CN107591677A - 激光装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种激光装置。考虑到基于光源部(2)的温度的寿命消耗、基于光输出或者驱动电流等驱动条件的寿命消耗以及光源部(2)的个体差异来预测激光装置(1)的光源部(2)的剩余寿命。第一计算部(6)计算以标准温度、标准条件值的情况为基准的光源部(2)的寿命消耗的加速系数，第二计算部(9)相对于各光源部(2)的性能指数或性能指数的变化速度来计算各光源部(2)的终生寿命或剩余寿命，运算部(7)通过运算所述加速系数的时间积分，求出对寿命造成的影响的大小与以标准温度、标准条件值进行驱动的情况等效的有效累积驱动时间，记录部(8)将所述有效累积驱动时间及所述终生寿命或剩余寿命与光源部(2)的光输出特性一起进行记录。
Description
技术领域
本发明是一种具备被用作激光光源或者用于激光振荡的激励光源的光源部的激光装置，在该激光装置中，即使光源部的温度改变也能够准确地计算有效驱动时间，另外，即使来自光源部的光输出、驱动光源部的驱动电流的大小改变也能够准确地计算有效驱动时间，该有效驱动时间是对光源部的寿命造成的影响的大小与以使光源部的温度成为标准温度、光输出成为标准光输出的方式进行驱动的情况或者使光源部的驱动电流为标准驱动电流来进行驱动的情况等效的时间，在该激光装置中，能够通过从光源部的估计终生寿命减去从开始寿命的计时的时间点起的有效驱动时间的累积、即有效累积驱动时间来准确地计算剩余寿命，能够根据需要来进行有效累积驱动时间和剩余寿命的显示、输出。
在对光源部进行水冷的激光装置中，光源部的温度变动比较小，但是若是对光源部进行空冷的激光装置，则会受到环境温度的影响而光源部的温度的变动很大。因而，特别是在对光源部进行空冷的激光装置中，与因光输出、驱动电流的大小的不同引起的寿命消耗的快慢之差同样地，因光源部的温度引起的寿命消耗的快慢之差也无法忽视。因而，需要能够计算出考虑到温度以及光输出或驱动电流这两方对寿命消耗的影响的有效驱动时间。
有效的累积驱动时间是与光源部的保证、维护相关联的重要信息。另外，关于剩余寿命，特别是当变为光源部的寿命后期时，在准备要更换的光源部、计算更换光源部的定时时要求高精度地获知剩余寿命，但是光源部的寿命也存在个体差异，难以准确地估计。
本发明的目的在于提供如下一种激光装置：无论是在如上所述那样在光源部的温度不同的条件下对激光装置中使用的光源部进行驱动的情况下、还是在各种光输出条件下进行驱动的情况下，都始终能够准确地计算所述光源部的有效的累积驱动时间，并且，在所述光源部存在个体差异的情况下，通过参照所存储的数据来考虑光源部的个体差异，也始终能够准确地计算所述光源部的剩余寿命，并能够根据需要来进行所述有效的累积驱动时间和所述剩余寿命的显示、输出。
本申请所记载的激光装置在加工领域中主要被用作金属板切割用或者焊接用激光加工机。
背景技术
以往以来，对激光装置的光源部等的有效累积驱动时间、剩余寿命进行预测的方法如下所述那样在多个文献中有所记载，但是，没有公开以下的技术：考虑基于光源部的温度的寿命消耗的加速系数以及基于光输出或驱动电流等驱动条件的寿命消耗的加速系数这两方，来准确地计算有效驱动时间、有效累积驱动时间。另外，关于被估计为从估计终生寿命减去有效累积驱动时间所得到的时间的剩余寿命，若无法准确地计算有效累积驱动时间，则原本就难以进行高精度的估计，但是并不存在公开了以下方法的文献：根据经过了规定的有效累积驱动时间的时间点下的光源部的特性或者特性的变化速度，考虑光源部的个体差异来高精度地估计剩余寿命。另外，特性的变化速度是将特性的变化幅度除以有效驱动时间而计算出的，因此只要无法计算准确的有效驱动时间，也就无法求出准确的特性的变化速度，这是不言而喻的。
例如，在日本特开2004-335030号公报中，公开了以下技术：测定半导体激光器的温度和动作时间，根据需要来利用与此时的温度对应的温度校正系数对动作时间进行校正，对动作时间或校正后的动作时间累积地进行计时，将计时得到的累积动作时间与规定的阈值进行比较，在累积动作时间超过所述阈值时，使显示部显示是否禁止数据的记录来设为只读的消息，但是日本特开2004-335030号公报没有提及对光输出或者驱动电流的校正。另外，由于未考虑半导体激光器的个体差异，因此剩余寿命的估计精度低。
另外，在日本特开2014-212234号公报中，公开了以下技术：根据电流值以及激光二极管的动作时间来计算相对于该动作时间的偏置电流的变化量，基于该变化量来预测发光元件的寿命时间；另外，基于发光元件的环境温度，将规定的动作时间下的驱动电流的电流值同与发光元件的环境温度相关联地存储的电流值进行比较，来计算相对于该动作时间的偏置电流的变化量，但是日本特开2014-212234号公报没有提及考虑到温度和驱动电流的有效累积驱动时间。另外，由于未考虑激光二极管的个体差异，因此剩余寿命的估计精度低。
在日本特开2005-243089号公报中，公开了以下技术：在半导体激光器等电子器件中，推导出用于对使用环境温度对寿命的影响进行校正的权重系数，对校正后的驱动时间进行累积，但是在日本特开2005-243089号公报中，即使使用环境温度相同，在半导体激光器的情况下，pn结部的温度也会根据驱动电流等而发生变化，包括这种情况在内，半导体激光器的寿命根据光输出、驱动电流而大幅变化，但是只对实际使用环境温度的影响进行了校正。因而，在驱动电流、光输出不固定的情况下无法进行校正，从而无法计算精度高的有效累积驱动时间，因而，还包括未考虑半导体激光器的个体差异的情况，也无法估计准确的剩余寿命。
在日本特开2003-173559号公报中，公开了以下技术：测定盘播放装置的光拾取器的周边温度和动作时间，使用测定出的周边温度和动作时间来运算伴随温度的上升而增加的第一参数与伴随动作时间的经过而增加的第二参数相乘所得到的损伤指数，记录对运算出的损伤指数进行累积所得到的损伤指数的累积值，但是日本特开2003-173559号公报仍然没有提及周边温度以外的驱动条件不同的情况下的损伤的大小的不同，在驱动电流等不固定的情况下，无法计算精度高的有效累积驱动时间。因而，还包括未考虑光拾取器的个体差异的情况，也无法估计准确的剩余寿命。
在日本特开2004-070349号公报中，公开了以下技术：在具备包含发光元件的像素的显示面板中，事先存储发光元件的温度特性和历时变化特性，使用发光元件的周围的温度、发光元件的温度特性以及影像信号来运算各像素的点亮期间，求出各像素的累积点亮期间，使用发光元件的历时变化特性和各像素的累积点亮期间，将对各像素输入的影像信号进行校正后提供到显示面板。但是，只是运算根据影像信号提供的各像素的点亮期间的数据与所述加速系数之积来求出累积点亮期间，仍然没有提及驱动电流(供给电流)不同的情况下的加速系数，因此即使应用于如激光加工用激光装置那样需要各式各样地改变光输出、驱动电流等驱动条件的装置也无法期望精度。
专利文献1：日本特开2004-335030号公报
专利文献2：日本特开2014-212234号公报
专利文献3：日本特开2005-243089号公报
专利文献4：日本特开2003-173559号公报
专利文献5：日本特开2004-070349号公报
发明内容
发明要解决的问题
关于作为激光装置的主要部分的光源部，从保证、维护的观点出发，有效的累积驱动时间、剩余寿命是重要的信息。如果不知道有效累积驱动时间，则例如在光源部的特性逐渐劣化或寿命耗尽时，也无法知道与平均的光源部相比是否劣化快、寿命短，从而产生无法反馈到光源部的可靠性管理、或者无法从保证寿命的观点出发进行判断等问题。另外，如果不知道准确的剩余寿命，则产生光源部的更换的准备慢、或者寿命突然耗尽后为了进行维护作业而打乱生产计划等问题。
如果以所述光源部的温度固定且所述光源部仅输出固定标准的光输出的方式进行驱动、或者仅注入固定标准的驱动电流来使用，则易于求出累积驱动时间，但是在激光加工用激光装置等情况下，实际上，在从低输出到高输出、从连续激光输出到脉冲激光输出的各种光输出条件下使用的情况多。另外，在光源部为水冷的情况下比较容易将光源部的温度条件保持为大致固定，但是在便携性、重量、尺寸等方面有优势的空冷的情况下，难以避免光源部的温度条件受到环境温度的影响而发生变化的情况。因此，需要即使光输出、驱动电流等驱动条件和光源部的温度条件不固定，也能够准确地计算有效驱动时间以及作为其累积值的有效累积驱动时间，其中，有效驱动时间是与在标准的驱动条件、标准的温度条件下进行驱动的情况下的驱动时间和寿命消耗等效的时间，但是在现有技术中，如上所述，对于包括光源部的温度在内的驱动条件不固定的激光装置的光源部，无法计算准确的有效驱动时间、有效累积驱动时间。
另外，关于剩余寿命，从预想光源部的更换时期来确保预算等目的出发，期望在所述光源部开始劣化之前的寿命前期也能够掌握剩余寿命，并且，当变为光源部的寿命后期时，在准备要更换的光源部、计算光源部更换的定时时尤其要求高精度地获知剩余寿命。
但是，在现有技术中，对于包括光源部的温度在内的驱动条件不固定的激光装置的光源部，有时原本就无法计算准确的有效累积驱动时间，因此对于在这种条件下驱动的光源部，若劣化不明显则无法估计剩余寿命。并且，光源部的特性的劣化速度存在个体差异，而且劣化速度随着有效累积驱动时间的经过而发生变化，其变化方式也存在个体差异，这使得准确地估计剩余寿命愈发困难。
如上所述，课题在于要开发如下一种激光装置：即使各式各样地改变包括光源部的温度在内的驱动条件来使用，也始终能够计算光源部的准确的有效累积驱动时间，在从光源部的劣化不明显的光源部的寿命初期到光源部的劣化的影响变得明显的寿命后期的寿命期间内，能够将光源部的个体差异也纳入考虑地始终准确地推导出剩余寿命，特别是在需要剩余寿命的精度的寿命后期，能够推导出更高精度的剩余寿命。
用于解决问题的方案
(1)提供一种激光装置，该激光装置具备：作为激光光源或激励光源发挥功能的至少一个以上的光源部；向所述光源部提供驱动电流的至少一个以上的电源部；对来自所述光源部的光输出进行检测的至少一个以上的光输出检测部；对所述光源部或者与所述光源部热连接的构件的温度进行检测的至少一个以上的温度检测部；第一计算部，其计算所述光源部的寿命消耗的加速系数，该系数以由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度是标准温度、来自所述光源部的光输出或者决定光输出的至少一个以上的所述光源部的驱动条件值是标准条件值的情况为基准，依赖于所述温度和所述驱动条件值；第二计算部，其相对于伴随所述光源部的驱动而变化的、能够根据所述光源部的光输出特性而求出的至少一个以上的所述光源部的性能指数和所述性能指数的变化速度中的至少一方的所述光源部的特性，来计算所述光源部的终生寿命和所述光源部的剩余寿命中的至少一方的寿命；运算部，其运算所述加速系数的时间积分来作为所述光源部的有效驱动时间；记录部，其能够将由所述运算部运算出的从某个设定时间到晚于所述设定时间的任意时间为止的所述加速系数的时间积分记录为到所述任意时间为止的有效累积驱动时间，并且能够记录所述光输出特性以及由所述第二计算部计算出的所述终生寿命和所述剩余寿命；以及控制部，其对所述各部进行控制。
根据(1)的激光装置，即使光源部的温度和如光输出、驱动电流这样的驱动条件发生变化，也能够计算出换算为以标准温度和标准驱动条件来驱动光源部的情况下的驱动时间的有效驱动时间、有效累积驱动时间，因此能够定量地评价光源部的寿命、可靠性。另外，能够考虑光源部的所述性能指数、性能指数的变化速度这样的特性上的个体差异来计算光源部的终生寿命、剩余寿命，因此能够高精度地估计光源部的终生寿命、剩余寿命。并且，能够记录有效累积驱动时间并且记录所计算出的终生寿命、剩余寿命、光源部的光输出特性，因此在记录中留有终生寿命、剩余寿命、光输出特性的情况下，能够验证第一计算部、第二计算部的计算精度，从而能够用作用于进一步提高计算精度的信息。
(2)根据(1)所述的激光装置，也可以是，由所述第一计算部计算的所述加速系数还考虑了对所述有效累积驱动时间的依赖性。
根据(2)的激光装置，当变为寿命后期时，大于1这个基准的加速系数F(P，T)存在即使驱动条件值P和温度T相同、加速系数F(P，T)也逐渐变大的趋势，但是在加速系数根据有效累积驱动时间而不同的情况下，也能够高精度地计算有效驱动时间、有效累积驱动时间。
(3)根据(1)或(2)所述的激光装置，也可以是，所述第二计算部从相对于所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度中的至少一方的所述光源部的特性而计算出的所述光源部的终生寿命减去所述记录部中记录的到所述任意时间为止的所述有效累积驱动时间，来计算所述光源部的剩余寿命。
根据(3)的激光装置，所述第二计算部能够从根据所述性能指数的初期特性、例如所述设定时间下的所述性能指数而计算出的光源部的终生寿命减去有效累积驱动时间来计算剩余寿命。在该情况下，考虑了所述性能指数的初期特性这样的光源部的个体差异，因此能够计算出精度高的剩余寿命。另外，从光源部的特性劣化变得明显之前的寿命初期起就能够高精度地计算剩余寿命。
(4)根据(1)至(3)中的任一项所述的激光装置，也可以是，根据来自所述控制部的指令，按照规定的时间表，所述电源部向所述光源部输出用于光输出测定的驱动电流，所述控制部测定表示所述驱动电流与由所述光输出检测部检测出的光输出之间的关系的所述光源部的光输出特性，所述记录部将所述光输出特性与该时间点下的所述有效累积驱动时间相对应地追加记录或者记录到所述记录部。
根据(4)的激光装置，通过将所述光输出特性与所述有效累积驱动时间相对应地追加记录或者记录到记录部，能够获知能够根据光输出特性而求出的所述性能指数的变化幅度，通过将变化幅度除以有效累积驱动时间之差，能够求出所述性能指数的变化速度，因此能够计算出考虑了包括光源部的特性的劣化速度在内的个体差异的剩余寿命。
另外，通过逐渐追加记录光输出特性，能够留下伴随有效累积驱动时间的经过的光输出特性、性能指数的变化的历史记录，从而能够用作用于进一步提高第一计算部、第二计算部的计算精度的信息。通过对根据改变驱动电流来检测出的光输出而求出的光源部的光输出特性进行更新，还具有能够针对光输出指令进行准确的光输出的效果。
(5)根据(1)至(4)中的任一项所述的激光装置，也可以是，具备能够独立地控制驱动电流的多个所述光源部，具备能够针对所述能够独立地控制驱动电流的各个所述光源部来分别检测光输出的至少一个以上的所述光输出检测部。
根据(5)的激光装置，能够同时测定多个光源部的光输出特性，因此能够在短时间内测定输入输出特性。
(6)根据(1)至(5)中的任一项所述的激光装置，也可以是，由所述第二计算部相对于所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度而计算的所述光源部的所述剩余寿命还考虑了对所述有效累积驱动时间的依赖性。
根据(6)的激光装置，例如，虽然所述性能指数和所述性能指数的变化速度相同，但是有效累积驱动时间短的光源部很早开始劣化，与通常相比存在很多内部的劣化因素，因此估计以后劣化会急剧地加剧、剩余寿命短。因而，除了考虑所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度以外，还考虑所述有效累积驱动时间来计算剩余寿命，由此能够更高精度地计算剩余寿命。
(7)根据(1)至(6)中的任一项所述的激光装置，也可以是，在根据与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的光输出特性而求出的所述性能指数的变化速度或者变化幅度超过了比所述光输出特性的测定误差大的规定的值的情况下，将由所述第二计算部基于过去的所述光源部的所述性能指数、所述性能指数的变化速度而计算出的所述终生寿命置换为根据基于新测定出的所述光源部的所述光输出特性来求出的所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度而计算出的所述光源部的所述剩余寿命与所述有效累积驱动时间相加所得到的值。
根据(7)的激光装置，当光源部的特性劣化、即性能指数的变化逐渐变得明显时，与从过去计算出的终生寿命减去有效累积驱动时间而求出的剩余寿命相比，根据最近的光源部的性能指数和性能指数的变化速度直接计算出的剩余寿命的精度更高，因此能够更新为精度高的终生寿命。
(8)根据(1)至(7)中的任一项所述的激光装置，也可以是，所述记录部将由所述第二计算部计算出的所述有效累积驱动时间下的所述光源部的所述剩余寿命与所述光输出特性一起记录或者追加记录到所述记录部，其中，所述光输出特性是与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的。
根据(8)的激光装置，通过留下相对于有效累积驱动时间的经过的光输出以及第二计算部所计算出的剩余寿命的历史记录，能够在寿命耗尽的时间点对根据基于光输出来计算的性能指数、性能指数的变化速度而计算出的剩余寿命的精度进行验证。并且，能够用作用于提高第一计算部、第二计算部的计算精度的信息。
(9)根据(1)至(8)中的任一项所述的激光装置，也可以是，所述记录部将从测定所述光输出特性时到下一次测定所述光输出特性时的期间内的、由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度以及所述光源部的所述驱动条件值中的至少一方的关于所述光源部的驱动条件的信息与所述光输出特性一起记录或者追加记录到所述记录部，其中，所述光输出特性是与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的。
根据(9)的激光装置，事先记录从测定光输出特性时到下一次测定光输出特性为止的关于光源部的驱动条件的信息，因此能够验证在此期间的相对于驱动条件的所述加速系数是否不是过大评价或者过小评价，从而能够用作用于提高第一计算部的计算精度的信息。当第一计算部的计算精度提高时，有效累积驱动时间的计算精度提高，因此能够使第二计算部的计算精度也提高。
(10)根据(1)至(9)中的任一项所述的激光装置，也可以是，能够通过记录介质或者通信单元来输出所述记录部中记录的数据。
根据(10)的激光装置，收集包括所述光源部的寿命实际耗尽的时间点的所述有效累积驱动时间在内的所述记录部中记录的历史数据，由此能够将由第一计算部、第二计算部计算出的终生寿命、剩余寿命与实际的终生寿命、剩余寿命进行比较，从而能够以使其差变小的方式重新评估并更新第一计算部、第三计算部在计算中参照的参照数据。其结果，能够进一步提高有效累积驱动时间、终生寿命、剩余寿命的计算精度。
(11)根据(1)至(10)中的任一项所述的激光装置，期望所述第一计算部、所述第二计算部在计算时参照的数据是最新版的数据，因此也可以是，关于所述第一计算部在计算所述加速系数时参照的数据以及所述第二计算部在计算所述光源部的所述终生寿命、所述剩余寿命时参照的数据中的至少一方的数据，即使在经过了所述激光装置中的所述有效累积驱动时间的时间点，也能够通过记录介质或者通信单元来进行数据的替换，为了能够对所述记录部中记录的数据进行分析，在所述记录部中作为记录而留下以下信息：在所述有效累积驱动时间的哪个时间点替换了参照的数据。
根据(11)的激光装置，将所述第一计算部、所述第二计算部在计算时参照的数据置换为最新版，由此能够提高之后的有效累积驱动时间、终生寿命、剩余寿命的计算精度。作为记录而留下了以下信息，即参照哪一版的数据进行了有效累积驱动时间、终生寿命、剩余寿命的计算，由此能够将在使用中途更新了参照的数据的激光装置的记录部中记录的数据也用作用于对参照的数据进行更新的数据。
(12)根据(1)至(11)中的任一项所述的激光装置，也可以是，所述第一计算部将所述加速系数计算为第一加速系数与第二加速系数之积，其中，所述第一加速系数依赖于来自所述光源部的光输出或者决定光输出的至少一个以上的所述光源部的驱动条件值，所述第二加速系数依赖于由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度。
根据(12)的激光装置，在第一计算部在计算加速系数时参照的数据是提供相对于驱动条件值和温度这两个参数的加速系数的二维数据表的情况下，需要从过去的实际状况数据中获取的数据量多，数据获取需要时间，但是当以依赖于驱动条件值的第一加速系数与依赖于温度的第二加速系数之积来表示加速系数时，能够大幅减少应该获取的数据，能够以比较少的工时来制作所需的参照的数据。
(13)根据(12)所述的激光装置，也可以是，所述第一加速系数是排除了所述光源部中的发热量随着所述驱动条件值的变化而改变由此所述光源部的温度发生变化所引起的寿命消耗的加速效果的、将所述光源部的温度固定为所述标准温度的条件下的加速系数，所述第二加速系数是基于所述光源部的温度的加速系数。
根据(13)的激光装置，例如，在提供加速系数的驱动条件值是驱动电流的情况下，基于驱动电流的第一加速系数根据温度而不同，因此需要用于针对多个温度来计算第一加速系数的数据，但是当分离出伴随驱动条件的变化的温度的变化对寿命消耗的加速造成的影响时，无需针对多个温度准备基于驱动电流的加速系数的数据，所需的数据量进一步变少，能够以少的工时来制作需要在计算时参照的数据这样的(12)的激光装置的效果更为显著。
(14)根据(12)或(13)所述的激光装置，也可以是，在所述光源部是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块的情况下，将所述温度检测部设置成对从所述激光二极管的pn结到吸收所述pn结处产生的热的冷却部为止的热路径的任一个位置的温度进行检测，所述第一计算部相对于所述pn结的温度来计算所述第二加速系数，其中，所述pn结的温度是基于由所述温度检测部检测出的温度、从温度检测位置到所述pn结的热阻抗以及根据所述光源部的光输出特性而计算出的所述pn结处的发热量来计算出的。
根据(14)的激光装置，在光源部是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块的情况下，作为光源部的温度，如果知道pn结的温度，则能够在所述第二加速系数的计算中利用广泛用于加速寿命试验等的阿累尼乌斯模型式。能够根据激光波长等来测量pn结的温度，但是难以始终检测温度的情况多，但是根据上述的方法，能够根据基于光输出特性而求出的发热量以及能够估计为大致固定的从温度检测位置到所述pn结的热阻抗来计算pn结的温度。
(15)根据(12)至(14)中的任一项所述的激光装置，也可以是，在所述光源部是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块的情况下，所述第一计算部将所述第一加速系数计算为以下数式的指数函数：所述驱动条件值除以标准驱动条件值的数式；或者从所述驱动条件值减去某个正整数所得到的值除以从所述标准驱动条件值减去所述某个正整数所得到的值的数式。
根据(15)的激光装置，所述第一加速系数也是通过数式计算出的，由此在计算所述加速系数时参照的数据变少，能够减少获取在计算第一加速系数时参照的数据所需的时间。对于如光输出、驱动电流那样pn结的温度发生变化的驱动条件值，使用去除了伴随驱动条件值的变化的温度的影响的式子，由此，即使温度不同，也能够利用相同的式子来计算所述第一加速系数，因此能够使在计算所述加速系数时需要的参照数据进一步变少。
发明的效果
根据本发明所涉及的激光装置，对除了考虑光输出或者驱动电流还考虑光源部的温度所得到的寿命消耗的加速系数进行时间积分，来计算有效驱动时间、有效累积驱动时间，由此起到以下效果：即使在包括光源部的温度在内的驱动条件不固定的情况下，也能够进行相对于标准的驱动条件的、光源部的寿命长短的评价和光源部的可靠性的评价。另外，当能够准确地计算有效累积驱动时间时，起到以下效果：通过同表示对应于有效累积驱动时间的能够根据光输出特性推导出的性能指数及性能指数的变化速度与剩余寿命之间的关系的数据进行比较，能够将剩余寿命也高精度地估计出来。通过记录并留下与有效累积驱动时间对应的性能指数及性能指数的变化速度的数据，能够存储表示与有效累积驱动时间对应的性能指数及性能指数的变化速度同剩余寿命之间的关系的数据，从而能够提高精度。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的构造的示意图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的第一计算部在计算加速系数时参照的数据的结构例的示意图。
图3是本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的第二计算部在计算终生寿命时参照的数据的结构例的示意图。
图4是本发明的第二实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算加速系数时参照的数据的结构例的示意图。
图5是本发明的第四实施方式所涉及的激光装置中记录部中记录的数据的结构例的示意图。
图6是本发明的第四实施方式所涉及的激光装置中记录部中记录的数据的其它结构例的示意图。
图7是表示本发明的第五实施方式所涉及的激光装置的构造的示意图。
图8是本发明的第六实施方式所涉及的激光装置中第二计算部在计算剩余寿命、终生寿命时参照的数据的结构例的示意图。
图9是本发明的第八实施方式所涉及的激光装置中记录部中记录的数据的结构例的示意图。
图10是本发明的第九实施方式所涉及的激光装置中记录部中记录的数据的结构例的示意图。
图11是本发明的第十一实施方式所涉及的激光装置中记录部中记录的数据的结构例的示意图。
图12是本发明的第十二实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算基于作为驱动条件值的光输出的第一加速系数时参照的数据(曲线图)的例。
图13是本发明的第十二实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算基于温度的第二加速系数时参照的数据(曲线图)的例。
图14是本发明的第十三实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算基于作为驱动条件值的光输出的第一加速系数时参照的数据(曲线图)的例。
图15是为了说明本发明的第十四实施方式所涉及的激光装置中推导pn结的温度的方法而示意性地表示热的流动等的图。
图16是本发明的第十五实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算基于作为驱动条件值的光输出的第一加速系数时参照的数据(曲线图)的例。
图17是本发明的第十五实施方式所涉及的激光装置中第一计算部在计算基于作为驱动条件值的驱动电流的第一加速系数时参照的数据(曲线图)的例。
附图标记说明
1：激光装置；2：光源部；3：电源部；4：光输出检测部；5：温度检测部；6：第一计算部；7：运算部；8：记录部；9：第二计算部；10：控制部；11：激光光学系统；12：冷却部；13：输入部；14：显示部。
具体实施方式
下面，基于附图来说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的激光装置1内的构造的示意图。
如图1所示，第一实施方式所涉及的激光装置1具备：作为激光光源或者激励光源发挥功能的至少一个以上的光源部2；向光源部2提供驱动电流的至少一个以上的电源部3；对来自光源部2的光输出进行检测的至少一个以上的光输出检测部4；对光源部2或者与光源部2热连接的构件的温度进行检测的至少一个以上的温度检测部5；第一计算部6，其计算光源部2的寿命消耗的加速系数F(P，T)，该系数以由温度检测部5检测出的温度TM或者根据由温度检测部5检测出的温度TM而求出的光源部2的温度TL是标准温度TS、来自光源部2的光输出或者决定光输出的至少一个以上的光源部2的驱动条件值P是标准条件值PS的情况为基准，依赖于温度T和驱动条件值P；第二计算部9，其相对于伴随光源部2的驱动而变化的、能够根据光源部2的光输出特性而求出的至少一个以上的光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt中的至少一方的光源部2的特性，来计算光源部2的终生寿命τL和光源部2的剩余寿命τR中的至少一方的寿命；运算部7，其运算从时间ta到晚于时间ta的时间tb为止的加速系数F(P，T)的时间积分、即数式1来作为光源部2在从时间ta到时间tb的期间内的有效驱动时间；记录部8，其能够将由运算部7运算出的从某个设定的设定时间ts到晚于设定时间ts的任意时间tp为止的加速系数F(P，T)的时间积分、即数式2记录为到任意时间tp为止的有效累积驱动时间tc，并且能够记录由第二计算部9计算出的终生寿命τL和剩余寿命τR以及光输出特性；以及控制部10，其对所述各部进行控制。
【式1】
(数式1)
(数式2)
此外，在本申请中，终生寿命τL和剩余寿命τR均表示以标准温度TS、标准驱动条件值PS来驱动光源部2时的终生寿命、剩余寿命。另外，温度T被用作表示由温度检测部5检测出的温度TM以及根据由温度检测部5检测出的温度TM而求出的光源部2的温度TL这两个温度的总称。
从光源部2输出的光输出如图1中记载的那样经由激光光学系统11后作为激光被射出到激光装置1的外部。在光源部2被用作激励光的情况下，需要将激励光变换为激光的掺Nd的YAG晶体、掺Yb的光纤激光器等激光介质等，激光光学系统11是指根据需要还包括激光介质、光耦合器、焦点成像用光学系统、光耦合用光学系统、光分离用光学系统、内置有光学系统的加工头等的光学系统。另外，用虚线的箭头来示意性地表示光线，但是光线并不限定于在空间中传播的光线，也可以是在光纤内传播的光。由光电二极管等构成的光输出检测部4的设置场所也不限定于图1所示的位置，也可以检测在激光光学系统11中传播后的激光。另外，光输出的检测方法也不限定于图1所示的配置，若是在空中传播的激光，则也可以利用半透半反镜使激光的一部分入射到光输出检测部4，若激光在光纤内传播，则既可以检测从包层泄漏的光，也可以在分支出的光纤的端部设置光输出检测部4。
此外，为了抑制因光源部2中的发热引起的光源部2的温度上升，期望的是，光源部2与冷却部12热连接。冷却部12在水冷的情况下是水冷板，在空冷的情况下是具备散热片的散热器等。
另外，激光装置1也可以具备用于从外部向控制部10输入指令的输入部13、显示运算部7的运算结果等的显示部14。
图2是用于说明在第一计算部6中相对于由温度检测部5检测出的温度T和光源部2的驱动条件值P来计算以温度T是标准温度TS、驱动条件值P是标准驱动条件值PS的情况为基准的F(PS，TS)＝1的光源部2的寿命消耗的加速系数F(P，T)的方法的实施例的图，第一计算部6能够具备如图2所示的当指定温度T和驱动条件值P时能够读出加速系数F(P，T)的二维的数据表。如图2所示，光输出、驱动电流这样的驱动条件值P越大，则寿命越短。即，在寿命消耗的加速系数F(P，T)大的情况下，P越大或T越高，则加速系数F(P，T)为越大的加速系数，在T<TS且P<PS的情况下，F(P，T)<1。此外，能够基于过去的实际状况数据来制作如图2那样的数据表。此外，在数据表中不存在驱动条件值P及温度T一致的数据的情况下，只要利用插值法等来计算加速系数即可。
当对该加速系数F(P，T)进行从时间ta到晚于时间ta的时间tb为止的时间积分时，能够运算光源部2在ta到tb的期间内的有效驱动时间。例如，在加速系数F(P，T)为2的情况下，有效驱动时间被计算为实际的驱动时间的2倍。此外，没有驱动光源部2的时间的加速系数是0，因此即使进行时间积分，也不会算入到有效驱动时间。
只要将时间积分的开始时间ts例如设定在光源的出厂数据获取完成后、老化(burn-in)完成后等，就能够利用从该时间点到时间tp为止的加速系数F(P，T)的时间积分来运算将光源部2的温度和如光输出或驱动电流那样的驱动条件这两方均纳入考虑的从设定时间ts到时间tp的有效累积驱动时间tc。
即使光源部2的温度发生变化、即使改变驱动条件，也能够计算出换算为以标准温度TS且标准驱动条件值PS进行驱动的情况的有效累积驱动时间tc，因此能够进行寿命管理，从而能够定量地评价寿命、可靠性。
由运算部7计算出的有效累积驱动时间tc只要以下面的状态记录于记录部8即可：在对光源部2进行驱动的期间，对有效累积驱动时间tc不断加上时间积分值来进行更新。期望的是，记录部8中不仅能够记录最新的有效累积驱动时间tc，还能够记录测定出的光源部2的光输出特性、针对光源部2估计出的终生寿命τL、剩余寿命τR，以留下驱动历史记录。
图3是用于说明在第二计算部9中相对于伴随光源部2的驱动而变化的、能够根据光源部2的光输出特性而求出的至少一个以上的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt中的至少一方的光源部2的特性来计算光源部2的终生寿命τL和剩余寿命τR中的至少一方的寿命的方法的实施例的图，第二计算部9能够具备如图3所示的例如能够读出基于设定时间ts下的性能指数Q来估计的光源部2的终生寿命τL的数据。也可以具备表示性能指数Q与光源部2的终生寿命τL之间的关系的曲线图形式的数据。例如，在如利用规定的驱动电流所能够得到的光输出那样的性能指数Q越大则估计为性能越佳而终生寿命τL越长的情况下，性能指数Q为如图3所示的数据。反之，在性能指数Q为得到规定的光输出所需的驱动电流那样的性能指数Q越小则估计为终生寿命τL越长的情况下，呈现与图3相反的关系。如图3那样的数据也能够基于过去的实际状况数据而制作出来。
根据以上说明的第一实施方式，即使光源部2的温度和如光输出、驱动电流这样的驱动条件发生变化，也能够计算出换算为以标准温度TS和标准驱动条件值PS来驱动光源部2的情况下的驱动时间后的有效驱动时间、有效累积驱动时间tc，因此能够定量地评价光源部2的寿命、可靠性。另外，能够考虑光源部2的性能指数Q、性能指数Q的变化速度这样的特性上的个体差异来计算光源部2的终生寿命τL、剩余寿命τR，因此能够高精度地估计光源部2的终生寿命τL、剩余寿命τR，因此不会招致光源部2的寿命突然耗尽、无法长时间地使用激光装置1等事态，能够计划性地来进行光源部2的更换等，激光装置1的生产率提高。并且，能够记录有效累积驱动时间tc并且记录所计算出的终生寿命τL、剩余寿命τR、光源部2的光输出特性，因此在记录中留有终生寿命τL、剩余寿命τR、光输出特性的情况下，能够验证第一计算部6、第二计算部9的计算精度，从而能够用作用于进一步提高计算精度的信息。
[第二实施方式]
在本发明的第二实施方式所涉及的激光装置中，由第一计算部6计算的加速系数F(P，T)还考虑了对有效累积驱动时间tc的依赖性。图4示出了第二实施例的激光装置在计算加速系数F(P，T)时参照的数据表的结构例。相对于多个有效累积驱动时间，分别具备图2所示的单层的二维数据表。在参照图4的数据表时不存在有效累积驱动时间tc一致的数据表的情况下，也能够利用插值法等来计算加速系数F(P，T)。当变为寿命后期时，大于1这个基准的加速系数F(P，T)存在即使驱动条件值P和温度T相同、加速系数F(P，T)也逐渐变大的趋势，在加速系数F(P，T)根据有效累积驱动时间tc而不同的情况下，也能够高精度地计算有效驱动时间、有效累积驱动时间tc。在寿命前期，加速系数F(P，T)的变化小，因此也可以使图4的二维数据表之间的有效累积驱动时间tc的间隔大。
[第三实施方式]
在本发明的第三实施方式所涉及的激光装置中，第二计算部9能够从相对于光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度中的至少一方的光源部2的特性而计算出的光源部2的终生寿命τL减去记录部8中记录的到任意时间tp为止的有效累积驱动时间tc，来计算任意时间tp下的光源部2的剩余寿命τR。即，能够通过τR＝τL-tc来计算。第二计算部9能够从根据性能指数Q的初期特性、例如设定时间ts(即有效累积驱动时间tc＝0)下的性能指数Q而计算出的光源部2的终生寿命τL减去有效累积驱动时间tc来计算剩余寿命τR。由于考虑了性能指数Q的初期特性这样的光源部2的个体差异，因此能够计算出精度高的剩余寿命τR。另外，从光源部2的特性劣化变得明显之前的寿命初期起就能够高精度地计算剩余寿命。因此，例如能够很早就获知光源部2的更换时期，因此能够计划性地预算光源部2的更换费用等。
[第四实施方式]
在本发明的第四实施方式所涉及的激光装置中，能够根据来自控制部10的指令，按照规定的时间表，电源部3向光源部2输出用于光输出测定的驱动电流，控制部10测定表示驱动电流与由光输出检测部4检测出的光输出之间的关系的光源部2的光输出特性，记录部8将光输出特性与该时间点下的有效累积驱动时间tc相对应地追加记录或者记录到记录部8。
图5示意性地示出了记录部8中记录的数据的结构例，在记录了作为有效累积驱动时间tc的计数开始时间点的设定时间ts(即有效累积驱动时间tc＝0)下的光源部2的光输出特性以及测定光输出特性时的检测温度T之后，例如能够在每次按照规定的时间表来测定光源部2的光输出特性时，追加记录有效累积驱动时间tc、光输出特性以及测定光输出特性时的检测温度T。此外，图中的右上的三角形的符号与“Δ”为相同的含义。也可以如图5所示那样，与有效累积驱动时间tc一并记录实际时间(实际时刻)t，这是因为认为在记录了异常的数据时的原因调查等中是有用的。另外，能够根据光源部2的光输出特性而求出的性能指数Q例如是利用规定的驱动电流所能够得到的光输出、得到规定的光输出所需的驱动电流等，只要记录了光输出特性，则过后也能够计算性能指数Q，因此虽然在记录部8中留下记录并不是必需条件，但是也可以将在计算光源部2的剩余寿命τR时参照的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt也一并记录。性能指数的变化速度ΔQ/Δt是将性能指数Q之差ΔQ除以此期间的有效累积驱动时间tc之差Δt所得到的值，在图5中，有效累积驱动时间tc＝tcn下的性能指数的变化速度(ΔQ/Δt)tc＝tcn能够通过(Qn-Q(n-1))/(tcn-tc(n-1))来计算，是能够计算出准确的有效累积驱动时间tc后才能够准确地计算的值。
通过将测定出的光源部2的光输出特性与有效累积驱动时间tc相对应地留在记录中，如上所述，能够获知能够根据光输出特性而求出的性能指数Q的变化幅度ΔQ，通过将变化幅度ΔQ除以有效累积驱动时间的差Δt，能够求出性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt，因此能够计算出将包括光源部2的特性的劣化速度考虑在内的个体差异的剩余寿命τR。另外，通过逐渐追加记录光输出特性，能够留下伴随有效累积驱动时间tc的经过的光输出特性、性能指数的变化的历史记录，从而能够用作用于进一步提高第一计算部6、第二计算部9的计算精度的信息。通过对根据改变驱动电流来检测出的光输出而求出的光源部2的光输出特性进行更新，还具有能够针对光输出指令进行准确的光输出的效果。
此外，原则上说，在检测温度T为大致相同的温度时测定光输出特性，但是如果在光输出特性的测定条件中采用多个温度，则能够避免以下情况：要等待温度变得与测定条件中设定的温度相同的时刻，从而错过光输出特性的数据更新定时。在该情况下，在记录部8中只要如图6那样按不同的检测温度来记录数据即可。也可以是，辅助性地对风扇风量、加热器的发热量、电子冷却元件的冷却能力等进行控制，来对检测温度进行温度调节以使其为光输出的测定预定温度。
[第五实施方式]
图7是表示本发明的第五实施方式所涉及的激光装置内的构造的示意图。
如图7所示，具备能够独立地控制驱动电流的多个光源部2，具备能够针对能够独立地控制驱动电流的各个光源部2来分别检测光输出的至少一个以上的光输出检测部4。由于能够同时测定多个光源部2的光输出特性，因此能够在短时间内测定光输出特性，即使是温度不稳定的空冷激光装置等也能够测定准确的输入输出特性。此外，在图7中，图会变得复杂，因此省略了与光源部2热连接的温度检测部5和冷却部12。另外，也省略了将光源部2、温度检测部5、激光光学系统11与控制部10连接的信号线。另外，设激光光学系统11包括光耦合部来进行记载。
另外，在存在多个能够以独立的驱动条件进行驱动的光源部2的情况下，关于记录部8中记录的数据，只要按各光源部在记录中留下如图5、图6所示的结构的数据即可。
此外，在具备能够独立地控制驱动电流的多个光源部2的情况下，也能够参照各个光源部2的剩余寿命τR，来优先驱动剩余寿命τR比较长的光源部2或者增加对剩余寿命τR比较长的光源部2的驱动电流的分配量，来使各光源部的寿命耗尽的时期一致、或延长作为激光装置整体的寿命。
[第六实施方式]
在本发明的第六实施方式所涉及的激光装置中，考虑了由第二计算部9相对于光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度而计算出的剩余寿命τR对有效累积驱动时间tc的依赖性。图8示意性地表示了第六实施例的激光装置在计算所述剩余寿命τR时参照的数据表的结构例。图8的数据表是能够根据光源部2的光输出特性而求出的至少一个以上的性能指数Q如利用规定的驱动电流所能够得到的光输出那样性能指数Q越大则光源部2的性能越佳而剩余寿命τR越长的情况下的剩余寿命τR的数据表，相对于多个有效累积驱动时间tc而具备性能指数Q越高、性能指数Q的变化速度越小则剩余寿命τR越长的二维的数据表。能够通过从有效累积驱动时间tc一致的二维数据表的性能指数Q以及性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt一致的点读出剩余寿命τR来计算剩余寿命τR。在数据中不存在性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt一致的点的情况下，能够利用插值法来计算剩余寿命τR。另外，在不存在有效累积驱动时间tc一致的数据表的情况下，也能够利用插值法等来计算剩余寿命τR。相对于离散的有效累积驱动时间tc记录了从性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt一致的点读出剩余寿命τR的二维数据表，而关于该二维数据表，期望的是，在性能指数Q开始变化之前的寿命初期，使二维数据表的时间间隔宽，在开始出现性能指数Q的变化的寿命后期，使二维数据表的时间间隔短。规定的时间表也可以设定成光输出特性的测定的定时与第一计算部6、第二计算部9所参照的多个二维数据表的有效累积驱动时间tc一致。此外，图8的有效累积驱动时间tc＝0时的数据是与图3所记载的数据相同的数据。
根据本实施例，例如，虽然性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt相同，但是有效累积驱动时间tc短的光源部2很早开始劣化，与通常相比存在很多内部的劣化因素，因此估计以后劣化会急剧地加剧、剩余寿命τR短，但是，第二计算部9除了考虑光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt以外，还考虑光源部2的有效累积驱动时间tc，由此能够计算准确地反映了光源部2的劣化状态的个体差异的精度更高的剩余寿命τR。即，考虑特性及其劣化速度这样的个体差异来计算光源部2的特性劣化逐渐明显的寿命后期的剩余寿命τR，因此在寿命后期也能够高精度地计算剩余寿命τR。此外，关于高精度地估计剩余寿命τR所需的性能指数Q的变化速度，也是有了高精度地计算出的有效累积驱动时间tc后才能够高精度地计算出来。
[第七实施方式]
在本发明的第七实施方式所涉及的激光装置中，具备以下功能：在根据与有效累积驱动时间tc相对应地记录或者追加记录到记录部8的光输出特性而求出的性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt或者变化幅度ΔQ超过了比光输出特性的测定误差大的规定的值的情况下，将由第二计算部9基于过去的光源部2的性能指数Q、性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt而计算出的终生寿命τL置换为根据基于新测定出的光源部2的光输出特性来求出的光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt而计算出的光源部2的剩余寿命τR与有效累积驱动时间tc相加后得到的值、即τR+tc。
当光源部2的特性劣化、即性能指数Q的变化逐渐变得明显时，与从过去计算出的终生寿命τL减去有效累积驱动时间tc而求出的剩余寿命τR相比，根据最近的光源部2的性能指数Q和性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt并通过第六实施方式的方法直接计算出的剩余寿命τR的精度更高，因此能够更新为精度高的终生寿命τL。另外，通过更新终生寿命τL，能够以在寿命后期也不变更第三实施方式的功能的方式计算高精度的剩余寿命τR。
[第八实施方式]
在本发明的第八实施方式所涉及的激光装置中，能够具有以下功能：记录部8将由第二计算部9计算出的有效累积驱动时间tc下的光源部2的剩余寿命τR与光输出特性一起记录或者追加记录到记录部8，其中，该光输出特性是与有效累积驱动时间tc相对应地记录或者追加记录到记录部8的。图9是表示记录部8中记录的数据的结构例的示意图，通过留下相对于有效累积驱动时间tc的经过的光输出以及第二计算部9所计算出的剩余寿命τR的历史记录，能够在寿命耗尽的阶段对根据基于光输出来计算的性能指数Q、性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt而计算出的终生寿命τL、剩余寿命τR的精度进行验证，并且，能够用作用于提高第一计算部6、第二计算部9的计算精度的信息。例如，能够在某个有效累积驱动时间tc下收集性能指数Q、性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt相同的数据来计算平均值，在该平均值偏离于第二计算部9所参照的二维数据表中记载的剩余寿命τR的情况下，对第二计算部9所参照的二维数据表进行更新使得偏离减少等。
[第九实施方式]
在本发明的第九实施方式所涉及的激光装置中，也能够具有以下功能：记录部8将从测定光输出特性时到下一次测定光输出特性时的期间的、由温度检测部5检测出的温度T或者根据由温度检测部5检测出的温度而求出的光源部2的温度以及光源部2的驱动条件值P与光输出特性一起记录或者追加记录到记录部8，其中，该光输出特性是与有效累积驱动时间tc相对应地记录或者追加记录到记录部8的。
图10是表示记录部8中记录的数据的结构例的示意图，当事先记录从测定光输出特性时到下一次测定光输出特性的与包括光源部2的温度在内的驱动条件有关的信息时，能够验证在此期间的相对于驱动条件的加速系数F(P，T)是否不是过大评价或者过小评价，从而能够用作用于提高第一计算部6的计算精度的信息。例如，在某个有效累积驱动时间tc下收集性能指数Q、性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt相同的数据来观察剩余寿命τR的分布，在温度T高的驱动条件的数据偏向存在于剩余寿命τR长的分布处的情况下，表示对基于温度T上升的加速系数F(P，T)进行了过大评价而有效驱动时间被计算得稍长，能够以解除上述的偏向存在的方式重新评估并更新第一计算部6所参照的二维数据表，提高第一计算部6的计算精度。当第一计算部6的计算精度提高时，有效驱动时间的计算精度提高，因此使得第二计算部9所参照的数据表的更新精度上升，能够使第二计算部9的计算精度也提高。也可以是，在每次包括温度在内的驱动条件改变时测定光输出特性，将检测温度T及驱动条件值P等驱动条件与有效累积驱动时间tc、光输出特性、性能指数Q、性能指数Q的变化速度ΔQ/Δt、剩余寿命τR等一起记录到记录部8，以获取易于在数据表的更新中利用的数据。
[第十实施方式]
在本发明的第十实施方式所涉及的激光装置中，能够通过记录介质或者通信单元将记录部8中记录的如图5、图6、图9、图10那样的数据输出到能够进行数据的集成、分析的计算系统、服务器等。如前所述，收集包括光源部2的寿命实际耗尽的时间点的有效累积驱动时间tc在内的记录部8中记录的数据并进行分析，由此能够将由第一计算部6、第二计算部9计算出的终生寿命τL、剩余寿命τR与实际的终生寿命、剩余寿命进行比较，从而能够以使其差变小的方式重新评估并更新第一计算部6、第二计算部9在计算时参照的数据表。其结果，能够进一步提高有效累积驱动时间tc、终生寿命τL、剩余寿命τR的计算精度。
也可以是，利用网络和服务器以从大量激光装置收集庞大的数据，利用人工智能、机器学习装置以对庞大的数据进行分析来对第一计算部6、第二计算部9在计算加速系数F(P，T)、剩余寿命τR时参照的数据库进行更新。第一计算部6、第二计算部9在计算加速系数F(P，T)、剩余寿命τR时参照的数据库不需要存在于激光装置1内部，例如也可以是，在雾计算系统的服务器等中具备该数据库，经由网络参照数据库来计算加速系数F(P，T)、剩余寿命τR，以兼顾实时性。另外，也可以将要记录到记录部8的数据也记录到通过网络而连接的服务器等。
另外，也可以是，通过网络等向激光装置1的制造商、维护承包商适时地自动输出剩余寿命τR等信息，来唤起客户的注意、使客户准备要更换的光源部2，使得将激光装置1无法工作的时间抑制为最小限度。
[第十一实施方式]
在本发明的第十一实施方式所涉及的激光装置中，关于第一计算部6在计算加速系数F(P，T)时参照的数据以及第二计算部9在计算光源部2的终生寿命τL、剩余寿命τR时参照的数据中的至少一方的数据，即使在经过了激光装置1中的有效累积驱动时间tc的时间点，也能够通过记录介质或者通信单元来进行数据的替换，能够在记录部8中留下以下信息：在有效累积驱动时间tc的哪个时间点替换了数据的记录。
将第一计算部6、第二计算部9在计算时参照的数据置换为最新版，由此能够提高置换后的有效累积驱动时间tc、终生寿命τL、剩余寿命τR的计算精度。即使在经过有效累积驱动时间tc的中途对参照的数据进行了更新，也将参照哪一版的数据进行了计算留下记录，由此能够将在使用中途对参照的数据进行了更新的激光装置1的记录部8中记录的数据也用作用于对第一计算部6、第二计算部9在计算时参照的数据进行更新的数据。图11示意性地表示记录部8中记录的数据的结构例。在激光装置1内具备参照的数据的情况下，也可以通过网络来取入从实施了前述的数据的集成、分析的雾计算系统的服务器等输出的数据，由此使得参照的数据的替换也能够自动地进行。
[第十二实施方式]
在本发明的第十二实施方式所涉及的激光装置中，第一计算部6能够将加速系数F(P，T)计算为第一加速系数FP(P)与第二加速系数FT(T)之积、即FP(P)·FT(T)，其中，该第一加速系数FP(P)依赖于来自光源部2的光输出或者决定光输出的至少一个以上的光源部2的驱动条件值P，该第二加速系数FT(T)依赖于由温度检测部5检测出的温度TM或者根据由温度检测部5检测出的温度TM而求出的光源部2的温度TL。
第一计算部在计算加速系数时参照的数据不是如图2所示那样提供相对于驱动条件值P和温度T这两个参数的加速系数F(P，T)的二维的数据表，能够参照如图12中示出了例子那样的表示驱动条件值P与第一加速系数FP(P)之间的关系的曲线图以及如图13中示出了例子那样的表示温度T与第二加速系数FT(T)之间的关系的曲线图来计算加速系数F(P，T)＝FP(P)·FT(T)。在图12中，也能够将来自光源部2的光输出或者决定光输出的至少一个以上的光源部2的驱动条件值P作为光输出，标准条件值PS是50W。关于驱动条件值P，除了设为光输出以外也能够设为驱动电流等。另外，在图13中，标准温度TS是50℃。即，在图12和图13所示的例子中，光输出为50W、由温度检测部5检测出的温度TM或者根据由温度检测部5检测出的温度TM而求出的光源部2的温度TL为50℃的情况是标准驱动条件，加速系数F(50W，50℃)＝FP(50W)·FT(50℃)＝1。
在参照的数据是二维的数据表的情况下，需要从过去的实际状况数据中获取的数据量多，数据获取需要时间，但是当以依赖于驱动条件值P的第一加速系数FP(P)与依赖于温度T的第二加速系数FT(T)之积来表示加速系数F(P，T)时，能够大幅减少应该获取的数据，能够以比较少的工时来制作所需的参照的数据。
[第十三实施方式]
在本发明的第十三实施方式所涉及的激光装置中，第一加速系数FP(P)是排除了光源部2中的发热量随着驱动条件值P的变化而改变由此光源部2的温度发生变化所引起的寿命消耗的加速效果的、将光源部2的温度固定为标准温度TS的条件下的加速系数，第二加速系数FT(T)是基于光源部2的温度的加速系数。
例如，在提供加速系数F(P，T)的驱动条件值P是驱动电流的情况下，基于驱动电流的第一加速系数FP(P)根据温度而不同，因此需要用于针对多个温度分别计算第一加速系数FP(P)的数据，但是当分离出伴随驱动条件的变化的温度的变化对寿命消耗的加速的影响时，无需针对多个温度准备基于驱动电流的加速系数的数据，能够使所需的数据量进一步变少。
为了将第一加速系数FP(P)设为不依赖于温度的加速系数，需要排除光源部2中的发热量随着驱动条件值P的变化而改变由此光源部2的温度发生变化所引起的寿命消耗的加速效果，来设为将光源部2的温度固定为标准温度TS的条件下的加速系数，第二加速系数FT(T)需要为基于光源部2的温度的加速系数。
图14例示了提供加速系数的驱动条件值P是光输出的情况下的、例如将冷却部12的温度固定为某个温度的情况下的基于光输出的加速系数以及将光源部2的温度固定为标准温度的情况下的基于光输出的加速系数。由于在光源部2与冷却部12之间存在热阻抗，因此光源部2的温度随着光输出的增加而上升，因此前者是包含了温度的影响的基于光输出的第一加速系数FP(P)，后者是去除了温度的影响的基于光输出的第一加速系数FP(P)。当冷却部12的温度改变时，即使是相同的光输出，第一加速系数FP(P)也会变化，因此前者需要针对多个冷却部12的温度的多张曲线图以能够求出第一加速系数FP(P)，但是即使冷却部12的温度改变，后者也只要参照一张曲线图就能够计算第一加速系数FP(P)。
[第十四实施方式]
在本发明的第十四实施方式所涉及的激光装置中，光源部2是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块，如图15所示，温度检测部5被设置成对从激光二极管的pn结到吸收pn结处所产生的热的冷却部12为止的热路径的任一个位置的温度进行检测，第一计算部6能够相对于pn结的温度TL来计算第二加速系数FT(T)，其中，该pn结的温度TL是基于由温度检测部5检测出的温度TM、从温度检测位置到pn结的热阻抗Rt以及根据光源部2的光输出特性而计算出的pn结处的发热量HP并利用TL＝TM+Rt·(HP-ΔHP)≈TM+Rt·HP的式子来计算出的。关于不经由从pn结到吸收pn结处所产生的热的冷却部12为止的热路径的发热量ΔHP，由于通常ΔHP＜＜HP，因此在上述的式子中忽视。
能够基于pn结处的发热量、激光波长的移位量、通过温度检测而检测出的温度TM等来估算上述的热阻抗Rt，一旦估算出该热阻抗Rt，那么在相同设计规格的激光二极管中即使使用相同的值，误差也小，不会有问题。另外，在光源部2、即激光二极管的光输出特性中，当获知对激光二极管施加的施加电压时，能够通过发热量＝施加电压×驱动电流-光输出能量这个式子来计算发热量HP。为了获知光源部2的发热量，期望的是，在记录部8中记录的光输出特性中，将对光源施加的施加电压也作为光输出特性数据与驱动电流一并进行测定和记录。
如以上那样，当获知作为光源部2的温度TL的pn结的温度时，能够利用广泛用于加速寿命试验等的数式3的阿累尼乌斯模型式来计算作为基于pn结的温度TL的加速系数的第二加速系数FT(TL)。
【式2】
(数式3)
在数式3中，Ea是活化能(eV)，kB是玻尔兹曼常数＝8.6173×10-5(eV/K)。TL是光源部2的温度，在光源部2为激光二极管的情况下，TL是pn结的温度，TS如前所述那样是标准温度。在数式3中需要使用表示为绝对温度的温度。当利用阿累尼乌斯模型式时，仅求出活化能Ea就能够计算第二加速系数FT(T)。
当使用相对于光源部2、即激光二极管的pn结的温度TL的第二加速系数FT(TL)时，能够根据基于驱动电流、光输出等温度以外的驱动条件值P的加速系数来排除温度T对加速的影响，因此不需要针对多个温度具备如图12那样的第一加速系数FP(P)的曲线图，计算第一加速系数FP(P)所需的数据数量变少，能够大幅削减数据获取所需的时间。
此外，在光源部2是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块的情况下，多个激光二极管或者激光二极管模块直接或者隔着收纳壳体地安装于用于吸收激光二极管所产生的热的冷却板的情况多，但也可以是，为了测定冷却板的温度分布，以与冷却板热连接的状态设置多个温度检测部5，根据激光二极管在冷却板上的位置来计算不同的有效累积驱动时间tc等，进行更精细的寿命管理。在多个激光二极管被分为能够独立地驱动的多个组的情况下，也能够参照各个组的剩余寿命τR来优先驱动剩余寿命τR长的组的激光二极管，实现剩余寿命τR的均衡化等。
另外，也能够对冷却板铺设热管来使冷却板的温度分布均匀，由此避免如下的事态：特定的激光二极管的有效累积驱动时间tc相比于其它激光二极管大幅变大，从而寿命相比于其它激光二极管的寿命非常早地耗尽。
[第十五实施方式]
在本发明的第十五实施方式所涉及的激光装置中，光源部2是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块，第一计算部6将第一加速系数FP(P)计算为如数式4和数式5所示那样的以下数式的指数函数：驱动条件值P除以标准驱动条件值PS的数式；或者从驱动条件值P减去某个正的整数所得到的值除以从标准驱动条件值PS减去所述某个正的整数所得到的值的数式。
【式3】
(数式4)
FP(P)＝(P/PS)n
(数式5)
FP(P)＝((P-ε)/(PS-ε))n
在此，PS是标准驱动条件值，ε是正的整数。
图16是光输出或者决定光输出的至少一个以上的光源部2的驱动条件值P为光输出的情况，通过数式4来计算第一加速系数FP(P)，标准驱动条件值PS(标准光输出)是50W。图17是驱动条件值P为驱动电流的情况，通过数式5来计算第一加速系数FP(P)，ε大致相当于阈值电流，标准驱动条件值PS(标准驱动电流)是9A。
基于温度以外的驱动条件值的第一加速系数FP(P)也是通过如图14、图15所示的式子推导出的，由此在计算第一加速系数FP(P)时参照的数据几乎只是幂数n，数据获取所需的时间被大幅减少。
对于如光输出、驱动电流那样pn结的温度发生变化的驱动条件值P，使用去除了伴随驱动条件值P的变化的温度的影响的式子，由此，即使温度不同，也能够利用相同的式子来计算第一加速系数FP(P)，因此能够使在计算第一加速系数FP(P)时需要的参照数据进一步变少。
此外，也可以是，关于如图16、图17所示的在计算第一加速系数FP(P)时参照的曲线图(数据)，也如图4那样，具备与多个有效累积驱动时间tc对应的多个数据，即使在伴随有效累积驱动时间tc的经过而第一加速系数FP(P)发生变化、即幂数n发生变化的情况下，也能够高精度地计算第一加速系数FP(P)。
以上，说明了本发明的第一实施方式～第十五实施方式，但是本发明不限于前述的实施方式。另外，第一实施方式～第十五实施方式所记载的效果不过是列举了本发明所产生的最佳效果，本发明的效果不限定于第一实施方式～第十五实施方式所记载的效果。
此外，在本申请中，记载为具备第一计算部6、第二计算部9、记录部8、运算部7、控制部10的激光装置1，但是只是为了说明各功能而以分为功能块的方式进行了记载，不需要彼此之间物理分离，也可以利用一个处理器来实现这些功能块中的多个功能块或者这些功能块的全部。
第一计算部6、第二计算部9、记录部8、运算部7、控制部10中的处理可以通过硬件或软件来实现。在通过软件来实现的情况下，构成该软件的程序被安装于计算机。另外，也可以将这些程序记录于可移动介质来分发给用户，还可以通过经由网络将这些程序下载到用户的计算机来进行分发。并且，也可以不下载这些程序而是将这些程序作为经由网络的Web服务来提供给用户的计算机。
Claims (15)
1.一种激光装置，其特征在于，具备：
作为激光光源或激励光源发挥功能的至少一个以上的光源部；
向所述光源部提供驱动电流的至少一个以上的电源部；
对来自所述光源部的光输出进行检测的至少一个以上的光输出检测部；
对所述光源部或者与所述光源部热连接的构件的温度进行检测的至少一个以上的温度检测部；
第一计算部，其计算所述光源部的寿命消耗的加速系数，该系数以由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度是标准温度、来自所述光源部的光输出或者决定光输出的至少一个以上的所述光源部的驱动条件值是标准条件值的情况为基准，依赖于所述温度和所述驱动条件值；
第二计算部，其相对于伴随所述光源部的驱动而变化的、能够根据所述光源部的光输出特性而求出的至少一个以上的所述光源部的性能指数和所述性能指数的变化速度中的至少一方的所述光源部的特性，来计算所述光源部的终生寿命和所述光源部的剩余寿命中的至少一方的寿命；
运算部，其运算所述加速系数的时间积分来作为所述光源部的有效驱动时间；
记录部，其能够将由所述运算部运算出的从某个设定时间到晚于所述设定时间的任意时间为止的所述加速系数的时间积分记录为到所述任意时间为止的有效累积驱动时间，并且能够记录所述光输出特性以及由所述第二计算部计算出的所述终生寿命和所述剩余寿命；以及
控制部，其对所述各部进行控制。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
由所述第一计算部计算的所述加速系数还依赖于所述有效累积驱动时间。
3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
所述第二计算部具有以下功能：从相对于所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度中的至少一方的所述光源部的特性而计算出的所述光源部的终生寿命减去所述记录部中记录的到所述任意时间为止的所述有效累积驱动时间，来计算所述任意时间下的所述光源部的剩余寿命。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的激光装置，其特征在于，具有以下功能：
根据来自所述控制部的指令，按照规定的时间表，所述电源部向所述光源部输出用于光输出测定的驱动电流，所述控制部测定表示所述驱动电流与由所述光输出检测部检测出的光输出之间的关系的所述光源部的光输出特性，所述记录部将所述光输出特性与该时间点下的所述有效累积驱动时间相对应地追加记录或者记录到所述记录部。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
具备能够独立地控制驱动电流的多个所述光源部，具备能够针对能够独立地控制所述驱动电流的各个所述光源部来分别检测光输出的至少一个以上的所述光输出检测部。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
由所述第二计算部相对于所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度而计算的所述光源部的所述剩余寿命还依赖于所述有效累积驱动时间。
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，具有以下功能：
在根据与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的光输出特性而求出的所述性能指数的变化速度或者变化幅度超过了比所述光输出特性的测定误差大的规定的值的情况下，将由所述第二计算部基于过去的所述光源部的所述性能指数、所述性能指数的变化速度而计算出的所述终生寿命置换为根据基于新测定出的所述光源部的所述光输出特性来求出的所述光源部的所述性能指数和所述性能指数的变化速度而计算出的所述光源部的所述剩余寿命与所述有效累积驱动时间相加所得到的值。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
所述记录部具有以下功能：将由所述第二计算部计算出的所述有效累积驱动时间下的所述光源部的所述剩余寿命与所述光输出特性一起记录或者追加记录到所述记录部，其中，所述光输出特性是与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
所述记录部具有以下功能：将从测定所述光输出特性时到下一次测定所述光输出特性时的期间内的、由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度以及所述光源部的所述驱动条件值中的至少一方的关于所述光源部的驱动条件的信息与所述光输出特性一起记录或者追加记录到所述记录部，其中，所述光输出特性是与所述有效累积驱动时间相对应地记录或者追加记录到所述记录部的。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
能够通过记录介质或者通信单元来输出所述记录部中记录的数据。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
关于所述第一计算部在计算所述加速系数时参照的数据以及所述第二计算部在计算所述光源部的所述终生寿命、所述剩余寿命时参照的数据中的至少一方的数据，即使在经过了所述激光装置中的所述有效累积驱动时间的时间点，也能够通过记录介质或者通信单元来进行数据的替换，能够在所述记录部中作为记录而留下以下信息：在所述有效累积驱动时间的哪个时间点替换了参照的数据。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
所述第一计算部将所述加速系数计算为第一加速系数与第二加速系数之积，其中，所述第一加速系数依赖于来自所述光源部的光输出或者决定光输出的至少一个以上的所述光源部的驱动条件值，所述第二加速系数依赖于由所述温度检测部检测出的温度或者根据由所述温度检测部检测出的温度而求出的所述光源部的温度。
13.根据权利要求12所述的激光装置，其特征在于，
所述第一加速系数是排除了所述光源部中的发热量随着所述驱动条件值的变化而改变由此所述光源部的温度发生变化所引起的寿命消耗的加速效果的、将所述光源部的温度固定为所述标准温度的条件下的加速系数，所述第二加速系数是基于所述光源部的温度的加速系数。
14.根据权利要求12或13所述的激光装置，其特征在于，
所述光源部是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块，所述温度检测部被设置成对从所述激光二极管的pn结到吸收所述pn结处产生的热的冷却部为止的热路径的任一个位置的温度进行检测，所述第一计算部相对于所述pn结的温度来计算所述第二加速系数，其中，所述pn结的温度是基于由所述温度检测部检测出的温度、从温度检测位置到所述pn结的热阻抗以及根据所述光源部的光输出特性计算出的所述pn结处的发热量来计算出的。
15.根据权利要求12～14中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
所述光源部是激光二极管或者包括多个激光二极管的激光二极管模块，所述第一计算部将所述第一加速系数计算为以下数式的指数函数：所述驱动条件值除以标准驱动条件值的数式；或者从所述驱动条件值减去某个正整数所得到的值除以从所述标准驱动条件值减去所述某个正整数所得到的值的数式。
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