(57)【要約】【課題】レーザ素子の劣化や破壊の発生を低減することができるレーザ駆動装置、レーザ発光装置およびレーザ駆動方法を提供する。【解決手段】レーザ発光装置１は、レーザ駆動装置２と、半導体レーザ３と、光学系４とを有する。レーザ駆動装置２は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光の一部を受光する受光部２１と、受光部２１により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較し、出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定する制御部２３と、出力特性が許容範囲を超えた場合に、半導体レーザ３へ供給する駆動電流を変更する駆動部２４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を受光する受光部と、
前記受光部により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較し、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定する制御部と、
前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部と
を有するレーザ駆動装置。
【請求項２】
前記受光部は、前記レーザ素子の光出力を検出し、
前記制御部は、検出された光出力の時間的変動に基づいて前記光出力のノイズを求め、前記ノイズと、前記基準出力特性として予め設定された基準ノイズとを比較して、前記ノイズが前記許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項３】
前記受光部は、前記レーザ素子の遠視野像あるいは近視野像の光強度分布を検出し、
前記制御部は、検出された前記光強度分布と、前記基準出力特性として予め設定された基準光強度分布とを比較して、前記光強度分布が許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項４】
前記受光部は、前記レーザ光のスペクトラムを検出し、
前記制御部は、検出された前記スペクトラムと、前記基準出力特性として予め設定された基準スペクトラムとを比較して、前記スペクトラムが許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項５】
レーザ素子から出射されたレーザ光が被照射物によって反射され、前記レーザ素子へ戻る光の一部を受光する受光部と、
前記受光部により検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較する制御部と、
前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部と
を有するレーザ駆動装置。
【請求項６】
レーザ素子と、
前記レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を分離する光学素子と、
前記光学素子により分離された前記レーザ光を受光する受光部と、
前記受光部により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較し、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定する制御部と、
前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部と
を有するレーザ発光装置。
【請求項７】
前記受光部は、前記レーザ素子の光出力を検出し、
前記制御部は、検出された光出力の時間的変動に基づいて前記光出力のノイズを求め、前記ノイズと、前記基準出力特性として予め設定された基準ノイズとを比較して、前記ノイズが前記許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項６記載のレーザ発光装置。
【請求項８】
前記受光部は、前記レーザ素子の遠視野像あるいは近視野像の光強度分布を検出し、
前記制御部は、検出された前記光強度分布と、前記基準出力特性として予め設定された基準光強度分布とを比較して、前記光強度分布が許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項６記載のレーザ発光装置。
【請求項９】
前記受光部は、前記レーザ光のスペクトラムを検出し、
前記制御部は、検出された前記スペクトラムと、前記基準出力特性として予め設定された基準スペクトラムとを比較して、前記スペクトラムが許容範囲内に収まっているか否かを判定する
請求項６記載のレーザ発光装置。
【請求項１０】
レーザ光を出射するレーザ素子と、
被照射物によって反射されて、前記レーザ素子へ戻る前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、
前記光学素子により分離された前記戻り光を受光する受光部と、
前記受光部により検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較する制御部と、
前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部と
を有するレーザ発光装置。
【請求項１１】
前記レーザ素子から被照射物へ照射される前記レーザ光の一部を分離して、分離した光の出力特性を検出するステップと、
前記検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較して、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定するステップと、
前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更するステップと
を有するレーザ駆動方法。
【請求項１２】
レーザ素子から被照射物へレーザ光を照射するステップと、
前記被照射物によって反射されて、前記レーザ素子へ戻るレーザ光の一部を分離して、分離したレーザ光の光強度を検出するステップと、
前記検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較するステップと、
前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更するステップと
を有するレーザ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、被照射物の加工に利用されるレーザ発光装置、当該レーザ発光装置に備えられるレーザ駆動装置、並びにレーザ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接、溶着、焼入れなどのレーザ加工分野において、ガスレーザやＹＡＧなどの固体レーザから、高出力半導体レーザへの置き換えが進んでいる。また、半導体レーザは、医療への応用が期待されている。
【０００３】
半導体レーザに電流を注入し、発振開始電流を超えると、レーザ発振が始まる。注入電流をさらに増加させると光出力が増加していくが、注入電流がある値になると光出力が減少する。この現象は、半導体レーザの出力端面（チップ端面）の光出力が過大になることにより、出力端面が光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）を受けることに起因する。
【０００４】
このＣＯＤの発生を防止するため、通常、ＣＯＤが起こる光出力の半分程度に、最大定格出力が設定される。この最大定格出力の範囲内で、ユーザにより半導体レーザが使用される。
【０００５】
ところで、上記したレーザ加工分野などでは、最大定格出力の範囲内で半導体レーザを使用した場合であっても、被照射物からの反射光が戻り光として半導体レーザへ再入射し、この戻り光によって半導体レーザが劣化あるいは故障するという問題があった。
【０００６】
このため、半導体レーザからのレーザ光と、光ファイバの入射端面での反射による戻り光を光路分離し、遮蔽板により半導体レーザへの戻り光を遮断する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、半導体レーザから出射されるレーザ光を遮蔽板で遮蔽しないようにする必要があるため、遮蔽板により戻り光をカットするには限界がある。
【特許文献１】特開平５−３２３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、レーザ加工分野に高出力半導体レーザを適用する場合には、ユーザの使用状況や、被照射物の種類に応じて戻り光の光量が大きく異なるため、半導体レーザへの戻り光の光量が予測できず、半導体レーザの端面破壊を抑制することが困難な状況にある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、レーザ素子の劣化や破壊の発生を低減することができるレーザ駆動装置、レーザ発光装置およびレーザ駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ駆動装置は、レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を受光する受光部と、前記受光部により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較し、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定する制御部と、前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部とを有する。
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ駆動装置は、レーザ素子から出射されたレーザ光が被照射物によって反射され、前記レーザ素子へ戻る光の一部を受光する受光部と、前記受光部により検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較する制御部と、前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部とを有する。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ発光装置は、レーザ素子と、前記レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を分離する光学素子と、前記光学素子により分離された前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較し、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定する制御部と、前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部とを有する。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ発光装置は、レーザ光を出射するレーザ素子と、被照射物によって反射されて、前記レーザ素子へ戻る前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、前記光学素子により分離された前記戻り光を受光する受光部と、前記受光部により検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較する制御部と、前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更する駆動部とを有する。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ駆動方法は、前記レーザ素子から被照射物へ照射される前記レーザ光の一部を分離して、分離した光の出力特性を検出するステップと、前記検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とを比較して、前記出力特性が許容範囲内に収まっているか否かを判定するステップと、前記出力特性が前記許容範囲を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更するステップとを有する。
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ駆動方法は、レーザ素子から被照射物へレーザ光を照射するステップと、前記被照射物によって反射されて、前記レーザ素子へ戻るレーザ光の一部を分離して、分離したレーザ光の光強度を検出するステップと、前記検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とを比較するステップと、前記光強度が前記許容光強度を超えた場合に、前記レーザ素子へ供給する駆動電流を変更するステップとを有する。
【００１５】
上記の本発明では、レーザ素子の出力特性を検出する方法と、被照射物から反射されたレーザ光（戻り光）の光強度を検出する方法がある。
【００１６】
レーザ素子の出力特性を検出する方法では、レーザ素子から出射されたレーザ光の一部が受光部により受光される。制御部では、受光部により検出された出力特性と、予め設定された基準出力特性とが比較され、出力特性が許容範囲内に収まっているか否かが判定される。出力特性が許容範囲を超えた場合には、駆動部からレーザ素子へ供給する駆動電流が変更される。
【００１７】
被照射物から反射されるレーザ光の光強度を検出する方法では、被照射物によって反射され、レーザ素子へ戻るレーザ光の一部が受光部により受光される。制御部では、受光部により検出された戻り光の光強度と、予め設定された許容光強度とが比較される。光強度が許容光強度を超えた場合には、駆動部からレーザ素子へ供給する駆動電流が変更される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザ素子の劣化や破壊の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るレーザ発光装置１の構成を示す図である。
【００２１】
本実施形態に係るレーザ発光装置１は、レーザ駆動装置２と、半導体レーザ（レーザ素子）３と、光学系４とを有する。レーザ駆動装置２は、受光部２１と、記憶部２２と、制御部２３と、駆動部２４とを有する。
【００２２】
半導体レーザ３は、レーザ駆動装置２から供給される駆動電流Ｉｏｐに応じて、レーザ光Ｌ１を出射する。半導体レーザ３は、例えばＷクラスの出力をもつ高出力のブロードエリア型レーザからなる。駆動電流Ｉｏｐが大きければ大きいほど、半導体レーザ３から出射されるレーザ光Ｌ１の出力は大きくなる。
【００２３】
半導体レーザ３から出射されたレーザ光Ｌ１を被照射物１０へ導くために、光学系４が設けられている。光学系４は、ビームスプリッタ４１と、レンズ４２，４３とを有する。ビームスプリッタ４１は、本発明における光学素子に相当する。ただし、光学系４の構成に限定はなく、レーザ発光装置１の用途に応じて種々の変更が可能である。例えば、レンズ４３と被照射物１０との間に光ファイバを設けてもよい。これは、以降の実施形態についても同様である。
【００２４】
ビームスプリッタ４１は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光Ｌ１を、受光部２１へ入射するレーザ光Ｌ２と、被照射物１０へ入射するレーザ光Ｌ３とに分離する。すなわち、ビームスプリッタ４１に入射したレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４１により反射されるレーザ光Ｌ２と、ビームスプリッタ４１を通過するレーザ光Ｌ３とに分離される。
【００２５】
レンズ４２，４３は、ビームスプリッタ４１を通過したレーザ光Ｌ３を被照射物１０へ集光する。これにより、被照射物１０に対して加工等が施される。
【００２６】
被照射物１０により反射されたレーザ光（戻り光）Ｌ４は、レンズ４２，４３およびビームスプリッタ４１を通過して半導体レーザ３の端面に再入射する。このとき、半導体レーザ３は、戻り光Ｌ４の影響を受けて、その出力特性に変化が生じる。
【００２７】
受光部２１は、ビームスプリッタ４１により分離されたレーザ光Ｌ２を受光して、その出力特性に応じた信号を制御部２３へ出力する。出力特性としては、例えば、光出力のノイズや、近視野像あるいは遠視野像、またはスペクトラムがある。受光部２１は、例えば、フォトダイオード、フォトディテクタアレイ、光スペクトラムアナライザにより構成される。これらの機器を用いたより詳細な例については、後述の実施形態で説明する。
【００２８】
記憶部２２には、半導体レーザ３の基準出力特性と、変動許容量を記憶する。基準出力特性とは、戻り光がない状態での半導体レーザ３の出力特性である。変動許容量は、基準出力特性に対して許容できる出力特性の変動量である。基準出力特性としては、例えば、光出力のノイズや、近視野像あるいは遠視野像、またはスペクトラムがある。
【００２９】
制御部２３は、記憶部２２に記憶された基準出力特性と、受光部２１により検出された半導体レーザ３の出力特性とを比較して、半導体レーザ３の出力特性が、変動許容量を超えて基準出力特性からずれているか否かを判定する。
【００３０】
基準出力特性からの半導体レーザ３の出力特性のずれが変動許容量を超えていない場合、すなわち許容範囲内の場合には、駆動電流Ｉｏｐを変更することなく、そのまま使用が継続される。
【００３１】
基準出力特性からの半導体レーザ３の出力特性のずれが変動許容量を超えている場合、すなわち許容範囲を超えている場合には、制御部２３は、駆動部２４へ制御信号を出力する。
【００３２】
駆動部２４は、制御部２３からの制御信号に応じて、半導体レーザ３へ供給する駆動電流Ｉｏｐを変更する。
【００３３】
次に、上記の本実施形態に係るレーザ発光装置１の動作について説明する。
【００３４】
レーザ駆動装置２から半導体レーザ３に駆動電流Ｉｏｐが供給されると、半導体レーザ３により駆動電流Ｉｏｐに応じたレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４１によりレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３とに分離される。
【００３５】
レーザ光Ｌ２は受光部２１に受光され、受光部２１によりレーザ光Ｌ２の出力特性に応じた信号が、制御部２３に出力される。レーザ光Ｌ３は、レンズ４２，４３を通過して被照射物１０に照射され、被照射物１０に対して加工等が施される。被照射物１０からの反射光は、戻り光Ｌ４として半導体レーザ３に入射する。
【００３６】
このとき、半導体レーザ３は戻り光Ｌ４の影響を受けて、レーザ光Ｌ１の出力特性に変化が生じる。この結果、受光部２１により検出されるレーザ光Ｌ２の出力特性に変化が生じる。
【００３７】
制御部２３において、記憶部２２に記憶された基準出力特性と、受光部２１により検出された半導体レーザ３の出力特性とが比較されて、半導体レーザ３の出力特性が、変動許容量を超えて基準出力特性からずれているか否かが判定される。
【００３８】
変動許容量を超えている場合には、制御部２３から駆動部２４へ制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更（停止を含む）される。駆動電流Ｉｏｐの変更方法としては、駆動電流Ｉｏｐを下げるか、駆動電流Ｉｏｐの供給を遮断するかの２通りがある。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係るレーザ駆動装置２、レーザ発光装置１およびレーザ駆動方法によれば、半導体レーザ３からの出力特性を受光部２１により検出し、検出された出力特性と基準出力特性とを制御部２３により比較している。戻り光Ｌ４の影響により半導体レーザ３からの出力特性が変化して変動許容量を超えた場合には、駆動電流Ｉｏｐを変更して、半導体レーザ３の光出力を調整するので、半導体レーザ３の端面劣化や端面破壊を防止することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係るレーザ発光装置１の構成を示す図である。第２実施形態では、第１実施形態における受光部２１としてフォトダイオード２１ａを採用する例について説明する。
【００４１】
光学系４は、ビームスプリッタ（光学素子）４１と、レンズ４２，４３と、レンズ４４とを有する。レンズ４４は、ビームスプリッタ４１により反射されたレーザ光Ｌ２をフォトダイオード２１ａへ結像する。ただし、光学系４の構成に限定はなく、レーザ発光装置１の用途に応じて種々の変更が可能である。
【００４２】
記憶部２２は、半導体レーザ３の基準出力特性としての基準ノイズと、変動許容量を記憶する。基準ノイズとは、戻り光がない状態での半導体レーザ３の光出力のノイズである。変動許容量は、基準ノイズに対して許容できるノイズの変動量である。
【００４３】
制御部２３は、フォトダイオード２１ａにより検出された光出力の時間的変動に基づいて光出力のノイズを求め、ノイズと基準ノイズとを比較して、ノイズが許容範囲内に収まっているか否かを判定する。
【００４４】
以下に、戻り光がない状態の光出力の基準ノイズと、戻り光がある場合の光出力のノイズの例について説明する。
【００４５】
図３（ａ）は、駆動電流Ｉｏｐを一定とした場合における半導体レーザ３の光出力の時間変動を示す図である。図３（ａ）において、横軸は時間、縦軸は光出力を示す。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、戻り光がない場合であっても、駆動電流Ｉｏｐを一定とした場合に半導体レーザ３の光出力は一定とならず、時間的に変化している。光出力は、直流成分ＤＣと、交流成分ＡＣとに分けられる。直流成分ＤＣとは、光出力の時間平均である。交流成分ＡＣとは、直流成分を中心とした光出力の変化の振幅（変動成分）である。ＡＣ／ＤＣが、ノイズとなる。
【００４７】
図３（ｂ）は、駆動電流Ｉｏｐとノイズとの関係を示す図である。Ｎ１は戻り光がない場合において半導体レーザ３の光出力から算出される基準ノイズを示す。Ｎ２は戻り光がある場合に半導体レーザ３の光出力から算出されるノイズを示す。なお、Ｎ２は、戻り光率を６８％に設定した場合に得られたノイズである。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、戻り光がない場合の基準ノイズＮ１は、駆動電流Ｉｏｐの増加とともに減少していく。これに対して、戻り光がある場合のノイズＮ２は、所定の駆動電流Ｉｏｐまでは基準ノイズＮ１に追従するように減少するものの、途中から増加していくことがわかる。図中の点Ｄにおいて、半導体レーザ３の端面破壊が発生した。
【００４９】
このように、駆動電流Ｉｏｐの増加とともに半導体レーザ３の光出力が増加するため、戻り光量も増加する。戻り光量が増加すると半導体レーザ３の出力特性が影響を受けて、ノイズＮ２が基準ノイズＮ１よりも増加することがわかる。半導体レーザ３の端面劣化や、端面破壊を防止するため、例えば、変動許容量を基準ノイズＮ１の１．３倍に設定する。
【００５０】
次に、上記の本実施形態に係るレーザ発光装置１の動作について説明する。
【００５１】
レーザ駆動装置２から半導体レーザ３に駆動電流Ｉｏｐが供給されると、半導体レーザ３により駆動電流Ｉｏｐに応じたレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４１によりレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３とに分離される。
【００５２】
レーザ光Ｌ２はレンズ４４を通過してフォトダイオード２１ａに受光され、フォトダイオード２１ａによりレーザ光Ｌ２の出力に応じた信号が、制御部２３に出力される。レーザ光Ｌ３は、レンズ４２，４３を通過して被照射物１０に照射され、被照射物１０に対して加工等が施される。被照射物１０からの反射光は、戻り光Ｌ４として半導体レーザ３に入射する。戻り光Ｌ４の影響を受けて、半導体レーザ３から出射されるレーザ光Ｌ１のノイズに変化が生じる。
【００５３】
制御部２３では、まず、フォトダイオード２１ａにより検出される光出力の時間的変動に基づいて、光出力の直流成分ＤＣと交流成分ＡＣを算出し、ノイズ（ＡＣ／ＤＣ）を求める。
【００５４】
そして、記憶部２２に記憶された基準ノイズと、算出されたノイズとが比較されて、半導体レーザ３の光出力のノイズが、変動許容量を超えて基準ノイズからずれているか否かが判定される。変動許容量は、例えば基準ノイズの１．３倍に設定する。
【００５５】
変動許容量を超えている場合には、制御部２３から駆動部２４へ制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更される。駆動電流Ｉｏｐの変更方法としては、駆動電流Ｉｏｐを下げるか、駆動電流Ｉｏｐの供給を遮断するかの２通りがある。
【００５６】
本実施形態に係るレーザ駆動装置２、レーザ発光装置１およびレーザ駆動方法では、フォトダイオード２１ａにより検出される光出力の時間的変動に基づいて、制御部２３により光出力のノイズが算出される。そして、算出されたノイズと基準ノイズとが制御部２３により比較される。半導体レーザ３からの光出力のノイズが、変動許容量を超えた場合には、制御部２３により制御信号が駆動部２４に出力されて、駆動部２４から供給される駆動電流Ｉｏｐが変更される。以上のようにして、半導体レーザ３の光出力を調整するので、半導体レーザ３の端面劣化や端面破壊を防止することができる。
【００５７】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係るレーザ発光装置１の構成を示す図である。第３実施形態では、第１実施形態における受光部２１としてフォトディテクタアレイ２１ｂを採用する例について説明する。
【００５８】
フォトディテクタアレイ２１ｂは、フォトダイオードが二次元に配置され、各フォトダイオードからの出力を取り出せるようにしたものである。フォトディテクタアレイ２１ｂとしては、ＣＣＤ撮像素子や、ＣＭＯＳ撮像素子などがある。
【００５９】
光学系４は、ビームスプリッタ（光学素子）４１と、レンズ４２，４３と、レンズ４４とを有する。レンズ４４は、ビームスプリッタ４１により反射されたレーザ光Ｌ２をフォトディテクタアレイ２１ｂへ結像する。ただし、光学系４の構成に限定はなく、レーザ発光装置１の用途に応じて種々の変更が可能である。
【００６０】
記憶部２２は、半導体レーザ３の基準出力特性としての基準光強度分布と、変動許容量を記憶する。基準光強度分布とは、戻り光がない状態での半導体レーザ３の近視野像あるいは遠視野像である。変動許容量は、基準光強度分布に対して許容できる光強度分布の変動量である。
【００６１】
近視野像（ニアフィールドパターン：ＮＦＰ）とは、半導体レーザ３の出力端面での光強度分布である。また、遠視野像（ファーフィールドパターン：ＦＦＰ）とは、半導体レーザ３から十分に遠い距離でのレーザ光の光強度分布である。本実施形態では、レンズ４４によりフォトディテクタアレイ２１ｂの焦点が半導体レーザ３の出力端面にくるように設定する。これにより、フォトディテクタアレイ２１ｂでは半導体レーザ３の近視野像が検出される。なお、近視野像を検出する例について説明するが、近視野像と遠視野像とはフーリエ変換により変換可能なため、どちらの像を用いてもよい。
【００６２】
制御部２３は、フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出された近視野像あるいは遠視野像の光強度分布と、基準光強度分布とを比較して、光強度分布が許容範囲内に収まっているか否かを判定する。
【００６３】
次に、制御部２３による処理の詳細について説明する。
【００６４】
図５（ａ）は、戻り光がない状態の半導体レーザ３の出力端面の近視野像であり、図５（ｂ）は、戻り光がある状態の半導体レーザ３の出力端面の近視野像である。
【００６５】
図５（ａ）に示すように、戻り光がない状態での半導体レーザ３の出力端面の近視野像は、半導体レーザ３の発光層の形状を反映した１つのパターンとなる。これに対して、戻り光が大きくなると、図５（ｂ）に示すように、近視野像のパターンがいくつかに分かれるといった出力特性の変化が生じる。図５（ｂ）では、近視野像のパターンが２つに分かれた例を示す。
【００６６】
図６（ａ）は、図５（ａ）の近視野像の光強度分布（基準光強度分布）を示す図であり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）の近視野像の光強度分布を示す図である。図６では、横軸が発光層の幅方向における位置を示し、縦軸が光強度を示す。図６（ｂ）に示す光強度分布は、フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出される。
【００６７】
図６（ａ）に示す基準光強度分布と、図６（ｂ）に示す光強度分布の比較は、以下のようにして行う。
【００６８】
基準光強度分布は、強度関数ｆ（ｘ）で表され、記憶部２２に記憶させておく。ただし、強度関数ｆ（ｘ）は、下記式（１）により規格化されている。また、強度関数ｆ（ｘ）は駆動電流Ｉｏｐに依存するため、駆動電流Ｉｏｐ毎に記憶部２２に記憶させておく。
【００６９】
【数１】
2006303365.tif 000003
【００７０】
フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出された近視野像の光強度分布は、強度関数ｇ（ｘ）で表される。ただし、強度関数ｇ（ｘ）は、下記式（２）により規格化される。
【００７１】
【数２】
2006303365.tif 000004
【００７２】
そして、下記式（３）により、上記の強度関数ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の内積Ｓ１を演算する。
【００７３】
【数３】
2006303365.tif 000005
【００７４】
内積Ｓ１が１のときは、強度関数ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）が一致している場合であり、戻り光による影響はない。例えば、変動許容量を０．８に設定した場合には、Ｓ１＜０．８のときに、駆動電流Ｉｏｐを変更する。
【００７５】
以上の演算処理が、フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出された光強度分布と、基準光強度分布とを比較して、光強度分布が許容範囲内に収まっているか否かを判定する処理に相当する。
【００７６】
次に、上記の本実施形態に係るレーザ発光装置１の動作について説明する。
【００７７】
レーザ駆動装置２から半導体レーザ３に駆動電流Ｉｏｐが供給されると、半導体レーザ３により駆動電流Ｉｏｐに応じたレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４１によりレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３とに分離される。
【００７８】
レーザ光Ｌ２はレンズ４４を通過してフォトディテクタアレイ２１ｂに受光され、フォトディテクタアレイ２１ｂにより半導体レーザ３の出力端面の近視野像の光強度分布に応じた信号が、制御部２３に出力される。レーザ光Ｌ３は、レンズ４２，４３を通過して被照射物１０に照射され、被照射物１０に対して加工等が施される。被照射物１０からの反射光は、戻り光Ｌ４として半導体レーザ３に入射する。戻り光Ｌ４の影響を受けて、半導体レーザ３の近視野像の光強度分布に変化が生じる。
【００７９】
制御部２３では、まず、フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出される光強度分布と記憶部２２に記憶された基準光強度分布とを比較して、その形状類似性を判定する。この方法としては、上記したように、記憶部２２に記憶された基準光強度分布を強度関数ｆ（ｘ）とし、フォトディテクタアレイ２１ｂにより検出される光強度分布を強度関数ｇ（ｘ）として、ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の内積Ｓ１を演算する。
【００８０】
そして、算出された内積Ｓ１が、記憶部２２に記憶された変動許容量を超えてずれている（下回っている）か否かが判定される。変動許容量は、例えば０．８に設定する。
【００８１】
変動許容量を超えている場合には、制御部２３から駆動部２４へ制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更される。駆動電流Ｉｏｐの変更方法としては、駆動電流Ｉｏｐを下げるか、駆動電流Ｉｏｐを遮断するかの２通りがある。
【００８２】
本実施形態に係るレーザ駆動装置２、レーザ発光装置１およびレーザ駆動方法では、フォトディテクタアレイ２１ｂにより半導体レーザ３の出力端面の光強度分布（近視野像）が検出され、制御部２３により当該光強度分布と基準光強度分布とが比較される。半導体レーザ３の出力端面の光強度分布が、変動許容量を超えた場合には、制御部２３により制御信号が駆動部２４に出力されて、駆動部２４から供給される駆動電流Ｉｏｐが変更される。以上のようにして、半導体レーザ３の光出力を調整するので、半導体レーザ３の端面劣化や端面破壊を防止することができる。
【００８３】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るレーザ発光装置１の構成を示す図である。第４実施形態では、第１実施形態における受光部２１として光スペクトラムアナライザ２１ｃを採用する例について説明する。
【００８４】
光スペクトラムアナライザ２１ｃは、光のスペクトラム（スペクトル）を検出するものである。これにより、光の波長毎の強度分布が得られる。光スペクトラムアナライザ２１ｃでは、入射光をプリズムあるいは回折格子に入射させて、入射光を波長毎に分離して、各波長の光の強度を検出する。
【００８５】
光学系４は、ビームスプリッタ（光学素子）４１と、レンズ４２，４３と、レンズ４４とを有する。レンズ４４は、ビームスプリッタ４１により反射されたレーザ光Ｌ２を光スペクトラムアナライザ２１ｃへ結像する。ただし、光学系４の構成に限定はなく、レーザ発光装置１の用途に応じて種々の変更が可能である。
【００８６】
記憶部２２は、半導体レーザ３の基準出力特性としての基準スペクトラムと、変動許容量を記憶する。基準スペクトラムとは、戻り光がない状態に得られるレーザ光Ｌ２のスペクトラムである。変動許容量は、基準スペクトラムに対して許容できるスペクトラムの変動量である。
【００８７】
制御部２３は、光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出されたスペクトラムと、基準スペクトラムとを比較して、スペクトラムが許容範囲内に収まっているか否かを判定する。
【００８８】
次に、制御部２３による処理の詳細について説明する。
【００８９】
図８（ａ）は、戻り光がない状態におけるレーザ光（より詳細には、レーザ光Ｌ２）の基準スペクトラムであり、図８（ｂ）は、戻り光がある状態のレーザ光Ｌ２のスペクトラムである。図８では、横軸が波長を示し、縦軸が光強度を示す。図８（ａ）に示す基準スペクトラムは記憶部２２に記憶され、図８（ｂ）に示すスペクトラムは光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出される。
【００９０】
図８（ａ）に示すように、戻り光がない状態でのレーザ光のスペクトラムは、通常、１つのピークをもつ。これに対して、戻り光が大きくなると、図８（ｂ）に示すように、スペクトラムは複数のピークをもつといった出力特性の変化が生じる。図８（ｂ）では、スペクトラムが３つのピークをもつ例を示す。
【００９１】
図８（ａ）に示す基準スペクトラムと、図８（ｂ）に示すスペクトラムの比較は、第３実施形態と同様にして行うことができる。この場合には、上記式（１）〜（３）におけるｆ（ｘ）をｆ（λ）とし、ｇ（ｘ）をｇ（λ）とする。
【００９２】
すなわち、基準スペクトラムを強度関数ｆ（λ）として、記憶部２２に記憶させておく。ただし、強度関数ｆ（λ）は、規格化されている。規格化については、上記式（１）に示した通りである。また、強度関数ｆ（λ）は駆動電流Ｉｏｐに依存するため、駆動電流Ｉｏｐ毎に記憶部２２に記憶させておく。
【００９３】
光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出されたスペクトラムは、強度関数ｇ（λ）で表される。ただし、強度関数ｇ（λ）は、規格化される。規格化については、上記式（２）に示した通りである。
【００９４】
そして、上記の強度関数ｆ（λ）とｇ（λ）の内積Ｓ１を演算する。この内積Ｓ１については、上記式（３）に示した通りである。
【００９５】
内積Ｓ１が１のときは、強度関数ｆ（λ）とｇ（λ）が一致している場合であり、戻り光による影響はない。例えば、変動許容量を０．８に設定した場合には、Ｓ１＜０．８のときに、駆動電流Ｉｏｐを変更する。
【００９６】
以上の演算処理が、光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出されたスペクトラムと、基準スペクトラムとを比較して、スペクトラムが許容範囲内に収まっているか否かを判定する処理に相当する。
【００９７】
次に、上記の本実施形態に係るレーザ発光装置１の動作について説明する。
【００９８】
レーザ駆動装置２から半導体レーザ３に駆動電流Ｉｏｐが供給されると、半導体レーザ３により駆動電流Ｉｏｐに応じたレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ４１によりレーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３とに分離される。
【００９９】
レーザ光Ｌ２はレンズ４４を通過して光スペクトラムアナライザ２１ｃに受光され、光スペクトラムアナライザ２１ｃによりレーザ光Ｌ２のスペクトラムに応じた信号が、制御部２３に出力される。レーザ光Ｌ３は、レンズ４２，４３を通過して被照射物１０に照射され、被照射物１０に対して加工等が施される。被照射物１０からの反射光は、戻り光Ｌ４として半導体レーザ３に入射する。戻り光Ｌ４の影響を受けて、半導体レーザ３から出射されるレーザ光のスペクトラムに変化が生じる。
【０１００】
制御部２３では、まず、光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出されるスペクトラムと、記憶部２２に記憶された基準スペクトラムとを比較して、その形状類似性を判定する。この方法としては、上記したように、記憶部２２に記憶された基準スペクトラムを強度関数ｆ（λ）とし、光スペクトラムアナライザ２１ｃにより検出されるスペクトラムを強度関数ｇ（λ）として、ｆ（λ）とｇ（λ）の内積Ｓ１を演算する。
【０１０１】
そして、算出された内積Ｓ１が、記憶部２２に記憶された変動許容量を超えてずれている（下回っている）か否かが判定される。変動許容量は、例えば０．８に設定する。
【０１０２】
変動許容量を超えている場合には、制御部２３から駆動部２４へ制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更される。駆動電流Ｉｏｐの変更方法としては、駆動電流Ｉｏｐを下げるか、駆動電流Ｉｏｐの供給を遮断するかの２通りがある。
【０１０３】
本実施形態に係るレーザ駆動装置２、レーザ発光装置１およびレーザ駆動方法では、光スペクトラムアナライザ２１ｃにより、半導体レーザ３から出射されたレーザ光Ｌ１の一部であるレーザ光Ｌ２のスペクトラムが検出され、制御部２３により当該スペクトラムと基準スペクトラムとが比較される。レーザ光Ｌ２のスペクトラムが、変動許容量を超えた場合には、制御部２３により制御信号が駆動部２４に出力されて、駆動部２４から供給される駆動電流Ｉｏｐが変更される。以上のようにして、半導体レーザ３の光出力を調整するので、半導体レーザ３の端面劣化や端面破壊を防止することができる。
【０１０４】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係るレーザ発光装置１の構成を示す図である。第１実施形態〜第４実施形態では、半導体レーザ３の出力特性をモニタする例について説明したが、第５実施形態では、戻り光の強度をモニタする例について説明する。
【０１０５】
光学系４は、ビームスプリッタ（光学素子）４５と、レンズ４２，４３とを有する。ビームスプリッタ４５は、本発明における光学素子に相当する。ただし、光学系４の構成に限定はなく、レーザ発光装置１の用途に応じて種々の変更が可能である。例えば、レンズ４３と被照射物１０との間に光ファイバを設けてもよい。
【０１０６】
ビームスプリッタ４５は、半導体レーザ３への戻り光Ｌ４を、受光部２１へ入射する戻り光Ｌ５と、半導体レーザ３へ入射する戻り光Ｌ６とに分離する。すなわち、ビームスプリッタ４５に入射した戻り光Ｌ４は、ビームスプリッタ４５により反射される戻り光Ｌ５と、ビームスプリッタ４５を通過する戻り光Ｌ６とに分離される。
【０１０７】
戻り光Ｌ４のうち、ビームスプリッタ４５を通過した戻り光Ｌ６は、半導体レーザ３の端面に再入射する。このとき、半導体レーザ３は、戻り光Ｌ６の影響を受けて、その出力に変化が生じる。
【０１０８】
受光部２１は、ビームスプリッタ４５により分離された戻り光Ｌ５を受光して、その出力特性に応じた信号を制御部２３へ出力する。出力特性としては、例えば光強度がある。受光部２１は、例えば、フォトダイオードにより構成される。
【０１０９】
記憶部２２には、戻り光の許容光強度を記憶する。許容光強度とは、許容できる戻り光の光強度である。許容光強度は、駆動電流Ｉｏｐに依存するため、駆動電流Ｉｏｐ毎に設定される。
【０１１０】
制御部２３は、記憶部２２に記憶された許容光強度と、受光部２１により検出された戻り光Ｌ５の光強度とを比較して、戻り光Ｌ５の光強度が、許容光強度を超えているか否かを判定する。
【０１１１】
戻り光Ｌ５の光強度が、許容光強度を超えていない場合、すなわち許容範囲内の場合には、駆動電流Ｉｏｐを変更することなく、そのまま使用が継続される。
【０１１２】
戻り光Ｌ５の光強度が、許容光強度を超えている場合、すなわち許容範囲を超えている場合には、制御部２３は、駆動部２４へ制御信号を出力する。
【０１１３】
駆動部２４は、制御部２３からの制御信号に応じて、半導体レーザ３へ供給する駆動電流Ｉｏｐを変更する。
【０１１４】
次に、許容光強度の例について説明する。
【０１１５】
図１０は、許容光強度を示す図である。図１０において、実線が戻り光の許容光強度を示し、破線が半導体レーザの出射光強度を示す。また、図１０では、横軸が駆動電流Ｉｏｐであり、縦軸が光強度である。
【０１１６】
駆動電流Ｉｏｐを増加させていけば、半導体レーザ３から出射されるレーザ光の出力が増加するため、それだけ戻り光の光強度も増加する。しかしながら、駆動電流Ｉｏｐが比較的小さい領域では、戻り光の光強度が増加しても、半導体レーザ３の出力端面の劣化や破壊は生じない。このため、駆動電流Ｉｏｐが小さい領域では、駆動電流Ｉｏｐの増加に伴い許容光強度が大きくなるように設定される。
【０１１７】
ここで、駆動電流Ｉｏｐがある程度大きくなると、半導体レーザ３から出射されるレーザ光自体の出力が大きいため、それだけ許容できる戻り光の強度が低下する。すなわち、駆動電流Ｉｏｐが大きい領域では、小さい強度の戻り光であっても、半導体レーザ３の出力端面の劣化や破壊が生じる可能性が高くなる。このため、駆動電流Ｉｏｐが大きい領域では、駆動電流Ｉｏｐの増加に伴い許容光強度が小さく設定される。
【０１１８】
次に、上記の本実施形態に係るレーザ発光装置１の動作について説明する。
【０１１９】
レーザ駆動装置２から半導体レーザ３に駆動電流Ｉｏｐが供給されると、半導体レーザ３により駆動電流Ｉｏｐに応じたレーザ光Ｌ１が出射される。レーザ光Ｌ１のうちビームスプリッタ４５を通過したレーザ光Ｌ３が、レンズ４２，４３を通過して、被照射物１０に照射され、被照射物１０に対して加工等が施される。なお、ビームスプリッタ４５により反射されたレーザ光は、受光部２１へは入射しない。
【０１２０】
被照射物１０からの反射光は、戻り光Ｌ４としてビームスプリッタ４５に入射する。ビームスプリッタ４５に入射した戻り光Ｌ４は、受光部２１へ入射する戻り光Ｌ５と、半導体レーザ３に入射する戻り光Ｌ６とに分離される。戻り光Ｌ５は受光部２１に受光され、受光部２１により戻り光Ｌ５の強度に応じた信号が、制御部２３に出力される。
【０１２１】
制御部２３において、記憶部２２に記憶された許容光強度と、受光部２１により検出された戻り光Ｌ５の光強度とが比較されて、戻り光Ｌ５の光強度が、許容光強度を超えているか否かが判定される。
【０１２２】
許容光強度を超えている場合には、制御部２３から駆動部２４へ制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更される。駆動電流Ｉｏｐの変更方法としては、駆動電流Ｉｏｐを下げるか、駆動電流Ｉｏｐの供給を遮断するかの２通りがある。
【０１２３】
本実施形態に係るレーザ駆動装置２、レーザ発光装置１およびレーザ駆動方法によれば、戻り光Ｌ４の一部である戻り光Ｌ５の光強度を受光部２１により検出し、検出された光強度と許容光強度とを制御部２３により比較している。戻り光Ｌ５の光強度が許容光強度を超えた場合には、制御部２３により駆動部２４に制御信号が出力されて、駆動部２４により駆動電流Ｉｏｐが変更される。以上のようにして、半導体レーザ３の光出力を調整するので、半導体レーザ３の端面劣化や端面破壊を防止することができる。
【０１２４】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、第３実施形態および第４実施形態では、近視野像と基準近視野像、およびスペクトラムと基準スペクトラムとを比較する演算処理の例について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１２５】
例えば、強度関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）は、離散化された関数ｆｉ，ｇｉでもよい。図１１に示すように、離散化された関数ｆｉでは、ｘｉ毎に光強度が与えられる。ｇｉについても同様である。この場合には、関数ｆｉは、下記式（４）により規格化され、関数ｇｉは、下記式（５）により規格化される。そして、関数ｆｉと関数ｇｉの内積Ｓ２は、下記式（６）により示される。
【０１２６】
【数４】
2006303365.tif 000006
【０１２７】
【数５】
2006303365.tif 000007
【０１２８】
【数６】
2006303365.tif 000008
【０１２９】
内積Ｓ２が１のときは、関数ｆｉとｇｉが一致している場合であり、戻り光による影響はない。例えば、変動許容量を０．８に設定した場合には、Ｓ２＜０．８のときに、駆動電流Ｉｏｐを変更する。
【０１３０】
また、受光部２１の例として、フォトダイオード２１ａ、フォトディテクタアレイ２１ｂ、光スペクトラムアナライザ２１ｃを用いる例について説明したが、他の受光器を用いることも可能である。レーザ素子として、半導体レーザ以外のレーザ素子を用いることも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】第１実施形態に係るレーザ発光装置の構成を示す図である。
【図２】第２実施形態に係るレーザ発光装置の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は光出力の時間変動を示す図であり、（ｂ）は駆動電流とノイズの関係を示す図である。
【図４】第３実施形態に係るレーザ発光装置の構成を示す図である。
【図５】（ａ）は戻り光がない場合の近視野像であり、（ｂ）は戻り光がある場合の近視野像である。
【図６】（ａ）は戻り光がない場合の近視野像の光強度分布を示す図であり、（ｂ）は戻り光がある場合の近視野像の光強度分布を示す図である。
【図７】第４実施形態に係るレーザ発光装置の構成を示す図である。
【図８】（ａ）は戻り光がない場合のスペクトラムを示す図であり、（ｂ）は戻り光がある場合のスペクトラムを示す図である。
【図９】第５実施形態に係るレーザ発光装置の構成を示す図である。
【図１０】戻り光の許容光強度を示す図である。
【図１１】近視野像およびスペクトラムの演算処理の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１…レーザ発光装置、２…レーザ駆動装置、３…半導体レーザ、４…光学系、１０…被照射物、２１…受光部、２１ａ…フォトダイオード、２１ｂ…フォトディテクタアレイ、２１ｃ…光スペクトラムアナライザ、２２…記憶部、２３…制御部、２４…駆動部、４１…ビームスプリッタ、４２，４３…レンズ、４４…レンズ、４５…ビームスプリッタ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６…レーザ光、Ｉｏｐ…駆動電流
【図１】
2006303365.tif 000009
【図２】
2006303365.tif 000010
【図３】
2006303365.tif 000011
【図４】
2006303365.tif 000012
【図５】
2006303365.tif 000013
【図６】
2006303365.tif 000014
【図７】
2006303365.tif 000015
【図８】
2006303365.tif 000016
【図９】
2006303365.tif 000017
【図１０】
2006303365.tif 000018
【図１１】
2006303365.tif 000019