(57)【要約】【課題】励起光源を構成する複数の半導体レーザのうち、一部の半導体レーザが故障しても運転を継続できる半導体レーザ励起レーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置１に電源２を設け、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４を直列に接続する。半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４には夫々リレーＲ１乃至Ｒ４を並列に接続する。電源２は、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４及びリレーＲ１乃至Ｒ４からなる回路５が導通しているか断線しているかを検知し、この検知結果を検知信号Ｓ１として出力する。コントローラ６は、検知信号Ｓ１により回路５が断線したことを検知すると、リレー制御信号Ｓ２を開閉器４に対して出力し、リレーＲ１乃至Ｒ４を順次短絡させ、その後、検知信号Ｓ１により回路５が再び導通したことを検知すると、この時点で短絡させているリレーをそのまま短絡させ続ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、この電源に直列に接続されこの電源から電力が供給されて第１のレーザ光を出力する複数の半導体レーザと、この第１のレーザ光が入射されこの第１のレーザ光により励起されて第２のレーザ光を出力するレーザ媒質と、前記電源に直列に接続されると共に１又は複数の前記半導体レーザからなる群に夫々並列に接続され初期状態において開放されている複数のリレーと、一部の前記半導体レーザが断線した場合にこの断線した半導体レーザを含む群に並列に接続された前記リレーを短絡するコントローラと、を有することを特徴とする半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項２】
前記電源がこの電源に接続されている前記複数の半導体レーザ及びリレーからなる回路が導通しているか断線しているかを検知しこの検知結果を前記コントローラに対して出力するものであり、前記コントローラが前記回路が断線したときに前記複数のリレーを順次短絡させ、前記回路が再び導通したときにこの時点で短絡させているリレーをそのまま短絡させ続けるものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項３】
前記群が１の前記半導体レーザからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項４】
前記群が複数の前記半導体レーザからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項５】
前記電源、この電源に接続された前記複数の半導体レーザ、及び前記電源に接続された複数のリレーからなる励起光源を複数個有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ媒質が固体レーザ媒質であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は励起光源として複数の半導体レーザを使用する半導体レーザ励起レーザ装置に関し、特に、一部の半導体レーザが故障しても短期間で自動的に動作を再開することができる半導体レーザ励起レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体レーザ（以下、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）ともいう）からなる励起光源及び固体レーザ媒質を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置が開発されている。この半導体レーザ励起固体レーザ装置の励起光源においては、電源に複数のＬＤが直列に接続されている。そして、各ＬＤは前記電源より電力が供給されてレーザ光を固体レーザ媒質に対して出力し、固体レーザ媒質はこれらの複数のＬＤから照射されたレーザ光により励起されて、レーザ光を出力する。このような半導体レーザ励起固体レーザ装置は、従来のランプ励起固体レーザ装置と比較して高効率でメンテナンス性が良好であり、小型化が可能である。このため、半導体レーザ励起固体レーザ装置は、工業用レーザとして半導体装置の製造ライン等に使用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。半導体レーザ励起固体レーザ装置（以下、単にレーザ装置ともいう）の励起光源に使用されているＬＤは、製造上の原因又は使用に伴う劣化により、破損して電気的に開放状態、即ち断線状態になることがある。この場合、破損したＬＤだけでなく、このＬＤに直列に接続されている正常なＬＤにも電流が供給されなくなる。これにより、固体レーザ媒質に励起光が供給されなくなり、レーザ装置がその動作を停止する。また、レーザ装置に励起光源が複数設けられている場合においても、固体レーザ媒質に供給される励起光量が大幅に減少するため、レーザ装置の継続使用が困難になる。このようなレーザ装置が例えば半導体装置等の製造ラインに使用されている場合、このレーザ装置が停止することにより、製造ライン全体が停止することになる。この結果、特に、この製造ラインが２４時間稼働のラインである場合には、生産性の大幅な低下を招いてしまう。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、励起光源を構成する複数の半導体レーザのうち、一部の半導体レーザが故障しても運転を継続できる半導体レーザ励起レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザ励起レーザ装置は、電源と、この電源に直列に接続されこの電源から電力が供給されて第１のレーザ光を出力する複数の半導体レーザと、この第１のレーザ光が入射されこの第１のレーザ光により励起されて第２のレーザ光を出力するレーザ媒質と、前記電源に直列に接続されると共に１又は複数の前記半導体レーザからなる群に夫々並列に接続され初期状態において開放されている複数のリレーと、一部の前記半導体レーザが断線した場合にこの断線した半導体レーザを含む群に並列に接続された前記リレーを短絡するコントローラと、を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明においては、一部の半導体レーザが故障して断線状態となった場合に、コントローラが、この断線した半導体レーザを含む群に並列に接続されたリレーを短絡する。これにより、他の群に属する半導体レーザに電力が供給され、レーザ媒質に対して第１のレーザ光を供給する。この結果、本発明の半導体レーザ励起レーザ装置は、一部の半導体レーザが断線しても、速やかに且つ自動的に動作を再開し、運転を継続することができる。
【０００７】
また、前記電源がこの電源に接続されている前記複数の半導体レーザ及びリレーからなる回路が導通しているか断線しているかを検知しこの検知結果を前記コントローラに対して出力するものであり、前記コントローラが前記回路が断線したときに前記複数のリレーを順次短絡させ、前記回路が再び導通したときにこの時点で短絡させているリレーをそのまま短絡させ続けるものであることが好ましい。
【０００８】
従来、半導体レーザ励起レーザ装置において一部の半導体レーザが故障した場合には、修理に先立って、半導体レーザ励起レーザ装置に搭載されている全ての半導体レーザの中から、故障した半導体レーザを特定する必要があった。このため、修理に多大な時間を要していた。また、修理時間を短縮するために、故障した半導体レーザの特定を省略し、故障していない半導体レーザを含めて全ての半導体レーザを交換すると、修理コストが増大した。しかしながら、電源及びコントローラを前述の如く構成することにより、前記回路が再び導通したときに短絡されているリレーから、断線した半導体レーザが属する群を特定することができる。この結果、修理時間を短縮し、且つ修理コストを低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施例について説明する。図１は本実施例に係る半導体レーザ励起レーザ装置を示すブロック図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施例に係る半導体レーザ励起レーザ装置１（以下、単にレーザ装置１という）においては、電源２が設けられ、この電源２に例えば４個の半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４が直列に接続されている。半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４は例えばレーザダイオードである。半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４は電源２から電力が供給され、レーザ光である励起光３を出力するものである。また、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４には夫々リレーＲ１乃至Ｒ４が並列に接続されており、リレーＲ１乃至Ｒ４により開閉器４が構成されている。リレーＲ１乃至Ｒ４は、夫々開くことにより半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４に電流が供給されるようにし、閉じることにより半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４を短絡するものである。半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４及び開閉器４により回路５が構成されている。電源２は、この回路５が導通しているか断線しているかを検知し、この検知結果を検知信号Ｓ１として出力する。
【００１１】
また、電源２及び開閉器４にはコントローラ６が接続されている。コントローラ６は、電源２より検知信号Ｓ１が入力され、開閉器４に対してリレー制御信号Ｓ２を出力するようになっている。コントローラ６は、電源２から入力される検知信号Ｓ１により回路５が断線したことを検知すると、リレー制御信号Ｓ２を開閉器４に対して出力し、リレーＲ１乃至Ｒ４を順次短絡させる。そして、その後、検知信号Ｓ１により回路５が再び導通したことを検知すると、この時点で短絡させているリレーをそのまま短絡させ続ける。
【００１２】
更に、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４から出力された励起光３が入射するように、固体レーザ媒質７が設けられている。固体レーザ媒質７は励起光３により励起されてレーザ光８をレーザ装置１の外部に対して出力するものである。
【００１３】
次に、本実施例に係るレーザ装置１の動作について説明する。初期状態においては、開閉器４のリレーＲ１乃至Ｒ４は全て開放されている。そして、電源２が回路５に対して直流電流を供給する。このとき、リレーＲ１乃至Ｒ４は全て開放されているため、電源２から出力された電流は、半導体レーザ素子ＬＤ４、ＬＤ３、ＬＤ２及びＬＤ１をこの順に流れる。これにより、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ４が励起光３を固体レーザ媒質７に対して出力する。そして、固体レーザ媒質７が励起光３により励起され、レーザ光８をレーザ装置１の外部に対して出力する。
【００１４】
上述のようなレーザ装置１の動作中において、一部の半導体レーザ素子が故障して断線状態となった場合には、レーザ装置１は以下のように動作する。例えば、半導体レーザ素子ＬＤ３が故障して開放状態（断線状態）になると、回路５に電流が流れなくなる。なお、この時点においては、どの半導体レーザ素子が故障したかは不明である。回路５に電流が流れなくなると、電源２がこれを検知し、この検知結果を検知信号Ｓ１としてコントローラ６に対して出力する。そして、コントローラ６は開閉器４に対してリレー制御信号Ｓ２を出力し、リレーＲ１乃至Ｒ４を初期状態である全開放状態から、順次１つずつ短絡していく。リレーＲ３が短絡されると、回路５に電流が流れるようになる。この時点で、故障した半導体レーザ素子がＬＤ３であることが明らかになる。
【００１５】
回路５に電流が流れるようになると、電源２がこれを検知し、この検知結果を検知信号Ｓ１によりコントローラ６に対して出力する。コントローラ６は検知信号Ｓ１に基づいて、リレーＲ３を短絡状態のまま保持する。これにより、半導体レーザ素子Ｒ１、Ｒ２及びＲ４には再び電流が流れ、励起光３を出力する。
【００１６】
なお、このとき、励起光３の合計強度は半導体レーザ素子ＬＤ３が故障する前よりも低下し、これに伴ってレーザ光８の強度も低下するが、電源２が半導体レーザ素子Ｒ１、Ｒ２及びＲ４に供給する電力を増加させることにより、励起光３の強度を半導体レーザ素子ＬＤ３が故障する前の強度と同等の強度に維持することができる。これにより、固体レーザ媒質７は、半導体レーザ素子ＬＤ３の故障前と同じ強度でレーザ光８を出力することができる。
【００１７】
このように、本実施例のレーザ装置１においては、一部のレーザ半導体素子が故障して断線状態となっても、短時間の運転停止の後、再びレーザ光８を自動的に出力することができる。このため、本実施例のレーザ装置１を例えば半導体の製造ラインにおいて使用する場合、レーザ半導体素子の故障により製造ラインの連続稼動を妨げることを防止できる。
【００１８】
また、本実施例においては、故障して開放状態となった半導体レーザ素子を特定し、その数及び配設位置を把握できるため、後日、レーザ装置１の完全修理を行う際に、修理に要する時間及び交換用に準備する半導体レーザ素子の数を最小限に抑えることが可能となる。
【００１９】
なお、本実施例においては、半導体レーザ素子が４個である例を示したが、本発明はこれに限定されず、３個以下又は５個以上であってもよい。また、リレーは機械的なスイッチでもよく、半導体スイッチでもよい。更に、本実施例においてはレーザ媒質が固体レーザ媒質である例を示したが、本発明はこれに限定されない。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は本実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置１１）を示すブロック図である。本実施例に係るレーザ装置１１においては、半導体レーザ素子が６個設けられており、開閉器１４においてはリレーが３個設けられている。そして、相互に直列に接続された２個の半導体レーザ素子に対して１個のリレーが並列に接続されている。即ち、相互に直列に接続された半導体レーザ素子ＬＤ１及びＬＤ２に対してリレーＲ１が並列に接続され、相互に直列に接続された半導体レーザ素子ＬＤ３及びＬＤ４に対してリレーＲ２が並列に接続され、相互に直列に接続された半導体レーザ素子ＬＤ５及びＬＤ６に対してリレーＲ３が並列に接続されている。本実施例における上記以外の構成は、前述の第１の実施例と同様である。
【００２１】
本実施例においては、例えば半導体レーザ素子ＬＤ３が故障して断線すると、コントローラ６が半導体レーザ素子ＬＤ３及びＬＤ４に接続されたリレーＲ２を短絡する。これにより、半導体レーザ素子ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ５及びＬＤ６に電流が供給され、レーザ装置１１がレーザ光８の出力を再開することができる。本実施例における上記以外の動作は、前述の第１の実施例と同様である。
【００２２】
本実施例においては、リレーの数を低減することができ、レーザ装置のコストを低減することができる。本実施例における上記以外の効果は、前述の第１の実施例と同様である。なお、１のリレーに並列に接続される半導体レーザ素子の数は２個に限定されず、３個以上であってもよい。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図３は本実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置（レーザ装置２１）を示すブロック図である。本実施例に係るレーザ装置２１においては、電源２、開閉器１４、半導体レーザ素子ＬＤ１乃至ＬＤ６からなる励起光源が２組設けられている。なお、固体レーザ媒質及びコントローラは１ずつ設けられている。即ち、２組の励起光源９ａ及び９ｂは、１の固体レーザ媒質７を取り巻くように配置されており、夫々励起光３をこの固体レーザ媒質７に対して出力するようになっている。また、コントローラ２６には２系統のチャンネルＣＨ１及びＣＨ２が設けられており、チャンネルＣＨ１は励起光源９ａに接続され、チャンネルＣＨ２は励起光源９ｂに接続されている。本実施例における上記以外の構成は、前述の第２の実施例と同様である。
【００２４】
本実施例においては、励起光源９ａ及び９ｂを相互に独立に動作させることができる。例えば、励起光源９ａの半導体レーザ素子ＬＤ３が故障した場合に、半導体レーザ素子ＬＤ３が故障してからコントローラ２６が励起光源９ａのリレーＲ２を短絡して励起光源９ａが動作を再開するまでの間、励起光源９ａからの励起光３の出力は停止する。しかしながら、本実施例のレーザ装置２１においては、励起光源９ａが励起光３の出力を停止している間、励起光源９ｂがこれを補うことができる。このため、レーザ装置２１は連続的にレーザ光８を出力することができる。本実施例における上記以外の動作及び効果は、前述の第２の実施例と同様である。なお、励起光源は３組以上設けられていてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の半導体レーザを励起光源として使用する半導体レーザ励起レーザ装置において、一部の半導体レーザが断線した場合に、この断線した半導体レーザを含む群に並列に接続されたリレーを短絡するため、他の群に属する半導体レーザに電力を供給することができ、運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、１１、２１；レーザ装置
２；電源
３；励起光
４、１４；開閉器
５；回路
６、２６；コントローラ
７；固体レーザ媒質
８；レーザ光
９ａ、９ｂ；励起光源
ＬＤ１〜ＬＤ６；半導体レーザ素子
Ｒ１〜Ｒ４；リレー
Ｓ１；検知信号
Ｓ２；リレー制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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