WO2018020709A1 - 照明用レーザ装置 - Google Patents

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WO2018020709A1
WO2018020709A1 PCT/JP2017/003158 JP2017003158W WO2018020709A1 WO 2018020709 A1 WO2018020709 A1 WO 2018020709A1 JP 2017003158 W JP2017003158 W JP 2017003158W WO 2018020709 A1 WO2018020709 A1 WO 2018020709A1
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WO
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laser light
light
laser
photodetector
light source
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/003158
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English (en)
French (fr)
Inventor
ゆかり ▲高▼田
柳澤　隆行
大河 北口
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Definitions

  • the present invention relates to an illumination laser apparatus having a plurality of laser light sources that output laser beams having different wavelengths.
  • the illumination laser device having a plurality of laser light sources that output laser beams having different wavelengths (colors) has a control circuit that controls each laser light source (see, for example, Patent Document 1).
  • an illumination laser apparatus having a plurality of laser light sources is provided with one optical fiber for coupling laser light output from each laser light source to the outside.
  • this illumination laser device a constant and stable output is desired. Therefore, in the conventional laser apparatus, one optical detector is provided in the subsequent stage of the optical fiber, and when the intensity of the laser light is equal to or lower than a predetermined value, the operation is stopped by regarding the laser light source as a failure. Further, in this laser apparatus, since laser beams from a plurality of laser light sources are incident on one optical fiber, an optical component and an optical fiber are required for each laser light source.
  • the conventional illumination laser device when the intensity of the laser beam is detected by a single photodetector, since the photodetector has crosstalk in the light receiving sensitivity for each color, the output intensity of each laser light source is reduced. There is a problem that it cannot be detected accurately.
  • An object of the present invention is to provide an illumination laser device that can detect the output intensity of each laser light source without being affected by the crosstalk.
  • the laser output control illumination device includes a plurality of laser light sources that output laser beams having different wavelengths, a drive circuit that is provided for each laser light source and drives the corresponding laser light source, and outputs from each laser light source.
  • a light guide unit a light diffusing element that diffuses the laser light reflected by the light separating element, a light detector that is disposed opposite to an output surface of the light diffusing element and measures the intensity of the incident laser light, and a light Based on the measurement result by the detector and the light receiving sensitivity for each color of the light detector, a calculation unit for calculating the output intensity of each laser light source, and each drive circuit is controlled based on the calculation result by the calculation unit. Characterized by comprising a control circuit for.
  • the illumination laser device having a plurality of laser light sources that output laser beams having different wavelengths, the influence of the cross-talk of the light receiving sensitivity for each color of the photodetector. It is possible to detect the output intensity of each laser light source without receiving.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams showing hardware configuration examples of the arithmetic unit and the control circuit in the first to fifth embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an illumination laser apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the illumination laser device includes a plurality of laser light sources 1, a plurality of drive circuits 2, a single condensing lens (optical element) 3, a light separation element 4, a light guide unit 5, and a single unit.
  • the light diffusing element 6, the photodetector 7, the calculation unit 8, and the control circuit 9 are provided.
  • the plurality of laser light sources 1 output laser beams having different wavelengths (colors).
  • a case where four laser light sources 1 (1a to 1d) are provided is shown.
  • the laser light source 1 outputs laser light having a single wavelength for one color.
  • a semiconductor laser or a fixed laser is used as the laser light source 1.
  • the laser beams output from the plurality of laser light sources 1 are incident on the condensing lens 3.
  • the drive circuit 2 is provided for each laser light source 1 and drives the corresponding laser light source 1. At this time, the drive circuit 2 drives the corresponding laser light source 1 so that the laser light is output at the value specified by the control circuit 9.
  • the drive circuit 2 drives the corresponding laser light source 1 so that the laser light is output at the value specified by the control circuit 9.
  • a case where four drive circuits 2 (2a to 2d) are provided is shown.
  • the condensing lens 3 is disposed opposite to the output end of each laser light source 1, and condenses the laser light output from each laser light source 1 by spatial propagation.
  • the laser beam condensed by the condensing lens 3 is incident on the light separation element 4.
  • the light separating element 4 is disposed opposite to the output surface of the condensing lens 3, reflects a part of the laser light collected by the condensing lens 3 and transmits the rest.
  • the laser light that has passed through the light separation element 4 is incident on the light guide 5, and the laser light reflected by the light separation element 4 is incident on the light diffusion element 6.
  • the light guide 5 guides the laser light transmitted through the light separation element 4 to the outside of the illumination laser device.
  • an optical fiber is used as the light guide 5.
  • the laser light guided by the light guide 5 is used for the original application of the illumination laser device.
  • the light diffusing element 6 diffuses the laser light reflected by the light separating element 4. That is, the light diffusing element 6 uniformly diffuses the laser light by irregularly reflecting it within a certain diffusion angle.
  • the light diffusing element 6 for example, a diffusing plate that diffuses incident light is used.
  • the laser light diffused by the light diffusing element 6 enters the photodetector 7.
  • the photodetector 7 is disposed to face the output surface of the light diffusing element 6 and measures the intensity of the incident laser light.
  • the photodetector 7 is single.
  • a photodiode is used as the photodetector 7.
  • a signal indicating the measurement result by the photodetector 7 is output to the calculation unit 8.
  • the photodetector 7 has light receiving sensitivity (light receiving sensitivity spectral characteristics) in each color channel, and crosstalk exists.
  • the light-receiving sensitivity (R-CH) of the red channel shown in FIG. 2 is sensitive to light from less than 400 nm to approximately 800 nm, and also sensitive to green (G) and blue (B) light. Yes.
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 based on the measurement result of the photodetector 7 and the light receiving sensitivity for each color of the photodetector 7. A signal indicating the calculation result by the calculation unit 8 is output to the control circuit 9.
  • the control circuit 9 controls each drive circuit 2 based on the calculation result by the calculation unit 8. At this time, the control circuit 9 outputs the laser light source 1 so that the error between the output intensity calculated by the calculation unit 8 and the rated value is larger than the reference value so that the error is within the reference value. The intensity (value of the current applied to the laser light source 1) is adjusted.
  • the control circuit 9 controls each drive circuit 2 to set the current value to each laser light source 1 to the rated value, and to each laser light source. 1 outputs laser light (step ST301). Thereafter, the laser light output from each laser light source 1 is condensed by the condensing lens 3, a part of the light is reflected by the light separation element 4, and the rest is transmitted. The laser light transmitted through the light separation element 4 is guided to the outside of the illumination laser device by the light guide unit 5.
  • the light diffusing element 6 diffuses the laser light reflected by the light separating element 4, and the photodetector 7 measures the intensity of the diffused laser light (step ST302). At this time, the photodetector 7 measures the intensity of the laser beam for each color. A signal indicating the measurement result by the photodetector 7 is output to the calculation unit 8.
  • the computing unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 based on the measurement result by the photodetector 7 and the light receiving sensitivity for each color of the photodetector 7 (step ST303).
  • a signal indicating the calculation result by the calculation unit 8 is output to the control circuit 9.
  • the detection values for the channels (R-CH, G-CH, B-CH, W-CH) in the photodetector 7 are W R , W G , W B , and W W , respectively.
  • the wavelengths of the laser light sources 1 are ⁇ R , ⁇ G , ⁇ B , and ⁇ W , respectively.
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in the R-CH of the photodetector 7 are S R ( ⁇ R ), S R ( ⁇ G ), S R ( ⁇ B ), S R ( ⁇ W ), respectively.
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in G-CH of the photodetector 7 are respectively S G ( ⁇ R ), S G ( ⁇ G ), S G ( ⁇ B ), and S G ( ⁇ W ). To do. Also, the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in the B-CH of the photodetector 7 are respectively S B ( ⁇ R ), S B ( ⁇ G ), S B ( ⁇ B ), and S B ( ⁇ W ). To do.
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in W-CH of the photodetector 7 are respectively S W ( ⁇ R ), S W ( ⁇ G ), S W ( ⁇ B ), and S W ( ⁇ W ).
  • the output intensities of the laser light sources 1 are P ( ⁇ R ), P ( ⁇ G ), P ( ⁇ B ), and P ( ⁇ W ), respectively.
  • the ratios of the output intensity of the laser light source 1 and the output intensity after passing through the light diffusing element 6 are u R , u G , u B and u W , respectively.
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 from the following equation (1).
  • the reason why the output intensity of the laser light source 1 can be calculated from the equation (1) is that the spectral width, which is a feature of the laser light, is very narrow, and the light receiving sensitivity for each color of the photodetector 7 is the wavelength. This is because when it is determined, it is uniquely determined.
  • the control circuit 9 controls each drive circuit 2 based on the calculation result by the calculating part 8 (step ST304). At this time, the control circuit 9 outputs the laser light source 1 so that the error between the output intensity calculated by the calculation unit 8 and the rated value is larger than the reference value so that the error is within the reference value.
  • the intensity (value of the current applied to the laser light source 1) is adjusted. That is, the control circuit 9 increases the current applied to the laser light source 1 when the error of the output intensity of each laser light source 1 with respect to the rated value is larger than the reference value and lower than the rated value.
  • the control circuit 9 reduces the current applied to the laser light source 1 when the error with respect to the rated value of the output intensity of each laser light source 1 is larger than the reference value and higher than the rated value.
  • the photodetector 7 measures the intensity of the laser light again (step ST305).
  • the process in step ST305 is the same as the process in step ST302.
  • the computing unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 based on the measurement result by the photodetector 7 and the light receiving sensitivity for each color of the photodetector 7 (step ST306).
  • the process in step ST306 is the same as the process in step ST303.
  • step ST307 when the control circuit 9 determines that there is a laser light source 1 in which the error between the output intensity calculated by the calculation unit 8 and the rated value is larger than the reference value, the sequence returns to step ST304, Repeat the operation.
  • step ST307 when the control circuit 9 determines in step ST307 that all the errors between the output intensity of each laser light source 1 calculated by the calculation unit 8 and the rated value are within the reference value, the output control is terminated. The sequence ends.
  • a plurality of laser light sources 1 that output laser beams having different wavelengths, and a drive circuit 2 that is provided for each laser light source 1 and drives the corresponding laser light source 1 are provided.
  • Each laser light source 1 is arranged on the basis of a single photodetector 7 that measures the intensity of the incident laser light, the measurement result of the photodetector 7 and the light receiving sensitivity for each color of the photodetector 7. And a calculation unit 8 for calculating the output intensity of Since the control circuit 9 for controlling each drive circuit 2 is provided based on the calculation result, the light detector 7 in the illumination laser apparatus having a plurality of laser light sources 1 that output laser beams having different wavelengths from each other is provided. The output intensity of each laser light source 1 can be detected without being affected by the crosstalk of the light receiving sensitivity for each color. Accordingly, the output intensity of each laser light source 1 can be detected by a single photodetector 7, and the output intensity of each laser light source 1 can be adjusted within the reference value of the rated value error, so that stable operation of the laser output becomes possible. .
  • the output calibration of the laser light source 1 can be performed without using optical components and optical fibers that are necessary for each laser light source 1, so that the conventional configuration is used.
  • the apparatus can be simplified.
  • each laser light source 1 is operated in time series when detecting the intensity of the laser beam, it takes a lot of time to detect the intensity of all the laser beams.
  • calibration can be performed even when the driving method of the laser light source 1 is CW operation, and the output intensity of each laser light source 1 can be monitored simultaneously. The time required for output calibration can be shortened.
  • the wavelength range can be narrowed as compared with the case where a lamp is used, and the output intensity of each laser light source 1 is calculated by the calculation unit 8. it can. Further, by arranging the light diffusing element 6 between the light separating element 4 and the light detector 7, saturation of the light detector 7 can be suppressed.
  • FIG. 1 shows the case where four laser light sources 1 are used, the number of laser light sources 1 may be plural.
  • the laser light source 1 may be installed anywhere as long as the laser light output from the laser light source 1 is incident on the light guide unit 5. Further, the photodetector 7 may have no crosstalk with respect to the light receiving sensitivity of all colors.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an illumination laser apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the photodetector 7 is changed to two photodetectors 7a and 7b as compared with the illumination laser device according to the first embodiment shown in FIG.
  • the optical filter 10 is added.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the laser light source 1 in the second embodiment outputs laser light having two or less wavelengths for one color.
  • the photodetectors 7a and 7b are arranged to face the output surface of the light diffusing element 6 and measure the intensity of the incident laser light.
  • the photodetectors 7a and 7b have the same light receiving sensitivity.
  • photodiodes are used as the photodetectors 7a and 7b. Signals indicating the measurement results by the photodetectors 7a and 7b are output to the arithmetic unit 8.
  • the optical filter 10 is disposed between the light diffusing element 6 and the photodetector 7a.
  • the optical filter is an optical element in which a substance that absorbs light is mixed into a substrate material, or an optical element in which an optical thin film is formed on the surface of the substrate.
  • the optical filter transmits only light having a specific property among incident light, and absorbs or reflects other light.
  • the specific conditions include, for example, wavelength or polarized light.
  • part of the light diffused by the light diffusing element 6 is transmitted according to the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of transmittance spectral characteristics of the optical filter 10.
  • the calculation unit 8 based on the transmittance spectral characteristics of the optical filter 10, the measurement results by the photodetectors 7a and 7b, and the light reception sensitivity for each color of the photodetectors 7a and 7b, The output intensity of each laser light source 1 is calculated. A signal indicating the calculation result by the calculation unit 8 is output to the control circuit 9.
  • the laser light source 1 in Embodiment 2 outputs laser light having two or less wavelengths for one color.
  • FIG. 6 shows a case where each laser light source 1 outputs laser light having two wavelengths for each color.
  • a value obtained by combining the output intensities of the colors of the laser light sources 1 can be calculated. Cannot be calculated.
  • one photodetector 7a measures the intensity of the laser light diffused by the light diffusing element 6 and given a transmittance difference by the optical filter 10, and the other photodetector 7b The intensity of the laser light scattered by the light diffusing element 6 is measured. And in the calculating part 8, the output intensity
  • a calculation method by the calculation unit 8 will be described.
  • the detection values for each channel of the photodetector 7a are assumed to be W a R , W a G , W a B , and W a W , respectively.
  • the detection values for each channel of the photodetector 7b are denoted as W b R , W b G , W b B , and W b W , respectively.
  • the wavelengths of the laser light sources 1 are ⁇ R1 , ⁇ R2 , ⁇ B1 , ⁇ B2, ⁇ G1 , ⁇ G2 , ⁇ W1 , and ⁇ W2 .
  • the output intensity of each laser light source 1 is P ( ⁇ R1 ), P ( ⁇ R2 ), P ( ⁇ G1 ), P ( ⁇ G2 ), P ( ⁇ B1 ), P ( ⁇ B2 ), P ( ⁇ W1 ) and P ( ⁇ W2 ). Further, the transmittance of the optical filter 10 with respect to the laser light of each wavelength is assumed to be t R1 , t R2 , t G1 , t G2 , t B1 , t B2 , t W1 , t W2 .
  • the ratios of the output intensity of the laser light source 1 and the output intensity after passing through the light diffusing element 6 are u R1 , u R2 , u G1 , u G2 , u B1 , u B2 , u W1 , u W2 , respectively.
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 from the following equations (2) and (3).
  • each laser light source 1 is measured by measuring the output intensity of each color depending on the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10 with one photodetector 7a and measuring the output intensity of each color with the other photodetector 7b. Even when laser light having two or less wavelengths is output for each color, the calculation unit 8 can calculate the output intensity of each laser light source 1.
  • the two photodetectors 7a and 7b having the same light receiving sensitivity, the transmittance spectral characteristic, the light diffusing element 6, and one photodetector.
  • the optical filter 10 disposed between the optical filter 10 and the arithmetic unit 8, the transmittance spectral characteristics of the optical filter 10, the measurement results of the photodetectors 7 a and 7 b, and the photodetectors 7 a and 7 b. Since the output intensity of each laser light source 1 is calculated based on the light receiving sensitivity for each color, in addition to the effects in the first embodiment, each laser light source 1 has a wavelength of two or less for each color. Even when light is output, the output intensity of each laser light source 1 can be calculated.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an illumination laser apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the photodetector 7 is changed to two photodetectors 7a and 7b with respect to the illumination laser device according to the first embodiment shown in FIG. is doing.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the photodetectors 7a and 7b are arranged to face the output surface of the light diffusing element 6 and measure the intensity of the incident laser light.
  • the photodetectors 7a and 7b have different light receiving sensitivities.
  • photodiodes are used as the photodetectors 7a and 7b. Signals indicating the measurement results by the photodetectors 7a and 7b are output to the arithmetic unit 8.
  • the calculation unit 8 in the third embodiment calculates the output intensity of each laser light source 1 based on the measurement results of the photodetectors 7a and 7b and the light reception sensitivity for each color of the photodetectors 7a and 7b. .
  • a signal indicating the calculation result by the calculation unit 8 is output to the control circuit 9.
  • a calculation method by the calculation unit 8 will be described.
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the laser light sources 1 in the R-CH of the photodetector 7a are respectively S a R ( ⁇ R1 ), S a R ( ⁇ G1 ), S a R ( ⁇ B1 ), and S a R. ( ⁇ W1 ), S a R ( ⁇ R2 ), S a R ( ⁇ G2 ), S a R ( ⁇ B2 ), and S a R ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in G-CH of the photodetector 7a are respectively represented by S a G ( ⁇ R1 ), S a G ( ⁇ G1 ), S a G ( ⁇ B1 ), S a G ( Let ⁇ W1 ), S a G ( ⁇ R2 ), S a G ( ⁇ G2 ), S a G ( ⁇ B2 ), S a G ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivity with respect to the wavelength of each laser light source 1 in the B-CH of the photodetector 7a is set to S a B ( ⁇ R1 ), S a B ( ⁇ G1 ), S a B ( ⁇ B1 ), S a B ( Let ⁇ W1 ), S a B ( ⁇ R2 ), S a B ( ⁇ G2 ), S a B ( ⁇ B2 ), S a B ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivity with respect to the wavelength of each laser light source 1 in W-CH of the photodetector 7a is defined as S a W ( ⁇ R1 ), S a W ( ⁇ G1 ), S a W ( ⁇ B1 ), S a W ( Let ⁇ W1 ), S a W ( ⁇ R2 ), S a W ( ⁇ G2 ), S a W ( ⁇ B2 ), and S a W ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivity with respect to the wavelength of each laser light source 1 in the R-CH of the photodetector 7b is set to S b R ( ⁇ R1 ), S b R ( ⁇ G1 ), S b R ( ⁇ B1 ), S b R ( ⁇ W1 ), S b R ( ⁇ R2 ), S b R ( ⁇ G2 ), S b R ( ⁇ B2 ), and S b R ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in the G-CH of the photodetector 7b are respectively expressed as S b G ( ⁇ R1 ), S b G ( ⁇ G1 ), S b G ( ⁇ B1 ), S b G ( Let ⁇ W1 ), S b G ( ⁇ R2 ), S b G ( ⁇ G2 ), S b G ( ⁇ B2 ), S b G ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivity with respect to the wavelength of each laser light source 1 in the B-CH of the photodetector 7b is set to S b B ( ⁇ R1 ), S b B ( ⁇ G1 ), S b B ( ⁇ B1 ), S b B ( ⁇ W1 ), S b B ( ⁇ R2 ), S b B ( ⁇ G2 ), S b B ( ⁇ B2 ), and S b B ( ⁇ W2 ).
  • the light receiving sensitivities with respect to the wavelengths of the respective laser light sources 1 in the W-CH of the photodetector 7b are respectively represented by S b W ( ⁇ R1 ), S b W ( ⁇ G1 ), S b W ( ⁇ B1 ), and S b W ( Let ⁇ W1 ), S b W ( ⁇ R2 ), S b W ( ⁇ G2 ), S b W ( ⁇ B2 ), and S b W ( ⁇ W2 ).
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 from the following equations (4) and (5).
  • each laser light source 1 outputs laser light having two or less wavelengths for each color. Even if it exists, the output intensity of each laser light source 1 can be calculated by the calculation unit 8.
  • the two photodetectors 7a and 7b having different light receiving sensitivities are provided, and the calculation unit 8 determines the measurement results and the light from the photodetectors 7a and 7b. Since the output intensity of each laser light source 1 is calculated based on the light receiving sensitivity for each color of the detectors 7a and 7b, in addition to the effects in the first embodiment, the optical filter 10 is not used. Even when each laser light source 1 outputs laser light having two or less wavelengths for each color, the output intensity of each laser light source 1 can be calculated.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an illumination laser apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • an optical filter (second optical filter) 10b is added to the illumination laser device according to the second embodiment shown in FIG.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the optical filter 10b has a transmittance spectral characteristic different from that of the optical filter 10, and is disposed between the light diffusion element 6 and the photodetector 7b. In the optical filter 10b, a part of the light diffused by the light diffusing element 6 is transmitted according to the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10b.
  • the optical filter 10 has the transmittance spectral characteristic shown in FIG. 5, and the optical filter 10b has the transmittance spectral characteristic shown in FIG.
  • the calculation unit 8 based on the transmittance spectral characteristics of the optical filters 10 and 10b, the measurement results of the photodetectors 7a and 7b, and the light reception sensitivity of the photodetectors 7a and 7b, The output intensity of the laser light source 1 is calculated. A signal indicating the calculation result by the calculation unit 8 is output to the control circuit 9.
  • a calculation method by the calculation unit 8 will be described.
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of the laser light source 1 having each wavelength from the following equations (6) and (7).
  • the output intensity of each color depending on the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10 is measured by one photodetector 7a, and the output intensity of each color depending on the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10b is measured by the other photodetector 7b.
  • the output intensity of each laser light source 1 can be calculated by the calculation unit 8.
  • the two optical filters 10 and 10b have transmittance spectral characteristics that reflect or absorb wavelengths other than the laser light source 1, it is possible to prevent external light from entering the photodetectors 7a and 7b.
  • the optical filter 10b having transmittance spectral characteristics different from that of the optical filter 10 and disposed between the light diffusion element 6 and the other photodetector 7b is provided.
  • the calculation unit 8 determines the laser light sources based on the transmittance spectral characteristics of the optical filters 10 and 10b, the measurement results of the photodetectors 7a and 7b, and the light reception sensitivity for each color of the photodetectors 7a and 7b. Since the output intensity of 1 is calculated, in addition to the effect in the first embodiment, each laser light source 1 can output each laser beam having two or less wavelengths for each color. The output intensity of the light source 1 can be calculated.
  • the optical filters 10 and 10b have transmittance spectral characteristics that reflect or absorb wavelengths other than the laser light source 1, it is possible to prevent external light from entering the photodetectors 7a and 7b. Furthermore, even when the output difference between laser beams having two wavelengths of the same color is small, by providing two types of optical filters 10 and 10b, the transmittance of the laser output having each wavelength is further increased compared to the second embodiment. A difference can also be given.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an illumination laser apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • an optical filter 10c is added to the illumination laser device according to Embodiment 1 shown in FIG.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the optical filter 10 c has transmittance spectral characteristics and is configured to be movable between the light diffusing element 6 and the photodetector 7.
  • the optical filter 10c when located between the light diffusing element 6 and the photodetector 7, a part of the light diffused by the light diffusing element 6 is transmitted according to the transmittance spectral characteristic of the optical filter 10c.
  • the optical filter 10c operates between a position where the light diffused by the light diffusing element 6 is transmitted and incident on the photodetector 7 and a position where the light diffused by the light diffusing element 6 is not transmitted.
  • the optical filter 10 c operates according to the detection timing of the photodetector 7.
  • the output intensity of each laser light source 1 is based on the transmittance spectral characteristics of the optical filter 10c, the measurement result by the photodetector 7, and the light receiving sensitivity of the photodetector 7. Is calculated.
  • the calculation unit 8 uses the measurement result by the photodetector 7 when the optical filter 10 c is located between the light diffusing element 6 and the photodetector 7, and the optical filter 10 c is the light diffusing element 6. And the measurement result by the photodetector 7 in the case where it is not positioned between the photodetector 7 and the photodetector 7.
  • a calculation method by the calculation unit 8 will be described.
  • the calculation unit 8 calculates the output intensity of each laser light source 1 from the following equations (8) and (9).
  • each laser light source 1 has two or less wavelengths for each color. Even when outputting, the calculation unit 8 can calculate the output intensity of the laser light source 1.
  • the optical filter 10c having transmittance spectral characteristics and movable between the light diffusing element 6 and the photodetector 7 is provided. Since the optical filter 10c is configured to calculate the output intensity of each laser light source 1 based on the transmittance spectral characteristics of the optical filter 10c, the measurement result of the photodetector 7, and the light reception sensitivity for each color of the photodetector 7. In addition to the effects of the first embodiment, even if each laser light source 1 outputs laser light having two or less wavelengths for each color with one photodetector 7, the output of each laser light source 1 The intensity can be calculated.
  • the processing circuit 51 is a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit that executes a program stored in the memory 53, as shown in FIG. 11B, even if it is dedicated hardware.
  • the processing circuit 51 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (FieLD Programmable Gate). Array) or a combination thereof.
  • the functions of the units of the arithmetic unit 8 and the control circuit 9 may be realized by the processing circuit 51, or the functions of the units may be realized by the processing circuit 51 collectively.
  • the processing circuit 51 When the processing circuit 51 is the CPU 52, the functions of the calculation unit 8 and the control circuit 9 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Software and firmware are described as programs and stored in the memory 53.
  • the processing circuit 51 implements the functions of each unit by reading and executing the program stored in the memory 53.
  • the illumination laser device includes a memory 53 for storing a program that, when executed by the processing circuit 51, for example, causes each step shown in FIG. 3 to be executed as a result. These programs can also be said to cause a computer to execute the procedures and methods of the calculation unit 8 and the control circuit 9.
  • the memory 53 is, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically EPROM), or the like. And a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disc), and the like.
  • a RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically EPROM), or the like.
  • EEPROM Electrically EPROM
  • a magnetic disk a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disc), and the like.
  • a part may be implement
  • the function of the arithmetic unit 8 is realized by a processing circuit 51 as dedicated hardware, and the function of the control circuit 9 is realized by the processing circuit 51 reading and executing a program stored in the memory 53. Is possible.
  • the processing circuit 51 can realize the above-described functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the output intensity of each laser light source can be detected by a single photodetector, and the output intensity of each laser light source can be adjusted within the reference value of the rated value error, so that the laser output is stabilized. It is suitable for an illuminating laser device to be operated.
  • 1 laser light source 1 drive circuit, 2 drive circuit, 3 condensing lens (optical element), 4 light separating element, 5 light guiding part, 6 light diffusing element, 7, 7a, 7b photodetector, 8 computing part, 9 control circuit, 10, 10b, 10c Optical filter, 51 processing circuit, 52 CPU, 53 memory.

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Abstract

異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源（１）と、レーザ光源（１）を駆動する駆動回路（２）と、各レーザ光源（１）からのレーザ光を集光する集光用レンズ（３）と、集光用レンズ（３）により集光されたレーザ光の一部を反射して残りを透過する光分離素子（４）と、光分離素子（４）を透過したレーザ光を外部へ導光する導光部（５）と、光分離素子（４）により反射されたレーザ光を拡散する光拡散素子（６）と、光拡散素子（６）の出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する光検出器（７）と、光検出器（７）による測定結果及び色毎の受光感度に基づき、各レーザ光源（１）の出力強度を算出する演算部（８）と、演算部（８）による算出結果に基づき、各駆動回路（２）を制御する制御回路（９）とを備えた。

Description

照明用レーザ装置
　この発明は、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源を有する照明用レーザ装置に関する。
　互いに異なる波長（色）のレーザ光を出力する複数のレーザ光源を有する照明用レーザ装置では、各レーザ光源を制御する制御回路を有している（例えば特許文献１参照）。また、複数のレーザ光源を有する照明用レーザ装置には、各レーザ光源から出力されるレーザ光を外部へ結合する１本の光ファイバが設けられている。
　この照明用レーザ装置では、一定の安定した出力が望まれる。そこで、従来のレーザ装置では、光ファイバの後段に１台の光検出器を設け、レーザ光の強度が既定値以下の場合には、そのレーザ光源を故障とみなして動作を停止させている。
　また、このレーザ装置では、複数のレーザ光源からのレーザ光を１本の光ファイバに入射するため、レーザ光源毎に光学部品及び光ファイバが必要となる。
特開２００４－２０７４２０号公報
　しかしながら、従来の照明用レーザ装置では、１台の光検出器でレーザ光の強度を検出する場合、光検出器では色毎の受光感度にクロストークが存在するため、各レーザ光源の出力強度を正確に検出できないという課題がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源を有する照明用レーザ装置において、光検出器が有する色毎の受光感度のクロストークによる影響を受けずに各レーザ光源の出力強度を検出できる照明用レーザ装置を提供することを目的としている。
　この発明に係るレーザ出力制御照明装置は、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源と、レーザ光源毎に設けられ、対応するレーザ光源を駆動する駆動回路と、各々のレーザ光源により出力されたレーザ光を集光する光学素子と、光学素子により集光されたレーザ光の一部を反射して残りを透過する光分離素子と、光分離素子を透過したレーザ光を外部へ導光する導光部と、光分離素子により反射されたレーザ光を拡散する光拡散素子と、光拡散素子における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する光検出器と、光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々のレーザ光源の出力強度を算出する演算部と、演算部による算出結果に基づいて、各々の駆動回路を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
　この発明によれば、上記のように構成したので、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源を有する照明用レーザ装置において、光検出器が有する色毎の受光感度のクロストークによる影響を受けずに各レーザ光源の出力強度を検出できる。
この発明の実施の形態１に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における光検出器が有する受光感度分光特性の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る照明用レーザ装置の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２における光学フィルタが有する透過率分光特性の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における各レーザ光源により出力されるレーザ光の波長例を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態４における光学フィルタが有する透過率分光特性の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態５における照明用レーザ装置の構成例を示す図である。 図１１Ａ、図１１Ｂは、この発明の実施の形態１～５における演算部及び制御回路のハードウェア構成例を示す図である。
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。
　照明用レーザ装置は、図１に示すように、複数のレーザ光源１、複数の駆動回路２、単一の集光用レンズ（光学素子）３、光分離素子４、導光部５、単一の光拡散素子６、光検出器７、演算部８及び制御回路９を備えている。
　複数のレーザ光源１は、互いに異なる波長（色）のレーザ光を出力する。なお図では、４台のレーザ光源１（１ａ～１ｄ）を設けた場合を示している。また、実施の形態１では、レーザ光源１は、１つの色に対して単一の波長のレーザ光を出力する。このレーザ光源１としては、例えば半導体レーザ又は固定レーザが用いられる。この複数のレーザ光源１により出力されたレーザ光は集光用レンズ３に入射される。
　駆動回路２は、レーザ光源１毎に設けられ、対応するレーザ光源１を駆動する。この際、駆動回路２は、制御回路９により指定された値でレーザ光を出力させるように、対応するレーザ光源１を駆動する。なお図では、４台の駆動回路２（２ａ～２ｄ）を設けた場合を示している。
　集光用レンズ３は、各レーザ光源１における出力端に対向配置され、当該各レーザ光源１により出力されたレーザ光を空間伝搬で集光する。この集光用レンズ３により集光されたレーザ光は光分離素子４に入射される。
　光分離素子４は、集光用レンズ３における出力面に対向配置され、当該集光用レンズ３により集光されたレーザ光の一部を反射して残りを透過する。この光分離素子４を透過したレーザ光は導光部５に入射され、光分離素子４により反射されたレーザ光は光拡散素子６に入射される。
　導光部５は、光分離素子４を透過したレーザ光を照明用レーザ装置の外部へ導光する。この導光部５としては、例えば光ファイバが用いられる。そして、導光部５により導光されたレーザ光は、照明用レーザ装置の本来の用途に用いられる。
　光拡散素子６は、光分離素子４により反射されたレーザ光を拡散する。すなわち、光拡散素子６は、上記レーザ光をある決まった拡散角の中で乱反射させて均一化する。この光拡散素子６としては、例えば、入射された光を拡散させる拡散板が用いられる。この光拡散素子６により拡散されたレーザ光は光検出器７に入射される。
　光検出器７は、光拡散素子６における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する。なお、実施の形態１では、光検出器７は単一である。この光検出器７としては、例えばフォトダイオードが用いられる。この光検出器７による測定結果を示す信号は演算部８に出力される。
　なお、光検出器７は、例えば図２に示すように、色毎のチャンネルに受光感度（受光感度分光特性）を有し、クロストークが存在する。例えば図２に示す赤色のチャンネルの受光感度（Ｒ－ＣＨ）では、４００ｎｍ未満から約８００ｎｍの光に対して感度を持ち、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の光にも感度を有している。
　演算部８は、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する。この演算部８による算出結果を示す信号は制御回路９に出力される。
　制御回路９は、演算部８による算出結果に基づいて、各駆動回路２を制御する。この際、制御回路９は、演算部８により算出された出力強度と定格値との誤差が基準値より大きいレーザ光源１に対し、当該誤差が基準値以内となるように当該レーザ光源１の出力強度（当該レーザ光源１に対する印加電流の値）を調整する。
　次に、上記のように構成された照明用レーザ装置の動作例について、図３を用いて説明する。
　照明用レーザ装置の動作例では、図３に示すように、まず、制御回路９は、各駆動回路２を制御して、各レーザ光源１への電流値を定格値に設定し、各レーザ光源１からレーザ光を出力させる（ステップＳＴ３０１）。その後、各レーザ光源１から出力されたレーザ光は、集光用レンズ３により集光され、光分離素子４により一部が反射されて残りは透過する。そして、光分離素子４を透過したレーザ光は導光部５により照明用レーザ装置の外部へ導光される。
　一方、光拡散素子６は光分離素子４により反射されたレーザ光を拡散し、光検出器７は当該拡散されたレーザ光の強度を測定する（ステップＳＴ３０２）。この際、光検出器７は、色毎にレーザ光の強度を測定する。この光検出器７による測定結果を示す信号は演算部８に出力される。
次いで、演算部８は、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する（ステップＳＴ３０３）。この演算部８による算出結果を示す信号は制御回路９に出力される。
　以下、演算部８による算出方法の詳細について説明する。
　ここで、光検出器７におけるチャンネル（Ｒ－ＣＨ，Ｇ－ＣＨ，Ｂ－ＣＨ，Ｗ－ＣＨ）毎の検出値をそれぞれＷＲ，ＷＧ，ＷＢ，ＷＷとする。また、各レーザ光源１の波長をそれぞれλＲ，λＧ，λＢ，λＷとする。また、光検出器７のＲ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳＲ（λＲ），ＳＲ（λＧ），ＳＲ（λＢ），ＳＲ（λＷ）とする。また、光検出器７のＧ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳＧ（λＲ），ＳＧ（λＧ），ＳＧ（λＢ），ＳＧ（λＷ）とする。また、光検出器７のＢ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳＢ（λＲ），ＳＢ（λＧ），ＳＢ（λＢ），ＳＢ（λＷ）とする。また、光検出器７のＷ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳＷ（λＲ），ＳＷ（λＧ），ＳＷ（λＢ），ＳＷ（λＷ）とする。また、各レーザ光源１の出力強度をそれぞれＰ（λＲ），Ｐ（λＧ），Ｐ（λＢ），Ｐ（λＷ）とする。また、レーザ光源１の出力強度と光拡散素子６を通過後の出力強度との比をそれぞれｕＲ，ｕＧ，ｕＢ，ｕＷとする。
　この場合、演算部８は、下式（１）から、各レーザ光源１の出力強度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　なお、レーザ光源１の出力強度が式（１）より算出できるのは、レーザ光の特徴であるスペクトル幅が非常に狭いことに起因しており、光検出器７の色毎の受光感度は波長が決まると一意的に決まるためである。
　次いで、制御回路９は、演算部８による算出結果に基づいて、各駆動回路２を制御する（ステップＳＴ３０４）。この際、制御回路９は、演算部８により算出された出力強度と定格値との誤差が基準値より大きいレーザ光源１に対し、当該誤差が基準値以内となるように当該レーザ光源１の出力強度（当該レーザ光源１に対する印加電流の値）を調整する。
　すなわち、制御回路９は、各レーザ光源１の出力強度の定格値に対する誤差が基準値より大きく、且つ定格値より低い場合には、レーザ光源１に対する印加電流を増加させる。一方、制御回路９は、各レーザ光源１の出力強度の定格値に対する誤差が基準値より大きく、且つ定格値より高い場合には、レーザ光源１に対する印加電流を減少させる。
　その後、光検出器７は再びレーザ光の強度を測定する（ステップＳＴ３０５）。このステップＳＴ３０５の処理は、ステップＳＴ３０２の処理と同様である。
　次いで、演算部８は、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する（ステップＳＴ３０６）。このステップＳＴ３０６の処理は、ステップＳＴ３０３の処理と同様である。
　次いで、制御回路９は、演算部８により算出された各レーザ光源１の出力強度と定格値との誤差が全て基準値以内であるかを判定する（ステップＳＴ３０７）。
　このステップＳＴ３０７において、制御回路９が、演算部８により算出された出力強度と定格値との誤差が基準値より大きいレーザ光源１があると判定した場合には、シーケンスはステップＳＴ３０４に戻り、上記動作を繰り返す。
　一方、ステップＳＴ３０７において、制御回路９が、演算部８により算出された各レーザ光源１の出力強度と定格値との誤差が全て基準値以内であると判定した場合には、出力制御を終了し、シーケンスは終了する。
　以上のように、この実施の形態１によれば、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源１と、レーザ光源１毎に設けられ、対応するレーザ光源１を駆動する駆動回路２と、各レーザ光源１により出力されたレーザ光を集光する集光用レンズ３と、集光用レンズ３により集光されたレーザ光の一部を反射して残りを透過する光分離素子４と、光分離素子４を透過したレーザ光を外部へ導光する導光部５と、光分離素子４により反射されたレーザ光を拡散する光拡散素子６と、光拡散素子６における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する単一の光検出器７と、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する演算部８と、演算部８による算出結果に基づいて、各駆動回路２を制御する制御回路９とを備えたので、互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源１を有する照明用レーザ装置において、光検出器７が有する色毎の受光感度のクロストークによる影響を受けずに各レーザ光源１の出力強度を検出できる。したがって、１台の光検出器７で各レーザ光源１の出力強度を検出でき、各レーザ光源１の出力強度を定格値誤差の基準値以内に調整できるので、レーザ出力の安定動作が可能となる。
　また、単一の集光用レンズ３を用いることで、レーザ光源１毎に必要であった光学部品と光ファイバを使用せず、レーザ光源１の出力校正を行うことができるので、従来構成に対して、装置が簡易化できる。
　更に、従来構成では、レーザ光の強度を検出する際に、各レーザ光源１を時系列に動作させているため、全てのレーザ光の強度を検出するために多くの時間を要する。それに対し、実施の形態１に係る照明用レーザ装置では、レーザ光源１の駆動方法がＣＷ動作の場合でも校正が行うことができ、各レーザ光源１の出力強度を同時にモニタすることができるので、出力校正に要する時間を短縮できる。
　また、実施の形態１において、レーザ光源１として半導体レーザ又は固定レーザを用いることで、ランプを用いた場合と比較して波長域を狭くでき、演算部８により各レーザ光源１の出力強度を算出できる。
　また、光分離素子４と光検出器７との間に光拡散素子６を配置することで、光検出器７の飽和を抑制できる。
　なお図１では、４台のレーザ光源１を用いた場合を示したが、レーザ光源１の台数は複数であればよい。また、レーザ光源１の設置箇所は、レーザ光源１から出力されたレーザ光が導光部５に入射する位置であればどこに設置してもよい。また、光検出器７は、全色の受光感度に対し、クロストークがないものであってもよい。
実施の形態２．
　図４はこの発明の実施の形態２に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。この図４に示す実施の形態２に係る照明用レーザ装置では、図１に示す実施の形態１に係る照明用レーザ装置に対し、光検出器７を２台の光検出器７ａ，７ｂに変更し、光学フィルタ１０を追加している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　なお、実施の形態２におけるレーザ光源１は、１つの色に対して２つ以下の波長を有するレーザ光を出力するものとする。
　光検出器７ａ，７ｂは、光拡散素子６における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する。なお、光検出器７ａ，７ｂは、同一の受光感度を有する。この光検出器７ａ，７ｂとしては、例えばフォトダイオードが用いられる。この光検出器７ａ，７ｂによる測定結果を示す信号は演算部８に出力される。
　光学フィルタ１０は、光拡散素子６と光検出器７ａとの間に配置されている。光学フィルタは、基板材料に光を吸収する物質を混ぜたもの、又は、基板の表面に光学薄膜を成膜した光学素子である。この光学フィルタは、入射される光のうち、ある特定の性質をもつ光のみを透過し、それ以外の光を吸収又は反射する。なお、特定の条件とは、例えば波長又は偏光がある。一方、光学フィルタ１０では、光拡散素子６により拡散された光の一部を光学フィルタ１０が有する透過率分光特性に従って透過させる。図５は光学フィルタ１０が有する透過率分光特性の一例を示すグラフである。
　なお、実施の形態２における演算部８では、光学フィルタ１０が有する透過率分光特性、光検出器７ａ，７ｂによる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する。この演算部８による算出結果を示す信号は制御回路９に出力される。
　上述したように、実施の形態２におけるレーザ光源１は、１つの色に対して２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する。図６では、各レーザ光源１が、各色に対して２つの波長を有するレーザ光を出力する場合を示している。
　この場合、実施の形態１で示した１台の光検出器７を備えた照明用レーザ装置では、各レーザ光源１の色毎の出力強度を合わせた値は算出できるが、個々のレーザ光源１の出力強度は算出できない。
　そこで、実施の形態２では、一方の光検出器７ａでは、光拡散素子６により拡散されて光学フィルタ１０により透過率差が与えられたレーザ光の強度を測定し、他方の光検出器７ｂでは、光拡散素子６により散乱されたレーザ光の強度を測定する。
　そして、演算部８では、２台の光検出器７ａ，７ｂによる測定結果から、各レーザ光源１の出力強度を算出する。以下、演算部８による算出方法について説明する。
　ここで、光検出器７ａのチャンネル毎の検出値をそれぞれＷa Ｒ，Ｗa Ｇ，Ｗa Ｂ，Ｗa Ｗとする。また、光検出器７ｂのチャンネル毎の検出値をそれぞれＷｂ Ｒ，Ｗｂ Ｇ，Ｗｂ Ｂ，Ｗｂ Ｗとする。また、各レーザ光源１の波長をλＲ１，λＲ２，λＢ１，λＢ２，λＧ１，λＧ２，λＷ１，λＷ２とする。また、各レーザ光源１の出力強度をそれぞれＰ（λＲ１），Ｐ（λＲ２），Ｐ（λＧ１），Ｐ（λＧ２），Ｐ（λＢ１），Ｐ（λＢ２），Ｐ（λＷ１），Ｐ（λＷ２）とする。また、各波長のレーザ光に対する光学フィルタ１０の透過率をｔＲ１，ｔＲ２，ｔＧ１，ｔＧ２，ｔＢ１，ｔＢ２，ｔＷ１，ｔＷ２とする。また、レーザ光源１の出力強度と光拡散素子６を通過後の出力強度との比をそれぞれｕＲ１，ｕＲ２，ｕＧ１，ｕＧ２，ｕＢ１，ｕＢ２，ｕＷ１，ｕＷ２とする。
　この場合、演算部８は、下式（２），（３）より、各レーザ光源１の出力強度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　したがって、一方の光検出器７ａで光学フィルタ１０の透過率分光特性に依存した各色の出力強度を測定し、他方の光検出器７ｂで各色の出力強度を測定することで、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、演算部８で各レーザ光源１の出力強度を算出できる。
　以上のように、この実施の形態２によれば、互いに同一の受光感度を有する２台の光検出器７ａ，７ｂと、透過率分光特性を有し、光拡散素子６と一方の光検出器７ａとの間に配置された光学フィルタ１０とを備え、演算部８は、光学フィルタ１０が有する透過率分光特性、各光検出器７ａ，７ｂによる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出するように構成したので、実施の形態１における効果に加え、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、各レーザ光源１の出力強度が算出できる。
　なお、光分離素子４と光検出器７ａ，７ｂとの間に光拡散素子６を配置することで、光検出器７ａ，７ｂの飽和を抑制でき、また、複数の光検出器７ａ，７ｂを並列に置いてレーザ光の強度を検出できる。
実施の形態３．
　図７はこの発明の実施の形態３に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。この図７に示す実施の形態３に係る照明用レーザ装置では、図１に示す実施の形態１に係る照明用レーザ装置に対し、光検出器７を２台の光検出器７ａ，７ｂに変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　光検出器７ａ，７ｂは、光拡散素子６における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する。なお、光検出器７ａ，７ｂは、互いに異なる受光感度を有する。この光検出器７ａ，７ｂとしては、例えばフォトダイオードが用いられる。この光検出器７ａ，７ｂによる測定結果を示す信号は演算部８に出力される。
　なお、実施の形態３における演算部８では、光検出器７ａ，７ｂによる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する。この演算部８による算出結果を示す信号は制御回路９に出力される。以下、演算部８による算出方法について説明する。
　ここで、光検出器７ａのＲ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳａ Ｒ（λＲ１），Ｓａ Ｒ（λＧ１），Ｓａ Ｒ（λＢ１），Ｓａ Ｒ（λＷ１），Ｓａ Ｒ（λＲ２），Ｓａ Ｒ（λＧ２），Ｓａ Ｒ（λＢ２），Ｓａ Ｒ（λＷ２）とする。また、光検出器７ａのＧ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳａ G（λＲ１），Ｓａ G（λＧ１），Ｓａ G（λＢ１），Ｓａ G（λＷ１），Ｓａ G（λＲ２），Ｓａ G（λＧ２），Ｓａ G（λＢ２），Ｓａ G（λＷ２）とする。また、光検出器７ａのＢ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳａ Ｂ（λＲ１），Ｓａ Ｂ（λＧ１），Ｓａ Ｂ（λＢ１），Ｓａ Ｂ（λＷ１），Ｓａ Ｂ（λＲ２），Ｓａ Ｂ（λＧ２），Ｓａ Ｂ（λＢ２），Ｓａ Ｂ（λＷ２）とする。また、光検出器７ａのＷ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳａ Ｗ（λＲ１），Ｓａ Ｗ（λＧ１），Ｓａ Ｗ（λＢ１），Ｓａ Ｗ（λＷ１），Ｓａ Ｗ（λＲ２），Ｓａ Ｗ（λＧ２），Ｓａ Ｗ（λＢ２），Ｓａ Ｗ（λＷ２）とする。また、光検出器７ｂのＲ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳｂ Ｒ（λＲ１），Ｓｂ Ｒ（λＧ１），Ｓｂ Ｒ（λＢ１），Ｓｂ Ｒ（λＷ１），Ｓｂ Ｒ（λＲ２），Ｓｂ Ｒ（λＧ２），Ｓｂ Ｒ（λＢ２），Ｓｂ Ｒ（λＷ２）とする。また、光検出器７ｂのＧ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳｂ G（λＲ１），Ｓｂ G（λＧ１），Ｓｂ G（λＢ１），Ｓｂ G（λＷ１），Ｓｂ G（λＲ２），Ｓｂ G（λＧ２），Ｓｂ G（λＢ２），Ｓｂ G（λＷ２）とする。また、光検出器７ｂのＢ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳｂ Ｂ（λＲ１），Ｓｂ Ｂ（λＧ１），Ｓｂ Ｂ（λＢ１），Ｓｂ Ｂ（λＷ１），Ｓｂ Ｂ（λＲ２），Ｓｂ Ｂ（λＧ２），Ｓｂ Ｂ（λＢ２），Ｓｂ Ｂ（λＷ２）とする。また、光検出器７ｂのＷ－ＣＨにおける各レーザ光源１の波長に対する受光感度をそれぞれＳｂ Ｗ（λＲ１），Ｓｂ Ｗ（λＧ１），Ｓｂ Ｗ（λＢ１），Ｓｂ Ｗ（λＷ１），Ｓｂ Ｗ（λＲ２），Ｓｂ Ｗ（λＧ２），Ｓｂ Ｗ（λＢ２），Ｓｂ Ｗ（λＷ２）とする。
　この場合、演算部８は、下式（４），（５）から、各レーザ光源１の出力強度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　したがって、２台の光検出器７ａ，７ｂで異なる受光感度に依存した各色の出力強度を測定することで、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、演算部８で各レーザ光源１の出力強度を算出できる。
　以上のように、この実施の形態３によれば、互いに異なる受光感度を有する２台の光検出器７ａ，７ｂを備え、演算部８は、各光検出器７ａ，７ｂよる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出するように構成したので、実施の形態１における効果に加え、光学フィルタ１０を使用せずに、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、各レーザ光源１の出力強度が算出できる。
実施の形態４．
　図８はこの発明の実施の形態４に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。この図８に示す実施の形態４に係る照明用レーザ装置では、図４に示す実施の形態２に係る照明用レーザ装置に対し、光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１０ｂを追加している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　光学フィルタ１０ｂは、光学フィルタ１０とは異なる透過率分光特性を有し、光拡散素子６と光検出器７ｂとの間に配置されている。この光学フィルタ１０ｂでは、光拡散素子６により拡散された光の一部を光学フィルタ１０ｂの透過率分光特性に従って透過させる。
　例えば、光学フィルタ１０は図５に示す透過率分光特性を有し、光学フィルタ１０ｂは図９に示す透過率分光特性を有する。
　なお、実施の形態４における演算部８では、光学フィルタ１０，１０ｂが有する透過率分光特性、光検出器７ａ，７ｂによる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する。この演算部８による算出結果を示す信号は制御回路９に出力される。以下、演算部８による算出方法について説明する。
　ここで、光学フィルタ１０の透過率をｔａ Ｒ１，ｔａ Ｒ２，ｔａ Ｇ１，ｔａ Ｇ２，ｔａ Ｂ１，ｔａ Ｂ２，ｔａ Ｗ１，ｔａ Ｗ２とする。また、光学フィルタ１０ｂの透過率をｔｂ Ｒ１，ｔｂ Ｒ２，ｔｂ Ｇ１，ｔｂ Ｇ２，ｔｂ Ｂ１，ｔｂ Ｂ２，ｔｂ Ｗ１，ｔｂ Ｗ２とする。
　この場合、演算部８は、下式（６），（７）から、各波長を有するレーザ光源１の出力強度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　したがって、一方の光検出器７ａで光学フィルタ１０の透過率分光特性に依存した各色の出力強度を測定し、他方の光検出器７ｂで光学フィルタ１０ｂの透過率分光特性に依存した各色の出力強度を測定することで、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、演算部８で各レーザ光源１の出力強度を算出できる。また、２枚の光学フィルタ１０，１０ｂがレーザ光源１以外の波長を反射又は吸収する透過率分光特性を有する場合、外光が光検出器７ａ，７ｂに入射されることを防ぐこともできる。
　以上のように、この実施の形態４によれば、光学フィルタ１０と異なる透過率分光特性を有し、光拡散素子６と他方の光検出器７ｂとの間に配置された光学フィルタ１０ｂを備え、演算部８は、光学フィルタ１０，１０ｂが有する透過率分光特性、各光検出器７ａ，７ｂによる測定結果及び当該光検出器７ａ，７ｂが有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出するように構成したので、実施の形態１における効果に加え、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、各レーザ光源１の出力強度が算出できる。更に、光学フィルタ１０，１０ｂがレーザ光源１以外の波長を反射又は吸収する透過率分光特性を有する場合には、外光が光検出器７ａ，７ｂに入射されることを防ぐこともできる。更に、同色の２つの波長を有するレーザ光の出力差が小さい場合でも、２種類の光学フィルタ１０，１０ｂを設けることで、実施の形態２に対し、各波長を有するレーザ出力に更に大きな透過率差を与えることもできる。
実施の形態５．
　図１０はこの発明の実施の形態５に係る照明用レーザ装置の構成例を示す図である。この図１０に示す実施の形態５に係る照明用レーザ装置では、図１に示す実施の形態１に係る照明用レーザ装置に対し、光学フィルタ１０ｃを追加している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　光学フィルタ１０ｃは、透過率分光特性を有し、光拡散素子６と光検出器７との間に移動可能に構成されている。この光学フィルタ１０ｃでは、光拡散素子６と光検出器７との間に位置する場合に、光拡散素子６により拡散された光の一部を光学フィルタ１０ｃの透過率分光特性に従って透過させる。
　すなわち、光学フィルタ１０ｃは、光拡散素子６で拡散された光を透過させて光検出器７に入射する位置と、光拡散素子６で拡散された光を透過しない位置との間で稼働を行う。また、光学フィルタ１０ｃは、光検出器７の検出タイミングに合わせて稼働する。
　なお、実施の形態５における演算部８では、光学フィルタ１０ｃが有する透過率分光特性、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出する。この際、演算部８は、光学フィルタ１０ｃが光拡散素子６と光検出器７との間に位置する場合での当該光検出器７による測定結果、及び当該光学フィルタ１０ｃが当該光拡散素子６と当該光検出器７との間に位置しない場合での当該光検出器７による測定結果を用いる。以下、演算部８による算出方法について説明する。
　ここで、光学フィルタ１０ｃの透過率をｔｃ Ｒ１，ｔｃ Ｒ２，ｔｃ Ｇ１，ｔｃ Ｇ２，ｔｃ Ｂ１，ｔｃ Ｂ２，ｔｃ Ｗ１，ｔｃ Ｗ２とする。また、光学フィルタ１０ｃを透過した光に対する光検出器７におけるチャンネル毎の検出値をＷｃ Ｒ，Ｗｃ Ｇ，Ｗｃ Ｂ，Ｗｃ Ｗとする。
この場合、演算部８は、下式（８），（９）から、各レーザ光源１の出力強度を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　したがって、１台の光検出器７で光学フィルタ１０ｃを通過したレーザ光と通過していないレーザ光の強度を測定することで、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、演算部８はレーザ光源１の出力強度を算出できる。
　以上のように、この実施の形態５によれば、透過率分光特性を有し、光拡散素子６と光検出器７との間に移動可能である光学フィルタ１０ｃを備え、演算部８は、光学フィルタ１０ｃが有する透過率分光特性、光検出器７による測定結果及び当該光検出器７が有する色毎の受光感度に基づいて、各レーザ光源１の出力強度を算出するように構成したので、実施の形態１における効果に加え、１台の光検出器７で、各レーザ光源１が色毎に２つ以下の波長を有するレーザ光を出力する場合であっても、各レーザ光源１の出力強度が算出できる。
　最後に、図１１を参照して、実施の形態１～５における照明用レーザ装置のハードウェア構成例を説明する。
　照明用レーザ装置における演算部８及び制御回路９の各機能は、処理回路５１により実現される。処理回路５１は、図１１Ａに示すように、専用のハードウェアであっても、図１１Ｂに示すように、メモリ５３に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）５２であってもよい。
　処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅＬＤ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。演算部８及び制御回路９の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路５１で実現してもよい。
　処理回路５１がＣＰＵ５２の場合、演算部８及び制御回路９の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５３に格納される。処理回路５１は、メモリ５３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、照明用レーザ装置は、処理回路５１により実行されるときに、例えば図３に示した各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５３を備える。また、これらのプログラムは、演算部８及び制御回路９の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ５３とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ＥＰＲＯＭ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等が該当する。
　なお、演算部８及び制御回路９の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、演算部８については専用のハードウェアとしての処理回路５１でその機能を実現し、制御回路９については処理回路５１がメモリ５３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
　このように、処理回路５１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係る照明用レーザ装置は、１台の光検出器で各レーザ光源の出力強度を検出でき、各レーザ光源の出力強度を定格値誤差の基準値以内に調整できるので、レーザ出力を安定動作させるような照明用レーザ装置に適している。
　１　レーザ光源、２　駆動回路、３　集光用レンズ（光学素子）、４　光分離素子、５　導光部、６　光拡散素子、７，７ａ，７ｂ　光検出器、８　演算部、９　制御回路、１０，１０ｂ，１０ｃ　光学フィルタ、５１　処理回路、５２　ＣＰＵ、５３　メモリ。

Claims (11)

  1. 　互いに異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源と、
    　前記レーザ光源毎に設けられ、対応する前記レーザ光源を駆動する駆動回路と、
    　各々の前記レーザ光源により出力されたレーザ光を集光する光学素子と、
    　前記光学素子により集光されたレーザ光の一部を反射して残りを透過する光分離素子と、
    　前記光分離素子を透過したレーザ光を外部へ導光する導光部と、
    　前記光分離素子により反射されたレーザ光を拡散する光拡散素子と、
    　前記光拡散素子における出力面に対向配置され、入射されたレーザ光の強度を測定する光検出器と、
    　前記光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々の前記レーザ光源の出力強度を算出する演算部と、
    　前記演算部による算出結果に基づいて、各々の前記駆動回路を制御する制御回路と
    　を備えた照明用レーザ装置。
  2. 　前記光検出器は単一である
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  3. 　前記光検出器は、２台設けられ、互いに同一の受光感度を有し、
    　透過率分光特性を有し、前記光拡散素子と一方の前記光検出器との間に配置された光学フィルタとを備え、
    　前記演算部は、前記光学フィルタが有する透過率分光特性、各々の前記光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々の前記レーザ光源の出力強度を算出する
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  4. 　前記光検出器は、２台設けられ、互いに異なる受光感度を有し、
    　前記演算部は、各々の前記光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々の前記レーザ光源の出力強度を算出する
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  5. 　前記光学フィルタと異なる透過率分光特性を有し、前記光拡散素子と他方の前記光検出器との間に配置された第２の光学フィルタを備え、
    　前記演算部は、前記光学フィルタが有する透過率分光特性、前記第２の光学フィルタが有する透過率分光特性、各々の前記光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々の前記レーザ光源の出力強度を算出する
    　ことを特徴とする請求項３記載の照明用レーザ装置。
  6. 　前記光検出器は単一であり、
    　透過率分光特性を有し、前記光拡散素子と前記光検出器との間に移動可能である光学フィルタを備え、
    　前記演算部は、前記光学フィルタが有する透過率分光特性、前記光検出器による測定結果及び当該光検出器が有する色毎の受光感度に基づいて、各々の前記レーザ光源の出力強度を算出する
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  7. 　前記演算部は、前記光学フィルタが前記光拡散素子と前記光検出器との間に位置する場合での当該光検出器による測定結果、及び当該光学フィルタが当該光拡散素子と当該光検出器との間に位置しない場合での当該光検出器による測定結果を用いる
    　ことを特徴とする請求項６記載の照明用レーザ装置。
  8. 　前記レーザ光源は半導体レーザ又は固定レーザである
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  9. 　前記光拡散素子は、入射された光を拡散させる拡散板である
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  10. 　前記制御回路は、前記演算部により算出された各々の前記レーザ光源の出力強度が既定範囲内となるように当該レーザ光源の出力強度を調整する
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
  11. 　前記光学素子は、各々の前記レーザ光源により出力されたレーザ光を空間伝搬で集光する
    　ことを特徴とする請求項１記載の照明用レーザ装置。
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