JP2009048165A - 光学結晶の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用の温度制御素子をそのまま用いることができ、単一の温度センサで制御可能で、加えて複雑な温度分布を生じるパターンにおいても適用可能な、光学結晶の温度制御装置を提供すること。
【解決手段】温度制御装置は、内部にビームを透過させる光学結晶１００と、発熱／吸熱を行う温度制御素子（図示せず）と、温度制御素子と光学結晶１００との間に配置され、温度制御素子と光学結晶１００との間で熱伝導を行う熱伝導素子１０１とを備え、熱伝導素子１０１は、場所によって異なる量の熱を伝導し、光学結晶１００の内部の温度差を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学結晶の温度制御装置に関する。

従来の光学結晶の温度制御装置には、例えば複数の温度センサと温度制御素子を有する、特許文献１に記載されているようなものがあった。

図２９は、特許文献１に記載された従来の温度制御装置を示している。図２９において、温度制御装置である第２高調波発生装置は、カバー１０００、ベース板１００１、熱電冷却素子１００２、１００３、１００４、ＳＨＧ素子１００５、光導波路１００５ａ、ＳＨＧ素子支持体１００６、溝１００６ａ、および細溝１００６ｂを備えている。ＳＨＧ素子１００５は、入射されたレーザ光の第２高調波を生成する素子である。熱電冷却素子１００２、１００３、１００４は、ＳＨＧ素子１００５の温度を調整する素子である。熱電冷却素子１００２、１００３、１００４は、ＳＨＧ素子１００５における光伝播方向の両端部分と中間部分とで、加熱または冷却の程度を異ならせるように構成されている。これによって、特許文献１記載の温度制御装置は、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可能な温度に可及的に均一化することができる。

従来の温度制御装置には、このような方式の他に、場所によって発熱量の異なる発熱体を用いた、例えば特許文献２に記載されているようなものがあった。

図３０は、特許文献２に記載された従来の温度制御装置を示している。図３０において、温度制御装置は、電気配線１１００、光学素子１１０１、線接触ヒータ１１０２ａ、１１０２ｂ、ペルチェ素子１１０３ａ、１１０３ｂ、レーザ光入射部１１０４、およびヒータ電源１１０５を備えている。光学素子１１０１は、レーザ光を制御する素子である。線接触ヒータ１１０２ａ、１１０２ｂは、光学素子の面のうちレーザ光の通過しない面に、レーザ光の光軸と平行な方向に線状に加熱する手段として設けている素子である。この加熱手段の線幅は、レーザ光のビーム直径よりも小さくなっている。さらに、この温度制御装置は、光学素子のレーザ光の通過しない面のうち、加熱手段を設けていない面に、冷却手段を設けている。また、この温度制御装置は、光学素子の加熱手段として、くさび型のヒータまたは光学素子に密着させた電熱線を用い、単位長さあたりの発熱量を、光学素子のレーザ光入射面近傍に比べてレーザ光出射面近傍で小さくする構成としている。
特開２００４−５３７８１号公報 特開平１１−１２５８００号公報

しかしながら、複数の温度センサと温度制御素子を備える特許文献１記載の技術には、以下の問題がある。まず、温度センサと温度制御素子が複数個必要なため、煩雑である。また、各温度センサと温度制御素子の組には独立した温度制御回路が必要であり、さらなる消費電力、装置の規模、コストの増大に拍車をかける。加えて、光学結晶中にレーザ光を直線的に一度だけ通すようなパターン以外では、温度分布が複雑になるため、これに対応することが難しい。さらには、温度制御素子の幅長の物理的限界により、光学結晶の長さによっては複数個の温度制御素子を並べることができないことがある。

一方、発熱量を場所によって変更させる特許文献２記載の技術には、以下の問題がある。まず、発熱体の線幅をレーザ光のビーム直系よりも小さくした上でレーザ光と平行に配置する必要がある場合において、その位置調整などが大変である。加えて、光学結晶中にレーザ光を直線的に一度だけ通すようなパターン以外では温度分布が複雑になるため、これに対応することが難しい。また、汎用の加熱手段などが使用することができず、加熱手段自体を光学結晶ごとにオーダーメイドする必要がある。

本発明は、上記課題を解決するために、汎用の温度制御素子（手段）をそのまま用いることができ、単一の温度センサで制御可能で、加えて複雑な温度分布を生じるパターンにおいても適用可能な、光学結晶の温度制御装置を提供することを目的とする。

本発明の光学結晶の温度制御装置は、内部にビームを透過させる光学結晶と、発熱／吸熱を行う温度制御素子と、前記温度制御素子と前記光学結晶との間に配置され、前記温度制御素子と前記光学結晶との間で熱伝導を行う熱伝導素子とを備え、前記熱伝導素子は、場所によって異なる量の熱を伝導し、前記光学結晶の内部の温度差を低減させる。

以上のように、本発明の温度制御装置によれば、汎用の温度制御素子（手段）をそのまま用いることができ、単一の温度センサで制御可能で、加えて複雑な温度分布を生じるパターンにおいても適用可能な、光学結晶の温度制御装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における温度制御装置の透過図である。図３は、本発明の実施の形態１における温度制御装置の斜視図である。また、図４、図５、および図６は、本発明の実施の形態１における温度制御装置に用いる熱伝導素子の斜視図である。

なお、以下の各実施の形態で説明する各図において、光学結晶の内部におけるレーザ光の進行方向をｘ軸方向とし、光学結晶の温度制御装置が配置される側の面に平行であってｘ軸方向に直交する方向をｚ軸方向とし、ｘ軸方向およびｚ軸方向に直交する方向をｙ方向とする。また、適宜、ｘ軸方向と逆の方向側、つまりレーザ光の入射側を、「手前」といい、ｘ軸方向側、つまりレーザ光の出射側を、「奥」という。また、適宜、レーザ光の光路を基準として、紙面上で右を「右」といい、紙面上で左を「左」という。さらに、適宜、温度制御素子および温度センサの図示を省略する。

図１は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置とを表している。ここで、熱伝導素子（形態Ａ）１０１は、場所により、ｙ−ｚ平面で切断した断面形状が異なっている。より具体的には、熱伝導素子（形態Ａ）１０１は、手前から奥に行くほどその厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ａ）１０１のｙ軸方向の熱抵抗（以下単に「熱抵抗」という）は、手前から奥に行くほど大きくなっている。

図２は、図１の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ａ）１０２を取り付けた、温度制御装置である。

図３は、図１の温度制御装置において温度制御素子１０３も合わせて図示した構成を示している。図３の温度制御装置は、光学結晶１００にレーザ光１０４を透過させる構成となっている。

まず、外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合について説明する。この場合には、光学結晶端面１００ａから１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させ、温度制御素子１０３としてヒータやペルチェ素子などの加熱手段を用いる。以降、光学結晶１００は、第２高調波発生素子などの、高調波発生素子であるとして説明を行う。レーザ光１０４は、光学結晶端面１００ａから入射すると、光学結晶１００を透過する際に、その一部が高調波に変換される。そして、光学結晶端面１００ｂから、入射光と同じ波長の光と入射光の高調波との合成光が、出射光として出力される。入射光は、光学結晶１００を透過しながら高調波に変換されていくため、光学結晶端面１００ａ側に比べ、光学結晶端面１００ｂ側の方で、高調波成分を多く含むことになる。

一般に、光学結晶は、高調波に対してより光吸収特性を持ち、光吸収に伴い発熱する特徴を持つ。したがって、光学結晶１００には、光学結晶端面１００ａ側から光学結晶端面１００ｂ側に向かって、低温から高温へと変化する温度分布（勾配）が発生する。波長変換作用のある光学結晶の変換効率は、その光学結晶の温度がある一定の温度にあるときに最大となる。よって、効率の良い波長変換を行うためには、光学結晶１００の温度分布の不均一さを低減し、結晶温度をある一定の温度に保つ必要がある。

図３において、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の厚みが薄い光学結晶端面１００ａに近いほど、加熱手段の熱が良く伝わる。即ち、光学結晶端面１００ａに近いほど、より多くの熱量が伝導する。これは、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の厚みが薄いほど、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の熱抵抗が小さいためである。光学結晶端面１００ａに近いほど、光吸収による発熱が小さいことは、既に述べた通りである。

一方で、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の厚みが厚い光学結晶端面１００ｂに近いほど、加熱手段の熱が伝わりにくくなる。即ち、光学結晶端面１００ｂに近いほど、より少ない熱量が伝導する。これは、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の厚みが厚いほど、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の熱抵抗が大きいためである。光学結晶端面１００ｂに近いほど、光吸収による発熱が大きいことは、既に述べたとおりである。

結果として、波長変換に伴う温度分布の不均一さと、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の熱抵抗分布による温度分布の不均一さとが、互いにキャンセルしあうことにより、光学結晶１００に生じる温度分布の不均一さを解消することができる。

次に、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合について説明する。この場合には、光学結晶端面１００ｂから光学結晶端面１００ａに向かってレーザ光１０４を透過させ、温度制御素子１０３としてペルチェ素子などの冷却手段を用いる。そうすれば、光吸収による結晶の発熱が少ない光学結晶端面１００ｂ側では、熱伝導素子の熱抵抗が大きいために吸熱が行われ難い。逆に、光吸収による発熱の大きい光学結晶端面１００ａ側では、熱伝導素子のｙ軸方向の熱抵抗が小さいために吸熱が行われ易くなる。結果として、光学結晶１００全体の温度分布の不均一さを解消することができる。

なお、図２のカバー（形態Ａ）１０２付きの温度制御装置によれば、図３の温度制御装置に比べて、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１の代わりに、図４、図５、および図６に示す熱伝導素子を使用することができる。

図４の熱伝導素子（形態Ｂ）１０５は、熱抵抗率の異なる２種類の材質（各材質は少なくとも１種類の元素からなる）から構成される。これら材質の含有率が、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５の場所により異なるように配置することによって、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５の場所により異なるような熱抵抗の分布を形成する。これにより、レーザ光１０４を光学結晶１００に透過させた場合に生じる、光学結晶１００の温度分布の不均一さをキャンセルさせる。なお、１種類の材質の密度を変化させることは、その材質と、空気という別の材質の割合を変化させていることから、２種類の材質の含有率を変えていることになる。

具体例として、光学結晶１００の温度を外温よりも高い温度に保つ場合において、熱伝導素子（形態Ａ）１０１を熱伝導素子（形態Ｂ）１０５に置き換える場合について述べる。このとき、レーザ光を、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かって進行するように、光学結晶１００に入射する。この場合、光吸収に起因する光学結晶１００の発熱量は、光学結晶端面１００ｂ側に行くほど大きい。したがって、熱伝導素子（形態Ｂ）は、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かうにつれ、熱抵抗率が大きい材質の含有率が上がるように構成すれば良い。

なお、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５は、２種類以上の材質から構成されても良い。

図５の熱伝導素子（形態Ｃ）１０８は、熱抵抗率の均一な基台１０７上に、少なくとも２つの構成素子１０６をｘ軸方向に並べたものである。ここで、構成素子１０６は、各々熱抵抗率の異なる材質で構成されている。また、構成素子１０６は、ｘ軸方向の座標位置（以下「ｘ軸座標位置」という）が大きくなる方向へ、あるいは小さくなる方向へ熱抵抗が段階的に大きくなるように並べられる。

熱伝導素子（形態Ｃ）１０８は、熱抵抗の変化が連続的ではないので、光学結晶における温度分布の不均一さの解消度合いは、図４の熱伝導素子（形態Ｂ）１０５よりは落ちる。ただし、熱伝導素子（形態Ｃ）１０８は、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５よりも製造上の誤差が出難く、また作りやすいという点で有用である。なお、熱伝導素子（形態Ｃ）１０８の光学結晶との接着面は、構成素子１０６側であり、熱伝導素子（形態Ｃ）１０８の温度制御素子との接着面は、熱伝導素子（形態Ｃ）の基台１０７側である。

図６の熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、熱抵抗率の均一な基台１１０上に、少なくとも２つの構成素子１０９をｘ軸方向に並べたものである。図６では、例として３つの構成素子１０９により構成されている。３つの構成素子１０９うちの２つは、さらに、熱抵抗率が異なるまたは等しい複数の材質を、ｙ軸方向に重ねて構成される。

熱抵抗率が等しい材質からなる物質を重ねた場合においても、現実には、ｙ軸方向の結合面において熱抵抗が生じる。これは、実際には、結合面の一部あるいは全面に、空気、接着剤、あるいはシリコンペーストなどの熱伝導材を挟むこと、つまり、熱抵抗率の異なる層（材質）が存在することに起因する。したがって、ｙ軸方向の厚みが同じであっても、結合面の数を増減させることによって、構成素子１０９ごとに、厚み全体の熱抵抗に変化を持たせることが可能である。即ち、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、図５の熱伝導素子（形態Ｃ）１０８と同様に、ｘ軸方向の位置に応じて熱抵抗が異なる構成となっている。

このように、図６の熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、各構成素子１０９が複数個に分かれた材質を結合させたものであるという点で、熱伝導素子（形態Ｃ）１０８とは異なっている。

なお、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、図６の最も手前側の構成素子１０９のように、少なくとも１つの構成素子１０９は、厚み全体において同じ材質で構成された単体でも良い。

ここで、構成素子１０９は、ｘ軸座標位置が大きくなる方向へ、あるいは小さくなる方向へ、熱抵抗が段階的に大きくなるように並べる。熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、図４の熱伝導素子（形態Ｂ）１０５と比較して、熱抵抗の変化が連続的ではないので、光学結晶における温度分布の不均一さの解消度合いは、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５よりは落ちる。ただし、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１は、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５よりも製造上の誤差が出難く、また作りやすいという点で有用である。なお、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１の光学結晶との接着面は、構成素子１０９側であり、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１の温度制御素子との接着面は、熱伝導素子（形態Ｄ）の基台１１０側である。

さらに、ここまでで述べた熱伝導素子を組み合わせて用いることが可能である。また、熱抵抗は場所により異なるが、熱時定数がどの場所でも同じであるように調整することで、過渡的な温度分布を改善することができる可能性がある。

具体的には、上記調整は、場所ごとに熱抵抗と熱容量を変化させ、それらの積である熱時定数を一定値にする作業となる。例えば、熱伝導素子（形態Ａ）１０１を単一の材質から構成した場合には、熱抵抗と、ｙ軸方向の熱容量（以下単に「熱容量」という）は、その厚みに比例して大きくなる。したがって、その熱時定数も、厚みに従って大きくなる。ところが、例えば、熱伝導素子（形態Ｂ）１０５を、ある熱抵抗率と比熱を持つ材質と、その材質と同じ熱抵抗率を持つが比熱は異なる（あるいは比熱は同じであるが、比重は異なる）材質とを、組み合わせて構成することで、熱抵抗と熱容量とを場所によって変化させることができる。このような手法によって、熱伝導素子（形態Ａ）１０１を、熱抵抗は場所によって異なるが、熱時定数は一定となるような構成とすることができる。この手法は、以降で述べる各熱伝導素子に対しても適用することができる。

これら全ての場合において、温度センサは、光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、温度制御素子が、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も、熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができる。

加えて、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるいは平面であることから、汎用の過熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態２）
図７、図８は、本発明の実施の形態２における温度制御装置の透過図であり、図９は本発明の実施の形態２における温度制御装置の斜視図である。

図７は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１、２００と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置の透過図を表している。ここで、熱伝導素子（形態Ａ）１０１、２００は、手前から奥に行くほどその厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ａ）１０１、２００の熱抵抗は、手前から奥に行くほど大きくなっている。また、熱伝導素子（形態Ａ）１０１と２００の形状は同一のもので、光学結晶１００を挟んで、上下対称に設置されている。

図８の温度制御装置は、図７の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ｂ）２０１ａ、２０１ｂを取り付けた温度制御装置である。

図９は、図７の温度制御装置において温度制御素子１０３、２０２を合わせて図示した構成を示している。図９の温度制御装置は、光学結晶１００にレーザ光１０４を透過させる構成となっている。

外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合には、光学結晶端面１００ａから１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させ、温度制御素子１０３、２０２としてヒータやペルチェ素子などの加熱手段を用いる。

他方、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合には、光学結晶端面１００ｂから光学結晶端面１００ａに向かってレーザ光１０４を透過させ、温度制御素子１０３、２０２としてペルチェ素子などの冷却手段を用いる。

本実施の形態に係る温度制御装置の動作原理は、実施の形態１に係る温度制御装置の動作原理と同様である。実施の形態１の図３に示す温度制御装置においては、光学結晶１００の片面に対してのみ、熱伝導素子（形態Ａ）１０１を介して温度制御素子を接着している。そのため、図３の温度制御装置では、光学結晶１００のｙ軸方向に不均一な温度分布が生じる。これを緩和するために、実施の形態１の図２に示す温度制御装置のようにカバー（形態Ａ）１０２を取り付けた形態がある。

実施の形態１よりもコストは増すものの、光学結晶１００のｙ軸方向における温度分布の不均一さを更に緩和することができる手段が、本実施の形態に係る温度制御装置である。

本実施の形態に係る温度制御装置は、光学結晶１００に対して、図２のカバー（形態Ａ）１０２の代わりに、もう１つ同じ熱伝導素子と温度制御素子との組を、上下対称となるように備えさせた構成となっている。ここで２つの温度制御素子は、ヒータとペルチェ、特性の異なるペルチェ同士といった組み合わせでなく、同一の素子を用いると良い。そうするならば、新たに付け加える温度調整素子は、単純に、温度制御回路に接続された既存の温度制御素子に対して、直列、あるいは並列に接続すれば良く、新たに温度制御回路を用意する必要がない。

なお、図８のカバー（形態Ｂ）２０１ａ、２０１ｂ付きの温度制御装置によれば、図９の温度制御装置に比べ、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１、２００の代わりに、図４、図５、および図６に示す熱伝導素子を使用することができる。

これら全ての場合において、温度センサは光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も、熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができる。

加えて、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるいは平面であることから、汎用の過熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態３）
図１０、図１１は、本発明の実施の形態３における温度制御装置の透過図であり、図１２は本発明の実施の形態３における温度制御装置の斜視図である。

図１０は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１、３００と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置の透過図を表している。ここで、熱伝導素子（形態Ａ）１０１は、手前から奥に行くほどその厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の熱抵抗は、手前から奥に行くほど大きくなっている。熱伝導素子（形態Ａ）３００は、熱伝導素子（形態Ａ）１０１と同一の形状のもので、図１０に示すように光学結晶１００を挟んで、ｚ軸方向周りに１８０度回転させて設置されている。

図１１の温度制御装置は、図１０の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ｂ）３０１ａ、３０１ｂを取り付けた温度制御装置である。

図１２は、図１０の温度制御装置において温度制御素子１０３、３０１を合わせて図示した構成を示している。図１２の温度制御装置は、光学結晶１００にレーザ光１０４を透過させる構成となっている。

実施の形態１および実施の形態２では、温度制御素子として、加熱手段、あるいは冷却手段のどちらか一方のみを用いていた。本実施の形態では、温度制御素子として加熱手段と冷却手段の両方を用いて、光学結晶１００の温度制御を行う。また、外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合と、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合とのいずれの場合においても、レーザ光１０４の入射方向（光学結晶端面１００ａ、１００ｂどちらから入射するか）は変更せず、固定である。

図１２において、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させる場合について述べる。このとき、温度制御素子１０３として加熱手段を用い、温度制御素子３０１として冷却手段を用いる。

重要なのは、加熱手段と接着する熱伝導素子１０１の熱抵抗が、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かって大きくなっている点である。また、冷却手段と接着する熱伝導素子３００の熱抵抗が、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かって小さくなっている点である。さらに、光学結晶の光吸収に起因する発熱量が、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かって大きくなっている点である。これら３点を温度制御装置の構成に適用することによって、先述の原理により、光学結晶１００の温度分布の不均一さが解消されて、均一化される。

加熱手段はヒータで、冷却手段はペルチェ素子、というように別々の種類の素子を用いることや、また、加熱手段と冷却手段が同時に動作するような制御を行うことができる。ただし、加熱手段と冷却手段の両方に特性の同じペルチェ素子を用い、常にどちらか一方のペルチェ素子しか動作しないように制御を行うことが、効率的である。

以下、具体的に説明する。一般的なペルチェ素子を用いた温度制御回路は、制御信号が、温度−電気変換回路から、制御回路および電流ドライバを順に経て、ペルチェ素子に至る構成になっている。そして、最終の電流ドライバからペルチェ素子に流れる電流の向きによって、ペルチェ素子の加熱と冷却（吸熱）とを切り替えて、単一のペルチェ素子で温度調整を行っている。

今、電流ドライバ出力に、ダイオード等を利用した電気回路を付加し、温度制御素子１０３、３０１としてのペルチェ素子の電流端子を並列に接続する。そして、温度制御素子１０３としてのペルチェ素子には、熱伝導素子１０１を加熱する方向にしか電流が流れないようにする。他方、温度制御素子３０１としてのペルチェ素子には、熱伝導素子３００を冷却する方向にしか電流が流れないようにする。これにより、温度制御装置は、光学結晶１００の温度を上げるときには温度制御素子１０３にのみ電流が流れ、光学結晶１００の温度を下げるときには温度制御素子３０１にのみ電流が流れるような構成となる。

加熱手段と冷却手段の両方に特性の同じペルチェ素子を用いた場合には、結果として、ペルチェ素子は２個必要であるものの、次のような利点を得ることができる。常にどちらか１個のペルチェ素子にしか電流が流れないため、消費電力はそのままで、かつ一般的なペルチェ素子を用いた温度制御回路をそのまま流用することができる。また、冷却用と加熱用とで、ペルチェを空間的に分離することができる。

なお、図１１のカバー（形態Ｂ）３０１ａ、３０１ｂ付きの温度制御装置によれば、図１２の温度制御装置に比べ、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ａ）１０１、３００の代わりに、図４、図５、および図６に示す熱伝導素子を使用することができる。

これら全ての場合において、温度センサは、光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も、熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができる。

加えて、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるい平面であることから、汎用の過熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態４）
図１３、図１４は、本発明の実施の形態４における温度制御装置の透過図であり、図１５は、本発明の実施の形態４における温度制御装置の斜視図である。図１６から図１９は、本発明の実施の形態４における温度制御装置に用いる熱伝導素子の斜視図である。

図１３は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置の透過図を表している。ここで、熱伝導素子（形態Ｅ）４００は、手前から奥、また左から右に行くほどその厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ｅ）４００の熱抵抗は、手前から奥に行くほど、また、左から右に行くほど、大きくなっている。

図１４は、図１３の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ａ）４０１を取り付けた温度制御装置の透過図である。

図１５は、図１３の温度制御装置において温度制御素子１０３を合わせて図示した構成を示している。そして、図１５の温度制御装置は、光学結晶１００に複数のレーザ光１０４を透過させる構成となっている。ここで、複数のレーザ光１０４は、光学結晶１００の異なる位置に、平行に、同じ方向で、入射している。また、入射するレーザ光の強度は、右から左に行くほど、あるいは左から右に行くほど、弱くなっている。これは、複数の入射強度の異なるレーザ光を光学結晶に入射させる波長変換方式のための温度調整を想定したものである。

まず、外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合について説明する。この場合には、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させるとともに、ｚ軸方向の座標位置（以下「ｚ軸座標位置」という）が大きくなるほどその入射強度が大きくなるようにする。そして、温度制御素子１０３として、ヒータやペルチェ素子などの加熱手段を用いる。

前述のように、入射したレーザ光１０４は、ｘ軸方向に不均一な温度分布を生じさせるが、本実施の形態の温度制御装置は、熱伝導素子（形態Ｅ）４００のｘ軸方向における熱抵抗の傾斜により、この温度分布の不均一さを解消することができる。この原理は、実施の形態１で述べた原理と同様である。また、レーザ光１０４は、ｚ軸方向にも不均一な温度分布を生じさせる。それは、ｚ軸方向に値のより大きい位置のレーザ光ほど光強度がより強く、当然、光学結晶１００の光吸収による発熱量も、ｚ軸方向に値のより大きい位置ほどより大きくなるためである。したがって、光学結晶１００には、ｚ軸座標位置が大きくなる方向に、低温から高温へと変化する温度分布が生じる。

そこで、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、熱伝導素子（形態Ｅ）の厚みが大きくなり、かつ、熱抵抗が大きくなるようにする。これにより、加熱手段からの熱が、ｚ軸座標位置が小さいほど伝わりやすく、ｚ軸座標位置が大きいほど伝わり難くなる。結果として、ｚ軸方向の温度分布の不均一さを解消することができる。

次に、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合について説明する。この場合には、光学結晶端面１００ｂから光学結晶端面１００ａに向かってレーザ光１０４を透過させるとともに、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、その入射強度が小さくなるようにする。そして温度制御素子１０３として、ペルチェ素子などの冷却手段を用いる。ｘ軸方向における温度分布の不均一さの解消の原理は、実施の形態１で述べた原理と同様である。

ｚ軸方向における温度分布の不均一さについてであるが、この場合は、ｚ軸座標位置が大きくほど高温から低温へと変化する温度分布が生じる。そこで、熱伝導素子（形態Ｅ）を、ｚ軸座標位置が大きくなるほど厚みが大きくなり、かつ、熱抵抗が大きくなるようにする。これにより、冷却手段による吸熱が、ｚ軸座標位置が小さいほど行われ易く、他方、座標位置が大きいほど行われ難くなる。結果として、光学結晶１００の、ｚ軸方向における温度分布の不均一さを、解消することができる。

なお、図１４のカバー（形態Ａ）４０１付きの温度制御装置によれば、図１５の温度制御装置に比べ、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００の代わりに、図１６から図１９に示す熱伝導素子を使用することができる。

図１６の熱伝導素子（形態Ｆ）４０４は、熱抵抗率の均一な基台４０３上に、少なくとも２つの構成素子４０２をｚ軸方向に並べたものである。ここで、構成素子４０２は、各々熱抵抗率の異なる材質で構成されている。また、構成素子４０２は、ｘ軸方向において、ｙ軸方向の厚みの傾斜を持っている。

ｘ軸方向における光学結晶の温度分布の不均一さに対しては、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４のｙ軸方向の厚みをｘ軸方向において変化させることによって、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４の熱抵抗をｘ軸方向において変化させて、対処する。そして、ｚ軸方向における光学水晶の温度分布の不均一さに対しては、材質の違いにより熱抵抗率の異なる構成素子４０２をｚ軸方向に並べて、対処する。

したがって、この熱伝導素子（形態Ｆ）４０４の熱抵抗は、ｘ軸方では連続的に、ｚ軸方向では段階的に変化する。具体的な構成としては、ｘ軸座標位置が大きくなるほど、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４の厚みを増すことにより、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４の熱抵抗が増すようにする。また、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４の熱抵抗が小さくなるように、構成素子４０２の材質を選択する。

そして、光学結晶１００との接着面を構成素子４０２側とし、温度制御素子１０３との接着面を熱伝導素子（形態Ｆ）の基台４０３側とすることで、熱伝導素子（形態Ｆ）４０４を、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることができる。この場合、図１６に示す熱伝導素子（形態Ｆ）４０４を、ｘ軸方向周りに１８０回転させて、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることになる。

図１７の熱伝導素子（形態Ｇ）４０７は、熱抵抗率の均一な基台４０６上に、少なくとも２つの構成素子４０５をｘ軸方向に並べたものである。ここで、構成素子４０５は、各々熱抵抗率の異なる材質で構成されている。また、構成素子４０５は、ｚ軸方向において、ｙ軸方向の厚みの傾斜を持っている。

ｘ軸方向における光学結晶の温度分布の不均一さに対しては、材質の違いにより熱抵抗率の異なる構成素子４０５をｘ軸方向に並べて、対処する。ｚ軸方向における光学結晶の温度分布の不均一さに対しては、熱伝導素子（形態Ｇ）４０７のｙ軸方向の厚みをｚ軸方向において変化させることによって、熱伝導素子（形態Ｇ）４０７の熱抵抗をｚ軸方向において変化させて、対処する。

したがって、この熱伝導素子（形態Ｇ）４０７の熱抵抗は、ｘ軸方向には連続的に、ｚ軸方向には段階的に変化する。具体的な構成としては、ｚ軸座標位置が小さくなるほど厚みを増すことにより、熱伝導素子（形態Ｇ）４０７の熱抵抗が増すようにする。また、ｘ軸座標位置が大きくなるほど、熱伝導素子（形態Ｇ）４０７の熱抵抗が大きくなるように、構成素子４０５の材質を選択する。

そして、光学結晶１００との接着面を構成素子４０５側とし、温度制御素子との接着面を熱伝導素子（形態Ｇ）の基台４０６側とすることで、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることができる。この場合、図１７に示す熱伝導素子（形態Ｇ）４０７を、ｘ軸方向周りに１８０回転させて、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることになる。

図１８の熱伝導素子（形態Ｈ）４１０は、熱抵抗率の均一な基台４０９上に、構成素子４０８を、ｚ軸方向に少なくとも２つ、ｘ軸方向に少なくとも２つ、それぞれ並べたものである。ここで、構成素子４０８は、ｚ軸方向およびｙ軸方向において熱抵抗の異なる材質で各々構成されている。

各構成素子４０８の熱抵抗の差異は、図５の熱伝導素子（形態Ｃ）１０８と同様に、構成素子４０８ごとに抵抵抗率の異なる材質を用いて実現する。また、熱伝導素子（形態Ｄ）１１１と同様に、熱伝導素子（形態Ｈ）４１０は、構成素子４０８ごとに、熱抵抗率の異なるまたは等しい複数の材質を、ｙ軸方向に重ねて構成することができる。勿論、今述べた２つの手法を組み合わせても良い。具体的な構成としては、ｘ軸の正方向に行くほど、また、ｚ軸の負方向に行くほど、熱抵抗が段階的に大きくなるように、構成素子４０８を基台４０９上に配置する。

そして、光学結晶との接着面を構成素子４０８側とし、温度制御素子との接着面は熱伝導素子（形態Ｈ）４１０の基台４０９側とすることで、熱伝導素子（形態Ｈ）４１０を図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることができる。この場合、図１８に示す熱伝導素子（形態Ｈ）４１０を、ｘ軸方向周りに１８０回転させて、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることになる。

図１９の熱伝導素子（形態Ｉ）４１１は、熱抵抗率の異なる２種類の材質（各材質は少なくとも１種類の元素からなる）から構成される。これら材質の含有率が、熱伝導素子（形態Ｉ）４１１の場所により異なるように配置することによって、熱伝導素子（形態Ｉ）４１１に、ｘ軸方向における変化とｚ軸方向における変化に応じて熱抵抗が異なるような、熱抵抗の分布を形成する。これにより、レーザ光１０４を光学結晶１００に透過させた場合に生じる、光学結晶１００の温度分布の不均一さをキャンセルさせる。原理については熱伝導素子（形態Ｂ）１０５の項で述べた原理と同様である。具体的な構成としては、ｘ軸の正方向に行くほど、また、ｚ軸の負方向に行くほど、熱伝導素子（形態Ｉ）４１１のｙ軸方向の熱抵抗が大きくなるようにする。

そして、光学結晶との接着面をｙ軸方向の座標値が大きい側の面とし、温度制御素子との接着面をｙ軸方向の座標値が小さい側の面とすることで、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることができる。この場合、図１９に示す熱伝導素子（形態Ｉ）４１１を、ｘ軸方向周りに１８０回転させて、図１５の熱伝導素子（形態Ｅ）４００と置き換えることになる。

なお、熱伝導素子（形態Ｉ）４１１は、２種類以上の材質から構成されても良い。

さらに、ここまでで述べた熱伝導素子は組み合わせて用いることが可能である。また、ｙ軸方向の熱抵抗が場所により異なるが、熱時定数はどの場所でも同じであるように調整することで、過渡的な温度分布を改善することができる可能性がある。

これら全ての場合において、温度センサは光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、温度制御素子が、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も、熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができるが、当然熱抵抗の傾斜を維持させる必要がある。

また、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的あるいは平面であることから、汎用の過熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態５）
図２０、図２１は、本発明の実施の形態５における温度制御装置の透過図であり、図２２は、本発明の実施の形態５における温度制御装置の斜視図である。

図２０は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００、熱伝導素子（形態Ｅ’）５００と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置の透過図を表している。ここで、熱伝導素子（形態Ｅ）４００と熱伝導素子（形態Ｅ’）５００は、手前から奥に行くほど、また、左から右に行くほど、その厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ｅ）４００および熱伝導素子（形態Ｅ’）５００の熱抵抗は、手前から奥に行くほど、また、左から右に行くほど、大きくなっている。

また、熱伝導素子（形態Ｅ’）５００の形状は、光学結晶１００を挟んで、熱伝導素子（形態Ｅ）４００と上下対称となっている。即ち、熱伝導素子（形態Ｅ’）５００の形状は、熱伝導素子（形態Ｅ）４００をｙ軸方向に反転した形状となっている。

図２１は、図２０の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ｂ）５０１ａ、５０１ｂを取り付けた温度制御装置の透過図である。

図２２は、図２０の温度制御装置に温度制御素子１０３、５０２を合わせて図示した構成を示している。図２２の温度制御装置は、光学結晶１００に複数のレーザ光１０４を透過させる構成となっている。ここで、複数のレーザ光１０４は、光学結晶１００の異なる位置に、全て互いに平行に、同じ方向で、入射している。また、入射するレーザ光の強度は、右から左に行くほど、あるいは左から右に行くほど、弱くなっている。これは、複数の入射強度の異なるレーザ光を光学結晶に入射させる波長変換方式のための温度調整を想定したものである。

外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合には、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させるとともに、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、その入射強度が大きくなるようにする。そして温度制御素子１０３、５０２として、ヒータやペルチェ素子などの加熱手段を用いる。

他方、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合には、光学結晶端面１００ｂから光学結晶端面１００ａに向かってレーザ光１０４を透過させるとともに、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、その入射強度が小さくなるようにする。そして温度制御素子１０３、５０２として、ペルチェ素子などの冷却手段を用いる。

本実施の形態に係る温度制御装置の動作原理は、実施の形態４に係る温度制御装置の動作原理と同様である。実施の形態４の図１５に示す温度制御装置においては、光学結晶１００の片面に対してのみ、熱伝導素子（形態Ｅ）４００を介して温度制御素子を接着させた。そのため、図１５の温度制御装置では、光学結晶１００のｙ軸方向に不均一な温度分布が生じる。これを緩和するために、実施の形態４に示す温度制御装置のようにカバー（形態Ａ）４０１を取り付けた形態がある。

実施の形態４よりもコストは増すものの、ｙ軸方向における温度分布の不均一さを更に緩和することができる手段が、本実施の形態に係る温度制御装置である。

本実施の形態に係る温度制御装置は、光学結晶１００に対して、図１４のカバー（形態Ａ）４０１の代わりに、もう１つ同じ熱伝導素子と温度制御素子との組を、上下対称となるように備えさせた構成となっている。ここで、２つの温度制御素子は、ヒータとペルチェ、特性の異なるペルチェ同士といった組み合わせでなく、同一の素子を用いると良い。そうするならば、新たに付け加える温度調整素子は、単純に、温度制御回路に接続された既存の温度制御素子に対して、直列、あるいは並列に接続すれば良く、新たに温度制御回路を用意する必要がない。

なお、図２１のカバー（形態Ｂ）５０１ａ、５０１ｂ付きの温度制御装置によれば、図２２の温度制御装置に比べ、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００、熱伝導素子（形態Ｅ’）５００の代わりに、図１６から図１９に示す熱伝導素子を使用することができる。ただし、それらを熱伝導素子（形態Ｅ’）５００の代わりに用いるときには、実施の形態４にて述べた熱伝導素子（形態Ｅ）４００のｙ軸方向の熱抵抗分布を、ｙ軸方向に反転させた熱伝導素子を用いることに注意する。これは、熱伝導素子（形態Ｅ’）５００が、熱伝導素子（形態Ｅ）４００をｙ軸方向に反転させた形状をしているためである。

これら全ての場合において、温度センサは光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、温度制御素子が、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も、熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができるが、熱抵抗の傾斜は維持させる必要がある。

また、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるいは平面であることから、汎用加熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態６）
図２３、図２４は、本発明の実施の形態６における温度制御装置の透過図であり、図２５は、本発明の実施の形態６における温度制御装置の斜視図である。

図２３は、全体が同じ材質でできた楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００と、波長変換作用のある光学結晶１００とを備えた温度制御装置の透過図を表している。ここで、熱伝導素子（形態Ｅ）４００は、手前から奥に行くほど、また、左から右に行くほど、その厚みが増していくようになっている。そのため、熱伝導素子（形態Ｅ）４００の熱抵抗は、手前から奥に行くほど、また、左から右に行くほど、大きくなっている。

また、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００は、熱伝導素子（形態Ｅ）４００をｚ軸方向に反転した形状をしており、図２３に示すような形で、光学結晶１００に接着される。即ち、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００は、熱伝導素子（形態Ｅ）４００を、ｚ軸方向に反転後、ｚ軸方向周りに１８０度回転させた形となっている。なお、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００は、実質的に熱伝導素子（形態Ｅ’）５００と同じ形状であるが、理解のしやすさのため便宜的に別符号を付している。

図２４は、図２３の温度制御装置に、熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ｂ）６０１ａ、６０１ｂを取り付けた温度制御装置の透過図である。

図２５は、図２３の温度制御装置に温度制御素子１０３、６０２を合わせて図示した構成を示している。そして、図２５の温度制御装置は、光学結晶１００に複数のレーザ光１０４を透過させる構成となっている。ここで、複数のレーザ光１０４は、光学結晶１００の異なる位置に、全て互いに平行に、同じ方向で、入射している。また、入射するレーザ光の強度は、右から左に行くほど、あるいは左から右に行くほど、弱くなっている。これは複数の入射強度の異なるレーザ光を光学結晶に入射させる波長変換方式のための温度調整を想定したものである。

実施の形態４と実施の形態５では、温度制御素子として、加熱手段、あるいは冷却手段のどちらか一方のみを用いていた。本実施の形態では、温度制御素子として加熱手段と冷却手段の両方を用いて、光学結晶１００の温度制御を行う。また、この構成は、外温よりも高い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合と、外温よりも低い温度に光学結晶１００の温度を保つ場合とのいずれの場合においても、レーザ光１０４の入射方向（光学結晶端面１００ａ、１００ｂどちらから入射するか）とｚ軸方向の光強度の並びは変更せず、固定である。

図２５において、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かってレーザ光１０４を透過させ、また、ｚ軸座標位置が大きくなるほど各入射レーザ光の強度が大きいという場合について述べる。このとき、温度制御素子１０３としては加熱手段、温度制御素子６０２としては冷却手段を用いる。

重要なのは、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かうほど、そして、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、加熱手段の接着する熱伝導素子（形態Ｅ）４００の熱抵抗が大きくなっている点である。また、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かうほど、そして、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、冷却手段の接着する熱伝導素子（形態Ｅ''）６００の熱抵抗が小さくなっている点である。さらに、光学結晶端面１００ａから光学結晶端面１００ｂに向かうほど、そして、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、光学結晶の光吸収に起因する発熱量が大きくなっている点である。これら３点を温度制御装置の構成に適用することによって、先述の原理により、光学結晶１００の温度分布の不均一さが解消されて、均一化される。

加熱手段と冷却手段として何を用いるかの選択と、これらの手段と温度制御回路との接続方法については、実施の形態３において述べた通りである。

なお、図２４のカバー（形態Ｂ）６０１ａ、６０１ｂ付きの温度制御装置によれば、図２５の温度制御装置に比べ、カバーを用意する手間はあるものの、光学結晶１００全体の温度は均一化されやすい。

さらには、楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００の代わりに、図１６から図１９に示す熱伝導素子を使用することができる。ただし、それらを熱伝導素子（形態Ｅ''）６００の代わりに用いるときには、実施の形態４にて述べた熱伝導素子（形態Ｅ）４００に用いる場合のｙ軸方向の熱抵抗分布を、ｚ軸方向に反転させた熱伝導素子を用いることに注意する。これは、熱伝導素子（形態Ｅ''）６００が、熱伝導素子（形態Ｅ）４００をｚ軸方向に反転させた形状をしているためである。

これら全ての場合において、温度センサは光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、温度制御素子が、その点の温度を所望の温度に保つように発熱または吸熱の制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができるが、熱抵抗の傾斜を維持させる必要がある。

また、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるいは平面であることから、汎用加熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態７）
図２６は、本発明の実施の形態７における温度制御装置の斜視図である。

この図２６の温度制御装置は、図２５のレーザ光１０４の入出射位置と数とを変更した温度制御装置に、入射光７０２ａのうち、変換光のみ透過させ未変換光は反射するセパレータ７００と、変換光と未変換光の両方を反射するミラー７０１とを加えた構成となっている。また、セパレータ７００とミラー７０１は、互いに平行に設置されている。これは、図３１に示す、既知の反射往復式波長変換装置の光学結晶を温度制御する場合に有効な、温度制御装置である。温度制御装置の出射光７０２ｂは、ほぼ全てが変換光となる。

図３１は、既知の反射往復式波長変換装置（例えば特開平６−４３５１４参照）の概略図である。

図３１の反射往復式波長変換装置は、波長変換作用のある光学結晶１２００と、セパレータ１２０１およびミラー１２０２とから構成される。ここで入射光１２０３ａは、２枚の反射物１２００、１２０１間を反射往復しながら複数回、光学結晶を透過する。その際、入射光の一部は、高調波に変換されて変換光１２０３ｂとなり、セパレータ１２０１で分離される。入射光１２０３ａのうち、変換光１２０３ｂとして分離された残りは、出射光１２０３ｃとなる。

このプロセスにより、光学結晶１２００には、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、また、ｘ軸座標位置が大きくなるほど、低温から高温へと変化する温度分布が生じる。ｚ軸の正方向に進むほど、高調波成分が多くなり、また、ｘ軸の負方向に進むほど、変換元の未変換光が弱くなるためである。

図２６の光学結晶１００においても同様の不均一な温度分布が生じるが、熱伝導素子のｙ軸方向における不均一な熱抵抗の分布により、これを解消することができる。温度分布の不均一さが解消される原理は、実施の形態６で述べた原理と同様である。

また、図３１のセパレータ１２０１をミラーで置き換えた波長変換装置が知られている。この場合には、セパレータでの変換光分離がなくなる。したがって、ｚ軸座標位置が大きくなるほど、また、ｘ軸座標位置が小さくなるほど、低温から高温へと変化する温度分布が生じる。これは、ｚ軸の正方向に向かって高調波成分が多くなり、またｘ軸の負方向に向かうほど、変換光が分離されないことから高調波成分が多くなるためである。セパレータ７００をミラーに置き換えた図２６に示す温度制御装置で、このような温度分布に対処するには、熱伝導素子（形態Ｅ）４００と熱伝導素子（形態Ｅ''）６００とを、ｘ軸方向に反転させた形状のものに変更すれば良い。

なお、楔型の熱伝導素子（形態Ｅ）４００、および熱伝導素子（形態Ｅ''）６００の代わりに、図１６から図１９に示す熱伝導素子を使用することができる。ただし、実施の形態６で述べたような注意点に留意する。

加えて、図２６に示した温度制御装置は、実施の形態４から実施の形態６にて述べた温度制御装置に置き換えることができる。さらに、図２６に示した温度制御装置は、ｚ軸方向における温度分布の不均一さを無視しても良い場合には、実施の形態１から実施の形態３に述べた温度制御装置への置き換えもできる。

これら全ての場合において、温度センサは光学結晶１００のどこか１点の温度を測るように設置すれば良い。例えば、熱伝導素子に穴をあけ、その穴に温度センサを埋め込んでも良い。そして、温度制御素子が、その点の温度を所望の温度に保つように制御を行うことによって、光学結晶１００の他の部分の温度も熱伝導素子の形状により、所望の温度に保たれるように制御される。

また、熱伝導素子の、光学結晶に対する接着面と温度制御素子に対する接着面とを、入れ替えることができるが、熱抵抗の傾斜を維持させる必要がある。

また、熱伝導素子と温度制御素子との接着面は平面であり、また、汎用の加熱／冷却手段は、一般にその接着面が直線的、あるいは平面であることから、汎用加熱／冷却手段を温度制御素子として簡単に流用することができる。

（実施の形態８）
図２７は、本発明の実施の形態７における温度制御装置の透過図であり、図２８は、本発明の実施の形態８における温度制御装置の透過図である。

図２７の温度制御装置は、光学結晶１００と、光学結晶１００を覆う熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ａ）１０２と、光学結晶１００と熱伝導素子（形態Ａ）１０１とを接続する、熱伝導性のある素材で作られた接続体８００、８０１とを備える。

図２８の温度制御装置は、光学結晶１００と、光学結晶１００を覆う熱伝導性のある素材で作られたカバー（形態Ａ）１０２と、光学結晶１００と熱伝導素子（形態Ｊ）８０２とを接続する、熱伝導性のある素材で作られた接続体８００とを備える。

温度制御素子の大きさと波長変換に用いる光学結晶の大きさとが近い場合には、これまでの実施の形態で図を用いて示してきた例で、温度制御が可能である。しかし、小さい光学結晶を用いる場合には、温度制御素子、熱伝導素子、光学結晶の接続に関して工夫が必要である。

図２７の温度制御装置は、単純に、図２の熱伝導素子（形態Ａ）１０１の大きさを大きくして、接続体８００、８０１を加えた形態である。長辺方向の大きさは、図２７では光学結晶１００と同じであるが、勿論、光学結晶１００の長辺長より長くしても良い。

なお、熱伝導素子（形態Ａ）１０１は、接続体８００、８０１を介さなくとも、直接光学結晶１００と接着することができる。今述べたように、熱伝導素子は、接着面の大きさのみ操作すれば良く、この種の変形は、これまで述べてきた全ての熱伝導素子に対して適用することができる。

図２８の温度制御装置は、光学結晶が温度制御素子よりも小さい場合に、図２に示す温度制御装置を適用可能な形態である。具体的には、熱伝導素子（形態Ａ）１０１の光学結晶１００側の面を、光学結晶１００の大きさに合わせて小さくする。そして、温度制御素子との接着面を、温度制御素子と接着可能な大きさにまで大きく変形したものである。

なお、熱伝導素子（形態Ｊ）８０２は、接続体８００を介さなくとも、直接光学結晶１００と接着することができる。

図２７に示した例のように、熱伝導素子（形態Ｊ）８０２の温度制御素子側の接着面と光学結晶側の接着面との両方を大きくするのではなく、熱伝導素子（形態Ｊ）８０２の温度制御素子側の接着面のみを大きくする点で、図２８の温度制御装置は、図２７の温度制御装置と異なっている。製造に関しては、図２８の温度制御装置の方が難しさはあるが、熱伝導素子（形態Ｊ）８０２の熱容量は図２７に示した方法で対処した熱伝導素子の熱容量よりも小さくすることができる（体積を小さくすることができる）点で、有用である。なお、この実施の形態は、これまで述べてきた全ての熱伝導素子に対して適用することができる。

（実施の形態９）
以上、ここまでの各実施の形態においては、光学結晶として高調波発生素子を用いる例について説明を行ってきたが、これは、本発明を限定するものではない。光学結晶に入射するビームの波長とは異なる波長のビームを結晶中で発生させる、各種の波長変換素子に適用可能である。ここでいう高調波発生素子以外の波長変換素子には、例えば、和周波発生素子、差周波発生素子、パラメトリック増幅素子などがある。

結晶中で波長変換が行われるということは、結晶の光路上の各場所でビームに含まれる波長の強度について、そのビームの進行方向に不均一な強度分布が生じるということである。即ち、波長依存性のある光学結晶の光吸収によって、不均一な温度分布が生ずることを意味している。変換によって発生するビームの波長が、入射するビーム（単一あるいは複数）の波長よりも短い場合には、一般的に、結晶の入射端から出射端に向かって、低温から高温へと変化する温度分布が生じる。一方、変換によって発生するビームの波長が、入射するビーム（単一あるいは複数）の波長よりも長い場合には、結晶の入射端から出射端に向かって、高温から低温へと変化する温度分布が生じる。波長と強度とを考慮して、熱伝導素子の熱抵抗、あるいは熱抵抗と熱容量の両方の分布を決定すれば良い。

また、熱伝導素子の形態は、上記各実施の形態で説明した例に限定されない。例えば、熱伝導素子と光学結晶との接着面の面積をビームの進行方向に沿って変化させたり、既に述べたように熱伝導素子の材料の密度をビームの進行方向に沿って変化させるなど、場所によって異なる量の熱を伝導して光学結晶の内部の温度差を低減させる各種の形態を採用することができる。例えば、特に結晶中心部において顕著に変換が行われるような、非線形な現象に対応する場合には、熱伝導素子の断面形状を、入出力端において同一とし、その間の熱伝導にのみ変化を持たせるようにしても良い。

本発明の光学結晶の温度制御装置は、例えば、レーザ発振が困難な波長のレーザ光を得ることができる波長変換素子の効率を、改善することができるので、例えば、高品位な緑色レーザを得ることができる。このような高品位な緑色レーザは、医療用レーザとして好適であり、医療分野において多大な貢献が期待される。また、高品位な緑色レーザは、赤色、青色レーザとの組み合わせであらゆる色を表現可能な光源を得ることができる。このようなあらゆる色を表現可能な光源は、例えば、投影装置の光源や液晶ディスプレイ装置のバックライト装置を含めた表示装置に好適である。

本発明の実施の形態１に係る温度制御装置の透過図 実施の形態１に係る温度制御装置の透過図 実施の形態１に係る温度制御装置の斜視図 実施の形態１に係る熱伝導素子の斜視図 実施の形態１に係る熱伝導素子の斜視図 実施の形態１に係る熱伝導素子の斜視図 本発明の実施の形態２に係る温度制御装置の透過図 実施の形態２に係る温度制御装置の透過図 実施の形態２に係る温度制御装置の斜視図 本発明の実施の形態３に係る温度制御装置の透過図 実施の形態３に係る温度制御装置の透過図 実施の形態３に係る温度制御装置の斜視図 本発明の実施の形態４に係る温度制御装置の透過図 実施の形態４に係る温度制御装置の透過図 実施の形態４に係る温度制御装置の斜視図 実施の形態４に係る熱伝導素子の斜視図 実施の形態４に係る熱伝導素子の斜視図 実施の形態４に係る熱伝導素子の斜視図 実施の形態４に係る熱伝導素子の斜視図 本発明の実施の形態５に係る温度制御装置の透過図 実施の形態５に係る温度制御装置の透過図 実施の形態５に係る温度制御装置の斜視図 本発明の実施の形態６に係る温度制御装置の透過図 実施の形態６に係る温度制御装置の透過図 実施の形態６に係る温度制御装置の斜視図 本発明の実施の形態７に係る温度制御装置の斜視図 実施の形態７に係る温度制御装置の透過図 本発明の実施の形態８に係る温度制御装置の透過図 従来の温度制御装置の概略図 従来の温度制御装置の概略図 既知の反射往復式波長変換装置の概略図

符号の説明

１００ 光学結晶
１００ａ、１００ｂ 光学結晶端面
１０１、２００、３００ 熱伝導素子
１０２、４０１ カバー
１０３、２０２、３０１、５０２、６０２ 温度制御素子
１０４ レーザ光
１０５ 熱伝導素子
１０６ 熱伝導素子の構成素子
１０７ 熱伝導素子の基台
１０８ 熱伝導素子
１０９ 熱伝導素子の構成素子
１１０ 熱伝導素子の基台
１１１ 熱伝導素子
２０１ａ、２０１ｂ、３０１ａ、３０１ｂ、５０１ａ、５０１ｂ、６０１ａ、６０１ｂ カバー
４００ 熱伝導素子
４０２ 熱伝導素子の構成素子
４０３ 熱伝導素子の基台
４０４ 熱伝導素子
４０５ 熱伝導素子の構成素子
４０６ 熱伝導素子の基台
４０７ 熱伝導素子
４０８ 熱伝導素子の構成素子
４０９ 熱伝導素子の基台
４１０ 熱伝導素子
４１１ 熱伝導素子
５００ 熱伝導素子
６００ 熱伝導素子
７００ セパレータ
７０１ ミラー
７０２ａ 入射光
７０２ｂ 出射光
８００ 接続体
８０１ 接続体
８０２ 熱伝導素子
１０００ カバー
１００１ ベース板
１００２、１００３、１００４ 熱電冷却素子
１００５ ＳＨＧ素子
１００５ａ 光導波路
１００６ ＳＨＧ素子支持体
１００６ａ 溝
１００６ｂ 細溝
１１００ 電気配線
１１０１ 光学素子
１１０２ａ、１１０２ｂ 線接触ヒータ
１１０３ａ、１１０３ｂ ペルチェ素子
１１０４ レーザ光入射部
１１０５ ヒータ電源
１２００ 光学結晶
１２０１ セパレータ
１２０２ ミラー
１２０３ａ 入射光
１２０３ｂ 変換光
１２０３ｃ 出射光

Claims (19)

1. 内部にビームを透過させる光学結晶と、
   発熱／吸熱を行う温度制御素子と、
   前記温度制御素子と前記光学結晶との間に配置され、前記温度制御素子と前記光学結晶との間で熱伝導を行う熱伝導素子と、を備え、
   前記熱伝導素子は、
   場所によって異なる量の熱を伝導し、前記光学結晶の内部の温度差を低減させる、
   光学結晶の温度制御装置。
2. 前記熱伝導素子は、
   前記光学結晶の前記ビームの入射側と出射側とで異なる量の熱を伝導する、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
3. 前記熱伝導素子は、
   場所によって熱抵抗または熱容量のうち少なくとも一方が異なる、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
4. 前記熱伝導素子は、
   場所によって断面形状または材質のうち少なくとも一方が異なる、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
5. 前記熱伝導素子は、
   前記光学結晶の場所によって厚さが異なる、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
6. 前記熱伝導素子は、
   前記光学結晶の場所によって前記熱伝導素子に含まれる材質の含有率が異なる、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
7. 前記熱伝導素子は、
   材質の違いにより熱抵抗または熱容量のうち少なくとも一方が異なる複数の素子から構成される、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
8. 前記光学結晶の温度を測定するための温度センサ、を更に備え、
   前記温度制御素子は、
   前記温度センサの測定結果に応じて、発熱量／吸熱量を制御する、
   請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
9. 前記光学結晶の内部の入射側の発熱量が出射側の発熱量よりも小さい場合において、
   前記温度制御素子は、発熱を行い、
   前記熱伝導素子は、前記光学結晶の前記ビームの入射側で、前記光学結晶の前記ビームの出射側よりも多く熱を伝導する、
   請求項２記載の光学結晶の温度制御装置。
10. 前記光学結晶の内部の入射側の発熱量が出射側の発熱量よりも小さい場合において、
    前記温度制御素子は、吸熱を行い、
    前記熱伝導素子は、前記光学結晶の前記ビームの出射側で、前記光学結晶の前記ビームの入射側よりも多く熱を伝導する、
    請求項２記載の光学結晶の温度制御装置。
11. 前記光学結晶の内部の入射側の発熱量が出射側の発熱量よりも大きい場合において、
    前記温度制御素子は、発熱を行い、
    前記熱伝導素子は、前記光学結晶の前記ビームの出射側で、前記光学結晶の前記ビームの入射側よりも多く熱を伝導する、
    請求項２記載の光学結晶の温度制御装置。
12. 前記光学結晶の内部の入射側の発熱量が出射側の発熱量よりも大きい場合において、
    前記温度制御素子は、吸熱を行い、
    前記熱伝導素子は、前記光学結晶の前記ビームの入射側で、前記光学結晶の前記ビームの出射側よりも多く熱を伝導する、
    請求項２記載の光学結晶の温度制御装置。
13. 前記光学結晶は、
    第１のビームと、第１のビームとは入射強度が異なる第２のビームと、を透過させ、
    前記熱伝導素子は、
    前記光学結晶の前記第１のビーム側と前記第２のビーム側とで異なる量の熱を伝導し、前記光学結晶の内部の温度差を低減させる、
    請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
14. 前記温度制御素子と前記熱伝導素子との組を２つ備え、前記光学結晶は、これら２つの組に挟まれる形で配置される、
    請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
15. 前記光学結晶は、波長変換作用のある光学結晶である、
    請求項１記載の光学結晶の温度制御装置。
16. 前記光学結晶は、高調波発生素子である、
    請求項１５記載の光学結晶の温度制御装置。
17. 前記光学結晶は、和周波発生素子である、
    請求項１５記載の光学結晶の温度制御装置。
18. 前記光学結晶は、差周波発生素子である、
    請求項１５記載の光学結晶の温度制御装置。
19. 前記光学結晶は、光パラメトリック増幅素子である、
    請求項１５に記載の光学結晶の温度制御装置。
    

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