JP2004259965A - 電流駆動素子制御回路及びこの回路を用いた固体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的簡単な回路構成によって複数の電流駆動素子に流れる電流を個別に制御でき、かつ消費電力の少ない電流駆動素子制御回路を提供する。
【解決手段】定電流電源（電源）Ｄ０には複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎが直列接続されている。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎにはそれぞれバイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎが設けられ、例えば、バイパス回路ＢＰ１は、バイパス電流センサＢＳ１、比較器Ａ１、及び電流制御手段Ｂ１によって負帰還回路が形成されている。他のバイパス回路についても同様である。特性バラツキによりレーザダイオードＬＤ１の駆動電流ＩＤ１が減少するとバイパス電流ＩＢ１が増加するので、負帰還制御によって駆動電流ＩＤ１は元の値に戻される。また、特性バラツキによりレーザダイオードＬＤ１の発光量が減少すると、光センサ０Ｓ１が発光量を検出して駆動電流ＩＤ１を制御し、発光量を正常な値に戻す。
【選択図】 図１
【解決手段】定電流電源（電源）Ｄ０には複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎが直列接続されている。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎにはそれぞれバイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎが設けられ、例えば、バイパス回路ＢＰ１は、バイパス電流センサＢＳ１、比較器Ａ１、及び電流制御手段Ｂ１によって負帰還回路が形成されている。他のバイパス回路についても同様である。特性バラツキによりレーザダイオードＬＤ１の駆動電流ＩＤ１が減少するとバイパス電流ＩＢ１が増加するので、負帰還制御によって駆動電流ＩＤ１は元の値に戻される。また、特性バラツキによりレーザダイオードＬＤ１の発光量が減少すると、光センサ０Ｓ１が発光量を検出して駆動電流ＩＤ１を制御し、発光量を正常な値に戻す。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電流電源に直列に接続された複数の電流駆動素子を電流制御する電流駆動素子制御回路及びこの回路を用いた固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｄ３＋：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）をはじめ、Ｎｄ３＋：ＹＶＯ４などの固体レーザ媒質を光によって励起させる固体レーザ装置として、ランプに比べて固体レーザ媒質への光吸収効率が高いレーザダイオードによって励起する固体レーザ装置が提案されている。特に、レーザダイオードに特有な線状の発光分布を有するために、発光源と固体レーザ媒質との整合性が各々の形状からみて優れている励起方式として、多数個のレーザダイオードを長尺の固体レーザ媒質の側面に、そのレーザ発振光軸に沿って配列した側面励起方式固体レーザ装置と呼ばれる固体レーザ装置が多く提案され、かつこのような側面励起方式固体レーザ装置が好んで製作されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
前記のように固体レーザ媒質を励起するのにレーザダイオードを用いれば、発光源が小型化され、かつ効率が高くて寿命も長い固体レーザ装置を提供することができる。しかし、固体レーザ媒質の励起状態はレーザダイオードからの励起光量によって左右される。つまり、レーザダイオードの電気的特性のバラツキや経時変化などによって各レーザダイオードの励起光量に差異が生じるので、結果的に固体レーザ媒質の励起状態が左右されてしまう。従って、各レーザダイオードの励起光量を均一にするためには、差異が生じる各レーザダイオードの駆動電流を個々に制御する必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来より一般に利用されている固体レーザ装置では、複数個の励起用のレーザダイオードは単に直列に接続され、その直列状態の電流全体を監視・制御しているに過ぎないものである。図５は、複数のレーザダイオードが直列に接続された従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。つまり、図５に示すように、固体レーザ媒質励起用の複数のレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎは、定電流供給源である定電流電源（以下、単に電源という）Ｄ０’と接地間に直列に接続されている。また、レーザダイオードＬＤｎと接地間には直列状態に接続されたレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を検出する駆動電流センサＣＳ０’が設けられ、この駆動電流センサＣＳ０’に流れる電流を計測している。
【０００５】
そして、駆動電流センサＣＳ０’によって計測された電流値に比例するセンサ検出信号ＩＳ０’が比較器Ａ０’の一方の入力端子２に供給される。また、比較器Ａ０’の他方の入力端子１には規定電流値に対応する基準信号Ｉ０’が入力される。したがって、比較器Ａ０’の出力端子３からは、センサ検出信号ＩＳ０’と基準信号Ｉ０’との誤差を補正するような制御信号ＩＣ０’が電源Ｄ０’へ供給される。これによって、電源Ｄ０’は、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる電流を所定の駆動電流ＩＤ０’に制御する。従って、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには常に同一の駆動電流ＩＤ０’が供給されることになる。
【０００６】
また、励起用のレーザダイオードをそれぞれ個別の回路で並列に配置して、複数のレーザダイオードを動作させる励起回路を設けた固体レーザ装置も知られている。図６は、複数のレーザダイオードを個別に駆動する従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【０００７】
図６に示すように、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎを個別の回路に配置した固体レーザ装置の場合は、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには、夫々個別の電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’、駆動電流センサＣＳｌ’〜ＣＳｎ’、及び比較器Ａ１’〜Ａｎ’が夫々独立して配置されている。
【０００８】
このような構成によれば、規定電流値に対応する基準信号Ｉｌ’〜Ｉｎ’及び各駆動電流センサＣＳｌ’〜ＣＳｎ’から出力されるセンサ検出信号ＩＳ１’〜ＩＳｎ’も夫々個別の比較器Ａ１’〜Ａｎ’へ供給される。従って、それぞれ独立した比較器Ａｌ’〜Ａｎ’の各出力端子３より個別の制御信号ＩＣ１’〜ＩＣｎ’が各電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’へ供給される。このため、各電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’からは各々独立した駆動電流ＩＤ１’〜ＩＤｎ’がそれぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れることになる（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１０６６８２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３５８６０号公報（特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すようなレーザダイオードを直列駆動する方式の電流駆動素子制御回路によれば、駆動電流センサＣＳ０’のセンサ検出信号ＩＳ０’と基準電流値を示す基準信号Ｉ０’が比較器Ａ０’に供給されると、比較器Ａ０’の出力端子３より出力される制御信号ＩＣ０’によって電源Ｄ０’が一括制御されるので、全てのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには同一の駆動電流ＩＤ０’が流れる。つまり、それぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を個別に制御することはできない。そのため、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに電気的特性のバラツキがあると、図示しない固体レーザ媒質への励起光にバラツキが生じ、結果的に、固体レーザ媒質の励起が所望の特性を発揮できないなどの不具合が生じる。
【００１１】
また、図６に示すようなレーザダイオードを駆動する方式の電流駆動素子制御回路によれば、電源や電流センサや比較器などの回路部品が駆動回路数に応じて増加するので、電流駆動素子制御回路が大型化してしまうと共にコストアップしてしまう。さらに、各電源Ｄ１’〜Ｄｎ’はそれぞれの電流駆動素子制御回路を正常に動作させる上で最低限必要な電圧が要求されるので、例えば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を３０Ａ〜５０Ａとし、各電源Ｄ１’〜Ｄｎ’が必要とする最小の電圧を０．７Ｖとすると、各電流駆動素子制御回路は２１Ｗ〜３５Ｗという電力が要求される。
【００１２】
つまり、図６のように各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに独立して電力を供給する方式の場合は、図５のようにレーザダイオードを直列接続する方式に比べてｎ倍の電力が要求されることになる。さらに、電流供給源（つまり、電源）とレーザダイオードは一般的に離間しているので、それぞれの電源Ｄ１’〜Ｄｎ’とそれぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎとの間は大電流を供給できる電流容量のあるケーブルで接続する必要がある。つまり、ケーブルの容量も駆動方式の場合は直列駆動方式の場合のｎ倍になってしまう。このようなことが相俟って、図６のような駆動方式の電流駆動素子制御回路は大型化すると共に電流駆動素子制御回路を含む装置が益々コストアップしてしまう。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な回路構成によって各電流駆動素子に流れる電流を個別に制御できるようにすると共に、消費電力の少ない電流駆動素子制御回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明の電流駆動素子制御回路は、定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、前記複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路を備え、複数の前記バイパス回路の各々が、自己の回路に流れるバイパス電流を制御すると共に、バイパス電流の制御されたバイパス回路に対応する前記電流駆動素子の駆動電流を制御する構成とした（請求項１）。
【００１５】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、定電流電源に複数の電流駆動素子が直列に接続されている場合、それぞれの電流駆動素子ごとに設けられたバイパス回路に流れる電流を制御すれば、対応する電流駆動素子に流れる駆動電流を可変制御することができる。これによって、各電流駆動素子に電気的特性のバラツキがあっても、バイパス回路に流れる電流を制御すれば各電流駆動素子のバラツキを補正することができる。
【００１６】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路を備え、複数のバイパス回路の各々に流れるバイパス電流、又は複数の電流駆動素子の各々が自己の回路に流れる駆動電流を検出する複数の電流検出手段と、複数の電流検出手段の各々が検出した電流に対応する検出信号と駆動電流の基準レベルを決定する基準信号とを比較して制御信号を生成する複数の比較制御手段と、複数の比較制御手段の各々が出力した制御信号のレベルに基づいて、複数のバイパス回路のうち対応するバイパス回路に流れるバイパス電流を制御する電流制御手段と、を備える構成とした（請求項２）。
【００１７】
本発明の電流駆動素子制御回路を前記のような構成にすれば、各電流検出手段が対応するバイパス回路に流れるバイパス電流又は対応する電流駆動素子に流れる駆動電流を検出して電流制御手段へ制御信号を送出するので、その電流制御手段によってバイパス回路のバイパス電流を制御することができる。つまり、駆動電流とバイパス電流の合計電流は一定であるので、各電流駆動素子の電気的特性に応じて電流制御手段がバイパス回路のバイパス電流を増減させれば、それぞれの電流駆動素子に流れる駆動電流は相補的に増減されるので、駆動電流を所望の値に制御することができる。これによって、直列接続された全ての電流駆動素子の電気的特性のバラツキを補償することができる。
【００１８】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記の構成に加えて、さらに、複数の電流駆動素子に流れる駆動電流と複数のバイパス回路に流れるバイパス電流の合成電流を検出する合成電流検出手段と、合成電流検出手段が検出した合成電流に対応する合成検出信号と合成電流の基準レベルを決定する合成基準信号とを比較して合成制御信号を生成する合成電流比較制御手段とを備え、定電流電源が、合成電流比較制御手段の出力した合成制御信号のレベルに基づいて、複数の電流駆動素子へ供給する電流量を制御することを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路を前記のような構成にすれば、定電流電源に直列接続されている複数の電流駆動素子の合成電流を検出して定電流電源を制御することができる。これによって、定電流電源から複数の電流駆動素子へ供給される電流量を常に所望の値に制御して電流駆動素子制御回路全体の電流バランスを取ることができる。
【００２０】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記の各発明で構成されている複数の電流駆動素子の各々はレーザダイオードであることを特徴とする（請求項４）。つまり、レーザダイオードは発光源として好んで用いられているが、レーザダイオードに電気的特性のバラツキがあると、それぞれのレーザダイオードの発光光量にバラツキが生じる。そこで、本発明の電流駆動素子制御回路により、各レーザダイオードのバラツキに応じて各バイパス回路のバイパス電流を制御すれば、各レーザダイオードの駆動電流を個別に制御することができる。
【００２１】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、複数のレーザダイオードの各々が発光する光量を個別に検出する複数の光検出手段を備え、複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて複数の電流制御手段のうち少なくとも一つの電流制御手段が制御され、電流制御手段が、対応するバイパス回路に流れるバイパス電流の電流量を可変させることを特徴とする（請求項５）。
【００２２】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、各レーザダイオードの発光光量はそれぞれ対応する光検出手段によって検出されている。従って、レーザダイオードに電気的特性のバラツキなどがあって発光光量がバラついていた場合、光検出手段からの光検出信号によって電流制御手段を制御して該当するバイパス回路のバイパス電流を可変させることができる。これによって該当するレーザダイオードの駆動電流を所望の値に制御して発光光量のバラツキを補正することができる。
【００２３】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記発明による複数の光検出手段を備えた構成において、複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて定電流電源が制御され、定電流電源が複数のレーザダイオードへ供給する電流量を可変させることを特徴とする（請求項６）。つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、相互の光検出手段がそれぞれのレーザダイオードの発光光量を比較検出しながら定電流電源を制御している。これによって、定電流電源から複数のレーザダイオードへ供給する電流量を可変させてレーザダイオード全体の発光バランスをとることができる。
【００２４】
また、本発明の電流駆動素子制御回路においては、複数の電流制御手段の各々はＦＥＴによって構成され、ＦＥＴは、ドレインが複数のレーザダイオードのうち対応するレーザダイオードのアノードに接続され、ソースがレーザダイオードのカソードに接続され、かつゲートが複数の比較制御手段のうち対応する比較制御手段の出力端子に接続されていることを特徴とする（請求項７）。つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、電流制御手段をＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成することにより、バイパス電流又は駆動電流の検出信号をＦＥＴのゲートに供給することにより、極めて簡単な回路構成でバイパス電流の電流量の制御を行い、各レーザダイオードの駆動電流を所望の値に制御することができる。
【００２５】
なお、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、固体レーザ媒質の周囲に配置され、固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成された固体レーザ装置（請求項８）とすることや、また、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、直線状に整列された複数の固体レーザ媒質の周囲に配置され、複数の固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成された固体レーザ装置（請求項９）としても良い。
【００２６】
このように構成されることにより、固体レーザ装置は、電気的にバラツキがあってもバランスのとれた励起光を固体レーザ媒質の側面に照射することができる。また、直線状に整列された固体レーザ媒質の側面にバランスした励起光を均一に照射することができる。
なお、電流駆動素子とは、ダイオード、レーザダイオード、ランプ、コイルなどの電流駆動型の二端子素子を意味する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、固体レーザ装置用の電流駆動素子として好適なレーザダイオードを用いた場合について、電流駆動素子制御回路を中心に詳細に説明する。
図１は、複数のレーザダイオードが直列に接続された本発明の実施の形態における電流駆動素子制御回路の構成図である。図１において、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電流駆動素子であるレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎが定電流電源（以下、電源という）Ｄ０と接地間に直列に接続され、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには各々並列にバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎが接続されている。これらのバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎはそれぞれ電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎを有している。なお、各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎは図２に示すようなＦＥＴによって構成されている。
【００２８】
各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎは、それぞれのＦＥＴのドレイン（Ｄ）より端子６を介して各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのアノードに接続され、ソース（Ｓ）よりバイアス抵抗Ｒを通して端子７から各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのカソードに接続されている。なお、各ＦＥＴのゲート（Ｇ）は端子８を介して各比較器（比較制御手段）Ａｌ〜Ａｎの出力端子３に接続されている。
【００２９】
また、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎには、その回路に流れる電流量を検出するバイパス電流センサ（バイパス電流検出手段）ＢＳｌ〜ＢＳｎが設けられている。つまり、それぞれのバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎにおいて、各バイパス電流センサＢＳｌ〜ＢＳｎと各比較器Ａｌ〜Ａｎと各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎとによって負帰還回路が構成されている。
【００３０】
各比較器Ａｌ〜Ａｎは、バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎの数、つまり電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎの数に応じて設けられ、それぞれ第１の入力端子１と第２の入力端子２及び一つの出力端子３を有している。それぞれの比較器Ａｌ〜Ａｎの第１の入力端子１には該当するバイパス回路（ＢＰｌ〜ＢＰｎの何れか）の電流基準値に対応した基準信号（Ｉ１〜Ｉｎの何れか）が入力され、第２の入力端子２には該当するバイパス電流センサ（ＢＳｌ〜ＢＳｎの何れか）からバイパス電流に対応した検出信号（ＩＳ１〜ＩＳｎの何れか）が入力される。そして、それぞれの比較器Ａｌ〜Ａｎの出力端子３から、各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎの端子８を介してそれぞれのＦＥＴのゲート（Ｇ）へ各制御信号（ＩＣ１〜ＩＣｎの何れか）が入力される。
【００３１】
一方、電源Ｄ０と接地間には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎの合成値である合成電流ＩＬを検出する合成電流センサ（合成電流検出手段）ＣＳ０が設けられ、さらに、この合成電流センサＣＳ０の合成検出信号ＩＳ０に応じて合成電流ＩＬを制御するための合成電流比較器（合成電流比較制御手段）Ａ０が設けられて電源Ｄ０に接続されている。
【００３２】
つまり、合成電流比較器Ａ０は、第１の入力端子１と第２の入力端子２と一つの出力端子３を有し、第１の入力端子１には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れる電流値の合計である合成電流ＩＬの基準値に対応する合成基準信号Ｉ０が入力される。また、第２の入力端子２には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れる合成電流ＩＬを測定する合成電流センサＣＳ０から、合成電流ＩＬに対応する合成検出信号ＩＳ０が入力される。
【００３３】
そして、合成電流比較器Ａ０の出力端子３からは、合成基準信号Ｉ０と合成電流センサＣＳ０からの合成検出信号ＩＳ０との誤差に比例した合成制御信号ＩＣ０が出力され、その合成制御信号ＩＣ０は電源Ｄ０に供給される。従って、電源Ｄ０からは、合成電流比較器Ａ０から出力された合成制御信号ＩＣ０のレベルに応じた電流（つまり、合成電流ＩＬ）が各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに供給される。このようにして、合成電流センサＣＳ０と合成電流比較器Ａ０と電源Ｄ０とによって負帰還回路が構成されている。
【００３４】
さらに、図１に示すように、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎからの出力光を検出するために、それぞれの光センサ（光検出手段）ＯＳｌ〜ＯＳｎが各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに対応して設けられている。なお、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各光センサＯＳｌ〜ＯＳｎは近接して配置されているが電気的には接続されていない。また、各光センサＯＳｌ〜ＯＳｎの出力端子はそれぞれ制御回路ＣＮＴに接続されている。
【００３５】
このような回路構成によって、制御回路ＣＮＴでは、光センサＯＳｌと光センサＯＳ２、光センサＯＳｌと光センサＯＳｎ−１、あるいは光センサＯＳｌと光センサＯＳｎの如く、一つの光センサが検出した光信号を基準として、他の光センサが検出した光信号が比較され、比較結果による出力信号が制御回路ＣＮＴから各比較器Ａｌ〜Ａｎへ供給されるような制御が行われる。
【００３６】
また、制御回路ＣＮＴは、全てのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の励起光が規定値以下となった場合に、低減した光と規定となる光との比較結果に基づいて合成電流ＩＬを増加させるように、合成電流比較器Ａ０に供給される合成基準信号Ｉ０を可変させる手段をも含んでいる。もちろん、制御回路ＣＮＴは、光センサＯＳｌの検出した光出力信号を基準として、光センサＯＳｌを除く他の光センサのそれぞれと対になったレーザダイオードに対応した光センサの検出した光出力信号との比較を行うことにより、全体の光量バランスをとることも必要に応じて行うものとする。
【００３７】
次に、図１のように構成された電流駆動素子制御回路の動作について詳細に説明する。図１において、図示しない固体レーザ媒質を励起するために、例えば、レーザダイオードＬＤｌに要求される駆動電流ＩＤ１を３０Ａとし、バイパス回路ＢＰｌに流すバイパス電流ＩＢ１を２Ａとする。その場合、図１に示す電源Ｄ０からは供給電流として３２Ａの一定電流が出力される。このとき、定常状態においては、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤｌ〜ＩＤｎは、規定の電流、すなわち３０Ａが供給され、また、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎは２Ａである。従って、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからは所定の励起光が図示しない固体レーザ媒質に供給され、固体レーザ媒質は正常に励起される。
【００３８】
この状態においては、各バイパス電流センサＢＳｌ〜ＢＳｎからは２Ａのバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎが検出され、バイパス電流２Ａに対応する検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎが各比較器Ａｌ〜Ａｎの第２の入力端子２へ入力される。一方、各比較器Ａｌ〜Ａｎの第１の入力端子１には、制御回路ＣＮＴからバイパス電流２Ａに相当する基準信号Ｉ１〜Ｉｎが入力される。
【００３９】
このため、各比較器Ａ１〜Ａｎにおいて、第１の入力端子１の基準信号Ｉ１〜Ｉｎと第２の入力端子２の検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎとの間の誤差はないので、全ての比較器Ａ１〜Ａｎの出力端子３から出力される制御信号ＩＣ１〜ＩＣｎは同じレベルである。従って、各電流制御手段Ｂ１〜ＢｎのＦＥＴは規定の導通状態を保持する。よって、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤｌ〜ＩＤｎは３０Ａの状態に保持され、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎは２Ａの状態に保持される。
【００４０】
一方、例えば、レーザダイオードＬＤｌへの駆動電流ＩＤ１は３０Ａであるが、レーザダイオードＬＤ２の順方向電圧降下にバラツキが生じるなど何らかの原因により、レーザダイオードＬＤ２の駆動電流ＩＤ２が規定値の３０Ａより低い２９Ａになったとする。このような駆動電流の低下は図示しない固体レーザ媒質への励起光の不足となり、固体レーザ媒質が所望のレーザ光を得るには不都合な結果となる。このような状態においては、バイパス回路ＢＰ２のバイパス電流ＩＢ２は３Ａとなっているため、規定電流２Ａよりの増加分１Ａが検出信号ＩＳ２としてバイパス電流センサＢＳ２によって検出される。
【００４１】
そして、バイパス電流センサＢＳ２からの検出信号ＩＳ２は比較器Ａ２の第２の入力端子２へ供給される。従って、比較器Ａ２の出力端子３から電流制御手段Ｂ２の端子８を介して電流制御手段Ｂ２に構成されたＦＥＴのゲートへ誤差信号に相当する制御信号ＩＣ２が供給され、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２を２Ａにするように負帰還がかけられる。その結果、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２は２Ａとなり、レーザダイオードＬＤ２に流れる駆動電流ＩＤ２は３０Ａに戻される。その他のレーザダイオードに駆動電流の変化が生じた場合も前記と同様の負帰還動作によって該当するレーザダイオードに流れる駆動電流は３０Ａに戻される。
【００４２】
また、何らかの原因で相対的に各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎのバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎが所定の値まで低減したとき、すなわち、該当するレーザダイオードが正常に動作しているにも拘わらず、そこに流れるレーザダイオードの駆動電流が増大したときには、該当するバイパス回路（ＢＰ１〜ＢＰｎの何れか）のバイパス電流センサ（ＢＳ１〜ＢＳｎの何れか）がそこに流れるバイパス電流の低減量を検出し、負帰還回路のフィードバック動作によって該当するレーザダイオード（ＬＤｌ〜ＬＤｎの何れか）に流れる電流を正常状態に戻すように動作する。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの光出力にアンバランスが生じた場合、そのアンバランスが補正される機能を有している。例えば、レーザダイオードＬＤ２の光出力が低下したとする。その場合、他のレーザダイオードの光出力、例えばＬＤｌの光出力とレーザダイオードＬＤ２の光出力とが比較され、その比較結果に基づいて制御回路ＣＮＴからは比較器Ａ２への基準信号Ｉ２を低減させる。
【００４４】
これにより、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２は減少し、相対的にレーザダイオードＬＤ２への駆動電流ＩＤ２が増大する。従って、このレーザダイオードＬＤ２の励起光が増大し、他のレーザダイオードと光出力のバランスが保たれることになる。なお、レーザダイオードＬＤ２の励起光量が他のレーザダイオードに比較して多い場合には前記と逆の動作によってレーザダイオードＬＤ２の駆動電流ＩＤ２を減少させことにより他のレーザダイオードと光出力のバランスが保たれることは容易に理解されよう。
【００４５】
また、固体レーザ装置の長期に亘る使用により、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの特性が劣化した場合には、固体レーザ媒質への励起光が全体的に不足することになる。この様な状態では、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎへの駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを初期の値より増大させることによって対応することが可能である。本発明の実施の形態によれば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が規定光量と比較され、所定の光量が得られるように制御回路ＣＮＴから合成電流比較器Ａ０へ帰還がかけられている。
【００４６】
すなわち、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が低減した場合には、それぞれの光センサＯＳ１〜ＯＳｎによって基準の光量と比較され、所定の光量が得られるように制御回路ＣＮＴから合成電流比較器Ａ０の第１の入力端子１へ合成基準信号Ｉ０の帰還がかけられている。一方、合成電流比較器Ａ０の第２の入力端子２には、合成電流ＩＬを検出する合成電流センサＣＳ０から合成検出信号ＩＳ０が供給されている。そのため、制御回路ＣＮＴからの帰還による合成基準信号Ｉ０と合成検出信号ＩＳ０との間で誤差が生じ、その誤差分に応じて、合成電流比較器Ａ０の出力端子３からの合成制御信号ＩＣ０により、合成電流ＩＬを増大させるように電源Ｄ０に指令する。この結果、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が規定光量となって前記の帰還が安定するまで、このような帰還動作が継続される。従って、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流が増大することにより不足分の励起光を補うように補正される。
【００４７】
なお、図１の回路に示すような実施の形態では、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎを検出し、その検出出力である検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎを各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎに負帰還をかけるようにしたが、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを検出し、これらの検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎをそれぞれの基準信号Ｉ１〜Ｉｎと比較して、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎに負帰還をかけるようにしてもよい。各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを検出することは、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流検出の場合と同様な回路構成にすることで実現できるので、その詳細な説明は省略する。なお、各バイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎを変化させれば、その変化分に応じて各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎが相補的に変化することは云うまでもない。
【００４８】
図３は、図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の一例を示す概略図である。図３を図１と対比すると、図１における電流駆動素子制御回路のうち、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎを除いた回路部分が図３の電流駆動素子制御回路１００である。つまり、図３の電流駆動素子制御回路１００は、図１に示す電源Ｄ０、バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎ、電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎ、合成電流センサＣＳ０、バイパス電流センサＢＳ１〜ＢＳｎ、合成電流比較器Ａ０、比較器Ａ１〜Ａｎ、光センサＯＳ１〜ＯＳｎ、及び制御回路ＣＮＴを含み、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのみが除外されている。
【００４９】
図３の固体レーザ装置において、電流駆動素子制御回路１００には、３個のレーザダイオード１０２、１０４，１０６が直列に接続され、これらのレーザダイオード１０２、１０４，１０６が、断面形状が円形であるロッド状の固体レーザ媒質１０８の側面周囲に等間隔で配列されている。そして、固体レーザ媒質１０８はレーザダイオード１０２、１０４，１０６からの励起光によって励起されるように構成されている。このように構成された固体レーザ装置によれば、図１の実施の形態で詳細に説明したように、各レーザダイオード１０２、１０４、１０６からの励起光は常にバランスして固体レーザ媒質１０８に供給されることになる。これによって、固体レーザ媒質１０８は高い品質レベルで励起動作を行うことができる。
【００５０】
図４は、図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の他の例を示す概略図である。図４において、電流駆動素子制御回路１１０は、図１に示す電源Ｄ０、バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎ、電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎ、合成電流センサＣＳ０、バイパス電流センサＢＳ１〜ＢＳｎ、合成電流比較器Ａ０、比較器Ａ１〜Ａｎ、光センサＯＳ１〜ＯＳｎ、及び制御回路ＣＮＴを含み、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのみが除外されている。電流駆動素子制御回路１１０には３個のレーザダイオード１１２、１１４、１１６が直列に接続される。
【００５１】
また、３個のロッド状の固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４がレーザ光軸ＬＬに沿って直線状に配置され、これらの固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４の周囲側面に対応してレーザダイオード１１２、１１４、１１６が配置されている。そして、各固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４は対応する各レーザダイオード１１２、１１４，１１６からの励起光によって励起されるように構成されている。このように構成された固体レーザ装置によれば、図１の実施の形態で詳細に説明したように、各レーザダイオード１１２、１１４、１１６からの励起光は常にバランスして各固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４に供給されることになる。よって、固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４は高い品質レベルで励起動作を行うことができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明にかかる電流駆動素子制御回路は、一つの定電流電源に直列に接続された複数の電流駆動素子に各々並列にバイパス回路を設ける。そして、このバイパス回路に流れる電流を制御することにより、個々の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御することができる。
【００５３】
特に、電流駆動素子として複数のレーザダイオードを用い、各レーザダイオードの特性に応じてそれぞれのレーザダイオードの駆動電流を個別に制御することにより、各レーザダイオードから均一な励起光を発光して固体レーザ媒質を均等に励起するようにした。これによって、固体レーザ装置に用いて好適な電流駆動素子制御回路を提供することができる。
【００５４】
前記した実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。前記の実施の形態では、電流駆動素子としてレーザダイオードを用いた場合について説明したが、これに限らず、一般的なダイオードやランプなどを用いても同様な作用効果が得られることは云うまでもない。
【００５５】
また、前記の実施の形態では、各レーザダイオードの光量の出力バランスをとるため、互いのレーザダイオードが出力する光量を比較してそのアンバランス分を検出して制御を行ったが、各レーザダイオードごとに基準値の光量と比較して、基準値の光量との誤差を光アンバランスの出力信号としてもよい。さらに、ＦＥＴのソース側のバイアス抵抗Ｒを削除しても電流駆動素子制御回路の基本的な動作には問題はない。なお、ＦＥＴに代えトランジスタ、ＩＧＢＴまたはその複合回路で電流制御手段を構成してもその効果に差異はない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる電流駆動素子制御回路によれば、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
電流駆動素子制御回路によれば、直列に接続された複数のレーザダイオードの各々に並列にバイパス回路を設け、このバイパス回路の電流を制御することによって各レーザダイオードへの駆動電流を制御できるようにしたので、各レーザダイオードの駆動電流を個別に制御することができる。従って、各レーザダイオードに電気的特性のバラツキがあってもレーザダイオードごとに最適な駆動電流を流すことができるので、それぞれのレーザダイオードが発光する励起光の光量を均等にすることができる。
【００５７】
また、複数のレーザダイオードを直列に接続するため、本発明によって追加される付属回路は、レーザダイオードとバイパス回路の合成電流を制御するためのバイパス回路のみでよい。つまり、バイパス回路の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御させるような制御回路を設ける必要はないので、少ない部品点数の追加のみでレーザダイオードの発光光量を個別に制御することができるので、部品点数の追加によるコストアップ分を上回る商品付加価値を持たせることができる。
【００５８】
さらに、レーザダイオードの光量バランス補正に必要な電流の変化量は通常の動作電流の１０〜２０％であるが、基本的に直列接続でレーザダイオードを駆動しているので、電源で消費される電力消費量は単一のレーザダイオードの駆動電流分と補正電流分による電力のみである。特に、バイパス回路で消費される電力は、光量のバラツキを補正するための補正電流によって生じる電力分のみである。つまり、補正回路であるバイパス回路の電流は各レーザダイオードのバラツキを補正する電流最大値と最小値の差分でよい。
【００５９】
従って、この値（つまり差分）はレーザダイオードの個数の増加には依存されず、必要な電力は従来の駆動による複数回路の駆動方式に比較して約１／ｎ（ｎはレーザダイオードの個数）となるので、従来に比べて少ない部品点数の追加で省電力化を実現することができる。しかも、大電流を供給する配線を最小の本数で構成することができる。
【００６０】
本発明によれば、レーザダイオードのバラツキに関係なく各レーザダイオードの発光光量を均一にすることができる。さらに、レーザダイオード全体の励起光が規定値以下となった場合でも、合成電流を検出して基準値と比較しながら定電流電源を制御することにより、レーザダイオードへの供給電流を増加させて励起光を規定値レベルに補正することができる。
【００６１】
また、通常、レーザダイオードとその電流供給回路は異なる筐体に装着され、その間は大電流を供給できるケーブルで接続されるが、本発明による固体レーザ装置では、基本的に各レーザダイオードが直列接続であるから大電流供給用のケーブルとしては最小のケーブル本数（つまり、１系統のケーブル）のみでよい。しかも、バイパス回路を各レーザダイオードに並列に接続するための接続ケーブルは（ｎ−１）本（但し、ｎはレーザダイオードの個数）でよいから、結果的に、負荷と電源を接続するという面からも配線を最小の本数で構成することができる。
【００６２】
また、バイパス回路に流れる電流はレーザダイオードに流れる電流に対して１０〜２０％でよいので、バイパス電流センサ（バイパス電流検出手段）を小型化することができる。つまり、本発明によれば、常に安定した駆動状態のもとで、複数のレーザダイオードからバランスのとれた励起光が固体レーザ媒質に供給されるので、極めて品質レベルの高い固体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のレーザダイオードが直列に接続された本発明の実施の形態における電流駆動素子制御回路の構成図である。
【図２】図１におけるバイパス回路の電流制御手段としてのＦＥＴを示す回路図である。
【図３】図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の一例を示す概略図である。
【図４】図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の他の例を示す概略図である。
【図５】複数のレーザダイオードが直列に接続された従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【図６】複数のレーザダイオードを個別に並列駆動する従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ０ 定電流電源（電源）
ＬＤ１〜ＬＤｎ レーザダイオード（電流駆動素子）
Ａ０ 合成電流比較器（合成電流比較制御手段）
Ａ１〜Ａｎ 比較器（比較制御手段）
ＢＰ１〜ＢＰｎ バイパス回路
Ｂ１〜Ｂｎ 電流制御手段
ＢＳ１〜ＢＳｎ バイパス電流センサ（電流検出手段）
ＣＳ０ 合成電流センサ（合成電流検出手段）
ＣＮＴ 制御回路
ＯＳ１〜ＯＳｎ 光センサ（光検出手段）
１００，１１０ 電流駆動素子制御回路
１０２、１０４、１０６、１１２、１１４、１１６ レーザダイオード
１０８，１２０、１２２、１２４ 固体レーザ媒質
ＬＬ レーザ光軸
ＩＳ０ 合成検出力信号
ＩＳ１〜ＩＳｎ 検出信号
Ｉ０ 合成基準信号
Ｉ１〜Ｉｎ 基準信号
ＩＣ０ 合成制御信号
ＩＣ１〜ＩＣｎ 制御信号
ＩＤ１〜ＩＤｎ 駆動電流
ＩＢ１〜ＩＢｎ バイパス電流
ＩＬ 合成電流
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電流電源に直列に接続された複数の電流駆動素子を電流制御する電流駆動素子制御回路及びこの回路を用いた固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｄ３＋：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）をはじめ、Ｎｄ３＋：ＹＶＯ４などの固体レーザ媒質を光によって励起させる固体レーザ装置として、ランプに比べて固体レーザ媒質への光吸収効率が高いレーザダイオードによって励起する固体レーザ装置が提案されている。特に、レーザダイオードに特有な線状の発光分布を有するために、発光源と固体レーザ媒質との整合性が各々の形状からみて優れている励起方式として、多数個のレーザダイオードを長尺の固体レーザ媒質の側面に、そのレーザ発振光軸に沿って配列した側面励起方式固体レーザ装置と呼ばれる固体レーザ装置が多く提案され、かつこのような側面励起方式固体レーザ装置が好んで製作されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
前記のように固体レーザ媒質を励起するのにレーザダイオードを用いれば、発光源が小型化され、かつ効率が高くて寿命も長い固体レーザ装置を提供することができる。しかし、固体レーザ媒質の励起状態はレーザダイオードからの励起光量によって左右される。つまり、レーザダイオードの電気的特性のバラツキや経時変化などによって各レーザダイオードの励起光量に差異が生じるので、結果的に固体レーザ媒質の励起状態が左右されてしまう。従って、各レーザダイオードの励起光量を均一にするためには、差異が生じる各レーザダイオードの駆動電流を個々に制御する必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来より一般に利用されている固体レーザ装置では、複数個の励起用のレーザダイオードは単に直列に接続され、その直列状態の電流全体を監視・制御しているに過ぎないものである。図５は、複数のレーザダイオードが直列に接続された従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。つまり、図５に示すように、固体レーザ媒質励起用の複数のレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎは、定電流供給源である定電流電源（以下、単に電源という）Ｄ０’と接地間に直列に接続されている。また、レーザダイオードＬＤｎと接地間には直列状態に接続されたレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を検出する駆動電流センサＣＳ０’が設けられ、この駆動電流センサＣＳ０’に流れる電流を計測している。
【０００５】
そして、駆動電流センサＣＳ０’によって計測された電流値に比例するセンサ検出信号ＩＳ０’が比較器Ａ０’の一方の入力端子２に供給される。また、比較器Ａ０’の他方の入力端子１には規定電流値に対応する基準信号Ｉ０’が入力される。したがって、比較器Ａ０’の出力端子３からは、センサ検出信号ＩＳ０’と基準信号Ｉ０’との誤差を補正するような制御信号ＩＣ０’が電源Ｄ０’へ供給される。これによって、電源Ｄ０’は、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる電流を所定の駆動電流ＩＤ０’に制御する。従って、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには常に同一の駆動電流ＩＤ０’が供給されることになる。
【０００６】
また、励起用のレーザダイオードをそれぞれ個別の回路で並列に配置して、複数のレーザダイオードを動作させる励起回路を設けた固体レーザ装置も知られている。図６は、複数のレーザダイオードを個別に駆動する従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【０００７】
図６に示すように、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎを個別の回路に配置した固体レーザ装置の場合は、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには、夫々個別の電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’、駆動電流センサＣＳｌ’〜ＣＳｎ’、及び比較器Ａ１’〜Ａｎ’が夫々独立して配置されている。
【０００８】
このような構成によれば、規定電流値に対応する基準信号Ｉｌ’〜Ｉｎ’及び各駆動電流センサＣＳｌ’〜ＣＳｎ’から出力されるセンサ検出信号ＩＳ１’〜ＩＳｎ’も夫々個別の比較器Ａ１’〜Ａｎ’へ供給される。従って、それぞれ独立した比較器Ａｌ’〜Ａｎ’の各出力端子３より個別の制御信号ＩＣ１’〜ＩＣｎ’が各電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’へ供給される。このため、各電源Ｄｌ’〜Ｄｎ’からは各々独立した駆動電流ＩＤ１’〜ＩＤｎ’がそれぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れることになる（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１０６６８２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３５８６０号公報（特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すようなレーザダイオードを直列駆動する方式の電流駆動素子制御回路によれば、駆動電流センサＣＳ０’のセンサ検出信号ＩＳ０’と基準電流値を示す基準信号Ｉ０’が比較器Ａ０’に供給されると、比較器Ａ０’の出力端子３より出力される制御信号ＩＣ０’によって電源Ｄ０’が一括制御されるので、全てのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには同一の駆動電流ＩＤ０’が流れる。つまり、それぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を個別に制御することはできない。そのため、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに電気的特性のバラツキがあると、図示しない固体レーザ媒質への励起光にバラツキが生じ、結果的に、固体レーザ媒質の励起が所望の特性を発揮できないなどの不具合が生じる。
【００１１】
また、図６に示すようなレーザダイオードを駆動する方式の電流駆動素子制御回路によれば、電源や電流センサや比較器などの回路部品が駆動回路数に応じて増加するので、電流駆動素子制御回路が大型化してしまうと共にコストアップしてしまう。さらに、各電源Ｄ１’〜Ｄｎ’はそれぞれの電流駆動素子制御回路を正常に動作させる上で最低限必要な電圧が要求されるので、例えば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの駆動電流を３０Ａ〜５０Ａとし、各電源Ｄ１’〜Ｄｎ’が必要とする最小の電圧を０．７Ｖとすると、各電流駆動素子制御回路は２１Ｗ〜３５Ｗという電力が要求される。
【００１２】
つまり、図６のように各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに独立して電力を供給する方式の場合は、図５のようにレーザダイオードを直列接続する方式に比べてｎ倍の電力が要求されることになる。さらに、電流供給源（つまり、電源）とレーザダイオードは一般的に離間しているので、それぞれの電源Ｄ１’〜Ｄｎ’とそれぞれのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎとの間は大電流を供給できる電流容量のあるケーブルで接続する必要がある。つまり、ケーブルの容量も駆動方式の場合は直列駆動方式の場合のｎ倍になってしまう。このようなことが相俟って、図６のような駆動方式の電流駆動素子制御回路は大型化すると共に電流駆動素子制御回路を含む装置が益々コストアップしてしまう。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な回路構成によって各電流駆動素子に流れる電流を個別に制御できるようにすると共に、消費電力の少ない電流駆動素子制御回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明の電流駆動素子制御回路は、定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、前記複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路を備え、複数の前記バイパス回路の各々が、自己の回路に流れるバイパス電流を制御すると共に、バイパス電流の制御されたバイパス回路に対応する前記電流駆動素子の駆動電流を制御する構成とした（請求項１）。
【００１５】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、定電流電源に複数の電流駆動素子が直列に接続されている場合、それぞれの電流駆動素子ごとに設けられたバイパス回路に流れる電流を制御すれば、対応する電流駆動素子に流れる駆動電流を可変制御することができる。これによって、各電流駆動素子に電気的特性のバラツキがあっても、バイパス回路に流れる電流を制御すれば各電流駆動素子のバラツキを補正することができる。
【００１６】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路を備え、複数のバイパス回路の各々に流れるバイパス電流、又は複数の電流駆動素子の各々が自己の回路に流れる駆動電流を検出する複数の電流検出手段と、複数の電流検出手段の各々が検出した電流に対応する検出信号と駆動電流の基準レベルを決定する基準信号とを比較して制御信号を生成する複数の比較制御手段と、複数の比較制御手段の各々が出力した制御信号のレベルに基づいて、複数のバイパス回路のうち対応するバイパス回路に流れるバイパス電流を制御する電流制御手段と、を備える構成とした（請求項２）。
【００１７】
本発明の電流駆動素子制御回路を前記のような構成にすれば、各電流検出手段が対応するバイパス回路に流れるバイパス電流又は対応する電流駆動素子に流れる駆動電流を検出して電流制御手段へ制御信号を送出するので、その電流制御手段によってバイパス回路のバイパス電流を制御することができる。つまり、駆動電流とバイパス電流の合計電流は一定であるので、各電流駆動素子の電気的特性に応じて電流制御手段がバイパス回路のバイパス電流を増減させれば、それぞれの電流駆動素子に流れる駆動電流は相補的に増減されるので、駆動電流を所望の値に制御することができる。これによって、直列接続された全ての電流駆動素子の電気的特性のバラツキを補償することができる。
【００１８】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記の構成に加えて、さらに、複数の電流駆動素子に流れる駆動電流と複数のバイパス回路に流れるバイパス電流の合成電流を検出する合成電流検出手段と、合成電流検出手段が検出した合成電流に対応する合成検出信号と合成電流の基準レベルを決定する合成基準信号とを比較して合成制御信号を生成する合成電流比較制御手段とを備え、定電流電源が、合成電流比較制御手段の出力した合成制御信号のレベルに基づいて、複数の電流駆動素子へ供給する電流量を制御することを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路を前記のような構成にすれば、定電流電源に直列接続されている複数の電流駆動素子の合成電流を検出して定電流電源を制御することができる。これによって、定電流電源から複数の電流駆動素子へ供給される電流量を常に所望の値に制御して電流駆動素子制御回路全体の電流バランスを取ることができる。
【００２０】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記の各発明で構成されている複数の電流駆動素子の各々はレーザダイオードであることを特徴とする（請求項４）。つまり、レーザダイオードは発光源として好んで用いられているが、レーザダイオードに電気的特性のバラツキがあると、それぞれのレーザダイオードの発光光量にバラツキが生じる。そこで、本発明の電流駆動素子制御回路により、各レーザダイオードのバラツキに応じて各バイパス回路のバイパス電流を制御すれば、各レーザダイオードの駆動電流を個別に制御することができる。
【００２１】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、複数のレーザダイオードの各々が発光する光量を個別に検出する複数の光検出手段を備え、複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて複数の電流制御手段のうち少なくとも一つの電流制御手段が制御され、電流制御手段が、対応するバイパス回路に流れるバイパス電流の電流量を可変させることを特徴とする（請求項５）。
【００２２】
つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、各レーザダイオードの発光光量はそれぞれ対応する光検出手段によって検出されている。従って、レーザダイオードに電気的特性のバラツキなどがあって発光光量がバラついていた場合、光検出手段からの光検出信号によって電流制御手段を制御して該当するバイパス回路のバイパス電流を可変させることができる。これによって該当するレーザダイオードの駆動電流を所望の値に制御して発光光量のバラツキを補正することができる。
【００２３】
また、本発明の電流駆動素子制御回路は、前記発明による複数の光検出手段を備えた構成において、複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて定電流電源が制御され、定電流電源が複数のレーザダイオードへ供給する電流量を可変させることを特徴とする（請求項６）。つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、相互の光検出手段がそれぞれのレーザダイオードの発光光量を比較検出しながら定電流電源を制御している。これによって、定電流電源から複数のレーザダイオードへ供給する電流量を可変させてレーザダイオード全体の発光バランスをとることができる。
【００２４】
また、本発明の電流駆動素子制御回路においては、複数の電流制御手段の各々はＦＥＴによって構成され、ＦＥＴは、ドレインが複数のレーザダイオードのうち対応するレーザダイオードのアノードに接続され、ソースがレーザダイオードのカソードに接続され、かつゲートが複数の比較制御手段のうち対応する比較制御手段の出力端子に接続されていることを特徴とする（請求項７）。つまり、本発明の電流駆動素子制御回路によれば、電流制御手段をＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成することにより、バイパス電流又は駆動電流の検出信号をＦＥＴのゲートに供給することにより、極めて簡単な回路構成でバイパス電流の電流量の制御を行い、各レーザダイオードの駆動電流を所望の値に制御することができる。
【００２５】
なお、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、固体レーザ媒質の周囲に配置され、固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成された固体レーザ装置（請求項８）とすることや、また、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、直線状に整列された複数の固体レーザ媒質の周囲に配置され、複数の固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成された固体レーザ装置（請求項９）としても良い。
【００２６】
このように構成されることにより、固体レーザ装置は、電気的にバラツキがあってもバランスのとれた励起光を固体レーザ媒質の側面に照射することができる。また、直線状に整列された固体レーザ媒質の側面にバランスした励起光を均一に照射することができる。
なお、電流駆動素子とは、ダイオード、レーザダイオード、ランプ、コイルなどの電流駆動型の二端子素子を意味する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、固体レーザ装置用の電流駆動素子として好適なレーザダイオードを用いた場合について、電流駆動素子制御回路を中心に詳細に説明する。
図１は、複数のレーザダイオードが直列に接続された本発明の実施の形態における電流駆動素子制御回路の構成図である。図１において、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電流駆動素子であるレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎが定電流電源（以下、電源という）Ｄ０と接地間に直列に接続され、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎには各々並列にバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎが接続されている。これらのバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎはそれぞれ電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎを有している。なお、各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎは図２に示すようなＦＥＴによって構成されている。
【００２８】
各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎは、それぞれのＦＥＴのドレイン（Ｄ）より端子６を介して各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのアノードに接続され、ソース（Ｓ）よりバイアス抵抗Ｒを通して端子７から各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのカソードに接続されている。なお、各ＦＥＴのゲート（Ｇ）は端子８を介して各比較器（比較制御手段）Ａｌ〜Ａｎの出力端子３に接続されている。
【００２９】
また、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎには、その回路に流れる電流量を検出するバイパス電流センサ（バイパス電流検出手段）ＢＳｌ〜ＢＳｎが設けられている。つまり、それぞれのバイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎにおいて、各バイパス電流センサＢＳｌ〜ＢＳｎと各比較器Ａｌ〜Ａｎと各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎとによって負帰還回路が構成されている。
【００３０】
各比較器Ａｌ〜Ａｎは、バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎの数、つまり電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎの数に応じて設けられ、それぞれ第１の入力端子１と第２の入力端子２及び一つの出力端子３を有している。それぞれの比較器Ａｌ〜Ａｎの第１の入力端子１には該当するバイパス回路（ＢＰｌ〜ＢＰｎの何れか）の電流基準値に対応した基準信号（Ｉ１〜Ｉｎの何れか）が入力され、第２の入力端子２には該当するバイパス電流センサ（ＢＳｌ〜ＢＳｎの何れか）からバイパス電流に対応した検出信号（ＩＳ１〜ＩＳｎの何れか）が入力される。そして、それぞれの比較器Ａｌ〜Ａｎの出力端子３から、各電流制御手段Ｂｌ〜Ｂｎの端子８を介してそれぞれのＦＥＴのゲート（Ｇ）へ各制御信号（ＩＣ１〜ＩＣｎの何れか）が入力される。
【００３１】
一方、電源Ｄ０と接地間には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎの合成値である合成電流ＩＬを検出する合成電流センサ（合成電流検出手段）ＣＳ０が設けられ、さらに、この合成電流センサＣＳ０の合成検出信号ＩＳ０に応じて合成電流ＩＬを制御するための合成電流比較器（合成電流比較制御手段）Ａ０が設けられて電源Ｄ０に接続されている。
【００３２】
つまり、合成電流比較器Ａ０は、第１の入力端子１と第２の入力端子２と一つの出力端子３を有し、第１の入力端子１には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れる電流値の合計である合成電流ＩＬの基準値に対応する合成基準信号Ｉ０が入力される。また、第２の入力端子２には、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れる合成電流ＩＬを測定する合成電流センサＣＳ０から、合成電流ＩＬに対応する合成検出信号ＩＳ０が入力される。
【００３３】
そして、合成電流比較器Ａ０の出力端子３からは、合成基準信号Ｉ０と合成電流センサＣＳ０からの合成検出信号ＩＳ０との誤差に比例した合成制御信号ＩＣ０が出力され、その合成制御信号ＩＣ０は電源Ｄ０に供給される。従って、電源Ｄ０からは、合成電流比較器Ａ０から出力された合成制御信号ＩＣ０のレベルに応じた電流（つまり、合成電流ＩＬ）が各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに供給される。このようにして、合成電流センサＣＳ０と合成電流比較器Ａ０と電源Ｄ０とによって負帰還回路が構成されている。
【００３４】
さらに、図１に示すように、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎからの出力光を検出するために、それぞれの光センサ（光検出手段）ＯＳｌ〜ＯＳｎが各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに対応して設けられている。なお、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎと各光センサＯＳｌ〜ＯＳｎは近接して配置されているが電気的には接続されていない。また、各光センサＯＳｌ〜ＯＳｎの出力端子はそれぞれ制御回路ＣＮＴに接続されている。
【００３５】
このような回路構成によって、制御回路ＣＮＴでは、光センサＯＳｌと光センサＯＳ２、光センサＯＳｌと光センサＯＳｎ−１、あるいは光センサＯＳｌと光センサＯＳｎの如く、一つの光センサが検出した光信号を基準として、他の光センサが検出した光信号が比較され、比較結果による出力信号が制御回路ＣＮＴから各比較器Ａｌ〜Ａｎへ供給されるような制御が行われる。
【００３６】
また、制御回路ＣＮＴは、全てのレーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の励起光が規定値以下となった場合に、低減した光と規定となる光との比較結果に基づいて合成電流ＩＬを増加させるように、合成電流比較器Ａ０に供給される合成基準信号Ｉ０を可変させる手段をも含んでいる。もちろん、制御回路ＣＮＴは、光センサＯＳｌの検出した光出力信号を基準として、光センサＯＳｌを除く他の光センサのそれぞれと対になったレーザダイオードに対応した光センサの検出した光出力信号との比較を行うことにより、全体の光量バランスをとることも必要に応じて行うものとする。
【００３７】
次に、図１のように構成された電流駆動素子制御回路の動作について詳細に説明する。図１において、図示しない固体レーザ媒質を励起するために、例えば、レーザダイオードＬＤｌに要求される駆動電流ＩＤ１を３０Ａとし、バイパス回路ＢＰｌに流すバイパス電流ＩＢ１を２Ａとする。その場合、図１に示す電源Ｄ０からは供給電流として３２Ａの一定電流が出力される。このとき、定常状態においては、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤｌ〜ＩＤｎは、規定の電流、すなわち３０Ａが供給され、また、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎは２Ａである。従って、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎからは所定の励起光が図示しない固体レーザ媒質に供給され、固体レーザ媒質は正常に励起される。
【００３８】
この状態においては、各バイパス電流センサＢＳｌ〜ＢＳｎからは２Ａのバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎが検出され、バイパス電流２Ａに対応する検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎが各比較器Ａｌ〜Ａｎの第２の入力端子２へ入力される。一方、各比較器Ａｌ〜Ａｎの第１の入力端子１には、制御回路ＣＮＴからバイパス電流２Ａに相当する基準信号Ｉ１〜Ｉｎが入力される。
【００３９】
このため、各比較器Ａ１〜Ａｎにおいて、第１の入力端子１の基準信号Ｉ１〜Ｉｎと第２の入力端子２の検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎとの間の誤差はないので、全ての比較器Ａ１〜Ａｎの出力端子３から出力される制御信号ＩＣ１〜ＩＣｎは同じレベルである。従って、各電流制御手段Ｂ１〜ＢｎのＦＥＴは規定の導通状態を保持する。よって、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤｌ〜ＩＤｎは３０Ａの状態に保持され、各バイパス回路ＢＰｌ〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎは２Ａの状態に保持される。
【００４０】
一方、例えば、レーザダイオードＬＤｌへの駆動電流ＩＤ１は３０Ａであるが、レーザダイオードＬＤ２の順方向電圧降下にバラツキが生じるなど何らかの原因により、レーザダイオードＬＤ２の駆動電流ＩＤ２が規定値の３０Ａより低い２９Ａになったとする。このような駆動電流の低下は図示しない固体レーザ媒質への励起光の不足となり、固体レーザ媒質が所望のレーザ光を得るには不都合な結果となる。このような状態においては、バイパス回路ＢＰ２のバイパス電流ＩＢ２は３Ａとなっているため、規定電流２Ａよりの増加分１Ａが検出信号ＩＳ２としてバイパス電流センサＢＳ２によって検出される。
【００４１】
そして、バイパス電流センサＢＳ２からの検出信号ＩＳ２は比較器Ａ２の第２の入力端子２へ供給される。従って、比較器Ａ２の出力端子３から電流制御手段Ｂ２の端子８を介して電流制御手段Ｂ２に構成されたＦＥＴのゲートへ誤差信号に相当する制御信号ＩＣ２が供給され、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２を２Ａにするように負帰還がかけられる。その結果、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２は２Ａとなり、レーザダイオードＬＤ２に流れる駆動電流ＩＤ２は３０Ａに戻される。その他のレーザダイオードに駆動電流の変化が生じた場合も前記と同様の負帰還動作によって該当するレーザダイオードに流れる駆動電流は３０Ａに戻される。
【００４２】
また、何らかの原因で相対的に各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎのバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎが所定の値まで低減したとき、すなわち、該当するレーザダイオードが正常に動作しているにも拘わらず、そこに流れるレーザダイオードの駆動電流が増大したときには、該当するバイパス回路（ＢＰ１〜ＢＰｎの何れか）のバイパス電流センサ（ＢＳ１〜ＢＳｎの何れか）がそこに流れるバイパス電流の低減量を検出し、負帰還回路のフィードバック動作によって該当するレーザダイオード（ＬＤｌ〜ＬＤｎの何れか）に流れる電流を正常状態に戻すように動作する。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの光出力にアンバランスが生じた場合、そのアンバランスが補正される機能を有している。例えば、レーザダイオードＬＤ２の光出力が低下したとする。その場合、他のレーザダイオードの光出力、例えばＬＤｌの光出力とレーザダイオードＬＤ２の光出力とが比較され、その比較結果に基づいて制御回路ＣＮＴからは比較器Ａ２への基準信号Ｉ２を低減させる。
【００４４】
これにより、バイパス回路ＢＰ２に流れるバイパス電流ＩＢ２は減少し、相対的にレーザダイオードＬＤ２への駆動電流ＩＤ２が増大する。従って、このレーザダイオードＬＤ２の励起光が増大し、他のレーザダイオードと光出力のバランスが保たれることになる。なお、レーザダイオードＬＤ２の励起光量が他のレーザダイオードに比較して多い場合には前記と逆の動作によってレーザダイオードＬＤ２の駆動電流ＩＤ２を減少させことにより他のレーザダイオードと光出力のバランスが保たれることは容易に理解されよう。
【００４５】
また、固体レーザ装置の長期に亘る使用により、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの特性が劣化した場合には、固体レーザ媒質への励起光が全体的に不足することになる。この様な状態では、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎへの駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを初期の値より増大させることによって対応することが可能である。本発明の実施の形態によれば、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が規定光量と比較され、所定の光量が得られるように制御回路ＣＮＴから合成電流比較器Ａ０へ帰還がかけられている。
【００４６】
すなわち、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が低減した場合には、それぞれの光センサＯＳ１〜ＯＳｎによって基準の光量と比較され、所定の光量が得られるように制御回路ＣＮＴから合成電流比較器Ａ０の第１の入力端子１へ合成基準信号Ｉ０の帰還がかけられている。一方、合成電流比較器Ａ０の第２の入力端子２には、合成電流ＩＬを検出する合成電流センサＣＳ０から合成検出信号ＩＳ０が供給されている。そのため、制御回路ＣＮＴからの帰還による合成基準信号Ｉ０と合成検出信号ＩＳ０との間で誤差が生じ、その誤差分に応じて、合成電流比較器Ａ０の出力端子３からの合成制御信号ＩＣ０により、合成電流ＩＬを増大させるように電源Ｄ０に指令する。この結果、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎの全体の光出力が規定光量となって前記の帰還が安定するまで、このような帰還動作が継続される。従って、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流が増大することにより不足分の励起光を補うように補正される。
【００４７】
なお、図１の回路に示すような実施の形態では、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎに流れるバイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎを検出し、その検出出力である検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎを各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎに負帰還をかけるようにしたが、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを検出し、これらの検出信号ＩＳ１〜ＩＳｎをそれぞれの基準信号Ｉ１〜Ｉｎと比較して、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎに負帰還をかけるようにしてもよい。各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎを検出することは、各バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎの電流検出の場合と同様な回路構成にすることで実現できるので、その詳細な説明は省略する。なお、各バイパス電流ＩＢ１〜ＩＢｎを変化させれば、その変化分に応じて各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎに流れる駆動電流ＩＤ１〜ＩＤｎが相補的に変化することは云うまでもない。
【００４８】
図３は、図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の一例を示す概略図である。図３を図１と対比すると、図１における電流駆動素子制御回路のうち、各レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎを除いた回路部分が図３の電流駆動素子制御回路１００である。つまり、図３の電流駆動素子制御回路１００は、図１に示す電源Ｄ０、バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎ、電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎ、合成電流センサＣＳ０、バイパス電流センサＢＳ１〜ＢＳｎ、合成電流比較器Ａ０、比較器Ａ１〜Ａｎ、光センサＯＳ１〜ＯＳｎ、及び制御回路ＣＮＴを含み、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのみが除外されている。
【００４９】
図３の固体レーザ装置において、電流駆動素子制御回路１００には、３個のレーザダイオード１０２、１０４，１０６が直列に接続され、これらのレーザダイオード１０２、１０４，１０６が、断面形状が円形であるロッド状の固体レーザ媒質１０８の側面周囲に等間隔で配列されている。そして、固体レーザ媒質１０８はレーザダイオード１０２、１０４，１０６からの励起光によって励起されるように構成されている。このように構成された固体レーザ装置によれば、図１の実施の形態で詳細に説明したように、各レーザダイオード１０２、１０４、１０６からの励起光は常にバランスして固体レーザ媒質１０８に供給されることになる。これによって、固体レーザ媒質１０８は高い品質レベルで励起動作を行うことができる。
【００５０】
図４は、図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の他の例を示す概略図である。図４において、電流駆動素子制御回路１１０は、図１に示す電源Ｄ０、バイパス回路ＢＰ１〜ＢＰｎ、電流制御手段Ｂ１〜Ｂｎ、合成電流センサＣＳ０、バイパス電流センサＢＳ１〜ＢＳｎ、合成電流比較器Ａ０、比較器Ａ１〜Ａｎ、光センサＯＳ１〜ＯＳｎ、及び制御回路ＣＮＴを含み、レーザダイオードＬＤｌ〜ＬＤｎのみが除外されている。電流駆動素子制御回路１１０には３個のレーザダイオード１１２、１１４、１１６が直列に接続される。
【００５１】
また、３個のロッド状の固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４がレーザ光軸ＬＬに沿って直線状に配置され、これらの固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４の周囲側面に対応してレーザダイオード１１２、１１４、１１６が配置されている。そして、各固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４は対応する各レーザダイオード１１２、１１４，１１６からの励起光によって励起されるように構成されている。このように構成された固体レーザ装置によれば、図１の実施の形態で詳細に説明したように、各レーザダイオード１１２、１１４、１１６からの励起光は常にバランスして各固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４に供給されることになる。よって、固体レーザ媒質１２０、１２２、１２４は高い品質レベルで励起動作を行うことができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明にかかる電流駆動素子制御回路は、一つの定電流電源に直列に接続された複数の電流駆動素子に各々並列にバイパス回路を設ける。そして、このバイパス回路に流れる電流を制御することにより、個々の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御することができる。
【００５３】
特に、電流駆動素子として複数のレーザダイオードを用い、各レーザダイオードの特性に応じてそれぞれのレーザダイオードの駆動電流を個別に制御することにより、各レーザダイオードから均一な励起光を発光して固体レーザ媒質を均等に励起するようにした。これによって、固体レーザ装置に用いて好適な電流駆動素子制御回路を提供することができる。
【００５４】
前記した実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。前記の実施の形態では、電流駆動素子としてレーザダイオードを用いた場合について説明したが、これに限らず、一般的なダイオードやランプなどを用いても同様な作用効果が得られることは云うまでもない。
【００５５】
また、前記の実施の形態では、各レーザダイオードの光量の出力バランスをとるため、互いのレーザダイオードが出力する光量を比較してそのアンバランス分を検出して制御を行ったが、各レーザダイオードごとに基準値の光量と比較して、基準値の光量との誤差を光アンバランスの出力信号としてもよい。さらに、ＦＥＴのソース側のバイアス抵抗Ｒを削除しても電流駆動素子制御回路の基本的な動作には問題はない。なお、ＦＥＴに代えトランジスタ、ＩＧＢＴまたはその複合回路で電流制御手段を構成してもその効果に差異はない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる電流駆動素子制御回路によれば、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
電流駆動素子制御回路によれば、直列に接続された複数のレーザダイオードの各々に並列にバイパス回路を設け、このバイパス回路の電流を制御することによって各レーザダイオードへの駆動電流を制御できるようにしたので、各レーザダイオードの駆動電流を個別に制御することができる。従って、各レーザダイオードに電気的特性のバラツキがあってもレーザダイオードごとに最適な駆動電流を流すことができるので、それぞれのレーザダイオードが発光する励起光の光量を均等にすることができる。
【００５７】
また、複数のレーザダイオードを直列に接続するため、本発明によって追加される付属回路は、レーザダイオードとバイパス回路の合成電流を制御するためのバイパス回路のみでよい。つまり、バイパス回路の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御させるような制御回路を設ける必要はないので、少ない部品点数の追加のみでレーザダイオードの発光光量を個別に制御することができるので、部品点数の追加によるコストアップ分を上回る商品付加価値を持たせることができる。
【００５８】
さらに、レーザダイオードの光量バランス補正に必要な電流の変化量は通常の動作電流の１０〜２０％であるが、基本的に直列接続でレーザダイオードを駆動しているので、電源で消費される電力消費量は単一のレーザダイオードの駆動電流分と補正電流分による電力のみである。特に、バイパス回路で消費される電力は、光量のバラツキを補正するための補正電流によって生じる電力分のみである。つまり、補正回路であるバイパス回路の電流は各レーザダイオードのバラツキを補正する電流最大値と最小値の差分でよい。
【００５９】
従って、この値（つまり差分）はレーザダイオードの個数の増加には依存されず、必要な電力は従来の駆動による複数回路の駆動方式に比較して約１／ｎ（ｎはレーザダイオードの個数）となるので、従来に比べて少ない部品点数の追加で省電力化を実現することができる。しかも、大電流を供給する配線を最小の本数で構成することができる。
【００６０】
本発明によれば、レーザダイオードのバラツキに関係なく各レーザダイオードの発光光量を均一にすることができる。さらに、レーザダイオード全体の励起光が規定値以下となった場合でも、合成電流を検出して基準値と比較しながら定電流電源を制御することにより、レーザダイオードへの供給電流を増加させて励起光を規定値レベルに補正することができる。
【００６１】
また、通常、レーザダイオードとその電流供給回路は異なる筐体に装着され、その間は大電流を供給できるケーブルで接続されるが、本発明による固体レーザ装置では、基本的に各レーザダイオードが直列接続であるから大電流供給用のケーブルとしては最小のケーブル本数（つまり、１系統のケーブル）のみでよい。しかも、バイパス回路を各レーザダイオードに並列に接続するための接続ケーブルは（ｎ−１）本（但し、ｎはレーザダイオードの個数）でよいから、結果的に、負荷と電源を接続するという面からも配線を最小の本数で構成することができる。
【００６２】
また、バイパス回路に流れる電流はレーザダイオードに流れる電流に対して１０〜２０％でよいので、バイパス電流センサ（バイパス電流検出手段）を小型化することができる。つまり、本発明によれば、常に安定した駆動状態のもとで、複数のレーザダイオードからバランスのとれた励起光が固体レーザ媒質に供給されるので、極めて品質レベルの高い固体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のレーザダイオードが直列に接続された本発明の実施の形態における電流駆動素子制御回路の構成図である。
【図２】図１におけるバイパス回路の電流制御手段としてのＦＥＴを示す回路図である。
【図３】図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の一例を示す概略図である。
【図４】図１に示す電流駆動素子制御回路を備えた本発明における固体レーザ装置の他の例を示す概略図である。
【図５】複数のレーザダイオードが直列に接続された従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【図６】複数のレーザダイオードを個別に並列駆動する従来の電流駆動素子制御回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ０ 定電流電源（電源）
ＬＤ１〜ＬＤｎ レーザダイオード（電流駆動素子）
Ａ０ 合成電流比較器（合成電流比較制御手段）
Ａ１〜Ａｎ 比較器（比較制御手段）
ＢＰ１〜ＢＰｎ バイパス回路
Ｂ１〜Ｂｎ 電流制御手段
ＢＳ１〜ＢＳｎ バイパス電流センサ（電流検出手段）
ＣＳ０ 合成電流センサ（合成電流検出手段）
ＣＮＴ 制御回路
ＯＳ１〜ＯＳｎ 光センサ（光検出手段）
１００，１１０ 電流駆動素子制御回路
１０２、１０４、１０６、１１２、１１４、１１６ レーザダイオード
１０８，１２０、１２２、１２４ 固体レーザ媒質
ＬＬ レーザ光軸
ＩＳ０ 合成検出力信号
ＩＳ１〜ＩＳｎ 検出信号
Ｉ０ 合成基準信号
Ｉ１〜Ｉｎ 基準信号
ＩＣ０ 合成制御信号
ＩＣ１〜ＩＣｎ 制御信号
ＩＤ１〜ＩＤｎ 駆動電流
ＩＢ１〜ＩＢｎ バイパス電流
ＩＬ 合成電流
Claims (9)
- 定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、
前記複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路を備え、
複数の前記バイパス回路の各々が、自己の回路に流れるバイパス電流を制御すると共に、バイパス電流の制御されたバイパス回路に対応する前記電流駆動素子の駆動電流を制御することを特徴とする電流駆動素子制御回路。 - 定電流電源に直列接続された複数の電流駆動素子に流れる駆動電流を制御する電流駆動素子制御回路において、
前記複数の電流駆動素子の各々に並列接続された複数のバイパス回路と備え、
前記複数のバイパス回路の各々が自己の回路に流れるバイパス電流、又は前記複数の電流駆動素子の各々に流れる駆動電流を検出する複数の電流検出手段と、
前記複数の電流検出手段の各々が検出した電流に対応する検出信号と前記駆動電流の基準レベルを決定する基準信号とを比較して制御信号を生成する複数の比較制御手段と、
前記複数の比較制御手段の各々が出力した制御信号のレベルに基づいて、前記複数のバイパス回路のうち対応するバイパス回路に流れるバイパス電流を制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする電流駆動素子制御回路。 - 前記複数の電流駆動素子に流れる駆動電流と前記複数のバイパス回路に流れるバイパス電流の合成電流を検出する合成電流検出手段と、
前記合成電流検出手段が検出した合成電流に対応する合成検出信号と前記合成電流の基準レベルを決定する合成基準信号とを比較して合成制御信号を生成する合成電流比較制御手段とを備え、
前記定電流電源が、前記合成電流比較制御手段の出力した合成制御信号のレベルに基づいて、複数の電流駆動素子へ供給する電流量を制御することを特徴とする請求項２に記載の電流駆動素子制御回路。 - 前記複数の電流駆動素子の各々はレーザダイオードであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電流駆動素子制御回路。
- 前記複数のレーザダイオードの各々が発光する光量を個別に検出する複数の光検出手段を備え、
前記複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて前記複数の電流制御手段のうち少なくとも一つの電流制御手段が制御され、当該電流制御手段が、対応するバイパス回路に流れるバイパス電流の電流量を可変させることを特徴とする請求項４に記載の電流駆動素子制御回路。 - 前記複数の光検出手段の各々が検出した光量のレベルに基づいて前記定電流電源が制御され、当該定電流電源が、前記複数のレーザダイオードへ供給する電流量を可変させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電流駆動素子制御回路。
- 前記複数の電流制御手段の各々はＦＥＴによって構成され、前記ＦＥＴは、ドレインが前記複数のレーザダイオードのうち対応するレーザダイオードのアノードに接続され、ソースが当該レーザダイオードのカソードに接続され、かつゲートが前記複数の比較制御手段のうち対応する比較制御手段の出力端子に接続されていることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の電流駆動素子制御回路。
- 請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の電流駆動素子制御回路を備え、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、固体レーザ媒質の周囲に配置され、固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成されたことを特徴とする固体レーザ装置。
- 請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の電流駆動素子制御回路を備え、前記電流駆動素子制御回路における複数のレーザダイオードは、直線状に整列された複数の固体レーザ媒質の周囲に配置され、複数の固体レーザ媒質が複数のレーザダイオードからの励起光によって励起されるように構成されたことを特徴とする固体レーザ装置。
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