JP2012042631A - Light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば、基本波長の光である基本波を非線形光学効果により波長変換して高調波を出力するための波長変換部を備えた光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device including a wavelength conversion unit for converting a wavelength of a fundamental wave, which is light having a fundamental wavelength, by a nonlinear optical effect and outputting a harmonic.
これまで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザから発せられる光を、非線形光学効果を用いた波長変換により、可視光である緑色光に変換したり、緑色光からさらに紫外光へ変換したりして、レーザ加工やレーザディスプレイ等に用いられる可視レーザ光や紫外レーザ光を得るようにした波長変換レーザ光源が、数多く開発・実用化されてきた。 Up to now, light emitted from Nd: YAG laser and Nd: YVO 4 laser has been converted to visible green light by wavelength conversion using nonlinear optical effect, or from green light to further ultraviolet light. Many wavelength-converted laser light sources capable of obtaining visible laser light and ultraviolet laser light used for laser processing and laser displays have been developed and put into practical use.
さらに近年では、特に医療分野において、レーザ光を用いて治療部位の光凝固や除去や切開等を行う手術が、盛んに実施されている。この手法によれば、治療部位に対して非接触で治療を施すことができる。このため、例えば眼科手術のように治療部位に直接触れることが好ましくない場合においても、適切に処置を行うことが可能である。また、レーザ光を用いる手法は、治療部位からの出血を防止できることや、細菌による汚染の可能性が極めて低いことや、日帰り手術が可能であることなど、多くの利点があり、このため歯科・眼科などを中心に普及が進んでいる。 Furthermore, in recent years, especially in the medical field, surgery for photocoagulation, removal, incision, and the like of a treatment site using laser light has been actively performed. According to this method, it is possible to perform treatment without contact on the treatment site. For this reason, even when it is not preferable to touch the treatment site directly, for example, in ophthalmic surgery, it is possible to appropriately perform treatment. In addition, the method using laser light has many advantages such as prevention of bleeding from the treatment site, extremely low possibility of contamination by bacteria, and the possibility of day surgery. It is spreading mainly in ophthalmology.
ここで、従来の技術では非線形光学効果を得るために、複屈折率を有する非線形光学結晶を使用していた。たとえば、これまで、ＬｉＢ３Ｏ５（リチウムトリボレート：ＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ４（リン酸チタニルカリウム：ＫＴＰ）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（セシウムリチウムボレート：ＣＬＢＯ）、分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＰＰＬＮ）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＰＰＬＴ）等が用いられている。 Here, in the prior art, in order to obtain a nonlinear optical effect, a nonlinear optical crystal having a birefringence is used. For example, to date, LiB 3 O 5 (lithium triborate: LBO), KTiOPO 4 (potassium titanyl phosphate: KTP), CsLiB 6 O 10 (cesium lithium borate: CLBO), and LiNbO 3 (niobium) having a domain-inverted structure. Lithium acid: PPLN), LiTaO 3 (lithium tantalate: PPLT) or the like is used.
公知の波長変換レーザ光源は、一般的に、図１９に示される光源１００のように、基本波光源部１０１、集光レンズ１０９、波長変換部１１０、再コリメートレンズ１１２、波長分離ミラー１１４、ＩＲ吸収体１１８、温度設定部１１５、制御回路１１９、温度制御回路１２０で構成されている。なお、波長変換部１１０は、波長変換素子で構成されている。
A known wavelength conversion laser light source generally has a fundamental
基本波光源部１０１には、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ等がよく用いられる。ここでは、波長１０６４ｎｍのレーザ光から、波長変換部１１０によって、半分の波長の５３２ｎｍのレーザ光を発生させる、第２高調波の発生を例として、実際の動作について説明する。
For the fundamental
基本波光源部１０１から発せられた、波長１０６４ｎｍのレーザ光は、集光レンズ１０９により波長変換部１１０に集光され、波長５３２ｎｍのレーザ光に波長変換される。波長変換部１１０は、非線形光学結晶によって構成され、ヒーターやペルチェ素子などの温度設定部１１５によって、その温度を一定に保持される。
The laser beam having a wavelength of 1064 nm emitted from the fundamental wave
波長変換されて波長変換部１１０から出射された波長５３２ｎｍのレーザ光は、再コリメートレンズ１１２と波長分離ミラー１１４とを通過したうえで、系外に出射される。波長変換部１１０で変換されなかった波長１０６４ｎｍの基本波のレーザ光は、波長分離ミラー１１４で反射分離されたうえで、ＩＲ吸収体１１８により吸収される。波長変換部１１０の温度は、温度制御回路１２０によって温度設定部１１５を介してコントロールされる。制御回路１１９は、基本波光源部１０１のレーザ出力を制御する。
The laser light having a wavelength of 532 nm that has been wavelength-converted and emitted from the
このような構成によれば、上記のように、基本波光源部１０１から発せられた波長１０６４ｎｍのレーザ光は、集光レンズ１０９により波長変換部１１０に集光される。このとき、波長変換部１１０の有する、波長１０６４ｎｍの光に対する屈折率と、発生させたい波長５３２ｎｍの光に対する屈折率とが一致していることが必要である。このことを位相整合と呼ぶ。
According to such a configuration, as described above, the laser light having a wavelength of 1064 nm emitted from the fundamental wave
一般的に結晶の屈折率は結晶自体の温度条件で変化するため、波長変換部１１０を構成する非線形光学結晶の温度を一定としておく必要がある。そのために非線形光学結晶は、上記のように、温度設定部１１５によって、その結晶の種類に応じた温度に保持される。たとえば、ＬＢＯ結晶を用いて、ｔｙｐｅ−１非臨界位相整合と呼ばれる位相整合の方法をとる場合、１４８〜１５０℃という温度で結晶を保持する必要がある。また、分極反転構造のＬｉＮｂＯ３結晶を使用する場合においては、分極反転構造の周期を設計することにより、位相整合する温度や波長を任意に決定することが可能となっているが、位相整合条件を保ち続けるには、波長変換部１１０の温度と基本波波長とを一定に保つ必要がある。この位相整合条件を一定に保つことによって、波長変換部１１０からの出力は、高効率で安定な高調波の出力を得ることができる。
In general, since the refractive index of the crystal changes depending on the temperature condition of the crystal itself, it is necessary to keep the temperature of the nonlinear optical crystal constituting the
前述した構成では、連続発光（ＣＷ発光）モードにおいて、波長変換部１１０の温度を、温度制御回路１２０によって温度設定部１１５を介して変化させて、波長変換部１１０から出力される高調波の出力が最大となる時の温度を検出して、連続発光中もその温度になるように温度制御回路１２０を制御して、位相整合条件を一定に保時して、安定に目標の高調波出力を得る構成となっていた（例えば、これに類似する技術は下記特許文献１に記載されている）。
In the above-described configuration, in the continuous light emission (CW light emission) mode, the temperature of the
上記従来例においては、波長変換部の温度を測定する温度設定部は、連続的に出力される基本波光源からの基本波に対して、波長変換部を保持する台（例えば、アルミ台など）の温度を温度センサで測定する構成となっている。よって基本波光源からの基本波が、間欠的なパルス発光で間欠的に波長変換部に入力されると、波長変換部の内部温度が発光中の光吸収により上昇したり、発光停止により降下したりと急激な温度変化が発生する。この急激な温度変化に対して波長変換部を保持するアルミ台を介して配置された温度センサは応答しない。よって正確な波長変換部自体の温度が測定できない。 In the above conventional example, the temperature setting unit that measures the temperature of the wavelength conversion unit is a table (for example, an aluminum table) that holds the wavelength conversion unit with respect to the fundamental wave from the fundamental wave light source that is continuously output. The temperature is measured with a temperature sensor. Therefore, if the fundamental wave from the fundamental wave light source is intermittently input to the wavelength conversion unit by intermittent pulse emission, the internal temperature of the wavelength conversion unit rises due to light absorption during light emission, or falls due to light emission stop. A sudden temperature change occurs. The temperature sensor arranged via the aluminum table that holds the wavelength conversion unit does not respond to this rapid temperature change. Therefore, the accurate temperature of the wavelength converter itself cannot be measured.
その結果、前記波長変換部からの高調波の出力が最大となる位相整合温度に設定できない。このため、従来の光源装置でパルス発光させた場合には、波長変換部の変換効率が低下して光源装置の出力が目標値に制御できないという課題があった。 As a result, it is not possible to set the phase matching temperature at which the harmonic output from the wavelength converter is maximized. For this reason, when pulse light is emitted by a conventional light source device, there is a problem that the conversion efficiency of the wavelength conversion unit is lowered and the output of the light source device cannot be controlled to a target value.
そこで本発明は、上記課題を解決するもので、光源装置の出力を目標値に制御できるようにすることを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to enable control of the output of a light source device to a target value.
上記課題を解決するための構成は、基本波を出力する基本波光源部と、前記基本波光源部に所定の電流を入力し、前記基本波光源を駆動するレーザ駆動部と、前記基本波が入力され、その高調波を出力する波長変換部と、前記高調波の出力を検出する高調波出力検出部と、前記波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、前記高調波出力検出部で検出した高調波出力が目標値となるように前記レーザ駆動部へ入力する電流を増減するレーザ制御部と、を備え、前記レーザ駆動部への入力信号の傾斜を検出する第一の傾斜検出部と、前記第一の傾斜検出部にて検出された傾斜量に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えた構成とした。 A configuration for solving the above problems includes a fundamental wave light source unit that outputs a fundamental wave, a laser drive unit that inputs a predetermined current to the fundamental wave light source unit and drives the fundamental wave light source, and the fundamental wave The wavelength converter that is input and outputs the harmonic, the harmonic output detector that detects the output of the harmonic, the temperature setting unit that heats and cools the wavelength converter, and the temperature of the wavelength converter are set A temperature control unit that controls the temperature setting unit so as to be a temperature, a laser control unit that increases or decreases the current input to the laser drive unit so that the harmonic output detected by the harmonic output detection unit becomes a target value; And a first tilt detection unit that detects the tilt of the input signal to the laser drive unit, and a set temperature of the temperature control unit based on the tilt amount detected by the first tilt detection unit. And a temperature correction unit for correction.
これにより所期の目的を達成するものである。 This achieves the intended purpose.
以上のような構成で、本発明は、波長変換部を用いた光源装置の出力を目標値に制御できるようにすることができ、医療、マーキングなどへの用途展開が可能となる。 With the configuration as described above, the present invention can control the output of the light source device using the wavelength conversion unit to a target value, and can be used for medical treatment, marking, and the like.
以下に、本発明の光源装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する。 Embodiments of the light source device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are omitted for the description.
（実施の形態１）
［光源装置の基本構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における光源装置の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
[Description of basic configuration of light source device]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the light source device according to
図１に示すように、基本波光源部１０１は、基本波１０６を出力する。この基本波光源部１０１は、半導体レーザ１０２とＹｂドープファイバを用いたファイバ１０３、全反射ファイバブラッググレーティング（以下、全反射ＦＢＧ）１０４と、一部反射ＦＢＧ１０５とで構成される。半導体レーザ１０２が出力するレーザ光は、全反射ＦＢＧ１０４に入射し、ファイバ１０３を介して、全反射ＦＢＧ１０４と一部反射ＦＢＧ１０５間で共振される。その結果、半導体レーザ１０２からファイバ１０３に入力されたレーザ光は、ファイバ１０３にて励起されることにより、スペクトル幅が狭帯域化した基本波１０６として、一部反射ＦＢＧ１０５から出力される。
As shown in FIG. 1, the fundamental wave
本実施形態においては、基本波光源部１０１として、波長９１５ｎｍ程度のレーザ光を出力する半導体レーザ１０２を用い、その波長９１５ｎｍのレーザ光を全反射ＦＢＧ１０４と一部反射ＦＢＧ１０５間で共振させて、一部反射ＦＢＧ１０５から波長１０６４ｎｍの光を出力するように構成した。
In the present embodiment, a semiconductor laser 102 that outputs a laser beam having a wavelength of about 915 nm is used as the fundamental wave
すなわち、本実施形態において、基本波光源部１０１から出力される基本波１０６は、波長１０６４ｎｍのレーザ光を用いた。
That is, in the present embodiment, the
基本波光源部１０１から出力された基本波１０６は、反射ミラー１０７および反射ミラー１０８を経て、集光レンズ１０９により、非線形光学結晶にて構成された波長変換部１１０へ集光される。非線形光学結晶として、たとえば分極反転構造を形成したＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶素子（ＭｇＬＮ素子）を使用することができる。この構造の波長変換部１１０に集光した基本波１０６は、波長変換部１１０を通過すると、基本波１０６の一部が高調波１１１に変換される。この高調波１１１は、高調波１１１に変換されなかった基本波１０６とともに波長変換部１１０から出力される。
The
波長変換部１１０から出力された高調波１１１と高調波１１１に変換されなかった基本波１０６は、再コリメートレンズ１１２により並行光あるいは適当なＮＡに調整される。再コリメートレンズ１１２を通過した高調波１１１と高調波に変換されなかった基本波１０６は、波長分離ミラー１１４などを用いて高調波１１１と基本波１０６を帯域分離する。このとき、基本波１０６は、ＩＲ吸収体１１８によって吸収され、その結果、波長分離ミラー１１４から高調波１１１のみ選択して出力することができる。
The
ここで、波長変換部１１０は、所定の設定温度になるように温度設定部１１５の上に配置されている。この温度設定部１１５は、たとえば高精度の温度調整が可能なペルチェ素子と、波長変換部を支持固定するアルミ台にて構成されている。波長変換部１１０の温度は、この温度設定部１１５を介して、サーミスタなどの温度センサ１１６で検出される。温度センサ１１６で検出された温度信号は、温度制御部４００へ伝達され、温度制御部４００は、温度センサ１１６の出力した温度信号が設定温度になるように温度設定部１１５の駆動電流の増減と、駆動極性の反転を制御する。温度設定部１１５は、温度制御部４００が出力した駆動電流によって、波長変換部１１０を加熱冷却して、温度センサ１１６が出力する温度信号を所定の設定温度にすることができる。
Here, the
また、波長分離ミラー１１４によって分離された高調波１１１のうち、モニタリングフィルタミラー１１７によって反射した高調波１１１が、高調波出力検出部１１３に入力される。一方、大部分の高調波１１１は、モニタリングフィルタミラー１１７を通過して、光ファイバや導光板（図示せず）などで治療位置や加工位置に導光される。
Of the
高調波出力検出部１１３は、入力された高調波１１１の光量を検出し、電気信号（以下、この電気信号を光量検出信号ｄと記述する）に変換して出力する。高調波出力検出部１１３が出力した光量検出信号ｄは、レーザ制御部３００に入力される。このレーザ制御部３００によって、基本波光源部１０１は、レーザ駆動部１５０を介して高調波１１１の出力を一定にするＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行う。
［ＡＰＣ制御部の説明］
次に、ＡＰＣ制御の詳細を、図２を用いて説明する。
The harmonic
[Description of APC Control Unit]
Next, details of the APC control will be described with reference to FIG.
図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザ制御部３００の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
図２に示すように、高調波出力検出部１１３から出力された光量検出信号は、レーザ制御部３００に内蔵のＡＤ変換器３０８でデジタル信号に変換され、スイッチ３１０を介して、差動演算器３０１に入力される。ここで、このＡＰＣ制御中は、スイッチ３１０は、図２中のＥとＦとが接続された状態となっている。
As shown in FIG. 2, the light amount detection signal output from the harmonic
また、ＣＰＵ部２００にて設定された高調波１１１の出力の目標値は、差動演算器３０１に入力される。
The target value of the output of the harmonic 111 set by the
この差動演算器３０１は、前述のデジタル信号化された光量検出信号と高調波１１１の目標値の差分を計算し、その差分を誤差信号として出力する。出力された誤差信号は、逓倍器であるゲイン調整部３０２でゲイン調整される。ゲイン調整された誤差信号（以下、光誤差出力と記述する）は、適当な周波数特性とＤレンジを確保するように、乗算器、加算器、遅延器で構成されたデジタルフィルタ３０３に入力される。
The differential
デジタルフィルタ３０３に入力された光誤差出力は、デジタルフィルタ３０３内部にて、比例補償３０４や積分補償３０５や位相補償３０６の処理が施された後、デジタルフィルタ３０３から出力される。その後、この光誤差出力はＤＡ変換器３０７にてデジタル信号からアナログ信号に変換され、ＤＡ変換器３０７から出力される。
The optical error output input to the
その後、アナログ信号化された光誤差出力は、レーザ駆動信号ｂとして、レーザ光源駆動部１５０と、位相整合判断部６００に入力される。
Thereafter, the optical error output converted into an analog signal is input to the laser light
レーザ駆動部１５０は、レーザ制御部３００から入力されたレーザ駆動信号ｂをパワーＭＯＳなどで構成された駆動回路によって電流増幅し、基本波光源部１０１の励起光源である半導体レーザ１０２の出力を増減する。すなわち、レーザ駆動部１５０の出力した電流によって、基本波光源部１０１が出力した基本波１０６の光量が制御される。その結果として、波長変換部１１０から出力される高調波１１１の光量が、設定した目標値に対して例えば±５％となるように制御することができる。
The
ここで、本実施形態のようなレーザ光のＡＰＣ制御の場合は、フィードバック制御をかけても、ボイスコイルモータのようなメカニカルなバネによる位相遅れがない。よって、デジタルフィルタ３０３の周波数特性はファイバレーザの入力のドリフトや定常偏差を抑圧するだけの低域補償を確保し、サンプリングノイズや駆動電流増幅時の回路ノイズや、光検出器の信号の増幅時のノイズ成分を落とすだけでよく、デジタルフィルタ３０３の設計の自由度は大きくなる。また、このデジタルフィルタ３０３は、波長変換部１１０が位相整合温度より所定温度低い場合に最適になるように決定されていることが望ましい。
なお、本実施形態においては、波長変換部１１０の光吸収による波長変換効率の変化が発光開始から５[ｍｓｅｃ]以降であったことから、ＡＰＣ制御のデジタルフィルタ３０３を、発光開始から２[ｍｓｅｃ]以内でＡＰＣ制御が安定するように設計している。
Here, in the case of APC control of laser light as in the present embodiment, even if feedback control is applied, there is no phase delay due to a mechanical spring such as a voice coil motor. Therefore, the frequency characteristics of the
In the present embodiment, since the change in wavelength conversion efficiency due to light absorption of the
なお、本実施形態においては、波長分離ミラー１１４によって分離された高調波１１１を用いて、このＡＰＣ制御を行ったが、波長分離ミラー１１４により分離された基本波１０６、の一部を検出して、その検出された光量が目標値に対して所定の関係となるように、レーザ制御部３００で基本波光源部１０１のＡＰＣ制御を行うこともできる。
［温度制御部の説明］
次に、温度制御部４００の詳細を、以下に説明する。
In this embodiment, the APC control is performed using the
[Explanation of temperature controller]
Next, details of the
図３は、本発明の実施の形態１における温度制御部４００の構成を示すブロック図である。温度制御部４００は、後述する位相整合判断部６００からの設定温度を、温度制御部４００内蔵のＤＡ変換器４０１でアナログ値に変換する。この変換したアナログ値と、温度設定部１１５に取り付けられた温度センサ１１６より得られる波長変換部１１０の現在の温度との差分を差動演算器４０３によって計算し、その計算結果を温度誤差信号として、ゲイン調整部４０２に出力する。温度誤差信号は、ゲイン調整部４０２で増幅され、その後、温度設定部１１５に出力する。温度設定部１１５は、差動演算器４０３の誤差出力信号が負極性の場合は加熱、正極性の場合は冷却を行い、波長変換部１１０が設定温度になるように波長変換部１１０の温度制御を行う。
［傾斜判定方法の説明］
次に本発明の実施の形態１として、前述の光源装置においてＡＰＣ制御可能な状態にするための、駆動信号（レーザ駆動信号ｂ）及び光量信号（光量検出信号ｄ）の傾斜判定による波長変換部１１０の温度補正方法について説明する。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of
[Explanation of tilt judgment method]
Next, as
図４は、波長変換部１１０の温度と波長変換部１１０の高調波１１１の出力の関係を示す特性図を示すものである。縦軸は、高調波１１１の出力を示し、横軸は、波長変換部１１０の温度を示す。
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the temperature of the
波長変換部１１０へ入力される基本波１０６の光量が一定の場合、図４に示すように、波長変換部１１０の温度に対する高調波１１１の出力、すなわち波長変換効率は、非常に急峻に変化する。図４に示すように、波長変換部１１０の位相整合温度（波長変換効率が最大値となる温度）が５０℃である場合、５０℃での変換効率を１００％としたときに、波長変換部１１０の温度が４９．８℃（位相整合温度に対し、０．２℃低い温度）となると、その波長変換効率はその最大値に対して約８０％に減少する。
When the amount of light of the
なお、本実施形態においては、波長変換効率がその最大値に対し８０％から１００％の範囲、すなわち、位相整合温度に対して±０．２℃の範囲において、前述のＡＰＣ制御が可能なように設計してある。 In the present embodiment, the APC control described above can be performed when the wavelength conversion efficiency is in the range of 80% to 100% of the maximum value, that is, in the range of ± 0.2 ° C. with respect to the phase matching temperature. Designed.
図５は、本発明の実施の形態１における図４の特性図上にて処理される制御動作区分を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing control operation sections processed on the characteristic diagram of FIG. 4 in the first embodiment of the present invention.
図５に示すように、波長変換部１１０の位相整合温度に対して±０．２℃（図５中の状態Ｐ）では、先に述べたように、ＡＰＣ制御が可能な波長変換効率が得られる範囲であるので、安定したＡＰＣ制御が可能である。
As shown in FIG. 5, the wavelength conversion efficiency capable of APC control is obtained at ± 0.2 ° C. (state P in FIG. 5) with respect to the phase matching temperature of the
この状態Ｐでは、このＡＰＣ制御によって、波長変換部１１０の高調波１１１の出力はＣＰＵ２００より設定された目標値に対してほぼ一定（例えば±５％内）になるように制御されるため、波長変換部１１０の位相整合温度に対する温度ずれは、レーザ駆動信号の応答となって現れる。すなわちレーザ駆動信号の変化が、この波長変換部１１０の位相整合温度に対する温度ずれに対応している。
In this state P, the output of the harmonic 111 of the
よって、レーザ駆動信号ｂの時間軸上の傾斜を測定すれば、波長変換部１１０の現在の設定温度（初期は位相整合温度）に対する温度ズレを補正する符号（高温側に補正するのか、もしくは低温側に補正するのか）と絶対値量（補正する温度の絶対値量）を算出することが可能である。 Therefore, if the inclination of the laser drive signal b on the time axis is measured, a code for correcting the temperature deviation with respect to the current set temperature (initially the phase matching temperature) of the wavelength converter 110 (correction to the high temperature side or low temperature) Or the absolute value amount (the absolute value amount of the temperature to be corrected) can be calculated.
また、波長変換部１１０の設定温度が、位相整合温度に対し０．２℃以上変動すると、波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の８０％を下回るため、ＡＰＣ制御が不能となってしまう。その場合はレーザ駆動信号が増大して、レーザ駆動部１５０の電流制限をオーバする。
Further, when the set temperature of the
よって、レーザ駆動信号が増大し、絶対レベルがある値以上になっている場合は、ＡＰＣ制御をＯＦＦ（切断）し、レーザ駆動部１５０を介して、基本波光源部１０１へ入力されるレーザ駆動電流を一定にするＡＣＣ（Ａｕｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ：定電流）制御に処理を切り換える。（状態Ｃ）。
Therefore, when the laser drive signal increases and the absolute level is greater than or equal to a certain value, APC control is turned off (disconnected), and laser drive input to the fundamental wave
ここで、ＡＰＣ制御からＡＣＣ制御の切り換えは、図２に示すように、位相整合判断部６００から出力される信号（矢印ｅ）により、レーザ制御部３００に内蔵するスイッチ３１０の接点Ｅ−ＦからＥ−Ｇに変更することによって行う。
このような構成にすることによって、スイッチ３１０の接点Ｅ−Ｇが接続されると同時に、高調波出力検出部１１３で検出した光量検出信号ｄを位相整合判断部６００に入力することができる。
Here, switching from APC control to ACC control is performed from a contact EF of the
With such a configuration, the contact amount EG of the
このＡＣＣ制御においては、ＣＰＵから設定された目標入力が基本波光源部１０１の駆動電流となるようにレーザ駆動部１５０に伝達すればよい。
In this ACC control, the target input set by the CPU may be transmitted to the
なお、前述のＡＰＣ制御のようなサーボ系の制御ではないので、特にデジタルフィルタ３０３に周波数特性を持たせる必要性はなく、デジタルフィルタ３０３の伝達特性を１、あるいは、基本波光源部１０１の半導体レーザ１０２の電流感度に合わせて適当にゲインのみを合わせるように切り換えてやればよい。
In addition, since it is not servo system control like the above-mentioned APC control, it is not necessary to give the digital filter 303 a frequency characteristic in particular. The transfer characteristic of the
この状態Ｃでは、ＡＣＣ制御における基本波光源部１０１に入力されるレーザ駆動部の駆動電流は一定となるように制御されるため、波長変換部１１０の温度変化は、波長変換効率の変動に応じて、高調波１１１の出力が感度よく変化する。
In this state C, since the drive current of the laser drive unit input to the fundamental wave
よって、波長変換部１１０の高調波出力１１１、言い換えると、光量検出信号ｄの時間軸上の傾斜を測定すれば、波長変換部１１０の設定温度を補正する符号（高温側に補正するのか、もしくは低温側に補正するのか）と絶対値量（補正する温度量か）を算出することができる。
Therefore, if the
また、図５に示すように、波長変換部１１０の温度が位相整合温度に対し０．５℃以上も変動すると、波長変換部１１０の波長変換効率は、その最大値に対して２０％を割ってしまうため、波長変換部１１０による波長変換動作さえも困難となり、高調波出力１１１を得ることができない場合もある。
Further, as shown in FIG. 5, when the temperature of the
この場合は、基本波光源部１０１の半導体レーザ１０２はＯＦＦ状態にして、通常のペルチェ素子と温度センサ１１６による温度制御に切り換える（図５中の状態Ｄ）。
In this case, the semiconductor laser 102 of the fundamental wave
特にこの状態Ｄでは、半導体レーザ１０２を消灯し、そのことによって、波長変換部１１０内部の光吸収をなくし、波長変換部１１０内部を熱的に安定にする。そうすることによって、速やかに、波長変換部１１０の温度を、位相整合温度近傍（位相整合温度に対し、０．５℃以内）に到達させる。
Particularly in this state D, the semiconductor laser 102 is turned off, thereby eliminating the light absorption in the
その後、基本波光源部１０１の半導体レーザ１０２を発光し（ＯＮ状態にし）、更に、ＡＣＣ制御動作を開始させた状態にて波長変換部１１０の温度を、位相整合温度近傍（位相整合温度に対し、０．２℃以内）に到達させる。
After that, the semiconductor laser 102 of the fundamental
更にその後、ＡＣＣ制御動作からＡＰＣ制御動作に切り替えた状態にて、波長変換部１１０の温度を、レーザ駆動信号ｂの傾斜検出による温度補正を行う。
After that, the temperature of the
図６は、本発明の実施の形態１における温度補正処理の状態遷移図を示すものである。 FIG. 6 shows a state transition diagram of the temperature correction process in the first embodiment of the present invention.
図６に示すように、本実施形態における温度補正処理の状態は、波長変換部１１０の温度によって、以下の３種類の状態Ｐ、Ｃ、Ｄが存在する。
As shown in FIG. 6, the following three types of states P, C, and D exist depending on the temperature of the
波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の２０％より大きく８０％より小さいと判断されると、状態Ｄの制御から、状態Ｃの制御に切り替えられる。
この状態Ｃにおいては、基本波光源部１０１の半導体レーザ１０２を発光し（ＯＮ状態にし）、更に、ＡＣＣ制御状態にて、波長変換部１１０の温度を、光量検出信号ｄの傾斜検出による温度補正を開始する。
When it is determined that the wavelength conversion efficiency of the
In this state C, the semiconductor laser 102 of the fundamental wave
波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の８０％より大きいと判断されると、状態Ｃから、状態Ｐに遷移し、ＡＰＣ制御に切り替えられる。
When it is determined that the wavelength conversion efficiency of the
すなわち波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の８０％以上の状態（波長変換部１１０の温度が、波長変換部１１０の位相整合温度に対し、０．２℃以内にてずれている状態に相当）においては、ＡＰＣ制御状態からＡＰＣ制御状態に切り替え、更に、波長変換部１１０の温度補正も、レーザ駆動信号ｂの傾斜検出による温度補正に切り換える。
That is, the wavelength conversion efficiency of the
以上のようにＡＰＣ、ＡＣＣといったレーザ制御状態と、温度補正処理状態を同期させることによって、光源装置を使用する環境状態や、突発的な外乱等の突発的な要因によって、波長変換部１１０の温度が、設定温度（本実施形態においては位相整合温度）の大きなずれ（たとえば、設定温度に対し３℃）が発生した場合においても、正確かつ迅速に波長変換部１１０の設定温度の補正を行ってＡＰＣ制御に遷移して、安定な波長変換出力を得ることができる。
As described above, by synchronizing the laser control state such as APC and ACC and the temperature correction processing state, the temperature of the
次に、前述の温度補正処理の、具体的な実現手段として位相整合判断部６００の構成、及び動作について詳しく説明する。
Next, the configuration and operation of the phase matching
図７は、このような位相整合判断部６００の構成を詳細に示したブロック図である。レーザ制御部３００より入力された光量検出信号ｄは記録指令部６０１とデータ記録部６０２とＡＰＣ検出部６０３とに入力される。
図７に示すように、位相整合判断部６００には、レーザ制御部３００から出力された光量検出信号ｄと、レーザ駆動信号ｂが入力されている。
FIG. 7 is a block diagram showing in detail the configuration of such a phase matching
As shown in FIG. 7, the light amount detection signal d and the laser drive signal b output from the
位相整合判断部６００は、このｄ、ｂの２つの入力の傾斜を検出することによって、波長変換部１１０の位相整合温度（本実施形態では５０℃）からずれた場合において、温度補正の補正する符号と絶対値量を算出して設定することができる。
The phase
はじめに、記録指令部６０１、データ記録部６０２、ＡＰＣ検出部６０３、処理切り替え判断部６０４による前述の温度補正処理の状態の切り替え制御に関して説明する。
First, switching control of the above-described temperature correction processing state by the
レーザ制御部３００から出力された光量検出信号ｄは、記録指令部６０１とデータ記録部６０２とＡＰＣ検出部６０３に入力されている。
The light amount detection signal d output from the
また、レーザ制御部３００から出力されたレーザ駆動信号ｂも、データ記録部６０２に入力される。
The laser drive signal b output from the
その後、記録指令部６０１は、発光開始から時間Ｔｍ経過時、もしくはＡＰＣ検出部６０３からのＡＰＣ安定信号（ＡＰＣ安定信号に関しては、後述で詳しく説明する）受信時に、記録指令Ｃｍをデータ記録部６０２に出力する。このタイミングでデータ記録部６０２は、光量検出信号ｄ（Ｐｕ）、およびレーザ制御部３００より送られるレーザ駆動信号ｂ（Ｉｕ）を記憶する。
After that, the
次に、記録指令部６０１は、記録指令Ｃｍを出力後、時間Ｔｎ経過後に、記録指令Ｃｎをデータ記録部６０２に出力する。このタイミングで、データ記録部６０２は、光量検出信号ｄ（Ｐｄ）、およびレーザ制御部３００より送られるレーザ駆動電流ｂ（Ｉｄ）をそれぞれ記憶する。
Next, the
なお時間Ｔｍは、波長変換部１１０の光吸収による波長変換効率変化が起きる前で、かつ、ＡＰＣ制御が通常安定できる時間以上が望ましい。本実施形態においては、波長変換部１１０の光吸収による波長変換効率の変化が発光開始から５[ｍｓｅｃ]より後であったこと、更に、ＡＰＣ制御が発光開始から２[ｍｓｅｃ]以内で安定するように設計したことから、好ましい値はＴｍ＝５［ｍｓｅｃ］程度である。
The time Tm is preferably before the wavelength conversion efficiency change due to light absorption of the
また時間Ｔｎは、波長変換部１１０の光吸収による温度上昇が安定する時間に決定することが望ましい。本実施形態においては、発光開始より１５[ｍｓｅｃ]経過までの波長変換部１１０の温度上昇が急激で、以降は温度上昇が緩やかになることから、Ｔｎ＝１５［ｍｓｅｃ］が好ましい。
The time Tn is preferably determined to be a time during which the temperature increase due to light absorption by the
ＡＰＣ検出部６０３は、光量検出信号ｄの有無やそのレベルをモニターし、光量検出信号ｄの有無やそのレベルによって、ＡＰＣ制御がなされているかどうかを判断する。
The
例えば、光量検出信号が目標値に対して±５％以内に入っている場合は、図６中の状態Ｐ（ＡＰＣ制御がかかっている状態）へ遷移と判断し、レーザ制御部３００と処理切り替え判断部６０４に対してＡＰＣ安定信号を伝達する。ＡＰＣ安定信号（＝１）を受信した処理切り替え判断部６０４は、温度補正処理を駆動傾斜処理部６０５によるレーザ駆動信号の傾斜を求めて、温度補正部である設定温度算出部６０７に出力する。逆に光量検出信号が目標値に対して±５％より外れている場合は、図６中の状態Ｃ（ＡＣＣ制御の状態）へ遷移と判断し、レーザ制御部３００と処理切り替え判断部６０４に対しては、ＡＰＣ安定信号を伝達しない（もしくはＡＰＣ安定信号＝０を伝達する）。
ＡＰＣ安定信号を受信できなかった（もしくはＡＰＣ安定信号＝０）を受信した処理切り替え判断部６０４は、温度補正処理を光量傾斜処理部６０６による光量検出信号の傾斜を求めて設定温度算出部６０７に出力する。
For example, when the light amount detection signal is within ± 5% of the target value, it is determined that the state transitions to the state P (a state in which APC control is applied) in FIG. An APC stability signal is transmitted to the
The process switching
さらに光量検出信号ｄが目標値に対して例えば２０％より小さい、あるいは光量検出信号ｄが入力されていないことを検出した場合は、図６中の状態Ｄ（ＡＰＣ制御が不能な状態）と判断し、光量傾斜処理部６０６及び駆動傾斜処理部６０５の処理による設定温度算出を停止し、温度制御部へ設定温度補正なしの指令を出力し、同時にレーザ制御部３００には消灯指令を出力する。そして温度制御部はレーザ制御部３００が制御可能な所定の温度範囲に入ったことを処理切り替え判断部６０４に通知したら、処理切り替え判断部６０４は、レーザを点灯して、上述した光量傾斜検出部、駆動傾斜処理部６０５の処理を再開して、図６中の状態Ｐに向けて、速やかに遷移させていく。
Further, when it is detected that the light amount detection signal d is smaller than 20% of the target value, or the light amount detection signal d is not input, it is determined as the state D in FIG. 6 (APC control is disabled). Then, the set temperature calculation by the processing of the light intensity
なお、上記説明においては、状態を遷移させるためにＡＰＣ制御の判定状態を通知するＡＰＣ安定信号の生成に光量検出信号を用いるような構成を例に説明したが、レーザ駆動信号の大きさを所定レベルと比較し、所定レベル内の駆動信号のときにＡＰＣ安定信号をアクティブして、伝達するように構成しても同等の効果を得ることが可能である。 In the above description, the configuration in which the light amount detection signal is used to generate the APC stable signal for notifying the determination state of the APC control in order to change the state has been described as an example. Even if the APC stabilization signal is activated and transmitted when the drive signal is within a predetermined level as compared with the level, the same effect can be obtained.
次に、駆動傾斜処理部６０５及び光量傾斜処理部６０６の傾斜測定（検出）について説明する。
Next, the inclination measurement (detection) of the drive
駆動傾斜処理部６０５は、ＡＰＣ制御中に温度補正を行う場合にレーザ駆動信号の傾斜の測定をおこなう。すなわち、変換効率が８０％以上ある場合は、ＡＰＣ制御が安定に制御することができ、ＡＰＣ検出部６０３からはＡＰＣ安定信号が切り換え判断部へ送信される。これによって処理切り替え判断部６０４は、駆動傾斜処理部６０５での傾斜判定処理を実行する。
The drive
図８は、本発明の実施の形態１における高調波１１１が出力一定になるようにＡＰＣ制御が行われている場合の温度設定部１１５（ペルチェ素子）の設定温度と、レーザ駆動部１５０へのレーザ駆動信号ｂとの関係を示した特性図を示すものである。縦軸は、レーザ駆動部１５０へのレーザ駆動信号ｂを示し、横軸は温度設定部１１５の設定温度を示す。
FIG. 8 shows the set temperature of the temperature setting unit 115 (Peltier element) when the APC control is performed so that the output of the
また、図９は発光開始からのレーザ駆動信号の波形図の例を示すものである。 FIG. 9 shows an example of a waveform diagram of a laser drive signal from the start of light emission.
例えば、発光開始後に、ＡＰＣ制御が実行されている状態においては、波長変換部１１０の温度が位相整合温度付近（図８中のＭ１、Ｍ２に相当）の場合、波長変換部１１０の波長変換効率がほぼ最大となるので、波長変換部１１０に入力される基本波１０６の光量を保持するように制御される。よって、波長変換部１１０の温度が位相整合温度付近の場合、レーザ駆動信号ｂも変化しない。
For example, in a state in which APC control is executed after the start of light emission, when the temperature of the
波長変換部１１０の温度が位相整合温度からはなれると（図８中のＬ１、Ｌ２及びＨ１、Ｈ２に相当）と、波長変換部１１０の波長変換効率が減少するため、波長変換部１１０に入力される基本波１０６の光量は増加する方向に制御される。このときレーザ駆動信号ｂも増加するように制御される。
When the temperature of the
図８に示すように、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より低いＬ１［℃］にある場合、波長変換素子へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により波長変換素子内部の温度がＬ２［℃］まで上昇する。この素子内部の温度上昇によって、波長変換効率の増加が発生する。ＡＰＣ制御により高調波１１１は一定の出力に制御されているため、レーザ駆動信号ｂの波形は、図９（ａ）に示すように右下がりとなる。
As shown in FIG. 8, when the current temperature of the
また、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より高いＨ１［℃］にある場合、波長変換部１１０へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により波長変換素子内部の温度がＨ２［℃］まで上昇する。この素子内部の温度上昇によって、波長変換効率の減少が発生する。ＡＰＣ制御により高調波１１１は一定の出力に制御されているため、レーザ駆動信号ｂの波形は、図９（ｃ）に示すように右あがりとなる。
Further, when the current temperature of the
また、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度近傍のＭ１[℃］にある場合、波長変換部１１０へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により、波長変換素子内部の温度がＭ２［℃］まで上昇する。この場合、波長変換素子内部の温度は上昇するが、波長変換効率の変化はほとんどない。よって、レーザ駆動信号ｂの変化もほとんどない。そのため、レーザ駆動信号ｂは、図９（ｂ）に示すような平坦な波形になる。
Further, when the current temperature of the
したがって、前述した記録指令Ｃｍ、Ｃｎのタイミングでデータ記録部に駆動信号ｂ、すなわち図９に示すＩｕとＩｄを取り込み記憶することで、レーザ駆動信号の傾斜を測定することができる。この測定した傾斜信号を設定温度算出部６０７において温度制御部への設定温度を補正する。具体的には、Ｉｕ＞Ｉｄのときは加熱（高温側に補正）、Ｉｕ≒Ｉｄのときは補正無し（現在の設定温度の据え置き）、Ｉｕ＜Ｉｄのときは冷却（低温側に補正）となり、その補正量は、ＩｕとＩｄの差分量から決定する。なおＩｕとＩｄの差分に対する設定温度の補正量、駆動傾斜処理部６０５内に、判定テーブルとして保管されており、その判定テーブルを用いて、波長変換部１１０の設定温度の補正量を決定する。
［光量傾斜処理の説明］
次に、光量傾斜処理部６０６の説明をおこなう。
Therefore, the inclination of the laser drive signal can be measured by capturing and storing the drive signal b, that is, Iu and Id shown in FIG. 9, in the data recording unit at the timing of the recording commands Cm and Cn. The set
[Explanation of light intensity gradient processing]
Next, the light amount
光量傾斜処理部６０６は、変換効率が８０％より下がり、ＡＰＣ制御が不安定となる場合には、ＡＰＣ検出部６０３からはＡＰＣ安定信号は受信しない。（あるいはＡＰＣ安定信号＝０を受信する。）これによって処理切り替え判断部６０４は、駆動傾斜処理部６０５から光量傾斜検出部へ処理を移行するとともにＡＰＣ制御をＯＦＦしてＡＣＣ制御へと処理を切り換える。
The light amount
図１０は、温度設定部１１５（ペルチェ素子）の設定温度と、光量検出信号ｄとの関係を示した特性図である。図１０の縦軸は、高調波１１１の光量検出信号ｄを示し、横軸は、温度設定部１１５の設定温度を示す。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the set temperature of the temperature setting unit 115 (Peltier element) and the light quantity detection signal d. The vertical axis of FIG. 10 indicates the light quantity detection signal d of the harmonic 111, and the horizontal axis indicates the set temperature of the
位相整合温度付近では波長変換素子の波長変換効率が最大となるので、高調波１１１の光量検出信号ｄは増減せず、所定のレベルを保持するが、この状態Ｃでは位相整合温度からはなれているので、波長変換部１１０の波長変換効率が減少し、高調波１１１の光量が減少する、すなわち光量検出信号ｄが低下する。
Since the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element becomes maximum near the phase matching temperature, the light quantity detection signal d of the harmonic 111 does not increase or decrease and maintains a predetermined level, but in this state C, it is far from the phase matching temperature. Therefore, the wavelength conversion efficiency of the
例えば図１０に示すように、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より低いL１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がL２［℃］まで上昇する。このとき波長変換素子は素子温度上昇により波長変換効率があがる。これにより図１１（ａ）に示すように、高調波１１１、すなわち光量検出信号ｄは右あがりの波形となる。
For example, as shown in FIG. 10, when the current temperature of the
反対に、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より高いＨ１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がＨ２［℃］まで上昇する。このとき波長変換素子は素子温度上昇による波長変換効率は低下する。よって、図１１（ｂ）に示すように、高調波１１１すなわち光量検出信号ｄは右下がりとなる。また、図１１（ａ）、（ｂ）の状態におけるレーザ駆動信号の状態は、一定であるため、それぞれ、図１１（ｃ）、図（ｄ）となる。
On the contrary, when the current temperature of the
さらに、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度近傍のＭ１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がＭ２［℃］まで上昇する。このとき波長変換部１１０は素子温度上昇後も波長変換効率の変化が無い。よってこの場合、光量検出信号ｄは変化することはなく、ＡＰＣ制御の状態Ｐへ遷移する。
Further, when the current temperature of the
したがって、前述した記録指令Ｃｍ、Ｃｎのタイミングでデータ記録部に光量検出信号ｄ、すなわち図１１に示すＰｕとＰｄを取り込み記憶することで、光量検出信号の傾斜を測定することができる。この測定した傾斜信号を設定温度算出部６０７において温度制御部への設定温度を補正する。具体的には、Ｐｕ＜Ｐｄのときは加熱（高温側に補正）、Ｐｕ≒Ｐｄのときは補正無し（状態Ｐへ遷移）、Ｐｕ＞Ｐｄのときは冷却（低温側に補正）となり、その補正量は、ＰｕとＰｄの差分量から決定する。なおＰｕとＰｄの差分に対する設定温度の補正量、光量傾斜処理部６０６内に、判定テーブルとして保管されており、その判定テーブルを用いて、波長変換部１１０の設定温度の補正量を決定できる。
Therefore, the inclination of the light amount detection signal can be measured by capturing and storing the light amount detection signal d, that is, Pu and Pd shown in FIG. 11, in the data recording unit at the timing of the recording commands Cm and Cn. The set
以上により求められた、駆動傾斜処理部６０５、あるいは光量傾斜処理部６０６からの結果は設定温度算出部６０７に入力され、温度補正方向および温度補正量が算出される。それにより温度制御部４００の設定温度を補正する。
The results obtained from the above are obtained from the drive
また設定温度算出部６０７は、初期時には、設定温度記憶部１６０より温度制御部４００の制御目標すなわち設定温度を取得し、温度制御部４００へ設定温度を通知する。そしてパルス発光が開始されると、駆動傾斜処理部６０５、あるいは光量傾斜処理部６０６からの結果に応じて、温度補正方向が加熱方向のときは、温度補正量に応じた温度を加算し設定温度を補正変更する。補正変更された設定温度は、設定温度記憶部１６０に通知して更新記憶される。温度補正方向が冷却のときも同様である。
In addition, the set
よってパルス発光毎に設定温度補正を繰り返すこととなりパルス発光中は位相整合温度を追従し続けることとなる。 Therefore, the set temperature correction is repeated for each pulse emission, and the phase matching temperature is continuously followed during the pulse emission.
なお、上記においては、パワー制御、温度制御をアナログ信号からＡＤ変換器でデジタル信号に変換して、デジタル制御を行った後、ＤＡ変換器によってアナログ信号に変換して駆動をする構成を例にして記載したが、これに代えて全てをアナログ回路としても実現可能である。 In the above, power control and temperature control are converted from analog signals to digital signals by AD converters, and after digital control, they are converted to analog signals by DA converters and driven. However, instead of this, all can be realized as an analog circuit.
なお上記においては、駆動傾斜処理、あるいは光量傾斜処理において、前記ＩｕとＩｄの差分、あるいは、ＰｕとＰｄの差分より温度補正量と温度補正方向を決定したが、温度補正量は、あらかじめ設定したステップ量に設定しておいてもよい。 In the above, the temperature correction amount and the temperature correction direction are determined based on the difference between Iu and Id or the difference between Pu and Pd in the drive tilt process or the light amount tilt process. The temperature correction amount is set in advance. You may set to step amount.
以上のように本発明の実施の形態１では、レーザ発光時の波長変換部１１０からの高調波の出力の傾斜特性あるいはレーザ駆動信号の傾斜特性、すなわち、波長変換素子の光吸収による内部温度の変化に対する制御応答性に応じて、波長変換部１１０の最適となる温度の温度補正方向と補正量を算出して補正することができるため、間欠的なパルス発光においても、適切な位相整合温度に追従することができる。これにより、光源装置を使用する環境状態や、外乱等の突発的な要因によって、波長変換部１１０の温度が、設定温度（本実施形態においては位相整合温度）の大きなズレが発生した場合においても、正確かつ迅速に波長変換部１１０の設定温度の補正を行うことができる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the inclination characteristic of the harmonic output from the
なお、実施の形態１において、温度補正処理の状態の移行に関して、図６の状態Ｄへの移行は、波長変換部１１０の波長変換効率がその最大値の２０％以下の場合に移行するように設定したが、この状態Ｄへ移行は、ＡＣＣ制御、もしくはＡＰＣ制御が不能となる数値を用いてもよい。たとえば、波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の５％以以下とすればよい。
In the first embodiment, regarding the transition of the temperature correction processing state, the transition to the state D in FIG. 6 is performed when the wavelength conversion efficiency of the
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第１の実施の形態では、位相整合温度が±０．２℃以上変動して、変換効率が８０％以下となり、安定にＡＰＣ制御がかからない場合において、ＡＰＣ制御をＯＦＦしてＡＣＣ制御に切り換えるタイミングで、駆動傾斜検出から光量傾斜検出に切り換える構成について説明したが、ＡＣＣ制御に切り換えず、ＡＰＣ制御を維持したままでも、位相整合温度が大きくずれても、光量検出信号の傾斜の代わりに、レーザ制御部の光量検出信号と目標との差である光誤差出力信号の傾斜を適用して、同様の効果を創出することができる。 In the first embodiment, when the phase matching temperature fluctuates by ± 0.2 ° C. or more, the conversion efficiency becomes 80% or less, and the APC control is not stably performed, the timing when the APC control is turned off and the control is switched to the ACC control. In the above description, the drive inclination detection is switched to the light intensity inclination detection. However, the laser is used instead of the ACC control, the APC control is maintained, and the phase matching temperature is largely shifted instead of the inclination of the light intensity detection signal. A similar effect can be created by applying the gradient of the optical error output signal, which is the difference between the light amount detection signal of the control unit and the target.
この構成、動作を第２の実施の形態として説明する。なお実施の形態１とは光源装置全体のブロック図（図１）の一部や、レーザ制御部のブロック図の一部（図２）、温度制御のブロック図（図３）、位相整合判断部６００のブロック図の一部（図７）は共通であり、主要な構成部品は同等であるので、同じ番号を付しその説明は省略する。 This configuration and operation will be described as a second embodiment. The first embodiment is a part of a block diagram of the entire light source device (FIG. 1), a part of the block diagram of the laser control unit (FIG. 2), a block diagram of temperature control (FIG. 3), and a phase matching determination unit. A part of the block diagram of FIG. 600 (FIG. 7) is common, and the main components are the same, so the same numbers are given and the description thereof is omitted.
第２の実施の形態において、ＡＰＣ制御時において駆動信号にリミッタを設定すると、変換効率が８０％以下に低下すると、目標出力に対する実際の光出力との間に変換効率の低下に応じて感度よく誤差が生じてくる。 In the second embodiment, when a limiter is set for the drive signal during APC control, if the conversion efficiency decreases to 80% or less, the sensitivity increases with the decrease in conversion efficiency between the target output and the actual light output. An error occurs.
ここで図１２は、発明の実施の形態２における光源装置の構成を示すブロック図を示すものである。また図１３は本発明の実施の形態２におけるレーザ制御部３０９の構成を示すブロック図を示すものである。また実施の形態２の温度制御部については実施の形態１の図３と同等の構成である。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the light source device in the second embodiment of the invention. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the
一般的に半導体レーザ１０２は出力できる光量に限界があり、限界を超えた駆動電流が印加されると破壊されてしまう。そのため、レーザ駆動部１５０では、半導体レーザ１０２の駆動限界を超えないように出力できる駆動電流が制限されている。この制限より、基本波光源部１０１から出力される基本波１０６の最大光量が決定される。
In general, the semiconductor laser 102 has a limit in the amount of light that can be output, and is destroyed when a drive current exceeding the limit is applied. Therefore, in the
よって実施の形態２は、図１３に示すようにレーザ制御部３０９中のデジタルフィルタ３０３にリミッタ３１１を設け、レーザ駆動部１５０へ入力される信号を制限できるようにしている。
Therefore, in the second embodiment, a
これにより半導体レーザ１０２の破壊を防止できるので、波長変換部１１０で波長変換ができる高調波出力１１１が出力可能な限りは、ＡＰＣ制御を動作させておく。ＡＰＣ制御を常に動作させておくことで、実施の形態１よりもＡＰＣ制御が安定状態に復帰する時間を短くすることができる。
As a result, the semiconductor laser 102 can be prevented from being destroyed. Therefore, as long as the
また図１３には図２にあるＡＣＣ切り換えのためのスイッチ３１０はなく、代わりにデジタルフィルタの特性を変えて所定量のリミッタかけるために、位相整合判断部６００より、デジタルフィルタ３０３へ指令入力ｃを具備している。
13 does not have the
またレーザ制御部３０９における目標入力と光量検出信号の差動出力である光誤差出力信号は、ゲイン調整部３０２より分岐させ、位相整合判断部６０８へ入力している。
An optical error output signal that is a differential output between the target input and the light amount detection signal in the
図１４は、波長変換部１１０の温度と高調波１１１の光量（波長変換部光出力）との関係を示す特性図である。この特性図上に本実施例で処理される動作区分を示したものである。図１４に示すように位相整合温度付近（状態Ｐ）では、先に述べたように十分な効率が得られ、安定したＡＰＣ制御が可能である。この状態ＰではＡＰＣ制御によって光出力は一定になるように制御されるため、波長変換素子の位相整合温度からの温度変化は、レーザ駆動信号の応答となって現れる。すなわちレーザ駆動信号の変化が温度変化に対応している。よってレーザ駆動信号の時間軸上の傾斜を測定すれば、波長変化素子の温度を補正する方向と量を算出することができる。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the
また位相整合温度が０．２℃以上変動すると、変換効率がＭＡＸに対して８０％を割ってしまうため、前述したように安定なＡＰＣ制御ができないので、レーザや波長変換素子を破壊させないために、リミッタ３１１でレーザ駆動電流の所定の値で制限する。
Further, if the phase matching temperature fluctuates by 0.2 ° C. or more, the conversion efficiency divides 80% of MAX, so that stable APC control cannot be performed as described above, so that the laser and the wavelength conversion element are not destroyed. The
この状態Ｌでは、波長変換効率が下がってもレーザ駆動電流が一定の値で飽和するため、目標出力に対する誤差出力が感度よく変化する。よってこの光誤差出力信号の時間軸上の傾斜を測定すれば、同様に波長変化素子の温度を補正する方向と量を算出することができる。 In this state L, since the laser drive current is saturated at a constant value even if the wavelength conversion efficiency is lowered, the error output with respect to the target output changes with high sensitivity. Therefore, if the inclination of the optical error output signal on the time axis is measured, the direction and amount for correcting the temperature of the wavelength changing element can be calculated in the same manner.
さらに位相整合温度が、０．５℃以上も変動すると、変換効率はＭＡＸに対して２０％を割ってしまうため、波長変換動作さえも困難となり、変換した光出力を得ることができない。この場合は、傾斜による温度補正は停止し、通常のペルチェと温度センサによる所定の設定温度に対して温度制御に処理を切り換える。実施の形態１では、この状態Ｄではレーザも消灯したが、本実施の形態２ではＡＰＣへの復帰を速やかにすることが目的であるため、完全に高調波出力がなくなるまで、状態Ｌと同様に駆動をリミッタしたＡＰＣ制御を維持するほうが好ましい。 Furthermore, if the phase matching temperature fluctuates by 0.5 ° C. or more, the conversion efficiency divides 20% of MAX, so that even the wavelength conversion operation becomes difficult, and a converted light output cannot be obtained. In this case, the temperature correction by the inclination is stopped, and the process is switched to the temperature control with respect to a predetermined set temperature by the normal Peltier and the temperature sensor. In the first embodiment, the laser is also turned off in this state D. However, in this second embodiment, the purpose is to quickly return to the APC, and thus the same as in the state L until the harmonic output completely disappears. It is preferable to maintain the APC control with the drive being limited to a short time.
よって状態Ｄで設定温度に追従して波長変換素子が所定の設定温度に到達し安定したら、速やかに状態Ｌに遷移させ、駆動リミッタを入れた状態で光誤差出力信号の傾斜で位相整合温度に向けて温度補正を行う。さらに位相整合温度に対して±０．２℃の範囲になったことを検出したとき、ＡＰＣ制御のリミッタを解除して、レーザ駆動信号の傾斜検出による温度補正を行う。この温度補正処理の状態遷移図を図１５に示す。 Therefore, when the wavelength conversion element reaches the predetermined set temperature and stabilizes following the set temperature in the state D, the state is quickly shifted to the state L, and the phase matching temperature is reached by the inclination of the optical error output signal with the drive limiter turned on. Correct the temperature. Further, when it is detected that the phase matching temperature is in the range of ± 0.2 ° C., the APC control limiter is canceled and temperature correction is performed by detecting the inclination of the laser drive signal. A state transition diagram of this temperature correction processing is shown in FIG.
図１５に示すように、本実施形態における温度補正処理の状態は、波長変換部１１０の温度によって、以下の３種類の状態Ｐ、Ｌ、Ｄが存在する。
As shown in FIG. 15, the following three types of states P, L, and D exist depending on the temperature of the
波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の２０％より大きく８０％より小さいと判断されると、状態Ｄの制御から、状態Ｌの制御に切り替えられる。
When it is determined that the wavelength conversion efficiency of the
この状態Ｌにおいては、基本波光源部１０１の半導体レーザ１０２を発光し（ＯＮ状態にし）、更に、駆動リミッタを維持したＡＰＣ制御状態にて、波長変換部１１０の温度を、光誤差出力信号aの傾斜検出による温度補正を開始する。
In this state L, the semiconductor laser 102 of the fundamental wave
波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の８０％より大きいと判断されると、状態Ｌから、状態Ｐに遷移する。この状態Ｌでは駆動リミッタを解除してもよいが、実質上動作に駆動信号はリミッタには到達しないのでリミッタを解除しているのと同等である。
When it is determined that the wavelength conversion efficiency of the
また、半導体レーザ１０２を破壊しない定格レベルの第１のリミッタとＡＰＣ制御が安定に動作するマージンレベルの第２のリミッタを２段階設け、それを切り換えてもよい。（なお半導体レーザ１０２を破壊しない定格レベルのリミッタは第１の実施の形態にも入れることは好ましく、ソフトではなくハードウエアで入れるほうが良い）
よって波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の８０％以上の状態（波長変換部１１０の温度が、波長変換部１１０の位相整合温度に対し、０．２℃以内にてずれている状態に相当）においては、同じＡＰＣ制御状態のまま、波長変換部１１０の温度補正も、レーザ駆動信号ｂの傾斜検出による温度補正に切り換えるので、状態遷移のための処理を省略することができ、安定なＡＰＣ制御状態への復帰、移行を速やかにすることができる。
Alternatively, a first limiter having a rated level that does not destroy the semiconductor laser 102 and a second limiter having a margin level at which APC control operates stably may be provided and switched. (It should be noted that a limiter of a rated level that does not destroy the semiconductor laser 102 is also preferably included in the first embodiment, and it is better to use hardware rather than software.)
Therefore, the wavelength conversion efficiency of the
なお、上記光誤差出力信号はゲイン調整部３０２から取得しているが、差動演算後であればよく、ゲイン調整部３０２の手前から分岐させ、位相整合判断部に入力してもよい。また指令入力ｃはコマンドなどでＣＰＵを介して制御してもよい。
The optical error output signal is acquired from the
次に、前述の温度補正処理の、具体的な実現手段として位相整合判断部６０８の構成、及び動作について詳しく説明する。
Next, the configuration and operation of the phase matching
図１６は、このような位相整合判断部６０８の構成を詳細に示したブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing in detail the configuration of such a phase matching
実施の形態１の図７の位相整合判断部６００と同様の部分は同じ番号を付し、その説明を省略する。
The same parts as those of the phase matching
図１６に示すように、位相整合判断部６０８には、レーザ制御部３０９から出力された光量誤差出力信号ａと、レーザ駆動信号ｂが入力されている。
As shown in FIG. 16, the light intensity error output signal a and the laser drive signal b output from the
位相整合判断部６００は、このａ、ｂの２つの入力の傾斜を検出することによって、波長変換部１１０の位相整合温度（本実施形態では５０℃）からずれた場合において、温度補正の補正する符号と絶対値量を算出して設定することができる。
The phase
はじめに、記録指令部６０１、データ記録部６０２、ＡＰＣ検出部６０３、処理切り替え判断部６０９による前述の温度補正処理の状態の切り替え制御に関して説明する。
First, switching control of the above-described temperature correction processing state by the
レーザ制御部３０９から出力された光量誤差出力信号ａは、記録指令部６０１とデータ記録部６０２とＡＰＣ検出部６０３に入力されている。
The light amount error output signal a output from the
また、レーザ制御部３０９から出力されたレーザ駆動信号ｂも、データ記録部６０２に入力される。
In addition, the laser drive signal b output from the
その後、記録指令部６０１は、発光開始から時間Ｔｍ経過時、もしくはＡＰＣ検出部６０３からのＡＰＣ安定信号受信時に、記録指令Ｃｍをデータ記録部６０２に出力する。このタイミングでデータ記録部６０２は、光量誤差出力信号ａ（Ｐｕ）、およびレーザ制御部３０９より送られるレーザ駆動信号ｂ（Ｉｕ）を記憶する。
Thereafter, the
次に、記録指令部６０１は、記録指令Ｃｍを出力後、時間Ｔｎ経過後に、記録指令Ｃｎをデータ記録部６０２に出力する。このタイミングで、データ記録部６０２は、光量誤差出力信号ａ（Ｐｄ）、およびレーザ制御部３０９より送られるレーザ駆動電流ｂ（Ｉｄ）をそれぞれ記憶する。
Next, the
なお時間Ｔｍは、波長変換部１１０の光吸収による波長変換効率変化が起きる前で、かつ、ＡＰＣ制御が通常安定できる時間以上が望ましい。本実施形態においては、波長変換部１１０の光吸収による波長変換効率の変化が発光開始から５[ｍｓｅｃ]より後であったこと、更に、ＡＰＣ制御が発光開始から２[ｍｓｅｃ]以内で安定するように設計したことから、好ましい値はＴｍ＝５［ｍｓｅｃ］程度である。
The time Tm is preferably before the wavelength conversion efficiency change due to light absorption of the
また時間Ｔｎは、波長変換部１１０の光吸収による温度上昇が安定する時間に決定することが望ましい。本実施形態においては、発光開始より１５[ｍｓｅｃ]経過までの波長変換部１１０の温度上昇が急激で、以降は温度上昇が緩やかになることから、Ｔｎ＝１５［ｍｓｅｃ］が好ましい。
The time Tn is preferably determined to be a time during which the temperature increase due to light absorption by the
ＡＰＣ検出部６０３は、光量誤差出力信号ａのレベルをモニターし、ＡＰＣ制御がなされているかどうかを判断する。
The
例えば、光量誤差出力信号が目標値に対して±５％以内に入っている場合は、図１５中の状態Ｐ（ＡＰＣ制御がかかっている状態）へ遷移と判断し、レーザ制御部３０９と処理切り替え判断部６０９に対してＡＰＣ安定信号を伝達する。ＡＰＣ安定信号を受信した処理切り替え判断部６０９は、温度補正処理を駆動傾斜処理部６０５によるレーザ駆動信号の傾斜を求めて、設定温度算出部６０７に出力する。逆に光量誤差出力信号が目標値に対して−５％より外れている場合は、図１５中の状態Ｌへ遷移と判断し、レーザ制御部３０９と処理切り替え判断部６０９に対しては、ＡＰＣ安定信号を伝達しない。
For example, if the light amount error output signal is within ± 5% of the target value, it is determined that the state has shifted to the state P (a state in which APC control is applied) in FIG. An APC stability signal is transmitted to the switching
ＡＰＣ安定信号を受信できなかった処理切り替え判断部６０９は、温度補正処理を光誤差出力傾斜処理部６１０による光量誤差出力信号の傾斜を求めて設定温度算出部６０７に出力する。
The process switching
さらに光量誤差出力信号ａが所定の制御誤差範囲を越えたことを検出した場合は、図１５中の状態Ｄと判断し、光誤差出力傾斜処理部６１０及び駆動傾斜処理部６０５の処理による設定温度算出を停止し、温度制御部４００へ設定温度補正なしの指令を出力する。
Further, when it is detected that the light quantity error output signal a exceeds the predetermined control error range, it is determined as the state D in FIG. 15, and the temperature set by the processing of the light error output
そして温度制御部４００はレーザ制御部３０９から制御可能な所定の温度範囲に入ったことを処理切り替え判断部６０９に通知したら、処理切り替え判断部６０９は、レーザを点灯して、上述した光誤差出力傾斜処理部６１０、駆動傾斜処理部６０５の処理を再開して、図１５中の状態Ｐに向けて、速やかに遷移させていく。
When the
なお、上記説明においては、状態を遷移させるためにＡＰＣ制御の判定状態を通知するＡＰＣ安定信号の生成に光量誤差出力信号を用いるような構成を例に説明したが、レーザ駆動信号の大きさを所定レベルと比較し、所定レベル内の駆動信号のときにＡＰＣ安定信号をアクティブして、伝達するように構成しても同等の効果を得ることが可能である。 In the above description, the configuration in which the light amount error output signal is used to generate the APC stable signal for notifying the determination state of the APC control in order to change the state has been described as an example. Even if the APC stabilization signal is activated and transmitted when the driving signal is within the predetermined level compared to the predetermined level, the same effect can be obtained.
次に、駆動傾斜処理部６０５及び光誤差出力傾斜処理部６１０の傾斜測定（検出）について説明する。
Next, the tilt measurement (detection) of the drive
駆動傾斜処理部６０５は、ＡＰＣ制御が安定な状態、すなわち駆動リミッタに到達しないときに温度補正を行う場合にレーザ駆動信号の傾斜の測定をおこなう。例えば変換効率が８０％以上ある場合は、ＡＰＣ制御が安定に制御することができ、ＡＰＣ検出部６０３からはＡＰＣ安定信号が切り換え判断部へ送信される。これによって処理切り替え判断部６０９は、駆動傾斜処理部６０５での傾斜判定処理を実行する。
The drive
図８は、本発明の実施の形態１における高調波１１１が出力一定になるようにＡＰＣ制御が行われている場合の温度設定部１１５（ペルチェ素子）の設定温度と、レーザ駆動部１５０へのレーザ駆動信号ｂとの関係を示した特性図である。また、図９は発光開始からのレーザ駆動信号の波形図の例を示すものである。この特性図、波形図は第２の実施例も同様であるので、この図８、図９を再び用いて簡単に説明する。
FIG. 8 shows the set temperature of the temperature setting unit 115 (Peltier element) when the APC control is performed so that the output of the
例えば、発光開始後に、ＡＰＣ制御が実行されている状態においては、波長変換部１１０の温度が位相整合温度付近（図８中のＭ１、Ｍ２に相当）の場合、波長変換部１１０の波長変換効率がほぼ最大となるので、波長変換部１１０に入力される基本波１０６の光量を保持するように制御される。よって、波長変換部１１０の温度が位相整合温度付近の場合、レーザ駆動信号ｂも変化しない。
For example, in a state in which APC control is executed after the start of light emission, when the temperature of the
波長変換部１１０の温度が位相整合温度からはなれると（図８中のＬ１、Ｌ２及びＨ１、Ｈ２に相当）と、波長変換部１１０の波長変換効率が減少するため、波長変換部１１０に入力される基本波１０６の光量は増加する方向に制御される。このときレーザ駆動信号ｂも増加するように制御される。
When the temperature of the
図８に示すように、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より低いＬ１［℃］にある場合、波長変換部１１０へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により波長変換素子内部の温度がＬ２［℃］まで上昇する。この波長変換部１１０の温度上昇によって、波長変換効率の増加が発生する。ＡＰＣ制御により高調波１１１は一定の出力に制御されているため、レーザ駆動信号ｂの波形は、図９（ａ）に示すように右下がりとなる。
As shown in FIG. 8, when the current temperature of the
また、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より高いＨ１［℃］にある場合、波長変換部１１０へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により波長変換素子内部の温度がＨ２［℃］まで上昇する。この波長変換部１１０の温度上昇によって、波長変換効率の減少が発生する。ＡＰＣ制御により高調波１１１は一定の出力に制御されているため、レーザ駆動信号ｂの波形は、図９（ｃ）に示すように右あがりとなる。
Further, when the current temperature of the
また、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度近傍のＭ１[℃］にある場合、波長変換素子へ基本波１０６の入力が開始されると、光吸収により、波長変換素子内部の温度がＭ２［℃］まで上昇する。この場合、波長変換部１１０の温度上昇はするが、波長変換効率の変化はほとんどない。よって、レーザ駆動信号ｂの変化もほとんどない。そのため、レーザ駆動信号ｂは、図９（ｂ）に示すような平坦な波形になる。
Further, when the current temperature of the
したがって、前述した記録指令Ｃｍ、Ｃｎのタイミングでデータ記録部に駆動信号ｂ、すなわち図９に示すＩｕとＩｄを取り込み記憶することで、レーザ駆動信号の傾斜を測定することができる。この測定した傾斜信号を設定温度算出部６０７において温度制御部への設定温度を補正する。具体的には、Ｉｕ＞Ｉｄのときは加熱（高温側に補正）、Ｉｕ≒Ｉｄのときは補正無し（現在の設定温度の据え置き）、Ｉｕ＜Ｉｄのときは冷却（低温側に補正）となり、その補正量は、ＩｕとＩｄの差分量から決定する。なおＩｕとＩｄの差分に対する設定温度の補正量、駆動傾斜処理部６０５内に、判定テーブルとして保管されており、その判定テーブルを用いて、波長変換部１１０の設定温度の補正量を決定する。
［光誤差出力傾斜処理の説明］
次に、光量誤差出力信号傾斜処理部６１０の説明をおこなう。
Therefore, the inclination of the laser drive signal can be measured by capturing and storing the drive signal b, that is, Iu and Id shown in FIG. 9, in the data recording unit at the timing of the recording commands Cm and Cn. The set
[Explanation of light error output tilt processing]
Next, the light quantity error output signal
光誤差出力傾斜処理部６１０は、変換効率が８０％より下がった場合には、駆動リミッタがかかり、レーザ駆動部１５０への駆動信号が制限される。
When the conversion efficiency falls below 80%, the optical error output
図１７は、温度設定部１１５（ペルチェ素子）の設定温度と、光量誤差出力信号aとの関係を示した特性図である。図１７の縦軸は、高調波１１１の光量誤差出力信号aを示し、横軸は、温度設定部１１５の設定温度を示す。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the set temperature of the temperature setting unit 115 (Peltier element) and the light quantity error output signal a. The vertical axis in FIG. 17 indicates the light quantity error output signal a of the harmonic 111, and the horizontal axis indicates the set temperature of the
位相整合温度付近では波長変換部１１０の波長変換効率が最大となるので、高調波１１１の光量誤差出力信号aは増減せず、所定のレベルを保持するが、この状態Ｌでは位相整合温度からはなれているので、波長変換部１１０の波長変換効率が減少し、高調波１１１の光量が減少する、すなわち光量誤差出力信号ａが増加する。
In the vicinity of the phase matching temperature, the wavelength conversion efficiency of the
例えば図１７に示すように、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より低いL１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がL２［℃］まで上昇する。このとき波長変換部１１０は素子温度上昇により波長変換効率があがる。これにより図１８（ａ）に示すように、光量誤差出力信号ａは右下がりの波形となる。
For example, as shown in FIG. 17, when the current temperature of the
反対に、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度より高いＨ１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がＨ２［℃］まで上昇する。このとき波長変換部１１０は素子温度上昇による波長変換効率は低下する。よって、図１８（ｂ）に示すように、光量誤差出力信号aは右上がるとなる。また、図１８（ａ）、（ｂ）の状態はＡＰＣ制御で駆動リミットにあたるため、レーザ駆動信号の状態はほぼ一定でとなり、それぞれ、図１８（ｃ）、図（ｄ）となる。
On the contrary, when the current temperature of the
さらに、現在の波長変換部１１０の温度が位相整合温度近傍のＭ１［℃］にある場合、発光を開始すると光吸収により素子温度がＭ２［℃］まで上昇する。このとき波長変換素子は素子温度上昇後も波長変換効率の変化が無い。よってこの場合、光量誤差出力信号aは変化することはなく、ＡＰＣ制御の状態Ｐへ遷移する。
Further, when the current temperature of the
したがって、前述した記録指令Ｃｍ、Ｃｎのタイミングでデータ記録部に光量誤差出力信号a、すなわち図１８に示すＰｕとＰｄを取り込み記憶することで、光量誤差出力信号の傾斜を測定することができる。この測定した傾斜信号を設定温度算出部６０７において温度制御部への設定温度を補正する。具体的には、Ｐｕ＞Ｐｄのときは加熱（高温側に補正）、Ｐｕ≒Ｐｄのときは補正無し（状態Ｐへ遷移）、Ｐｕ＜Ｐｄのときは冷却（低温側に補正）となり、その補正量は、ＰｕとＰｄの差分量から決定する。なおＰｕとＰｄの差分に対する設定温度の補正量、光誤差出力傾斜処理部６１０内に、判定テーブルとして保管されており、その判定テーブルを用いて、波長変換部１１０の設定温度の補正量を決定できる。
Therefore, the inclination of the light quantity error output signal can be measured by capturing and storing the light quantity error output signal a, that is, Pu and Pd shown in FIG. 18, in the data recording unit at the timing of the recording commands Cm and Cn described above. The set
以上により求められた、傾斜信号は設定温度算出部６０７に入力され、温度補正方向および温度補正量が算出される。それにより温度制御部４００の設定温度を補正する。
The inclination signal obtained as described above is input to the set
また設定温度算出部６０７は、初期時には、設定温度記憶部１６０より温度制御部４００の制御目標すなわち設定温度を取得し、温度制御部４００へ設定温度を通知する。そしてパルス発光が開始されると、温度補正方向が加熱方向のときは、温度補正量に応じた温度を加算し設定温度を補正変更する。補正変更された設定温度は、設定温度記憶部１６０に通知して更新記憶される。温度補正方向が冷却のときも同様である。
In addition, the set
よってパルス発光毎に設定温度補正を繰り返すこととなりパルス発光中は位相整合温度を追従し続けることとなる。 Therefore, the set temperature correction is repeated for each pulse emission, and the phase matching temperature is continuously followed during the pulse emission.
なお、上記においては、実施の形態１同様、レーザのパワー制御、温度制御をアナログ信号からＡＤ変換器でデジタル信号に変換して、デジタル制御を行った後、ＤＡ変換器によってアナログ信号に変換して駆動をする構成を例にして記載したが、これに代えて全てをアナログ回路としても実現可能である。 In the above, as in the first embodiment, the laser power control and temperature control are converted from analog signals to digital signals by AD converters, and after digital control, they are converted to analog signals by DA converters. However, instead of this, all can be realized as an analog circuit.
なお上記においては、駆動傾斜処理、あるいは光誤差出力傾斜処理において、前記ＩｕとＩｄの差分、あるいは、ＰｕとＰｄの差分より温度補正量と温度補正方向を決定したが、温度補正量は、あらかじめ設定したステップ量に設定しておいてもよい。 In the above description, the temperature correction amount and the temperature correction direction are determined based on the difference between Iu and Id or the difference between Pu and Pd in the drive tilt process or the light error output tilt process. It may be set to the set step amount.
以上のように本発明の実施の形態２では、常にＡＰＣ制御をＯＮ状態にし、制御誤差である光誤差検出信号の傾斜特性あるいはレーザ駆動信号の傾斜特性、すなわち、波長変換素子の光吸収による内部温度の変化に対する制御応答性に応じて、波長変換部の最適となる温度の温度補正方向と補正量を算出して補正することができるため、間欠的なパルス発光においても、適切な位相整合温度に追従することができる。これにより、光源装置を使用する環境状態や、外乱等の突発的な要因によっても、速やかの安定状態に復帰することが可能である。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the APC control is always turned on, and the tilt characteristic of the optical error detection signal or the tilt characteristic of the laser drive signal that is a control error, that is, the internal by the light absorption of the wavelength conversion element. Depending on the control responsiveness to changes in temperature, it is possible to calculate and correct the temperature correction direction and correction amount of the optimum temperature of the wavelength conversion unit, so that an appropriate phase matching temperature can be obtained even in intermittent pulse emission Can follow. As a result, it is possible to quickly return to a stable state depending on an environmental condition in which the light source device is used or an unexpected factor such as a disturbance.
なお、実施の形態１において、温度補正処理の状態の移行に関して、図１５の状態Ｄへの移行は、波長変換部１１０の波長変換効率がその最大値の２０％以下の場合に移行するように設定したが、この状態Ｄへ移行は、ＡＰＣ制御が不能となる数値を用いることが好ましく。たとえば、波長変換部１１０の波長変換効率が、その最大値の１％以下としても良い。
In the first embodiment, regarding the transition of the temperature correction processing state, the transition to the state D in FIG. 15 is performed when the wavelength conversion efficiency of the
本発明の光源装置は、高調波出力時において波長変換部の設定温度が位相整合温度（最大の波長変換効率となる温度）になるように設定することができるので、常に安定した波形の光出力を得ることができる。このため、パルス波においても、パルス毎に安定した光出力を得ることができるので、眼科用治療装置や精度の必要とされるレーザ加工装置やレーザマーキング装置等の光源装置として有用である。 Since the light source device of the present invention can be set so that the set temperature of the wavelength conversion unit becomes the phase matching temperature (the temperature at which the maximum wavelength conversion efficiency is obtained) during harmonic output, the light output always has a stable waveform. Can be obtained. For this reason, since a stable light output can be obtained for each pulse even in a pulse wave, it is useful as a light source device such as an ophthalmic treatment device, a laser processing device or a laser marking device that requires high accuracy.
１０１ 基本波光源部
１０２ 半導体レーザ
１０３ ファイバ
１０４ 全反射ＦＢＧ
１０５ 一部反射ＦＢＧ
１０６ 基本波
１０７、１０８ 反射ミラー
１０９ 集光レンズ
１１０ 波長変換部
１１１ 高調波
１１２ 再コリメートレンズ
１１３ 高調波出力検出部
１１４ 波長分離ミラー
１１５ 温度設定部
１１６ 温度センサ
１１７ モニタリングフィルタミラー
１１８ ＩＲ吸収体
１５０ レーザ駆動部
３００ レーザ制御部
３０１ 差動演算器
３０２ ゲイン調整部
３０３ デジタルフィルタ
３０４ 比例補償
３０５ 積分補償
３０６ 位相補償
３０７ ＤＡ変換器
３０８ ＡＤ変換器
３０９ レーザ制御部
３１０ スイッチ
４００ 温度制御部
４０１ ＤＡ変換器
４０２ ゲイン調整部
４０３ 差動演算
６００ 位相整合判断部
６０１ 記録指令部
６０２ データ記録部
６０３ ＡＰＣ検出部
６０４ 処理切り替え判断部
６０５ 駆動傾斜処理部
６０６ 光量傾斜処理部
６０７ 設定温度算出部
６０８ 位相整合判断部
６０９ 処理切り替え判断部
６１０ 光誤差出力傾斜処理部
101 Fundamental wave light source 102
105 Partially reflective FBG
106
Claims (10)
前記基本波光源部に所定の電流を入力し、前記基本波光源を駆動するレーザ駆動部と、
前記基本波が入力され、その高調波を出力する波長変換部と、
前記高調波の出力を検出する高調波出力検出部と、
前記波長変換部を加熱冷却する温度設定部と、
前記波長変換部の温度が設定温度となるように温度設定部を制御する温度制御部と、
前記高調波出力検出部で検出した高調波出力が目標値となるように前記レーザ駆動部へ入力する電流を増減するレーザ制御部と、
を備え、
前記レーザ駆動部への入力信号の傾斜を検出する第一の傾斜検出部と、
前記第一の傾斜検出部にて検出された傾斜量に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えたことを特徴とする光源装置。 A fundamental light source unit that outputs a fundamental wave;
A laser driver that inputs a predetermined current to the fundamental light source unit and drives the fundamental light source;
A wavelength converter that receives the fundamental wave and outputs a harmonic thereof;
A harmonic output detector for detecting the output of the harmonic;
A temperature setting unit for heating and cooling the wavelength conversion unit;
A temperature control unit that controls the temperature setting unit such that the temperature of the wavelength conversion unit becomes a set temperature;
A laser control unit that increases or decreases the current input to the laser drive unit so that the harmonic output detected by the harmonic output detection unit becomes a target value;
With
A first tilt detection unit for detecting a tilt of an input signal to the laser driving unit;
A light source device comprising: a temperature correction unit that corrects a set temperature of the temperature control unit based on an inclination amount detected by the first inclination detection unit.
前記レーザ制御部が動作中には、前記第一の傾斜検出部にて検出された第一の傾斜信号に前記レーザ制御部が不動作中には、前記第二の傾斜検出部にて検出された第二の傾斜信号に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。 A second inclination detector that detects an inclination of an output signal of the harmonic output detector; a first inclination detected by the first inclination detector while the laser controller is operating; A temperature correction unit that corrects a set temperature of the temperature control unit based on a second tilt signal detected by the second tilt detection unit when the laser control unit is not operating in response to the signal; The light source device according to claim 1.
前記安定状態検出部で検出した状態によって、前記第一の傾斜信号と第二の傾斜信号とを切り換えて、それぞれ検出された傾斜信号に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えたことを特徴とする請求項２記載の光源装置。 A stable state detection unit for detecting a stable state of the laser control unit;
A temperature correction unit that switches between the first tilt signal and the second tilt signal according to the state detected by the stable state detection unit, and corrects the set temperature of the temperature control unit based on the detected tilt signal. The light source device according to claim 2, further comprising:
前記駆動リミッタ部の制限を越えない状態においては、前記第一の傾斜検出部にて検出された第一の傾斜信号に、
前記駆動リミッタ部の制限を超えた状態においては、前記第三の傾斜検出部にて検出された第三の傾斜信号に基づき、
前記温度制御部の設定温度を補正する、温度補正部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。 A drive limiter for limiting a current input to the laser driver, and a third inclination detector for detecting an inclination of a difference signal between the harmonic output detected by the harmonic output detector and a target value, Prepared,
In a state that does not exceed the limit of the drive limiter unit, the first tilt signal detected by the first tilt detection unit,
In a state exceeding the limit of the drive limiter unit, based on the third tilt signal detected by the third tilt detection unit,
The light source device according to claim 1, further comprising a temperature correction unit that corrects a set temperature of the temperature control unit.
前記安定状態検出部で検出した状態によって、前記第一の傾斜信号と第三の傾斜信号とを切り換えて、それぞれ検出された傾斜信号に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えたことを特徴とする請求項６記載の光源装置。 A stable state detection unit for detecting a stable state of the laser control unit;
A temperature correction unit that switches between the first tilt signal and the third tilt signal according to the state detected by the stable state detection unit, and corrects the set temperature of the temperature control unit based on the detected tilt signal. The light source device according to claim 6, further comprising:
前記安定状態検出部で検出した状態によって、前記第一の傾斜信号と第三の傾斜信号とを切り換えて、その検出された傾斜量に基づき、前記温度制御部の設定温度を補正する温度補正部と、を備えたことを特徴とする請求項７記載の光源装置。 A stable state detection unit for detecting a stable state of the laser control unit based on a signal of the laser driving unit or an output signal of the harmonic output detection unit;
A temperature correction unit that switches between the first tilt signal and the third tilt signal according to the state detected by the stable state detection unit and corrects the set temperature of the temperature control unit based on the detected tilt amount. The light source device according to claim 7, further comprising:
When no signal is output from the harmonic output detection unit or when the amount of light falls below a predetermined light amount, the temperature control unit is operated in a state where the correction operation in the temperature correction unit is stopped. The light source device according to claim 1.
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| JP2010182697A JP2012042631A (en) | 2010-08-18 | 2010-08-18 | Light source device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014182337A (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Ushio Inc | Laser light source apparatus |
| WO2016152348A1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | アルプス電気株式会社 | Image projection device |
-
2010
- 2010-08-18 JP JP2010182697A patent/JP2012042631A/en active Pending
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