(57)【要約】【課題】光出力を安定に維持し且つ総消費電流を抑制する。【解決手段】環境温度（Ｔｓ）を検出し、環境温度（Ｔｓ）との差があまり大きくならないように、光出力を安定に維持できる温度範囲（２５℃〜４５℃）内で制御温度（Ｔｃ）を変化させる。【効果】制御温度を一定にする場合に比べて、半導体レーザの駆動電流は増えるが、ペルチェ電流を小さくすることが出来る。半導体レーザの駆動電流が増える分よりもペルチェ電流を小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流を抑制することが出来る。【選択図】図２
2008135491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含んで形成される光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の高調波を発生する非線形光学素子と、前記高調波が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子の少なくとも一つの温度が制御温度になるように温度制御する温度制御手段と、環境温度を検出する環境温度検出手段と、前記環境温度の変化に応じて前記制御温度を変化させる制御温度変更手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体レーザ装置において、前記制御温度変更手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度を制御温度とし、環境温度範囲の最高温度においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度を制御温度とし、これらの間を連続的に結んだ特性に基づいて、前記制御温度を変化させることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固体レーザ装置において、前記制御温度変更手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度から温調のための電流が０でも半導体レーザなどの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度になりうる最低温度までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度を制御温度とし、温調のための電流が０でも半導体レーザなどの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度になりうる最高温度から固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度を制御温度とし、これらの間を線形に結んだ特性に基づいて、前記制御温度を変化させることを特徴とする固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、総消費電流を抑制することが出来る固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光出力を一定に維持でき且つ半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度に半導体レーザやレーザ光学系に含まれる光学素子の温度を制御する固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２３５５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の固体レーザ装置では、例えば、図６に示すように、制御温度Ｔｃを２５℃とすると光出力を一定に維持するための半導体レーザの駆動電流Ｉｄが約１８０ｍＡとなり、３５℃とすると約１５０ｍＡとなり、４５℃とすると約１８０ｍＡとなるなら、図７に示すように、例えば制御温度Ｔｃ＝３５℃一定で温度制御していた。これにより、環境温度Ｔｓにかかわらず半導体レーザの駆動電流Ｉｄを約１５０ｍＡにすることが出来た。
しかし、制御温度Ｔｃ＝３５℃一定とするとき、例えば、図８に示すように、環境温度Ｔｓが３０℃のときはペルチェ素子に供給するペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡで済むが、環境温度Ｔｓが−１０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約８００ｍＡが必要になり、環境温度Ｔｓが５０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡが必要になる。つまり、環境温度Ｔｓにかかわらず制御温度Ｔｃを一定にしていた場合、半導体レーザの駆動電流Ｉｄを常に最小に維持できたとしても、環境温度Ｔｓが−１０℃や５０℃のときには非常に大きなペルチェ電流Ｉｐが必要となり、総消費電流を抑制できない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、総消費電流を抑制することが出来る固体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の観点では、本発明は、励起レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含んで形成される光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の高調波を発生する非線形光学素子と、前記高調波が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子の少なくとも一つの温度が制御温度になるように温度制御する温度制御手段と、環境温度を検出する環境温度検出手段と、前記環境温度の変化に応じて前記制御温度を変化させる制御温度変更手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
温調のための電流は制御温度と環境温度の差が小さいほど小さくて済むから、光出力を安定に維持できる温度範囲内で制御温度を環境温度に近づけるように変化させることで、環境温度にかかわらず制御温度を一定にするよりも、温調のための電流を小さくすることが出来る。
そこで、上記第１の観点による固体レーザ装置では、環境温度を検出し、環境温度との差があまり大きくならないように、光出力を安定に維持できる温度範囲内で制御温度を変化させる。これにより、制御温度を一定にする場合に比べて、半導体レーザの駆動電流は増えるが、温調のための電流を小さくすることが出来る。そして、半導体レーザの駆動電流が増える分よりも温調のための電流を小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流を抑制することが出来る。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による固体レーザ装置において、前記制御温度変更手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度を制御温度とし、環境温度範囲の最高温度においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度を制御温度とし、これらの間を連続的に結んだ特性に基づいて、前記制御温度を変化させることを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、環境温度範囲の全域で温度制御を行うので、環境温度範囲の全域で安定になる。制御温度を一定にする場合に比べて、半導体レーザの駆動電流は増えるが、温調のための電流を小さくすることが出来る。そして、半導体レーザの駆動電流が増える分よりも温調のための電流を小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流を抑制することが出来る。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、前記第１の観点による固体レーザ装置において、前記制御温度変更手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度から温調のための電流が０でも半導体レーザなどの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度になりうる最低温度までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度を制御温度とし、温調のための電流が０でも半導体レーザなどの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度になりうる最高温度から固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度を制御温度とし、これらの間を線形に結んだ特性に基づいて、前記制御温度を変化させることを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第３の観点による固体レーザ装置では、半導体レーザなどの発熱を加熱に利用するので、温調のための電流がほぼ０になる領域が広くなり、総消費電流を抑制することが出来る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の固体レーザ装置によれば、光出力を安定に維持しつつ、総消費電流を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１００を示す説明図である。
この固体レーザ装置１００は、励起レーザ光を発生する半導体レーザ１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系２と、励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ励起レーザ光により励起されて基本波光を発生する固体レーザ媒質３と、基本波光が入射すると第２高調波光を発生する非線形光学素子４と、固体レーザ媒質３の反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラー５と、出力側ミラー５から外部へ出力される出力レーザ光の一部を透過すると共に残りを分岐するビームスプリッタ６と、分岐光を受光し電気信号に変換するホトダイオード７と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１や固体レーザ媒質３や非線形光学素子４の温調を行うための温調ユニット８と、筐体１０と、環境温度Ｔｓを検出するための環境温度検出器９と、半導体レーザ１に駆動電流Ｉｄを供給する半導体レーザ駆動回路１４と、温調ユニット８の実温度Ｔｐが制御温度Ｔｃに一致するようにペルチェ電流Ｉｐを制御する温度制御回路１５と、ホトダイオード７で受光する分岐光の強度が一定になるような駆動電流Ｉｄを半導体レーザ１に供給すべく半導体レーザ駆動回路１４を制御すると共に温度制御回路１５に指示する制御温度Ｔｃを環境温度Ｔｓの変化に応じて変化させる制御部１６とを具備している。
【００１０】
図２は、環境温度Ｔｓに応じて制御温度Ｔｃを変化させる特性例を示すグラフである。
この特性例は、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最低温度（−１０℃）においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度（２５℃）を制御温度Ｔｃとし、環境温度範囲の最高温度（５０℃）においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度（４５℃）を制御温度Ｔｃとし、温調のための供給電流がほぼ０で実現できる環境温度（３０℃）においては半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄが最小となる温度（３５℃）を制御温度Ｔｃとし、これらの間を線形に結んだものである。
図３は、この特性例におけるペルチェ電流Ｉｐの変化を示すグラフである。
【００１１】
例えば、環境温度Ｔｓが−１０℃のときは制御温度Ｔｃは約２５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約４００ｍＡになる。図６より、制御温度Ｔｃ＝約２５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約５８０ｍＡになる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが−１０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約８００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約９５０ｍＡになる。
【００１２】
次に、環境温度Ｔｓが３０℃のときは制御温度Ｔｃは約３５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡになり、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約１５０ｍＡとなる。これは図６〜図８と同様である。
【００１３】
次に、環境温度Ｔｓが５０℃のときは制御温度Ｔｃは約４５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約−３００ｍＡになる。図６より、制御温度Ｔｃ＝約４５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約４８０ｍＡになる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが５０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約−７００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約８５０ｍＡになる。
【００１４】
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、環境温度Ｔｓを検出し、環境温度Ｔｓとの差があまり大きくならないように、光出力を安定に維持できる温度範囲内で制御温度Ｔｃを変化させるから、制御温度Ｔｃを一定にする場合に比べて、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは増えるが、ペルチェ電流Ｉｐを小さくすることが出来る。そして、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄが増える分よりもペルチェ電流Ｉｐを小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜を抑制することが出来る。よって、乾電池で駆動した場合の電池寿命を延ばすことが出来る。
【実施例２】
【００１５】
図４は、環境温度Ｔｓに応じて制御温度Ｔｃを変化させる特性例を示すグラフである。
この特性例は、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最低温度（−１０℃）からペルチェ電流Ｉｐ＝０でも半導体レーザ１などの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度（２５℃）になりうる最低温度（２０℃）までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度（２５℃）を制御温度Ｔｃとし、ペルチェ電流Ｉｐ＝０でも半導体レーザ１などの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度（４５℃）になりうる最高温度（４０℃）から固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最高温度（５０℃）までの温度範囲においては光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度（４５℃）を制御温度Ｔｃとし、これらの間を線形に結んだものである。
図５は、この特性例におけるペルチェ電流Ｉｐの変化を示すグラフである。
【００１６】
例えば、環境温度Ｔｓが−１０℃のときは制御温度Ｔｃは約２５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約４００ｍＡになる。図６より、制御温度Ｔｃ＝約２５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約５８０ｍＡになる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが−１０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約８００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約９５０ｍＡになる。
【００１７】
次に、環境温度Ｔｓが２０℃のときは制御温度Ｔｃは約２５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡになり、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約１８０ｍＡとなる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが２０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約２００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約３５０ｍＡになる。
【００１８】
次に、環境温度Ｔｓが３０℃のときは制御温度Ｔｃは約３５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡになり、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約１５０ｍＡとなる。これは図６〜図８と同様である。
【００１９】
次に、環境温度Ｔｓが４０℃のときは制御温度Ｔｃは約４５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡになり、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約１８０ｍＡとなる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが４０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約−３００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約４５０ｍＡになる。
【００２０】
次に、環境温度Ｔｓが５０℃のときは制御温度Ｔｃは約４５℃であり、ペルチェ電流Ｉｐは約−３００ｍＡになる。図６より、制御温度Ｔｃ＝約４５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約４８０ｍＡになる。
一方、図７に示すように環境温度Ｔｓが５０℃でも制御温度Ｔｃを３５℃一定とした場合、図６より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図８よりペルチェ電流Ｉｐは約−７００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約８５０ｍＡになる。
【００２１】
実施例２の固体レーザ装置によれば、ペルチェ電流Ｉｐ＝０でも半導体レーザ１などの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最低温度（２５℃）になりうる最低温度（２０℃）からペルチェ電流Ｉｐ＝０でも半導体レーザ１などの発熱によって光出力を一定に維持しうる制御温度範囲の最高温度（４５℃）になりうる最高温度（４０℃）までの間は、ペルチェ電流Ｉｐがほとんど０になる（半導体レーザ１などの発熱による温度上昇が５℃からずれた分だけペルチェ電流Ｉｐが０でなくなる）ので、さらに総消費電流｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜を少なくすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。また、乾電池で駆動する例えばレーザポインタに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１に係る固体レーザ装置を示す構成説明図である。
【図２】実施例１に係る、環境温度に応じた制御温度の変化を示すグラフである。
【図３】実施例１に係るペルチェ電流の変化を示すグラフである。
【図４】実施例２に係る、環境温度に応じた制御温度の変化を示すグラフである。
【図５】実施例２に係るペルチェ電流の変化を示すグラフである。
【図６】制御温度の変化に対して光出力を一定に維持するための駆動電流の変化を示すグラフである。
【図７】環境温度にかかわらず制御温度が一定であることを示すグラフである。
【図８】環境温度にかかわらず制御温度を一定にしたときのペルチェ電流の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１              半導体レーザ
２              集光レンズ系
３              固体レーザ媒質
４              非線形光学素子
５              出力側ミラー
６              ビームスプリッタ
７              ホトダイオード
８              温調ユニット
９              環境温度検出器
１４            半導体レーザ駆動回路
１５            温度制御回路
１６            制御部
１００          固体レーザ装置
【図１】
2008135491.tif 000003
【図２】
2008135491.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008135491.tif 000008
【図７】
2008135491.tif 000009
【図８】
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