JP2009200269A - Laser light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光源の出力光量を制御するレーザ光源装置に関するものである。 The present invention relates to a laser light source device that controls an output light amount of a laser light source.
近年、テレビジョン装置やプロジェクタ装置に用いる光源として、レーザやLEDなどの半導体光源が注目されている。特に、レーザ光源は、発光波長帯域が狭いため、レーザ光源を使用することにより、テレビジョン装置やプロジェクタ装置における再現可能な色の範囲を格段に広げることができ、表示画像の画質を大幅に改善することが期待できる。 In recent years, semiconductor light sources such as lasers and LEDs have attracted attention as light sources used in television devices and projector devices. In particular, since the laser light source has a narrow emission wavelength band, the use of the laser light source can greatly expand the range of colors that can be reproduced in television devices and projector devices, greatly improving the quality of displayed images. Can be expected to do.
ところで、従来のテレビジョン装置やプロジェクタ装置においては、表示画像や環境に応じて、光源の出力光量を動的に調整することによって、表示画質を最適化する技術が提案されている。 By the way, in the conventional television apparatus and projector apparatus, the technique which optimizes a display image quality by adjusting the output light quantity of a light source dynamically according to a display image and an environment is proposed.
レーザ光源を用いたテレビジョン装置やプロジェクタ装置においても、より良質の表示画質を実現するため、光源の出力光量を調整することが望ましい。レーザ光源の出力光量を調整する技術として、特許文献1には、第1の共振キャビティの光路長及び第2の共振キャビティの光路長がほぼ一定となるように、各キャビティの温度を温度能動素子を用いてそれぞれ調整し、さらに、励起光源の温度を温度能動素子を用いて制御する技術が記載されている。 Also in a television apparatus or a projector apparatus using a laser light source, it is desirable to adjust the output light amount of the light source in order to realize a better display image quality. As a technique for adjusting the output light amount of a laser light source, Patent Document 1 discloses that the temperature of each cavity is set to a temperature active element so that the optical path length of the first resonant cavity and the optical path length of the second resonant cavity are substantially constant. And a technique for controlling the temperature of the excitation light source using a temperature active element.
また、特許文献2には、固体レーザ媒質の温度を、温度センサで検出しつつサーモモジュールで調整することにより、固体レーザ媒質の共振器長を調整する技術が記載されている。 Patent Document 2 describes a technique for adjusting the resonator length of a solid-state laser medium by adjusting the temperature of the solid-state laser medium with a thermo module while detecting it with a temperature sensor.
これら従来の技術は、最も高効率な条件でレーザ光源を駆動するように、温度及び供給電力量を制御するものである。 These conventional techniques control the temperature and the amount of supplied power so as to drive the laser light source under the most efficient conditions.
しかしながら、前述したように表示画像や環境に応じて動的に光源の出力光量を制御しようとする場合には、従来の技術によっては、高効率な条件でレーザ光源を駆動することは困難である。これは、従来の技術においては、複数の部品から構成されるレーザ光源(固体レーザユニット)について、同一の温度制御を行っているからである。 However, when the output light amount of the light source is dynamically controlled according to the display image and the environment as described above, it is difficult to drive the laser light source under high-efficiency conditions depending on the conventional technology. . This is because, in the prior art, the same temperature control is performed for a laser light source (solid laser unit) composed of a plurality of components.
すなわち、一般的なレーザ光源の構成部品である半導体レーザ、波長変換素子(非線形光学素子)及び共振器ミラーの温度特性は、それぞれ大きく異なっている。光源の出力光量を調整する際には、半導体レーザに供給する電力量を変化させるが、最適条件でレーザ光源を発光するためには、供給電力量の変化に応じて、各構成部品の温度のそれぞれを最適に調整する必要がある。 That is, the temperature characteristics of a semiconductor laser, a wavelength conversion element (nonlinear optical element), and a resonator mirror that are components of a general laser light source are greatly different from each other. When adjusting the amount of light output from the light source, the amount of power supplied to the semiconductor laser is changed.To emit light from the laser light source under the optimum conditions, the temperature of each component is changed according to the change in the amount of supplied power. Each needs to be adjusted optimally.
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、レーザ光源の構成部品の温度のそれぞれを最適に調整することにより、高効率な条件で駆動することが可能となされたレーザ光源装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and can be driven under high-efficiency conditions by optimally adjusting the temperature of each component of the laser light source. An object is to provide a laser light source device.
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a laser light source device according to the present invention has any one of the following configurations.
〔構成1〕
半導体レーザと、半導体レーザからの光が入射される波長変換素子と、波長変換素子を経た光が入射される共振器ミラーと、半導体レーザからの光出力を検出する光センサと、半導体レーザに電力を供給する電力供給源を制御する制御回路と、波長変換素子及び共振器ミラーの温度をそれぞれ検出するサーミスタと、波長変換素子及び共振器ミラーの温度をそれぞれ独立に調整する温度制御素子とを備え、制御回路は、光センサによる半導体レーザの光出力の検出値に基づいて、電力供給源から半導体レーザへ供給する電流の値を制御するとともに、各サーミスタにより波長変換素子及び共振器ミラーの温度をそれぞれ検出しつつ、これら波長変換素子及び共振器ミラーの温度を温度制御素子によりそれぞれ独立に調整して、発光光量を調整することを特徴とするものである。
[Configuration 1]
Semiconductor laser, wavelength conversion element to which light from semiconductor laser is incident, resonator mirror to which light having passed through wavelength conversion element is incident, optical sensor for detecting light output from semiconductor laser, and power to semiconductor laser A control circuit that controls a power supply source that supplies the temperature, a thermistor that detects the temperatures of the wavelength conversion element and the resonator mirror, and a temperature control element that independently adjusts the temperatures of the wavelength conversion element and the resonator mirror, respectively. The control circuit controls the value of the current supplied from the power supply source to the semiconductor laser based on the detected value of the optical output of the semiconductor laser by the optical sensor, and the temperature of the wavelength conversion element and the resonator mirror by each thermistor. While detecting each, the temperature of these wavelength conversion elements and resonator mirrors is adjusted independently by the temperature control element to adjust the amount of emitted light And it is characterized in Rukoto.
〔構成2〕
構成1を有するレーザ光源装置において、制御回路は、半導体レーザの温度管理を行うことを特徴とするものである。
[Configuration 2]
In the laser light source device having the configuration 1, the control circuit performs temperature management of the semiconductor laser.
構成1を有する本発明に係るレーザ光源装置においては、制御回路は、光センサによる半導体レーザの光出力の検出値に基づいて、電力供給源から半導体レーザへ供給する電流の値を制御するとともに、各サーミスタにより波長変換素子及び共振器ミラーの温度をそれぞれ検出しつつ、これら波長変換素子及び共振器ミラーの温度を温度制御素子によりそれぞれ独立に調整するので、半導体レーザヘの供給電力量を動的に変化させたとしても、半導体レーザを最適な条件で発光させ、その出力を制御することができる。 In the laser light source device according to the present invention having the configuration 1, the control circuit controls the value of the current supplied from the power supply source to the semiconductor laser based on the detected value of the optical output of the semiconductor laser by the optical sensor, While each thermistor detects the temperature of the wavelength conversion element and the resonator mirror, and the temperature of the wavelength conversion element and the resonator mirror is independently adjusted by the temperature control element, the amount of power supplied to the semiconductor laser is dynamically adjusted. Even if it is changed, the semiconductor laser can emit light under optimum conditions and its output can be controlled.
構成2を有する本発明に係るレーザ光源装置においては、制御回路は、半導体レーザの温度管理を行うので、半導体レーザヘ供給する電流の値に応じた半導体レーザの温度上昇による半導体レーザの熱劣化や、短寿命化を防止することができる。 In the laser light source device according to the present invention having the configuration 2, since the control circuit performs temperature management of the semiconductor laser, the thermal degradation of the semiconductor laser due to the temperature rise of the semiconductor laser according to the value of the current supplied to the semiconductor laser, Shortening of life can be prevented.
すなわち、本発明は、レーザ光源の構成部品の温度のそれぞれを最適に調整することにより、高効率な条件で駆動することが可能となされたレーザ光源装置を提供することができるものである。 That is, the present invention can provide a laser light source device that can be driven under high-efficiency conditions by optimally adjusting the temperature of each component of the laser light source.
以下、本発明に係るレーザ光源装置の構成について詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the laser light source device according to the present invention will be described in detail.
〔第1の実施の形態〕
図1は、一般的なレーザ光源の構成例を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a general laser light source.
本発明に係るレーザ光源装置におけるレーザ光源は、一般的なレーザ光源と同様に、図1に示すように、半導体レーザ10、波長変換素子11及び共振器ミラー12から構成される。
As shown in FIG. 1, the laser light source in the laser light source device according to the present invention includes a
このレーザ光源において、半導体レーザ10に電力を供給すると、この半導体レーザ10から赤外線L0が出力される。赤外線L0の一部は、波長変換素子(非線形光学素子)11に入射し、この波長変換素子11において第二次高調波である可視光線L1を発生させる。この可視光線L1は、共振器ミラー12を透過して射出される。
In this laser light source, when electric power is supplied to the
赤外線L0及び可視光線L1の波長をλ0、λ1とすると、赤外線L0と可視光線L1との関係は、以下のように示される。 When the wavelengths of the infrared ray L0 and the visible ray L1 are λ0 and λ1, the relationship between the infrared ray L0 and the visible ray L1 is expressed as follows.
λ0=2・λ1
また、波長変換素子11において波長変換されなかった赤外線L0は、共振器ミラー12において反射され、レーザ発振する。
λ0 = 2 ・ λ1
The infrared ray L0 that has not been wavelength-converted by the
図2は、本発明に係るレーザ光源装置の実施の形態における要部の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a main part in the embodiment of the laser light source device according to the present invention.
本発明に係るレーザ光源装置は、図2に示すように、レーザ光源20、制御回路21及び電力供給源22を有して構成される。レーザ光源20は、前述したように、半導体レーザ10、波長変換素子11及び共振器ミラー12から構成される。
As shown in FIG. 2, the laser light source device according to the present invention includes a
また、このレーザ光源20には、半導体レーザ10、波長変換素子11及び共振器ミラー12のそれぞれに付随する温度制御素子24,25,26及びサーミスタ27,28,29を有している。各サーミスタ27,28,29は、半導体レーザ10、波長変換素子11及び共振器ミラー12の温度をそれぞれ検出する。また、各温度制御素子24,25,26は、半導体レーザ10、波長変換素子11及び共振器ミラー12の温度をそれぞれ独立に調整する。温度制御素子24,25,26としては、例えば、ヒータやペルチェ素子などを使用することができる。
The
このレーザ光源装置においては、制御回路21は、入力される光量調整信号に基づいて、電力供給源22を制御し、レーザ光源20に供給される電流量を制御する。また、制御回路21は、各温度制御素子24,25,26を独立に制御することにより、レーザ光源20からの出力光量を調整する。
In this laser light source device, the
なお、出力光量を安定させるため、各温度制御素子24,25,26の制御は、各サーミスタ27、28、29からの検出値に基づいて、温度の再調整も行うようにするとよい。
In order to stabilize the output light quantity, the
図3は、本発明に係るレーザ光源装置の実施の形態における構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the laser light source device according to the present invention.
ところで、レーザ光源20を構成する各部品10,11,12は、温度に対してセンシティブである。そのため、環境温度の変化等の要因により、レーザ光源20の出力光量が変化し得る。
By the way, each
そこで、このレーザ光源装置は、図3に示すように、レーザ光源20からの出力光量を光センサ30により検出し、この検出結果を制御回路21にフィードバックすることにより、より安定した出力を得ることができる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the laser light source device detects the amount of light output from the
このレーザ光源装置においては、光センサ30により得られる検出値に基づいて、レーザ光源20ヘの電力供給量を制御することにより、出力光量をコントロールすることができる。そして、このレーザ光源装置においては、半導体レーザ10に供給する電力量を変化させたときに、これに伴って半導体レーザ10以外の部品(波長変換素子11及び共振器ミラー12)に熱的影響が発生するが、サーミスタ28,29により各部品の温度を検出し、温度制御素子25,26により、各部品ごとに独立に温度制御することができる。
In this laser light source device, the amount of output light can be controlled by controlling the amount of power supplied to the
〔第2の実施の形態〕
前述の第1の実施の形態においては、レーザ光源20への供給電力量を制御することにより、レーザ光源20の出力光量を調整している。しかし、供給電力量を制御すると、電源の回路規模の増大や、電源効率の悪化につながる場合がある。また、レーザ光源20においては、電力供給量に依存して発光波長が変化し、出力光の色が変化して、光の品位が損なわれる場合がある。そこで、この第2の実施の形態においては、レーザ光源20への供給電力量を一定の値として、レーザ光源20の出力光量を調整する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, the amount of output light of the
すなわち、このレーザ光源装置は、後述するように、レーザ光源20の各構成部品(波長変換素子11、または、共振器ミラー12)の温度を制御することにより、出力光量をコントロールするようになっている。
That is, the laser light source device controls the output light amount by controlling the temperature of each component (
図4は、波長変換素子11における素子温度と第二次高調波の出力光量の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the element temperature in the
本発明に係るレーザ光源装置を構成する波長変換素子11は、図4に示すように、温度特性を有している。すなわち、素子温度によって、第二次高調波の出力は変動する。この温度特性を利用し、波長変換素子11の温度を積極的に制御することにより、レーザ光源20の出力光である可視光線L1の光量を調整することができる。
As shown in FIG. 4, the
図5は、レーザ光源の構成の他の例を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of the laser light source.
なお、レーザ光源には、図5に示すように、前述した構成とは異なる構成を採っているものが存在する。すなわち、図5に示すように、このレーザ光源43は、半導体レーザ40及び共振器ミラー41により構成されており、このレーザ光源43の外に波長変換素子42が配置される。このレーザ光源43からは、レーザ発振した赤外線L0が出力され、このレーザ光源43の外において、波長変換素子42により赤外線L0が可視光線L1に変換される。 As shown in FIG. 5, some laser light sources have a configuration different from the configuration described above. That is, as shown in FIG. 5, the laser light source 43 includes a semiconductor laser 40 and a resonator mirror 41, and a wavelength conversion element 42 is disposed outside the laser light source 43. From this laser light source 43, laser-generated infrared light L0 is output, and outside the laser light source 43, the wavelength conversion element 42 converts the infrared light L0 into visible light L1.
このように構成されたレーザ光源43を用いる場合であっても、前述したように、波長変換素子42の温度制御を行うことにより、出力光量の調整を行うことが可能である。 Even when the laser light source 43 configured in this way is used, the output light amount can be adjusted by controlling the temperature of the wavelength conversion element 42 as described above.
図6は、共振器ミラー12の温度特性を示すグラフであり、(a)は波長と透過率との関係を示し、(b)は温度とピーク波長λpとの関係を示す。
FIG. 6 is a graph showing the temperature characteristics of the
次に、共振器ミラー12の温度特性について考える。共振器ミラー12は、図6中の(a)に示すように、特定のピーク波長λpを中心とする波長帯域の光のみを反射する特性がある。すなわち、共振器ミラー12は、半導体レーザ10から出力される赤外線L0の波長のみを反射することによりレーザ発振するように構成されている。したがって、この共振器ミラー12は、波長変換素子11により生成された可視光線L1は透過させ、レーザ光源20から出力させる。
Next, the temperature characteristics of the
なお、共振器ミラー12が反射する波長帯域の波長幅wは、1nm以下であることが多い。
The wavelength width w of the wavelength band reflected by the
そして、共振器ミラー12は、図6中の(b)に示すように、温度に依存してピーク波長λpの波長が変化する。
Then, as shown in FIG. 6B, the
このような共振器ミラー12の温度特性を利用し、共振器ミラー12における反射波長(ピーク波長λp)を積極的に制御することによって、赤外線L0の発振効率を変化させることができる。つまり、共振器ミラー12の温度を制御することによって、レーザ光源20の出力光量を調整することができる。
By utilizing the temperature characteristic of the
〔第3の実施の形態〕
さらに、本発明に係るレーザ光源装置においては、制御回路21により、半導体レーザ10の温度管理を行うことができる。
[Third Embodiment]
Furthermore, in the laser light source device according to the present invention, the temperature of the
レーザ光源においては、半導体レーザ10ヘ供給する電流の値に応じて半導体レーザ10の温度上昇が生じ、半導体レーザ10は、熱劣化や、短寿命化を起こす場合がある。そこで、半導体レーザ10の温度管理を行うことにより、このような熱劣化や短寿命化を防止することができる。
In the laser light source, the temperature of the
10,40 半導体レーザ
11,42 波長変換素子
12,41 共振器ミラー
20,43 レーザ光源
21 制御回路
22 電力供給源
25,26 温度制御素子
28,29 サーミスタ
30 光センサ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体レーザからの光が入射される波長変換素子と、
前記波長変換素子を経た光が入射される共振器ミラーと、
前記半導体レーザからの光出力を検出する光センサと、
前記半導体レーザに電力を供給する電力供給源を制御する制御回路と、
前記波長変換素子及び前記共振器ミラーの温度をそれぞれ検出するサーミスタと、
前記波長変換素子及び前記共振器ミラーの温度をそれぞれ独立に調整する温度制御素子と
を備え、
前記制御回路は、前記光センサによる前記半導体レーザの光出力の検出値に基づいて、前記電力供給源から前記半導体レーザへ供給する電流の値を制御するとともに、前記各サーミスタにより前記波長変換素子及び前記共振器ミラーの温度をそれぞれ検出しつつ、これら波長変換素子及び共振器ミラーの温度を前記温度制御素子によりそれぞれ独立に調整して、発光光量を調整する
ことを特徴とするレーザ光源装置。 A semiconductor laser;
A wavelength conversion element on which light from the semiconductor laser is incident;
A resonator mirror on which light having passed through the wavelength conversion element is incident;
An optical sensor for detecting optical output from the semiconductor laser;
A control circuit for controlling a power supply source for supplying power to the semiconductor laser;
A thermistor for detecting temperatures of the wavelength conversion element and the resonator mirror, respectively.
A temperature control element that independently adjusts the temperature of the wavelength conversion element and the resonator mirror, and
The control circuit controls a value of a current supplied from the power supply source to the semiconductor laser based on a detection value of an optical output of the semiconductor laser by the optical sensor, and the wavelength conversion element and A laser light source device characterized by adjusting the temperature of the resonator mirror and adjusting the temperature of the wavelength conversion element and the resonator mirror independently by the temperature control element to adjust the amount of emitted light.
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein the control circuit performs temperature management of the semiconductor laser.
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JP2008040741A JP2009200269A (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Laser light source device |
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JP2019106512A (en) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社キーエンス | Laser processing device and laser oscillator |
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2008
- 2008-02-21 JP JP2008040741A patent/JP2009200269A/en active Pending
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