JPH087648Y2

JPH087648Y2 - レーザ光源

Info

Publication number: JPH087648Y2
Application number: JP1988095190U
Authority: JP
Inventors: 朋信松田; 淳関
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2003-07-18
Also published as: JPH0215762U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案はレーザ光源に関し、例えば微粒子計、微少変
位測定装置等のレーザ光源に適用して好適なものであ
る。

〔考案の概要〕

本考案は、レーザ光源において、温度検出部の検出結
果に基づいて、レーザダイオードの加熱又は冷却動作を
停止制御することにより、レーザダイオードの温度暴走
を未然に防止することができる。

〔従来の技術〕従来、集積回路の製造工場、病院等のクリーンルーム
においては、高いクリーン度を維持するため、微粒子計
を用いて空気中に浮遊する微粒子を計測するようになさ
れている。

すなわち第３図に示すように、微粒子計１において
は、例えばクリーンルームから採取した空気２で、所定
の流速で流れる層流を形成する。

さらに、レーザダイオード等を用いてレーザ光源３を
構成し、当該レーザ光源３から射出された光ビームLA1
をレンズ４を介して当該層流に照射する。

このようにすれば、空気２に含まれる微粒子で光ビー
ムLA1が散乱され、その結果得られる散乱光の光量が微
粒子の粒径、個数、微粒子の濃度に比例して変化する。

同様に、層流を透過する光ビームLA1においては、空
気２に含まれる微粒子で遮光され、その透過光量が微粒
子の粒径、個数、微粒子の濃度に比例して変化する。

従つて、光散乱現象を利用した微粒子計においては、
レンズ５を介して散乱光LA2を受光素子６に集光し、当
該散乱光の光量を検出することにより、空気２に含まれ
る微粒子を測定し得るようになされている。

これに対して、光遮断方式の微粒子計においては、光
ビームLA1の透過光量を検出することにより、空気２に
含まれる微粒子を測定し得るようになされている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、この種の微粒子計において、レーザダイオ
ードから照射される光ビームLA1の光量及び波長が変動
すると、透過光量及び散乱光量が変動し、測定精度が劣
化する。

このため、例えば電子冷却素子でなるペルチエ素子を
用いて、測定精度の劣化を防止する方法が考えられてい
る。

すなわち、レーザダイオードの温度を例えばサーミス
タ等の温度センサを用いて検出し、レーザダイオードの
温度が所定値以上に上昇すると、ペルチエ素子を駆動し
てレーザダイオードを冷却し、逆に所定値以下のときレ
ーザダイオードを加熱する。

これにより、レーザダイオードの温度を所定の設定温
度に保持し、レーザダイオードの温度変動による光ビー
ムLA1の光量及び波長の変動を防止する。

ところが、このようにしてレーザダイオードを所定の
設定温度に保持しようとすると、温度センサに異常が発
生した場合及び周囲温度が上昇した場合等において、レ
ーザダイオードの温度が暴走する問題がある。

すなわち、この種の微粒子計においては、振動、衝撃
等により、温度センサ自体が破損する場合、温度センサ
のリード線が断線する場合等、温度センサに異常が発生
する場合がある。

この場合、温度センサとして例えばサーミスタを用い
る場合、サーミスタの端子間抵抗が無限大の状態又は短
絡の状態になることから、あたかもレーザダイオードの
温度が究めて高い温度又は低い温度に変動したような誤
つた検出結果が得られ、冷却又は加熱可能な最大能力で
ペルチエ素子が不必要に駆動される。

その結果、レーザダイオードが加熱される場合におい
ては、レーザダイオードの温度が暴走し、ついには最大
定格温度を越えてレーザダイオードが破損する。

さらに、周囲の温度がペルチエ素子の冷却能力以上に
上昇した場合は、ペルチエ素子において、放熱側で放熱
し得る以上の熱をレーザダイオード側で吸収する結果と
なり、その分放熱側の温度が上昇し、微粒子計全体の温
度が上昇する。

その結果、放熱側の温度が冷却側に伝導して、冷却し
ているにも拘わらずレーザダイオードの温度が上昇し、
ついには最大定格温度を越えてレーザダイオードが破損
する。

本考案は以上の点を考慮してなされたもので、レーザ
ダイオードの温度暴走を未然に防止することができるレ
ーザ光源を提案しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決する本考案においては、レーザダ
イオード11と、レーザダイオード11の温度を検出する温
度検出手段13と、レーザダイオード11を加熱又は冷却す
る加熱冷却手段19と、温度検出手段13の検出出力V1と基
準値V_REFとの差に応じて加熱冷却手段19に対して加熱動
作出力又は冷却動作出力を与えることにより、レーザダ
イオード11の温度を基準値V_REFに対応しかつ加熱冷却手
段19の冷却能力上限温度及び加熱能力下限温度間にある
動作温度に保持する温度保持用閉回路手段32、40と、温
度検出手段13の検出出力11が冷却能力上限温度又は加熱
能力下限温度に対応する値を超えたとき温度保持用閉回
路32、40から加熱冷却手段19への加熱動作出力又は冷却
動作出力の閉回路を開くことにより、加熱冷却手段19の
加熱又は冷却動作を停止させる加熱冷却停止手段50、5
5、62とを設けるようにする。

〔作用〕

レーザダイオード11の温度が加熱冷却手段19の冷却能
力上限温度及び加熱能力下限温度間の動作範囲を超えた
とき、加熱冷却手段19が、レーザダイオード11の温度を
当該動作範囲内に保持するように動作している温度保持
用閉回路32、40を開く。これにより加熱冷却手段19の加
熱又は冷却動作を停止させ、その結果レーザダイオード
11の熱暴走を防止できる。

〔実施例〕

以下図面について、本考案の一実施例を詳述する。

第２図において、10は全体として微粒子計のレーザ光
源を示し、レーザダイオード11が、レーザダイオード取
付け板12の中央部に取り付けられている。

レーザダイオード取付け板12は、円環形状で、熱伝導
率の高い金属で形成されると共に、レーザダイオード11
に近接した凹部12Aに、サーミスタ13が固定されるよう
になされ、これにより当該サーミスタ13の温度が、レー
ザダイオード11の温度と等しい温度に保持されるように
なされている。

さらにレーザダイオード取付け板12は、円筒形状の熱
絶縁ホルダ15の端面に、ねじ14を介して固定するように
なされ、当該熱絶縁ホルダ15が中央部分につばを有する
ねじ16を介して、金属製のホルダ17に同軸形状で固定さ
れるようになされている。

熱絶縁ホルダ15は、熱伝導率の小さい例えば樹脂製で
なり、これによりレーザダイオード11の熱が当該熱絶縁
ホルダ15を介して金属製のホルダ17に伝導しないよう
に、またこれとは逆にホルダ17の熱がレーザダイオード
11に伝導しないようになされている。

金属製のホルダ17は、円筒形状でなり、微粒子計本体
（図示せず）の円筒形状の凹部に差し込んだ後ねじ留め
して取付けることにより、レーザダイオード11が当該金
属製のホルダ17を介して微粒子計本体に固定されるよう
になされている。

ちなみにレーザダイオード取付板12は、ねじ14の直径
に対してそのねじ孔12Bの直径が所定量だけ大きくなる
ようになされ、これによりレーザダイオード11から射出
される光ビームの光軸が微粒子計本体の光軸と一致する
ように熱絶縁ホルダ15に対するレーザダイオード取付板
12の取付位置を微調整し得るようになされている。

さらに金属製のホルダ17は、微粒子計本体に対する差
し込み量を微調整することにより、光ビームの照射対象
から当該レーザダイオード11までの距離を微調整し得る
ようになされている。

これに対して、レーザダイオード11の背面には、ペル
チエ素子19及び放熱板20が設けられ、レーザダイオード
11を加熱又は冷却するようになされている。

すなわち放熱板20は、レーザダイオード11との間にペ
ルチエ素子19を挟んだ状態で、ナツト22で熱絶縁ホルダ
15を貫通するねじ16に固定されるようになされ、これに
よりレーザダイオード11、ペルチエ素子19及び放熱板20
を密着させてレーザダイオード11を効率良く加熱及び冷
却するようになされている。

さらに、放熱板20においては、熱伝導率の小さい例え
ば樹脂製でなる熱絶縁座金21がねじ16及び放熱板20間に
介挿され、これにより放熱板20をねじ16及びナツト22か
ら熱的に絶縁して、放熱板20の熱がねじ16及びナツト22
を介して微粒子計本体又はレーザダイオード11に伝導し
ないように、またこれとは逆に微粒子計本体又はレーザ
ダイオード11の熱が放熱板20に伝導しないようになされ
ている。

これに対して第１図に示すように、ペルチエ素子19
は、温度制御回路30に制御されて、レーザダイオード11
の温度を所定温度に保持するようになされている。

すなわち温度制御回路30においては、定電流源31を用
いてレーザダイオード11と同一温度に保持されたサーミ
スタ13を定電流駆動するようになされ、当該サーミスタ
13の端子電圧V₁を検出することにより、レーザダイオー
ド11の温度を検出し得るようになされている。

かくして、この実施例において、サーミスタ13及び定
電流源31は、レーザダイオード11の温度を検出する温度
検出部を構成する。

これに対して、演算増幅回路32は、帰還抵抗33及び接
地抵抗34と共に差動増幅回路を構成し、サーミスタ13の
端子電圧V₁を、入力抵抗35を介して非反転入力端に受け
ると共に、電源電圧V_CCから可変抵抗36で分圧された基
準電圧V_REFを入力抵抗37を介して反転入力端に受けるよ
うになされている。

従つて、演算増幅回路32を介して、基準電圧V_REFに対
する端子電圧V₁の差分増幅電圧V_ERが得られ、これによ
り基準電圧V_REFで決まる基準温度を基準にして当該基準
温度に対するレーザダイオード11の温度差を検出するよ
うになされている。

演算増幅回路32は、当該差分増幅電圧V_ERを出力抵抗3
8及び切換回路39を介して出力する。

これに対して、演算増幅回路40は、大きな出力電流を
出力し得るようになされた出力増幅用の演算増幅回路で
なり、直列接続された定電圧ダイオード42及び43を帰還
抵抗41と並列に接続して、全体としてリミタを有する反
転増幅回路を構成するようになされている。

さらに、演算増幅回路40は、入力抵抗45を介して切換
回路39から出力される差分増幅電圧V_ERを受け、出力抵
抗48を介してペルチエ素子19を駆動するようになされて
いる。

かくして、基準電圧V_REFで決まる基準温度に対してレ
ーザダイオードの温度が上昇すると、ペルチエ素子19が
冷却素子として駆動されるようになされ、これによりレ
ーザダイオード11の熱がペルチエ素子19で吸熱されて、
その熱が放熱板20から周囲に放熱される。

逆に、基準電圧V_REFで決まる基準温度に対してレーザ
ダイオード11の温度が降下すると、ペルチエ素子19が加
熱素子として駆動されるようになされ、これによりレー
ザダイオード11が加熱されて、その加熱に要する熱が放
熱板20を介して周囲から吸収される。

かくして、ペルチエ素子19、放熱板20、演算増幅回路
32及び40、抵抗33、34、35、36、37、38、41、45、48及
びダイオード42、43は、温度検出部の検出結果でなるサ
ーミスタ13の端子電圧V₁に基づいて、レーザダイオード
11を加熱又は冷却する加熱冷却器を構成する。

これに対して演算増幅回路で構成された比較回路50
は、サーミスタ13の端子電圧V₁を入力抵抗51を介して反
転入力端に受けると共に、電源電圧V_CCから可変抵抗52
で分圧された第１の比較電圧V_REFU（ペルチエ素子19の
冷却能力上限温度に選定されている）を、入力抵抗53を
介して非反転入力端に受けるようになされている。

従つて比較回路50を介して、サーミスタ13の端子電圧
V₁が第１の比較電圧V_REFUよりも高くなると、信号レベ
ルが立ち下がる出力信号が得られ、これにより第１の比
較電圧V_REFUで決まる下限温度を越えてレーザダイオー
ド11の温度が降下した状態、及びサーミスタ13に異常等
が発生して端子電圧V₁が第１の比較電圧V_REFU以上に上
昇した状態を検出することができる。

これとは逆に演算増幅回路で構成された比較回路55
は、サーミスタ13の端子電圧V₁を入力抵抗56を介して非
反転入力端に受けると共に、電源電圧V_CCから可変抵抗5
7で分圧された第２の比較電圧V_REFD（ペルチエ素子19の
加熱能力下限温度に選定されている）を入力抵抗58を介
して反転入力端に受けるようになされている。

従つて比較回路55を介して、サーミスタ13の端子電圧
V₁が第２の比較電圧V_REFDよりも低くなると、信号レベ
ルが立ち下がる出力信号が得られ、これにより第２の比
較電圧V_REFDで決まる上限温度を越えてレーザダイオー
ド11の温度が上昇した状態、及びサーミスタ13に異常等
が発生して端子電圧V₁が第２の比較電圧V_REFD以下に降
下した状態を検出することができる。

比較回路50又は55は、プルアツプ抵抗60及びベース抵
抗61を介してトランジスタ62に出力信号を与える。

トランジスタ62は、コレクタ抵抗63を有し、比較回路
50又は55の出力信号が立ち下がると、オフ状態に切り換
わつてコレクタ出力が立ち上がるようになされている。

切換回路39は、トランジスタ62のコレクタ出力をダイ
オード64に受け、当該コレクタ出力が立ち上がると、演
算増幅回路40の入力を、出力抵抗38から切り離して接地
するようになされている。

かくして、演算増幅回路40においては、入力抵抗45の
入力電圧が、差分増幅電圧V_ERから０レベルに切り換え
られ、これにより比較回路50及び55の検出結果に基づい
て、ペルチエ素子19の駆動が停止制御される。

従つて、第１の比較電圧V_REFUで決まる下限温度を越
えてレーザダイオード11の温度が降下した場合、第２の
比較電圧V_REFDで決まる上限温度を越えてレーザダイオ
ード11の温度が上昇した場合、及びサーミスタ13でなる
温度センサにリード線の断線や破損などの異常が発生し
て電圧V₁が比較電圧V_REFU及びV_REFDを超えた場合には、
ペルチエ素子19の加熱冷却動作を停止させるようにした
ことにより、レーザダイオード11の温度暴走を未然に防
止することができる。

かくして、切換回路39、比較回路50、55、抵抗51、5
2、53、56、57、58、60、61、63及びトランジスタ62
は、温度検出部の検出結果でなるサーミスタ13の端子電
圧V₁に基づいて、加熱冷却器の加熱又は冷却動作を停止
制御する制御回路を構成する。

以上の構成において、サーミスタ13の端子電圧V₁と基
準電圧V_REFの差分増幅電圧V_ERに基づいて、ペルチエ素
子19が駆動され、レーザダイオード11の温度が基準電圧
V_REFで決まる設定温度に保持される。

これに対して、サーミスタ13の端子電圧V₁が第１の比
較電圧V_REFUよりも高くなると、比較回路50の出力電圧
が立ち下がり、これによりトランジスタ62がオフ状態に
切り換わつて、ペルチエ素子19の駆動が停止制御され
る。

これとは逆に、サーミスタ13の端子電圧V₁が第２の比
較電圧V_REFDよりも低くなると、比較回路55の出力電圧
が立ち下がり、これによりトランジスタ62がオフ状態に
切り換わつて、ペルチエ素子19の駆動が停止制御され
る。

かくして、ペルチエ素子19の駆動が停止制御されるこ
とにより、レーザダイオード11の温度暴走が未然に防止
される。

以上の構成によれば、サーミスタ13の端子電圧V₁に基
づいて、レーザダイオード11の温度がペルチエ素子19の
加熱冷却能力を超えた温度になつたときその加熱冷却動
作を停止することにより、レーザダイオード11の温度暴
走を未然に防止することができる。

なお上述の実施例においては、サーミスタ13の端子電
圧V₁に基づいて、ペルチエ素子19の駆動を停止制御する
場合について述べたが、本考案はこれに限らず、演算増
幅回路32から出力される差分増幅電圧V_ERが所定範囲を
越えたとき、ペルチエ素子19の駆動を停止制御するよう
にしてもよい。

さらに上述の実施例においては、本考案を微粒子計の
レーザ光源に適用した場合について述べたが、本考案は
微粒子計のレーザ光源に限らず、微少変位測定装置のレ
ーザ光源、さらには種々の計測装置等のレーザ光源に広
く適用することができる。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、温度検出出力が加熱冷
却手段の冷却能力上限温度及び加熱能力下限温度を超え
たとき、レーザダイオードの加熱又は冷却動作を停止制
御することにより、レーザダイオードの温度暴走による
破損を未然に防止し得るレーザ光源を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例によるレーザ光源の温度制御
回路を示す接続図、第２図はレーザ光源の全体構成を示
す断面図、第３図は微粒子計の動作の説明に供する略線
図である。１……微粒子計、３、10……レーザ光源、11……レーザ
ダイオード、13……サーミスタ、19……ペルチエ素子、
20……放熱板、39……切換回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レーザダイオードと、上記レーザダイオードの温度を検出する温度検出手段
と、上記レーザダイオードを加熱又は冷却する加熱冷却手段
と、上記温度検出手段の検出出力と基準値との差に応じて上
記加熱冷却手段に対して加熱動作出力又は冷却動作出力
を与えることにより、上記レーザダイオードの温度を上
記基準値に対応しかつ上記加熱冷却手段の冷却能力上限
温度及び加熱能力下限温度間にある動作温度に保持する
温度保持用閉回路手段と、上記温度検出手段の検出出力が上記冷却能力上限温度又
は上記加熱能力下限温度に対応する値を超えたとき上記
温度保持用閉回路から上記加熱冷却手段への上記加熱動
作出力又は上記冷却動作出力の閉回路を開くことによ
り、上記加熱冷却手段の加熱又は冷却動作を停止させる
加熱冷却停止手段とを具えることを特徴とするレーザ光源。