(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、
上記半導体レーザを点灯させる点灯回路と、
上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、
上記波長変換素子を加熱する加熱手段と、
上記点灯回路と上記加熱手段を制御する制御部と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段とを備えたレーザ光源装置であって、
上記制御部は、
上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御する温度制御手段と、
上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させながら、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記波長変換素子の最適設定温度として、上記設定温度を該最適設定温度に設定する最適温度設定手段と
を備えることを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、
上記半導体レーザを点灯させる点灯回路と、
上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、
上記波長変換素子を加熱する加熱手段と、
上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、上記点灯回路と該加熱手段を制御する制御部とを備えたレーザ光源装置であって、
上記制御部は、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への出力を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御する温度制御手段と、
ある光源部温度において、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、各設定温度における上記光源部温度を計測し、該光源部温度が極小となるときの温度を求め、該温度を上記光源部温度における上記波長変換素子の最初の最適設定温度として設定し、該最適設定温度に対して、光源部温度及び／またはレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出し、この補正量に基づき、上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に補正する最適温度順次設定手段とを備えている
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項３】
半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該半導体レーザを点灯させる点灯回路と、上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、該波長変換素子を加熱する加熱手段とを備え、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御するレーザ光源装置における上記波長変換手段の温度を制御する方法であって、
上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させながら、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記波長変換素子の最適設定温度として決定する第１の工程と、
上記設定温度を、上記最適設定温度に設定する第２の工程と、
上記波長変換素子の温度が上記最適設定温度になるように上記ヒータへの給電量を制御する第３の工程を備える
ことを特徴とするレーザ光源装置における波長変換素子の温度制御方法。
【請求項４】
半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該半導体レーザを点灯させる点灯回路と、上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、該波長変換素子を加熱する加熱手段とを備え、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御するレーザ光源装置における上記波長変換手段の温度を制御する方法であって、
上記光源部温度を検出し、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記光源部温度における上記波長変換素子の最初の最適設定温度として設定し、異なった光源部温度において光源部温度あるいはレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出する第１の工程と、
上記設定温度補正量に基づき上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に補正する第２の工程と、
上記波長変換素子の温度が上記最適設定温度になるように上記ヒータへの給電量を制御する第３の工程と
を備えることを特徴とするレーザ光源装置における波長変換素子の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
非線形光学結晶を用いた波長変換型のレーザ光源装置に関する。更に詳しくは、非線形光学結晶を用いた波長変換型のレーザ光源装置、および、該レーザ光源装置において該非線形光学結晶の変換効率が最大となるように温度制御するレーザ光源装置における波長変換素子の温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
映画やホームシアター用等に利用される投射型プロジェクタの光源としてレーザ光を用いた装置の開発が進められている。これらの光源となるレーザ光源には、半導体レーザ素子から直接放射される光を用いる場合と、該半導体レーザ素子から放射された光を非線形光学結晶により他の波長に変換して用いる場合とが知られている。
最近では、青色や緑色のレーザ光源として該非線形光学結晶に、周期的分極反転型ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）や周期的分極反転型タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｔａｎｔａｌａｔｅ）等を用いたレーザ光源が開発されている。
このような技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。該特許文献１によれば、半導体レーザからなる光源と、該光源から放射されたレーザ光を入射し第２高調波に変換する波長変換素子（非線形光学結晶であり例えばＰＰＬＮ）と、該波長変換素子から放出された所定の波長の光を選択して前記光源に向かって反射させる外部共振器（例えば体積ブラッググレーティング：ＶＢＧ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）とを具備したレーザ光源装置が記載されている。また、該波長変換素子を取り付けるサブベースとの間には温度調節ユニットが設けられていることが記載されている。更に、該温度調節ユニットを用いて該波長変換素子の温度を調節することにより、波長変換素子の分極反転周期のピッチを調整することができるため、光の変換効率を向上させることが可能となることが記載されている。
【０００３】
図１８は従来のレーザ光源装置の一形態を示すブロック図であり、同図により、波長変換素子の温度を最適温度に設定する従来例について説明する。
レーザ光源ユニットＬＨ上に実装された波長変換素子（例えばＰＰＬＮ）５は、レーザ光源素子（例えば半導体レーザ、以下半導体レーザとして説明する）２から放出される光の波長を入射光よりも短波長化する波長変換を行う機能を有しており、例えば、赤外線を緑色の光に変換することができる。
なお、波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）は、光変換効率を最大とすることができる最適な温度が存在する。またこの最適な温度は各個体によりばらつきが存在しており、その最適点より０．５°Ｃもずれると、変換効率が数１０％以上も悪化する。変換されない光はそのまま、熱となって消費される。
そこで、波長変換素子の最適な温度条件を求め、最適な温度条件が見つかれば、温度検出手段Ｔｈ１により波長変換素子５の温度を検出し、温度調節ユニットにより、波長変換素子５を外部より暖める加熱手段、例えばヒータ７を制御して、波長変換素子５の温度が、上記最適な温度になるように制御することが一般的である。
【０００４】
上記波長変換素子５の最適な制御温度を見つけるために、従来においては、例えば以下の方法が用いられていた。
前記レーザ光源ユニットＬＨをレーザ光源点灯装置１００で駆動し、波長変換素子５の制御温度を、その想定する温度範囲内で掃引しながら、例えば図１８に示すように、フォトセルやオプティカルパワーメータ等の光出力測定装置１１０を用いて、レーザ光源ユニットから射出される光出力を測定する。そして、掃引測定が完了した時点で光出力が最大であった制御温度を記憶し、この値を最適な制御温度として採用して、上記最適な制御温度になるように波長変換素子の温度を制御する。
しかしながら、この方法では、光出力を測定する手段が必要となり不要なコストが掛かるといった問題があった。
【０００５】
図１９に、従来のレーザ光源装置の他の構成例のブロック図を示す。この例は、レーザを直列接続した場合の構成例である。
図１９に示すように、レーザ光源装置のコストダウンを目的として、１つのレーザ光源点灯装置１００において複数の半導体レーザ２を直列に接続する方法が広く知られている。
この形態では、レーザ光源点灯装置１００内のスイッチ素子や制御回路などを共通化することができ、安価に点灯電源を供給できるからである。また、各レーザ光源ユニットＬＨ１〜ＬＨ３から出力される光はプリズム等の光素子ＰＺを用いて３つの光を集光し、光を射出する構造としている。
上記のように複数のレーザ素子を用いた場合、個々に波長変換素子５の最適温度の調整が必要となり、調整に多大な時間を要する、といった問題があった。
すなわち、前記図１８に示したフォトセルを用いての測定は、一つのレーザ光源ユニットＬＨだけの測定を行い、その対象となるレーザ光源ユニットの最適温度を調整することになるが、同図に示すようにレーザ光源ユニットＬＨ１〜ＬＨ３が直列に接続した場合は、３つのレーザに同一電流が流れるために、一つだけのレーザを停止することができず、波長変換素子５の最適温度の調整が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５４４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、温度調整ユニットによって、該波長変換素子の温度を調整する場合、図１８に示したように、光出力をモニターするためにフォトダイオード等の光検知装置を用いる必要があり、光検出装置自身の寿命や劣化に伴う校正や交換が必要といった問題があった。更には、該光検知装置を該レーザ光源装置に組み込めば装置全体として複雑で大型化してしまう、といった問題があった。
また、複数のレーザ素子を用いた場合、個々に波長変換素子の最適温度の調整が必要となり、調整に多大な時間を要する、といった問題もあった。更には、図１９に示したように、複数のレーザ素子を直列に配列し、それらを同時に点灯した場合に、隣接するレーザ素子からの光が外乱光となって、正確に光量を測定できず波長変換素子の光の変換効率が最適となる温度を検出できない、といった問題もあった。
また、該波長変換素子は、周囲環境により動作温度が変化するため、該波長変換素子の変換効率が変わり、更には、周囲環境の変化により該波長変換素子で波長変換される半導体レーザ光源の波長が変化するため、該波長変換素子の変換効率が変わり、安定した光出力が得られない、といった問題があった。
本発明は上記問題点を解決するものであって、本発明の課題は、フォトダイオード等の光検知装置を用いることなく、波長変換素子の波長変換効率の最適化を図り、安定した光出力を可能にしたレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明においては、半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、該波長変換素子を加熱する加熱手段と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、上記点灯回路と該加熱手段を制御する制御部とを備え、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御するレーザ光源装置において、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、制御する目標温度を含む範囲で上記設定温度を掃引して、上記光源部の温度を検出し、該光源部温度が極小に成るときの上記波長変換素子の設定温度を波長変換素子の最適設定温度として、該設定温度を保持するように波長変換素子を加熱する加熱手段への給電量を制御する。
また、前記最適設定温度を、所定の条件（冷却条件やレーザ素子の温度等）をパラメータとして定期的に更新するようにしてもよい。
さらに、レーザへの入力電力の変化や室温等の周囲温度の変化などに合わせて、予め設定したテーブルあるいは数式にしたがって、前記設定温度を更新するようにしてもよい。
すなわち、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該半導体レーザを点灯させる点灯回路と、上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、上記該波長変換素子を加熱する加熱手段と、上記点灯回路と上記加熱手段を制御する制御部と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段とを備えたレーザ光源装置において、上記制御部に、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御する温度制御手段と、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させながら、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記波長変換素子の最適設定温度として、上記設定温度を該最適設定温度に設定する最適温度設定手段とを設ける。
（２）上記構成のレーザ光源装置において、上記制御部に、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への出力を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御する温度制御手段と、ある光源部温度において、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、各設定温度における上記光源部温度を計測し、該光源部温度が極小となるときの温度を求め、該温度を上記光源部温度における上記波長変換素子の最初の最適設定温度として設定し、該最適設定温度に対して、光源部温度及び／またはレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出し、この補正量に基づき、上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に補正する最適温度順次設定手段とを設ける。
（３）半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該半導体レーザを点灯させる点灯回路と、上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、該波長変換素子を加熱する加熱手段とを備え、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御するレーザ光源装置における上記波長変換手段の温度を制御する方法であって、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させながら、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記波長変換素子の最適設定温度として決定する第１の工程と、上記設定温度を、上記最適設定温度に設定する第２の工程と、上記波長変換素子の温度が上記最適設定温度になるように上記ヒータへの給電量を制御する第３の工程を備える。
（４）半導体レーザと、該半導体レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子から放出される所定波長のレーザ光を選択して上記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器とを備えた光源部と、該半導体レーザを点灯させる点灯回路と、上記波長変換素子の温度を検出する素子温度検出手段と、上記光源部の温度を検出する光源部温度検出手段と、該波長変換素子を加熱する加熱手段とを備え、上記素子温度検出手段により検出された温度と、設定温度との差に基づき上記加熱手段への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるように制御するレーザ光源装置における上記波長変換手段の温度を制御する方法であって、
上記光源部温度を検出し、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、上記光源部温度検出手段により各設定温度における光源部の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求め、該温度を上記光源部温度における上記波長変換素子の最初の最適設定温度として設定し、異なった光源部温度において光源部温度あるいはレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出する第１の工程と、上記設定温度補正量に基づき上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に補正する第２の工程と、上記波長変換素子の温度が上記最適設定温度になるように上記ヒータへの給電量を制御する第３の工程とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）フォトダイオード等の光検知装置を使用しなくても、光源部温度が極小となる温度を検出することで、最適な波長変換効率となる波長変換素子の温度を求めることが可能となり、波長変換素子を最適な波長変換効率となる温度に制御することで、安定した光出力を得ることができる。
また、フォトダイオード等の光検知装置を用いる必要が無いので、校正等の作業が必要ない、といった効果も得ることができる。
また、複数のレーザ光源ユニットに対しても、最適な波長変換効率となる波長変換素子の最適温度の設定を同時に行うことが可能であり、作業時間の大幅な低減ができる。
（２）光源部の温度や、半導体レーザへの電力条件に対する、波長変換素子の最適温度を求め、これら装置温度及び／またはレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出し、上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に更新し、波長変換素子の温度が、この設定温度になるようにフィードバック制御することにより、装置の稼働中等においても、常時、且つ簡単に波長変換素子の温度を最適な温度に維持することができる。このため、安定的に高い光変換作用を得ることができ、全体として低コストで効率の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例のレーザ光源装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の給電回路の具体化された一構成例を示す図である。
【図４】本発明のパルス回路の簡略化された一構成例を示す図である。
【図５】ドライブ回路、制御ユニット、ヒータ等の接続関係を示す図である。
【図６】ドライブ回路よりヒータに給電される電流波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】制御ユニットの温度制御手段における制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】波長変換素子の設定温度に対するレーザ光源からの可視光出力及び、光源部の温度を示す図である。
【図９】図８の特性のデータ得るために使用した実験装置の構成例を示す図である。
【図１０】波長変換素子の最適設定温度を検出する処理（例１）を示すフローチャートである。
【図１１】波長変換素子の最適設定温度を検出する他の処理（例２）を示すフローチャートである。
【図１２】波長変換素子の設定温度に対する可視光出力の関係を例示した図である。
【図１３】光源部温度、レーザ点灯時の入力電力と、波長変換素子の最適設定温度との関係を示す図である。
【図１４】３次元グラフで示した光源部温度、レーザ点灯時の入力電力と、波長変換素子の最適設定温度との関係を示す特性図である。
【図１５】本発明の第２の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第２の実施例において、最適温度順次設定手段における制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１７】環境状態等が変化した際に光源部温度と最適設定温度が実際にどのように遷移するかを説明する図である。
【図１８】従来のレーザ光源装置の一形態を示すブロック図である。
【図１９】レーザを直列接続した従来のレーザ光源装置の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の実施例のレーザ光源装置の構成を示す図である。
図１に示すようにレーザ光源装置は、レーザ光源ユニットＬＨと、半導体レーザを点灯させるための点灯回路２０と制御部２１とを有する。
レーザ光源ユニットＬＨにおいて、熱伝導性の高い材質、例えば銅（Ｃｕ）で形成されるベースプレート（ヒートシンク）となる基板１には、レーザ光の漏れを防ぎ、また内部に収納された部材を外気や埃から遮断するとともに断熱する遮断容器（例えばアルミニウム製）３が取り付けられている。
遮断容器３内の上記基板１上には、基本波光として赤外光を放射する半導体レーザ２が設けられている。半導体レーザ２は例えば、１０６４nmを放射する外部共振器型面発光レーザアレイである。
【００１２】
該半導体レーザ２に対向する位置には、上記基本波光の特定の狭帯波長域の光を高い反射率（例えば９９．５％）で反射する基本波光反射素子４（例えば、前記ＶＢＧ）が配置され、上記半導体レーザ２に対し外部共振器を構成する。なお、基本波光反射素子４は、変換光は透過させる。
また、半導体レーザ２と基本波光反射素子４との間には、基本波光の波長の内の一部の光（位相整合した波長の光、位相整合温度は例えば８０Ｃ°〜１００Ｃ°）を変換して波長変換光（第二次高調波：ＳＨＧ）とする波長変換素子（例えば前記ＰＰＬＮ）５が配置される。該波長変換素子５は、上記半導体レーザ２が出力する基本波光である赤外光を可視光または紫外光に変換する。
波長変換素子５には、伝熱板６が熱的に接触して配置され、伝熱板６上には、波長変換素子５を加熱する手段である加熱手段（例えばヒータ）７と、波長変換素子５の温度を検出する温度検出手段Ｔｈ１（例えばサーミスタ）とが設けられる。
【００１３】
上記半導体レーザ２、波長変換素子５、基本波反射素子４により、外部共振器型垂直面発光レーザを構成しており、ここでは、上記半導体レーザ２、波長変換素子５、基本波反射素子４から構成される部分を光源部１２と呼ぶ。
上記半導体レーザ２の近傍の基板１上には、上記光源部１２の温度を検出する光源部温度検出手段（例えばサーミスタ）Ｔｈ２が設けられる。
なお、上記光源部温度検出手段Ｔｈ２は、上記光源部１２付近の温度（波長変換素子自体の温度を除く）を検出できる位置に設置すればよく、上記基板１以外に、半導体レーザ２、基本波反射素子４の近傍等に設けてもよい。
【００１４】
上記遮断容器３の基板１に対向する面には、ダイクロイック出力ミラー１０が設けられ、前記基本波光反射素子４を透過して出力される波長変換光は、該ダイクロイック出力ミラー１０から出射する。
ダイクロイック出力ミラー１０は、前記基本波光反射素子４で反射されずに透過した基本波光を透過させずに反射する。ダイクロイック出力ミラー１０で反射した基本波光は、ビームダンプ１１（例えば黒アルマイト処理アルミプレート）に入射し吸収される。ビームダンプ１１は上記遮断容器３と熱的に接触している。
また、半導体レーザ２と上記波長変換素子５との間には、基本波光を透過し、波長変換光を反射させて、横方向に取り出すダイクロイックミラー８が設けられ、該ダイクロイックミラー８により反射された波長変換光は、反射ミラー９で、前記基本波光反射素子４を透過した波長変換光と同じ方向に反射され、上記ダイクロイック出力ミラー１０を透過して出射する。
すなわち、本発明が対象とするレーザ光源装置の光源部１２は、半導体レーザ２から放射された基本波光を波長変換する波長変換素子５と、該波長変換素子５の出射側に配置され、該波長変換素子５から出射した光の内、基本波光の特定の狭帯波長域の光を高い反射率で反射する上記半導体レーザ２に対し外部共振器を構成する基本波光反射素子４（例えば、ＶＢＧ）を備えている。
なお、その他、各部材を保持する保持部材等が設けられているが、同図には図示していない。
【００１５】
図１において、半導体レーザ２から出射した基本波光は、同図の矢印に示すように、ダイクロイックミラー８を介して波長変換素子５に入射する。
波長変換素子５に入射した光の内の一部の光は波長変換され、この波長変換された光は基本波光反射素子４を透過し、ダイクロイック出力ミラー１０を介して出射する。また、波長変換素子５で波長変換されなかった基本波光は、基本波光反射素子４で反射されて波長変換素子５に入射して、波長変換素子５で波長変換される。この波長変換された光はダイクロイックミラー８で反射して、反射ミラー９、ダイクロイック出力ミラー１０を介して出射する。
また、波長変換素子５で波長変換されずにダイクロイックミラー８に入射する基本波光は、ダイクロイックミラー８を透過し半導体レーザ２に入射する。
一方、基本波光反射素子４で反射せずに該素子を透過した基本波光、及び、上記ダイクロイックミラー８を透過せずに反射し、反射ミラー９で反射した基本波光は、同図の矢印に示すようにダイクロイック出力ミラー１０で反射して、ビームダンプ１１に入射して吸収される。
【００１６】
上記波長変換素子５としては、周期的分極反転構造を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、マグネシウムがドープされたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3）、タンタルニオブ酸リチウム（ＬｉＴａＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、あるいはチタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４）等を用いることができ、一般的には、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転Ｍｇドープニオブ酸リチウム（ＰＰＭｇＬＮ）、周期的分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）、周期的分極反転チタン酸リン酸カリウム（ＰＰＫＴＰ）と呼ばれる擬似位相整合型波長変換素子を用いることができる。
【００１７】
本実施例の光源装置には図１に示すように、制御部２１、点灯回路２０が設けられる。
上記点灯回路２０は上記半導体レーザ２にパルス状の電力を供給し、半導体レーザ２を点灯させる。上記制御部２１は、上記点灯回路２０を制御するなど、レーザ光源装置の動作を制御するとともに、波長変換素子５の温度を制御して、波長変換素子５が最適な波長変換効率となる温度になるように制御する。
すなわち、制御部２１には温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が入力され、制御部２１は、後述するように、光源部温度検出手段Ｔｈ２により検出される光源部１２の温度が極小となるときの波長変換素子の温度を、波長変換素子の最適設定温度とし、加熱手段７による加熱量を制御して波長変換素子５の温度が上記最適設定温度になるように、波長変換素子５の温度をフィードバック制御する（後述する第１の実施例）。
また、後述するように制御部２１が、光源部温度検出手段Ｔｈ２により検出された光源部１２の温度や、半導体レーザ２に加えられる電力条件等に基づき、波長変換素子５の最適な設定温度を求めて、波長変換素子５の温度を制御するようにしてもよい（後述する第２の実施例）。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。
点灯回路２０は、同図に示すよう、例えば降圧チョッパや昇圧チョッパに代表されるあるいはその他の方式のスイッチング回路などから構成される給電回路Ｕ１と、パルス状の電力を供給するパルス回路Ｕ２から構成され、半導体レーザ２の状態あるいは点灯シーケンスに応じて、適合する電圧・電流を半導体レーザ２に出力する。
レーザ種によっては、略数百ｋＨｚの矩形波状のパルス電圧をレーザに印加する方式がよく知られている。本実施例では、パルス回路Ｕ２が給電回路Ｕ１の出力段に配置され、所望の周波数にてパルスを生成して、前記半導体レーザ２に出力する。
なお、前記と異なるレーザ種によっては、その限りでなく、パルス回路Ｕ２を省き、前記給電回路Ｕ１からの出力電圧を直接的に上記半導体レーザ２に相当するレーザ光源に印加してもかまわない。
【００１９】
本実施例で示される半導体レーザ２は赤外線を発光するものであり、可視光に変換するために波長を変換する素子である波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）を有している。
この波長変換素子５は、所定の温度まで上昇させることで、擬似位相整合され光変換の効率を上昇させる特徴を持ち、非常に精度の良い温度制御が必要となる。そのため、レーザ光源ユニットＬＨにおいても、波長変換素子５とそれを昇温するための加熱手段７（以下、ヒータ７として説明する）を備え、ヒータ７の温度（すなわち波長変換素子５の温度）を検出する素子温度検出手段Ｔｈ１、例えばサーミスタを配置している。
【００２０】
また、制御部２１は、制御ユニットＦ１とヒータ７を駆動するドライブ回路Ｕ３から構成される。
上記給電回路Ｕ１は、演算処理装置（ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサ）で構成される制御ユニットＦ１によって、半導体レーザ２に印加する電圧や流す電流が、予め設定された値、あるいは外部から設定された値になるように制御される。また、その給電の開始、停止などの制御がなされる。
また、パルス回路Ｕ２は制御ユニットＦ１によって制御される。制御ユニットＦ１は、高い光出力効率を得るための最適なパルス周波数とデューティサイクル比を決定し、その値に従って、パルス回路Ｕ２のスイッチング素子をオン・オフし、半導体レーザ２を駆動するパルス出力を発生する。
制御ユニットＦ１は、最適温度設定手段２１ａと、温度制御手段２１ｂを備える。
温度制御手段２１ｂは素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度と、最適温度設定手段２１ａにより設定される設定温度との差に基づき上記ヒータ７への給電量を制御し、波長変換素子５の温度が上記設定温度になるように制御する。
最適温度設定手段２１ａは、上記波長変換素子５に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、各設定温度における光源部温度検出手段Ｔｈ２により検出される光源部１２の温度を観測し、該光源部温度が極小となる設定温度を求め、該温度を最適設定温度として、上記設定温度を該最適設定温度に設定する。
すなわち、制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂは、ドライブ回路Ｕ３を駆動してヒータ７への給電量を制御し、素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が上記最適設定温度になるようにフィードバック制御する。
具体的には、制御ユニットＦ１は、ヒータ７への給電量を制御するための給電量を示す信号をドライブ回路Ｕ３へ送出し、ドライブ回路Ｕ３がヒータ７を駆動して、波長変換素子５の温度が上記最適設定温度になるようにフィードバック制御する。
ドライブ回路Ｕ３の出力形態は、電圧レベルを出力するものでもよく、ＰＷＭ方式を用いて給電量を制御するものでも良い。
【００２１】
図３は、本発明のレーザ光源装置における点灯回路２０で使用することのできる前記給電回路Ｕ１の具体化された一構成例を示す図である。
降圧チョッパ回路を基本とした前記給電回路Ｕ１は、ＤＣ電源Ｍ１より電圧の供給を受けて動作し、前記半導体レーザ２への給電量調整を行う。
給電回路Ｕ１においては、前記制御ユニットＦ１により、ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１を駆動して、前記ＤＣ電源Ｍ１からの電流をオン・オフし、チョークコイルＬ１を介して平滑コンデンサＣ１を充電し、前記半導体レーザ２に電流を供給するように構成されている。なお、前記スイッチング素子Ｑ１がオン状態の期間は、前記スイッチング素子Ｑ１を通じた電流により、直接的に前記平滑コンデンサＣ１への充電と負荷である前記半導体レーザ２への電流供給が行われるとともに、チョークコイルＬ１に磁束の形でエネルギーを蓄え、前記スイッチング素子Ｑ１がオフ状態の期間には、前記チョークコイルＬ１に磁束の形で蓄えられたエネルギーによってフライホイールダイオードＤ１を介して前記平滑コンデンサＣ１への充電と前記半導体レーザ２への電流供給が行われる。
なお、先に図２に関連して説明した、前記給電回路Ｕ１の停止状態とは、前記スイッチング素子Ｑ１がオフ状態で停止している状態を指す。
【００２２】
前記降圧チョッパ型の前記給電回路Ｕ１においては、前記スイッチング素子Ｑ１の動作周期に対する、前記スイッチング素子Ｑ１がオン状態の期間、すなわちデューティサイクル比により、前記半導体レーザ２への給電量を調整することができる。ここでは、あるデューティサイクルを有するゲート駆動信号が前記制御ユニットＦ１によって生成され、ゲート駆動回路Ｇ１を介して、前記スイッチング素子Ｑ１のゲート端子を制御することにより、前記ＤＣ電源からの電流のオン・オフが制御される。
前記半導体レーザ２への電流と電圧とは、給電電流検出手段Ｉ１と給電電圧検出手段Ｖ１とによって、検出できるように構成されている。なお、前記給電電流検出手段Ｉ１については、シャント抵抗を用いて、また、前記給電電圧検出手段Ｖ１については、分圧抵抗を用いて簡単に実現することができる。
【００２３】
前記給電電流検出手段Ｉ１からの給電電流検出信号、および、前記給電電圧検出手段Ｖ１からの給電電圧検出信号は、前記制御ユニットＦ１に入力され、制御ユニットＦ１は、前記ゲート駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御し、目標電流が出力されるようにフィードバック制御する。これにより適切な電力あるいは電流をレーザへ供給することが可能となる。
【００２４】
図４は、本発明のレーザ光源装置における点灯回路２０で使用することのできるパルス回路Ｕ２の簡略化された一構成例を示す図である。
パルス回路Ｕ２は、ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ２を用いた回路により構成されている。
スイッチング素子Ｑ２は、ゲート駆動回路Ｇ２を介して制御ユニットＦ１より生成される信号に従って駆動される。スイッチング素子Ｑ２は、オン・オフの動作を高速に繰り返し、オンとなる度に、前記給電回路Ｕ１の出力により充電されるコンデンサ群Ｃ２から該スイッチング素子Ｑ２を介して、半導体レーザ２に給電が行われる。
【００２５】
例えば、略数百ｋＨｚの矩形波状のパルス電圧をレーザに印加する方式においては、パルス駆動方式のほうが、単純なＤＣ駆動よりも、半導体素子、例えばレーザダイオード内の接合部温度（ジャンクション温度）を低減することができ、その結果、光出力の効率を上昇させる効果がある。一般的に言って、レーザダイオードをＤＣ駆動すると順方向電圧がパルス駆動に比して低下するため、同程度の電力をレーザダイオードに給電することになると、供給電流を増加させる必要があり、結果として電流増大による損失が増加し、ジャンクションの温度が増加するからである。
いずれにしても、制御ユニットＦ１は、より高い光出力効率を得るための最適なパルス周波数とデューティサイクル比を決定し、その値に従って、半導体レーザ２を駆動することができる。ただし、コスト上の兼ね合いから、多少の光出力効率の悪化を前提としてパルス回路Ｕ２を削除して、半導体レーザ２等を直接的にＤＣで駆動する形態としても構わない。
【００２６】
図５は、本発明のレーザ光源装置におけるドライブ回路Ｕ３と前記制御ユニットＦ１、波長変換素子等の接続関係を示す簡略化された一構成例を示す図である。
前記レーザ光源ユニットＬＨは、波長変換素子５を搭載し、光出力を最大とする、即ち光波長変換の効率が最大となる条件が存在する。その条件とは、前記波長変換素子５の温度であり、適切な温度条件を与えることにより高い変換効率を得ることができる。したがって、波長変換素子５の温度を外部から昇温することにより、波長変換素子５を最適な温度に調整する機構が必要となる。そのために、該波長変換素子５近傍にヒータ７を設け、波長変換素子５の温度が最適な温度となるようにヒータ７を制御することが肝要となる。
【００２７】
ここでの波長変換素子５の適切な温度条件について補足すると、製造上の要因あるいは波長変換素子５の構成や製造上の理由により、個体ごとにその最適値は異なり、例えば、略８０°Ｃ〜１００°Ｃ程度の温度であって、同範囲程度の「ばらつき」が存在する。
制御ユニットＦ１を構成する演算処理装置（ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサ）は、前述したように波長変換素子５の最適な温度条件になるように、制御を行う必要がある。
波長変換素子５の温度を所望の温度に一定に保つために、間接的にはヒータ７の温度を制御することで、これを実現する。したがって、温度検出手段Ｔｈ１をヒータ７の近傍の伝熱板６（図１参照）に配置している。
【００２８】
制御ユニットＦ１は前記したように最適温度設定手段２１ａと、温度制御手段２１ｂを有し、制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂは、温度検出手段Ｔｈ１により波長変換素子５の温度情報を取得する。そして、上記最適温度設定手段２１ａにより設定される設定温度と、上記温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度とを比較して、ヒータ７への給電量をフィードバック制御する。
ここでのヒータ７への給電方法の形態としては、制御ユニットＦ１からのＰＷＭ信号のパルス信号を、ドライブ回路Ｕ３のゲート駆動回路Ｇ３を介して前記スイッチング素子Ｑ３のゲート端子に送出し、該スイッチング素子Ｑ３をオン・オフ制御する。
その結果、前記ヒータ７には、例えばＤＣ２４ＶのＤＣ電源から所定の周期で、所定のパルス電圧が給電される。このように、制御ユニットＦ１は、ヒータ７の給電量を制御し、その結果、前記波長変換素子５が最適な温度になるよう安定的に制御する。
尚、点灯回路は、予め、波長変換素子５の最適な設定温度を求めておく必要がある。そのため、ヒータ７を制御する目標温度をシリアル通信などで外部信号Ｓｃから点灯電源装置に設定する方法もあるが、本実施例では、後述するように、波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、制御する目標温度を含む範囲で上記設定温度を掃引して、前記光源部１２の温度を計測し、該光源部温度が極小となる温度を求めて、この温度を最適設定温度とする。この目標温度情報は制御ユニットＦ１内に配置された記憶素子、例えばＥＥＰロムやＦＬＡＳＨロムに書き込み保存される。
【００２９】
図６は、本発明の実施例のレーザ光源装置の点灯回路における、ドライブ回路Ｕ３より前記ヒータ７に給電される電流波形を簡略化したタイミングチャートである。
ヒータ７への給電量をフィードバック制御するために、制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂは、同図に示すＰＷＭ１周期とＰＷＭオン幅を決定して、ＰＷＭ信号を生成する。
なお、上記ＰＷＭ信号の代わりに、周波数変調信号等のＰＷＭ信号と同様のアナログ量を表す信号を生成するようにしてもよい。
このオン幅の増減によりヒータ７への給電量が調整され、波長変換素子５の温度が制御される。
上記フィードバック制御方式としては、一般的に「オン・オフ−ＰＩＤ制御」として知られている制御方式を用いることができる。ＰＩＤ制御は、比例要素と積分要素と微分要素を組み合わせて、目標の温度となるように制御する方式である。なお、本実施例で使用したＰＷＭ出力の周波数は例えば、略数ｋＨｚ程度の値が適用される。
【００３０】
図７は、上記制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂにおける制御処理の一例を示すフローチャートである。図７のフローチャートは、前述した制御ユニットＦ１内に実装されたマイクロコンピュータにおけるソフトウエア処理により実現することができ、制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂは、例えば以下のフローチャートに示される処理を実行し、波長変換素子５の温度を最適温度設定手段２１ａにより設定される最適の目標温度に制御する。
制御ユニットＦ１の温度制御手段２１ｂは、波長変換素子５の温度を目標温度に制御するために、波長変換素子５の温度（図１においてはヒータ７により加熱される伝熱板６の温度）を温度検出手段Ｔｈ１で検出し、検出した温度と目標温度となる上記最適設定温度とを比較することで、ヒータ７への出力操作量を周期的に実行し制御する。
これについて、その代表的手法である比例要素と積分要素とを組み合わせたＰＩ制御を例として説明する。
【００３１】
図７において、ステップ（Ｂ０１）でヒータ制御を開始し、まず、ステップ（Ｂ０２）において波長変換素子５の温度と相関があるヒータ７により加熱される伝熱板６の現在の温度、即ち波長変換素子５の温度実測値（ＰＰＬＮ温度実測値）を温度検出手段Ｔｈ１により測定し、温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）を得る。
次に、ステップ（Ｂ０３）にて波長変換素子５の目標温度、即ち、前記制御ユニットＦ１の最適温度設定手段２１ａにより設定される波長変換素子５の最適温度設定値（ＰＰＬＮ温度設定値）を読み込み、最適温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）を得る。
そして、ステップ（Ｂ０４）にて上記最適温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）と、温度検出手段Ｔｈ１より測定された温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）とを比較して、その差分（ｅｎ）を求める。この差分（ｅｎ）を用いて、ステップ（Ｂ０５）において、ＰＩ演算を行う。このＰＩ演算において、ヒータ７への給電量、即ち、ヒータ７への操作量を数式（１）より求める。
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋Ｋｐ×ｅｎ＋Ｋｉ×ｅｎ‐１・・・（１）
ここで、ＭＶｎは今回の操作量、ＭＶｎ−１は前周期の操作量、ｅｎは今回算出した温度の差分値、ｅｎ−１は前周期での温度差分値、Ｋｐ、Ｋｉは定数である。
【００３２】
ＰＩ演算により算出された操作量（ＭＶｎ）は制御ユニットＦ１より送出するＰＷＭ信号のオン幅として更新することになるが、ステップ（Ｂ０６）、ステップ（Ｂ０７）にて、操作量（ＭＶｎ）が最大値（ＭＶｎ上限値）を上回っている場合にはその最大値を、最小値（ＭＶｎ下限値）を下回っている場合には最小値を操作量（ＭＶｎ）として上下限制限を行う（ステップ（Ｂ０８）、ステップ（Ｂ０９））。
そしてステップ（Ｂ０６〜Ｂ９）にて、最終的に決定した操作量を、制御ユニットＦ１より送出するＰＷＭ信号のオン幅（Ｄｕｔｙ（ｎ））として更新し、その周期のヒータ制御を終了する（ステップ（Ｂ１０））。
このステップ（Ｂ０１）からステップ（Ｂ１１）までの一連の動作を所定の周期で繰り返す。本フローチャートを周期的に実行しフィードバック制御を行うことで、前記波長変換素子５が最適な温度になるよう安定的に制御される。
ここで説明している制御アルゴリズムは、比例制御と積分要素からなるＰＩ制御方式を用いているが、例えばＰＩＤ制御のようにＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分）要素を加えた制御を含め他のフィードバック制御方式を用いても構わない。
【００３３】
次に、本発明において、波長変換素子の波長変換効率が最大となる最適な目標温度を得る方法について説明する。
まず、光源部温度（Ｔｌｓｒ）に影響を与える熱について説明する。
半導体レーザ２もしくはその近傍等に設置した光源部温度検出手段Ｔｈ２で検出する光源部温度（Ｔｌｓｒ）は、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）、冷却条件、波長変換素子に付属しているヒータ温度（すなわち、波長変換素子５の温度（Ｔｐｐｌｎ））等、さまざまなパラメータの影響を受ける。
また、複数のレーザ光源ユニットを高密度に実装する場合、直近の半導体レーザの発熱が当該半導体レーザ装置の光源部１２の温度（Ｔｌｓｒ）に影響を与えることが考えられる。これら光源部１２の温度（Ｔｌｓｒ）に影響を及ぼすことが考えられるパラメータを全て列挙することは無理があるため、以下では、「冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）」という語句を用いて、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）と上記波長変換素子の温度やヒータ温度（Ｔｐｐｌｎ）以外の、熱的外部環境条件を総称することにする。（ここで、外部とはレーザ光源ユニットのパッケージの外を意味する）。
【００３４】
例えば、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）（例えば設置場所の室温やレーザ光源ユニットが設置されている筐体内部温度や、レーザ冷却チラーの設定水温等の全て）が一定で、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）のみ変化させた場合、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が増加するに従って光源部温度（Ｔｌｓｒ）は上昇する。これは、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）の増加に伴い、レーザ素子の発熱が増えるためである。
また、別の例として、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が一定で、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）のみ変化させた場合（例えば気温の変化）、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）（例えば季節の変化による気温）の上昇に伴い、冷却効率が低下し、排熱量が減少するため光源部温度（Ｔｌｓｒ）は上昇する。
すなわち、以上をまとめると、光源部温度（Ｔｌｓｒ）は以下の式（１）で表わすことができる。
Ｔｌｓｒ＝Ｆ１（Ｔｃｏｏｌ，Ｐｉｎｐｕｔ，Ｔｐｐｌｎ）…（１）
と表現することができる。
【００３５】
図８は、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）に対するレーザ光源からの光出力（Ｗｏｐｔ）、及び、光源部１２の温度（Ｔｌｓｒ）を示す図であり、横軸は、波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）、上の図の縦軸は光出力（Ｗｏｐｔ）、下の図の縦軸は光源部温度（Ｔｌｓｒ）を示す。
図８の曲線（ａ）は、ある一定冷却条件（Ｔｃｏｏｌ＝一定）及び、ある一定のレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ＝一定）での波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）に対する可視光出力Ｗｏｐｔを示す。
図８の直線（ｂ）は、ある一定冷却条件（Ｔｃｏｏｌ＝一定）及び、ある一定のレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ＝一定）における波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）に対して予測される光源部温度（Ｔｌｓｒ）を示す（単純に波長変換素子５の温度の影響のみを考慮した場合）。
図８（ｃ）の曲線はある一定冷却条件（Ｔｃｏｏｌ＝一定）及び、ある一定のレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ＝一定）における波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）に対する実際の光源部温度（Ｔｌｓｒ）を示す。
【００３６】
可視光出力（Ｗｏｐｔ）が最大となる波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）における光源部温度（Ｔｌｓｒ）は図８に示すように極小となる。
これについて、以下説明する。
波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を特定の温度（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）に設定することで、図８（ａ）に示すように、光源部１２において半導体レーザ２から出力される赤外光を最大の変換効率で可視光に変換することができる。
レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）と冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）が一定の場合、上記式（１）は、以下の式（２）に示すように、波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）の関数と表現できる。
Ｔｌｓｒ＝Ｆ１（Ｔｐｐｌｎ）…（２）
【００３７】
波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を高温に設定するに伴って、ヒータ７への給電量は増加するため、光源部温度（Ｔｌｓｒ）も、給電量増加に伴うヒータ発熱量増加（＝ヒータ温度上昇）の影響を受けて、右肩上がりに上昇する傾向になると予測される。つまり光源部温度（Ｔｌｓｒ）は波長変換素子設定温度（Ｔｐｐｌｎ）の単調増加関数（図８の破線（ｂ））のような振る舞いであることが予想される。
しかし、実際には図８の破線（ｂ）のようにはならず、図８の実線（ｃ）のように、レーザ光源の可視光出力（Ｗｏｐｔ）が最大となる波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）で極小となる下に凸な振る舞いを示す。
【００３８】
この現象は、以下のように説明することができる。上記レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）と冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）が一定の場合、赤外線が波長変換素子５によって可視光に変換されない温度領域では、ある一定の赤外線が共振器内に閉じ込められ、半導体レーザ２には共振器内赤外エネルギーによる入熱がある。
一方、赤外線が可視光に変換される波長変換素子５の設定温度領域（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）周辺では、半導体レーザ２から出力される赤外線の大半が波長変換素子５によって可視光に変換され、レーザ光源ユニットＬＨのパッケージの外に放出されるので、共振器内赤外エネルギーによる半導体レーザ２への入熱は減少する。この共振器内赤外エネルギーによる半導体レーザ２への入熱の減少量とパッケージの外に放出される可視光の量が比例するので、光源部温度（Ｔｌｓｒ）が極小となる点（Ｔｌｓｒ＝Ｔｌ）が波長変換素子の変換効率が最も高い波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）と一致するものと考えられる。つまり、式（２）において、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）では以下の（３）式のようになる。
【００３９】
【数１】
0005924097.tif 000002
【００４０】
半導体レーザ２もしくはその近傍に設置した光源部温度検出手段Ｔｈ２で光源部温度（Ｔｌｓｒ）を観測することで、可視光出力（Ｗｏｐｔ）をオプティカルパワーメータ等の光出力測定装置１１０（図１８等参照）で測定することなく、可視光への変換効率が最も高い波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＝Ｔｃ）に設定することが可能となり、部品点数の削減及び可視光出力を測定する手段が不要となりコスト削減ができる。
【００４１】
次に、波長変換素子の設定温度に対する可視光出力（Ｗｏｐｔ）およびそのときの光源部温度の測定し、図８に示すデータを得る方法について、図９により説明する。
図９において、ＬＨはレーザ光源ユニット、２０は点灯回路、２１は波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）の制御部、該制御部２１は素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５（ここではＰＰＬＮ）の温度が、設定温度更新手段３１から与えられる波長変換素子の設定温度となるように、ヒータ７の加熱量を制御して波長変換素子５の設定温度をフィードバック制御する。
また、３２はレーザ光源ユニットの可視光出力を測定するオプティカルパワーメータ、３４は、オプティカルパワーメータ３２で測定される可視光出力、温度検出手段Ｔｈ２により検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）を記録する記憶手段であり、オプティカルパワーメータ３２で測定される光出力、光源部温度検出手段Ｔｈ２で検出される光源部温度は上記記憶手段３４等に記録される。また、３５は半導体レーザ２等を冷却する半導体レーザ冷却装置である。
【００４２】
図８に示すデータを得るための実験条件および実験方法は以下の通りである。
（１）冷却条件（例えば測定時の室温）(Ｔｃｏｏｌ）を例えば２５．０°Ｃ一定にする
（２）波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を、例えば８０．０°Ｃに設定する（制御部２１は素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が、上記設定温度（例えば８０．０°Ｃ）となるように、フィードバック制御している）
（３）測定中は、例えば測定サンプルの近傍で別のレーザを点灯させるなど周囲環境が変化することは行わず、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）を一定にする
（４）半導体レーザ２へのレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）を、例えば５０Ｗ一定で点灯させる。
（５）レーザ光源ユニットＬＨから出力される波長変換素子５により可視光変換された可視光出力（Ｗｏｐｔ）を、オプティカルパワーメータ３２を使用してその出力値を測定する。
（６）光源部温度検出手段Ｔｈ２により検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）も測定する
（７）可視光出力（Ｗｏｐｔ）と温度検出手段Ｔｈ２により検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）の測定が終わった後、設定温度更新手段３１により、波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を０．１°Ｃ上昇させる（例えば、８０．１°Ｃに更新する。レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）は５０Ｗ一定のまま変化させない）
（８）波長変換素子５の温度が設定温度で安定したら、半導体レーザ（ＬＤ）の可視光出力をオプティカルパワーメータ３２で測定し、光源部温度検出手段Ｔｈ２で検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）を測定する
【００４３】
以下、同様に波長変換素子の設定温度を０．１°Ｃずつ上昇させていき、波長変換素子５の温度が設定温度で安定したときの際の可視光出力と、温度検出手段Ｔｈ２で検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）を測定していく。この一連の作業は、所定の波長変換素子５の設定温度最大値、例えば１００．０°Ｃまで続ける。
これを繰り返すことにより、波長変換素子５の温度が８０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲において、温度検出手段Ｔｈ２で検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）とオプティカルパワーメータ３２で測定された可視光出力（Ｗｏｐｔ）のデータを集めることができる。
そして、波長変換素子５の温度（Ｔｐｐｌｎ）と得られたレーザ光源ユニットＬＨからの可視光出力（Ｗｏｐｔ）、さらには光源部温度検出手段Ｔｈ２で検出された光源部温度（Ｔｌｓｒ）の関係性をプロットすることで図８の特性図を求めることができる。
【００４４】
本発明によれば、別に光を測定する手段を用いることなく、つまり、不要なコストを発生させることなく、最適な温度（Ｔｃ）を求めることができ、本発明の利点を享受できる。
さらに、複数あるいは大量の前記レーザ光源ユニットＬＨを使って製品を構成する、例えば大型のプロジェクションシステムの場合は１個体ずつ測定すると非常に長い調整時間を要するが、本発明によれば、複数のレーザ光源ユニットであっても、最適温度の検索を同時に行うことが可能であり、作業時間の大幅な低減が可能となり、本発明の利点を享受できる。
さらに、本発明によれば、半導体レーザ２のレーザダイオードを直列に接続した回路構成（例えば前記図１９の構成）であったとしても、射出する光出力を測定する必要がないので、簡単に最適温度を見つけることが可能となり、本発明の利点を享受できる。
【００４５】
図１０は、前記図２に示した制御部２１の制御ユニットＦ１の最適温度設定手段２１ａにおいて行われる波長変換素子５の最適設定温度を検出する処理（例１）を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは制御ユニットＦ１内に実装されたマイクロコンピュータにおける処理により実現することができ、最適温度設定手段２１ａはこのフローチャートを実行し、波長変換素子５の最適設定温度を設定する。図１０のフローチャートでは、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を少しずつ変えながら、光源部温度検出手段Ｔｈ２により光源部温度（Ｔｌｓｒ）を検出し、光源部温度（Ｔｌｓｒ）が最も小さくなるときの波長変換素子５の温度を最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）に設定する。
【００４６】
波長変換素子５の最適設定温度は次のように設定される。
ステップＢ２１において、波長変換素子の温度自動設定作業を開始する信号が入力され、温度自動設定処理が開始される。
ステップＢ２２において、前回測定している波長変換素子５の温度測定値（ＰＰＬＮ温度設定値：Ｔｐｐｌｎ）に対して“１”加算する。すなわち、１段階次のステップの温度（Ｔｓ（ｎ））に設定する。例えば、前回の温度測定値が９０．０°Ｃで温度上昇の各ステップの幅が０．１°Ｃであれば、９０．１°Ｃに設定値を定める。
ステップＢ２３において、波長変換素子５の温度を実測し安定するか否かを判定する。
ステップＢ２４において、波長変換素子５の温度（ＰＰＬＮ温度実測値）が設定温度に安定した状態での光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））を一時保存する。
ステップＢ２５において、今回の波長変換素子５の設定温度での該光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））を１段階前の波長変換素子５の設定温度で安定した時の光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ−１））と大きさを比較する。前回よりも今回の光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））が大きい場合には、ステップＢ２８へジャンプする。
【００４７】
ステップＢ２６において、前回よりも今回の光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））が小さい場合は、今回の光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））が光源部温度の最小値（Ｔｌｓｒ最小値）（Ｔｌｓｒ最小値は、光源部温度の実際の最小値より大きな値になるように予め初期設定されている）、よりも小さいか否かを判断する。最小値より大きい場合は、ステップＢ２８へジャンプする。
ステップＢ２７において、光源部温度が最小値よりも小さい場合は、この今回の光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））を最小値（Ｔｌｓｒ最小値）として新しく登録する。
ステップＢ２８において、予め設定していた波長変換素子５の温度掃引範囲（例えば８０°Ｃ〜１００°Ｃ）の上限値（ＰＰＬＮ温度上限値）と、今回設定した波長変換素子の温度測定値に対する１段階次のステップの温度Ｔｓ（ｎ）とその大きさを比較する。
設定する温度Ｔｓ（ｎ）が掃引する温度の上限値に満たない場合は、ステップＢ２２にもどり同じステップを繰り返す。
ステップＢ２９において、Ｔｓ（ｎ）が掃引する温度の上限値に達した場合は、その時点での光源部温度の最小値（Ｔｌｓｒ最小値）を記録し、同最小値の場合の波長変換素子５の温度（ＰＰＬＮ温度）を波長変換素子５の最適温度として設定する。
ステップＢ３０において、波長変換素子の最適温度が決定すれば、波長変換素子温度の自動設定を終了する。
上記フローチャートに従って処理することにより、図８に示した曲線（ｃ）が最小値となりうる、つまり温度Ｔｃ時における可視光出力をモニターすることなく、波長変換素子５の最適温度を検出し設定することができる。
【００４８】
図１１は、制御ユニットＦ１の最適温度設定手段２１ａにおいて行われる波長変換素子５の最適設定温度を検出する他の処理（例２）を示すフローチャートである。
ステップＢ３１において、波長変換素子５の温度自動設定作業を開始する信号が入力され、温度自動設定作業を開始する。
ステップＢ３２において、前回測定している波長変換素子５の温度測定値（ＰＰＬＮ温度設定値）に対して“１”加算する。すなわち、１段階次のステップの温度（Ｔｓ（ｎ））に設定する。例えば、前回の温度測定値が９０．０°Ｃで温度上昇の各ステップの幅が０．１°Ｃであれば、９０．１°Ｃに設定値を定める。
ステップＢ３３において、波長変換素子５の温度を実測し安定するか否かを判定する
ステップＢ３４において、温度が安定した場合、光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））と波長変換素子の設定温度（Ｔｓ（ｎ））とをマイクロコンピュータなどのメモリ領域に一時的に記憶させる。
ステップＢ３５において、設定温度（Ｔｓ（ｎ））が予め設定していた波長変換素子５の温度掃引範囲（例えば８０°Ｃ〜１００°Ｃ）の上限値（ＰＰＬＮ温度掃引上限値）になるまで、設定温度を１ｓｔｅｐずつ加算していき、前記動作を繰り返し（ステップＢ３５→ステップＢ３２〜Ｂ３４）、データを前記メモリ領域に蓄積していく。これら全てのデータをメモリ領域に記憶させる。
ステップＢ３６において、光源部温度の最小値をメモリ領域に記憶させた全てのデータから読み出す。
ステップＢ３７において、そのときの光源部温度が最小値となる波長変換素子温度を、最適な波長変換素子の温度（ＰＰＬＮ温度）として設定する。
【００４９】
上記図７に示した温度制御手段２１ｂによる制御処理と、図１０または図１１に示した最適温度設定手段２１ａによる波長変換素子の最適設定温度の検出は、以下のようなタイミングで実行される。
例えば、レーザ光源装置を出荷する前に、図１０、もしくは、図１１のフローチャートに示される手順で波長変換素子５の温度の最適な設定値を求めて記憶しておく。そして、装置の稼働時には、環境状態に変化がない状態では、この設定値により、図７のフローチャートに示す制御処理を実行して、波長変換素子５の温度を制御する。
また、次に述べるように半導体レーザ２等の周囲温度が変わる等、環境状態が変化すると、波長変換素子の最適温度は変化するので、環境状態の変化に応じて、適宜、上記図１０、図１１の処理を実行して、最適な設定値を更新する。
なお、上記最適設定温度を求める処理は、その日の最初の作業の開始時に、季節の変り目に、あるいは、月に一度、あるいは週に一度などに実施し、いわゆる定期校正や定期保守を行うようにしてもよい。また、半導体レーザを交換する際に実施しても構わない。
【００５０】
ところで、前述したようにレーザ光源装置における光出力は、その性質から、波長変換素子５の温度に大きく依存する。この波長変換素子から高い変換作率を得るためには、その温度の極めて高い精度での制御が要求される。
しかしながら、この高い変換効率を得る最適な温度は、半導体レーザ２の周囲の温度や外部共振器を持つ場合には外部共振器の温度、更には、その他の点灯状態等の使用環境によって、レーザ光源装置の点灯中にも次第に変化する場合がある。
例えば、レーザ光源装置の設置場所を移動した場合や季節的な周囲温度の変化等にともなって、最適温度は変化し、その都度、波長変換素子の最適温度を設定するため最適な設定温度を求める必要が発生する。
【００５１】
次に、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）やレーザ入力条件（Ｐｉｎｐｕｔ）が変化したときに、波長変換素子の最適温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）が変化することについて説明する。
レーザ光源装置における可視光出力（Ｗｏｐｔ）は、波長変換素子の温度および半導体レーザの活性層の温度に大きく依存する。さらに所定の波長の赤外光を選択して前記半導体レーザに向かって反射させる外部共振器（例えば体積ブラッググレーティング：ＶＢＧ：Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を持つ場合には、外部共振器の温度に大きく依存する。
この波長変換素子の温度が変化することにより、位相整合波長が変化するため、ある特定の波長の赤外光に対する可視光への変換効率が大きく変化する。
半導体レーザの活性層の温度が変化する場合、構成材料の屈折率の温度依存性や熱膨張等により、発振波長が変化する。通常、高温になるにしたがって、発振波長が長波長側にシフトする。
【００５２】
外部共振器の温度が変化する場合、同様に屈折率の温度依存性や熱膨張等により選択的に反射する赤外光の波長が変化する。この場合も通常、高温になるにしたがって、選択反射波長、すなわち外部共振器をもつレーザの発振波長は長波長側にシフトする。
すなわち、半導体レーザおよび外部共振器の温度に対応した発振波長で高い変換効率が得られるように、波長変換素子の温度を制御する必要があり、極めて高い精度での制御が要求される。
上記発振波長の温度依存性があることにより、可視光への高い変換効率を得る波長変換素子の最適温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）は、レーザ光源装置の点等条件の変化によって、レーザ光源装置の点灯中にも次第に変化する場合がある。
例として、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）が一定かつ、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）のみ変化する場合について述べる。
【００５３】
図１２は、波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）に対する可視光出力（Ｗｏｐｔ）の関係を例示した図である。
図１２の実線（ａ）は、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）がＰｉ１の状態で、前記図８で説明したように、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を変えたときの可視光出力（Ｗｏｐｔ）をプロットしたものであり、また、図１２の（ｂ）は、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）をＰｉ２の状態で、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を変えたときの可視光出力（Ｗｏｐｔ）をプロットしたものである。
いま、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）をＰｉ１→Ｐｉ２に変化させたとき、可視光出力が最大となる波長変換素子の最適温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）はＴｐ１（◇）→Ｔｐ２（●）に変化する（波長変換素子の設定温度をＴｐ１のままにしておくと、光出力はＷｏ２に低下する）。
したがって、波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）をＴｐ２に設定することで、最適な波長変換特性を得ることができる。
【００５４】
次に、波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）と光源部温度（Ｔｌｓｒ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）の関係について説明する。図１３に上記最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）と光源部温度（Ｔｌｓｒ）、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）の関係を示す。
上記関係を得るため、前記図９の装置を用いて、以下の手順で実験を行った。
例１）半導体レーザ２へのレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）を一定、例えば入力電力を５５Ｗの一定とし、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）を変化、例えば半導体レーザ冷却装置３５の設定値のみ１０°Ｃ〜４０°Ｃの範囲において、１°Ｃ刻みで変化させる。半導体レーザ冷却装置３５の各設定値において、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を０．１°Ｃずつ変更し、その時の光源部温度（Ｔｌｓｒ）の測定を行う。光源部温度（Ｔｌｓｒ）が極小となる点が波長変換素子の可視光変換効率が最も高い波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）と一致することが分かっているので、半導体レーザ冷却装置３５の各設定値における光源部温度（Ｔｌｓｒ）が極小になるときの波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を求める。
上記のようにして得られた結果をもとに、光源部温度（Ｔｌｓｒ）と波長変換素子の最適温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）の関係性をプロットすることで図１３（ａ）の特性図を求めることができる。同図に示すように、光源部温度（Ｔｌｓｒ）を増加させると、波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）も上昇する（同図矢印）。
【００５５】
例２）冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）が一定、例えば半導体レーザ冷却装置３５の設定値が２０°Ｃ一定で、半導体レーザ２へのレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）を、例えば４０Ｗ〜７０Ｗの範囲において、５Ｗ刻みで変化させ、各レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）において、波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）を０．１°Ｃずつ変更し、その時の光源部温度（Ｔｌｓｒ）の測定を行う。光源部温度（Ｔｌｓｒ）が極小となる点が波長変換素子５の可視光変換効率が最も高い波長変換素子５の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）と一致するので、各レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）における光源部温度（Ｔｌｓｒ）が極小になるときの波長変換素子５の設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を求める。そして得られた結果をもとに、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）と波長変換素子５の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）の関係性をプロットすることで図１３（ｂ）の特性図を求めることができる。同図に示すように、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）を増加させると、波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）も上昇する（同図矢印）。
【００５６】
さらに、半導体レーザ２への入力電力を上記例１）とは異なる設定値に一定に保った状態や、冷却条件を上記例２）とは異なる設定値に一定に保った状態で、光源部温度（Ｔｌｓｒ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）と波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を測定し、その関係をプロットすることで、所望の範囲の光源部温度（Ｔｌｓｒ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）に対する最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）の関係を求めることができる。
表１は上記のようにして求めた光源部温度（Ｔｌｓｒ）とレーザ点灯への供給電力（Ｗ）（Ｐｉｎｐｕｔ）と最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）との関係を示す表である。
【００５７】
【表１】
0005924097.tif 000003
【００５８】
図１４はこのようにして求めたＸＹＺ軸を有する３次元グラフで示した特性図であり、同図のＸ軸は光源部温度（Ｔｌｓｒ）、Ｙ軸はレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）、Ｚ軸は最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）である。同図において、例えばＦ（Ｔｌｓｒ，Ｐｉｎｐｕｔ）５５Ｗは、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が５５Ｗのときの最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を示す。
また、このようにして求められた関係を以下の式（４）と表すことにする。
Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ＝Ｆ２（Ｔｌｓｒ，Ｐｉｎｐｕｔ）…（４）
【００５９】
以上のように、周辺環境等の変化に応じて、波長変換素子の光変換特性はシフトする。
本発明においては、周囲環境等の変化に応じて上記式（４）により、最適設定温度を求め、波長変換素子の温度を制御する。
なお、式（４）の関数により最適設定温度をその都度計算する以外に、各データをメモリに記憶させ、データ表から対応したヒータ設定温度を制御しても良い。
【００６０】
図１５は、上記のように周囲環境の変化に応じて波長変換素子の設定温度を制御するようにした本発明の第２の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。 
前記図２に示した構成との相違点は、制御ユニットＦ１に、前記最適温度設定手段２１ａに代えて最適温度順次設定手段２１ｃが設けられ、最適設定温度を検出する手順が前記第１の実施例で説明したものと相違する点であり、その他の構成及び動作は前記第１の実施例で説明したものと同じである。
【００６１】
すなわち、点灯回路２０は、前記したように給電回路Ｕ１と、パルス状の電力を供給するパルス回路Ｕ２から構成され、半導体レーザ２の状態あるいは点灯シーケンスに応じて、適合する電圧・電流を半導体レーザ２に出力する。
また、半導体レーザ２が発光する赤外線を可視光に変換するために波長を変換する波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）が設けられ、それを昇温するためのヒータ７、温度検出手段Ｔｈ１が設けられる。
制御部２１は、制御ユニットＦ１とヒータ７を駆動するドライブ回路Ｕ３から構成され、給電回路Ｕ１、パルス回路Ｕ２は、制御ユニットＦ１によって制御される。
制御ユニットＦ１は、最適温度順次設定手段２１ｃと、温度制御手段２１ｂを備える。
温度制御手段２１ｂは前記図７のフローチャートに示したように、温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度と、最適温度設定手段２１ｃにより設定される設定温度との差に基づき上記ヒータ７への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるようにフィードバック制御をする。
【００６２】
最適温度順次設定手段２１ｃは、半導体レーザの周辺温度である装置温度が検出されると、この温度に対応した波長変換素子の設定温度（もしくはその補正値）を、関数あるいは表等を用いて定期的に求めて最適な設定温度を設定し、この最適な設定温度を前記温度制御手段２１ｂに送る。温度制御手段２１ｂは、波長変換素子５の温度が上記設定温度になるように、波長変換素子５の温度を制御する。
すなわち、最適温度順次設定手段２１ｃは、ある光源部温度において、上記波長変換素子に上記レーザ光が照射されているとき、上記設定温度を変化させ、各設定温度における上記光源部温度を計測し、該光源部温度が極小となるときの温度を求め、該温度を上記光源部温度における上記波長変換素子の最初の最適設定温度として設定し、該最適設定温度に対して、光源部温度及びレーザに加える電力条件をパラメータとして設定温度補正量を算出し、この補正量に基づき、上記設定温度を該最適設定温度に順次定期的に更新する。
【００６３】
図１６は、本発明の第２の実施例において、制御ユニットＦ１の最適温度順次設定手段における制御処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図１６により、光源部温度、レーザに加える電力条件の変化に応じて最適設定温度を更新する処理例について説明する。
ステップＢ４０で波長変換素子の設定温度更新処理を開始し、ステップＢ４１において、光源部温度検出手段Ｔｈ２により得られた光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ（ｎ））と素子温度検出手段Ｔｈ１により得られた波長変換素子の温度（Ｔｐｐｌｎ（ｎ））を測定する。
ステップＢ４２において、ステップＢ４１で測定した光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ（ｎ））と波長変換素子の温度（Ｔｐｐｌｎ（ｎ））をマイコンなどのメモリ領域に一時的に記憶させる。
【００６４】
ステップＢ４３において、ステップＢ４２で保存した光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ（ｎ））を、制御ユニットＦ１内の記憶装置にあらかじめ記憶させておいた関数Ｆ２（Ｔｌｓｒ,Ｐｉｎｐｕｔ）（前記式（４））に代入し演算を行い、半導体レーザからの可視光出力を最大とすることができる波長変換素子の最適な温度（Ｙ（ｎ+１））を算出する。
ステップＢ４４において、ステップＢ４２で保存した波長変換素子の温度（Ｔｐｐｌｎ（ｎ））と、ステップＢ４３で算出した波長変換素子の最適な温度（Ｙ（ｎ+１））の差をあるしきい値εと比較する。εより小さい場合はＢ４９へジャンプする。大きい場合はステップＢ４５へ進む。
【００６５】
ステップＢ４５において、ステップＢ４３で得られた波長変換素子の最適な温度（Ｙ（ｎ＋１））を波長変換素子の目標値（設定温度）に設定する。
ステップＢ４６において、新たに光源部温度検出手段Ｔｈ２により得られた光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ+１））とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ（ｎ+１））と光源部温度検出手段Ｔｈ２により得られた波長変換素子の温度（Ｔｐｐｌｎ（ｎ+１））を測定する。
ステップＢ４７において、ステップＢ４６で測定した光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ+１））とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ（ｎ+１））と波長変換素子の温度（Ｔｐｐｌｎ（ｎ+１））をマイコンなどのメモリ領域に一時的に記憶させる。
ステップＢ４８において、ステップＢ４２で記憶した光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ））とステップＢ４６で測定した光源部温度（Ｔｌｓｒ（ｎ+１））の差があるしきい値Ｃより大きいか否か比較する。Ｃより小さい場合はステップＢ４９へ進む。大きい場合はＢ４２へジャンプする。ステップＢ４９で設定温度の更新処理を終了する。
【００６６】
本実施例は、点灯をはじめてから、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が次第に変化していく場合や、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が比較的早く変化する場合等に適用するのが望ましく、この一連の処理は、レーザを点灯している最中において、定期的に行われ、好ましくは１秒〜１分に一度の頻度で行う。
【００６７】
ところで、上記図１５に示す装置においては、冷却条件（Ｔｃｏｏｌ）やレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が変化すると、これに応じて波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）が自動的に更新されるが、例えばレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）が変化すれば光源部温度（Ｔｌｓｒ）も変化し、それに応じて最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）も変化するというように、光源部温度（Ｔｌｓｒ）と最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）の状態は順次遷移し、ある時間経過後に最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）に落ち着くものと考えられる。
以下、環境状態等が変化した際に、光源部温度（Ｔｌｓｒ）と最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）が実際にどのように遷移するのかについて、図１７の動作例により説明する。なお、図１７のＸ軸は光源部温度（Ｔｌｓｒ）、Ｙ軸はレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）、Ｚ軸は最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を示し、同図中の実線で示した曲線は、光源部温度（Ｔｌｓｒ）とレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）をパラメータとした波長変換素子の設定温度（Ｔｐｐｌｎ）である。
【００６８】
（１）波長変換素子５の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）がＴｐ１、光源部温度（Ｔｌｓｒ）がＴｌ４であることを光源部温度検出手段Ｔｈ２で検知する。半導体レーザ２は、レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）がＰｉ１で点灯している（図１７の点Ａ）。
（２）人為的にレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）をＰｉ２に変化させた（図１７の点Ｂ）。
（３）制御部２１はレーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）がＰｉ２であることを検知する。
（４）レーザ点灯時の入力電力（Ｐｉｎｐｕｔ）の増加に伴い、レーザ素子の発熱が増えるため半導体レーザ２の近傍の温度は上昇する。
（５）光源部温度（Ｔｌｓｒ）がＴｌ５に上昇したことを光源部温度検出手段Ｔｈ２で検知する。
【００６９】
（６）制御部２１のマイコン等の処理装置は記憶している式（４）を用いて、(Ｔｌｓｒ,Ｐｉｎｐｕｔ)＝（Ｔｌ５,Ｐｉ２）のときの波長変換素子５の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）Ｔｐ２を得て、波長変換素子５の制御温度の目標値をＴｐ２に変更する。
目標値変更に従い、制御部はヒータの給電量を増やして、ＰＩＤ制御して波長変換素子５の実測温度をＴｐ２に近づけるように制御する（図１７の点Ｂ→点Ｃ）。
（７）波長変換素子５の実測温度がＴｐ２に近づくにつれて、半導体レーザ２から出力される赤外線の大半が波長変換素子５によって可視光に変換され、レーザ光源ユニットＬＨのパッケージの外に放出されるので、共振器内赤外エネルギーによる半導体レーザ２への入熱は減少する。したがって、光源部温度（Ｔｌｓｒ）は、低くなる。
（８）制御部２１は光源部温度（Ｔｌｓｒ）がＴｌ６に低下したことを光源部温度検出手段Ｔｈ２で検知する（図１７の点Ｄ）
【００７０】
（９）制御部２１のマイコン等の処理装置は記憶している式（４）を用いて、(Ｔｌｓｒ,Ｐｉｎｐｕｔ)＝（Ｔｌ６,Ｐｉ２）のときの波長変換素子の最適温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）Ｔｐ３を新たに得て、波長変換素子５の制御温度の目標値をＴｐ３に変更する。
（１０）目標値変更に従い、制御部２１はヒータ７の給電量を変えて、ＰＩＤ制御して波長変換素子５の実測温度をＴｐ３に近づけるように制御する。
（１１）波長変換素子５の実測温度がＴｐ３に近づくにつれて、半導体レーザ２から出力される赤外線の大半が波長変換素子５によって可視光に変換され、レーザ光源ユニットＬＨのパッケージの外に放出されるので、共振器内赤外エネルギーによる半導体レーザ２への入熱は減少する。したがって、光源部温度（Ｔｌｓｒ）は、低くなる
【００７１】
（１２）制御部２１は光源部温度（Ｔｌｓｒ）がＴｌ７に低下したことを光源部温度検出手段Ｔｈ２で検知する（図１７の点Ｆ）
（１３）制御部２１のマイコン等の処理装置は記憶している式（４）を用いて、（Ｔｌｓｒ，Ｐｉｎｐｕｔ）＝（Ｔｌ７，Ｐｉ２）のときの波長変換素子の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）Ｔｐ４を得る（図１７の点Ｇ）。
上記操作を光源部温度（Ｔｌｓｒ）が変化しなくなるまで行うことにより、最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）はある状態に落ち着く。
上記例では、最適設定温度について式（４）を用いてマイコン等の処理装置により、リアルタイムに計算する場合について説明した。しかし、処理装置の演算処理速度の都合上、半導体レーザの点灯が開始される前に、前述した関係式等を用いて予め演算を行い、前記表１に示したようなテーブルを作成し、記憶装置に記憶させておいてもよい。そして、作成したテ―ブルを参照しながら波長変換素子５の最適設定温度（Ｔｐｐｌｎ＿ｏｐｔ）を更新するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１        基板
２        半導体レーザ
３        遮断容器
４        基本波光反射素子（ＶＢＧ）
５        波長変換素子（ＰＰＬＮ）
６        伝熱板
７        加熱手段（ヒータ）
８        ダイクロイックミラー
９        反射ミラー
１０      ダイクロイック出力ミラー
１１      ビームダンプ
２０      点灯回路
２１      制御部
２１ａ    最適温度設定手段
２１ｂ    温度制御手段
２１ｃ    最適温度順次設定手段
３１      設定温度更新手段
３２      オプティカルパワーメータ
３４      記憶手段
３５      半導体レーザ冷却装置
Ｔｈ１    素子温度検出手段
Ｔｈ２    光源部温度検出手段
ＬＨ      レーザ光源ユニット
Ｕ１      給電回路
Ｕ２      パルス回路
Ｕ３      ドライブ回路
Ｆ１      制御ユニット
Ｍ１      ＤＣ電源
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３    スイッチング素子
Ｌ１      チョークコイル
Ｃ１      平滑コンデンサ
Ｃ２      コンデンサ群
Ｄ１      フライホイールダイオード
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３      ゲート駆動回路
Ｉ１      給電電流検出手段
Ｖ１      給電電圧検出手段
【図１】
0005924097.tif 000004
【図２】
0005924097.tif 000005
【図３】
0005924097.tif 000006
【図４】
0005924097.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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