(57)【要約】【課題】励起半導体レーザ、ファイバーレーザ、ＳＨＧ結晶（光波長変換素子）からなるＳＨＧレーザをパルス駆動する際、立ち上がり時にファイバーレーザで発生するサージによりＳＨＧ結晶が破損するのを防止すること。【解決手段】ＳＨＧレーザ２を駆動するＰＷＭ信号の立ち上がりエッジにおいて、半導体レーザ２１が発光を始めるしきい値の前後に相当する信号レベルの区間の立ち上がりに傾斜をつけ、この傾斜の値を立ち上がり制御手段６で調整できるようにする。立ち上がり制御手段６は、光出力検出手段３の光出力を受けて、サージ検出手段４でサージが検出されない時は、調整信号発生手段５で一定周期、一定割合で大きくしていく傾斜値を生成し、サージが検出されるとサージ検出直前の傾斜値を出力するように動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される入力パルス信号の立ち上がりエッジに傾斜を付加した出力パルス信号を発生し、調整信号によりこの傾斜の傾きを調整できるようにした立ち上がり制御手段と、
前記立ち上がり制御手段から出力する前記出力パルス信号で励起されて励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光の波長を変換した光信号を生成するファイバーレーザと、前記ファイバーレーザで生成された光信号を更に波長変換した光パルス信号を出射するＳＨＧ結晶とを有するＳＨＧレーザと、
前記ＳＨＧレーザから出射された前記光パルス信号中のサージの発生を検出するサージ検出手段と、
前記サージ検出手段での検出結果により前記調整信号を発生する調整信号発生手段とを備えたレーザ駆動装置。
【請求項２】
前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルから開始するように前記傾斜を付加することを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項３】
前記サージ検出手段は、前記ＳＨＧレーザから出射された光パルス信号の立ち上がり部分の大きさが立ち上がり後の平坦部分に対して大きくなっていることでサージの発生を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項４】
前記調整信号発生手段は、初期値として緩やかな傾斜を与える調整信号を発生し、その後徐々に傾斜を大きくする調整信号を発生し、前記サージ検出手段でサージの発生を検出したら、前記サージの発生を検出する直前の傾斜を与える調整信号を最終値として発生することを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項５】
前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルである傾斜開始レベルと、前記しきい値の直後に相当するレベルである傾斜終了レベルとをあらかじめ設定し、前記入力パルス信号の立ち上がりエッジのタイミングで０レベルから前記傾斜開始レベルまでは急峻に立ち上がり、そこから前記傾斜終了レベルまで傾斜をつけて立ち上がり、そこから前記入力パルス信号の振幅レベルまでは急峻に立ち上がる出力パルス信号を出力することを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項６】
前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルである傾斜開始レベルと傾斜期間とをあらかじめ設定し、入力されたパルス信号の立ち上がりエッジのタイミングで０レベルから前記しきい値直前のレベルまでは急峻に立ち上げ、そこから前記傾斜期間で傾斜をつけて立ち上げ、そこから入力パルスの振幅レベルまでは急峻に立ち上げることを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項７】
前記立ち上がり制御手段は、前記出力パルスの立ち下がりエッジのタイミングを、前記入力パルスの立ち下がりエッジから、前記傾斜の期間に相当する時間遅延させることを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項８】
さらに、ＰＷＭ信号を発生し、その出力を前記立ち上がり制御回路に前記入力パルス信号として与えるＰＷＭ発生手段と、
前記ＳＨＧレーザから出射された前記光パルス信号の平均値を求める平均化手段と、
前記平均化手段の出力信号と入力される光出力目標値との差により前記ＰＷＭ発生手段のＰＷＭ信号を制御する光出力制御手段とを備えた請求項１記載のレーザ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用レーザ光源に用いるレーザ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
励起半導体レーザと波長を変換するファイバーレーザと更に半分の波長に変換するＳＨＧ結晶とからなるＳＨＧレーザをディスプレイの光源として用いる場合、光の強さを調整する調光機能が必要である。
【０００３】
ＳＨＧレーザの入力電力に対する効率特性の傾向を図８に示す。この図で示す通り、入力電力が大きい程ＳＨＧレーザの効率は高くなるので、調光のために入力電力を小さくする使い方では、効率が低くなってしまう。そこで、入力電力のピークは定格値で、実際の発光時間を調節して平均光出力を調整するＰＷＭによるパルス駆動が高効率の調光に有効である。しかし、上記構成のＳＨＧレーザをパルス駆動した場合、立ち上がりが急峻過ぎると、ファイバーレーザ出力の立ち上がりで大きなサージが発生して、ＳＨＧ結晶を破損させる危険性がある。
【０００４】
このサージについて説明する。図９にＳＨＧレーザの構成を示す。ＳＨＧレーザ２は、励起用の半導体レーザ２１と、その光出力の波長を変換するファイバーレーザ２２と、更にその光出力の波長を半分にするＳＨＧ結晶２３とからなり、駆動手段１でＳＨＧレーザ２を駆動する。
【０００５】
図１０に励起用半導体レーザ２１の入力駆動電圧と光出力の関係を示す。入力電圧があるしきい値までは光出力は出ず、しきい値電圧を超えると光出力が出始める。急峻に立ち上がる矩形状のパルス電圧を加えた場合、しきい値を急峻に通過することになり、半導体レーザからは急峻な立ち上がりの光出力が発生する。これがファイバーレーザ２２に入力されると、ファイバーレーザ２２からの光出力には、図１１に示すように、立ち上がりにサージが発生する。このサージ状の光がＳＨＧ結晶２３に入力された場合、結晶を破損させる可能性がある。
【０００６】
これに対してサージの発生を防止する駆動信号の変調方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。図１２にその構成を示す。ＳＨＧレーザ２と、それを駆動する駆動手段１と、駆動パターンを発生するパターン信号発生手段１０から構成されている。パターン信号発生手段１０にて、図１３に示すように、駆動信号を低出力期間、出力上昇期間、高出力期間、出力低下期間を設けて変調して、駆動電圧が励起半導体レーザ２１のしきい値を緩やかに通過させることで、ファイバーレーザ２２でのサージの発生を防止する。
【特許文献１】特開２００７−１４２３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、半導体レーザには個体差があり、また温度によってもその特性が変化するので、しきい値を通過する緩やかさの最適値が変化する。また、ディスプレイの光源に用いて調光する場合、パルス駆動する場合の駆動信号は任意のパルス幅となり、しかもリアルタイムに変化するのでこのパルス入力に対して立ち上がりに傾斜をつける仕組みが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のレーザ駆動装置は、入力される入力パルス信号の立ち上がりエッジに傾斜を付加した出力パルス信号を発生し、調整信号によりこの傾斜の傾きを調整できるようにした立ち上がり制御手段と、前記立ち上がり制御手段から出力する前記出力パルス信号で励起されて励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光の波長を変換した光信号を生成するファイバーレーザと、前記ファイバーレーザで生成された光信号を更に波長変換した光パルス信号を出射するＳＨＧ結晶とを有するＳＨＧレーザと、前記ＳＨＧレーザから出射された前記光パルス信号中のサージの発生を検出するサージ検出手段と、前記サージ検出手段での検出結果により前記調整信号を発生する調整信号発生手段とを備えたものである。
【０００９】
また、前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルから開始するように前記傾斜を付加することを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記サージ検出手段は、前記ＳＨＧレーザから出射された光パルス信号の立ち上がり部分の大きさが立ち上がり後の平坦部分に対して大きくなっていることでサージの発生を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記調整信号発生手段は、初期値として緩やかな傾斜を与える調整信号を発生し、その後徐々に傾斜を大きくする調整信号を発生し、前記サージ検出手段でサージの発生を検出したら、前記検出直前の傾斜を与える調整信号を最終値として発生することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルである傾斜開始レベルと、前記しきい値の直後に相当するレベルである傾斜終了レベルとをあらかじめ設定し、前記入力パルス信号の立ち上がりエッジのタイミングで０レベルから前記傾斜開始レベルまでは急峻に立ち上がり、そこから前記傾斜終了レベルまで傾斜をつけて立ち上がり、そこから前記入力パルス信号の振幅レベルまでは急峻に立ち上がる出力パルス信号を出力することを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記立ち上がり制御手段は、前記半導体レーザが発光し始めるしきい値の直前に相当するレベルである傾斜開始レベルと傾斜期間とをあらかじめ設定し、入力されたパルス信号の立ち上がりエッジのタイミングで０レベルから前記しきい値直前のレベルまでは急峻に立ち上げ、そこから前記傾斜期間で傾斜をつけて立ち上げ、そこから入力パルスの振幅レベルまでは急峻に立ち上げることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記立ち上がり制御手段は、前記出力パルスの立ち下がりエッジのタイミングを、前記入力パルスの立ち下がりエッジから、前記傾斜の期間に相当する時間遅延させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、さらに、ＰＷＭ信号を発生し、その出力を前記立ち上がり制御回路に前記入力パルス信号として与えるＰＷＭ発生手段と、前記ＳＨＧレーザから出射された前記光パルス信号の平均値を求める平均化手段と、前記平均化手段の出力信号と入力される光出力目標値との差により前記ＰＷＭ発生手段のＰＷＭ信号を制御する光出力制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、本発明のレーザ駆動装置は、ファイバーを用いたＳＨＧレーザをパルス駆動する際、半導体レーザに個体差があっても、また温度が変化しても、常にＳＨＧ結晶にダメージを与えずに駆動することができる。また、リアルタイムで制御するため、ＰＷＭ信号を使用してディスプレイ等をパルス駆動で調光できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るレーザ駆動装置を図１に示す。実施の形態１に係るレーザ駆動装置は、励起用の半導体レーザ２１とこの半導体レーザ２１の光出力を入力して波長変換された光を出力するファイバーレーザ２２とファイバーレーザ２２の出力を更に半分の波長の光に変換するＳＨＧ結晶２３とからなるＳＨＧレーザ２と、ＳＨＧレーザ２の光出力を検出する光出力検出手段３と、パルス駆動されたその光出力の検出結果において、立ち上がりエッジのサージの有無を検出するサージ検出手段４と、サージ検出の状態に応じて適当な傾斜を与える調整信号を出力する調整信号発生手段５と、ＰＷＭ入力信号の立ち上がりエッジにこの調整信号に応じた傾斜を付加したパルスを出力する立ち上がり制御手段６と、このパルスに応じて励起用の半導体レーザ２１を駆動する駆動手段１とからなる。
【００１９】
（立ち上がり制御手段６の説明）
立ち上がり制御手段６は、励起用の半導体レーザ２１のしきい値の直前での立ち上がりを緩やかにすることにより、サージの発生を防ぐ。図２に示すように、立ち上がり制御手段６の出力駆動パルスは、しきい値の直前までは急峻に立ち上げ、しきい値の直前から傾斜をつけて、その後入力駆動パルスの振幅レベルまで急峻に立ち上げる。更に次に説明する調整信号発生手段５からの調整信号を受けて、傾斜を最適値に自動調整する。
【００２０】
（光出力検出手段３の動作説明）
光出力検出手段３は、ＳＨＧレーザ２からのパルス状の光出力信号を検出する。
【００２１】
（サージ検出手段４の動作説明）
サージ検出手段４は、光出力検出手段３の出力信号を受け、ＳＨＧレーザ２の光出力の立ち上がりエッジでのサージの発生を検出する。図３（ａ）に示すように、光出力の立ち上がりで立ち上がり後の平坦部に比べて突出した部分が無ければサージ無し、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、突出した部分があればサージ有りと判定する。
【００２２】
（調整信号発生手段５の動作説明）
調整信号発生手段５は、立ち上がり制御手段６での傾斜の傾きを決定する調整信号を出力する。図４（ａ）に示すように、最初は小さな傾斜の傾きから開始し、図中Ｐ点の時は図４（ｂ）に示す様な傾斜で、ここから傾きを大きくしていき、図中Ｑ点の時は図４（ｃ）に示す様な傾斜になる。そしてサージ検出手段４の結果がサージ有りとなると、直前の傾きに戻して保持する。
【００２３】
（立ち上がり制御手段６の動作説明）
立ち上がり制御手段６で入力駆動パルス信号の立ち上がりの一部に傾斜をつける方法については、傾斜期間を一定にする方法と、傾斜をつける電圧レベルを一定にする方法と２通りある。
【００２４】
まず、傾斜期間を一定にする方法について図５で説明する。傾斜のスタート位置と傾斜をつける期間とを一定値に決めておき、スタート位置から一定の傾斜期間で傾斜の最適値を求める。入力駆動パルスの立ち上がりエッジに対して傾斜期間分立ち上がりが遅れるので、入力駆動パルスの立ち下がりエッジから傾斜期間分遅れて立ち下げることによりパルスのデューティを確保する。
【００２５】
つぎに、傾斜をつける電圧レベルを一定にする方法について図６で説明する。傾斜スタート位置と傾斜エンド位置を一定値に決めておき、図の様に傾斜に応じて傾斜期間も変える。この時傾斜期間を計測しておき、入力駆動パルスの立ち上がりエッジからこの計測した傾斜期間分遅れて立ち下げることによりパルスのデューティを確保する。
【００２６】
（実施の形態１に係るレーザ駆動装置の動作説明）
光出力検出手段３の光出力を受けて、サージ検出手段４でサージが検出されない時は、調整信号発生手段５で一定周期、一定割合で大きくしていく調整信号を生成し、サージが検出されるとサージ検出直前の調整信号を出力するように動作する。この調整信号を受けて立ち上がり制御手段６はＰＷＭ入力信号の矩形波パルスの立ち上がりエッジに傾斜をつけるように動作する。
【００２７】
以上のように、サージの出方をフィードバックして傾斜を自動チューニングするので、励起用の半導体レーザ２１及びファイバーレーザ２２の状態に応じて、また温度に応じて、立ち上がりに最適な傾斜をつけることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、ＳＨＧレーザが半導体レーザとファイバーレーザとＳＨＧ結晶とで構成されているが、他の構成でもよい。
【００２９】
また、本実施の形態では、傾斜エンド位置がしきい値とパルス振幅値との中間に設定しているが、パルス振幅値であってもよい。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２について、図７で説明する。励起用の半導体レーザ２１と、この半導体レーザ２１の光出力を入力して波長変換された光を出力するファイバーレーザ２２と、ファイバーレーザ２２の出力を更に半分の波長の光に変換するＳＨＧ結晶２３からなるＳＨＧレーザ２と、ＳＨＧレーザ２の光出力を検出する光出力検出手段３と、パルス駆動されたその光出力の検出結果において立ち上がりエッジのサージの有無を検出するサージ検出手段４と、サージ検出の状態に応じて適当な傾斜値を出力する調整信号発生手段５と、ＰＷＭ入力信号の立ち上がりエッジにこの傾斜値に応じた傾斜を付加したパルスを出力する立ち上がり制御手段６と、このパルスに応じて励起用の半導体レーザ２１を駆動する駆動手段１と、光出力検出手段３で検出されたパルス状の光出力の平均値を求める平均化手段９と、得られた平均光出力と光出力の目標値との偏差に応じて励起半導体の平均光出力を制御する光出力制御手段７と、その出力をパルス変調するＰＷＭ発生手段８とからなり、このパルス信号を立ち上がり制御手段６に入力する。
【００３１】
この構成で、サージを発生させない最適な傾斜を付加したパルス駆動を行うことで、ＳＨＧ結晶破損の危険を避けつつ、ＳＨＧレーザを常に最大効率で光出力させて、光出力目標値に一致するように光出力を制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、半導体レーザから出力されたレーザ光を波長変換して所望のレーザ光を生成するレーザ駆動装置において効率の高い駆動が可能であるため、レーザ駆動装置の分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ駆動装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１のレーザ駆動装置における立ち上がり制御手段の説明図
【図３】実施の形態１のレーザ駆動装置におけるサージ検出手段の説明図
【図４】実施の形態１のレーザ駆動装置における調整信号発生手段の説明図
【図５】実施の形態１のレーザ駆動装置における立ち上がり制御手段の説明図
【図６】実施の形態１のレーザ駆動装置における立ち上がり制御手段の説明図
【図７】本発明の実施の形態２に係るレーザ駆動装置の構成を示すブロック図
【図８】ＳＨＧレーザの入力駆動電力と光出力、効率との関係の説明図
【図９】従来のレーザ駆動装置の一例の構成を示すブロック図
【図１０】半導体レーザの入力駆動電圧と光出力との関係の説明図
【図１１】ＳＨＧレーザにおける光出力でのサージの発生の説明図
【図１２】従来のレーザ駆動装置の一例の構成を示すブロック図
【図１３】従来のレーザ駆動装置の駆動信号の波形を示す図
【符号の説明】
【００３４】
１  駆動手段
２  ＳＨＧレーザ
３  光出力検出手段
４  サージ検出手段
５  調整信号発生手段
６  立ち上がり制御手段
７  光出力制御手段
８  ＰＷＭ発生手段
９  平均化手段
１０  パターン信号発生手段
２１  半導体レーザ
２２  ファイバーレーザ
２３  ＳＨＧ結晶
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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