JPWO2015111711A1 - 制御方法、制御装置、および光源装置 - Google Patents

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Abstract

制御方法は、複数のグループを構成する複数のＬＤモジュール（１１２）を備えたファイバレーザ（１００）の制御方法であって、ファイバレーザ（１００）が出力するレーザ光の強度を検出する検出工程と、検出工程において検出されたレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、複数のグループのうちの、特定のグループのＬＤモジュール（１１２）の駆動電流を増加させる駆動電流制御工程と、を含む。

Description

本発明は、励起光を出射するための駆動電流を制御する制御方法、制御装置、および光源装置に関する。
従来、レーザダイオード（レーザ光源）から出射された励起光を増幅用光ファイバ内に導入し、当該増幅用光ファイバ内においてレーザ光を増幅させることにより、高出力なレーザ光を生成するファイバレーザが知られている。このようなファイバレーザでは、特に、複数のレーザダイオードから出射された複数の励起光を合波して増幅用光ファイバ内に導入することにより、より高出力なレーザ光を生成することが可能である。このようなファイバレーザから出力された高出力レーザ光は、例えば、レーザ加工等の用途に使用される。
下記特許文献１に記載の方法では、励起光を出射する複数のレーザダイオードを備えたファイバレーザ装置において、各レーザダイオードの駆動電流を個別に制御している。これにより、複数のレーザダイオードの負荷（例えば、レーザダイオードに流れる電流値、レーザダイオード自身または周囲の温度等）を均一化している。この方法によれば、複数のレーザダイオードの負荷を均一化することで、複数のレーザダイオードの発光効率、発熱量等に個体差があっても、これら複数のレーザダイオードの寿命を均一化することができるとされている。
また、下記特許文献２に記載の方法では、複数の励起光源素子を備えたマルチポート光増幅器において、劣化している励起光源素子の駆動電流を減らし、劣化していない励起光源素子の駆動電流を増加させている。これにより、マルチポート光増幅器は、目標の励起光出力を維持するようにしている。この方法によれば、複数の励起光源素子の寿命をできるだけ均一化することができ、マルチポート光増幅器の使用可能期間を最大限長くすることができるとされている。
日本国公開特許公報「特開２０１１−１８７８２５号公報（２０１１年９月２２日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００６−１６５２９８号公報（２００６年６月２２日公開）」
しかしながら、上記特許文献１、２の技術は、複数のレーザ光源の寿命を均一化する故、複数のレーザ光源が同様に劣化する可能性が高い。このため、いずれかのレーザ光源の交換の必要性が生じた場合には、全てのレーザ光源を同時に交換する必要があると考えられる。その理由は、もし、全てのレーザ光源を同時に交換せずに、交換が必要なレーザ光源のみをその都度交換する場合には、交換作業が容易ではないうえ、次々と交換作業が発生する可能性が高く、非常に手間およびコストがかかるからである。
一方、全てのレーザ光源を同時に交換する方法では、実際には交換の必要性が無いレーザ光源まで交換されてしまうことも考えられるため、レーザ光源の利用効率が低下する虞がある。このような問題は、複数のレーザダイオードを備えたＬＤモジュールをレーザ光源として用いた光源装置においても、同様に生じ得る。特に、複数のレーザダイオードを備えたＬＤモジュールにおいては、一部のレーザダイオードのみに故障が発生しているにも関わらず、当該ＬＤモジュール全体を交換しなければならない可能性が高く、レーザダイオードの利用効率がさらに低下する虞がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ光源の交換に係る手間を抑制しつつ、当該レーザ光源の利用効率を高めることが可能な光源装置を実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る制御方法は、複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する光源装置の制御方法であって、前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出工程と、前記検出工程において検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流のみを増加させる駆動電流制御工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、レーザ光源の交換に係る手間を抑制しつつ、当該レーザ光源の利用効率を高めることが可能な光源装置を実現することができる。
本発明の実施形態に係るファイバレーザの構成を示す図である。 本実施形態に係るファイバレーザによる第１の処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係るファイバレーザによる第２の処理の手順を示すフローチャートである。 本実施例に係るファイバレーザ（不具合が発生していない状態）の構成を示す図である。 本実施例に係るファイバレーザ（不具合が発生した状態）の構成を示す図である。 本実施例に係るファイバレーザにおいて、各グループに適用される駆動電流の時間的変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るファイバレーザにおいて、各グループに適用される駆動電流の時間的変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るファイバレーザによる第１の処理の手順を示すフローチャートである。
[実施形態１]
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係るファイバレーザについて説明する。
〔ファイバレーザ１００の構成〕
初めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るファイバレーザ１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るファイバレーザ１００の構成を示す図である。
図１に示すファイバレーザ１００は、複数のＬＤ（Laser Diode）モジュール（レーザ光源）から出射された励起光（レーザ光）による増幅作用によって高出力なレーザ光である出力光を生成し、当該出力光を出力する装置である。図１に示すように、ファイバレーザ１００は、複数のサブユニット１１０を備える。各サブユニット１１０は、複数のＬＤモジュール１１２、複数のＬＤ電源１１４、複数のＬＤドライバ１１５、ポンプコンバイナ１１６、および増幅用ファイバ１１８を備える。なお、増幅用ファイバ１１８はＹＡＧ結晶に置き換えてもよい。すなわち、ファイバレーザをＹＡＧレーザに置き換えてもよい。
図１に示す例では、ファイバレーザ１００は、ｎ個（ｎは１以上の自然数）のサブユニット１１０（サブユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，・・・，１１０ｎ）を備えている。また、図１に示す例では、各サブユニット１１０は、１８個のＬＤモジュール１１２と、３個のＬＤ電源１１４と、３個のＬＤドライバ１１５を備えている。すなわち、各サブユニット１１０においては、６つのＬＤモジュール１１２を、１つのＬＤ電源１１４および１つのＬＤドライバ１１５によって駆動するように構成されている。
各ＬＤモジュール１１２は、複数のレーザダイオードを備えている、いわゆるマルチチップＬＤモジュールである。各レーザダイオードは、上記ＬＤドライバ１１５の制御により、ＬＤ電源１１４から供給された駆動電流によって駆動される。これにより、各レーザダイオードは、供給された駆動電流に応じた強度の励起光を発振する。複数のレーザダイオードから発振された励起光は、ＬＤモジュール１１２内において合波されることによって高出力な励起光となり、ＬＤモジュール１１２から出射される。サブユニット１１０内において、同様に、複数のＬＤモジュール１１２の各々から、高出力な励起光が出射される。
各ＬＤモジュール１１２は、複数のレーザダイオードのうち、いずれかのレーザダイオードが故障した場合であっても、いわゆるショートモードによって、残りのレーザダイオードを駆動することにより、励起光を出力することが可能である。例えば、１０個のレーザダイオードを備えるＬＤモジュール１１２において、１個のレーザダイオードが故障した場合、他の９個のレーザダイオードを駆動することにより、故障前の９／１０の強度の励起光を出力することができる。但し、駆動電流を増加させることにより、故障前の強度の励起光を出力することも可能である。
サブユニット１１０内において、複数のＬＤモジュール１１２から出射された励起光は、光ファイバを通じてポンプコンバイナ１１６へ導入され、当該ポンプコンバイナ１１６によって合波された後、増幅用ファイバ１１８へ導入される。そして、増幅用ファイバ１１８において、上記励起光の増幅作用によって高出力レーザ光が生成され、当該高出力レーザ光が、当該サブユニット１１０から出力される。
例えば、増幅用ファイバ１１８は、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質（例えば、希土類イオン）がコアに添加された光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）である。増幅用ファイバ１１８内に入射された励起光は、増幅用ファイバ１１８内を伝搬する過程において、コアに添加されたレーザ媒質を反転分布状態に遷移させる。そして、この反転分布状態に遷移したレーザ媒質から誘導放出されたレーザ光は、増幅用ファイバ１１８内で共振して再帰的に増幅され、増幅用ファイバ１１８から出射される。
ファイバレーザ１００においては、同様に、複数のサブユニット１１０の各々から、高出力レーザ光が出力される。複数のサブユニット１１０から出力された高出力レーザ光は、さらにコンバイナ等（図示省略）によって合波されることによって、より高出力化な出力光となり、ファイバレーザ１００から出力されることとなる。
（制御回路１２０およびＰＤ１３０）
図１に示すファイバレーザ１００は、さらに、制御回路１２０およびＰＤ（Photo Diode）１３０を備える。制御回路１２０およびＰＤ１３０は、光源装置（複数のサブユニット１１０）を制御する制御装置として機能する。制御回路１２０は、ＬＤモジュール１１２を駆動するための駆動電流を制御する。ＰＤ１３０は、いわゆる光強度モニタであって、ファイバレーザ１００の出力光の強度を検出する。ＰＤ１３０は、通信ケーブル等によって制御回路１２０と接続されており、ＰＤ１３０によって検出された出力光の強度は、制御回路１２０へフィードバックされる。制御回路１２０は、ＰＤ１３０からフィードバックされた出力光の強度に基づいて、当該出力光の強度が予め定められた強度を維持するように、上記駆動電流を制御する。
例えば、いずれかのＬＤモジュール１１２におけるいずれかのレーザダイオードに不具合が生じた場合、そのＬＤモジュール１１２からの励起光の強度の低下に伴い、ファイバレーザ１００の出力光の強度が低下する場合がある。この場合、ＰＤ１３０は、この出力光の強度を検出し、制御回路１２０へフィードバックする。これに応じて、制御回路１２０は、出力光の強度が予め定められた強度となるように、特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を増加させる。上記出力光の強度の低下がさらに生じると、制御回路１２０は、上記特定のグループの属するＬＤモジュール１１２の駆動電流をさらに増加させる。
本書において、「グループ」とは、ファイバレーザ１００において予め規定されている、ＬＤモジュールの駆動電流の制御単位である。各グループは、１または複数のＬＤモジュール１１２を含んで構成され、他のグループから独立して、ＬＤモジュール１１２の駆動電流の制御が可能である。例えば、図１に示すファイバレーザ１００では、サブユニット１１０単位で、グループが設定されている。すなわち、図１に示すファイバレーザ１００では、ｎ個のサブユニット１１０を備えていることに応じて、ｎ個のグループが設定されており、各グループには、１８個のＬＤモジュールが属している。
制御回路１２０は、駆動電流制御部１２２、制御対象切替部１２４、駆動電流初期化部１２６、および、優先順位設定部１２８を備える。制御回路１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されており、ＲＯＭまたはＲＡＭ等に格納されているプログラムをＣＰＵが実行することにより、当該制御回路１２０の各機能が実現される。但し、制御回路１２０の各機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の集積回路によって実現されてもよい。
駆動電流制御部１２２は、ＰＤ１３０によって検出されたファイバレーザ１００の出力光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、上記複数のグループのうちの特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を増加させる。これにより、そのグループに属するＬＤモジュール１１２から出射される励起光の強度が高まり、結果的に、ファイバレーザ１００から出力される出力光の強度が、所定の強度に維持される。
制御対象切替部１２４は、上記特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流が、徐々に増加させられた結果、予め定められた上限閾値に達した場合、駆動電流を増加させる対象とするグループを、上記特定のグループ以外の他のグループに切り替える。特に、制御対象切替部１２４は、予め定められた優先順位の高い順に、駆動電流を増加させる対象とするグループの切り替えを行う。
上記上限閾値としては、例えば、ＬＤモジュールの最大定格電流が挙げられるが、これに限らない。但し、上記上限閾値を、最大定格電流以下に設定することにより、少なくとも、ＬＤモジュールの動作が保障されるために、ＬＤモジュールが交換されるまでの間も、当該ＬＤモジュールを継続して使用することが可能となる。
駆動電流初期化部１２６は、上記特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流が上記上限閾値に達した後、当該特定のグループの少なくとも一部の構成部品が交換された場合、当該特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を、初期値に戻す。優先順位設定部１２８は、少なくとも一部の構成部品が交換された上記特定のグループの、駆動電流を増加させる対象として選択される際の優先順位を最下位に設定する。
例えば、図１に示すファイバレーザ１００は、サブユニット１１０単位でグループが設定されているから、サブユニット１１０単位で部品交換がなされることとなる。そして、このような交換がなされた場合、駆動電流初期化部１２６は、当該交換がなされたサブユニット１１０の駆動電流を初期値に戻し、優先順位設定部１２８は、当該交換がなされたサブユニット１１０の優先順位を最下位に設定する。
各サブユニット１１０は、複数の構成部品（複数のＬＤモジュール１１２を含む）が一体的となっている。このため、本実施形態のファイバレーザ１００は、サブユニット１１０を交換することにより、当該サブユニット１１０を構成する全ての構成部品を一括して交換することが可能となっている。但し、サブユニット１１０において、部品単位で交換が可能な場合は、必要な部品のみ（例えば、ＬＤモジュール１１２等、劣化が生じる部品のみ）を交換してもよい。
制御回路１２０は、例えば、作業担当者による手動入力によって上記交換を認識してもよく、サブユニット１１０と相互通信を行うことにより上記交換を自動的に認識してもよい。後者の場合、制御回路１２０は、例えば、ＬＤモジュールのＩＤ、サブユニットのＩＤ等が変更されたことをもって、上記交換を自動的認識することが可能である。
〔第１の処理の手順〕
図２は、本実施形態に係るファイバレーザ１００による第１の処理の手順を示すフローチャートである。第１の処理とは、ファイバレーザ１００の出力光の強度の低下を補正するために、当該ファイバレーザ１００が行う処理である。
（検出工程）
制御回路１２０は、予め、駆動電流の制御対象とするサブユニット１１０の番号を示す変数Ｎに「１」を設定しておく（ステップＳ２０２）。そして、ファイバレーザ１００において、いずれかのＬＤモジュール１１２に不具合が生じると（ステップＳ２０４）、これに応じて、当該ファイバレーザ１００の出力光の強度が低下する（ステップＳ２０６）。ＰＤ１３０は、この出力光の強度の低下を検出する（ステップＳ２０８）。
（駆動電流制御工程）
制御回路１２０（駆動電流制御部１２２）は、ＰＤ１３０によって検出された上記出力光の強度の低下に応じて、上記出力光の強度が所定の強度となるように、Ｎ番目のサブユニット１１０（すなわち、Ｎ番目のグループ）に属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を増加させる（ステップＳ２１０）。そして、制御回路１２０は、Ｎ番目のサブユニット１１０に属するＬＤモジュール１１２の駆動電流が、最大定格電流に達したか否かを判断する（ステップＳ２１２）。
（切り替え工程）
ステップＳ２１２において、「最大定格電流に達した」と判断した場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、制御回路１２０（制御対象切替部１２４）は、上記変数Ｎに、「１」を追加する（ステップＳ２１４）。すなわち、制御回路１２０（制御対象切替部１２４）は、駆動電流の制御対象とするサブユニット１１０を、Ｎ＋１番目のサブユニット１１０（すなわち、Ｎ＋１番目のグループ）に切り替える。そして、ファイバレーザ１００は、ステップＳ２０４に処理を戻す。
一方、ステップＳ２１２において、「最大定格電流に達していない」と判断した場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、ファイバレーザ１００は、上記変数Ｎを変更することなく、ステップＳ２０４に処理を戻す。すなわち、制御回路１２０は、「最大定格電流に達した」と判断されるまで、駆動電流の制御対象とするサブユニット１１０を切り替えない。
〔第２の処理の手順〕
図３は、本実施形態に係るファイバレーザ１００による第２の処理の手順を示すフローチャートである。第２の処理とは、サブユニット１１０の交換に伴い、ファイバレーザ１００が行う処理である。第２の処理において、部品交換の対象のサブユニット１１０（Ｍ番目のサブユニット）は、例えば、上記第１の処理（図２に参照）によって駆動電流が最大定格電流に達したサブユニット１１０である。例えば、上記第１の処理において、最初に駆動電流が最大定格電流に達するのは、１番目のサブユニット１１０である。したがって、最初に部品交換の対象のサブユニット１１０となり得るのは、１番目のサブユニット１１０である。
（駆動電流初期化工程）
まず、ファイバレーザ１００において、Ｍ番目のサブユニット１１０が交換される（ステップＳ３０２）と、制御回路１２０（駆動電流初期化部１２６）は、Ｍ番目のサブユニット１１０に属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を初期値に戻す（ステップＳ３０４）。
（優先順位設定工程）
そして、制御回路１２０（優先順位設定部１２８）は、Ｍ番目のサブユニット１１０の優先順位を最下位に設定する。これにより、Ｍ番目のサブユニット１１０は、以降の図２に示す処理において、他のサブユニット１１０よりも後に、駆動電流を増加させる対象として選択されるようになる。
〔実施例〕
以下、図４〜図６を参照して、上述のファイバレーザ１００の実施例について説明する。図４は、本実施例に係るファイバレーザ１００Ａ（不具合が発生していない状態）の構成を示すブロック図である。図５は、本実施例に係るファイバレーザ１００Ａ（不具合が発生した状態）の構成を示すブロック図である。図６は、本実施例に係るファイバレーザ１００Ａにおいて、各グループに適用される駆動電流の時間的変化を示すグラフである。
本実施例のファイバレーザ１００Ａは、上述のファイバレーザ１００（図１参照）の一部の構成（特に、グループの単位）を変更したものである。ファイバレーザ１００Ａが備える各構成部の機能は、上述のファイバレーザ１００と同様である。
図４に示すように、本実施例のファイバレーザ１００Ａは、１８個のＬＤモジュール１１２を備えている。この１８個のＬＤモジュール１１２は、６個のＬＤモジュール１１２単位でグループ化されており、よって、３つのグループ（グループＡ、グループＢ、グループＣ）を構成する。
また、本実施例のファイバレーザ１００Ａにおいては、上記３つのグループの各々に対し、１つのＬＤ電源１１４と、１つのＬＤドライバ１１５とが設けられている。これにより、上記３つのグループの各々は、他のグループから独立して、当該グループに属するＬＤモジュール１１２を制御することが可能となっている。
上記１８個のＬＤモジュール１１２から出射された励起光は、ポンプコンバイナ１１６によって合波され、さらに増幅用ファイバ１１８に導入される。これにより、増幅用ファイバ１１８においては、上記励起光による増幅作用によって、高出力レーザ光が生成される。この高出力レーザ光の強度は、ＰＤ１３０によって検出され、制御回路１２０にフィードバックされる。
（正常時）
本実施例のファイバレーザ１００Ａは、いずれのＬＤモジュール１１２にも不具合が生じていない場合、駆動電流Ｉ０（初期電流：８Ａ）で各ＬＤモジュール１１２を駆動することにより、所定の強度（１ＫＷ）の出力光が得られるように構成されている。したがって、制御回路１２０は、ＰＤ１３０によって検出された上記出力光の強度が所定の強度である間は、図４に示すように、駆動電流Ｉ０（初期電流：８Ａ）で各ＬＤモジュール１１２を駆動するように、各ＬＤドライバ１１５に対して指示する。
（不具合発生時）
一方、本実施例のファイバレーザ１００Ａは、いずれかのＬＤモジュール１１２に不具合が発生し、上記出力光の強度が低下した場合、特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を増加させて、当該特定のグループの励起光の強度を高めることにより、出力光の強度を所定の強度（１ＫＷ）に維持する。例えば、図５に示す例では、グループＡが特定のグループとして設定されており、グループＢのＬＤモジュール１１２（ＬＤ３Ｂ）に不具合が生じたことに応じて、グループＡの駆動電流が、駆動電流Ｉ０＋Ｉに増加させられている。これにより、ファイバレーザ１００Ａにおいて、出力光の強度は、所定の強度（１ＫＷ）に維持されている。このとき、制御回路１２０は、駆動電流の増加量Ｉを、出力光の強度の低下分から算出してもよく、または、出力光の強度をモニタしながら徐々に増加させてもよい。なお、グループＢ、Ｃの駆動電流は、駆動電流Ｉ０のままである。
（最大定格電流到達時）
そして、図６に示すように、本実施例の制御回路１２０は、出力光の強度が低下した場合、グループＡの駆動電流が最大定格電流（１５Ａ）に達するまでは、当該グループＡの駆動電流を増加させる。さらに、制御回路１２０は、グループＡの駆動電流が最大定格電流に達した場合（図中タイミングＴ１）、駆動電流の制御対象を、グループＢに切り替える。以降、制御回路１２０は、出力光の強度が低下した場合、グループＢの駆動電流を増加させる。このように、本実施例の制御回路１２０は、駆動電流を増加させる対象のグループの駆動電流が最大定格電流に達するごとに、駆動電流を増加させる対象のグループを、順次切り替えてゆく。
以上説明したとおり、本実施形態のファイバレーザ１００は、その出力光の強度が低下する毎に、特定のサブユニット１１０の駆動電流を増加させる。このため、本実施形態のファイバレーザ１００は、所定の強度の出力光を安定的に出力することができるだけでなく、駆動電流を増加させることによって生じるリスク（例えば、劣化の進行度が早まる、故障発生率が高まる、等）を、特定のサブユニット１１０に集中させることができる。
これにより、本実施形態のファイバレーザ１００は、部品交換の必要性を特定のグループに集中させることができ、したがって、グループ単位で部品交換を行えばよく、当該部品交換に係る手間およびコストを抑制することができる。また、上記特定のグループ以外の他のグループについては、上記リスクが生じないために、構成部品の長寿命化が可能であり、したがって、部品交換の頻度を減らすことができる。さらに、選択的に部品交換を実施する際においても、作業担当者は、どのグループの部品を交換すればよいかを予め把握しておくことができるため、交換が不要なグループの部品を検査したり分解したりする必要はない。したがって、交換作業自体に係る負荷を減らすことが可能となる。
また、本実施形態のファイバレーザ１００は、特定のグループの駆動電流が最大定格電流に達した場合、駆動電流を増加させる対象とするグループを、他のグループ（駆動電流が最大定格電流に達していないグループのいずれか）に切り替える。このような制御により、駆動電流が増加させられたグループであっても、その駆動電流が最大定格電流を超えることは無いため、当該グループが交換されるまでの間、比較的安定的に動作し続けることができる。
[実施形態２]
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。
〔ファイバレーザ１０１の構成〕
図１に示すように、本実施形態に係るファイバレーザ１０１は、前述のファイバレーザ１００と同様の構成を有する。
（制御回路１２０）
ファイバレーザ１０１の制御回路１２０の駆動電流制御部１２２は、ファイバレーザ１００の場合と同様、ＰＤ１３０からフィードバックされた出力光の強度に基づいて、当該出力光の強度が予め定められた強度を維持するように、特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流を増加させる。また、本実施形態におけるファイバレーザ１０１は、特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流が、他のグループのＬＤモジュールの駆動電流よりも高く設定されている。
制御対象切替部１２４は、上記特定のグループに属するＬＤモジュール１１２の駆動電流が、予め定められた上限閾値に達した場合、駆動電流を増加させる対象とするグループを、予め定められた優先順位に従って、特定のグループから特定のグループ以外の他のグループに切り替える。
駆動電流初期化部１２６および優先順位設定部１２８の動作は、ファイバレーザ１００の場合と同様である。
〔第１の処理の手順〕
図７は、本実施形態に係るファイバレーザ１０１において、各グループに適用される駆動電流の時間的変化を示すグラフである。図８は、本実施形態に係るファイバレーザ１０１による第１の処理の手順を示すフローチャートである。
（検出工程、駆動電流制御工程、切り替え工程）
ステップＳ２０２〜Ｓ２０８までの処理は、図２に示したファイバレーザ１００の場合と同様である。
ステップＳ２０８において、制御部１２０では、ＰＤ１３０の検出結果から、出力光の強度が所定の強度から低下したと判断すると、駆動電流制御部１２２が次の処理を行う。すなわち、駆動電流制御部１２２は、Ｎ＝１である場合（ステップＳ２２１）、１番目のサブユニット（グループ１、特定のグループ）１１０に対して、出力光の強度が所定の強度となるように、駆動電流を増加させる（ステップＳ２１０）。駆動電流制御部１２２は、以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０８、Ｓ２２１および２１０の処理を、１番目のサブユニット１１０の駆動電流が最大定格電流に達するまで繰り返す（ステップＳ２１２）。
その後、ステップＳ２１２において、１番目のサブユニット１１０の駆動電流が最大定格電流に達すると、制御対象切替部１２４は、駆動電流の制御対象を所定の２番目のサブユニット（グループ２、他のグループ）１１０に切り替え（ステップＳ２１４）、ステップＳ２０４に処理を戻す。
この場合、尚も出力光の強度が所定の強度から低下している状態であれば（ステップＳ２０２〜Ｓ２０８）、ステップＳ２２１においてＮ＝２（Ｎ＞１）であるので、２番目のサブユニット（グループ２、他のグループ）１１０の駆動電流を増加させ、かつ２番目以外のサブユニット（グループ３）１１０の駆動電流を減少させる（ステップＳ２２２）。ただし、駆動電流を減少させるサブユニット１１０は、駆動電流が最大定格電流に達しているサブユニット１１０（この場合は１番目のサブユニット１１０）を除いたサブユニット１１０である。
この場合には、図７に示すように、駆動電流の制御対象サブユニット１１０の切り替え後のグループ２のサブユニット１１０の駆動電流の初期値を、切り替え前のグループ２のサブユニット１１０の駆動電流の最終値に対して、段差を有した高い値に設定する。また、これと同時に、駆動電流の制御対象サブユニット１１０の切り替え後のグループ３のサブユニット１１０の駆動電流の初期値を、切り替え前のグループ３のサブユニット１１０の駆動電流の最終値に対して、段差を有した低い値に設定する。その後、同様にして、ステップＳ２１２以降の処理を繰り返す。
〔第２の処理の手順〕
ファイバレーザ１０１における第２の処理の手順は、ファイバレーザ１００の場合（図３）と同様である。
〔実施例〕
前述の実施例の図４〜図５に示した構成は、ファイバレーザ１０１にも同様に適用可能である。
（正常時）
本実施例のファイバレーザ１０１は、いずれのＬＤモジュール１１２にも不具合が生じていない場合、所定の強度（例えば１ＫＷ）の出力光が得られるように、各ＬＤモジュール１１２の駆動電流が構成されている。ここでは、グループ１〜３のＬＤモジュール１１２の平均電流Ｉａｖｅに対して、グループ１（特定のグループ）のＬＤモジュール１１２の初期値は、平均電流Ｉａｖｅよりも高い値に設定され、グループ２，３（他のグループ）のＬＤモジュール１１２は、平均電流Ｉａｖｅよりも低い値に設定されている。
（不具合発生時）
ファイバレーザ１０１では、いずれかのＬＤモジュール１１２に不具合が発生し、出力光の強度が低下した場合、各ＬＤモジュール１１２に対して前述の制御が行われ、出力光の強度を所定の強度（例えば１ＫＷ）に維持するようになっている。
以上のように、本実施形態のファイバレーザ１０１は、ファイバレーザ１００と同様、出力光の強度が低下した場合に、特定のサブユニット１１０のみの駆動電流を増加させている。これにより、ファイバレーザ１０１は、所定の強度の出力光を安定的に出力し、かつ駆動電流を増加させることによって生じるリスク（例えば、劣化の進行度が早まる、故障発生率が高まる、等）を、特定のサブユニット１１０に集中させることができる。
また、特定のサブユニット１１０の駆動電流が最大定格電流に達した場合には、駆動電流を増加させる対象のサブユニット１１０を、１番目のサブユニットから２番目のサブユニットに切り替え、かつ２番目以外のかつ駆動電流が最大定格電流に達していないサブユニット１１０の駆動電流を減少させている。この場合には、駆動電流の制御対象サブユニット１１０の切り替え後のグループ２のサブユニット１１０の駆動電流の初期値を、切り替え前のグループ２のサブユニット１１０の駆動電流の最終値に対して、段差を有した高い値に設定している。また、これと同時に、駆動電流の制御対象サブユニット１１０の切り替え後のグループ３のサブユニット１１０の駆動電流の初期値を、切り替え前のグループ３のサブユニット１１０の駆動電流の最終値に対して、段差を有した低い値に設定している。
これにより、駆動電流を増加させる対象が特定のサブユニット１１０から他のサブユニット１１０に切り替えられた場合に、特定のサブユニット１１０と同様、駆動電流を増加させることによって生じるリスクを、切り替え先の他のサブユニット１１０に集中させ、部品交換の必要性をそのグループに集中させることができる。
さらに、ファイバレーザ１０１では、図７に示したように、駆動電流の増加対象の１番目のサブユニット１１０の駆動電流の初期値は、増加対象ではない他のサブユニット１１０の駆動電流の初期値よりも高く設定される。これにより、駆動電流を増加させることによって生じるリスク（部品交換の必要性が生じるリスク）を、さらに確実に１番目のサブユニット（特定のグループ）１１０に集中させることができる。
なお、図７では、上記構成をファイバレーザ１０１に適用した例について示しているが、上記構成は、ファイバレーザ１０１において必須ではない。また、上記構成は、先のファイバレーザ１００においても適用可能である。
また、以上のファイバレーザ１００，１０１では、初期は定格電流にてサブユニット（グループ）１１０を駆動し、いずれかのサブユニット１１０にて一定以上の故障が検知された場合に、前述の第１の処理を行うようにしてもよい。例えば、各サブユニット１１０全体の駆動電流を上げている途中にて、上記故障が検知された場合に、前述の第１の処理を行う構成としてもよい。
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
（グループの単位について）
実施形態では、サブユニットをグループの単位としたが、これに限らない。グループは、少なくとも、１または複数のＬＤモジュールを備えており、且つ、他のグループから独立してＬＤモジュールの駆動電流を制御できる構成であればよい。例えば、実施例で例示したように、サブユニット内に複数のＬＤドライバが設けられている場合、ＬＤドライバ単位で、サブユニット内に複数のグループを設定してもよい。但し、グループの単位は、実施形態で例示したように、複数のＬＤモジュールを一体的に交換することが可能な単位であることが、より好ましい。また、実施形態では、サブユニットには、ＬＤ電源、ＬＤドライバ、ポンプコンバイナ、増幅用ファイバが含まれているが、サブユニットは、少なくともいずれかが含まれていない構成であってもよい。例えば、サブユニットは、ＬＤ電源、ＬＤドライバ、ＬＤモジュールを備えており、且つ、ポンプコンバイナ、増幅用ファイバを備えていない構成であってもよい。
（レーザ光の強度の検出位置および検出方法について）
実施形態では、ファイバレーザの出力光（レーザ光源から出射されたレーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光）の強度を検出することとしたが、強度の検出対象とするレーザ光は、これに限らない。例えば、ポンプコンバイナによって増幅される前の励起光の強度、他のレーザ光と合波される前のレーザ光の強度等を検出してもよい。ファイバレーザの出力光の強度は、当該出力光が生成されるまでの間のいずれかのレーザ光（励起光を含む）の強度に依存するため、これらいずれかのレーザ光の強度を検出することは、ファイバレーザの出力光の強度を検出することと同義である。
また、他の方法として、ファイバレーザの外部（ファイバレーザの出力先）から、ファイバレーザの出力光の強度の低下が通知されてもよい。例えば、上記出力光の出力先において、当該出力光の強度低下をＰＤ等の検出手段によって検出した場合、当該検出手段と制御回路１２０との通信を介して、当該強度低下が制御回路１２０に通知されてもよい。なお、ファイバレーザの出力光の強度の検出方法は、ＰＤによるものに限らない。例えば、レーザビームの強度の低下をユーザが認識した場合（例えば、ディスプレイ等に表示されたレーザビームの強度を示す値に基づいて当該強度の低下を認識した場合、レーザ加工などにおいて能力の低下を認識した場合、等）、当該ユーザによる端末入力等を介して、当該強度の低下が制御回路１２０に通知されてもよい。
（レーザ光源について）
実施形態では、レーザ光源の一例として、複数のレーザダイオードを備えたＬＤモジュールを用いた。これに限らず、例えば、レーザ光源として、単一のレーザダイオードを備えたＬＤモジュールであってもよいし、モジュール化されていないレーザダイオード(例えば、パッケージのフタ等が取り付けられておらずオープンな状態のままファイバに結合されているレーザダイオード)を用いてもよい。
[まとめ]
本発明に係る制御方法は、複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する光源装置の制御方法であって、前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出工程と、前記検出工程において検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流のみを増加させる駆動電流制御工程と、を含む構成である。
上記制御方法によれば、レーザ光の強度が低下した場合に、レーザ光源の駆動電流を増加させることにより、所定の強度のレーザ光を安定的に出力することができる。特に、上記制御方法によれば、駆動電流を増加させる対象とするグループを、特定のグループに限定するため、駆動電流を増加させることによって生じるリスク（例えば、レーザ光源の劣化の進行度が早まる、故障発生率が高まる等、一般的に、レーザ光源の駆動電流を増加させると、そのレーザ光源の劣化が急速に早まることとなるリスク）を、特定のグループに集中させることができる。これにより、交換が必要となるレーザ光源を、特定のグループに集中させることができるため、上記交換作業に係る手間およびコストを抑制することができる。また、交換が不要なレーザ光源が交換されてしまう可能性は低いため、レーザ光源の利用効率を高めることができる。また、駆動電流を増加させる対象としない他のグループについては、上記リスクが生じないために、レーザ光源の長寿命化が可能である。したがって、上記交換作業の頻度を減らすことができる。
上記制御方法において、前記特定のグループの前記駆動電流が予め定められた上限閾値に達した場合、前記駆動電流を増加させる対象とするグループを、前記特定のグループから前記特定のグループ以外の他のグループに切り替える切り替え工程をさらに含むことが好ましい。
上記構成によれば、上記特定のグループは、駆動電流が増加させられながらも、その駆動電流が上限閾値を超えることは無いため、当該グループが交換されるまでの間、比較的安定的に動作し続けることができる。
上記制御方法において、前記駆動電流制御工程では、前記切り替え工程により、前記駆動電流を増加させる対象について、前記特定のグループである第１のグループから前記他のグループに含まれる第２のグループへの切り替えが行われたときに、前記切り替えの後の前記第２のグループの駆動電流の初期値を、切り替えの前の前記第２のグループの駆動電流の最終値に対して、高い値に設定するとともに、前記切り替えの後の前記第２のグループ以外の前記他のグループの駆動電流の初期値を、切り替えの前の前記第２のグループ以外の前記他のグループの駆動電流の最終値に対して、低い値に設定することが好ましい。
なお、電流を設定する最中においてもトータル出力が極力一定になるように、上げる電流と下げる電流とを対応づけることが好ましい。具体的には、例えば、上げる電流および下げる電流の設定開始時点と設定終了時点を同じにする。
上記構成によれば、駆動電流を増加させる対象について、特定のグループである第１のグループから他のグループに含まれる第２のグループへの切り替えが行われたときに、特定のグループと同様、駆動電流を増加させることによって生じるリスクを第２のグループに集中させ、部品交換の必要性を第２のグループに集中させることができる。
上記制御方法において、前記切り替え工程では、前記他のグループに対して予め定められた優先順位の高い順に、前記駆動電流を増加させる対象とするグループの切り替えを行い、当該制御方法は、前記駆動電流を増加させたグループの少なくとも一部の構成部品が交換された場合、当該グループの前記駆動電流を初期値に戻す駆動電流初期化工程と、記駆動電流が前記初期値に戻されたグループの前記優先順位を最下位に設定する優先順位設定工程と、をさらに含むことが好ましい。
上記構成によれば、各グループのレーザ光源の寿命を最も長寿命化し、且つ、各グループのレーザ光源の交換サイクルを最も長くとることが可能であるため、レーザ光源の交換作業に係る手間およびコストを抑制しつつ、レーザ光源の利用効率を高めることができる。
上記制御方法において、前記特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流は、前記他のグループに属するレーザ光源の駆動電流よりも、予め高く設定されていることが好ましい。
上記構成によれば、駆動電流を増加させることによって生じるリスクを、さらに確実に特定のグループに集中させることができる。
上記制御方法において、前記複数のレーザ光源の各々は、複数のレーザダイオードを備えるＬＤモジュールであることが好ましい。
上記構成によれば、ＬＤモジュールにおいては、その全てのレーザダイオードに対して同様に駆動電流を増加させるため、これら複数のレーザダイオードが同様に劣化することとなり、したがって、ＬＤモジュール単位でレーザダイオードを交換したとしても、レーザダイオードの利用効率が低下する可能性は低い。
上記制御方法において、前記切り替え工程では、複数のレーザ光源を一体的に交換可能に構成されたサブユニット単位で、前記駆動電流を増加させる対象とするグループの切り替えを行うことが好ましい。
上記構成によれば、駆動電流が増加させられた複数のレーザ光源をサブユニット単位で一括して交換することができるため、当該交換作業に係る手間およびコストを抑制することができる。サブユニット内の複数のレーザ光源はいずれも同様に駆動電流が増加させられたものであるから、これら複数のレーザ光源の中に交換の必要性が無いレーザ光源が含まれている可能性は低く、よって、これら複数のレーザ光源を一括して交換しても、レーザ光源の利用効率が低下する可能性は低い。なお、一般的に、サブユニットには、レーザ光源以外にも経年劣化する他の構成部品（例えば、放熱樹脂等）が含まれており、よって、上記構成によれば、このような他の構成部品も同時に交換することができる。
本発明に係る制御装置は、複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する光源装置用の制御装置であって、前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの、予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段と、を備える構成である。
上記制御装置によれば、上記制御方法と同様の効果を奏することができる。
また、本発明に係る光源装置は、複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する、光源装置であって、前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの、予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段と、を備える構成である。
上記ファイバレーザによれば、上記制御方法と同様の効果を奏することができる。
本発明は、複数のレーザダイオードを光源として備えた、ファイバレーザ、ファイバアンプ等の光源装置に好適に利用することができる。特に、複数のマルチチップＬＤモジュールを光源として用いた、光源装置に好適に利用することができる。
１００ ファイバレーザ（光源装置）
１１０ サブユニット
１１２ ＬＤモジュール
１１４ ＬＤ電源
１１５ ＬＤドライバ
１１６ ポンプコンバイナ
１１８ 増幅用ファイバ
１２０ 制御回路（制御手段）
１２２ 駆動電流制御部（駆動電流制御手段）
１２４ 制御対象切替部（制御対象切替手段）
１２６ 駆動電流初期化部（駆動電流初期化手段）
１２８ 優先順位設定部（優先順位設定手段）
１３０ ＰＤ（検出手段）

Claims (9)

  1. 複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する光源装置の制御方法であって、
    前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出工程と、
    前記検出工程において検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流のみを増加させる駆動電流制御工程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  2. 前記特定のグループの前記駆動電流が予め定められた上限閾値に達した場合、前記駆動電流を増加させる対象とするグループを、前記特定のグループから前記特定のグループ以外の他のグループに切り替える切り替え工程
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
  3. 前記駆動電流制御工程では、
    前記切り替え工程により、前記駆動電流を増加させる対象について、前記特定のグループである第１のグループから前記他のグループに含まれる第２のグループへの切り替えが行われたときに、前記切り替えの後の前記第２のグループの駆動電流の初期値を、切り替えの前の前記第２のグループの駆動電流の最終値に対して、高い値に設定するとともに、前記切り替えの後の前記第２のグループ以外の前記他のグループの駆動電流の初期値を、切り替えの前の前記第２のグループ以外の前記他のグループの駆動電流の最終値に対して、低い値に設定する
    ことを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
  4. 前記切り替え工程では、
    前記他のグループに対して予め定められた優先順位の高い順にて、前記駆動電流を増加させる対象とするグループの切り替えを行い、
    当該制御方法は、
    前記駆動電流を増加させたグループの少なくとも一部の構成部品が交換された場合、当該グループの前記駆動電流を初期値に戻す駆動電流初期化工程と、
    前記駆動電流が前記初期値に戻されたグループの前記優先順位を最下位に設定する優先順位設定工程と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の制御方法。
  5. 前記特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流は、前記他のグループに属するレーザ光源の駆動電流よりも、予め高く設定されている
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御方法。
  6. 前記切り替え工程では、
    複数のレーザ光源を一体的に交換可能に構成されたサブユニット単位で、前記駆動電流を増加させる対象とするグループの切り替えを行う
    ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の制御方法。
  7. 前記複数のレーザ光源の各々は、複数のレーザダイオードを備えるＬＤモジュールである
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の制御方法。
  8. 複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する光源装置用の制御装置であって、
    前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの、予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段と、
    を備えることを特徴とする制御装置。
  9. 複数のグループを構成する複数のレーザ光源を備え、当該複数のレーザ光源の各々からレーザ光を出射する、光源装置であって、
    前記レーザ光の強度、または、前記レーザ光の強度に応じて強度が変化する他のレーザ光の強度を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された前記レーザ光の強度または前記他のレーザ光の強度が、予め定められた下限閾値を下回った場合、前記複数のグループのうちの、予め定められた特定のグループに属するレーザ光源の駆動電流を増加させる駆動電流制御手段と、
    を備えることを特徴とする光源装置。
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