激光光源装置的制作方法

本发明涉及一种激光光源装置。

背景技术：

已知有从半导体激光元件射出的激光的波长取决于半导体激光元件的温度。作为一个例子，在具有半导体激光元件的照明装置中，存在若激光的波长变化，则激光的颜色变化这样的问题。因此，为了抑制激光的波长的变动，谋求将半导体激光元件的温度维持为所希望的范围。

根据这样的观点，专利文献1的激光光源装置具备：对半导体激光元件进行冷却的冷却部，以使半导体激光元件的温度成为预先设定的设定温度的方式控制冷却部。更具体而言，在专利文献1的激光光源装置中，对半导体激光元件的元件温度进行测定，在该元件温度比上述的设定温度高的情况下，使在冷却部流动的电流值增大，在比上述的设定温度低的情况下，使在冷却部流动的电流值减少。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-108930号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的技术中，存在以下那样的问题。即，在半导体激光元件与冷却部之间存在散热器等介质，因此直至从半导体激光元件产生的热传导至冷却部为止需要时间。因此，存在以下问题，即由于因热的传导而产生的时间滞后，无法高精度地控制半导体激光元件的温度(更具体而言，导致半导体激光元件的温度大幅变动)。

此处，为了抑制上述的时间滞后的产生，也可考虑不测定半导体激光元件的温度，而是测定冷却部的温度，对该冷却部的温度进行控制。

然而，根据本发明者的认真研究，知晓了：在测定冷却部的温度，并控制该冷却部的温度的情况下，会发生半导体激光元件的温度在比所希望的温度高温或者低温的状态下稳定这样的现象。因此，期望实现能够更高精度地使半导体激光元件的温度稳定于所希望的范围的技术。

于是，本发明的目的在于提供能够更高精度地使半导体激光元件的温度稳定于所希望的范围的激光光源装置。

用于解决问题的手段

本发明的激光光源装置的特征在于，具有：

光源部，包括半导体激光元件而构成，所述半导体激光元件在从允许下限温度到允许上限温度为止的温度下射出规定的波段的激光；

冷却部，连结于所述光源部；

元件温度测定部，对所述半导体激光元件的温度即元件温度进行测定；

冷却部温度测定部，对作为所述冷却部的温度的冷却部温度进行测定，所述冷却部温度是从所述元件温度离开的位置的温度；以及

控制部，对所述冷却部进行控制，

所述控制部是以使所述冷却部温度接近设定温度的方式控制所述冷却部的结构，

在所述元件温度超过所述允许上限温度的情况下，所述控制部使所述设定温度降低，

在所述元件温度低于所述允许下限温度的情况下，所述控制部使所述设定温度提高。

根据所述结构，控制部以使冷却部温度接近设定温度的方式控制冷却部。即，控制部构成为对相比半导体激光元件而更靠近冷却部的场所的温度进行控制。由此，在半导体激光元件与冷却部之间存在散热器等介质的情况下，能够抑制由该介质产生的影响。即，根据所述结构，与测定半导体激光元件的元件温度并控制该元件温度的情况相比，能够实现高精度的控制。

另外，根据所述结构，冷却部温度的设定温度根据半导体激光元件的温度而调整。由此，能够一边控制冷却部的温度，一边使半导体激光元件的温度稳定于所希望的范围。

在所述结构中，也可以：

在所述元件温度以一定时间超过所述允许上限温度的情况下，所述控制部使所述设定温度降低，

在所述元件温度未以一定时间超过所述允许上限温度的情况下，所述控制部维持所述设定温度。

在所述结构中，也可以：

在所述元件温度以一定时间低于所述允许下限温度的情况下，所述控制部使所述设定温度提高，

所述元件温度未以一定时间低于所述允许下限温度的情况下，所述控制部维持所述设定温度。

根据所述结构，只有在元件温度超过允许上限温度的状态或者元件温度低于允许下限温度的状态持续了一定时间的情况下，才变更冷却部温度的设定温度。由此，即使在半导体激光元件的元件温度的变动较大的情况下，也能够适当地设定冷却部温度的设定温度。

在所述结构中，也可以：

在所述元件温度超过所述允许上限温度的情况下，

在所述设定温度超过下限值时，所述控制部使所述设定温度降低，

在所述设定温度未超过所述下限值时，所述控制部维持所述设定温度。

根据所述结构，冷却部温度的设定温度不设定为低于下限值的值，而设定为下限值以上。由此，能够抑制冷却部温度成为极度低温，因此能够抑制在冷却部产生结露生锈等污染、产生短路。

在所述结构中，也可以：

在所述元件温度低于所述允许下限温度的情况下，

在所述设定温度低于上限值时，所述控制部使所述设定温度提高，

在所述设定温度未低于所述上限值时，所述控制部维持所述设定温度。

根据所述结构，冷却部温度的设定温度不设定为超过上限值的值，而设定为上限值以下。由此，能够抑制半导体激光元件的元件温度成为极度高温，能够抑制半导体激光元件的短寿命化。

在所述结构中，也可以：

所述控制部具有：

存储部，存储所述允许上限温度以及所述允许下限温度；

设定温度决定部，对由所述元件温度测定部测定到的所述元件温度与所述允许上限温度及所述允许下限温度中的至少一方进行比较。来设定所述设定温度；以及

电流值决定部，基于决定出的所述设定温度与由所述冷却部温度测定部测定到的所述冷却部温度之差，来决定向所述冷却部供给的电流值，

所述冷却部与所述电流值的电流相应地冷却所述光源部。

发明效果

根据本发明的激光光源装置，能够更高精度地使半导体激光元件的温度稳定于所希望的范围。

附图说明

图1是示意性地示出实施方式的激光光源装置的结构的图。

图2是示出实施方式的激光光源装置的温度控制处理的流程图。

图3是示出实施方式的激光光源装置的设定温度决定处理的流程图。

图4是示意性地示出参考例的激光光源装置的结构的图。

具体实施方式

参照附图对本实施方式的激光光源装置进行说明。此外，在各图中附图的尺寸比与实际的尺寸比不一定一致。

(实施方式)

[结构]

以下，参照图1对实施方式的激光光源装置1的结构进行说明。如图1的(a)所示，激光光源装置1具备：光源部3、珀尔帖元件5、元件温度测定部6、冷却部温度测定部7、控制部8、散热器11以及风扇13。

光源部3包括射出激光的半导体激光元件31和导热部33。作为一个例子，半导体激光元件31在其温度为23～25℃时，射出具有380～500nm的波长的蓝色的激光。导热部33具有导热性，连结于半导体激光元件31。导热部33将从半导体激光元件31产生的热向珀尔帖元件5传导。此外，导热部33经由公知的散热片或者散热润滑脂(省略图示)而连结于珀尔帖元件5，以使得热能够高效地向珀尔帖元件5传导。导热部33例如由铝等金属构成。

珀尔帖元件5连结于导热部33。珀尔帖元件5包括：吸热部51，对从半导体激光元件31传导至导热部33的热进行吸收；和散热部53，将吸热部51所吸收到的热向散热器11放出。吸热部51包括连结于导热部33的吸热面54。散热部53经由公知的散热片或者散热润滑脂(省略图示)而连结于散热器11，以使得热能够高效地向散热器11放出。

当在珀尔帖元件5流动有电流时，吸热部51从导热部33吸收热，散热部53将吸热部51所吸收到的热向散热器11放出。即，热从吸热部51向散热部53移动。像这样，珀尔帖元件5是通过被供给电流而能够冷却光源部3的元件。此外，当增大施加于珀尔帖元件5的电压时，向珀尔帖元件5供给的电流变大，吸热部51所吸收的热量也增加。作为其结果，从吸热部51向散热部53移动的热量也增加。此外，珀尔帖元件5与“冷却部”对应。

元件温度测定部6对半导体激光元件31的温度(以下，有时称为“元件温度”)进行测定。在本实施方式中，元件温度测定部6测定导热部33的温度来作为元件温度。导热部33连结于半导体激光元件31，成为与半导体激光元件31的温度相同的温度。元件温度测定部6由热敏电阻或者热电偶等公知的温度传感器构成。

冷却部温度测定部7对珀尔帖元件5的温度(以下，有时称为“冷却部温度”)进行测定。在本实施方式中，冷却部温度测定部7对吸热部51的吸热面54的温度进行测定来作为冷却部温度。吸热面54的温度是从半导体激光元件31的元件温度离开的温度，与该元件温度连动地变化。例如若半导体激光元件31的温度上升，则吸热面54的温度逐渐也上升。另外，若半导体激光元件31的温度降低，则吸热面54的温度逐渐也降低。冷却部温度测定部7由热敏电阻或者热电偶等公知的温度传感器构成。

控制部8具有存储部81、设定温度决定部83以及电流值决定部85。存储部81由ROM、RAM等存储器构成，设定温度决定部83以及电流值决定部85由CPU构成。

如图1的(b)所示，存储部81存储允许上限温度、允许下限温度、设定温度、上限值以及下限值。在图1的(b)中，作为一个例子，在半导体激光元件31射出具有380～500nm的波长的蓝色的激光的情况下，示出存储部81所存储的允许上限温度、允许下限温度、设定温度、上限值以及下限值。

允许上限温度是作为半导体激光元件31的温度而允许的最大的温度。另外，允许下限温度是作为半导体激光元件31的温度而允许的最小的温度。在半导体激光元件31的温度处于从允许下限温度至允许上限温度的范围时(即，23～25℃)，该半导体激光元件31的输出波长存在于所希望的范围(即，380～500nm)，激光的颜色(即，蓝色)稳定。

设定温度是珀尔帖元件5的温度(即，冷却部温度)应该与其一致的温度。详细情况将后述，控制部8驱动珀尔帖元件5，以使得冷却部温度接近设定温度。

上限值是设定温度的上限值，下限值是设定温度的下限值。详细情况将后述，通过控制部8将设定温度设定为下限值以上且上限值以下的值。另外，设定温度在初始状态(即，激光光源装置1的出厂时的状态)下，被设定为下限值以上且上限值以下的任意的值(例如，22℃)。

设定温度决定部83决定存储于存储部81的设定温度。具体而言，设定温度决定部83从元件温度测定部6获取元件温度，从存储部81读出允许上限温度、允许下限温度、设定温度、上限值以及下限值，对设定温度进行更新/维持。设定温度决定部83的详细情况将后述。

电流值决定部85决定向珀尔帖元件5供给的电流值，对珀尔帖元件5供给该电流值的电流。具体而言，电流值决定部85从冷却部温度测定部7获取冷却部温度，从存储部81读出设定温度，基于该冷却部温度和该设定温度，来决定电流值。电流值决定部85的详细情况将后述。

散热器11包括未图示的翅片，将从散热部53放出的热向该翅片传导。由于传导至该翅片的热而变热的该翅片周边的空气通过风扇13所生成的空气流而向大气中排出。

[温度控制处理]

接着，参照图2对控制部8的处理进行说明。图2是表示控制部8的电流值决定部85所执行的温度控制处理的流程图。

当收到激光光源装置1的工作指示时，电流值决定部85开始图2的温度控制处理。电流值决定部85反复进行温度控制处理，直至收到激光光源装置1的停止指示为止。

当温度控制处理开始时，电流值决定部85从冷却部温度测定部7获取冷却部温度(S100)。接着，电流值决定部85从存储部81读出通过后述的图3的处理而设定的设定温度(S113)。接着，电流值决定部85以使冷却部温度接近设定温度的方式决定向珀尔帖元件5供给的电流值(S115)。具体而言，在冷却部温度高于设定温度的情况下，电流值决定部85使向珀尔帖元件5供给的电流值增大。另一方面，在冷却部温度低于设定温度的情况下，电流值决定部85使向珀尔帖元件5供给的电流值减少。另外，冷却部温度与设定温度的差越大，电流值决定部85越使电流值的增加量/减少量变大。

接着，电流值决定部85将在S115中决定出的电流值的电流向珀尔帖元件5供给(S117)，返回S100的处理。

如以上那样，电流值决定部85以使珀尔帖元件5的温度(即，冷却部温度)接近设定温度的方式驱动珀尔帖元件5。

[设定温度决定处理]

接着，参照图3对设定温度决定处理进行说明。图3是表示控制部8的设定温度决定部83所执行的设定温度决定处理的流程图。

当收到激光光源装置1的工作指示时，设定温度决定部83开始图3的设定温度决定处理。设定温度决定部83反复进行设定温度决定处理，直至收到激光光源装置1的停止指示。

当设定温度决定处理开始时，设定温度决定部83从存储部81读出允许上限温度、允许下限温度、上限值以及下限值(S200)。接着，设定温度决定部83从元件温度测定部6获取元件温度(S203)。

接着，设定温度决定部83对元件温度是否超过允许上限温度进行判断(S205)。在判断为元件温度超过允许上限温度的情况下(S205：是)，移至S207，在判断为元件温度未超过允许上限温度的情况下(S205：否)，移至S221。S221将后述。

当移至S207时，设定温度决定部83对元件温度超过允许上限温度的状态是否持续一定时间(例如，60秒)进行判断(S207)。作为一个例子，控制部8包括未图示的计时器，每当该计时器计量1秒时，设定温度决定部83对元件温度是否超过允许上限温度进行判断。在计时器计量60秒前，元件温度低于允许上限温度的情况下，设定温度决定部83结束计时器的计量，返回S205的处理(S207：否)。另一方面，在直至计时器计量60秒为止的期间，元件温度超过允许上限温度的情况下，移至S209(S207：是)。此外，计时器所计量的时间也可以比60秒短(例如30秒)，也可以比60秒长(例如90秒)。

当移至S209时，设定温度决定部83从存储部81读出前次的流程中设定的或者初始时设定的设定温度(S209)。接着，设定温度决定部83对设定温度是否超过下限值进行判断(S211)。

在判断为设定温度超过下限值的情况下(S211：是)，设定温度决定部83使设定温度降低，并更新存储部81内的设定温度(S213)。作为一个例子，设定温度决定部83将设定温度变更为低1℃的温度。此外，S213中设定温度决定部83所降低的量也可以比1℃大，也可以比1℃小。

另一方面，在判断为设定温度未超过下限值的情况下(S211：否)，设定温度决定部83不进行S213，而返回S203的处理。即，设定温度未变更，维持现状的值。

此外，S211中判断为设定温度未超过下限值的情况下(S211：否)是设定温度与下限值一致的状态。

接着，对S221以后的处理进行说明。在S205中判断为元件温度未超过允许上限温度的情况下(S205：否)，设定温度决定部83对元件温度是否低于允许下限温度进行判断(S221)。在判断为元件温度低于允许下限温度的情况下(S221：是)，移至S223，在判断为元件温度未低于允许下限温度的情况下(S221：否)，返回S203的处理。

当移至S223时，设定温度决定部83对元件温度低于允许下限温度的状态是否持续一定时间(例如，60秒)进行判断(S223)。设定温度决定部83与上述的S207的处理同样，使用未图示的计时器进行S223的处理。作为一个例子，在计时器计量60秒前，元件温度超过了允许下限温度的情况下，返回S221的处理(S223：否)。另一方面，在直至计时器计量60秒为止的期间，元件温度低于允许下限温度的情况下，移至S225(S223：是)。

当移至S225时，设定温度决定部83从存储部81读出设定温度(S225)。接着，设定温度决定部83对设定温度是否低于上限值进行判断(S227)。

在判断为设定温度低于上限值的情况下(S227：是)，设定温度决定部83使设定温度提高，更新存储部81内的设定温度(S229)。作为一个例子，设定温度决定部83将设定温度变更为高1℃的温度。此外，S229中设定温度决定部83所提高的量也可以比1℃大，也可以比1℃小。

另一方面，在判断为设定温度未低于上限值的情况下(S227：否)，设定温度决定部83不进行S229，而返回S203的处理。即，设定温度81未变更，维持现状的值。

此外，S227中判断为设定温度未低于上限值的情况下(S227：否)是设定温度与上限值一致的状态。

如以上那样，设定温度通过设定温度决定部83，以半导体激光元件31的元件温度为基础而决定。

(参考例)

接着，为了对本实施方式的激光光源装置1的作用效果进行说明，对参考例的激光光源装置的结构、以及参考例的激光光源装置中产生的现象进行说明。

如“发明要解决的问题”这栏中说明的那样，对于测定半导体激光元件31的温度，以使该半导体激光元件31的温度成为规定的温度的方式驱动珀尔帖元件5的以往的技术而言，存在无法进行高精度的温度控制(即，半导体激光元件31的温度大幅变动)这样的问题。

因此，本发明者对图4所示那样的参考例的激光光源装置100进行了研究。参照图4，对参考例的激光光源装置100进行说明。参考例的激光光源装置100与实施方式的激光光源装置1在不具备元件温度测定部6这点以及控制部9的结构上不同，其他的结构相同。参考例的激光光源装置100构成为：对珀尔帖元件5的温度(冷却部温度，更具体而言吸热面54的温度)进行测定，以使该珀尔帖元件5的温度接近规定的设定温度的方式进行控制。

控制部9具有存储部91以及电流值决定部93。如图4的(b)所示，存储部91存储设定温度(作为一个例子，22℃)。电流值决定部93从冷却部温度测定部7获取冷却部温度，从存储部91读出设定温度。电流值决定部93以使冷却部温度接近设定温度的方式对珀尔帖元件5供给电流。

此外，本发明者如以下那样决定了存储于存储部91的设定温度。即，使激光光源装置100设定为光输出100％(即，使强度最大)而工作，适当地变更了珀尔帖元件5的设定温度。而且，发现使半导体激光元件31的温度在所希望的范围(作为一个例子，23～25℃)内稳定的设定温度，存储于存储部91。作为一个例子，在将设定温度设定为22℃时，半导体激光元件31的温度在所希望的23～25℃稳定，因此使设定温度为22℃。

此处，根据本发明者的认真研究，知晓了：在参考例的激光光源装置100中，产生半导体激光元件31的温度在比所希望的范围(作为一个例子，23～25℃)高温或者低温的状态下稳定这样的现象。以下，具体地进行说明。

在使参考例的激光光源装置100设定为光输出100％而工作的情况下，半导体激光元件31的温度在所希望的23～25℃稳定。但是，当使光输出从100％变更为25％时，半导体激光元件31的温度相比所希望的范围(即，23～25℃)而成为低温。认为该现象是由以下原因引起，即：尽管由于光输出降低至25％而使从半导体激光元件31产生的热减少，但设定温度与光输出无关地设定为恒定值(即，22℃)，因此半导体激光元件31被过度冷却。

另外，准备多个参考例的激光光源装置100，使各装置100设定为光输出100％而工作，在某个激光光源装置100中，半导体激光元件31的温度相比所希望的23～25℃而成为高温。另外，在其他的激光光源装置100中，半导体激光元件31的温度相比所希望的23～25℃而成为低温。像这样，根据激光光源装置100不同，半导体激光元件31的温度相比所希望的23～25℃而成为高温或者低温。可认为该现象是由于以下原因而产生的，即：在基于参考例的激光光源装置100的温度控制中，由于未考虑到半导体激光元件31的现实的温度，所以半导体激光元件31的个体差的影响很大。

(作用效果)

以下，对基于本实施方式的激光光源装置1的作用效果进行说明。

根据本实施方式的激光光源装置1，测定珀尔帖元件5的吸热面54的温度，该吸热面54的温度成为控制对象。即，控制部8使相比半导体激光元件31而更靠近珀尔帖元件5的场所的温度成为控制对象。由此，能够抑制因导热部33而产生的影响。即，控制部8与计量半导体激光元件31的温度而控制该半导体激光元件31的温度的以往的技术相比，能够实现高精度的温度控制。

另外，根据本实施方式的激光光源装置1，基于半导体激光元件31的温度(即，元件温度)来决定设定温度(参照图3)，以使珀尔帖元件5的温度(即，冷却部温度)接近该设定温度的方式进行控制(参照图2)。即，能够考虑到半导体激光元件的现实的温度的同时，控制冷却部温度。由此，能够一边控制冷却部温度，一边使半导体激光元件31的温度稳定于所希望的范围。

特别是，根据本实施方式的激光光源装置1，在半导体激光元件31的温度超过允许上限温度的情况下(图3的S205中是)，使设定温度降低(图3的S213)。另外，在半导体激光元件31的温度低于允许下限温度的情况下(图3的S221中是)，使设定温度提高(图3的S229)。即，将设定温度调整为考虑到半导体激光元件31的现实的温度的适当的值。由此，即使在激光光源装置1的光输出变更而从半导体激光元件31产生的热量变化的情况下，也能够使半导体激光元件31的温度稳定于所希望的范围。另外，能够抑制半导体激光元件31的个体差的影响。

另外，根据本实施方式的激光光源装置1，在元件温度超过允许上限温度的状态、或者元件温度低于允许下限温度的状态持续了一定时间的情况下，变更设定温度(图3的S207中是，S223中是)。由此，能够抑制在半导体激光元件31的温度不稳定而温度变动较大的阶段不必要地变更设定温度。即，根据本实施方式的激光光源装置1，基于半导体激光元件31的温度而能够适当地对设定温度进行设定。

另外，根据本实施方式的激光光源装置1，设定温度未设定为低于下限值的值，而设定为下限值以上。由此，能够抑制冷却部温度成为极度低温，因此能够抑制在珀尔帖元件5产生结露而生锈等污染、产生短路。

另外，根据本实施方式的激光光源装置1，冷却部温度的设定温度未设定为高于上限值的值，而设定为上限值以下。由此，能够抑制半导体激光元件31的元件温度成为极度高温，能够抑制半导体激光元件31的短寿命化。

(其他实施方式)

此外，激光光源装置不限定于上述的实施方式的结构，在不脱离本发明的主旨的范围内可施加各种变更是自不必说的。例如，也可以任意地选择以下的其他实施方式所涉及的结构而采用于上述的实施方式所涉及的结构是自不必说的。

〈1〉在本实施方式中，元件温度测定部6作为半导体激光元件31的温度而对导热部33的温度进行了测定，但也可以构成为直接测定半导体激光元件31的温度，也可以构成为对光源部3的封装的内壁的温度进行测定。更一般而言，构成为对具有与半导体激光元件31相同的温度的场所进行测定即可。

〈2〉在本实施方式中，冷却部温度测定部7对珀尔帖元件5的吸热部51的吸热面54的温度进行测定，但也可以对不同的场所的温度进行测定。例如，冷却部温度测定部7也可以测定吸热部51，也可以在导热部33与吸热部51之间设置金属板，测定该金属板的温度。

〈3〉在本实施方式中，对激光光源装置1具备射出具有380～500nm的波长的蓝色的激光的半导体激光元件31进行了说明，但不局限于此。即，激光光源装置1也可以具备射出分别具有不同的波长的不同的颜色的激光的半导体激光元件31。例如，激光光源装置1也可以具备：射出具有380～500nm的波长的蓝色的激光的半导体激光元件；射出具有500～580nm的波长的绿色的激光的半导体激光元件；以及射出具有580～700nm的波长的红色的激光的半导体激光元件。在该情况下，也可以构成为各半导体激光元件共用相同的珀尔帖元件5，也可以构成为：针对每个波长不同的半导体激光元件，通过不同的珀尔帖元件5来冷却。

〈4〉在本实施方式中，在图3的设定温度决定处理中，执行S207以及S211的处理，但也可以构成为：不执行该处理，而在判断为元件温度超过允许上限温度的情况下(S205：是)，使设定温度降低(S213)。同样，也可以构成为：不执行S223以及S227的处理，而在判断为元件温度低于允许下限温度的情况下(S221：是)，使设定温度提高(S229)。

〈5〉在本实施方式中，在图3的设定温度决定处理中，将设定温度提高/降低规定量(S213，S229)，但也可以阶梯式地变更设定温度。例如，也可以每当元件温度超过允许上限温度的状态/元件温度低于允许下限温度的状态持续10秒，将设定温度每变更0.1℃。另外，也可以连续地变更设定温度。

〈6〉另外，在图3的设定温度决定处理中，进行S203、S209、以及S225的处理的时刻不局限于此。例如，也可以在S200前进行S203。另外，只要是在S211前即可，可以在任意时刻执行S209。同样，只要是在S227前即可，可以在任意时刻执行S225。

标号说明

1...光源装置；3...控制部；31...半导体激光元件；33...导热部；5...珀尔帖元件；6...元件温度测定部；7...冷却部温度测定部；8...控制部；81...存储部；83...设定温度决定部；85...电流值决定部。