JP2007088066A - Laser light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ通信、レーザ計測・制御、レーザ加工などに用いられるレーザ光源装置に関し、詳しくは、雰囲気中に浮遊する微粒子や汚染ガスの付着を防止したレーザ光源装置に関する。 The present invention relates to a laser light source device used for laser communication, laser measurement / control, laser processing, and the like, and more particularly, to a laser light source device that prevents adhesion of fine particles and contaminant gas floating in an atmosphere.
図6は従来のレーザ光源装置を示しており、101は半導体レーザチップ、102はヒートシンク、103は保護窓、105はケースで、108はゲッタリングヒータである。106はステム、107はキャップであり、両者でケース105が構成されている(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 6 shows a conventional laser light source device, wherein 101 is a semiconductor laser chip, 102 is a heat sink, 103 is a protective window, 105 is a case, and 108 is a gettering heater.
この従来のレーザ光源装置は、半導体レーザチップ101を、ケース107内部に密封した後、ゲッタリングヒータ108に電流を通電してケース105内の汚染ガスを除去するように構成されている。
This conventional laser light source device is configured to remove the pollutant gas in the
図7は別の従来のレーザ光源装置である(例えば、特許文献2参照)。図7において、201はレーザ光源、203は保護窓、204は集光レンズ、205はケースで、図7には示していないが、このほかにレーザ光源201を駆動制御するコントローラや外部の電源装置に接続されているワイヤハーネス等がある。206は吸気口、207は排気口、208は清浄媒体供給源、209は被加工物である。
FIG. 7 shows another conventional laser light source device (see, for example, Patent Document 2). In FIG. 7,
レーザ光源201は、ケース205内に浮遊する微粒子や汚染ガスの付着により損失が増して、出力低下をきたしたり、最悪の場合は破損する恐れがあるため、ケース205及び保護窓203により外部から遮断されている。このレーザ光源201が収納されているケース205内部に清浄媒体供給源208からの清浄媒体を吸気口206を介して導入し、排気口207から排出することにより、ケース205内部は清浄な雰囲気となり、レーザ光源201の出力低下や破損を防止することができる。
しかし、図6に示されるレーザ光源装置では、レーザチップ101をケース107に封止した後ゲッタリングヒータ108で汚染ガス等を除去するので、その後に経時的に発生する汚染ガスがレーザチップ101や保護窓103に付着する。すなわち、ケース107内部の金属部品からも洗浄しきれずに残った0.1μm以下の微粒子等がガス化してケース107内を対流するので、時間の経過と共にレーザチップ101の端面や保護窓103に付着するという課題を有していた。
However, in the laser light source device shown in FIG. 6, since the contaminated gas is removed by the gettering
また、図7に示される従来のレーザ光源装置では、経時的に発生する汚染ガスも除去されるが、ガスボンベやエアコンプレッサーなどの清浄媒体供給源208を必要とし、装置が複雑で、ランニングコストが高くなるという課題を有していた。
In addition, the conventional laser light source device shown in FIG. 7 also removes polluted gas generated over time, but requires a clean
本発明は、これら課題を解決するレーザ光源装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the laser light source device which solves these subjects.
本発明のレーザ光源装置は、上記課題を解決するために、吸気口及び排気口が形成されたケースと、該ケース内に収納されるレーザ光源と、を有し、前記吸気口は前記レーザ光源の下側の位置に形成され、前記排気口は前記レーザ光源の上側に形成されているようにしたものである。 In order to solve the above problems, a laser light source device of the present invention has a case in which an air inlet and an air outlet are formed, and a laser light source accommodated in the case, and the air inlet has the laser light source. The exhaust port is formed at the upper side of the laser light source.
ケース内の空気は、レーザ光源の発熱により加熱されレーザ光源の下方から上方に上昇し、上昇した空気は上方で冷やされ下降する(自然対流が発生する)。すると、所謂、煙突効果によりレーザ光源の下側に位置する吸気口から外気を吸入し、同時にレーザ光源の上側に位置する排気口から内気を排気し、ケース内の微粒子や経時的に発生する汚染ガスを外に排出する。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレーザ光源や保護窓に付着する量を低減することができる。 The air in the case is heated by the heat generated by the laser light source and rises upward from below the laser light source, and the raised air is cooled and lowered (natural convection occurs). Then, due to the so-called chimney effect, outside air is sucked from the intake port located below the laser light source, and at the same time, the inside air is exhausted from the exhaust port located above the laser light source. Exhaust gas outside. Moreover, since the circulation speed of natural convection becomes slow due to the chimney effect, the amount of fine particles and contaminated gas adhering to the laser light source and the protective window can be reduced.
また、吸気口と排気口にフィルタを設けることもできる。外から微粒子や汚染ガス等がケース内に入ることを防止することができる。 Moreover, a filter can also be provided in an inlet port and an exhaust port. It is possible to prevent fine particles or polluted gas from entering the case from the outside.
また、吸気口をケースの下側に位置する下側壁面に設けることもできる。一番下側から吸気するので、ケース内の底の方に存在する微粒子や汚染ガスを確実に排出できる。 Further, the intake port can be provided on the lower side wall surface located on the lower side of the case. Since air is sucked from the bottom, particulates and polluted gases that are present at the bottom of the case can be reliably discharged.
また、排気口をケースの上側に位置する上側壁面に設けることもできる。一番上側から排気するので、微粒子や汚染ガスを効率的に排出できる。 Moreover, an exhaust port can also be provided in the upper wall surface located above a case. Since exhaust is performed from the top, particulates and polluted gases can be efficiently discharged.
また、吸気口をケースの測方に位置する測方壁面に設けることもできる。下側壁面を浮かせて使用する必要がなくなる(足を設ける必要がない)。 Further, the intake port can be provided on a measuring wall surface located in the case measuring method. There is no need to use the bottom wall surface floating (no need to provide feet).
また、排気口をケースの測方に位置する測方壁面に設けることもできる。排気口を目立たなくすることができる。 Moreover, an exhaust port can also be provided in the measurement wall surface located in the measurement of a case. The exhaust port can be made inconspicuous.
また、排気口が設けられているケースの壁面を高熱伝導部材とすることもできる。排気口の近傍温度が空気流の温度より低くなるため、微粒子や汚染ガス等が排気口近傍に触れたとき付着しやすくなり、ケース内の微粒子等の濃度を低下させることができる。 Moreover, the wall surface of the case provided with the exhaust port can be used as a high heat conduction member. Since the temperature in the vicinity of the exhaust port is lower than the temperature of the air flow, fine particles, polluted gas, and the like are likely to adhere when touching the vicinity of the exhaust port, and the concentration of the fine particles in the case can be reduced.
本発明のレーザ光源装置によれば、発熱するレーザ光源の下側に吸気口を、上側に排気口を備えているので、所謂、煙突効果によりレーザ光源の下側に位置する吸気口から外気を吸入し、同時にレーザ光源の上側に位置する排気口から内気を排気し、ケース内の微粒子や径時的に発生する汚染ガス等を外に排出することができる。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレーザ光源や保護窓に付着する量を低減することができる。 According to the laser light source device of the present invention, the intake port is provided on the lower side of the laser light source that generates heat, and the exhaust port is provided on the upper side. Therefore, outside air is drawn from the intake port located on the lower side of the laser light source due to the so-called chimney effect. It is possible to inhale and exhaust the inside air from the exhaust port located above the laser light source at the same time, and to discharge the fine particles in the case, the polluted gas generated with time, etc. to the outside. Moreover, since the circulation speed of natural convection becomes slow due to the chimney effect, the amount of fine particles and contaminated gas adhering to the laser light source and the protective window can be reduced.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1のレーザ光源装置の構成図である。図1において、1はケース、2はレーザ光源で、図には示していないが、このほかにレーザ光源2とコントローラを結ぶワイヤハーネスがある。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser light source device according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 is a case, and 2 is a laser light source. Although not shown in the figure, there is a wire harness connecting the
ケース1は、例えばアルミで作られた箱型(6面体)形状をしており、上面板(上側壁面)11a、下面板(下側壁面)11a’、左右の側面板(測方壁面)12a、12a’、手前の側面板(測方壁面)13a、13aと対向する図示しない側面板(測方壁面)13a’からなる。下面板11a’のレーザ光源2が取り付けられている付近には吸気口15が、上面板11aのレーザ光源2の真上付近には排気口16が形成されている。下面板11a’には、さらに脚部5が取り付けられており、レーザ光源装置を例えば机上においても、吸気口15が塞がれないようになっている。側面板12aにはレーザビーム出射穴14が形成されており、その出射穴14には例えばガラス製の保護窓4が取り付けられている。
The case 1 has a box shape (hexahedron) shape made of, for example, aluminum, and includes an upper surface plate (upper wall surface) 11a, a lower surface plate (lower wall surface) 11a ', and left and right side plates (measurement wall surface) 12a. , 12a ′, and a front side plate (measurement wall surface) 13a, 13a ′ (not shown) facing the front side plate (measurement wall surface) 13a, 13a. An
レーザ光源2は、例えば、半導体レーザ21と、レーザビームをコリメートするレンズ22と、ヒートシンク23と、を備え、ケース1の下面板11a’に固定されている。
The
吸気口15、排気口16は、例えば断面円形穴で、その穴径は、例えば、1mmである。なお、吸気口15、排気口16は、円形穴に限定されることなく、矩形穴、三角穴、等でもよい。
The
吸気口15は、ヒートシンク23と紙面前後方向にずれた位置に設けられており、吸気口15が温度の高くなるレーザ光源2の近くにあるため、温度差による上昇気流により微粒子や汚染ガス等を効率よく排出することができる。
The
脚部5に、例えばゴム材を使用することができる。
For the
以上のように構成されたレーザ光源装置についてその動作を以下に説明する。 The operation of the laser light source device configured as described above will be described below.
図示しないコントローラからの電気入力により、レーザ光源2が動作しレーザビーム6が出射される。レーザ光源2に電気入力が入力されると、レーザ光源2は、発熱する。すると、レーザ光源2周辺の空気は暖められ、上昇気流となり、上方に上昇する。上昇気流の一部は、排気流7bとなって排気口16から外に排気される。残りは、周辺空気や上面板11aに触れ、冷やされて下降気流となり下方に下降し、自然対流7となる。排気口16から排気流7bが出ていくと、ケース1内は負圧になるため、吸気口15から外気7aが吸気される。すなわち、一種の煙突効果により、吸気口7aから外気が吸入され排気口7bから内気が排気される。ケース1内の微粒子や汚染ガス等は、自然対流7で上方に運ばれ、一部は排気流7bと共にケース1外に排出され、一部は上面板11aに付着する。その結果、ケース1内の微粒子や汚染ガスの濃度が下がり、レンズ22や保護窓4への付着が防止される。また、煙突効果により自然対流の循環速度が遅くなるため、微粒子や汚染ガスがレンズ22や保護窓4に付着する量を低減することができる。
The
上面板11aが、例えばアルミ製の場合、熱伝導率が高いため、温度の高い自然対流が触れても温度上昇が抑えれ、接触した微粒子や汚染ガスは冷やされて効率よく付着される。
When the
レーザ光源装置を動作しないときでも、吸気口15や排気口16を通して微粒子等が外部から浸入する恐れがあるが、外部から浸入する微粒子は付着性が弱く、レンズ22や保護窓4等の光学部品に付着することがほとんどない。光学部品に付着するのは、ケース1内部の構成部材に使用されている接着剤等から出るシロキサン等の付着性の強い物質が主であり、本実施形態のレーザ光源装置ではこれら付着性の強い物質を上記のようにケース1外に排出することができる。
Even when the laser light source device is not operated, there is a risk that fine particles and the like may enter from the outside through the
また、吸気口15、排気口16にフィルタを装着すれば、動作時の外部からケース1内への微粒子等の浸入を防ぐことができる。
Further, if filters are attached to the
本実施形態のレーザ光源装置では、吸気口と排気口を下面板と上面板にそれぞれ1個づつ設けたが、6面全面に約φ1mmの穴を少なくとも1個づつ設けるようにしてもよい。このようにすることで、携帯型、例えばレーザポインタのようなレーザ光源装置のように、上下関係が変化する場合でも常に何れかの面に取り付けられた穴が吸気口、排気口として機能し、動作中に微粒子や汚染ガス等を外に排出することができる。 In the laser light source device of the present embodiment, one intake port and one exhaust port are provided on the lower surface plate and the upper surface plate, respectively, but at least one hole of about φ1 mm may be provided on the entire six surfaces. By doing in this way, the holes attached to either surface always function as an inlet and an outlet, even when the vertical relationship changes, as in a portable type, for example, a laser light source device such as a laser pointer, During operation, fine particles and polluted gases can be discharged outside.
(実施形態2)
図2は、実施形態2のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態1のレーザ光源装置の側面板12aを上面板11aに、側面板12a’を下面板11a’に、下面板11a’を側面板12aに、上面板11aを側面板12a’にしたものである。下面板11a’のレーザ光源2の下方に位置するところには、例えば穴径が1.4mmの吸気口15が、上面板11aのレーザ光源2の真上付近には穴径が例えば1mmの排気口16が2個形成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the laser light source device of the second embodiment. In the laser light source device of the present embodiment, the
排気口16が、レーザビーム6が出射する穴14が形成された上面板11aに形成されているので、図2に示すように、レーザビーム6が上向きに出射するようにレーザ光源装置を配置して使用する場合でも、自然対流と煙突効果でケース1内の微粒子や汚染ガス等をケース1外に排出することができる。
Since the
また、排気口16が2個あるため、実施形態1のレーザ光源装置より微粒子や汚染ガスを効率よく排出することができる。
Further, since there are two
また、本実施形態では、吸気口15の穴径を1.4mmと、排気口16の穴径1mmより大きくしたので、排気口16が2個に対して吸気口15を1個にすることができる。
In this embodiment, since the hole diameter of the
(実施形態3)
図3は、実施形態3のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態1のレーザ光源装置において、吸気口15を側面板12a、12a’の下端部に、排気口16を上端部に形成し、脚部5を除去した以外は実施形態1と同じである。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram of the laser light source device of the third embodiment. The laser light source device of the present embodiment is the same as the laser light source device of the first embodiment except that the
レーザビーム出射穴14の下部に吸気口15があるので、吸気流7aにより保護窓4へ向かう気流が阻害され、微粒子や汚染ガスの保護窓4への付着をさらに少なくすることができる。また、下面板11a’に吸気口がないので、脚部をなくすことができる。
Since the
(実施形態4)
図4は、実施形態4のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態1のレーザ光源装置における吸気口と排気口を複数にしたものである。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a configuration diagram of the laser light source device of the fourth embodiment. The laser light source device of the present embodiment has a plurality of intake ports and exhaust ports in the laser light source device of the first embodiment.
煙突効果が大になり、ケース内の微粒子濃度や汚染ガス濃度が下がるのでレンズ22や保護窓4への付着をますます減らすことができる。
Since the chimney effect is increased and the concentration of fine particles and pollutant gas in the case is lowered, adhesion to the
(実施形態5)
図5は、実施形態5のレーザ光源装置の構成図である。本実施形態のレーザ光源装置は、実施形態3のように側面板に吸気口と排気口を設けると共に、実施形態4のように下面板に複数の吸気口、上面板に複数の排気口を設けたものである。吸気口は、下面板11a’に形成された3個の穴15aと、側面板12a、12a’の下端部に形成された2個の穴15bとからなり、排気口は、上面板11aに形成された3個の穴16aと、側面板12a、12a’の上端部に形成された2個の穴16bとからなる。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a configuration diagram of the laser light source device of the fifth embodiment. The laser light source device of this embodiment is provided with an air inlet and an air outlet on the side plate as in the third embodiment, and a plurality of air inlets on the lower surface plate and a plurality of air outlets on the upper surface plate as in the fourth embodiment. It is a thing. The intake port is composed of three
煙突効果がさらに大になり、ケース内の微粒子濃度や汚染ガス濃度が下がるのでレンズ22や保護窓4への付着をますます減らすことができる。
The chimney effect is further increased and the concentration of fine particles and pollutant gas in the case is lowered, so that adhesion to the
(比較例1)
比較例1のレーザ光源装置は、図1に示す実施形態1のレーザ光源装置において、吸気口15と排気口16をなくしたものである。
(Comparative Example 1)
The laser light source device of Comparative Example 1 is obtained by eliminating the
ケース1は、厚さ1.5mmのアルミ板で作られた箱型(6面体)形状をしており、内容積は縦20mm×横120mm×奥行き70mmである。 The case 1 has a box shape (hexahedral shape) made of an aluminum plate having a thickness of 1.5 mm, and the internal volume is 20 mm long × 120 mm wide × 70 mm deep.
半導体レーザ21は、出力0.5Wである。
The
なお、側面板13aには、系を乱さないように設計された図示しない観測窓が付いている。さらに、ケース1内にはトレーサとしての煙が混入されている。
The
以上のレーザ光源装置を動作させた結果について以下に記す。 The results of operating the above laser light source device will be described below.
レーザ光源2を動作させ温度が平衡状態になった後、観測窓からレーザ光源2の表面温度とケース1内の空気温度を放射温度計で測定したところ、温度差が約100℃であった。また、観測窓からケース1内の煙の動きをビデオカメラで撮影して解析した結果、レーザ光源2付近の煙が対流して元に戻るまでの時間が2秒であった。連続100時間動作後にレンズ22を観察したところ、表面に微粒子や汚染ガスの付着と見られる曇りが観測された。
After the
(実施例1)
実施例1のレーザ光源装置は、図1に示す実施形態1のレーザ光源装置である。
Example 1
The laser light source device of Example 1 is the laser light source device of Embodiment 1 shown in FIG.
ケース1は比較例1と同じで、厚さ1.5mmのアルミ板で作られた箱型(6面体)形状をしており、内容積は縦20mm×横120mm×奥行き70mmである。 Case 1 is the same as Comparative Example 1, has a box shape (hexahedral shape) made of an aluminum plate having a thickness of 1.5 mm, and has an internal volume of 20 mm long × 120 mm wide × 70 mm deep.
吸気口15と排気口16は、断面円形で、その穴径は共に1mmである。
The
半導体レーザ21も比較例1と同じで、出力0.5Wである。
The
なお、側面板13aには、比較例1と同じように、系を乱さないように設計された図示しない観測窓が付いている。さらに、ケース1内にはトレーサとしての煙が混入されている。
The
以上のレーザ光源装置を動作させた結果について以下に記す。 The results of operating the above laser light source device will be described below.
レーザ光源2を動作させ温度が平衡状態になった後、観測窓からレーザ光源2の表面温度とケース1内の空気温度を放射温度計で測定したところ、温度差が約100℃であった。また、観測窓からケース1内の煙の動きをビデオカメラで撮影して解析した結果、レーザ光源2付近の煙が対流して元に戻るまでの時間が10〜20秒であった。連続100時間動作後にレンズ22を観察したところ、表面に微粒子や汚染ガスの付着と見られる曇りが観測されなかった。
After the
曇りが観測されなかったのは、比較例1に比べ、吸気口と排気口による煙突効果で排気口から微粒子や汚染ガスや煙等が排気口から排出されて、ケース内の濃度が減少し、且つ、煙突効果で自然対流が減速され汚染ガス等がレンズに接触する回数が減ることによるものと考えられる。 Cloudiness was not observed compared to Comparative Example 1, because the chimney effect by the intake and exhaust ports caused particulates, polluted gas, smoke, etc. to be discharged from the exhaust ports, and the concentration in the case decreased. In addition, it is considered that the natural convection is decelerated by the chimney effect and the number of times that the pollutant gas contacts the lens is reduced.
なお、実施形態では、ケースの材料として高熱伝導部材のアルミ板を使用したが、アルミニウムに限らず、銅、炭素など高熱伝導部材を使用してもよい。高熱伝導材料の熱伝導率としては、常温で100W/(m・K)以上であることが好ましく、200W/(m・K)以上であることが、より好ましい。 In the embodiment, the aluminum plate of the high heat conductive member is used as the material of the case. However, the case is not limited to aluminum, and a high heat conductive member such as copper or carbon may be used. The thermal conductivity of the high thermal conductivity material is preferably 100 W / (m · K) or more at room temperature, and more preferably 200 W / (m · K) or more.
また、吸気口を下側壁面に設け、排気口を上側壁面に設けた実施形態、吸気口も排気口も測方壁面に設けた実施形態を示したが、吸気口を下側壁面に設け、排気口を測方壁面に設けても、吸気口を測方壁面に設け、排気口を上側壁面に設けてもよい。あるいは、吸気口を下側壁面と測方壁面に設けてもよく、また、排気口を上側壁面と測方壁面に設けてもよい。実施形態5は、この実施形態とも言える。
In addition, the embodiment in which the intake port is provided on the lower wall surface and the exhaust port is provided on the upper wall surface, the embodiment in which the intake port and the exhaust port are provided on the measuring wall surface, the intake port is provided on the lower wall surface, The exhaust port may be provided on the measuring wall surface, the intake port may be provided on the measuring wall surface, and the exhaust port may be provided on the upper wall surface. Alternatively, the intake port may be provided on the lower wall surface and the measuring wall surface, and the exhaust port may be provided on the upper wall surface and the measuring wall surface.
さらに、実施形態では、直方体のケースを使用しているが、特に限定されない。この場合でも、吸気口をレーザ光源の下側に設け、排気口をレーザ光源の上側に設ければ、実施形態と同様の作用・効果を奏する。 Furthermore, in the embodiment, a rectangular parallelepiped case is used, but it is not particularly limited. Even in this case, if the intake port is provided on the lower side of the laser light source and the exhaust port is provided on the upper side of the laser light source, the same operations and effects as in the embodiment can be obtained.
1・・・・・・・・・・・・・・・・ケース
2・・・・・・・・・・・・・・・・レーザ光源
11a・・・・・・・・・・・・・・上面板(上側壁面)
11a’・・・・・・・・・・・・・下面板(下側壁面)
12a12a’13a13a’・・・側面板(測方壁面)
15、15a、15b・・・・・・・吸気口
16、16a、16b・・・・・・・排気口
1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
11a '..... Bottom plate (lower wall surface)
12a12a'13a13a '... side plate (measurement wall surface)
15, 15a, 15b ...
Claims (7)
該ケース内に収納されるレーザ光源と、を有し、
前記吸気口は前記レーザ光源の下側の位置に形成され、前記排気口は前記レーザ光源の上側に形成されていることを特徴とするレーザ光源装置。 A case in which an inlet and an exhaust port are formed;
A laser light source housed in the case,
The laser light source device according to claim 1, wherein the air inlet is formed at a position below the laser light source, and the air outlet is formed above the laser light source.
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