JP6635262B2 - レーザ光源装置 - Google Patents

Description

本発明はレーザ光源装置に関する。

半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の波長は、半導体レーザ素子の温度に依存することが知られている。一例として、半導体レーザ素子を有する照明装置において、レーザ光の波長が変化すると、レーザ光の色が変化するという問題がある。そのため、レーザ光の波長の変動を抑制するべく、半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に維持することが求められている。

このような観点から、特許文献１のレーザ光源装置は、半導体レーザ素子を冷却する冷却部を備え、半導体レーザ素子の温度が予め設定された設定温度となるように冷却部を制御する。より具体的には、特許文献１のレーザ光源装置では、半導体レーザ素子の素子温度を測定し、当該素子温度が上記の設定温度よりも高い場合には、冷却部に流す電流値を増大させ、上記の設定温度よりも低い場合には、冷却部に流す電流値を減少させている。

特開２０１１−１０８９３０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、以下のような問題があった。即ち、半導体レーザ素子と冷却部との間にはヒートシンク等の媒体が存在するため、半導体レーザ素子から生じた熱が冷却部へと伝導するまでに時間を要する。そのため、熱の伝導により生じるタイムラグにより、半導体レーザ素子の温度を高精度に制御することができない（より具体的には、半導体レーザ素子の温度が大きく変動してしまう）という問題があった。

ここで、上記のタイムラグの発生を抑制するべく、半導体レーザ素子の温度を測定するのではなく冷却部の温度を測定し、当該冷却部の温度を制御することも考えられる。

しかしながら、本発明者の鋭意研究によれば、冷却部の温度を測定し、当該冷却部の温度を制御した場合、半導体レーザ素子の温度が所望の温度よりも高温または低温の状態で安定するという現象が起こることが分かった。そのため、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる技術の実現が望まれる。

そこで、本発明は、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができるレーザ光源装置の提供を目的とする。

本発明のレーザ光源装置は、
許容下限温度から許容上限温度までの温度において、所定の波長帯のレーザ光を射出する半導体レーザ素子を含んでなる光源部と、
前記光源部に連結された冷却部と、
前記半導体レーザ素子の温度である素子温度を測定する素子温度測定部と、
前記冷却部の温度であって、前記素子温度とは離れた箇所における温度である冷却部温度を測定する冷却部温度測定部と、
前記冷却部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記冷却部温度を設定温度に近付けるように、前記冷却部を制御する構成であり、
前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
前記素子温度が前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げることを特徴とする。

上記構成によれば、制御部は、冷却部温度を設定温度に近付けるように冷却部を制御する。即ち、制御部は、半導体レーザ素子に比べて冷却部に近い場所の温度を制御する構成である。これにより、半導体レーザ素子と冷却部との間にヒートシンク等の媒体が存在する場合に、当該媒体による影響を抑制することができる。即ち、上記構成によれば、半導体レーザ素子の素子温度を測定し、当該素子温度を制御する場合に比べ、高精度な制御を実現できる。

また、上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、半導体レーザ素子の温度に応じて調整される。これにより、冷却部の温度を制御しつつも、半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる。

上記構成において、
前記制御部は、
前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えない場合に、前記設定温度を維持するものとしても構わない。

上記構成において、
前記制御部は、
前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げ、
前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回らない場合に、前記設定温度を維持するものとしても構わない。

上記構成によれば、素子温度が許容上限温度を超えた状態、または、素子温度が許容下限温度を下回った状態が一定時間継続した場合に限り、冷却部温度の設定温度が変更される。これにより、半導体レーザ素子の素子温度の変動が大きい場合であっても、冷却部温度の設定温度を適切に設定できる。

上記構成において、
前記制御部は、前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合において、
前記設定温度が下限値を超えているとき、前記設定温度を引き下げ、
前記設定温度が前記下限値を超えていないとき、前記設定温度を維持するものとしても構わない。

上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、下限値を下回る値に設定されず、下限値以上に設定される。これにより、冷却部温度が極度に低温になることを抑制できるため、冷却部に結露が生じて錆び等の汚れや短絡が生じることを抑制できる。

上記構成において、
前記制御部は、前記素子温度が前記許容下限温度を下回った場合において、
前記設定温度が上限値を下回っているとき、前記設定温度を引き上げ、
前記設定温度が前記上限値を下回っていないとき、前記設定温度を維持するものとしても構わない。

上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、上限値を超えた値に設定されず、上限値以下に設定される。これにより、半導体レーザ素子の素子温度が極度に高温になることを抑制でき、半導体レーザ素子の短寿命化を抑制できる。

上記構成において、
前記制御部は、
前記許容上限温度及び前記許容下限温度を記憶する記憶部と、
前記素子温度測定部により測定された前記素子温度と、前記許容上限温度及び前記許容下限温度のうちの少なくとも一方とを比較して、前記設定温度を決定する設定温度決定部と、
決定された前記設定温度と、前記冷却部温度測定部により測定された前記冷却部温度との差に基づいて、前記冷却部に供給する電流値を決定する電流値決定部と、を有し、
前記冷却部は、前記電流値の電流に応じて前記光源部を冷却するものとしても構わない。

本発明のレーザ光源装置によれば、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる。

実施形態のレーザ光源装置の構成を模式的に示す図である。 実施形態のレーザ光源装置における温度制御処理を示すフローチャートである。 実施形態のレーザ光源装置における設定温度決定処理を示すフローチャートである。 参考例のレーザ光源装置の構成を模式的に示す図である。

本実施形態のレーザ光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

（実施形態）
［構成］
以下、実施形態におけるレーザ光源装置１の構成について図１を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、レーザ光源装置１は、光源部３、ペルチェ素子５、素子温度測定部６、冷却部温度測定部７、制御部８、ヒートシンク１１、及びファン１３を有する。

光源部３は、レーザ光を射出する半導体レーザ素子３１と伝熱部３３とを含む。一例として半導体レーザ素子３１は、その温度が２３〜２５℃であるとき、３８０〜５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する。伝熱部３３は、熱伝導性を有し、半導体レーザ素子３１に連結される。伝熱部３３は、半導体レーザ素子３１から発生する熱をペルチェ素子５に伝導する。なお、伝熱部３３は、ペルチェ素子５へ効率的に熱を伝導できるよう、周知の放熱シートまたは放熱グリス（図示略）を介してペルチェ素子５に連結される。伝熱部３３は、例えばアルミニウム等の金属によって構成される。

ペルチェ素子５は、伝熱部３３に連結される。ペルチェ素子５は、半導体レーザ素子３１から伝熱部３３へと伝導した熱を吸収する吸熱部５１と、吸熱部５１が吸収した熱をヒートシンク１１に放出する放熱部５３と、を含む。吸熱部５１は、伝熱部３３に連結される吸熱面５４を含む。放熱部５３は、ヒートシンク１１へ効率的に熱を放出できるよう、周知の放熱シートまたは放熱グリス（図示略）を介してヒートシンク１１に連結される。

ペルチェ素子５に電流が流れると、吸熱部５１は伝熱部３３から熱を吸収し、放熱部５３は吸熱部５１が吸収した熱をヒートシンク１１に放出する。即ち、吸熱部５１から放熱部５３へと熱が移動する。このように、ペルチェ素子５は、電流が供給されることで光源部３を冷却可能な素子である。なお、ペルチェ素子５に印加する電圧を大きくすると、ペルチェ素子５に供給される電流が大きくなり、吸熱部５１が吸収する熱量も増加する。その結果、吸熱部５１から放熱部５３へと移動する熱量も増加する。なお、ペルチェ素子５が「冷却部」に対応する。

素子温度測定部６は、半導体レーザ素子３１の温度（以下、「素子温度」と呼ぶことがある）を測定する。本実施形態では、素子温度測定部６は、素子温度として伝熱部３３の温度を測定する。伝熱部３３は半導体レーザ素子３１に連結されており、半導体レーザ素子３１の温度と同等の温度である。素子温度測定部６は、サーミスタ、または、熱電対等の周知の温度センサによって構成される。

冷却部温度測定部７は、ペルチェ素子５の温度（以下、「冷却部温度」と呼ぶことがある）を測定する。本実施形態では、冷却部温度測定部７は、冷却部温度として、吸熱部５１における吸熱面５４の温度を測定する。吸熱面５４の温度は、半導体レーザ素子３１の素子温度から離れた温度であり、当該素子温度に連動して変化する。例えば半導体レーザ素子３１の温度が上昇すれば、次第に吸熱面５４の温度も上昇する。また、半導体レーザ素子３１の温度が低下すれば、次第に吸熱面５４の温度も低下する。冷却部温度測定部７は、サーミスタ、または、熱電対等の周知の温度センサによって構成される。

制御部８は、記憶部８１、設定温度決定部８３、及び電流値決定部８５を有する。記憶部８１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、設定温度決定部８３及び電流値決定部８５は、ＣＰＵによって構成される。

記憶部８１は、図１（ｂ）に示すように、許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を記憶する。図１（ｂ）では、一例として、半導体レーザ素子３１が３８０〜５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する場合に、記憶部８１が記憶する許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を示している。

許容上限温度は、半導体レーザ素子３１の温度として許容される最大の温度である。また、許容下限温度は、半導体レーザ素子３１の温度として許容される最小の温度である。半導体レーザ素子３１の温度が、許容下限温度から許容上限温度までの範囲であるとき（即ち、２３〜２５℃）、当該半導体レーザ素子３１の出力波長が所望の範囲（即ち、３８０〜５００ｎｍ）に収まり、レーザ光の色（即ち、青色）が安定する。

設定温度は、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が一致すべき温度である。詳細は後述するが、制御部８は、冷却部温度が設定温度に近付くようにペルチェ素子５を駆動する。

上限値は、設定温度の上限値であり、下限値は、設定温度の下限値である。詳細は後述するが、設定温度は、制御部８により下限値以上かつ上限値以下の値に設定される。また設定温度は、初期状態（即ち、レーザ光源装置１の出荷時の状態）において、下限値以上かつ上限値以下の任意の値（例えば、２２℃）に設定されている。

設定温度決定部８３は、記憶部８１に記憶する設定温度を決定する。具体的には、設定温度決定部８３は、素子温度測定部６から素子温度を取得し、記憶部８１から許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を読み出して、設定温度を更新／維持する。設定温度決定部８３の詳細は後述する。

電流値決定部８５は、ペルチェ素子５に供給する電流値を決定し、ペルチェ素子５に当該電流値の電流を供給する。具体的には、電流値決定部８５は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得し、記憶部８１から設定温度を読み出して、当該冷却部温度と、当該設定温度とに基づき、電流値を決定する。電流値決定部８５の詳細は後述する。

ヒートシンク１１は、図示しないフィンを含み、放熱部５３から放出された熱を当該フィンに伝導する。当該フィンに伝導した熱により当該フィン周辺の暖まった空気は、ファン１３の生成した空気の流れによって大気中に排出される。

［温度制御処理］
続いて、制御部８の処理について図２を参照して説明する。図２は、制御部８の電流値決定部８５が実行する温度制御処理を示すフローチャートである。

電流値決定部８５は、レーザ光源装置１の動作指示がなされると、図２の温度制御処理を開始する。電流値決定部８５は、レーザ光源装置１の停止指示がなされるまで、温度制御処理を繰り返す。

温度制御処理が開始すると、電流値決定部８５は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得する（Ｓ１００）。続いて、電流値決定部８５は、記憶部８１から、後述する図３の処理によって設定された設定温度を読み出す（Ｓ１１３）。続いて、電流値決定部８５は、冷却部温度が設定温度に近付くよう、ペルチェ素子５に供給する電流値を決定する（Ｓ１１５）。具体的には、電流値決定部８５は、冷却部温度が設定温度よりも高い場合、ペルチェ素子５に供給する電流値を増大する。一方、冷却部温度が設定温度よりも低い場合、電流値決定部８５は、ペルチェ素子５に供給する電流値を減少する。また、電流値決定部８５は、冷却部温度と設定温度との差が大きいほど、電流値の増加量／減少量を大きくする。

続いて、電流値決定部８５は、Ｓ１１５で決定された電流値の電流を、ペルチェ素子５に供給し（Ｓ１１７）、Ｓ１００の処理に戻る。

以上のように、電流値決定部８５は、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が設定温度に近付くようにペルチェ素子５を駆動する。

［設定温度決定処理］
続いて、図３を参照して設定温度決定処理について説明する。図３は、制御部８の設定温度決定部８３が実行する設定温度決定処理を示すフローチャートである。

設定温度決定部８３は、レーザ光源装置１の動作指示がなされると、図３の設定温度決定処理を開始する。設定温度決定部８３は、レーザ光源装置１の停止指示がなされるまで、設定温度決定処理を繰り返す。

設定温度決定処理が開始すると、設定温度決定部８３は、記憶部８１から許容上限温度、許容下限温度、上限値、及び下限値を読み出す（Ｓ２００）。続いて、設定温度決定部８３は、素子温度測定部６から素子温度を取得する（Ｓ２０３）。

続いて、設定温度決定部８３は、素子温度が許容上限温度を超えているかを判断する（Ｓ２０５）。素子温度が許容上限温度を超えていると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０７に移行し、素子温度が許容上限温度を超えていないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２２１に移行する。Ｓ２２１については後述する。

設定温度決定部８３は、Ｓ２０７に移行すると、素子温度が許容上限温度を超えている状態が一定時間（例えば、６０秒）継続するかを判断する（Ｓ２０７）。一例として、制御部８は図示しないタイマを含み、設定温度決定部８３は、当該タイマが１秒計測するごとに、素子温度が許容上限温度を超えているかを判断する。タイマが６０秒を計測する前に、素子温度が許容上限温度を下回った場合、設定温度決定部８３は、タイマの計測を終了し、Ｓ２０５の処理に戻る（Ｓ２０７：ＮＯ）。一方、タイマが６０秒を計測するまでの間、素子温度が許容上限温度を超えていた場合、Ｓ２０９に移行する（Ｓ２０７：ＹＥＳ）。なお、タイマが計測する時間は６０秒よりも短くても構わないし（例えば３０秒）、長くても構わない（例えば９０秒）。

設定温度決定部８３は、Ｓ２０９に移行すると、記憶部８１から、前回のフローにおいて設定されていた、又は初期時に設定されていた設定温度を読み出す（Ｓ２０９）。続いて、設定温度決定部８３は、設定温度が下限値を超えているかを判断する（Ｓ２１１）。

設定温度が下限値を超えていると判断された場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、設定温度決定部８３は、設定温度を引き下げ、記憶部８１内の設定温度を更新する（Ｓ２１３）。一例として、設定温度決定部８３は、設定温度を１℃低い温度に変更する。なお、Ｓ２１３において設定温度決定部８３が引き下げる量は、１℃より大きくても構わないし、小さくても構わない。

一方、設定温度が下限値を超えていないと判断された場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、Ｓ２１３を行うことなく、Ｓ２０３の処理に戻る。即ち、設定温度は変更されず、現状の値を維持される。

なお、Ｓ２１１において設定温度が下限値を超えていないと判断される場合（Ｓ２１１：ＮＯ）とは、設定温度が下限値と一致している状態である。

続いて、Ｓ２２１以降の処理について説明する。Ｓ２０５において、素子温度が許容上限温度を超えていないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、素子温度が許容下限温度を下回っているかを判断する（Ｓ２２１）。素子温度が許容下限温度を下回っていると判断された場合（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、Ｓ２２３に移行し、素子温度が許容下限温度を下回っていないと判断された場合（Ｓ２２１：ＮＯ）、Ｓ２０３の処理に戻る。

設定温度決定部８３は、Ｓ２２３に移行すると、素子温度が許容下限温度を下回っている状態が一定時間（例えば、６０秒）継続するかを判断する（Ｓ２２３）。設定温度決定部８３は、上述のＳ２０７の処理と同様に、図示しないタイマを用いてＳ２２３の処理を行う。一例として、タイマが６０秒を計測する前に、素子温度が許容下限温度を超えた場合、Ｓ２２１の処理に戻る（Ｓ２２３：ＮＯ）。一方、タイマが６０秒を計測するまでの間、素子温度が許容下限温度を下回っていた場合、Ｓ２２５に移行する（Ｓ２２３：ＹＥＳ）。

設定温度決定部８３は、Ｓ２２５に移行すると、記憶部８１から設定温度を読み出す（Ｓ２２５）。続いて、設定温度決定部８３は、設定温度が上限値を下回っているかを判断する（Ｓ２２７）。

設定温度が上限値を下回っていると判断された場合（Ｓ２２７：ＹＥＳ）、設定温度決定部８３は、設定温度を引き上げ、記憶部８１内の設定温度を更新する（Ｓ２２９）。一例として、設定温度決定部８３は、設定温度を１℃高い温度に変更する。なお、Ｓ２２９において設定温度決定部８３が引き上げる量は、１℃より大きくても構わないし、小さくても構わない。

一方、設定温度が上限値を下回っていないと判断された場合（Ｓ２２７：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、Ｓ２２９を行うことなく、Ｓ２０３の処理に戻る。即ち、設定温度８１は変更されず、現状の値を維持される。

なお、Ｓ２２７において設定温度が上限値を下回っていないと判断される場合（Ｓ２２７：ＮＯ）とは、設定温度が上限値と一致している状態である。

以上のように、設定温度は、設定温度決定部８３により、半導体レーザ素子３１の素子温度を基に決定される。

（参考例）
続いて、本実施形態のレーザ光源装置１の作用効果を説明するために、参考例のレーザ光源装置の構成、及び参考例のレーザ光源装置において生じた現象について説明する。

「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、半導体レーザ素子３１の温度を測定し、当該半導体レーザ素子３１の温度が所定の温度となるようにペルチェ素子５を駆動する従来の技術では、精度のよい温度制御をすることができない（即ち、半導体レーザ素子３１の温度が大きく変動する）、という問題があった。

そこで、本発明者は、図４に示すような参考例のレーザ光源装置１００を検討した。図４を参照して、参考例のレーザ光源装置１００について説明する。参考例のレーザ光源装置１００は、実施形態のレーザ光源装置１と、素子温度測定部６を備えない点、及び、制御部９の構成で異なり、他の構成は同様である。参考例のレーザ光源装置１００は、ペルチェ素子５の温度（冷却部温度であり、より具体的には吸熱面５４の温度）を測定し、当該ペルチェ素子５の温度が所定の設定温度に近付くように制御する構成である。

制御部９は、記憶部９１及び電流値決定部９３を有する。記憶部９１は、図４（ｂ）に示すように、設定温度（一例として、２２℃）を記憶する。電流値決定部９３は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得し、記憶部９１から設定温度を読み出す。電流値決定部９３は、冷却部温度が設定温度に近付くよう、ペルチェ素子５に電流を供給する。

なお、本発明者は、記憶部９１に記憶する設定温度を次のようにして決定した。即ち、レーザ光源装置１００を光出力１００％（即ち、強度を最大）に設定して動作させ、ペルチェ素子５の設定温度を適宜変更した。そして、半導体レーザ素子３１の温度が所望の範囲（一例として、２３〜２５℃）で安定した設定温度を見付け出し、記憶部９１に記憶させた。一例として、設定温度を２２℃に設定したとき、半導体レーザ素子３１の温度は所望の２３〜２５℃で安定したため、設定温度を２２℃とした。

ここで、本発明者の鋭意研究によれば、参考例のレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の範囲（一例として、２３〜２５℃）よりも高温または低温の状態で安定するという現象が起こることが分かった。以下、具体的に説明する。

参考例のレーザ光源装置１００を光出力１００％に設定して動作させた場合、半導体レーザ素子３１の温度は、所望の２３〜２５℃で安定した。しかし、光出力を１００％から２５％に変更すると、半導体レーザ素子３１の温度は、所望の範囲（即ち、２３〜２５℃）よりも低温となった。この現象は、光出力が２５％まで低下したことにより半導体レーザ素子３１から生じる熱が減少するのにも拘わらず、設定温度は光出力に拘わらず一定値（即ち、２２℃）に設定されているため、半導体レーザ素子３１が過度に冷却されたために起こったものと考えられる。

また、参考例のレーザ光源装置１００を複数個準備し、各装置１００を光出力１００％に設定して動作させたところ、あるレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３〜２５℃よりも高温となった。また、別のレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３〜２５℃よりも低温となった。このように、レーザ光源装置１００によっては、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３〜２５℃よりも高温または低温となった。この現象は、参考例のレーザ光源装置１００による温度制御では、半導体レーザ素子３１の現実の温度が考慮されないために、半導体レーザ素子３１の個体差の影響が強く出たためと考えられる。

（作用効果）
以下、本実施形態のレーザ光源装置１による作用効果について説明する。

本実施形態のレーザ光源装置１によれば、ペルチェ素子５の吸熱面５４の温度が測定され、当該吸熱面５４の温度が制御対象とされる。即ち、制御部８は、半導体レーザ素子３１に比べ、ペルチェ素子５により近い場所における温度を制御対象とする。これにより、伝熱部３３による影響を抑制することができる。即ち、制御部８は、半導体レーザ素子３１の温度を計測して当該半導体レーザ素子３１の温度を制御する従来の技術に比べ、精度の高い温度制御を実現できる。

また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度（即ち、素子温度）に基づき設定温度が決定され（図３参照）、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が当該設定温度に近付くように制御される（図２参照）。即ち、半導体レーザ素子の現実の温度を考慮しつつ、冷却部温度を制御することができる。これにより、冷却部温度を制御しつつも、半導体レーザ素子３１の温度を所望の範囲に安定させることが可能となる。

特に、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度が許容上限温度を超えている場合に（図３のＳ２０５でＹＥＳ）、設定温度が引き下げられる（図３のＳ２１３）。また、半導体レーザ素子３１の温度が許容下限温度を下回っている場合に（図３のＳ２２１でＹＥＳ）、設定温度が引き上げられる（図３のＳ２２９）。即ち、設定温度は、半導体レーザ素子３１の現実の温度を考慮した適切な値に調整される。これにより、レーザ光源装置１の光出力が変更されて半導体レーザ素子３１から生じる熱量が変化した場合でも、半導体レーザ素子３１の温度を所望の範囲に安定させることができる。また、半導体レーザ素子３１の個体差の影響を抑制することができる。

また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、素子温度が許容上限温度を超えた状態、または、素子温度が許容下限温度を下回った状態が一定時間継続した場合に、設定温度が変更される（図３のＳ２０７でＹＥＳ、Ｓ２２３でＹＥＳ）。これにより、半導体レーザ素子３１の温度が安定せずに温度変動が大きい段階で、設定温度が無闇に変更されることを抑制できる。即ち、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度に基づいて設定温度を適切に設定できる。

また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、設定温度は、下限値を下回る値に設定されず、下限値以上に設定される。これにより、冷却部温度が極度に低温になることを抑制できるため、ペルチェ素子５に結露が生じて錆び等の汚れや短絡が生じることを抑制できる。

また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、冷却部温度の設定温度は、上限値を超えた値に設定されず、上限値以下に設定される。これにより、半導体レーザ素子３１の素子温度が極度に高温になることを抑制でき、半導体レーザ素子３１の短寿命化を抑制できる。

（別実施形態）
なお、レーザ光源装置は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の別実施形態に係る構成を任意に選択して、上記の実施形態に係る構成に採用してもよいことは勿論である。

〈１〉本実施形態では、素子温度測定部６は、半導体レーザ素子３１の温度として伝熱部３３の温度を測定したが、半導体レーザ素子３１の温度を直接測定する構成であってもよいし、光源部３のパッケージの内壁の温度を測定する構成であってもよい。より一般的には、半導体レーザ素子３１と同等の温度を有する場所を測定する構成であればよい。

〈２〉本実施形態では、冷却部温度測定部７は、ペルチェ素子５の吸熱部５１における吸熱面５４の温度を測定するが、異なる場所の温度を測定しても構わない。例えば、冷却部温度測定部７は、吸熱部５１を測定してもよいし、伝熱部３３と吸熱部５１との間に金属板を設け、当該金属板の温度を測定してもよい。

〈３〉本実施形態では、レーザ光源装置１は、３８０〜５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１を有すると説明したが、これに限らない。即ち、レーザ光源装置１は、それぞれ異なる波長を有し異なる色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１を有するものとしても構わない。例えば、レーザ光源装置１は、３８０〜５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、５００〜５８０ｎｍの波長を有する緑色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、５８０〜７００ｎｍの波長を有する赤色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、を有するものとしても構わない。この場合、各半導体レーザ素子が同一のペルチェ素子５を共有する構成であっても構わないし、波長の異なる半導体レーザ素子ごとに、異なるペルチェ素子５により冷却される構成であっても構わない。

〈４〉本実施形態では、図３の設定温度決定処理において、Ｓ２０７及びＳ２１１の処理を実行するが、当該処理を実行することなく、素子温度が許容上限温度を超えていると判断された場合に（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、設定温度を引き下げるよう構成してもよい（Ｓ２１３）。同様に、Ｓ２２３及びＳ２２７の処理を実行することなく、素子温度が許容下限温度を下回っていると判断された場合に（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、設定温度を引き上げるよう構成してもよい（Ｓ２２９）。

〈５〉本実施形態では、図３の設定温度決定処理において、設定温度を所定量だけ引き上げる／引き下げるが（Ｓ２１３、Ｓ２２９）、設定温度を段階的に変更してもよい。例えば、素子温度が許容上限温度を超えている状態／素子温度が許容下限温度を下回っている状態が１０秒継続するごとに、設定温度を０．１℃ずつ変更してもよい。また、設定温度を連続的に変更してもよい。

〈６〉また、図３の設定温度決定処理において、Ｓ２０３、Ｓ２０９、及びＳ２２５の処理を行うタイミングはこれに限らない。例えば、Ｓ２０３をＳ２００よりも前に行っても構わない。また、Ｓ２０９は、Ｓ２１１の前であれば何れのタイミングで実行されても構わない。同様に、Ｓ２２５は、Ｓ２２７の前であれば何れのタイミングで実行されても構わない。

１ ： 光源装置
３ ： 制御部
３１ ： 半導体レーザ素子
３３ ： 伝熱部
５ ： ペルチェ素子
６ ： 素子温度測定部
７ ： 冷却部温度測定部
８ ： 制御部
８１ ： 記憶部
８３ ： 設定温度決定部
８５ ： 電流値決定部

Claims (5)

1. 許容下限温度から許容上限温度までの温度において、所定の波長帯のレーザ光を射出する半導体レーザ素子を含んでなる光源部と、
   前記光源部に連結された冷却部と、
   前記半導体レーザ素子の温度である素子温度を測定する素子温度測定部と、
   前記冷却部の温度であって、前記素子温度とは離れた箇所における温度である冷却部温度を測定する冷却部温度測定部と、
   前記冷却部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記冷却部温度を設定温度に近付けるように、前記冷却部を制御する構成であり、
   前記制御部が前記設定温度を引き下げるのは、前記素子温度が前記許容上限温度よりも高い場合であり、
   前記制御部が前記設定温度を引き上げるのは、前記素子温度が前記許容下限温度よりも低い場合であることを特徴とするレーザ光源装置。
2. 前記制御部が前記設定温度を引き下げるのは、前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度よりも高い状態が継続された場合であり、
   前記素子温度が前記許容上限温度よりも高い状態が一定時間継続されない場合には、前記制御部は前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
3. 前記制御部が前記設定温度を引き上げるのは、前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度よりも低い状態が継続された場合であり、
   前記素子温度が前記許容下限温度よりも低い状態が一定時間継続されない場合には、前記制御部は前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
4. 前記制御部は、前記素子温度が前記許容上限温度よりも高い場合において、
   前記設定温度が下限値よりも高いとき、前記設定温度を引き下げ、
   前記設定温度が前記下限値以下であるとき、前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
5. 前記制御部は、
   前記許容上限温度及び前記許容下限温度を記憶する記憶部と、
   前記素子温度測定部により測定された前記素子温度と、前記許容上限温度及び前記許容下限温度のうちの少なくとも一方とを比較して、前記設定温度を決定する設定温度決定部と、
   決定された前記設定温度と、前記冷却部温度測定部により測定された前記冷却部温度との差に基づいて、前記冷却部に供給する電流値を決定する電流値決定部と、を有し、
   前記冷却部は、前記電流値の電流に応じて前記光源部を冷却することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光源装置。

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