(57)【要約】【課題】簡単な構成で半導体光源の出力の立ち上がりを常に速くすることができる光源駆動装置を実現する。【解決手段】本発明に係るレーザーダイオード駆動装置１は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを駆動するための電圧を出力する可変ＤＣ電源３と、電流Ｉｆを流す電流駆動素子４と、電流駆動素子４のＯＮ／ＯＦＦおよび電流Ｉｆの大きさを制御する電流制御部５と、可変ＤＣ電源３の出力電圧を制御する電源制御部７と、備える。電源制御部７は、メモリ部８に記憶されたＩｆ−Ｖｆ特性データＤ２、電圧降下特性データＤ３およびＶｄｓ設定データＤ４に基づいて、電流駆動素子４の端子間電圧が電流Ｉｆの大きさに関わらず一定となるように、可変ＤＣ電源３の出力電圧を制御する。【選択図】図１
2011216707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光源を駆動するための電圧を出力する可変電源と、
上記半導体光源に直列に接続され、上記半導体光源に電流を流す電流駆動素子と、
上記電流駆動素子のＯＮ／ＯＦＦおよび上記電流の大きさを制御する電流制御部と、
上記可変電源の出力電圧を制御する電源制御部と、
を備える光源駆動装置であって、
上記電流に対する上記半導体光源の順方向電圧の特性を示す電流電圧特性データと、
上記電流に対する、上記可変電源と上記半導体光源と上記電流駆動素子とからなる回路上の上記半導体光源と上記電流駆動素子とを除く抵抗における電圧降下の特性を示す電圧降下特性データとを記憶する記憶部を備え、
上記電流制御部は、上記電流の大きさを切り替える場合、切替前の電流が流れる第１の期間と切替後の電流が流れる第２の期間との間に、上記電流駆動素子をＯＦＦさせ、
上記電源制御部は、第１の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧と第２の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧との差が、上記出力電圧が第１の期間と第２の期間とで一定である場合の上記差よりも小さくなるように、第１の期間と第２の期間との間の上記電流駆動素子がＯＦＦされている期間に、上記各特性データに基づいて上記出力電圧を変化させる、
ことを特徴とする光源駆動装置。
【請求項２】
上記電源制御部は、上記電流の大きさに関わらず、上記被制御端子間電圧が一定となるように、上記出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源駆動装置。
【請求項３】
上記被制御端子間電圧は、上記電流制御部が上記電流の大きさを制御可能な最小の電圧である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源駆動装置。
【請求項４】
上記半導体光源の温度を検知する温度センサを備え、
上記記憶部は、上記半導体光源の順方向電圧の温度特性を示す温度特性データを記憶しており、
上記電源制御部は、上記電流電圧特性データ、上記電圧降下特性データおよび上記温度特性データに基づいて、上記出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光源駆動装置。
【請求項５】
上記記憶部は、上記被制御端子間電圧の設定値を示す電圧設定データを記憶しており、
上記電源制御部は、上記電流電圧特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記半導体光源の順方向電圧を算出し、
上記電圧降下特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記抵抗における電圧降下を算出し、
算出した上記順方向電圧および上記電圧降下と上記設定値との和が上記出力電圧となるように、上記出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光源駆動装置。
【請求項６】
上記記憶部は、上記被制御端子間電圧の設定値を示す電圧設定データを記憶しており、
上記電源制御部は、上記電流電圧特性データおよび上記温度特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさと上記温度センサが検知する温度とに対する上記半導体光源の順方向電圧を算出し、
上記電圧降下特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記抵抗における電圧降下を算出し、
算出した上記順方向電圧および上記電圧降下と上記設定値との和が上記出力電圧となるように、上記出力電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項４に記載の光源駆動装置。
【請求項７】
増幅用ファイバと、
上記増幅用ファイバを励起するための励起光源と、
上記励起光源を駆動するための光源駆動装置と、
を備えるファイバレーザー装置であって、
上記光源駆動装置として請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源駆動装置を備える、ことを特徴とするファイバレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起用レーザーダイオード等の半導体光源を駆動する光源駆動装置、および当該光源駆動装置を備えるファイバレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属板への文字の刻印や金属の微細加工などの用途に、ファイバレーザー装置が広く使用されている。ファイバレーザー装置は、コアに希土類が添加された増幅用ファイバと、励起光を出射するレーザーダイオードとを備え、増幅用ファイバを励起光で励起することにより、レーザー光を出力する。
【０００３】
また、ファイバレーザー装置は、レーザーダイオードを駆動するためのレーザーダイオード駆動装置を備えている。レーザーダイオードや発光ダイオード等の半導体光源を駆動する光源駆動装置を開示する文献として、特許文献１〜３がある。
【０００４】
特許文献１には、直流電源の出力電圧が、複数個の発光ダイオードの順方向電圧の合計より高い場合又は低い場合の何れにおいても、発光ダイオードに定電流を流すことを可能とする発光ダイオード駆動装置が開示されている。また、特許文献１では、温度による順方向電圧の変化や個々の発光ダイオード毎の順方向電圧のバラツキも考慮されている。また、特許文献２には、複数の発光ダイオードに供給する電力を調整するために、出力側からフィードバック制御する発光ダイオード駆動装置が開示されている。
【０００５】
さらに、加工順序に従ってレーザー光の出力ＯＮ／ＯＦＦを自動的に制御可能とするファイバレーザー装置も開発されている。このようなファイバレーザー装置では、定常的に出力されるレーザー光をＯＮしたままの運転以外に、ある周期（数百μｓｅｃ〜）でレーザー光をＯＮ／ＯＦＦする運転が可能となっており、さらにそのレーザー光の出力は、光出力のＯＮ期間ごとに変化させることができる。
【０００６】
図８は、従来のファイバレーザー装置が備えるレーザーダイオード駆動装置１０１の概略構成を示すブロック図である。レーザーダイオード駆動装置１０１は、直列に接続されたｎ個のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを駆動する装置であり、ＤＣ電源１０２、電流駆動素子１０３、電流制御部１０４およびファイバレーザー制御部１０５を備えている。
【０００７】
ＤＣ電源１０２は定電圧源であり、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを駆動するための電圧Ｖｃｃを出力する。電流駆動素子１０３は、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタによって構成され、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに電流Ｉｆを流す。
【０００８】
ファイバレーザー制御部１０５は、あらかじめ設定されたシーケンスプログラムに基づき、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐおよび出力継続時間ｔを示すシーケンス制御信号を電流制御部１０４に与える。シーケンス制御信号に基づき、電流制御部１０４は、電流駆動素子１０３のゲート端子に電流制御信号を出力して、電流駆動素子１０３のＯＮ／ＯＦＦおよび電流Ｉｆの大きさを制御する。
【０００９】
また、図８において、Ｒａｌｌは、ＤＣ電源１０２、電流駆動素子１０３およびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからなる回路における、電流駆動素子１０３とレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎとを除く配線等の抵抗を示している。
【００１０】
ここで、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎがＯＮ期間Ｔ１において光出力Ｐ１を出力し、ＯＮ期間Ｔ２において光出力Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）を出力する場合の、電流制御部１０４からの電圧制御信号、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆ等の波形を図９（ａ）〜（ｇ）に示す。
【００１１】
図９（ａ）は、電流制御部１０４が出力する電流制御信号の波形（電流駆動素子１０３のゲート電圧Ｖｇ）を示している。ファイバレーザー装置の光出力は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流値に比例するため、電流制御信号の電圧は、ＯＮ期間Ｔ１よりもＯＮ期間Ｔ２のほうが高くなっている。
【００１２】
図９（ｂ）は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆの波形を示している。ＯＮ期間Ｔ２におけるゲート端子への印加電圧Ｖｇ２は、ＯＮ期間Ｔ１におけるゲート端子への印加電圧Ｖｇ１よりも高いため、ＯＮ期間Ｔ２における電流Ｉｆ２は、ＯＮ期間Ｔ１における電流Ｉｆ１よりも大きい。このため、図９（ｃ）に示すように、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧に関して、ＯＮ期間Ｔ２における順方向電圧Ｖｆ２ａは、ＯＮ期間Ｔ１における順方向電圧Ｖｆ１ａよりも高くなる。同様に、図９（ｄ）に示すように、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下に関して、ＯＮ期間Ｔ２における電圧降下Ｒａｌｌ×Ｉｆ２は、ＯＮ期間Ｔ１における電圧降下Ｒａｌｌ×Ｉｆ１よりも大きい。
【００１３】
図９（ｅ）は、ＤＣ電源１０２の出力電圧Ｖｃｃの波形を示している。ＤＣ電源１０２は、定電圧源であるため、電圧値はＶｃｃ０で一定となる。このため、電流駆動素子１０３の被制御端子間電圧（ドレイン−ソース間電圧、以下「端子間電圧」とする）Ｖｄｓは、ＯＮ期間Ｔ１とＯＮ期間Ｔ２とで異なる。
【００１４】
具体的には、ＯＮ期間Ｔ１における電流駆動素子１０３の端子間電圧をＶｄｓ１ａとすると、
Ｖｄｓ１ａ＝Ｖｃｃ０−Ｖｆ１ａ−Ｒａｌｌ×Ｉｆ１
が成り立つ。
また、ＯＮ期間Ｔ２における電流駆動素子１０３の端子間電圧をＶｄｓ２ａとすると、
Ｖｄｓ２ａ＝Ｖｃｃ０−Ｖｆ２ａ−Ｒａｌｌ×Ｉｆ２
が成り立つ。
【００１５】
Ｖｆ１ａ＜Ｖｆ２ａ、Ｒａｌｌ×Ｉｆ１＜Ｒａｌｌ×Ｉｆ２であり、ＤＣ電源１０２の出力電圧Ｖｃｃは一定であるため、図９（ｆ）に示すように、電流Ｉｆが０以外の場合、
Ｖｄｓ１ａ＞Ｖｄｓ２ａ
となる。このように、レーザーダイオード駆動装置１０１では、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流が変化すると、電流駆動素子１０３の端子間電圧が変化する。
【００１６】
これにより、図９（ｇ）に示すように、電流駆動素子１０３の消費電力に関して、ＯＮ期間Ｔ２における消費電力Ｖｄｓ２ａ×Ｉｆ２と、ＯＮ期間Ｔ１における消費電力Ｖｄｓ１ａ×Ｉｆ１との差が大きくなる。電流駆動素子の消費電力が大きくなると、電流駆動素子が温度上昇により故障する可能性がある。また、電流駆動素子１０３は、非飽和領域ではレーザーダイオードに流す電流の大きさを制御することができないため、端子間電圧Ｖｄｓは、電流駆動素子１０３が飽和領域で動作する値以上でなければならない。
【００１７】
これに対し、特許文献３には、レーザーダイオードを駆動する電源として、可変電源を用い、電流駆動素子の端子間電圧をモニターして、モニターした端子間電圧が所定の電圧値となるように、可変電源の出力を制御する発明が開示されている。これにより、電流駆動素子の端子間電圧は、レーザーダイオードに流れる電流の大きさに関わらず一定となるので、電流駆動素子の消費電力の変動幅を小さくすることができ、電流駆動素子の消費電力を削減するとともに、電流駆動素子における発熱を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−２１０８３５号公報（公開日：２００６年８月１０日）
【特許文献２】国際公開第２００４／０５７９２４号パンフレット（国際公開日：２００４年７月８日）
【特許文献３】特開平６−２７５８９５号公報（公開日：１９９４年９月３０日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献３に記載の発明では、モニターされた電流駆動素子の端子間電圧に基づいて可変電源の出力をフィードバック制御するため、レーザーダイオードに流す電流が変化した瞬間は、電流駆動素子の端子間電圧は変動し、電流駆動素子の端子間電圧が安定するまで、所定の時間を要する。電流駆動素子が非導通状態から導通状態に切り替わった場合に、レーザーダイオードを流れる電流の立ち上がり時間は、電流駆動素子の端子間電圧に依存するため、特に図９（ａ）に示すように、レーザーダイオードをパルス駆動する場合、特許文献３に記載の発明では、レーザーダイオードの出力の立ち上がりが遅くなるという問題を生ずる。
【００２０】
また、特許文献３では、可変電源の出力をフィードバック制御するために、電圧モニタ回路、差動積分増幅回路および基準電圧源といった回路を別途設ける必要がある。そのため、レーザーダイオード駆動装置の回路規模が大きくなってしまう。
【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、簡単な構成で半導体光源の出力の立ち上がりを常に速くすることができる光源駆動装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光源駆動装置は、半導体光源を駆動するための電圧を出力する可変電源と、上記半導体光源に直列に接続され、上記半導体光源に電流を流す電流駆動素子と、上記電流駆動素子のＯＮ／ＯＦＦおよび上記電流の大きさを制御する電流制御部と、上記可変電源の出力電圧を制御する電源制御部と、を備える光源駆動装置であって、上記電流に対する上記半導体光源の順方向電圧の特性を示す電流電圧特性データと、上記電流に対する、上記可変電源と上記半導体光源と上記電流駆動素子とからなる回路上の上記半導体光源と上記電流駆動素子とを除く抵抗における電圧降下の特性を示す電圧降下特性データとを記憶する記憶部を備え、上記電流制御部は、上記電流の大きさを切り替える場合、切替前の電流が流れる第１の期間と切替後の電流が流れる第２の期間との間に、上記電流駆動素子をＯＦＦさせ、上記電源制御部は、第１の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧と第２の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧との差が、上記出力電圧が第１の期間と第２の期間とで一定である場合の上記差よりも小さくなるように、第１の期間と第２の期間との間の上記電流駆動素子がＯＦＦされている期間に、上記各特性データに基づいて上記出力電圧を変化させることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、電流制御部が電流駆動素子をＯＮさせることにより、半導体光源に電流が流され、半導体素子が駆動される。記憶部には、電流電圧特性データと電圧降下特性データとが記憶され、電源制御部が、各特性データに基づいて可変電源の出力電圧を制御する。より具体的には、電流制御部が、半導体光源に流れる電流の大きさを切り替えるときに、第１の期間における電流駆動素子の被制御端子間電圧と第２の期間における電流駆動素子の被制御端子間電圧との差が、上記出力電圧が第１の期間と第２の期間とで一定である場合の第１の期間における電流駆動素子の被制御端子間電圧と第２の期間における電流駆動素子の被制御端子間電圧との差よりも小さくなるように、出力電圧が制御される。すなわち、半導体光源に流す電流が変化したときに、電流駆動素子の被制御端子間電圧の変動幅が、出力電圧が一定である場合の電流駆動素子の被制御端子間電圧の変動幅よりも小さいので、電流駆動素子が温度上昇により故障したり、半導体光源に流す電流の大きさを制御できなくなるリスクを低減できる。
【００２４】
さらに、上記の構成によれば、電源制御部が出力電圧を変化させるタイミングは、第１の期間と第２の期間との間の上記電流駆動素子がＯＦＦされている期間内である。このため、第２の期間の開始前に、被制御端子間電圧を所望の値に制御することができる。これにより、電流駆動素子が流す電流の立ち上がり時間を所望の値に制御することができるので、被制御端子間電圧をモニターして可変電源の出力電圧をフィードバック制御する構成に比べ、半導体光源の出力の立ち上がりをより速くすることができる。また、記憶部として、一般の光源駆動装置が備えるメモリを使用することができ、出力電圧をフィードバック制御する回路等を必要としない。したがって、簡単な構成で半導体光源の出力の立ち上がりを常に速くすることができる光源駆動装置を実現することができる。
【００２５】
本発明に係る光源駆動装置において、上記電源制御部は、上記電流の大きさに関わらず、上記被制御端子間電圧が一定となるように、上記出力電圧を制御することが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、半導体光源に流れる電流の大きさに関わらず、電流駆動素子が流す電流の立ち上がり時間を一定にすることができるので、半導体光源の出力の立ち上がりをさらに速くすることができる。
【００２７】
本発明に係る光源駆動装置において、上記被制御端子間電圧は、上記電流制御部が上記電流の大きさを制御可能な最小の電圧であることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、電流駆動素子の消費電力および温度上昇を最小限に抑えることができる。
【００２９】
本発明に係る光源駆動装置において、上記半導体光源の温度を検知する温度センサを備え、上記記憶部は、上記半導体光源の順方向電圧の温度特性を示す温度特性データを記憶しており、上記電源制御部は、上記電流電圧特性データ、上記電圧降下特性データおよび上記温度特性データに基づいて、上記出力電圧を制御することが好ましい。
【００３０】
半導体光源の順方向電圧は、温度依存性を有しているので、時間の経過とともに半導体光源の温度が変化すると、電流駆動素子の被制御端子間電圧が変化する。これに対し、上記の構成によれば、電源制御部が、順方向電圧の温度依存性を考慮して、電流駆動素子の被制御端子間電圧が一定となるように可変電源の出力電圧を制御する。したがって、半導体光源の温度変化に関わらず、より正確に被制御端子間電圧を一定とすることができる。
【００３１】
本発明に係る光源駆動装置において、上記記憶部は、上記被制御端子間電圧の設定値を示す電圧設定データを記憶しており、上記電源制御部は、上記電流電圧特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記半導体光源の順方向電圧を算出し、上記電圧降下特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記抵抗における電圧降下を算出し、算出した上記順方向電圧および上記電圧降下と上記設定値との和が上記出力電圧となるように、上記出力電圧を制御することが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、電源制御部は、それぞれ電流電圧特性データおよび電圧降下特性データに基づいて、電流駆動素子が流す電流に対する順方向電圧および電圧降下を算出し、算出した順方向電圧および電圧降下と電圧設定データの設定値との和を出力電圧として設定する。可変電源と半導体光源と電流駆動素子とからなる回路では、半導体光源の順方向電圧と、上記抵抗における電圧降下と、電流駆動素子の被制御端子間電圧との和が、可変電源の出力電圧に等しくなるので、電流駆動素子の被制御端子間電圧は、電圧設定データの設定値と等しくなる。したがって、半導体光源に流れる電流の大きさに関わらず、電流駆動素子の被制御端子間電圧を上記設定値で一定にすることができる。
【００３３】
本発明に係る光源駆動装置において、上記記憶部は、上記被制御端子間電圧の設定値を示す電圧設定データを記憶しており、上記電源制御部は、上記電流電圧特性データおよび上記温度特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさと上記温度センサが検知する温度とに対する上記半導体光源の順方向電圧を算出し、上記電圧降下特性データに基づいて、上記電流駆動素子が流す電流の大きさに対する上記抵抗における電圧降下を算出し、算出した上記順方向電圧および上記電圧降下と上記設定値との和が上記出力電圧となるように、上記出力電圧を制御することが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、電源制御部は、電流電圧特性データおよび温度特性データに基づいて、半導体光源の順方向電圧を算出するので、半導体光源の温度変化に関わらず、より正確に順方向電圧を算出することができる。したがって、半導体光源に流れる電流の大きさ、及び半導体光源の温度変化に関わらず、電流駆動素子の被制御端子間電圧を上記設定値で一定にすることができる。
【００３５】
本発明に係るファイバレーザー装置は、増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバを励起するための励起光源と、上記励起光源を駆動するための光源駆動装置と、を備えるファイバレーザー装置であって、上記光源駆動装置として上記のいずれかの光源駆動装置を備える。したがって、簡単な構成で増幅用ファイバが出力するレーザー光の出力の立ち上がりを常に速くすることができるファイバレーザー装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明に係る光源駆動装置は、半導体光源を駆動するための電圧を出力する可変電源と、上記半導体光源に直列に接続され、上記半導体光源に電流を流す電流駆動素子と、上記電流駆動素子のＯＮ／ＯＦＦおよび上記電流の大きさを制御する電流制御部と、上記可変電源の出力電圧を制御する電源制御部と、備える光源駆動装置であって、上記電流に対する上記半導体光源の順方向電圧の特性を示す電流電圧特性データと、上記電流に対する、上記可変電源と上記半導体光源と上記電流駆動素子とからなる回路上の上記半導体光源と上記電流駆動素子とを除く抵抗における電圧降下の特性を示す電圧降下特性データとを記憶する記憶部を備え、上記電流制御部は、上記電流の大きさを切り替える場合、切替前の電流が流れる第１の期間と切替後の電流が流れる第２の期間との間に、上記電流駆動素子をＯＦＦさせ、上記電源制御部は、第１の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧と第２の期間における上記電流駆動素子の被制御端子間電圧との差が、上記出力電圧が第１の期間と第２の期間とで一定である場合の上記差よりも小さくなるように、第１の期間と第２の期間との間の上記電流駆動素子がＯＦＦされている期間に、上記各特性データに基づいて上記出力電圧を変化させるので、簡単な構成で半導体光源の出力の立ち上がりを常に速くすることができる光源駆動装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファイバレーザー装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すレーザーダイオード駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】上記レーザーダイオード駆動装置における、電源制御部からの電圧制御信号、レーザーダイオードに流れる電流Ｉｆ等の波形を示す図である。
【図５】特性データ取得工程の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すレーザーダイオード駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】従来レーザーダイオード駆動装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すレーザーダイオード駆動装置における、電流制御部からの電圧制御信号、レーザーダイオードに流れる電流Ｉｆ等の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態について、図１〜図５に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３９】
（ファイバレーザー装置の構成）
図１は、本実施形態に係るファイバレーザー装置１０の構成を示す概略図である。ファイバレーザー装置１０は、マスターオシレータと光増幅器との組み合わせによってパルス発振を行うＭＯＰＡ方式のファイバレーザ装置であり、発振部であるＭＯ部１１と、増幅部であるＰＡ部１２とを備えている。
【００４０】
ＰＡ部１２は、直列に接続されたｎ個のＬＤ１〜ＬＤｎと、レーザーダイオード駆動装置（光源駆動装置）１と、増幅用ファイバ２とを備えている。増幅用ファイバ２の一方端には、各ＬＤ１〜ＬＤｎからの励起光およびＭＯ部１１からの信号光が入射するように構成されており、増幅用ファイバ２のコアには、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加されている。これにより増幅用ファイバ２は、ＭＯ部１１からの信号光を増幅して他方端から加工対象物にレーザー光を出射する。
【００４１】
（レーザーダイオード駆動装置の構成）
レーザーダイオード駆動装置１は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを駆動する装置である。以下、レーザーダイオード駆動装置１の構成について、詳細に説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置１の構成を示すブロック図である。レーザーダイオード駆動装置１は、可変ＤＣ電源３、電流駆動素子４、電流制御部５、ファイバレーザー制御部６、電源制御部７およびメモリ部８を備えている。
【００４３】
可変ＤＣ電源３は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを駆動するための電圧Ｖｃｃを出力する可変電圧源であり、電圧Ｖｃｃは、電源制御部７からの電圧制御信号に応じて変化する。電流駆動素子４は、可変ＤＣ電源３とレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎとの間に設けられ、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタによって構成される。電流駆動素子４は、電流制御部５からの電流制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、電流駆動素子４が導通しているときに、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに電流Ｉｆが流れる。また、電流Ｉｆの大きさは、電流制御信号の電圧（すなわち、電流駆動素子４のゲート電圧Ｖｇ）に応じて変化する。
【００４４】
ファイバレーザー制御部６は、あらかじめ設定されたシーケンスプログラムに基づき、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐおよび出力継続時間ｔを示すシーケンス制御信号を電流制御部５に与える。シーケンス制御信号に基づき、電流制御部５は、電流駆動素子４の制御端子（ゲート端子）に電流制御信号を出力して、電流駆動素子４のＯＮ／ＯＦＦおよび電流Ｉｆの大きさを制御する。また、図２において、Ｒａｌｌは、可変ＤＣ電源３、電流駆動素子４およびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからなる回路上の、電流駆動素子４とレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎとを除く配線等の抵抗を示している。
【００４５】
メモリ部８は、例えば不揮発性半導体メモリで構成され、一般のファイバレーザー装置が備えるメモリ素子と同様である。メモリ部８には、Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１、Ｉｆ−Ｖｆ特性データ（電流電圧特性データ）Ｄ２、電圧降下特性データＤ３およびＶｄｓ設定データ（電圧設定データ）Ｄ４が記憶されている。
【００４６】
電流制御部５および電源制御部７は、メモリ部８にアクセス可能となっており、上記の各データは、電流制御部５または電源制御部７によって参照される。Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流される電流Ｉｆと、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐとの関係を示すデータである。Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２は、所定温度Ｔ１ａにおけるレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流される電流Ｉｆと、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆとの関係を示すデータである。なお、順方向電圧Ｖｆは、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの各順方向電圧の合計を意味する。電圧降下特性データＤ３は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流される電流Ｉｆと、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下との関係を示すデータである。これらのＩｆ−Ｐ特性データＤ１、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３は、後述する特性データ取得工程において取得され、メモリ部８に記憶される。
【００４７】
Ｖｄｓ設定データＤ４は、あらかじめ設定された電流駆動素子４の被制御端子間電圧（ドレイン−ソース間電圧、以下「端子間電圧」とする）Ｖｄｓの値を示すデータである。この値は、電流駆動素子４のＩ−Ｖ特性および電流Ｉｆの仕様範囲に応じて決定される。本実施形態では、端子間電圧Ｖｄｓは、電流駆動素子４が電流Ｉｆの大きさを制御可能な最小の電圧値Ｖｄｓｍｉｎに設定される。
【００４８】
（レーザーダイオード駆動装置１の動作）
続いて、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎがＯＮ期間Ｔ１において光出力Ｐ１を出力し、ＯＮ期間Ｔ２において光出力Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）を出力する場合の、レーザーダイオード駆動装置１の動作について、図３および図４を参照して説明する。
【００４９】
図３は、レーザーダイオード駆動装置１の動作手順を示すフローチャートである。まず、ファイバレーザー制御部６が、あらかじめ設定されたシーケンスプログラムに基づき、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎから出力されるべき光出力Ｐ１および出力継続時間ｔからなるシーケンス制御信号を電流制御部５に出力する（Ｓ１）。続いて、電流制御部５は、メモリ部８にアクセスし、Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１を参照して、光出力Ｐ１からレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流す電流Ｉｆ１を算出する（Ｓ２）。これにより、電流制御部５は、電流駆動素子４に出力する電流制御信号の電圧値を決定するとともに（Ｓ３）、算出した電流Ｉｆ１の値を電源制御部７に出力する（Ｓ４）。なおこの時点では、電流制御部５は電流制御信号を出力しない。
【００５０】
電源制御部７は、メモリ部８にアクセスして、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３を参照し、電流Ｉｆ１が流れる場合のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆ１ａ、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下Ｉｆ１×Ｒａｌｌを算出する（Ｓ５）。さらに、電源制御部７は、Ｖｄｓ設定データＤ４を参照して、Ｖｄｓ設定データＤ４が示す電圧Ｖｄｓｍｉｎと、順方向電圧Ｖｆ１ａと、電圧降下Ｉｆ１×Ｒａｌｌとの和を算出し、当該和を可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ１として設定する（Ｓ６）。電源制御部７は、可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ１となるように、電圧制御信号を可変ＤＣ電源３に出力する（Ｓ７）。可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ１となった後、電流制御部５は、Ｓ３において決定した電圧値の電流制御信号を、電流駆動素子４に出力する（Ｓ８）。これにより、ＯＮ期間Ｔ１においてレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに電流Ｉｆ１が流される。
【００５１】
その後、ファイバレーザー制御部６からのシーケンス制御信号の光出力Ｐ１が光出力Ｐ２に切り替わった場合（Ｓ９においてＹＥＳ）、電源制御部７は、可変ＤＣ電源３の出力電圧をＶｃｃ１からＶｃｃ２に変化させる。具体的には、電流制御部５は、メモリ部８にアクセスし、Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１を参照して、光出力Ｐ２からレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流す電流Ｉｆ２を算出する（Ｓ１０）。これにより、電流制御部５は、電流駆動素子４に出力する電流制御信号の電圧値を決定するとともに（Ｓ１１）、算出した電流Ｉｆ２の値を電源制御部７に出力する（Ｓ１２）。
【００５２】
電源制御部７は、メモリ部８にアクセスして、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３を参照し、電流Ｉｆ２が流れる場合のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆ２ａ、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下Ｉｆ２×Ｒａｌｌを算出する（Ｓ１３）。さらに、電源制御部７は、Ｖｄｓ設定データＤ４を参照して、Ｖｄｓ設定データＤ４が示す電圧Ｖｄｓｍｉｎと、順方向電圧Ｖｆ２ａと、電圧降下Ｉｆ２×Ｒａｌｌとの和を算出し、当該和を可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ２として設定する（Ｓ１４）。電源制御部７は、可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ２となるように、可変ＤＣ電源３に出力する電圧制御信号を切り替える（Ｓ１５）。可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ２となった後、電流制御部５は、Ｓ１１において決定した電圧値の電流制御信号を、電流駆動素子４に出力する（Ｓ１６）。これにより、ＯＮ期間Ｔ２においてレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに電流Ｉｆ２が流される。
【００５３】
続いて、レーザーダイオード駆動装置１が上記のように動作する場合の、電源制御部７からの電圧制御信号、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆ等の波形を図４（ａ）〜（ｇ）に示す。
【００５４】
図４（ａ）は、電流制御部５が出力する電流制御信号の波形（電流駆動素子４のゲート電圧Ｖｇ）を示している。ファイバレーザー装置１０の光出力がＰ１となるＯＮ期間Ｔ１のとき、ゲート電圧はＶｇ１であり、ファイバレーザー装置１０の光出力がＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）となるＯＮ期間Ｔ２のとき、ゲート電圧はＶｇ２である。このように、電流制御部５は、ゲート電圧を変化させることにより、電流Ｉｆの大きさを切り替える。また、電流制御部５は、電流Ｉｆの大きさを切り替える場合、ＯＮ期間Ｔ１とＯＮ期間Ｔ２との間に、電流駆動素子４をＯＦＦさせる。すなわち、ＯＮ期間Ｔ１とＯＮ期間Ｔ２との間に、レーザー出力がＯＦＦとなるＯＦＦ期間Ｔｏｆｆが設けられている。
【００５５】
図４（ｂ）は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆの波形を示している。Ｖｇ１＜Ｖｇ２であるため、ＯＮ期間Ｔ２における電流Ｉｆ２は、ＯＮ期間Ｔ１における電流Ｉｆ１よりも大きい。
【００５６】
図４（ｃ）は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆを示している。順方向電圧は、レーザーダイオードに流れる電流に比例するため、ＯＮ期間Ｔ２における順方向電圧Ｖｆ２ａは、ＯＮ期間Ｔ１における順方向電圧Ｖｆ１ａよりも高くなる。
【００５７】
図４（ｄ）は、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下を示している。Ｉｆ１＜Ｉｆ２であるため、ＯＮ期間Ｔ２における電圧降下Ｒａｌｌ×Ｉｆ２は、ＯＮ期間Ｔ１における電圧降下Ｒａｌｌ×Ｉｆ１よりも大きい。
【００５８】
図４（ｅ）は、可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃの波形を示している。レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流がＩｆ１からＩｆ２に変化した場合、電源制御部７からの電圧制御信号によって、可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ１からＶｃｃ２に変化する。ここで、出力電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２は、
Ｖｃｃ１＝Ｖｄｓｍｉｎ＋Ｖｆ１ａ＋Ｉｆ１×Ｒａｌｌ      …式（１）
Ｖｃｃ２＝Ｖｄｓｍｉｎ＋Ｖｆ２ａ＋Ｉｆ２×Ｒａｌｌ      …式（２）
である（図３に示すＳ７およびＳ１５）。
【００５９】
図４（ｆ）は、電流駆動素子４の端子間電圧を示している。ＯＮ期間Ｔ１の電流駆動素子４の端子間電圧をＶｄｓ１ｂ、ＯＮ期間Ｔ２の電流駆動素子４の端子間電圧をＶｄｓ２ｂとすると、ＯＮ期間Ｔ１における、可変ＤＣ電源３、電流駆動素子４およびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからなる回路の全ての電圧降下は、Ｖｄｓ１ｂ＋Ｖｆ１ａ＋Ｉｆ１×Ｒａｌｌとなる。当該電圧降下は、可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ１に等しくなるので、式（１）より、
Ｖｄｓ１ｂ＋Ｖｆ１ａ＋Ｉｆ１×Ｒａｌｌ＝Ｖｄｓｍｉｎ＋Ｖｆ１ａ＋Ｉｆ１×Ｒａｌｌ
Ｖｄｓ１ｂ＝Ｖｄｓｍｉｎ
となる。同様に、ＯＮ期間Ｔ２における、可変ＤＣ電源３、電流駆動素子４およびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからなる回路の全ての電圧降下は、Ｖｄｓ２ｂ＋Ｖｆ２ａ＋Ｉｆ２×Ｒａｌｌとなる。当該電圧降下は、可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ２に等しくなるので、式（２）より、
Ｖｄｓ２ｂ＋Ｖｆ２ａ＋Ｉｆ２×Ｒａｌｌ＝Ｖｄｓｍｉｎ＋Ｖｆ２ａ＋Ｉｆ２×Ｒａｌｌ
Ｖｄｓ２ｂ＝Ｖｄｓｍｉｎ
となる。したがって、
Ｖｄｓ１ｂ＝Ｖｄｓ２ｂ＝Ｖｄｓｍｉｎ
となる。
【００６０】
このように、レーザーダイオード駆動装置１では、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆが変化しても、電流Ｉｆが０以外の期間において、電流駆動素子４の端子間電圧ＶｄｓはＶｄｓｍｉｎで一定となる。そのため、電流Ｉｆによって端子間電圧Ｖｄｓが、電流駆動素子４が電流Ｉｆを制御できる値以下となったり、温度上昇により電流駆動素子４が故障してしまう値以上となることを防止することができる。また、電圧Ｖｄｓｍｉｎは、電流駆動素子４が電流Ｉｆを制御できる必要最小限の電圧であるので、図４（ｇ）に示すように、電流駆動素子４の消費電力を最小限に抑えることができる。また、発熱による温度上昇も極力抑えることができるので、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの出力効率が向上する。
【００６１】
さらに、図４（ｅ）に示すように、電源制御部７は、ＯＮ期間Ｔ１とＯＮ期間Ｔ２との間の電流駆動素子４がＯＦＦされているＯＦＦ期間Ｔｏｆｆに、可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃを変化させる。そのため、ＯＮ期間Ｔ２における、電源制御部７からの電圧制御信号の最初の立ち上がりの前に、電流駆動素子４の端子間電圧ＶｄｓをＶｄｓｍｉｎとすることができる。
【００６２】
これに対し、特許文献３に記載の発明では、電流駆動素子の端子間電圧に基づいて可変電源の出力をフィードバック制御するため、レーザー出力が切り替わった後の最初の出力時点では、電流駆動素子の端子間電圧が、レーザー出力が切り替わる前における端子間電圧と異なる。レーザーダイオードを流れる電流の立ち上がり時間は、電流駆動素子の端子間電圧に依存するため、特許文献３に記載の発明では、レーザーダイオードの出力の立ち上がりが遅くなる。
【００６３】
これに対し、本実施形態では、レーザー出力が切り替わった後の最初の出力時点においても、電流駆動素子の端子間電圧が、レーザー出力が切り替わる前における端子間電圧と等しくなるので、電流駆動素子が流す電流の立ち上がり時間が一定になり、常にレーザーダイオードの出力の立ち上がりを速くすることができる。また、レーザーダイオード駆動装置１は、電流駆動素子の端子間電圧をモニターして可変電源の出力をフィードバック制御する回路を必要とせず、メモリ部８として、一般のレーザーダイオード駆動装置が備えるメモリを使用できるので、回路規模を小さくすることができる。
【００６４】
（特性データの取得）
続いて、メモリ部８に記憶されているＩｆ−Ｐ特性データＤ１、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３を取得する特性データ取得工程について説明する。この工程を実施するため、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流ＩｆおよびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐの各値を測定するセンサを、レーザーダイオード駆動装置１に設ける。また、この工程は、レーザーダイオード駆動装置１を動作させる前に実施される。
【００６５】
図５は、特性データ取得工程の手順を示すフローチャートである。まず、電源制御部７によって可変ＤＣ電源３の出力電圧の初期値を設定する（Ｓ２１）。続いて、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる電流Ｉｆが、各レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎのスレッショルド電流を超えるように、電流制御部５が電流駆動素子４を制御する（Ｓ２２）。
【００６６】
電流Ｉｆが流れない場合は（Ｓ２３においてＮＯ）、電源制御部７によって可変ＤＣ電源３の出力電圧を上昇させる（Ｓ２４）。電流Ｉｆが流れるまでＳ２３およびＳ２４のサイクルを繰り返す。
【００６７】
電流Ｉｆが流れた場合は（Ｓ２３においてＹＥＳ）、この時点での順方向電圧Ｖｆ、回路上の配線等の電圧降下Ｒａｌｌ×ＩｆおよびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐを取得して、取得したデータをメモリ部８に記憶する（Ｓ２５）。
【００６８】
続いて、電流制御部５によって電流Ｉｆをさらに上昇させる（Ｓ２６）。続いて、その時点での順方向電圧Ｖｆ、回路上の配線等の電圧降下Ｒａｌｌ×ＩｆおよびレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの光出力Ｐを取得して、取得したデータをメモリ部８に記憶する（Ｓ２７）。Ｓ２６およびＳ２７のサイクルを、電流ＩｆがレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの定格電流の上限値となるまで繰り返す。なおＳ２６において、順方向電圧Ｖｆが低いために電流Ｉｆが上昇しなくなった場合は、可変ＤＣ電源３の出力電圧を上昇させる。
【００６９】
電流ＩｆがレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの定格電流の上限値である場合（Ｓ２８においてＹＥＳ）、特性データ取得工程を終了する。これにより、メモリ部８には、Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３が記憶される。
【００７０】
（まとめ）
以上のように、本実施形態では、特性データ取得工程によってあらかじめ取得したＩｆ−Ｐ特性データＤ１、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および電圧降下特性データＤ３を参照して、可変ＤＣ電源３の出力電圧を制御する。また、可変ＤＣ電源３の出力電圧の切り替えは、電流駆動素子４がＯＦＦされているＯＦＦ期間Ｔｏｆｆに行われる。したがって、電流駆動素子の端子間電圧に基づいて可変電源の出力をフィードバック制御する従来の構成と異なり、簡単な構成でレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの出力の立ち上がりを常に速くすることができる。
【００７１】
また、レーザーダイオードの個数を変更したり、レーザーダイオード個々の電流電圧特性にバラツキが生じたり、さらに、回路上の配線等の抵抗値が変化した場合であっても、特性データ取得工程を再度実施して、メモリ部に記憶される各特性データを更新することで、可変ＤＣ電源の出力電圧の制御によって、電流駆動素子の端子間電圧を一定にすることができる。
【００７２】
〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図６および図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。レーザーダイオードの順方向電圧は、温度依存性を有しており、一般に、レーザーダイオードは温度が高くなるほど順方向電圧が低くなる。そのため、レーザーダイオードの光出力が一定であっても、出力開始から時間が経過するほど、電流駆動素子の端子間電圧は高くなる。そこで本実施形態では、さらに順方向電圧の温度依存性を考慮して、電流駆動素子の端子間電圧が一定となるように可変ＤＣ電源の出力電圧を制御する構成について説明する。なお、説明の便宜上、前記第１の実施形態において説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７３】
図６は、本実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置１’の構成を示すブロック図である。レーザーダイオード駆動装置１’は、第１の実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置１において、温度センサ９をさらに備え、メモリ部８に温度特性データＤ５がさらに記憶されている構成である。温度センサ９は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの近傍に配置されており、所定時間毎にレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度を測定して、測定した温度を温度情報として電源制御部７に出力する。
【００７４】
温度特性データＤ５は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度に対する順方向電圧の特性を示すデータである。当該順方向電圧の特性は、本実施形態では、各レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧の温度係数α（Ｖ／℃）を示すデータであり、温度係数αとしては、レーザーダイオードのメーカーデータを用いる。
【００７５】
温度特性データＤ５は、レーザーダイオード駆動装置１を動作させる前に、あらかじめ取得される。電源制御部７は、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２、電圧降下特性データＤ３およびＶｄｓ設定データＤ４に加え、さらに温度特性データＤ５を参照して、電圧制御信号を生成する。
【００７６】
（レーザーダイオード駆動装置１’の動作）
続いて、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎがＯＮ期間Ｔ１において光出力Ｐ１を出力する場合の、レーザーダイオード駆動装置１’の動作について、図７を参照して説明する。
【００７７】
図７は、レーザーダイオード駆動装置１’の動作手順を示すフローチャートである。まず、ファイバレーザー制御部６が、あらかじめ設定されたシーケンスプログラムに基づき、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎから出力されるべき光出力Ｐ１および出力継続時間ｔからなるシーケンス制御信号を電流制御部５に出力する（Ｓ３１）。続いて、電流制御部５は、メモリ部８にアクセスし、Ｉｆ−Ｐ特性データＤ１を参照して、光出力Ｐ１からレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流すべき電流Ｉｆ１を算出する（Ｓ３２）。これにより、電流制御部５は、電流駆動素子４に出力する電流制御信号の電圧値を決定するとともに（Ｓ３３）、算出した電流Ｉｆ１の値を電源制御部７に出力する（Ｓ３４）。なおこの時点では、電流制御部５は電流制御信号を出力しない。
【００７８】
続いて、温度センサ９がレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度を測定して、温度情報を電源制御部７に出力する（Ｓ３５）。電源制御部７は、メモリ部８にアクセスして、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２、電圧降下特性データＤ３および温度特性データＤ５を参照し、温度情報が示す温度で電流Ｉｆ１が流れる場合のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆ１ａ’、抵抗Ｒａｌｌにおける電圧降下Ｉｆ１×Ｒａｌｌを算出する（Ｓ３６）。より具体的には、電源制御部７は、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２を参照することにより、所定温度において電流Ｉｆ１が流れる場合のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆ１ａを算出し、さらに、温度特性データＤ５を参照することにより、順方向電圧Ｖｆ１ａを補正する。ここで、所定温度をＴ１ａ、温度情報が示す温度をＴ１ｂとすると、
Ｖｆ１ａ’＝Ｖｆ１ａ＋α×（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）×ｎ      …式（３）
となる。
【００７９】
さらに、電源制御部７は、Ｖｄｓ設定データＤ４を参照して、Ｖｄｓ設定データＤ４が示す電圧Ｖｄｓｍｉｎと、順方向電圧Ｖｆ１ａ’と、電圧降下Ｉｆ１×Ｒａｌｌとの和を算出し、当該和を可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ１’として設定する（Ｓ３７）。電源制御部７は、可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ１’となるように、電圧制御信号を可変ＤＣ電源３に出力する（Ｓ３８）。可変ＤＣ電源３の出力電圧がＶｃｃ１’となった後、電流制御部５は、Ｓ３３において決定した電圧値の電流制御信号を、電流駆動素子４に出力する（Ｓ３９）。これにより、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに電流Ｉｆ１が流される。
【００８０】
その後、所定時間経過すると（Ｓ４０においてＹＥＳ）、温度センサ９は、再度レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度を測定して、測定した温度を温度情報として電源制御部７に出力する（Ｓ４１）。このとき測定された温度Ｔ１ｃが、直近に測定された温度Ｔ１ｂと異なる場合（Ｓ４２においてＹＥＳ）、電源制御部７は、Ｉｆ−Ｖｆ特性データＤ２および温度特性データＤ５を参照して、式（３）に基づき再度レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧Ｖｆ１ａ”を算出する（Ｓ４３）。このとき、
Ｖｆ１ａ”＝Ｖｆ１ａ＋α×（Ｔ１ａ−Ｔ１ｃ）×ｎ
となる。
【００８１】
続いて、電源制御部７は、Ｖｄｓ設定データＤ４を参照して、Ｖｄｓ設定データＤ４が示す電圧Ｖｄｓｍｉｎと、順方向電圧Ｖｆ１ａ”と、電圧降下Ｉｆ１×Ｒａｌｌとの和を算出し（Ｓ４４）、可変ＤＣ電源３の出力電圧Ｖｃｃ１”が当該和となるように、電圧制御信号を可変ＤＣ電源３に出力する（Ｓ４５）。
【００８２】
このように、本実施形態では、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度変化に応じて、可変ＤＣ電源３の出力電圧を変化させることができる。ここで、式（１）および式（２）によって算出された順方向電圧Ｖｆ１ａ’およびＶｆ１ａ”は、温度センサ９によって測定されたレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度に基づいて補正された値であるので、実際のレーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの順方向電圧に等しくなる。よって、前記第１の実施形態に係るレーザーダイオード駆動装置１と比較して、電流駆動素子４の端子間電圧Ｖｄｓを、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度変化に関わらず、より正確に、Ｖｄｓｍｉｎで一定とすることができる。
【００８３】
なお、Ｓ４０〜Ｓ４５のサイクルは、シーケンス制御信号の光出力が切り替わるまで繰り返される。シーケンス制御信号の光出力が切り替わった場合、Ｓ３２〜Ｓ３８と同様の要領で、切り替え後の光出力に基づき、可変ＤＣ電源３の出力電圧が再設定される。
【００８４】
また、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの温度変化は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの駆動直後が最も大きく、時間の経過とともに温度変化が緩やかになる。そのため、温度センサ９による温度の測定間隔（すなわちＳ４０における所定時間）は、レーザーダイオードＬＤ１〜ＬＤｎの駆動直後または光出力の切り替え直後に最も短く設定し、時間の経過とともに、測定間隔を次第に長く設定してもよい。
【００８５】
（付記事項）
なお、各実施形態では、レーザーダイオードに流れる電流の大きさに関わらず、電流駆動素子の端子間電圧を一定にする構成について説明したが、電流駆動素子の端子間電圧は、必ずしも一定でなくてよい。すなわち、電流制御部が、上記電流の大きさを切り替える場合、上記電源制御部は、切替前の電流Ｉｆ１が流れるＯＮ期間Ｔ１における端子間電圧Ｖｄｓ１ｂと切替後の電流Ｉｆ２が流れるＯＮ期間Ｔ２における端子間電圧Ｖｄｓ２ｂとの差が、出力電圧ＶｃｃがＯＮ期間Ｔ１とＯＮ期間Ｔ２とで一定である場合の上記差よりも小さくなるように、出力電圧Ｖｃｃを変化させる構成としてもよい。これにより、電流駆動素子が温度上昇により故障したり、レーザーダイオードに流す電流の大きさを制御できなくなるリスクを低減できる。
【００８６】
また、各実施形態では、電流駆動素子として、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いたが、これに限定されない。例えば、電流駆動素子として、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタを用いてもよい。なお、電流駆動素子がＭＯＳトランジスタである場合、電流制御部が上記電流の大きさを制御可能な最小の端子間電圧とは、電流駆動素子が飽和領域で動作可能な最小のドレイン−ソース間電圧を意味する。また、電流駆動素子がバイポーラトランジスタである場合、電流制御部が上記電流の大きさを制御可能な最小の端子間電圧とは、電流駆動素子が活性領域で動作可能な最小のコレクタ−エミッタ間電圧を意味する。
【００８７】
また、各実施形態では、レーザーダイオードの光出力に関わらず、電流駆動素子の端子間電圧を、電流駆動素子がレーザーダイオードに流す電流を制御可能な最小の電圧値に設定したが、これに限定されない。電流駆動素子の端子間電圧は、電流駆動素子がレーザーダイオードに流す電流を制御可能であり、かつ電流駆動素子が温度上昇により故障しない電圧値であれば、任意に設定できる。例えば、電流駆動素子の端子間電圧を比較的高く設定することにより、レーザーダイオードに流す電流の立ち上がり時間を短縮することができる。
【００８８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、レーザーダイオードだけでなく、発光ダイオード等のあらゆる半導体光源を駆動する光源駆動装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１      レーザーダイオード駆動装置
１’    レーザーダイオード駆動装置
２      増幅用ファイバ
３      可変ＤＣ電源（可変電源）
４      電流駆動素子
５      電流制御部
６      ファイバレーザー制御部
７      電源制御部
８      メモリ部
９      温度センサ
１０    ファイバレーザー装置
１１    ＭＯ部
１２    ＰＡ部
Ｄ１    Ｉｆ−Ｐ特性データ
Ｄ２    Ｉｆ−Ｖｆ特性データ（電流電圧特性データ）
Ｄ３    電圧降下特性データ
Ｄ４    Ｖｄｓ設定データ（電圧設定データ）
Ｄ５    温度特性データ
Ｉｆ    電流
ＬＤ１〜ＬＤｎ  レーザーダイオード（半導体光源）
Ｒａｌｌ  抵抗
Ｔ１    ＯＮ期間（第１の期間）
Ｔ２    ＯＮ期間（第２の期間）
Ｔｏｆｆ  ＯＦＦ期間
Ｖｃｃ  出力電圧
Ｖｄｓ  端子間電圧（被制御端子間電圧）
Ｖｄｓｍｉｎ  電圧値（設定値）
Ｖｆ    順方向電圧
【図１】
2011216707.tif 000003
【図２】
2011216707.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011216707.tif 000006
【図５】
2011216707.tif 000007
【図６】
2011216707.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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