安定要因がない。ＤＰＯＴとして、全抵抗値ＲＡＢが２５６個のステップ抵抗からなるもの使用において、設定抵抗値が全抵抗値付近の値に設定された場合には、設定値を１ステップだけ変更すると、抵抗値の変化は約０．４％の変化に相当し、この変化量を許容できる場合もある。
【００１３】
しかしながら、設定抵抗値が全抵抗値ＲＡＢより十分に小さい値、例えば全抵抗値ＲＡＢの５％付近の抵抗値で使用された場合には、設定値を１ステップだけ変更すると、抵抗値の変化は８％となり、さすがにこの変化量は許容しがたい。
【００１４】
この問題を解決する装置として、ＤＰＯＴによる光検出器の電流−電圧変換レートの調整を粗動調整に止め、分解能の高いデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）の出力に補正を加えることにより、所望のパワー設定を行った時に所望の電流−電圧変換レートが得られるようにし、その補正に必要なパラメータを不揮発性メモリに記憶させるものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第７１６６８２６号公報（ＵＳ７１６６８２６Ｂ１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
Ｄ／Ａ変換器が用いられたものでは、公称パワーに相当するレーザ光が出力されている時の、Ｄ／Ａ変換器の出力電圧やモニタ電圧がレーザ装置の個体ごとに異なり、モニタ値にＤ／Ａ変換の補正が乗ってしまう。デジタルモニタだけならば、さほど問題にならないが、アナログモニタ出力が必要な場合には、光電流−電圧変換係数が変わってしまうので、これを調整するために増幅器の増幅率を調整する仕組みを設ける必要が生じる。また、レーザ出力の設定信号をＤ／Ａ変換器からではなく、外部から供給されるアナログ電圧信号でも設定できるようにした場合には、そのアナログ電圧からレーザ出力光への変換係数がレーザ装置毎に異なったものになる。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、レーザ装置において、自動パワー制御に使用されるレーザ出力光のモニタ値への変換レートを精密に調整して高精度な自動パワー制御が行われようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一つの実施形態によるレーザ装置は、光検出器（１４）が出力する出力レーザ光に比例した電流を電圧に変換し、当該電圧と制御目標値に対応した電圧との比較によって出力レーザ光の強度を制御するレーザ装置であって、前記光検出器（１４）が出力する電流を電圧に変換するための抵抗回路網（４０）を有し、前記抵抗回路網（４０）は、互いに並列に接続された少なくとも２つの分岐回路を含み、各分岐回路は単一の素子（４６）に形成されたデジタルポテンショメータ回路（４２、４４）を有する。
【００１９】
この構成によれば、単一のデジタルポテンショメータ回路である場合に比して、高い分解能をもってレーザ出力光のモニタ値（電圧）への変換レートが精密に調整され、しかも複数のデジタルポテンショメータ回路が同一素子に形成されていることにより、複数のデジタルポテンショメータ回路が個別の異なる素子に形成されている場合に比して、素子内の全抵抗値のばらつきが小さい。これらのことにより、高精度な自動パワー制御が行われようになる。
【００２０】
このレーザ装置におけるレーザ光の光源としては、一般的な半導体レーザ素子を含むものや半導体レーザ励起固体レーザ装置を含むものが用いられてよい。
【００２１】
上記レーザ装置において、好ましくは、前記分岐回路の一つに前記デジタルポテンショメータ回路（４２）と直列に追加抵抗（４８）が接続されている。
【００２２】
この構成によれば、レーザ出力光のモニタ値への変換レートの分解能が更に高くなり、より一層高精度な自動パワー制御が行われようになる。
【００２３】
上記レーザ装置において、好ましくは、前記追加抵抗（４８）の抵抗値（Ｒａ）が前記デジタルポテンショメータ回路（４２）の全抵抗値を前記デジタルポテンショメータ回路（４２）のステップ数で除した値の約２分の１である。
【００２４】
この構成によれば、各分岐回路の抵抗値が同じ値を取ることがないので、抵抗回路網（４０）の合成抵抗値を設定するための組み合わせの数が増え、合成抵抗値をより精密に調整することが可能となる。
【００２５】
上記レーザ装置において、好ましくは、前記素子（４６）は前記デジタルポテンショメータ回路（４２、４４）の設定状態に関する情報を格納する不揮発性メモリ（５０）を含む。
【００２６】
この構成によれば、不揮発性メモリに格納されているデジタルポテンショメータ回路の設定状態に関する情報を参照することにより、レーザ装置の再運転に簡便且つ迅速に行われるようになる。
【００２７】
上記レーザ装置において、好ましくは、前記抵抗回路網（４０）によって変換された前記電圧を外部に出力する出力端子（３２）を有する。
【００２８】
この構成によれば、出力端子（３２）への電圧（レーザ光のモニタ値）の変換レートを別途に調整する必要がない。
【００２９】
上記レーザ装置において、好ましくは、更に、レーザ共振器と、前記レーザ共振器の温度を測定するサーミスタ（７６）と、前記抵抗回路網（４０）と並列に接続され、互いに並列に接続された少なくとも２つの分岐回路を含み、各分岐回路にデジタルポテンショメータ回路（８０、８２）が設けられているもう一つの抵抗回路網（４１）とを有する。
【００３０】
この構成によれば、サーミスタ（７６）の抵抗値Ｒｔｈともう一つの抵抗回路網（４１）の抵抗（Ｒｃ）とを比較することにより、レーザ共振器の温度調節を簡便に行えるようになる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によるレーザ装置によれば、自動パワー制御に使用されるレーザ出力光のモニタ値への変換レートが精密に調整され、高精度な自動パワー制御が行われようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるレーザ装置の実施形態１の回路図
【図２】追加抵抗の抵抗値に対する最小合成抵抗値及び最大抵抗値変化率の特性を示すグラフ
【図３】実施形態１のレーザ装置の変形例を示す回路図
【図４】本発明によるレーザ装置で使用される抵抗回路網のバリエーションを示す回路図
【図５】本発明によるレーザ装置の実施形態２の回路図
【図６】本発明によるレーザ装置の実施形態３の回路図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施形態１）
レーザ装置の実施形態１を、図１を参照して説明する。
【００３４】
レーザ装置はレーザ光源として半導体レーザ素子１０を有する。半導体レーザ素子１０はレーザ光を一方向に出力する。半導体レーザ素子１０の前方にはビームスプリッタ１２が配置されている。半導体レーザ素子１０からのレーザの出力光は、光学レンズ（不図示）によってコリメートされたのち、ビームスプリッタ１２によって出力光とフィードバック補償制御のためのモニタ光とに分岐される。
【００３５】
モニタ光は、レーザ出力光に比例したレーザ光であり、光検出器１４に入射する。光検出器１４はバイアス電圧を加えられたフォトダイオード等により構成されている。光検出器１４にはモニタ光量に比例した電流が流れる。つまり、光検出器１４はレーザ出力光に比例した電流（光電流信号）を出力する。この電流は端子Ｘ−端子Ｙ間の抵抗回路網４０を流れる。これにより、端子Ｘ−端子Ｙ間にはモニタ光量に比例した電流が流れ、端子Ｘとグラウンド（ＧＮＤ）との間にモニタ光量に比例したモニタ電圧Ｖｍが発生する。
【００３６】
モニタ電圧Ｖｍは、フィードバック補償信号として、偏差演算を行う演算増幅器２２の負入力端子に入力される。演算増幅器２２の正入力端子には、アナログスイッチ２４によって選択された、外部入力端子２３から入力されるパワー設定電圧Ｖｓｅｔ及びデジタル／アナログ変換器１８の出力電圧Ｖｏｕｔの何れかが、レーザ出力光の強度を設定するための参照電圧（制御目標電圧）Ｖｒｅｆとして入力される。
【００３７】
演算増幅器２２は、負入力端子の電圧が正入力端子の電圧と等しくなるように出力端子の電圧を変化し、半導体レーザ素子１０を駆動するトランジスタ２５の動作電流（コレクタ電流）を調整する。これにより、半導体レーザ素子１０のレーザ出力光が参照電圧Ｖｒｅｆによって決まる一定値になるよう制御される。
【００３８】
デジタル／アナログ変換器１８は、シリアルバス２６によってマイクロコントローラユニット２８に接続され、マイクロコントローラユニット２８から出力電圧Ｖｏｕｔを設定するためデジタル信号を入力する。アナログスイッチ２４は、シリアルバス２６によってマイクロコントローラユニット２８に接続され、マイクロコントローラユニット２８からのコマンドによって切替を指示される。
【００３９】
モニタ電圧Ｖｍは、演算増幅器２２の負入力端子に加えて、モニタ信号として非反転増幅回路３０を介してモニタ信号出力端子３２に出力される。
【００４０】
抵抗回路網４０は、同一素子内に互いに並列に接続された第１デジタルポテンショメータ回路（第１ＤＰＯＴ回路）４２及び第２デジタルポテンショメータ回路（第２ＤＰＯＴ回路）４４の２回路を具備したデジタルポテンショメータ素子（ＤＰＯＴ素子）４６と、第１ＤＰＯＴ回路４２に直列に接続された固定抵抗器による追加抵抗４８とを含む。つまり、抵抗回路網４０は、互いに並列に接続され、各分岐回路に、単一のＤＰＯＴ素子４６に形成された第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４を有し、更に第１ＤＰＯＴ回路４２を含む分岐回路にのみ追加抵抗４８が接続されている。
【００４１】
各ＤＰＯＴ回路４２、４４は、例えば、全抵抗値ＲＡＢの公称値が５ｋΩで、分割数が２５６である。この値から推測されるステップ抵抗値Ｒｓは約１９．５Ωであり、ワイパ抵抗値Ｒｗは約１００Ωである。
【００４２】
ＤＰＯＴ素子４６は、マイクロコントローラユニット２８から送られてくるコマンドに基づいて第１ＤＰＯＴ回路４２の設定抵抗値Ｒｐ１及び第２ＤＰＯＴ回路４４の設定抵抗値Ｒｐ２を個別に変更される。
【００４３】
ＤＰＯＴ素子４６は不揮発性メモリ５０を有している。不揮発性メモリ５０は、第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４の設定状態に関する情報を格納するものであり、常に最新の第１ＤＰＯＴ回路４２の設定抵抗値Ｒｐ１及び第２ＤＰＯＴ回路４４の設定抵抗値Ｒｐ２を記憶し、非通電時には最終の記憶データ（設定抵抗値Ｒｐ１、Ｒｐ２）を格納する。第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４は、通電再開始時には、対応する設定抵抗値Ｒｐ１、Ｒｐ２を、不揮発性メモリ５０が格納している、前回の通電時の最後値（通電停止時の値）に自動設定される。これにより、レーザ装置の再運転が簡便且つ迅速に行われるようになる。
【００４４】
第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４のステップ抵抗値をＲｓ、これらのワイパ抵抗値をＲｗとし、分割数（ステップ数）ｍ１〜ｍ２を１〜２５６の整数とし、追加抵抗４８の抵抗値をＲａとすると、第１ＤＰＯＴ回路４２及び追加抵抗４８を含む第１分岐回路の抵抗値Ｒｂ１と、第２ＤＰＯＴ回路４４を含む第２分岐回路の抵抗値Ｒｂ２とは、それぞれ次式（１）、（２）のように表される。
Ｒｂ１＝Ｒｐ１＋Ｒａ＝ｍ１Ｒｓ＋Ｒｗ＋Ｒａ    ...（１）
Ｒｂ２＝Ｒｐ２＝ｍ２Ｒｓ＋Ｒｗ    ...（２）
【００４５】
端子Ｘ−端子Ｙ間の抵抗回路網４０の合成抵抗の抵抗値（全抵抗値）Ｒｃは次式（３）で表すことができる。
Ｒｃ＝｛（１／Ｒｂ１）＋（１／Ｒｂ２）｝−１    ...（３）
【００４６】
合成抵抗値Ｒｃは、第１分岐回路の抵抗値Ｒｂ１と第２分岐回路の抵抗値Ｒｂ２の組み合わせが多い程、多くの異なる値に設定される。追加抵抗４８の抵抗値Ｒａが０の場合には、分割数ｍ１と分割数ｍ２との数値が入れ替わっても合成抵抗値Ｒｃは同じになる。追加抵抗４８の抵抗値Ｒａが０ではない値の場合には、第１分岐回路の抵抗値Ｒｂ１と第２分岐回路の抵抗値Ｒｂ２とが同じになることがないため、抵抗値Ｒａが０であった場合に比べて合成抵抗値Ｒｃは多くの組み合わせによるものができる。
【００４７】
全ての分割数ｍ１及びｍ２の組み合わせについて合成抵抗値Ｒｃの組み合わせを全て求めて、得られた合成抵抗値Ｒｃの小さい値から順に並べた時にｋを自然数としてＲｃ（ｋ）と表した時に、抵抗値を漸増させたときの抵抗値変化率δを次式（４）で定義し、多数の追加抵抗４８の抵抗値Ｒａの値に対して計算して評価した結果が、図２のグラフに示されている。
δ＝｛Ｒｃ（ｋ＋１）−Ｒｃ（ｋ）｝／Ｒｃ（ｋ）    ...（４）
【００４８】
図２は、全抵抗値ＲＡＢの最大値の５％〜１００％（１２５Ω〜２．５ｋΩ）に相当する合成抵抗値Ｒｃの範囲で連続的に調整していく時に、抵抗値変化率δが０．１％となる抵抗Ｒｃ（ｋ）のカウント数Ｎ（△）、また、同じ合成抵抗値Ｒｃの範囲における抵抗値変化率δの最大値δｍａｘ（◆）、そして抵抗値変化率δが０．１％以下を維持できる合成抵抗値Ｒｃの最小値ｍｉｎ（〇）を示している。合成抵抗値Ｒｃをできるだけ滑らかに変化させるためには、これら３つの値は小さいほうが望ましい。
【００４９】
図２に示されているグラフでは、追加抵抗４８の抵抗値Ｒａをステップ抵抗値Ｒｓの２倍まで計算した結果を示しているが、合成抵抗値Ｒｃを広い抵抗値の範囲で滑らかに変化させていくためには、追加抵抗４８の抵抗値Ｒａがステップ抵抗値Ｒｓの半値の奇数倍の近傍の値であることが望ましいと言える。
【００５０】
しかしながら、全抵抗値ＲＡＢの公差は±２０％程度であるので、ステップ抵抗値Ｒｓも同じ程度にＤＰＯＴ素子４６の個体間でばらつく。そのため、個々のレーザ装置で同じ抵抗値Ｒａの追加抵抗４８を使用する場合は、追加抵抗４８の抵抗値Ｒａはステップ抵抗値Ｒｓの約２分の１であることが好ましい。つまり、追加抵抗４８の抵抗値Ｒａは第１ＤＰＯＴ回路４２の全抵抗値ＲＡＢを第１ＤＰＯＴ回路４２のステップ数で除した値の約２分の１であることが好ましい。
【００５１】
これにより、二つの分岐回路の抵抗値が同じ値を取ることがなく、抵抗回路網４０の合成抵抗値Ｒｃを設定するための組み合わせの数が増える。これにより、合成抵抗値Ｒｃをより精密に調整することが可能となる。また、単一のＤＰＯＴ素子４６の全抵抗値ＲＡＢの個体間のばらつきに起因する個々のレーザ装置間の変換レートのばらつきを小さい値に抑えることができる。
【００５２】
この計算による評価では、許容される抵抗値変化率δを０．１％として厳しめの評価をしたが、許容される抵抗値変化率δを例えば１％としても、合成抵抗値Ｒｃを広い抵抗値の範囲で滑らかに変化させていくためには、追加抵抗４８の抵抗値Ｒａがステップ抵抗値Ｒｓの２分の１倍の近傍の値とするのが望ましいことには変わりない。
【００５３】
以上のように、２つのＤＰＯＴ回路４２、４４を並列に接続するだけで、単一のＤＰＯＴ回路だけでは実現できない広範囲で高い分解能をもってレーザ出力光の強度（出力パワー）のモニタ値（電圧Ｖｍ）への変換レートの補正が精密に行われるようになる。しかも、２つのＤＰＯＴ回路４２、４４の一方のＤＰＯＴ回路に直列に接続する追加抵抗４８の抵抗値ＲａがＲｓ／２の奇数倍となるようにすることで、出力パワーとモニタ値（電圧Ｖｍ）との変換レートの補正が、更に広い範囲で高い分解能をもって更に精密に行われるようになる。
【００５４】
これにより、レーザ装置において、自動パワー制御に使用されるレーザ出力光のモニタ値への変換レートが精密に調整され、高精度な自動パワー制御が行われようによる。
【００５５】
実施形態１では、第１ＤＰＯＴ回路４２を含む分岐回路の直列抵抗である追加抵抗４８の抵抗値ａは、第１ＤＰＯＴ回路４２の最大抵抗値５ｋΩを分割数２５６で割った値９．７７Ωに最も近くて入手が容易な抵抗値１０Ωに設定することが好ましい。
【００５６】
ＤＰＯＴ素子４６は、通常は全抵抗値ＲＡＢの公差が±２０％であることが多く、これとともにステップ抵抗値Ｒｓも同程度のばらつきを持つ。そのため別々の個体に含まれるＤＰＯＴ回路４２、４４を組み合わせた場合、前記の計算結果が当てはまらなくなることがある。その上、予めそれぞれのＤＰＯＴ回路４２、４４の最大抵抗値を把握しておかない限り、連続的に抵抗を増加あるいは減少させていくという使い方が困難である。
【００５７】
しかしながら、同一素子内に複数のＤＰＯＴ回路４２、４４が含まれている素子を利用すると、その素子内の全抵抗値ＲＡＢのばらつきは１％程度なので、最大抵抗値の公差が±２０％であったとしても、連続的に抵抗値を増加あるいは減少させる使い方には支障がでない。
【００５８】
このように、出力パワーとモニタ電圧の変換レートを精密に調整できるので、デジタル／アナログ変換器１８の出力電圧Ｖｏｕｔに補正を加える必要がなくなる。また、アナログスイッチ２４の切り替えによって外部入力端子２３から供給を受けるパワー設定電圧Ｖｓｅｔに基づいて出力パワーを制御する場合でも、パワー設定電圧Ｖｓｅｔと出力パワーの変換レートを変える必要がない。また、モニタ信号出力端子３２におけるモニタ信号の外部への出力についても、出力パワーとモニタ信号（電圧Ｖｍ）の変換レートを調整する必要がない。
【００５９】
合成抵抗値Ｒｃを、連続的に増加させたり、減少させたりするのには、相当の演算を必要とする。第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４の合成抵抗値Ｒｃの設定を行うのはレーザ装置の製造及びメンテナンスの段階のみである。これらのＤＰＯＴ回路４２、４４を含むＤＰＯＴ素子４６は不揮発性メモリ５０を有することにより、製造段階で、初期の分割数ｍ１及びｍ２の値を決定しておき、それらを不揮発性メモリ５０に記憶させ、レーザ装置を使用する時にはそれらの値を利用して迅速に動作を開始することができる。
【００６０】
実施形態１の変形例として、図３に示されているように、光検出器１４に逆バイアス電圧ＶＥＥが印加され、光検出器１４が演算増幅器５２の負入力に接続され、端子Ｘ−端子Ｙ間の合成抵抗値Ｒｃが演算増幅器５２の出力端子と演算増幅器２２の負入力端子の間に接続されていてよい。
【００６１】
このように、演算増幅器５２の出力端子からの信号をフィードバック信号として使用する回路にした電流−電圧変換を行ってもよい。
【００６２】
また、実施形態１の抵抗回路網４０の変形例として、抵抗値をより低い値で精密に調整したい場合には、図４（Ａ）に示されているように、第１ＤＰＯＴ回路４２及び追加抵抗４８と第２ＤＰＯＴ回路４４との並列回路に、更に、抵抗値Ｒｄによる追加抵抗５４が並列に接続されるとよい。また、抵抗値をより高い値まで調整する必要がある場合は、図４（Ｂ）に示されているように、第１ＤＰＯＴ回路４２及び追加抵抗４８と第２ＤＰＯＴ回路４４との並列回路に、更に、抵抗値Ｒｅによる追加抵抗５６が直列に接続されるとよい。
【００６３】
実施形態１では、半導体レーザ素子１０と光検出器１４をなすモニタ用のフォトダイオード素子とが独立のものが使用されているが、半導体レーザ素子１０とフォトダイオード素子が一つのパッケージに組み込まれ、半導体レーザ素子１０の出力側とは反対側の面から漏れ出る光をフォトダイオード素子で検出するタイプのデバイスでも使用できる。
【００６４】
（実施形態２）
レーザ装置の実施形態２を、図５を参照して説明する。尚、図５において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６５】
実施形態２では、レーザ光源として半導体レーザ励起固体レーザ装置６０が用いられている。半導体レーザ励起固体レーザ装置６０は、そのレーザヘッドに、励起用半導体レーザ素子６２、固体レーザ結晶６４、非線形光学結晶６６、出力ミラー基板６８を含んでいる。
【００６６】
励起用半導体レーザ素子６２は、レーザ波長８０８ｎｍで、光出力が最大２Ｗのものである。固体レーザ結晶６４は、Ｎｄ：ＹＶＯ４製で、結晶を平行平板状の形状に加工したものであり、波長８０８ｎｍのレーザ光を励起源とし、固体レーザ結晶６４の一方の面に設けられた第１多層膜ミラー７０と出力ミラー基板６８の凹面に加工したガラス基板上に設けられた第２多層膜ミラー７２との間でレーザ共振器を構成し、波長１０６４ｎｍのレーザ光を発生する。
【００６７】
非線形光学結晶６６はチタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４、ＫＴＰ）製で、結晶を直方体状に加工したものであり、その２次の非線形効果で波長１０６４ｎｍのレーザ光を第２高調波となる波長５３２ｎｍのレーザ光に変換する。この波長変換によって発生した第２高調波が出力光として取り出される。
【００６８】
トランジスタ２５は、励起用半導体レーザ素子６２に十分な電流を供給できる容量のものが用いられる。このため、光モニタ電流を電圧に変換するための抵抗として、１つの素子上に形成された２つのＤＰＯＴ回路４２、４４と追加抵抗４８を組み合わせた抵抗回路網４０が利用されることにより、変換係数を精密に調整できるようになるという効果が実施形態１と同様に得られる。
【００６９】
半導体レーザ励起固体レーザ装置６０には励起用半導体レーザ素子６２を冷却したり、波長変換用の非線形光学結晶６６の温度を一定に保ったりするために温度制御が必要であるが、それらに必要な素子や回路については、ここでは説明を省略した。
【００７０】
（実施形態３）
レーザ装置の実施形態３を、図６を参照して説明する。尚、図５において、図１及び図５に対応する部分は、図１及び図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００７１】
図６はレーザ装置のヘッド部９０の構成を示している。ヘッド部９０は半導体レーザ励起固体レーザ装置６０を含む。半導体レーザ励起固体レーザ装置６０は、励起用半導体レーザ素子６２、固体レーザ結晶６４、非線形光学結晶６６、出力ミラー基板６８、第１多層膜ミラー７０、第２多層膜ミラー７２に加えて、固体レーザ結晶６４と非線形光学結晶６６との間に配置されたエタロン７４を含んでいる。エタロン７４は、石英ガラス基板の両面に、固体レーザ結晶６４の発振波長で数十パーセントの反射率をもつ多層膜をコーティングされたソリッドエタロンと呼ばれるタイプのものである。半導体レーザ励起固体レーザ装置６０は、エタロン７４の追加により、単一縦モード発振が可能になる。励起用半導体レーザ素子６２のアノードとカソードは、外部から接続可能となるように、ヘッド部９０に設けられたコネクタ端子ＶＣＣ／ＬＤＫ及びＬＤＡに接続されている。半導体レーザ励起固体レーザ装置６０は、加熱または冷却のためのペルチェ素子を含んでいるが、図示は省略してある。
【００７２】
実施形態３のレーザ装置は、半導体レーザ励起固体レーザ装置６０の温度を測定するためのサーミスタ７６を有する。サーミスタ７６は、外部から接続可能となるように、両電極をヘッド部９０に設けられた個別のコネクタ端子ＴＨに接続されている。サーミスタ７６は、２５℃で抵抗値１０ｋΩを示し、Ｂ定数が３３８０Ｋのものを使用している。３５℃から４５℃の間で温度制御をする場合には、サーミスタ７６の抵抗値は６．９ｋΩから４．９ｋΩの間で変化する。その間の平均的な抵抗値の変化レートは−２００Ω／℃である。
【００７３】
ＤＰＯＴ素子４６は、同一素子内に、第１ＤＰＯＴ回路４２、第２ＤＰＯＴ回路４４、第３ＤＰＯＴ回路８０、第４ＤＰＯＴ回路８２の４つのＤＰＯＴ回路を互いに並列に有する。第１ＤＰＯＴ回路４２には、実施形態１及び２と同様に、抵抗値Ｒａが例えば１０Ωの追加抵抗４８が直列に接続されている。
【００７４】
第１ＤＰＯＴ回路４２、第２ＤＰＯＴ回路４４及び追加抵抗４８を含む抵抗回路網４０は、端子Ｘ及び端子Ｙとが外部から接続可能となるように、ヘッド部９０に設けられたコネクタ端子ＬＭＯＮ及びＧＮＤに接続されている。また、光検出器１４のカソードも外部から接続可能となるように、ヘッド部９０に設けられたコネクタ端子ＶＣＣ／ＬＤＫに接続されている。尚、光検出器１４に逆バイアス電圧が印加されるように、コネクタ端子ＶＣＣ／ＬＤＫは励起用半導体レーザ素子６２のカソードと共通のコネクタ端子ＶＣＣ／ＬＤＫ端子を利用している。
【００７５】
ＤＰＯＴ素子４６が含む不揮発性メモリ５０は、ヘッド部９０の外部にあるマイクロコントローラユニットに接続可能となるように、ヘッド部９０に設けられたコネクタ端子ＳＥＲＩＡＬ・Ｉ／Ｆに接続されている。
【００７６】
半導体レーザ励起固体レーザ装置６０の中でも、エタロン７４などの波長制御素子をレーザ共振器内に加えて単一縦モード動作する固体レーザの場合には、エタロン７４そのものの温度或いはレーザ共振器全体の温度を、例えば０．１℃未満の間隔で変化させながら最適な動作温度を探し出し、その温度を維持する必要がある。一方で、実施例１の半導体レーザを光源にしたレーザ装置に比べて、半導体レーザ励起固体レーザ装置６０を光源にしたレーザ装置では発熱量が著しく大きいので、発熱箇所を分散させるために光源部と駆動部を分離するのが望ましい場合がある。更には、光源部と駆動部の一方だけを交換しても最適な動作温度を再び探し求めることなしに動作が可能であることが望まれる。
【００７７】
これを実現するために、実施形態４では、１つのＤＰＯＴ素子４６に、第１ＤＰＯＴ回路４２及び第２ＤＰＯＴ回路４４に加えて、抵抗値Ｒａが１０Ωの追加抵抗８４を直列に接続された第３デジタルポテンショメータ回路（第３ＤＰＯＴ回路）８０と、抵抗値Ｒｆが４．７ｋΩの追加抵抗８６を直列に接続された第４デジタルポテンショメータ回路（第４ＤＰＯＴ回路）８２との並列回路を含んでいる。
【００７８】
これにより、抵抗回路網４０の全抵抗値ＲＡＢが公差の範囲内で最小のものが使用されれば、第３ＤＰＯＴ回路８０、第４ＤＰＯＴ回路８２及び追加抵抗８４、８６を含む抵抗回路網４１の端子Ｖ−端子Ｗ間の合成抵抗値Ｒｃを約４．８ｋΩから約６．８ｋΩの間で調整が可能となる。この抵抗範囲は、前記の温度設定範囲に対応したサーミスタ７６の抵抗値の範囲とほぼ同じである。端子Ｖ−端子Ｗ間に構成された温度設定用の抵抗回路網４１を外部から接続可能となるように、端子Ｖ及び端子Ｗはヘッド部９０に設けられた個別のコネクタ端子Ｒｒｅｆに接続されている。
【００７９】
ヘッド部９０の外部にあるマイクロコントローラユニットでは、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗のうち、２つを同じ抵抗値の固定抵抗を使用し、残りの２つを端子Ｖ−端子Ｗ間の抵抗回路網４１の合成抵抗値Ｒｃとのサーミスタ７６を抵抗値Ｒｔｈの抵抗素子とする回路を使用することで、温度差に対応した電位差を検出し、これがゼロとなるよう温度制御することができる。
【００８０】
合成抵抗値Ｒｃを求める式（３）が引用する式（１）、（２）の中の分割数ｍ１及びｍ２が共にゼロの時にはＲｃは最小となり、次に大きい合成抵抗との差は約４Ωで、この差は０．０２℃の温度差に相当する。これ以外のときは、設定可能な抵抗値を順に並べた時の差｛Ｒｃ（ｋ＋１）−Ｒｃ（ｋ）｝は０．０１℃に対応する２Ω以下となる。これにより、細かな設定温度の調整が可能となる。
【００８１】
また、サーミスタ７６と温度設定用の抵抗回路網４１をヘッド部９０内に併せて持っているので、コントローラだけを交換する場合でも、ヘッド部９０やコントローラに調整を加えることなく、最適な温度で動作を始めることができる。
【００８２】
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、抵抗回路網４０の分岐回路の個数は、２個に限られることはなく、それ以上の抄複数個であってもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０      ：半導体レーザ素子
１２      ：ビームスプリッタ
１４      ：光検出器
１８      ：デジタル／アナログ変換器
２２      ：演算増幅器
２３      ：外部入力端子
２４      ：アナログスイッチ
２５      ：トランジスタ
２６      ：シリアルバス
２８      ：マイクロコントローラユニット
３０      ：非反転増幅回路
３２      ：モニタ信号出力端子
４０      ：抵抗回路網
４１      ：抵抗回路網
４２      ：第１デジタルポテンショメータ回路（第１ＤＰＯＴ回路）
４４      ：第２デジタルポテンショメータ回路（第２ＤＰＯＴ回路）
４６      ：デジタルポテンショメータ素子（ＤＰＯＴ素子）
４８      ：追加抵抗
５０      ：不揮発性メモリ
５２      ：演算増幅器
５４      ：追加抵抗
５６      ：追加抵抗
６０      ：半導体レーザ励起固体レーザ装置
６２      ：励起用半導体レーザ素子
６４      ：固体レーザ結晶
６６      ：非線形光学結晶
６８      ：出力ミラー
７０      ：第１多層膜ミラー
７２      ：第２多層膜ミラー
７４      ：エタロン
７６      ：サーミスタ
８０      ：第３デジタルポテンショメータ回路（第３ＤＰＯＴ回路）
８２      ：第４デジタルポテンショメータ回路（第４ＤＰＯＴ回路）
８４      ：追加抵抗
８６      ：追加抵抗
９０      ：ヘッド部
【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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【図６】
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