JP2010141025A - Laser light source device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光源装置、プロジェクタに関する。 The present invention relates to a laser light source device and a projector.
従来からプロジェクタ等の光学装置の分野において、照明光源として高圧水銀ランプが多用されている。高圧水銀ランプには、高出力な光が得られるという利点があるが、色再現性に制約があること、瞬時点灯が難しいこと、寿命が短いこと等の課題もある。このような事情により、高圧水銀ランプに代えてレーザ素子(LD)等を光源に用いたレーザ光源装置が期待されている。 Conventionally, a high-pressure mercury lamp has been frequently used as an illumination light source in the field of optical devices such as projectors. The high-pressure mercury lamp has an advantage that high output light can be obtained, but there are also problems such as limited color reproducibility, difficulty in instantaneous lighting, and short life. Under such circumstances, a laser light source device using a laser element (LD) or the like as a light source instead of a high-pressure mercury lamp is expected.
レーザ素子は、得られる光の波長がレーザ素子の活性層の材質等により制約を受けるため、波長変換素子と併用されることがある。例えば、レーザ素子から直接得られない波長光である緑色光は、赤外光を発するレーザ素子と、赤外光を二次高調波である緑色光に変換する波長変換素子(SHG)とを組み合わせた光源装置により、間接的に得られる。 A laser element is sometimes used together with a wavelength conversion element because the wavelength of light obtained is restricted by the material of the active layer of the laser element. For example, green light that is wavelength light that cannot be obtained directly from a laser element is a combination of a laser element that emits infrared light and a wavelength conversion element (SHG) that converts infrared light into green light that is a second harmonic. Obtained indirectly by a light source device.
レーザ光源装置は、射出される光が所望の光量に保持されるように制御されている。例えば、特許文献1には、温度補償回路を用いた自動出力制御(auto power control;以下、APCと称す場合がある)の半導体レーザ装置が提案されている。
The laser light source device is controlled so that the emitted light is held at a desired light amount. For example,
特許文献1の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子から射出された光の一部であるモニタ光が、受光素子に入射するようになっている。モニタ光の光量に応じたモニタ電流が受光素子から出力され、モニタ電流は電流電圧変換手段によりモニタ電圧に変換される。モニタ電圧と設定電圧との電圧差に基づいて、レーザ光の光量が一定になるように半導体レーザ素子が駆動される。設定電圧は、温度補償回路から出力されており、半導体レーザ素子に供給される供給電流値等の供給電力が温度変化を加味して調整される。
特許文献1の半導体レーザ装置によれば、使用環境の温度変化によらずに所望の光量のレーザ光が得られると考えられる。しかしながら、レーザ素子と波長変換素子とを組み合わせたレーザ光源装置において従来のAPCを行うと、以下のような不都合を生じるおそれがある。
According to the semiconductor laser device of
一般にレーザ素子は、光源の温度変化により、発振波長すなわち射出する光の波長が変化する。波長変換素子は、波長変換素子の温度変化あるいは入射光の波長変化により、変換効率が変化する。レーザ素子と波長変換素子とが組合わされたレーザ光源装置においてAPCを行う手法としては、波長変換素子から射出された後の光の一部をモニタ光に用いる手法が考えられる。波長変換素子から射出後の光をモニタ光に用いない手法では、波長変換素子の特性変化を加味することができないので、最終的な外部出力光を所望の光量にすることが難しいからである。 In general, a laser element changes its oscillation wavelength, that is, the wavelength of emitted light, due to a temperature change of a light source. The conversion efficiency of the wavelength conversion element changes due to a temperature change of the wavelength conversion element or a wavelength change of incident light. As a technique for performing APC in a laser light source device in which a laser element and a wavelength conversion element are combined, a technique in which a part of light emitted from the wavelength conversion element is used as monitor light can be considered. This is because a method that does not use the light emitted from the wavelength conversion element as the monitor light cannot take into account a change in the characteristics of the wavelength conversion element, and therefore it is difficult to make the final external output light a desired light amount.
射出後の光をモニタ光に用いる手法において変換効率が低下すると、変換効率の低下による光量の低下を補償すべく、APCによりレーザ素子の供給電力が高く設定される。これにより、レーザ素子が過剰な電力により駆動され、レーザ光源装置としての効率が低下することやレーザ素子が短寿命化してしまうこと等の不都合を生じてしまう。 When the conversion efficiency is lowered in the method of using the emitted light as the monitor light, the power supplied to the laser element is set high by the APC so as to compensate for the reduction in the light amount due to the reduction in the conversion efficiency. As a result, the laser element is driven by excessive electric power, resulting in inconveniences such as a decrease in efficiency as a laser light source device and a shortened life of the laser element.
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、所望の出力のレーザ光が得られるとともに、低消費電力かつ長寿命のレーザ光源装置を提供することを目的の1つとする。また、低消費電力、かつ長寿命のプロジェクタを提供することを目的の1つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser light source device that can obtain laser light with a desired output and has low power consumption and long life. Another object is to provide a projector with low power consumption and long life.
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から射出された光が入射する波長変換素子と、前記波長変換素子から射出された光の光量を検出する光量検出部と、前記光量検出部による検出値を目標値に近づけるように前記レーザ光源に供給される供給電力を決定する制御部と、前記レーザ光源と前記波長変換素子との少なくとも一方を対象とし該対象の特性を調整して前記供給電力を最小化する特性調整部と、を含んでいることを特徴とする。 The laser light source device of the present invention includes a laser light source, a wavelength conversion element on which light emitted from the laser light source is incident, a light quantity detection unit that detects the light quantity of light emitted from the wavelength conversion element, and the light quantity detection A control unit that determines supply power supplied to the laser light source so that a detection value by the unit approaches a target value, and at least one of the laser light source and the wavelength conversion element is adjusted, and the characteristics of the target are adjusted And a characteristic adjusting unit that minimizes the supplied power.
制御部が、光量検出部による検出値を目標値に近づけるようにレーザ光源の供給電力を決定するので、レーザ光源装置から外部に射出される外部出力光が所望の光量になる。この供給電力は、特性調整部がレーザ光源と波長変換素子との少なくとも一方の特性を調整することにより最小化されているので、高効率のレーザ光源装置になる。 Since the control unit determines the supply power of the laser light source so that the detection value by the light amount detection unit approaches the target value, the external output light emitted from the laser light source device to the outside becomes a desired light amount. This power supply is minimized by the characteristic adjusting unit adjusting at least one of the characteristics of the laser light source and the wavelength conversion element, so that a highly efficient laser light source apparatus is obtained.
また、レーザ光源と波長変換素子との少なくとも一方の特性が調整されることにより、レーザ光源の射出光の波長が、波長変換素子において変換効率が最大となる波長と合致するようになる。したがって、レーザ光源に過剰な負荷をかけることなく外部出力光の光量が調整され、レーザ光源が長寿命になる。 Further, by adjusting at least one of the characteristics of the laser light source and the wavelength conversion element, the wavelength of the light emitted from the laser light source matches the wavelength at which the conversion efficiency is maximum in the wavelength conversion element. Therefore, the amount of external output light is adjusted without applying an excessive load on the laser light source, and the laser light source has a long life.
以上のように、この構成によればレーザ光源装置を所望の光量に設定して使用しつつ、レーザ光源装置の駆動条件を最適化することができる。したがって、駆動条件を調整する手間が不要であり、しかも高効率かつ長寿命のレーザ光源装置になる。 As described above, according to this configuration, it is possible to optimize the driving conditions of the laser light source device while using the laser light source device with a desired light amount. Therefore, it is not necessary to adjust the driving conditions, and the laser light source device has a high efficiency and a long life.
また、前記特性調整部が、前記対象の温度を所定の温度範囲内で変化させるとともに、前記温度範囲内における前記供給電力の最小値に対応する温度に前記対象の温度を調整するようになっていてもよい。 Further, the characteristic adjusting unit changes the temperature of the target within a predetermined temperature range, and adjusts the temperature of the target to a temperature corresponding to the minimum value of the supplied power within the temperature range. May be.
レーザ光源の温度を変化させるとレーザ光源の射出光の波長が変化し、射出光の波長に関するレーザ光源の特性が変化する。波長変換素子の温度を変化させると波長変換素子への入射光の波長に対する変換効率が変化し、波長変換素子の特性が変化する。したがって、特性調整部が対象の温度を所定の温度範囲内で変化させると、レーザ光源の射出光の波長が波長変換素子の変換特性と合致する温度において、供給電力が最小になる。特性調整部がこの最小値に対応する温度に対象の温度を調整するので、レーザ光源装置の駆動条件を最適化することができる。 When the temperature of the laser light source is changed, the wavelength of the light emitted from the laser light source changes, and the characteristics of the laser light source related to the wavelength of the emitted light change. When the temperature of the wavelength conversion element is changed, the conversion efficiency with respect to the wavelength of light incident on the wavelength conversion element changes, and the characteristics of the wavelength conversion element change. Therefore, when the characteristic adjusting unit changes the target temperature within a predetermined temperature range, the supplied power is minimized at a temperature at which the wavelength of the light emitted from the laser light source matches the conversion characteristic of the wavelength conversion element. Since the characteristic adjustment unit adjusts the target temperature to the temperature corresponding to this minimum value, the driving conditions of the laser light source device can be optimized.
また、前記特性調整部が、前記供給電力を定めるパラメータの上限値を用いて前記温度範囲を求め、該温度範囲内で前記対象の温度を変化させるようになっていてもよい。 The characteristic adjustment unit may obtain the temperature range using an upper limit value of a parameter that determines the supply power, and change the temperature of the target within the temperature range.
対象の温度に対して供給電力は、下に凸な関係になっている。したがって、供給電力が上限値になるまで対象の温度を上昇させると、温度範囲の上限が求まる。また、供給電力が上限値になるまで対象の温度を下降させると、温度範囲の下限が求まる。この構成によれば、実際の供給電力に対応した温度範囲が求まり、温度範囲が適切な値に設定される。 The power supply has a downwardly convex relationship with the target temperature. Therefore, when the target temperature is increased until the supplied power reaches the upper limit value, the upper limit of the temperature range is obtained. Further, when the target temperature is lowered until the supplied power reaches the upper limit value, the lower limit of the temperature range is obtained. According to this configuration, the temperature range corresponding to the actual supply power is obtained, and the temperature range is set to an appropriate value.
また、前記上限値が、ロールオーバ値以下であることが好ましい。
ロールオーバ値とは、レーザ光源の出力が極大になる供給電力である。供給電力がロールオーバ値を超えるとレーザ光源の出力が低下し、制御部から出力されるレーザ光源の供給電力が増加する。すると、レーザ光源の出力がさらに低下し、供給電力の最小値が求まりにくくなる。上限値がロールオーバ値以下であれば、複雑なアルゴリズムを用いなくとも供給電力の最小値を求めることができる。
Moreover, it is preferable that the said upper limit is below a rollover value.
The rollover value is the supply power that maximizes the output of the laser light source. When the supply power exceeds the rollover value, the output of the laser light source decreases, and the supply power of the laser light source output from the control unit increases. Then, the output of the laser light source further decreases, and it becomes difficult to obtain the minimum value of the supplied power. If the upper limit value is equal to or less than the rollover value, the minimum value of the supplied power can be obtained without using a complicated algorithm.
また、前記ロールオーバ値を算出するとともに、算出したロールオーバ値を前記特性調整部に出力する算出部を含んでいる構成にしてもよい。 In addition, the configuration may include a calculation unit that calculates the rollover value and outputs the calculated rollover value to the characteristic adjustment unit.
ロールオーバ値は、レーザ光源装置の使用状態や劣化状態等により変化することがある。この構成によれば、算出部がロールオーバ値を算出して、ロールオーバ値を特性調整部に出力するので、レーザ光源装置の使用状態等に応じたロールオーバ値を用いてレーザ光源装置が駆動される。したがって、温度範囲が自動的に適切な値に設定され、使用状態等によりロールオーバ値が変化した場合でも自動出力制御系が発散することが回避される。よって、短寿命化が防止されていることに加えて経年変化に対応可能なレーザ光源装置になり、長期間にわたって良好に機能するレーザ光源装置になる。 The rollover value may change depending on the use state or deterioration state of the laser light source device. According to this configuration, since the calculation unit calculates the rollover value and outputs the rollover value to the characteristic adjustment unit, the laser light source device is driven using the rollover value according to the use state of the laser light source device. Is done. Therefore, even when the temperature range is automatically set to an appropriate value and the rollover value changes depending on the use state or the like, the automatic output control system is prevented from diverging. Therefore, in addition to preventing the shortening of the lifetime, the laser light source device can cope with aging, and the laser light source device functions well over a long period of time.
また、前記レーザ光源がパルス信号により駆動されており、前記パラメータが該パルス信号の1周期に占めるオン時間の比率であってもよい。
このようにすれば、パルス信号におけるオン時間の比率が高くなるほど供給電力が増加するので、オン時間の比率に上限値を設けることにより供給電力の上限値を規定することができる。一般に、パルス信号におけるオン時間を調整することはシンプルな構成の回路により実現可能である。この構成によれば、レーザ光源装置の回路構成をシンプルにすることができ、レーザ光源装置の装置コストを低減することができる。
Further, the laser light source may be driven by a pulse signal, and the parameter may be a ratio of on-time that occupies one cycle of the pulse signal.
In this way, the higher the ON time ratio in the pulse signal, the higher the supplied power. Therefore, the upper limit value of the supplied power can be defined by providing an upper limit value for the ON time ratio. In general, adjusting the on-time in a pulse signal can be realized by a circuit having a simple configuration. According to this configuration, the circuit configuration of the laser light source device can be simplified, and the device cost of the laser light source device can be reduced.
また、前記レーザ光源がパルス信号により駆動されており、前記パラメータが該パルス信号の振幅であってもよい。
このようにすれば、パルス信号における振幅が大きくなるほど供給電力が増加するので、振幅に上限値を設けることにより供給電力の上限値を規定することができる。
The laser light source may be driven by a pulse signal, and the parameter may be the amplitude of the pulse signal.
In this way, the supply power increases as the amplitude in the pulse signal increases, so that the upper limit value of the supply power can be defined by providing an upper limit value for the amplitude.
また、前記特性調整部が、固定された前記温度範囲内で前記対象の温度を変化させるようになっていてもよい。
このようにすれば、温度範囲を求める場合と異なり、温度範囲が既知であるので、対象の温度を変化させる温度履歴を設定する自由度が高くなる。例えば、温度範囲を求める場合に比べて対象の温度を変化させるステップ数を低減することができ、レーザ光源装置の駆動条件を短時間で容易に最適化することができる。また、対象の温度が不測の高温あるいは不測の低温に調整されることを防止することができ、不測の温度に調整されることによる対象の劣化や損傷が防止される。
Further, the characteristic adjusting unit may change the temperature of the object within the fixed temperature range.
In this way, unlike the case where the temperature range is obtained, the temperature range is known, so the degree of freedom for setting the temperature history for changing the target temperature is increased. For example, the number of steps for changing the target temperature can be reduced as compared with the case of obtaining the temperature range, and the driving conditions of the laser light source device can be easily optimized in a short time. Moreover, it is possible to prevent the temperature of the target from being adjusted to an unexpectedly high temperature or an unexpectedly low temperature, and it is possible to prevent deterioration and damage of the target due to the adjustment to the unexpected temperature.
本発明のプロジェクタは、前記の本発明のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出された光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を含んでいることを特徴とする。
本発明のレーザ光源装置は高効率かつ長寿命になっているので、本発明のプロジェクタは低消費電力かつ長寿命になる。
The projector according to the present invention includes the laser light source device according to the present invention, a modulation device that modulates light emitted from the laser light source device, and a projection optical system that projects light modulated by the modulation device. It is characterized by being.
Since the laser light source device of the present invention has high efficiency and long life, the projector of the present invention has low power consumption and long life.
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。 Hereinafter, although embodiment of this invention is described, the technical scope of this invention is not limited to the following embodiment. In the following description, various structures are illustrated using drawings, but in order to show the characteristic parts of the structures in an easy-to-understand manner, the structures in the drawings are shown in different sizes and scales from the actual structures. There is.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態のレーザ光源装置1の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、レーザ光源装置1は、レーザ光源10、波長変換素子11、共振ミラー12、光量検出部13、制御部14、特性調整部15、及びレーザ駆動回路16を含んでいる。レーザ光源装置1は、概略すると以下のように動作する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a laser
As illustrated in FIG. 1, the laser
レーザ光源10は、レーザ駆動回路16により駆動され、基本波長の光(ここでは、赤外光IR1)を射出する。赤外光IR1が、波長変換素子11を経由してレーザ光源10と共振ミラー12との間を何度も往復してレーザ発振を生じる。レーザ発振により生じた赤外レーザ光は、波長変換素子11を通るたびに、その少なくとも一部が変換波長の光(ここでは、緑色光G1)に変換される。波長変換素子11から射出された緑色光G1は、共振ミラー12を通って光量検出部13に入射する。光量検出部13に入射した緑色光G1は、外部出力光G2と、モニタ光G3とに分離される。
The
光量検出部13は、モニタ光G3の光量に応じた検出値を出力する。制御部14は、光量検出部13から出力された検出値に基づいて、外部出力光G2の光量が目標値に近づくようにレーザ光源10を駆動する供給電力を決定する。制御部14は、この供給電力を特性調整部15とレーザ駆動回路16とにそれぞれ出力する。特性調整部15は、制御部14から出力された供給電力に基づいて、供給電力が最小になるように波長変換素子11の特性を最適化する。
The
このように、レーザ光源装置1は、外部出力光G2の光量が制御部14により目標値に調整されるとともに、レーザ光源10の供給電力が特性調整部15により最小化されるようになっている。以下、レーザ光源装置1の構成要素について詳しく説明する。
Thus, in the laser
レーザ光源10は、レーザ基板等にレーザ素子が1又は2以上形成されてなる光源や、励起レーザ素子がレーザ結晶と組合されてなる光源等により構成される。レーザ素子としては、面発光型レーザ素子、端面発光型レーザ素子のいずれを用いてもよい。本実施形態のレーザ光源10は、その詳細な構造を図示しないが、面発光型レーザ素子を用いて構成されている。
The
この面発光型レーザ素子は、一対の電極間に活性層が挟持された構造になっている。一対の電極や活性層は、積層構造になっており、積層体の厚み方向が面発光型レーザ素子の光軸方向になっている。面発光型レーザ素子において、活性層の射出端面と反対側には反射部材が配置されている。反射部材は、一対の電極の一方を反射電極としたものや、誘電体多層膜からなり波長選択性を有するDBR層等である。活性層よりも射出端面側には、DBR層が設けられている。反射部材とDBR層とにより共振器(内部共振器)が構成されている。 This surface emitting laser element has a structure in which an active layer is sandwiched between a pair of electrodes. The pair of electrodes and the active layer has a laminated structure, and the thickness direction of the laminated body is the optical axis direction of the surface emitting laser element. In the surface emitting laser element, a reflection member is disposed on the side opposite to the emission end face of the active layer. The reflecting member is a member in which one of a pair of electrodes is a reflecting electrode, a DBR layer made of a dielectric multilayer film and having wavelength selectivity. A DBR layer is provided on the emission end face side of the active layer. A resonator (internal resonator) is configured by the reflecting member and the DBR layer.
一対の電極から活性層に電力が供給されると活性層から光が発生し、この光は共振器内で位相が揃えられて射出端面から射出される。一般に、レーザ光源の温度が変化すると、レーザ光源から射出される光の波長が変化する。本実施形態では、レーザ光源から射出される光の波長を一定に保つために、レーザ光源10の温度を一定に保つような温度管理がなされている。本実施形態のレーザ光源10は、時間に対して電流値がパルス状に変化するパルス信号が一対の電極に供給されることにより駆動されている(図3(b)参照)。レーザ光源10は、想定される使用環境で、中心波長が1070nmの赤外光IR1を射出するようになっている。
When electric power is supplied from the pair of electrodes to the active layer, light is generated from the active layer, and this light is emitted from the emission end face with the phases being aligned in the resonator. Generally, when the temperature of the laser light source changes, the wavelength of light emitted from the laser light source changes. In the present embodiment, in order to keep the wavelength of light emitted from the laser light source constant, temperature management is performed so as to keep the temperature of the
波長変換素子11は、入射光のうちの少なくとも一部を略半分の波長の光(2次高調波)に変換するものである。例えば、波長変換素子11に入射した基本波長の光(例えば、波長が1070nmの赤外光)は、その一部が変換波長の光(例えば、波長が535nmの緑色光)に変換される。波長変換素子11は、例えばPPLN等の非線形光学結晶により構成される。一般に波長変換素子は、波長変換素子内の光路長が長くなるほど、波長変換素子の特性の1つである変換効率が高くなる。波長変換素子内の光路長を十分に確保した場合であっても、変換効率は波長変換素子の温度や歪み、入射光の波長等に応じて変化する。以下、波長変換素子11の特性について説明する。
The
図2(a)は、波長変換素子11の温度に対する変換効率を模式的に示す概念図であり、図2(b)は、波長が異なる入射光における変換効率の比較を模式的に示す概念図である。なお、図2(a)、(b)における変換効率は、変換効率の最大値を100%として規格化した値で示している。
FIG. 2A is a conceptual diagram schematically showing the conversion efficiency with respect to the temperature of the
図2(a)に示すように、温度に対する変換効率は上に凸な曲線になっている。変換効率が100%になる温度を整合温度TA[℃]とすると、変換効率が90%以上となる範囲RAは、TA±1℃程度である。通常は、変換効率を一定に保つために、波長変換素子の温度が例えば範囲RA内に収まるように温度管理がなされている。 As shown in FIG. 2A, the conversion efficiency with respect to the temperature is an upwardly convex curve. Assuming that the temperature at which the conversion efficiency is 100% is the matching temperature T A [° C.], the range R A in which the conversion efficiency is 90% or more is about T A ± 1 ° C. Usually, in order to keep the conversion efficiency constant, temperature management is performed so that the temperature of the wavelength conversion element falls within the range RA , for example.
図2(b)に示すように、温度に対する変換効率の関係は、入射光の波長によって異なっている。ここでは、基本波Aの整合温度TAよりも、基本波Aと波長が異なる基本波Bの整合温度TBの方が高くなっている。例えば、波長変換素子の温度が整合温度TAに保たれている状態で、波長変換素子に入射する光が基本波Aから基本波Bに変化すると、変換効率が低下してしまう。一般的な波長変換素子では、波長が0.1nm程度変化すると、整合温度は1℃程度変化する。これにより、波長変換素子の温度が、基本波Bの変化効率の許容範囲(例えば90%以上)に対応する温度の範囲RBから外れてしまうこともある。 As shown in FIG. 2B, the relationship of the conversion efficiency with respect to temperature differs depending on the wavelength of incident light. Here, rather than matching the temperature T A of the fundamental wave A, towards the matching temperature T B of the fundamental wave B of the fundamental wave A and different wavelengths is higher. For example, in a state where the temperature of the wavelength conversion element is kept at a consistent temperature T A, the light incident on the wavelength conversion element changes the fundamental wave B from the fundamental wave A, the conversion efficiency decreases. In a general wavelength conversion element, the matching temperature changes by about 1 ° C. when the wavelength changes by about 0.1 nm. Accordingly, the temperature of the wavelength conversion element, sometimes deviate from the allowable range (e.g., 90% or higher) range of temperature corresponding to R B changes the efficiency of the fundamental wave B.
図1の説明に戻り、共振ミラー12は、誘電体多層膜からなる誘電体ミラーや体積ホログラフィック回折光学素子(VHG)等の波長選択性を有する波長選択素子により構成される。共振ミラー12は、基本波長の光を反射させるとともに、変換波長の光を透過させる特性を有している。これにより、波長変換素子11により変換されなかった赤外光IR2は、共振ミラー12で反射して折り返される。赤外光IR2は、波長変換素子11を経てレーザ光源10に再度入射し、レーザ光源10内の反射部材で反射して折り返される。このように共振ミラー12は、レーザ光源10内の反射部材と共振器(外部共振器)を構成している。
Returning to the description of FIG. 1, the
光量検出部13は、ハーフミラー131、受光素子132、電流電圧変換回路133を含んでいる。
The light
ハーフミラー131は、緑色光G1を所定の比率で外部出力光G2とモニタ光G3に分離するものである。ここでは、緑色光G1のうちのごく一部をハーフミラー131で反射させてモニタ光G3にしている。なお、ハーフミラーの反射率を高めて、ハーフミラーで反射した光を外部出力光とし、ハーフミラーを通った漏れ光をモニタ光にしてもよい。
The
ハーフミラー131における光分離の比率については、適宜設定可能であるが、外部出力光G2の光量を最大化する観点でモニタ光G3の比率を最小化することが好ましい。例えば、受光素子132がモニタ光G3の光量を精度よく検出することができる範囲内で、モニタ光G3の比率を最小にするとよい。
The ratio of light separation in the
モニタ光G3の比率を調整するには、ハーフミラー131での反射率を調整すればよい。具体的には、ハーフミラー131の表面にARコート等の反射防止処理を施すことや、ハーフミラー131においてモニタ光G3を反射させる界面が緑色光G1の光軸となす角度を調整すること等が挙げられる。
In order to adjust the ratio of the monitor light G3, the reflectance at the
ハーフミラー131により分離された外部出力光G2は、外部に取り出されて光学装置の照明等に用いられる。また、ハーフミラー131により分離されたモニタ光G3は、受光素子132に入射する。受光素子132は、入射したモニタ光G3の光量に応じて電荷を発生させるものである。受光素子132は、例えばCCDセンサやCMOSセンサ等により構成される。受光素子132に発生した電荷は、電流として電流電圧変換回路133に伝達される。
The external output light G2 separated by the
電流電圧変換回路133は、受光素子132から受け取った電流を電圧に変換するものである。この電圧値により受光素子132に発生した電荷量が分かり、この電荷量によりモニタ光G3の光量が分かる。ハーフミラー131における光分離の比率が既知であるので、モニタ光G3の光量から外部出力光G2の光量が分かる。このように、光量検出部13は、波長変換素子11から射出された緑色光G1の光量に対応する量(電圧)を検出することが可能になっている。光量検出部13により検出された検出値(電圧値)は、制御部14に出力される。
The current-
制御部14は、レーザ光源10の出力として設定された電圧値(目標値)と、光量検出部13により検出された電圧値(検出値)とを比較して、レーザ光源10に供給される供給電力を決定するものである。本実施形態では、レーザ光源10に供給される電流(以下、供給電流値と称す場合がある)を調整することにより、供給電力を決定している。
The
図3(a)は、制御部14においてレーザ光源10の供給電力を決定する仕組みを示す概念図であり、図3(b)はレーザ光源10に供給される電流波形の一例を示す模式図である。図3(a)において、縦軸はレーザ光源10から射出される光源光の光量を示しており、横軸はレーザ光源10に供給される供給電流値を示している。実際には、光源光の光量は光量検出部13の検出値により評価されており、実質的に図3のグラフの縦軸は光量検出部13の検出値を示すものである。ここでは、電流波形の電流値を1周期の区間で時間積分した積分値に対して、積分値の時間平均を供給電流値としている(図3(b)内の式を参照)。
FIG. 3A is a conceptual diagram illustrating a mechanism for determining the supply power of the
図3(a)に示すように、レーザ光源10は、供給される供給電流値が増加するにつれて、光量が概略単調に増加する。供給電流値がロールオーバ値(IRO)になると、光量が最大光量(LMAX)になり、供給電流値がIROを超えると光量が減少傾向になる。供給電流値がIRO以下の範囲において、所望の光量(LA)が得られる供給電流値(IA)は、理論上は一意に定まる。このような供給電流値と光量との関係は、レーザ光源10の使用状態や劣化状態により変化することがある。供給電流値と光量との関係が変化すると、IAがLAと対応しなくなるので、高精度に光量を設定する場合にはIAを固定値として用いないで光量の調整を行う。
As shown in FIG. 3A, in the
例えば、検出値(LB)が目標値(LA)よりも小さい場合には、供給する供給電流値をLBに対応する供給電流値(IB)よりも大きい値に変更する。検出値(LC)が目標値(LA)よりも大きい場合には、供給する供給電流値をLCに対応する供給電流値(IC)よりも小さい値に変更する。検出値と目標値との差分に適宜重み付けして供給電流値の変化量を決定することにより、レーザ光源10に供給される供給電流値が定まる。また、供給電流値の変更を繰り返すことにより、得られる光量をLAに収束させることができる。
For example, when the detected value (L B ) is smaller than the target value (L A ), the supply current value to be supplied is changed to a value larger than the supply current value (I B ) corresponding to L B. When the detected value (L C ) is larger than the target value (L A ), the supply current value to be supplied is changed to a value smaller than the supply current value (I C ) corresponding to L C. By appropriately weighting the difference between the detected value and the target value to determine the amount of change in the supply current value, the supply current value supplied to the
なお、供給電流値がIROを超えると供給電流値を増加させても光量が増加しないので、供給電流値が順次高く設定され、自動出力制御系が発散してしまう。供給電流値の上限値をIRO以下に設定しておけば、発散防止用のアルゴリズムを設けなくとも自動出力制御系の発散を回避することができる。 If the supply current value exceeds IRO , the amount of light does not increase even if the supply current value is increased. Therefore, the supply current value is sequentially set higher, and the automatic output control system diverges. If the upper limit value of the supply current value is set to IRO or less, the divergence of the automatic output control system can be avoided without providing an algorithm for preventing divergence.
図3(b)に示すように、本実施形態の電流波形はオン電流値がION、オフ電流が0になっており、振幅がIONの矩形波状になっている。電流波形の1周期をt0、オン時間をtONとすると、1周期における供給電流値(IAVE)は、以下の式(1)で表される。1周期においてオン時間の占める比率(tON/t0)は、デューティと称されることがある。
IAVE=ION×tON/t0 ・・・(1)
As shown in FIG. 3B, the current waveform of the present embodiment has a rectangular waveform with an on-current value of I ON , an off-current of 0, and an amplitude of I ON . When one period of the current waveform is t 0 and the ON time is t ON , the supply current value (I AVE ) in one period is expressed by the following equation (1). The ratio (t ON / t 0 ) of the on time in one cycle may be referred to as duty.
I AVE = I ON × t ON / t 0 (1)
式(1)から分かるように、デューティと振幅との少なくとも一方のパラメータを調整すれば、供給電流値を調整することができる。制御部14は、決定された供給電流値になるようにデューティや振幅を決定し、デューティや振幅を含んだ駆動信号を特性調整部15と、レーザ駆動回路16とにそれぞれ出力する。レーザ駆動回路16は、制御部14から出力された駆動信号に基づいてレーザ光源10を駆動する。これにより、レーザ光源装置1から射出される外部出力光G2が所望の光量に制御される。
As can be seen from Equation (1), the supply current value can be adjusted by adjusting at least one of the duty and amplitude parameters. The
本実施形態の特性調整部15は、波長変換素子11を調整の対象として、供給電流値が最小値になるように変換効率の特性(変換効率)を調整するものである。特性調整部15は、波長変換素子11の特性を調整した後に、波長変換素子11の特性を保持するようになっている。特性を調整するタイミングについては、適宜設定することができる。例えば、レーザ光源装置1の使用開始直後に特性を調整することや、使用中において装置状態が安定した後に特性を調整すること、使用中の一定時間経過ごとに特性を調整すること、ユーザーの要求に応じて特性を調整すること等を適宜設定することができる。
The
特性調整部15は、変温部151、温度検出部152、温度調整回路153、及び温度制御回路154を含んでいる。本実施形態の温度制御回路154は、制御部14とともにコントロールIC17に組み込まれている。コントロールICは、DSPチップ(デジタル信号処理チップ)やFPGA(field programmable gate array)等により構成される。
The
変温部151は、ヒータやペルチェ素子により構成されており、波長変換素子11を加熱あるいは冷却する。温度検出部152は、サーミスタ等により構成されており、波長変換素子11の温度を検出する。温度調整回路153は、温度検出部152から波長変換素子11の温度を受け取り、波長変換素子11の温度が温度制御回路154から出力される目標温度に収束するように、変温部151を駆動する。温度調整回路153は、波長変換素子11の温度が目標温度に収束すると、温度制御回路154に温度調整結果を出力する。温度調整結果は、温度調整完了のフラグであってもよいし、温度が安定したときの波長変換素子11の温度であってもよい。
The
温度制御回路154は、演算部や記録部(メモリ)等を含んでいる。温度制御回路154は、複数の仮設定温度を段階的に設定するとともに、複数の仮設定温度を順次、温度調整回路153の目標温度として出力する。仮設定温度が選択される温度範囲は、予め定めておくことや、供給電流値に設定された上限値を用いて求めることができる。温度範囲を求める方法としては、仮設定温度を変更しつつ、仮設定温度に対応する供給電流値と上限値とを比較して、供給電流値が上限値に達した仮設定温度により温度範囲の両端の温度を求める方法が挙げられる。
The
また、温度制御回路154は、制御部14から駆動信号を受け取り、供給電流値と仮設定温度とを関連付けてメモリに記録する。温度制御回路154は、メモリに記録された供給電流値のうちの最小値と関連付けられた仮設定温度を求め、これを整合温度とする。温度制御回路154は、得られた整合温度を温度調整回路153の目標温度として出力する。
Further, the
図4(a)は、波長変換素子の温度に対する外部出力光の光量について、APC駆動と定電流駆動との比較を示すグラフである。図4(b)は、特性調整部15により供給電流値を最小化する仕組みを示す説明図である。
FIG. 4A is a graph showing a comparison between APC driving and constant current driving with respect to the amount of external output light with respect to the temperature of the wavelength conversion element. FIG. 4B is an explanatory diagram showing a mechanism for minimizing the supply current value by the
図4(a)に示すように、仮にレーザ光源装置が定電流により駆動されていると、波長変換素子の温度が整合温度Tmから変化した場合に、外部出力光の光量が低下する。本実施形態のように、レーザ光源装置がAPC駆動されていると、供給電流値が調整されて外部出力光の光量が一定になる。 As shown in FIG. 4 (a), assuming that the laser light source device is driven by a constant current, when the temperature of the wavelength conversion element is changed from matching temperature T m, the light amount of the external output light decreases. As in this embodiment, when the laser light source device is APC-driven, the supply current value is adjusted and the amount of external output light becomes constant.
図4(b)に示すように、APC駆動されているレーザ光源装置において、供給電流値は、波長変換素子の温度に応じて変化する。波長変換素子の温度がTmになっていると、波長変換素子の変換効率が最大になるので、供給電流値は最小になる。Tmは、波長変換素子に入射する光の波長変化や、波長変換素子の劣化による特性変化等により変化する。波長変換素子に入射する光の波長、すなわちレーザ光源から射出される光の波長は、レーザ光源の温度変化や劣化により変化する。したがって、レーザ光源を一定温度で駆動するとともに波長変換素子の温度を想定される整合温度に固定すると、Tmが変化することにより供給電流値が最小値にならなくなってしまう。 As shown in FIG. 4B, in the laser light source apparatus driven by APC, the supply current value changes according to the temperature of the wavelength conversion element. When the temperature of the wavelength conversion element is Tm , the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized, so that the supply current value is minimized. T m changes due to a change in wavelength of light incident on the wavelength conversion element, a change in characteristics due to deterioration of the wavelength conversion element, or the like. The wavelength of light incident on the wavelength conversion element, that is, the wavelength of light emitted from the laser light source, changes due to temperature change or deterioration of the laser light source. Therefore, when the laser light source is driven at a constant temperature and the temperature of the wavelength conversion element is fixed at an assumed matching temperature, the supply current value does not become the minimum value due to the change in Tm .
本実施形態では、光量検出部13と制御部14とによりAPC駆動を行うとともに、特性調整部15により波長変換素子11の温度をレーザ光源装置1の駆動時の初期温度(T0)からTmに変化させる。ここでは、図4(b)に示したように、特性調整部15が波長変換素子11の温度をT0から段階的に降下させるとともに、各段階における供給電流値を監視する。供給電流値が、上限値(IMAX)を超えるまで波長変換素子11の温度を低下させた後に、波長変換素子11の温度を段階的に上昇させる。供給電流値が、再度IMAXを超えるまで波長変換素子11の温度を上昇させた後に、T0からの温度履歴において供給電流値が最小値になる温度すなわちTmまで、波長変換素子11の温度を段階的に降下させる。
In the present embodiment, the light
図5は、供給電流値を最小化するアルゴリズムのフローチャートである。
図5に示すように、ステップS1で、温度制御回路154がT0を目標温度として温度調整回路153に出力する。温度調整回路153は、変温部151を駆動して波長変換素子11の温度を適宜変化させる。ステップS2で、温度調整回路153は、波長変換素子11の温度が安定したか否かを判定する。温度が安定になっていない場合には、温度調整回路153は、ステップS3で待機時間をおいた後に、ステップS2で温度の安定判定を行う。温度が安定になっている場合には、温度調整回路153は、温度調整結果を温度制御回路154に出力する。
FIG. 5 is a flowchart of an algorithm for minimizing the supply current value.
As shown in FIG. 5, in step S <b> 1, the
ステップS3に続くステップS4で、T0おける供給電流値(I0)を記録する。ステップS5〜S10で、T0から下限温度(Ti)までの範囲内で仮設定温度(Tx)での温度制御を行う。ステップS5〜S9を一連の処理として、この処理は後述する繰り返し回数iだけ繰り返される。iは1以上の整数であり、xは1以上i以下の整数である。 In step S4 following step S3, the supply current value (I 0 ) at T 0 is recorded. In steps S5 to S10, temperature control is performed at the temporarily set temperature (T x ) within a range from T 0 to the lower limit temperature (T i ). Steps S5 to S9 are taken as a series of processes, and this process is repeated by the number of repetitions i to be described later. i is an integer of 1 or more, and x is an integer of 1 or more and i or less.
具体的には、ステップS5で、ステップS1と同様に温度制御回路154がTxを温度調整回路153に出力し、温度調整回路153が変温部151を駆動して波長変換素子11の温度を適宜変化させる。Txは、例えば以下の式(2)で表される。
Tx=Tx−1−ΔT ・・・(2)
Specifically, in step S5, the
T x = T x−1 −ΔT (2)
ΔTは、適宜設定される温度変化量である。ΔTは、一定値であってもよいし、可変値であってもよい。ΔTを可変値にする場合には、例えば、仮設定温度の変化に対する供給電流値の変化量が小さくなるにつれて、ΔTが小さくなるように重み付けを行う手法が考えられる。仮設定温度がTmに近づくにつれて供給電流値の変化量が小さくなるので、前記の手法によればTmを高精度に求めることができる。なお、ΔTを一定値にした場合には、式(2)は以下の式(3)と等価になる。
Tx=T0−ΔT×x ・・・(3)
ΔT is a temperature change amount set as appropriate. ΔT may be a constant value or a variable value. When ΔT is set to a variable value, for example, a method of performing weighting so that ΔT becomes smaller as the amount of change in the supply current value with respect to the change in the temporarily set temperature becomes smaller can be considered. The amount of change in supply current as the provisional set temperature approaches T m is reduced, it can be determined T m with high accuracy according to the method. When ΔT is a constant value, equation (2) is equivalent to the following equation (3).
T x = T 0 −ΔT × x (3)
温度調整回路153は、ステップS6でステップS2と同様の温度の安定判定を行い、ステップS7でステップS3と同様の待機時間をおく。ステップS8で、Txにおける供給電流(Ix)を記録する。ステップS9で、IxとIMAXとを比較する。ステップS9において、IxがIMAX未満であった場合にはステップS10に進み、IxがIMAX以上であった場合にはステップS11に進む。ステップS10で、記録されている供給電流値(I0、I1・・・、Ix)の最小値に対応する温度を仮の整合温度として保存する。ステップS5〜S9は、IxがIMAX以上になるまで繰り返される。IxがIMAX以上になるまでのステップS5〜S9の繰り返し回数がiである。このように、本実施形態では特性調整部15が、上限値(IMAX)を用いて所定の温度範囲の下限温度(Ti)を求めるようになっている。
The
ステップS11〜S15で、Tiから上限温度(Tj)までの範囲内で仮設定温度(Ty)での温度制御を行う。ステップS11〜S14を一連の処理として、この処理は繰り返し回数jだけ繰り返される。jはi以上の整数であり、yは(i+1)以上j以下の整数である。 In steps S11 to S15, temperature control is performed at the temporarily set temperature (T y ) within a range from T i to the upper limit temperature (T j ). Steps S11 to S14 are taken as a series of processes, and this process is repeated the number of times j. j is an integer greater than or equal to i, and y is an integer greater than or equal to (i + 1) and less than or equal to j.
具体的には、ステップS11で、ステップS5と同様に温度制御回路154がTyを温度調整回路153に出力し、温度調整回路153が変温部151を駆動して波長変換素子11の温度を適宜変化させる。Tyは、例えば以下の式(4)で表される。
Ty=Ty−1+ΔT ・・・(4)
Specifically, in step S11, the
T y = T y−1 + ΔT (4)
ΔTは、式(2)におけるΔTと同様に適宜設定される温度変化量である。式(4)におけるΔTが、式(2)におけるΔTと異なる値に設定されていてもよい。ここでは、式(4)におけるΔTが、式(2)と同一の一定値に設定されている。すなわち、式(4)は以下の式(5)と等価になっている。
Ty=Ti+ΔT×(y−i) ・・・(3)
ΔT is a temperature change amount that is appropriately set in the same manner as ΔT in Equation (2). ΔT in equation (4) may be set to a value different from ΔT in equation (2). Here, ΔT in equation (4) is set to the same constant value as in equation (2). That is, Expression (4) is equivalent to the following Expression (5).
T y = T i + ΔT × (y−i) (3)
温度調整回路153は、ステップS12でステップS2と同様の温度の安定判定を行い、ステップS13でステップS3と同様の待機時間をおく。ステップS14で、Tyにおける供給電流(Iy)を記録する。ステップS15で、IyとIMAXとを比較する。ステップS15において、IyがIMAX未満であった場合にはステップS16に進み、IyがIMAX以上であった場合にはステップS17に進む。ステップS16で、記録されている供給電流値(I0、I1・・・、Iy)の最小値に対応する温度を仮の整合温度として保存する。ステップS11〜S15は、IyがIMAX以上になるまで繰り返される。IyがIMAX以上になるまでのステップS11〜S15の繰り返し回数がjである。このように、本実施形態では特性調整部15が、上限値(IMAX)を用いて所定の温度範囲の上限温度(Tj)を求めるようになっている。
In step S12, the
ステップS17は、仮の整合温度すなわち、供給電流値(I0、I1・・・、Ij)の最小値に対応する温度を整合温度Tmに設定する。所定の温度範囲内において、実際の供給電流値を用いて整合温度を求めているので、使用状態や劣化状態に応じた整合温度を求めることができる。また、複数の極小値が存在する場合であっても複数の極小値において最小値を求めることができる。 In step S17, a temporary matching temperature, that is, a temperature corresponding to the minimum value of the supply current values (I 0 , I 1 ..., I j ) is set as the matching temperature T m . Since the matching temperature is obtained using the actual supply current value within the predetermined temperature range, the matching temperature according to the use state and the deterioration state can be obtained. Further, even when there are a plurality of minimum values, the minimum value can be obtained from the plurality of minimum values.
ステップS18は、波長変換素子11の温度をTmまで段階的に変化させる。具体的には、ステップS5と同様に温度制御回路154が、仮設定温度(Tj−1〜Tm)を段階的に温度調整回路153の目標温度として出力する。温度調整回路153は、変温部151を駆動して波長変換素子11の温度を適宜変化させる。温度調整回路153は、ステップS2と同様の温度の安定判定を行い、ステップS3と同様の待機時間をおく。このように、波長変換素子11の温度を段階的に調整すれば、波長変換素子11の温度が緩やかに変化するので、レーザ光源装置1を安定して動作させることができる。
Step S18 is stepwise changing the temperature of the
以上のように、波長変換素子11の温度が整合温度(Tm)に調整されることにより、波長変換素子11の変換効率が調整される。これにより、波長変換素子11の特性がレーザ光源10から射出される光IR1の波長と高精度に一致するようになり、所望の光量の外部出力光G2を得るために必要な供給電流値が最小値Imになる。
As described above, the conversion efficiency of the
第1実施形態のレーザ光源装置1にあっては、制御部14が光量検出部13による検出値を目標値に近づけるようにレーザ光源10の供給電流値を決定するので、外部出力光G2が所望の光量になる。また、レーザ光源10に供給される供給電流値が最小化されているので、レーザ光源10に過剰な負荷をかけることなく外部出力光G2の光量が調整される。したがって、レーザ光源10が長寿命になり、レーザ光源装置1が低消費電力かつ長寿命になる。また、レーザ光源装置1を所望の光量に設定して使用しつつ、レーザ光源装置1の駆動条件を自動的に最適化することができ、使い勝手のよいレーザ光源装置1になる。
In the laser
なお、供給電力が最小となるような波長変換素子の温度を求めるアルゴリズムについては、適宜変更することができる。以下、アルゴリズムの変形例を説明する。 The algorithm for obtaining the temperature of the wavelength conversion element that minimizes the power supply can be changed as appropriate. Hereinafter, modifications of the algorithm will be described.
図6は、変形例1のアルゴリズムを示すフローチャートである。図6において、第1実施形態と同様のステップには同じ符号を付して示している。第1実施形態と同様のステップについては、説明を省略する場合がある。 FIG. 6 is a flowchart showing the algorithm of the first modification. In FIG. 6, the same steps as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Description of steps similar to those in the first embodiment may be omitted.
変形例1のアルゴリズムが変形例1と異なる点は、上限値として供給電流値のデューティを用いる点である。図6に示すように、変形例1のアルゴリズムにおいては、ステップS3に続くステップS21で供給電流値のデューティ(D0)を記録する。デューティは、前記したように1周期においてオン時間の占める比率(tON/t0)である(式(1)参照)。ステップS7に続くステップS22で、デューティ(Dx)を記録する。ステップS22に続くステップS23で、Dxがデューティの上限値(DMAX)未満であるか否かを判定する。ステップS12に続くステップS24で、デューティ(Dy)を記録する。ステップS24に続くステップS25で、Dyがデューティの上限値(DMAX)未満であるか否かを判定する。 The algorithm of the first modification is different from the first modification in that the duty of the supply current value is used as the upper limit value. As shown in FIG. 6, in the algorithm of the first modification, the duty (D 0 ) of the supply current value is recorded in step S21 following step S3. As described above, the duty is a ratio (t ON / t 0 ) occupied by the on-time in one cycle (see Expression (1)). In step S22 following step S7, the duty (D x ) is recorded. In step S23 subsequent to step S22, D x is equal to or less than the upper limit value of the duty (D MAX). In step S24 following step S12, the duty (D y ) is recorded. In step S25 subsequent to step S24, D y is equal to or less than the upper limit value of the duty (D MAX).
以上のような変形例1のアルゴリズムを採用する場合には、制御部14として、電流波形の振幅を一定に保ちつつデューティを調整することにより供給電流値を調整するものを採用することができる。したがって、レーザ駆動回路16としては、印加電圧あるいは抵抗値を可変なものを用いる必要がなくなり、回路を安定に動作させることが容易になる。これにより、レーザ光源装置1の回路構成をシンプルにすることができる。
When the algorithm of
なお、電流波形の振幅(ION)を可変としておき(式(1)参照)、振幅に上限値を設けて所定の温度範囲を求める構成を採用することもできる。また、供給電流値を記録せずに所定の温度範囲の下限温度を求めた後に、供給電流値を記録しつつ所定の温度範囲の上限温度を求めて整合温度を求めてもよい。また、先に上限温度を求めて、後に下限温度を求めるようにしてもよい。 It is also possible to adopt a configuration in which the amplitude (I ON ) of the current waveform is made variable (see Equation (1)) and an upper limit value is provided for the amplitude to obtain a predetermined temperature range. Further, after obtaining the lower limit temperature of the predetermined temperature range without recording the supply current value, the matching temperature may be obtained by obtaining the upper limit temperature of the predetermined temperature range while recording the supply current value. Alternatively, the upper limit temperature may be obtained first, and the lower limit temperature may be obtained later.
図7は、変形例2のアルゴリズムを示すフローチャートである。図7において、第1実施形態と同様のステップには同じ符号を付して示している。第1実施形態と同様のステップについては、説明を省略する場合がある。 FIG. 7 is a flowchart showing the algorithm of the second modification. In FIG. 7, steps similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Description of steps similar to those in the first embodiment may be omitted.
変形例2のアルゴリズムが変形例1と異なる点は、予め設定された温度範囲を所定の温度範囲として用いる点である。第1実施形態のアルゴリズムを適用して、予め設定された温度範囲を用いる例としては、以下のようなアルゴリズムが考えられる。第1実施形態のステップS9の代わりに、仮設定温度(Tx)が温度範囲の下限値(TMIN)より高いか否かを判定するステップを設ける。また、第1実施形態のステップS15の代わりに、仮設定温度(Ty)が温度範囲の上限値(TMAX)未満であるか否かを判定するステップを設ける。このようなアルゴリズムにより第1実施形態と同様に整合温度を求めることができるが、変形例2はこれと異なるアルゴリズムにより整合温度を求める。 The algorithm of the second modification differs from the first modification in that a preset temperature range is used as a predetermined temperature range. As an example of using the preset temperature range by applying the algorithm of the first embodiment, the following algorithm can be considered. Instead of step S9 of the first embodiment, a step of determining whether or not the temporarily set temperature (T x ) is higher than the lower limit value (T MIN ) of the temperature range is provided. Also, instead of step S15 in the first embodiment, the temporary set temperature (T y) is provided the step of determining whether or not less than the upper limit of the temperature range (T MAX). Although the matching temperature can be obtained by such an algorithm as in the first embodiment, the modified example 2 obtains the matching temperature by a different algorithm.
図7に示すように、変形例2のアルゴリズムにおいては、ステップS3に続くステップS31で、TxがTMINより高いか否かを判定する。ステップS31で、TxがTMINより高い場合にはステップS5に進み、TxがTMIN以下である場合にはステップS32に進む。ステップS5〜S7により波長変換素子11の温度をTxに調整した後、次のステップに進む。ステップS32では、TyがTMAX以下である場合にはステップS17に進み、TyがTMAX未満である場合にはステップS32に進む。ステップS32に続くステップS11〜S13により波長変換素子11の温度をTyに調整する。ステップS14に続くステップS16で仮の整合温度を記録した後、次のステップへ進む。
As shown in FIG. 7, in the algorithm of the second modification, in step S31 following step S3, it is determined whether T x is higher than T MIN . In step S31, the process proceeds to step S5 if T x is greater than T MIN, the process proceeds to step S32 when T x is less than T MIN. After the temperature of the
以上のような変形例2のアルゴリズムを採用する場合には、温度範囲が予め固定されているので、波長変換素子11の温度を仮設定温度に調整する前に、仮設定温度が所定の温度範囲内であるか否かを判定することができる。したがって、上限温度や下限温度を求めるために供給電流値を監視する必要がなくなり、第1実施形態におけるステップS8(図5参照)を省くことができる。また、波長変換素子11の温度を降下させる過程において仮の整合温度を求めるステップ(ステップS9)を省くこともできる。
When the algorithm of the
なお、第1実施形態、変形例1、2では仮設定温度に対応する供給電流値を全て記録して仮の整合温度を求めているが、ステップごとに供給電流値の最小値を評価して、この最小値に対応する仮設定温度を仮の整合温度として記録するようにしてもよい。 In the first embodiment and the first and second modifications, the provisional matching temperature is obtained by recording all the supply current values corresponding to the temporarily set temperature. However, the minimum value of the supply current value is evaluated for each step. The temporary set temperature corresponding to this minimum value may be recorded as a temporary matching temperature.
例えば、T0におけるI0を記録しておき、I0とT1におけるI1とを比較する。I0とI1とのうち小さい方の値と、この値に対応する仮設定温度(仮の整合温度)とを記録させておく。以降のステップにおいても同様に、ステップごとにこのステップにおける供給電流値と、記録されている供給電流値とを比較する。そして、値が小さいほうの供給電流値、及びこの値に対応する仮設定温度のみを記録させておく。このようにすれば、供給電流値等を記録するメモリの容量を低減することができ、回路構成をシンプルにすることができる。 For example, I 0 at T 0 is recorded, and I 0 is compared with I 1 at T 1 . The smaller value of I 0 and I 1 and the temporarily set temperature (temporary matching temperature) corresponding to this value are recorded. Similarly, in the subsequent steps, the supply current value in this step is compared with the recorded supply current value for each step. Only the supply current value with the smaller value and the temporarily set temperature corresponding to this value are recorded. In this way, the capacity of the memory for recording the supply current value and the like can be reduced, and the circuit configuration can be simplified.
また、所定の温度範囲内の全域にわたって波長変換素子の温度を調整するのではなく、所定の温度範囲内における一部の範囲内で波長変換素子の温度を調整することにより、整合温度を求めることもできる。 In addition, the temperature of the wavelength conversion element is not adjusted over the entire range within the predetermined temperature range, but the matching temperature is obtained by adjusting the temperature of the wavelength conversion element within a part of the predetermined temperature range. You can also.
例えば、図4(a)に示したように、波長変換素子の温度に対する供給電力値が、整合温度の両側で単調増加あるいは単調減少である場合には、整合温度から離れるように仮設定温度が更新されると仮の整合温度が更新されなくなる。このような場合に整合温度を求める手法としては、例えば、図7に示したアルゴリズムのステップS16において、複数のステップ間で仮の整合温度が更新されなかった場合に、ステップS17に進むようにアルゴリズムを変更することが考えられる。 For example, as shown in FIG. 4A, when the supply power value with respect to the temperature of the wavelength conversion element monotonously increases or decreases monotonically on both sides of the matching temperature, the temporarily set temperature is set so as to be away from the matching temperature. When updated, the provisional matching temperature is not updated. As a method for obtaining the matching temperature in such a case, for example, in step S16 of the algorithm shown in FIG. 7, if the temporary matching temperature is not updated between a plurality of steps, the algorithm proceeds to step S17. Can be considered.
これにより、整合温度を求めるためのステップ数が少なくなり、波長変換素子11の温度が安定になるまでの待機時間が低減される。したがって、波長変換素子11の温度を整合温度に短時間で調整することができ、供給電流値を短時間で最小化することができる。
Thereby, the number of steps for obtaining the matching temperature is reduced, and the standby time until the temperature of the
[第2実施形態]
次に、本発明のレーザ光源装置の第2実施形態を説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、ロールオーバ値を算出する算出部を含んでいる点である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the laser light source device of the present invention will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in that a calculation unit that calculates a rollover value is included.
図8は、第2実施形態のレーザ光源装置2の概略構成を示す模式図である。図8において、第1実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して示している。第1実施形態と同様の構成要素については、説明を省略する場合がある。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser
図8に示すように、レーザ光源装置2は算出回路(算出部)28を含んでいる。本実施形態では、算出回路28は、制御部14や温度制御回路154とともにコントロールIC27に組み込まれている。算出回路28は、制御部14から光量検出部13の検出値(光量)と、この検出値に対応する供給電流値とを受け取り、IROを算出する。
As shown in FIG. 8, the laser
詳しくは、図3(a)に示したように供給電流値がIROになると、光量が最大になる。すなわち、供給電流値に対する光量の関係を示す特性曲線において、IROにおける接線の傾きは0になる。特性曲線の接線をいくつか求めることにより、接点と接線の傾きの関係を求めることができる。したがって、接線の傾きが0になるような接点を求めることにより、IROを求めることができる。 Specifically, as shown in FIG. 3A, when the supply current value becomes IRO , the amount of light becomes maximum. That is, in the characteristic curve representing the light intensity relationship to supply current value, the gradient of the tangent at I RO becomes zero. By obtaining several tangent lines of the characteristic curve, it is possible to obtain the relationship between the contact point and the slope of the tangent line. Therefore, by obtaining a contact point such as the gradient of the tangent it becomes 0, it is possible to obtain the I RO.
具体的には、供給電流値が微小変化したときの光量の変化量は、この供給電流値における接点の接線の傾きに相当する。算出回路28は、制御部14から受け取ったデータに基づいて、供給電流量の変化に対する光量の変化量を求め、IROを算出するようになっている。算出されたIROは、制御部14と特性調整部15とに出力される。
Specifically, the amount of change in the amount of light when the supply current value slightly changes corresponds to the slope of the tangent line of the contact at this supply current value. The
制御部14は、APC駆動における供給電流値の上限値を算出回路28から出力されたIRO以下の値に設定するようになっている。また、特性調整部15は、算出回路28から出力されたIRO以下の値に上限値を設定し、所定の温度範囲を求めるようになっている。
The
第2実施形態のレーザ光源装置2にあっては、算出回路28がロールオーバ値(IRO)を算出するので、レーザ光源装置2の使用状態や劣化状態等によるロールオーバ値の変化に対応可能になっている。したがって、ロールオーバ値が変化した場合でもロールオーバ値を超える供給電流値でレーザ光源10が駆動されることが回避され、レーザ光源装置2を長期間にわたって安定に動作させることができる。
In the laser
なお、算出部がIROの算出に用いる供給電流値や光量については、レーザ光源装置2の通常の使用時における値であってもよいし、通常の使用時とは別のIROを算出するための駆動条件における値であってもよい。例えば、ユーザーの要求に応じて制御部14がIRO算出用の駆動条件を設定し、この駆動条件での供給電流値や光量を用いて算出部がIROを算出するようになっていてもよい。
Note that the supply current value and the amount of light used for the calculation of IRO by the calculation unit may be values at the time of normal use of the laser
また、第1、第2実施形態では、特性調整部15が波長変換素子11の温度を調整することにより変換効率を調整しているが、例えば特性調整部が波長変換素子11にひずみを与えることにより変換効率を調整するものであってもよい。
In the first and second embodiments, the
[第3実施形態]
次に、本発明のレーザ光源装置の第3実施形態を説明する。第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、特性調整部がレーザ光源の特性を調整することにより供給電力を最小化する点である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the laser light source device of the present invention will be described. The third embodiment is different from the first embodiment in that the characteristic adjustment unit minimizes the power supply by adjusting the characteristic of the laser light source.
図9は、第3実施形態のレーザ光源装置3の概略構成を示す模式図である。図9において、第1実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して示している。第1実施形態と同様の構成要素については、説明を省略する場合がある。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser
図9に示すように、レーザ光源装置3の波長変換素子11には、第1実施形態の特性調整部15に代えて温度管理部35が設けられている。温度管理部35は、変温部351、温度検出部352、及び温度調整回路353を含んでいる。変温部351、温度検出部352は、第1実施形態と同様のものである。温度調整回路353は、温度検出部352から波長変換素子11の温度を受け取り、波長変換素子11が一定の温度に保持されるように変温部351を駆動する。
As illustrated in FIG. 9, the
レーザ光源10には、特性調整部36が設けられている。特性調整部36は、第1実施形態と同様の構成になっており、変温部361、温度検出部362、温度調整回路363、及び温度制御回路364を含んでいる。温度制御回路364には、第1実施形態、変形例1、変形例2に示したようなアルゴリズムが組み込まれている。温度制御回路364がレーザ光源10の温度を調整することにより、レーザ光源10から射出される光の波長(中心波長)が調整される。したがって、波長変換素子11において変換効率が最大になるような波長の光をレーザ光源10から射出させることができ、レーザ光源10の供給電流値を最小化することができる。よって、第1実施形態と同様に、レーザ光源装置3は、低消費電力かつ長寿命になるとともに、使い勝手のよいものになる。
The
なお、第1〜第3実施形態では、内部共振器と外部共振器とを併用してレーザ発振を生じさせているが、内部共振器のみあるいは外部共振器のみでレーザ発振を生じさせる構成を採用することもできる。例えば、レーザ光源10が内部共振器によりレーザ発振を生じさせ、レーザ光を射出するものである場合には、共振ミラー12を省くことができる。
In the first to third embodiments, the internal resonator and the external resonator are used in combination to generate laser oscillation. However, a configuration in which laser oscillation is generated only by the internal resonator or only by the external resonator is employed. You can also For example, when the
また、共振ミラー12としてVHG等の波長選択素子を用いる場合には、波長選択素子の温度を調整するようにしてもよい。レーザ光源10や波長変換素子11に加えて波長選択素子の特性も調整することにより、さらに供給電流値を低減することが可能になる。また、波長変換素子11の特性を調整するとともにレーザ光源10の特性も調整するようにしてもよい。
Further, when a wavelength selection element such as VHG is used as the
[プロジェクタ]
次に、本発明のプロジェクタの一実施形態を説明する。図4は、本実施形態のプロジェクタ4を示す概略構成図である。図4に示すように、プロジェクタ4は、レーザ光源装置41R、41G、41B、透過型の液晶ライトバルブ(変調装置)43R、43G、43Bと、ダイクロイックプリズム44と、投射光学系45とを備えている。レーザ光源装置41R、41G、41Bは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ液晶ライトバルブ43R、43G、43Bに変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム44によって合成され、合成された光は投射光学系45によって投射される。
[projector]
Next, an embodiment of the projector of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the
また、本実施形態のプロジェクタ4は、照度均一化光学系42R、42G、42Bを含んでいる。照度均一化光学系42R、42G、42Bは、レーザ光源装置41R、41G、41Bから射出されたレーザ光の照度分布を均一化する。照度均一化光学系42Rは、ホログラム421Rとフィールドレンズ422R等により構成されている。照度均一化光学系42G、42Bは、照度均一化光学系42Rと同様の構成になっている。
Further, the
液晶ライトバルブ43R、43G、43Bの各々により変調された色光は、ダイクロイックプリズム44に入射する。ダイクロイックプリズム44は4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面(直角プリズムの表面)に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。3つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射光学系45によりスクリーンや壁等の被投射面9に拡大投射されることにより、投射画像が表示される。
The color light modulated by each of the liquid
本実施形態のプロジェクタ4にあっては、レーザ光源装置41R、41G、41Bが本発明のレーザ光源装置により構成されているので、低消費電力かつ長寿命のプロジェクタになっている。
In the
なお、変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型のライトバルブを用いてもよい。また、液晶以外の変調装置、例えばDMD(登録商標)等を用いてもよい。投射光学系の構成は、使用される変調装置の種類によって適宜変更すればよい。また、色光合成素子としてダイクロイックプリズムを用いているが、この他にも、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するものや、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するもの等を用いることができる。 Although a transmissive liquid crystal light valve is used as the modulator, a reflective light valve may be used. Further, a modulation device other than liquid crystal, such as DMD (registered trademark), may be used. What is necessary is just to change suitably the structure of a projection optical system according to the kind of modulation apparatus used. In addition, a dichroic prism is used as the color light combining element. In addition to this, a dichroic mirror is used as a cross arrangement to combine color lights, or a dichroic mirror is provided in parallel to combine color lights. .
1、2、3・・・・レーザ光源装置、10・・・レーザ光源、11・・・波長変換素子、12・・・共振ミラー、13・・・光量検出部、14・・・制御部、15、36・・・特性調整部、28・・・算出回路(算出部)、4・・・プロジェクタ、41R、41G、41B・・・レーザ光源装置、43R、43G、43B・・・液晶ライトバルブ(変調装置)、45・・・投射光学系 1, 2, 3,..., Laser light source device, 10 ... laser light source, 11 ... wavelength conversion element, 12 ... resonant mirror, 13 ... light quantity detection unit, 14 ... control unit, 15, 36 ... Characteristic adjustment unit, 28 ... Calculation circuit (calculation unit), 4 ... Projector, 41R, 41G, 41B ... Laser light source device, 43R, 43G, 43B ... Liquid crystal light valve (Modulation device), 45... Projection optical system
Claims (9)
前記レーザ光源から射出された光が入射する波長変換素子と、
前記波長変換素子から射出された光の光量を検出する光量検出部と、
前記光量検出部による検出値を目標値に近づけるように前記レーザ光源に供給される供給電力を決定する制御部と、
前記レーザ光源と前記波長変換素子との少なくとも一方を対象とし前記供給電力を最小化するように前記対象の特性を調整する特性調整部と、を含んでいることを特徴とするレーザ光源装置。 A laser light source;
A wavelength conversion element on which light emitted from the laser light source is incident;
A light amount detector for detecting the amount of light emitted from the wavelength conversion element;
A control unit for determining the power supplied to the laser light source so that the detection value by the light amount detection unit approaches a target value;
A laser light source apparatus, comprising: a characteristic adjusting unit that adjusts the characteristics of the target so as to minimize the supplied power with respect to at least one of the laser light source and the wavelength conversion element.
前記レーザ光源装置から射出された光を変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を含んでいることを特徴とするプロジェクタ。 The laser light source device according to any one of claims 1 to 8,
A modulation device that modulates light emitted from the laser light source device;
A projection optical system that projects the light modulated by the modulation device.
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JP2016051136A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-11 | キヤノン株式会社 | Light source unit, control method of light source unit and projection type display device |
JP2016131219A (en) * | 2015-01-15 | 2016-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | Light source device and projector |
-
2008
- 2008-12-10 JP JP2008314547A patent/JP2010141025A/en active Pending
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