CN106532429A - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有多个激光二极管模块的长寿命高效率的激光装置。本发明的激光装置具备多个激光二极管模块组(LDMG)以及多个电源部，从多个LDMG会聚激光来作为激光光源，激光装置还具备：驱动电流供给电路网，其能够针对多个LDMG分别独立地注入驱动电流；控制部，其独立地控制驱动电流；第1记录部，其记录有表示驱动电流与光输出之间的关系的数据以及表示驱动电流与驱动电压之间的关系的数据；以及第1计算部，其计算对多个LDMG分配的驱动电流以使光转换效率成为最大，其中，控制部按照第1计算部计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对多个LDMG分配驱动电流以使多个LDMG整体的光转换效率成为最大。

Description

激光装置
技术领域
本发明涉及一种激光装置，特别是涉及一种将多个激光二极管模块作为发光源或激励光源的激光装置。
背景技术
关于高输出激光装置，大多装置为了实现高输出而具备多个激光光源单位，并公开了各种驱动方法(例如专利第5729107号公报。以下称为“专利文献1”。专利第4341600号公报。以下称为“专利文献2”。日本特开2012-124304号公报。以下称为“专利文献3”。)。
专利文献1公开了如下内容：“一种对激光振荡器进行控制的激光振荡器控制装置，该激光振荡器具有多个振荡模块，各振荡模块振荡出激光束，该激光振荡器将这些多个振荡模块所振荡出的激光束会聚来作为输出，该激光振荡器控制装置设置有用于选择要驱动的振荡模块的模块选择单元，所述模块选择单元具有选择条件判定部，在将所述激光加工机进行激光加工时的输出除以所述振荡模块的个数所得到的一个振荡模块应输出的值小于一个振荡模块所能够控制的最小输出的情况下，该选择条件判定部不使全部振荡模块驱动而减少要驱动的振荡模块的个数。”。专利文献1还公开了如下内容：“一种激光振荡器控制装置，在所述激光加工机进行激光加工时的输出为一个振荡模块的额定最大输出以下的情况下，所述选择条件判定部不使全部振荡模块驱动，而将要驱动的振荡模块的个数设为一个。”。
在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，针对向激光二极管模块注入的驱动电流的光输出特性示出如图1那样的特性，针对驱动电流的向激光二极管模块施加的电压示出如图2那样的特性。作为其结果，如图3那样，存在使针对驱动电流的光转换效率呈现出峰值的电流，相对于使光转换效率呈现出峰值的电流，光转换效率呈现非对称的形状。因此，在专利文献1所记载的选择基准的情况下，并不一定能够在光转换效率最高的条件下驱动激光二极管模块。例如，假定一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W，能够控制的最小输出为60W，振荡模块的个数为4个。在该情况下，在专利文献1中，光输出指令为260W时还不是减少要驱动的振荡模块的个数的条件。因此，以每一个振荡模块65W的输出对全部4个振荡模块进行驱动。然而，如图4所示那样，在以每一个振荡模块130W的输出只对2个振荡模块进行驱动的情况下，光转换效率明显变高。
另外，光输出指令为240W时，为一个振荡模块的额定最大输出以下，因此根据后者的“在所述激光加工机进行激光加工时的输出为一个振荡模块的额定最大输出以下的情况下，所述选择条件判定部不使全部振荡模块驱动而将要驱动的振荡模块的个数设为一个”这种选择条件，只驱动一个振荡模块。然而，如图5所示，在驱动了2个振荡模块的情况下，光转换效率明显变高。另外，专利文献1的图4记载有激光模块的模块选择单元的计算例。例如，在例子1中，1个激光模块的最大输出为500W，由4个激光模块构成。当试着观察来自加工条件的输出指令为1,000W的情况时，选择2个激光模块，使每个激光模块各输出500W。然而，在具有图6那样的光输出特性的激光模块时，在将4个激光模块全部选择且使每个激光模块各输出250W的情况下光转换效率明显变高。即，根据专利文献1，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。
并且，专利文献1还记述以下内容：“本发明的进一步其它的目的在于，通过只在有效的情况下减少振荡模块的选择个数来防止由于不均衡地使用振荡模块而导致的耐久性降低。”。即，通过尽量避免只驱动一部分振荡模块，抑制对一部分振荡模块施加不均衡的负荷，来抑制该一部分振荡模块的寿命变短从而抑制激光装置整体的寿命变短。然而，针对由于不均衡地使用一部分振荡模块而导致寿命变短的问题并没有提示出根本性的解决对策。其结果，存在以下这样的问题：根据加工条件不同，无法避免不均衡地使用一部分振荡模块的状况持续而导致一部分振荡模块先到寿命。
另外，专利文献2公开了如下内容：“一种具备电流分配单元的固体激光装置，该电流分配单元在向激励模块的激励光源的电流的总和固定的条件下决定向每个所述激励模块的所述激励光源的电流的分配以使由输出测定单元测定的输出成为最大。”。该驱动条件能够更换另一种说法，即，进行分配电流以使得到规定的输出所需的向激励光源的电流的总和最小。在此，考虑以下情况：光源是激光二极管模块，一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W。在振荡模块的个数为4个且光输出指令为400W时，如图7所示，在驱动了2个振荡模块的情况下电流的总和小，但是在驱动了3个振荡模块的情况下光转换效率高。即，根据专利文献2，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。
另外，在专利文献3的权利要求5中公开了以下内容：“一种高输出面发光激光阵列组的控制方法，该控制方法是高输出二维面发光激光阵列的控制方法，其特征在于，在由一个至多个可独立控制的高输出二维面发光激光阵列元件构成的光源单位中，将所需要的使用光输出除以预先存储的使光转换效率成为最大的最大效率光输出后取近似值，来计算要驱动的光源单位个数，将所述使用光输出除以要驱动的光源单位个数来计算每个光源单位的单位光输出，计算所述单位光输出与所述最大效率光输出之间的光输出差，根据所述高输出二维面发光激光阵列的阈值电流以及所述高输出二维面发光激光阵列的针对驱动电流的变化的光输出的变化的直线关系，来计算与所述光输出差相应的校正驱动电流，以使用所述校正驱动电流对所述最大效率光输出进行校正后得到的驱动电流来驱动面发光激光阵列。”。关于文中的“将所需要的使用光输出除以使光转换效率成为最大的最大效率光输出后取近似值”，在用于实施发明的方式中，记述为“作为对数值取近似值的方法，单纯地对数值进行四舍五入来将数值整数化即可。”。根据该驱动条件，考虑以下情况：光源是激光二极管模块，一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W，使光转换效率成为最大的最大效率光输出为125W，振荡模块的个数为4个。在该情况下，当光输出指令为185W时，要驱动的光源单位个数为185W/125W＝1.48≈1个，以使用校正驱动电流进行校正后得到的驱动电流8.79A进行驱动。然而，如图8所示，在对2个振荡模块以185W驱动的情况下，光转换效率变高。即，根据专利文献3，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。另外，在专利文献3中，利用针对驱动电流的变化的光输出的变化的直线关系，来求出校正驱动电流。然而，在高输出的激光二极管模块中，在针对驱动电流的变化的光输出的变化从线性关系偏离的高光输出驱动电流区域内进行驱动的情形也很多。因此，存在以下这样的问题：当利用线性关系求出校正驱动电流时，针对指令光输出，不能以所需要的精度射出光输出。
发明内容
将光转换效率高的激光二极管作为激光发光源或激光振荡的激励光源来使用的高输出激光装置在很多加工领域被广泛使用。当光输出大时，消耗的电力也大，因此期望哪怕少许也好在光转换效率高的条件下进行驱动。然而，在现有技术中，无法在广的光输出指令范围内始终在光转换效率最高的条件下进行驱动。另外，在为了实现高输出而由多个振荡模块构成的激光装置中，存在以下这样的问题：当为了以高的光转换效率进行驱动而通过振荡模块改变驱动条件时，对一部分振荡模块不均匀地施加驱动的负荷，结果导致在寿命的消耗状态上产生不均衡，一部分振荡模块的寿命早耗尽，从而激光装置整体的寿命变短。
即，需要开发一种如下的激光装置：始终以发挥最大的光转换效率的方式进行驱动，且不会对一部分振荡模块不均匀地施加驱动负荷，从而使激光装置的寿命最长。
本发明的一个实施例所涉及的激光装置具备：多个激光二极管模块组，各激光二极管模块组包括至少一个激光二极管模块；以及多个电源部，该多个电源部分别对多个激光二极管模块组供给驱动电流，该激光装置从多个激光二极管模块组会聚激光来作为激光光源或用于激光振荡的激励光源，该激光装置的特征在于，还具备：驱动电流供给电路网，其能够将从多个电源部分别向多个激光二极管模块组注入的驱动电流按多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地注入；控制部，其将从多个电源部分别向多个激光二极管模块组注入的驱动电流按多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地进行控制；第1记录部，其记录有多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性数据；以及第1计算部，其对于针对激光装置的激光的输出指令，在得到指令的光输出的条件下计算对多个激光二极管模块组分别分配的驱动电流以使多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大，光转换效率是指从注入电力向光输出转换的能量转换效率，其中，对于针对激光装置的激光的输出指令，控制部按照第1计算部基于第1记录部中记录的数据计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。
附图说明
通过与附图相关联的以下的实施方式的说明，进一步明确可知本发明的目的、特征以及优点。在附图中，
图1是表示激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出的大小的光输出特性的例子，
图2是表示激光二极管模块组的针对驱动电流的施加电压的大小的电流-电压特性的例子，
图3是示出根据图1和图2所示的特性计算出的激光二极管模块组的针对驱动电流的光转换效率的变化的图，
图4是表示现有技术的激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出以及光转换效率的大小的图表的第1例，是示出有时不能以最高的光转换效率进行驱动的图，
图5是表示现有技术的激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出以及光转换效率的大小的图表的第2例，是示出有时不能以最高的光转换效率进行驱动的图，
图6是表示现有技术的激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出以及光转换效率的大小的图表的第3例，是示出有时不能以最高的光转换效率进行驱动的图，
图7是表示现有技术的激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出以及光转换效率的大小的图表的第4例，是示出有时不能以最高的光转换效率进行驱动的图，
图8是表示现有技术的激光二极管模块组的针对驱动电流的光输出以及光转换效率的大小的图表的第5例，是示出有时不能以最高的光转换效率进行驱动的图，
图9是示出本发明的第1实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，示出激光二极管模块组(LDMG)为n个的情况下的例子。
图10是用于说明激光二极管模块被用作光纤激光的激励光源的情况下的激光二极管模块组的分组的例子的图，
图11A是用于说明本发明的第2实施例所涉及的激光装置的图，是示出激光装置的光输出指令波形和向各激光二极管模块组的驱动电流的分配的例子的图，
图11B是用于说明本发明的第2实施例所涉及的激光装置的图，是示出激光装置的光输出指令波形和向各激光二极管模块组的驱动电流的分配的例子的图，
图12是示出本发明的第3实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，
图13是示出驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数A(I)的例子的图，
图14是示出本发明的第4实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，
图15是示出光输出针对寿命消耗速度的加减速系数B(P)的例子的图，
图16是用于说明本发明的第5实施例所涉及的激光装置的动作过程的图，是示出分配驱动电流的激光二极管模块组的选择方法的流程图，
图17是示出本发明的第6实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，
图18是示出激光二极管模块组的光转换效率与估计剩余寿命之间的关系的例子的图，
图19是示出根据图18所示的关系计算出的校正系数C的图，
图20是示出本发明的第7实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，
图21是示出本发明的第8实施例所涉及的激光装置的构造的示意图，以及
图22是示出根据激光二极管模块组的用于得到规定的光输出的驱动电流的增加来估计剩余寿命的方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明所涉及的激光装置。
[第1实施例]
图9是示出本发明的第1实施例所涉及的激光装置101的构造的示意图。本实施例的激光装置101具备：多个激光二极管模块组2，各激光二极管模块组2包括至少一个激光二极管模块；以及多个电源部18，该多个电源部18分别对多个激光二极管模块组2供给驱动电流，本实施例的激光装置101是从多个激光二极管模块组2会聚激光3来作为激光光源或用于激光振荡的激励光源的激光装置，该激光装置101还具备：驱动电流供给电路网17，其能够将从多个电源部18分别向多个激光二极管模块组2注入的驱动电流按多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地注入；控制部19，其对从多个电源部分别向多个激光二极管模块组2注入的驱动电流按多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地进行控制；第1记录部20，其记录多个激光二极管模块组2各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及多个激光二极管模块组2各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性数据；以及第1计算部21，其对于针对激光装置的激光的输出指令，在得到指令的光输出的条件下计算对多个激光二极管模块组2分别分配的驱动电流以使多个激光二极管模块组2整体的光转换效率成为最大或大致最大，其中，光转换效率是指从注入电力向光输出转换的能量转换效率。
在此，可以如图9所示那样从设置于激光装置101的指令部22对控制部19提供激光的输出指令，也可以从激光装置101的外部提供激光的输出指令。
在此，激光二极管模块组(Laser Diode Module Group：LDMG)包括至少一个激光二极管模块(Laser Diode Module：LDM)。另外，激光二极管模块组是能够针对每个激光二极管模块组独立地控制从多个电源部18分别向多个激光二极管模块组2注入的驱动电流的单元。另外，激光二极管模块组是至少包括一个激光光源单位的单元，该激光光源单位在只对所存在的多个激光二极管模块组中的某一个注入了适当范围的驱动电流的情况下也能够输出与从激光装置输出的激光同质的激光。同质的激光是指至少波长大致相同的激光。
另外，在图9中，设置有例如n个激光二极管模块组，使用标记“2”代表地表示这些多个激光二极管模块组(2-1、2-2、2-3、…、2-n)的整体。
同样地，在图9中，与激光二极管模块组的个数对应地设置例如n个电源部，使用标记“18”代表地表示这些多个电源部(18-1、18-2、18-3、…、18-n)的整体。并且，将n个电源部中的每个电源部和对应的n个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组连接起来的配线的整体被设为驱动电流供给电路网17。
在本实施例的激光装置101中，具有以下功能：对于针对激光装置101的激光的输出指令，控制部19按照第1计算部21基于第1记录部20中记录的数据计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对多个激光二极管模块组2分别分配驱动电流，以使多个激光二极管模块组2整体即激光装置101整体的光转换效率成为最大或大致最大。在会聚来自激光二极管的激光后以原样的波长从激光装置输出的直接二极管方式的激光装置的情况下，激光二极管模块组单纯地是具备某些聚光系统的激光二极管模块的集合体。如图10所示，在通过来自激光二极管模块的激光激励光纤激光的激光装置101’的情况下，如果能够独立地控制要注入的驱动电流，则也可以将与光束组合器12连接的光纤激光单元4作为激光二极管模块组。或者，还可以将后方激励激光二极管模块群11和前方激励激光二极管模块群10分别作为激光二极管模块组。或者，还可以将对各个激光二极管模块群10、11进一步进行分割所得到的激光二极管模块(LDM)5作为激光二极管模块组。在此，前方激励激光二极管模块群10和后方激励激光二极管模块群11能够通过活性元素添加光纤6经由高反射光纤布拉格光栅7、低反射光纤布拉格光栅8以及激励光组合器9相连接。其中，在将光纤激光单元4内分割为多个激光二极管模块组的情况下，在从来自激光二极管模块5的激励光向来自光纤激光的激光转换的光-光转换效率不固定的情况下，如以下那样进行使光转换效率成为最大的驱动电流的分配的计算即可。即，在该情况下，在记录有各激光二极管模块组的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及各激光二极管模块组的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性数据的第1记录部20中，还事先记录光-光转换效率的数据，针对光输出指令，在校正为针对激光二极管模块的光输出指令以能够输出正确的光输出后进行使光转换效率成为最大的驱动电流的分配的计算即可。此外，即使第1记录部20中记录的实际的数据是针对离散的电流的数据，也能过通过插值而容易地计算表中所没有的电流值的数据。
使光转换效率成为最大的驱动电流的分配的计算方法并不是只有一个方法。作为一例，首先，在激光二极管模块组的个数为n个的情况下，在图9中，对于来自操作板等指令部的光输出指令，针对按照激光二极管模块组的顺序只选择了1个激光二极管模块组的情况、选择了2个激光二极管模块组的情况、……、选择了n-1个激光二极管模块组的情况、选择了n个激光二极管模块组的情况，分别计算各激光二极管模块组均等地分配光输出指令时的光转换效率。接着，针对光转换效率最高的激光二极管模块组，在不超过1个激光二极管模块的额定最大光输出的范围内，使驱动电流增减，光输出随着驱动电流增减而增减，对于该光输出增减的量，调节驱动电流以使所选择的其它激光二极管模块组的光输出均等地减增该量。在光转换效率成为最大的时间点，将光转换效率最高的激光二极管模块组的驱动电流暂时固定。接着，针对光转换效率第二高的激光二极管模块组，使驱动电流增减，光输出随着驱动电流增减而增减，对于该光输出增减的量，调节驱动电流以使所选择的剩余的激光二极管模块组的光输出均等地减增该量。在光转换效率为最大的时间点，将光转换效率第二高的激光二极管模块组的驱动电流暂时固定。按顺序反复进行该计算，直到所选择的激光二极管模块组中的光转换效率第二低的激光二极管模块组的驱动电流为止进行暂时固定。之后，再一次针对光转换效率最高的激光二极管模块组，使驱动电流增减，光输出随着驱动电流增减而增减，对于该光输出增减的量，调节驱动电流以使所选择的其它激光二极管模块组的光输出均等地减增该量。进一步，与先前同样地，反复进行计算直到将光转换效率第二低的激光二极管模块组的驱动电流暂时固定为止。当反复进行该计算数个循环时，能过计算使光转换效率大致最高的向各激光二极管模块组的驱动电流的分配。
此外，在激光二极管模块组之间光输出特性或电流-电压特性的差少的情况下，针对只选择了1个激光二极管模块组的情况、选择了2个激光二极管模块组的情况、……、选择了n-1个激光二极管模块组的情况、选择了n个激光二极管模块组的情况，分别计算各激光二极管模块组均等地分配光输出指令时的光转换效率。接着，也可以是，选择使光转换效率最高的个数，对所选择的激光二极管模块组分配驱动电流以使所选择的激光二极管模块组输出将光输出指令除以所选择的激光二极管模块组的个数所得到的光输出。作为该情况下的具体的计算例，作为第1例，能够例举以下例子：针对图4中记载的260W的输出指令，对额定最大光输出为250W的4个激光二极管模块组中的2个激光二极管模块组分别分配6.29A，以51.5％的光转换效率通过130W×2个输出260W。作为第2例，能够例举以下例子：针对图5中记载的240W的输出指令，对额定最大光输出为250W的4个激光二极管模块组中的2个激光二极管模块组分别分配5.86A，以51.5％的光转换效率通过120W×2个输出240W。作为第3例，能够例举以下例子：针对图6中记载的1,000W的输出指令，对额定最大光输出为500W的4个激光二极管模块组中的4个激光二极管模块组分别分配6.07A，以51.5％的光转换效率通过250W×4个输出1,000W。作为第4例，能够例举以下例子：针对图7中记载的400W的输出指令，对额定最大光输出为250W的4个激光二极管模块组中的3个激光二极管模块组分别分配6.44A，以51.4％的光转换效率通过133.33W×3个输出400W。作为第5例，能够例举以下例子：针对图8中记载的185W的输出指令，对额定最大光输出为250W的4个激光二极管模块组中的2个激光二极管模块组分别分配4.67A，以51.1％的光转换效率通过92.5W×2个输出185W。
另外，如果利用当前的高性能处理器，则能够在短时间内进行以上那样的计算。然而，在需要μs数量级的输出控制的情况下，也可以是，在输出输出指令之前，将针对预先预想的范围内的全部输出指令计算出的结果保存在例如第1记录部20中，针对输出指令，参照事先保存的计算结果来决定向各激光二极管模块组的驱动电流的分配。控制部19针对光输出指令，基于第1计算部21的计算结果或预先保存的计算结果，对各电源部18-1、18-2、18-3、…、18-n进行控制，以使对各激光二极管模块组2-1、2-2、2-3、…、2-n分配驱动电流，因此始终以最大光转换效率驱动激光装置。
另外，按照第1实施例的驱动电流的分配方法，在激光二极管模块组之间存在光转换效率的差的情况下，通常，选择具有寿命短的倾向的光转换效率低的激光二极管模块组作为分配驱动电流的激光二极管模块组的概率小，因此还具有缩小激光二极管模块组之间的寿命的个体差的影响的优点。
[第2实施例]
图11A、图11B是用于说明本发明的第2实施例所涉及的激光装置的图，示出针对激光装置的脉冲状的输出指令波形13、被分配到各激光二极管模块组的驱动电流波形14、从各激光二极管模块组输出的光输出波形15的例子。对以下情况进行说明：针对激光装置的激光的输出指令13如图11A、图11B所示那样为高输出水平的光输出和低输出水平的光输出交替反复的脉冲输出指令。在该情况下，控制部的特征在于以下点：针对高输出水平的光输出和低输出水平的光输出，均在得到指令的光输出的条件下对多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大，由此，能够实现始终以最大光转换效率进行驱动的激光装置。
具体地说，假定使用由4个具有图1～图3所示的光输出特性和电流-电压特性且额定最大光输出为250W的激光二极管模块组构成的激光装置。在该情况下，如图11A、图11B所示，在脉冲状的输出指令波形中，将高输出水平设为400W，将低输出水平设为80W。为了得到400W的输出而驱动3个激光二极管模块组，当133.33W×3台＝400W时，能够以最高的光转换效率51.4％进行驱动。另一方面，为了得到80W输出而驱动1个激光二极管模块组，当80W×1台＝80W时，能够以最高的光转换效率50.6％进行驱动。因而，图11A、图11B所示的2组的向激光二极管模块组的驱动电流的分配是能够得到最大光转换效率的驱动电流的分配。如果在激光二极管模块组之间图1～图3所示的光输出特性和电流-电压特性完全相同，则以这2组驱动电流的分配而得到的光转换效率相同。但是，如果光输出特性和电流-电压特性存在差，则以2组驱动电流的分配而得到的光转换效率之间出现差，因此选择光转换效率高的组合即可。
如上述那样，根据本发明的实施例2所涉及的激光装置，对于针对激光装置的激光的输出指令是高输出水平的光输出和低输出水平交替反复的光输出的脉冲输出指令，也能够使激光二极管模块组整体以最大光转换效率进行驱动，换句话说，能够使激光装置以最大光转换效率进行驱动。
[第3实施例]
图12是示出用于说明本发明的第3实施例所涉及的激光装置102的激光装置内的构造的示意图。
本发明的第3实施例所涉及的激光装置102具备：第2记录部23，其记录有作为驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数的A(I)的数据表，该驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准驱动电流IS驱动多个激光二极管模块组2的情况下的激光二极管模块组2的寿命除以以驱动电流I驱动多个激光二极管模块组2的情况下的多个激光二极管模块组2的寿命所得到的；第2计算部24，其针对多个激光二极管模块组2分别计算从时间ta到时间tb为止的以及第3记录部25，其记录作为由第2计算部24针对多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的从时间t0到当前时间tp为止的时间积分结果的
针对激光的输出指令，在控制部19在得到指令的光输出的条件下对多个激光二极管模块组2分别分配驱动电流以使多个激光二极管模块组2整体的光转换效率成为最大或者大致最大时，在多个激光二极管模块组之间进行比较，将多个激光二极管模块组中的第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的多个激光二极管模块组。第2记录部23中记录的作为驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数的A(I)的数据表是如图13所示那样的数据表。
激光二极管模块的寿命受驱动电流的影响大，因此考虑了由于驱动电流的大小不同而不同的寿命消耗速度的加减速系数的第1累积值被考虑为累积负荷或有效的累积驱动时间。因而，通过将第1累积值小的激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的激光二极管模块组，使激光二极管模块组之间的累积负荷均等化。其结果，能够避免一部分激光二极管模块组的寿命变短，能够使激光二极管模块组整体的寿命、即激光装置的寿命最长。
[第4实施例]
图14是示出用于说明本发明的第4实施例所涉及的激光装置103的激光装置内的构造的示意图。
本发明的第4实施例所涉及的激光装置103具备：第4记录部26，其记录有作为光输出针对寿命消耗速度的加减速系数的B(I)的数据表，该光输出针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准光输出PS驱动多个激光二极管模块组2的情况下的多个激光二极管模块组的寿命除以以光输出P驱动多个激光二极管模块组2的情况下的多个激光二极管模块组的寿命所得到的；第3计算部27，其针对多个激光二极管模块组2分别计算从时间ta到时间tb为止的 以及第5记录部28，其记录作为由第3计算部27针对多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的从时间t0到当前时间tp为止的时间积分结果的
针对激光的输出指令，在控制部19在得到指令的光输出的条件下对多个激光二极管模块组2分别分配驱动电流以使多个激光二极管模块组2整体的光转换效率成为最大或大致最大时，在多个激光二极管模块组之间进行比较，将多个激光二极管模块组中的第2累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的多个激光二极管模块组。第4记录部26中记录的作为光输出针对寿命消耗速度的加减速系数的B(P)的数据表是如图15所示那样的数据表。
激光二极管模块的寿命除了受驱动电流的影响以外，有时还受光输出的影响。因而，在该情况下，根据考虑了由于光输出的大小不同而不同的寿命消耗速度的加减速系数的第2累积值，来优先选择分配驱动电流的激光二极管模块组，由此与应用第3实施例的情况相比，能够更高精度地使激光二极管模块组之间的累积负荷均等化。
[第5实施例]
图16是示出用于说明本发明的第5实施例所涉及的激光装置的分配驱动电流的激光二极管模块组的选择方法的流程图。首先，在步骤S101中，指令部22(参照图12)向控制部19输出激光的输出指令。
接着，在步骤S102中，从第3记录部25读出作为由第2计算部24针对多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的从时间t0到当前时间tp为止的时间积分结果的
接着，在步骤S103中，判断第1累积值最小的多个激光二极管模块组的第1累积值是否为多个激光二极管模块组整体的第1累积值的平均值的95％以上。在第1累积值最小的多个激光二极管模块组的第1累积值小于多个激光二极管模块组整体的第1累积值的平均值的95％的情况下，在步骤S104中，将第1累积值最小的激光二极管模块组(LDMG)选择为分配驱动电流的对象。
这样，考虑以下情况：在多个激光二极管模块组彼此之间第1累积值的差或第1累积值的比率的差扩大到超过规定值。例如，在图16中，考虑第1累积值最小的多个激光二极管模块组的第1累积值与多个激光二极管模块组整体的第1累积值的平均值之间的差扩大到5％以上的情况。即，如果第1累积值最小的多个激光二极管模块组的第1累积值小于多个激光二极管模块组整体的第1累积值的平均值的95％，则对于针对激光装置的激光的输出指令，通过第1计算部21和控制部19，除了得到指令的光输出的条件以外、还在将第1累积值为95％以下的多个激光二极管模块组选择为分配驱动电流的多个激光二极管模块组的条件下对多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大(步骤S105)。接着，在步骤S106中，对多个激光二极管模块组分别注入驱动电流，在步骤S107中，进行光输出。
假定将选择要注入驱动电流的多个激光二极管模块组中的至少一个以使多个激光二极管模块组整体的光转换效率变得最高始终设为第一优先的选择基准。于是，直到劣化明显为止，始终选择光转换效率高的多个激光二极管模块组。其结果，只通过第3实施例则存在以下风险：在多个激光二极管模块组之间累积负荷过度不均匀而导致寿命结束时期变得不一致。因此，在累积负荷不均匀超过规定的程度的情况下，优先消除累积负荷的不均匀，由此能够规避该风险。
[第6实施例]
图17是示出用于说明本发明的第6实施例所涉及的激光装置104的激光装置内的构造的示意图。在本发明的第6实施例所涉及的激光装置104中，将根据第1记录部20中记录的多个激光二极管模块组2各自的光输出特性数据和/或电流-电压特性数据求出的多个激光二极管模块组2各自的第1性能指数设为光转换效率。本发明的第6实施例所涉及的激光装置104具备：第6记录部29，其记录多个激光二极管模块组2的表示光转换效率与剩余寿命的相关关系的数据表；以及第4计算部30，其计算校正系数C，该校正系数C是将光转换效率为标准的多个激光二极管模块组的剩余寿命除以估计剩余寿命所得到的值，该估计剩余寿命是根据针对多个激光二极管模块组2分别测定出的光转换效率以及第6记录部29中记录的表示光转换效率与剩余寿命的相关关系的数据表而估计出的剩余寿命。
在第2计算部24中，除了计算多个激光二极管模块组各自的 以外，还计算乘以校正系数C后进行时间积分而得到的 并且，第3记录部25除了记录第1累积值以外，还将记录为第3累积值。
控制部19在对多个激光二极管模块组2分别分配驱动电流时，在多个激光二极管模块组之间进行比较，代替将多个激光二极管模块组2中的第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的多个激光二极管模块组2，而将多个激光二极管模块组2中的第3累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的多个激光二极管模块组2。
在第6记录部29中记录的多个激光二极管模块组2各自的第1性能指数为光转换效率的情况下，表示第1性能指数与多个激光二极管模块组2的剩余寿命的相关关系的数据表是如图18所示那样的数据表。针对图18的数据表计算出的校正系数C如图19那样。
针对光转换效率低等而被估计为剩余寿命相对短的激光二极管模块组，计算出考虑了激光二极管模块组的寿命的个体差的大的第3累积值。使用该第3累积值选择分配驱动电流的激光二极管模块组。因此，选择被估计为剩余寿命相对短的激光二极管模块组的机会变少，因此能够延长激光二极管模块组整体的寿命。
[第7实施例]
图20是示出用于说明本发明的第7实施例所涉及的激光装置105的激光装置内的构造的示意图。本发明的第7实施例所涉及的激光装置105具备以下构造：根据来自控制部19的指令，能够按照时间安排表来反复进行测定，在该时间安排表中设定了多个激光二极管模块组2各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性以及多个激光二极管模块组2各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性中的至少一方的特性。本发明的第7实施例所涉及的激光装置105还具备以下构造和功能：使用根据来自控制部19的指令测定出的光输出特性和/或电流-电压特性，来更新第1记录部20中记录的多个激光二极管模块组2各自的光输出特性数据和/或电流-电压特性数据。
在本实施例中，使用针对多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组设置的光输出监视器16-1、16-2、16-3、…、16-n来求出多个激光二极管模块组2各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性。然而，光输出监视器16-1、16-2、16-3、…、16-n的设置位置并不限定于这样的例子，也可以设置在来自激光二极管模块组的激光会聚后的光路上。在图20中省略了连接线，但是由控制部19控制各光输出监视器，来自各光输出监视器的信号在控制部19中被进行处理之后更新第1记录部20中记录的多个激光二极管模块组2各自的光输出特性。另外，针对驱动电流的施加电压被反馈到控制部19，并更新第1记录部20中记录的多个激光二极管模块组2各自的电流-电压特性数据。
根据本实施例所涉及的激光装置，通过反复更新多个激光二极管模块组2各自的光输出特性、电流-电压特性，能够针对光输出指令精度良好地对各激光二极管模块组分配驱动电流以使多个激光二极管模块组2的整体以最大光转换效率进行驱动，并且能够按照指令精度良好地输出光输出。
[第8实施例]
图21是示出用于说明本发明的第8实施例所涉及的激光装置106的激光装置内的构造的示意图。
本发明的第8实施例所涉及的激光装置106除了具备记录有在时间t2测定出的最新的多个激光二极管模块组2各自的光输出特性以及电流-电压特性的第1记录部20以外，还具备第7记录部31以及第8记录部32，该第7记录部31记录在前次的某个时间t1测定出的多个激光二极管模块组2各自的光输出特性以及电流-电压特性，该第8记录部32记录由第2计算部24计算出的从时间t1到时间t2为止的
本发明的第8实施例所涉及的激光装置106还具备：第9记录部33，其记录有劣化曲线的数据表，该劣化曲线表示根据多个激光二极管模块组的光输出特性和/或电流-电压特性求出的第2性能指数E(t)伴随驱动时间而产生劣化的进度；第5计算部34，其求出将第2性能指数E(t)的劣化量|E(t1)-E(t2)|除以而得到的第2性能指数的劣化速度；第10记录部35，其记录由第5计算部34计算出的第2性能指数的劣化速度；以及第6计算部36，其计算校正系数D，该校正系数D是将多个激光二极管模块组2中的全部激光二极管模块组2的平均剩余寿命除以通过对在时间t2测定出的第2性能指数、第2性能指数的劣化速度以及第9记录部33中记录的第2性能指数的劣化曲线进行对照而估计出的多个激光二极管模块组2各自的剩余寿命而得到的值。
将根据激光二极管模块组的光输出特性和/或电流-电压特性求出的第2性能指数E(t)设为激光二极管模块组的用于得到规定的光输出的驱动电流值。于是，第9记录部33中记录的表示第2性能指数伴随驱动时间而产生劣化的进度的劣化曲线的数据表如图22那样。具体地记述通过对在时间t2测定出的第2性能指数、第2性能指数的劣化速度以及第9记录部33中记录的第2性能指数的劣化曲线进行对照来估计各激光二极管模块组的剩余寿命的方法。如图22所记载的那样，时间t1处的用于得到规定的光输出的驱动电流值为8.5A。时间t2处的用于得到规定的光输出的驱动电流值为10A。
如果假设为3,000小时，则垂直的箭头的长度表示第2性能指数E(t)的劣化量|E(t1)-E(t2)|＝1.5A。另一方面，水平的箭头的长度表示小时。劣化速度是将第2性能指数E(t)的劣化量|E(t1)-E(t2)|除以而得到的值。
时间t2处的用于得到规定的光输出的驱动电流值10A的倾斜度与劣化速度一致的劣化曲线是已知的。于是，根据该劣化曲线上的时间t2处的用于得到规定的光输出的驱动电流值10A，能够估计激光二极管模块组的剩余寿命。在当得到规定的光输出所需要的驱动电流上升到14A时判定为激光二极管模块组的寿命耗尽的情况下，如图22所示，估计剩余寿命为从84,200小时减去79,600小时而得到的4,600小时。
如以上那样，每个激光二极管模块组的剩余寿命是已知的，因此能够由第6计算部36计算作为将全部激光二极管模块组的平均剩余寿命除以各激光二极管模块组的剩余寿命而得到的值的校正系数D。
因此，在第2性能指数的劣化速度大于规定值的时间点或剩余寿命比规定的时间短的时间点t3之后，由第2计算部24计算乘以校正系数D后进行时间积分所得到的并且，第3记录部25中除了记录第1累积值以外，还将对到该时间点t3为止的第3累积值的累积值加上而得到的值记录为第3累积值。
控制部19在对各激光二极管模块组分配驱动电流时，在激光二极管模块组之间进行比较，代替将第1累积值相对小的激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的激光二极管模块组，而将第3累积值相对小的激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的激光二极管模块组。
当激光二极管模块组进入寿命后期而性能指数的劣化逐渐明显时，在根据其劣化速度估计剩余寿命的情况下，剩余寿命的估计精度高。因此，针对根据性能指数及其劣化速度估计出的剩余寿命短的激光二极管模块组，计算与剩余寿命相平衡的大的第3累积值。使用该第3累积值选择分配驱动电流的激光二极管模块组。其结果，估计为剩余寿命相对短的激光二极管模块组被选择的机会变少，因此能够进一步延长激光二极管模块组整体的寿命。
此外，在上述实施例的说明中，记载了作为记录部具备有第1记录部20至第10记录部35的激光装置。然而，完全不需要是以物理的方式彼此分离的存储器，也可以是由一个存储器兼任多个记录部。另外，关于计算部也同样地记载了多个计算部，但是也可以由一个处理器兼任多个计算部的功能。也可以是使用一个存储器和一个处理器来承担激光装置内的上述实施例中记载的全部记录部和计算部的功能。
另外，除了第4实施例以外，并没有提及作为光输出针对寿命消耗速度的加减速系数的B(P)，但是显而易见的是，在第5实施例及以后的实施例中，也能够考虑将A(I)置换为B(P)、将第1累积值置换为第2累积值、将第2记录部23置换为第4记录部26、将第3记录部25置换为第5记录部28等的激光装置，使用完全相同的构造只改变控制方法就能够实现。
根据本发明的一个实施例所涉及的激光装置，能够在广的光输出指令范围内始终在光转换效率最高的条件下驱动激光二极管。
根据本发明的其它实施例所涉及的激光装置，能够解决以下这样的问题：对一部分激光二极管模块组不均匀地施加驱动的负荷，其结果导致寿命的消耗状态产生不均衡，一部分激光二极管模块组的寿命早耗尽，激光装置整体的寿命变短，从而根据本发明的其它实施例所涉及的激光装置能够使激光装置的寿命最长。

Claims (8)

1.一种激光装置，具备：多个激光二极管模块组，各激光二极管模块组包括至少一个激光二极管模块；以及多个电源部，该多个电源部分别对所述多个激光二极管模块组供给驱动电流，该激光装置从所述多个激光二极管模块组会聚激光来作为激光光源或用于激光振荡的激励光源，该激光装置的特征在于，还具备：
驱动电流供给电路网，其能够将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地注入；
控制部，其将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地进行控制；
第1记录部，其记录有所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性数据；以及
第1计算部，其对于针对所述激光装置的激光的输出指令，在得到指令的光输出的条件下计算对所述多个激光二极管模块组分别分配的驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大，所述光转换效率是指从注入电力向光输出转换的能量转换效率，
其中，对于针对所述激光装置的激光的输出指令，所述控制部按照所述第1计算部基于所述第1记录部中记录的数据计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
在针对所述激光装置的激光的输出指令是高输出水平的光输出和低输出水平的光输出交替反复的脉冲输出指令的情况下，所述控制部无论针对所述高输出水平的光输出还是针对所述低输出水平的光输出，均在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。
3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：
第2记录部，其记录有作为驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数的A的数据表，该驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准驱动电流Is驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命除以以驱动电流I驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命所得到的；
第2计算部，其针对所述多个激光二极管模块组分别计算从时间ta到时间tb为止的以及
第3记录部，其记录该第1累积值是由所述第2计算部针对所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的到当前时间tp为止的时间积分结果，
其中，针对激光的输出指令，所述控制部在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，将所述多个激光二极管模块组中的所述第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。
4.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：
第4记录部，其记录作为光输出针对寿命消耗速度的加减速系数的B(P)的数据表，该光输出针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准光输出Ps驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命除以以光输出P驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命所得到的；
第3计算部，其针对所述多个激光二极管模块组分别计算从时间ta到时间tb为止的以及
第5记录部，其记录该第2累积值是由所述第3计算部针对所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的到当前时间tp为止的时间积分结果，
其中，针对激光的输出指令，所述控制部在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，将所述多个激光二极管模块组中的所述第2累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。
5.根据权利要求3所述的激光装置，其特征在于，
在所述多个激光二极管模块组彼此之间所述第1累积值的差或者所述第1累积值的比率的差扩大到超过规定值的情况下，对于针对所述激光装置的激光的输出指令，通过所述第1计算部和所述控制部，除了得到指令的光输出的条件以外，还在对所述多个激光二极管模块组之间进行比较并将所述多个激光二极管模块组中的所述第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组中的至少一个激光二极管模块组的条件下，对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大。
6.根据权利要求3或5所述的激光装置，其特征在于，还具备：
第6记录部，其记录有表示所述多个激光二极管模块组各自的第1性能指数与所述多个激光二极管模块组的剩余寿命的相关关系的数据表，所述多个激光二极管模块组各自的第1性能指数是根据所述第1记录部中记录的所述多个激光二极管模块组各自的所述光输出特性数据和/或所述电流-电压特性数据而求出的；以及
第4计算部，其计算校正系数C，该校正系数C是将所述第1性能指数为标准的所述多个激光二极管模块组的剩余寿命除以估计剩余寿命而得到的值，该估计剩余寿命是根据针对所述多个激光二极管模块组分别测定出的所述第1性能指数和所述第6记录部中记录的数据表而估计出的剩余寿命，
在所述第2计算部中，除了计算所述多个激光二极管模块组各自的所述以外，还计算乘以所述校正系数C后的 所述第3记录部中除了记录所述第1累积值以外，还将记录为第3累积值，所述控制部在对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，代替将所述多个激光二极管模块组中的所述第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组，而将所述多个激光二极管模块组中的所述第3累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
还具备以下构造：根据来自所述控制部的指令，能够按照时间安排表反复进行测定，该时间安排表中设定了所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性以及各所述多个激光二极管模块组的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性中的至少一方的特性，
使用根据来自所述控制部的指令测定出的所述光输出特性和/或所述电流-电压特性，来更新所述第1记录部中记录的所述多个激光二极管模块组各自的所述光输出特性数据和/或所述电流-电压特性数据。
8.根据权利要求6所述的激光装置，其特征在于，
除了具备记录在时间t2测定出的最新的所述多个激光二极管模块组各自的所述光输出特性和所述电流-电压特性的所述第1记录部，还具备：
第7记录部，其记录在前次的某个时间t1测定出的所述多个激光二极管模块组各自的所述光输出特性和所述电流-电压特性；以及
第8记录部，其记录由所述第2计算部计算出的从所述时间t1到所述时间t2为止的
激光装置还具备：
第9记录部，其记录有劣化曲线的数据表，该劣化曲线示出根据所述多个激光二极管模块组的所述光输出特性和/或所述电流-电压特性求出的第2性能指数E(t)伴随驱动时间而产生的劣化的进度；
第5计算部(34)，其求出所述第2性能指数E(t)的劣化量|E(t1)-E(t2)|除以所述而得到的第2性能指数的劣化速度；
第10记录部，其记录由所述第5计算部计算出的所述第2性能指数的所述劣化速度；以及
第6计算部，其计算校正系数D，该校正系数D是所述多个激光二极管模块组中的全部激光二极管模块组的平均剩余寿命除以估计出的所述多个激光二极管模块组各自的剩余寿命而得到的值，通过对在所述时间t2测定出的所述第2性能指数、所述第2性能指数的劣化速度以及所述第9记录部中记录的第2性能指数的劣化曲线进行对照来估计所述多个激光二极管模块组各自的剩余寿命，
在所述第2性能指数的劣化速度大于规定值的时间点或者所述剩余寿命比规定的时间短的时间点t3之后，由所述第2计算部计算乘以所述校正系数D之后进行所述第3记录部中除了记录所述第1累积值以外，还将对到该时间点t3为止的所述第3累积值的累积值加上而得到的值记录为所述第3累积值，所述控制在对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，代替将所述多个激光二极管模块组中的所述第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组，而将所述多个激光二极管模块组中的所述第3累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。
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