JP5127866B2 - ペルチェ素子の駆動装置および駆動方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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