JP2010258432A - ペルチェ素子の駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子に可能な限り低い電圧を与えることによりペルチェ素子を必要最小限の電流で駆動することができ、かつ安価なペルチェ素子の駆動装置を提供する。
【解決手段】ペルチェ素子の駆動装置は、レーザ光出力手段としてのレーザダイオード１４の温度を検出するための温度センサ４０と、ペルチェ素子３０に電圧を印加するために用いられる２つの直流電源８０ａおよび８０ｂと、ペルチェ素子３０および２つの直流電源８０ａおよび８０ｂ間に接続されるＨ型回路８２などの電圧切替え回路と、電圧切替え回路のＦＥＴなどを制御するための制御部とを有する。温度センサ４０で検出されたレーザダイオード１４の検出温度とレーザダイオード１４の設定温度との偏差に基づいて、レーザダイオード１４の温度を設定温度に向けて制御するために、制御部によって、直流電源８０ａおよび８０ｂの電圧を選択的にペルチェ素子３０に印加するように制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ペルチェ素子の駆動装置およびペルチェ素子の駆動方法に関し、特にたとえば、レーザ光などの光を出力する光出力手段として、レーザ光照射装置に用いられるレーザダイオードや固体レーザ共振器などのレーザ光出力手段または計測機器などに用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光手段の温度制御を行うペルチェ素子を駆動するためのペルチェ素子の駆動装置およびペルチェ素子の駆動方法に関する。

たとえば、ＩＣや太陽電池パネルの製造などにおいて、基板上に回路パターンを形成するために、レーザ光照射装置が用いられている。レーザ光照射装置は、レーザダイオードによって発生したレーザ光によって固体レーザ発振器内のレーザ媒体を励起し、固体レーザ発振器から所定のエネルギーを有するレーザ光を放射するものである。ここで、レーザダイオードで発生するレーザ光の波長は、レーザダイオードの温度によって変動するため、一定の波長のレーザ光を得るために、ペルチェ素子によってレーザダイオードの温度調整が行なわれている。

ペルチェ素子の温度調整は、レーザダイオードの温度を測定して、たとえばフィードバック制御などにより行われる。ペルチェ素子の駆動は、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御などによって行われる。この場合、必要であると想定される最大の冷却量あるいは最大の加熱量が得られるような電圧がペルチェ素子に与えられ、そのパルス幅を調整することにより、ペルチェ素子による冷却量あるいは加熱量が調整される。

また、アナログ制御により、ペルチェ素子に与えられる電圧がリニアな変化をするように調整する方法もある。このような制御を行うことにより、レーザダイオードの温度に対応して、最適な電圧をペルチェ素子に与えることができ、細かい温度調整を行なうことができる。

さらに、ＰＷＭ制御によってペルチェ素子に与えられる電圧がリニアな変化をするように調整することにより、電源使用効率を良好にする技術も開示されている（特許文献１参照）。

特開２００５−５７５３７号公報

しかしながら、ＰＷＭ制御により、ペルチェ素子に与えられる電圧のパルス幅を制御する場合、必要と想定される最大の冷却量あるいは加熱量が得られるような電圧が用いられるため、ペルチェ素子に流れる電流が大きくなる場合がある。ペルチェ素子に電流を流しすぎると、ペルチェ素子両端面間の温度差が大きくなり、それによって材料の膨張・収縮量が大きくなる。このとき、ペルチェ素子を構成する半導体部分とその周辺部分とで熱膨張係数に差があるため、半導体部分と電極との接合面に応力がかかり、この部分にマイクロクラック等が発生する。マイクロクラック等が発生すると、各接合面における電気抵抗率が大きくなり、ペルチェ素子に電流が流れにくくなり、ペルチェ素子の熱移動能力が減衰してしまう。

また、ペルチェ素子には電気抵抗があり、電流を流すとそれに応じてジュール熱が発生する。ペルチェ素子は、熱移動を利用するためのものであるが、電流を流しすぎて大きなジュール熱が発生すると、期待する熱移動を得ることができない。つまり、大きい熱移動を期待して電流を多く流すと、大きいジュール熱が発生して、逆に熱移動を阻害することになる。

また、ペルチェ素子に与えられる電圧をアナログ制御によって調整する場合、ペルチェ素子に流れる電流を微妙に変化させながら熱の移動量を制御することができる。しかしながら、ペルチェ素子を駆動するための最大電圧を想定した電源を実装する必要があり、高価な直流可変電源を採用しなければならず、高価な装置となってしまう。

また、引用文献１のように、ＰＷＭ制御によってペルチェ素子に与えられる電圧がリニアな変化をするように制御する場合、制御回路が複雑となって、高価な装置となってしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ペルチェ素子に可能な限り低い電圧を与えることによりペルチェ素子を必要最小限の電流で駆動することができ、かつ安価なペルチェ素子の駆動装置およびペルチェ素子の駆動方法を提供することである。

この発明にかかるペルチェ素子の駆動装置は、レーザ光などの光を出力する光出力手段として、たとえばレーザダイオードや固体レーザ共振器などのレーザ光出力手段または発光ダイオードなどの発光手段の温度を調整するペルチェ素子を駆動するためのペルチェ素子の駆動装置であって、ペルチェ素子に電圧を印加するために用いられ、直列に接続される複数の直流電源と、光出力手段の温度を検出するための温度検出手段と、温度検出手段で検出された光出力手段の検出温度と光出力手段の設定温度との偏差に基づいて、光出力手段の温度を設定温度に向けて制御するために、複数の直流電源のうちの１以上のものの電圧を選択的にペルチェ素子に印加するように制御するための制御部とを含む、ペルチェ素子の駆動装置である。
この発明にかかるペルチェ素子の駆動装置は、たとえば、複数の直流電源およびペルチェ素子間に接続される電圧切替え回路を含み、電圧切替え回路は、制御部によって、光出力手段の温度を設定温度に向けて制御するために複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧をペルチェ素子に印加し、複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧による温度制御で不足することとなった場合に複数の直流電源のうちの直列に接続された２つ以上の直流電源の電圧をペルチェ素子に印加するように制御される。
また、この発明にかかるペルチェ素子の駆動方法は、レーザ光などの光を出力する光出力手段として、たとえばレーザダイオードや固体レーザ共振器などのレーザ光出力手段または発光ダイオードなどの発光手段の温度を調整するペルチェ素子を駆動するためのペルチェ素子の駆動方法であって、光出力手段の温度を温度検出手段で検出する工程と、温度検出手段で検出された光出力手段の検出温度と光出力手段の設定温度との偏差に基づいて、光出力手段の温度を設定温度に向けて制御するために、直列に接続される複数の直流電源のうちの１以上のものの電圧を選択的にペルチェ素子に印加するように制御部で制御する工程とを含む、ペルチェ素子の駆動方法である。
この発明にかかるペルチェ素子の駆動方法では、たとえば、制御部で制御する工程は、複数の直流電源およびペルチェ素子間に接続される電圧切替え回路を、制御部によって、光出力手段の温度を設定温度に向けて制御するために複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧をペルチェ素子に印加し、複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧による温度制御で不足することとなった場合に複数の直流電源のうちの直列に接続された２つ以上の直流電源の電圧をペルチェ素子に印加するように制御する。

この発明によれば、レーザ光などの光を出力する光出力手段として、たとえばレーザダイオードや固体レーザ共振器などのレーザ光出力手段または発光ダイオードなどの発光手段の温度が温度検出手段で検出される。そして、温度検出手段で検出された光出力手段の検出温度と光出力手段の設定温度との偏差に基づいて、光出力手段の温度が設定温度に向けて制御される。この場合、複数の直流電源のうちの１以上のものの電圧が選択的にペルチェ素子に印加される。
このように光出力手段の温度が設定温度に向けて制御されているので、光出力手段の温度は、設定温度付近にある。その後、通常、光出力手段の温度を大きく急激に制御する必要がなく、ペルチェ素子には、複数の直流電源のうちの１以上のものの比較的低い電圧を印加するだけで足りる。
そのため、この発明では、ペルチェ素子に可能な限り低い電圧が印加され、ペルチェ素子を必要最小限の電流で駆動することができる。
さらに、この発明では、直列に接続される複数の直流電源やそれらの直流電源の１以上のものの電圧を選択的にペルチェ素子に印加するように制御するための制御部が用いられており、アナログ制御で用いられる高価な直流可変電源が用いられず、しかも、複雑な制御回路も用いられないので、安価なものとなる。

この発明によれば、ペルチェ素子に可能な限り低い電圧を与えることによりペルチェ素子を必要最小限の電流で駆動することができ、かつ安価なペルチェ素子の駆動装置およびペルチェ素子の駆動方法が得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明にかかるレーザ光照射装置の一例の要部を示す図解図である。 （Ａ）は、図１に示すレーザ光照射装置に用いられる波長変動検出装置の第１のフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフであり、（Ｂ）は、図１に示すレーザ光照射装置に用いられる波長変動検出装置の第２のフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフである。 図１に示すレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の要部を示す回路図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図３に示すペルチェ素子駆動装置の一部のＦＥＴを駆動するための回路を示す回路図である。 図１に示すレーザ光照射装置の回路構成を示すブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、図１に示すレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子に印加される電圧波形の例を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、ペルチェ素子に印加されることが好ましくない電圧波形の例を示すグラフである。 この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の他の例の要部を示す回路図である。 この発明にかかるレーザ光照射装置の他の例の要部を示す図解図である。 この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。 （Ａ）は、図１０に示すペルチェ素子駆動装置に用いられる平滑回路の入力端に印加される電圧波形の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す電圧波形の電圧が図１０に示すペルチェ素子駆動装置の平滑回路の入力端に印加された場合に、図１０に示すペルチェ素子駆動装置の平滑回路を介してペルチェ素子に印加される電圧波形の一例を示すグラフである。 この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。

図１に示すレーザ光照射装置１０は、たとえば、熱伝導性がよい銅などの金属からなる板状のベース１２を含む。ベース１２の上面には、レーザ光出力手段としてのレーザダイオード１４が設けられる。レーザダイオード１４は、高出力のレーザ光を放射する固体レーザ発振器内のレーザ媒体を励起するレーザ光を、たとえばその側方に出力するためのものである。

レーザダイオード１４の側方には、第１の光学システム１６が設けられる。第１の光学システム１６は、レーザダイオード１４から出力されたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ１６ａおよび集光レンズ１６ｂを含む。コリメートレンズ１６ａは、レーザダイオード１４から出力されたレーザ光を平行にするためのものであって、レーザダイオード１４から所定の間隔を隔てて配置される。また、集光レンズ１６ｂは、コリメートレンズ１６ａで平行にされたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ１６ａから間隔を隔てて配置される。

第１の光学システム１６の近傍には、光ファイバ１８の一端が配置される。光ファイバ１８は、第１の光学システム１６で集光されたレーザ光を遠隔に伝達するためのものである。そのため、光ファイバ１８の一端は、その一端に第１の光学システム１６の集光レンズ１６ｂでスポット状に集光されたレーザ光が入力されるように、第１の光学システム１６の集光レンズ１６ｂから所定の間隔を隔てて配置される。したがって、光ファイバ１８の一端には、第１の光学システム１６の集光レンズ１６ｂでスポット状に集光されたレーザ光が入力される。また、光ファイバ１８の一端に入力されたレーザ光は、光ファイバ１８の他端から出力される。

光ファイバ１８の他端の近傍には、第２の光学システム２０が設けられる。第２の光学システム２０は、光ファイバ１８から出力されたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ２０ａおよび集光レンズ２０ｂを含む。コリメートレンズ２０ａは、光ファイバ１８の他端から出力されたレーザ光を平行にするためのものであって、光ファイバ１８の他端から所定の間隔を隔てて配置される。また、集光レンズ２０ｂは、コリメートレンズ２０ａで平行にされたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ２０ａから間隔を隔てて配置される。

第２の光学システム２０の近傍には、固体レーザ発振器２２が設けられる。固体レーザ発振器２２は、その一端側の入力端に第２の光学システム２０で集光されたレーザ光を入力することによって内部のレーザ媒体が励起され、レーザ光を光増幅して、その他端側の出力端からその高出力のレーザ光を出力するためのものである。そのため、固体レーザ発振器２２は、その一端側の入力端が第２の光学システム２０の集光レンズ２０ｂから所定の間隔を隔てて配置される。

また、ベース１２の下面には、レーザダイオード１４に対応する位置に、ペルチェ素子３０が設けられる。ペルチェ素子３０は、レーザダイオード１４の温度を調整するためのものである。そのため、ペルチェ素子３０において吸熱しまたは発熱する一方の面が、ベース１２の下面に当接される。

さらに、ペルチェ素子３０において下面すなわち逆に発熱しまたは吸熱する他方の面は、金属からなるヒートシンク３２の上面に当接される。ヒートシンク３２は、たとえばその下側にフィン３２ａを有する。ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３０に発生する熱を放熱したりペルチェ素子３０に熱を伝達したりするためのものである。また、ヒートシンク３２のフィン３２ａの近傍には、ファン３４が設けられる。ファン３４は、ファン３４の周辺の空気をヒートシンク３２のフィン３２ａ側に送って、ヒートシンク３２をファン３４の周辺の空気の温度すなわちファン３４の周辺温度に向けて冷却したり加温したりするためのものである。

さらに、レーザダイオード１４の横には、ペルチェ素子駆動装置の温度検出手段としてたとえばサーミスタからなる温度センサ４０が設けられる。温度センサ４０は、レーザダイオード１４の温度を検出するためのものである。

さらに、第２の光学システム２０において、コリメートレンズ２０ａおよび集光レンズ２０ｂの間には、スプリッタ５０がたとえば４５度斜めに設けられる。スプリッタ５０は、コリメートレンズ２０ａからのレーザ光の大部分を集光レンズ２０ｂ側への方向に透過するとともに、コリメートレンズ２０ａからのレーザ光の一部分を集光レンズ２０ｂ側への方向とは別の方向にたとえば直角の方向に反射して分離するためのものである。

スプリッタ５０の近傍には、第１のＮＤフィルタ５２ａおよび第２のＮＤフィルタ５２ｂが間隔を隔てて設けられる。第１のＮＤフィルタ５２ａおよび第２のＮＤフィルタ５２ｂは、それぞれ、スプリッタ５０によって集光レンズ２０ｂ側への方向とは直角の方向に分離されたレーザ光を減光するためのものである。

第１のＮＤフィルタ５２ａの近傍には、光センサとして第１のフォトダイオード５４ａが、レーザダイオード１４から出力されたレーザ光を受光するように設けられる。第１のフォトダイオード５４ａは、第１のＮＤフィルタ５２ａで減光されたレーザ光を受光し、その受光されたレーザ光のエネルギーおよび波長に応じた大きさの電流の信号を出力するためのものである。さらに、第２のＮＤフィルタ５２ｂの近傍には、光センサとして第２のフォトダイオード５４ｂが、レーザダイオード１４から出力されたレーザ光を受光するように設けられる。第２のフォトダイオード５４ｂは、第２のＮＤフィルタ５２ｂで減光されたレーザ光を受光し、その受光されたレーザ光のエネルギーおよび波長に応じた大きさの電流の信号を出力するためのものである。

ここで、光センサとしての第１のフォトダイオード５４ａおよび第２のフォトダイオード５４ｂにおけるそれぞれの分光感度特性について説明する。分光感度特性とは、受光されるレーザ光の波長（ｎｍ）に対する受光感度（Ａ／Ｗ）の特性である。また、受光感度（Ａ／Ｗ）とは、受光されるレーザ光のエネルギー（Ｗ）に対するフォトダイオードに流れる電流（Ａ）の割合である。第１のフォトダイオード５４ａは、その分光感度特性を図２ａに示すように、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲たとえば８００ｎｍ〜８１５ｎｍにおいて、受光されるレーザ光の波長が長くなるに従って受光感度が比例的に増加する分光感度特性を有する。逆に、第２のフォトダイオード５４ｂは、その分光感度特性を図２ｂに示すように、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲たとえば８００ｎｍ〜８１５ｎｍにおいて、受光されるレーザ光の波長が長くなるに従って受光感度が比例的に低下する分光感度特性を有する。

そのため、受光されるレーザ光のエネルギーが変動しなければ、それらのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの出力信号の差の変化から、レーザ光の波長が変動したか否かがわかる。
しかしながら、受光されるレーザ光のエネルギーが変動すれば、それらのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの出力信号の差も変化する。そのため、それらのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの出力信号の差の変化は、レーザ光の波長の変動によるものなのか、レーザ光のエネルギーの変動によるものなのかが不明となり、それらのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの出力信号の差の変化からは、レーザ光の波長が変動したか否かがわからない。

そこで、受光されたレーザ光の波長が変動したか否かを検出できるようにするとともに、受光されたレーザ光のエネルギーの大きさも検出できるようにするために、第１のフォトダイオード５４ａの出力信号および第２のフォトダイオード５４ｂの出力信号の差と和とをそれぞれ取得する。そして、その和と差との割合から、レーザ光の波長が長い方と短い方とのどちらの方に変動したのかを検出するとともに、レーザ光のエネルギーの大きさも検出するようにする。

そのため、第１のフォトダイオード５４ａの出力端および第２のフォトダイオード５４ｂの出力端は、それらの出力信号の差を取得するために、その差を検出するための差検出手段としての差動回路５６の正入力端および負入力端にそれぞれ接続される。さらに、第１のフォトダイオード５４ａの出力端および第２のフォトダイオード５４ｂの出力端は、それらの出力信号の和を取得するために、その和を検出するための和検出手段としての加算回路５８の２つの入力端にそれぞれ接続される。

また、差動回路５６の出力端は、それらの出力信号の差に対して取得される信号のリニア性をよくするための補正回路６０ａの入力端に接続される。さらに、補正回路６０ａの出力端は、取得される信号の大きさを所定の範囲の大きさにするための増幅回路６２ａの入力端に接続される。

さらに、加算回路５８の出力端は、それらの出力信号の和に対して取得される信号のリニア性をよくするための補正回路６０ｂの入力端に接続される。さらに、補正回路６０ｂの出力端は、取得される信号の大きさを所定の範囲の大きさにするための増幅回路６２ｂの入力端に接続される。

さらに、図３、図４および図５などを参照して、このレーザ光照射装置１０の回路構成について説明する。

レーザ光照射装置１０は、レーザダイオード１４を駆動するためのレーザダイオード駆動電源７０を含む。このレーザダイオード駆動電源７０は、レーザダイオード１４に流す電流を調整するためのものであり、レーザダイオード１４に電気的に接続される。そのため、レーザダイオード駆動電源７０でレーザダイオード１４に流す電流を調整することによって、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさを変えることができる。

さらに、レーザ光照射装置１０は、ペルチェ素子３０を駆動するためのペルチェ素子駆動装置を含む。ペルチェ素子駆動装置は、図３に示すように、直列に接続されるたとえば１２Ｖずつの２つの直流電源８０ａおよび８０ｂを含む。一方の直流電源８０ａの正極は、他方の直流電源８０ｂの負極に接続されている。これらの直流電源８０ａおよび８０ｂは、ペルチェ素子３０に所定の電圧を印加するためのものである。

ペルチェ素子３０は、図３に示すように、電圧切替え回路の一部分を構成するＨ型回路８２に接続される。Ｈ型回路８２は、２つの入力端子８４ａおよび８４ｂを含む。一方の入力端子８４ａは、ＰチャンネルのＦＥＴ８６ａのソースＳおよびドレインＤを介して、ペルチェ素子３０の一方の電極に接続される。同様に、一方の入力端子８４ａは、別のＰチャンネルのＦＥＴ８６ｂのソースＳおよびドレインＤを介して、ペルチェ素子３０の他方の電極に接続される。また、他方の入力端子８４ｂは、ＮチャンネルのＦＥＴ８６ｃのソースＳおよびドレインＤを介して、ペルチェ素子３０の一方の電極に接続される。同様に、他方の入力端子８４ｂは、別のＮチャンネルのＦＥＴ８６ｄのソースＳおよびドレインＤを介して、ペルチェ素子３０の他方の電極に接続される。

また、ＦＥＴ８６ａのゲートＧは、図４（Ａ）に示すように、抵抗８８ａ１、８８ａ２および別のＮチャンネルのＦＥＴ９０ａからなる直列回路において抵抗８８ａ１および８８ａ２の接続点に接続される。この直列回路は、抵抗８８ａ１の一端がＦＥＴ８６ａのソースＳに接続され、抵抗８８ａ１の他端が抵抗８８ａ２の一端に接続され、抵抗８８ａ２の他端がＦＥＴ９０ａのドレインＤおよびソースＳを介して接地される。
同様に、ＦＥＴ８６ｂのゲートＧは、抵抗８８ｂ１、８８ｂ２および別のＮチャンネルのＦＥＴ９０ｂからなる直列回路において抵抗８８ｂ１および８８ｂ２の接続点に接続される。この抵抗８８ｂ１の一端は、ＦＥＴ８６ｂのソースＳに接続され、抵抗８８ｂ１の他端は、抵抗８８ｂ２の一端に接続され、抵抗８８ｂ２の他端は、ＦＥＴ９０ｂのドレインＤおよびソースＳを介して接地される。

さらに、一方の直流電源８０ａの正極は、図３に示すように、逆電流防止用のダイオード９２ａを介して、Ｈ型回路８２の一方の入力端子８４ａに接続される。この場合、直流電源８０ａの正極は、ダイオード９２ａのアノードに接続され、ダイオード９２ａのカソードは、Ｈ型回路８２の一方の入力端子８４ａに接続される。
また、他方の直流電源８０ｂの正極は、電圧切替え用のＰチャンネルのＦＥＴ９４ａのソースＳおよびドレインＤを介して、ダイオード９２ａのカソードにすなわちＨ型回路８２の一方の入力端子８４ａに接続される。
さらに、一方の直流電源８０ａの負極は、Ｈ型回路８２の他方の入力端子８４ｂに接続されるとともに接地される。

また、ＦＥＴ９４ａのゲートＧは、図４（Ｂ）に示すように、抵抗９６ａ１、９６ａ２および別のＮチャンネルのＦＥＴ９８ａからなる直列回路において抵抗９６ａ１および９６ａ２の接続点に接続される。この直列回路は、抵抗９６ａ１の一端がＦＥＴ９４ａのソースＳに接続され、抵抗９６ａ１の他端が抵抗９６ａ２の一端に接続され、抵抗９６ａ２の他端がＦＥＴ９８ａのドレインＤおよびソースＳを介して接地される。

したがって、図３に示すＦＥＴ９４ａがオフの場合には、一方の直流電源８０ａの電圧がダイオード９２ａを介してＨ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂ間に印加される。
また、図４（Ｂ）に示すＦＥＴ９８ａのゲートＧに所定の電圧を印加してＦＥＴ９８ａをオンにすれば、ＦＥＴ９４ａのゲートＧに所定の電圧が印加され、ＦＥＴ９４ａもオンになり、直列に接続された２つの直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧がＦＥＴ９４ａを介してＨ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂ間に印加される。

また、図４（Ａ）に示すＦＥＴ９０ａのゲートＧに所定の電圧を印加するとともに図３に示すＦＥＴ８６ｄのゲートＧに所定の電圧を印加することによって、ＦＥＴ９０ａ、ＦＥＴ８６ａおよびＦＥＴ８６ｄをオンにすれば、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂは、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄを介して、ペルチェ素子３０の一方の電極および他方の電極にそれぞれ接続される。この場合、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂ間に印加されている電圧は、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄを介して、ペルチェ素子３０の一方の電極および他方の電極間に印加される。

一方、図４（Ａ）に示すＦＥＴ９０ｂのゲートＧに所定の電圧を印加するとともに図３に示すＦＥＴ８６ｃのゲートＧに所定の電圧を印加することによって、ＦＥＴ９０ｂ、ＦＥＴ８６ｂおよびＦＥＴ８６ｃをオンにすれば、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂは、ＦＥＴ８６ｂおよび８６ｃを介して、逆に、ペルチェ素子３０の他方の電極および一方の電極にそれぞれ接続される。この場合、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂ間に印加されている電圧は、ＦＥＴ８６ｂおよび８６ｃを介して、逆に、ペルチェ素子３０の他方の電極および一方の電極間に印加される。

さらに、レーザ光照射装置１０は、図５に示すように、このレーザ光照射装置の動作を制御する制御部として、ＣＰＵ１００、入出力インターフェース１０２および動作プログラムなどが書き込まれた記憶手段１０４を含む。
ＣＰＵ１００には、入出力インターフェース１０２を介して、温度センサ４０、増幅回路６２ａおよび６２ｂのそれぞれの出力端が接続され、さらに、ファン３４、レーザダイオード駆動電源７０、ＦＥＴ８６ｃ、８６ｄ、９０ａ、９０ｂおよび９４ａのそれぞれのゲートＧ、動作プログラムなどが書き込まれている記憶手段１０４、ディスプレイなどのモニタ１０６、キーボードなどの入力手段１０８、有線や無線の通信手段１１０が接続されている。なお、記憶手段１０４には、動作プログラムのほかに、フォトダイオードの受光感度特性などを示すデータ、レーザダイオードに対する設定温度、レーザ光の設定波長、各種の入出力信号、演算結果、それらのログなどが記憶されるように構成されている。
したがって、このレーザ光照射装置１０では、制御部によって、温度センサ４０、増幅回路６２ａおよび６２ｂの出力などに基づいて、ＦＥＴ８６ｃ、８６ｄ、９０ａ、９０ｂおよび９４ａなどを制御することができる。

次に、このレーザ光照射装置１０の動作について説明する。

まず、レーザダイオード１４がレーザダイオード駆動電源７０で駆動される。それによって、レーザダイオード１４からレーザ光が出力される。出力されたレーザ光は、第１の光学システム１６、光ファイバ１８および第２の光学システム２０を介して、固体レーザ発振器２２に入力される。そして、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が出力される。この場合、レーザダイオード１４は設定温度であるたとえば２５℃の温度で駆動され、さらに、レーザダイオード１４から設定波長であるたとえば８０８ｎｍの波長のレーザ光が出力されているとする。

ここで、レーザダイオード１４に流れる電流などによりレーザダイオード１４の温度が２５℃より高くなった場合、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が８０８ｎｍより長くなり、固体レーザ発振器２２からは高出力のレーザ光が得られなくなってしまう場合がある。なお、この場合、このレーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長は、レーザダイオード１４が高くなった温度１℃当たりに対してたとえば０．３ｎｍ長くなる。
そこで、この場合、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４がペルチェ素子３０で冷却されてその温度が設定温度の２５℃に近づけられ、それによって、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が設定波長の８０８ｎｍに近づけられ、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が出力されるように制御される。

逆に、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４の温度が２５℃の設定温度よりも低くなった場合、レーザダイオード１４がペルチェ素子３０で加熱されてその温度が設定温度の２５℃に近づけられ、それによって、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が設定波長の８０８ｎｍに近づけられ、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が出力されるように制御される。

以上のようにペルチェ素子３０でレーザダイオード１４の温度を調整する際、制御部によって、記憶手段１０４に記憶されている２５℃の設定温度と温度センサ４０で検出されているレーザダイオード１４の温度（検出温度）との偏差をたとえばＰＩＤ演算した結果などの演算結果に基づいて、ペルチェ素子駆動装置のＦＥＴが制御され、ペルチェ素子３０に印加される電圧の波形が制御される。この場合、たとえば、演算結果であるペルチェ素子３０に対する制御出力量としてのＭＶ値が０％〜１００％で表される。ＭＶ値が０％である場合には、レーザダイオード１４をペルチェ素子３０で最大に加熱（１００％加熱）すべきことを示し、ＦＥＴ８６ｂ、８６ｃおよび９４ａがオンにされる。また、ＭＶ値が５０％である場合には、レーザダイオード１４をペルチェ素子３０で加熱も冷却もすべきでないこと（０％加熱または０％冷却すべきこと）を示し、ＦＥＴ８６ａ、８６ｂ、８６ｃおよび８６ｄがオフにされる。さらに、ＭＶ値が１００％である場合には、レーザダイオード１４をペルチェ素子３０で最大に冷却（１００％冷却）すべきことを示し、ＦＥＴ８６ａ、８６ｄおよび９４ａがオンにされる。

ここで、まず、ＭＶ値が６２．５％である場合を例にして、ペルチェ素子３０に印加される電圧波形などについて説明する。ＭＶ値が５０％である場合に０％冷却すべきであり、ＭＶ値が１００％である場合に１００％冷却すべきであるので、ＭＶ値が６２．５％である場合には、１００％冷却の４分の１だけ冷却（２５％冷却）すべきである。そのため、ペルチェ素子３０には、たとえば図６（Ａ）のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図６（Ａ）のグラフにおいて、横軸は時間（ミリ秒）を示し、縦軸は直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧の百分率（％）を示すため、その電圧波形は、最大電圧が直流電源８０ａの電圧であって１ｋＨｚの周波数で５０％のデューティー比を有するパルス状の電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子３０に印加するためには、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄが、０．５ミリ秒ごとにオフからオンにまたはオンかオフに同時に制御される。

また、ＭＶ値が７５％である場合には、１００％冷却の２分の１だけ冷却（５０％冷却）すべきである。そのため、ペルチェ素子３０には、たとえば図６（Ｂ）のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図６（Ｂ）において、横軸および縦軸が図６（Ａ）の横軸および縦軸と同じであるので、その電圧波形は、電圧が直流電源８０ａの電圧と常時同じ電圧である電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子３０に印加するためには、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄが、常時オンに制御される。

さらに、ＭＶ値が８７．５％である場合には、１００％冷却の４分の３だけ冷却（７５％冷却）すべきである。そのため、ペルチェ素子３０には、たとえば図６（Ｃ）のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図６（Ｃ）においても、横軸および縦軸が図６（Ａ）の横軸および縦軸と同じである。この電圧波形は、直流電源８０ａの電圧と直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧を０．５ミリ秒ごとに交互に繰り返した電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子３０に印加するためには、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄが常時オンに制御されるとともに、ＦＥＴ９４ａが０．５ミリ秒ごとにオフからオンにまたはオンからオフに制御される。

また、ＭＶ値が５０％より大きく７５％より小さい場合には、ＭＶ値が６２．５％である場合と比べて、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄのオフ時間およびオン時間が変えられ、電圧波形のデューティー比が変えられる。

さらに、ＭＶ値が７５％より大きく１００％より小さい場合には、ＭＶ値が８７．５％である場合と比べて、ＦＥＴ９４ａのオフ時間およびオン時間が変えられ、直流電源８０ａの電圧が常時印加されるとともに、直流電源８０ｂの電圧を印加する時間が変えられる。

以上はＭＶ値が５０％〜１００％である場合すなわちレーザダイオード１４を冷却すべき場合におけるペルチェ素子３０に印加される電圧波形などについて説明したが、ＭＶ値が５０％〜０％である場合すなわちレーザダイオード１４を加熱すべき場合には、ＦＥＴ８６ａおよび８６ｄの代わりにＦＥＴ８６ｂおよび８６ｃが制御され、ＭＶ値が５０％〜１００％である場合と逆向きの電圧波形がペルチェ素子３０に印加される。

また、ＭＶ値が５０％をまたいで変化する場合には、すなわち、ペルチェ素子３０にたとえば直流電源８０ａの電圧が一方向に印加されている状態から逆方向に印加されようとする場合には、ペルチェ素子３０に電位差の大きい逆方向の電圧がいきなり印加されることを防止するために、ペルチェ素子３０に逆方向の電圧が印加される直前に、たとえば１〜２秒間など微小時間、ペルチェ素子３０に電圧が印加されないようにＦＥＴ８６ａ、８６ｂ、８６ｃおよび８６ｄがオフに制御される。また、そのため、ＭＶ値が５０％付近において、ペルチェ素子３０に印加される電圧の極性が頻繁に切替えられるといういわゆるハンチングが抑制される。

さらに、ＭＶ値が７５％より大きい場合や２５％より小さい場合には、ペルチェ素子３０に直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧が印加されることがあるが、ペルチェ素子３０に直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧がいきなり印加されることを防止するために、演算結果としてのＭＶ値は、いきなり７５％より大きくなったりいきなり２５％より小さくなったりしないように演算される。

以上のように、このレーザ光照射装置１０では、直流電源８０ａおよび８０ｂのうちの１以上のものの電圧を選択的にペルチェ素子３０に印加して、レーザダイオード１４の温度がペルチェ素子３０などで所定の温度に向けて制御されるので、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長に向けて制御され、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が出力される。

さらに、このレーザ光照射装置１０では、通常、レーザダイオード１４の温度が設定温度に向けて制御されているので、レーザダイオード１４の温度は設定温度付近にある。その後、通常、レーザダイオード１４の温度を大きく急激に制御する必要がなく、ペルチェ素子３０には、一方の直流電源８０ａの電圧すなわち比較的低い電圧を印加するだけで足りる。なお、このレーザ光照射装置１０では、ペルチェ素子３０に直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧すなわち比較的高い電圧が印加されるのは、初期的にレーザダイオード１４の温度が設定温度からかなり離れていてそのレーザダイオード１４をオフからオンにしてそのレーザダイオード１４に電流を流し始める場合などの特別な場合である。そのため、このレーザ光照射装置１０では、ペルチェ素子３０に可能な限り低い電圧が印加され、ペルチェ素子３０を必要最小限の電流で駆動することができる。そのため、ペルチェ素子３０は、大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。

すなわち、ペルチェ素子３０でたとえば５０％冷却するためにペルチェ素子３０に図７（Ａ）に示す電圧波形の電圧を印加すれば、ペルチェ素子３０に直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（２４Ｖ）が印加されることになる。それにより、ペルチェ素子３０には、大きな電流が流れることになるが、ペルチェ素子３０には抵抗があるため、大きな電流により大きなジュール熱が発生する。大きなジュール熱が発生すると、ペルチェ素子を構成する半導体部分とのその周辺部分との間の熱膨張係数の差により、半導体部分と電極との接合面におけるマイクロクラック等の発生、すなわちヒートショックが起こる可能性がある。このように、ペルチェ素子３０が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されてしまう場合がある。
それに対して、このレーザ光照射装置１０では、ペルチェ素子３０でたとえば５０％冷却するためにペルチェ素子３０に図６（Ｂ）に示す電圧波形の電圧を印加するので、ペルチェ素子３０には、直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（２４Ｖ）が印加されず、直流電源８０ａの電圧（１２Ｖ）が印加される。そのため、ペルチェ素子３０が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。

また、特別な場合において、ペルチェ素子３０でたとえば７５％冷却するためにペルチェ素子３０に図７（Ｂ）に示す電圧波形の電圧を印加すれば、ペルチェ素子３０に直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（２４Ｖ）が、比較的長い時間印加されることになり、ペルチェ素子３０が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されてしまう場合がある。
それに対して、このレーザ光照射装置１０では、ペルチェ素子３０でたとえば７５％冷却するためにペルチェ素子３０に図６（Ｃ）に示す電圧波形の電圧を印加するので、ペルチェ素子３０には、直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（２４Ｖ）が比較的短い時間しか印加されない。そのため、ペルチェ素子３０が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。すなわち、このレーザ光照射装置１０では、直流電源８０ａの電圧（１２Ｖ）による温度制御では温度制御が不足することとなった場合に、直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（２４）がペルチェ素子３０に印加される。

また、このレーザ光照射装置１０では、ペルチェ素子３０に、たとえば直流電源８０ａの電圧が一方向から逆方向にいきなり印加されず、しかも、直列に接続される直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧もいきなり印加されないので、この点においてもペルチェ素子３０が劣化されにくくなる。

さらに、このレーザ光照射装置１０では、通常、直流電源８０ａの電圧すなわち比較的低い電圧しかペルチェ素子３０に印加されないので、ペルチェ素子３０に発生するジュール熱は小さく、ペルチェ素子３０の熱移動があまり阻害されないため、ペルチェ素子３０を効率よく駆動することができる。

また、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４などを長時間使用すると、レーザダイオード１４の劣化などにより、レーザダイオード１４に同じ電流を流してもレーザダイオード１４から出力されるレーザ光のエネルギーが所定の大きさより小さくなり、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が得られなくなってしまう場合がある。

この場合、このレーザ光照射装置１０では、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光を得るために、制御部によって、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさに基づいて、レーザダイオード駆動電源７０によりレーザダイオード１４に流す電流の大きさが制御される。すなわち、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさが記憶手段１０４に記憶されている所定の大きさより小さければ、そのレーザ光のエネルギーの大きさを所定の大きさに向けて大きくするために、レーザダイオード１４に流す電流が大きくなるように制御される。このレーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長およびエネルギーの大きさは、第１のフォトダイオード５４ａの出力信号および第２のフォトダイオード５４ｂの出力信号の差と和との割合すなわち増幅回路６２ａおよび６２ｂの出力信号の割合に基づいて、演算手段としても働く制御部によって検出することができる。

つまり、図２（Ａ）および図２（Ｂ）からわかるように、２つのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの分光感度は、それぞれ、受光波長に対して異なる特性を有しているため、フォトダイオード５４ａおよび５４ｂの出力信号の差と和の割合は、受光波長に対応して所定の値を有する。したがって、増幅回路６２ａおよび６２ｂの出力の割合は、同じ受光波長であれば、レーザダイオード１４の出力の大きさにかかわらず一定である。そのため、増幅回路６２ａおよび６２ｂの出力の比をとれば、受光波長を知ることができる。受光波長がわかれば、図２（Ａ）および図２（Ｂ）の特性から、増幅回路６２ａおよび６２ｂの出力のいずれかにより、レーザダイオード１４の出力の大きさ、すなわちレーザ光のエネルギーの大きさを知ることができる。

そして、このようにレーザダイオード１４に流す電流が大きくなるように制御されれば、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光のエネルギーは所定の大きさに向けて大きくなる。

しかしながら、このように劣化したレーザダイオード１４に流す電流が大きくなるように制御されると、レーザダイオード１４の温度（たとえば２５℃）とレーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長（たとえば８０８ｎｍ）との初期的な関係が変わってしまい、レーザダイオード１４の温度を今までの設定温度（２５℃）に向けて制御しても、レーザダイオード１４から所定の波長（８０８ｎｍ）のレーザ光が出力されず、そのため、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が得られない場合がある。

そこで、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４から所定の波長のレーザ光を出力するために、制御部によって、記憶手段１０４に記憶されているたとえば８０８ｎｍの設定波長に対するレーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長の変動を検出し、その変動に基づいて、レーザダイオード１４に対する設定温度が新たな設定温度に変更され、ペルチェ素子３０などによりレーザダイオード１４の温度がその新たな設定温度に向けて制御され、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長（設定波長）に向けて制御される。
たとえば、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が設定波長より長い方に変動すれば、レーザダイオード１４に対する設定温度が下げられて、レーザダイオード１４の温度もその下げられた新たな設定温度に向けて下がるように制御され、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長（設定波長）に向けて短くなるように制御される。
逆に、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が設定波長より短い方に変動すれば、レーザダイオード１４に対する設定温度が上げられて、レーザダイオード１４の温度もその上げられた新たな設定温度に向けて上がるように制御され、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長（設定波長）に向けて長くなるように制御される。

したがって、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長から変動しても、制御部などによって、レーザダイオード１４から出力されるレーザ光の波長が所定の波長に向けて制御され、そのため、固体レーザ発振器２２から高出力のレーザ光が得られる。
そして、このレーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４から固体レーザ発振器２２までのいずれかの構成要素によって出力されるレーザ光が、たとえば、ＩＣや太陽電池パネルの基板上の回路パターンの形成、電子部品のはんだ付け、ガラスの切断、合成樹脂の溶着、医療メスなどに利用され得る。

また、このレーザ光照射装置１０では、モニタ１０６において、レーザダイオード１４の検出温度、検出されたレーザ光のエネルギーの大きさや波長の変動の状況、それらの制御状況などが表示されるように構成されてもよい。

また、このレーザ光照射装置１０では、入力手段１０８によって各種の設定値などを変更したり、その他の情報を入力したりすることができるように構成されてもよい。さらに、通信手段１１０によって、外部からの制御信号を受信したり、外部に制御状況を示す信号を送信したりすることができるように構成されてもよい。

図８は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の他の例の要部を示す回路図である。図８に示すペルチェ素子駆動装置では、図１に示すレーザ光照射装置１０に用いられる図３に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、さらに、別の直流電源８０ｃ、逆電流防止用の別のダイオード９２ｂおよび電圧切替え用の別のＰチャンネルのＦＥＴ９４ｂを有する。また、直流電源８０ｂとして６Ｖの直流電源が用いられ、別の直流電源８０ｃとしては別の６Ｖの直流電源が用いられる。

直流電源８０ｃの負極は、直流電源８０ｂの正極に接続される。また、直流電源８０ｃの正極は、ＰチャンネルのＦＥＴ９４ｂのソースおよびドレインを介して、Ｈ型回路８２の一方の入力端子８４ａに接続される。このＦＥＴ９４ｂにも、ＦＥＴ９４ａに接続される図４（Ｂ）に示す抵抗９６ａ１、９６ａ２およびＦＥＴ９８ａからなる直列回路と同様の直列回路（図示せず）が同様に接続されている。そのため、この直列回路（図示せず）のＦＥＴをオンに制御することによって、ＦＥＴ９４ｂをオンに制御することができ、直流電源８０ａ、８０ｂおよび８０ｃの合計電圧をＨ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂ間に印加することができる。

また、ダイオード９２ａのカソードとＦＥＴ９４ａのドレインとの接続点は、ダイオード９２ｂのアノードおよびカソードを介して、Ｈ型回路８２の一方の入力端子８４ａに接続される。

図８に示すペルチェ素子駆動装置では、１つの直流電源８０ａの電圧（１２Ｖ）、２つの直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧（１８Ｖ）、または、３つの直流電源８０ａ、８０ｂおよび８０ｃの合計電圧（２４Ｖ）を、ペルチェ素子３０に一方向にまたは逆方向に印加することができる。

そのため、図８に示すペルチェ素子駆動装置では、図３に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、より多くの種類の電圧をペルチェ素子３０に印加することができるようになり、ペルチェ素子３０に印加される電圧を細かく制御することができ、そのため、ペルチェ素子３０に高電圧が印加される機会を減らすことができ、ヒートショックによるペルチェ素子３０の劣化を防止することができる。

図９は、この発明にかかるレーザ光照射装置の他の例の要部を示す図解図である。図９に示すレーザ光照射装置１０では、図１に示すレーザ光照射装置１０と比べて、第２の光学システム２０のコリメートレンズ２０ａの後方においてスプリッタ５０の代わりにレーザ光の透過率の小さいミラー５１がたとえば４５度斜めに配置されている。そのため、第２の光学システム２０の集光レンズ２０ｂは、ミラー５１で反射されたレーザ光を集光するために、ミラー５１の側方に配置される。なお、固体レーザ発振器２２は、その入力端に集光レンズ２０ｂで集光されたレーザ光が入力されるように、集光レンズ２０ｂから所定の間隔を隔てて配置される。

また、ＮＤフィルタ５２ａおよび５２ｂとフォトダイオード５４ａおよび５４ｂとは、ミラー５１を透過したレーザ光を透過して受光するために、ミラー５１の後方に配置される。

図１に示すレーザ光照射装置１０では、スプリッタ５０を透過したレーザ光で固体レーザ発振器２２内のレーザ媒体を励起し、スプリッタ５０で反射されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしているが、図９に示すレーザ光照射装置１０のように、ミラー５１で反射されたレーザ光で固体レーザ発振器２２内のレーザ媒体を励起し、ミラー５１を透過したレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしてもよい。

図１０は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、図１に示すレーザ光照射装置１０に用いられる図３に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂが、４つのＦＥＴ８６ａ〜８６ｄおよび１つの平滑回路３６を介して、ペルチェ素子３０に接続されている。

すなわち、図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、Ｈ型回路８２の一方の入力端子８４ａが、ＰチャンネルのＦＥＴ８６ａのソースＳおよびドレインＤを介して平滑回路３６の一方の入力端に接続されるとともに、別のＰチャンネルのＦＥＴ８６ｂのソースＳおよびドレインＤを介して平滑回路３６の他方の入力端に接続されている。
また、図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、Ｈ型回路８２の他方の入力端子８４ｂが、ＮチャンネルのＦＥＴ８６ｃのソースＳおよびドレインＤを介して平滑回路３６の一方の入力端に接続されるとともに、別のＮチャンネルのＦＥＴ８６ｄのソースＳおよびドレインＤを介して平滑回路３６の他方の入力端に接続されている。
さらに、平滑回路３６の一方の出力端および他方の出力端は、ペルチェ素子３０の一方の電極および他方の電極にそれぞれ接続されている。

図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、たとえば、図１１（Ａ）に示す電圧波形の電圧が平滑回路３６の２つの入力端に印加された場合に、平滑回路３６の２つの出力端に接続されているペルチェ素子３０に図１１（Ｂ）に示す平滑にされた電圧波形の電圧が印加される。

図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、平滑回路３６によって平滑にされた電圧がペルチェ素子３０に印加されるので、平滑回路３６からペルチェ素子３０までの信号経路においてスイッチングノイズが低減される。また、これによって、平滑回路３６からペルチェ素子３０までの信号経路の周辺の電子部品に対してスイッチングノイズによる悪影響を防止することができる。特に、平滑回路３６からペルチェ素子３０までの信号経路が長い場合には、その信号経路の周辺の電子部品すなわち広範囲の電子部品に対してスイッチングノイズによる悪影響を防止することができる。

さらに、図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、ペルチェ素子３０に印加される電圧が平滑回路３６によって平滑にされるため、ペルチェ素子３０には、急激に変動する電圧が印加されず、ペルチェ素子３０がさらに劣化されにくくなり、ペルチェ素子３０のさらなる長寿命化のために効果的である。

図１２は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。図１２に示すペルチェ素子駆動装置では、図１に示すレーザ光照射装置１０に用いられる図３に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂに、ファン３４が接続されている。

図１２に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、ＦＥＴ９４ａがオフの場合、一方の直流電源８０ａの電圧がダイオード９２ａを介してファン３４に印加されるので、ファン３４の周辺の空気がファン３４によってヒートシンク３２のフィン３２ａ側に送られる。この場合、一方の直流電源８０ａの電圧がダイオード９２ａなどを介してペルチェ素子３０に印加されることによってヒートシンク３２の温度が変わる場合があるが、ファン３４によって、ヒートシンク３２がファン３４の周辺の空気の温度すなわちファン３４の周辺温度に向けて冷却されたり加温されたりする。

また、図１２に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、ＦＥＴ９４ａがオンの場合、直列に接続された２つの直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧がＦＥＴ９４ａを介してファン３４に印加されるので、ファン３４の周辺の空気がファン３４によってヒートシンク３２のフィン３２ａ側にさらに強く送られる。この場合、直列に接続された２つの直流電源８０ａおよび８０ｂの合計電圧がＦＥＴ９４ａなどを介してペルチェ素子３０に印加されることによってヒートシンク３２の温度がさらに大きく変わる場合があるが、ファン３４によって、ヒートシンク３２がファン３４の周辺の空気の温度すなわちファン３４の周辺温度に向けてさらに強く冷却されたりさらに強く加温されたりする。

上述のように、図１２に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、ペルチェ素子３０に電圧が印加される場合、ペルチェ素子３０に印加される電圧の大きさに応じて、ファン３４に印加される電圧の大きさが変わるので、ファン３４のために電力を効率的に用いることができる。

上述の各レーザ光照射装置１０では、直列に接続される２個または３個の直流電源がペルチェ素子駆動装置に用いられているが、２個または３個の直流電源に限らす、直列に接続される４個以上の直流電源が用いられてもよい。また、それらの直流電源の電圧も、任意に変更されてもよい。たとえば、３個の直流電源を用いる場合には、８Ｖずつの３個の直流電源が用いられてもよく、４個の直流電源が用いられる場合には、６Ｖずつの４個の直流電源が用いられてもよい。

また、ペルチェ素子３０としては、たとえば、１つの素子からなるものに限らず、複数の素子が並列に接続されたものや直列に接続されたものが用いられてもよい。そして、用いられるペルチェ素子に応じて、直列に接続される直流電源のそれぞれの電圧が任意に変更されてもよい。

さらに、上述の各レーザ光照射装置１０では、レーザ光を出力するレーザ光出力手段としてのレーザダイオード１４の温度がペルチェ素子３０、温度センサ４０、制御部などの手段によって制御されているが、レーザ光を出力するレーザ光出力手段としての固体レーザ発振器２２の温度が固体レーザ発振器２２の温度を調整するための他のペルチェ素子、固体レーザ発振器２２の温度を検出するための他の温度センサ、制御部などの手段によって、レーザダイオード１４の温度を制御する方法と同様の方法で制御されてもよい。

さらに、上述の各レーザ光照射装置１０では、レーザ光の波長が長くなった場合にレーザダイオード１４の温度が下がるように制御し、レーザ光の波長が短くなった場合にレーザダイオード１４の温度が上がるように制御しているが、レーザ光の波長を所定の波長に向けて制御するためには、レーザ光などの光を出力する光出力手段の特性によっては、レーザ光の波長が長くなった場合に光出力手段の温度が上がるように制御し、レーザ光の波長が短くなった場合に光出力手段の温度が下がるように制御してもよい。

さらに、上述の各レーザ光照射装置１０では、レーザダイオード１４などのレーザ光出力手段の温度を調整するためのペルチェ素子３０を駆動しているが、この発明にかかるペルチェ素子の駆動装置は、レーザ光などの光を出力する光出力手段として、たとえば、レーザダイオードや固体レーザ発振器などのレーザ光出力手段以外に、計測機器などに用いられる発光ダイオードなどの発光手段の温度を調整するためのペルチェ素子の駆動用としても用いることができる。

また、上述の各レーザ光照射装置１０では、用いられるレーザ光波長変動検出装置において、第２の光学システム２０において分岐されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしているが、レーザダイオード１４の後方から固体レーザ発振器２２の前方の間において、たとえば第１の光学システム１６など他の部分で分岐されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさや波長の変動を検出するようにしてもよい。

さらに、上述の各レーザ光照射装置１０では、レーザ光の波長が長くなれば、用いられるレーザ光波長変動検出装置において、一方のフォトダイオード５４ａの受光感度が増加するのに対して、他方のフォトダイオード５４ｂの受光感度が低下するが、受光感度の増加する割合や低下する割合が異なれば、光センサとしての両方のフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの受光感度がともに増加しても低下してもよい。このように２つのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂの受光感度特性が異なれば、それらの出力信号の差と和との割合から、レーザ光の波長の変動を検出することができ、さらに、レーザ光のエネルギーの大きさも検出することができる。また、光センサとしては、フォトダイオードの代わりに、フォトトランジスタやＣＣＤなどが用いられてもよい。

また、上述の各レーザ光照射装置１０では、２つのフォトダイオードなどを用いたレーザ光波長変動検出装置でレーザ光の波長の変動を検出するように構成されているが、他のレーザ光波長検出装置でレーザ光の波長を検出するように構成されてもよい。たとえば、上述の各レーザ光照射装置１０では、２つの光センサとして分光感度特性が互いに異なる２つのフォトダイオード５４ａおよび５４ｂが用いられているが、分光感度特性が互いに異なる２つ以上の光センサを有する３つ以上の光センサが用いられてもよく、この場合、分光感度特性が互いに異なる２つの光センサの出力信号の差と和とに基づいて、または、分光感度特性が互いに異なる３つ以上の光センサの出力信号のうちの任意の２つの出力信号の差と和とに基づいて、レーザ光の波長の変動を検出するようにしてもよい。

上述の各レーザ光照射装置１０に用いられる各ペルチェ素子駆動装置には、Ｈ型回路８０にＰチャンネルのＦＥＴ８６ａおよび８６ｂが用いられ、さらに、電圧切替え用のＰチャンネルのＦＥＴ９４ａまたは電圧切替え用のＰチャンネルのＦＥＴ９４ａおよび９４ｂが用いられているが、それぞれのＰチャンネルのＦＥＴの代わりに、たとえばＮチャンネルのＦＥＴや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの他のスイッチング素子が用いられてもよい。たとえば、ＰチャンネルのＦＥＴの代わりにＮチャンネルのＦＥＴが用いられる場合、ＦＥＴのソースＳとドレインＤとが逆に接続され、ＦＥＴをオンにするためには、ドライバなどを介して比較的高い電圧がＦＥＴのゲートＧに印加される。

また、上述の各レーザ光照射装置１０に用いられる各ペルチェ素子駆動装置には、Ｈ型回路８０にＮチャンネルのＦＥＴ８６ｃおよび８６ｄが用いられているが、それぞれのＮチャンネルのＦＥＴの代わりに、たとえばＩＧＢＴなどの他のスイッチング素子が用いられてもよい。

さらに、上述の各レーザ光照射装置１０は、ヒートシンク３２やファン３４などを用いることによって空気を媒体としてペルチェ素子３０を冷却したり加温したりするように構成されているが、たとえば冷却加温用管やポンプなどを用いることによってたとえば水などの液体を媒体としてペルチェ素子を冷却したり加温したりするように構成されてもよい。

さらに、図１０に示すペルチェ素子駆動装置では、ペルチェ素子３０の前段に平滑回路３６が用いられているが、このような平滑回路は、他のペルチェ素子駆動装置において用いられてもよい。

また、図１２に示すペルチェ素子駆動装置では、Ｈ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂにファン３４が接続されているが、ファン３４は、他のペルチェ素子駆動装置においてＨ型回路８２の２つの入力端子８４ａおよび８４ｂに接続されてもよい。

この発明にかかるペルチェ素子の駆動装置は、たとえば金属、合成樹脂、ガラスなどの各種材料の表面や内面を加工する加工機やバイオ測定器などの固体レーザ励起に用いられる高出力のレーザダイオードや固定レーザ発振器などのレーザ光出力手段を冷却して温度調整を行うためのペルチェ素子を駆動する用途に適用できる。
さらに、この発明にかかるペルチェ素子の駆動装置は、たとえば、ＩＣや太陽電池パネルの基板上の回路パターンの形成、電子部品のはんだ付け、ガラスの切断、合成樹脂の溶着、医療メスなどに用いられるレーザ光照射装置に利用され得る。

１０ レーザ光照射装置
１２ ベース
１４ レーザダイオード
１６ 第１の光学システム
１６ａ コリメートレンズ
１６ｂ 集光レンズ
１８ 光ファイバ
２０ 第２の光学システム
２０ａ コリメートレンズ
２０ｂ 集光レンズ
２２ 固体レーザ発振器
３０ ペルチェ素子
３２ ヒートシンク
３２ａ フィン
３４ ファン
３６ 平滑回路
４０ 温度センサ
５０ スプリッタ
５１ ミラー
５２ａ、５２ｂ ＮＤフィルタ
５４ａ、５４ｂ フォトダイオード
５６ 差動回路
５８ 加算回路
６０ａ、６０ｂ 補正回路
６２ａ、６２ｂ 増幅回路
７０ レーザダイオード駆動電源
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ 直流電源
８２ Ｈ型回路
８４ａ、８４ｂ 入力端子
８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ ＦＥＴ
８８ａ１、８８ａ２、８８ｂ１、８８ｂ２ 抵抗
９０ａ、９０ｂ ＦＥＴ
９２ａ、９２ｂ ダイオード
９４ａ、９４ｂ ＦＥＴ
９６ａ１、９６ａ２ 抵抗
９８ａ ＦＥＴ
１００ ＣＰＵ
１０２ 入出力インターフェース
１０４ 記憶手段
１０６ モニタ
１０８ 入力手段
１１０ 通信手段

Claims (4)

1. 光を出力する光出力手段の温度を調整するペルチェ素子を駆動するためのペルチェ素子の駆動装置であって、
   前記ペルチェ素子に電圧を印加するために用いられ、直列に接続される複数の直流電源、
   前記光出力手段の温度を検出するための温度検出手段、および
   前記温度検出手段で検出された前記光出力手段の検出温度と前記光出力手段の設定温度との偏差に基づいて、前記光出力手段の温度を前記設定温度に向けて制御するために、前記複数の直流電源のうちの１以上のものの電圧を選択的に前記ペルチェ素子に印加するように制御するための制御部を含む、ペルチェ素子の駆動装置。
2. 前記複数の直流電源および前記ペルチェ素子間に接続される電圧切替え回路を含み、
   前記電圧切替え回路は、前記制御部によって、前記光出力手段の温度を前記設定温度に向けて制御するために前記複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧を前記ペルチェ素子に印加し、前記複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧による温度制御で不足することとなった場合に前記複数の直流電源のうちの直列に接続された２つ以上の直流電源の電圧を前記ペルチェ素子に印加するように制御される、請求項１に記載のペルチェ素子の駆動装置。
3. 光を出力する光出力手段の温度を調整するペルチェ素子を駆動するためのペルチェ素子の駆動方法であって、
   前記光出力手段の温度を温度検出手段で検出する工程、および
   前記温度検出手段で検出された前記光出力手段の検出温度と前記光出力手段の設定温度との偏差に基づいて、前記光出力手段の温度を前記設定温度に向けて制御するために、直列に接続される複数の直流電源のうちの１以上のものの電圧を選択的に前記ペルチェ素子に印加するように制御部で制御する工程を含む、ペルチェ素子の駆動方法。
4. 前記制御部で制御する工程は、前記複数の直流電源および前記ペルチェ素子間に接続される電圧切替え回路を、前記制御部によって、前記光出力手段の温度を前記設定温度に向けて制御するために前記複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧を前記ペルチェ素子に印加し、前記複数の直流電源のうちの１つの直流電源の電圧による温度制御で不足することとなった場合に前記複数の直流電源のうちの直列に接続された２つ以上の直流電源の電圧を前記ペルチェ素子に印加するように制御する、請求項３に記載のペルチェ素子の駆動方法。

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