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技術 レーザ光の波長変動検出装置および波長変動検出方法

出願人 スペクトロニクス株式会社
発明者 身野直人岡田穣治
出願日 2010年3月30日 (10年7ヶ月経過) 出願番号 2010-078487
公開日 2010年11月11日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 2010-258433
状態 拒絶査定
技術分野 各種分光測定と色の測定 半導体レーザ
主要キーワード 変動検出装置 Nチャンネル 逆電流防止用 リニア性 制御出力量 Pチャンネル 受光感度特性 正入力端
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

簡単な構成でレーザ光波長変動を検出することができ、かつ安価なレーザ光の波長変動検出装置を提供する。

解決手段

レーザ光の波長変動検出装置は、レーザダイオード14から出力されたレーザ光を受光するように設けられる光センサとして2つのフォトダイオード52aおよび52bを含む。これらのフォトダイオード54aおよび54bは、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲において、互いに異なる分光感度特性を有する。これらのフォトダイオード54aおよび54bの出力端は、差検出手段としての差動回路56の正入力端および負入力端にそれぞれ接続される。さらに、これらのフォトダイオード54aおよび54bの出力端は、和検出手段としての加算回路58の2つの入力端にそれぞれ接続される。

概要

背景

たとえば、ICや太陽電池パネルの製造などにおいて、基板上に回路パターンを形成するために、レーザ光照射装置が用いられている。レーザ光照射装置は、レーザダイオードによって発生したレーザ光によって固体レーザ発振器内のレーザ媒体励起し、固体レーザ発振器から所定のエネルギーを有するレーザ光を放射するものである。ここで、レーザダイオードで発生するレーザ光の波長が変動すると、固体レーザ発振器において効率的にレーザ光を発振することができないため、レーザダイオードから出力されるレーザ光の波長の変動が検出される。

そのために、レーザダイオードから出力されるレーザ光が回折格子に導かれ、回折格子によって回折光が得られる。この回折光を光検出器で検出し、回折光の位置変化を測定することにより、レーザ光の波長の変動が検出される。また、レーザ光の0次回折光と1次回折光との干渉縞明暗パターンを検出することにより、微小波長変化を検出することができる(特許文献1参照)。

概要

簡単な構成でレーザ光の波長変動を検出することができ、かつ安価なレーザ光の波長変動検出装置を提供する。レーザ光の波長変動検出装置は、レーザダイオード14から出力されたレーザ光を受光するように設けられる光センサとして2つのフォトダイオード52aおよび52bを含む。これらのフォトダイオード54aおよび54bは、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲において、互いに異なる分光感度特性を有する。これらのフォトダイオード54aおよび54bの出力端は、差検出手段としての差動回路56の正入力端および負入力端にそれぞれ接続される。さらに、これらのフォトダイオード54aおよび54bの出力端は、和検出手段としての加算回路58の2つの入力端にそれぞれ接続される。

目的

この発明の主たる目的は、簡単な構成でレーザ光の波長の変動を検出することができ、かつ安価なレーザ光の波長変動検出装置および波長変動検出方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

レーザ光波長の変動を検出するためのレーザ光の波長変動検出装置であって、前記レーザ光を受光するように設けられ、かつ、前記レーザ光の波長が変動し得る範囲において波長に対する受光感度を示す分光感度特性が互いに異なる少なくとも2つの光センサを有する複数の光センサ、前記レーザ光を受光した前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差を検出するための差検出手段、および前記レーザ光を受光した前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和を検出するための和検出手段を含み、前記差検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差と前記和検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和とに基づいて前記レーザ光の波長の変動が検出される、レーザ光の波長変動検出装置。

請求項2

前記差検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差と前記和検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和との割合に基づいて前記レーザ光の波長を検出するための演算手段を含む、請求項1に記載のレーザ光の波長変動検出装置。

請求項3

レーザ光の波長の変動を検出するためのレーザ光の波長変動検出方法であって、前記レーザ光の波長が変動し得る範囲において波長に対する受光感度を示す分光感度特性が互いに異なる少なくとの2つの光センサを有する複数の光センサで前記レーザ光を受光する工程、前記レーザ光を受光した前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差を差検出手段で検出する工程、前記レーザ光を受光した前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和を和検出手段で検出する工程、前記差検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差と前記和検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和とに基づいて前記レーザ光の波長の変動を検出する工程を含む、レーザ光の波長変動検出方法。

請求項4

前記レーザ光の波長の変動を検出する工程は、前記差検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の差と前記和検出手段で検出された前記少なくとも2つの光センサの出力信号の和との割合に基づいて前記レーザ光の波長を演算手段で検出する工程を含む、請求項3に記載のレーザ光の波長変動検出方法。

技術分野

0001

この発明は、レーザ光波長変動検出装置および波長変動検出方法に関し、特にたとえば、レーザダイオードから出力されるレーザ光の波長の変動を検出するための波長変動検出装置および波長変動検出方法に関する。

背景技術

0002

たとえば、ICや太陽電池パネルの製造などにおいて、基板上に回路パターンを形成するために、レーザ光照射装置が用いられている。レーザ光照射装置は、レーザダイオードによって発生したレーザ光によって固体レーザ発振器内のレーザ媒体励起し、固体レーザ発振器から所定のエネルギーを有するレーザ光を放射するものである。ここで、レーザダイオードで発生するレーザ光の波長が変動すると、固体レーザ発振器において効率的にレーザ光を発振することができないため、レーザダイオードから出力されるレーザ光の波長の変動が検出される。

0003

そのために、レーザダイオードから出力されるレーザ光が回折格子に導かれ、回折格子によって回折光が得られる。この回折光を光検出器で検出し、回折光の位置変化を測定することにより、レーザ光の波長の変動が検出される。また、レーザ光の0次回折光と1次回折光との干渉縞明暗パターンを検出することにより、微小波長変化を検出することができる(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2008−153379号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、このような波長変動検出装置では、回折格子や多数の光検出器が必要となり、複雑な構成となる。また、回折光の位置や干渉縞の位置に対応して、正確な位置に光検出器を配置する必要があり、波長変動検出装置の製造が困難である。そのため、波長変動検出装置が高価なものとなってしまう。

0006

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成でレーザ光の波長の変動を検出することができ、かつ安価なレーザ光の波長変動検出装置および波長変動検出方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

この発明にかかるレーザ光の波長変動検出装置は、レーザ光の波長の変動を検出するためのレーザ光の波長変動検出装置であって、レーザ光を受光するように設けられ、かつ、レーザ光の波長が変動し得る範囲において波長に対する受光感度を示す分光感度特性が互いに異なる少なくとも2つの光センサを有する複数の光センサと、レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の差を検出するための差検出手段と、レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の和を検出するための和検出手段とを含み、差検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の差と和検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の和とに基づいてレーザ光の波長の変動が検出される、レーザ光の波長変動検出装置である。
この発明にかかるレーザ光の波長変動検出装置は、たとえば、差検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の差と和検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の和との割合に基づいてレーザ光の波長を検出するための演算手段を含む。
また、この発明にかかるレーザ光の波長変動検出方法は、レーザ光の波長の変動を検出するためのレーザ光の波長変動検出方法であって、レーザ光の波長が変動し得る範囲において波長に対する受光感度を示す分光感度特性が互いに異なる少なくとも2つの光センサを有する複数の光センサでレーザ光を受光する工程と、レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の差を差検出手段で検出する工程と、レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の和を和検出手段で検出する工程と、差検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の差と和検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の和とに基づいてレーザ光の波長の変動を検出する工程とを含む。
この発明にかかるレーザ光の波長変動検出方法では、たとえば、レーザ光の波長の変動を検出する工程は、差検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の差と和検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の和との割合に基づいてレーザ光の波長を演算手段で検出する工程を含む。

0008

この発明によれば、検出すべきレーザ光の波長が変動し得る範囲において波長に対する受光感度を示す分光感度特性が互いに異なる少なくとも2つの光センサを有する複数の光センサでレーザ光を受光する。レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の差が検出手段で検出される。さらに、レーザ光を受光した少なくとも2つの光センサの出力信号の和が和検出手段で検出される。そして、差検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の差と和検出手段で検出された少なくとも2つの光センサの出力信号の和とに基づいて、レーザ光の波長の変動が検出される。
このように、この発明では、分光感度特性の異なる少なくとも2つの光センサでレーザ光を受光し、それらの光センサの出力信号の差と和とに基づいて、レーザ光の波長の変動が検出されるので、従来のように、回折格子や多数の光検出器が不要であり、簡単な構成とすることができる。また、レーザ光に対しては、少なくとも2つの光センサでレーザ光を受光すればよいので、従来のように、回折光の位置や干渉縞の位置に対応して、正確な位置に光検出器を配置する必要もなく、波長変動検出装置の製造が困難でなく、そのため、波長変動検出装置も安価なものとすることができる。

発明の効果

0009

この発明によれば、簡単な構成でレーザ光の波長変動を検出することができ、かつ安価なレーザ光の波長変動検出装置および波長変動検出方法が得られる。

0010

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0011

この発明にかかるレーザ光照射装置の一例の要部を示す図解図である。
(A)は、図1に示すレーザ光照射装置に用いられる波長変動検出装置の第1のフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフであり、(B)は、図1に示すレーザ光照射装置に用いられる波長変動検出装置の第2のフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフである。
図1に示すレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の要部を示す回路図である。
(A)および(B)は、それぞれ、図3に示すペルチェ素子駆動装置の一部のFETを駆動するための回路を示す回路図である。
図1に示すレーザ光照射装置の回路構成を示すブロック図である。
(A)、(B)および(C)は、それぞれ、図1に示すレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子に印加される電圧波形の例を示すグラフである。
(A)および(B)は、それぞれ、ペルチェ素子に印加されることが好ましくない電圧波形の例を示すグラフである。
この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の他の例の要部を示す回路図である。
この発明にかかるレーザ光照射装置の他の例の要部を示す図解図である。
この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。
(A)は、図10に示すペルチェ素子駆動装置に用いられる平滑回路入力端に印加される電圧波形の一例を示すグラフであり、(B)は、(A)に示す電圧波形の電圧図10に示すペルチェ素子駆動装置の平滑回路の入力端に印加された場合に、図10に示すペルチェ素子駆動装置の平滑回路を介してペルチェ素子に印加される電圧波形の一例を示すグラフである。
この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。

実施例

0012

図1に示すレーザ光照射装置10は、たとえば、熱伝導性がよい銅などの金属からなる板状のベース12を含む。ベース12の上面には、レーザ光出力手段としてのレーザダイオード14が設けられる。レーザダイオード14は、高出力のレーザ光を放射する固体レーザ発振器内のレーザ媒体を励起するレーザ光を、たとえばその側方に出力するためのものである。

0013

レーザダイオード14の側方には、第1の光学ステム16が設けられる。第1の光学システム16は、レーザダイオード14から出力されたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ16aおよび集光レンズ16bを含む。コリメートレンズ16aは、レーザダイオード14から出力されたレーザ光を平行にするためのものであって、レーザダイオード14から所定の間隔を隔てて配置される。また、集光レンズ16bは、コリメートレンズ16aで平行にされたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ16aから間隔を隔てて配置される。

0014

第1の光学システム16の近傍には、光ファイバ18の一端が配置される。光ファイバ18は、第1の光学システム16で集光されたレーザ光を遠隔に伝達するためのものである。そのため、光ファイバ18の一端は、その一端に第1の光学システム16の集光レンズ16bでスポット状に集光されたレーザ光が入力されるように、第1の光学システム16の集光レンズ16bから所定の間隔を隔てて配置される。したがって、光ファイバ18の一端には、第1の光学システム16の集光レンズ16bでスポット状に集光されたレーザ光が入力される。また、光ファイバ18の一端に入力されたレーザ光は、光ファイバ18の他端から出力される。

0015

光ファイバ18の他端の近傍には、第2の光学システム20が設けられる。第2の光学システム20は、光ファイバ18から出力されたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ20aおよび集光レンズ20bを含む。コリメートレンズ20aは、光ファイバ18の他端から出力されたレーザ光を平行にするためのものであって、光ファイバ18の他端から所定の間隔を隔てて配置される。また、集光レンズ20bは、コリメートレンズ20aで平行にされたレーザ光をスポット状に集光するためのものであって、コリメートレンズ20aから間隔を隔てて配置される。

0016

第2の光学システム20の近傍には、固体レーザ発振器22が設けられる。固体レーザ発振器22は、その一端側の入力端に第2の光学システム20で集光されたレーザ光を入力することによって内部のレーザ媒体が励起され、レーザ光を光増幅して、その他端側の出力端からその高出力のレーザ光を出力するためのものである。そのため、固体レーザ発振器22は、その一端側の入力端が第2の光学システム20の集光レンズ20bから所定の間隔を隔てて配置される。

0017

また、ベース12の下面には、レーザダイオード14に対応する位置に、ペルチェ素子30が設けられる。ペルチェ素子30は、レーザダイオード14の温度を調整するためのものである。そのため、ペルチェ素子30において吸熱しまたは発熱する一方の面が、ベース12の下面に当接される。

0018

さらに、ペルチェ素子30において下面すなわち逆に発熱しまたは吸熱する他方の面は、金属からなるヒートシンク32の上面に当接される。ヒートシンク32は、たとえばその下側にフィン32aを有する。ヒートシンク32は、ペルチェ素子30に発生する熱を放熱したりペルチェ素子30に熱を伝達したりするためのものである。また、ヒートシンク32のフィン32aの近傍には、ファン34が設けられる。ファン34は、ファン34の周辺の空気をヒートシンク32のフィン32a側に送って、ヒートシンク32をファン34の周辺の空気の温度すなわちファン34の周辺温度に向けて冷却したり加温したりするためのものである。

0019

さらに、レーザダイオード14の横には、ペルチェ素子駆動装置の温度検出手段としてたとえばサーミスタからなる温度センサ40が設けられる。温度センサ40は、レーザダイオード14の温度を検出するためのものである。

0020

さらに、第2の光学システム20において、コリメートレンズ20aおよび集光レンズ20bの間には、スプリッタ50がたとえば45度斜めに設けられる。スプリッタ50は、コリメートレンズ20aからのレーザ光の大部分を集光レンズ20b側への方向に透過するとともに、コリメートレンズ20aからのレーザ光の一部分を集光レンズ20b側への方向とは別の方向にたとえば直角の方向に反射して分離するためのものである。

0021

スプリッタ50の近傍には、第1のNDフィルタ52aおよび第2のNDフィルタ52bが間隔を隔てて設けられる。第1のNDフィルタ52aおよび第2のNDフィルタ52bは、それぞれ、スプリッタ50によって集光レンズ20b側への方向とは直角の方向に分離されたレーザ光を減光するためのものである。

0022

第1のNDフィルタ52aの近傍には、光センサとして第1のフォトダイオード54aが、レーザダイオード14から出力されたレーザ光を受光するように設けられる。第1のフォトダイオード54aは、第1のNDフィルタ52aで減光されたレーザ光を受光し、その受光されたレーザ光のエネルギーおよび波長に応じた大きさの電流の信号を出力するためのものである。さらに、第2のNDフィルタ52bの近傍には、光センサとして第2のフォトダイオード54bが、レーザダイオード14から出力されたレーザ光を受光するように設けられる。第2のフォトダイオード54bは、第2のNDフィルタ52bで減光されたレーザ光を受光し、その受光されたレーザ光のエネルギーおよび波長に応じた大きさの電流の信号を出力するためのものである。

0023

ここで、光センサとしての第1のフォトダイオード54aおよび第2のフォトダイオード54bにおけるそれぞれの分光感度特性について説明する。分光感度特性とは、受光されるレーザ光の波長(nm)に対する受光感度(A/W)の特性である。また、受光感度(A/W)とは、受光されるレーザ光のエネルギー(W)に対するフォトダイオードに流れる電流(A)の割合である。第1のフォトダイオード54aは、その分光感度特性を図2aに示すように、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲たとえば800nm〜815nmにおいて、受光されるレーザ光の波長が長くなるに従って受光感度が比例的に増加する分光感度特性を有する。逆に、第2のフォトダイオード54bは、その分光感度特性を図2bに示すように、受光されるレーザ光の波長が変動し得る範囲を含む範囲たとえば800nm〜815nmにおいて、受光されるレーザ光の波長が長くなるに従って受光感度が比例的に低下する分光感度特性を有する。

0024

そのため、受光されるレーザ光のエネルギーが変動しなければ、それらのフォトダイオード54aおよび54bの出力信号の差の変化から、レーザ光の波長が変動したか否かがわかる。
しかしながら、受光されるレーザ光のエネルギーが変動すれば、それらのフォトダイオード54aおよび54bの出力信号の差も変化する。そのため、それらのフォトダイオード54aおよび54bの出力信号の差の変化は、レーザ光の波長の変動によるものなのか、レーザ光のエネルギーの変動によるものなのかが不明となり、それらのフォトダイオード54aおよび54bの出力信号の差の変化からは、レーザ光の波長が変動したか否かがわからない。

0025

そこで、受光されたレーザ光の波長が変動したか否かを検出できるようにするとともに、受光されたレーザ光のエネルギーの大きさも検出できるようにするために、第1のフォトダイオード54aの出力信号および第2のフォトダイオード54bの出力信号の差と和とをそれぞれ取得する。そして、その和と差との割合から、レーザ光の波長が長い方と短い方とのどちらの方に変動したのかを検出するとともに、レーザ光のエネルギーの大きさも検出するようにする。

0026

そのため、第1のフォトダイオード54aの出力端および第2のフォトダイオード54bの出力端は、それらの出力信号の差を取得するために、その差を検出するための差検出手段としての差動回路56の正入力端および負入力端にそれぞれ接続される。さらに、第1のフォトダイオード54aの出力端および第2のフォトダイオード54bの出力端は、それらの出力信号の和を取得するために、その和を検出するための和検出手段としての加算回路58の2つの入力端にそれぞれ接続される。

0027

また、差動回路56の出力端は、それらの出力信号の差に対して取得される信号のリニア性をよくするための補正回路60aの入力端に接続される。さらに、補正回路60aの出力端は、取得される信号の大きさを所定の範囲の大きさにするための増幅回路62aの入力端に接続される。

0028

さらに、加算回路58の出力端は、それらの出力信号の和に対して取得される信号のリニア性をよくするための補正回路60bの入力端に接続される。さらに、補正回路60bの出力端は、取得される信号の大きさを所定の範囲の大きさにするための増幅回路62bの入力端に接続される。

0029

さらに、図3図4および図5などを参照して、このレーザ光照射装置10の回路構成について説明する。

0030

レーザ光照射装置10は、レーザダイオード14を駆動するためのレーザダイオード駆動電源70を含む。このレーザダイオード駆動電源70は、レーザダイオード14に流す電流を調整するためのものであり、レーザダイオード14に電気的に接続される。そのため、レーザダイオード駆動電源70でレーザダイオード14に流す電流を調整することによって、レーザダイオード14から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさを変えることができる。

0031

さらに、レーザ光照射装置10は、ペルチェ素子30を駆動するためのペルチェ素子駆動装置を含む。ペルチェ素子駆動装置は、図3に示すように、直列に接続されるたとえば12Vずつの2つの直流電源80aおよび80bを含む。一方の直流電源80aの正極は、他方の直流電源80bの負極に接続されている。これらの直流電源80aおよび80bは、ペルチェ素子30に所定の電圧を印加するためのものである。

0032

ペルチェ素子30は、図3に示すように、電圧切替え回路の一部分を構成するH型回路82に接続される。H型回路82は、2つの入力端子84aおよび84bを含む。一方の入力端子84aは、PチャンネルのFET86aのソースSおよびドレインDを介して、ペルチェ素子30の一方の電極に接続される。同様に、一方の入力端子84aは、別のPチャンネルのFET86bのソースSおよびドレインDを介して、ペルチェ素子30の他方の電極に接続される。また、他方の入力端子84bは、NチャンネルのFET86cのソースSおよびドレインDを介して、ペルチェ素子30の一方の電極に接続される。同様に、他方の入力端子84bは、別のNチャンネルのFET86dのソースSおよびドレインDを介して、ペルチェ素子30の他方の電極に接続される。

0033

また、FET86aのゲートGは、図4(A)に示すように、抵抗88a1、88a2および別のNチャンネルのFET90aからなる直列回路において抵抗88a1および88a2の接続点に接続される。この直列回路は、抵抗88a1の一端がFET86aのソースSに接続され、抵抗88a1の他端が抵抗88a2の一端に接続され、抵抗88a2の他端がFET90aのドレインDおよびソースSを介して接地される。
同様に、FET86bのゲートGは、抵抗88b1、88b2および別のNチャンネルのFET90bからなる直列回路において抵抗88b1および88b2の接続点に接続される。この抵抗88b1の一端は、FET86bのソースSに接続され、抵抗88b1の他端は、抵抗88b2の一端に接続され、抵抗88b2の他端は、FET90bのドレインDおよびソースSを介して接地される。

0034

さらに、一方の直流電源80aの正極は、図3に示すように、逆電流防止用ダイオード92aを介して、H型回路82の一方の入力端子84aに接続される。この場合、直流電源80aの正極は、ダイオード92aのアノードに接続され、ダイオード92aのカソードは、H型回路82の一方の入力端子84aに接続される。
また、他方の直流電源80bの正極は、電圧切替え用のPチャンネルのFET94aのソースSおよびドレインDを介して、ダイオード92aのカソードにすなわちH型回路82の一方の入力端子84aに接続される。
さらに、一方の直流電源80aの負極は、H型回路82の他方の入力端子84bに接続されるとともに接地される。

0035

また、FET94aのゲートGは、図4(B)に示すように、抵抗96a1、96a2および別のNチャンネルのFET98aからなる直列回路において抵抗96a1および96a2の接続点に接続される。この直列回路は、抵抗96a1の一端がFET94aのソースSに接続され、抵抗96a1の他端が抵抗96a2の一端に接続され、抵抗96a2の他端がFET98aのドレインDおよびソースSを介して接地される。

0036

したがって、図3に示すFET94aがオフの場合には、一方の直流電源80aの電圧がダイオード92aを介してH型回路82の2つの入力端子84aおよび84b間に印加される。
また、図4(B)に示すFET98aのゲートGに所定の電圧を印加してFET98aをオンにすれば、FET94aのゲートGに所定の電圧が印加され、FET94aもオンになり、直列に接続された2つの直流電源80aおよび80bの合計電圧がFET94aを介してH型回路82の2つの入力端子84aおよび84b間に印加される。

0037

また、図4(A)に示すFET90aのゲートGに所定の電圧を印加するとともに図3に示すFET86dのゲートGに所定の電圧を印加することによって、FET90a、FET86aおよびFET86dをオンにすれば、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84bは、FET86aおよび86dを介して、ペルチェ素子30の一方の電極および他方の電極にそれぞれ接続される。この場合、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84b間に印加されている電圧は、FET86aおよび86dを介して、ペルチェ素子30の一方の電極および他方の電極間に印加される。

0038

一方、図4(A)に示すFET90bのゲートGに所定の電圧を印加するとともに図3に示すFET86cのゲートGに所定の電圧を印加することによって、FET90b、FET86bおよびFET86cをオンにすれば、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84bは、FET86bおよび86cを介して、逆に、ペルチェ素子30の他方の電極および一方の電極にそれぞれ接続される。この場合、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84b間に印加されている電圧は、FET86bおよび86cを介して、逆に、ペルチェ素子30の他方の電極および一方の電極間に印加される。

0039

さらに、レーザ光照射装置10は、図5に示すように、このレーザ光照射装置の動作を制御する制御部として、CPU100、入出力インターフェース102および動作プログラムなどが書き込まれた記憶手段104を含む。
CPU100には、入出力インターフェース102を介して、温度センサ40、増幅回路62aおよび62bのそれぞれの出力端が接続され、さらに、ファン34、レーザダイオード駆動電源70、FET86c、86d、90a、90bおよび94aのそれぞれのゲートG、動作プログラムなどが書き込まれている記憶手段104、ディスプレイなどのモニタ106、キーボードなどの入力手段108、有線無線通信手段110が接続されている。なお、記憶手段104には、動作プログラムのほかに、フォトダイオードの受光感度特性などを示すデータ、レーザダイオードに対する設定温度、レーザ光の設定波長、各種の入出力信号、演算結果、それらのログなどが記憶されるように構成されている。
したがって、このレーザ光照射装置10では、制御部によって、温度センサ40、増幅回路62aおよび62bの出力などに基づいて、FET86c、86d、90a、90bおよび94aなどを制御することができる。

0040

次に、このレーザ光照射装置10の動作について説明する。

0041

まず、レーザダイオード14がレーザダイオード駆動電源70で駆動される。それによって、レーザダイオード14からレーザ光が出力される。出力されたレーザ光は、第1の光学システム16、光ファイバ18および第2の光学システム20を介して、固体レーザ発振器22に入力される。そして、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が出力される。この場合、レーザダイオード14は設定温度であるたとえば25℃の温度で駆動され、さらに、レーザダイオード14から設定波長であるたとえば808nmの波長のレーザ光が出力されているとする。

0042

ここで、レーザダイオード14に流れる電流などによりレーザダイオード14の温度が25℃より高くなった場合、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が808nmより長くなり、固体レーザ発振器22からは高出力のレーザ光が得られなくなってしまう場合がある。なお、この場合、このレーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長は、レーザダイオード14が高くなった温度1℃当たりに対してたとえば0.3nm長くなる。
そこで、この場合、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14がペルチェ素子30で冷却されてその温度が設定温度の25℃に近づけられ、それによって、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が設定波長の808nmに近づけられ、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が出力されるように制御される。

0043

逆に、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14の温度が25℃の設定温度よりも低くなった場合、レーザダイオード14がペルチェ素子30で加熱されてその温度が設定温度の25℃に近づけられ、それによって、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が設定波長の808nmに近づけられ、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が出力されるように制御される。

0044

以上のようにペルチェ素子30でレーザダイオード14の温度を調整する際、制御部によって、記憶手段104に記憶されている25℃の設定温度と温度センサ40で検出されているレーザダイオード14の温度(検出温度)との偏差をたとえばPID演算した結果などの演算結果に基づいて、ペルチェ素子駆動装置のFETが制御され、ペルチェ素子30に印加される電圧の波形が制御される。この場合、たとえば、演算結果であるペルチェ素子30に対する制御出力量としてのMV値が0%〜100%で表される。MV値が0%である場合には、レーザダイオード14をペルチェ素子30で最大に加熱(100%加熱)すべきことを示し、FET86b、86cおよび94aがオンにされる。また、MV値が50%である場合には、レーザダイオード14をペルチェ素子30で加熱も冷却もすべきでないこと(0%加熱または0%冷却すべきこと)を示し、FET86a、86b、86cおよび86dがオフにされる。さらに、MV値が100%である場合には、レーザダイオード14をペルチェ素子30で最大に冷却(100%冷却)すべきことを示し、FET86a、86dおよび94aがオンにされる。

0045

ここで、まず、MV値が62.5%である場合を例にして、ペルチェ素子30に印加される電圧波形などについて説明する。MV値が50%である場合に0%冷却すべきであり、MV値が100%である場合に100%冷却すべきであるので、MV値が62.5%である場合には、100%冷却の4分の1だけ冷却(25%冷却)すべきである。そのため、ペルチェ素子30には、たとえば図6(A)のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図6(A)のグラフにおいて、横軸は時間(ミリ秒)を示し、縦軸は直流電源80aおよび80bの合計電圧の百分率(%)を示すため、その電圧波形は、最大電圧が直流電源80aの電圧であって1kHzの周波数で50%のデューティー比を有するパルス状の電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子30に印加するためには、FET86aおよび86dが、0.5ミリ秒ごとにオフからオンにまたはオンかオフに同時に制御される。

0046

また、MV値が75%である場合には、100%冷却の2分の1だけ冷却(50%冷却)すべきである。そのため、ペルチェ素子30には、たとえば図6(B)のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図6(B)において、横軸および縦軸が図6(A)の横軸および縦軸と同じであるので、その電圧波形は、電圧が直流電源80aの電圧と常時同じ電圧である電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子30に印加するためには、FET86aおよび86dが、常時オンに制御される。

0047

さらに、MV値が87.5%である場合には、100%冷却の4分の3だけ冷却(75%冷却)すべきである。そのため、ペルチェ素子30には、たとえば図6(C)のグラフで示す電圧波形の電圧が印加される。図6(C)においても、横軸および縦軸が図6(A)の横軸および縦軸と同じである。この電圧波形は、直流電源80aの電圧と直流電源80aおよび80bの合計電圧を0.5ミリ秒ごとに交互に繰り返した電圧波形である。この電圧波形をペルチェ素子30に印加するためには、FET86aおよび86dが常時オンに制御されるとともに、FET94aが0.5ミリ秒ごとにオフからオンにまたはオンからオフに制御される。

0048

また、MV値が50%より大きく75%より小さい場合には、MV値が62.5%である場合と比べて、FET86aおよび86dのオフ時間およびオン時間が変えられ、電圧波形のデューティー比が変えられる。

0049

さらに、MV値が75%より大きく100%より小さい場合には、MV値が87.5%である場合と比べて、FET94aのオフ時間およびオン時間が変えられ、直流電源80aの電圧が常時印加されるとともに、直流電源80bの電圧を印加する時間が変えられる。

0050

以上はMV値が50%〜100%である場合すなわちレーザダイオード14を冷却すべき場合におけるペルチェ素子30に印加される電圧波形などについて説明したが、MV値が50%〜0%である場合すなわちレーザダイオード14を加熱すべき場合には、FET86aおよび86dの代わりにFET86bおよび86cが制御され、MV値が50%〜100%である場合と逆向きの電圧波形がペルチェ素子30に印加される。

0051

また、MV値が50%をまたいで変化する場合には、すなわち、ペルチェ素子30にたとえば直流電源80aの電圧が一方向に印加されている状態から逆方向に印加されようとする場合には、ペルチェ素子30に電位差の大きい逆方向の電圧がいきなり印加されることを防止するために、ペルチェ素子30に逆方向の電圧が印加される直前に、たとえば1〜2秒間など微小時間、ペルチェ素子30に電圧が印加されないようにFET86a、86b、86cおよび86dがオフに制御される。また、そのため、MV値が50%付近において、ペルチェ素子30に印加される電圧の極性が頻繁に切替えられるといういわゆるハンチングが抑制される。

0052

さらに、MV値が75%より大きい場合や25%より小さい場合には、ペルチェ素子30に直流電源80aおよび80bの合計電圧が印加されることがあるが、ペルチェ素子30に直流電源80aおよび80bの合計電圧がいきなり印加されることを防止するために、演算結果としてのMV値は、いきなり75%より大きくなったりいきなり25%より小さくなったりしないように演算される。

0053

以上のように、このレーザ光照射装置10では、直流電源80aおよび80bのうちの1以上のものの電圧を選択的にペルチェ素子30に印加して、レーザダイオード14の温度がペルチェ素子30などで所定の温度に向けて制御されるので、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長に向けて制御され、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が出力される。

0054

さらに、このレーザ光照射装置10では、通常、レーザダイオード14の温度が設定温度に向けて制御されているので、レーザダイオード14の温度は設定温度付近にある。その後、通常、レーザダイオード14の温度を大きく急激に制御する必要がなく、ペルチェ素子30には、一方の直流電源80aの電圧すなわち比較的低い電圧を印加するだけで足りる。なお、このレーザ光照射装置10では、ペルチェ素子30に直流電源80aおよび80bの合計電圧すなわち比較的高い電圧が印加されるのは、初期的にレーザダイオード14の温度が設定温度からかなり離れていてそのレーザダイオード14をオフからオンにしてそのレーザダイオード14に電流を流し始める場合などの特別な場合である。そのため、このレーザ光照射装置10では、ペルチェ素子30に可能な限り低い電圧が印加され、ペルチェ素子30を必要最小限の電流で駆動することができる。そのため、ペルチェ素子30は、大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。

0055

すなわち、ペルチェ素子30でたとえば50%冷却するためにペルチェ素子30に図7(A)に示す電圧波形の電圧を印加すれば、ペルチェ素子30に直流電源80aおよび80bの合計電圧(24V)が印加されることになる。それにより、ペルチェ素子30には、大きな電流が流れることになるが、ペルチェ素子30には抵抗があるため、大きな電流により大きなジュール熱が発生する。大きなジュール熱が発生すると、ペルチェ素子を構成する半導体部分とのその周辺部分との間の熱膨張係数の差により、半導体部分と電極との接合面におけるマイクロクラック等の発生、すなわちヒートショックが起こる可能性がある。このように、ペルチェ素子30が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されてしまう場合がある。
それに対して、このレーザ光照射装置10では、ペルチェ素子30でたとえば50%冷却するためにペルチェ素子30に図6(B)に示す電圧波形の電圧を印加するので、ペルチェ素子30には、直流電源80aおよび80bの合計電圧(24V)が印加されず、直流電源80aの電圧(12V)が印加される。そのため、ペルチェ素子30が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。

0056

また、特別な場合において、ペルチェ素子30でたとえば75%冷却するためにペルチェ素子30に図7(B)に示す電圧波形の電圧を印加すれば、ペルチェ素子30に直流電源80aおよび80bの合計電圧(24V)が、比較的長い時間印加されることになり、ペルチェ素子30が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されてしまう場合がある。
それに対して、このレーザ光照射装置10では、ペルチェ素子30でたとえば75%冷却するためにペルチェ素子30に図6(C)に示す電圧波形の電圧を印加するので、ペルチェ素子30には、直流電源80aおよび80bの合計電圧(24V)が比較的短い時間しか印加されない。そのため、ペルチェ素子30が大きな電圧印加によるヒートショックによって劣化されにくくなる。すなわち、このレーザ光照射装置10では、直流電源80aの電圧(12V)による温度制御では温度制御が不足することとなった場合に、直流電源80aおよび80bの合計電圧(24)がペルチェ素子30に印加される。

0057

また、このレーザ光照射装置10では、ペルチェ素子30に、たとえば直流電源80aの電圧が一方向から逆方向にいきなり印加されず、しかも、直列に接続される直流電源80aおよび80bの合計電圧もいきなり印加されないので、この点においてもペルチェ素子30が劣化されにくくなる。

0058

さらに、このレーザ光照射装置10では、通常、直流電源80aの電圧すなわち比較的低い電圧しかペルチェ素子30に印加されないので、ペルチェ素子30に発生するジュール熱は小さく、ペルチェ素子30の熱移動があまり阻害されないため、ペルチェ素子30を効率よく駆動することができる。

0059

また、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14などを長時間使用すると、レーザダイオード14の劣化などにより、レーザダイオード14に同じ電流を流してもレーザダイオード14から出力されるレーザ光のエネルギーが所定の大きさより小さくなり、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が得られなくなってしまう場合がある。

0060

この場合、このレーザ光照射装置10では、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光を得るために、制御部によって、レーザダイオード14から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさに基づいて、レーザダイオード駆動電源70によりレーザダイオード14に流す電流の大きさが制御される。すなわち、レーザダイオード14から出力されるレーザ光のエネルギーの大きさが記憶手段104に記憶されている所定の大きさより小さければ、そのレーザ光のエネルギーの大きさを所定の大きさに向けて大きくするために、レーザダイオード14に流す電流が大きくなるように制御される。このレーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長およびエネルギーの大きさは、第1のフォトダイオード54aの出力信号および第2のフォトダイオード54bの出力信号の差と和との割合すなわち増幅回路62aおよび62bの出力信号の割合に基づいて、演算手段としても働く制御部によって検出することができる。

0061

つまり、図2(A)および図2(B)からわかるように、2つのフォトダイオード54aおよび54bの分光感度は、それぞれ、受光波長に対して異なる特性を有しているため、フォトダイオード54aおよび54bの出力信号の差と和の割合は、受光波長に対応して所定の値を有する。したがって、増幅回路62aおよび62bの出力の割合は、同じ受光波長であれば、レーザダイオード14の出力の大きさにかかわらず一定である。そのため、増幅回路62aおよび62bの出力の比をとれば、受光波長を知ることができる。受光波長がわかれば、図2(A)および図2(B)の特性から、増幅回路62aおよび62bの出力のいずれかにより、レーザダイオード14の出力の大きさ、すなわちレーザ光のエネルギーの大きさを知ることができる。

0062

そして、このようにレーザダイオード14に流す電流が大きくなるように制御されれば、レーザダイオード14から出力されるレーザ光のエネルギーは所定の大きさに向けて大きくなる。

0063

しかしながら、このように劣化したレーザダイオード14に流す電流が大きくなるように制御されると、レーザダイオード14の温度(たとえば25℃)とレーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長(たとえば808nm)との初期的な関係が変わってしまい、レーザダイオード14の温度を今までの設定温度(25℃)に向けて制御しても、レーザダイオード14から所定の波長(808nm)のレーザ光が出力されず、そのため、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が得られない場合がある。

0064

そこで、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14から所定の波長のレーザ光を出力するために、制御部によって、記憶手段104に記憶されているたとえば808nmの設定波長に対するレーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長の変動を検出し、その変動に基づいて、レーザダイオード14に対する設定温度が新たな設定温度に変更され、ペルチェ素子30などによりレーザダイオード14の温度がその新たな設定温度に向けて制御され、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長(設定波長)に向けて制御される。
たとえば、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が設定波長より長い方に変動すれば、レーザダイオード14に対する設定温度が下げられて、レーザダイオード14の温度もその下げられた新たな設定温度に向けて下がるように制御され、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長(設定波長)に向けて短くなるように制御される。
逆に、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が設定波長より短い方に変動すれば、レーザダイオード14に対する設定温度が上げられて、レーザダイオード14の温度もその上げられた新たな設定温度に向けて上がるように制御され、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長(設定波長)に向けて長くなるように制御される。

0065

したがって、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長から変動しても、制御部などによって、レーザダイオード14から出力されるレーザ光の波長が所定の波長に向けて制御され、そのため、固体レーザ発振器22から高出力のレーザ光が得られる。
そして、このレーザ光照射装置10では、レーザダイオード14から固体レーザ発振器22までのいずれかの構成要素によって出力されるレーザ光が、たとえば、ICや太陽電池パネルの基板上の回路パターンの形成、電子部品はんだ付けガラスの切断、合成樹脂溶着医療メスなどに利用され得る。

0066

また、このレーザ光照射装置10では、モニタ106において、レーザダイオード14の検出温度、検出されたレーザ光のエネルギーの大きさや波長の変動の状況、それらの制御状況などが表示されるように構成されてもよい。

0067

また、このレーザ光照射装置10では、入力手段108によって各種の設定値などを変更したり、その他の情報を入力したりすることができるように構成されてもよい。さらに、通信手段110によって、外部からの制御信号を受信したり、外部に制御状況を示す信号を送信したりすることができるように構成されてもよい。

0068

図8は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置の他の例の要部を示す回路図である。図8に示すペルチェ素子駆動装置では、図1に示すレーザ光照射装置10に用いられる図3に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、さらに、別の直流電源80c、逆電流防止用の別のダイオード92bおよび電圧切替え用の別のPチャンネルのFET94bを有する。また、直流電源80bとして6Vの直流電源が用いられ、別の直流電源80cとしては別の6Vの直流電源が用いられる。

0069

直流電源80cの負極は、直流電源80bの正極に接続される。また、直流電源80cの正極は、PチャンネルのFET94bのソースおよびドレインを介して、H型回路82の一方の入力端子84aに接続される。このFET94bにも、FET94aに接続される図4(B)に示す抵抗96a1、96a2およびFET98aからなる直列回路と同様の直列回路(図示せず)が同様に接続されている。そのため、この直列回路(図示せず)のFETをオンに制御することによって、FET94bをオンに制御することができ、直流電源80a、80bおよび80cの合計電圧をH型回路82の2つの入力端子84aおよび84b間に印加することができる。

0070

また、ダイオード92aのカソードとFET94aのドレインとの接続点は、ダイオード92bのアノードおよびカソードを介して、H型回路82の一方の入力端子84aに接続される。

0071

図8に示すペルチェ素子駆動装置では、1つの直流電源80aの電圧(12V)、2つの直流電源80aおよび80bの合計電圧(18V)、または、3つの直流電源80a、80bおよび80cの合計電圧(24V)を、ペルチェ素子30に一方向にまたは逆方向に印加することができる。

0072

そのため、図8に示すペルチェ素子駆動装置では、図3に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、より多くの種類の電圧をペルチェ素子30に印加することができるようになり、ペルチェ素子30に印加される電圧を細かく制御することができ、そのため、ペルチェ素子30に高電圧が印加される機会を減らすことができ、ヒートショックによるペルチェ素子30の劣化を防止することができる。

0073

図9は、この発明にかかるレーザ光照射装置の他の例の要部を示す図解図である。図9に示すレーザ光照射装置10では、図1に示すレーザ光照射装置10と比べて、第2の光学システム20のコリメートレンズ20aの後方においてスプリッタ50の代わりにレーザ光の透過率の小さいミラー51がたとえば45度斜めに配置されている。そのため、第2の光学システム20の集光レンズ20bは、ミラー51で反射されたレーザ光を集光するために、ミラー51の側方に配置される。なお、固体レーザ発振器22は、その入力端に集光レンズ20bで集光されたレーザ光が入力されるように、集光レンズ20bから所定の間隔を隔てて配置される。

0074

また、NDフィルタ52aおよび52bとフォトダイオード54aおよび54bとは、ミラー51を透過したレーザ光を透過して受光するために、ミラー51の後方に配置される。

0075

図1に示すレーザ光照射装置10では、スプリッタ50を透過したレーザ光で固体レーザ発振器22内のレーザ媒体を励起し、スプリッタ50で反射されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしているが、図9に示すレーザ光照射装置10のように、ミラー51で反射されたレーザ光で固体レーザ発振器22内のレーザ媒体を励起し、ミラー51を透過したレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしてもよい。

0076

図10は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。図10に示すペルチェ素子駆動装置では、図1に示すレーザ光照射装置10に用いられる図3に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84bが、4つのFET86a〜86dおよび1つの平滑回路36を介して、ペルチェ素子30に接続されている。

0077

すなわち、図10に示すペルチェ素子駆動装置では、H型回路82の一方の入力端子84aが、PチャンネルのFET86aのソースSおよびドレインDを介して平滑回路36の一方の入力端に接続されるとともに、別のPチャンネルのFET86bのソースSおよびドレインDを介して平滑回路36の他方の入力端に接続されている。
また、図10に示すペルチェ素子駆動装置では、H型回路82の他方の入力端子84bが、NチャンネルのFET86cのソースSおよびドレインDを介して平滑回路36の一方の入力端に接続されるとともに、別のNチャンネルのFET86dのソースSおよびドレインDを介して平滑回路36の他方の入力端に接続されている。
さらに、平滑回路36の一方の出力端および他方の出力端は、ペルチェ素子30の一方の電極および他方の電極にそれぞれ接続されている。

0078

図10に示すペルチェ素子駆動装置では、たとえば、図11(A)に示す電圧波形の電圧が平滑回路36の2つの入力端に印加された場合に、平滑回路36の2つの出力端に接続されているペルチェ素子30に図11(B)に示す平滑にされた電圧波形の電圧が印加される。

0079

図10に示すペルチェ素子駆動装置では、平滑回路36によって平滑にされた電圧がペルチェ素子30に印加されるので、平滑回路36からペルチェ素子30までの信号経路においてスイッチングノイズが低減される。また、これによって、平滑回路36からペルチェ素子30までの信号経路の周辺の電子部品に対してスイッチングノイズによる悪影響を防止することができる。特に、平滑回路36からペルチェ素子30までの信号経路が長い場合には、その信号経路の周辺の電子部品すなわち広範囲の電子部品に対してスイッチングノイズによる悪影響を防止することができる。

0080

さらに、図10に示すペルチェ素子駆動装置では、ペルチェ素子30に印加される電圧が平滑回路36によって平滑にされるため、ペルチェ素子30には、急激に変動する電圧が印加されず、ペルチェ素子30がさらに劣化されにくくなり、ペルチェ素子30のさらなる長寿命化のために効果的である。

0081

図12は、この発明にかかるレーザ光照射装置に用いられるペルチェ素子およびそれを駆動するためのペルチェ素子駆動装置のさらに他の例の要部を示す回路図である。図12に示すペルチェ素子駆動装置では、図1に示すレーザ光照射装置10に用いられる図3に示すペルチェ素子駆動装置と比べて、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84bに、ファン34が接続されている。

0082

図12に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、FET94aがオフの場合、一方の直流電源80aの電圧がダイオード92aを介してファン34に印加されるので、ファン34の周辺の空気がファン34によってヒートシンク32のフィン32a側に送られる。この場合、一方の直流電源80aの電圧がダイオード92aなどを介してペルチェ素子30に印加されることによってヒートシンク32の温度が変わる場合があるが、ファン34によって、ヒートシンク32がファン34の周辺の空気の温度すなわちファン34の周辺温度に向けて冷却されたり加温されたりする。

0083

また、図12に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、FET94aがオンの場合、直列に接続された2つの直流電源80aおよび80bの合計電圧がFET94aを介してファン34に印加されるので、ファン34の周辺の空気がファン34によってヒートシンク32のフィン32a側にさらに強く送られる。この場合、直列に接続された2つの直流電源80aおよび80bの合計電圧がFET94aなどを介してペルチェ素子30に印加されることによってヒートシンク32の温度がさらに大きく変わる場合があるが、ファン34によって、ヒートシンク32がファン34の周辺の空気の温度すなわちファン34の周辺温度に向けてさらに強く冷却されたりさらに強く加温されたりする。

0084

上述のように、図12に示すペルチェ素子駆動装置を用いたレーザ光照射装置では、ペルチェ素子30に電圧が印加される場合、ペルチェ素子30に印加される電圧の大きさに応じて、ファン34に印加される電圧の大きさが変わるので、ファン34のために電力を効率的に用いることができる。

0085

上述の各レーザ光照射装置10では、直列に接続される2個または3個の直流電源がペルチェ素子駆動装置に用いられているが、2個または3個の直流電源に限らす、直列に接続される4個以上の直流電源が用いられてもよい。また、それらの直流電源の電圧も、任意に変更されてもよい。たとえば、3個の直流電源を用いる場合には、8Vずつの3個の直流電源が用いられてもよく、4個の直流電源が用いられる場合には、6Vずつの4個の直流電源が用いられてもよい。

0086

また、ペルチェ素子30としては、たとえば、1つの素子からなるものに限らず、複数の素子が並列に接続されたものや直列に接続されたものが用いられてもよい。そして、用いられるペルチェ素子に応じて、直列に接続される直流電源のそれぞれの電圧が任意に変更されてもよい。

0087

さらに、上述の各レーザ光照射装置10では、レーザ光を出力するレーザ光出力手段としてのレーザダイオード14の温度がペルチェ素子30、温度センサ40、制御部などの手段によって制御されているが、レーザ光を出力するレーザ光出力手段としての固体レーザ発振器22の温度が固体レーザ発振器22の温度を調整するための他のペルチェ素子、固体レーザ発振器22の温度を検出するための他の温度センサ、制御部などの手段によって、レーザダイオード14の温度を制御する方法と同様の方法で制御されてもよい。

0088

さらに、上述の各レーザ光照射装置10では、レーザ光の波長が長くなった場合にレーザダイオード14の温度が下がるように制御し、レーザ光の波長が短くなった場合にレーザダイオード14の温度が上がるように制御しているが、レーザ光の波長を所定の波長に向けて制御するためには、レーザ光などの光を出力する光出力手段の特性によっては、レーザ光の波長が長くなった場合に光出力手段の温度が上がるように制御し、レーザ光の波長が短くなった場合に光出力手段の温度が下がるように制御してもよい。

0089

また、上述の各レーザ光照射装置10では、用いられるレーザ光波長変動検出装置において、第2の光学システム20において分岐されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさおよび波長の変動を検出するようにしているが、レーザダイオード14の後方から固体レーザ発振器22の前方の間において、たとえば第1の光学システム16など他の部分で分岐されたレーザ光からレーザ光のエネルギーの大きさや波長の変動を検出するようにしてもよい。

0090

さらに、上述の各レーザ光照射装置10では、レーザ光の波長が長くなれば、用いられるレーザ光波長変動検出装置において、一方のフォトダイオード54aの受光感度が増加するのに対して、他方のフォトダイオード54bの受光感度が低下するが、受光感度の増加する割合や低下する割合が異なれば、光センサとしての両方のフォトダイオード54aおよび54bの受光感度がともに増加しても低下してもよい。このように2つのフォトダイオード54aおよび54bの受光感度特性が異なれば、それらの出力信号の差と和との割合から、レーザ光の波長の変動を検出することができ、さらに、レーザ光のエネルギーの大きさも検出することができる。また、光センサとしては、フォトダイオードの代わりに、フォトトランジスタやCCDなどが用いられてもよい。

0091

また、上述の各レーザ光照射装置10では、2つの光センサとして分光感度特性が互いに異なる2つのフォトダイオード54aおよび54bが用いられているが、この発明では、分光感度特性が互いに異なる2つ以上の光センサを有する3つ以上の光センサが用いられてもよく、この場合、分光感度特性が互いに異なる2つの光センサの出力信号の差と和とに基づいて、または、分光感度特性が互いに異なる3つ以上の光センサの出力信号のうちの任意の2つの出力信号の差と和とに基づいて、レーザ光の波長の変動を検出するようにしてもよい。

0092

上述の各レーザ光照射装置10に用いられる各ペルチェ素子駆動装置には、H型回路80にPチャンネルのFET86aおよび86bが用いられ、さらに、電圧切替え用のPチャンネルのFET94aまたは電圧切替え用のPチャンネルのFET94aおよび94bが用いられているが、それぞれのPチャンネルのFETの代わりに、たとえばNチャンネルのFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などの他のスイッチング素子が用いられてもよい。たとえば、PチャンネルのFETの代わりにNチャンネルのFETが用いられる場合、FETのソースSとドレインDとが逆に接続され、FETをオンにするためには、ドライバなどを介して比較的高い電圧がFETのゲートGに印加される。

0093

また、上述の各レーザ光照射装置10に用いられる各ペルチェ素子駆動装置には、H型回路80にNチャンネルのFET86cおよび86dが用いられているが、それぞれのNチャンネルのFETの代わりに、たとえばIGBTなどの他のスイッチング素子が用いられてもよい。

0094

さらに、上述の各レーザ光照射装置10は、ヒートシンク32やファン34などを用いることによって空気を媒体としてペルチェ素子30を冷却したり加温したりするように構成されているが、たとえば冷却加温用管やポンプなどを用いることによってたとえば水などの液体を媒体としてペルチェ素子を冷却したり加温したりするように構成されてもよい。

0095

さらに、図10に示すペルチェ素子駆動装置では、ペルチェ素子30の前段に平滑回路36が用いられているが、このような平滑回路は、他のペルチェ素子駆動装置において用いられてもよい。

0096

また、図12に示すペルチェ素子駆動装置では、H型回路82の2つの入力端子84aおよび84bにファン34が接続されているが、ファン34は、他のペルチェ素子駆動装置においてH型回路82の2つの入力端子84aおよび84bに接続されてもよい。

0097

この発明にかかるレーザ光の波長変動検出装置は、たとえば金属、合成樹脂、ガラスなどの各種材料の表面や内面を加工する加工機バイオ測定器などの固体レーザ励起に用いられる高出力のレーザダイオードから出力されるレーザ光の波長の変動を検出する用途に適用できる。
さらに、この発明にかかるレーザ光の波長変動検出装置は、たとえば、ICや太陽電池パネルの基板上の回路パターンの形成、電子部品のはんだ付け、ガラスの切断、合成樹脂の溶着、医療メスなどに用いられるレーザ光照射装置に利用され得る。

0098

10レーザ光照射装置
12ベース
14レーザダイオード
16 第1の光学システム
16aコリメートレンズ
16b集光レンズ
18光ファイバ
20 第2の光学システム
20a コリメートレンズ
20b 集光レンズ
22固体レーザ発振器
30ペルチェ素子
32ヒートシンク
32aフィン
34ファン
36平滑回路
40温度センサ
50スプリッタ
51ミラー
52a、52bNDフィルタ
54a、54bフォトダイオード
56差動回路
58加算回路
60a、60b補正回路
62a、62b増幅回路
70 レーザダイオード駆動電源
80a、80b、80c直流電源
82 H型回路
84a、84b入力端子
86a、86b、86c、86dFET
88a1、88a2、88b1、88b2抵抗
90a、90b FET
92a、92bダイオード
94a、94b FET
96a1、96a2 抵抗
98a FET
100 CPU
102入出力インターフェース
104 記憶手段
106モニタ
108入力手段
110通信手段

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