WO2017159492A1 - レーザ光源装置 - Google Patents

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WO2017159492A1
WO2017159492A1 PCT/JP2017/009222 JP2017009222W WO2017159492A1 WO 2017159492 A1 WO2017159492 A1 WO 2017159492A1 JP 2017009222 W JP2017009222 W JP 2017009222W WO 2017159492 A1 WO2017159492 A1 WO 2017159492A1
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temperature
unit
light source
set temperature
cooling unit
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PCT/JP2017/009222
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Inventor
清水　昭宏
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06804—Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source device.
  • the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser element depends on the temperature of the semiconductor laser element.
  • the color of the laser light changes when the wavelength of the laser light changes. Therefore, it is required to maintain the temperature of the semiconductor laser element in a desired range in order to suppress fluctuations in the wavelength of the laser beam.
  • the laser light source device of Patent Document 1 includes a cooling unit that cools the semiconductor laser element, and controls the cooling unit so that the temperature of the semiconductor laser element becomes a preset temperature. More specifically, in the laser light source device of Patent Document 1, the element temperature of the semiconductor laser element is measured, and when the element temperature is higher than the set temperature, the value of the current passed through the cooling unit is increased, When the temperature is lower than the set temperature, the value of the current flowing through the cooling unit is decreased.
  • Patent Document 1 has the following problems. That is, since a medium such as a heat sink exists between the semiconductor laser element and the cooling unit, it takes time until the heat generated from the semiconductor laser element is conducted to the cooling unit. For this reason, there is a problem that the temperature of the semiconductor laser element cannot be controlled with high accuracy due to a time lag caused by heat conduction (more specifically, the temperature of the semiconductor laser element greatly fluctuates).
  • the temperature of the cooling part is measured and the temperature of the cooling part is controlled, the temperature of the semiconductor laser element is stabilized at a temperature higher or lower than a desired temperature. It turns out that the phenomenon occurs. Therefore, it is desired to realize a technique that can stabilize the temperature of the semiconductor laser element in a desired range with higher accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a laser light source device that can stabilize the temperature of a semiconductor laser element in a desired range with higher accuracy.
  • the laser light source device of the present invention comprises: A light source unit including a semiconductor laser element that emits laser light of a predetermined wavelength band at a temperature from an allowable lower limit temperature to an allowable upper limit temperature; A cooling unit coupled to the light source unit; An element temperature measuring unit for measuring an element temperature which is a temperature of the semiconductor laser element; A temperature of the cooling unit, a cooling unit temperature measuring unit for measuring a cooling unit temperature that is a temperature at a location away from the element temperature, and A control unit for controlling the cooling unit, The controller is The cooling unit is configured to control the cooling unit temperature so as to approach the set temperature. When the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature, the set temperature is lowered, The set temperature is raised when the element temperature falls below the allowable lower limit temperature.
  • the control unit controls the cooling unit so that the cooling unit temperature approaches the set temperature. That is, the control unit is configured to control the temperature near the cooling unit as compared to the semiconductor laser element. Thereby, when a medium such as a heat sink exists between the semiconductor laser element and the cooling unit, the influence of the medium can be suppressed. That is, according to the above configuration, it is possible to realize highly accurate control as compared with the case where the element temperature of the semiconductor laser element is measured and the element temperature is controlled.
  • the set temperature of the cooling section temperature is adjusted according to the temperature of the semiconductor laser element. Therefore, it is possible to stabilize the temperature of the semiconductor laser element in a desired range while controlling the temperature of the cooling unit.
  • the controller is When the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature for a certain time, the set temperature is lowered, The set temperature may be maintained when the element temperature does not exceed the allowable upper limit temperature for a certain time.
  • the controller is When the element temperature falls below the allowable lower limit temperature for a certain time, the set temperature is raised, The set temperature may be maintained when the element temperature does not fall below the allowable lower limit temperature for a certain time.
  • the set temperature of the cooling section temperature is changed only when the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature or when the element temperature falls below the allowable lower limit temperature for a certain period of time. Therefore, even if the variation of the element temperature of the semiconductor laser element is large, the set temperature of the cooling section temperature can be set appropriately.
  • the control unit When the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature, the control unit, When the set temperature exceeds the lower limit, the set temperature is lowered, When the set temperature does not exceed the lower limit value, the set temperature may be maintained.
  • the set temperature of the cooling section temperature is not set to a value lower than the lower limit value, but is set to be equal to or higher than the lower limit value.
  • the control unit In the above configuration, In the case where the element temperature falls below the allowable lower limit temperature, the control unit, When the set temperature is below the upper limit, raise the set temperature, When the set temperature is not lower than the upper limit value, the set temperature may be maintained.
  • the set temperature of the cooling section temperature is not set to a value exceeding the upper limit value, but is set to the upper limit value or less. Therefore, it can suppress that the element temperature of a semiconductor laser element becomes extremely high temperature, and can suppress the lifetime shortening of a semiconductor laser element.
  • the controller is A storage unit for storing the allowable upper limit temperature and the allowable lower limit temperature; A set temperature determining unit that determines the set temperature by comparing the element temperature measured by the element temperature measuring unit with at least one of the allowable upper limit temperature and the allowable lower limit temperature; A current value determining unit that determines a current value to be supplied to the cooling unit based on a difference between the determined set temperature and the cooling unit temperature measured by the cooling unit temperature measuring unit; The cooling unit may cool the light source unit according to the current of the current value.
  • the temperature of the semiconductor laser element can be stabilized in a desired range with higher accuracy.
  • the laser light source device of this embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the dimensional ratio in the drawing does not necessarily match the actual dimensional ratio.
  • the laser light source device 1 includes a light source unit 3, a Peltier element 5, an element temperature measurement unit 6, a cooling unit temperature measurement unit 7, a control unit 8, a heat sink 11, and a fan 13.
  • the light source unit 3 includes a semiconductor laser element 31 that emits laser light and a heat transfer unit 33.
  • the semiconductor laser element 31 emits blue laser light having a wavelength of 380 to 500 nm when its temperature is 23 to 25 ° C.
  • the heat transfer section 33 has thermal conductivity and is connected to the semiconductor laser element 31.
  • the heat transfer section 33 conducts heat generated from the semiconductor laser element 31 to the Peltier element 5.
  • the heat transfer section 33 is connected to the Peltier element 5 via a known heat radiation sheet or heat radiation grease (not shown) so that heat can be efficiently conducted to the Peltier element 5.
  • the heat transfer unit 33 is made of a metal such as aluminum.
  • the Peltier element 5 is connected to the heat transfer section 33.
  • the Peltier element 5 includes a heat absorption part 51 that absorbs heat conducted from the semiconductor laser element 31 to the heat transfer part 33, and a heat dissipation part 53 that releases heat absorbed by the heat absorption part 51 to the heat sink 11.
  • the heat absorption part 51 includes a heat absorption surface 54 connected to the heat transfer part 33.
  • the heat dissipating part 53 is connected to the heat sink 11 via a well-known heat dissipating sheet or heat dissipating grease (not shown) so that heat can be efficiently released to the heat sink 11.
  • the Peltier element 5 When a current flows through the Peltier element 5, the heat absorption part 51 absorbs heat from the heat transfer part 33, and the heat dissipation part 53 releases the heat absorbed by the heat absorption part 51 to the heat sink 11. That is, heat moves from the heat absorption part 51 to the heat radiation part 53.
  • the Peltier element 5 is an element that can cool the light source unit 3 by supplying a current. Note that, when the voltage applied to the Peltier element 5 is increased, the current supplied to the Peltier element 5 is increased, and the amount of heat absorbed by the heat absorbing portion 51 is also increased. As a result, the amount of heat that moves from the heat absorbing portion 51 to the heat radiating portion 53 also increases.
  • the Peltier element 5 corresponds to a “cooling part”.
  • the element temperature measuring unit 6 measures the temperature of the semiconductor laser element 31 (hereinafter sometimes referred to as “element temperature”). In the present embodiment, the element temperature measurement unit 6 measures the temperature of the heat transfer unit 33 as the element temperature.
  • the heat transfer section 33 is connected to the semiconductor laser element 31 and has a temperature equivalent to the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the element temperature measuring unit 6 is configured by a known temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple.
  • the cooling unit temperature measurement unit 7 measures the temperature of the Peltier element 5 (hereinafter, sometimes referred to as “cooling unit temperature”).
  • the cooling unit temperature measurement unit 7 measures the temperature of the endothermic surface 54 in the endothermic unit 51 as the cooling unit temperature.
  • the temperature of the endothermic surface 54 is a temperature away from the element temperature of the semiconductor laser element 31 and changes in conjunction with the element temperature. For example, when the temperature of the semiconductor laser element 31 rises, the temperature of the endothermic surface 54 gradually rises. If the temperature of the semiconductor laser element 31 is lowered, the temperature of the endothermic surface 54 is also gradually lowered.
  • the cooling unit temperature measurement unit 7 is configured by a known temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple.
  • the control unit 8 includes a storage unit 81, a set temperature determination unit 83, and a current value determination unit 85.
  • the storage unit 81 is configured by a memory such as a ROM and a RAM, and the set temperature determination unit 83 and the current value determination unit 85 are configured by a CPU.
  • the storage unit 81 stores an allowable upper limit temperature, an allowable lower limit temperature, a set temperature, an upper limit value, and a lower limit value.
  • an allowable upper limit temperature, an allowable lower limit temperature, a set temperature, and an upper limit stored in the storage unit 81 are stored. The value and the lower limit are shown.
  • the allowable upper limit temperature is the maximum temperature allowed as the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the allowable lower limit temperature is a minimum temperature allowed as the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the output wavelength of the semiconductor laser element 31 is in a desired range (that is, 380 to 500 nm).
  • the color of the laser beam (that is, blue) is stabilized.
  • the set temperature is a temperature at which the temperature of the Peltier element 5 (that is, the cooling part temperature) should match.
  • the control unit 8 drives the Peltier element 5 so that the cooling unit temperature approaches the set temperature.
  • the upper limit value is the upper limit value of the set temperature
  • the lower limit value is the lower limit value of the set temperature.
  • the set temperature is set to a value not less than the lower limit and not more than the upper limit by the control unit 8.
  • the set temperature is set to an arbitrary value (for example, 22 ° C.) that is greater than or equal to the lower limit value and less than or equal to the upper limit value in the initial state (that is, the state when the laser light source device 1 is shipped).
  • the set temperature determination unit 83 determines the set temperature stored in the storage unit 81. Specifically, the set temperature determining unit 83 acquires the element temperature from the element temperature measuring unit 6, reads out the allowable upper limit temperature, the allowable lower limit temperature, the set temperature, the upper limit value, and the lower limit value from the storage unit 81, and sets them. Update / maintain temperature. Details of the set temperature determination unit 83 will be described later.
  • the current value determination unit 85 determines a current value to be supplied to the Peltier element 5 and supplies the current of the current value to the Peltier element 5. Specifically, the current value determination unit 85 acquires the cooling unit temperature from the cooling unit temperature measurement unit 7, reads the set temperature from the storage unit 81, and determines the current based on the cooling unit temperature and the set temperature. Determine the value. Details of the current value determination unit 85 will be described later.
  • the heat sink 11 includes fins (not shown), and conducts heat released from the heat radiating portion 53 to the fins.
  • the warm air around the fin due to the heat conducted to the fin is discharged into the atmosphere by the air flow generated by the fan 13.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a temperature control process executed by the current value determination unit 85 of the control unit 8.
  • the current value determination unit 85 starts the temperature control process of FIG.
  • the current value determination unit 85 repeats the temperature control process until an instruction to stop the laser light source device 1 is issued.
  • the current value determination unit 85 acquires the cooling unit temperature from the cooling unit temperature measurement unit 7 (S100). Subsequently, the current value determination unit 85 reads out the set temperature set by the process of FIG. 3 to be described later from the storage unit 81 (S113). Subsequently, the current value determining unit 85 determines a current value to be supplied to the Peltier element 5 so that the cooling unit temperature approaches the set temperature (S115). Specifically, the current value determination unit 85 increases the current value supplied to the Peltier element 5 when the cooling unit temperature is higher than the set temperature. On the other hand, when the cooling unit temperature is lower than the set temperature, the current value determination unit 85 decreases the current value supplied to the Peltier element 5. Further, the current value determining unit 85 increases the increase / decrease amount of the current value as the difference between the cooling unit temperature and the set temperature increases.
  • the current value determining unit 85 supplies the current having the current value determined in S115 to the Peltier element 5 (S117), and the process returns to S100.
  • the current value determination unit 85 drives the Peltier element 5 so that the temperature of the Peltier element 5 (that is, the cooling unit temperature) approaches the set temperature.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the set temperature determining process executed by the set temperature determining unit 83 of the control unit 8.
  • the set temperature determining unit 83 starts the set temperature determining process of FIG.
  • the set temperature determining unit 83 repeats the set temperature determining process until an instruction to stop the laser light source device 1 is issued.
  • the set temperature determination unit 83 reads the allowable upper limit temperature, the allowable lower limit temperature, the upper limit value, and the lower limit value from the storage unit 81 (S200). Subsequently, the set temperature determination unit 83 acquires the element temperature from the element temperature measurement unit 6 (S203).
  • the set temperature determination unit 83 determines whether the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature (S205). When it is determined that the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature (S205: YES), the process proceeds to S207, and when it is determined that the element temperature does not exceed the allowable upper limit temperature (S205: NO), the process proceeds to S221. To do. S221 will be described later.
  • the set temperature determination unit 83 determines whether or not the state where the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature continues for a certain time (for example, 60 seconds) (S207).
  • the control unit 8 includes a timer (not shown), and the set temperature determination unit 83 determines whether the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature every time the timer measures 1 second. If the element temperature falls below the allowable upper limit temperature before the timer measures 60 seconds, the set temperature determination unit 83 ends the timer measurement and returns to the process of S205 (S207: NO). On the other hand, when the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature until the timer measures 60 seconds, the process proceeds to S209 (S207: YES).
  • the time measured by the timer may be shorter than 60 seconds (for example, 30 seconds) or longer (for example, 90 seconds).
  • the set temperature determining unit 83 reads the set temperature set in the previous flow or set in the initial flow from the storage unit 81 (S209). Subsequently, the set temperature determination unit 83 determines whether the set temperature exceeds the lower limit value (S211).
  • the set temperature determination unit 83 lowers the set temperature and updates the set temperature in the storage unit 81 (S213). As an example, the set temperature determination unit 83 changes the set temperature to a temperature that is 1 ° C. lower. Note that the amount that the set temperature determining unit 83 lowers in S213 may be greater than 1 ° C. or smaller.
  • the set temperature determining unit 83 returns to the process of S203 without performing S213. That is, the set temperature is not changed and the current value is maintained.
  • the set temperature determination unit 83 determines whether the element temperature is below the allowable lower limit temperature (S221). If it is determined that the element temperature is lower than the allowable lower limit temperature (S221: YES), the process proceeds to S223, and if it is determined that the element temperature is not lower than the allowable lower limit temperature (S221: NO), the process of S203 Return to.
  • the set temperature determination unit 83 determines whether or not the state where the element temperature is lower than the allowable lower limit temperature continues for a certain time (for example, 60 seconds) (S223).
  • the set temperature determination unit 83 performs the process of S223 using a timer (not shown), similarly to the process of S207 described above. As an example, if the element temperature exceeds the allowable lower limit temperature before the timer measures 60 seconds, the process returns to S221 (S223: NO). On the other hand, if the element temperature is below the allowable lower limit temperature until the timer measures 60 seconds, the process proceeds to S225 (S223: YES).
  • the set temperature determining unit 83 reads the set temperature from the storage unit 81 (S225). Subsequently, the set temperature determination unit 83 determines whether the set temperature is below the upper limit value (S227).
  • the set temperature determining unit 83 raises the set temperature and updates the set temperature in the storage unit 81 (S229).
  • the set temperature determination unit 83 changes the set temperature to a temperature that is 1 ° C. higher.
  • the amount that the set temperature determining unit 83 raises in S229 may be greater than 1 ° C. or smaller.
  • the set temperature determining unit 83 returns to the process of S203 without performing S229. That is, the set temperature 81 is not changed and the current value is maintained.
  • the set temperature is determined by the set temperature determining unit 83 based on the element temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 is measured, and the Peltier element 5 is driven so that the temperature of the semiconductor laser element 31 becomes a predetermined temperature.
  • the technique has a problem that the temperature cannot be accurately controlled (that is, the temperature of the semiconductor laser element 31 varies greatly).
  • the present inventor examined a laser light source device 100 of a reference example as shown in FIG. With reference to FIG. 4, a laser light source device 100 of a reference example will be described.
  • the laser light source device 100 of the reference example is different from the laser light source device 1 of the embodiment in that the element temperature measurement unit 6 is not provided, and in the configuration of the control unit 9, and the other configurations are the same.
  • the laser light source device 100 of the reference example measures the temperature of the Peltier element 5 (the cooling part temperature, more specifically, the temperature of the heat absorbing surface 54), so that the temperature of the Peltier element 5 approaches a predetermined set temperature. It is the structure which controls to.
  • the control unit 9 includes a storage unit 91 and a current value determination unit 93. As illustrated in FIG. 4B, the storage unit 91 stores a set temperature (for example, 22 ° C.). The current value determination unit 93 acquires the cooling unit temperature from the cooling unit temperature measurement unit 7 and reads the set temperature from the storage unit 91. The current value determining unit 93 supplies a current to the Peltier element 5 so that the cooling unit temperature approaches the set temperature.
  • a set temperature for example, 22 ° C.
  • this inventor determined the preset temperature memorize
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 is stable at a temperature higher or lower than a desired range (for example, 23 to 25 ° C.). It was found that the phenomenon of doing. This will be specifically described below.
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 was stabilized at a desired 23 to 25 ° C.
  • the optical output was changed from 100% to 25%
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 became lower than the desired range (that is, 23 to 25 ° C.).
  • This phenomenon is that the set temperature is set to a constant value (ie, 22 ° C.) regardless of the light output, even though the heat generated from the semiconductor laser element 31 is reduced due to the light output being reduced to 25%. Therefore, it is considered that this occurred because the semiconductor laser element 31 was excessively cooled.
  • the laser light source device 100 has a desired temperature of 23 to The temperature was higher than 25 ° C.
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 is lower than the desired 23 to 25 ° C.
  • the temperature of the semiconductor laser element 31 is higher or lower than the desired 23 to 25 ° C. This phenomenon is thought to be due to the fact that the actual temperature of the semiconductor laser element 31 is not taken into account in the temperature control by the laser light source device 100 of the reference example, and therefore the influence of the individual difference of the semiconductor laser element 31 appears strongly.
  • the temperature of the endothermic surface 54 of the Peltier element 5 is measured, and the temperature of the endothermic surface 54 is controlled. That is, the control unit 8 controls the temperature at a place closer to the Peltier element 5 than the semiconductor laser element 31. Thereby, the influence by the heat-transfer part 33 can be suppressed. That is, the control unit 8 can realize temperature control with higher accuracy than the conventional technique that measures the temperature of the semiconductor laser element 31 and controls the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the set temperature is determined based on the temperature of the semiconductor laser element 31 (that is, the element temperature) (see FIG. 3), and the temperature of the Peltier element 5 (that is, the cooling unit temperature). ) Is controlled to approach the set temperature (see FIG. 2).
  • the cooling part temperature can be controlled while taking into consideration the actual temperature of the semiconductor laser element. As a result, it is possible to stabilize the temperature of the semiconductor laser element 31 in a desired range while controlling the cooling unit temperature.
  • the set temperature is lowered (S213 in FIG. 3).
  • the set temperature is raised (S229 in FIG. 3). That is, the set temperature is adjusted to an appropriate value in consideration of the actual temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the set temperature is changed when the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature or when the element temperature falls below the allowable lower limit temperature for a certain period of time. (YES in S207 of FIG. 3, YES in S223). Thereby, it is possible to prevent the set temperature from being changed to darkness when the temperature of the semiconductor laser element 31 is not stabilized and the temperature variation is large. That is, according to the laser light source device 1 of the present embodiment, the set temperature can be appropriately set based on the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the set temperature is not set to a value lower than the lower limit value, but is set to the lower limit value or more. Therefore, since it can suppress that cooling part temperature becomes extremely low temperature, it can suppress that dew condensation arises in the Peltier device 5, and dirt, such as rust, and a short circuit arise.
  • the set temperature of the cooling section temperature is not set to a value exceeding the upper limit value, but is set to the upper limit value or less. Therefore, it can suppress that the element temperature of the semiconductor laser element 31 becomes extremely high temperature, and the lifetime shortening of the semiconductor laser element 31 can be suppressed.
  • the laser light source device is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the configuration according to another embodiment below may be arbitrarily selected and adopted in the configuration according to the above-described embodiment.
  • the element temperature measurement unit 6 measures the temperature of the heat transfer unit 33 as the temperature of the semiconductor laser element 31, but may be configured to directly measure the temperature of the semiconductor laser element 31.
  • the temperature of the inner wall of the package of the light source unit 3 may be measured. More generally, any configuration that measures a place having a temperature equivalent to that of the semiconductor laser element 31 may be used.
  • the cooling unit temperature measurement unit 7 measures the temperature of the endothermic surface 54 of the endothermic unit 51 of the Peltier element 5, but may measure the temperature at different locations.
  • the cooling unit temperature measurement unit 7 may measure the heat absorption unit 51, or may provide a metal plate between the heat transfer unit 33 and the heat absorption unit 51 and measure the temperature of the metal plate.
  • the laser light source device 1 has been described as including the semiconductor laser element 31 that emits blue laser light having a wavelength of 380 to 500 nm, but is not limited thereto.
  • the laser light source device 1 may include the semiconductor laser elements 31 that emit laser beams having different wavelengths and different colors.
  • the laser light source device 1 includes a semiconductor laser element that emits blue laser light having a wavelength of 380 to 500 nm, a semiconductor laser element that emits green laser light having a wavelength of 500 to 580 nm, and a wavelength of 580 to 700 nm. And a semiconductor laser element that emits red laser light having a wavelength.
  • the semiconductor laser elements may be configured to share the same Peltier element 5 or may be configured to be cooled by different Peltier elements 5 for each semiconductor laser element having a different wavelength.
  • the set temperature is raised / lowered by a predetermined amount in the set temperature determination process of FIG. 3 (S213, S229), but the set temperature may be changed stepwise.
  • the set temperature may be changed by 0.1 ° C. every time the state where the element temperature exceeds the allowable upper limit temperature / the state where the element temperature falls below the allowable lower limit temperature continues for 10 seconds. Further, the set temperature may be changed continuously.
  • the timing of performing the processes of S203, S209, and S225 is not limited to this.
  • S203 may be performed before S200.
  • S209 may be executed at any timing as long as it is before S211.
  • S225 may be executed at any timing as long as it is before S227.
  • Light source device 3 Control unit 31: Semiconductor laser device 33: Heat transfer unit 5: Peltier device 6: Element temperature measurement unit 7: Cooling unit temperature measurement unit 8: Control unit 81: Storage unit 83: Set temperature determination unit 85 : Current value determination unit

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Abstract

より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができるレーザ光源装置を提供する。　レーザ光源装置は、許容下限温度から許容上限温度までの温度において、所定の波長帯のレーザ光を射出する半導体レーザ素子を含んでなる光源部と、光源部に連結された冷却部と、半導体レーザ素子の温度である素子温度を測定する素子温度測定部と、冷却部の温度であって、素子温度とは離れた箇所における温度である冷却部温度を測定する冷却部温度測定部と、冷却部を制御する制御部と、を有する。制御部は、冷却部温度を設定温度に近付けるように、冷却部を制御する構成であり、素子温度が許容上限温度を超えた場合に、設定温度を引き下げ、素子温度が許容下限温度を下回った場合に、設定温度を引き上げる。

Description

レーザ光源装置
　本発明はレーザ光源装置に関する。
　半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の波長は、半導体レーザ素子の温度に依存することが知られている。一例として、半導体レーザ素子を有する照明装置において、レーザ光の波長が変化すると、レーザ光の色が変化するという問題がある。そのため、レーザ光の波長の変動を抑制するべく、半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に維持することが求められている。
　このような観点から、特許文献１のレーザ光源装置は、半導体レーザ素子を冷却する冷却部を備え、半導体レーザ素子の温度が予め設定された設定温度となるように冷却部を制御する。より具体的には、特許文献１のレーザ光源装置では、半導体レーザ素子の素子温度を測定し、当該素子温度が上記の設定温度よりも高い場合には、冷却部に流す電流値を増大させ、上記の設定温度よりも低い場合には、冷却部に流す電流値を減少させている。
特開２０１１－１０８９３０号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、以下のような問題があった。即ち、半導体レーザ素子と冷却部との間にはヒートシンク等の媒体が存在するため、半導体レーザ素子から生じた熱が冷却部へと伝導するまでに時間を要する。そのため、熱の伝導により生じるタイムラグにより、半導体レーザ素子の温度を高精度に制御することができない（より具体的には、半導体レーザ素子の温度が大きく変動してしまう）という問題があった。
　ここで、上記のタイムラグの発生を抑制するべく、半導体レーザ素子の温度を測定するのではなく冷却部の温度を測定し、当該冷却部の温度を制御することも考えられる。
　しかしながら、本発明者の鋭意研究によれば、冷却部の温度を測定し、当該冷却部の温度を制御した場合、半導体レーザ素子の温度が所望の温度よりも高温または低温の状態で安定するという現象が起こることが分かった。そのため、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる技術の実現が望まれる。
　そこで、本発明は、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができるレーザ光源装置の提供を目的とする。
　本発明のレーザ光源装置は、
　許容下限温度から許容上限温度までの温度において、所定の波長帯のレーザ光を射出する半導体レーザ素子を含んでなる光源部と、
　前記光源部に連結された冷却部と、
　前記半導体レーザ素子の温度である素子温度を測定する素子温度測定部と、
　前記冷却部の温度であって、前記素子温度とは離れた箇所における温度である冷却部温度を測定する冷却部温度測定部と、
　前記冷却部を制御する制御部と、を有し、
　前記制御部は、
　　前記冷却部温度を設定温度に近付けるように、前記冷却部を制御する構成であり、
　　前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
　　前記素子温度が前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げることを特徴とする。
　上記構成によれば、制御部は、冷却部温度を設定温度に近付けるように冷却部を制御する。即ち、制御部は、半導体レーザ素子に比べて冷却部に近い場所の温度を制御する構成である。これにより、半導体レーザ素子と冷却部との間にヒートシンク等の媒体が存在する場合に、当該媒体による影響を抑制することができる。即ち、上記構成によれば、半導体レーザ素子の素子温度を測定し、当該素子温度を制御する場合に比べ、高精度な制御を実現できる。
　また、上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、半導体レーザ素子の温度に応じて調整される。これにより、冷却部の温度を制御しつつも、半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる。
　上記構成において、
　前記制御部は、
　　前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
　　前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えない場合に、前記設定温度を維持するものとしても構わない。
　上記構成において、
　前記制御部は、
　　前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げ、
　　前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回らない場合に、前記設定温度を維持するものとしても構わない。
　上記構成によれば、素子温度が許容上限温度を超えた状態、または、素子温度が許容下限温度を下回った状態が一定時間継続した場合に限り、冷却部温度の設定温度が変更される。これにより、半導体レーザ素子の素子温度の変動が大きい場合であっても、冷却部温度の設定温度を適切に設定できる。
　上記構成において、
　前記制御部は、前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合において、
　　前記設定温度が下限値を超えているとき、前記設定温度を引き下げ、
　　前記設定温度が前記下限値を超えていないとき、前記設定温度を維持するものとしても構わない。
　上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、下限値を下回る値に設定されず、下限値以上に設定される。これにより、冷却部温度が極度に低温になることを抑制できるため、冷却部に結露が生じて錆び等の汚れや短絡が生じることを抑制できる。
　上記構成において、
　前記制御部は、前記素子温度が前記許容下限温度を下回った場合において、
　　前記設定温度が上限値を下回っているとき、前記設定温度を引き上げ、
　　前記設定温度が前記上限値を下回っていないとき、前記設定温度を維持するものとしても構わない。
　上記構成によれば、冷却部温度の設定温度は、上限値を超えた値に設定されず、上限値以下に設定される。これにより、半導体レーザ素子の素子温度が極度に高温になることを抑制でき、半導体レーザ素子の短寿命化を抑制できる。
　上記構成において、
　前記制御部は、
　前記許容上限温度及び前記許容下限温度を記憶する記憶部と、
　前記素子温度測定部により測定された前記素子温度と、前記許容上限温度及び前記許容下限温度のうちの少なくとも一方とを比較して、前記設定温度を決定する設定温度決定部と、
　決定された前記設定温度と、前記冷却部温度測定部により測定された前記冷却部温度との差に基づいて、前記冷却部に供給する電流値を決定する電流値決定部と、を有し、
　前記冷却部は、前記電流値の電流に応じて前記光源部を冷却するものとしても構わない。
　本発明のレーザ光源装置によれば、より高精度に半導体レーザ素子の温度を所望の範囲に安定させることができる。
実施形態のレーザ光源装置の構成を模式的に示す図である。 実施形態のレーザ光源装置における温度制御処理を示すフローチャートである。 実施形態のレーザ光源装置における設定温度決定処理を示すフローチャートである。 参考例のレーザ光源装置の構成を模式的に示す図である。
　本実施形態のレーザ光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
　（実施形態）
　［構成］
　以下、実施形態におけるレーザ光源装置１の構成について図１を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、レーザ光源装置１は、光源部３、ペルチェ素子５、素子温度測定部６、冷却部温度測定部７、制御部８、ヒートシンク１１、及びファン１３を有する。
　光源部３は、レーザ光を射出する半導体レーザ素子３１と伝熱部３３とを含む。一例として半導体レーザ素子３１は、その温度が２３～２５℃であるとき、３８０～５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する。伝熱部３３は、熱伝導性を有し、半導体レーザ素子３１に連結される。伝熱部３３は、半導体レーザ素子３１から発生する熱をペルチェ素子５に伝導する。なお、伝熱部３３は、ペルチェ素子５へ効率的に熱を伝導できるよう、周知の放熱シートまたは放熱グリス（図示略）を介してペルチェ素子５に連結される。伝熱部３３は、例えばアルミニウム等の金属によって構成される。
　ペルチェ素子５は、伝熱部３３に連結される。ペルチェ素子５は、半導体レーザ素子３１から伝熱部３３へと伝導した熱を吸収する吸熱部５１と、吸熱部５１が吸収した熱をヒートシンク１１に放出する放熱部５３と、を含む。吸熱部５１は、伝熱部３３に連結される吸熱面５４を含む。放熱部５３は、ヒートシンク１１へ効率的に熱を放出できるよう、周知の放熱シートまたは放熱グリス（図示略）を介してヒートシンク１１に連結される。
　ペルチェ素子５に電流が流れると、吸熱部５１は伝熱部３３から熱を吸収し、放熱部５３は吸熱部５１が吸収した熱をヒートシンク１１に放出する。即ち、吸熱部５１から放熱部５３へと熱が移動する。このように、ペルチェ素子５は、電流が供給されることで光源部３を冷却可能な素子である。なお、ペルチェ素子５に印加する電圧を大きくすると、ペルチェ素子５に供給される電流が大きくなり、吸熱部５１が吸収する熱量も増加する。その結果、吸熱部５１から放熱部５３へと移動する熱量も増加する。なお、ペルチェ素子５が「冷却部」に対応する。
　素子温度測定部６は、半導体レーザ素子３１の温度（以下、「素子温度」と呼ぶことがある）を測定する。本実施形態では、素子温度測定部６は、素子温度として伝熱部３３の温度を測定する。伝熱部３３は半導体レーザ素子３１に連結されており、半導体レーザ素子３１の温度と同等の温度である。素子温度測定部６は、サーミスタ、または、熱電対等の周知の温度センサによって構成される。
　冷却部温度測定部７は、ペルチェ素子５の温度（以下、「冷却部温度」と呼ぶことがある）を測定する。本実施形態では、冷却部温度測定部７は、冷却部温度として、吸熱部５１における吸熱面５４の温度を測定する。吸熱面５４の温度は、半導体レーザ素子３１の素子温度から離れた温度であり、当該素子温度に連動して変化する。例えば半導体レーザ素子３１の温度が上昇すれば、次第に吸熱面５４の温度も上昇する。また、半導体レーザ素子３１の温度が低下すれば、次第に吸熱面５４の温度も低下する。冷却部温度測定部７は、サーミスタ、または、熱電対等の周知の温度センサによって構成される。
　制御部８は、記憶部８１、設定温度決定部８３、及び電流値決定部８５を有する。記憶部８１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、設定温度決定部８３及び電流値決定部８５は、ＣＰＵによって構成される。
　記憶部８１は、図１（ｂ）に示すように、許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を記憶する。図１（ｂ）では、一例として、半導体レーザ素子３１が３８０～５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する場合に、記憶部８１が記憶する許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を示している。
　許容上限温度は、半導体レーザ素子３１の温度として許容される最大の温度である。また、許容下限温度は、半導体レーザ素子３１の温度として許容される最小の温度である。半導体レーザ素子３１の温度が、許容下限温度から許容上限温度までの範囲であるとき（即ち、２３～２５℃）、当該半導体レーザ素子３１の出力波長が所望の範囲（即ち、３８０～５００ｎｍ）に収まり、レーザ光の色（即ち、青色）が安定する。
　設定温度は、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が一致すべき温度である。詳細は後述するが、制御部８は、冷却部温度が設定温度に近付くようにペルチェ素子５を駆動する。
　上限値は、設定温度の上限値であり、下限値は、設定温度の下限値である。詳細は後述するが、設定温度は、制御部８により下限値以上かつ上限値以下の値に設定される。また設定温度は、初期状態（即ち、レーザ光源装置１の出荷時の状態）において、下限値以上かつ上限値以下の任意の値（例えば、２２℃）に設定されている。
　設定温度決定部８３は、記憶部８１に記憶する設定温度を決定する。具体的には、設定温度決定部８３は、素子温度測定部６から素子温度を取得し、記憶部８１から許容上限温度、許容下限温度、設定温度、上限値、及び下限値を読み出して、設定温度を更新／維持する。設定温度決定部８３の詳細は後述する。
　電流値決定部８５は、ペルチェ素子５に供給する電流値を決定し、ペルチェ素子５に当該電流値の電流を供給する。具体的には、電流値決定部８５は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得し、記憶部８１から設定温度を読み出して、当該冷却部温度と、当該設定温度とに基づき、電流値を決定する。電流値決定部８５の詳細は後述する。
　ヒートシンク１１は、図示しないフィンを含み、放熱部５３から放出された熱を当該フィンに伝導する。当該フィンに伝導した熱により当該フィン周辺の暖まった空気は、ファン１３の生成した空気の流れによって大気中に排出される。
　［温度制御処理］
　続いて、制御部８の処理について図２を参照して説明する。図２は、制御部８の電流値決定部８５が実行する温度制御処理を示すフローチャートである。
　電流値決定部８５は、レーザ光源装置１の動作指示がなされると、図２の温度制御処理を開始する。電流値決定部８５は、レーザ光源装置１の停止指示がなされるまで、温度制御処理を繰り返す。
　温度制御処理が開始すると、電流値決定部８５は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得する（Ｓ１００）。続いて、電流値決定部８５は、記憶部８１から、後述する図３の処理によって設定された設定温度を読み出す（Ｓ１１３）。続いて、電流値決定部８５は、冷却部温度が設定温度に近付くよう、ペルチェ素子５に供給する電流値を決定する（Ｓ１１５）。具体的には、電流値決定部８５は、冷却部温度が設定温度よりも高い場合、ペルチェ素子５に供給する電流値を増大する。一方、冷却部温度が設定温度よりも低い場合、電流値決定部８５は、ペルチェ素子５に供給する電流値を減少する。また、電流値決定部８５は、冷却部温度と設定温度との差が大きいほど、電流値の増加量／減少量を大きくする。
　続いて、電流値決定部８５は、Ｓ１１５で決定された電流値の電流を、ペルチェ素子５に供給し（Ｓ１１７）、Ｓ１００の処理に戻る。
　以上のように、電流値決定部８５は、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が設定温度に近付くようにペルチェ素子５を駆動する。
　［設定温度決定処理］
　続いて、図３を参照して設定温度決定処理について説明する。図３は、制御部８の設定温度決定部８３が実行する設定温度決定処理を示すフローチャートである。
　設定温度決定部８３は、レーザ光源装置１の動作指示がなされると、図３の設定温度決定処理を開始する。設定温度決定部８３は、レーザ光源装置１の停止指示がなされるまで、設定温度決定処理を繰り返す。
　設定温度決定処理が開始すると、設定温度決定部８３は、記憶部８１から許容上限温度、許容下限温度、上限値、及び下限値を読み出す（Ｓ２００）。続いて、設定温度決定部８３は、素子温度測定部６から素子温度を取得する（Ｓ２０３）。
　続いて、設定温度決定部８３は、素子温度が許容上限温度を超えているかを判断する（Ｓ２０５）。素子温度が許容上限温度を超えていると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０７に移行し、素子温度が許容上限温度を超えていないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２２１に移行する。Ｓ２２１については後述する。
　設定温度決定部８３は、Ｓ２０７に移行すると、素子温度が許容上限温度を超えている状態が一定時間（例えば、６０秒）継続するかを判断する（Ｓ２０７）。一例として、制御部８は図示しないタイマを含み、設定温度決定部８３は、当該タイマが１秒計測するごとに、素子温度が許容上限温度を超えているかを判断する。タイマが６０秒を計測する前に、素子温度が許容上限温度を下回った場合、設定温度決定部８３は、タイマの計測を終了し、Ｓ２０５の処理に戻る（Ｓ２０７：ＮＯ）。一方、タイマが６０秒を計測するまでの間、素子温度が許容上限温度を超えていた場合、Ｓ２０９に移行する（Ｓ２０７：ＹＥＳ）。なお、タイマが計測する時間は６０秒よりも短くても構わないし（例えば３０秒）、長くても構わない（例えば９０秒）。
　設定温度決定部８３は、Ｓ２０９に移行すると、記憶部８１から、前回のフローにおいて設定されていた、又は初期時に設定されていた設定温度を読み出す（Ｓ２０９）。続いて、設定温度決定部８３は、設定温度が下限値を超えているかを判断する（Ｓ２１１）。
　設定温度が下限値を超えていると判断された場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、設定温度決定部８３は、設定温度を引き下げ、記憶部８１内の設定温度を更新する（Ｓ２１３）。一例として、設定温度決定部８３は、設定温度を１℃低い温度に変更する。なお、Ｓ２１３において設定温度決定部８３が引き下げる量は、１℃より大きくても構わないし、小さくても構わない。
　一方、設定温度が下限値を超えていないと判断された場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、Ｓ２１３を行うことなく、Ｓ２０３の処理に戻る。即ち、設定温度は変更されず、現状の値を維持される。
　なお、Ｓ２１１において設定温度が下限値を超えていないと判断される場合（Ｓ２１１：ＮＯ）とは、設定温度が下限値と一致している状態である。
　続いて、Ｓ２２１以降の処理について説明する。Ｓ２０５において、素子温度が許容上限温度を超えていないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、素子温度が許容下限温度を下回っているかを判断する（Ｓ２２１）。素子温度が許容下限温度を下回っていると判断された場合（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、Ｓ２２３に移行し、素子温度が許容下限温度を下回っていないと判断された場合（Ｓ２２１：ＮＯ）、Ｓ２０３の処理に戻る。
　設定温度決定部８３は、Ｓ２２３に移行すると、素子温度が許容下限温度を下回っている状態が一定時間（例えば、６０秒）継続するかを判断する（Ｓ２２３）。設定温度決定部８３は、上述のＳ２０７の処理と同様に、図示しないタイマを用いてＳ２２３の処理を行う。一例として、タイマが６０秒を計測する前に、素子温度が許容下限温度を超えた場合、Ｓ２２１の処理に戻る（Ｓ２２３：ＮＯ）。一方、タイマが６０秒を計測するまでの間、素子温度が許容下限温度を下回っていた場合、Ｓ２２５に移行する（Ｓ２２３：ＹＥＳ）。
　設定温度決定部８３は、Ｓ２２５に移行すると、記憶部８１から設定温度を読み出す（Ｓ２２５）。続いて、設定温度決定部８３は、設定温度が上限値を下回っているかを判断する（Ｓ２２７）。
　設定温度が上限値を下回っていると判断された場合（Ｓ２２７：ＹＥＳ）、設定温度決定部８３は、設定温度を引き上げ、記憶部８１内の設定温度を更新する（Ｓ２２９）。一例として、設定温度決定部８３は、設定温度を１℃高い温度に変更する。なお、Ｓ２２９において設定温度決定部８３が引き上げる量は、１℃より大きくても構わないし、小さくても構わない。
　一方、設定温度が上限値を下回っていないと判断された場合（Ｓ２２７：ＮＯ）、設定温度決定部８３は、Ｓ２２９を行うことなく、Ｓ２０３の処理に戻る。即ち、設定温度８１は変更されず、現状の値を維持される。
　なお、Ｓ２２７において設定温度が上限値を下回っていないと判断される場合（Ｓ２２７：ＮＯ）とは、設定温度が上限値と一致している状態である。
　以上のように、設定温度は、設定温度決定部８３により、半導体レーザ素子３１の素子温度を基に決定される。
　（参考例）
　続いて、本実施形態のレーザ光源装置１の作用効果を説明するために、参考例のレーザ光源装置の構成、及び参考例のレーザ光源装置において生じた現象について説明する。
　「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、半導体レーザ素子３１の温度を測定し、当該半導体レーザ素子３１の温度が所定の温度となるようにペルチェ素子５を駆動する従来の技術では、精度のよい温度制御をすることができない（即ち、半導体レーザ素子３１の温度が大きく変動する）、という問題があった。
　そこで、本発明者は、図４に示すような参考例のレーザ光源装置１００を検討した。図４を参照して、参考例のレーザ光源装置１００について説明する。参考例のレーザ光源装置１００は、実施形態のレーザ光源装置１と、素子温度測定部６を備えない点、及び、制御部９の構成で異なり、他の構成は同様である。参考例のレーザ光源装置１００は、ペルチェ素子５の温度（冷却部温度であり、より具体的には吸熱面５４の温度）を測定し、当該ペルチェ素子５の温度が所定の設定温度に近付くように制御する構成である。
　制御部９は、記憶部９１及び電流値決定部９３を有する。記憶部９１は、図４（ｂ）に示すように、設定温度（一例として、２２℃）を記憶する。電流値決定部９３は、冷却部温度測定部７から冷却部温度を取得し、記憶部９１から設定温度を読み出す。電流値決定部９３は、冷却部温度が設定温度に近付くよう、ペルチェ素子５に電流を供給する。
　なお、本発明者は、記憶部９１に記憶する設定温度を次のようにして決定した。即ち、レーザ光源装置１００を光出力１００％（即ち、強度を最大）に設定して動作させ、ペルチェ素子５の設定温度を適宜変更した。そして、半導体レーザ素子３１の温度が所望の範囲（一例として、２３～２５℃）で安定した設定温度を見付け出し、記憶部９１に記憶させた。一例として、設定温度を２２℃に設定したとき、半導体レーザ素子３１の温度は所望の２３～２５℃で安定したため、設定温度を２２℃とした。
　ここで、本発明者の鋭意研究によれば、参考例のレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の範囲（一例として、２３～２５℃）よりも高温または低温の状態で安定するという現象が起こることが分かった。以下、具体的に説明する。
　参考例のレーザ光源装置１００を光出力１００％に設定して動作させた場合、半導体レーザ素子３１の温度は、所望の２３～２５℃で安定した。しかし、光出力を１００％から２５％に変更すると、半導体レーザ素子３１の温度は、所望の範囲（即ち、２３～２５℃）よりも低温となった。この現象は、光出力が２５％まで低下したことにより半導体レーザ素子３１から生じる熱が減少するのにも拘わらず、設定温度は光出力に拘わらず一定値（即ち、２２℃）に設定されているため、半導体レーザ素子３１が過度に冷却されたために起こったものと考えられる。
　また、参考例のレーザ光源装置１００を複数個準備し、各装置１００を光出力１００％に設定して動作させたところ、あるレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３～２５℃よりも高温となった。また、別のレーザ光源装置１００では、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３～２５℃よりも低温となった。このように、レーザ光源装置１００によっては、半導体レーザ素子３１の温度が所望の２３～２５℃よりも高温または低温となった。この現象は、参考例のレーザ光源装置１００による温度制御では、半導体レーザ素子３１の現実の温度が考慮されないために、半導体レーザ素子３１の個体差の影響が強く出たためと考えられる。
　（作用効果）
　以下、本実施形態のレーザ光源装置１による作用効果について説明する。
　本実施形態のレーザ光源装置１によれば、ペルチェ素子５の吸熱面５４の温度が測定され、当該吸熱面５４の温度が制御対象とされる。即ち、制御部８は、半導体レーザ素子３１に比べ、ペルチェ素子５により近い場所における温度を制御対象とする。これにより、伝熱部３３による影響を抑制することができる。即ち、制御部８は、半導体レーザ素子３１の温度を計測して当該半導体レーザ素子３１の温度を制御する従来の技術に比べ、精度の高い温度制御を実現できる。
　また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度（即ち、素子温度）に基づき設定温度が決定され（図３参照）、ペルチェ素子５の温度（即ち、冷却部温度）が当該設定温度に近付くように制御される（図２参照）。即ち、半導体レーザ素子の現実の温度を考慮しつつ、冷却部温度を制御することができる。これにより、冷却部温度を制御しつつも、半導体レーザ素子３１の温度を所望の範囲に安定させることが可能となる。
　特に、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度が許容上限温度を超えている場合に（図３のＳ２０５でＹＥＳ）、設定温度が引き下げられる（図３のＳ２１３）。また、半導体レーザ素子３１の温度が許容下限温度を下回っている場合に（図３のＳ２２１でＹＥＳ）、設定温度が引き上げられる（図３のＳ２２９）。即ち、設定温度は、半導体レーザ素子３１の現実の温度を考慮した適切な値に調整される。これにより、レーザ光源装置１の光出力が変更されて半導体レーザ素子３１から生じる熱量が変化した場合でも、半導体レーザ素子３１の温度を所望の範囲に安定させることができる。また、半導体レーザ素子３１の個体差の影響を抑制することができる。
　また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、素子温度が許容上限温度を超えた状態、または、素子温度が許容下限温度を下回った状態が一定時間継続した場合に、設定温度が変更される（図３のＳ２０７でＹＥＳ、Ｓ２２３でＹＥＳ）。これにより、半導体レーザ素子３１の温度が安定せずに温度変動が大きい段階で、設定温度が無闇に変更されることを抑制できる。即ち、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、半導体レーザ素子３１の温度に基づいて設定温度を適切に設定できる。
　また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、設定温度は、下限値を下回る値に設定されず、下限値以上に設定される。これにより、冷却部温度が極度に低温になることを抑制できるため、ペルチェ素子５に結露が生じて錆び等の汚れや短絡が生じることを抑制できる。
　また、本実施形態のレーザ光源装置１によれば、冷却部温度の設定温度は、上限値を超えた値に設定されず、上限値以下に設定される。これにより、半導体レーザ素子３１の素子温度が極度に高温になることを抑制でき、半導体レーザ素子３１の短寿命化を抑制できる。
　（別実施形態）
　なお、レーザ光源装置は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の別実施形態に係る構成を任意に選択して、上記の実施形態に係る構成に採用してもよいことは勿論である。
　〈１〉本実施形態では、素子温度測定部６は、半導体レーザ素子３１の温度として伝熱部３３の温度を測定したが、半導体レーザ素子３１の温度を直接測定する構成であってもよいし、光源部３のパッケージの内壁の温度を測定する構成であってもよい。より一般的には、半導体レーザ素子３１と同等の温度を有する場所を測定する構成であればよい。
　〈２〉本実施形態では、冷却部温度測定部７は、ペルチェ素子５の吸熱部５１における吸熱面５４の温度を測定するが、異なる場所の温度を測定しても構わない。例えば、冷却部温度測定部７は、吸熱部５１を測定してもよいし、伝熱部３３と吸熱部５１との間に金属板を設け、当該金属板の温度を測定してもよい。
　〈３〉本実施形態では、レーザ光源装置１は、３８０～５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１を有すると説明したが、これに限らない。即ち、レーザ光源装置１は、それぞれ異なる波長を有し異なる色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１を有するものとしても構わない。例えば、レーザ光源装置１は、３８０～５００ｎｍの波長を有する青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、５００～５８０ｎｍの波長を有する緑色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、５８０～７００ｎｍの波長を有する赤色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子と、を有するものとしても構わない。この場合、各半導体レーザ素子が同一のペルチェ素子５を共有する構成であっても構わないし、波長の異なる半導体レーザ素子ごとに、異なるペルチェ素子５により冷却される構成であっても構わない。
　〈４〉本実施形態では、図３の設定温度決定処理において、Ｓ２０７及びＳ２１１の処理を実行するが、当該処理を実行することなく、素子温度が許容上限温度を超えていると判断された場合に（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、設定温度を引き下げるよう構成してもよい（Ｓ２１３）。同様に、Ｓ２２３及びＳ２２７の処理を実行することなく、素子温度が許容下限温度を下回っていると判断された場合に（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、設定温度を引き上げるよう構成してもよい（Ｓ２２９）。
　〈５〉本実施形態では、図３の設定温度決定処理において、設定温度を所定量だけ引き上げる／引き下げるが（Ｓ２１３、Ｓ２２９）、設定温度を段階的に変更してもよい。例えば、素子温度が許容上限温度を超えている状態／素子温度が許容下限温度を下回っている状態が１０秒継続するごとに、設定温度を０．１℃ずつ変更してもよい。また、設定温度を連続的に変更してもよい。
　〈６〉また、図３の設定温度決定処理において、Ｓ２０３、Ｓ２０９、及びＳ２２５の処理を行うタイミングはこれに限らない。例えば、Ｓ２０３をＳ２００よりも前に行っても構わない。また、Ｓ２０９は、Ｓ２１１の前であれば何れのタイミングで実行されても構わない。同様に、Ｓ２２５は、Ｓ２２７の前であれば何れのタイミングで実行されても構わない。
　　　　１　　　：　　光源装置
　　　　３　　　：　　制御部
　　　３１　　　：　　半導体レーザ素子
　　　３３　　　：　　伝熱部
　　　　５　　　：　　ペルチェ素子
　　　　６　　　：　　素子温度測定部
　　　　７　　　：　　冷却部温度測定部
　　　　８　　　：　　制御部
　　　８１　　　：　　記憶部
　　　８３　　　：　　設定温度決定部
　　　８５　　　：　　電流値決定部

Claims (5)

  1. 　許容下限温度から許容上限温度までの温度において、所定の波長帯のレーザ光を射出する半導体レーザ素子を含んでなる光源部と、
    　前記光源部に連結された冷却部と、
    　前記半導体レーザ素子の温度である素子温度を測定する素子温度測定部と、
    　前記冷却部の温度であって、前記素子温度とは離れた箇所における温度である冷却部温度を測定する冷却部温度測定部と、
    　前記冷却部を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、
    　　前記冷却部温度を設定温度に近付けるように、前記冷却部を制御する構成であり、
    　　前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
    　　前記素子温度が前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げることを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 　前記制御部は、
    　　前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えた場合に、前記設定温度を引き下げ、
    　　前記素子温度が一定時間、前記許容上限温度を超えない場合に、前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  3. 　前記制御部は、
    　　前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回った場合に、前記設定温度を引き上げ、
    　　前記素子温度が一定時間、前記許容下限温度を下回らない場合に、前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光源装置。
  4. 　前記制御部は、前記素子温度が前記許容上限温度を超えた場合において、
    　　前記設定温度が下限値を超えているとき、前記設定温度を引き下げ、
    　　前記設定温度が前記下限値を超えていないとき、前記設定温度を維持することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
  5. 　前記制御部は、
    　前記許容上限温度及び前記許容下限温度を記憶する記憶部と、
    　前記素子温度測定部により測定された前記素子温度と、前記許容上限温度及び前記許容下限温度のうちの少なくとも一方とを比較して、前記設定温度を決定する設定温度決定部と、
    　決定された前記設定温度と、前記冷却部温度測定部により測定された前記冷却部温度との差に基づいて、前記冷却部に供給する電流値を決定する電流値決定部と、を有し、
    　前記冷却部は、前記電流値の電流に応じて前記光源部を冷却することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のレーザ光源装置。
     
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