(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力レーザ光量を制御する制御部を備えるレーザー発振装置に形成されたペルチェ素子を駆動するためのペルチェドライブ部であって、前記ペルチェ素子に流れる電流を検出するための電流検出部と、該電流検出部の検出信号と前記制御部からの制御信号に基づき、パルス幅変調信号を出力するためのパルス幅変調部（ＰＷＭ）と、このパルス幅変調部（ＰＷＭ）のパルス幅変調信号に応じた電圧を発生させるためのスイッチングレギュレータ部と、前記制御部からの制御信号によりペルチェ素子に流れる電流の方向を切り替えるためのＦＥＴからなるＨブリッジ部とを備え、このＨブリッジ部は、ＰチャンネルＦＥＴにＮチャンネルＦＥＴを並列に接続することで、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑えることを特徴とするレーザー発振装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子に流れる電流量が少ない場合に、ＮチャンネルＦＥＴに電流が流れることで、並列抵抗を下げ、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑える請求項１記載のレーザー発振装置。
【請求項３】
レーザー発振装置は、出力レーザ光量を検出するための光量検出部と、温度を検出するための温度検出部とを備え、制御部は、前記光量検出部と前記温度検出部との検出に基づいて、ペルチェドライブ部を制御する請求項１記載のレーザー発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー等を使用したレーザー発振装置等に係わり、特に、低消費電力で動作させることのできるレーザー発振装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体レーザーを使用したレーザー発振装置が存在しており、多方面に応用されていた。
【０００３】
昨今では、レーザー技術の飛躍的進歩により、商用電源を使用するレーザー発振装置のみならず、測量機等の様に、電池駆動により屋外で使用するレーザー発振装置も多用されている。
【０００４】
ここで、従来のレーザー発振装置１００００の具体例を図２７に基づいて説明する。
【０００５】
従来のレーザー発振装置１００００は、レーザーヘッド１０００と、レーザーダイオード（ＬＤ）ドライブ部２０００と、ペルチェドライブ部３０００と、非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部４０００と、アナログ制御部５０００とから構成されている。
【０００６】
レーザーヘッド１０００は、励起用レーザーダイオード１１００と、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００と、非線形光学媒質１３００と、出力ミラー（ＯＣ）１４００と、ペルチェ素子１５００とから構成されている。
【０００７】
励起用レーザーダイオード１１００は、レーザー光を発生させるためのものであり、本従来例では、基本波を発生させるポンプ光発生装置として機能を有する。
【０００８】
レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００は、負温度の媒質であり、光の増幅を行うためのものである。このレーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００には、発振線が１０６４ｎｍの（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）が採用されている。
【０００９】
なおレーザー結晶１２００は、（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）に限ることなく、Ｎｄ3+  イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム  アルミニウム  ガーネット）等が採用することもできる。ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。更に、発振線が７００〜９００ｎｍの（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することもできる。
【００１０】
レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の励起用レーザーダイオード１１００側には、第１の誘電体反射膜が形成されている。この第１の誘電体反射膜は、励起用レーザーダイオード１１００に対して高透過であり、且つ、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【００１１】
出力ミラー（ＯＣ）１４００は、第１の誘電体反射膜が形成されたレーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００に対向する様に構成されており、出力ミラー（ＯＣ）１４００のレーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００側は、適宜の半径を有する凹面球面境の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜が形成されている。この第２の誘電体反射膜は、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００１２】
以上の様に、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の第１の誘電体反射膜と、出力ミラー（ＯＣ）１４００とを組み合わせ、励起用レーザーダイオード１１００からの光束をレーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００にポンピングすると、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の第１の誘電体反射膜と、出力ミラー（ＯＣ）１４００との間で光が往復し、光を長時間閉じ込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００１３】
そして本従来例では、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００の第１の誘電体反射膜と、出力ミラー（ＯＣ）１４００とから構成された光共振器内に非線形光学媒質１３００が挿入されている
。
【００１４】
ここで、非線形光学効果を簡潔に説明する。
【００１５】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザー光の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００１６】
従って、非線形光学媒質１３００中においては、光波によって発生する分極には、光波電界の２乗に比例する成分が含まれており、この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする高調波が発生する。この第２次高調波発生（ＳＨＧ）は、ＳＥＣＯＮＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。
【００１７】
本従来例では、非線形光学媒質１３００を、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２００と出力ミラー（ＯＣ）１４００とから構成された光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できると言う効果がある。
【００１８】
非線形光学媒質１３００は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4  リン酸チタニル カリウム）やＢＢＯ（βーＢａＢ2Ｏ4  β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5  トリホウ酸リチウム）等が使用され、主に、１０６４ｎｍから５３２ｎｍに変換される。
【００１９】
またＫＮｂＯ3（ニオブ酸カリウム）等も採用され、主に、９４６ｎｍから４ ７３ｎｍに変換される。
【００２０】
以上の様に構成されたレーザー発振装置１００００は、レーザーダイオード（ＬＤ）ドライブ部２０００が、励起用レーザーダイオード１１００を直流定電流駆動する。そして、非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部４０００の検出信号に基づき、アナログ制御部５０００が、非線形光学媒質１３００の温度が、レーザー共振器を調整した時の所定の温度となる様に、ペルチェドライブ部３０００を制御する様に構成されている。ペルチェドライブ部３０００は、ペルチェ素子１５００を駆動して、非線形光学媒質１３００の温度を、レーザー共振器を調整した時の所定の温度に保持する様になっている。
【００２１】
なお、アナログ制御部５０００の制御方法は、単純なアナログ制御方法である。
【００２２】
そして、従来のレーザーダイオード（ＬＤ）ドライブ部２０００は、図２８に示す様に、トランジスタ２１００と、このトランジスタ２１００のベース（Ｂ）に接続された抵抗２２００とから構成されている。
【００２３】
トランジスタ２１００は、電流増幅器としての機能を果たしており、アナログ制御部５０００から印加される入力電圧をコントロールすることにより、コレクタ（Ｃ）電流を制御し、電源部６０００から励起用レーザーダイオード１１００に供給される電流をコントロールする様に構成されている。
【００２４】
また、従来のペルチェドライブ部３０００は、図２９に示す様に、ＮＰＮトランジスタ３１００と、ＰＮＰトランジスタ３２００と、抵抗３３００とから構成されている。
【００２５】
ペルチェドライブ部３０００は、正負２つの電源部６１００、６２００と、ＮＰＮトランジスタ３１００とＰＮＰトランジスタ３２００とを利用し、ペルチェ素子１５００に流れる電流の方向と大きさを制御することができる。
【００２６】
そして、この従来のレーザー発振装置は、励起用レーザーと異なる波長のレーザーを発振させることができるという特徴を有している。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のレーザー発振装置では、機器に組込み電池駆動させる場合、消費電力が多く、使用時間が短く制限される傾向があるという問題点があった。
【００２８】
そこで、高能率でレーザー光を発振することができ、消費電力を低下させて、連続使用時間等を飛躍的に長期化させることのできるレーザー発振装置の出現が強く望まれていた。
【００２９】
ところが、従来のレーザー発振装置１００００では、レーザー共振器を調整した時の温度に保持する様に制御されるのみであり、周囲温度が調整時からずれると、非線形光学媒質（ＫＴＰ）の温度を、レーザー共振器を調整した時の温度に保持させるために、ペルチェドライブ部３０００は、ペルチェ素子１５００を駆動する。
【００３０】
周囲温度とレーザー共振器を調整した時の温度との温度差が大きくなるに従い、ベルチェ素子１５００に流れる電流も増大するという問題点があった。
【００３１】
このため、屋外等の広範囲の温度制御を必要とする環境下では、バッテリー駆動が困難となるという致命的な問題点があった。特に、測量機やレーザー機器等の携帯型機器に対して、従来のレーザー発振装置１００００を採用することは事実上、極めて困難であるという問題点があった。
【００３２】
また、レーザー共振器は、共振状態が経年変化し、初期調整時の温度とは異なる温度で効率よくグリーンレーザー光を発光する場合があり、この様な場合には、上述のレーザー発振装置１００００では対応することができず、高効率なグリーンレーザー光を発生させることができないという問題点があった。
【００３３】
そして、上述のトランジスタ２１００を使用したレーザーダイオード（ＬＤ）ドライブ部２０００は、動作電流をあまり必要としない時、トランジスタ２１００が不飽和状態で動作しているため、トランジスタ２１００のコレクタ（Ｃ）、エミッタ（Ｅ）間の電圧をＶCE  とし、コレクタ（Ｃ）電流をＩC  とすれば、
【００３４】
Ｐ＝ＶCE＊ＩC
【００３５】
に相当する電力が、トランジスタ２１００から発熱し、無駄な消費電力となるという問題点があった。
【００３６】
また、上述のペルチェドライブ部３０００も、レーザーダイオード（ＬＤ）ドライブ部２０００と同様に、トランジスタ３１００又はトランジスタ３２００を不飽和状態で動作させているため、トランジスタ３１００又はトランジスタ３２００のコレクタ（Ｃ）、エミッタ（Ｅ）間の電圧をＶCE  とし、コレクタ（Ｃ）電流をＩC  とすれば、
【００３７】
Ｐ＝ＶCE＊ＩC
【００３８】
に相当する電力が、トランジスタ３１００及びトランジスタ３２００から発熱し、無駄な消費電力となるという問題点があった。
【００３９】
更に、ペルチェドライブ部３０００は、冷却、発熱用の２つの電源部６１００、６２００を必要とし、部品点数が増加してコスト高となる上、小型化ができないという問題点があった。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、出力レーザ光量を制御する制御部を備えるレーザー発振装置に形成されたペルチェ素子を駆動するためのペルチェドライブ部であって、前記ペルチェ素子に流れる電流を検出するための電流検出部と、該電流検出部の検出信号と前記制御部からの制御信号に基づき、パルス幅変調信号を出力するためのパルス幅変調部（ＰＷＭ）と、このパルス幅変調部（ＰＷＭ）のパルス幅変調信号に応じた電圧を発生させるためのスイッチングレギュレータ部と、前記制御部からの制御信号によりペルチェ素子に流れる電流の方向を切り替えるためのＦＥＴからなるＨブリッジ部とを備え、このＨブリッジ部は、ＰチャンネルＦＥＴにＮチャンネルＦＥＴを並列に接続することで、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑えることを特徴としている。
【００４１】
また本発明は、前記ペルチェ素子に流れる電流量が少ない場合に、ＮチャンネルＦＥＴに電流が流れることで、並列抵抗を下げ、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑える構成にすることもできる。
【００４２】
そして本発明のレーザー発振装置には、出力レーザ光量を検出するための光量検出部と、温度を検出するための温度検出部とを備え、制御部は、前記光量検出部と前記温度検出部との検出に基づいて、ペルチェドライブ部を制御する構成にすることもできる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、出力レーザ光量を制御する制御部を備えるレーザー発振装置に形成されたペルチェ素子を駆動するためのペルチェドライブ部であり、電流検出部がペルチェ素子に流れる電流を検出し、パルス幅変調部（ＰＷＭ）が、電流検出部の検出信号と制御部からの制御信号に基づき、パルス幅変調信号を出力し、スイッチングレギュレータ部が、パルス幅変調部（ＰＷＭ）のパルス幅変調信号に応じた電圧を発生させ、Ｈブリッジ部が、制御部からの制御信号によりペルチェ素子に流れる電流の方向を切り替える様になっており、このＨブリッジ部は、ＰチャンネルＦＥＴにＮチャンネルＦＥＴを並列に接続することで、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑えることができる。
【００５２】
また本発明は、ペルチェ素子に流れる電流量が少ない場合に、ＮチャンネルＦＥＴに電流が流れることで、並列抵抗を下げ、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑えることもできる。
【００５３】
そして本発明のレーザー発振装置は、光量検出部が出力レーザ光量を検出し、温度検出部が温度を検出する様になっており、制御部は、光量検出部と温度検出部との検出に基づいて、ペルチェドライブ部を制御することもできる。
【００６２】
【実施例】
【００６３】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００６４】
図１は、本実施例のレーザー発振装置２００００を示すもので、レーザー発振装置２００００は、レーザーヘッド１００と、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００と、ペルチェドライブ部３００と、非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部４００と、レーザーヘッド内光量検出部５００と、ファイバー端光量検出部６００と、周囲温度検出部７００と、制御部８００とから構成されている。
【００６５】
レーザーヘッド１００は、励起用レーザーダイオード１１０と、ＬＤパルスドライブ部１１１と、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２０と、非線形光学媒質１３０と、出力ミラー（ＯＣ）１４０と、ペルチェ素子１５０と、第１のサーミスタ１６０と、第１のハーフミラー１７０と、集光レンズ１８０と、第１のフォトダイオード１９０とから構成されている。なお、ＬＤパルスドライブ部１１１は、レーザーヘッド１００と一体化されている。
【００６６】
ＬＤパルスドライブ部１１１が、励起用レーザーダイオード１１０をパルス発光させると、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２０をポンピングすることができる。
【００６７】
レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２０と出力ミラー（ＯＣ）１４０とが、レーザー共振器を構成しており、光が、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２０と出力ミラー（ＯＣ）１４０との間を往復し、レーザー光が発生する。更に、レーザー結晶（ＹＶＯ４）１２０と出力ミラー（ＯＣ）１４０との間には、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０が挿入されているので、第２次高調波を発生させ、グリーンレーザー光を発生させることができる。
【００６８】
この発生したグリーンレーザー光は、第１のハーフミラー１７０で分割され、第１のハーフミラー１７０を透過した光は、集光レンズ１８０により、外部のファイバー９００に集光される。
【００６９】
なお、レーザーヘッド１００は、第１のホトダイオード１９０を除き、その他の構成、及び作用等は、前述の従来技術と同様であるから説明を省略する。
【００７０】
レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００は、レーザーヘッド１００内に装備されたＬＤパルスドライブ部１１１に電力を供給するためのものである。
【００７１】
ペルチェドライブ部３００は、レーザーヘッド１００内のペルチェ素子１５０を制御駆動するためのものである。
【００７２】
非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部４００は、レーザーヘッド１００内の第１のサーミスタ１６０の検出信号に基づき、非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度を検出するためのものである。
【００７３】
レーザーヘッド内光量検出部５００は、レーザーヘッド１００内の第１のハーフミラー１７０で反射されたグリーンレーザー光を受光するための第１のフォトダイオード１９０の検出信号に基づき、レーザーヘッド１００内で発生したグリーンレーザー光の光量を検出するためのものである。即ち、レーザーヘッド内光量検出部５００は、第１のフォトダイオード１９０の検出信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換を施し、制御部８００に送出する様に構成されており、レーザーヘッド１００内の発光状態を監視することができる。なお、第１のフォトダイオード１９０は、内部光量検出手段に該当するものである。
【００７４】
ファイバー端光量検出部６００は、レーザーヘッド１００から外部に引き出されたファイバー９００に接続された第２のハーフミラー９１０で反射されたグリーンレーザー光を受光するための第２のフォトダイオード９２０の検出信号に基づき、ファイバー９００内出射端のグリーンレーザー光の光量を検出するためのものである。即ち、ファイバー端光量検出部６００は、第２のフォトダイオード９２０の検出信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換を施し、制御部８００に送出する様に構成されており、レーザー発振装置２００００の出力を監視することができる。なお、第２のフォトダイオード９２０は、光量検出手段に該当するものである。
【００７５】
なお、第２のハーフミラー９１０を透過したグリーンレーザー光は、レーザー発振装置２００００の外部に出力される。
【００７６】
周囲温度検出部７００は、周囲温度を計測するための第２のサーミスタ９３０の検出信号に基づき、周囲温度を検出するためのものである。即ち、周囲温度検出部７００は、第２のサーミスタ９３０の検出信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換を施し、制御部８００に送出する様に構成されている。
【００７７】
制御部８００は、ＣＰＵを含む演算処理手段から構成されており、ファイバー端光量検出部６００からの検出データに基づき、グリーンレーザー光の光量が一定になる様に、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００を介してＬＤパルスドライブ部１１１を制御駆動し、励起用レーザーダイオード１１０に流れる電流をコントロールするものである。
【００７８】
そして制御部８００は、非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部４００からの検出データに基づき、ペルチェドライブ部３００を制御することにより、ペルチェ素子１５０のペルチェ電流をコントロールし、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を制御することができる。
【００７９】
従って、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度変化による屈折率変化に起因するレーザー光出力の変動を防止することができる。
【００８０】
また制御部８００は、周囲温度検出部７００からの検出データに基づき、その周囲温度付近で、所定のグリーンレーザー光の光量が得られる様に、フィードバック制御を行い、総合的な消費電力が最も少なくなる様に、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を制御することができる。
【００８１】
更に制御部８００は、各種の制御を行うと共に、レーザー発振装置２００００の全体の制御も司っている。
【００８２】
なおレーザー発振装置２００００は、ファイバー９００端のグリーンレーザー光量を検出し、ファイバー９００端出力に所望の出力が得られる様にフィードバック制御を行う様になっている。このため、第２のフォトダイオード９２０の故障や、ケーブル等の断線等の異常が発生すると、ファイバー９００端出力が増加する。
【００８３】
この場合には、安全規格上では、グリーンレーザー光を消灯する必要があるが、第２のフォトダイオード９２０のみでグリーンレーザー光を検出している場合には、レーザーヘッド１００が故障しているのか、第２のフォトダイオード９２０が故障しているか、判断する事はできない。
【００８４】
本実施例では、レーザーヘッド内光量検出部５００の第１のフォトダイオード１９０が存在しているので、レーザーヘッド１００内の発光状況を監視することができる上、第２のフォトダイオード９２０の故障を判断することができる。
【００８５】
即ち、第１のフォトダイオード１９０の出力があり、第２のフォトダイオード９２０に出力がない場合には、グリーンレーザー光を消灯し、安全性の向上を図ることができる。
【００８６】
次に、ペルチェドライブ部３００を図２に基づいて詳細に説明する。
【００８７】
ペルチェドライブ部３００は、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０と、スイッチングレギュレータ部３２０と、電流検出部３３０と、Ｈブリッジ部３４０とから構成されている。
【００８８】
パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０は、制御部８００と電流検出部３３０とからの信号に基づき、０〜１００％の任意のデューティ（ＤＵＴＹ）の繰り返しパルスを発生させ、スイッチングレギュレータ部３２０に出力するものである。
【００８９】
ここで図３に基づいて、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０を詳細に説明する。パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０は、Ｄ／Ａ変換器３１１と、増幅器３１２と、三角波発生器３１３と、比較器３１４と、抵抗３１５と、コンデンサ３１６とから構成されている。
【００９０】
制御部８００からの制御信号は、Ｄ／Ａ変換器３１１でＤＡ変換され、電圧に変換される。この電圧と電流検出部３３０で検出された電流値は、増幅器３１２と抵抗３１５とコンデンサ３１６とから構成された積分回路に入力される。
【００９１】
この積分回路は、Ｄ／Ａ変換器３１１の出力電圧と、電流検出部３３０で検出された電流値が電圧に変換された値との差を積分し、出力された電圧は、三角波発生器３１３からの三角波と比較してパルス幅変調信号（ＰＷＭ）となり、スイッチングレギュレータ部３２０に出力される様に構成されている。
【００９２】
電流検出部３３０からの出力電圧が、Ｄ／Ａ変換器３１１の出力電圧より小さい場合には、積分回路の出力は上昇する様に動作し、比較器３１４の出力デューティ（ＤＵＴＹ）が上昇し、スイッチングレギュレータ部３２０の出力電圧も上昇して、ペルチェ素子１５０のペルチェ電流も増加する。なお、積分回路の出力電圧は、Ｄ／Ａ変換器３１１の出力電圧と、電流検出部３３０からの出力電圧とが等しくなるまで上昇する様になっている。
【００９３】
次に図４に基づいて、スイッチングレギュレータ部３２０を詳細に説明する。
【００９４】
スイッチングレギュレータ部３２０は、ＰチャンネルＦＥＴ３２１と、ダイオード３２２と、コイル３２３と、コンデンサ３２４とから構成されている。
【００９５】
スイッチングレギュレータ部３２０は、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０からの繰り返しパルスのデューティ（ＤＵＴＹ）に応じた電圧を出力するためのものである。
【００９６】
パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０からの出力は、ＰチャンネルＦＥＴ３２１のゲート端子に入力され、ＰチャンネルＦＥＴ３２１をＯＮにする。電源部から供給された電流は、ＰチャンネルＦＥＴ３２１とコイル３２３とを流れ、コンデンサ３２４に充電される。
【００９７】
ＰチャンネルＦＥＴ３２１がＯＦＦの時間は、コイル３２３に蓄えられたエネルギーが、ダイオード３２２を流れてコイル３２３に蓄えられる。
【００９８】
パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０からの繰り返しパルスのデューティ（ＤＵＴＹ）により、コイル３２３に蓄えられる電圧を制御することができ、この電圧が、ペルチェ素子１５０を駆動する２次的な電源となる。
【００９９】
そしてスイッチングレギュレータ部３２０の出力電圧は、ペルチェ素子１５０に流す電流の方向を切り替える機能を有するＨブリッジ部３４０を介して、ペルチェ素子１５０に供給される。
【０１００】
なお、ペルチェ素子１５０に流す電流は、電流検出部３３０により検出され、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０にフィードバックされる。なお、制御部８００にもＡＤ変換された後、送出される様に構成されている。
【０１０１】
また、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０とスイッチングレギュレータ部３２０と電流検出部３３０とＨブリッジ部３４０とは、ペルチェ素子１５０に対する定電流ループの負帰還を構成しており、制御部８００が、その電流値を制御する様になっている。
【０１０２】
なお本実施例では、通常のトランジスタ等のスイッチ素子に限定することなく採用することができる。
【０１０３】
次に、Ｈブリッジ部３４０を説明する。
【０１０４】
Ｈブリッジ部３４０は、制御部８００からの制御信号により、ペルチェ素子１５０に流す電流の方向を切り替え、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０に対して、単一電源で加熱・冷却動作を行うことができる。
【０１０５】
まず、従来のＨブリッジ部を図６に基づいて説明する。
【０１０６】
従来のＨブリッジ部は、第１のＰチャンネルＦＥＴ７１００と、第２のＰチャンネルＦＥＴ７２００と、第１のＮチャンネルＦＥＴ７３００と、第２のＮチャンネルＦＥＴ７４００とから構成されている。
【０１０７】
制御電圧のＨＩＧＨ、ＬＯＷによって、図６の対角上に配置されたＦＥＴがＯＮとなり、ペルチェ素子１５０に電流を供給する様に構成されている。
【０１０８】
しかしながら、このＨブリッジを効率的に動作させるには、Ｈブリッジの電源には、制御電圧がＬＯＷの場合に、ＰチャンネルＦＥＴを充分にＯＮできるゲート・ソース電圧が得られるだけの電圧を必要とするという問題点があった。
【０１０９】
即ち、Ｈブリッジの電源電圧が小さい場合には、ＰチャンネルＦＥＴのゲートソース電圧が小さくなり、ＰチャンネルＦＥＴがＯＮになりきらず、ＯＮ抵抗が大きい状態となってしまう。このため、ＰチャンネルＦＥＴでは熱損失が発生し、効率の悪いＨブリッジとなるという問題点があった。
【０１１０】
次に図５に基づいて、本発明のＨブリッジ部３４０を詳細に説明する。
【０１１１】
本実施例のＨブリッジ部３４０は、図５に示す様に、第１のＮチャンネルＦＥＴ３４１と、第１のＰチャンネルＦＥＴ３４２と、第２のＰチャンネルＦＥＴ３４３と、第２のＮチャンネルＦＥＴ３４４と、第３のＮチャンネルＦＥＴ３４５と、第４のＮチャンネルＦＥＴ３４６と、インバータ３４７とから構成されている。
【０１１２】
制御部８００の制御信号がＨＩＧＨの場合には、第１のＮチャンネルＦＥＴ３４１と、第１のＰチャンネルＦＥＴ３４２と、第４のＮチャンネルＦＥＴ３４６とが、ＯＮとなり、ペルチェ素子１５０に流れる電流はａの方向となり、冷却動作となる。
【０１１３】
制御部８００の制御信号がＬＯＷの場合には、第２のＰチャンネルＦＥＴ３４３と、第２のＮチャンネルＦＥＴ３４４と、第３のＮチャンネルＦＥＴ３４５とがＯＮとなり、ペルチェ素子１５０に流れる電流はｂの方向となり、加熱動作となる。
【０１１４】
ペルチェ素子１５０に流れる電流が少ない場合には、Ｈブリッジ部３４０の電源電圧は小さくなり、ＰチャンネルＦＥＴのＯＮ抵抗は大きくなるが、この時、ＰチャンネルＦＥＴに並列に接続されているＮチャンネルＦＥＴがＯＮとなり、並列抵抗値を下げることができる。
【０１１５】
そしてペルチェ素子１５０に流れる電流は、ＮチャンネルＦＥＴ側に流れることになり、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失が発生しないという効果がある。
【０１１７】
一方、ペルチェ素子１５０に流れる電流が大きい場合には、ペルチェ素子１５０で発生する電圧が大きくなり、ＰチャンネルＦＥＴに並列に接続されているＮチャンネルＦＥＴのＯＮ抵抗が上昇してＯＮになりきらない場合があるが、この時には、Ｈブリッジ部３４０の電源電圧も大きくなっており、ＰチャンネルＦＥＴのＯＮ抵抗値も小さくなって充分ＯＮとなり、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失が発生しないという効果がある。
【０１１８】
なお本実施例では、ＦＥＴに限定することなく、通常のトランジスタ等のスイッチ素子を採用することができる。
【０１１９】
以上の様に構成された本実施例のＨブリッジ部３４０は、入力電圧の大小に係わりなく、効率のよいＨブリッジを構成することができる。
【０１２０】
そして、以上の様に構成されたペルチェドライブ部３００は、スイッチングレギュレータ部３２０やＨブリッジ部３４０が、飽和領域或いは、遮断領域を使用するために、制御素子の発熱が殆どなく、発熱による無駄な電力を消費しないという効果がある。
【０１２１】
従って、電源の電力を効率よくペルチェ素子１５０に加えることができ、消費電力を減少させることができる。
【０１２２】
なお、本実施例のスイッチングレギュレータ部３２０は、降圧型であるが、降圧型に限ることなく、昇圧型を採用することもできる。
【０１２３】
次に図７に基づいて、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００について詳細に説明する。なお、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００とＬＤパルスドライブ部１１１とが、レーザーダイオード駆動手段に該当するものである。
【０１２４】
レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００は、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０と、スイッチングレギュレータ部２２０と、電流検出部２３０とから構成されている。
【０１２５】
パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０は、制御部８００と電流検出部２３０とからの信号に基づき、０〜１００％の任意のデューティ（ＤＵＴＹ）の繰り返しパルスを発生させ、スイッチングレギュレータ部２２０に出力するものである。
【０１２６】
ここで図８に基づいて、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０を詳細に説明する。パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０は、Ｄ／Ａ変換器２１１と、増幅器２１２と、三角波発生器２１３と、比較器２１４と、抵抗２１５と、アナログスイッチ２１６と、コンデンサ２１７と、ロジック回路２１８とから構成されている。
【０１２７】
制御部８００からの制御信号は、Ｄ／Ａ変換器２１１でＤＡ変換され、電圧に変換される。この電圧と電流検出部２３０で検出された電流値は、増幅器２１２と抵抗３１５とコンデンサ３１７とから構成された積分回路に入力される。
【０１２８】
この積分回路は、Ｄ／Ａ変換器２１１の出力電圧と、電流検出部２３０で検出された電流値が電圧に変換された値との差を積分し、出力された電圧は、三角波発生器２１３からの三角波と比較してパルス幅変調信号（ＰＷＭ）となり、スイッチングレギュレータ部２２０に出力される様に構成されている。
【０１２９】
電流検出部２３０からの出力電圧が、Ｄ／Ａ変換器２１１の出力電圧より小さい場合には、積分回路の出力は上昇する様に動作し、比較器２１４の出力デューティ（ＤＵＴＹ）が上昇し、スイッチングレギュレータ部２２０の出力電圧も上昇して、励起用レーザーダイオード１１０の電流も増加する。なお、積分回路の出力電圧は、Ｄ／Ａ変換器２１１の出力電圧と、電流検出部２３０からの出力電圧とが等しくなるまで上昇する様になっている。
【０１３０】
アナログスイッチ２１６とロジック回路２１８は、グリーンレーザー光を点滅する時に、回路をホールド状態にするためのものであり、制御部８００から制御される。
【０１３１】
次に図９に基づいて、スイッチングレギュレータ部２２０を詳細に説明する。
【０１３２】
スイッチングレギュレータ部２２０は、ＰチャンネルＦＥＴ２２１と、ダイオード２２２と、コイル２２３と、コンデンサ２２４とから構成されている。
【０１３３】
スイッチングレギュレータ部２２０は、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０からの繰り返しパルスのデューティ（ＤＵＴＹ）に応じた電圧を出力するためのものである。
【０１３４】
なお、スイッチングレギュレータ部２２０の構成及び動作は、ペルチェドライブ部３００のスイッチングレギュレータ部３２０と同様であるから、説明を省略する。
【０１３５】
スイッチングレギュレータ部２２０の出力電圧は、レーザーヘッド１００内に装備されたＬＤパルスドライブ部１１１に供給する。ＬＤパルスドライブ部１１１は、タイミング発生部２４０からのＬＤパルスドライブタイミング信号により、励起用レーザーダイオード１１０をパルスドライブする。
【０１３６】
電流検出部２３０は、励起用レーザーダイオード１１０に流れる電流を検出し、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０へ出力してフィードバック制御を実行すると共に、制御部８００にも出力される。
【０１３７】
また、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０とスイッチングレギュレータ部２２０と電流検出部２３０と励起用レーザーダイオード１１０とが、定電流ループの負帰還を構成しており、制御部８００が、その電流値を制御する様になっている。
【０１３８】
ここで図１０に基づいて、ＬＤパルスドライブ部１１１を詳細に説明する。
【０１３９】
ＬＤパルスドライブ部１１１は、コンデンサ１１１ａと、バッファー１１１ｂと、ＦＥＴ１１１ｃと、抵抗１１１ｄとから構成されている。
【０１４０】
本実施例ではＦＥＴが採用されているが、何れのスイッチ素子を採用することができる。
【０１４１】
コンデンサ１１１ａは、スイッチングレギュレータ部２２０からの電圧で充電されており、励起用レーザーダイオード１１０へパルス電流を供給する２次電源の機能を有する。
【０１４２】
タイミング発生部２４０からの信号は、バッファー１１１ｂを介してＦＥＴ１１１ｃのゲート端子に入力され、励起用レーザーダイオード１１０へパルス電流を供給する様になっている。
【０１４３】
なお、ＬＤパルスドライブ部１１１は、レーザーヘッド１００内に配置されているので、コンデンサ１１１ａとバッファー１１１ｂとＦＥＴ１１１ｃと抵抗１１１ｄとを流れるパルス電流の回路配線長Ｃを短くすることができる。このため、回路のインダクタンス成分を小さくすることができ、励起用レーザーダイオード１１０を高速でパルス変調することができるという効果がある。
【０１４４】
同時に、レーザーヘッド１００外部に対して、ノイズ発生を抑えることができるという効果がある。
【０１４５】
以上の様に構成されたレーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００は、スイッチングレギュレータ部２２０等の電流を制御する部分が、飽和領域或いは、遮断領域を使用するために、制御素子の発熱が殆どなく、発熱による無駄な電力を消費しないという効果がある。
【０１４６】
従って、電源の電力を効率よく励起用レーザーダイオード１１０に加えることができ、消費電力を減少させることができる。
【０１４７】
なお、本実施例のスイッチングレギュレータ部２２０は、降圧型であるが、降圧型に限ることなく、昇圧型を採用することもできる。
【０１４８】
またレーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００等の電気的構成の内、ペルチェドライブ部３００の構成と同一の部分の構成及び動作は同様であるから、説明を省略する。
【０１４９】
ファイバー端光量検出部６００を図１１及び図１２に基づいて詳細に説明する。図１１はファイバー端光量検出部６００の電気的構成を説明したもので、ファイバー端光量検出部６００は、コイル６１０と、第１のアナログスイッチ６２０と、第２のアナログスイッチ６３０と、第１のコンデンサ６４０と、第２のコンデンサ６５０と、差動増幅器６６０と、インバータ６７０とから構成されている
。
【０１５０】
励起用レーザーダイオード１１０がドライブされると、光共振器よりパルス状のグリーンレーザー光がファイバー９００の端部より出力される。
【０１５１】
ファイバー９００の端部からの出力光は、第２のハーフミラー９１０で一部反射され、第２のフォトダイオード９２０に入力される。第２のフォトダイオード９２０は、レーザー発振装置２００００の外部への出力位置にあるため、ファイバーからのグリーンレーザー光以外の太陽光等の外光が入射される。
【０１５２】
そこで、第２のフォトダイオード９２０からの出力電流は、コイル６１０に流される。コイル６１０は、パルス状のグリーンレーザー光に対しては、インピーダンスが大きくなり、大きな電圧が発生するが、太陽光等のＤＣ光に対しては、インピーダンスが小さくなり、小さな電圧しか発生しない。従って、外光による影響は、コイル６１０を第２のフォトダイオード９２０の負荷にすることにより除去することができる。
【０１５３】
レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００のタイミング発生部２４０から、図１２（ｃ）に示す様な励起用パルス信号が発生すると、図１２（ｄ）及び図１２（ｅ）に示す励起用パルス信号に同期したデューティ（ＤＵＴＹ）５０％の信号が、第１のアナログスイッチ６２０と第２のアナログスイッチ６３０とに供給される。従って、グリーンレーザー光の発光タイミングに同期して、第１のアナログスイッチ６２０と第２のアナログスイッチ６３０とが、交互にＯＮ、ＯＦＦされることになる。
【０１５４】
即ち、第１のアナログスイッチ６２０が、常にグリーンレーザー光が発光している時にＯＮとなり、第２のアナログスイッチ６３０は、常にグリーンレーザー光が発光していない時にＯＮとなる様になっており、第１のアナログスイッチ６２０に接続されている第１のコンデンサ６４０には、図１２（ｆ）に示す様に、外光とグリーンレーザー光による第２のフォトダイオード９２０の電流が充電されることになる。
【０１５５】
一方、第２のアナログスイッチ６３０に接続されている第２のコンデンサ６５０には、図１２（ｇ）に示す様に、外光のみによる第２のフォトダイオード９２０の電流が充電されることになる。
【０１５６】
第１のアナログスイッチ６２０と第２のアナログスイッチ６３０のＯＮの時間は、共に、デューティ（ＤＵＴＹ）５０％の信号であり、外光の入力量は等しくなっているので、差動増幅器６６０で増幅することにより、外光を除去し、図１２（ｈ）に示す様に、グリーンレーザー光のみを増幅抽出することができる。
【０１５７】
差動増幅器６６０の出力信号は制御部８００に送出され、制御部８００は、差動増幅器６６０の出力信号が一定となる様に、ＬＤパルスドライブ部１１１を制御する。
【０１５８】
以上の様に構成されたファイバー端光量検出部６００は、ファイバー９００の端部の出力光量を計測して制御するので、太陽光等の外光に影響されることなく、安定したレーザー出力を得ることができる。
【０１５９】
次に本実施例の温度制御方式について説明する。
【０１６０】
レーザー共振器内部の非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０は、温度変化により屈折率が変化する。従って、レーザー発振装置２００００の出力光量も変化することになる。
【０１６１】
図１３は、励起用レーザーダイオード１１０の消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を表し、０℃から３５℃までの範囲を示している。縦軸は、レーザー発振装置２００００の出力を示している。
【０１６２】
非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度と、レーザー発振装置２００００の出力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【０１６３】
そして図１４は、レーザー発振装置２００００の出力を一定とした場合の、温度変化と励起用レーザーダイオード１１０の消費電力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を表し、縦軸は、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力を示している。
【０１６４】
非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度と、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【０１６５】
更に図１５は、温度変化と、ペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段の消費電力との関係を示すものである。横軸が非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を表し、縦軸は、ペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段の消費電力を示している。
【０１６６】
ペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段は、最も消費電力が低い温度が存在し、この温度から外れた状態となると消費電力が増大して行くことが判る。なお、図１５は周囲温度をａ度とし、励起用レーザーダイオード１１０の発熱による非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度上昇を△Ｔ℃として描いている。周囲温度が変化すれば、図１５のグラフは横方向にシフトする。
【０１６７】
そして図１６は、図１４の励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、図１５のペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【０１６８】
図１６は、図１４の励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、図１５のペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段の消費電力とを加えたものであるから、この図を観察すると、図１４の励起用レーザーダイオード１１０の消費電力が少ない温度でも、図１５のペルチェドライブ部３００を利用した温度制御手段の消費電力が多くなると、必ずしも最小の消費電力とは言えず、これらの消費電力を加算した値が最も少ない温度で作動させることが望ましいこととなる。
【０１６９】
以上の様に構成された本実施例の動作を図１７に基づいて説明する。
【０１７０】
まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略する）で、本実施例のレーザー装置２００００の電源を投入し、スタートさせる。Ｓ１では、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００が、ＬＤパルスドライブ部１１１を制御して励起用レーザーダイオード１１０を発光させ、レーザー発振装置２００００に対してポンピングする様になっている。この結果、光共振器であるレーザー発振装置２００００から、グリーンレーザー光が射出される。
【０１７１】
次にＳ２では、制御部８００が、周囲温度検出部７００からの周囲温度データを入力する。
【０１７２】
そしてＳ３では、制御部８００は測定された周囲温度から、励起ダイオ−ドの発熱による非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度上昇△Ｔ℃を加味し加熱、冷却する温度差（±Ｓ）を設定する。本実施例では、±Ｓを±７℃に設定されており、周囲温度が１６℃の場合には、△Ｔ＝４℃とすれば非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０を２０℃±７℃である１３℃から２７℃まで、加熱又は冷却する様に構成されている。
【０１７３】
次にＳ４では、レーザー発振装置２００００をオートパワーコントロールを掛けながら駆動する。即ち、制御部８００が、ファイバー端光量検出部６００の検出信号に基づいて、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００が、ＬＤパルスドライブ部１１１を制御して励起用レーザーダイオード１１０を駆動し、レーザー発振装置２００００から、一定の光強度でグリーンレーザー光が射出される様に制御する。
【０１７４】
そしてＳ５では、一定の光強度でグリーンレーザー光が射出される状態を維持しながら、ペルチェドライブ部３００が、ペルチェ素子１５０を制御駆動して、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を±Ｓ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、制御部８００は、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００から励起用レーザーダイオード１１０の消費電力及び、ペルチェドライブ部３００からペルチェ素子１５０の消費電力を計測する様になっている。
【０１７５】
即ち、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、ペルチェ素子１５０の消費電力とを計測し、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度と、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、ペルチェ素子１５０の消費電力との関係を測定する。
【０１７６】
ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【０１７７】
次にＳ６では、本実施例のレーザー発振装置２００００の最小消費電力を検索する。
【０１７８】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【０１７９】
を制御部８００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度をＸ℃とする。
【０１８０】
そしてＳ７では、新たに、Ｘ℃から加熱、冷却する温度差（±Ｔ）を設定する。本実施例では、±Ｔを±２℃に設定されており、Ｘ℃が１９℃の場合には、非線形光学媒質４００を１９℃±２℃である１７℃から２１℃まで、加熱又は冷却する様になっている。
【０１８１】
更にＳ８では、レーザー発振装置２００００をオートパワーコントロールを掛けながら続行して駆動し、Ｓ９では、一定の光強度でグリーンレーザー光が射出される状態を維持しながら、制御部８００が、ペルチェドライブ部３００を制御駆動して、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を±Ｔ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、制御部８００は、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００から励起用レーザーダイオード１１０の消費電力及び、ペルチェドライブ部３００からペルチェ素子１５０の消費電力を計測する様になっている。
【０１８２】
即ち、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、ペルチェ素子１５０の消費電力とを計測し、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度と、励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、ペルチェ素子１５０の消費電力との関係を測定する。
【０１８３】
ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【０１８４】
次にＳ１０では、本実施例のレーザー装置２００００の最小消費電力を検索する。
【０１８５】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【０１８６】
を制御部８００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度をＹ℃とする。
【０１８７】
このＹ℃を、持続して演算すれば、レーザー装置２００００の最小消費電力の温度が時間的な経過と共に変動しても、最小な消費電力となる非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度を追跡して決定することができる。
【０１８８】
従ってＳ１１で、Ｙ℃を持続して求め、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０をＹ℃となる様に、ペルチェドライブ部３００がペルチェ素子１５０を制御すれば、レーザー装置２００００の消費電力を最小値となる様に維持することができる。
【０１８９】
なお、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃は、適宜決定することができる。そして、本実施例は、温度検索範囲を絞りこんで行くので、検索時間を最小にすることができる。即ち、±Ｓ℃の範囲では、高速に大まかな測定を行い、次に、±Ｔ℃の範囲で、低速に細かな検索を行う様に構成されている。また、広い温度範囲を高速に測定しようとしても、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０の温度が均一にならないので、精密な測定が行えない点に注意する必要がある。更に、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃の２段階に限ることなく、複数回の段階で処理してもよい。
【０１９０】
次に、本実施例のグリーンレーザー光の発光方法について説明する。
【０１９１】
まず、レーザーヘッド１００内のレーザー共振器について説明する。図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１８（ｃ）は、ゲインスイッチを示す模式図であり、図１８（ａ）は、時間と励起強度の関係を示す図であり、図１８（ｂ）は、時間と光強度の関係を示す図であり、図１８（ｃ）は時間と反転分布の関係を示すものである。
【０１９２】
これらの図を観察すると、一定の励起時間の後、最大の光強度が生じることが理解される。
【０１９３】
次に、反転分布と光強度の関係をそれぞれ分離して表示したものが、図１９である。励起用レーザーダイオード１１０に対して、連続波の駆動電力を供給すれば、ファーストパルスに対応して最大の光強度が生じ、その後、光強度が低下し、一定の光強度に収束するから、光の取り出しが最も効率的である。従って、ファーストパルスのみ使用することにする。
【０１９４】
更に図２０（ａ）と図２０（ｂ）により、励起用レーザーダイオード１１０に対して、連続パルスの駆動電力を供給した場合を説明する。
【０１９５】
図２０（ａ）は、励起用レーザーダイオード１１０に対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合である。ここでτFLは蛍光寿命であり、τはパルス幅である。
【０１９６】
これに対して、図２０（ｂ）は、励起用レーザーダイオード１１０に対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合である。
【０１９７】
図２０（ｂ）を見れば、τFL（蛍光寿命）の間に、次のパルスを半導体レーザーに印加することにより、残留した反転分布に新たな反転分布を加え、効果的に最大の光強度を有する光のみを連続して発生させることができる事が理解される。
【０１９８】
次に、図２１（ａ）から図２１（ｄ）に基づいて、励起用レーザーダイオード１１０の出力と、非線形光学媒質（ＫＴＰ）１３０を挿入した場合の出力との関係を説明する。
【０１９９】
図２１（ａ）は、励起用レーザーダイオード１１０の消費電流と、励起用レーザーダイオード１１０の出力との関係を示すものであり、オフセット電流以降は、リニアな関係を有している。
【０２００】
図２１（ｂ）は、励起用レーザーダイオード１１０の出力と、光共振器内の基本波の出力との関係を示すものであり、オフセット以降は、リニアな関係を有している。
【０２０１】
図２１（ｃ）は非線形光学媒質を挿入した場合の、光共振器内の基本波の出力と、第２高調波（ＳＨＧ）出力との関係を示すものであり、第２高調波（ＳＨＧ）出力は、光共振器内の基本波の出力の２乗に比例することが理解される。
【０２０２】
従って、半導体レーザーの消費電流と第２高調波（ＳＨＧ）出力との関係は、図２１（ｄ）に示される様に、２乗に比例することになる。
【０２０３】
従って、光共振器内に非線形光学媒質を挿入し、ＬＤパルスドライブ部１１１が、励起用レーザーダイオード１１０の半導体レーザーを、τFL（蛍光寿命）内に、次の駆動パルスが印加される様に駆動すれば、図２２に示す様に高能率にレーザーを発振させることができる。
【０２０４】
即ち図２２は、パルス幅τ、パルスピーク電流ＩP 、パルス周期Ｔにより、励起用レーザーダイオード１１０を駆動すれば、光パルス幅τ’光パルスピーク出力ＰPSH のレーザー光が生じることになる。
【０２０５】
なお励起用レーザーダイオード１１０の駆動を直流電流で実施した場合（但し、平均パルス出力ＰavSH と同じ連続出力ＰcwSH を生じる場合）には、駆動電流をＩCW とすれば、励起用レーザーダイオード１１０の消費電流と第２高調波（ＳＨＧ ）出力との関係は、２乗に比例するので、光パルスピーク出力ＰPSH より小さい出力である連続光出力ＰCWSH のレーザー光しか生じない。
【０２０６】
更に、パルス駆動の場合には、動作が間欠的であるから、平均値で連続動作と比較することにする。パルス駆動の場合の平均パルス電流はＩav となり、連続 動作電流をＩCW より小さくなる。
【０２０７】
これは、同じレーザー光量を得るのに必要な消費電力が少なくすむと共に、励起用レーザーダイオード１１０による発熱も少なくなり、ペルチェ素子１５０に流れる電流も少なくなるという効果がある。
【０２０８】
以上の点に鑑み、本実施例の励起用レーザーダイオード１１０のパルス駆動は、ファーストパルスが充分発光した時点で駆動を中断し、τFL（蛍光寿命）内に次のパルス駆動を行う様に、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００内のタイミング発生部２４０を設定している。
【０２０９】
また本実施例では、点滅動作が可能となっている。
【０２１０】
図８に基づいて、その動作を詳細に説明する。
【０２１１】
グリーンレーザー光を消灯させる場合には、制御部８００よりアナログスイッチ２１６がＯＦＦされ、ロジック回路２１８により比較器２１４の出力信号が禁止状態となり、更に、タイミング発生部２４０のタイミング信号が禁止される。そして、励起用レーザーダイオード１１０の電流ループがホールド状態となる。励起用レーザーダイオード１１０が消灯状態のため、スイッチングレギュレータ部２２０のコンデンサ２２４への電荷の消費がなくなるが、同時に比較器２１４の出直信号が禁止状態となり、スイッチングレギュレータ部２２０のコンデンサ２２４への電荷の充電も行われなくなり、励起用レーザーダイオード１１０を消灯している間も、励起用レーザーダイオード１１０を点灯している場合と同じ状態を保持できる様になっている。制御部８００は、この間、グリーンレーザー光のフィードバックを中断する。
【０２１２】
次の励起用レーザーダイオード１１０の点灯時には、制御部８００によりアナログスイッチ２１６がＯＮされ、ロジック回路２１８により比較器２１４の出力信号の禁止状態が解除され、励起用レーザーダイオード１１０の電流ループが定電流ループを再開し、制御部８００はグリーンレーザ−光のフィードバックを再開する。
【０２１３】
以上の様に、パルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０内のホールド機能により点滅動作をしていても、消灯時間の大小に係わりなく、安定したグリーンレーザー光のフィードバックを掛けることができ、安定したグリーンレーザー光を出力することができる。
【０２１４】
本実施例の点滅発光例を図２３に基づいて説明する。
【０２１５】
数１００ＫＨｚのパルス光を６０Ｈｚ程度の繰り返し周波数で、デューティ（ＤＵＴＹ）３０％で点滅動作を行ったものである。
【０２１６】
この場合、人間の眼には連続した直流発光と感じられ、明るさは点滅動作を行わない時の約３０％の明るさに感じられる。
【０２１７】
グリーンレーザー光の光量を調整する場合には、励起用レーザーダイオード１１０の消費電流に対して、第２高調波であるグリーンレーザー光の光出力が、励起用レーザーダイオード１１０の消費電流の２乗に比例する事から、励起用レーザーダイオード１１０の駆動電流のピーク電流値を下げるよりも少ない電流で済み、低消費電力化することができるという効果がある。
【０２１８】
なお、点滅の繰り返し周波数は６０Ｈｚ程度に限るものではなく、人間の眼の応答時間よりも早い繰り返し周波数であれば、何れの周波数でもよい。
【０２１９】
また、点滅のデューティ（ＤＵＴＹ）を可変する事により、任意に減光することができることは言うまでもない。
【０２２０】
本実施例の他の点滅発光例を図２４に基づいて説明する。
【０２２１】
数１００ＫＨｚのパルス光を７Ｈｚの繰り返し周波数で、デューティ（ＤＵＴＹ）３０％で点滅動作を行ったものである。
【０２２２】
人間の眼の特性として、眼に光が入射した後、５０〜１２０ｍｓｅｃ付近で感度のピークが生じ、その後、次第に感度が減少し、一定値に漸近することが知られている。
【０２２３】
つまり、光パルスの発光時間を、人間の眼に光が入射してから明るさの感じかたが最高となる時間と略一致させる様に構成し、消灯時間を、人間の眼に光が入射して明るさを感じた後、眼の感度が最大感度に復帰する時間程度に構成することにより、人間の眼に効果的に刺激を与えることができる。
【０２２４】
実験によれば、パルスによる駆動と点滅動作の組み合わせで、最も認識できる点滅は６Ｈｚ〜１５Ｈｚであることが得られている。なお、ちらつき光の周波数が１０Ｈｚ程度の場合にピークの明るさが強調されて感じられる現象をバートレー効果と呼んでおり、ブリュッケ・バートレー（ＢｒｕｃｋｅーＢａｒｔｌｅｙ）効果とも呼んでいる。
【０２２５】
バートレー効果は、点灯時間と消灯時間の比が１：１の時に、最大の効果が得られることが知られており、点灯時間５０ｍｓｅｃの間に人間の眼の視感度が最高値に達し、消灯時間５０ｍｓｅｃの間に視感度が最大感度に復帰する事を意味する。消灯時間を５０ｍｓｅｃ以上に設定する事により、次回の光パルスによる刺激を人間の眼に効果的に与えることができる。
【０２２６】
図２４は、この様な点滅となる様に点滅・消灯時間を設定したものである。励起用レーザーダイオード１１０の消費電力は、数１００ＫＨｚの連続パルス駆動の時の３０％程度の消費電力で、数１００ＫＨｚの連続パルス駆動の時の２倍程度の視刺激を与えることができるという卓越した効果がある。
【０２２７】
次に、レーザーヘッド内の光量検出とファイバー端の光量検出に関する変形例を図２５に基づいて説明する。
【０２２８】
本実施例では、レーザーヘッド内光量検出部５００と第１のハーフミラー１７０と第１のフォトダイオード１９０とにより、レーザーヘッド１００内で発生したグリーンレーザー光の光量を検出している。
【０２２９】
更に本実施例では、ファイバー端光量検出部６００と第２のハーフミラー９１０と第２のフォトダイオード９２０とにより、ファイバー９００端の光量を検出している。
【０２３０】
本変形例では、第２のハーフミラー９１０に代えて、偏光ミラー９１５を使用したものである。
【０２３１】
本変形例は、本実施例のファイバー９００に代えて、定偏波ファイバー９０１が使用されている。通常のファイバー９００は、所定の偏光方向の偏光を入射させると、射出される光は偏光でなくなっているが、本変形例の定偏波ファイバー９０１では、偏光方向を保存したまま送光することができる。
【０２３２】
定偏波ファイバー９０１の後端部９０１ｂ付近には、偏光ミラー９１５が配置されており、この偏光ミラー９１５の背面側には、ミラー９１６が順次配置され、このミラー９１６に対向して偏光板９１７と第２のフォトダイオード９２０とが配置されている。
【０２３３】
定偏波ファイバー９０１の後端部９０１ｂから射出されたグリーンレーザ光の内、偏光ミラー９１５を透過した透過光は、ミラー９１６で反射され、偏光板９１７を透過したグリーンレーザー光は、第２のフォトダイオード９２０に入射する様になっている。
【０２３４】
即ち、レーザー発振装置２００００から射出された直線偏光のグリーンレーザー光は、定偏波ファイバー９０１で偏光方向を保存され、偏光ミラー９１５に向けて射出される。
【０２３５】
偏光ミラー９１５は、グリーンレーザー光の殆どを反射するが、数％の光線は透過する。また、定偏波ファイバー９０１の後端部９０１ｂから射出されるグリーンレーザー光は、Ｓ偏光であるが、いくらかのＰ偏光も含んでいる。偏光ミラー９１５では、数％のＳ偏光と共に、Ｐ偏光も透過する様になっている。
【０２３６】
偏光板９１７は、Ｓ偏光のみ透過する様に構成されており、第２のフォトダイオード９２０には、Ｓ偏光のみが入射される様になっている。
【０２３７】
第２のフォトダイオード９２０とファイバー端光量検出部６００とにより、上述の本実施例と同様に、ファイバー端の光量を検出することができる。
【０２３８】
なお、本変形例では、レーザーヘッド内光量検出部５００とファイバー端光量検出部６００とには、比較器９５０が接続されている。比較器９５０は、レーザーヘッド内光量検出部５００とファイバー端光量検出部６００との検出信号を比較し、比較値が所定の範囲を越える場合には、制御信号を演算部８００に送出する様に構成されている。
【０２３９】
レーザーヘッド内光量検出部５００とファイバー端光量検出部６００との検出信号を比較し、比較値が所定の範囲内である場合には、ファイバー端光量検出部６００からの検出信号を演算部８００に送出し、演算部８００は、この検出信号に基づき、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００を制御駆動し、励起用レーザーダイオード１１０の発光をコントロールする様に構成されている。
【０２４０】
レーザーヘッド内光量検出部５００とファイバー端光量検出部６００との検出信号を比較し、比較値が所定の範囲を越えた場合には、集光レンズ１８０或いは定偏波ファイバー９０１の前端部９０１ａの位置ずれ、定偏波ファイバー９０１の破損、その他の原因によるファイバー結合効率の変動に起因したグリーンレーザ光出力の低下、又は増大が考えられる。この場合には、演算部８００は、比較器９５０からの制御信号に基づき、レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００の駆動停止、或いは異常表示等を行うことができる。
【０２４１】
なお本実施例のレーザー装置２００００は、図２６に示すパイプレーザー装置３００００に応用することができる。
【０２４２】
パイプレーザー装置３００００は、内部にレーザー発振装置２００００を装備しており、水平方向及び鉛直方向にガイド光を射出させることができる。
【０２４３】
このパイプレーザー装置３００００には、バッテリーボックス３１０００内に電源を挿入し、端部には、操作パネル３２０００と、移動用の取手３３０００とが形成されている。
【０２４４】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、出力レーザ光量を制御する制御部を備えるレーザー発振装置に形成されたペルチェ素子を駆動するためのペルチェドライブ部であって、前記ペルチェ素子に流れる電流を検出するための電流検出部と、該電流検出部の検出信号と前記制御部からの制御信号に基づき、パルス幅変調信号を出力するためのパルス幅変調部（ＰＷＭ）と、このパルス幅変調部（ＰＷＭ）のパルス幅変調信号に応じた電圧を発生させるためのスイッチングレギュレータ部と、前記制御部からの制御信号によりペルチェ素子に流れる電流の方向を切り替えるためのＦＥＴからなるＨブリッジ部とを備え、このＨブリッジ部は、ＰチャンネルＦＥＴにＮチャンネルＦＥＴを並列に接続することで、ＰチャンネルＦＥＴの熱損失を抑えるので、省電力化を図り、電池駆動を実現できるという卓越した効果がある。
【０２４５】
そして本発明のＨブリッジ部は、ＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴとから構成されたＨブリッジ部において、ＰチャンネルＦＥＴに新たなＮチャンネルＦＥＴを並列に接続して構成することもできるので、省電力化を図ると共に、電源を単一化することができ、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【０２４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレーザー発振装置２００００の構成を説明する図である。
【図２】本実施例のペルチェドライブ部３００の電気的構成を説明する図である。
【図３】ペルチェドライブ部３００のパルス幅変調部（ＰＷＭ）３１０の電気的構成を説明する図である。
【図４】ペルチェドライブ部３００のスイッチングレギュレータ部３２０の電気的構成を説明する図である。
【図５】ペルチェドライブ部３００のＨブリッジ部３４０の電気的構成を説明する図である。
【図６】従来のＨブリッジ部の電気的構成を説明する図である。
【図７】レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００の電気的構成を説明する図である。
【図８】レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００のパルス幅変調部（ＰＷＭ）２１０の電気的構成を説明する図である。
【図９】レーザーダイオード（ＬＤ）電源部２００のスイッチングレギュレータ部２２０の電気的構成を説明する図である。
【図１０】ＬＤパルスドライブ部１１１の電気的構成を説明する図である。
【図１１】ファイバー端光量検出部６００の電気的構成を説明する図である。
【図１２】ファイバー端光量検出部６００の動作を説明する図である。
【図１３】励起用レーザーダイオード１１０の消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである。
【図１４】レーザー発振装置２００００の出力を一定とした場合の、温度変化と励起用レーザーダイオード１１０の消費電力との関係を示したものである。
【図１５】温度変化と、ペルチェドライブ部３００を利用した温度制御の消費電力との関係を示すものである。
【図１６】励起用レーザーダイオード１１０の消費電力と、ペルチェドライブ部３００を利用した温度制御の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【図１７】本実施例のレーザー装置２００００の動作を説明する図である。
【図１８（ａ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と励起強度の関係を示すものである。
【図１８（ｂ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と光強度の関係を示すものである。
【図１８（ｃ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と反転分布の関係を示すものである。
【図１９】反転分布と光強度の関係を示す図である。
【図２０（ａ）】励起用レーザーダイオード１１０に対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図２０（ｂ）】励起用レーザーダイオード１１０に対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図２１（ａ）】励起用レーザーダイオード１１０の消費電流と、励起用レーザーダイオード１１０の出力との関係を示す図である。
【図２１（ｂ）】励起用レーザーダイオード１１０の出力と、光共振器内の光基本波の出力との関係を示す図である。
【図２１（ｃ）】非線形光学媒質１３０を挿入した場合の、光共振器内の光基本波の出力と、第２高調波（ＳＨＧ）出力との関係を示す図である。
【図２１（ｄ）】励起用レーザーダイオード１１０の消費電流と第２高調波（ＳＨＧ）出力との関係を示す図である。
【図２２】レーザー発振装置２００００を、連続駆動した場合と、本発明のパルス駆動した場合とを比較した図である。
【図２３】本実施例の点滅発光例を説明する図である。
【図２４】バートレー効果を応用した点滅を説明する図である。
【図２５】レーザーヘッド内の光量検出とファイバー端の光量検出に関する変形例を説明する図である。
【図２６】本実施例のレーザー装置２００００をパイプレーザー装置３００００に応用した場合を説明する図である。
【図２７】従来技術を説明する図である。
【図２８】従来技術を説明する図である。
【図２９】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
２００００  レーザー発振装置
１００  レーザーヘッド
１１０  励起用レーザーダイオード
１１１  ＬＤパルスドライブ部
１２０  レーザー結晶（ＹＶＯ４）
１３０  非線形光学媒質
１４０  出力ミラー（ＯＣ）
１５０  ペルチェ素子
１６０  第１のサーミスタ
１７０  第１のハーフミラー
１８０  集光レンズ
１９０  第１のフォトダイオード
２００  レーザーダイオード（ＬＤ）電源部
２１０  パルス幅変調部（ＰＷＭ）
２１１  Ｄ／Ａ変換器
２１２  増幅器
２１３  三角波発生器
２１４  比較器
２２０  スイッチングレギュレータ部
２３０  電流検出部
３００  ペルチェドライブ部
３１０  パルス幅変調部（ＰＷＭ）
３１１  Ｄ／Ａ変換器
３１２  増幅器
３１３  三角波発生器
３１４  比較器
３２０  スイッチングレギュレータ部
３３０  電流検出部
３４０  Ｈブリッジ部
４００  非線形光学媒質（ＫＴＰ）温度検出部
５００  レーザーヘッド内光量検出部
６００  ファイバー端光量検出部
７００  周囲温度検出部
８００  制御部
９００  ファイバー
９０１  定偏波ファイバー
９１０  第２のハーフミラー
９１５  偏光ミラー
９２０  第２のフォトダイオード
【図１】
0003823262.tif 000002
【図２】
0003823262.tif 000003
【図３】
0003823262.tif 000004
【図４】
0003823262.tif 000005
【図５】
0003823262.tif 000006
【図６】
0003823262.tif 000007
【図７】
0003823262.tif 000008
【図８】
0003823262.tif 000009
【図９】
0003823262.tif 000010
【図１０】
0003823262.tif 000011
【図１１】
0003823262.tif 000012
【図１２】
0003823262.tif 000013
【図１３】
0003823262.tif 000014
【図１４】
0003823262.tif 000015
【図１５】
0003823262.tif 000016
【図１６】
0003823262.tif 000017
【図１７】
0003823262.tif 000018
【図１８（ａ）】
0003823262.tif 000019
【図１８（ｂ）】
0003823262.tif 000020
【図１８（ｃ）】
0003823262.tif 000021
【図１９】
0003823262.tif 000022
【図２０（ａ）】
0003823262.tif 000023
【図２０（ｂ）】
0003823262.tif 000024
【図２１（ａ）】
0003823262.tif 000025
【図２１（ｂ）】
0003823262.tif 000026
【図２１（ｃ）】
0003823262.tif 000027
【図２１（ｄ）】
0003823262.tif 000028
【図２２】
0003823262.tif 000029
【図２３】
0003823262.tif 000030
【図２４】
0003823262.tif 000031
【図２５】
0003823262.tif 000032
【図２６】
0003823262.tif 000033
【図２７】
0003823262.tif 000034
【図２８】
0003823262.tif 000035
【図２９】
0003823262.tif 000036