(57)【要約】  レーザ光源装置の寿命劣化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。レーザ光源装置は、複数の半導体レーザ素子を有するレーザバンクと、レーザバンクの複数の半導体レーザ素子に電流を流す駆動部と、レーザバンクから出力された光量を検出する光量検出部と、レーザバンクの温度を検出する温度検出部と、検出された温度に基づいて電流制限値を決定し、検出された光量と電流制限値とに基づいて駆動部の電流を制御する制御部とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザ素子＜１ａ＞を有するレーザバンク＜１＞と、
前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に電流を流す駆動部＜２＞と、
前記レーザバンクから出力された光量を検出する光量検出部＜４＞と、
前記レーザバンクの温度を検出する温度検出部＜６＞と、
前記温度検出部で検出された温度に基づいて、前記駆動部の前記電流の制限値である電流制限値を決定し、前記光量検出部で検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記駆動部の前記電流を制御する制御部＜９＞と
を備える、レーザ光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源装置であって、
前記制御部＜９＞は、
光出力自動制御として、前記光量検出部＜４＞で検出された前記光量に基づいて前記駆動部＜２＞の前記電流の電流値を決定し、前記電流値が前記電流制限値を超える場合に、前記電流制限値に基づいて前記駆動部の前記電流を制御する、レーザ光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ光源装置であって、
前記制御部＜９＞は、
光出力自動制御として、前記電流値が前記電流制限値を超えない場合に、前記電流値に基づいて前記駆動部＜２＞の前記電流を制御する、レーザ光源装置。
【請求項４】
レーザ光源装置の制御方法であって、
複数の半導体レーザ素子＜１ａ＞を有するレーザバンク＜１＞の温度を検出し、
前記レーザバンクから出力された光量を検出し、
検出された前記レーザバンクの温度に基づいて、前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に流される電流の制限値である電流制限値を決定し、検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記電流を制御する、レーザ光源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子を備えるレーザ光源装置と、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置や表示装置の光源として、ランプに代わり半導体レーザ素子が光源として使われるようになってきている。半導体レーザ素子を複数使用することにより、ランプより大きな光出力を得ることができ、色再現範囲の拡大や光源寿命も長くすることができる。なお、半導体レーザ素子は温度による依存性が高く、低温であるほど高出力、高寿命を維持することが知られている。そのためペルチェ素子や水冷式の冷却機構等が、半導体レーザ素子の冷却手段として提案されている（特許文献１）。しかしながら、半導体レーザ素子の温度依存性を補償する手段としては、温度ではなく入力電流を自動調節して光出力を制御する光出力自動制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下「ＡＰＣ」と略記する）回路を用いた補償手段が一般的に採用されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９１５２６号公報
【特許文献２】特開平４−１２３４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、光源の光出力の増大により、多くの半導体レーザ素子が使用されるようになってきている。半導体レーザ素子の特徴として、低温では変換効率が高く、大きな光出力が得られるが、高温では変換効率が悪化し光出力が低下する。基本的に半導体レーザ素子は、変換効率の高い低温で使用することが望まれるが、低温時に光出力が大きくなりすぎた場合には、レーザ素子の端面にて衝撃的光学損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ：以下「ＣＯＤ」と略記する）が発生する可能性がある。しかも、パルス駆動をする場合には高速なＡＰＣで光出力を抑えて使用する必要がある。【０００５】
ここで、複数の半導体レーザ素子を使用するにあたり、特許文献１の図１の構成のように、個々の半導体レーザ素子に対して駆動回路とＡＰＣ回路とを１つずつ設けた場合には、回路規模が大きくなる。そこで、一つの駆動回路に、複数の半導体レーザ素子を接続し駆動する方法が考えられる。この場合、ＡＰＣとして、複数の半導体レーザ素子の出力の合計光量値で光出力が制御される。【０００６】
しかしながら、このような制御では、個々の半導体レーザ素子の光出力値を把握することができず、仮にいくつかの半導体レーザ素子の出力が極端に低かった場合、ＡＰＣにより全体の電流値が上昇し、光出力が低下していない他の半導体レーザ素子の光出力が極端に大きくなることがある。同様に、同一電流であっても半導体レーザ素子の温度が低い場合には、光出力が極端に大きくなることがある。これらの結果、ＣＯＤによる寿命劣化が発生するという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、レーザ光源装置の寿命劣化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ光源装置は、複数の半導体レーザ素子を有するレーザバンクと、前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に電流を流す駆動部と、前記レーザバンクから出力された光量を検出する光量検出部と、前記レーザバンクの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出された温度に基づいて、前記駆動部の前記電流の制限値である電流制限値を決定し、前記光量検出部で検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記駆動部の前記電流を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レーザバンクの温度に基づいて電流制限値を決定し、光量検出部で検出された光量と、電流制限値とに基づいて駆動部の電流を制御する。これにより、レーザ光源装置の寿命劣化を抑制することができる。【００１０】
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るレーザ光源装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体レーザバンクの別構成を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体レーザバンクの別構成を模式的に示す図である。
【図４】半導体レーザバンクの温度と電流制限値との関係の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るレーザ光源装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ光源装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。図１のレーザ光源装置１００は、レーザバンクである半導体レーザバンク１と、駆動部である駆動回路２と、ミラー３と、光量検出回路４と、光ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換回路）５と、温度検出部である温度検出回路６と、温度ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換回路）７と、冷却回路８と、これらを統括的に制御する制御部である制御回路９とを備える。
【００１３】
半導体レーザバンク１は、複数の半導体レーザ光源素子（半導体レーザ素子）１ａを有する。
【００１４】
駆動回路２は、半導体レーザバンク１の複数の半導体レーザ光源素子１ａに電流を流す。駆動回路２から複数の半導体レーザ光源素子１ａに流れる電流は制御回路９によって制御される。なお、駆動回路２からの電流（出力）は、パルス電流または直流電流のいずれでも構わない。
【００１５】
ここで、図１の半導体レーザバンク１では、複数の半導体レーザ光源素子１ａが直列に接続されているが、駆動回路２から各半導体レーザ光源素子１ａに電流が均一に流せるのであれば、これに限ったものではない。例えば、図２に示すように、複数の半導体レーザ光源素子１ａは並列に接続されてもよいし、図３に示すように、複数の半導体レーザ光源素子１ａは直列及び並列の組合せによって接続されてもよい。
【００１６】
半導体レーザバンク１（複数の半導体レーザ光源素子１ａ全体）から出力された光１１のうち、ミラー３によって反射された光１１ａは、レーザ光源装置１００の最終的な光出力として用いられ、ミラー３を透過した光１１ｂは、光量検出回路４に入射される。
【００１７】
光量検出回路４は、光１１ｂの光量を検出し、光ＡＤＣ５は、検出された光量のアナログ値をデジタル値に変換して制御回路９に出力する。制御回路９は、光ＡＤＣ５からの光量（光出力値）に基づいて、半導体レーザバンク１から出力された光１１の光量（またはレーザ光源装置１００の最終的な光１１ａの光量）を算出する。
【００１８】
以上のように構成された本実施の形態１では、半導体レーザバンク１から出力された光量を検出する光量検出部は、光量検出回路４、光ＡＤＣ５及び制御回路９から構成される。ただし、光量検出部は、このような構成に限ったものではなく、例えば光量検出回路４のみによって実現されてもよい。なお、以下では便宜上、光量検出回路４が、半導体レーザバンク１から出力された光量を検出するものとして説明する。
【００１９】
温度検出回路６は、例えば温度センサーからなり、半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）を検出する。なお、温度検出回路６は、一部の半導体レーザ光源素子１ａから検出された温度の平均値を、半導体レーザバンク１の温度として検出してもよいし、半導体レーザバンク１が複数の半導体レーザ光源素子１ａを覆うケースを有している場合には、当該ケースの温度を、半導体レーザバンク１の温度として検出してもよい。温度ＡＤＣ７は、温度検出回路６で検出された温度のアナログ値をデジタル値に変換して制御回路９に出力する。
【００２０】
冷却回路８は、半導体レーザバンク１を冷却可能に構成されている。冷却回路８には例えばペルチェ素子や水冷式の冷却機構等が適用される。
【００２１】
制御回路９は、レーザ光源装置１００の最終的な光出力（光１１ａ）が一定になるように、光量検出回路４等で検出された光量に基づいて駆動回路２の電流を制御する。また、制御回路９は、半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）が、例えば２５℃〜４５℃内で一定になるように、温度ＡＤＣ７からの温度（温度検出回路６で検出された温度）に基づいて、冷却回路８の冷却を制御する。
【００２２】
なお、処理回路である制御回路９は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサー、ＤＳＰともいう）であってもよい。なお、制御回路９は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、並列プログラム化したプロセッサー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。
【００２３】
ここで、外気温が低い場合の起動時には、半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）が低くなりすぎることがある。このような場合、半導体レーザ光源素子１ａからの光出力が過大となりＣＯＤ劣化を起こす可能性がある。
【００２４】
本実施の形態１では、これを回避するために、ＣＯＤによる破壊が起こらない電流制限値（駆動回路２の電流の制限値）を設け、制御回路９が、電流制限値に基づいて、半導体レーザ光源素子１ａへの電流を制限するように構成されている。
【００２５】
図４は、半導体レーザバンク１の温度と電流上限値（電流制限値）との関係の一例を示す図である。領域Ａの直線は、個々の半導体レーザ光源素子１ａがＣＯＤ劣化により必要寿命を満たさなくなるのを防止するための電流上限値を示す。領域Ｂは、個々の半導体レーザ光源素子１ａがＣＯＤ劣化と熱による緩慢劣化とにより必要寿命を満たさなくなるのを防止するための電流上限値を示す。領域Ｃの直線は、主に内部配線、部品等が許容できる電流上限値を示す。領域Ｄは、半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）の目標温度設定領域（ここでは２５℃から４５℃）である。
【００２６】
この図４の例では、半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）に対して、領域Ａ（第１温度範囲）と、領域Ａよりも温度が高い領域Ｂ（第２温度範囲）とが規定されている。そして、領域Ａ内の温度変化に対する電流上限値（電流制限値）の変化は、領域Ｂ内の温度変化に対する電流上限値（電流制限値）の変化よりも小さくなっている。なお、図４のグラフ、または、図４のグラフに相当するテーブルもしくは関数などは、例えば制御回路９内に記憶されているものとする。
【００２７】
ここで、制御回路９は、温度検出回路６で検出された温度に基づき、図４のグラフ、または、図４のグラフに相当するテーブルもしくは関数などを用いて電流制限値（電流上限値）を決定する。そして、制御回路９は、光量検出回路４で検出された光量と、決定した電流制限値（電流上限値）とに基づいて、駆動回路２の電流を制御する。
【００２８】
本実施の形態１では、制御回路９は、光出力自動制御を行うことによって、光量検出回路４で検出された光量に基づいて駆動回路２の電流の電流値を決定する。そして、制御回路９は、決定した電流値が電流制限値（電流上限値）を超える場合に、電流制限値に基づいて駆動回路２の電流を制御し、決定した電流値が電流制限値（電流上限値）を超えない場合に、決定した電流値に基づいて駆動回路２の電流を制御する。
【００２９】
図５は、本実施の形態１に係るレーザ光源装置１００の動作（ＡＰＣ、つまり光出力自動制御）を示すフローチャートである。
【００３０】
まずステップＳ１にて、制御回路９は、温度ＡＤＣ７を介して温度検出回路６から半導体レーザバンク１の温度（Ｔｍ）を取得し、図４のテーブルなどを用いて電流上限値（Ｉｄｍａｘ）を決定する。
【００３１】
ステップＳ２にて、制御回路９は、光量検出回路４等で検出された光量に基づいて、光１１の光量（または光１１ａの光量）を算出し、算出した光量が、目標光量と等しいか否かを判定する。等しいと判定した場合にはステップＳ１に戻り、等しくないと判定した場合にはステップＳ３に進む。
【００３２】
ステップＳ３にて、制御回路９は、算出した光量が目標光量よりも大きい場合には、駆動回路２の現状の電流値よりも低い電流値を、新電流値として決定し、算出した光量が目標光量よりも小さい場合には、駆動回路２の現状の電流値よりも高い電流値を、新電流値として決定する。
【００３３】
ステップＳ４にて、制御回路９は、ステップＳ３で決定した新電流値が、ステップＳ１で決定した電流上限値（Ｉｄｍａｘ）よりも小さいか否かを判定する。新電流値が電流上限値（Ｉｄｍａｘ）よりも小さいと判定した場合にはステップＳ５に進み、新電流値が電流上限値（Ｉｄｍａｘ）以上であると判定した場合にはステップＳ６に進む。
【００３４】
ステップＳ５にて、制御回路９は、ステップＳ３で決定した新電流値を駆動回路２に出力し、駆動回路２は、新電流値の電流を複数の半導体レーザ光源素子１ａに流す。その後、ステップＳ１に戻る。
【００３５】
ステップＳ６にて、制御回路９は、ステップＳ１で決定した電流上限値（Ｉｄｍａｘ）を駆動回路２に出力し、駆動回路２は、電流上限値（Ｉｄｍａｘ）の電流を複数の半導体レーザ光源素子１ａに流す。その後、ステップＳ１に戻る。
【００３６】
なお、制御回路９は、電流上限値（Ｉｄｍａｘ）が一定期間継続した場合は、目標光量の光出力を出せないと判定してもよい。そして、その際に、制御回路９は、目標光量を低下させてもよいし、図示しない音声出力装置にアラームを発報させてもよい。
【００３７】
以上のような本実施の形態１に係るレーザ光源装置１００によれば、電流制限値を用いて駆動回路２の電流を制限する。これにより、仮にいくつかの半導体レーザ素子の出力が極端に低かった場合、または、例えば立ち上がり動作時などにおいて半導体レーザ素子の温度が低い場合に、半導体レーザ素子の光出力が極端に大きくなることを防止することができる。したがって、ＣＯＤの発生を抑制することができ、寿命劣化を抑制することができる。また、本実施の形態１では、一つの駆動回路２及び一つの制御回路９によって、複数の半導体レーザ素子を駆動及び制御する。このため、複数の半導体レーザ素子のそれぞれに対して、高速ＡＰＣ回路や駆動回路を必要しないので、回路規模を小さくすることができる。
【００３８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【００３９】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体レーザバンク、１ａ  半導体レーザ光源素子、２  駆動回路、４  光量検出回路、６  温度検出回路、９  制御回路、１００  レーザ光源装置。
【図１】
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【図２】
2017154096.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月8日(2018.2.8)
【手続補正１】
【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】
複数の半導体レーザ素子を有するレーザバンクと、
前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に電流を流す駆動部と、
前記レーザバンクから出力された光量を検出する光量検出部と、
前記レーザバンクの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部で検出された温度に基づいて、前記駆動部の前記電流の制限値である電流制限値を決定し、前記光量検出部で検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記駆動部の前記電流を制御する制御部と
を備え、
前記レーザバンクの温度に対して、第１温度範囲と、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲とが規定され、
前記電流制限値は、前記第１温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化を防止するための電流上限値と、前記第２温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化と熱による緩慢劣化とを防止するための電流上限値とを有する、レーザ光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源装置であって、
前記制御部は、
光出力自動制御として、前記光量検出部で検出された前記光量に基づいて前記駆動部の前記電流の電流値を決定し、前記電流値が前記電流制限値を超える場合に、前記電流制限値に基づいて前記駆動部の前記電流を制御する、レーザ光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ光源装置であって、
前記制御部は、
光出力自動制御として、前記電流値が前記電流制限値を超えない場合に、前記電流値に基づいて前記駆動部の前記電流を制御する、レーザ光源装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ光源装置であって、
前記第１温度範囲内の温度変化に対する前記電流制限値の変化は、前記第２温度範囲内の温度変化に対する前記電流制限値の変化よりも小さい、レーザ光源装置。
【請求項５】
レーザ光源装置の制御方法であって、
複数の半導体レーザ素子を有するレーザバンクの温度を検出し、
前記レーザバンクから出力された光量を検出し、
検出された前記レーザバンクの温度に基づいて、前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に流される電流の制限値である電流制限値を決定し、検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記電流を制御し、
前記レーザバンクの温度に対して、第１温度範囲と、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲とが規定され、
前記電流制限値は、前記第１温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化を防止するための電流上限値と、前記第２温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化と熱による緩慢劣化とを防止するための電流上限値とを有する、レーザ光源装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係るレーザ光源装置は、複数の半導体レーザ素子を有するレーザバンクと、前記レーザバンクの前記複数の半導体レーザ素子に電流を流す駆動部と、前記レーザバンクから出力された光量を検出する光量検出部と、前記レーザバンクの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部で検出された温度に基づいて、前記駆動部の前記電流の制限値である電流制限値を決定し、前記光量検出部で検出された前記光量と、前記電流制限値とに基づいて前記駆動部の前記電流を制御する制御部とを備える。前記レーザバンクの温度に対して、第１温度範囲と、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲とが規定され、前記電流制限値は、前記第１温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化を防止するための電流上限値と、前記第２温度範囲における前記半導体レーザ素子のＣＯＤ劣化と熱による緩慢劣化とを防止するための電流上限値とを有する。
【国際調査報告】
2017154096.tif 000008
2017154096.tif 000009
2017154096.tif 000010
2017154096.tif 000011