CN104221232A - 激光光源装置以及激光光源装置中的波长转换元件的温度控制方法 - Google Patents

激光光源装置以及激光光源装置中的波长转换元件的温度控制方法 Download PDF

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Abstract

在激光光源装置中，不使用光电二极管等光检测装置，就能够实现波长转换元件的波长转换效率的最佳化，能够进行稳定的光输出。从半导体激光器(2)出射的基波光，由波长转换元件(5)波长转换并出射。点亮电路(20)向上述半导体激光器(2)供给电力并使半导体激光器(2)点亮。控制部(21)对加热机构(7)的供电量进行控制，而控制为波长转换元件(5)成为最佳波长转换效率的温度。向控制部(21)输入由元件温度检测机构(Th1)和光源部温度检测机构(Th2)检测的温度，控制部(21)将由光源部温度检测机构(Th2)检测的温度成为极小时的波长转换元件(5)的温度设为成为最佳波长转换效率的设定温度，对加热机构(7)的加热量进行控制而以波长转换元件(5)的温度成为上述设定温度的方式对波长转换元件(5)的温度进行反馈控制。

Description

激光光源装置以及激光光源装置中的波长转换元件的温度控制方法
技术领域
本发明涉及一种使用了非线性光学结晶的波长转换型的激光光源装置。更详细地说，涉及使用了非线性光学结晶的波长转换型的激光光源装置，以及在该激光光源装置中以该非线性光学结晶的转换效率成为最大的方式进行温度控制的激光光源装置中的波长转换元件的温度控制方法。
背景技术
作为电影、家庭影院用等所利用的投射型投影仪的光源，使用了激光的装置的开发正在推进。在这些成为光源的激光光源中，已知使用从半导体激光元件直接放射的光的情况、以及将从该半导体激光元件放射的光通过非线性光学结晶转换为其他波长而使用的情况。
最近，作为蓝色、绿色的激光光源，开放有该非线性光学结晶使用了周期性极化反转型铌酸锂(PPLN：Periodically Poled Lithium Niobate)、周期性极化反转型钽酸锂(PPLT：Periodically Poled Lithium Tantalate)等的激光光源。
作为这种技术，例如已知专利文献1所记载的技术。根据该专利文献1，记载有一种激光光源装置，具备：由半导体激光器构成的光源；供从该光源放射的激光入射，并转换为第二高次谐波的波长转换元件(为非线性光学结晶、例如为PPLN)；以及对从该波长转换元件放出的规定波长的光进行选择而使其朝向上述光源反射的外部共振器(例如体积布拉格光栅：VBG：Volume Bragg Grating)。此外，记载有在安装该波长转换元件的子基板之间设置有温度调节单元的内容。并且，记载有如下内容：通过使用该温度调节单元对该波长转换元件的温度进行调节，由此能够对波长转换元件的极化反转周期的间距进行调整，因此能够使光的转换效率提高。
图18是表示以往的激光光源装置的一个方式的框图，根据该图对将波长转换元件的温度设定为最佳温度的以往例进行说明。
激光光源单元LH上所安装的波长转换元件(例如PPLN)5，具有将从激光光源元件(例如半导体激光器、以下作为半导体激光器进行说明)2放出的光的波长进行使其比入射光短波长化的波长转换的功能，例如能够将红外线转换为绿色光。
此外，波长转换元件5(例如PPLN)存在能够使光转换效率成为最大的最佳温度。此外，该最佳温度根据各个个体而存在差别，当即使从该最佳点错开0.5℃时，转换效率也会恶化数10％以上。未转换的光直接成为热而消耗。
因此，在一般情况下，只要求出波长转换元件的最佳温度条件，并发现最佳温度条件，则由温度检测机构Th1对波长转换元件5的温度进行检测，通过温度调节单元对从外部加热波长转换元件5的加热机构、例如加热器7进行控制，而控制为波长转换元件5的温度成为上述最佳温度。
为了发现上述波长转换元件5的最佳控制温度，以往例如使用了以下的方法。
通过激光光源点亮装置100来驱动上述激光光源单元LH，使波长转换元件5的控制温度在其假定的温度范围内进行扫描，并且例如图18所示那样，使用光电池、光功率计等光输出测定装置110对从激光光源单元射出的光输出进行测定。然后，存储在扫描测定结束的时刻光输出为最大的控制温度，将该值采用为最佳控制温度，并以成为上述最佳控制温度的方式对波长转换元件的温度进行控制。
然而，在该方法中，存在需要测定光输出的机构而花费不必要的成本这种问题。
图19表示以往的激光光源装置的其他构成例的框图。该例是将激光器串联连接的情况下的构成例。
如图19所示那样，以激光光源装置的降低成本为目的，在一个激光光源点亮装置100中，将多个半导体激光器2串联连接的方法广泛周知。
其原因为，在该方式中，能够使激光光源点亮装置100内的开关元件、控制电路等共用化，能够低价地供给点亮电源。此外，构成为，从各激光光源单元LH1～LH3输出的光为，使用棱镜等光元件PZ对3个光进行聚光，并将光射出。
在如上述那样使用了多个激光元件的情况下，存在需要分别对波长转换元件5的最佳温度进行调整，而调整需要大量时间这种问题。
即，使用上述图18所示的光电池进行测定时，仅进行一个激光光源单元LH的测定，并对成为其对象的激光光源单元的最佳温度进行调整，但如该图所示那样，在激光光源单元LH1～LH3串联连接的情况下，在3个激光器中流动相同电流，因此不能够仅使一个激光器停止，而难以进行波长转换元件5的最佳温度的调整。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-54446号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上述那样，在通过温度调整单元对该波长转换元件的温度进行调整的情况下，如图18所示那样，为了对光输出进行监视而需要使用光电二极管等光检测装置，因此存在需要进行与光检测装置自身的寿命、恶化相伴随的校正、交换这种问题。并且，如果将该光检测装置设置于该激光光源装置，则存在作为装置整体而变得复杂、大型化这种问题。
此外，在使用多个激光元件的情况下，也存在需要分别对波长转换元件的最佳温度进行调整，而调整需要大量时间这种问题。并且，如图19所示那样，在将多个激光元件串联排列并使它们同时点亮的情况下，存在来自相邻接的激光元件的光成为干扰光，不能够正确地测定光量，而不能够检测波长转换元件的光的转换效率成为最佳的温度这种问题。
此外，该波长转换元件为，根据周围的环境而动作温度变化，因此该波长转换元件的转换效率变化，并且，根据周围环境的变化而由该波长转换元件进行波长转换的半导体激光光源的波长变化，因此存在该波长转换元件的转换效率变化，不能够得到稳定的光输出这种问题。
本发明是为了解决上述问题点而进行的，本发明的课题在于提供一种激光光源装置，不使用光电二极管等光检测装置，能够实现波长转换元件的波长转换效率的最佳化，能够进行稳定的光输出。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，在本发明中，具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；对该波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对该波长转换元件进行加热的加热机构；对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；以及对上述点亮电路和该加热机构进行控制的控制部；基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度，在该激光光源装置中，在对上述波长转换元件照射上述激光时，在包括进行控制的目标温度的范围内对上述设定温度进行扫描，而对上述光源部的温度进行检测，将该光源部温度成为极小时的上述波长转换元件的设定温度作为波长转换元件的最佳设定温度，以保持该设定温度的方式，对向对波长转换元件进行加热的加热机构的供电量进行控制。
此外，也可以将规定的条件(冷却条件、激光元件的温度等)作为参数，而定期地更新上述最佳设定温度。
并且，也可以与向激光的输入电力的变化、室温等周围温度的变化等相对应，根据预先设定的表或者数式，对上述设定温度进行更新。
即，在本发明中，如以下那样解决上述课题。
(1)一种激光光源装置，具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；使该半导体激光器点亮的点亮电路；对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对上述该波长转换元件进行加热的加热机构；对上述点亮电路和上述加热机构进行控制的控制部；以及对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；在该激光光源装置中，在上述控制部设置：温度控制机构，基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度；以及最佳温度设定机构，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，并且通过上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度作为上述波长转换元件的最佳设定温度，将上述设定温度设定为该最佳设定温度。
(2)在上述构成的激光光源装置中，在上述控制部设置有：温度控制机构，基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的输出进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度；以及最佳温度依次设定机构，在某个光源部温度，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，对各设定温度的上述光源部温度进行计测，求出该光源部温度成为极小时的温度，将该温度设定为上述光源部温度的上述波长转换元件的最初的最佳设定温度，相对于该最佳设定温度，将光源部温度以及/或者对激光器施加的电力条件作为参数而计算设定温度修正量，基于该修正量将上述设定温度依次定期地修正为该最佳设定温度。
(3)一种对激光光源装置中的波长转换机构的温度进行控制的方法，该激光光源装置具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；使该半导体激光器点亮的点亮电路；对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；以及对该波长转换元件进行加热的加热机构；基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度，在该方法中具备：第一工序，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，并且由上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度决定为上述波长转换元件的最佳设定温度；第二工序，将上述设定温度设定为上述最佳设定温度；以及第三工序，以上述波长转换元件的温度成为上述最佳设定温度的方式，对向上述加热器的供电量进行控制。
(4)一种对激光光源装置中的波长转换机构的温度进行控制的方法，该激光光源装置具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；使该半导体激光器点亮的点亮电路；对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；以及对该波长转换元件进行加热的加热机构；基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度，在该方法中具备：第一工序，对上述光源部温度进行检测，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，由上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度设定为上述光源部温度的上述波长转换元件的最初的最佳设定温度，在不同的光源部温度下，以光源部温度或者对激光器施加的电力条件为参数来对设定温度修正量进行计算；第二工序，基于上述设定温度修正量，将上述设定温度依次定期地修正为该最佳设定温度；以及第三工序，以上述波长转换元件的温度成为上述最佳设定温度的方式对向上述加热器的供电量进行控制。
发明的效果
在本发明中，能够得到以下的效果。
(1)即使不使用光电二极管等光检测装置，也能够对光源部温度成为极小的温度进行检测，因此能够求出成为最佳波长转换效率的波长转换元件的温度，能够将波长转换元件控制在成为最佳波长转换效率的温度，由此能够得到稳定的光输出。
此外，不需要使用光电二极管等光检测装置，因此还能够得到不需要校正等操作这种效果。
此外，对于多个激光光源单元，能够同时进行成为最佳波长转换效率的波长转换元件的最佳温度的设定，能够大幅度降低操作时间。
(2)求出与光源部的温度、向半导体激光器的电力条件相对的波长转换元件的最佳温度，将这些装置温度以及/或者对于激光器施加的电力条件作为参数而对设定温度修正量进行计算，将上述设定温度依次定期地更新为该最佳设定温度，以波长转换元件的温度成为该设定温度的方式进行反馈控制，由此即使在装置的运转中等，也能够常时、且简单地将波长转换元件的温度维持为最佳温度。因此，能够得到稳定的较高的光转换作用，能够提供作为整体为低成本、且效率较高的装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的激光光源装置的构成的图。
图2是表示本发明的第一实施例的激光光源装置中的控制部以及点亮电路的构成的框图。
图3是表示本发明的供电电路的具体化的一个构成例的图。
图4是表示本发明的脉冲电路的简化的一个构成例的图。
图5是表示驱动电路、控制单元、加热器等的连接关系的图。
图6是表示通过驱动电路向加热器供电的电流波形的一个例子的时间图。
图7是表示控制单元的温度控制机构的控制处理的一个例子的流程图。
图8是表示与波长转换元件的设定温度相对的来自激光光源的可见光输出以及光源部的温度的图。
图9是表示为了得到图8的特性的数据而使用的实验装置的构成例的图。
图10是表示对波长转换元件的最佳设定温度进行检测的处理(例1)的流程图。
图11是表示对波长转换元件的最佳设定温度进行检测的其他处理(例2)的流程图。
图12是例示了与波长转换元件的设定温度相对的可见光输出的关系的图。
图13是表示光源部温度、激光器点亮时的输入电力、波长转换元件的最佳设定温度之间的关系的图。
图14是表示通过三维图表表示的光源部温度、激光器点亮时的输入电力、波长转换元件的最佳设定温度之间的关系的特性图。
图15是表示本发明的第二实施例的激光光源装置中的控制部以及点亮电路的构成的框图。
图16是表示在本发明的第二实施例中的最佳温度依次设定机构的控制处理的一个例子的流程图。
图17是对在环境状态等变化时光源部温度和最佳设定温度实际上如何迁移进行说明的图。
图18是表示以往的激光光源装置的一个方式的框图。
图19是表示将激光器串联连接的以往的激光光源装置的其他构成例的框图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施例的激光光源装置的构成的图。
如图1所示那样，激光光源装置具有激光光源单元LH、用于使半导体激光器点亮的点亮电路20以及控制部21。
在激光光源单元LH中，在由热传导性较高的材质、例如铜(Cu)形成的作为底板(散热片)的基板1使，安装有遮断容器(例如铝制)3，该遮断容器3防止激光的泄漏，并且将内部所收纳的部件与外部空气、尘埃遮断并且进行绝热。
在遮断容器3内的上述基板1上，设置有作为基波光而放射红外光的半导体激光器2。半导体激光器2例如是放射1064nm的外部共振器型面发光激光器阵列。
在与该半导体激光器2对置的位置上，配置有将上述基波光的特定的窄带波段的光以较高的反射率(例如99.5％)进行反射的基波光反射元件4(例如上述VBG)，相对于上述半导体激光器2构成外部共振器。此外，基波光反射元件4使转换光透射。
此外，在半导体激光器2与基波光反射元件4之间，配置有对基波光的波长中的一部光(相位调制后的波长的光，相位调制温度为例如80C°～100C°)进行转换而成为波长转换光(第二次高次谐波：SHG)的波长转换元件(例如上述PPLN)5。该波长转换元件5将上述半导体激光器2输出的基波光即红外光转换为可见光或者紫外光。
在波长转换元件5上热接触地配置有导热板6，在导热板6上设置有对波长转换元件5进行加热的机构即加热机构(例如加热器)7、以及对波长转换元件5的温度进行检测的温度检测机构Th1(例如热阻器)。
通过上述半导体激光器2、波长转换元件5、基本波反射元件4来构成外部共振器型垂直面发光激光器，在此，将由上述半导体激光器2、波长转换元件5、基本波反射元件4构成的部分称为光源部12。
在上述半导体激光器2附近的基板1上，设置有对上述光源部12的温度进行检测的光源部温度检测机构(例如热阻器)Th2。
此外，上述光源部温度检测机构Th2设置于能够对上述光源部12附近的温度(除了波长转换元件本身的温度以外)进行检测的位置即可，除了上述基板1以外，还可以设置于半导体激光器2、基本波反射元件4的附近等。
在上述遮断容器3的与基板1对置的面上设置有分色输出镜10，透射上述基波光反射元件4而输出的波长转换光，从该分色输出镜10出射。
分色输出镜10使未被上述基波光反射元件4反射而透射了的基波光不透射地进行反射。由分色输出镜10反射的基波光，向束流收集器11(例如黑阳极氧化处理铝板)入射并被吸收。束流收集器11与上述遮断容器3热接触。
此外，在半导体激光器2与上述波长转换元件5之间，设置有使基波光透射、使波长转换光反射而向横向取出的分色镜8，由该分色镜8反射的波长转换光，由反射镜9向与透射了上述基波光反射元件4的波长转换光相同的方向反射，并透射上述分色输出镜10而出射。
即，本发明作为对象的激光光源装置的光源部12具备：波长转换元件5，对从半导体激光器2放射的基波光进行波长转换；以及基波光反射元件4(例如VBG)，配置在该波长转换元件5的出射侧，将从该波长转换元件5出射的光中、基波光的特定窄带波段的光以较高的反射率进行反射，相对于上述半导体激光器2构成外部共振器。
此外，还设置有对各部件进行保持的保持部件等，但在该图中未图示。
在图1中，从半导体激光器2出射的基波光如该图的箭头所示那样，经由分色镜8向波长转换元件5入射。
向波长转换元件5入射的光中的一部光被波长转换，该被波长转换的光透射基波光反射元件4，并经由分色输出镜10出射。此外，未由波长转换元件5波长转换的基波光，由基波光反射元件4反射而向波长转换元件5入射，而由波长转换元件5波长转换。该被波长转换的光由分色镜8反射，而经由反射镜9、分色输出镜10出射。
此外，未由波长转换元件5波长转换而向分色镜8入射的基波光，透射分色镜8并向半导体激光器2入射。
另一方面，未由基波光反射元件4反射而透射了该元件的基波光、以及未透射上述分色镜8而反射、并由反射镜9反射的基波光，如该图的箭头所示那样，由分色输出镜10反射，向束流收集器11入射而被吸收。
作为上述波长转换元件5，能够使用具有周期性极化反转结构的铌酸锂(LiNbO3)、掺杂了镁的铌酸锂(MgO：LiNbO3)、钽铌酸锂(LiTaNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、或者钛酸磷酸钾(KTiOPO4)等，一般来说，能够使用被称为周期性极化反转铌酸锂(PPLN)、周期极化反转掺杂Mg铌酸锂(PPMgLN)、周期性极化反转钽酸锂(PPLT)、以及周期性极化反转钛酸磷酸钾(PPKTP)的模拟相位调制波长转换元件。
如图1所示那样，在本实施例的光源装置中设置有控制部21、点亮电路20。
上述点亮电路20向上述半导体激光器2供给脉冲状的电力，使半导体激光器2点亮。上述控制部21对上述点亮电路20进行控制等，对激光光源装置的动作进行控制，并且对波长转换元件5的温度进行控制，而控制为波长转换元件5称为最佳波长转换效率的温度。
即，向控制部21输入由温度检测机构Th1检测的波长转换元件5的温度，如后述那样，控制部21将由光源部温度检测机构Th2检测的光源部12的温度称为极小时的波长转换元件的温度、设为波长转换元件的最佳设定温度，对加热机构7的加热量进行控制，而以波长转换元件5的温度称为上述最佳设定温度的方式对波长转换元件5的温度进行反馈控制(后述的第一实施例)。
此外，也可以如后述那样，控制部21基于由光源部温度检测机构Th2检测的光源部12的温度、对半导体激光器2施加的电力条件等，求出波长转换元件5的最佳设定温度，而对波长转换元件5的温度进行控制(后述的第二实施例)。
图2是表示本发明第一实施例的激光光源装置的控制部以及点亮电路的构成的框图。
如该图所示那样，点亮电路20例如包括：供电电路U1，由以降压斩波器、升压斩波器为代表或者其他方式的开关电路等构成；以及脉冲电路U2，供给脉冲状的电力；根据半导体激光器2的状态或者点亮顺序，将适合的电压·电流向半导体激光器2输出。
根据激光器的种类，周知对激光器施加大致数百kHz的矩形波状的脉冲电压的方式。在本实施例中，脉冲电路U2配置于供电电路U1的输出级，以所希望的频率生成脉冲，而向上述半导体激光器2输出。
此外，根据与上述不同的激光器种类，不限于上述情况，也可以省略脉冲电路U2，而将来自上述供电电路U1的输出电压直接对与上述半导体激光器2相当的激光光源施加。
本实施例所示的半导体激光器2发光红外线，为了转换为可见光而具有对波长进行转换的元件即波长转换元件5(例如PPLN)。
该波长转换元件5具有通过上升到规定的温度来进行模拟相位调制而使光转换的效率上升的特征，需要非常高精度的温度控制。因此，在激光光源单元LH中，也具备波长转换元件5和用于使其升温的加热机构7(以下作为加热器7进行说明)，并配置有对加热器7的温度(即波长转换元件5的温度)进行检测的元件温度检测机构Th1、例如热阻器。
此外，控制部21包括控制单元F1以及对加热器7进行驱动的驱动电路U3。
上述供电电路U1通过由计算处理装置(CPU或者微处理器)构成的控制单元F1控制为，对半导体激光器2施加的电压、流动的电流，成为预先设定的值、或者从外部设定的值。此外，进行该供电的开始、停止等的控制。
此外，脉冲电路U2通过控制单元F1控制。控制单元F1决定用于得到较高的光输出效率的最佳脉冲频率和占空周期比，根据该值，使脉冲电路U2的开关元件导通·截止，并产生对半导体激光器2进行驱动的脉冲输出。
控制单元F1具备最佳温度设定机构21a和温度控制机构21b。
温度控制机构21b基于由元件温度检测机构Th1检测的温度与由最佳温度设定机构21a设定的设定温度之差，对向上述加热器7的供电量进行控制，并控制为波长转换元件5的温度成为上述设定温度。
最佳温度设定机构21a为，在对上述波长转换元件5照射上述激光时，使上述设定温度变化，对各设定温度下的由光源部温度检测机构Th2检测的光源部12的温度进行观测，求出该光源部温度成为极小的设定温度，将该温度设为最佳设定温度，将上述设定温度设定为该最佳设定温度。
即，控制单元F1的温度控制机构21b对驱动电路U3进行驱动而对向加热器7的供电量进行控制，以由元件温度检测机构Th1检测的波长转换元件5的温度成为上述最佳设定温度的方式进行反馈控制。
具体地说，控制单元F1将表示用于对向加热器7的供电量进行控制的供电量的信号向驱动电路U3送出，驱动电路U3对加热器7进行驱动，而以波长转换元件5的温度成为上述最佳设定温度的方式进行反馈控制。
驱动电路U3的输出方式也可以不输出电压电平，而使用PWM方式来控制供电量。
图3是表示在本发明的激光光源装置的点亮电路20中能够使用的上述供电电路U1的具体化的一个构成例的图。
以降压斩波器电路为基本的上述供电电路U1，从DC电源M1接受电压的供给而进行动作，进行向上述半导体激光器2的供电量调整。
在供电电路U1中构成为，通过上述控制单元F1对FET等开关元件Q1进行驱动，而使来自上述DC电源M1的电流导通·截止，经由扼流线圈L1对平滑电容器C1进行充电，向上述半导体激光器2供给电流。此外，在上述开关元件Q1为导通状态的期间，通过在上述开关元件Q1中流动的电流，直接进行向上述平滑电容器C1的充电、以及向负载即上述半导体激光器2的电流供给，并且在扼流线圈L1中以磁通的形式蓄积能量，在上述开关元件Q1为截止状态的期间，通过在上述扼流线圈L1中以磁通的形式蓄积的能量，经由续流二极管D1进行向上述平滑电容器C1的充电以及向上述半导体激光器2的电流供给。
此外，之前与图2相关联地说明了的上述供电电路U1的停止状态，是指上述开关元件Q1以截止状态停止的状态。
在上述降压斩波器型的上述供电电路U1中，能够根据上述开关元件Q1导通状态的期间相对于上述开关元件Q1的动作周期、即占空周期比，对向上述半导体激光器2的供电量进行调整。在此，由上述控制单元F1生成具有某个占空周期的栅极驱动信号，经由栅极驱动电路G1，对上述开关元件Q1的栅极端子进行控制，由此控制从上述DC电源的电流的导通·截止。
构成为，能够通过供电电流检测机构I1和供电电压检测机构V1来检测向上述半导体激光器2的电流和电压。此外，对于上述供电电流检测机构I1能够使用分流电阻而简单地实现，此外对于上述供电电压检测机构V1能够使用分压电阻而简单地实现。
来自上述供电电流检测机构I1的供电电流检测信号以及来自上述供电电压检测机构V1的供电电压检测信号向上述控制单元F1输入，控制单元F1输出上述栅极驱动信号，对开关元件Q1进行导通·截止控制，并以输出目标电流的方式进行反馈控制。由此，能够将适当的电力或者电流向激光器供给。
图4是表示能够在本发明的激光光源装置的点亮电路20中使用的脉冲电路U2的被简化的一个构成例的图。
脉冲电路U2由使用了FET等开关元件Q2的电路构成。
开关元件Q2经由栅极驱动电路G2而通过由控制单元F1生成的信号来驱动。开关元件Q2高速重复进行导通·截止的动作，每当成为导通时，就从由上述供电电路U1的输出充电的电容器组C2经由该开关元件Q2向半导体激光器2进行供电。
例如，在将大致数百kHz的矩形波状的脉冲电压向激光器施加的方式中，与单纯的DC驱动相比，脉冲驱动方式能够降低半导体元件、例如激光二极管内的接合部温度(结点温度)，作为其结果，具有能够使光输出的效率上升的效果。其原因为，一般而言，当对激光二极管进行DC驱动时，与脉冲驱动相比正向电压降低，因此将相同程度的电力向激光二极管供电时，需要使供给电流增加，结果，电流增大导致的损失增加，结点的温度增加。
无论如何，控制单元F1能够决定用于得到更高光输出效率的最佳脉冲频率和占空周期比，并根据该值来对半导体激光器2进行驱动。但是，由于成本上的关系，也可以为，以多少的光输出效率的恶化为前提而将脉冲电路U2削除，而成为以DC直接驱动半导体激光器2等的方式。
图5是表示本发明的激光光源装置的驱动电路U3、上述控制单元F1以及波长转换元件等的连接关系的被简化的一个构成例的图。
上述激光光源单元LH搭载波长转换元件5，使光输出成为最大，即，存在光波长转换的效率成为最大的条件。该条件是指上述波长转换元件5的温度，通过赋予适当的温度条件而能够得到较高的转换效率。由此，需要通过从外部使波长转换元件5的温度升温而将波长转换元件5调整为最佳温度的机构。因此，关键是在该波长转换元件5附近设置加热器7，以波长转换元件5的温度成为最佳温度的方式对加热器7进行控制。
对此处的波长转换元件5的适当温度条件进行补充，由于制造上的重要因素或者波长转换元件5的构成、制造上的理由，而每个个体的最佳值不同，例如为大致80℃～100℃程度的温度，存在相同范围程度的“差别”。
构成控制单元F1的计算处理装置(CPU或者微处理器)，需要如上述那样，以成为波长转换元件5的最佳温度条件的方式进行控制。
为了将波长转换元件5的温度在所希望的温度保持为一定，而通过间接地对加热器7的温度进行控制来实现该情况。由此，将温度检测机构Th1配置在加热器7附近的导热板6(参照图1)。
如上述那样，控制单元F1具有最佳温度设定机构21a和温度控制机构21b，控制单元F1的温度控制机构21b通过温度检测机构Th1取得波长转换元件5的温度信息。然后，将由上述最佳温度设定机构21a设定的设定温度与由上述温度检测机构Th1检测的温度进行比较，而对向加热器7的供电量进行反馈控制。
作为此处的向加热器7的供电方法的方式，将来自控制单元F1的PWM信号的脉冲信号，经由驱动电路U3的栅极驱动电路G3向上述开关元件Q3的栅极端子送出，对该开关元件Q3进行导通·截止控制。
作为其结果，对于上述加热器7，例如从DC24V的DC电源以规定的周期供电规定的脉冲电压。如此，控制单元F1对加热器7的供电量进行控制，作为其结果，以上述波长转换元件5成为最佳温度的方式稳定地进行控制。
另外，点亮电路需要预先求出波长转换元件5的最佳设定温度。因此，还存在将控制加热器7的目标温度通过串行通信等从外部信号Sc设定于点亮电源装置的方法，但在本实施例中，如后述那样，在对波长转换元件照射有上述激光时，在包含进行控制的目标温度的范围内使上述设定温度扫描，对上述光源部12的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度设为最佳设定温度。该目标温度信息被向控制单元F1内所配置的存储元件、例如EEPROM、FLASHROM写入并保存。
图6是本发明的实施例的激光光源装置的点亮电路中的、将通过驱动电路U3向上述加热器7供电的电流波形简化了的时间图。
为了对向加热器7的供电量进行反馈控制，控制单元F1的温度控制机构21b决定该图所示的PWM1周期和PWM导通宽度，而生成PWM信号。
此外，也可以代替上述PWM信号，生成频率变调信号等表示与PWM信号同样的模拟量的信号。
通过该导通宽度的增减来调整向加热器7的供电量，并控制波长转换元件5的温度。
作为上述反馈控制方式，一般能够使用作为“导通·截止-PID控制”而已知的控制方式。PID控制是将比例要素、积分要素以及微分要素组合而以成为目标温度的方式进行控制的方式。此外，在本实施例中使用的PWM输出的频率例如应用大致数kHz程度的值。
图7是表示上述控制单元F1的温度控制机构21b的控制处理的一个例子的流程图。图7的流程图能够通过上述控制单元F1内所安装的微计算机的软件处理来实现，控制单元F1的温度控制机构21b例如执行以下的流程图所示的处理，将波长转换元件5的温度控制为由最佳温度设定机构21a设定的最佳目标温度。
控制单元F1的温度控制机构21b为了将波长转换元件5的温度控制为目标温度，通过温度检测机构Th1检测波长转换元件5的温度(在图1中由加热器7加热的导热板6的温度)，将检测的温度与成为目标温度的上述最佳设定温度进行比较，由此周期性地执行并控制向加热器7的输出操作量。
对此，以其代表性方法即将比例要素与积分要素组合了的PI控制为例进行说明。
在图7中，在步骤(B01)中开始加热器控制，首先，在步骤(B02)中通过温度检测机构Th1测定与波长转换元件5的温度存在相关的由加热器7加热的导热板6的当前温度、即波长转换元件5的温度实测值(PPLN温度实测值)，而得到温度实测值(Tm_PPLN)。
接下来，在步骤(B03)中，读入波长转换元件5的目标温度、即由上述控制单元F1的最佳温度设定机构21a设定的波长转换元件5的最佳温度设定值(PPLN温度设定值)，而得到最佳温度设定值(Ts_PPLN)。
然后，在步骤(B04)中，将上述最佳温度设定值(Ts_PPLN)与由温度检测机构Th1测定的温度实测值(Tm_PPLN)进行比较，求出其差分(en)。使用该差分(en)，在步骤(B05)中进行PI计算。在该PI计算中，通过数式(1)求出向加热器7的供电量、即向加热器7的操作量。
MVn＝MVn-1+Kp×en+Ki×en‐1···(1)
在此，MVn是这次的操作量，MVn-1是前周期的操作量，en是这次计算出的温度之差值，en-1是前周期的温度差值，Kp、Ki为常量。
通过PI计算而计算出的操作量(MVn)，作为由控制单元F1送出的PWM信号的导通宽度进行更新，但在步骤(B06)、步骤(B07)中，在操作量(MVn)超过最大值(MVn上限值)的情况下将该最大值作为操作量(MVn)、在小于最小值(MVn下限值)的情况下将最小值作为操作量(MVn)，而进行上下限限制(步骤(B08)、步骤(B09))。
然后，在步骤(B06～B9)中，将最终决定的操作量作为由控制单元F1送出的PWM信号的导通宽度(Duty(n))进行更新，使该周期的加热器控制结束(步骤(B10))。
使从该步骤(B01)到步骤(B11)为止的一系列动作以规定的周期重复。通过周期性地执行本流程图并进行反馈控制，由此稳定地控制为上述波长转换元件5成为最佳温度。
在此说明的控制算法，使用由比例控制和积分要素构成的PI控制方式，但例如也可以使用PID控制那样包括增加了Differential(微分)要素的控制的其他反馈控制方式。
接下来，对在本发明中得到波长转换元件的波长转换效率成为最大的最佳目标温度的方法进行说明。
首先，说明对光源部温度(Tlsr)产生影响的热。
由设置于半导体激光器2或其附近等的光源部温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)，受到激光器点亮时的输入电力(Pinput)、冷却条件、波长转换元件所附属的加热器温度(即波长转换元件5的温度(Tppln))等各种参数的影响。
此外，在将多个激光光源单元高密度地安装的情况下，可以认为最近的半导体激光器的发热对该半导体激光器装置的光源部12的温度(Tlsr)产生影响。由于无法例举全部这些可以认为对光源部12的温度(Tlsr)产生影响的参数，因此在以下使用“冷却条件(Tcool)”这个语句，来对激光器点亮时的输入电力(Pinput)、上述波长转换元件的温度、加热器温度(Tppln)以外的热的外部环境条件进行通称。(在此，设为外部是指激光光源单元的外壳之外)。
例如，在冷却条件(Tcool)(例如设置场所的室温、激光光源单元所设置的框体内部温度、激光冷却器的设定水温等的全部)为一定，而仅使激光器点亮时的输入电力(Pinput)变化的情况下，随着激光器点亮时的输入电力(Pinput)增加而光源部温度(Tlsr)上升。这是因为，随着激光器点亮时的输入电力(Pinput)的增加，激光元件的发热增加。
此外，作为其他例子，在激光器点亮时的输入电力(Pinput)为一定，而仅使冷却条件(Tcool)变化的情况(例如气温的变化)下，随着冷却条件(Tcool)(例如季节变化导致的气温)的上升，而冷却效率降低，排热量减少，因此光源部温度(Tlsr)上升。
即，对以上内容进行总结，光源部温度(Tlsr)能够用以下的式(1)表示。能够表现为：
Tlsr＝F1(Tcool，Pinput，Tppln)…(1)。
图8是表示与波长转换元件5的设定温度(Tppln)相对的来自激光光源的光输出(Wopt)以及光源部12的温度(Tlsr)的图，横轴表示波长转换元件的设定温度(Tppln)，上图的纵轴表示光输出(Wopt)，下图的纵轴表示光源部温度(Tlsr)。
图8的曲线(a)表示与某个一定冷却条件(Tcool＝一定)以及某个一定的激光器点亮时的输入电力(Pinput＝一定)下的波长转换元件的设定温度(Tppln)相对的可见光输出Wopt。
图8的直线(b)表示对于某个一定冷却条件(Tcool＝一定)以及某个一定的激光器点亮时的输入电力(Pinput＝一定)下的波长转换元件5的设定温度(Tppln)而预测的光源部温度(Tlsr)(是单纯地仅考虑了波长转换元件5的温度的影响的情况)。
图8(c)的曲线是表示与某个一定冷却条件(Tcool＝一定)以及某个一定的激光器点亮时的输入电力(Pinput＝一定)下的波长转换元件5的设定温度(Tppln)相对的实际的光源部温度(Tlsr)。
可见光输出(Wopt)成为最大的波长转换元件5的设定温度(Tppln)下的光源部温度(Tlsr)如图8所示那样成为极小。
对此在以下进行说明。
通过将波长转换元件5的设定温度(Tppln)设定为特定的温度(Tppln＝Tc)，由此如图8(a)所示那样，在光源部12中能够将从半导体激光器2输出的红外光以最大的转换效率转换为可见光。
在激光器点亮时的输入电力(Pinput)以及冷却条件(Tcool)为一定的情况下，上述式(1)能够如以下的式(2)所示那样，表现为波长转换元件的设定温度(Tppln)的函数。
Tlsr＝F1(Tppln)…(2)
随着将波长转换元件5的设定温度(Tppln)设定为高温，向加热器7的供电量增加，因此光源部温度(Tlsr)也受到与供电量增加相伴随的加热器发热量增加(＝加热器温度上升)的影响，而预测为会成为可靠地上升的趋势。即，预料为光源部温度(Tlsr)为波长转换元件设定温度(Tppln)的单调增加函数(图8的虚线(b))那样的举动。
但是，在实际上，未成为图8的虚线(b)那样，而如图8的实线(c)那样，示出在激光光源的可见光输出(Wopt)成为最大的波长转换元件的设定温度(Tppln＝Tc)下成为极小的向下凸的举动。
该现象能够如以下那样进行说明。在上述激光器点亮时的输入电力(Pinput)以及冷却条件(Tcool)为一定的情况下，在红外线未被波长转换元件5转换为可见光的温度区域，某个一定的红外线被封闭在共振器内，对半导体激光器2具有基于共振器内红外能量的输入热。
另一方面，在红外线被转换为可见光的波长转换元件5的设定温度区域(Tppln＝Tc)周边，从半导体激光器2输出的红外线的大半由波长转换元件5转换为可见光，并向激光光源单元LH的外壳外放出，因此基于共振器内红外能量的向半导体激光器2的输入热减少。该基于共振器内红外能量的向半导体激光器2的输入热的减少量与向外壳外放出的可见光的量成正比例，因此可以认为光源部温度(Tlsr)成为极小的点(Tlsr＝Tl)与波长转换元件的转换效率最高的波长转换元件的设定温度(Tppln＝Tc)一致。即，在式(2)中，在波长转换元件5的设定温度(Tppln＝Tc)下成为以下的(3)式。
[数1]
( ∂ Tlsr ∂ Tpp ln ) = 0 且 ( ∂ 2 Tlsr ∂ 2 Tpp ln ) > 0 ·····(3)
通过由设置于半导体激光器2或其附近的光源部温度检测机构Th2对光源部温度(Tlsr)进行观测，由此即使不由光功率计等光输出测定装置110(参照图18等)对可见光输出(Wopt)进行测定，就能够设定为向可见光的转换效率最高的波长转换元件的设定温度(Tppln＝Tc)，部件数量减少并且不需要对可见光输出进行测定的机构，因此能够减少成本。
接下来，根据图9来说明对与波长转换元件的设定温度相对的可见光输出(Wopt)以及此时的光源部温度进行测定，并得到图8所示的数据的方法。
在图9中，LH为激光光源单元，20为点亮电路，21为波长转换元件5的设定温度(Tppln)的控制部，该控制部21对加热器7的加热量进行控制而对波长转换元件5的设定温度进行反馈控制，以便由元件温度检测机构Th1检测的波长转换元件5(在此为PPLN)的温度成为从设定温度更新机构31赋予的波长转换元件的设定温度。
此外，32为对激光光源单元的可见光输出进行测定的光功率计，34是对由光功率计32测定的可见光输出、由温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)进行记录的存储机构，由光功率计32测定的光输出、由光源部温度检测机构Th2检测的光源部温度记录于上述存储机构34等。此外，35为对半导体激光器2等进行冷却的半导体激光器冷却装置。
用于得到图8所示的数据的实验条件以及实验方法如以下那样。
(1)使冷却条件(例如测定时的室温)(Tcool)例如为25.0℃一定
(2)将波长转换元件5的设定温度(Tppln)例如设定为80.0℃(控制部21以由元件温度检测机构Th1检测的波长转换元件5的温度成为上述设定温度(例如80.0℃)进行反馈控制)
(3)在测定中，例如不在测定样本附近使其他激光器点亮等而不使周围的环境变化，使冷却条件(Tcool)成为一定
(4)使向半导体激光器2的激光器点亮时的输入电力(Pinput)例如为50W一定而进行点亮。
(5)对于从激光光源单元LH输出的由波长转换元件5转换为可见光转换的可见光输出(Wopt)，使用光功率计32来测定其输出值。
(6)还对由光源部温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)进行测定
(7)在可见光输出(Wopt)以及由温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)的测定结束之后，通过设定温度更新机构31使波长转换元件的设定温度(Tppln)上升0.1℃(例如，更新为80.1℃。使激光器点亮时的输入电力(Pinput)保持为50W一定而变化)
(8)如果波长转换元件5的温度稳定于设定温度，则通过光功率计32对半导体激光器(LD)的可见光输出进行测定，并对由光源部温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)进行测定
以下，同样使波长转换元件的设定温度每次上升0.1℃，而对波长转换元件5的温度稳定在设定温度时的可见光输出、以及由温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)进行测定。这一系列的操作继续进行，直到规定的波长转换元件5的设定温度最大值、例如100.0℃。
通过重复进行该操作，在波长转换元件5的温度为80℃～100℃的范围内，能够收集由温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)和由光功率计32测定的可见光输出(Wopt)的数据。
然后，将波长转换元件5的温度(Tppln)、所得到的来自激光光源单元LH的可见光输出(Wopt)、以及由光源部温度检测机构Th2检测的光源部温度(Tlsr)的关系性进行标绘，由此能够求出图8的特性图。
根据本发明，即使另外使用测定光的机构，即、不产生不必要的成本，就能够求出最佳温度(Tc)，能够享受本发明的优点。
并且，在使用多个或者大量上述激光光源单元LH来构成制品的、例如大型投影系统的情况下，当每次一个个体地进行测定时，需要非常长的调整时间，但根据本发明，即使是多个激光光源单元，也能够同时进行最佳温度的检索，能够使操作时间大幅度降低，能够享受本发明的优点。
并且，根据本发明，即使成为将半导体激光器2的激光二极管串联连接的电路构成(例如上述图19的构成)，也不需要对射出的光输出进行测定，因此能够简单地发现最佳温度，能够享受本发明的优点。
图10是表示在上述图2所示的控制部21的控制单元F1的最佳温度设定机构21a中进行的、对波长转换元件5的最佳设定温度进行检测的处理(例1)的流程图。图10的流程图能够通过控制单元F1内所安装的微计算机的处理来实现，最佳温度设定机构21a执行该流程图，对波长转换元件5的最佳设定温度进行设定。在图10的流程图中，在使波长转换元件5的设定温度(Tppln)每次稍微改变的同时，通过光源部温度检测机构Th2对光源部温度(Tlsr)进行检测，将光源部温度(Tlsr)变得最小时的波长转换元件5的温度设定为最佳设定温度(Tppln_opt)。
波长转换元件5的最佳设定温度如以下那样设定。
在步骤B21中，输入开始波长转换元件的温度自动设定操作的信号输入，开始温度自动设定处理。
在步骤B22中，对前次测定的波长转换元件5的温度测定值(PPLN温度设定值：Tppln)加“1”。即，设定为1个阶段之后的步骤的温度(Ts(n))。例如，如果前次的温度测定值为90.0℃而温度上升的各步骤的宽度为0.1℃，则将设定值确定为90.1℃。
在步骤B23中，对波长转换元件5的温度进行实测并判断是否稳定。
在步骤B24中，将波长转换元件5的温度(PPLN温度实测值)稳定于设定温度的状态下的光源部温度(Tlsr(n))临时保存。
在步骤B25中，将这次的波长转换元件5的设定温度下的该光源部温度(Tlsr(n))与在1个阶段前的波长转换元件5的设定温度下稳定时的光源部温度(Tlsr(n-1))的大小进行比较。在与前次相比这次的光源部温度(Tlsr(n))更大的情况下，向步骤B28跳跃。
在步骤B26中，在与前次相比这次的光源部温度(Tlsr(n))更小的情况下，判断这次的光源部温度(Tlsr(n))是否小于光源部温度的最小值(Tlsr最小值)(Tlsr最小值被预先初始设定为比光源部温度的实际的最小值更大的值)。在大于最小值的情况下，向步骤B28跳跃。
在步骤B27中，在光源部温度小于最小值的情况下，将该这次的光源部温度(Tlsr(n))新登记为最小值(Tlsr最小值)。
在步骤B28中，将预先设定的波长转换元件5的温度扫描范围(例如80℃～100℃)的上限值(PPLN温度上限值)、与对于这次设定的波长转换元件的温度测定值的1个阶段之后的步骤的温度Ts(n)的大小进行比较。
在设定的温度Ts(n)小于扫描的温度的上限值的情况下，返回步骤B22重复相同的步骤。
在步骤B29中，在Ts(n)达到扫描的温度的上限值的情况下，对该时刻的光源部温度的最小值(Tlsr最小值)进行记录，将该最小值的情况下的波长转换元件5的温度(PPLN温度)设定为波长转换元件5的最佳温度。
在步骤B30中，如果决定了波长转换元件的最佳温度，则使波长转换元件温度的自动设定结束。
通过按照上述流程图进行处理，由此图8所示的曲线(c)能够成为最小值，即不对温度Tc时的可见光输出进行监视，就能够对波长转换元件5的最佳温度进行检测并进行设定。
图11是表示在控制单元F1的最佳温度设定机构21a中进行的、对波长转换元件5的最佳设定温度进行检测的其他处理(例2)的流程图。
在步骤B31中，输入开始波长转换元件5的温度自动设定操作的信号，开始温度自动设定操作。
在步骤B32中，对前次测定的波长转换元件5的温度测定值(PPLN温度设定值)加“1”。即，设定为1个阶段之后的步骤的温度(Ts(n))。例如，如果前次的温度测定值为90.0℃而温度上升的各步骤的宽度为0.1℃，则将设定值决定为90.1℃。
在步骤B33中，对波长转换元件5的温度进行实测并判断是否稳定。
在步骤B34中，在温度稳定的情况下，使光源部温度(Tlsr(n))以及波长转换元件的设定温度(Ts(n))暂时存储于微计算机等的存储器区域。
在步骤B35中，到设定温度(Ts(n))成为预先设定的波长转换元件5的温度扫描范围(例如80℃～100℃)的上限值(PPLN温度扫描上限值)为止，对设定温度每次1step地进行加法，并重复上述动作(步骤B35→步骤B32～B34)，将数据蓄积到上述存储器区域。使这些全部数据存储于存储器区域。
在步骤B36中，从存储器区域所存储的全部数据中读出光源部温度的最小值。
在步骤B37中，将此时的光源部温度成为最小值的波长转换元件温度设定为最佳波长转换元件的温度(PPLN温度)。
上述图7所示的温度控制机构21b的控制处理、以及图10或者图11所示的最佳温度设定机构21a的波长转换元件的最佳设定温度的检测按照以下那样的定时执行。
例如，在将激光光源装置出厂之前，预先按照图10或图11的流程图所示的顺序，求出波长转换元件5的温度的最佳设定值而存储。然后，在装置的运转时，在环境状态无变化的状态下，根据该设定值来执行图7的流程图所示的控制处理，对波长转换元件5的温度进行控制。
此外，当如以下所述那样，半导体激光器2等的周围温度变化等、环境状态变化时，波长转换元件的最佳温度变化，因此根据环境状态的变化，适当地执行上述图10、图11的处理，对最佳设定值进行更新。
此外，求出上述最佳设定温度的处理，也可以在当日的最初操作的开始时、季节的交替时、或者按照每月一次或每周一次等地进行实施，进行所谓的定期校正、定期维护。此外，也可以在对半导体激光器进行交换时实施。
然而，如上述那样，根据其性质，激光光源装置的光输出较大地取决于波长转换元件5的温度。为了从该波长转换元件得到较高的转换效率，而要求其温度的极高精度的控制。
然而，得到该较高转换效率的最佳温度，根据半导体激光器2周围的温度、在具有外部共振器的情况下根据外部共振器的温度、以及其他点亮状态等使用环境，有时在激光光源装置的点亮中也逐渐变化。
例如，在将激光光源装置的设置场所移动了的情况下、随着季节性的周围温度的变化等，最佳温度变化，每当此时，为了设定波长转换元件的最佳温度，就产生求出最佳设定温度的需要。
接下来，对在冷却条件(Tcool)、激光器输入条件(Pinput)变化了时、波长转换元件的最佳温度(Tppln_opt)变化的情况进行说明。
激光光源装置的可见光输出(Wopt)较大地取决于波长转换元件的温度以及半导体激光器的活性层的温度。并且，在具有对规定波长的红外光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器(例如体积布拉格光栅；VBG：Volume Bragg Grating)的情况下，较大地取决于外部共振器的温度。
由于该波长转换元件的温度变化，因此相位调制波长变化，因此对于某个特定波长的红外光的向可见光的转换效率较大地变化。
在半导体激光器的活性层的温度变化的情况下，由于构成材料的折射率的温度依存性、热膨胀等，而振荡波长变化。通常，随着成为高温，而振荡波长向长波长侧偏移。
在外部共振器的温度变化的情况下，同样由于折射率的温度依存性、热膨胀等，而选择性地反射的红外光的波长变化。在该情况下，通常也是随着成为高温，而选择反射波长、即具有外部共振器的激光的振荡波长向长波长侧偏移。
即，需要以在与半导体激光器以及外部共振器的温度相对应的振荡波长得到较高的转换效率的方式，对波长转换元件的温度进行控制，要求极高精度的控制。
由于存在上述振荡波长的温度依存性，因此得到向可见光的较高转换效率的波长转换元件的最佳温度(Tppln_opt)，由于激光光源装置的点亮条件的变化，有时在激光光源装置的点亮中也逐渐变化。
作为例子，对冷却条件(Tcool)一定而仅激光器点亮时的输入电力(Pinput)变化的情况进行说明。
图12是例示了可见光输出(Wopt)相对于波长转换元件的设定温度(Tppln)的关系的图。
图12的实线(a)是在激光器点亮时的输入电力(Pinput)为Pi1的状态下，如在上述图8中说明的那样，将改变了波长转换元件5的设定温度(Tppln)时的可见光输出(Wopt)形成曲线的线，此外，图12的(b)是在激光器点亮时的输入电力(Pinput)为Pi2的状态下，将改变了波长转换元件5的设定温度(Tppln)时的可见光输出(Wopt)形成曲线的线。
现在，在使激光器点亮时的输入电力(Pinput)按照Pi1→Pi2变化时，可见光输出成为最大的波长转换元件的最佳温度(Tppln_opt)变化为Tp1(◇)→Tp2(●)(当将波长转换元件的设定温度保持为Tp1时，光输出降低到Wo2)。
由此，通过将波长转换元件的设定温度(Tppln)设定为Tp2，由此能够得到最佳波长转换特性。
接下来，对波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)、光源部温度(Tlsr)以及激光器点亮时的输入电力(Pinput)之间的关系进行说明。图13表示上述最佳设定温度(Tppln_opt)、光源部温度(Tlsr)以及激光器点亮时的输入电力(Pinput)之间的关系。
为了得到上述关系，使用上述图9的装置，安装以下顺序进行了实验。
例1)使向半导体激光器2的激光器点亮时的输入电力(Pinput)为一定，例如使输入电力为55W一定，使冷却条件(Tcool)变化，例如仅使半导体激光器冷却装置35的设定值在10℃～40℃的范围内以1℃刻度变化。在半导体激光器冷却装置35的各设定值，使波长转换元件5的设定温度(Tppln)每次变更0.1℃，并进行当时的光源部温度(Tlsr)的测定。可知光源部温度(Tlsr)成为极小的点与波长转换元件的可见光转换效率最高的波长转换元件的设定温度(Tppln_opt)一致，因此求出半导体激光器冷却装置35的各设定值的光源部温度(Tlsr)成为极小时的波长转换元件的设定温度(Tppln_opt)。
基于如上述那样得到的结果，将光源部温度(Tlsr)与波长转换元件的最佳温度(Tppln_opt)之间的关系性形成曲线，由此能够求出图13(a)的特性图。如该图所示那样，当使光源部温度(Tlsr)增加时，波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)也上升(该图箭头)。
例2)使冷却条件(Tcool)为一定，例如半导体激光器冷却装置35的设定值为20℃一定，使向半导体激光器2的激光器点亮时的输入电力(Pinput)例如在40W～70W的范围内以5W刻度变化，在各激光器点亮时的输入电力(Pinput)中，使波长转换元件5的设定温度(Tppln)每次变更0.1℃，并进行当时的光源部温度(Tlsr)的测定。光源部温度(Tlsr)成为极小的点与波长转换元件5的可见光转换效率最高的波长转换元件5的最佳设定温度(Tppln_opt)一致，因此求出各激光器点亮时的输入电力(Pinput)的光源部温度(Tlsr)成为极小时的波长转换元件5的设定温度(Tppln_opt)。然后，基于所得到的结果，将激光器点亮时的输入电力(Pinput)与波长转换元件5的最佳设定温度(Tppln_opt)之间的关系性形成曲线，由此能够求出图13(b)的特性图。如该图所示那样，当使激光器点亮时的输入电力(Pinput)增加时，波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)也上升(该图箭头)。
并且，在将向半导体激光器2的输入电力保持在与上述例1)不同的设定值为一定的状态、将冷却条件保持在与上述例2)不同的设定值为一定的状态下，对光源部温度(Tlsr)、激光器点亮时的输入电力(Pinput)以及波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)进行测定，并将其关系形成曲线，由此能够求出所希望范围的光源部温度(Tlsr)和最佳设定温度(Tppln_opt)相对于激光器点亮时的输入电力(Pinput)的关系。
表1是表示如上述那样求出的光源部温度(Tlsr)、向激光器点亮的供给电力(W)(Pinput)以及最佳设定温度(Tppln_opt)之间的关系的表。
[表1]
图14是如此求出的用具有XYZ轴的三维图来表示的特性图，该图的X轴为光源部温度(Tlsr)，Y轴为激光器点亮时的输入电力(Pinput)，Z轴为最佳设定温度(Tppln_opt)。在该图中，例如F(Tlsr，Pinput)55W表示激光器点亮时的输入电力(Pinput)为55W时的最佳设定温度(Tppln_opt)。
此外，将如此求出的关系表示为以下的式(4)。
Tppln_opt＝F2(Tlsr，Pinput)…(4)
如以上那样，根据周边环境等的变化，波长转换元件的光转换特性进行偏移。
在本发明中，根据周围环境等的变化，通过上述式(4)来求出最佳设定温度，并对波长转换元件的温度进行控制。
此外，除了每当此时通过式(4)的函数对最佳设定温度进行计算以外，也可以使各数据向存储器存储，并根据数据表来控制对应的加热器设定温度。
图15是表示如上述那样根据周围环境的变化而对波长转换元件的设定温度进行控制的本发明的第二实施例的激光光源装置的控制部以及点亮电路的构成的框图。
与上述图2所示的构成的不同点在于，在控制单元F1中，代替上述最佳温度设定机构21a而设置有最佳温度依次设定机构21c，对最佳设定温度进行检测的顺序与在上述第一实施例中说明的顺序不同，其他构成以及动作与在上述第一实施例中说明了的相同。
即，如上述那样，点亮电路20由供电电路U1以及供给脉冲状电力的脉冲电路U2构成，根据半导体激光器2的状态或者点亮顺序，将适合的电压·电流向半导体激光器2输出。
此外，为了将半导体激光器2发光的红外线转换为可见光，而设置有转换波长的波长转换元件5(例如PPLN)，并设置有用于使其升温的加热器7、温度检测机构Th1。
控制部21由控制单元F1和驱动加热器7的驱动电路U3构成，供电电路U1、脉冲电路U2由控制单元F1控制。
控制单元F1具备最佳温度依次设定机构21c以及温度控制机构21b。
如上述图7的流程图所示那样，温度控制机构21b基于由温度检测机构Th1检测的温度与由最佳温度设定机构21c设定的设定温度之差，对向上述加热器7的供电量进行控制，以波长转换元件的温度成为上述设定温度的方式进行反馈控制。
最佳温度依次设定机构21c为，当检测到半导体激光器的周边温度即装置温度时，使用函数或者表等定期地求出与该温度对应的波长转换元件的设定温度(或其修正值)而设定最佳设定温度，并将该最佳设定温度向上述温度控制机构21b输送。温度控制机构21b以波长转换元件5的温度成为上述设定温度的方式对波长转换元件5的温度进行控制。
即，最佳温度依次设定机构21c为，在某个光源部温度下，在对上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，对各设定温度下的上述光源部温度进行计测，并求出该光源部温度成为极小时的温度，将该温度设定为上述光源部温度下的上述波长转换元件的最初的最佳设定温度，对于该最佳设定温度，将光源部温度以及对激光器施加的电力条件作为参数，对设定温度修正量进行计算，并基于该修正量，将上述设定温度依次定期更新为该最佳设定温度。
图16是表示在本发明的第二实施例中，控制单元F1的最佳温度依次设定机构的控制处理的一个例子的流程图。
以下，根据图16，对根据光源部温度、对激光器施加的电力条件的变化来对最佳设定温度进行更新的处理例进行说明。
在步骤B40中开始波长转换元件的设定温度更新处理，在步骤B41中，对通过光源部温度检测机构Th2得到的光源部温度(Tlsr(n))、激光器点亮时的输入电力(Pinput(n))以及通过元件温度检测机构Th1得到的波长转换元件的温度(Tppln(n))进行测定。
在步骤B42中，将在步骤B41中测定的光源部温度(Tlsr(n))、激光器点亮时的输入电力(Pinput(n))以及波长转换元件的温度(Tppln(n))暂时存储到个人计算机等的存储器区域。
在步骤B43中，将在步骤B42中保存的光源部温度(Tlsr(n))、激光器点亮时的输入电力(Pinput(n))，代入控制单元F1内的存储装置所预先存储的函数F2(Tlsr，Pinput)(上述式(4))并进行计算，计算出能够使来自半导体激光器的可见光输出成为最大的波长转换元件的最佳温度(Y(n+1))。
在步骤B44中，将在步骤B42中保存的波长转换元件的温度(Tppln(n))和在步骤B43中计算出的波长转换元件的最佳温度(Y(n+1))之差与某个阈值ε进行比较。在小于ε的情况下向B49跳跃。在大于的情况下进入步骤B45。
在步骤B45中，将在步骤B43中得到的波长转换元件的最佳温度(Y(n+1))设定为波长转换元件的目标值(设定温度)。
在步骤B46中，重新对由光源部温度检测机构Th2得到的光源部温度(Tlsr(n+1))、激光器点亮时的输入电力(Pinput(n+1))、以及由光源部温度检测机构Th2得到的波长转换元件的温度(Tppln(n+1))进行测定。
在步骤B47中，使在步骤B46中测定的光源部温度(Tlsr(n+1))、激光器点亮时的输入电力(Pinput(n+1))、以及波长转换元件的温度(Tppln(n+1))暂时存储到个人计算机等的存储器区域。
在步骤B48中，对在步骤B42中存储的光源部温度(Tlsr(n))和在步骤B46中测定的光源部温度(Tlsr(n+1))之差是否比某个阈值C大进行比较。在小于C的情况下进入步骤B49。在大于的情况下向B42跳跃。在步骤B49中结束设定温度的更新处理。
本实施例优选应用于在开始点亮之后、冷却条件(Tcool)以及激光器点亮时的输入电力(Pinput)逐渐变化的情况、冷却条件(Tcool)以及激光器点亮时的输入电力(Pinput)比较早地变化的情况等，这一系列的处理在使激光器点亮的途中定期地进行，优选按照1秒～1分一次的频度进行。
然而，在上述图15所示的装置中，当冷却条件(Tcool)、激光器点亮时的输入电力(Pinput)变化时，与此相应地波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)自动地更新，但例如也可以认为，以如果激光器点亮时的输入电力(Pinput)变化，则光源部温度(Tlsr)也变化，与此相应地最佳设定温度(Tppln_opt)也变化的方式，光源部温度(Tlsr)和最佳设定温度(Tppln_opt)的状态依次迁移，在经过某个时间之后温度于最佳设定温度(Tppln_opt)。
以下，根据图17的动作例，对在环境状态等变化了时，光源部温度(Tlsr)和最佳设定温度(Tppln_opt)实际上如何迁移进行说明。此外，图17的X轴表示光源部温度(Tlsr)，Y轴表示激光器点亮时的输入电力(Pinput)，Z轴表示最佳设定温度(Tppln_opt)，该图中的实线表示的曲线是将光源部温度(Tlsr)和激光器点亮时的输入电力(Pinput)作为参数的波长转换元件的设定温度(Tppln)。
(1)通过光源部温度检测机构检测到Th2波长转换元件5的最佳设定温度(Tppln_opt)为Tp1、光源部温度(Tlsr)为Tl4。半导体激光器2以激光器点亮时的输入电力(Pinput)为Pi1进行点亮(图17的点A)。
(2)人为地使激光器点亮时的输入电力(Pinput)变换为Pi2(图17的点B)。
(3)控制部21检测出激光器点亮时的输入电力(Pinput)为Pi2。
(4)随着激光器点亮时的输入电力(Pinput)的增加，激光元件的发热增加，因此半导体激光器2附近的温度上升。
(5)通过光源部温度检测机构Th2检测到光源部温度(Tlsr)上升到Tl5。
(6)控制部21的个人计算机等的处理装置使用存储的式(4)，得到(Tlsr，Pinput)＝(Tl5，Pi2)时的波长转换元件5的最佳设定温度(Tppln_opt)Tp2，而将波长转换元件5的控制温度的目标值变更为Tp2。
随着目标值变更，控制部使加热器的供电量增加，进行PID控制而以使波长转换元件5的实测温度接近Tp2的方式进行控制(图17的点B→点C)。
(7)随着波长转换元件5的实测温度接近Tp2，从半导体激光器2输出的红外线的大半被波长转换元件5转换为可见光，而向激光光源单元LH的外壳外放出，因此基于共振器内红外能量的向半导体激光器2的输入热减少。由此，光源部温度(Tlsr)变低。
(8)控制部21通过光源部温度检测机构Th2检测到光源部温度(Tlsr)降低到Tl6(图17的点D)
(9)控制部21的个人计算机等的处理装置使用存储的式(4)，重新得到(Tlsr，Pinput)＝(Tl6，Pi2)时的波长转换元件的最佳温度(Tppln_opt)Tp3，而将波长转换元件5的控制温度的目标值变更为Tp3。
(10)随着目标值变更，控制部21使加热器7的供电量改变，进行PID控制而以使波长转换元件5的实测温度接近Tp3的方式进行控制。
(11)随着波长转换元件5的实测温度接近Tp3，从半导体激光器2输出的红外线的大半由波长转换元件5转换为可见光，并向激光光源单元LH的外壳外放出，因此基于共振器内红外能量的向半导体激光器2的输入热减少。由此，光源部温度(Tlsr)变低
(12)控制部21通过光源部温度检测机构Th2检测到光源部温度(Tlsr)降低到Tl7(图17的点F)
(13)控制部21的个人计算机等的处理装置使用存储的式(4)，得到(Tlsr，Pinput)＝(Tl7，Pi2)时的波长转换元件的最佳设定温度(Tppln_opt)Tp4(图17的点G)。
进行上述操作直到光源部温度(Tlsr)不变化，由此最佳设定温度(Tppln_opt)温度于某个状态。
在上述例中，说明了对于最佳设定温度，使用式(4)通过个人计算机等的处理装置而实时地进行计算的情况。但是，也可以根据处理装置的计算处理速度的情况，在开始半导体激光器的点亮之前，使用上述关系式等预先进行计算，制作上述表1所示那样的表，并存储于存储装置。然后，也可以在参照所制作的表的同时对波长转换元件5的最佳设定温度(Tppln_opt)进行更新。
符号的说明
1 基板
2 半导体激光器
3 遮断容器
4 基波光反射元件(VBG)
5 波长转换元件(PPLN)
6 导热板
7 加热机构(加热器)
8 分色镜
9 反射镜
10 分色输出镜
11 束流收集器
12 光源部
20 点亮电路
21 控制部
21a 最佳温度设定机构
21b 温度控制机构
21c 最佳温度依次设定机构
31 设定温度更新机构
32 光功率计
34 存储机构
35 半导体激光器冷却装置
Th1 元件温度检测机构
Th2 光源部温度检测机构
LH 激光光源单元
U1 供电电路
U2 脉冲电路
U3 驱动电路
F1 控制单元
M1DC 电源
Q1、Q2、Q3 开关元件
L1 扼流线圈
C1 平滑电容器
C2 电容器组
D1 续流二极管
G1、G2、G3 栅极驱动电路
I1 供电电流检测机构
V1 供电电压检测机构

Claims (4)

1.一种激光光源装置，具备：
光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；
使上述半导体激光器点亮的点亮电路；
对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；
对上述该波长转换元件进行加热的加热机构；
对上述点亮电路和上述加热机构进行控制的控制部；以及
对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构，
在该激光光源装置中，
上述控制部具备：
温度控制机构，基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度；以及
最佳温度设定机构，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，并且通过上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度作为上述波长转换元件的最佳设定温度，将上述设定温度设定为该最佳设定温度。
2.一种激光光源装置，具备：
光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；
使上述半导体激光器点亮的点亮电路；
对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；
对上述该波长转换元件进行加热的加热机构；
对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构，以及
对上述点亮电路和上述加热机构进行控制的控制部；
在该激光光源装置中，
上述控制部具备：
温度控制机构，基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的输出进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度；以及
最佳温度依次设定机构，在某个光源部温度，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，对各设定温度的上述光源部温度进行计测，求出该光源部温度成为极小时的温度，将该温度设定为上述光源部温度的上述波长转换元件的最初的最佳设定温度，相对于该最佳设定温度，将光源部温度以及/或者对激光器施加的电力条件作为参数而计算设定温度修正量，基于该修正量将上述设定温度依次定期地修正为该最佳设定温度。
3.一种对激光光源装置中的波长转换机构的温度进行控制的方法，该激光光源装置具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；使该半导体激光器点亮的点亮电路；对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；以及对该波长转换元件进行加热的加热机构；基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度，在该方法中具备：
第一工序，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，并且由上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度决定为上述波长转换元件的最佳设定温度；
第二工序，将上述设定温度设定为上述最佳设定温度；以及
第三工序，以上述波长转换元件的温度成为上述最佳设定温度的方式，对向上述加热器的供电量进行控制。
4.一种对激光光源装置中的波长转换机构的温度进行控制的方法，该激光光源装置具备：光源部，该光源部具备半导体激光器、对从该半导体激光器放射的激光进行波长转换的波长转换元件、以及对从该波长转换元件放出的规定波长的激光进行选择而使其朝向上述半导体激光器反射的外部共振器；使该半导体激光器点亮的点亮电路；对上述波长转换元件的温度进行检测的元件温度检测机构；对上述光源部的温度进行检测的光源部温度检测机构；以及对该波长转换元件进行加热的加热机构；基于由上述元件温度检测机构检测的温度与设定温度之差，对向上述加热机构的供电量进行控制，并控制为波长转换元件的温度成为上述设定温度，在该方法中具备：
第一工序，对上述光源部温度进行检测，在向上述波长转换元件照射上述激光时，使上述设定温度变化，由上述光源部温度检测机构对各设定温度的光源部的温度进行计测，求出该光源部温度成为极小的温度，将该温度设定为上述光源部温度的上述波长转换元件的最初的最佳设定温度，在不同的光源部温度下，以光源部温度或者对激光器施加的电力条件为参数来对设定温度修正量进行计算；
第二工序，基于上述设定温度修正量，将上述设定温度依次定期地修正为该最佳设定温度；以及
第三工序，以上述波长转换元件的温度成为上述最佳设定温度的方式对向上述加热器的供电量进行控制。
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