JP6564594B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置に関する。

レーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子は、小型、低消費電力、長寿命等の特徴を有することから、様々な用途に広く用いられている。例えば、レーザダイオードは、ファイバレーザの励起光源に用いられており、発光ダイオードは、車両のヘッドライト等の各種照明装置に用いられている。このような発光素子に流れる電流は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の電流制御素子を備える駆動回路によって制御される。

上記の電流制御素子は、発熱を伴うためにヒートシンク（放熱器）に取り付けられるのが一般的である。電流制御素子は、過熱状態になると故障に至ることから、サーミスタ等によって温度を監視し、過熱状態にならないように制御される。以下の特許文献１には、ヒートシンクに対するサーミスタの取り付け位置を工夫することで電流制御素子の温度変化を素早く正確に測定する発明が開示されている。また、以下の特許文献２には、発熱部品近傍の温度を検出する温度センサと、放熱器の温度を検出する温度センサとを設け、これら温度センサの検出結果を比較して、発熱部品が収納されたケースと放熱器とが密着しているか否かを判断する発明が開示されている。

特開２０００−２９４７０５号公報 特開２００５−３２７８５５号公報

ところで、電流制御素子がヒートシンクに取り付けられた構成では、電流制御素子が過熱状態になる主な原因として以下の２つが考えられる。
（１）ヒートシンクに対する電流制御素子の取り付け不良による熱抵抗の増加
（２）冷却風（或いは、冷却水）の不具合によるヒートシンクの冷却能力の低下

上記の特許文献１に開示された発明は、ヒートシンクに取り付けられた１つのサーミスタを用いて温度の測定を行っていることから、過熱状態になった場合に、その原因が上記の（１），（２）の何れであるのかを特定することができないという問題がある。

上記の特許文献２に開示された発明は、過熱状態の原因が上記（１）であることを特定することができるが、正常な状態における発熱部品の発熱量が一定であることを前提とするものである。このため、必要となる光パワーに応じて電流制御素子に流れる電流が大幅に変化する（発熱量が大幅に変化する）光源装置には、上記の特許文献２に開示された発明を適用することはできないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、過熱状態になった場合の原因を特定することが可能な光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光源装置は、少なくとも１つの発光素子（Ｌ）と、ヒートシンク（３１）に取り付けられていて前記発光素子に流れる電流を制御する電流制御素子（２１）とを備える光源装置（１、２）において、前記電流制御素子の温度を測定する第１温度センサ（２５ａ）と、前記ヒートシンクの温度を測定する第２温度センサ（２５ｂ）と、前記電流制御素子の発熱量に応じて前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で実際に測定される温度とを比較して異常を判定する異常判定部（１３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記異常判定部が、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度の差と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で実際に測定される温度の差とを比較して、前記ヒートシンクに対する前記電流制御素子の取り付け不良の有無を判定することを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記異常判定部が、前記第１温度センサで測定されるべき基準温度と前記第１温度センサで実際に測定される温度とを比較するとともに、前記第２温度センサで測定されるべき基準温度と前記第２温度センサで実際に測定される温度とを比較して、前記ヒートシンクの冷却能力の低下の有無を判定することを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記異常判定部が、前記電流制御素子の発熱量と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度とが対応付けられたテーブル（ＴＢ）を備えており、前記電流制御素子の発熱量に応じた前記基準温度を前記テーブルから読み出すことを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記電流制御素子の電圧降下を検出する電圧検出器（２４）と、前記電流制御素子に流れる電流を検出する電流検出器（２２）とを備えており、前記異常判定部が、前記電圧検出器及び前記電流検出器の検出結果を用いて前記電流制御素子の発熱量を求めることを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記ヒートシンクを空冷する空冷機構（４０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記ヒートシンクを水冷する水冷機構（５０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光源装置は、前記異常判定部によって異常が判定された場合に、前記発光素子への電源供給を停止させ、或いは前記発光素子に電流が流れないように前記電流制御素子を制御する制御部（１４）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、電流制御素子の温度を測定する第１温度センサと、電流制御素子が取り付けられたヒートシンクの温度を測定する第２温度センサとを設け、電流制御素子の発熱量に応じて第１温度センサ及び第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度と、第１温度センサ及び第２温度センサの各々で実際に測定される温度とを比較して異常を判定するようにしている。このため、過熱状態になったか否かを判定できるだけではなく、過熱状態になった場合の原因を特定することが可能であるという効果がある。

本発明の第１実施形態による光源装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光源装置が備えるＦＥＴ及びヒートシンクを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による光源装置が備える空冷機構及び水冷機構の一例を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態による光源装置で用いられるテーブルを示す図である。 本発明の第２実施形態による光源装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による光源装置を備えるファイバレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光源装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光源装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光源装置１は、光源部１１、駆動部１２、異常判定部１３、及び電源制御部１４（制御部）を備えており、所定の波長の光（例えば、可視光、赤外光、或いは紫外光）を出力する。また、本実施形態の光源装置１は、駆動部１２に設けられたＦＥＴ２１（詳細は後述する）が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）を判定することができるとともに、過熱状態の原因を特定することが可能である。この光源装置１は、電源部ＰＳから電源線ＰＬを介して供給される電力によって動作する。

光源部１１は、直列接続された複数の発光素子Ｌを備える。発光素子Ｌは、例えばＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の固体光源である。発光素子Ｌの数は、必要となる光量に応じて設定される。例えば、発光素子Ｌの数は、数個〜数十個程度に設定される。尚、光源部１１は、発光素子Ｌを１つのみ備えるものであっても良い。

駆動部１２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）２１（電流制御素子）、シャント抵抗２２（電流検出器）、ＦＥＴ駆動回路２３、電圧検出器２４、及び温度測定部２５を備えており、光源部１１の低電位側に設けられて光源部１１に流れる電流を制御する。具体的に、駆動部１２は、光源部１１とグランドＧとの間に設けられており、一定の電流が光源部１１に流れるように制御する。

ＦＥＴ２１は、光源部１１とシャント抵抗２２との間に設けられており、ＦＥＴ駆動回路２３から出力される駆動信号ＤＳによって駆動される電流制御素子である。例えば、ＦＥＴ２１は、駆動信号ＤＳによってオン状態とオフ状態とが交互に切り替えられるように駆動される。このＦＥＴ２１は、例えばドレイン端子が光源部１１に接続され、ソース端子がシャント抵抗２２に接続され、ゲート端子がＦＥＴ駆動回路２３に接続される。尚、ＦＥＴ２１に代えてバイポーラトランジスタを用いることも可能である。

ＦＥＴ２１は、ＦＥＴ駆動回路２３によって駆動されると発熱が生じるため、図２に示す通り、ヒートシンク３１に取り付けられている。図２は、本発明の第１実施形態による光源装置が備えるＦＥＴ及びヒートシンクを示す斜視図である。図２に示す通り、ヒートシンク３１は、熱伝導率が高い金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ））で形成された板状部材である。尚、フィン（放熱フィン）が設けられたヒートシンクをヒートシンク３１として用いてもよい。このようなヒートシンクを用いれば、放熱効率を高めることができる。

ＦＥＴ２１は、ネジ止めによってヒートシンク３１の一面３１ａに取り付けられる。ＦＥＴ２１とヒートシンク３１との間には絶縁板３２が設けられる。絶縁板３２は、例えばマイカ（雲母）によって形成されたシート状のものであり、ＦＥＴ２１とヒートシンク３１とを電気的に絶縁するために設けられる。尚、絶縁板３２の厚みが厚いと熱抵抗が高くなってヒートシンク３１によるＦＥＴ２１の冷却効率が低下する。このため、絶縁板３２は、ＦＥＴ２１とヒートシンク３１との電気的な絶縁が保たれ、且つ、極力厚みが薄いものが用いられる。

ＦＥＴ２１が取り付けられたヒートシンク３１は、ＦＥＴ２１の冷却効率を向上させるために、図３に示す通り、一般に空冷又は水冷される。図３は、本発明の一実施形態による光源装置が備える空冷機構及び水冷機構の一例を模式的に示す図である。尚、図３（ａ）は、空冷機構の一例を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は水冷機構の一例を模式的に示す図である。

図３（ａ）に示す通り、空冷機構としてのファン４０は、ヒートシンク３１の他面３１ｂ（ＦＥＴ２１が取り付けられた一面３１ａの反対側の面）側に配置されており、ヒートシンク３１に向けて送風することによってヒートシンク３１を空冷する。尚、ヒートシンク３１の他面３１ｂ側にファン４０を設置することが困難な場合には、ヒートシンク３１の一面３１ａ側にファン４０を設置し、或いはヒートシンク３１の側方にファン４０を設置してヒートシンク３１に向けて送風するようにしても良い。

図３（ｂ）に示す通り、水冷機構としての水冷ユニット５０は、ヒートシンク３１の他面３１ｂ側に取り付けられた水冷ヘッド５１と、水冷ヘッド５１に取り付けられた循環パイプ５２とを備えており、冷却水Ｗを循環させることによってヒートシンク３１を水冷する。水冷ヘッド５１は、熱伝導率が高い金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ））で形成され、内部で冷却水Ｗが循環するようにされた部材である。循環パイプ５２は、冷却水Ｗを水冷ヘッド５１の内部に導くとともに、水冷ヘッド５１の内部を循環した冷却水Ｗを外部に導くためのものである。

図１に戻り、シャント抵抗２２は、光源部１１の低電位側に設けられた抵抗であり、ＦＥＴ２１に流れる電流を検出するために設けられる。具体的に、シャント抵抗２２は、一端がＦＥＴ２１に接続されるとともに他端がグランドＧに接続されている。このシャント抵抗２２の検出信号（電流の検出結果を示す信号）Ｄ１は、異常判定部１３及びＦＥＴ駆動回路２３に出力される。尚、上記検出信号Ｄ１は、シャント抵抗２２に流れる電流に応じて生ずるシャント抵抗２２の電圧降下を示す信号でもある。

ここで、シャント抵抗２２の抵抗値が大きいと電力損失が大きくなる（発熱が大きくなる）ことから、シャント抵抗２２の抵抗値は小さい方が望ましい。但し、シャント抵抗２２の抵抗値が小さすぎると、シャント抵抗２２で生ずる電圧降下が小さくなり、検出誤差が生じやすくなる。このため、シャント抵抗２２の抵抗値は、電力損失と検出誤差とを考慮して設定される。例えば、シャント抵抗２２の抵抗値は、０．１［Ω］程度に設定される。

ＦＥＴ駆動回路２３は、シャント抵抗２２から出力される検出信号Ｄ１に基づいて、ＦＥＴ２１を駆動する。具体的に、ＦＥＴ駆動回路２３は、検出信号Ｄ１に基づいてＦＥＴ２１に流れる電流（光源部１１に流れる電流）を一定とする駆動信号ＤＳを生成してＦＥＴ２１を駆動する。ＦＥＴ駆動回路２３によるＦＥＴ２１の駆動方法としては、例えばＦＥＴ２１に流れる電流をアナログ的に制御して一定にする駆動方法が用いられる。尚、ＦＥＴ駆動回路２３によるＦＥＴ２１の駆動方法としては、上記の駆動方法に限られることはなく、任意の駆動方法を用いることが可能である。

電圧検出器２４は、ＦＥＴ２１で生ずる電圧降下を検出するために設けられる。具体的に、電圧検出器２４は、ＦＥＴ２１のドレイン端子とソース端子とに接続されており、これらドレイン端子とソース端子との間に生ずる電圧降下を検出する。この電圧検出器２４の検出信号（電圧降下の検出結果を示す信号）Ｄ２は、異常判定部１３に出力される。尚、ＦＥＴ２１で生ずる電圧降下を検出するのは、異常判定部１３でＦＥＴ２１の発熱量を求める際に必要となるからである。

温度測定部２５は、図２，図３に示す温度センサ２５ａ（第１温度センサ）及び温度センサ２５ｂ（第２温度センサ）を備えており、ＦＥＴ２１の温度及びヒートシンク３１の温度を測定する。温度センサ２５ａは、例えばサーミスタであり、ＦＥＴ２１の外表面に取り付けられてＦＥＴ２１の温度を測定する。温度センサ２５ｂは、例えば温度センサ２５ａと同様のサーミスタであり、ヒートシンク３１に取り付けられてヒートシンク３１の温度を測定する。この温度センサ２５ｂの取り付け位置は、ヒートシンク３１の一面３１ａにおけるＦＥＴ２１の取り付け位置の近傍であることが望ましい。温度測定部２５（温度センサ２５ａ，２５ｂ）の測定信号Ｄ３は、異常判定部１３に出力される。

異常判定部１３は、駆動部１２に設けられたＦＥＴ２１が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）を判定するとともに、過熱状態の原因を特定する。具体的に、異常判定部１３は、シャント抵抗２２により検出された電流値と電圧検出器２４により検出された電圧降下とによってＦＥＴ２１の発熱量を求め、ＦＥＴ２１の発熱量に応じて温度センサ２５ａ，２５ｂの各々で測定されるべき温度（基準温度）と、温度センサ２５ａ，２５ｂの各々で実際に測定される温度とを比較して異常を判定する。また、異常判定部１３は、これらの温度を異なる比較方法を用いて比較することで、過熱状態の原因を特定する。

ここで、上記の基準温度は、ＦＥＴ２１が過熱状態になる原因（以下の（１），（２）に示す原因）が生じていない正常な状態である場合に、ＦＥＴ２１の発熱量に応じて温度センサ２５ａ，２５ｂで測定される温度及び温度差である。
（１）ヒートシンク３１に対するＦＥＴ２１の取り付け不良による熱抵抗の増加
（２）ファン４０や水冷ユニット５０の不良によるヒートシンク３１の冷却能力の低下
つまり、異常判定部１３は、上記の正常な状態である場合にＦＥＴ２１の発熱量に応じて温度センサ２５ａ，２５ｂで測定される温度と、実際に温度センサ２５ａ，２５ｂで測定される温度とを比較することで、ＦＥＴ２１が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）を判定している。

より具体的に、異常判定部１３は、シャント抵抗２２から出力される検出信号Ｄ１と、電圧検出器２４から出力される検出信号Ｄ２とを用いてＦＥＴ２１の発熱量を求める。検出信号Ｄ１は、ＦＥＴ２１に流れる電流の検出結果を示す信号であり、検出信号Ｄ２は、ＦＥＴ２１で生ずる電圧降下の検出結果を示す信号であるため、検出信号Ｄ１，Ｄ２を乗算することでＦＥＴ２１の発熱量を求めることができる。

異常判定部１３は、図４に示すテーブルＴＢを備えており、上記の基準温度を、テーブルＴＢから読み出すことによって得る。図４は、本発明の第１実施形態による光源装置で用いられるテーブルを示す図である。図４に示すテーブルＴＢは、ＦＥＴ２１の発熱量と、温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度とが対応付けられたテーブルである。このテーブルＴＢは、例えば上記の正常な状態である場合に、ＦＥＴ２１に流れる電流を変化させつつ温度センサ２５ａ，２５ｂの測定結果を得る作業を行うことによって作成される。尚、図４に例示するテーブルＴＢは、ＦＥＴ２１の発熱量が１［Ｗ］刻みのものであるが、発熱量の刻みは任意である。

異常判定部１３は、以下に示す第１，第２比較処理を行う。
・第１比較処理…図４に示すテーブルＴＢから読み出した温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度の差と、温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定された温度の差とを比較する処理
・第２比較処理…図４に示すテーブルＴＢから読み出した温度センサ２５ａの基準温度と温度センサ２５ａで実際に測定された温度とを比較するとともに、図４に示すテーブルＴＢから読み出した温度センサ２５ｂの基準温度と温度センサ２５ｂで実際に測定された温度とを比較する処理

図４に示すテーブルＴＢから読み出した温度センサ２５ａの基準温度をＴ１、温度センサ２５ｂの基準温度をＴ２、温度センサ２５ａで実際に測定された温度をＴａ、温度センサ２５ｂで実際に測定された温度をＴｂとする。上記の第１比較処理では、（Ｔ１−Ｔ２）と（Ｔａ−Ｔｂ）とを比較する処理が行われる。また、上記の第２比較処理では、Ｔ１とＴａとを比較するとともに、Ｔ２とＴｂとを比較する処理が行われる。

異常判定部１３は、上記の第１比較処理を行った結果、温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度の差と温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定された温度の差とが一致しない（或いは、予め規定された範囲内に収まらない）という比較結果が得られた場合には、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と判定する。そして、異常判定部１３は、この異常の原因が上記（１）であると特定する。ここで、ヒートシンク３１に対するＦＥＴ２１の取り付け不良が生ずると、温度センサ２５ａで検出される温度が上昇し、温度センサ２５ｂで検出される温度が下がる。このように、熱抵抗が増加して温度センサ２５ａ，２５ｂで測定される温度の差は大きくなる。このため、異常判定部１３は、上記の比較結果が得られた場合には、その原因が上記（１）であると特定する。

異常判定部１３は、上記の第２比較処理を行った結果、温度センサ２５ａの基準温度と温度センサ２５ａで実際に測定された温度が一致せず（或いは、予め規定された範囲内に収まらず）、且つ、温度センサ２５ｂの基準温度と温度センサ２５ｂで実際に測定された温度が一致しない（或いは、予め規定された範囲内に収まらない）という比較結果が得られた場合には、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と判定する。そして、異常判定部１３は、この異常の原因が上記（２）であると特定する。ここで、ファン４０や水冷ユニット５０の不良によるヒートシンク３１の冷却能力の低下が生ずると、温度センサ２５ａ，２５ｂで測定される温度は共に大きくなる。このため、異常判定部１３は、上記の比較結果が得られた場合には、その原因が上記（２）であると特定する。尚、異常判定部１３は、上記の第１比較処理において上記の比較結果が得られ、且つ上記の第２比較処理において上記の比較結果が得られた場合には、異常の原因が上記（１），（２）の双方であると特定する。

電源制御部１４は、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と異常判定部１３で判定された場合に、光源部１１への電源供給を停止させる制御を行う。具体的に、電源制御部１４は、異常が生じたと異常判定部１３で判定された場合には、電源部ＰＳに対して電源供給停止信号Ｓ１を出力することで、光源部１１への電源供給を停止させる。このような制御を行うのは、過熱状態になったＦＥＴ２１の故障を防止するためである。尚、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と異常判定部１３で判定された場合に、電源制御部１４が、駆動部１２のＦＥＴ駆動回路２３に対して制御信号を出力し、光源部１１に電流が流れないようにＦＥＴ２１を制御するようにしても良い。

次に、上記構成における光源装置１の動作について簡単に説明する。ＦＥＴ駆動回路２３によるＦＥＴ２１の駆動が開始されると、電源部ＰＳから電源線ＰＬに供給された電流が、光源部１１、ＦＥＴ２１、及びシャント抵抗２２を順に流れた後にグランドＧに流れ込む。駆動部１２では、光源部１１に流れる電流が所望の値となるように、ＦＥＴ２１がＦＥＴ駆動回路２３によって駆動される。

ＦＥＴ２１が駆動されている間、ＦＥＴ２１に流れる電流がシャント抵抗２２で検出され、ＦＥＴ２１で生ずる電圧降下が電圧検出器２４検出される。シャント抵抗２２の検出結果を示す検出信号Ｄ１及び電圧検出器２４の検出結果を示す検出信号Ｄ２は、異常判定部１３に出力される。すると、異常判定部１３では、検出信号Ｄ１，Ｄ２を用いてＦＥＴ２１の発熱量が求められ、この発熱量に応じた温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度が、図４に示すテーブルＴＢから読み出される。

続いて、異常判定部１３では、テーブルＴＢから読み出された温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度と、温度測定部２５から出力される測定信号Ｄ３（温度センサ２５ａ，２５ｂの各々で実際に測定される温度を示す信号）とが比較される。そして、異常が生じたか否かが判定されるとともに、過熱状態の原因が特定される。具体的には、前述した第１，第２比較処理が異常判定部１３で行われて、異常が生じたか否かが判定されるとともに、過熱状態の原因が特定される。

ＦＥＴ２１が過熱状態になる原因（前述した（１），（２）に示す原因）が生じていない正常な状態では、前述した第１比較処理が行われると、温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度の差と温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定された温度の差とが一致する（或いは、予め規定された範囲内に収まっている）という比較結果が得られる。また、前述した第２比較処理が行われると、温度センサ２５ａの基準温度と温度センサ２５ａで実際に測定された温度が一致し（或いは、予め規定された範囲内に収まり）、且つ、温度センサ２５ｂの基準温度と温度センサ２５ｂで実際に測定された温度が一致する（或いは、予め規定された範囲内に収まる）という比較結果が得られる。これにより、異常判定部１３では、ＦＥＴ２１が過熱状態になっていない（異常が生じていない）と判定される。

これに対し、ＦＥＴ２１が過熱状態になる前述した（１）に示す原因が生じたときには、前述した第１比較処理によって、温度センサ２５ａ，２５ｂの基準温度の差と温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定された温度の差とが一致しない（或いは、予め規定された範囲内に収まらない）という比較結果が得られる。これにより、異常判定部１３では、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と判定され、その原因が前述した（１）に示す原因であると特定される。すると、電源制御部１４から電源部ＰＳに対して電源供給停止信号Ｓ１が出力されて電源部ＰＳから電源線ＰＬへの電源供給が停止され、これによりＦＥＴ２１の動作が停止される。

他方、ＦＥＴ２１が過熱状態になる前述した（２）に示す原因が生じたときには、前述した第２比較処理によって、温度センサ２５ａの基準温度と温度センサ２５ａで実際に測定された温度が一致せず（或いは、予め規定された範囲内に収まらず）、且つ、温度センサ２５ｂの基準温度と温度センサ２５ｂで実際に測定された温度が一致しない（或いは、予め規定された範囲内に収まらない）という比較結果が得られる。これにより、異常判定部１３では、ＦＥＴ２１が過熱状態になった（異常が生じた）と判定され、その原因が前述した（２）に示す原因であると特定される。すると、電源制御部１４から電源部ＰＳに対して電源供給停止信号Ｓ１が出力されて電源部ＰＳから電源線ＰＬへの電源供給が停止され、これによりＦＥＴ２１の駆動が停止される。

このようにして、異常判定部１３では、ＦＥＴ２１が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）が判定され、過熱状態の原因が特定される。また、異常が生じたと判定されると、その旨を示す信号が異常判定部１３から電源制御部１４に出力される。すると、電源制御部１４から電源部ＰＳに対して電源供給停止信号Ｓ１が出力され、電源部ＰＳから電源線ＰＬへの電源供給が停止される。これにより、光源部１１への電源供給が停止されてＦＥＴ２１の駆動が停止され、過熱状態になったＦＥＴ２１の故障が防止される。

以上の通り、本実施形態では、ＦＥＴ２１の温度を測定する温度センサ２５ａと、ＦＥＴ２１が取り付けられたヒートシンク３１の温度を測定する温度センサ２５ｂとを設け、ＦＥＴ２１の発熱量に応じて温度センサ２５ａ，２５ｂの各々で測定されるべき基準温度と、温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定される温度とを比較して異常を判定するようにしている。このため、過熱状態になったか否かを判定できるだけではなく、過熱状態になった場合の原因を特定することが可能である。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による光源装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図５においては、図１に示すブロックに相当するブロックには同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態の光源装置２は、光源部１１及び駆動部１２を有し、電源線ＰＬとグランドＧとの間に並列接続された複数の回路Ｃ１〜Ｃ３を備える。このような光源装置２は、光量を増大して高出力化を図ったものである。尚、図５に示す光源装置２は、電源線ＰＬとグランドＧとの間に３つの回路Ｃ１〜Ｃ３を備えているが、電源線ＰＬとグランドＧとの間に設けられる回路の数は必要となる光量に応じて設定される。

図５に示す回路Ｃ１〜Ｃ３の各々に設けられた駆動部１２からは、シャント抵抗２２、電圧検出器２４、及び温度測定部２５（図５では何れも図示省略）の各々から出力される検出信号Ｄ１、検出信号Ｄ２、及び測定信号Ｄ３がそれぞれ出力される。これら検出信号Ｄ１、検出信号Ｄ２、及び測定信号Ｄ３は、異常判定部１３に入力される。

異常判定部１３は、これら検出信号Ｄ１、検出信号Ｄ２、及び測定信号Ｄ３を用いて回路Ｃ１〜Ｃ３の各々について、ＦＥＴ２１が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）を個別に判定し、その原因を特定する。尚、回路Ｃ１〜Ｃ３の各々について、ＦＥＴ２１が過熱状態になったか否か（異常が生じたか否か）の判定方法、及びその原因の特定方法は、第１実施形態と同様である。

回路Ｃ１〜Ｃ３の何れかで過熱状態になった（異常が生じた）と判定された場合には、その旨を示す信号が、異常判定部１３から電源制御部１４に出力される。これにより、電源制御部１４から電源部ＰＳに対して電源供給停止信号Ｓ１が出力されて、電源部ＰＳから電源線ＰＬへの電源供給が停止される。すると、光源装置２に設けられた回路Ｃ１〜Ｃ３に設けられた全ての光源部１１への電源供給が停止され、光源装置２からの発光が停止される。

尚、回路Ｃ１〜Ｃ３の何れかで過熱状態になった（異常が生じた）と判定された場合には、その判定がされた回路に設けられているＦＥＴ２１の駆動のみを停止させるように制御しても良い。このような制御を行うことで、過熱状態になった（異常が生じた）と判定された回路のみを停止させ（発光を停止させ）、残りの回路の動作を継続させる（発光を継続させる）ことができる。

以上の通り、本実施形態では、複数設けられた駆動部１２の各々に、ＦＥＴ２１の温度を測定する温度センサ２５ａとヒートシンク３１の温度を測定する温度センサ２５ｂとを設け、ＦＥＴ２１の発熱量に応じて温度センサ２５ａ，２５ｂの各々で測定されるべき基準温度と、温度センサ２５ａ，２５ｂで実際に測定される温度とを比較して異常を判定するようにしている。このため、何れの駆動部１２で過熱状態になったか否かを判定することができるとともに、過熱状態になった場合の原因を特定することが可能である。

〔ファイバレーザ装置〕
図６は、本発明の実施形態による光源装置を備えるファイバレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。図６に示す通り、ファイバレーザ装置ＦＬは、増幅媒体として機能する光ファイバＦ１、伝送媒体として機能する光ファイバＦ２、光源装置６１、光パワーモニタ装置６２、及び制御装置６３を備えており、制御装置６３の制御の下で光ファイバＦ２の出力端Ｘから出力光Ｌ１を出力する。

増幅媒体として機能する光ファイバＦ１は、活性元素が添加されたコアと、コアを取り囲むクラッドとを備えるシングルクラッドファイバである。この光ファイバＦ１は、光源装置６１から供給される励起光によって励起された活性元素により、光ファイバＦ１のコアを伝播する光を増幅するものである。この光ファイバＦ１には、コアの屈折率を周期的に変化させたファイバブラッググレーティングＧ１，Ｇ２が形成されている。このため、光ファイバＦ１のコアを伝播する光は、これら２つのファイバブラッググレーティングＧ１，Ｇ２による反射が繰り返されつつ増幅される。

伝送媒体として機能する光ファイバＦ２は、コアと、コアを取り囲むクラッドとを備えるシングルクラッドファイバである。尚、光ファイバＦ２のコアは、光ファイバＦ１のコアのように活性元素は添加されていない。この光ファイバＦ２は、一端が出力光Ｌ１の出力端Ｘとされており、他端が光パワーモニタ装置６２内において光ファイバＦ１と融着接続されている。

光源装置６１は、図１に示す第１実施形態の光源装置１、或いは図５に示す第２実施形態の光源装置２であり、制御装置６３の制御の下で光ファイバＦ１に対して励起光を供給する。光パワーモニタ装置６２は、光ファイバＦ２の出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワー、及び出力端Ｘを介して入力される反射光Ｌ２（例えば、ワークの加工中にワークの加工面で生じた反射光のうち、出力端Ｘを介して入力される反射光）のパワーをモニタする。

制御装置６３は、光パワーモニタ装置６２でモニタされる出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーを参照しつつ、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワーが一定となるように光源装置６１を制御する。また、制御装置６３は、光パワーモニタ装置６２でモニタされる反射光Ｌ２のパワーが、予め規定された閾値を超えた場合には、ファイバレーザ装置ＦＬを保護するために、光源装置６１の発光を停止させる制御を行う。

このようなファイバレーザ装置ＦＬにおいて、光源装置６１では、駆動部１２（図１，図５参照）から出力される検出信号Ｄ１，Ｄ２及び測定信号Ｄ３を用いてＦＥＴ２１が過熱状態になったか否かが判定される。過熱状態になったかと判定された場合には、例えば光源装置６１に設けられた光源部１１への電源供給が停止されて光源装置６１の発光が停止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、ＦＥＴ２１が過熱状態になったと判定されて、その原因が特定された場合に、その原因を表示する表示器（例えば、ランプ）等を設けても良い。これにより、表示器の表示内容を参照するだけで、ＦＥＴ２１が過熱状態になった原因が、ヒートシンク３１に対するＦＥＴ２１の取り付け不良による熱抵抗の増加によるものなのか、或いはファン４０や水冷ユニット５０の不良によるヒートシンク３１の冷却能力の低下によるものなのかを知ることができる。

また、光源部１１の実装形態は、１つの発光素子Ｌのみを備える発光モジュール（シングルチップの発光モジュール）が複数直列に接続されてなる形態であっても良く、複数の発光素子Ｌが１つのパッケージ内に収められたマルチチップの発光モジュールを備える形態であっても良い。つまり、光源部１１の実装形態は、特定の形態に制限されることはなく、任意の形態とすることができる。また、光源装置１，２は、ファイバレーザ装置ＦＬ以外に、各種照明装置に適用することが可能である。

１，２…光源装置、１３…異常判定部、１４…電源制御部、２１…ＦＥＴ、２２…シャント抵抗、２４…電圧検出器、２５ａ…温度センサ、２５ｂ…温度センサ、３１…ヒートシンク、４０…ファン、５０…水冷ユニット、Ｌ…発光素子、ＴＢ…テーブル

Claims (8)

1. 少なくとも１つの発光素子と、ヒートシンクに取り付けられていて前記発光素子に流れる電流を制御する電流制御素子とを備える光源装置において、
   前記電流制御素子の温度を測定する第１温度センサと、
   前記ヒートシンクの温度を測定する第２温度センサと、
   前記電流制御素子の発熱量に応じて前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で実際に測定される温度とを比較して異常を判定する異常判定部と
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記異常判定部は、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度の差と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で実際に測定される温度の差とを比較して、前記ヒートシンクに対する前記電流制御素子の取り付け不良の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記異常判定部は、前記第１温度センサで測定されるべき基準温度と前記第１温度センサで実際に測定される温度とを比較するとともに、前記第２温度センサで測定されるべき基準温度と前記第２温度センサで実際に測定される温度とを比較して、前記ヒートシンクの冷却能力の低下の有無を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
4. 前記異常判定部は、前記電流制御素子の発熱量と、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの各々で測定されるべき基準温度とが対応付けられたテーブルを備えており、前記電流制御素子の発熱量に応じた前記基準温度を前記テーブルから読み出すことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記電流制御素子の電圧降下を検出する電圧検出器と、
   前記電流制御素子に流れる電流を検出する電流検出器とを備えており、
   前記異常判定部は、前記電圧検出器及び前記電流検出器の検出結果を用いて前記電流制御素子の発熱量を求める
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光源装置。
6. 前記ヒートシンクを空冷する空冷機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記ヒートシンクを水冷する水冷機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光源装置。
8. 前記異常判定部によって異常が判定された場合に、前記発光素子への電源供給を停止させ、或いは前記発光素子に電流が流れないように前記電流制御素子を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光源装置。

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