(57)【要約】【課題】本発明は、波長変換部の温度を正確に検出することができないことにより、光源装置の出力が目標値に達しなくなってしまう。  そこで本発明は、光源装置の出力を目標値に設定することを目的とするものである。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、基本波を出力する基本波レーザ光源と、前記基本波を入力して、その高調波を出力する波長変換部と、この波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力の目標値を設定する目標光量設定部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値に到達するまでの、前記レーザ光源制御部による応答信号に基づいて、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部を備えた光源装置とした。【選択図】図１
2012042630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波を出力する基本波レーザ光源と、
前記基本波を入力して、その高調波を出力する波長変換部と、
この波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、
前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、
前記波長変換部からの高調波の出力の目標値を設定する目標光量設定部と、
前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、
前記波長変換部からの高調波の出力が目標値に到達するまでの、前記レーザ光源制御部による応答信号に基づいて、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部を備えた光源装置。
【請求項２】
前記レーザ光源制御部は、前記波長変換部からの高調波の出力と、その目標値との差を求める誤差信号検出部を具備し、前記温度補正部は前記誤差信号検出部の応答信号の積分値に基づいて、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部を備えた請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記基本波レーザ光源の基本波は、パルス波であること、を特徴とする請求項１乃至２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記温度制御部の設定温度は、前記波長変換部の位相整合温度より低い温度としたこと、
を特徴とする請求項１乃至３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記温度補正部は、前記応答信号の積分値が、前記目標光量設定部によって設定された目標値よりも小さい場合は前記温度制御部の設定温度よりも高く設定温度を補正し、前記目標光量設定部によって設定された目標値よりも大きい場合は前記温度制御部の設定温度よりも低く設定温度を補正すること
を特徴とする請求項２乃至４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記温度補正部は、前記波長変換部の温度が位相整合温度より高温側であるかどうかを検出する温度制御判断部を有すること、
を特徴とする請求項１乃至５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記温度制御判断部が、前記波長変換部の温度が位相整合温度より高温側であることを検出した場合に、前記波長変換部の前記設定温度を所定の温度低く変更すること、
を特徴とする請求項６記載の光源装置。
【請求項８】
前記温度補正部は、前記波長変換部の効率が１０％以上９０％以下で動作する、請求項２乃至７に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、基本波長の光である基本波を非線形光学効果により波長変換して高調波を出力するための波長変換素子を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの光源装置の構成は、以下のような構成となっていた。
【０００３】
すなわち、基本波を出力する基本波レーザ光源と、前記基本波を入力して、その高調波を出力する波長変換部と、この波長変換部の温度を温度センサにより測定する温度測定部と、前記波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、前記温度測定部からの測定温度をモニターしながら、この温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、を備え、このレーザ光源制御部は、温度設定部の温度を変化させて、前記波長変換部から出力される高調波の出力が最大となる時の温度を前記温度測定部より検出して、その温度を位相整合温度とする構成となっていた（例えば、これに類似する技術は下記特許文献１に記載されている）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３３０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
波長変換部の温度を測定する温度測定部は、連続的に出力されるレーザ光源からの基本波に対して、波長変換部の波長変換素子を保持するアルミ台等の波長変換素子近傍の温度を温度センサで間接的に測定する構成となっており、実際の基本波レーザ光源からの基本波の光路である波長変換素子の光路自体の温度を直接測定していない。これは、波長変換素子が、光が透過できる結晶構造の素子であり、この素子内の光路上に温度センサ等の遮光物や光屈折率の異なる物を配置できないためである。
【０００６】
このような構成において、例えば、レーザ光源からの基本波が、パルス発光となると、光が間欠的に波長変換素子の光路に入力されるので、波長変換素子の光路の内部温度が発光中の光吸収により上昇したり、発光停止により降下したりと急激な温度変化をする。温度センサは波長変換素子の光路から離れた位置に設置されているので、このような急激な温度変化に対して応答しない。よって正確な波長変換素子の光路自体の温度が測定できなくなってしまい、前記波長変換部から出力される高調波の出力が最大となる位相整合温度を正確に検出できないので、所望の波長変換素子の変換効率が得られなくなる。その結果、光源装置の出力を設定した目標値に制御できないという課題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、光源装置の出力を目標値に制御できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そしてこの目的を達成するために本発明は、基本波を出力する基本波レーザ光源と、前記基本波を入力して、その高調波を出力する波長変換部と、この波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力の目標値を設定する目標光量設定部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値に到達するまでの、前記レーザ光源制御部による応答信号に基づいて、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部を備えた構成とした。
【０００９】
これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、前記波長変換部からの高調波の出力の目標値を目標光量設定部が変化させた際の、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値に到達するまでの出力の挙動（以下、応答特性という）を測定し、この応答特性により、前記波長変換部の波長変換素子の光路の現在の温度設定が、実際の位相整合温度に対して、高い温度設定なのか、低い温度設定なのかを判断可能とする温度補正部を設けたものであるので、この温度補正部の判断結果に従って、前記温度制御部の設定温度を補正することにより、所望の波長変換素子の変換効率が得られることとなり、光源装置の出力を目標値に制御することができ、医療用や、半導体チップへのマーキング等のレーザ加工用の光源装置として展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における光源装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源制御部の構成を示したブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における温度制御部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１における基本波１０６の光量が一定の場合の波長変換部１１０の温度と高調波出力（高調波１１１の出力）との関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における波長変換部から出力される高調波の出力応答（時間に対する高調波の出力値）を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における波長変換部の温度による高調波の理論的な出力応答を示す模式図で、（ａ）は下限変換効率の温度ｔＬの時の理論的な出力応答を示す模式図、（ｂ）は基準変換効率である設定温度Ｔの時の理論的な出力応答を示す模式図、（ｃ）は上限変換効率の温度ｔＨの時の理論的な出力応答を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態１における温度補正部の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２を説明するための波長変換光出力特性図
【図９】図８中のＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｅ点それぞれの波長変換素子による高調波の理論的な出力応答を示す模式図
【図１０】本発明の実施の形態２における温度補正部の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態２における温度制御判断部の処理のフローチャート
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の光源装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光源装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、基本波レーザ光源１０１は、半導体レーザ１０２とＹｂドープファイバを用いたファイバ１０３、全反射ファイバブラッググレーティング１０４（以下、全反射ＦＢＧ１０４と略記する）と、一部ファイバブラッググレーティング１０５（以下、一部反射ＦＢＧ１０５と略記する）とで構成される。半導体レーザ１０２が出力するレーザ光は、全反射ＦＢＧ１０４に入射し、ファイバ１０３を介して、全反射ＦＢＧ１０４と一部反射ＦＢＧ１０５間で共振される。その結果、半導体レーザ１０２からファイバ１０３に入射された光は励起され、スペクトル幅が狭帯域化した基本波１０６として、一部反射ＦＢＧ１０５から出力される。
【００１５】
本実施形態においては、基本波レーザ光源１０１として、波長９１５ｎｍ程度のレーザ光を出力する半導体レーザ１０２を用い、その波長９１５ｎｍのレーザ光を全反射ＦＢＧ１０４と一部反射ＦＢＧ１０５間で共振させて、一部反射ＦＢＧ１０５から波長１０６４ｎｍの光を出力するように構成した。
【００１６】
すなわち、本実施形態において、基本波レーザ光源１０１から出力される基本波１０６は、波長１０６４ｎｍのレーザ光を用いた。
【００１７】
基本波レーザ光源１０１が出力した基本波１０６は、反射ミラー１０７および反射ミラー１０８を経由し、集光レンズ１０９により、非線形光学結晶にて構成された波長変換部１１０へ集光される。本実施形態においては、非線形光学結晶として、分極反転構造を形成したＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶素子（ＭｇＬＮ素子）を用いた。この構造の波長変換部１１０に入力された基本波１０６は、波長変換部１１０を通過すると、基本波１０６の一部が第２高調波１１１（以下、高調波１１１と記述する）に変換される。この高調波１１１は、高調波１１１に変換されなかった基本波１０６とともに波長変換部１１０から出力される。
【００１８】
波長変換部１１０から出力された高調波１１１と高調波１１１に変換されなかった基本波１０６は、再コリメートレンズ１１２により平行光あるいは適当なＮＡに調整される。
【００１９】
再コリメートレンズ１１２を通過した高調波１１１と高調波１１１に変換されなかった基本波１０６は、波長フィルタ１１４を用いて高調波１１１と基本波１０６を帯域分離する。このとき、高調波１１１に変換されなかった基本波１０６は、波長フィルタ１１４を通過し、ＩＲ吸収体１１８によって吸収される。一方、高調波１１１は、波長フィルタ１１４を反射し、モニタリングフィルタミラー１１７へ出力される。すなわち、波長フィルタ１１４は、高調波１１１の成分のみを出力することができる。
【００２０】
また、波長変換部１１０は、アルミ台等の保持部材で保持され、所定の設定温度に保温できるように温度調整部１１５の上に配置されている。本実施形態においては、温度調整部１１５は、高精度の温度調整が可能なペルチェ素子にて構成されている。更に、波長変換部１１０の温度はサーミスタなどの温度センサ１１６で検出され、温度制御部４００へと伝達される。温度制御部４００は、温度センサ１１６の出力した温度信号が設定温度になるように、温度調整部１１５への駆動電流の増減や駆動電流の極性の反転を制御する。また、温度調整部１１５は、温度制御部４００が出力した駆動電流によって、波長変換部１１０を加熱冷却して、設定された所定の温度になるように制御することができる。
【００２１】
波長フィルタ１１４によって分離された高調波１１１のうち、モニタリングフィルタミラー１１７によって反射した一部の光が光検出部１１３に入力される。一方、大部分の高調波１１１は、モニタリングフィルタミラー１１７を通過して、光ファイバや導光板（図示せず）などで、光源装置の出力として、治療位置や加工位置に導光される。
【００２２】
光検出部１１３は、入力された高調波１１１の光量を検出し、電気信号（以下、この電気信号を光量検出信号と記述する）に変換して出力する。光検出部１１３が出力した光量検出信号は、レーザ光源制御部３００に入力される。このレーザ光源制御部３００によって、基本波レーザ光源１０１は、レーザ光源駆動部１５０を介して高調波１１１の出力を一定にするＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行う。
［ＡＰＣ制御の説明］
このＡＰＣ制御の詳細を、図２を用いて説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源制御部３００の構成を示したブロック図である。
【００２４】
図２に示すように、光検出部１１３から出力された光量検出信号は、レーザ光源制御部３００に内蔵のＡＤ変換器３０８でデジタル信号に変換され、差動演算器３０１に入力される。また、目標光量設定部としてのＣＰＵ部２００にて設定された高調波１１１の目標値も、差動演算器３０１に入力される。
【００２５】
この差動演算器３０１は、前述のデジタル信号化された光量検出信号と高調波１１１の目標値の差分を計算し、その差分を誤差信号として出力する。出力された誤差信号は、逓倍器であるゲイン調整部３０２でゲイン調整される。ゲイン調整された誤差信号（以下、光誤差出力と記述する）は、２つの信号に分岐されている。
【００２６】
一方の光誤差出力は、適当な周波数特性とＤレンジを確保するように、乗算器、加算器、遅延器で構成されたデジタルフィルタ３０３内部にて、比例補償３０４や積分補償３０５や位相補償３０６を行い出力され、この出力された光誤差出力は、ＤＡ変換器３０７を介してレーザ光源駆動部１５０にレーザ駆動信号として伝達される。
【００２７】
ここで、本実施形態のようなレーザ光（高調波１１１）のＡＰＣ制御の場合は、フィードバック制御をかけても、ボイスコイルモータのようなメカニカルなバネによる位相遅れがない。よって、デジタルフィルタ３０３の周波数特性はファイバ１０３の入力のドリフトや定常偏差を抑圧するだけの低域補償を確保し、サンプリングノイズや駆動電流増幅時の回路ノイズや、光検出器の信号の増幅時のノイズ成分を落とすだけでよく、デジタルフィルタ３０３の設計の自由度は大きいため、後述の波長変換部１１０の変換効率の増減によるゲイン変動が感度よく検出できるよう設定することが可能である。また、このデジタルフィルタ３０３は、波長変換部１１０が波長変換部１１０の位相整合温度より所定温度低い場合に最適になるように決定されている。
【００２８】
また、もう一方の光誤差出力は、後述する温度補正部５００へ、光誤差出力信号ｄ（レーザ光源制御部３００の応答特性に相当）として出力される。
【００２９】
レーザ光源駆動部１５０は、レーザ光源制御部３００から入力されたレーザ駆動信号をパワーＭＯＳなどで構成された駆動回路によって電流増幅し、基本波レーザ光源１０１の励起光源である半導体レーザ１０２の出力を増減する。すなわち、レーザ光源駆動部１５０の出力した電流によって、基本波レーザ光源１０１が出力した基本波１０６の光量が制御される。その結果として、波長変換部１１０から出力される高調波１１１の光量が、設定した目標値となるように制御することができる。
【００３０】
一般的に、半導体レーザ１０２は出力できる光量に限界があり、限界を超えた駆動電流が印加されると破壊されてしまう。そのため、レーザ光源駆動部１５０は、半導体レーザ１０２の駆動限界を超えないように制限されている。この制限より、基本波レーザ光源１０１から出力される基本波１０６の最大光量が決定される。
【００３１】
よって、図２に示すようにレーザ光源制御部３００中のデジタルフィルタ３０３にリミッタを設け、ＣＰＵからの設定などでレーザ光源駆動部１５０へ入力される信号を制限できるようにしている。
【００３２】
なお、本実施形態においては、波長フィルタ１１４によって分離された高調波１１１を用いて、このＡＰＣ制御を行ったが、波長フィルタ１１４により分離された基本波１０６、の一部を検出して、その検出された光量が目標値に対して所定の関係となるように、レーザ光源制御部３００で基本波レーザ光源１０１のＡＰＣ制御を行うこともできる。
［温度制御部の説明］
次に、温度制御部４００の詳細を、以下に説明する。
【００３３】
図３は、本発明の実施の形態１における温度制御部４００の構成を示すブロック図である。温度制御部４００は、後述する温度補正部５００からの設定温度を、温度制御部４００内蔵のＤＡ変換器４０１でアナログ値に変換する。この変換したアナログ値と、温度調整部１１５に取り付けられた温度センサ１１６より得られる波長変換部１１０の現在の温度との差分を差動演算器４０３によって計算し、その計算結果を温度誤差信号として、ゲイン調整部４０２に出力する。温度誤差信号は、ゲイン調整部４０２で増幅し、駆動電流の増減や駆動電流の極性の反転の制御がされ、温度調整部１１５に出力される。温度調整部１１５は、このゲイン調整部４０２で増幅された温度誤差信号を用いて、波長変換部１１０が設定温度になるように、加熱冷却を行い、波長変換部１１０を所定の設定温度に維持する温度制御を行う。
［温度補正部の説明］
次に、温度補正部５００の高調波１１１が出力一定になるようにＡＰＣ制御が行われている場合の波長変換部１１０の設定温度の補正を行う方法について図１、図２、図４、図５、図６、図７を用いて詳しく説明する。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態１における基本波１０６の光量が一定の場合の波長変換部１１０の温度と高調波出力（高調波１１１の出力）との関係を示す図である。図４の縦軸は、高調波１１１出力を示し、横軸は、波長変換部１１０の温度を示す。
【００３５】
また、図５は、本発明の実施の形態１における波長変換部１１０から出力される高調波１１１の出力応答（時間に対する高調波１１１の出力値）を示す図である。図５中の縦軸が高調波出力［ｍＷ］を示し、横軸が発光開始からの時間［ｍｓｅｃ］を示すものである。
【００３６】
また、図６は、本発明の実施の形態１における波長変換部１１０の温度による高調波１１１の理論的な出力応答を示す模式図である。
【００３７】
また、図７は、本発明の実施の形態１における温度補正部５００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４に示すように、波長変換部１１０の温度に対する高調波１１１の出力値の変化、すなわち基本波１０６が高調波１１１へ変換される効率（以下、波長変換効率という）の変化は、温度に対し非常に急峻であることがわかる。
【００３９】
例えば、波長変換部１１０の位相整合温度（波長変換部１１０における波長変換効率が最大である温度）が５０℃である場合、その位相整合温度５０℃での波長変換効率を１００としたときに、波長変換部１１０の温度がわずか０．２℃低くなった場合（４９．８℃）となると、その波長変換効率は約８０となる。一般的に、位相整合温度を波長変換部１１０の設定温度とすると、波長変換効率が最大となり好適である。
【００４０】
また、図４からも明らかなように、波長変換部１１０の温度が位相整合温度からずれた場合、高温側と低温側のどちらにずれても波長変換効率（すなわち、波長変換部１１０から出力される高調波１１１の出力）が下がることがわかる。
【００４１】
よって、波長変換部１１０の設定温度が位相整合温度から何かの原因によってずれた場合、位相整合温度に対し、高温側にずれたのか、低温側にずれたのかが判断できない。そのため、波長変換部１１０を保温するための設定温度を補正する温度方向も判断できない。
【００４２】
そのため、本実施形態においては、位相整合温度をｔＨとすると、この位相整合温度ｔＨより低い温度を、温度制御の目標となる設定温度（以下、設定温度Ｔと記述する）として設定した。具体的には、設定温度Ｔは、位相整合温度の波長変換効率（以下、上限変換効率と記述する）に対し８０％の変換効率のとき（以下、基準変換効率と記述する）の温度とした。また、上限変換効率の６０％のとき（以下、下限変換効率と記述する）の温度をｔＬとした。
【００４３】
なお、本実施形態においては、設定温度Ｔを位相整合温度の波長変換効率に対し８０％の変換効率となる温度としたが、ＡＰＣ制御ループのマージンを位相整合温度の波長変換効率に対し１０％程度持たせ、位相整合温度の波長変換効率が１０％以上９０％以下となる範囲で設定温度Ｔを選択しても良い。
【００４４】
また、図２に示すように、レーザ光源制御部３００のデジタルフィルタ３０３の定数は、基準変換効率において、高調波１１１のパルス発光における立ち上がり波形が最適となるように決定している。なお、ＡＰＣ制御ループは下限変換効率以下のとき、及び上限変換効率以上のときでも制御できるマージンを備えていることが望ましい。
【００４５】
また、図５は、前述のように、本発明の実施の形態１における波長変換部１１０から出力される高調波１１１の出力応答を示す図である。図５に示すように、波長変換部１１０の温度（図５中には、下限変換効率の温度ｔＬ、基準変換効率である設定温度Ｔ、上限変換効率の温度ｔＨの３種類を図示）によって、高調波１１１の出力応答は変化することがわかる。
【００４６】
また、この図５の高調波１１１の出力応答の変化を、理論的に模式化したものが図６であり、これを用いて、更に詳しく説明する。
【００４７】
図６は、前述のように、本発明の実施の形態１における波長変換部１１０の設定温度による高調波１１１の理論的な出力応答を示す模式図であり、図６（ａ）は下限変換効率の温度ｔＬの時の理論的な出力応答を示す模式図、図６（ｂ）は基準変換効率である設定温度Ｔの時の理論的な出力応答を示す模式図、図６（ｃ）は上限変換効率の温度ｔＨの時の理論的な出力応答を示す模式図を示すものである。
【００４８】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図４のｔＬ、Ｔ、ｔＨの場合に対応する。すなわち、図６（ａ）に示すように、基準変換効率である設定温度Ｔより低い温度（図６（ａ）はｔＬの場合を示す）の場合、ＡＰＣ制御ループのゲインが低くなる。
【００４９】
なぜなら、基準変換効率に対し、この場合の波長変換効率は減少（ｔＬの場合は２０％減少）することにより、ＡＰＣ制御のループ全体ではゲイン不足となるためである。
【００５０】
よって、光検出器１１３で検出される高調波１１１の出力応答（ＡＰＣ制御のループによる応答特性）は、図６（ａ）中の太線のように、立ち上がりが緩やかになる。すなわち、図６（ｂ）の基準変換効率である設定温度Ｔの場合の高調波１１１の出力応答との比較では、立ち上がり部分で低くなる（図６（ａ）の斜線部に相当）。
【００５１】
一方、図６（ｃ）に示すように、基準変換効率である設定温度Ｔより高い温度（図６（ｃ）はｔＨの場合を示す）の場合、ＡＰＣ制御ループのゲインが高くなる。
【００５２】
なぜなら、基準変換効率に対し、この場合の波長変換効率は増加（ｔＨの場合は２０％増加）することにより、ＡＰＣ制御のループ全体ではゲイン過多となるためである。
【００５３】
よって、光検出器１１３で検出される高調波１１１の出力応答（ＡＰＣ制御のループによる応答特性）は、図６（ｃ）中の太線のように、立ち上がりが急峻となる。すなわち、図６（ｂ）の基準変換効率である設定温度Ｔの場合の高調波１１１の出力応答との比較では、立ち上がり部分で高くなる（図６（ｃ）の斜線部に相当）。
【００５４】
よって、高調波１１１の応答特性を調べることによって、ＡＰＣ制御のループによる応答特性を知ることができ、その結果として、このＡＰＣ制御のループによる応答特性により、波長変換部１１０の温度が設定温度Ｔにあるか、設定温度Ｔに対して高温側にずれているか、設定温度Ｔに対して低温側にずれているかを判定することができる。次に、この判定動作についてさらに説明する。
【００５５】
図７は、前述のように、本発明の実施の形態１における温度補正部５００の構成を示すブロック図である。
【００５６】
図７に示すように、レーザ光源制御部３００の内部で処理され、レーザ光源制御部３００の応答特性に相当する光誤差出力信号ｄは、温度補正部５００内部の積分器５０１に入力される。
【００５７】
この積分器５０１に入力された光誤差出力信号ｄは、発光開始から所定時間（以下、積分時間と記述）の間、積分され、その積分値（加算値）が記録される。その光誤差出力信号ｄの積分値は、積分器５０１から応答判定部５０２に出力される。
【００５８】
応答判定部５０２は、この光誤差出力信号ｄの積分値（加算値）と、設定温度Ｔの時（すなわち基準変換効率時）の光誤差出力信号ｄの積分値との差分を算出し、その算出結果を応答信号として設定温度算出部５０３へ出力する。
【００５９】
ここで、応答判定部５０２には、予め、設定温度Ｔの時（すなわち基準変換効率時）の光誤差出力信号ｄの積分値を基準値として記録してある。
【００６０】
また、この積分時間は、光吸収による波長変換部１１０の温度上昇に起因して波長変換部１１０の波長変換効率が時間的に変化するため、その時間的な変化が少ない時間にすることが望ましい。本実施形態においては、発光開始から５[ｍｓｅｃ]以降に、その波長変換部１１０の波長変換効率の変化が急峻であったこと、及び、誤判定が生じない十分長い時間に設定する、という２つの観点から、この積分時間は発光開始からの積分時間を１［ｍｓｅｃ］とした。
【００６１】
また、この応答信号は、図６（ａ）、図６（ｃ）中の斜線部分の積分値に相当するものである。
【００６２】
設定温度算出部５０３は、入力された応答信号にもとづいて、現在の設定温度に対する補正値の符号(高温側、もしくは低温側なのか）と絶対値を判定し、その判定結果より、補正の方向（高温側、もしくは低温側なのか）と補正の量（補正温度量）から新たな設定温度を決定し、温度制御部４００に出力する。
【００６３】
なお、この応答信号と設定温度の補正値（符号、及び絶対値）との関係は、設定温度算出部５０３に判定テーブルとして保管されている。
【００６４】
この設定温度算出部５０３にて決定された新たな設定温度は、温度制御部４００に出力され、温度制御部４００の温度制御目標として制御されるのである。
【００６５】
また、図１、図７中に示すように、設定温度算出部５０３は、設定温度記憶部１６０に接続されている。
【００６６】
設定温度算出部５０３は、設定温度算出部５０３にて決定された新たな設定温度を、設定温度記憶部１６０に出力し、この設定温度記憶部１６０に記録されていた設定温度を、新たな設定温度として更新する。こうすることにより、次回起動時に、この新たな設定温度を温度制御目標として用いることができる。すなわち、初回起動時から光源装置の出力を目標値に制御することが可能となる。
【００６７】
以上のように、本実施形態の１においては、基本波を出力する基本波レーザ光源と、この基本波レーザ光源からの基本波が入力され、高調波を出力する波長変換部と、この波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、この温度設定部を制御する温度制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、を備え、前記レーザ光源制御部は、前記波長変換部からの前記高調波の出力の目標値を設定する構成にするとともに、この目標値を変化させた際に、前記レーザ光源制御部へフィードバック入力される前記波長変換部からの出力の挙動から前記波長変換部における位相整合温度を判断する温度補正部を備えたことによって、温度制御部４００の設定温度を、適切な値に常に補正することが可能となるので、その結果として、光源装置の出力を目標値に制御することができる。
【００６８】
特に、本実施形態においては、ＡＰＣ制御が可能な範囲でかつ設定温度が位相整合温度より低温側にあるとき、その特性の急峻性より、波長変換素子の変換効率すなわちレーザ制御部のゲインの変化を感度良く検出することができる。
【００６９】
更に、本実施形態においては、波長変換部１１０の光吸収による温度上昇が微小なパルス発光時、例えば５［ｍｓｅｃ］以下のパルス発光時の微少な時間においても、波長変換部１１０の変換効率、すなわちレーザ制御部のゲインの変化を検出して、その値を設定温度にフィードバックすることができる。
【００７０】
このように、光源装置の出力を目標に対して精度よく高速に補正することができるので、信頼性、安定性の高い光源装置を提供でき、その効果は非常に大きい。
なお、本実施形態においては、ＡＰＣ制御、温度制御をアナログ信号からＡＤ変換器でデジタル信号に変換して、デジタル制御を行った後、ＤＡ変換器によってアナログ信号に変換して駆動をする構成を例にして記載したが、これに代えて全てをアナログ回路としても実現可能である。
【００７１】
なお、たとえば、高調波１１１の目標値が、低出力側から高出力側へと変化した場合においても、同様にそのときの入力と応答との差分面積の増減を利用して、温度制御部４００に設定する設定温度を決定することも可能である。
【００７２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に関して説明する。
【００７３】
図８は、本発明の実施の形態２を説明するための波長変換光出力特性図を示すものである。また、図９は、図８中のＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｅ点それぞれの波長変換部１１０による高調波の理論的な出力応答を示す模式図を示すものである。ここで、図９中のＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｅ点は、それぞれ図８中のＡ点、Ｂ点、Ｄ点、Ｅ点に対応している。
【００７４】
前述の実施の形態１で説明したように、波長変換部１１０の設定温度を、図８のようなガウス分布特性状の波長変換光出力特性のピーク（図８中のＰ点、即ち、位相整合温度）に対して低温側（例えば図８中のＡ点）に設定し、さらに繰り返して発光されるパルス光毎にその位置を保持するように設定温度の補正を行うことができるので、基本的にはＡＰＣのマージンを常時確保することができる。
【００７５】
しかしながら、急激な外気温変化や連続使用による過度の加熱等による特異的な外乱によって、波長変換部１１０の温度が、図８に示すようなガウス分布特性状の波長変換光出力特性のピーク（図８中のＰ点、即ち、位相整合温度）に対し高温側になってしまう場合もある。この場合には、波長変換効率の増減に比した応答特性と、温度を補正する方向が反対になってしまう。
【００７６】
すなわち、波長変換部１１０の温度が、位相整合温度に対し高温側（図８中のＤ点）にずれている場合には、波長変換部１１０の波長変換効率（ゲイン）が下がっているため、図９（ｃ）で示すような光誤差出力信号ｄ（レーザ光源制御部３００の応答特性に相当）となる。その結果、温度補正部５００は、その光誤差出力信号ｄより、設定温度をあげる方向の補正を行うので、さらに波長変換部１１０の温度が上がってしまい、次のパルス発光時には図８中のＥ点に達し、図９（ｄ）中の斜線部、すなわち応答判定部５０２により出力される応答信号の絶対値が大きくなってしまう。これを繰り返していくと、最終的には波長変換部１１０の温度は、所望の設定温度（図８中のＡ点）から大きく乖離してしまい、温度制御が破綻してしまう。
【００７７】
本実施形態の形態２では、波長変換部１１０の温度が位相整合温度より高温側であるかどうかを検知し、その場合の波長変換部１１０の設定温度の補正ができるように構成したものである。
【００７８】
次に、本実施形態での波長変換部１１０の設定温度の補正方法に関して説明する。
【００７９】
波長変換部１１０の温度が、位相整合温度に対し低温側（図８中のＢ点からＰ点間）にずれている場合、ＡＰＣ制御範囲であるので、この設定温度の補正は実施可能である。
【００８０】
例えば、１回目のパルスで図９（ａ）（すなわちＢ点）に、波長変換部１１０の温度がずれることによってゲインが下がると、波長変換部１１０の温度を、図９（ｂ）（すなわちＡ点）になるように、設定温度の補正が実施される。よって、２回目以降のパルス発光では、応答判定部５０２により出力される前述の応答信号の絶対値が減少し、図９（ｂ）（すなわちＡ点）に到達することができる。
【００８１】
一方、位相整合温度に対し高温側（図８中のＰ点からＥ点間）にずれている場合、例えば、１回目のパルスで図９（ｃ）（すなわちＤ点）における光誤差出力信号ｄが検出され、設定温度の補正方向が高温側に補正される。よって、２回目のパルスでは、図９（ｄ）（すなわちＥ点）のように、さらにゲインが低下して光誤差出力信号ｄが増加して検出され、応答判定部５０２により出力される応答信号の絶対値が、前述の１回目のパルス時（図９のＤ点）の応答信号の絶対値より、更に増加する。
【００８２】
同様に、１回目のパルスで図８のＣ点の場合、オーバーシュート特性を検出して冷却されてしまうので、２回目のパルスで、図８のＰ点のように、さらにゲインが増加してオーバーシュート特性は緩和されず、さらに大きな光誤差出力信号ｄが生じる。
【００８３】
以下に、高温状態検知動作を詳しく説明する。
【００８４】
図１０は、本発明の第２の実施の形態における温度補正部５００の詳細を示すブロック図を示し、図７と同一構成部分については、同一符号を付けることで、その説明を簡略化する。
【００８５】
応答判定部５０２により出力された応答信号は、設定温度算出部５０３で補正方向と補正量とを判定されるとともに、応答信号記憶部５０４にも通知される。応答信号記憶部５０４は、応答信号が通知されると応答信号Ｆとして発光毎に順次記憶する（以下、最新の応答信号をＦｎとし、その一つ前の応答信号をＦｎ−１と記述する）。
応答信号記憶部５０４は、記憶した応答信号ＦｎとＦｎ−１とを温度制御判断部５０５に通知する。
【００８６】
温度制御判断部５０５は、通知された応答信号ＦｎとＦｎ−１とから、現在の設定温度が高温側にいることを検出し高温状態検知処理をする。
【００８７】
この検知動作については、図６及び図１１を使って詳しく説明する。
【００８８】
図１１は、温度制御判断部５０５の処理の流れを表したフローチャートである。
【００８９】
発光されたことをＳ５１により判断し、応答判定部５０２から通知される応答信号を応答信号記憶部５０４にＦｎとして記憶する。（Ｓ５２）
応答信号Ｆｎは、図６（ａ）で示す応答特性のときは負の信号で通知され、図６（ｃ）で示す応答特性のときは正の信号で通知されており、Ｓ５３の判断部で応答信号Ｆｎの符号により、今回の発光の応答特性が図６（ａ）で示す応答特性か、図６（ｃ）で示す応答特性かを判断する。
【００９０】
今回の発光の応答特性が図６（ｃ）で示す応答特性（応答信号Ｆｎの符号が正）の場合はＳ５４へ移行し、一回前の発光の応答信号Ｆｎ−１の符号を判断する。
【００９１】
応答信号ＦｎとＦｎ−１の符号が異なる場合はＳ５９へ移行し、前述実施の形態１で説明した設定温度算出部５０３より通知される温度制御部４００への設定温度を温度制御部４００に設定する（以下、通常処理という）。応答信号ＦｎとＦｎ−１の符号が同じ図６（ｃ）で示す応答特性の場合は、応答信号ＦｎとＦｎ−１の大小比較（Ｓ５５）を行い、Ｆｎ＞Ｆｎ−１となる場合は冷却補正をおこなったにもかかわらず応答信号が悪化したことになるため、高温状態と判断し、Ｓ５６の高温状態検知処理へ移行する。
【００９２】
一方、Ｓ５３において、今回の発光の応答特性が図６（ａ）で示す応答特性（応答信号Ｆｎの符号が負）の場合はＳ５７へ移行し、一回前の発光の応答信号Ｆｎ−１の符号を判断する。応答信号ＦｎとＦｎ−１の符号が異なる場合はＳ５９へ移行し通常処理を実行し、温度制御判断部５０５の処理を終了する。
【００９３】
応答信号ＦｎとＦｎ−１の符号が同じ図６（ａ）で示す応答特性の場合は、応答信号ＦｎとＦｎ−１の信号の大小比較（Ｓ５８）を行い、Ｆｎ＜Ｆｎ−１となる場合は加熱補正をおこなったにもかかわらず応答信号が悪化したことになるため、高温状態と判断し、Ｓ５６の高温状態検知処理へ移行する。
【００９４】
以上の処理により、温度制御判断部５０５は、現在の設定温度が位相整合温度に対し低温側にいる状態を検出した場合は設定温度算出部５０３からの設定温度を温度制御部４００に通知し、位相整合温度に対し高温側にいる場合は高温状態検知処理をおこなうことができる。
【００９５】
なお、高温状態検知処理は、単に所定の温度下げた設定温度を温度制御部４００に通知しても良いし、位相整合温度に対し高温側にいる状態を設定温度算出部５０３に通知して温度補正の極性を強制的に冷却に設定させても良い。
【００９６】
以上、本発明の第２の実施の形態は、ＡＰＣ制御が可能な範囲でかつ設定温度が位相整合温度より低温側や高温側にあるときも、その特性の急峻性より、波長変換素子の変換効率すなわちレーザ制御部のゲインの変化を感度良く検出することができるため、急激な外気温変化や連続使用による過度の加熱等による特異的な外乱によって、波長変換部１１０の温度が、所望の設定温度に対して大幅にずれた場合においても、波長変換部１１０の設定温度を補正することができるので、光源装置の出力を目標値に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように本発明は、発光開始時やパルス発光時、もしくは高調波の出力目標の変化時において光源装置の出力を目標値に正しく制御することができるものである。
【００９８】
すなわち本発明においては、基本波を出力する基本波レーザ光源と、前記基本波を入力して、その高調波を出力する波長変換部と、この波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力の目標値を設定する目標光量設定部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値となるように前記基本波レーザ光源を制御するレーザ光源制御部と、前記波長変換部からの高調波の出力が目標値に到達するまでの、前記レーザ光源制御部による応答信号に基づいて、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部を備えたものであるので、波長変換部の設定温度と、現在の前記温度制御部の設定温度との比較、及び補正値の判断が可能となるので、その結果として、この温度制御部の設定温度を補正することにより、波長変換部を適切な設定温度に設定できる。
【００９９】
光源装置の出力を目標値に設定することが求められる光源装置への適用が大いに期待されるものである。
【符号の説明】
【０１００】
１０１  基本波レーザ光源
１０２  半導体レーザ
１０３  ファイバ
１０４  全反射ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
１０５  一部反射ＦＢＧ
１０６  基本波
１０７  反射ミラー
１０８  反射ミラー
１０９  集光レンズ
１１０  波長変換部
１１１  第２高調波（高調波）
１１２  再コリメートレンズ
１１３  光検出部
１１４  波長フィルタ
１１５  温度調整部
１１６  温度センサ
１１７  モニタリングフィルタミラー
１１８  ＩＲ吸収体
１５０  レーザ光源駆動部
１６０  設定温度記憶部
２００  ＣＰＵ部
３００  レーザ光源制御部
３０１  差動演算器
３０２  ゲイン調整部
３０３  デジタルフィルタ
３０４  比例補償
３０５  積分補償
３０６  位相補償
３０７  ＤＡ変換器
３０８  ＡＤ変換器
４００  温度制御部
４０１  ＤＡ変換器
４０２  ゲイン調整部
４０３  差動演算器
５００  温度補正部
５０１  積分器
５０２  応答判定部
５０３  設定温度算出部
５０４  応答信号記憶部
５０５  温度制御判断部
【図１】
2012042630.tif 000003
【図２】
2012042630.tif 000004
【図３】
2012042630.tif 000005
【図４】
2012042630.tif 000006
【図５】
2012042630.tif 000007
【図６】
2012042630.tif 000008
【図７】
2012042630.tif 000009
【図８】
2012042630.tif 000010
【図９】
2012042630.tif 000011
【図１０】
2012042630.tif 000012
【図１１】
2012042630.tif 000013