(57)【要約】  光出力制御装置は、励起レーザ光を波長変換する波長変換素子と、前記波長変換素子を温度制御する加熱・冷却器と、前記波長変換素子の温度を検出する温度検出器と、温度目標値と前記温度検出値とが一致するように前記加熱・冷却器を制御する温度制御器と、前記波長変換素子の光出力を検出する光出力検出器と、前記光出力検出器によって検出した前記光出力と前記温度検出器によって検出した前記温度検出値とから、前記光出力を最大にする温度を求めて、前記温度検出値との温度差を出力する光出力最大化制御器と、前記光出力最大化制御器からの出力である温度差を前記温度目標値に加算する加算器と、を備え、前記温度目標値に前記温度差を加算して温度目標値を補正して前記光出力を最大にする温度に制御する。
2008114492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を温度制御する加熱・冷却器と、
前記波長変換素子の温度を検出する温度検出器と、
温度目標値と前記温度検出値とが一致するように前記加熱・冷却器を制御する温度制御器と、
前記波長変換素子の光出力を検出する光出力検出器と、
前記光出力検出器によって検出した前記光出力と前記温度検出器によって検出した前記温度検出値とから、前記光出力を最大にする温度を求めて、前記温度検出値との温度差を出力する光出力最大化制御器と、
前記光出力最大化制御器からの出力である温度差を前記温度目標値に加算する加算器と、
を備え、
前記温度目標値に前記温度差を加算して温度目標値を補正して前記光出力を最大にする温度に制御することを特徴とする光出力制御装置。
【請求項２】
前記光出力最大化制御器は、
前記波長変換素子の温度特性を算出し、前記波長変換素子の光出力を最大にする温度を出力する温度特性同定器と、
前記温度検出値と温度特性同定器からの出力温度との差分を計算する差分検出器と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光出力制御装置。
【請求項３】
前記光出力最大化制御器は、前記温度検出値と前記光出力検出値から前記波長変換素子の温度特性を算出し、前記波長変換素子の光出力を最大にする温度を求めることを特徴とする請求項１に記載の光出力制御装置。
【請求項４】
前記光出力制御装置は、レーザ光源の光出力制御装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光出力制御装置。
【請求項５】
（ａ）波長変換素子の設計時の光出力が最大となる最適温度を、前記波長変換素子を温度制御するための温度目標値Ｔｍ＊に設定するステップと、
（ｂ）前記波長変換素子の温度Ｔ１を検出するステップと、
（ｃ）前記波長変換素子の光出力Ｐ１を検出するステップと、
（ｄ）前記波長変換素子の設計時の前記最適温度Ｔｍ＊を仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐとするステップと、
（ｅ）検出した前記温度Ｔ１と、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐと、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、検出した前記温度における光出力Ｐｔｍｐを算出するステップと、
（ｆ）算出した前記光出力Ｐｔｍｐと検出した前記光出力Ｐ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていない場合には、検出した前記光出力Ｐ１と算出した前記光出力Ｐｔｍｐとの大小を判定するステップと、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値（Ｔｔｍｐ−ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｉ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐに所定温度ΔＴを加算した値（Ｔｔｍｐ＋ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｊ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ以内に入っている場合には、その時点の仮の最適温度Ｔｔｍｐを最適温度Ｔｍとして出力するステップと、
（ｋ）前記最適温度Ｔｍと前記設計時の最適温度Ｔｍ＊との温度差ΔＴｍを算出するステップと、
（ｌ）前記温度目標値Ｔｍ＊に前記温度差ΔＴｍを加算して、更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように前記波長変換素子を温度制御するステップと、
を含むことを特徴とする波長変換素子の光出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、日本国に２００７年３月１９日に出願した特願２００７−７０４３３号の日本特許出願を優先権主張の基礎とするものであり、この日本特許出願の内容は本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。【０００２】
本発明は、光出力制御装置、特に、ディスプレイに用いる波長変換素子を用いたレーザ光源の光出力制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
波長変換素子を用いたレーザ光源装置では、波長変換素子から出力される光出力を最大にするために波長変換素子を最適な温度に保つことが要求される。波長変換素子には、光出力が最大となる温度（以後、「最適温度」と呼ぶ。）が存在して、その最適温度を中心としてそれより高温側及び低温側で光出力が低下していく山なりの温度特性を持つ。最適温度は、波長変換素子自身の特性や入力されるレーザ光の波長により決まる。従って、波長変換素子の温度が変動したり、入力するレーザ光の波長が変動したりすると最適温度が変化する。【０００４】
これに対して、従来では、温度を変化させて光出力が最大となる温度を求めることにより温度の最適値を探していた（例えば、特許文献１参照。）。これは、温度を少しずつ変化させてそのときの光出力を検出して、検出された値を比較する動作を繰り返し、光が最大となる温度を探して最適温度とするものである。この動作を続けることにより常に光出力を最大に近い値に保とうとするものである。【０００５】
図６は、特許文献１に記載された、従来の波長変換素子（ＫＴＰ結晶）の温度制御装置の構成を示すブロック図である。その構成を簡単に説明する。この信号処理装置は、温度指令値と温度検出器５からの温度検出値との差分を求め、加熱・冷却器１２を駆動するための適当な制御量を出力する温度制御器１１と、その出力でＫＴＰ結晶７１を加熱・冷却する加熱・冷却器１２と、ＫＴＰ結晶７１の温度を検出する温度検出器５と、温度設定値を変えるための設定温度制御ブロック７２と、そのブロックの出力を温度目標値に加算する加算器４とからなる。設定温度制御ブロック７２で温度目標値を変化させる値を出力し、温度目標値に加算することで温度目標値を変化させ、そのときの光出力を検出して比較する動作を繰り返し、光が最大となる温度を探して最適温度とする。そしてこの動作を続けることにより常に光出力を最大に近い値に保とうとするものである。【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の方法は波長変換素子の温度を変化させて光出力を変動させることにより最適温度を探すため、光出力が常に変動するという課題があった。また、温度を変化させるには一般に時間がかかるので最適温度が見つかるまでに時間を要するという課題があった。そのため、ディスプレイの光源として用いた場合には輝度が変化したり、輝度が安定するまでに時間がかかったりして好ましくない。【０００８】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、最適温度を探すために光出力を変動させず、最適温度を探すまでの時間が短い波長変換素子の光出力制御装置及び光出力制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る光出力制御装置は、励起レーザ光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を温度制御する加熱・冷却器と、
前記波長変換素子の温度を検出する温度検出器と、
温度目標値と前記温度検出値とが一致するように前記加熱・冷却器を制御する温度制御器と、
前記波長変換素子の光出力を検出する光出力検出器と、
前記光出力検出器によって検出した前記光出力と前記温度検出器によって検出した前記温度検出値とから、前記光出力を最大にする温度を求めて、前記温度検出値との温度差を出力する光出力最大化制御器と、
前記光出力最大化制御器からの出力である温度差を前記温度目標値に加算する加算器と、
を備え、
前記温度目標値に前記温度差を加算して温度目標値を補正して前記光出力を最大にする温度に制御することを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る波長変換素子の光出力制御方法は、
（ａ）波長変換素子の設計時の光出力が最大となる最適温度を、前記波長変換素子を温度制御するための温度目標値Ｔｍ＊に設定するステップと、
（ｂ）前記波長変換素子の温度Ｔ１を検出するステップと、
（ｃ）前記波長変換素子の光出力Ｐ１を検出するステップと、
（ｄ）前記波長変換素子の設計時の前記最適温度Ｔｍ＊を仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐとするステップと、
（ｅ）検出した前記温度Ｔ１と、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐと、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、検出した前記温度における光出力Ｐｔｍｐを算出するステップと、
（ｆ）算出した前記光出力Ｐｔｍｐと検出した前記光出力Ｐ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていない場合には、検出した前記光出力Ｐ１と算出した前記光出力Ｐｔｍｐとの大小を判定するステップと、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値（Ｔｔｍｐ−ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｉ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐに所定温度ΔＴを加算した値（Ｔｔｍｐ＋ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｊ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ以内に入っている場合には、その時点の仮の最適温度Ｔｔｍｐを最適温度Ｔｍとして出力するステップと、
（ｋ）前記最適温度Ｔｍと前記設計時の最適温度Ｔｍ＊との温度差ΔＴｍを算出するステップと、
（ｌ）前記温度目標値Ｔｍ＊に前記温度差ΔＴｍを加算して、更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように前記波長変換素子を温度制御するステップと、
を含むことを特徴とする。【００１１】
本発明に係る光出力制御装置は、温度指令値と温度検出器５からの温度検出値との差分を求め、加熱・冷却器１２を駆動するための適当な制御量を出力する温度制御器１１と、その出力で波長変換素子２を加熱・冷却する加熱・冷却器１２と、波長変換素子２の温度を検出する温度検出器５と、からなる従来の温度制御装置１と、波長変換素子２から発するレーザの光出力を検出する光出力検出器６と、温度検出器５から出力される温度検出値と、光出力検出器６から出力される光出力検出値とから波長変換素子の最適温度を得る温度特性同定器３１と、温度特性同定器３１で求めた最適温度と温度検出値との差を求める差分検出器３２と、温度目標補正値にこの差分を加算する加算器４とからなる。【００１２】
温度目標値に、温度特性同定器３１から出力される波長変換素子２の最適温度と温度検出値との差分を加えて新たな温度目標値を得て、温度制御装置１で波長変換素子２の温度が新たな温度目標値に一致するように制御する。波長変換素子２から出力される光出力と温度検出値とから、予め分かっている波長変換素子２の温度−光出力特性の関係式を用いて波長変換素子２の温度特性を算出し、その結果から波長変換素子２の光出力が最大になる温度を求めて最適温度として出力する。この最適温度と温度検出値との差を差分検出器３２で演算し、それを温度目標値に加算器４で加算して新たな温度目標値を得て温度制御をする動作を連続して行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光出力制御装置によれば、温度を変化させながら光出力が最大になる温度を常に調べ続けるという動作を不要とすることができる。また、波長変換素子が固有の温度特性を持つことを利用して、光出力検出値と温度検出値とから現在の動作状態での光出力が最大になる温度を求めてその温度に保つように制御することができる。これにより、温度を変化させる過程で光出力が変化するのを防ぎ、常に安定した光出力を出力する光源として使用することができることを特徴とする。【００１４】
本発明の装置によれば、温度をわざと変化させて光出力を変化させて最適温度を探さなくても、現在の波長変換素子の温度特性の把握により、光出力を最大にする最適温度を知ることができ、その温度に制御して光出力を最大にすることができる。【００１５】
また、波長変換素子の動作中の特性の変動に対し、検出した波長変換素子の温度と光出力から、温度特性の同定を随時行うことで常に最適温度に制御し、光出力を最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光出力制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、波長変換素子の光出力の温度特性を示す図であり、（ｂ）は、光出力の最大値付近の拡大図である。
【図３】（ａ）は、波長変換素子の最適温度Ｔｍが設計値Ｔｍ＊からずれている様子を示す概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における説明図である。
【図４】光出力最大化制御器において光出力が最大となる最適温度を求める方法のフローチャートである。
【図５】（ａ）は、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０であるときの様子を示す概略図であり、（ｂ）は、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＜０であるときの様子を示す概略図である。
【図６】従来の波長変換素子（ＫＴＰ結晶）の温度制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る光出力制御装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光出力制御装置のブロック図である。この光出力制御装置は、波長変換素子２と、温度検出器５と、光出力検出器６と、温度制御装置１と、光出力最大化制御器３と、加算器４とを備える。波長変換素子２は、レーザ光源（図示せず）からの励起レーザ光を波長変換して出力する。温度検出器５は、波長変換素子の温度を検出する。光出力検出器６は、波長変換素子の光出力を検出する。温度制御装置１は、波長変換素子２を温度制御する加熱・冷却器１２と、温度目標値と温度検出値とが一致するように加熱・冷却器１２を制御する温度制御器１１とを備える。光出力最大化制御器３は、光出力検出器６によって検出した光出力と温度検出器５によって検出した温度検出値とから、光出力を最大にする温度を求めて、温度検出値との温度差を出力する。加算器４は、光出力最大化制御器３からの出力である温度差を温度目標値に加算する。【００１９】
また、光出力最大化制御器３は、温度検出器５からの温度検出値と光出力検出器６からの光出力検出値とから最適温度を得る温度特性同定器３１と、温度特性同定器３１によって得られた最適温度と温度検出値との差を得る差分検出器とを備える。【００２０】
この光出力制御装置の動作の概略について説明する。まず、加熱・冷却器１２で波長変換素子２を加熱・冷却し、温度検出器５で波長変換素子２の温度を検出して温度検出値を得る。一方、波長変換素子２の光出力を光出力検出器６で検出して光出力検出値を得る。温度検出値と光出力検出値を用いて光出力最大化制御器３で最適温度を求めると共に、その最適温度と温度検出値との差を求める。その後、加算器４で温度目標値に上記温度差を加算して温度制御器１１に入力して、この出力で加熱・冷却器１２を制御する。【００２１】
さらに、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて、波長変換素子２の光出力の温度特性を説明する。図２（ａ）は、波長変換素子２の出力の温度特性を示す図である。波長変換素子２は、ある温度を中心に光出力が最大になり、その温度の高温側、低温側の両側で光出力は急激に減少する温度特性をもつ。この光出力の温度特性を表す曲線形状は一般にｓｉｎｃ関数で表されることが知られている。図２の（ｂ）は、光出力の最大値近辺の拡大図である。ここで、光出力が最大となる最適温度とそのときの光出力の設計値をそれぞれＴｍ＊、Ｐｍ＊とする。【００２２】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、波長変換素子２の光出力の温度特性が設計時とはずれている場合における光出力最大化制御器３の動作を説明する。図３（ａ）は、波長変換素子２の最適温度Ｔｍが設計値Ｔｍ＊からずれている様子を示す概略図である。設計時の最適温度をＴｍ＊とした時の温度特性の計算値を実線で示し、実際の温度特性を破線で示す。最適温度Ｔｍ＊のとき最大光出力Ｐｍ＊が得られ、任意の温度Ｔのときの光出力Ｐは、Ｔ、Ｔｍ＊、
Ｐｍ＊をパラメータとする関数、Ｐ＝ｆ（Ｔ、Ｔｍ＊、Ｐｍ＊）と表される。破線で表される実際の特性では、最適温度がＴｍ、そのときの光出力はＰｍ＊であるとする。このとき最適温度をＴｍ＊として温度制御すると、図３（ｂ）に示すように光出力は最大値Ｐｍ＊より小さい値であるＰｍになってしまう。そこで、温度検出値Ｔ１とそのときの光出力検出値Ｐ１に対して最適温度をＴｍとすると、
Ｐ１＝ｆ（Ｔ１、Ｔｍ、Ｐｍ＊）
という関係になることを利用すると、Ｔ１、Ｐ１、Ｐｍ＊からＴｍを求めることができる。【００２３】
図４は、光出力最大化制御器３の温度特性同定器３１において、最適温度Ｔｍを求める処理のフローチャートである。
（ａ）まず、波長変換素子２の温度検出値Ｔ１、光検出値Ｐ１を得る［Ａ］。
（ｂ）設計時の最適温度Ｔｍ＊を仮の最適温度Ｔｔｍｐとして設定する（Ｔｔｍｐ＝Ｔｍ＊）［Ｂ］。
（ｃ）温度検出値Ｔ１、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐ、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、
Ｐｔｍｐ＝ｆ（Ｔ１、Ｔｔｍｐ、Ｐｍ＊）
から光出力Ｐｔｍｐを得る［Ｃ］。
（ｄ）このＰｔｍｐとＰ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定する［Ｄ］。
（ｅ）絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていなければＰ１とＰｔｍｐとの大小を判定する［Ｅ］。
（ｆ）Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０であるときの様子を図５（ａ）に示す。実線は最適温度をＴｔｍｐとした時の計算値を示し、破線は実際値を示す。この場合は、図５（ａ）に示すように実際の最適温度Ｔｍは仮の温度Ｔｔｍｐより低いところにある。よってＴｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値を新たなＴｔｍｐとする［Ｆ］。その後、［Ｃ］に戻る。
ここでは、最適温度のずれは小さいものとし、実際の最適温度Ｔｍと設計時の最適温度Ｔｍ＊とは、温度Ｔ１からみて同じ側にあるものとしている。
（ｇ）一方、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０であるときの様子を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）と同様に実線で最適温度をＴｔｍｐとした時の計算値を示し、破線で実際値を示す。この場合は図５（ｂ）に示すように実際の最適温度Ｔｍは仮の温度Ｔｔｍｐより高いところにある。よってＴｔｍｐに所定温度ΔＴを加算して新たなＴｔｍｐとする［Ｇ］。その後、［Ｃ］に戻る。
（ｈ）一方、判定［Ｄ］でΔＰ以内に入っていれば、その時のＴｔｍｐをＴｍとして終了する［Ｈ］。これで最適温度Ｔｍが求まる。
以上の処理を定期的に実施することにより、波長変換素子２の光出力の温度特性が設計時とずれる場合があっても最新の最適温度Ｔｍを求めることができる。【００２４】
この光出力制御装置における制御方法では、上記最適温度Ｔｍが得られた後、次のようにして波長変換素子２の光出力が最大となるように制御する。
（１）上記最適温度Ｔｍと検出温度Ｔ１との差ΔＴｍを差分検出器３２で求めて出力する。なお、この検出温度Ｔ１は、温度制御器１１によって温度制御され、ほぼ温度目標値Ｔｍ＊と一致しているものとする。したがって、ΔＴｍ＝Ｔｍ−Ｔｍ＊となる。
（２）温度目標値Ｔｍ＊に上記ΔＴｍを加算器４で加算して、温度目標値を更新する。
（３）更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように温度制御装置１で波長変換素子２を温度制御する。温度制御の結果、（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）は実際の最適温度Ｔｍとほぼ一致するので、波長変換素子２１の光出力を最大値Ｐｍ＊とすることができる。【００２５】
上述の通り、本発明は好ましい実施の形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る光出力制御装置は、最適温度を得るために波長変換素子の制御温度を振って光出力を可変することなく光出力を最大にする最適温度に制御することができ、また、最適温度の変動にも追従することができる。そこで、この光出力制御装置をディスプレイの光源に使用した場合にも、輝度をふらつかせることなく最適温度に制御して光出力を最大化することができる。
【図１】
2008114492.tif 000003
【図２】
2008114492.tif 000004
【図３】
2008114492.tif 000005
【図４】
2008114492.tif 000006
【図５】
2008114492.tif 000007
【図６】
2008114492.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月11日(2009.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、日本国に２００７年３月１９日に出願した特願２００７−７０４３３号の日本特許出願を優先権主張の基礎とするものであり、この日本特許出願の内容は本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。
【０００２】
本発明は、光出力制御装置、特に、ディスプレイに用いる波長変換素子を用いたレーザ光源の光出力制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
波長変換素子を用いたレーザ光源装置では、波長変換素子から出力される光出力を最大にするために波長変換素子を最適な温度に保つことが要求される。波長変換素子には、光出力が最大となる温度（以後、「最適温度」と呼ぶ。）が存在して、その最適温度を中心としてそれより高温側及び低温側で光出力が低下していく山なりの温度特性を持つ。最適温度は、波長変換素子自身の特性や入力されるレーザ光の波長により決まる。従って、波長変換素子の温度が変動したり、入力するレーザ光の波長が変動したりすると最適温度が変化する。
【０００４】
これに対して、従来では、温度を変化させて光出力が最大となる温度を求めることにより温度の最適値を探していた（例えば、特許文献１参照。）。これは、温度を少しずつ変化させてそのときの光出力を検出して、検出された値を比較する動作を繰り返し、光が最大となる温度を探して最適温度とするものである。この動作を続けることにより常に光出力を最大に近い値に保とうとするものである。
【０００５】
図６は、特許文献１に記載された、従来の波長変換素子（ＫＴＰ結晶）の温度制御装置の構成を示すブロック図である。その構成を簡単に説明する。この信号処理装置は、温度指令値と温度検出器５からの温度検出値との差分を求め、加熱・冷却器１２を駆動するための適当な制御量を出力する温度制御器１１と、その出力でＫＴＰ結晶７１を加熱・冷却する加熱・冷却器１２と、ＫＴＰ結晶７１の温度を検出する温度検出器５と、温度設定値を変えるための設定温度制御ブロック７２と、そのブロックの出力を温度目標値に加算する加算器４とからなる。設定温度制御ブロック７２で温度目標値を変化させる値を出力し、温度目標値に加算することで温度目標値を変化させ、そのときの光出力を検出して比較する動作を繰り返し、光が最大となる温度を探して最適温度とする。そしてこの動作を続けることにより常に光出力を最大に近い値に保とうとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の方法は波長変換素子の温度を変化させて光出力を変動させることにより最適温度を探すため、光出力が常に変動するという課題があった。また、温度を変化させるには一般に時間がかかるので最適温度が見つかるまでに時間を要するという課題があった。そのため、ディスプレイの光源として用いた場合には輝度が変化したり、輝度が安定するまでに時間がかかったりして好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、最適温度を探すために光出力を変動させず、最適温度を探すまでの時間が短い波長変換素子の光出力制御装置及び光出力制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る光出力制御装置は、励起レーザ光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を温度制御する加熱・冷却器と、
前記波長変換素子の温度を検出する温度検出器と、
温度目標値と前記温度検出値とが一致するように前記加熱・冷却器を制御する温度制御器と、
前記波長変換素子の光出力を検出する光出力検出器と、
前記光出力検出器によって検出した前記光出力と前記温度検出器によって検出した前記温度検出値とから、前記光出力を最大にする温度を求めて、前記温度検出値との温度差を出力する光出力最大化制御器と、
前記光出力最大化制御器からの出力である温度差を前記温度目標値に加算する加算器と、
を備え、
前記温度目標値に前記温度差を加算して温度目標値を補正して前記光出力を最大にする温度に制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る波長変換素子の光出力制御方法は、
（ａ）波長変換素子の設計時の光出力が最大となる最適温度を、前記波長変換素子を温度制御するための温度目標値Ｔｍ＊に設定するステップと、
（ｂ）前記波長変換素子の温度Ｔ１を検出するステップと、
（ｃ）前記波長変換素子の光出力Ｐ１を検出するステップと、
（ｄ）前記波長変換素子の設計時の前記最適温度Ｔｍ＊を仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐとするステップと、
（ｅ）検出した前記温度Ｔ１と、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐと、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、検出した前記温度における光出力Ｐｔｍｐを算出するステップと、
（ｆ）算出した前記光出力Ｐｔｍｐと検出した前記光出力Ｐ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていない場合には、検出した前記光出力Ｐ１と算出した前記光出力Ｐｔｍｐとの大小を判定するステップと、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値（Ｔｔｍｐ−ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｉ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐに所定温度ΔＴを加算した値（Ｔｔｍｐ＋ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｊ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ以内に入っている場合には、その時点の仮の最適温度Ｔｔｍｐを最適温度Ｔｍとして出力するステップと、
（ｋ）前記最適温度Ｔｍと前記設計時の最適温度Ｔｍ＊との温度差ΔＴｍを算出するステップと、
（ｌ）前記温度目標値Ｔｍ＊に前記温度差ΔＴｍを加算して、更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように前記波長変換素子を温度制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光出力制御装置は、温度指令値と温度検出器５からの温度検出値との差分を求め、加熱・冷却器１２を駆動するための適当な制御量を出力する温度制御器１１と、その出力で波長変換素子２を加熱・冷却する加熱・冷却器１２と、波長変換素子２の温度を検出する温度検出器５と、からなる従来の温度制御装置１と、波長変換素子２から発するレーザの光出力を検出する光出力検出器６と、温度検出器５から出力される温度検出値と、光出力検出器６から出力される光出力検出値とから波長変換素子の最適温度を得る温度特性同定器３１と、温度特性同定器３１で求めた最適温度と温度検出値との差を求める差分検出器３２と、温度目標補正値にこの差分を加算する加算器４とからなる。
【００１２】
温度目標値に、温度特性同定器３１から出力される波長変換素子２の最適温度と温度検出値との差分を加えて新たな温度目標値を得て、温度制御装置１で波長変換素子２の温度が新たな温度目標値に一致するように制御する。波長変換素子２から出力される光出力と温度検出値とから、予め分かっている波長変換素子２の温度−光出力特性の関係式を用いて波長変換素子２の温度特性を算出し、その結果から波長変換素子２の光出力が最大になる温度を求めて最適温度として出力する。この最適温度と温度検出値との差を差分検出器３２で演算し、それを温度目標値に加算器４で加算して新たな温度目標値を得て温度制御をする動作を連続して行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光出力制御装置によれば、温度を変化させながら光出力が最大になる温度を常に調べ続けるという動作を不要とすることができる。また、波長変換素子が固有の温度特性を持つことを利用して、光出力検出値と温度検出値とから現在の動作状態での光出力が最大になる温度を求めてその温度に保つように制御することができる。これにより、温度を変化させる過程で光出力が変化するのを防ぎ、常に安定した光出力を出力する光源として使用することができることを特徴とする。
【００１４】
本発明の装置によれば、温度をわざと変化させて光出力を変化させて最適温度を探さなくても、現在の波長変換素子の温度特性の把握により、光出力を最大にする最適温度を知ることができ、その温度に制御して光出力を最大にすることができる。
【００１５】
また、波長変換素子の動作中の特性の変動に対し、検出した波長変換素子の温度と光出力から、温度特性の同定を随時行うことで常に最適温度に制御し、光出力を最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光出力制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、波長変換素子の光出力の温度特性を示す図であり、（ｂ）は、光出力の最大値付近の拡大図である。
【図３】（ａ）は、波長変換素子の最適温度Ｔｍが設計値Ｔｍ＊からずれている様子を示す概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における説明図である。
【図４】光出力最大化制御器において光出力が最大となる最適温度を求める方法のフローチャートである。
【図５】（ａ）は、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０であるときの様子を示す概略図であり、（ｂ）は、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＜０であるときの様子を示す概略図である。
【図６】従来の波長変換素子（ＫＴＰ結晶）の温度制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る光出力制御装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光出力制御装置のブロック図である。この光出力制御装置は、波長変換素子２と、温度検出器５と、光出力検出器６と、温度制御装置１と、光出力最大化制御器３と、加算器４とを備える。波長変換素子２は、レーザ光源（図示せず）からの励起レーザ光を波長変換して出力する。温度検出器５は、波長変換素子の温度を検出する。光出力検出器６は、波長変換素子の光出力を検出する。温度制御装置１は、波長変換素子２を温度制御する加熱・冷却器１２と、温度目標値と温度検出値とが一致するように加熱・冷却器１２を制御する温度制御器１１とを備える。光出力最大化制御器３は、光出力検出器６によって検出した光出力と温度検出器５によって検出した温度検出値とから、光出力を最大にする温度を求めて、温度検出値との温度差を出力する。加算器４は、光出力最大化制御器３からの出力である温度差を温度目標値に加算する。
【００１９】
また、光出力最大化制御器３は、温度検出器５からの温度検出値と光出力検出器６からの光出力検出値とから最適温度を得る温度特性同定器３１と、温度特性同定器３１によって得られた最適温度と温度検出値との差を得る差分検出器とを備える。
【００２０】
この光出力制御装置の動作の概略について説明する。まず、加熱・冷却器１２で波長変換素子２を加熱・冷却し、温度検出器５で波長変換素子２の温度を検出して温度検出値を得る。一方、波長変換素子２の光出力を光出力検出器６で検出して光出力検出値を得る。温度検出値と光出力検出値を用いて光出力最大化制御器３で最適温度を求めると共に、その最適温度と温度検出値との差を求める。その後、加算器４で温度目標値に上記温度差を加算して温度制御器１１に入力して、この出力で加熱・冷却器１２を制御する。
【００２１】
さらに、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて、波長変換素子２の光出力の温度特性を説明する。図２（ａ）は、波長変換素子２の出力の温度特性を示す図である。波長変換素子２は、ある温度を中心に光出力が最大になり、その温度の高温側、低温側の両側で光出力は急激に減少する温度特性をもつ。この光出力の温度特性を表す曲線形状は一般にｓｉｎｃ関数で表されることが知られている。図２の（ｂ）は、光出力の最大値近辺の拡大図である。ここで、光出力が最大となる最適温度とそのときの光出力の設計値をそれぞれＴｍ＊、Ｐｍ＊とする。
【００２２】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、波長変換素子２の光出力の温度特性が設計時とはずれている場合における光出力最大化制御器３の動作を説明する。図３（ａ）は、波長変換素子２の最適温度Ｔｍが設計値Ｔｍ＊からずれている様子を示す概略図である。設計時の最適温度をＴｍ＊とした時の温度特性の計算値を実線で示し、実際の温度特性を破線で示す。最適温度Ｔｍ＊のとき最大光出力Ｐｍ＊が得られ、任意の温度Ｔのときの光出力Ｐは、Ｔ、Ｔｍ＊、Ｐｍ＊をパラメータとする関数、Ｐ＝ｆ（Ｔ、Ｔｍ＊、Ｐｍ＊）と表される。破線で表される実際の特性では、最適温度がＴｍ、そのときの光出力はＰｍ＊であるとする。このとき最適温度をＴｍ＊として温度制御すると、図３（ｂ）に示すように光出力は最大値Ｐｍ＊より小さい値であるＰｍになってしまう。そこで、温度検出値Ｔ１とそのときの光出力検出値Ｐ１に対して最適温度をＴｍとすると、
Ｐ１＝ｆ（Ｔ１、Ｔｍ、Ｐｍ＊）
という関係になることを利用すると、Ｔ１、Ｐ１、Ｐｍ＊からＴｍを求めることができる。
【００２３】
図４は、光出力最大化制御器３の温度特性同定器３１において、最適温度Ｔｍを求める処理のフローチャートである。
（ａ）まず、波長変換素子２の温度検出値Ｔ１、光検出値Ｐ１を得る［Ａ］。
（ｂ）設計時の最適温度Ｔｍ＊を仮の最適温度Ｔｔｍｐとして設定する（Ｔｔｍｐ＝Ｔｍ＊）［Ｂ］。
（ｃ）温度検出値Ｔ１、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐ、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、
Ｐｔｍｐ＝ｆ（Ｔ１、Ｔｔｍｐ、Ｐｍ＊）
から光出力Ｐｔｍｐを得る［Ｃ］。
（ｄ）このＰｔｍｐとＰ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定する［Ｄ］。
（ｅ）絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていなければＰ１とＰｔｍｐとの大小を判定する［Ｅ］。
（ｆ）Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０であるときの様子を図５（ａ）に示す。実線は最適温度をＴｔｍｐとした時の計算値を示し、破線は実際値を示す。この場合は、図５（ａ）に示すように実際の最適温度Ｔｍは仮の温度Ｔｔｍｐより低いところにある。よってＴｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値を新たなＴｔｍｐとする［Ｆ］。その後、［Ｃ］に戻る。
ここでは、最適温度のずれは小さいものとし、実際の最適温度Ｔｍと設計時の最適温度Ｔｍ＊とは、温度Ｔ１からみて同じ側にあるものとしている。
（ｇ）一方、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０であるときの様子を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）と同様に実線で最適温度をＴｔｍｐとした時の計算値を示し、破線で実際値を示す。この場合は図５（ｂ）に示すように実際の最適温度Ｔｍは仮の温度Ｔｔｍｐより高いところにある。よってＴｔｍｐに所定温度ΔＴを加算して新たなＴｔｍｐとする［Ｇ］。その後、［Ｃ］に戻る。
（ｈ）一方、判定［Ｄ］でΔＰ以内に入っていれば、その時のＴｔｍｐをＴｍとして終了する［Ｈ］。これで最適温度Ｔｍが求まる。
以上の処理を定期的に実施することにより、波長変換素子２の光出力の温度特性が設計時とずれる場合があっても最新の最適温度Ｔｍを求めることができる。
【００２４】
この光出力制御装置における制御方法では、上記最適温度Ｔｍが得られた後、次のようにして波長変換素子２の光出力が最大となるように制御する。
（１）上記最適温度Ｔｍと検出温度Ｔ１との差ΔＴｍを差分検出器３２で求めて出力する。なお、この検出温度Ｔ１は、温度制御器１１によって温度制御され、ほぼ温度目標値Ｔｍ＊と一致しているものとする。したがって、ΔＴｍ＝Ｔｍ−Ｔｍ＊となる。
（２）温度目標値Ｔｍ＊に上記ΔＴｍを加算器４で加算して、温度目標値を更新する。
（３）更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように温度制御装置１で波長変換素子２を温度制御する。温度制御の結果、（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）は実際の最適温度Ｔｍとほぼ一致するので、波長変換素子２１の光出力を最大値Ｐｍ＊とすることができる。
【００２５】
上述の通り、本発明は好ましい実施の形態により詳細に説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内において多くの好ましい変形例及び修正例が可能であることは当業者にとって自明なことであろう。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る光出力制御装置は、最適温度を得るために波長変換素子の制御温度を振って光出力を可変することなく光出力を最大にする最適温度に制御することができ、また、最適温度の変動にも追従することができる。そこで、この光出力制御装置をディスプレイの光源に使用した場合にも、輝度をふらつかせることなく最適温度に制御して光出力を最大化することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を温度制御する加熱・冷却器と、
前記波長変換素子の温度を検出する温度検出器と、
温度目標値と前記温度検出器で検出した温度検出値とが一致するように前記加熱・冷却器を制御する温度制御器と、
前記波長変換素子の光出力を検出する光出力検出器と、
前記光出力検出器によって検出した前記光出力と前記温度検出器によって検出した前記温度検出値とから、前記光出力を最大にする温度を求めて、前記温度検出値との温度差を出力する光出力最大化制御器と、
前記光出力最大化制御器からの出力である温度差を前記温度目標値に加算する加算器と、
を備え、
前記温度目標値に前記温度差を加算して温度目標値を補正して前記光出力を最大にする温度に制御することを特徴とする光出力制御装置。
【請求項２】
前記光出力最大化制御器は、
前記波長変換素子の温度特性を算出し、前記波長変換素子の光出力を最大にする温度を出力する温度特性同定器と、
前記温度検出値と温度特性同定器からの出力温度との差分を計算する差分検出器と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光出力制御装置。
【請求項３】
前記光出力最大化制御器は、前記温度検出器で検出した前記温度検出値と前記光出力検出器で検出した前記光出力から前記波長変換素子の温度特性を算出し、前記波長変換素子の光出力を最大にする温度を求めることを特徴とする請求項１に記載の光出力制御装置。
【請求項４】
前記光出力制御装置は、レーザ光源の光出力制御装置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光出力制御装置。
【請求項５】
（ａ）波長変換素子の設計時の光出力が最大となる最適温度を、前記波長変換素子を温度制御するための温度目標値Ｔｍ＊に設定するステップと、
（ｂ）前記波長変換素子の温度Ｔ１を検出するステップと、
（ｃ）前記波長変換素子の光出力Ｐ１を検出するステップと、
（ｄ）前記波長変換素子の設計時の前記最適温度Ｔｍ＊を仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐとするステップと、
（ｅ）検出した前記温度Ｔ１と、仮に設定した最適温度Ｔｔｍｐと、最大光出力Ｐｍ＊を用いて、検出した前記温度における光出力Ｐｔｍｐを算出するステップと、
（ｆ）算出した前記光出力Ｐｔｍｐと検出した前記光出力Ｐ１との差の絶対値がある範囲ΔＰ内に入るか否かを判定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ内に入っていない場合には、検出した前記光出力Ｐ１と算出した前記光出力Ｐｔｍｐとの大小を判定するステップと、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１―Ｐｔｍｐ＞０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐから所定温度ΔＴを差し引いた値（Ｔｔｍｐ−ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｉ）前記ステップ（ｇ）で、Ｐ１−Ｐｔｍｐ＜０である場合には、前記仮の最適温度Ｔｔｍｐに所定温度ΔＴを加算した値（Ｔｔｍｐ＋ΔＴ）を新たなＴｔｍｐとして置き換えて、ステップ（ｅ）に戻り、
（ｊ）前記ステップ（ｆ）で前記絶対値が所定範囲ΔＰ以内に入っている場合には、その時点の仮の最適温度Ｔｔｍｐを最適温度Ｔｍとして出力するステップと、
（ｋ）前記最適温度Ｔｍと前記設計時の最適温度Ｔｍ＊との温度差ΔＴｍを算出するステップと、
（ｌ）前記温度目標値Ｔｍ＊に前記温度差ΔＴｍを加算して、更新後の温度目標値（Ｔｍ＊＋ΔＴｍ）になるように前記波長変換素子を温度制御するステップと、
を含むことを特徴とする波長変換素子の光出力制御方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008114492.tif 000009
【図２】
2008114492.tif 000010
【図３】
2008114492.tif 000011
【図４】
2008114492.tif 000012
【図５】
2008114492.tif 000013
【図６】
2008114492.tif 000014
【国際調査報告】
2008114492.tif 000015
2008114492.tif 000016