JP2004053781A - Second harmonic generation device and method for controlling temperature in second harmonic generation device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射されたレーザ光の第2高調波を生成するSHG素子と、そのSHG素子の温度を調整する温度調整手段とが備えられた第2高調波発生装置、及び、第2高調波発生装置における温度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる第2高調波発生装置は、SHG素子の一端側にレーザ光を入射して、入射レーザ光の1/2の波長を有するレーザ光(第2高調波)を取り出す装置である。
SHG素子は、入射レーザ光の第2高調波への変換効率を高効率に維持するには、SHG素子を高精度で一定温度に温度制御する必要がある。
従来、例えばペルチェ効果によって対象物を加熱又は冷却する熱電冷却装置を備えて温度調整手段を構成し、SHG素子を一定温度の保持するように制御していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、SHG素子では、光の入射端及び出射端が素子の周囲から熱的な影響を受けるので、SHG素子における両端部分が周囲から冷却又は加熱されて、光伝播方向における温度分布が図9に示すような温度分布となってしまう。図9では、光路長が10mmのSHG素子を加熱する状態で温度制御する場合を例示しており、光伝播方向で温度差ΔTmax(2℃程度)の範囲で分布している。
図9において、必要な変換効率を得るための温度範囲がΔTcが0.2℃程度であるとすると、全光路長のうち第2高調波の発生に効率的に寄与し得る長さは、図9において「L」で示す長さとなってしまう。
従って、第2高調波への変換効率を高効率に維持できる温度領域に温度制御されている部分が光伝播方向の一部に限られてしまうことになり、SHG素子の第2高調波への変換効率が低下してしまう不都合があった。
光伝播方向における温度分布において平坦な領域を長くするには、光伝播方向でのSHG素子の長さを長くすれば良いのであるが、光伝播方向での長さを長くすると、素子の温度制御をより高精度に行うことが必要となって装置コストの上昇を招いてしまうことになる。
【0004】
つまり、SHG素子の温度と第2高調波への変換効率との関係を概略的に示す図10のように、光伝播方向での素子の長さが比較的短いSHG素子の特性が実線Aにて示すような特性であるとすると、光伝播方向での素子の長さを長くした場合には1点鎖線Bにて示すような特性となり、図10中において「η」で示す変換効率以上の変換効率を得るための温度範囲は、素子の長さが比較的短い場合の特性(実線A)では「ΔTc」であるのに対して、素子の長さを長くした場合の特性(1点鎖線B)では「ΔTc’」となって、第2高調波への変換効率を高く維持できる温度が範囲がより狭小となる。従って、より高精度の温度制御が必要となるのである。
又、一方、SHG素子の光路長を極端に短くした場合でも、光伝播方向での温度分布が均等化されることになるが、理論上、前記変換効率は光路長の2乗に反比例するため、温度分布が均一になっても前記変換効率が低くなってしまう。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、温度制御の高精度化を回避しながら、SHG素子の第2高調波への変換効率を可及的に向上させる点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記請求項1記載の構成を備えることにより、入射されたレーザ光の第2高調波を生成するSHG素子と、そのSHG素子の温度を調整する温度調整手段とが備えられた第2高調波発生装置において、前記温度調整手段は、前記SHG素子における光伝播方向の両端部分と、中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせるように構成されている。
すなわち、SHG素子において光伝播方向の両端部分とその中間部分とで加熱又はを冷却の程度を異ならせることで、SHG素子の周囲の温度の影響を補償するような状態で加熱又は冷却を行うことが可能となり、SHG素子の光路長がそれほど長くない場合でも、光伝播方向における温度分布を、第2高調波への変換効率を高効率に維持できる温度に可及的に均一化することができる。
もって、温度制御の高精度化を回避しながら、SHG素子の第2高調波への変換効率を可及的に向上させることができるに至った。
【0006】
又、上記請求項2記載の構成を備えることにより、前記温度調整手段は、前記光伝播方向に沿って並べられた複数の加熱手段又は冷却手段と、前記複数の加熱手段又は冷却手段を夫々個別に制御する温度制御手段とが設けられて構成されている。
すなわち、SHG素子において光伝播方向の両端部分とその中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせるための手段として、複数の加熱手段又は冷却手段を光伝播方向に複数個並べて夫々個別に温度制御することで、装置構成の単純化を図りながら、SHG素子の第2高調波への変換効率を向上させることができる。
【0007】
又、上記請求項3記載の構成を備えることにより、前記加熱手段又は冷却手段は、熱電冷却装置にて構成されている。
すなわち、いわゆるペルチェ効果を利用した熱電冷却素子を備えた熱電冷却装置は、熱電冷却素子に流す電流を制御することによって、対象物を応答性良く加熱又は冷却することができ、温度制御の精度を向上できる。
【0008】
又、上記請求項4記載の構成を備えることにより、前記温度調整手段は、複数の熱電冷却素子を備えた熱電冷却装置にて構成され、前記熱電冷却装置における前記熱電冷却素子の配置の分布状態を、前記両端部分に対応する部分と前記中間部分に対応する部分とで異ならせて構成されている。
すなわち、いわゆるペルチェ効果を利用した熱電冷却素子を備えた熱電冷却装置は、熱電冷却素子に流す電流を制御することによって、対象物を応答性良く加熱又は冷却することができるのであるが、熱電冷却装置における熱電冷却素子の分布状態を異ならせることで、同一の電流を流しても場所によって加熱又は冷却の程度を異ならせることができる。
そこで、前記熱電冷却素子の配置の分布状態を、前記光伝播方向の両端部分に対応する部分とその中間部分に対応する部分とで異ならせることによって、光伝播方向の両端部分と、中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせている。
もって、熱電冷却装置自体に温度分布を補正する機能を備えさせて、温度制御の制御構成の簡素化を図ることができる。
【0009】
又、上記請求項5記載の構成を備えることにより、入射されたレーザ光の第2高調波を生成するSHG素子と、そのSHG素子の温度を調整する温度調整手段とが備えられた第2高調波発生装置における温度制御方法において、前記SHG素子における光伝播方向の両端部分と、中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせる。
SHG素子において光伝播方向の両端部分とその中間部分とで加熱又はを冷却の程度を異ならせることで、SHG素子の周囲の温度の影響を補償するような状態で加熱又は冷却を行うことが可能となり、SHG素子の光路長がそれほど長くない場合でも、光伝播方向における温度分布を、第2高調波への変換効率を高効率に維持できる温度に可及的に均一化することができる。
もって、温度制御の高精度化を回避しながら、SHG素子の第2高調波への変換効率を可及的に向上させることができるに至った。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第2高調波発生装置を写真プリントシステムにおける露光用の光源に備えた場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
<第1実施形態>
本第1実施形態で例示する写真プリントシステムDPは、いわゆるデジタルミニラボ機として知られているものであり、図4のブロック構成図に示すように、現像処理済みの写真フィルムやメモリーカード,MOあるいはCD−R等から写真プリントを作製するための画像データを入力する画像入力装置IRと、画像入力装置IRにて入力した画像データを印画紙2に露光処理する露光・現像装置EPとから構成されている。
【0011】
〔画像入力装置IRの概略構成〕
画像入力装置IRには、図4に概略的に示すように、写真フィルムの駒画像を読み取るフィルムスキャナ3と、メモリーリーダ,MOドライブ及びCD−Rドライブ等を備えた外部入出力装置4と、汎用小型コンピュータシステムにて構成されてフィルムスキャナ3や外部入出力装置4の制御のほか写真プリントシステムDP全体の管理を実行する主制御装置5とが備えられ、更に、主制御装置5には、仕上がりプリント画像をシミュレートしたシミュレート画像や各種の制御用の情報を表示するモニタ5aと、露光条件の手動設定等や制御情報の入力操作をするための操作卓5bとが接続されている。
【0012】
〔露光・現像装置EPの全体構成〕
露光・現像装置EPは、筐体内部に、画像露光装置EXと、画像露光装置EXにて露光された印画紙2を現像処理する現像処理装置PPと、筐体内に配置された印画紙マガジン6から引き出された印画紙2を多数の搬送ローラ9等にて現像処理装置PPへ搬送する印画紙搬送系PTとが設けられている。
図示を省略するが、露光・現像装置EPの筐体外部には、現像処理装置PPにて現像処理及び乾燥処理された印画紙2をオーダ毎に分類するためのソータが備えられ、このソータへ印画紙2を搬送するコンベア10が筐体上面に備えられている。
更に、印画紙搬送系PTの搬送経路の途中には、印画紙マガジン6から引き出された長尺の印画紙2を設定プリントサイズに切断するカッタ11と、一列で搬送される印画紙2を複数の搬送列に振り分けるための振り分け装置12が備えられている。
【0013】
〔画像露光装置EXの構成〕
画像露光装置EXは、印画紙2に対して光ビームを走査することにより印画紙2上に露光画像を形成する画像露光ユニット13と、画像露光ユニット13を制御する露光制御装置14とを主要部として構成されている。
〔画像露光ユニット13の構成〕
画像露光ユニット13は、レーザを光源として印画紙2上に画像を露光するいわゆるレーザ露光式を採用しており、その概略構成を図3のブロック構成図に示す。
画像露光ユニット13には、赤色,緑色及び青色の単色光をコリメート光として夫々出射する赤色レーザ光源20r,緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bと、各レーザ光源20r,20g,20bの出射光を強度変調するための音響光学変調素子21(以下、「AOM素子21」と略称する)と、各レーザ光源20r、20g、20bから出射される光ビームLBのビーム径を調整するためのビームエキスパンダ22と、シリンドリカルレンズ23と、赤色,緑色及び青色の3本の光ビームLBの光軸を1本の光軸にまとめるプリズム24と、光ビームLBを走査するためのポリゴンミラー25と、f−θ特性と面倒れ補正機能とを有する結像レンズ群26とが備えられる他、光ビームLBの光路を屈曲させるミラー27やプリズム24へ入射する光を規制するアパーチャ28が配置されている。
【0014】
〔レーザ光源20g,20bの構成〕
各レーザ光源20r,20g,20bは、何れも半導体レーザ素子を光源としているのであるが、赤色レーザ光源20rが半導体レーザ素子の出射光をそのまま光ビームLBとしているのに対し、緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、半導体レーザ素子の出射光をSHG素子に入射させて第2高調波を生成し、その第2高調波を光ビームLBとしている。
以下、緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bの構成について更に説明するが、これらのレーザ光源20g,20bは基本的に同一構成であるので、両者を併せて説明する。
【0015】
緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、図2に概略的に説明するように、半導体レーザ素子を筐体内に収納した半導体レーザ装置41と、半導体レーザ装置41の位置決めを行うレーザ取付部材42と、レーザ取付部材42に取付けられて半導体レーザ装置41の温度を設定温度に維持するための熱電冷却装置43と、半導体レーザ装置41の出射光を平行光にする第1コリメートレンズ44と、半導体レーザ装置41の出射光を集光する集光レンズ45と、集光レンズ45にて集光されたレーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生装置46と、第2高調波発生装置46から出射した第2高調波の光ビームを平行光にする第2コリメートレンズ47とが備えられて構成されている。
【0016】
〔第2高調波発生装置46の構成〕
第2高調波発生装置46は、図1に示すように、ベース板51と、第1〜第3の3つの熱電冷却装置52,53,54と、集光レンズ45に集光されて光導波路55aの一端側に入射されたレーザ光の第2高調波を生成するSHG素子55と、SHG素子55を支持するSHG素子支持体56と、SHG素子55を支持した状態のSHG素子支持体56を覆うカバー57とが備えられている。
本第1実施形態では、上記のようにSHG素子55として光導波路型のSHG素子を用いており、以下、SHG素子55を「光導波路型SHG素子55」と称する。
SHG素子支持体56には、光導波路型SHG素子55を載置するための溝56aと、サーミスタ等の温度センサ48a(図1では図示を省略)への配線を配置するための3本の細溝56bとが形成されている。各温度センサ48aは、光導波路型SHG素子55に接するように取付けられる。
【0017】
第1〜第3熱電冷却装置52,53,54は、光導波路型SHG素子55の光導波路方向(図1において矢印Cにて示す方向、すなわち光伝播方向)に沿って並べられて配置され、、光導波路型SHG素子55の光導波路方向での温度分布を、図5において曲線Dで示すような平坦部分の範囲が広い温度分布とするべく、図2に示す温度コントローラ48にて、各温度センサ48aの検出温度が同一温度となるように夫々個別に制御される。
本第1実施形態では、光導波路型SHG素子55の温度を室温より高い側に設定しており、第1〜第3熱電冷却装置52,53,54にて光導波路型SHG素子55を加熱することになる。
【0018】
光導波路型SHG素子55の光導波路方向の両端は周囲から冷却されるので、上記のような温度制御を行うことによって、第1熱電冷却装置52及び第3熱電冷却装置54による光導波路型SHG素子55に対する加熱の程度が、第2熱電冷却装置53による加熱の程度よりも大となる。
換言すると、SHG素子55における光伝播方向の両端部分と、その中間部分とで加熱の程度を異ならせるように制御されている。
従って、複数の加熱手段HCである第1〜第3熱電冷却装置52,53,54と、温度制御手段TCである温度コントローラ48とを備えて、SHG素子55の温度を調整する温度調整手段TSとが構成されている。
このように構成される温度調整手段TSは、本第1実施形態では、光導波路型SHG素子55の温度を室温より高く設定しているために、第1〜第3熱電冷却装置52,53,54が加熱手段HCとして作用するが、光導波路型SHG素子55の温度を室温より低く設定した場合は、第1〜第3熱電冷却装置52,53,54は冷却手段CCとして機能して、光導波路型SHG素子55における光伝播方向の両端部分と、その中間部分とで冷却の程度を異ならせることになる。
【0019】
上記のように構成された緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、温度コントローラ48にて温度制御された状態で、半導体レーザ装置41から出射されたレーザ光が第1コリメートレンズ44及び集光レンズ45を経て光導波路型SHG素子55の光導波路55aに入射すると、光導波路55aを伝搬するレーザ光の一部が、波長が1/2の第2高調波に変換されて出射され、印画紙2を露光するために前記光ビームLBとなる。
【0020】
〔露光制御装置14の構成〕
露光制御装置14には、図3に概略的に示すように、上記構成の画像露光ユニット13を制御するために、画像入力装置IRから入力される画像データを画像露光ユニット13の露光特性を考慮した画像データに補正演算する画像処理回路30と、画像処理回路30にて求められた画像データを赤色,緑色及び青色の各色毎に記憶する画像データメモリ31と、赤色,緑色及び青色の各色毎に備えられて画像データメモリ31の出力データをD/A変換するD/Aコンバータ32と、各D/Aコンバータ32からの入力信号に応じた振幅を有する制御信号をAOM素子21に出力するAOM制御回路33と、各D/Aコンバータ32から送出する画像信号の送出タイミングを制御するタイミング制御回路34とが備えられている。
【0021】
〔画像露光装置EXの露光動作〕
次に、上記構成の画像露光ユニット13及び露光制御装置14の動作を説明する。
画像入力装置IRから入力された露光用画像データは、画像処理回路30によって補正演算されて、画像露光ユニット13によって露光されたときに良好なプリント画像が得られる画像データに変換され、画像データメモリ31に順次書き込まれる。
画像データメモリ31に一旦記憶されたデータは、各画素のデータ毎に、タイミング制御回路34から入力されるクロック信号と同期して画素単位でD/Aコンバータ32に送られ、アナログ信号に変換された後にAOM制御回路33に送られる。
タイミング制御回路34は、印画紙搬送系PTから得られる印画紙2の搬送情報に基づいて、印画紙2の前端が所定の露光開始位置まで搬送されて来たことを検知すると、光ビームLBの走査位置の検出信号と同期をとりながら、画像露光ユニット13の露光処理スピードに対応した速度で画像信号を画像露光ユニット13へ順次送信するように前記クロック信号を生成する。
【0022】
AOM制御回路33は、入力信号に応じた振幅の制御信号をAOM素子21に出力し、AOM素子21は入力制御信号の振幅に応じた回折率で各レーザ光源20b,20g,20rから入射するレーザ光を変調する。
上記のようにして変調された各光ビームLBは、ビームエキスパンダ22等を通過した後にプリズム24に入射し、赤色,緑色及び青色の3本の光ビームLBが1本の光ビームLBにまとめられ、ポリゴンミラー25の反射面に照射される。
【0023】
駆動モータ25aにて回転駆動されているポリゴンミラー25の反射面で反射された光ビームLBは、ポリゴンミラー25の回転軸芯と直交する面内で走査され、搬送移動される印画紙2上に結像レンズ群26によって集光される。光ビームLBの走査方向は印画紙2の搬送方向と交差(より具体的には、直交)しており、光ビームLBの走査方向が主走査方向、印画紙2の搬送方向が副走査方向となる。光ビームLBの走査と印画紙2の搬送移動によって、印画紙2上にプリントする画像が潜像として形成される。
【0024】
〔写真プリントの作製動作〕
次に、上記構成の写真プリントシステムDPによる写真プリントの作製動作を概略的に説明する。
操作者が写真フィルムの駒画像について写真プリントの作製を指示入力したときは、主制御装置5は、フィルムスキャナ3に対して写真フィルムの読み取りを指令し、フィルムスキャナ3からその写真フィルムの画像データを順次受取って、内蔵されているメモリに記録する。
一方、操作者がメモリーカード,MOあるいはCD−R等の記録媒体に記録された画像データについて写真プリントの作製を指示入力したときは、主制御装置5は、外部入出力装置4の該当するドライブに画像データの読み取りを指令し、そのドライブから画像データを順次受取ってメモリに記録する。
【0025】
主制御装置5は、上記のようにして入力された画像データに基づいて、その画像データによってプリントを作製した場合に得られるであろうシミュレート画像を図示を省略する画像処理回路にて演算して求め、それをモニタ5aに表示する。
操作者は、このモニタ5a上のシミュレート画像を観察して、適正な画像が得られていなければ、操作卓5bから露光条件の修正入力操作を行う。
主制御装置5の画像処理回路は、入力された画像データとその修正入力とに従って予め設定された演算条件で赤色、緑色、青色毎の露光用画像データを生成する。
【0026】
この露光用画像データは、露光・現像装置EPの露光制御装置14に送られ、上述のようにして印画紙2にプリント画像の潜像が形成される。
画像露光ユニット13にて露光処理された印画紙2は、印画紙搬送系PTにて現像処理装置PPへ搬送されて、各現像処理タンクを順次通過することにより現像され、現像処理された印画紙2は、更に乾燥処理された後にコンベア10上に排出され、ソータにてオーダー毎にまとめられる。
【0027】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本第2実施形態は、レーザ光源20r,20g,20bの構成のみが上記第1実施形態と異なる。
より具体的には、緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bに用いられている第2高調波発生装置において、光導波路型SHG素子55の温度調整手段TSの具体構成が上記第1実施形態と異なるのみで、他の部分は上記第1実施形態と同一構成である。
以下、本第2実施形態のレーザ光源20r,20g,20bについて説明し、その他の第1実施形態と共通の部分については説明を省略する。尚、上記第1実施形態と共通の部分については、上記第1実施形態と同一の符号を付して説明する。
【0028】
〔レーザ光源20g,20bの構成〕
本第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、各レーザ光源20r,20g,20bは、何れも半導体レーザ素子を光源としているのであるが、赤色レーザ光源20rが半導体レーザ素子の出射光をそのまま光ビームLBとしているのに対し、緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、半導体レーザ素子の出射光を光導波路型SHG素子に入射させて第2高調波を生成し、その第2高調波を光ビームLBとしている。
以下、緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bの構成について更に説明するが、本第2実施形態においても、これらのレーザ光源20g,20bは基本的に同一構成であるので、両者を併せて説明する。
【0029】
緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、図7に概略的に説明するように、半導体レーザ素子を筐体内に収納した半導体レーザ装置41と、半導体レーザ装置41の位置決めを行うレーザ取付部材42と、レーザ取付部材42に取付けられて半導体レーザ装置41の温度を設定温度に維持するための熱電冷却装置43と、半導体レーザ装置41の出射光を平行光にする第1コリメートレンズ44と、半導体レーザ装置41の出射光を集光する集光レンズ45と、集光レンズ45にて集光されたレーザ光の第2高調波を生成する第2高調波発生装置61と、第2高調波発生装置46から出射した第2高調波の光ビームを平行光にする第2コリメートレンズ47とが備えられて構成されている。
【0030】
〔第2高調波発生装置61の構成〕
第2高調波発生装置61は、図6に示すように、ベース板51と、熱電冷却装置62と、集光レンズ45に集光されて光導波路55aの一端側に入射されたレーザ光の第2高調波を生成するSHG素子55と、SHG素子55を支持するSHG素子支持体56と、SHG素子55を支持した状態のSHG素子支持体56を覆うカバー57とが備えられている。
本第2実施形態においても、上記のようにSHG素子55として光導波路型のSHG素子を用いており、上記第1実施形態と同様に、以下、SHG素子55を「光導波路型SHG素子55」と称する。
SHG素子支持体56には、光導波路型SHG素子55を載置するための溝56aと、サーミスタ等の温度センサ48a(図6では図示を省略)への配線を配置するための3本の細溝56bとが形成されている。各温度センサ48aは、光導波路型SHG素子55に接するように取付けられる。
【0031】
本第2実施形態における熱電冷却装置62は、図8(b)に示すように、P型半導体ブロック71と、N型半導体ブロック72とを、各ブロック71,72が直列の電流路を形成するように電極板73にて交互に接続したものを、セラミック板等により構成される2枚の熱伝導板74にて挟持したものであり、全体としては、図8(a)に示すように、扁平状の直方体形状をなしている。
上記のように構成された熱電冷却装置62は、直列接続されたP型半導体ブロック71とN型半導体ブロック72とに直流電流を流すと2枚の熱伝導板74のうちの一方が発熱して他方が吸熱し、電流の向きを逆にするとその発熱と吸熱とが切り替わる。
【0032】
本第2実施形態の熱電冷却装置62では、図8(b)において「W」示すP型半導体ブロック71とN型半導体ブロック72との並び間隔を、光導波路方向(図6及び図8(a)で矢印Eで示す方向、すなわち光伝播方向)で変化させている。
この間隔Wの具体的な値は、光導波路型SHG素子55の制御目標温度が室温より高い温度に設定されている場合において、光導波路型SHG素子55を温度コントローラ48にて前記制御目標温度に加熱したときに、図5における曲線Dで示すような平坦部分の範囲が広い温度分布とするべく設定され、試行実験によってあるいはシミュレーション計算によって求めることができる。
【0033】
光導波路型SHG素子55の光導波路方向の両端は周囲から冷却されるので、上記のように前記間隔Wを設定することで、図8(a)に示すように、光導波路方向の中央に近いほど前記間隔Wが広く、光導波路方向の両端に近いほど前記間隔Wが狭くなる。
このように前記間隔Wを光導波路方向で変化させることで、換言すると、P型半導体ブロック71とN型半導体ブロック72との対で構成される熱電冷却素子PCの配置の分布状態を、SHG素子55における光伝播方向の両端部分に対応する部分とその中間部分に対応するとで異ならせることで、SHG素子55における光伝播方向の両端部分と、その中間部分とで加熱の程度を異ならせている。
【0034】
従って、本第2実施形態では、熱電冷却装置62と温度コントローラ48とを備えて、光導波路型SHG素子55の温度を調整する温度調整手段TSとが構成されている。
このように構成される温度調整手段TSは、本第2実施形態においても、光導波路型SHG素子55の温度を室温より高く設定しているために、熱電冷却装置62が加熱手段として作用しているが、光導波路型SHG素子55の温度を室温より低く設定した場合は、熱電冷却装置62は冷却手段CCとして機能して、光導波路型SHG素子55における光導波路方向の両端部分と、その中間部分とで冷却の程度を異ならせることになる。
【0035】
上記のように構成された緑色レーザ光源20g及び青色レーザ光源20bは、温度コントローラ48にて温度制御された状態で、半導体レーザ装置41から出射されたレーザ光が第1コリメートレンズ44及び集光レンズ45を経て光導波路型SHG素子55の光導波路55aに入射すると、光導波路55aを伝搬するレーザ光の一部が、波長が1/2の第2高調波に変換されて出射され、印画紙2を露光するために前記光ビームLBとなる。
【0036】
<その他の実施形態>
以下、本発明のその他の実施形態を列記する。
(1)上記第1実施形態及び第2実施形態では、光導波路型SHG素子55に対する加熱手段としてペルチェ効果を利用した熱電冷却装置を例示しているが、その他の各種のヒータを用いても良い。
(2)上記第1実施形態において、温度コントローラ48は、3箇所に設置した各温度センサ48aが同一の温度になるように制御する場合を例示しているが、光導波路方向において4箇所以上の箇所で光導波路の温度を測定し、それらの箇所の温度のばらつきが極力小さくなるように温度コントローラ48が制御しても良い。
【0037】
(3)上記第1実施形態において、加熱手段HC又は冷却手段CCとして第1〜第3熱電冷却装置52,53,54の3つの熱電冷却装置を光導波路方向に並べて備えているが、4つ以上の熱電冷却装置を並べて備えて夫々個別に温度制御するように構成しても良い。
(4)上記第2実施形態では、熱電冷却素子の配置の分布状態を異ならせるために、P型半導体ブロック71とN型半導体ブロック72との間隔Wを広狭に変化させているが、P型半導体ブロック71あるいはN型半導体ブロック72のブロック自体の幅を広狭に変化させることによって分布状態を変化させるようにしても良い。
【0038】
(5)上記第1実施形態及び第2実施形態では、光導波路型SHG素子55の光導波路長を10mmとした場合を例示しているが、もちろんそれ以外の長さでも良い。
(6)上記第1実施形態及び第2実施形態では、本発明を適用した第2高調波発生装置を、写真プリントシステムDPの露光用の光源に用いる場合を例示しているが、光ピックアップ用の光源等の各種の光源に用いることができる。
(7)上記第1実施形態及び第2実施形態では、SHG素子55として光導波路を備えた光導波路型SHG素子を例示しているが、光導波路を備えないSHG素子にも本発明を適用できる。
(8)上記第1実施形態及び第2実施形態では、緑色光の第2高調波の生成と青色光の第2高調波の生成とにSHG素子55を用いる場合を例示しているが、赤色光についてもSHG素子55の第2高調波として生成するように構成しても良い。
【0039】
【発明の効果】
上記請求項1記載の構成によれば、光導波路型SHG素子において光導波路方向の両端部分とその中間部分とで加熱又はを冷却の程度を異ならせることで、光導波路型SHG素子の周囲の温度の影響を補償するような状態で加熱又は冷却を行うことが可能となり、光導波路型SHG素子の光導波路長がそれほど長くない場合でも、光導波路方向における温度分布を、第2高調波への変換効率を高効率に維持できる温度に可及的に均一化することができる。
もって、温度制御の高精度化を回避しながら、光導波路型SHG素子の第2高調波への変換効率を可及的に向上させることができるに至った。
【0040】
又、上記請求項2記載の構成によれば、光導波路型SHG素子において光導波路方向の両端部分とその中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせるための手段として、複数の加熱手段又は冷却手段を光導波路方向に複数個並べて夫々個別に温度制御することで、装置構成の単純化を図りながら、光導波路型SHG素子の第2高調波への変換効率を向上させることができる。
又、上記請求項3記載の構成によれば、いわゆるペルチェ効果を利用した熱電冷却素子を備えた熱電冷却装置は、熱電冷却素子に流す電流を制御することによって、対象物を応答性良く加熱又は冷却することができ、温度制御の精度を向上できる。
又、上記請求項4記載の構成によれば、いわゆるペルチェ効果を利用した熱電冷却素子を備えた熱電冷却装置は、熱電冷却素子に流す電流を制御することによって、対象物を応答性良く加熱又は冷却することができるのであるが、熱電冷却装置における熱電冷却素子の分布状態を異ならせることで、同一の電流を流しても場所によって加熱又は冷却の程度を異ならせることができる。
又、上記請求項5記載の構成によれば、光導波路型SHG素子において光導波路方向の両端部分とその中間部分とで加熱又はを冷却の程度を異ならせることで、光導波路型SHG素子の周囲の温度の影響を補償するような状態で加熱又は冷却を行うことが可能となり、光導波路型SHG素子の光導波路長がそれほど長くない場合でも、光導波路方向における温度分布を、第2高調波への変換効率を高効率に維持できる温度に可及的に均一化することができる。
もって、温度制御の高精度化を回避しながら、光導波路型SHG素子の第2高調波への変換効率を可及的に向上させることができるに至った。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる第2高調波発生装置の斜視図
【図2】本発明の第1実施形態にかかるレーザ光源の概略構成図
【図3】本発明の第1実施形態にかかる画像露光装置の概略構成図
【図4】本発明の第1実施形態にかかる写真プリントシステムのブロック構成図
【図5】本発明の第1実施形態及び第2実施形態にかかる光導波路方向での温度分布を示す図
【図6】本発明の第2実施形態にかかる第2高調波発生装置の斜視図
【図7】本発明の第2実施形態にかかるレーザ光源の概略構成図
【図8】(a)本発明の第2実施形態にかかる熱電冷却装置の斜視図
(b)本発明の第2実施形態にかかる熱電冷却素子の拡大図
【図9】従来の温度制御による光導波路方向での温度分布を示す図
【図10】光導波路型SHG素子の変換効率と温度との関係を示す図
【符号の説明】
55 SHG素子
52,53,54,62 熱電冷却装置
CC 冷却手段
HC 加熱手段
PC 熱電冷却素子
TC 温度制御手段
TS 温度調整手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a second harmonic generator including a SHG element that generates a second harmonic of an incident laser beam, and a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the SHG element, and a second harmonic. The present invention relates to a temperature control method in a generator.
[0002]
[Prior art]
Such a second harmonic generation device is a device in which a laser beam is incident on one end side of an SHG element and a laser beam (second harmonic) having a half wavelength of the incident laser beam is extracted.
In the SHG element, it is necessary to control the temperature of the SHG element to a constant temperature with high accuracy in order to maintain the conversion efficiency of the incident laser light into the second harmonic at a high efficiency.
Conventionally, for example, a thermoelectric cooling device that heats or cools an object by using the Peltier effect is provided as a temperature adjusting unit, and the SHG element is controlled to maintain a constant temperature.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the SHG element, since the light incident end and the light output end are thermally affected from the periphery of the element, both ends of the SHG element are cooled or heated from the periphery, and the temperature distribution in the light propagation direction is shown in FIG. The temperature distribution becomes as shown. FIG. 9 illustrates a case where the temperature is controlled in a state where the SHG element having the optical path length of 10 mm is heated, and the temperature distribution is distributed in the light propagation direction within a temperature difference ΔTmax (about 2 ° C.).
In FIG. 9, assuming that the temperature range for obtaining the required conversion efficiency is ΔTc of about 0.2 ° C., the length of the total optical path length that can efficiently contribute to the generation of the second harmonic is shown in FIG. 9, the length is indicated by "L".
Therefore, the temperature controlled part in the temperature region where the conversion efficiency to the second harmonic can be maintained at a high efficiency is limited to a part in the light propagation direction, and the SHG element converts the second harmonic into the second harmonic. There is a disadvantage that the conversion efficiency is reduced.
To lengthen the flat region in the temperature distribution in the light propagation direction, the length of the SHG element in the light propagation direction may be increased. However, when the length in the light propagation direction is increased, the temperature control of the element is controlled. Is required to be performed with higher precision, which leads to an increase in apparatus cost.
[0004]
That is, as shown in FIG. 10 schematically showing the relationship between the temperature of the SHG element and the conversion efficiency to the second harmonic, the characteristic of the SHG element whose element length in the light propagation direction is relatively short is indicated by a solid line A. When the element length in the light propagation direction is increased, the characteristic becomes as shown by the one-dot chain line B, and the characteristic is equal to or higher than the conversion efficiency indicated by “η” in FIG. The temperature range for obtaining the conversion efficiency is “ΔTc” in the case where the element length is relatively short (solid line A), whereas the temperature range in which the element length is long (dot-dash line). In B), the temperature becomes “ΔTc ′”, and the temperature at which the conversion efficiency to the second harmonic can be kept high is narrower. Therefore, more accurate temperature control is required.
On the other hand, even when the optical path length of the SHG element is extremely shortened, the temperature distribution in the light propagation direction is equalized. However, theoretically, the conversion efficiency is inversely proportional to the square of the optical path length. In addition, even if the temperature distribution becomes uniform, the conversion efficiency is lowered.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to improve the conversion efficiency of the SHG element into the second harmonic as much as possible while avoiding high-precision temperature control. It is in.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
2. A second harmonic generation device comprising: an SHG element that generates a second harmonic of the incident laser light; and a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the SHG element. In the apparatus, the temperature adjusting means is configured to change the degree of heating or cooling between both end portions in the light propagation direction of the SHG element and an intermediate portion.
That is, heating or cooling is performed in such a state that the influence of the temperature around the SHG element is compensated by making the degree of heating or cooling different between the both ends in the light propagation direction and the intermediate part in the SHG element. And even if the optical path length of the SHG element is not so long, the temperature distribution in the light propagation direction can be made as uniform as possible to a temperature at which the conversion efficiency to the second harmonic can be maintained at high efficiency. .
Thus, the conversion efficiency of the SHG element into the second harmonic can be improved as much as possible while avoiding the temperature control from being made more precise.
[0006]
In addition, with the configuration according to the second aspect, the temperature adjustment unit separately includes a plurality of heating units or cooling units arranged along the light propagation direction, and the plurality of heating units or cooling units. And temperature control means for controlling the temperature.
That is, in the SHG element, a plurality of heating means or cooling means are arranged in the light propagation direction and individually temperature controlled as means for making the degree of heating or cooling different between both end portions in the light propagation direction and an intermediate portion thereof. By doing so, the conversion efficiency of the SHG element to the second harmonic can be improved while simplifying the device configuration.
[0007]
Further, with the configuration according to the third aspect, the heating means or the cooling means is constituted by a thermoelectric cooling device.
That is, a thermoelectric cooling device provided with a thermoelectric cooling element using the so-called Peltier effect can heat or cool an object with good responsiveness by controlling the current flowing through the thermoelectric cooling element, and improve the accuracy of temperature control. Can be improved.
[0008]
In addition, with the configuration according to the fourth aspect, the temperature adjusting means is configured by a thermoelectric cooling device including a plurality of thermoelectric cooling elements, and a distribution state of the arrangement of the thermoelectric cooling elements in the thermoelectric cooling device. In a portion corresponding to the both end portions and a portion corresponding to the intermediate portion.
That is, a thermoelectric cooling device provided with a thermoelectric cooling element utilizing the so-called Peltier effect can heat or cool an object with good responsiveness by controlling the current flowing through the thermoelectric cooling element. By making the distribution state of the thermoelectric cooling elements in the device different, the degree of heating or cooling can be made different depending on the location even when the same current is applied.
Therefore, by distributing the distribution state of the arrangement of the thermoelectric cooling element between a portion corresponding to both end portions in the light propagation direction and a portion corresponding to an intermediate portion thereof, both end portions in the light propagation direction, and an intermediate portion. And the degree of heating or cooling is varied.
Accordingly, the thermoelectric cooling device itself is provided with a function of correcting the temperature distribution, and the control configuration of the temperature control can be simplified.
[0009]
According to the fifth aspect of the present invention, an SHG element for generating a second harmonic of the incident laser light, and a second harmonic adjusting means for adjusting the temperature of the SHG element are provided. In the temperature control method for the wave generator, the degree of heating or cooling is made different between both ends of the SHG element in the light propagation direction and an intermediate part.
Heating or cooling can be performed in a state where the influence of the temperature around the SHG element is compensated by making the degree of heating or cooling different between the both ends in the light propagation direction and the intermediate part in the SHG element. Thus, even when the optical path length of the SHG element is not so long, the temperature distribution in the light propagation direction can be made as uniform as possible to a temperature at which the conversion efficiency to the second harmonic can be maintained at high efficiency.
Thus, the conversion efficiency of the SHG element into the second harmonic can be improved as much as possible while avoiding the temperature control from being made more precise.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the second harmonic generation device of the present invention is provided in a light source for exposure in a photographic print system will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
The photographic print system DP exemplified in the first embodiment is known as a so-called digital mini lab machine, and as shown in the block diagram of FIG. It comprises an image input device IR for inputting image data for producing a photographic print from a CD-R or the like, and an exposure / development device EP for exposing the image data input by the image input device IR to
[0011]
[Schematic Configuration of Image Input Device IR]
As schematically shown in FIG. 4, the image input device IR includes a
[0012]
[Overall configuration of exposure / developing apparatus EP]
The exposure / development apparatus EP includes an image exposure apparatus EX, a development processing apparatus PP for developing the
Although not shown, a sorter is provided outside the housing of the exposure / development device EP to sort the
Further, in the middle of the transport path of the photographic paper transport system PT, a
[0013]
[Configuration of Image Exposure Apparatus EX]
The image exposure apparatus EX includes an
[Configuration of Image Exposure Unit 13]
The
The
[0014]
[Configuration of
Each of the
Hereinafter, the configurations of the green
[0015]
As schematically illustrated in FIG. 2, the green
[0016]
[Configuration of Second Harmonic Generator 46]
As shown in FIG. 1, the second
In the first embodiment, an optical waveguide type SHG element is used as the
The
[0017]
The first to third
In the first embodiment, the temperature of the optical waveguide
[0018]
Since both ends of the optical waveguide
In other words, the degree of heating is controlled to be different between both ends of the
Therefore, the temperature adjusting means TS that adjusts the temperature of the
In the first embodiment, since the temperature adjusting means TS configured in this manner sets the temperature of the optical waveguide
[0019]
With the green
[0020]
[Configuration of exposure control device 14]
As shown schematically in FIG. 3, the
[0021]
[Exposure operation of image exposure apparatus EX]
Next, the operation of the
The image data for exposure input from the image input device IR is corrected and calculated by the
The data once stored in the
When the timing control circuit 34 detects that the front end of the
[0022]
The
Each light beam LB modulated as described above enters the
[0023]
The light beam LB reflected by the reflection surface of the
[0024]
[Photo print production operation]
Next, an operation of producing a photographic print by the photographic print system DP having the above configuration will be schematically described.
When the operator instructs the production of a photographic print for the frame image of the photographic film, the
On the other hand, when the operator instructs the production of a photographic print for image data recorded on a recording medium such as a memory card, MO or CD-R, the
[0025]
The
The operator observes the simulated image on the
The image processing circuit of the
[0026]
The exposure image data is sent to the
The
[0027]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
More specifically, in the second harmonic generator used for the green
Hereinafter, the
[0028]
[Configuration of
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, each of the
Hereinafter, the configurations of the green
[0029]
As schematically illustrated in FIG. 7, the green
[0030]
[Configuration of Second Harmonic Generator 61]
As shown in FIG. 6, the second
Also in the second embodiment, the optical waveguide type SHG element is used as the
On the
[0031]
As shown in FIG. 8B, the
In the
[0032]
In the
When the control target temperature of the optical waveguide
[0033]
Since both ends of the optical waveguide
By changing the distance W in the direction of the optical waveguide in this way, in other words, the distribution state of the arrangement of the thermoelectric cooling element PC composed of the pair of the P-
[0034]
Therefore, in the second embodiment, a temperature adjusting unit TS that adjusts the temperature of the optical waveguide
In the second embodiment, the temperature adjusting means TS configured as described above sets the temperature of the optical waveguide
[0035]
With the green
[0036]
<Other embodiments>
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be listed.
(1) In the first and second embodiments, the thermoelectric cooling device using the Peltier effect is illustrated as the heating means for the optical waveguide
(2) In the first embodiment, the
[0037]
(3) In the first embodiment, three thermoelectric cooling devices of the first to third
(4) In the second embodiment, the interval W between the P-
[0038]
(5) In the first and second embodiments, the case where the optical waveguide length of the optical waveguide
(6) In the first and second embodiments, the case where the second harmonic generation device to which the present invention is applied is used as a light source for exposure of a photographic print system DP is illustrated. It can be used for various light sources such as the above light source.
(7) In the first and second embodiments, an optical waveguide type SHG element having an optical waveguide is illustrated as the
(8) In the first and second embodiments, the case where the
[0039]
【The invention's effect】
According to the configuration of the first aspect, in the optical waveguide type SHG element, the temperature around the optical waveguide type SHG element is varied by making the degree of heating or cooling different between the both ends in the optical waveguide direction and the intermediate part thereof. Can be heated or cooled in such a state as to compensate for the influence of the above, and even if the optical waveguide length of the optical waveguide type SHG element is not so long, the temperature distribution in the optical waveguide direction can be converted into the second harmonic. Efficiency can be made as uniform as possible at a temperature at which efficiency can be maintained at high efficiency.
Thus, the conversion efficiency of the optical waveguide type SHG element into the second harmonic can be improved as much as possible while avoiding the temperature control from being made more precise.
[0040]
According to the second aspect of the present invention, in the optical waveguide type SHG element, a plurality of heating means or cooling means are provided as means for changing the degree of heating or cooling between both end portions in the optical waveguide direction and an intermediate portion thereof. By arranging a plurality of means in the direction of the optical waveguide and individually controlling the temperature, the conversion efficiency of the optical waveguide type SHG element into the second harmonic can be improved while simplifying the device configuration.
Further, according to the configuration of the third aspect, the thermoelectric cooling device including the thermoelectric cooling element utilizing the so-called Peltier effect controls the current flowing through the thermoelectric cooling element to heat or heat the object with high responsiveness. It can be cooled and the accuracy of temperature control can be improved.
Further, according to the configuration of the fourth aspect, the thermoelectric cooling device including the thermoelectric cooling element utilizing the so-called Peltier effect controls the current flowing through the thermoelectric cooling element to heat or heat the object with high responsiveness. Although cooling can be performed, the degree of heating or cooling can be varied depending on the location even when the same current flows by making the distribution state of the thermoelectric cooling elements in the thermoelectric cooling device different.
Further, according to the configuration of the fifth aspect, in the optical waveguide type SHG element, the degree of heating or cooling is made different between both end portions in the optical waveguide direction and an intermediate portion thereof, so that the periphery of the optical waveguide type SHG element is improved. Heating or cooling can be performed in such a state as to compensate for the influence of the temperature of the optical waveguide, and even if the optical waveguide length of the optical waveguide type SHG element is not so long, the temperature distribution in the optical waveguide direction is reduced to the second harmonic. Can be made as uniform as possible at a temperature at which the conversion efficiency can be maintained at a high efficiency.
Thus, the conversion efficiency of the optical waveguide type SHG element into the second harmonic can be improved as much as possible while avoiding the temperature control from being made more precise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a second harmonic generation device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser light source according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an image exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a photographic print system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution in an optical waveguide direction according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a second harmonic generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a laser light source according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a perspective view of a thermoelectric cooling device according to a second embodiment of the present invention.
(B) An enlarged view of the thermoelectric cooling element according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a temperature distribution in an optical waveguide direction by a conventional temperature control.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between conversion efficiency and temperature of an optical waveguide type SHG element.
[Explanation of symbols]
55 SHG element
52,53,54,62 Thermoelectric cooling device
CC cooling means
HC heating means
PC thermoelectric cooling element
TC temperature control means
TS temperature adjustment means
Claims (5)
前記温度調整手段は、前記SHG素子における光伝播方向の両端部分と、中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせるように構成されている第2高調波発生装置。A second harmonic generator comprising: an SHG element that generates a second harmonic of the incident laser light; and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the SHG element.
The second harmonic generator, wherein the temperature adjusting means is configured to change the degree of heating or cooling between both end portions in the light propagation direction of the SHG element and an intermediate portion.
前記複数の加熱手段又は冷却手段を夫々個別に制御する温度制御手段とが設けられて構成されている請求項1記載の第2高調波発生装置。The temperature adjustment means, a plurality of heating means or cooling means arranged along the light propagation direction,
The second harmonic generator according to claim 1, further comprising a temperature control unit configured to individually control the plurality of heating units or the cooling units.
前記熱電冷却装置における前記熱電冷却素子の配置の分布状態を、前記両端部分に対応する部分と前記中間部分に対応する部分とで異ならせて構成されている請求項1記載の第2高調波発生装置。The temperature adjusting unit is configured by a thermoelectric cooling device including a plurality of thermoelectric cooling elements,
2. The second harmonic generation according to claim 1, wherein a distribution state of the arrangement of the thermoelectric cooling elements in the thermoelectric cooling device is different between a portion corresponding to the both end portions and a portion corresponding to the intermediate portion. apparatus.
前記SHG素子における光伝播方向の両端部分と、中間部分とで加熱又は冷却の程度を異ならせる第2高調波発生装置における温度制御方法。A temperature control method for a second harmonic generation device, comprising: an SHG element that generates a second harmonic of an incident laser beam; and a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the SHG element.
A temperature control method in a second harmonic generator in which the degree of heating or cooling is made different between both end portions in the light propagation direction of the SHG element and an intermediate portion.
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070105 |