JP5754455B2 - Laser light source device - Google Patents

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Description

本発明は、非線形光学結晶を用いた波長変換型のレーザ光源装置に関する。更に詳細には、非線形光学結晶を用いた波長変換型のレーザ光源において、該非線形光学結晶の変換効率が最大となるように温度制御する方法に特徴を持つレーザ光源装置に関するものである。   The present invention relates to a wavelength conversion type laser light source device using a nonlinear optical crystal. More specifically, the present invention relates to a laser light source device characterized by a temperature control method for maximizing the conversion efficiency of the nonlinear optical crystal in a wavelength conversion type laser light source using the nonlinear optical crystal.

映画やホームシアター用等に利用される投射型プロジェクタの光源としてレーザ光を用いた装置の開発が進められている。これらの光源となるレーザ光源には、半導体レーザ素子から直接放射される光を用いる場合と、該半導体レーザ素子から放射された光を非線形光学結晶により他の波長に変換して用いる場合とが知られている。
最近では、青色や緑色のレーザ光源として該非線形光学結晶に、周期的分極反転型ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）や周期分極反転型タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｔａｎｔａｌａｔｅ）等を用いたレーザ光源が開発されている。 Development of an apparatus using a laser beam as a light source of a projection type projector used for movies, home theaters, and the like is underway. These laser light sources are known to use light emitted directly from a semiconductor laser element and to convert light emitted from the semiconductor laser element into another wavelength using a nonlinear optical crystal. It has been.
Recently, as a blue or green laser light source, a periodically poled lithium niobate (PPLN) or a periodically poled lithium tantalate (PPLT) or the like is applied to the nonlinear optical crystal. The laser light source used has been developed.

このような技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。該公報によれば、半導体レーザからなる光源と、該光源から放射されたレーザ光を入射し第２高調波に変換する波長変換素子（非線形光学結晶として、例えばＰＰＬＮを用いた場合）と、該波長変換素子から放出された所定の波長の光を選択して前記光源に向かって反射させる外部共振器（例えば体積ブラッググレーティング：ＶＢＧ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）とを具備したレーザ光源装置が記載されている。
また、該波長変換素子を取り付けるサブベースとの間には温度調節ユニットが設けられていることが記載されている。更に、該温度調節ユニットを用いて該波長変換素子の温度を調節することにより、波長変換素子の分極反転周期のピッチを調整することができるため、光の変換効率を向上させることが可能となることが記載されている。 As such a technique, for example, one described in Patent Document 1 is known. According to the publication, a light source composed of a semiconductor laser, a wavelength conversion element that enters laser light emitted from the light source and converts it into a second harmonic (when using, for example, PPLN as a nonlinear optical crystal), A laser light source device including an external resonator (for example, volume Bragg grating: VBG) that selects light of a predetermined wavelength emitted from a wavelength conversion element and reflects the light toward the light source is described. .
Further, it is described that a temperature adjustment unit is provided between the sub-base to which the wavelength conversion element is attached. Furthermore, by adjusting the temperature of the wavelength conversion element using the temperature adjustment unit, the pitch of the polarization inversion period of the wavelength conversion element can be adjusted, so that the light conversion efficiency can be improved. It is described.

図１０はレーザ光源装置の概略構成を示すブロック図である。
レーザ光源ユニットＬＨ上に実装された波長変換素子（例えばＰＰＬＮ）５は、レーザ光源素子（例えば半導体レーザ、以下半導体レーザとして説明する）２から放出される光の波長を入射光よりも短波長化する波長変換を行う機能を有しており、例えば、赤外線を緑色の光に変換することができる。
点灯回路２０は、給電回路Ｕ１と、パルス状の電力を供給するパルス回路Ｕ２から構成され、半導体レーザ２を点灯させるための電圧・電流を供給する。
この波長変換素子５は、所定の温度まで上昇させることで擬似位相整合され光変換の効率を上昇させる特徴を持ち、非常に精度の良い温度制御が必要となる。そのため、波長変換素子５を加熱するための加熱手段７（以下、ヒータ７として説明する）を備え、ヒータ７の温度を検出する温度検出手段Ｔｈ１、例えばサーミスタを配置している。 FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of the laser light source device.
The wavelength conversion element (for example, PPLN) 5 mounted on the laser light source unit LH shortens the wavelength of light emitted from the laser light source element (for example, a semiconductor laser, which will be described below as a semiconductor laser) 2 as compared with the incident light. For example, infrared light can be converted into green light.
The lighting circuit 20 includes a power supply circuit U1 and a pulse circuit U2 that supplies pulsed power, and supplies a voltage / current for lighting the semiconductor laser 2.
This wavelength conversion element 5 has a feature that it is quasi-phase-matched by raising the temperature to a predetermined temperature to increase the efficiency of light conversion, and requires highly accurate temperature control. Therefore, a heating means 7 for heating the wavelength conversion element 5 (hereinafter referred to as the heater 7) is provided, and a temperature detection means Th1, for example, a thermistor for detecting the temperature of the heater 7, is provided.

また、制御部２１は、制御手段２１ａと温度制御手段２１ｂとヒータ７を駆動するドライブ回路Ｕ３から構成される。上記給電回路Ｕ１は、制御部２１の制御手段２１ａによって半導体レーザ２に印加する電圧や流す電流が、予め設定された値、あるいは外部から設定された値になるように制御される。また、その給電の開始、停止などの制御がなされる。上記制御部２１の制御手段２１ａと温度制御手段２１ｂは、例えば演算処理装置（ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサ）で構成される。
また、パルス回路Ｕ２は制御手段２１ａによって制御される。制御手段２１ａはパルス回路Ｕ２のスイッチング素子をオン・オフし、半導体レーザ２を駆動するパルス出力を発生する。
温度制御手段２１ｂは温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度と、目標温度である設定温度との差に基づき上記ヒータ７への給電量を制御し、波長変換素子の温度が上記設定温度になるようにフィードバック制御する。 The control unit 21 includes a control unit 21a, a temperature control unit 21b, and a drive circuit U3 that drives the heater 7. The power feeding circuit U1 is controlled by the control means 21a of the control unit 21 so that the voltage applied to the semiconductor laser 2 and the current to flow become a preset value or a value set from the outside. In addition, the start and stop of the power supply is controlled. The control means 21a and temperature control means 21b of the control unit 21 are constituted by, for example, an arithmetic processing unit (CPU or microprocessor).
The pulse circuit U2 is controlled by the control means 21a. The control means 21a turns on / off the switching element of the pulse circuit U2 and generates a pulse output for driving the semiconductor laser 2.
The temperature control means 21b controls the amount of power supplied to the heater 7 based on the difference between the temperature detected by the temperature detection means Th1 and the set temperature, which is the target temperature, so that the temperature of the wavelength conversion element becomes the set temperature. Feedback control.

上記フィードバック制御方式としては、一般的に「オン・オフ−ＰＩＤ制御」として知られている制御方式を用いることができる。ＰＩＤ制御は、比例要素と積分要素と微分要素を組み合わせて、目標の温度となるように制御する方式である。なお、本実施例で使用したＰＷＭ出力の周波数は例えば、略数ｋＨｚ程度の値が適用される。   As the feedback control method, a control method generally known as “on / off-PID control” can be used. PID control is a method of controlling a target temperature by combining a proportional element, an integral element, and a derivative element. For example, a value of about several kHz is applied to the PWM output frequency used in this embodiment.

図１１は、上記制御部２１の温度制御手段２１ｂにおける制御処理の一例を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、前述した制御部２１内に実装されたマイクロコンピュータにおけるソフトウエア処理により実現することができ、制御部２１の温度制御手段２１ｂは、例えば以下のフローチャートに示される処理を実行し、波長変換素子５の温度を設定温度に制御する。
制御部２１の温度制御手段２１ｂは、波長変換素子５の温度を目標温度に制御するために、波長変換素子５の温度を温度検出手段Ｔｈ１で検出し、検出した温度と目標温度となる上記設定温度とを比較することで、ヒータ７への出力操作量を周期的に実行し制御する。これについて、その代表的手法である比例要素と積分要素とを組み合わせたＰＩ制御を例として説明する。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of control processing in the temperature control means 21b of the control unit 21. The flowchart of FIG. 11 can be realized by software processing in a microcomputer mounted in the control unit 21 described above, and the temperature control means 21b of the control unit 21 executes, for example, the processing shown in the following flowchart. The temperature of the wavelength conversion element 5 is controlled to the set temperature.
In order to control the temperature of the wavelength conversion element 5 to the target temperature, the temperature control means 21b of the control unit 21 detects the temperature of the wavelength conversion element 5 with the temperature detection means Th1, and the above setting that becomes the detected temperature and the target temperature By comparing with the temperature, the output operation amount to the heater 7 is periodically executed and controlled. This will be described by taking as an example PI control that combines a proportional element and an integral element, which is a typical technique.

図１１において、ステップ（Ｂ０１）でヒータ制御を開始し、まず、ステップ（Ｂ０２）において波長変換素子５の温度実測値（ＰＰＬＮ温度実測値）を温度検出手段Ｔｈ１により測定し、温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）を得る。
次に、ステップ（Ｂ０３）にて波長変換素子５の目標温度、即ち、波長変換素子５の温度設定値（ＰＰＬＮ温度設定値）を読み込み、温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）を得る。
そして、ステップ（Ｂ０４）にて上記温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）と、温度検出手段Ｔｈ１より測定された温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）とを比較して、その差分（ｅｎ）を求める。この差分（ｅｎ）を用いて、ステップ（Ｂ０５）において、ＰＩ演算を行う。このＰＩ演算において、ヒータ７への給電量、即ち、ヒータ７への操作量を数式（１）より求める。
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋Ｋｐ×ｅｎ＋Ｋｉ×ｅｎ‐１・・・（１）
ここで、ＭＶｎは今回の操作量、ＭＶｎ−１は前周期の操作量、ｅｎは今回算出した温度の差分値、ｅｎ−１は前周期での温度差分値、Ｋｐ、Ｋｉは定数である。 In FIG. 11, heater control is started in step (B01). First, in step (B02), the temperature measurement value (PPLN temperature measurement value) of the wavelength conversion element 5 is measured by the temperature detection means Th1, and the temperature measurement value (Tm_PPLN). )
Next, in step (B03), the target temperature of the wavelength conversion element 5, that is, the temperature setting value (PPLN temperature setting value) of the wavelength conversion element 5 is read to obtain the temperature setting value (Ts_PPLN).
Then, in step (B04), the temperature set value (Ts_PPLN) is compared with the actually measured temperature value (Tm_PPLN) measured by the temperature detecting means Th1, and the difference (en) is obtained. Using this difference (en), PI calculation is performed in step (B05). In this PI calculation, the amount of power supplied to the heater 7, that is, the operation amount to the heater 7 is obtained from Equation (1).
MV n = MV n-1 + Kp × e n + Ki × e n-1 ··· (1)
Here, MVn is the operation amount of this time, MVn-1 is the operation amount of the previous period, en is the difference value of the temperature calculated this time, en-1 is the temperature difference value of the previous period, and Kp and Ki are constants.

ＰＩ演算により算出された操作量（ＭＶｎ）は制御部２１より送出するＰＷＭ信号のオン幅として更新することになるが、ステップ（Ｂ０６）、ステップ（Ｂ０７）にて、操作量（ＭＶｎ）が最大値（ＭＶｎ上限値）を上回っている場合にはその最大値を、最小値（ＭＶｎ下限値）を下回っている場合には最小値を操作量（ＭＶｎ）として上下限制限を行う（ステップ（Ｂ０８）、ステップ（Ｂ０９））。
そしてステップ（Ｂ０６〜Ｂ９）にて、最終的に決定した操作量を、制御部２１より送出するＰＷＭ信号のオン幅（Ｄｕｔｙ（ｎ））として更新し、その周期のヒータ制御を終了する（ステップ（Ｂ１０，Ｂ１１））。
このステップ（Ｂ０１）からステップ（Ｂ１１）までの一連の動作を所定の周期で繰り返す。本フローチャートを周期的に実行しフィードバック制御を行うことで、前記波長変換素子５が最適な温度になるよう安定的に制御される。
ここで説明している制御アルゴリズムは、比例制御と積分要素からなるＰＩ制御方式を用いているが、例えばＰＩＤ制御のようにＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分）要素を加えた制御を含め他のフィードバック制御方式を用いても構わない。 The manipulated variable (MVn) calculated by the PI calculation is updated as the ON width of the PWM signal sent from the control unit 21, but the manipulated variable (MVn) is the maximum in step (B06) and step (B07). When the value (MVn upper limit value) is exceeded, the maximum value is set, and when the value (MVn lower limit value) is less than the minimum value (MVn lower limit value), the upper limit is set with the minimum value as the manipulated variable (MVn) (step (B08)). ), Step (B09)).
In step (B06 to B9), the finally determined operation amount is updated as the ON width (Duty (n)) of the PWM signal sent from the control unit 21, and the heater control in that cycle is finished (step). (B10, B11)).
A series of operations from step (B01) to step (B11) is repeated at a predetermined cycle. By periodically executing this flowchart and performing feedback control, the wavelength conversion element 5 is stably controlled to reach an optimum temperature.
The control algorithm described here uses a PI control method composed of proportional control and an integral element, but uses other feedback control methods including control with a differential element such as PID control. It doesn't matter.

なお、波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）は、該波長変換素子の温度によってレーザ光の変換効率が変化し、光変換効率を最大とすることができる最適な温度が存在する。
このため上記温度制御手段２１ｂは、温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が、上記光変換効率が最大となる温度となるように、ヒータ７を制御してその温度を制御するのが一般的である。 The wavelength conversion element 5 (for example, PPLN) has an optimum temperature at which the conversion efficiency of the laser light changes depending on the temperature of the wavelength conversion element, and the light conversion efficiency can be maximized.
For this reason, the temperature control means 21b controls the heater 7 by controlling the heater 7 so that the temperature of the wavelength conversion element 5 detected by the temperature detection means Th1 becomes the temperature at which the light conversion efficiency is maximized. It is common.

特開２００９−５４４４６号公報JP 2009-54446 A

上述したように、波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）を用いたレーザ光源装置では、該ＰＰＬＮの温度によってレーザ光の変換効率が変化することから、波長変換素子５の温度をモニタしながらヒータ回路等により最適な温度を設定しなければならない。
図１２は、波長変換素子の設定温度と、波長変換素子に加わる熱量との関係を示す図である。同図の横軸は、波長変換素子の温度をフィードバック制御している際の設定温度を示し、線Ａはレーザ光源からの基本波光が波長変換素子に照射される際の輻射熱による波長変換素子の加熱量(以下ＩＲ輻射熱量ともいう)、線Ｂはヒータ７による加熱量（ヒータ７への給電量）、線Ｃはこれらの合計である総熱量を示す。
なお、同図（ａ）は後述する高温ハングアップ状態になっていない場合を示し、（ｂ）は高温ハングアップ状態になった場合を示す。 As described above, in the laser light source device using the wavelength conversion element 5 (for example, PPLN), the conversion efficiency of the laser light changes depending on the temperature of the PPLN. The optimal temperature must be set.
FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the set temperature of the wavelength conversion element and the amount of heat applied to the wavelength conversion element. The horizontal axis of the figure shows the set temperature when the temperature of the wavelength conversion element is feedback controlled, and the line A shows the wavelength conversion element due to radiant heat when the fundamental light from the laser light source is irradiated to the wavelength conversion element. The amount of heating (hereinafter also referred to as IR radiant heat amount), the line B represents the amount of heating by the heater 7 (the amount of power supplied to the heater 7), and the line C represents the total amount of heat that is the sum of these.
FIG. 4A shows a case where a high-temperature hang-up state is not described, and FIG. 5B shows a case where a high-temperature hang-up state is entered.

図１２（ａ）に示すように、波長変換素子の設定温度を上昇していくと、ヒータの給電量がある温度Ｔｃで最大となる現象が生ずる。
一般的に波長変換素子５の温度を上昇させる場合は、単純にヒータへの給電量が増加すれば、波長変換素子の温度は上昇していくはずである。しかし、実際には図１２（ａ）に示すように、ヒータ７への給電量は、ある設定温度で極大となる。
この給電量が極大となる波長変換素子の設定温度は、レーザ光源の光出力が最大となる（すなわち波長変換素子の変換効率が最も高い）設定温度と一致する。 As shown in FIG. 12A, when the set temperature of the wavelength conversion element is increased, a phenomenon occurs in which the heater power supply amount becomes maximum at a certain temperature Tc.
In general, when the temperature of the wavelength conversion element 5 is increased, the temperature of the wavelength conversion element should increase if the amount of power supplied to the heater simply increases. However, in practice, as shown in FIG. 12A, the amount of power supplied to the heater 7 becomes a maximum at a certain set temperature.
The set temperature of the wavelength conversion element that maximizes the amount of power supply coincides with the set temperature at which the light output of the laser light source is maximized (that is, the conversion efficiency of the wavelength conversion element is the highest).

この現象は、以下のように説明することができる。
ヒータ７への給電量が最大となる温度（Ｔｃ）周辺では、半導体レーザ２から出力される赤外線の大半が可視光に変換されているが、赤外線が可視光に変換される割合が低い温度領域では、そのほとんどが赤外線のまま閉じ込められ波長変換素子５を加熱する、いわゆる、輻射熱による加熱（前記ＩＲ輻射による加熱）に使われる。
前述したように、図１０に示したレーザ光源装置では、設定した目標温度に制御するために波長変換素子５の温度をフィードバック制御しているため、この赤外線の外乱の増減に依存してヒータ７への給電量も増減制御される。したがって波長変換素子５が輻射熱を多く受ける領域ではヒータ７への給電量は少なくても充分設定した温度となり、逆に可視光への変換効率が高いポイント(温度Ｔｃ付近)では、上記輻射熱が低減しているので、ヒータ７への給電量を増加するように温度制御手段２１ｂが制御する。このため、給電量の最も高い点が波長変換素子の変換効率が最も高い温度領域となるものと考えられる。 This phenomenon can be explained as follows.
In the vicinity of the temperature (Tc) at which the amount of power supplied to the heater 7 is maximized, most of the infrared light output from the semiconductor laser 2 is converted to visible light, but the temperature region in which the rate of conversion of infrared light into visible light is low. Then, most of them are confined as infrared rays and are used for heating by the so-called radiant heat (heating by IR radiation) for heating the wavelength conversion element 5.
As described above, in the laser light source device shown in FIG. 10, the temperature of the wavelength conversion element 5 is feedback-controlled in order to control to the set target temperature. Therefore, the heater 7 depends on the increase / decrease in the disturbance of the infrared rays. Increase / decrease control of the amount of power supplied to Therefore, in the region where the wavelength conversion element 5 receives a large amount of radiant heat, the temperature is sufficiently set even if the amount of power supplied to the heater 7 is small. Therefore, the temperature control means 21b controls to increase the amount of power supplied to the heater 7. For this reason, it is considered that the point where the amount of power supply is the highest is the temperature region where the conversion efficiency of the wavelength conversion element is the highest.

ところで、一般的にプロジェクタ光源では、使用環境や点灯条件によって光量の調整が必要となる。例えば、晴れた日の野外で映像を投射する場合と、映画館等の屋内を暗くして投射する場合では、必要となる光量は異なる。また、プロジェクタを省電力モードで点灯する場合と、通常電力で点灯する場合とでは、光源に投入される電力が大きく異なる。このように、光源となるレーザ光源装置に対して、レーザ点灯電流の増減制御が必要となる。
しかし、レーザ光量増加指令に従いレーザ点灯電流を増加させると、以下に説明するように、波長変換素子５温度が波長変換最適温度より高温で保持されてしまう高温ハングアップ状態となり、所望の変換光出力が得られず光量が大幅に減少する場合があることが分かった。 By the way, in general, in a projector light source, the amount of light needs to be adjusted depending on the use environment and lighting conditions. For example, the amount of light required differs between when projecting images outdoors on a sunny day and when projecting indoors such as in a movie theater dark. Further, the power supplied to the light source differs greatly between when the projector is lit in the power saving mode and when the projector is lit with normal power. As described above, increase / decrease control of the laser lighting current is required for the laser light source device as the light source.
However, when the laser lighting current is increased in accordance with the laser light quantity increase command, the wavelength conversion element 5 temperature is kept at a temperature higher than the wavelength conversion optimum temperature as described below, and a desired converted light output is obtained. It was found that the amount of light could be significantly reduced.

以下、上記高温ハングアップについて説明する。
前記したレーザ光源装置において、レーザ光量増加指令に従いレーザ点灯電流を増加させると、レーザ光による波長変換素子５の加熱量も増加する。このため波長変換素子５の温度が一時的に上昇する。
レーザ光による波長変換素子５の加熱量が増加すると、図１２に示すＩＲ輻射熱量Ａ、総熱量Ｃが増加する。このため、温度制御手段２１ｂは、ヒータ７への給電量を減少させるように制御するが、ヒータ回路への出力を遮断しても波長変換素子５の温度が下がらなくなると、図１２（ｂ）に示すように、波長変換素子５の温度を制御できなくなる。この結果、波長変換素子５の温度が上昇し、波長変換素子５の温度は、図１２（ｂ）に示す高温ハングアップ状態の領域に入り、高温ハングアップ２の状態になる。
すなわち、図１２（ｂ）において、ヒータ７への給電量を制御して波長変換素子の温度を上昇させていくと、高温ハングアップ１の温度で基本波光による波長変換素子５の加熱量が温度維持に必要なエネルギよりも大きくなる。その場合ヒータ７への給電を停止しても波長変換素子５の温度は上がり続け、高温ハングアップ２の温度まで上昇して停止する。この高温ハングアップに陥ると、ヒータ７への給電を停止しても波長変換素子（ＰＰＬＮ）の温度を下げることができない。 Hereinafter, the high-temperature hang-up will be described.
In the laser light source device described above, when the laser lighting current is increased according to the laser light quantity increase command, the heating amount of the wavelength conversion element 5 by the laser light also increases. For this reason, the temperature of the wavelength conversion element 5 rises temporarily.
When the heating amount of the wavelength conversion element 5 by the laser light increases, the IR radiation heat amount A and the total heat amount C shown in FIG. 12 increase. For this reason, the temperature control means 21b controls to reduce the amount of power supplied to the heater 7, but when the temperature of the wavelength conversion element 5 does not decrease even if the output to the heater circuit is cut off, FIG. As shown, the temperature of the wavelength conversion element 5 cannot be controlled. As a result, the temperature of the wavelength conversion element 5 rises, and the temperature of the wavelength conversion element 5 enters the region of the high-temperature hang-up state shown in FIG.
That is, in FIG. 12B, when the temperature of the wavelength conversion element is raised by controlling the amount of power supplied to the heater 7, the amount of heating of the wavelength conversion element 5 by the fundamental light at the temperature of the high temperature hang-up 1 is increased. It is larger than the energy required for maintenance. In this case, the temperature of the wavelength conversion element 5 continues to rise even when the power supply to the heater 7 is stopped, and rises to the temperature of the high temperature hangup 2 and stops. If this high temperature hang-up occurs, the temperature of the wavelength conversion element (PPLN) cannot be lowered even if power supply to the heater 7 is stopped.

図１３は、高温ハングアップ状態になるときの動作を示すタイムチャートである。同図において（ａ）は調光トリガ、（ｂ）は半導体レーザ２のレーザ電流、（ｃ）はＩＲ輻射熱量、（ｄ）はヒータ７への給電量、（ｅ）は波長変換素子の温度である。
図１２において、（１）同図（ａ）に示すように、調光トリガが入力されると、（２）同図（ｂ）に示すようにレーザ電流ＩＬ１からＩＬ２（増加量Ａ）に増加する。
（３）レーザ電流増加と同時に、同図（ｃ）に示すようにレーザ電流の増加分に相当するＩＲ輻射による加熱量が増加する。
（４）ＩＲ輻射による加熱量の増加に伴い同図（ｅ）に示すように、波長変換素子５の温度が上昇する。
（５）波長変換素子５の温度が上昇し、波長変換効率が最大となる波長変換素子の最適温度を越えることにより、同図（ｃ）に示すようにＩＲ輻射による加熱量は更に増加し、同図（ｅ）に示すように波長変換素子５の温度を更に増加させる。
（６）上記（３）〜（５）の動作中、ヒータ７への給電量は温度制御手段２１ｂのフィードバック制御により、同図（ｄ）に示すように順次小さくなるが、温度制御系の応答遅れ等により波長変換素子の温度は上昇を続ける。
（７）波長変換素子の温度が同図（ｅ）に示す高温ハングアップ１の温度を超えると、ヒータへの給電を停止しても温度を下げることができなくなり、高温ハングアップ状態となる。そして、波長変換素子５の温度は上がり続け、高温ハングアップ２の温度まで上昇する。 FIG. 13 is a time chart showing an operation when a high-temperature hang-up state is reached. In this figure, (a) is a dimming trigger, (b) is the laser current of the semiconductor laser 2, (c) is the amount of IR radiation heat, (d) is the amount of power supplied to the heater 7, and (e) is the temperature of the wavelength conversion element. It is.
In FIG. 12, (1) when a dimming trigger is input as shown in FIG. 12 (a), (2) the laser current IL1 increases to IL2 (increase A) as shown in FIG. 12 (b). To do.
(3) Simultaneously with the increase in the laser current, the amount of heating by IR radiation corresponding to the increase in the laser current increases as shown in FIG.
(4) As the amount of heating by IR radiation increases, the temperature of the wavelength conversion element 5 rises as shown in FIG.
(5) When the temperature of the wavelength conversion element 5 rises and exceeds the optimum temperature of the wavelength conversion element that maximizes the wavelength conversion efficiency, the amount of heating by IR radiation further increases as shown in FIG. As shown in FIG. 5E, the temperature of the wavelength conversion element 5 is further increased.
(6) During the operations (3) to (5), the amount of power supplied to the heater 7 is sequentially reduced as shown in FIG. 4D by the feedback control of the temperature control means 21b, but the response of the temperature control system. The temperature of the wavelength conversion element continues to rise due to a delay or the like.
(7) If the temperature of the wavelength conversion element exceeds the temperature of the high-temperature hang-up 1 shown in FIG. 5E, the temperature cannot be lowered even if the power supply to the heater is stopped, and a high-temperature hang-up state occurs. Then, the temperature of the wavelength conversion element 5 continues to rise and rises to the temperature of the high temperature hang-up 2.

以上のように、レーザ光量増加指令に従いレーザ点灯電流を増加させると、レーザ光による波長変換素子５の加熱量も増加し、波長変換素子５の温度が最適な温度に下がらなくなり制御ができなくなる（高温ハングアップ状態になる）場合がある。
この高温ハングアップ状態では、波長変換素子５の温度が波長変換効率が最大となる最適温度より高温で保持されてしまい、所望の変換光出力が得られず光量が大幅に減少し、レーザ光量増加指令前より却って光量が減少した状態が維持されてしまう。 As described above, when the laser lighting current is increased in accordance with the laser light quantity increase command, the amount of heating of the wavelength conversion element 5 by the laser light also increases, and the temperature of the wavelength conversion element 5 does not drop to the optimum temperature and control is not possible ( High temperature hang-up).
In this high temperature hang-up state, the temperature of the wavelength conversion element 5 is maintained at a temperature higher than the optimum temperature at which the wavelength conversion efficiency is maximized, the desired converted light output cannot be obtained, the light amount is greatly reduced, and the laser light amount is increased. The state in which the amount of light is reduced from before the command is maintained.

本発明は上記問題点を解決するものであって、本発明の課題は、高温ハングアップ状態となり、波長変換素子の温度制御が制御不能に陥った場合に、早急に制御可能状態に回復させ、高い光出力を回復することを可能にしたレーザ光源装置を提供することである。   The present invention solves the above-mentioned problems, the problem of the present invention is a high-temperature hang-up state, when the temperature control of the wavelength conversion element falls out of control, quickly recovers to a controllable state, It is an object of the present invention to provide a laser light source device that can recover a high light output.

温度によって変換効率が変化し、光変換効率を最大とする最適な温度が存在する波長変換素子を用いて波長変換を行うレーザ光源装置において、波長変換素子の温度制御を、ペルチェ素子のような冷却も行える手段を用いずにヒータ等の加熱手段で行い、かつ基本波光をパッケージ外に漏らさない構造であって波長変換されない基本波光の一部が波長変換素子の加熱に寄与するレーザ光源装置においては、前記したように高温ハングアップ状態となることがある。
この高温ハングアップ状態とは、上記レーザ光源装置において、波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において、その温度を維持するために必用な熱量よりも基本波光による加熱量（ＩＲ輻射熱量）が大きくなってしまうことにより、ヒータ等の加熱手段への給電量の増減で波長変換素子の温度を制御できなくなり、ヒータ等の加熱手段への給電を停止しても温度を下げることができなくなる状態である。
本発明は、レーザ光源装置に高温ハングアップ抑止手段を設け、高温ハングアップ状態になったとき、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させ、このような高温ハングアップ状態から回復できるようにする。
例えば、以下のようにして高温ハングアップ状態から回復させる。
温度制御手段による上記ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したとき、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。あるいは、波長変換素子の実測温度が波長変換素子の制御目標温度より高い状態となっている時間幅を検出し、該時間幅が予め設定した一定値より大きくなった場合に、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。
これにより、レーザ光による波長変換素子の加熱量を減少させ、波長変換素子を温度制御可能状態に戻して、高い変換効率の光量が安定して得られるようになる。
また、上記半導体レーザへの給電量の減少分は、上記半導体レーザへの給電量の増加した後に上記高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量の増加分に比例した値としてもよい。
すなわち、本発明は以下のようにして前記課題を解決する。
（１）半導体レーザと、該レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子を加熱するためのヒータと、該半導体レーザに給電するための給電回路と、該ヒータに給電するためのヒータ給電回路と、上記波長変換素子の温度を検出し上記ヒータへの給電量を制御して該波長変換素子の温度を目標温度に制御する温度制御手段を備え、上記半導体レーザに給電するための給電回路と上記ヒータ給電回路とを制御する制御部と、を有するレーザ光源装置において、上記制御部に、上記波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において上記ヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させ該高温ハングアップ状態を抑止する高温ハングアップ抑止手段を設ける。
（２）上記（１）において、上記高温ハングアップ抑止手段は、上記温度制御手段による上記ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態が生じたものとして、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。
（３）上記（１）において、上記高温ハングアップ抑止手段は、上記波長変換素子の温度が上記目標温度よりも予め定めた一定温度以上高い状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態が生じたものとして、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。
（４）半導体レーザと、該レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、該波長変換素子を加熱するためのヒータと、該半導体レーザに給電するための給電回路と、該ヒータに給電するためのヒータ給電回路と、上記波長変換素子の温度を検出し上記ヒータへの給電量を制御して該波長変換素子の温度を目標温度に制御する温度制御手段を備え、上記半導体レーザに給電するための給電回路と上記ヒータ給電回路とを制御する制御部とを有するレーザ光源装置であって、上記制御部は、上記波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において上記ヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態を抑止する高温ハングアップ抑止手段を備え、上記高温ハングアップ抑止手段は、上記半導体レーザへの給電量の増加した後に上記高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量を、上記半導体レーザへの給電量の増加分に比例した量だけ減少させる。
（５）上記（１）（２）（３）（４）において、波長変換素子として、周期的分極反転型ニオブ酸リチウムを用いる。
In a laser light source device that performs wavelength conversion using a wavelength conversion element that has an optimum temperature at which the conversion efficiency changes depending on the temperature and that maximizes the light conversion efficiency, temperature control of the wavelength conversion element is performed by cooling like a Peltier element. In a laser light source device in which a part of the fundamental wave light that is not wavelength-converted contributes to the heating of the wavelength conversion element with a structure that does not leak the fundamental wave light outside the package without using means that can also be used. As described above, a high-temperature hang-up state may occur.
This high-temperature hang-up state means that the amount of heating by the fundamental wave light (IR radiation heat) is higher than the amount of heat necessary to maintain the temperature in the laser light source device at a temperature higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximum. The temperature of the wavelength conversion element cannot be controlled by increasing or decreasing the amount of power supplied to the heating means such as a heater, and the temperature can be lowered even if power supply to the heating means such as a heater is stopped. It is in a state where it cannot be done.
According to the present invention, the laser light source device is provided with a high-temperature hang-up suppressing means, and when the high-temperature hang-up state is entered, the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount. Allow recovery.
For example, the high temperature hang-up state is recovered as follows.
When the power supply amount of the heater by the temperature control means is in a predetermined lower limit value or lower than the lower limit value for a predetermined time or longer, the power supply amount to the semiconductor laser is decreased by a predetermined amount. Alternatively, when a time width in which the actually measured temperature of the wavelength conversion element is higher than the control target temperature of the wavelength conversion element is detected and the time width becomes larger than a predetermined value, power is supplied to the semiconductor laser. Decrease the amount by a predetermined amount.
As a result, the amount of heating of the wavelength conversion element by the laser light is decreased, the wavelength conversion element is returned to a temperature controllable state, and a light amount with high conversion efficiency can be stably obtained.
The decrease in the power supply to the semiconductor laser is a value proportional to the increase in the power supply to the semiconductor laser when the high-temperature hang-up state occurs after the power supply to the semiconductor laser is increased. Also good.
That is, this invention solves the said subject as follows.
(1) A semiconductor laser, a wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light emitted from the laser, a heater for heating the wavelength conversion element, a power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, and the heater A heater power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, and temperature control means for detecting the temperature of the wavelength conversion element and controlling the amount of power supplied to the heater to control the temperature of the wavelength conversion element to a target temperature. In the laser light source device having a power supply circuit for supplying power to the power supply and a control unit for controlling the heater power supply circuit, the heater in the control unit has a temperature higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. When a high-temperature hang-up state occurs in which the temperature of the wavelength conversion element cannot be controlled even if the amount of power supplied to is reduced, the amount of power supplied to the semiconductor laser is a predetermined amount. Providing a high temperature hang inhibition means for inhibiting said high temperature hang-up state is reduced.
(2) In the above (1), the high temperature hang-up inhibiting means is configured to operate at a high temperature when the power supply amount of the heater by the temperature control means continues for a predetermined period of time for a predetermined lower limit value or lower limit value. Assuming that a hang-up state has occurred, the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount.
(3) In (1), when the temperature of the wavelength conversion element is higher than the target temperature by a predetermined temperature or higher for a predetermined time or longer, the high temperature hangup suppression means Assuming that a situation has occurred, the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount.
(4) a semiconductor laser, a wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light emitted from the laser, a heater for heating the wavelength conversion element, a power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, and the heater A heater power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, and temperature control means for detecting the temperature of the wavelength conversion element and controlling the amount of power supplied to the heater to control the temperature of the wavelength conversion element to a target temperature. A laser light source device having a power supply circuit for supplying power to the heater and a control unit for controlling the heater power supply circuit, wherein the control unit is configured to perform the above-described operation at a temperature higher than a temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. comprising a high temperature hang inhibition means for inhibiting high temperature hang state can not be controlled the temperature of the wavelength conversion element also reduces the amount of power supplied to the heater, the hot hangs The stopping means reduces the power supply to the semiconductor laser by an amount proportional to the increase in the power supply to the semiconductor laser when the high temperature hang-up state occurs after the power supply to the semiconductor laser is increased. Let
(5) In the above (1), (2), (3), and (4), a periodically poled lithium niobate is used as the wavelength conversion element.

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）レーザ光量増加（点灯電流増加）に伴い、波長変換素子の基本波光による加熱量が増加し、波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域においてヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態が生じたとき、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させるようにしたので、高温ハングアップ状態から回復させることができる。このため、レーザ光源装置を制御可能な状態に回復させて、変換効率が高く安定した光量の出射光を得ることができる。
（２）ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したこと、あるいは、波長変換素子の温度が目標温度よりも予め定めた一定温度以上高い状態が予め定めた時間以上継続したことにより高温ハングアップ状態が生じたことを検出するようにしたので、波長変換素子の温度を制御する処理の一部を改良することで、比較的簡単に、また新たなハードウェア等を追加することなく、高温ハングアップ状態が生じたことを検出することが可能となる。
（３）半導体レーザへの給電量の増加したことにより高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量の増加分に比例した量だけ、半導体レーザへの給電量を減少させることにより、レーザへの給電量の増加が小さいときは、出射光の減少量を小さくすることができ、明るさが減少したことを、人の目に気付かせないようにすることができる。 In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Along with an increase in the amount of laser light (increase in the lighting current), the amount of heating by the fundamental wave light of the wavelength conversion element increases, and the amount of power supplied to the heater is reduced in a temperature range higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. However, when a high-temperature hang-up state occurs in which the temperature of the wavelength conversion element cannot be controlled, the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount, so that the high-temperature hang-up state can be recovered. . For this reason, it is possible to recover the laser light source device to a controllable state and obtain a stable amount of emitted light with high conversion efficiency.
(2) A state where the heater power supply amount is a predetermined lower limit value or a lower limit value has continued for a predetermined time or more, or the temperature of the wavelength conversion element is higher than a target temperature by a predetermined temperature or more. Since it has been detected that a high-temperature hang-up condition has occurred due to continuing for a predetermined period of time or longer, a part of the process for controlling the temperature of the wavelength conversion element has been improved to make it relatively simple and new. It is possible to detect that a high-temperature hang-up state has occurred without adding additional hardware or the like.
(3) When a high-temperature hang-up state occurs due to an increase in the amount of power supplied to the semiconductor laser, by reducing the amount of power supplied to the semiconductor laser by an amount proportional to the increase in the amount of power supplied to the semiconductor laser. When the increase in the amount of power supplied to the laser is small, the decrease amount of the emitted light can be reduced, and the reduction in brightness can be prevented from being noticed by human eyes.

本発明の実施例のレーザ光源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laser light source apparatus of the Example of this invention. 本発明の第１の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control part and lighting circuit in the laser light source apparatus of 1st Example of this invention. 給電回路の具体化された構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure which actualized the electric power feeding circuit. パルス回路の簡略化された構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a simplified structure of a pulse circuit. ドライブ回路の構成及び制御部、ヒータ等の接続関係を示す図である。It is a figure which shows the connection relationship of a structure of a drive circuit, a control part, a heater, etc. ドライブ回路よりヒータに給電される電流波形の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the current waveform supplied to a heater from a drive circuit. 本発明の実施例の高温ハングアップ抑止機能を有する温度制御処理のフローチャート（１）である。It is a flowchart (1) of the temperature control process which has a high temperature hangup suppression function of the Example of this invention. 本発明の実施例の高温ハングアップ抑止機能を有する温度制御処理のフローチャート（２）である。It is a flowchart (2) of the temperature control process which has a high temperature hangup suppression function of the Example of this invention. 高温ハングアップ状態になったときにレーザ電流を低下させて高温ハングアップ状態から回復させる際の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of recovering from a high temperature hang-up state by reducing a laser current when it will be in a high-temperature hang-up state. レーザ光源装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a laser light source device. 温度制御手段における制御処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control processing in a temperature control means. 波長変換素子の設定温度と、波長変換素子に加わる熱量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the preset temperature of a wavelength conversion element, and the calorie | heat amount added to a wavelength conversion element. 高温ハングアップ状態になるときの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement when it becomes a high temperature hang-up state.

図１は本発明の実施例のレーザ光源装置の構成を示す図である。
図１に示すようにレーザ光源装置は、レーザ光源ユニットＬＨと、半導体レーザを点灯させるための点灯回路２０と制御部２１とを有する。
レーザ光源ユニットＬＨにおいて、熱伝導性の高い材質、例えば銅（Ｃｕ）で形成されるベースプレート（ヒートシンク）となる基板１には、レーザ光の漏れを防ぎ、また内部に収納された部材を外気や埃から遮断するとともに断熱する遮断容器（例えばアルミニウム製）３が取り付けられている。
遮断容器３内の上記基板１上には、基本波光として赤外光を放射する半導体レーザ２が設けられている。半導体レーザ２は例えば、１０６４ｎｍを放射する外部共振器型面発光レーザアレイである。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser light source apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the laser light source device includes a laser light source unit LH, a lighting circuit 20 for lighting a semiconductor laser, and a control unit 21.
In the laser light source unit LH, the substrate 1 serving as a base plate (heat sink) formed of a material having high thermal conductivity, for example, copper (Cu), prevents leakage of laser light, and the members housed inside are exposed to the outside air. A shut-off container (for example, made of aluminum) 3 that shields and insulates from dust is attached.
A semiconductor laser 2 that emits infrared light as fundamental wave light is provided on the substrate 1 in the shielding container 3. The semiconductor laser 2 is, for example, an external cavity surface emitting laser array that emits 1064 nm.

該半導体レーザ２に対向する位置には、上記基本波光の特定の狭帯波長域の光を高い反射率（例えば９９．５％）で反射する基本波光反射素子４（例えば、前記ＶＢＧ）が配置され、上記半導体レーザ２に対し外部共振器を構成する。なお、基本波光反射素子４は、変換光は透過させる。
また、半導体レーザ２と基本波光反射素子４との間には、基本波光の波長の内の一部の光（位相整合した波長の光、位相整合温度は例えば８０Ｃ°〜１００Ｃ°）を変換して波長変換光（第二次高調波：ＳＨＧ）とする波長変換素子（例えば前記ＰＰＬＮ）５が配置される。該波長変換素子５は、上記半導体レーザ２が出力する基本波光である赤外光を可視光または紫外光に変換する。
波長変換素子５には、伝熱板６が熱的に接触して配置され、伝熱板６上には、波長変換素子５を加熱する手段である加熱手段（例えばヒータ）７と、波長変換素子５の温度を検出する温度検出手段Ｔｈ１（例えばサーミスタ）とが設けられる。
上記半導体レーザ２、波長変換素子５、基本波反射素子４により、外部共振器型垂直面発光レーザを構成しており、ここでは、上記半導体レーザ２、波長変換素子５、基本波反射素子４から構成される部分を光源部１２と呼ぶ。 A fundamental wave light reflecting element 4 (for example, the VBG) that reflects light in a specific narrow band wavelength region of the fundamental wave light with a high reflectance (for example, 99.5%) is disposed at a position facing the semiconductor laser 2. Thus, an external resonator is configured for the semiconductor laser 2. The fundamental wave light reflecting element 4 transmits the converted light.
Further, between the semiconductor laser 2 and the fundamental wave light reflecting element 4, a part of the wavelength of the fundamental wave light (phase matched wavelength light, phase matching temperature is 80 C ° to 100 C °, for example) is converted. Then, a wavelength conversion element (for example, the PPLN) 5 to be wavelength converted light (second harmonic: SHG) is disposed. The wavelength conversion element 5 converts infrared light, which is fundamental light output from the semiconductor laser 2, into visible light or ultraviolet light.
A heat transfer plate 6 is disposed in thermal contact with the wavelength conversion element 5, and a heating means (for example, a heater) 7 that heats the wavelength conversion element 5 is provided on the heat transfer plate 6, and wavelength conversion. Temperature detection means Th1 (for example, a thermistor) for detecting the temperature of the element 5 is provided.
The semiconductor laser 2, the wavelength conversion element 5, and the fundamental wave reflection element 4 constitute an external cavity type vertical surface emitting laser. Here, the semiconductor laser 2, the wavelength conversion element 5, and the fundamental wave reflection element 4 are used. The part to be configured is called a light source unit 12.

上記遮断容器３の基板１に対向する面には、ダイクロイック出力ミラー１０が設けられ、前記基本波光反射素子４を透過して出力される波長変換光は、該ダイクロイック出力ミラー１０から出射する。
ダイクロイック出力ミラー１０は、前記基本波光反射素子４で反射されずに透過した基本波光を透過させずに反射する。ダイクロイック出力ミラー１０で反射した基本波光は、ビームダンプ１１（例えば黒アルマイト処理アルミプレート）に入射し吸収される。ビームダンプ１１は上記遮断容器３と熱的に接触している。
また、半導体レーザ２と上記波長変換素子５との間には、基本波光を透過し、波長変換光を反射させて、横方向に取り出すダイクロイックミラー８が設けられ、該ダイクロイックミラー８により反射された波長変換光は、反射ミラー９で、前記基本波光反射素子４を透過した波長変換光と同じ方向に反射され、上記ダイクロイック出力ミラー１０を透過して出射する。
すなわち、本発明が対象とするレーザ光源装置の光源部１２は、半導体レーザ２から放射された基本波光を波長変換する波長変換素子５と、該波長変換素子５の出射側に配置され、該波長変換素子５から出射した光の内、基本波光の特定の狭帯波長域の光を高い反射率で反射する上記半導体レーザ２に対し外部共振器を構成する基本波光反射素子４（例えば、ＶＢＧ）を備えている。
なお、その他、各部材を保持する保持部材等が設けられているが、同図には図示していない。 A dichroic output mirror 10 is provided on the surface of the shut-off container 3 facing the substrate 1, and wavelength-converted light that is transmitted through the fundamental light reflection element 4 is output from the dichroic output mirror 10.
The dichroic output mirror 10 reflects the fundamental wave light that is transmitted without being reflected by the fundamental wave light reflecting element 4 without being transmitted. The fundamental light reflected by the dichroic output mirror 10 is incident on and absorbed by a beam dump 11 (for example, a black anodized aluminum plate). The beam dump 11 is in thermal contact with the shielding container 3.
Further, a dichroic mirror 8 that transmits the fundamental wave light, reflects the wavelength converted light, and extracts it in the lateral direction is provided between the semiconductor laser 2 and the wavelength conversion element 5, and is reflected by the dichroic mirror 8. The wavelength-converted light is reflected by the reflection mirror 9 in the same direction as the wavelength-converted light transmitted through the fundamental wave light reflecting element 4, and is transmitted through the dichroic output mirror 10 and emitted.
That is, the light source unit 12 of the laser light source device targeted by the present invention is disposed on the wavelength conversion element 5 that converts the wavelength of the fundamental wave light emitted from the semiconductor laser 2 and on the emission side of the wavelength conversion element 5, and the wavelength Of the light emitted from the conversion element 5, the fundamental wave light reflecting element 4 (for example, VBG) constituting an external resonator with respect to the semiconductor laser 2 that reflects the light of a specific narrow band wavelength region of the fundamental wave light with high reflectance. It has.
In addition, although a holding member for holding each member is provided, it is not shown in the drawing.

図１において、半導体レーザ２から出射した基本波光は、同図の矢印に示すように、ダイクロイックミラー８を介して波長変換素子５に入射する。
波長変換素子５に入射した光の内の一部の光は波長変換され、この波長変換された光は基本波光反射素子４を透過し、ダイクロイック出力ミラー１０を介して出射する。また、波長変換素子５で波長変換されなかった基本波光は、基本波光反射素子４で反射されて波長変換素子５に入射して、波長変換素子５で波長変換される。この波長変換された光はダイクロイックミラー８で反射して、反射ミラー９、ダイクロイック出力ミラー１０を介して出射する。
また、波長変換素子５で波長変換されずにダイクロイックミラー８に入射する基本波光は、ダイクロイックミラー８を透過し半導体レーザ２に入射する。
一方、基本波光反射素子４で反射せずに該素子を透過した基本波光、及び、上記ダイクロイックミラー８を透過せずに反射し、反射ミラー９で反射した基本波光は、同図の矢印に示すようにダイクロイック出力ミラー１０で反射して、ビームダンプ１１に入射して吸収される。 In FIG. 1, the fundamental wave light emitted from the semiconductor laser 2 enters the wavelength conversion element 5 via the dichroic mirror 8 as indicated by an arrow in the figure.
A part of the light incident on the wavelength conversion element 5 is wavelength-converted, and the wavelength-converted light is transmitted through the fundamental wave light reflection element 4 and emitted through the dichroic output mirror 10. The fundamental wave light that has not been wavelength-converted by the wavelength conversion element 5 is reflected by the fundamental wave light reflection element 4, enters the wavelength conversion element 5, and is wavelength-converted by the wavelength conversion element 5. The wavelength-converted light is reflected by the dichroic mirror 8 and emitted through the reflection mirror 9 and the dichroic output mirror 10.
Further, the fundamental wave light incident on the dichroic mirror 8 without being wavelength-converted by the wavelength conversion element 5 passes through the dichroic mirror 8 and enters the semiconductor laser 2.
On the other hand, the fundamental wave light that has not been reflected by the fundamental wave light reflecting element 4 and transmitted through the element, and the fundamental wave light that has been reflected without passing through the dichroic mirror 8 and reflected by the reflection mirror 9 are indicated by arrows in FIG. As described above, the light is reflected by the dichroic output mirror 10 and is incident on the beam dump 11 and absorbed.

上記波長変換素子５としては、周期的分極反転構造を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、マグネシウムがドープされたニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3）、タンタルニオブ酸リチウム（ＬｉＴａＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、あるいはチタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４）等を用いることができ、一般的には、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、周期分極反転Ｍｇドープニオブ酸リチウム（ＰＰＭｇＬＮ）、周期的分極反転タンタル酸リチウム（ＰＰＬＴ）、周期的分極反転チタン酸リン酸カリウム（ＰＰＫＴＰ）と呼ばれる擬似位相整合型波長変換素子を用いることができる。 As the wavelength converter 5, lithium niobate having a periodic polarization inversion structure (LiNbO3), lithium niobate doped with magnesium (MgO: LiNbO 3), lithium tantalate niobate (LiTaNbO 3), lithium tantalate ( LiTaO 3 ) or potassium titanate phosphate (KTiOPO 4 ) can be used, and in general, periodically poled lithium niobate (PPLN), periodically poled Mg-doped lithium niobate (PPMgLN), periodically A quasi phase matching type wavelength conversion element called polarization inversion lithium tantalate (PPLT) or periodic polarization inversion potassium titanate phosphate (PPKTP) can be used.

本実施例の光源装置には図１に示すように、制御部２１、点灯回路２０が設けられる。
上記点灯回路２０は上記半導体レーザ２にパルス状の電力を供給し、半導体レーザ２を点灯させる。上記制御部２１は、上記点灯回路２０を制御するなど、レーザ光源装置の動作を制御するとともに、波長変換素子５の温度を制御して、波長変換素子５が最適な波長変換効率となる温度になるように制御する。
すなわち、制御部２１には温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が入力され、制御部２１は、波長変換素子の変換効率が最大となるときの波長変換素子の温度を、波長変換素子の最適設定温度とし、加熱手段（例えばヒータ）７による加熱量を制御して波長変換素子５の温度が上記最適設定温度になるように、波長変換素子５の温度をフィードバック制御する。 As shown in FIG. 1, the light source device of the present embodiment is provided with a control unit 21 and a lighting circuit 20.
The lighting circuit 20 supplies pulsed power to the semiconductor laser 2 to light the semiconductor laser 2. The control unit 21 controls the operation of the laser light source device, such as controlling the lighting circuit 20, and controls the temperature of the wavelength conversion element 5 so that the wavelength conversion element 5 has an optimum wavelength conversion efficiency. Control to be.
That is, the temperature of the wavelength conversion element 5 detected by the temperature detection unit Th1 is input to the control unit 21, and the control unit 21 determines the temperature of the wavelength conversion element when the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximum as the wavelength. The temperature of the wavelength conversion element 5 is feedback-controlled so that the temperature of the wavelength conversion element 5 becomes the optimum set temperature by controlling the amount of heating by the heating means (for example, heater) 7 as the optimum setting temperature of the conversion element.

図２は、本発明の実施例のレーザ光源装置における制御部および点灯回路の構成を示すブロック図である。
点灯回路２０は、同図に示すよう、例えば降圧チョッパや昇圧チョッパに代表されるあるいはその他の方式のスイッチング回路などから構成される給電回路Ｕ１と、パルス状の電力を供給するパルス回路Ｕ２から構成され、半導体レーザ２の状態あるいは点灯シーケンスに応じて、適合する電圧・電流を半導体レーザ２に出力する。
レーザ種によっては、略数百ｋＨｚの矩形波状のパルス電圧をレーザに印加する方式がよく知られている。本実施例では、パルス回路Ｕ２が給電回路Ｕ１の出力段に配置され、所望の周波数にてパルスを生成して、前記半導体レーザ２に出力する。
なお、前記と異なるレーザ種によっては、その限りでなく、パルス回路Ｕ２を省き、前記給電回路Ｕ１からの出力電圧を直接的に上記半導体レーザ２に相当するレーザ光源に印加してもかまわない。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit and a lighting circuit in the laser light source device according to the embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the lighting circuit 20 includes, for example, a power supply circuit U1 represented by a step-down chopper, a step-up chopper, or other type of switching circuit, and a pulse circuit U2 that supplies pulsed power. Then, a suitable voltage / current is output to the semiconductor laser 2 in accordance with the state of the semiconductor laser 2 or the lighting sequence.
Depending on the laser type, a method of applying a rectangular wave pulse voltage of approximately several hundred kHz to the laser is well known. In this embodiment, the pulse circuit U2 is arranged at the output stage of the power feeding circuit U1, generates a pulse at a desired frequency, and outputs the pulse to the semiconductor laser 2.
Depending on the laser type different from the above, the pulse circuit U2 may be omitted and the output voltage from the power supply circuit U1 may be directly applied to the laser light source corresponding to the semiconductor laser 2.

本実施例で示される半導体レーザ２は赤外線を発光するものであり、可視光に変換するために波長を変換する素子である波長変換素子５（例えばＰＰＬＮ）を有している。
この波長変換素子５は、所定の温度まで上昇させることで、擬似位相整合され光変換の効率を上昇させる特徴を持ち、非常に精度の良い温度制御が必要となる。そのため、レーザ光源ユニットＬＨにおいても、波長変換素子５とそれを昇温するための加熱手段７（以下、ヒータ７として説明する）を備え、ヒータ７の温度（すなわち波長変換素子５の温度）を検出する素子温度検出手段Ｔｈ１、例えばサーミスタを配置している。 The semiconductor laser 2 shown in this embodiment emits infrared rays, and has a wavelength conversion element 5 (for example, PPLN) that is an element that converts a wavelength for conversion into visible light.
This wavelength conversion element 5 has a feature that it is pseudo-phase matched to raise the efficiency of light conversion by raising the temperature to a predetermined temperature, and requires highly accurate temperature control. Therefore, the laser light source unit LH also includes the wavelength conversion element 5 and heating means 7 (hereinafter, described as the heater 7) for raising the temperature thereof, and the temperature of the heater 7 (that is, the temperature of the wavelength conversion element 5). An element temperature detecting means Th1 for detecting, for example, a thermistor is arranged.

また、制御部２１は制御手段２１ａと温度制御手段２１ｂとドライブ回路Ｕ３から構成され、温度制御手段２１ｂの出力により、ヒータ７を駆動するドライブ回路Ｕ３が駆動される。
上記給電回路Ｕ１は、制御部２１によって、半導体レーザ２に印加する電圧や流す電流が、予め設定された値、あるいは外部から設定された値になるように制御される。また、その給電の開始、停止などの制御がなされる。上記制御部２１の制御手段２１ａと温度制御手段２１ｂは、例えば、演算処理装置（ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサ）で構成される。
また、パルス回路Ｕ２は制御部２１の温度制御手段２１ｂによって制御される。温度制御手段２１ｂは、高い光出力効率を得るための最適なパルス周波数とデューティサイクル比を決定し、その値に従って、パルス回路Ｕ２のスイッチング素子をオン・オフし、半導体レーザ２を駆動するパルス出力を発生する。 The control unit 21 includes a control unit 21a, a temperature control unit 21b, and a drive circuit U3. The drive circuit U3 that drives the heater 7 is driven by the output of the temperature control unit 21b.
The power supply circuit U1 is controlled by the control unit 21 so that the voltage applied to the semiconductor laser 2 and the current to flow are set to a preset value or a value set from the outside. In addition, the start and stop of the power supply is controlled. The control means 21a and the temperature control means 21b of the control unit 21 are constituted by, for example, an arithmetic processing unit (CPU or microprocessor).
The pulse circuit U2 is controlled by the temperature control means 21b of the control unit 21. The temperature control means 21b determines the optimum pulse frequency and duty cycle ratio for obtaining high light output efficiency, and turns on / off the switching element of the pulse circuit U2 according to the value, and outputs a pulse for driving the semiconductor laser 2. Is generated.

制御部２１の温度制御手段２１ｂは、高温ハングアップ抑止手段２１ｃを備え、高温ハングアップ抑止手段２１ｃは、後述するように、高温ハングアップ状態になったとき、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させ該高温ハングアップ状態を抑止する。これにより、波長変換素子の過昇温の抑制が可能となり、高温ハングアップから回復させることができる。
温度制御手段２１ｂは素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度と、波長変換素子の変換効率が最大となる温度である設定温度との差に基づき上記ヒータ７への給電量を制御し、波長変換素子５の温度が上記設定温度になるように制御する。
すなわち、温度制御手段２１ｂは、ドライブ回路Ｕ３を駆動してヒータ７への給電量を制御し、素子温度検出手段Ｔｈ１により検出された波長変換素子５の温度が上記設定温度になるようにフィードバック制御する。
具体的には、温度制御手段２１ｂは、ヒータ７への給電量を制御するための給電量を示す信号をドライブ回路Ｕ３へ送出し、ドライブ回路Ｕ３がヒータ７を駆動して、波長変換素子５の温度が上記設定温度になるようにフィードバック制御する。
ドライブ回路Ｕ３の出力形態は、電圧レベルを出力するものでもよく、ＰＷＭ方式を用いて給電量を制御するものでも良い。 The temperature control means 21b of the control unit 21 includes a high-temperature hang-up suppressing means 21c. The high-temperature hang-up suppressing means 21c previously supplies the amount of power supplied to the semiconductor laser when the high-temperature hang-up state is entered, as will be described later. Reduce the high temperature hang-up condition by decreasing by a predetermined amount. Thereby, the excessive temperature rise of the wavelength conversion element can be suppressed, and recovery from a high temperature hang-up can be achieved.
The temperature control means 21b controls the amount of power supplied to the heater 7 based on the difference between the temperature detected by the element temperature detection means Th1 and the set temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. Control is performed so that the temperature of the element 5 becomes the set temperature.
That is, the temperature control unit 21b drives the drive circuit U3 to control the amount of power supplied to the heater 7, and performs feedback control so that the temperature of the wavelength conversion element 5 detected by the element temperature detection unit Th1 becomes the set temperature. To do.
Specifically, the temperature control unit 21b sends a signal indicating the power supply amount for controlling the power supply amount to the heater 7 to the drive circuit U3, and the drive circuit U3 drives the heater 7 so that the wavelength conversion element 5 is driven. The feedback control is performed so that the temperature of the above becomes the above set temperature.
The output form of the drive circuit U3 may be one that outputs a voltage level, or one that controls the amount of power supply using the PWM method.

図３は、本発明のレーザ光源装置における点灯回路２０で使用することのできる前記給電回路Ｕ１の具体化された一構成例を示す図である。
降圧チョッパ回路を基本とした前記給電回路Ｕ１は、ＤＣ電源Ｍ１より電圧の供給を受けて動作し、前記半導体レーザ２への給電量調整を行う。
給電回路Ｕ１においては、前記制御部２１により、ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１を駆動して、前記ＤＣ電源Ｍ１からの電流をオン・オフし、チョークコイルＬ１を介して平滑コンデンサＣ１を充電し、前記半導体レーザ２に電流を供給するように構成されている。なお、前記スイッチング素子Ｑ１がオン状態の期間は、前記スイッチング素子Ｑ１を通じた電流により、直接的に前記平滑コンデンサＣ１への充電と負荷である前記半導体レーザ２への電流供給が行われるとともに、チョークコイルＬ１に磁束の形でエネルギを蓄え、前記スイッチング素子Ｑ１がオフ状態の期間には、前記チョークコイルＬ１に磁束の形で蓄えられたエネルギによってフライホイールダイオードＤ１を介して前記平滑コンデンサＣ１への充電と前記半導体レーザ２への電流供給が行われる。
なお、先に図２に関連して説明した、前記給電回路Ｕ１の停止状態とは、前記スイッチング素子Ｑ１がオフ状態で停止している状態を指す。 FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of the feeding circuit U1 that can be used in the lighting circuit 20 in the laser light source device of the present invention.
The power supply circuit U1 based on a step-down chopper circuit operates by receiving a voltage supplied from a DC power source M1, and adjusts the amount of power supplied to the semiconductor laser 2.
In the power feeding circuit U1, the control unit 21 drives the switching element Q1 such as an FET to turn on / off the current from the DC power source M1, charge the smoothing capacitor C1 through the choke coil L1, and A current is supplied to the semiconductor laser 2. During the period in which the switching element Q1 is in the on state, the current flowing through the switching element Q1 directly charges the smoothing capacitor C1 and supplies current to the semiconductor laser 2 as a load. Energy is stored in the form of magnetic flux in the coil L1, and during the period when the switching element Q1 is in the OFF state, the energy stored in the form of magnetic flux in the choke coil L1 is supplied to the smoothing capacitor C1 via the flywheel diode D1. Charging and current supply to the semiconductor laser 2 are performed.
The stop state of the power feeding circuit U1 described above with reference to FIG. 2 refers to a state where the switching element Q1 is stopped in the off state.

前記降圧チョッパ型の前記給電回路Ｕ１においては、前記スイッチング素子Ｑ１の動作周期に対する、前記スイッチング素子Ｑ１がオン状態の期間、すなわちデューティサイクル比により、前記半導体レーザ２への給電量を調整することができる。ここでは、あるデューティサイクルを有するゲート駆動信号が前記制御部２１によって生成され、ゲート駆動回路Ｇ１を介して、前記スイッチング素子Ｑ１のゲート端子を制御することにより、前記ＤＣ電源からの電流のオン・オフが制御される。
前記半導体レーザ２への電流と電圧とは、給電電流検出手段Ｉ１と給電電圧検出手段Ｖ１とによって、検出できるように構成されている。なお、前記給電電流検出手段Ｉ１については、シャント抵抗を用いて、また、前記給電電圧検出手段Ｖ１については、分圧抵抗を用いて簡単に実現することができる。 In the step-down chopper type power supply circuit U1, the amount of power supplied to the semiconductor laser 2 can be adjusted according to the period during which the switching element Q1 is on, that is, the duty cycle ratio, with respect to the operation cycle of the switching element Q1. it can. Here, a gate drive signal having a certain duty cycle is generated by the control unit 21, and the gate terminal of the switching element Q1 is controlled via the gate drive circuit G1, thereby turning on / off the current from the DC power source. Off is controlled.
The current and voltage to the semiconductor laser 2 can be detected by the feeding current detection means I1 and the feeding voltage detection means V1. The supply current detection means I1 can be easily realized using a shunt resistor, and the supply voltage detection means V1 can be easily realized using a voltage dividing resistor.

前記給電電流検出手段Ｉ１からの給電電流検出信号、および、前記給電電圧検出手段Ｖ１からの給電電圧検出信号は、前記制御部２１に入力され、制御部２１は、前記ゲート駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御し、目標電流が出力されるようにフィードバック制御する。これにより適切な電力あるいは電流をレーザへ供給することが可能となる。   The feed current detection signal from the feed current detection means I1 and the feed voltage detection signal from the feed voltage detection means V1 are input to the control unit 21, and the control unit 21 outputs the gate drive signal. The switching element Q1 is turned on / off, and feedback control is performed so that the target current is output. This makes it possible to supply appropriate power or current to the laser.

図４は、本発明のレーザ光源装置における点灯回路２０で使用することのできるパルス回路Ｕ２の簡略化された一構成例を示す図である。
パルス回路Ｕ２は、ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ２を用いた回路により構成されている。
スイッチング素子Ｑ２は、ゲート駆動回路Ｇ２を介して制御部２１より生成される信号に従って駆動される。スイッチング素子Ｑ２は、オン・オフの動作を高速に繰り返し、オンとなる度に、前記給電回路Ｕ１の出力により充電されるコンデンサ群Ｃ２から該スイッチング素子Ｑ２を介して、半導体レーザ２に給電が行われる。 FIG. 4 is a diagram showing a simplified configuration example of the pulse circuit U2 that can be used in the lighting circuit 20 in the laser light source device of the present invention.
The pulse circuit U2 is configured by a circuit using a switching element Q2 such as an FET.
The switching element Q2 is driven according to a signal generated by the control unit 21 via the gate drive circuit G2. The switching element Q2 repeats on / off operations at high speed, and each time the switching element Q2 is turned on, power is supplied to the semiconductor laser 2 from the capacitor group C2 charged by the output of the power feeding circuit U1 via the switching element Q2. Is called.

例えば、略数百ｋＨｚの矩形波状のパルス電圧をレーザに印加する方式においては、パルス駆動方式のほうが、単純なＤＣ駆動よりも、半導体素子、例えばレーザダイオード内の接合部温度（ジャンクション温度）を低減することができ、その結果、光出力の効率を上昇させる効果がある。一般的に言って、レーザダイオードをＤＣ駆動すると順方向電圧がパルス駆動に比して低下するため、同程度の電力をレーザダイオードに給電することになると、供給電流を増加させる必要があり、結果として電流増大による損失が増加し、ジャンクションの温度が増加するからである。
いずれにしても、制御部２１は、より高い光出力効率を得るための最適なパルス周波数とデューティサイクル比を決定し、その値に従って、半導体レーザ２を駆動することができる。ただし、コスト上の兼ね合いから、多少の光出力効率の悪化を前提としてパルス回路Ｕ２を削除して、半導体レーザ２等を直接的にＤＣで駆動する形態としても構わない。 For example, in a system in which a pulse voltage of a rectangular wave of about several hundred kHz is applied to a laser, a pulse driving system is more suitable for a junction temperature (junction temperature) in a semiconductor element, such as a laser diode, than a simple DC driving. As a result, the light output efficiency can be increased. Generally speaking, when the laser diode is DC driven, the forward voltage is reduced as compared with the pulse drive. Therefore, when the same amount of power is supplied to the laser diode, it is necessary to increase the supply current. This is because the loss due to the increase in current increases and the temperature of the junction increases.
In any case, the control unit 21 can determine the optimum pulse frequency and duty cycle ratio for obtaining higher light output efficiency, and can drive the semiconductor laser 2 in accordance with the values. However, from the viewpoint of cost, the pulse circuit U2 may be deleted on the assumption that the light output efficiency is somewhat deteriorated, and the semiconductor laser 2 or the like may be directly driven by DC.

図５は、本発明のレーザ光源装置におけるドライブ回路Ｕ３と、前記制御部２１の温度制御手段２１ｂと、波長変換素子５等の接続関係を示す簡略化された一構成例を示す図である。
前記レーザ光源ユニットＬＨは、波長変換素子５を搭載し、光出力を最大とする、即ち光波長変換の効率が最大となる条件が存在する。その条件とは、前記波長変換素子５の温度であり、適切な温度条件を与えることにより高い変換効率を得ることができる。したがって、波長変換素子５の温度を外部から昇温することにより、波長変換素子５を最適な温度に調整する機構が必要となる。そのために、該波長変換素子５近傍にヒータ７を設け、波長変換素子５の温度が最適な温度となるようにヒータ７を制御することが肝要となる。 FIG. 5 is a diagram showing a simplified configuration example showing a connection relationship between the drive circuit U3, the temperature control means 21b of the control unit 21, the wavelength conversion element 5 and the like in the laser light source device of the present invention.
The laser light source unit LH is equipped with the wavelength conversion element 5, and there is a condition that maximizes the optical output, that is, maximizes the efficiency of optical wavelength conversion. The condition is the temperature of the wavelength conversion element 5, and high conversion efficiency can be obtained by giving an appropriate temperature condition. Therefore, a mechanism for adjusting the wavelength conversion element 5 to an optimum temperature by raising the temperature of the wavelength conversion element 5 from the outside is required. Therefore, it is important to provide a heater 7 in the vicinity of the wavelength conversion element 5 and to control the heater 7 so that the temperature of the wavelength conversion element 5 becomes an optimum temperature.

ここでの波長変換素子５の適切な温度条件について補足すると、製造上の要因あるいは波長変換素子５の構成や製造上の理由により、個体ごとにその最適値は異なり、例えば、略８０°Ｃ〜１００°Ｃ程度の温度であって、同範囲程度の「ばらつき」が存在する。
制御部２１を構成する演算処理装置（ＣＰＵあるいはマイクロプロセッサ）は、前述したように波長変換素子５の最適な温度条件になるように、制御を行う必要がある。
波長変換素子５の温度を所望の温度に一定に保つために、間接的にはヒータ７の温度を制御することで、これを実現する。したがって、温度検出手段Ｔｈ１をヒータ７の近傍の伝熱板６（図１参照）に配置している。 When supplementing about the appropriate temperature conditions of the wavelength conversion element 5 here, the optimum value differs for each individual due to manufacturing factors or the configuration of the wavelength conversion element 5 and manufacturing reasons. The temperature is about 100 ° C., and there is “variation” in the same range.
The arithmetic processing unit (CPU or microprocessor) constituting the control unit 21 needs to perform control so as to satisfy the optimum temperature condition of the wavelength conversion element 5 as described above.
This is realized by controlling the temperature of the heater 7 indirectly in order to keep the temperature of the wavelength conversion element 5 constant at a desired temperature. Therefore, the temperature detecting means Th1 is arranged on the heat transfer plate 6 (see FIG. 1) in the vicinity of the heater 7.

制御部２１は前記したように温度制御手段２１ｂを有し、温度制御手段２１ｂは、温度検出手段Ｔｈ１により波長変換素子５の温度情報を取得する。そして、設定温度と上記温度検出手段Ｔｈ１により検出された温度とを比較して、ヒータ７への給電量をフィードバック制御する。
ここでのヒータ７への給電方法の形態としては、制御部２１の温度制御手段２１ｂからのＰＷＭ信号のパルス信号を、ドライブ回路Ｕ３のゲート駆動回路Ｇ３を介して前記スイッチング素子Ｑ３のゲート端子に送出し、該スイッチング素子Ｑ３をオン・オフ制御する。
その結果、前記ヒータ７には、例えばＤＣ２４ＶのＤＣ電源から所定の周期で、所定のパルス電圧が給電される。このように、制御部２１は、ヒータ７の給電量を制御し、その結果、前記波長変換素子５が最適な温度になるよう安定的に制御する。 As described above, the control unit 21 includes the temperature control unit 21b, and the temperature control unit 21b acquires temperature information of the wavelength conversion element 5 by the temperature detection unit Th1. Then, the set temperature and the temperature detected by the temperature detecting means Th1 are compared, and the amount of power supplied to the heater 7 is feedback controlled.
As a form of power supply to the heater 7 here, a pulse signal of the PWM signal from the temperature control means 21b of the control unit 21 is applied to the gate terminal of the switching element Q3 via the gate drive circuit G3 of the drive circuit U3. The switching element Q3 is turned on / off.
As a result, a predetermined pulse voltage is supplied to the heater 7 with a predetermined cycle from a DC power source of, for example, DC 24V. In this way, the control unit 21 controls the amount of power supplied to the heater 7 and, as a result, stably controls the wavelength conversion element 5 to have an optimum temperature.

図６は、本発明の実施例のレーザ光源装置の点灯回路における、ドライブ回路Ｕ３より前記ヒータ７に給電される電流波形を簡略化したタイミングチャートである。
ヒータ７への給電量をフィードバック制御するために、制御部２１の温度制御手段２１ｂは、同図に示すＰＷＭ１周期とＰＷＭオン幅を決定して、ＰＷＭ信号を生成する。
なお、上記ＰＷＭ信号の代わりに、周波数変調信号等のＰＷＭ信号と同様のアナログ量を表す信号を生成するようにしてもよい。
このオン幅の増減によりヒータ７への給電量が調整され、波長変換素子５の温度が制御される。 FIG. 6 is a timing chart in which the current waveform supplied to the heater 7 from the drive circuit U3 in the lighting circuit of the laser light source device according to the embodiment of the present invention is simplified.
In order to feedback control the amount of power supplied to the heater 7, the temperature control means 21b of the control unit 21 determines the PWM1 period and the PWM ON width shown in the figure, and generates a PWM signal.
Instead of the PWM signal, a signal representing an analog amount similar to the PWM signal such as a frequency modulation signal may be generated.
The amount of power supplied to the heater 7 is adjusted by increasing or decreasing the ON width, and the temperature of the wavelength conversion element 5 is controlled.

次に、本発明に係る高温ハングアップ抑止手段２１ｃについて説明する。
高温ハングアップ抑止手段２１ｃは、前記したように、波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において上記ヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させ該高温ハングアップ状態を抑止する。
上記高温ハングアップ状態になったことは、例えば以下のようにして検出して、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。
（１）温度制御手段による上記ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態になったとして、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。
（２）波長変換素子の実測温度が波長変換素子の制御目標温度より高い状態となっている時間幅を検出し、該時間幅が予め設定した一定値より大きくなったとき、高温ハングアップ状態になったとして、半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる。 Next, the high temperature hang-up suppressing means 21c according to the present invention will be described.
As described above, the high-temperature hang-up suppressing unit 21c is unable to control the temperature of the wavelength conversion element even if the amount of power supplied to the heater is reduced in a temperature range higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. When the up state occurs, the power supply amount to the semiconductor laser is decreased by a predetermined amount to suppress the high temperature hang-up state.
The high temperature hang-up state is detected, for example, as follows, and the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount.
(1) When the power supply amount of the heater by the temperature control means is lower than a predetermined lower limit value or lower than the lower limit value for a predetermined time or longer, it is determined that a high-temperature hang-up state occurs and the power supply amount to the semiconductor laser is Decrease by a predetermined amount.
(2) When a time width in which the measured temperature of the wavelength conversion element is higher than the control target temperature of the wavelength conversion element is detected and the time width becomes larger than a predetermined value, a high-temperature hang-up state is established. As a result, the amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount.

上記（１）（２）の高温ハングアップ抑止動作は、制御部内に実装された波長変換素子の温度を目標温度に制御するソフトウエア処理の中で実現することができ、制御部２１の温度制御手段２１ｂは、以下の処理を実行することにより、上記高温ハングアップになったとき、高温ハングアップ状態から回復させる。
図７は、本発明の実施例の温度制御手段において実行される高温ハングアップ抑止機能を有する温度制御処理のフローチャートであり、同図は上記（１）のように、ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態になったものとして、高温ハングアップ状態から回復させる場合の処理を示す。
図７の処理は、ヒータの温度（波長変換素子の温度）を検出し、検出した温度と目標温度とを比較して、その偏差に基づきヒータへの出力操作量（給電量）を周期的に演算するものであり、その代表的手法であるＰＩ制御を用いて説明する。 The high-temperature hang-up suppression operation of (1) and (2) above can be realized in software processing for controlling the temperature of the wavelength conversion element mounted in the control unit to the target temperature, and the temperature control of the control unit 21 The means 21b performs the following processing to recover from the high temperature hang-up state when the high temperature hang-up occurs.
FIG. 7 is a flowchart of a temperature control process having a high-temperature hang-up suppression function executed in the temperature control means of the embodiment of the present invention. In FIG. 7, the power supply amount of the heater is determined in advance as in (1) above. When the state below the lower limit value or lower limit value continues for a predetermined time or longer, the process when recovering from the high-temperature hang-up state is described as a high-temperature hang-up state.
The process of FIG. 7 detects the temperature of the heater (the temperature of the wavelength conversion element), compares the detected temperature with the target temperature, and periodically calculates the output operation amount (power supply amount) to the heater based on the deviation. The calculation will be described using PI control, which is a representative method.

図７において、ステップ（Ｂ０１）でヒータ制御を開始し、まず、ステップ（Ｂ０２）において波長変換素子５の温度と相関があるヒータ７により加熱される伝熱板６の現在の温度、即ち波長変換素子５の温度実測値（ＰＰＬＮ温度実測値）を温度検出手段Ｔｈ１により測定し、温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）を得る。
次に、ステップ（Ｂ０３）にて波長変換素子５の目標温度、即ち、波長変換素子（ＰＰＬＮ）温度と相関があるヒータの目標温度（これは予め制御部２１内に設定されている）である温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）を読み込む。
そして、ステップ（Ｂ０４）にて上記温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）と、温度検出手段Ｔｈ１より測定された温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）とを比較して、その差分（ｅｎ）を求める。この差分（ｅｎ）を用いて、ステップ（Ｂ０５）において、前記したＰＩ演算を行う。このＰＩ演算において、ヒータ７への給電量、即ち、ヒータ７への操作量を数式（１）より求める。
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋Ｋｐ×ｅｎ＋Ｋｉ×ｅｎ‐１・・・（１）
ここで、ＭＶｎは今回の操作量、ＭＶｎ−１は前周期の操作量、ｅｎは今回算出した温度の差分値、ｅｎ−１は前周期での温度差分値、Ｋｐ、Ｋｉは定数である。 In FIG. 7, heater control is started in step (B01). First, in step (B02), the current temperature of the heat transfer plate 6 heated by the heater 7 correlated with the temperature of the wavelength conversion element 5, that is, wavelength conversion. The temperature measurement value (PPLN temperature measurement value) of the element 5 is measured by the temperature detection means Th1, and the temperature measurement value (Tm_PPLN) is obtained.
Next, in step (B03), the target temperature of the wavelength conversion element 5, that is, the target temperature of the heater correlated with the wavelength conversion element (PPLN) temperature (this is preset in the control unit 21). The temperature set value (Ts_PPLN) is read.
Then, in step (B04), the temperature set value (Ts_PPLN) is compared with the actually measured temperature value (Tm_PPLN) measured by the temperature detecting means Th1, and the difference (en) is obtained. Using the difference (en), the PI calculation described above is performed in step (B05). In this PI calculation, the amount of power supplied to the heater 7, that is, the operation amount to the heater 7 is obtained from Equation (1).
MV n = MV n-1 + Kp × e n + Ki × e n-1 ··· (1)
Here, MV n is the current operation amount, operation amount of the previous cycle MV n-1, the difference value of the temperature e n is calculated this time, the temperature difference value in the previous cycle e n-1 is Kp, Ki is It is a constant.

ＰＩ演算により算出された操作量（ＭＶｎ）は制御部２１より送出するヒータ７へのＰＷＭ信号のオン幅として更新することになるが、ステップ（Ｂ０６、Ｂ０７）にて、操作量が最大値（ＭＶ上限値）を上回っている場合にはその最大値（ＭＶ上限値）を、最小値（ＭＶ下限値）を下回っている場合には最小値（ＭＶ下限値）を操作量として上下限制限を行う。ステップ（Ｂ０８、Ｂ１０）。
また、最小値（ＭＶ下限値）を操作量として選択した回数を積算するために、ステップＢ０７で最小値を選択した場合は、ステップ（Ｂ０８）でＣｏｕｎｔｅｒに1加算し、最小値を選択しなかった場合ステップ（Ｂ０９）でＣｏｕｎｔｅｒを０にリセットする。
そしてステップ（Ｂ１１）にて、最終的に決定した操作量を、制御部２１より送出するＰＷＭ信号のオン幅（Ｄｕｔｙ（ｎ））として更新する。 The manipulated variable (MV n ) calculated by the PI calculation is updated as the ON width of the PWM signal to the heater 7 sent from the control unit 21, but the manipulated variable is the maximum value in steps (B06, B07). When the value exceeds (MV upper limit value), the maximum value (MV upper limit value) is set. When the value is lower than the minimum value (MV lower limit value), the upper limit is set to the minimum value (MV lower limit value). I do. Step (B08, B10).
In addition, when the minimum value is selected in step B07 in order to integrate the number of times the minimum value (MV lower limit value) is selected as the manipulated variable, 1 is added to Counter in step (B08), and the minimum value is not selected. If so, the counter is reset to 0 in step (B09).
In step (B11), the finally determined operation amount is updated as the ON width (Duty (n)) of the PWM signal sent from the control unit 21.

ステップ（Ｂ１２）では、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値と予め制御部２１内で設定されている数値Ｍとを比較し、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値がＭより大きかった場合には、ヒーター加熱を最小まで下げても目標温度まで下げられない状態である、高温ハングアップ状態と判定して、ステップ（Ｂ１３）でレーザへの供給電流を予め制御部２１内で設定されている規定値ΔＩＬだけ減ずる。また、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値がＭより大きくない場合には、ステップ（Ｂ１４）で処理を終了する。
ＩＬを減ずることで波長変換素子へのＩＲ加熱が減少した状態でステップ（Ｂ０２）からの一連の制御を繰り返すことにより、高温ハングアップ状態から回復させることができ、供給電流も一定値で安定する。
このステップ（Ｂ０１）からステップ（Ｂ１４）までの一連の動作を所定の周期で繰り返す。本フローチャートを周期的に実行しフィードバック制御を行うことで、高温ハングアップを回避しながら前記波長変換素子（ＰＰＬＮ）が最適な温度になるよう安定的に制御することができる。
なお、ここで説明している制御アルゴリズムは、比例制御と積分要素からなるＰＩ制御方式を用いているが、前記したように、例えばＰＩＤ制御のようにＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ（微分）要素を加えた制御を含め他のフィードバック制御方式を用いても構わない。 In step (B12), the value of Counter is compared with the value M set in advance in the control unit 21. If the value of Counter is larger than M, the target temperature is reached even if the heater heating is lowered to the minimum. In step (B13), the current supplied to the laser is reduced by a specified value ΔIL set in advance in the control unit 21. If the value of Counter is not greater than M, the process ends at step (B14).
It is possible to recover from the high-temperature hang-up state by repeating the series of control from step (B02) in a state where IR heating to the wavelength conversion element is reduced by reducing IL, and the supply current is also stabilized at a constant value. .
A series of operations from step (B01) to step (B14) is repeated at a predetermined cycle. By periodically executing this flowchart and performing feedback control, it is possible to stably control the wavelength conversion element (PPLN) so as to reach an optimum temperature while avoiding a high-temperature hang-up.
Note that the control algorithm described here uses a PI control method composed of proportional control and integral elements, but as described above, for example, includes control with a differential element added, such as PID control. Other feedback control methods may be used.

図８は本発明の実施例の温度制御手段において実行される高温ハングアップ抑止機能を有する温度制御処理のフローチャートであり、同図は上記（２）のように波長変換素子の制御目標温度より高い状態となっている時間幅が予め設定した一定値より大きくなったとき高温ハングアップ状態になったものとして、高温ハングアップ状態から回復させる場合の処理を示す。
図８において、ステップＢ０１〜Ｂ１１までの処理は図７と同じであり、ステップ（Ｂ０１）でヒータ制御を開始し、ステップ（Ｂ０２）において、温度実測値（ＰＰＬＮ温度実測値）を温度検出手段Ｔｈ１により測定し、温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）を得る。次に、ステップ（Ｂ０３）にて温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）を読み込み、ステップ（Ｂ０４）にて上記温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）と、温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）とを比較して、その差分（ｅｎ）を求める。
ステップ（Ｂ０５）において、前記した（１）式によりＰＩ演算を行う。 FIG. 8 is a flowchart of a temperature control process having a high-temperature hang-up suppression function executed in the temperature control means of the embodiment of the present invention, which is higher than the control target temperature of the wavelength conversion element as described above (2). The process in the case of recovering from the high temperature hang-up state, assuming that the state has entered the high-temperature hang-up state when the time width in the state becomes larger than a predetermined value set in advance, will be described.
In FIG. 8, the process from step B01 to B11 is the same as that in FIG. 7, and the heater control is started in step (B01). In step (B02), the temperature measurement value (PPLN temperature measurement value) is converted into temperature detection means Th1. To obtain an actual temperature measurement value (Tm_PPLN). Next, the temperature set value (Ts_PPLN) is read in step (B03), and the temperature set value (Ts_PPLN) is compared with the actually measured temperature value (Tm_PPLN) in step (B04), and the difference (en) Ask for.
In step (B05), PI calculation is performed according to the above-described equation (1).

ステップ（Ｂ０６、Ｂ０７）にて、ＰＩ演算により算出された操作量（ＭＶｎ）が最大値（ＭＶ上限値）を上回っているか、最小値（ＭＶ下限値）を下回っているかを調べ、上回っている場合にはその最大値（ＭＶ上限値）を、また、最小値（ＭＶ下限値）を下回っている場合には最小値（ＭＶ下限値）を操作量として上下限制限を行う。ステップ（Ｂ０８、Ｂ１０）。
そしてステップ（Ｂ１１）にて、最終的に決定した操作量を、制御部２１より送出するＰＷＭ信号のオン幅（Ｄｕｔｙ（ｎ））として更新する。
次に、ステップ（Ｂ１５）で温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）より温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）が大きいかを調べ、温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）より温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）が大きくない場合にはステップ（Ｂ０９）で、でＣｏｕｎｔｅｒを０にリセットする。温度設定値（Ｔｓ＿ＰＰＬＮ）より温度実測値（Ｔｍ＿ＰＰＬＮ）が大きい場合には、ステップ（Ｂ１６）にて、Ｃｏｕｎｔｅｒに1加算する。 In step (B06, B07), it is checked whether the manipulated variable (MV n ) calculated by the PI calculation exceeds the maximum value (MV upper limit value) or less than the minimum value (MV lower limit value). If the value is below the maximum value (MV upper limit value), and if it is below the minimum value (MV lower limit value), the upper limit is restricted using the minimum value (MV lower limit value) as the manipulated variable. Step (B08, B10).
In step (B11), the finally determined operation amount is updated as the ON width (Duty (n)) of the PWM signal sent from the control unit 21.
Next, it is checked in step (B15) whether the actual temperature measurement value (Tm_PPLN) is larger than the temperature setting value (Ts_PPLN). Then reset Counter to 0. When the temperature measurement value (Tm_PPLN) is larger than the temperature set value (Ts_PPLN), 1 is added to the Counter in step (B16).

ステップ（Ｂ１２）で、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値と予め制御部２１内で設定されている数値Ｍとを比較し、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値がＭより大きかった場合には、ヒータ加熱を最小まで下げても目標温度まで下げられない状態である、高温ハングアップ状態と判定して、ステップ（Ｂ１３）でレーザへの供給電流を予め制御部２１内で設定されている規定値ΔＩＬだけ減ずる。また、Ｃｏｕｎｔｅｒの数値がＭより大きくない場合には、ステップ（Ｂ１４）で処理を終了する。
ＩＬを減ずることで前記したように波長変換素子（ＰＰＬＮ）へのＩＲ輻射加熱が減少した状態でステップ（Ｂ０２）からの一連の制御を繰り返すことにより、高温ハングアップ状態から回復させることができ、供給電流も一定値で安定する。
このステップ（Ｂ０１）からステップ（Ｂ１４）までの一連の動作を所定の周期で繰り返す。本フローチャートを周期的に実行しフィードバック制御を行うことで、高温ハングアップを回避しながら前記波長変換素子（ＰＰＬＮ）が最適な温度になるよう安定的に制御することができる。
なお、前記したように、比例制御と積分要素からなるＰＩ制御方式に代えて、例えばＰＩＤ制御を含め他のフィードバック制御方式を用いても構わない。 In step (B12), the value of Counter is compared with the value M set in advance in the control unit 21. If the value of Counter is larger than M, the target temperature is reached even if the heater heating is lowered to the minimum. In step (B13), the current supplied to the laser is reduced by a specified value ΔIL set in advance in the control unit 21. If the value of Counter is not greater than M, the process ends at step (B14).
By repeating the series of control from step (B02) in a state where IR radiation heating to the wavelength conversion element (PPLN) is reduced as described above by reducing IL, it is possible to recover from the high temperature hang-up state, The supply current is also stabilized at a constant value.
A series of operations from step (B01) to step (B14) is repeated at a predetermined cycle. By periodically executing this flowchart and performing feedback control, it is possible to stably control the wavelength conversion element (PPLN) so as to reach an optimum temperature while avoiding a high-temperature hang-up.
As described above, instead of the PI control method including proportional control and integral elements, other feedback control methods including PID control, for example, may be used.

図９は、上記高温ハングアップ状態になったときにレーザ電流を低下させて高温ハングアップ状態から回復させる際の動作を示すタイムチャートである。
同図において（ａ）は調光トリガ、（ｂ）は半導体レーザ２のレーザ電流、（ｃ）はＩＲ加熱量、（ｄ）はヒータ７への給電量、（ｅ）は波長変換素子（ヒータ）の温度である。
図９において、（１）同図（ａ）に示すように、調光トリガが入力すると、（２）同図（ｂ）に示すようにレーザ電流がＩＬ１からＩＬ２に増加する（増加量Ａ）。
（３）レーザ電流増加と同時に、同図（ｃ）に示すようにレーザ電流の増加分に相当するＩＲ輻射による加熱量が増加する。
（４）ＩＲ輻射による加熱量の増加に伴い同図（ｅ）に示すように、波長変換素子５の温度（ヒータ７の温度）が上昇する。
（５）波長変換素子５の温度（ヒータ７の温度）が上昇し、波長変換効率が最大となる波長変換素子の最適温度を越えることにより、同図（ｅ）に示すようにＩＲ輻射による加熱量は更に増加し、波長変換素子５の温度（ヒータ７の温度）を更に増加させる。
（６）上記（３）〜（５）の動作中、ヒータ７への給電量は温度制御手段２１ｂのフィードバック制御により、同図（ｄ）に示すように順次小さくなるが、温度制御系の応答遅れ等により波長変換素子５の温度（ヒータ７の温度）は上昇を続ける。 FIG. 9 is a time chart showing an operation when the laser current is lowered to recover from the high-temperature hang-up state when the high-temperature hang-up state is entered.
In the figure, (a) is a dimming trigger, (b) is a laser current of the semiconductor laser 2, (c) is an IR heating amount, (d) is a power supply amount to the heater 7, and (e) is a wavelength conversion element (heater). ) Temperature.
In FIG. 9, (1) when a dimming trigger is input as shown in FIG. 9A, (2) the laser current increases from IL1 to IL2 as shown in FIG. 9B (increase amount A). .
(3) Simultaneously with the increase in the laser current, the amount of heating by IR radiation corresponding to the increase in the laser current increases as shown in FIG.
(4) As the amount of heating by IR radiation increases, the temperature of the wavelength conversion element 5 (the temperature of the heater 7) increases as shown in FIG.
(5) When the temperature of the wavelength conversion element 5 (temperature of the heater 7) rises and exceeds the optimum temperature of the wavelength conversion element that maximizes the wavelength conversion efficiency, heating by IR radiation as shown in FIG. The amount further increases, further increasing the temperature of the wavelength conversion element 5 (the temperature of the heater 7).
(6) During the operations (3) to (5), the amount of power supplied to the heater 7 is sequentially reduced as shown in FIG. 4D by the feedback control of the temperature control means 21b, but the response of the temperature control system. Due to the delay or the like, the temperature of the wavelength conversion element 5 (temperature of the heater 7) continues to rise.

（７）波長変換素子５の温度（ヒータ７の温度）が同図（ｅ）に示す高温ハングアップ１の温度を超えると、ヒータへの給電を停止しても温度を下げることができなくなり、高温ハングアップ状態となる。そして、波長変換素子５の温度は上がり続け高温ハングアップ２の温度まで上昇する。
（８）上記のように、ヒータへの給電量が下限の状態が所定時間続いたり、波長変換素子の温度が設定値より大きな状態が所定時間以上続くことにより、高温ハングアップ状態になったことが検出されると、同図（ｂ）に示すように、レーザ電流を所定量（ΔＩＬ）低下させる。
（９）これにより、同図（ｃ）に示すようにＩＲ輻射による波長変換素子の加熱量は低下し、同図（ｅ）に示すように、ヒータ温度（波長変換素子の温度）も低下し始める。
（１０）波長変換素子の温度が低下し、同図（ｅ）の点線に示す高温ハングアップ１のレベルより低下すると、同図（ｄ）に示すようにヒータへの給電量は０レベルから回復し、また、同図（ｃ）に示すようにＩＲ輻射による波長変換素子の加熱量は低下し、高温ハングアップ状態から回復する。
（１１）高温ハングアップ状態から回復すると、復帰処理を行う。すなわち、同図（ｂ）に示すようにレーザ電流を元のレベルであるＩＬ２に増加させる。これにより、同図（ｄ）に示すようにヒータ温度（波長変換素子の温度）は上昇するが、レーザ電流の増加量が調光トリガ時の増加量より小さいので、高温ハングアップ１のレベルを越えることはなく、温度制御手段２１ｂによる温度制御により、ヒータ温度（波長変換素子の温度）は、温度設定値に一致するように制御される。 (7) If the temperature of the wavelength conversion element 5 (temperature of the heater 7) exceeds the temperature of the high temperature hang-up 1 shown in FIG. 5E, the temperature cannot be lowered even if the power supply to the heater is stopped. High temperature hangs up. The temperature of the wavelength conversion element 5 continues to rise and rises to the temperature of the high temperature hang-up 2.
(8) As described above, the state where the amount of power supplied to the heater is at the lower limit continues for a predetermined time, or the temperature of the wavelength conversion element is higher than the set value for a predetermined time or more, resulting in a high-temperature hang-up state. Is detected, the laser current is decreased by a predetermined amount (ΔIL) as shown in FIG.
(9) As a result, the heating amount of the wavelength conversion element by IR radiation is reduced as shown in FIG. 10C, and the heater temperature (the temperature of the wavelength conversion element) is also reduced as shown in FIG. start.
(10) When the temperature of the wavelength conversion element decreases and falls below the level of the high-temperature hang-up 1 shown by the dotted line in FIG. 8E, the power supply to the heater recovers from the 0 level as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 3C, the heating amount of the wavelength conversion element due to IR radiation decreases, and the high temperature hang-up state is recovered.
(11) When recovering from the high-temperature hang-up state, a recovery process is performed. That is, the laser current is increased to IL2, which is the original level, as shown in FIG. As a result, the heater temperature (the temperature of the wavelength conversion element) rises as shown in FIG. 4D, but the increase amount of the laser current is smaller than the increase amount at the time of the dimming trigger. The heater temperature (the temperature of the wavelength conversion element) is controlled so as to coincide with the temperature set value by temperature control by the temperature control means 21b.

なお、上記復帰処理は、高温ハングアップが検出されてから予め設定した所定時間後に行うようにしてもよいし、また、ヒータへの給電量が所定の値まで回復したり、ヒータの温度（波長変換素子の温度）が温度設定値近傍まで低下したときに行うようにしてもよい。
また、上記実施例では、高温ハングアップ状態から回復させるため、レーザ電流をΔＩＬだけ低下させる例を示したが、レーザ電流値の減じ方は、電流値そのものを低下させるほか、例えば、レーザ電流をオン・オフさせたり、周期的に電流値を低下させたり、レーザ電流の減少量を最初は大きく時間とともに減少させる等して、平均値としてレーザ電流が低下するようにすればよい。要するに、実質的にＩＲ輻射による波長変換素子の加熱量が低下すれば、どのような手段を用いてもよく、出射光が減少したことが人の目に気付かせないような方法を採るのが望ましい。 The return processing may be performed after a predetermined time set in advance after a high-temperature hang-up is detected, or the power supply amount to the heater is restored to a predetermined value, or the heater temperature (wavelength It may be performed when the temperature of the conversion element is lowered to the vicinity of the temperature set value.
In the above embodiment, the laser current is decreased by ΔIL in order to recover from the high-temperature hang-up state. However, the laser current value can be reduced by, for example, reducing the current value itself. The laser current may be reduced as an average value by turning it on / off, periodically lowering the current value, or reducing the decrease amount of the laser current largely with time. In short, any means may be used as long as the heating amount of the wavelength conversion element due to IR radiation is substantially reduced, and a method of not letting the human eyes notice that the emitted light has decreased is adopted. desirable.

また、上記高温ハングアップ状態が検出されたときに低下させるレーザ電流量を、調光トリガにより半導体レーザの電流量を増加させる際の電流増加量に比例させ、レーザ電流の増加量が大きいときは、レーザ電流の低下量ΔＩＬを大きくし、レーザ電流の増加量が小さいときは、レーザ電流の低下量ΔＩＬを小さくするようにしてもよい。
このようにすることで、レーザ電流の増加量が小さいときは、出射光の減少量を小さくすることができ、明るさが減少したことを、人の目に気付かせないようにすることができる。 In addition, the amount of laser current to be decreased when the high-temperature hang-up state is detected is proportional to the amount of current increase when the semiconductor laser current amount is increased by the dimming trigger. When the laser current decrease amount ΔIL is increased and the increase amount of the laser current is small, the laser current decrease amount ΔIL may be decreased.
In this way, when the increase amount of the laser current is small, the decrease amount of the emitted light can be reduced, and the reduction in brightness can be prevented from being noticed by human eyes. .

１ 基板
２ 半導体レーザ
３ 遮断容器
４ 基本波光反射素子（ＶＢＧ）
５ 波長変換素子（ＰＰＬＮ）
６ 伝熱板
７ 加熱手段（ヒータ）
８ ダイクロイックミラー
９ 反射ミラー
１０ ダイクロイック出力ミラー
１１ ビームダンプ
２０ 点灯回路
２１ 制御部
２１ａ 制御手段
２１ｂ 温度制御手段
２１ｃ 高温ハングアップ抑止手段
Ｔｈ１ 温度検出手段
ＬＨ レーザ光源ユニット
Ｕ１ 給電回路
Ｕ２ パルス回路
Ｕ３ ドライブ回路
Ｍ１ ＤＣ電源
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ スイッチング素子
Ｌ１ チョークコイル
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ２ コンデンサ群
Ｄ１ フライホイールダイオード
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ ゲート駆動回路
Ｉ１ 給電電流検出手段
Ｖ１ 給電電圧検出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Semiconductor laser 3 Blocking container 4 Fundamental wave light reflection element (VBG)
5 Wavelength conversion element (PPLN)
6 Heat transfer plate 7 Heating means (heater)
8 Dichroic mirror 9 Reflecting mirror 10 Dichroic output mirror 11 Beam dump 20 Lighting circuit 21 Control unit 21a Control unit 21b Temperature control unit 21c High temperature hangup suppression unit Th1 Temperature detection unit LH Laser light source unit U1 Feed circuit U2 Pulse circuit U3 Drive circuit M1 DC power supply Q1, Q2, Q3 Switching element L1 Choke coil C1 Smoothing capacitor C2 Capacitor group D1 Flywheel diodes G1, G2, G3 Gate drive circuit I1 Feed current detection means V1 Feed voltage detection means

Claims (5)

半導体レーザと、該レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、
該波長変換素子を加熱するためのヒータと、該半導体レーザに給電するための給電回路と、該ヒータに給電するためのヒータ給電回路と、
上記波長変換素子の温度を検出し上記ヒータへの給電量を制御して該波長変換素子の温度を目標温度に制御する温度制御手段を備え、上記半導体レーザに給電するための給電回路と上記ヒータ給電回路とを制御する制御部と、を有するレーザ光源装置であって、
上記制御部は、上記波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において上記ヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させ該高温ハングアップ状態を抑止する高温ハングアップ抑止手段を備える
ことを特徴とするレーザ光源装置。 A semiconductor laser, and a wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light emitted from the laser;
A heater for heating the wavelength conversion element, a power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, a heater power supply circuit for supplying power to the heater,
A power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser and the heater, comprising temperature control means for detecting the temperature of the wavelength conversion element and controlling the amount of power supplied to the heater to control the temperature of the wavelength conversion element to a target temperature A laser light source device having a control unit for controlling a power feeding circuit,
When the high temperature hang-up state occurs in which the control unit cannot control the temperature of the wavelength conversion element even if the amount of power supplied to the heater is reduced in a region higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized, A laser light source device comprising high-temperature hang-up suppression means for reducing the amount of power supplied to the semiconductor laser by a predetermined amount and suppressing the high-temperature hang-up state. 上記高温ハングアップ抑止手段は、上記温度制御手段による上記ヒータの給電量が予め定めた下限値あるいは下限値以下の状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態が生じたものとして、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。 The high-temperature hang-up suppression means is assumed that a high-temperature hang-up state has occurred when a state in which the power supply amount of the heater by the temperature control means is in a predetermined lower limit value or lower limit value continues for a predetermined time or longer, 2. The laser light source device according to claim 1, wherein an amount of power supplied to the semiconductor laser is reduced by a predetermined amount. 上記高温ハングアップ抑止手段は、上記波長変換素子の温度が上記目標温度よりも予め定めた一定温度以上高い状態が予め定めた時間以上継続したとき、高温ハングアップ状態が生じたものとして、上記半導体レーザへの給電量を予め定められた量だけ減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置 When the temperature of the wavelength conversion element is higher than the target temperature by a predetermined temperature or higher for a predetermined time or longer, the high-temperature hang-up suppressing means determines that a high-temperature hang-up state has occurred, 2. The laser light source device according to claim 1, wherein the amount of power supplied to the laser is reduced by a predetermined amount. 半導体レーザと、該レーザから放射されたレーザ光を波長変換する波長変換素子と、
該波長変換素子を加熱するためのヒータと、該半導体レーザに給電するための給電回路と、該ヒータに給電するためのヒータ給電回路と、
上記波長変換素子の温度を検出し上記ヒータへの給電量を制御して該波長変換素子の温度を目標温度に制御する温度制御手段とを備え、上記半導体レーザに給電するための給電回路と上記ヒータ給電回路とを制御する制御部と、を有するレーザ光源装置であって、
上記制御部は、上記波長変換素子の変換効率が最大となる温度より高温領域において上記ヒータへの給電量を低減させても波長変換素子の温度を制御できなくなる高温ハングアップ状態を抑止する高温ハングアップ抑止手段を備え、
上記高温ハングアップ抑止手段は、上記半導体レーザへの給電量の増加した後に上記高温ハングアップ状態が生じたとき、上記半導体レーザへの給電量を、上記半導体レーザへの給電量の増加分に比例した量だけ減少させる
ことを特徴とするレーザ光源装置。 A semiconductor laser, and a wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light emitted from the laser;
A heater for heating the wavelength conversion element, a power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser, a heater power supply circuit for supplying power to the heater,
Temperature control means for detecting the temperature of the wavelength conversion element and controlling the amount of power supplied to the heater to control the temperature of the wavelength conversion element to a target temperature; a power supply circuit for supplying power to the semiconductor laser; and A laser light source device having a controller for controlling the heater power supply circuit,
The control unit suppresses a high-temperature hang-up state in which the temperature of the wavelength conversion element cannot be controlled even if the amount of power supplied to the heater is reduced in a temperature range higher than the temperature at which the conversion efficiency of the wavelength conversion element is maximized. Up-suppression means ,
The high-temperature hang-up suppression means is configured such that when the high-temperature hang-up state occurs after the power supply amount to the semiconductor laser increases, the power supply amount to the semiconductor laser is proportional to the increase in the power supply amount to the semiconductor laser. The laser light source device is characterized in that it is reduced by a specified amount. 上記波長変換素子は、周期的分極反転型ニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項１，２，３または請求項４に記載のレーザ光源装置。   5. The laser light source device according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is a periodically poled lithium niobate.
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