(57)【要約】【課題】レーザ素子からの出力光の発振波長を検出して、その発振波長を高精度に制御するに好適なレーザ発振波長制御方法を提供する。【解決手段】互いに波長応答特性の異なる２つの受光手段を用いて１つのレーザ素子から出力されるレーザ光をそれぞれ受光し、上記各受光手段による受光量を相互に比較して前記レーザ光の発振波長を検出する。具体的には波長選択性を有する光学フィルタを介してレーザ素子からの出力光を受光し、この受光量に応じて前記レーザ素子の駆動電流を可変してその発振波長を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長応答特性の異なる２つの受光手段を用いて１つのレーザ素子から出力されるレーザ光をそれぞれ受光し、上記各受光手段による受光量を相互に比較して前記レーザ光の発振波長を検出することを特徴とするレーザ発振波長検出方法。
【請求項２】
前記受光手段の少なくとも一方は、既知の波長応答特性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものである請求項１に記載のレーザ発振波長検出方法。
【請求項３】
前記レーザ素子は、前記レーザ光の波長を経時的に変化させるものである請求項１または２に記載のレーザ発振波長検出方法。
【請求項４】
レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を経時的に変化させると共に、既知の波長応答特性を有する受光手段を用いて上記レーザ光を受光し、前記受光手段による受光量と該受光手段の予め想定された受光特性とを比較して前記レーザ光の発振波長を検出することを特徴とするレーザ発振波長検出方法。
【請求項５】
前記受光手段は、既知の波長応答性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものである請求項４に記載のレーザ発振波長検出方法。
【請求項６】
前記受光手段の受光特性は、前記レーザ光の発振波長を所定の帯域幅に亘って変化させたときの前記受光手段による受光量の変化から推定されるものである請求項４に記載のレーザ発振波長検出方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ発振波長検出方法を用いてレーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を検出し、検出した上記レーザ光の波長情報に基づいて前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御することを特徴とするレーザ発振波長制御方法。
【請求項８】
前記レーザ光の発振波長のフィードバック制御は、前記レーザ素子を発振駆動する駆動電流をフィードバック制御して行われるものである請求項７に記載のレーザ発振波長制御方法。
【請求項９】
半導体レーザ素子と、
この半導体レーザ素子に駆動電流を与えて該半導体レーザ素子からレーザ光を発振出力させる駆動手段と、
互いに異なる波長応答特性を有して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光をそれぞれ受光する２つの受光手段と、
上記各受光手段による受光量を相互に比較して前記レーザ光の発振波長を検出する波長検出手段と、
この波長検出手段により検出された前記レーザ光の波長情報に基づいて前記駆動電流を調節して前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御する波長制御手段と
を具備したことを特徴とするレーザ発振波長制御装置。
【請求項１０】
前記駆動手段は、前記レーザ素子の駆動電流を可変して該レーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を経時的に変化させるものであって、
前記受光手段の少なくとも一方は、既知の波長応答特性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものである請求項９に記載のレーザ発振波長制御装置。
【請求項１１】
レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
この半導体レーザ素子の駆動電流を変化させて前記レーザ光の波長を経時的に変化させる駆動手段と、
既知の波長応答特性を有して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受光する受光手段と、
上記受光手段による受光量と予め想定された前記受光手段の受光特性とを比較して前記レーザ光の発振波長を検出する波長検出手段と、
この波長検出手段により検出された前記レーザ光の波長情報に基づいて前記駆動電流を調節して前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御する波長制御手段と
を具備したことを特徴とするレーザ発振波長制御装置。
【請求項１２】
前記受光手段は、既知の波長応答性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものであって、
前記波長検出手段は、前記レーザ光の発振波長を所定の帯域幅に亘って変化させたときの前記受光素子による受光量の変化から前記受光手段の受光特性を推定して波長検出に用いるものである請求項１１に記載のレーザ発振波長制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ素子から波長変調して出力されるレーザ光の発振波長を高精度に検出し、更にはその発振波長を制御するに好適なレーザ発振波長検出方法、制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的な状態検知技術の１つにレーザ光の自己結合効果（自己混合効果ともいう）を利用したものがある（例えば特許文献１,２を参照）。この手法は、図８に示すように所定の変調信号を用いて駆動したレーザ素子（以下、ＬＤ）１から計測対象物２にレーザ光を照射すると共に、計測対象物２により反射されて前記レーザ素子１に戻った反射光と前記照射光との自己結合効果により生じた干渉信号が重畳した照射光を受光器（以下、ＰＤ）３にて受光し、その出力を周波数分析する等して前記計測対象物２の状態を検知するものである。
【０００３】
即ち、レーザ素子１から出力光の発振波長を連続的に変化させると、検出対象物２により反射した戻り光と上記レーザ素子１の出力光とが干渉を生じ、共振条件を満たす波長においてはレーザ素子１の増幅効率が僅かに上がり、また減衰条件を満たす波長においては増幅効率が僅かに下がり、この結果、受光器３の出力が増減を繰り返す。例えば付与した電流値に応じてレーザ光の発振波長が変化するタイプの半導体レーザ素子を、時間経過に伴って電流値が変化する三角波αを用いて波長変調すれば、電流値の連続的な増加に伴ってレーザ光の波長が連続的に増加し、また電流値がピークに達した後の上記電流値の連続的な減少に伴って上記レーザ光の波長が連続的に減少する。
【０００４】
このようにしてレーザ光の波長が連続的に増減する中で、上記照射光とその戻り光（反射光）との間の共振条件と減衰条件が何度も満たされる。この結果、前記受光器３からは上記三角波αに微小な干渉成分が重畳したビート波形（変調光）βが得られる。この干渉成分は、レーザ素子１と検出対象物２との距離Ｌ等の情報を含んでいる。従ってこのビート波形βを解析すれば、上記共振成分の周波数から対象物２までの距離Ｌや速度、振動等の状態を検知することが可能となる。例えば上記ビート波形βを微分して三角波αに重畳した信号成分を抽出し、この信号成分を計数することによって測定対象物の状態を検知することが可能となる。
【特許文献１】特開平１０−２４６７８２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでレーザ素子１からの出力光の強度（光量）Ｐは、その駆動電流Ｉによって変化し、またその発振波長λも上記駆動電流Ｉによって変化する。即ち、駆動電流Iの増減によりレーザ素子１に僅かな熱膨張・収縮が生じ、これに伴ってレーザ光の発振波長λが僅かに増減する。そこで従来一般的には、例えばレーザ素子１からの出力光を受光器（フォトダイオード）にて受光してその強度（光量）Ｐをモニタし、その受光量Ｐに応じて駆動電流Ｉを可変して発振波長λを制御している。
【０００６】
しかしながらレーザ素子１からの出力光の強度（光量）Ｐおよび発振波長λは、レーザ素子１の温度Ｔによっても変化するので、その発振波長λを精度良く制御するにはレーザ素子１の温度Ｔもモニタすることが必要となる。しかも出力光の強度（光量）Ｐとレーザ素子１の温度Ｔとに従って駆動電流Ｉを制御することが必要となるので、その制御系が複雑化することが否めない。また量産されたレーザ素子１においては、個体毎にその出力光の強度Ｐと発振波長λとの関係にバラツキがあることが否めない。このような個体毎の上記特性のバラツキは、レーザ素子１の発振波長λを高精度に制御する上での妨げとなっている。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、レーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を簡易に、しかも高精度に検出することのできるレーザ発振波長検出方法を提供することにある。
また本発明の別の目的は、レーザ素子から波長変調して出力されるレーザ光の発振波長を高精度に検出して、その発振波長のずれを効果的に補正することのできるレーザ発振波長制御方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明は、レーザ素子から波長変調したレーザ光を安定に出力することのできるレーザ発振波長制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するべく本発明に係るレーザ発振波長検出方法は、互いに波長応答特性の異なる２つの受光手段を用いて１つのレーザ素子から出力されるレーザ光をそれぞれ受光し、上記各受光手段による受光量を相互に比較して前記レーザ光の発振波長を検出することを特徴としている［請求項１］。
好ましくは前記受光手段の少なくとも一方は、既知の波長応答特性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものからなる。また前記レーザ素子は、前記レーザ光の波長を経時的に変化させるものである。
【００１０】
また本発明に係る別のレーザ発振波長検出方法は、レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を経時的に変化させると共に、既知の波長応答特性を有する受光手段を用いて上記レーザ光を受光し、前記受光手段による受光量と該受光手段の予め想定された受光特性とを比較して前記レーザ光の発振波長を検出することを特徴としている［請求項３］。
好ましくは前記受光手段は、既知の波長応答性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものからなる。また前記受光手段の受光特性は、例えば前記レーザ光の発振波長を所定の帯域幅に亘って変化させたときの前記受光手段による受光量の変化から推定されるものである。
【００１１】
一方、本発明に係るレーザ発振波長制御方法は、上述したレーザ波長検出方法を用いてレーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を検出し、検出した上記レーザ光の波長情報に基づいて前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御することを特徴としている［請求項７］。ちなみに前記レーザ光の発振波長のフィードバック制御は、例えば前記レーザ素子を発振駆動する駆動電流をフィードバック制御して行うようにすれば良い。
【００１２】
また本発明に係るレーザ発振波長制御装置は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子に駆動電流を与えて該半導体レーザ素子からレーザ光を発振出力させる駆動手段と、互いに異なる波長応答特性を有して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光をそれぞれ受光する２つの受光手段と、上記各受光手段による受光量を相互に比較して前記レーザ光の発振波長を検出する波長検出手段と、この波長検出手段により検出された前記レーザ光の波長情報に基づいて前記駆動電流を調節して前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御する波長制御手段とを具備したことを特徴としている［請求項９］。
【００１３】
好ましくは前記駆動手段は、前記レーザ素子の駆動電流を可変して該レーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を所定の帯域に亘って経時的に変化させるものであって、前記受光手段の少なくとも一方は、既知の波長応答特性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものからなる。そして前記波長制御手段においては、波長検出手段により検出された前記レーザ光の発振波長と、前記レーザ素子の駆動電流によって定まる理論的な発振波長とのずれを求め、その波長のずれを補正するようにレーザ素子の駆動電流を制御するように構成される。
【００１４】
また本発明に係る別のレーザ発振波長制御装置は、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の駆動電流を変化させて前記レーザ光の波長を経時的に変化させる駆動手段と、既知の波長応答特性を有して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受光する受光手段と、上記受光手段による受光量と予め想定された前記受光手段の受光特性とを比較して前記レーザ光の発振波長を検出する波長検出手段と、この波長検出手段により検出された前記レーザ光の波長情報に基づいて前記駆動電流を調節して前記レーザ光の発振波長をフィードバック制御する波長制御手段とを具備したことを特徴としている［請求項１１］。
【００１５】
好ましくは前記受光手段は、既知の波長応答性を有する光学フィルタと、この光学フィルタを通して前記レーザ光を受光する受光素子とを備えたものであって、前記波長検出手段は、前記レーザ光の発振波長を所定の帯域幅に亘って変化させたときの前記受光素子による受光量の変化から前記受光手段の受光特性を推定して波長検出に用いるように構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るレーザ発振波長制御方法によれば、或る波長応答特性を有する受光手段を用いてレーザ素子から出力されるレーザ光を受光すれば、その受光量がレーザ光の発振波長によって変化することに着目しているので、上述した簡単な手法により前記レーザ光の発振波長を高精度に検出することができる。そしてその検出結果（発振波長の情報）に基づいて前記レーザ素子に与える駆動電流を調節することで、前記レーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を高精度に制御することが可能となる。
【００１７】
従ってレーザ素子から出力されるレーザ光の発振波長を所定の帯域に亘って変化させながら、例えばその出力光を計測対象物に照射し、その反射光（戻り光）を前記レーザ素子に再注入してレーザ素子における自己結合効果を生起し、これによって生じた変調レーザ光から計測対象物の状態を検出する状態検出装置やレーザ測長器等に適用すれば、上記所定の帯域に亘って可変される出力光の発振波長を安定化することができるので、その検出精度を高め得る等の実用上絶大なる効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るレーザ発振波長検出方法、並びにその波長制御方法と波長制御装置とについて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振波長検出方法と波長制御方法を適用して構成されるレーザ装置の要部概略構成を示す図で、１０はレーザ素子（レーザダイオードＬＤ）、２０はその駆動回路である。
【００１９】
レーザ素子１０は、図２の特性図Ａに示すように数ｎｍの帯域幅ｗを持つ急峻な山形の波長分布を有する単色レーザ光（以下、その中心波長λをもってこの波長分布を代表し、これをレーザ光の発振波長λと称する）を発振出力するものである。このレーザ光（出力光）の発振波長λは、レーザ素子１０の駆動電流I（Ｉmin〜Ｉmax）に応じて、例えば図２の特性図Ｂに示すように変動領域Ｒ（λmin〜λmax）の範囲で変化する。このレーザ素子１０から出力されるレーザ光は、例えば集光レンズ１１を介して計測対象物（図示せず）に照射されて、該計測対象物までの距離計測等に用いられる。
【００２０】
さて上述した集光レンズ１１と前記レーザ素子１０の出力光出射端面との間には、所定の波長選択性を有する透過形の光学フィルタ１２が設けられている。この光学フィルタ１２は、例えばレーザ光の発振波長λの上述した変動領域Ｒに対して狭い波長選択性を示すバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）からなる。この種の光学フィルタ１２は一般に市販されている透過型のものであり、ガラス等の透明体の吸光特性がバンドパス型の波長選択性を示す。
【００２１】
またこのレーザ装置には、前記光学フィルタ１２を間にして第１の受光素子（フォトダイオードＰＤ１）１３と第２の受光素子（フォトダイオードＰＤ２）１４とが設けられている。これらの受光素子１３,１４は、好ましくはいずれもその受光対象である前記レーザ光の中心波長λの変動領域Ｒを含む十分に広い波長帯域において平坦な受光特性を有することが望ましい。即ち、受光素子１３,１４は、波長によらず同一強度の入射光に対して同一の出力を得る特性を有するものであることが望ましい。またこれらの受光素子１３,１４は、受光するレーザ光の強度（受光量）に比例した出力特性を有するものであることが望ましい。より具体的には上記各受光素子１３,１４としては、同一仕様の製品で特性の揃ったものを用いることが望ましい。
【００２２】
尚、上記各受光素子１３,１４が上述した望ましい受光特性を備えていなくても、或いはその特性が揃っていなくても、適宜、補正処理を施してその受光特性を最適化して使用することが可能なことは言うまでもない。また当然のことながら光学フィルタ１２や受光素子１３,１４については、その環境変化や経年劣化に関して前記発光素子１０よりも安定しているものを用いることが望ましい。
【００２３】
ところで前述した第１の受光素子１３は、前記レーザ素子１０から出力されたレーザ光（出力光）を直接または間接的に受光するように設けられており、並列に設けられた２つの受光手段の内の一方の受光手段を構成する。また第２の受光素子１４は前記レーザ素子１０から出力されて前記光学フィルタ１２を介した出力光を受光するように設けられている。即ち、前記光学フィルタ１２および第２の受光素子１４は、上述した２つの受光手段の内の他方の受光手段を構成する。そしてこれらの各受光素子１３,１４にてそれぞれ検出された受光量Ｑ１,Ｑ２の情報は、前記レーザ素子１の発振波長λを制御する為の情報として前記駆動回路２０に入力されるようになっている。
【００２４】
一方、前述した駆動回路２０は、基本的にはレーザ素子１０に駆動電流Ｉを与えて該レーザ素子１０を発振駆動する電流駆動源２１と、この電流駆動源２１に、前述した三角波や鋸歯状波等の変調信号を与えて、例えば図２に示すように前記駆動電流Ｉを（Ｉmin〜Ｉmax）の範囲で周期的に増減させる変調回路２２とを備える。このようにして増減制御される駆動電流Ｉにより図２に特性Ａ,Ｂとしてそれぞれ示すように前記レーザ素子１０の発振波長λが変化すると共に、その出力強度（発光量）Ｐ、受光量Ｑが変化する。
【００２５】
またこの駆動回路２０は、前述した受光素子１３,１４によりそれぞれ検出された受光量Ｑ１,Ｑ２、つまりレーザ素子１０から出力されたレーザ光の強度Ｑ１と前記光学フィルタ１２を透過した上記出力光の強度Ｑ２とから該出力光の発振波長を検出する波長検出回路２３と、検出された波長に応じて前記レーザ素子１０に対する駆動電流Ｉを補正し、これによってレーザ光の発振波長のずれを補正する補正回路２４とを備える。そして駆動回路２０は上記波長のずれに応じて駆動電流Ｉを調整することにより、前記レーザ素子１０が発振出力する出力光（レーザ光）の発振波長λを制御し、そのずれ補正を行うものとなっている。
【００２６】
ここで前記レーザ素子１０から出力されたレーザ光の強度（受光量）Ｑ１と、前記光学フィルタ１２を透過した上記レーザ光の強度（受光量）Ｑ２とに基づく前記レーザ光の発振波長λの検出（本発明に係るレーザ発振波長検出方法）について説明する。
レーザ素子１０が発振出力するレーザ光（出力光）の強度は、その駆動電流Ｉに応じて変化するので、上記出力光を直接受光する第１の受光素子１３による受光量Ｑ１は、例えば図２の特性図Ｂに実線で示すように変化する。またレーザ素子１０の駆動電流Ｉに応じて該レーザ素子１０が発振出力する出力光の発振波長λも変化するので、上記受光素子１３による受光量Ｑ１の変化は、発振波長λの変化をも表していると言える。
【００２７】
これに対して光学フィルタ１２を介して第２の受光素子１４により受光されるレーザ光は上記光学フィルタ１２の光学特性の影響を受ける。従って光学フィルタ１２が所定の波長帯域の成分を透過するバンドパスフィルタ特性を有する場合、第２の受光素子１４による受光量Ｑ２は図２の特性図Ｂに破線で示すように変化する。即ち、光学フィルタ１２の透過波長帯域における波長成分のレーザ光は、光学フィルタ１２の存在に拘わりなくそのまま透過し、上記波長帯域以外（減衰帯域）の波長成分のレーザ光は光学フィルタ１２により大きく減衰されるので、上記第２の受光素子１４は主として上記所定の波長帯域のレーザ光だけを受光することになる。従って上記各受光量Ｑ１,Ｑ２の比である受光量比Ｌ（＝Ｑ２／Ｑ１）は、図２の特性図Ｃに示すように光学フィルタ１２の光学特性（透過波長の選択性）そのものを示していることになる。
【００２８】
従って短波長側の減衰帯域における波長λminに対応する受光量比Ｌmin、および長波長側の減衰帯域における波長λmaxに対応する受光量比Ｌmaxをそれぞれ求めれば、これらの受光量比Ｌmin,Ｌmaxと光学フィルタ１２の透過率特性とからその発振波長λのずれ（量および方向）を検出することが可能となる。例えばレーザ光の波長λが全体的に短波長側にシフトした場合には受光量比Ｌminの値が減少し、また受光量比Ｌmaxの値が増加する。逆にレーザ光の波長λが全体的に長波長側にシフトした場合には受光量比Ｌminの値が増加し、また受光量比Ｌmaxの値が減少する。そして光学フィルタ１２の透過率特性である受光量比Ｌの特性曲線は既知であるから、上記受光量比Ｌmin,Ｌmaxのずれ量から波長λmin,λmaxのずれ量Δλを検出することができる。
【００２９】
尚、一般的には光学フィルタ１２の受光量比Ｌと受光器１４の受光特性Ｐ２、および受光器１３の受光特性Ｐ１との関係［Ｌ×（Ｐ２／Ｐ１）］が波長の関数ｆ(λ)で表現できれば、これらの関係からレーザ光の発振波長λを計測することが可能となる。但し、上記関数ｆ(λ)の傾きが［０］の領域では波長制御を行うことができないので、関数ｆ(λ)の傾きが［０］でないことが波長制御条件となる。
【００３０】
従って上述したようにして検出される波長のずれ量Δλに応じてレーザ素子１０の駆動電流Ｉを調整すれば、これによってレーザ素子１０の発振波長λを補正することができる。換言すれば波長のずれ量Δλに応じた駆動電流Ｉの調整によってレーザ素子１０の発振波長を高精度に制御することが可能となる。故に、光学フィルタ１２を介してレーザ素子１０が発振出力したレーザ光を受光し、上記レーザ素子１０を特定の駆動電流Ｉで発振駆動したときの受光量を調べるだけでその発振波長λのずれを簡易に求め、そのずれを効果的に補正することが可能となる。
【００３１】
尚、上述の実施形態においては説明の簡略化のために、駆動電流Ｉの最大値Ｉmaxおよび最小値Iminに対応する透過率の最大値Ｌmaxおよび最小値Ｌminを検出対象として説明したが、これに限るものではない。即ち、所定の駆動電流値Ｉに対する受光量比Ｌを検出対象とすれば十分である。また上述の実施形態においては、第１の受光素子（ＰＤ１）１３は前記レーザ素子１０から出力されたレーザ光を直接受光するものとしているが、更に別の光学フィルタ（図示せず）を前記レーザ素子１０と受光素子１３との間に追加して、その光学フィルタを介して第１の受光素子１３が前記レーザ素子１０から出力されたレーザ光を受光するように構成することも可能である。この場合、上記追加する光学フィルタとしては、前述した光学フィルタ１２とは異なる波長応答性（透過波長の選択性）を有するものを用いることは言うまでもない。
【００３２】
ところで上述した実施形態においては光学フィルタ１２を通す前のレーザ光と、光学フィルタ１２を通した後のレーザ光の各強度（受光量）をそれぞれ求め、受光量Ｑ１,Ｑ２の比（受光量比Ｌ）に着目して発振波長λのずれを検出した。しかし受光素子１３が環境変化や経年劣化に関して安定した性能を有するものであれば、例えば図３に示すように光学フィルタ１２を通した後のレーザ光の強度（受光量）を第２の受光素子１４にて検出するだけでも同様にしてその発振波長のずれを求めることができる。
【００３３】
即ち、レーザ素子１０の駆動電流Ｉを変化させてその発振波長λを所定の波長範囲（但し、光学フィルタ１２の短波長側および長波長側における減衰帯域の少なくとも一部を含む）に亘って連続的に変化させ、そのときの前記光学フィルタ１２を介して得られる受光量を求める。すると図４に示すように該光学フィルタ１２の波長透過帯域においては該光学フィルタ１２の光学特性の影響を受けることのないレーザ光の強度、つまりレーザ素子１０から出力されたレーザ光の強度を検出することができる。従ってこの帯域における強度変化から、図４に一点鎖線で示すようにレーザ素子１０の発振波長λに対するレーザ光の出力強度の変化を推定することができる。
【００３４】
またこのようにしてレーザ素子１０の出力特性を推定しなくても、例えば予めレーザ素子１０の出荷検査等においてその発振出力特性を調べておけば、その出力特性と光学フィルタ１２を介して受光されるレーザ光の強度（受光量）とから、前述したようにレーザ素子１０を電流Ｉで発振駆動したときの受光量に従ってその発振波長のずれを求めることができる。故に光学フィルタ１２を介したレーザ光を受光するだけでも、前述した実施形態と同様にしてレーザ素子１０の発振波長λを高精度に制御することができる。しかも前述した実施形態に比べて、第１の受光素子１３を省略し得る分、その構成の簡素化を図ることができる等の効果が奏せられる。
【００３５】
以上説明したレーザ発振波長の検出方法とその制御方法についてまとめると、レーザ素子１０の発振波長λは、その駆動電流Ｉの変化に伴って略１次直線的に伸び、光出力（レーザ光強度）Ｐも上記駆動電流Ｉに略比例する。従ってレーザ素子１０の上記駆動電流Ｉ、発振波長λ、および出力強度Ｐとの関係は図５(ａ)(ｂ)(ｃ)にそれぞれ示すようになる。
【００３６】
ここで上記レーザ光の発振波長λ（λ１〜λ２）に対して、図６(ａ)に示すように受光量比Ｌが平坦な第１の光学フィルタ（実質的にはフィルタなし）と、上記発振波長λ（λ１〜λ２）に対してのみ選択的な受光量比Ｌを示すバンドパス型の第２の光学フィルタとを用い、これらの各光学フィルタをそれぞれ介して上記レーザ光を受光した場合、前述したようにレーザ光自体の出力強度が発振波長λに応じて変化しているので、その受光強度Ｐ１,Ｐ２は図６(ｂ)に示すようになる。そしてこれらの受光強度の比（Ｑ２／Ｑ１）に着目すると、上述した波長（λ１〜λ２）の範囲においては上記各受光量Ｑ１,Ｑ２が互いに等しいので受光量の比（Ｑ２／Ｑ１）は［１］となり、上記波長（λ１〜λ２）の範囲を外れると受光量Ｑ２が減少するので、上記受光量の比（Ｑ２／Ｑ１）は図６(ｃ)に示すように或る勾配をもって減少する。この減衰勾配は、前述した第２の光学フィルタの光学特性（バンドバスフィルタ特性）に依存する。
【００３７】
従ってレーザ素子１０から発振波長λ１,λ２のレーザ光を発振出力させるべくその駆動電流Ｉ１,Ｉ２を与えたときの上記受光量の比（Ｑ２／Ｑ１）を調べ、その比の減少量を求めれば、既知である第２の光学フィルタの光学特性（バンドバスフィルタ特性）から上記駆動電流Ｉ１,Ｉ２を与えたときにレーザ素子１０から出力されるレーザ光の発振波長λ１’,λ２’を検出することが可能となり、ひいては前記レーザ素子１０から得ようとしている発振波長λ１,λ２からのずれを検出することが可能となる。
【００３８】
ところで第１および第２の光学フィルタがレーザ光の発振波長λ（λ１〜λ２）に対して、例えば図７(ａ)に示すように互いに異なる透過率（光学特性）を有する場合、これらの各光学フィルタを介してそれぞれ受光される上記レーザ光の受光量Ｑ１,Ｑ２は、例えば図７(ｂ)に示すようになる。この場合、一般的には上述した波長（λ１〜λ２）の範囲において上記受光量Ｑ１,Ｑ２が等しくなることはない。しかしこれらの受光量Ｑ１,Ｑ２の比（Ｑ２／Ｑ１）に着目すると、図７(ｃ)に示すように波長の変化に対して一次元的な何らかの関係を有する。従ってこの関係を予め関数Ｆ(λ)として求めておけば、この関数Ｆ(λ)に従って上記受光量Ｑ１,Ｑ２の比（Ｑ２／Ｑ１）からレーザ光の発振波長λを求めることができる。
【００３９】
故に前述した図５(ａ)に示すレーザ素子１０の駆動電流Ｉとその発振波長λとの関係、およびレーザ素子１０に駆動電流Ｉを与えた状態において上述した如く検出されるレーザ光の発振波長λ’とから、その発振波長のずれを検出することができる。そしてこの波長のずれに応じてレーザ素子１０に与える駆動電流Ｉを調整することで、その発振波長λを高精度に制御することが可能となる。即ち、本発明によれば、或る光学特性を有する光学フィルタを通してレーザ光を受光し、例えば上記光学フィルタを通さないレーザ光の受光量との比を求めることで、簡易にその発振波長を検出し、検出した発振波長に従ってレーザ素子に対する駆動電流を調節することで、その発振波長を高精度に制御することが可能となる。
【００４０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。図１,２に示した実施形態においてはレーザ素子１０から出力したレーザ光を、光学フィルタ１２を通過した後にレンズ１１を通過するように構成したが、光学フィルタ１２を通過することなくレンズ１１を直接通過するようにしても良い。即ち、光学フィルタ１２を受光素子１３の受光面のみを覆う面積に形成して受光素子１３の直前に配置するようにしても良い。また集光レンズ１１と光学フィルタ１２とを別体として構成したが、レンズ１１自体に波長選択性フィルタとしての機能を兼用させることもできる。
【００４１】
また実施形態においては透過型の光学フィルタ１２を用いたが、反射形の光学フィルタを用いても同様に実施し得ることは言うまでもない。反射形の光学フィルタを用いる場合、平面鏡形状のフィルタのみならず凹面鏡形状や凸面鏡形状のフィルタを用いて集光レンズ１１の機能を兼用させることもできる。また光学フィルタ１２の光学特性については、例えば計測に使用する波長帯域のレーザ光に対して十分に高い透過率（反射率）を有するものであれば十分である。また発振波長に対する透過率（反射率）の変化（出力の変化）ΔＰに着目して発振波長のずれを検出するように構成することも可能である。
【００４２】
更には光学フィルタ１２の前後においてレーザ光の強度（受光量）をそれぞれ検出する場合には、これらの受光量から光学フィルタ１２での減衰量を求め得るので、レーザ素子１０を波長変調しない（即ち、一定の波長で用いる）レーザ装置にも適用可能である。また上述の実施形態においては平坦な波長応答特性を有する受光素子と、減衰帯域を有する光学フィルタとの組み合わせによって受光手段の波長応答特性を実現していたが、受光素子自体が減衰波長帯域を有するものであれば光学フィルタを用いることなく受光素子単体にて受光手段を構成することも可能である。
【００４３】
更にまた、上述した実施形態ではレーザ素子１０として半導体型レーザ素子を用いてその発振波長を駆動電流で制御する例を説明したが、これに限らない。例えばレーザ素子１０として波長可変型レーザ素子を用いれば、その発振波長λを電圧信号で制御することもできる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振波長制御方法を適用したレーザ装置の要部概略構成図。
【図２】図１に示すレーザ装置において光学フィルタを透過する前と透過した後のレーザ光の受光強度の変化。更には駆動電流波形、レーザ素子の出力特性および光学フィルタの波長透過特性を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振波長制御方法を適用したレーザ装置の要部概略構成図。
【図４】図３に示すレーザ装置において光学フィルタを透過した後のレーザ光の受光強度の変化と、この変化から推定されるレーザ素子の出力レーザ光の受光強度の変化を示す図。
【図５】レーザ素子における駆動電流Ｉ、発振波長λ、および出力強度Ｐの関係を示す図。
【図６】バンドパス型の光学フィルタを用いた場合の波長検出の原理を説明するための図。
【図７】光学特性の異なる２枚の光学フィルタを用いた場合における、一般的な波長検出の原理を説明するための図。
【図８】半導体レーザ素子の自己結合効果を利用したレーザ装置の要部概略構成図。
【符号の説明】
【００４５】
１０  レーザ素子
１１  集光レンズ
１２  光学フィルタ
１３,１４  受光器
２０  レーザ駆動回路
２１  電流駆動源
２２  変調回路
２３  波長検出回路
２４  補正回路
【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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【図７】
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【図８】
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