JP4330250B2

JP4330250B2 - Laser heating apparatus and laser heating method

Info

Publication number: JP4330250B2
Application number: JP2000182930A
Authority: JP
Inventors: 努櫻井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP2002009388A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードより射出したレーザ光を集光し、当該集光したレーザ光により半田付けや溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置、及び、レーザ加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザダイオード（以下、ＬＤと表す）より射出したレーザ光を集光し、当該集光したレーザ光により半田付けや溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置が知られている。図９は、従来のレーザ加熱装置５００の構成を示す図である。レーザ加熱装置５００は、複数のＬＤを積み重ねてなるＬＤモジュール５０１、ＬＤモジュール５０１に電力を供給する電源５０２、ＬＤモジュール５０１の備える複数のＬＤが射出するレーザ光を視準化するコリメートレンズ５０３、及び、視準化されたレーザ光を集光する集光レンズ５０４で構成される。集光レンズ５０４で集光されたレーザ光は、合焦点に置かれる被加熱物５０５を加熱する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属、セラミック及びガラスを溶かして封止やろう付け、溶接等を行うには、数百Ｗ〜数ＫＷの高出力のレーザ加熱装置が必要となる。
【０００４】
ＬＤは、一般的にサージに対して弱い。高出力のレーザ加熱装置では発生するサージも大きくなるため、常時ＬＤをサージから保護しつつ、安定してレーザ光の光量を制御することが要求される。
【０００５】
一般的なＬＤの発光効率は約４０％であり、例えば、約４００Ｗの出力を得るには、１ＫＷ程度の電源が必要になる。サージの発生しない安定した出力の電源としてはドロッパ電源が挙げられる。しかし、ドロッパ電源は、出力効率が５０％以下と悪く、１ＫＷの電力を出力するには２ＫＷ級の大きなサイズのものを用いることが必要になり好ましくない。
【０００６】
上記の他、ＬＤは、配線の不良によるチャッタリングによって発生するサージにより壊れることもある。また、組立時に誤って逆極性に接続された場合には、僅か数１０ｍＡの電流が流れただけで壊れてしまう。
【０００７】
また、ＬＤは、通常のＩＣに比べて約１００倍以上も静電気に弱い。例えば、レーザ加熱装置の組立中に手が触れて静電気が印加されることにより壊れることがある。
【０００８】
また、高出力のレーザ加熱装置において、安定したレーザ出力を得るため、ＬＤを効率良く冷却できる水冷式の冷却機構を採用した場合、純度が低下して導電率が高くなった冷却水を介してアース電流がＬＤに流れ込み、ＬＤを壊すことがある。
【０００９】
上記サージや静電気からＬＤモジュールの備えるＬＤを保護するため、ツェナーダイオード等を用いる保護回路を採用することが考えられる。しかし、高出力のレーザ加熱装置にこれらの保護回路を適用した場合、回路内のコンデンサ成分が大きくなり、静電気やサージ電流が流れたときの応答性が悪くなってしまう。一方、ＬＤモジュールの応答性は、数ナノ秒と極めて早いため、上記のような保護回路では、静電気やサージからＬＤモジュールを効果的に保護することはできない。
【００１０】
また、ＬＤは、所定のしきい電流値以下では発光せず、実際にＬＤモジュールに供給している電流値をフィードバックしても、このフィードバックされてくる値に基づいてＬＤの発光量を正確に制御することはできない。
【００１１】
また、ＬＤの発光効率は、供給される電流値に応じて０％〜５０％と大きく変化する。このため、電流値のみの制御では常時適切な効率でＬＤを発光させることができない。
【００１２】
本発明の目的は、上記全ての問題に対処し、組立時及び組立後の駆動時にＬＤを電気的に保護しつつ安定したレーザ出力の制御を行う高出力のレーザ加熱装置、及び、レーザ加熱方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のレーザ加熱装置は、レーザダイオードモジュール（２）と、電源（３）と、光学系（１１、１２）と、電圧検出部（５８）と、比較器（５９）と、シャットダウン回路（６０）と、保護回路と、を含んでいるレーザ加熱装置であって、上記電源が、レーザダイオードモジュールに電流を供給するものであり、上記光学系が、レーザダイオードモジュールから射出されるレーザ光を合焦させるものであり、上記電圧検出部が、上記レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される電圧を検出するものであり、上記比較器が、上記電圧検出部において検出された電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に給電停止信号を出力するものであり、上記シャットダウン回路が、比較器からの給電停止信号の入力に応じて電源からレーザダイオードモジュールへの給電を停止するものであり、上記保護回路が、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子とを短絡する配線上に設けられているスイッチであって、保護回路への給電時にオフになり、給電停止時にオンになる、Ｂ接型スイッチ回路と、該スイッチ回路への第１給電線と上記電源からレーザダイオードモジュールへの第２給電線との間に設けられ、第１給電線によるスイッチ回路への給電に応じて上記第２給電線を導通させるホトカプラと、を含んでおり、上記電源がレーザダイオードモジュールへ給電を開始するのと同時に保護回路にも給電を開始するようになっている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載のレーザ加熱装置は、レーザダイオードモジュール（２）と、電源（３）と、光学系（１１、１２）と、電圧検出部（５８）と、比較器（５９）と、シャットダウン回路（６０）と、保護回路と、を含んでいるレーザ加熱装置であって、上記電源が、レーザダイオードモジュールに電流を供給するものであり、上記光学系が、レーザダイオードモジュールから射出されるレーザ光を合焦させるものであり、上記電圧検出部が、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子との間に印加される第１電圧を検出するものであり、上記比較器が、上記電圧検出部において検出された第１電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に給電停止信号を出力するものであり、上記保護回路が、上記電源からレーザダイオードモジュールが逆極性接続されていても破壊されない程の僅かな探査電流を流した場合に、上記電圧検出部によって検出される第２電圧が第１基準値よりも低い場合に回路内でショートが生じていると判断し、また、検出された第２電圧が別の第２基準値よりも高い場合には、回路内で断線している又はレーザダイオードモジュールが逆に接続されていると判断して、給電停止信号を出力するものであり、上記シャットダウン回路が、上記比較器又は保護回路からの給電停止信号の入力に応じて電源からレーザダイオードモジュールへの給電を停止するものである、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載のレーザ加熱方法は、請求項２に記載のレーザ加熱装置を用いて行うレーザ加熱方法であって、上記電圧検出部によって、上記レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される第１電圧を検出する工程と、上記比較器によって、上記検出された第１電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に、上記シャットダウン回路へ給電停止信号を出力する工程と、上記電源からレーザダイオードモジュールが逆極性接続されていても破壊されない程の僅かな探査電流を流す工程と、上記探査電流が流されている間に、上記電圧検出部によって、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される第２電圧を検出する工程と、検出される第２電圧が第１基準値よりも低い場合に回路内でショートが生じていると判断し、第２電圧が上記とは別の第２基準値よりも高い場合には、回路内で断線している又はレーザダイオードモジュールが逆に接続されていると判断して、上記シャットダウン回路へ給電停止信号を出力する工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（１）発明の概要
本発明のレーザ加熱装置は、電源から供給される電圧が所定の範囲外になったときに、瞬時に給電を停止するシャットダウン回路を備える。これにより、レーザダイオード（以下、ＬＤと記す）モジュールを構成するＬＤの一部が劣化又は壊れた場合に生じる電圧変動に対して他のＬＤを効果的に保護する。
【００３５】
また、本発明のレーザ加熱装置は、電源が接続されていない場合、又は、電源からの給電が停止している時にＬＤモジュールの電源端子と接地端子を短絡するＢ接型のリレースイッチを備える。これにより、組立時における静電気からＬＤを効果的に保護することができる。
【００３６】
また、本発明のレーザ加熱装置では、所定の値の電流を所定のデューティ比のパルス波として出力する電源を採用する。ＬＤの出力制御は、電流値の値、及び、パルス波のデューティ比を制御して行う。例えば、上記パルスのデューティ比を半分にすれば、倍の値の電流を使用することができる。この特性を利用することで、供給する電流値をＬＤの発光効率の良い値に維持した状態でＬＤの発光量を正確に制御することができる。これにより、高効率かつ安定した出力制御を実現する。これにより、当該レーザ加熱装置を用いて行う加熱処理の精度を向上することができる。
【００３７】
（２）実施の形態１
(2-1)全体構成
図１は、実施の形態に係る高出力レーザ加熱装置１の全体構成を示す図である。レーザ加熱装置１は、ＬＤヘッド２と、当該ＬＤヘッド２に電力を供給する電源３より成る。ＬＤヘッド２より射出されるレーザ光４は、所定の位置に配されている被加熱物５を照射加熱する。また、ＬＤヘッド２は、外部に、ＬＤ冷却用の冷却水を所定の温度にまで冷却する冷蔵室３３、及び、冷蔵室３３において冷却された冷却水をＬＤヘッド２に給水する給水装置３０を備える。なお、電源３は、外来ノイズによる影響を無くすため、上記ＬＤヘッド２及び電源３等を備えるレーザ加熱装置１本体の接地配線からも完全に絶縁されている。
【００３８】
図２の（ａ）は、ＬＤヘッド２及び電源３内の構成を示す横断面図であり、図２の（ｂ）は、ＬＤヘッド２を上から見た図である。
まず、ＬＤヘッド２及び電源３の備える端子について説明する。ＬＤヘッド２は、ＬＤモジュール１０への給電端子２０ａ、ファン１８及びリレー２４への給電端子２５ａ、接地端子２０ｂ，２５ｂ、温度センサ２１に接続される端子２２を備える。これに対して電源３は、給電端子５０ａ，５１ｂ、接地端子５０ｂ，５１ｂ、給電停止信号入力端子５２，５３を備える。
【００３９】
ＬＤヘッド２の給電端子２０ａは、電源３の給電端子５０ａに接続される。ＬＤヘッド２の給電端子２５ａは、電源３の給電端子５１ａに接続される。ＬＤヘッド２の接地端子２５ｂは、電源３の接地端子５１ｂに接続される。ＬＤヘッド２の接地端子２０ｂは、電源３の接地端子５０ｂに接続される。ＬＤヘッド２の端子２２は、電源３の給電停止信号入力端子５２に接続される。また、電源３の残りの給電停止信号入力端子５３は、給水装置３０の端子３５に接続されている。
【００４０】
以下、ＬＤヘッド２の内部構成について説明する。ＬＤヘッド２は、ＬＤモジュール１０、ＬＤモジュール１０より発光されるレーザ光を視準化する第１光学系１１、視準化されたレーザ光を集光する第２光学系１２、ＬＤモジュール１０の備えるＬＤ本体を冷却する水冷式のＬＤ冷却機構１３、並びに、ＬＤモジュール１０の備えるＬＤの発光端面、第１光学系１１、及び、第２光学系１２を冷却する空冷式の冷却機構１４を備える。
【００４１】
ＬＤモジュール１０は、５段に積層されたＬＤ１５ａ〜１５ｅを備える。ＬＤ１５ａ〜１５ｅの各々は、１cm×２μmの発光面を有し、波長８０５nmのレーザ光を定格８０Ｗで出力する。第１光学系１１は、ＬＤモジュール１０が備える５つのＬＤより射出されるレーザ光を、各々視準化するＨカットの円柱レンズ１１ａ〜１１ｅより構成される。第２光学系１２は、曲率の大きな面を第１光学系側に備える両凸状のアクロマチックレンズで構成される。第１光学系１１側に凸面を有するレンズを採用することにより、第１光学系１１から射出されたレーザ光が第２光学系１２のレンズにより反射されてＬＤに再入射し、該ＬＤが壊れることを防止する。
【００４２】
第２光学系１２のレーザ射出側には、一対の平行反射板９を備える。第２光学系１２を構成するアクロマチックレンズの焦点距離が３０mmであり、製造精度により最小のスポットサイズが３．３mm×０．３mmとなる場合、上記平行反射板９を設けることにより１０％程度の少ない光量損失で最小のスポットサイズを１．５mm×０．３mmまで絞り込むことができる。
【００４３】
なお、第１光学系１１及び第２光学系１２を構成するレンズは、８０５nmの反射損失が０．５％以下の狭帯域ＡＲコート、又は、反射損失０．７％以下の広帯域多層ＡＲコート（ＢＭＡＲコート）が施されている。
【００４４】
(2-2)水冷式の冷却機構
ＬＤモジュール１０は、５段に積層されたＬＤ１５ａ〜１５ｅを備える。各ＬＤの周りには、冷却水を循環させる細かな管（マイクロチャンネル）１６が設けられている。水冷式の冷却機構１３は、上記細かな管１６、当該ＬＤモジュール１０への給水管３１及び配水管３２、給水管３１へ冷却水を所定の吐出圧で給水する給水装置３０、並びに、冷蔵室３５により形成される。
【００４５】
ＬＤ１５ａ〜１５ｅの共通する電源端子１０ｃ及び接地端子１０ｄは、それぞれ給電端子２０ａ及び接地端子２０ｂに接続される。ＬＤモジュール１０内への冷却水の供給口１０ａ，排水口１０ｂは、それぞれＬＤヘッド２の外部に設けられている給水装置３０から伸びる給水管３１，排水管３２に接続されている。管３１，３２がＬＤヘッド２の外壁を貫通する箇所は気密封止されている。冷蔵室３３は、給水装置３０に戻ってきた冷却水を５℃まで冷却し、冷却後の冷却水を給水装置３０に戻す。給水装置３０は、冷蔵室３３において５℃に冷やされた冷却水を、絶対圧力３気圧の吐出圧で給水管３１に吐出する。これにより、ＬＤモジュール１０内の管に冷却水が循環してＬＤ１５ａ〜１５ｅの冷却が行われる。
【００４６】
(2-3)空冷式の冷却機構
空冷式の冷却機構１４は、上記冷却水の流れる給水管３１を利用する吸熱部１７、及び、ＬＤヘッド２内に気密封止されるアルゴンガスを循環させるファン１８により構成される。
【００４７】
ＬＤヘッド２は、気密封止されており、内部には冷却用の気体として、４Ｎ型９９．９９％以上の高純度アルゴンガスが、上記水冷式の冷却機構１３で用いる給水管３１内の圧力よりも高い絶対圧力で充填されている。このように、ＬＤヘッド２内の絶対圧力を給水管３１よりも高めに設定することで、給水管３１のシールが劣化した場合の冷却水の漏洩を防止することができる。
【００４８】
冷水の流れる給水管３１には、多数の吸熱板（アルミ冷却フィン）で構成される吸熱部１７が接合されている。吸熱部１７は、ＬＤヘッド２内に充填されているアルゴンガスから熱を奪い冷却する。また、吸熱部１７の側部には、ＬＤヘッド２内のアルゴンガスを循環させるファン１８が設けられている。第１光学系１１は、ＬＤモジュール１０の在る空間と第２光学系１２の在る空間とを繋ぐ通気孔１１ｆ，１１ｇを備える。上記ファン１８を駆動することにより、図１（ｂ）に矢印で示すように、ＬＤヘッド２内をアルゴンガスが循環し、ＬＤモジュール１０のレーザ光射出面、第１光学系１１の両面、及び、第２光学系１２のレーザ光の射出面の冷却が行われる。
【００４９】
(2-4)ＬＤ保護回路
ＬＤモジュール１０の電源端子１０ｃとＬＤヘッド２の給電端子２０ａを接続する配線上の点２３ａ、及び、ＬＤモジュール１０の接地端子１０ｄとＬＤヘッドの接地端子２０ｂとを接続する配線上の点２３ｂの間には、Ｂ接型のリレースイッチ１９が設けられている。Ｂ接型のリレースイッチ１９はリレー２４により切り換えられる。リレー２４は、ファン１８の給電端子２５ａ及び接地端子２５ｂに並列に接続されている。
【００５０】
電源３が未接続、又は、電源３からの給電が停止している場合、リレー２４のＢ接型リレースイッチ１９はオン状態にありＬＤモジュール１０の給電端子１０ｃ及び接地端子１０ｄは短絡される。一方、電源３がＬＤヘッド２に接続され、ファン１８への電力供給が開始するとリレー２４はＢ接型リレースイッチ１９を開放する。これにより、ＬＤモジュール１０への電力の供給が開始される。
上記構成を採用することにより、例えば、レーザ加熱装置１の組立時に、ＬＤモジュール１０を端子２０ａに印加される静電気から保護することができる。
【００５１】
また、ＬＤモジュール１０のＬＤ近傍には、所定の温度を越えた場合に、時定数０．１秒以下で高速に給電停止信号を出力する温度センサ２１が設けられている。温度センサ２１の信号出力線は、端子２２に接続されている。端子２２は、電源３の給電停止信号入力端子５２に接続されている。電源３内において、端子５２は、シャットダウン回路６０に接続されている。シャットダウン回路６０は、端子５２からの給電停止信号の入力に応じて、数１０ｎｓの応答速度のトランジスタスイッチ６２をオフに切り換える。これにより、ＬＤがオーバーヒートにより壊れるのを防止することができる。
【００５２】
また、給水装置３０は、冷却水の導電率が所定の基準値を超えた場合に給電停止信号を端子３５に出力する純度センサ（図示せず）を備える。端子３５は、電源３の給電停止信号入力端子５３に接続されている。電源３内において、端子５３は、シャットダウン回路６０に接続されている。シャットダウン回路６０は、端子５３からの給電停止信号の入力に応じて、数１０ｎｓの応答速度のトランジスタスイッチ６２をオフに切り換える。これにより、冷却水の純度低下に伴う導電率の増加によって、アース電流が冷却水を循環させる管１６，３１，３２を介してＬＤに印加され、ＬＤが壊れるのを防止することができる。
【００５３】
(2-5)電源
以下、電源３の構成について説明する。電源３は、ファン１８及びリレー２４用のＤＣ電源５６、及び、ＬＤモジュール１０用の定電圧源５７を備える。上記定電圧源５７には、絶縁型チョッパ方式、又は、絶縁型ＤＣＤＣ方式の定電圧電源を採用する。ＬＤ駆動中、ＬＤヘッド２内のＢ接型リレースイッチ１９の接触不良が原因でチャッタリングが生じると、電源３や供給電線のＬＣ成分により大きなハンチングが生じ、ＬＤモジュール１０の備える各ＬＤがダメージを受ける。このような事態を回避するため、電源３は、リレー２４への給電時にのみ端子５０ａと定電圧源５７を結ぶ回線を導通させ、リレー２４への給電停止に伴い直ちに端子５０ａへの回線を切断するハイパワー光ＭＯＳスイッチ５５を内蔵する。当該ハイパワー光ＭＯＳスイッチ５５は、定電圧源５７と給電端子５０ａを接続する線と、電源５６と端子５１ａとを接続する線との間に設けたホトカプラである。当該スイッチ５５は、電源５６と端子５１ａとの間に設けられる発光ダイオード５５ａ、及び、定電圧源５７と給電端子５０ａとの間であって、上記発光ダイオード５５ａの射出した光を受光可能な位置に設けられ、受光時にオンに切り換るフォトトランジスタ５５ｂで構成される。
【００５４】
図３は、ＬＤモジュール１０に供給される電流値とＬＤモジュール１０の給電端子１０ｃと接地端子１０ｄの間の電位差（以下、この電圧をＬＤ動作電圧という）の関係を示すグラフである。図示するように、ＬＤモジュール１０に供給する電流が１０Ａ〜１００Ａの範囲で変化する場合、ＬＤ動作電圧は８．５Ｖ〜９．５Ｖの範囲で連続的に変化する。なお、この値は、使用するＬＤ毎に異なるため事前に調べておく。
【００５５】
再び図２を参照する。電源３の備える電圧測定器５８は、給電端子５０ａと接地端子５０ｂ間の電位差を測定し、該測定値を比較器５９に出力する。比較器５９は、数ｎｓの応答速度のＥＣＬコンパレータであり、電圧測定器５８より入力される測定値が８．５Ｖ以下、又は、９．５Ｖ以上の場合には、数１０ｎｓの応答速度のシャットダウン回路６０に対して給電停止信号を出力する。シャットダウン回路６０の制御信号出力端子は、トランジスタスイッチ６２のゲート電極に接続されている。当該トランジスタスイッチ６２のソース電極は、電源３の接地端子５０ｂに接続され、ドレイン電極は接地されている。シャットダウン回路６０は、比較器５９からの給電停止信号の入力に応じて、数１０ｎｓの応答速度のトランジスタスイッチ６２をオフに切り換える。
【００５６】
当該構成を採用することで、ハイパワー光ＭＯＳスイッチ５５がオフの期間に電源５７の出力が高くなっても、上記スイッチ５５が再びオンされた時にＬＤモジュール１０に高電圧が印加されることを回避し、当該ＬＤモジュール１０が壊れるのを防ぐことができる。
【００５７】
上記比較器５９が給電停止信号を出力する範囲を、ＬＤの適正駆動範囲に設定する代わりに、ＬＤモジュール１０の備える複数のＬＤの内の１つが劣化又は壊れた場合に生じる電圧変動を検出可能な値に設定すれば、残りの正常なＬＤへの悪影響を最小限に留めることができる。一般的なＬＤは、数１０ｎｓ程度の瞬間では、定常電流が流れる場合に比べて１０倍以上のサージ電流に対する耐力を示す。上記構成を採用する電源３では、電圧の異常な変動の検出後、数１０ｎｓの間にシャットダウンを完了することができるため、ＬＤをサージから効果的に保護することができる。
【００５８】
なお、上記比較器５９とは別に、操作者により手動で作動状態に切り換えられ、定常動作前に電源５７より定格電流の数分の１の探査電流を流した際に、電圧測定器５８による測定値が基準値よりも低い場合には、回路内でショートが発生していると判断して給電停止信号をシャットダウン回路６０に出力し、一方、上記測定値が上記とは別の基準値よりも高い場合には、回路内で断線が発生している、あるいは、ＬＤモジュール１０が逆に接続されていると判断して給電停止信号をシャットダウン回路６０に出力する比較器５９’（図示せず）を備えるのが好ましい。これによりＬＤモジュール１０を逆極性に取り付けてしまった場合や配線不良が原因で起るＬＤの破壊を効果的に防ぐことができる。
【００５９】
電源回路３は、上記トランジスタスイッチ６２の後段に、ソース電極が接地端子５０ｂに接続され、ドレイン電極が接地されているトランジスタスイッチ６３を備える。トランジスタスイッチ６３のゲート電極は、制御回路６１の制御信号の出力端子に接続されている。制御回路６１は、所定のタイミングでトランジスタスイッチ６３をオン又はオフして電源５７からＬＤヘッド２に供給される定常電流を所定のデューティ比のパルス状の電流に変換する。
【００６０】
図４は、ＬＤヘッド２へ供給する電流値に対するＬＤレーザ出力Ｐ（ｗ）及びＬＤの光変換効率η（％）の関係を示すグラフである。例えば、３５Ａの定常電流を供給して４０ｗの出力を得る替わりに、光変換効率ηが最高の５０％となる６０Ａ（定常電流供給時には８０ｗの出力）を給電すると共に、デューティ比を５０％に設定することで、１周期当たりの総発光量を同量に調節することができる。
【００６１】
なお、デューティ比は、単位期間内における発光時間の占める割合を増減することで、調節しても良いし、発光時間を固定し、発光する周期を増減することで調節するようにしても良い。何れの場合も、発光効率の良い状態でＬＤの単位時間当たりの発光量を制御することができる。
【００６２】
図５の（ａ）は、ＬＤモジュール１０に供給する電流値を階段状に増加すると共に、各段階の電流値でデューティ比を順に増加する場合を表すグラフである。例えば、０〜１秒間におけるＬＤの発光量は、３０Ａのパルス状の電流のデューティ比を例えば０％、１０％、２０％、…９０％と順に増加して制御する。図５の（ｂ）は、デューティ比４５％の時の電流の波形を示す。また、図５の（ｃ）は、デューティ比９０％の時の電流の波形を示す。図５の（ｂ）及び（ｃ）において０．９ｍｓ〜１．０ｍｓ，１．９ｍｓ〜２．０ｍｓに現れる０Ａの期間は、ＬＤの備えるコンデンサを充電するために必要な期間である。従って、本例ではデューティ比が９０％のときに出力が最大になる。
【００６３】
図６は、上記手法によりＬＤモジュール１０に供給するパルス状の電流値を固定し、単位時間当たりの繰り返し回数を０ＫＨｚから１ＫＨｚへと連続的に増加させた場合のレーザ出力の関係を示すグラフである。図示するように、デューティ比の増加に比例してレーザ出力は０％から９０％へと増加する。
【００６４】
図５及び図６より理解されるように、定電圧源５７の出力を段階的に増加すると共に、制御回路６１により各段階においてＬＤに供給されるパルス状の電流のデューティ比を所定の範囲内で連続して変化させることにより、単位時間当たりのＬＤ発光量を連続的に変化することができる。
【００６５】
（３）実施の形態２
以下、実施の形態２にかかるレーザ加熱装置２００について説明する。図７は、実施の形態２に係るレーザ加熱装置２００の構成を示す図である。レーザ加熱装置２００では、単位時間（例えば１秒）当たりのＬＤの発光回数（但し１回当たりのＬＤの発光時間は一定（例えば０．９ｍｓ））を制御することで、単位時間当たりのＬＤ発光量を制御する。なお、上記実施の形態１のレーザ加熱装置１と同じ構成物には同じ参照番号を付し、ここでの重複した説明は省く。
【００６６】
ＬＤモジュール２０１は、ＬＤモジュール１０のＬＤ１５ｅの光軸に対して４５℃傾けて配置された偏向ビームスプリッタ８４を備える。ビームスプリッタ８４は、ＬＤ１５ｅから射出されるレーザ光の９９％を透過し、残りの１％を下方に設ける光検出器８５に入射させる。光検出器８５は、発光性能の劣化していない初期のＬＤ１５ｅを、当該入射される光の強度で発光させる場合に、当該ＬＤ１５ｅに供給される電流値を表す信号を出力する。光検出器８５の信号出力線は、端子８６に接続されている。端子８６は、電源２０２の信号入力端子８０に接続されている。
【００６７】
また、ＬＤヘッド２０１は、給電端子２０ａとＬＤモジュール１０の給電端子１０ｄの間に電流量検出器８２を備える。電流量検出器８２は、電源２０２からＬＤモジュール１０へ供給されるパルス状の電流の単位時間当たりの量（電流値）を表す信号を出力する。電流量検出信号８２の信号出力線は端子８７に接続されている。端子８７は、電源２０２の信号入力端子８１に接続されている。
【００６８】
電源２０２は、所定の繰り返し周波数のパルス状の電流を生成する回路として、ＤＣ／ＡＣ変換器９８、トランス９９、及び、ＡＣ／ＤＣ変換器１００で構成される回路を備える。ＤＣ／ＡＣ変換器９８は、ＤＣ電源９７より供給されるＤＣ電源を、所定の振幅で、かつ、後に説明する周波数加減算器９６から出力されるＤＣＤＣ変換周波数信号により特定される周波数のＡＣ電源に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器９８により得られるＡＣ電源は、トランス９９を介してＡＣ／ＤＣ変換器１００において再びＤＣ電源に変換される。変換後のＤＣ電源は、ＤＣ／ＡＣ変換器９８により得られるＡＣ電源の周波数に応じた繰り返し周波数のパルス状の電流となる。なお、ＤＣ電源９７として、絶縁型チョッパ方式、又は、絶縁型ＤＣＤＣ方式の定電圧電源を採用しても良い。この場合、ＤＣ電源９７の出力を階段状に変化させたり、ＬＤモジュール１０に発光効率η％が最適となる値の電流が供給されるように調節することができる。
【００６９】
電源２０２は、上記パルス状の電流発生回路の出力する電流を一定に制御してＬＤに供給する電流を一定に保持する電流フィードバック制御回路と、当該回路に更に、ＬＤへ供給している電流値から想定される発光量と実際の発光量との差を補正する発光量補正回路を追加する回路の２つの回路が選択できるように構成されている。上記電流フィードバック制御回路は、電流／周波数変換回路（図中、Ｉ／Ｆと表す）９４、波形記憶装置１５０に接続される電圧／周波数変換回路（図中、Ｖ／Ｆと表す）９５、及び、周波数加減算器９６で構成される。また、上記発光量補正回路は、上記回路に更に、加減算器９０、ΔＩ／周波数変換器（図中、ΔＩ／Ｆと表す）１１０、及び、加減算器１１１で構成される。これら使用する回路の切り換えは、レーザ加熱装置２００の使用者がスイッチ９３を切り換えることにより行う。電流フィードバック制御回路のみを使用する場合、スイッチ９３を端子９１に接続する。電流フィードバック回路と共に発光量補正回路も使用する場合、スイッチ９３を端子９２に接続する。
【００７０】
以下、スイッチ９３を端子９１に接続して実行する電流フィードバック制御について説明する。
電流／周波数変換器９４には、端子８１を介して電流量検出計８２の測定値が入力される。電流／周波数変換器９４は、入力される単位時間当たりの電流量を表す信号から特定されるＬＤに供給するパルス状の電流の単位時間当たりの繰り返し周波数を表す信号をフィードバック周波数信号として出力する。電源回路２０２の外部に設けられる波形記憶装置１５０は、例えば、図５（ａ）に示すようなヒートプロファイルを記憶しておき、当該ヒートプロファイルに対応する電圧信号を出力する。電圧／周波数変換器（図中、Ｖ／Ｆと記す）９５は、入力される電圧信号から特定される設定周波数信号を出力する。
【００７１】
なお、単位時間あたりに所定量の電流を流した際に電流／周波数変換器９４より出力されるフィードバック周波数信号と、単位時間あたりに上記所定量の電流を流すために波形記憶装置１５０より出力される電圧信号に対して電圧／周波数変換器９５から出力される設定周波数信号は、互いに同じになるように調整されている。
【００７２】
周波数加減算器９６は、上記電圧／周波数変換器９５から出力される設定周波数信号から、電流／周波数変換器９４から出力されるフィードバック周波数信号を減算し、減算結果に基づいて基準周波数を調整し、調整後の周波数を表す信号を、ＤＣ／ＤＣ変換周波数信号としてＤＣ／ＡＣ変換器９８に出力する。上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器９８は、ＤＣ電源９７より供給されるＤＣ電圧を、上記ＤＣ／ＤＣ変換周波数信号により特定される周波数のＡＣ電源に変換する。具体的には、上記設定周波数信号とフィードバック周波数信号が同じ場合には、基準周波数をそのまま表すＤＣ／ＤＣ変換周波数信号を出力する。設定周波数信号のほうがフィードバック周波数信号よりも大きい又は小さい場合には、その差に基づいて基準周波数を多く又は少なく調整し、調整後の周波数を表すＤＣ／ＤＣ変換周波数信号を出力する。
【００７３】
ＬＤ１５ａ〜１５ｅを発光させない場合、例えば、ＬＤ１個当たりのＬＤ不感帯電圧である１Ｖ弱を波形記憶装置１５０から出力することでＤＣ／ＤＣ変換周波数は低い値となり、電源２０２から出力されるＬＤ電流は数十mA以下に抑えられる。これにより、アイドリング時のロスを極めて小さくすることができる。
他方、出力を上げる必要のある場合には、波形記憶装置１５０より出力する電圧を上げ、ＤＣ／ＤＣ変換周波数を増加させることで、常に良好な効率でＬＤを発光させることができる。
【００７４】
以下、スイッチ９３が端子９２側に接続されている場合に実行するＬＤ１５ａ〜１５ｅの発光量の制御について説明する。
図８は、供給される電流値Ｉ（Ａ）に対するＬＤ１５ｅ（他のＬＤ１５ａ〜１５ｄについても同じ）のレーザ出力Ｐ（Ｗ）の関係を示すグラフである。実線で示すグラフは、発光性能の劣化前のＬＤ１５ｅの出力特性を示す。点線で示すグラフは劣化後のＬＤ１５ｅの出力特性を示す。図示するように、劣化したＬＤ１５ｅは、電流値Ｉ０の供給に対してレーザ出力Ｐ０だけ発光すべきところをＰ１（Ｐ０＞Ｐ１）しか発光しない。
【００７５】
発光量補正回路は、実際に供給している電流Ｉ₀の値を、経時劣化に伴うＬＤ１５ｅの発光量の低下に応じてＩ₁しか供給されていないように補正し、即ち、ＬＤ１５ｅの経時劣化に伴う発光量の低下に応じてフィードバック周波数信号の値を減算補正し、これによってＬＤ１５ａ〜１５ｅに供給する電流量をＩ₀からΔＩだけ増加させるように働く。当該補正回路を用いることで、経時劣化によらずＬＤ１５ａ〜１５ｅの発光量を一定に維持することができる。
【００７６】
発光量補正回路は、加減算器９０、ΔＩ／周波数変換器（図中、ΔＩ／Ｆと表す）１１０、及び、加減算器１１１で構成される。加減算器９０は、電流量検出器８２による検出値から、光検出器８５の出力値を減算し、減算して得られる信号をΔＩ／周波数変換器１１０に出力する。ΔＩ／周波数変換器１１０は、入力される減算結果信号に比例して特定される補正周波数信号を出力する。加減算器１１１は、電流／周波数変換器９４より出力されるフィードバック周波数信号から、上記補正周波数信号を差し引いた信号を、経時劣化した実際のＬＤ１５ｅの発光量を反映させた信号として、周波数加減算器９６に出力する。
【００７７】
なお、上記ΔＩ／周波数変換器１１０は、入力される減算結果、即ち、電流量検出器８２による検出値から光検出器８５の出力値を差し引いた値が、所定のしきい値を越えた場合、一定の補正周波数信号を出力するように設定しておく。これにより、光検出器８５が壊れた場合に、フィードバック量が０になり、ＬＤ１５ａ〜１５ｅに急に大電流が流れ、ＬＤ１５ａ〜１５ｅが壊れることを防止することができる。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１に記載のレーザ加熱装置は、シャットダウン回路により、ＬＤモジュールの給電端子と接地端子間の電位差が所定の範囲外になった際に、直ちにＬＤモジュールへの給電を停止することができる。これにより、配線不良等によりサージが発生した場合にＬＤが壊れるのを防止すると共に、ＬＤモジュールを構成するＬＤの一部が劣化又は壊れた場合に生じる電圧変動に対して他のＬＤを効果的に保護する。
更に、保護回路を備えたことで、電源からの給電時以外はＬＤモジュールの給電端子と接地端子を短絡しておくことができ、電源からＬＤモジュールと保護回路とへの給電開始時には、まず、Ｂ接型スイッチ回路をオフにしてＬＤモジュールの給電端子と接地端子との間を開放した後に、ＬＤモジュールへの給電を開始することができ、組立時等の給電開始時に静電気が印加されてＬＤモジュールのＬＤが壊れることを有効に防止することができる。
【００７９】
請求項２に記載のレーザ加熱装置は、シャットダウン回路により、ＬＤモジュールの給電端子と接地端子間の電位差が所定の範囲外になった際に、直ちにＬＤモジュールへの給電を停止することができる。これにより、配線不良等によりサージが発生した場合にＬＤが壊れるのを防止すると共に、ＬＤモジュールを構成するＬＤの一部が劣化又は壊れた場合に生じる電圧変動に対して他のＬＤを効果的に保護する。
更に、保護回路を備えたことで、通常の駆動前にＬＤが逆極性に接続されていないか、ＬＤモジュール内で配線がショート又は切断されていないかを調べることが可能となり、ＬＤモジュール内のＬＤの破壊を未然に防止することができる。
【００８０】
請求項３に記載のレーザ加熱方法は、ＬＤモジュールの給電端子と接地端子間の電位差が所定の範囲外になった際に、直ちにＬＤモジュールへの給電を停止することができる。これにより、配線不良等によりサージが発生した場合にＬＤが壊れるのを防止すると共に、ＬＤモジュールを構成するＬＤの一部が劣化又は壊れた場合に生じる電圧変動に対して他のＬＤを効果的に保護しながら、レーザ光による被加熱物の加熱を実行することができる。
更に、通常の駆動前にＬＤが逆極性に接続されていないか、ＬＤモジュール内で配線がショート又は切断されていないかを調べることが可能となり、ＬＤモジュール内のＬＤの破壊を未然に防止しつつ、レーザ光による被加熱物の過熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ加熱装置の全体構成図である。
【図２】レーザ加熱装置の内部構成を示す図である。
【図３】ＬＤの給電端子と接地端子間の電位差に対するＬＤに供給する電流値の関係を示すフラグである。
【図４】ＬＤに供給する電流値に対するＬＤの発光効率η（％）を点線で示し、上記電流値に対するレーザ出力Ｐ（Ｗ）の関係を実線で示すグラフである。
【図５】ＬＤに供給するパルス状の電流を示す図である。
【図６】ＬＤに供給するパルス状の電流の単位時間当たりの繰り返し回数、即ちデューティ比を変更した場合のレーザ出力の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態２にかかるレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【図８】初期と劣化後のＬＤについての供給電流に対するレーザ出力の関係を示すグラフである。
【図９】従来のレーザ加熱装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２００レーザ加熱装置、２ＬＤヘッド、３電源、４レーザ光、５被加熱物、１０ＬＤモジュール、１０ａ供給口、１０ｂ排水口、１１第１光学系、１２第２光学系、１５ａ〜１５ｅＬＤ、１７吸熱部、１８ファン、１９Ｂ接型リレースイッチ、２１温度センサ、２４リレー、３０給水装置、３３冷蔵室、５５ａフォトダイオード、５５ｂフォトトランジスタ、５７定電圧源、５９比較器、６０シャットダウン回路、６１制御回路、６２，６３スイッチングトランジスタ、８２９０，９６加減算器、９３スイッチ、９４電流／周波数変換器、９５電圧／周波数変換器、９８ＤＣ／ＡＣコンバータ、１００ＡＣ／ＤＣコンバータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser heating apparatus that condenses laser light emitted from a laser diode and performs heat treatment such as soldering or welding using the collected laser light, and a laser heating method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser heating apparatus that collects laser light emitted from a laser diode (hereinafter referred to as LD) and performs heat treatment such as soldering or welding with the collected laser light is known. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional laser heating apparatus 500. The laser heating device 500 includes an LD module 501 in which a plurality of LDs are stacked, a power source 502 that supplies power to the LD module 501, a collimator lens 503 that collimates laser light emitted by the LDs included in the LD module 501, And it is comprised with the condensing lens 504 which condenses the collimated laser beam. The laser light condensed by the condenser lens 504 heats the object to be heated 505 placed at the focal point.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to perform sealing, brazing, welding, etc. by melting metal, ceramic and glass, a high-power laser heating device of several hundred W to several KW is required.
[0004]
LD is generally vulnerable to surge. Since a surge generated in a high-power laser heating apparatus also increases, it is required to stably control the amount of laser light while always protecting the LD from the surge.
[0005]
The luminous efficiency of a typical LD is about 40%. For example, to obtain an output of about 400 W, a power supply of about 1 KW is required. A dropper power supply is an example of a stable output power source that does not generate a surge. However, the dropper power supply has an output efficiency of 50% or less, and it is not preferable to use a 2KW class large size power generator in order to output 1 KW power.
[0006]
In addition to the above, the LD may be broken by a surge generated by chattering due to defective wiring. In addition, if it is mistakenly connected to the reverse polarity at the time of assembly, it will be broken if only a current of several tens of mA flows.
[0007]
In addition, LDs are about 100 times more vulnerable to static electricity than normal ICs. For example, it may be broken by touching a hand during assembly of the laser heating device and applying static electricity.
[0008]
In addition, in order to obtain a stable laser output in a high-power laser heating device, when a water-cooling type cooling mechanism capable of efficiently cooling the LD is employed, the purity decreases and the conductivity increases through the cooling water. An earth current may flow into the LD and break the LD.
[0009]
In order to protect the LD included in the LD module from the surge and static electricity, it is conceivable to employ a protection circuit using a Zener diode or the like. However, when these protection circuits are applied to a high-power laser heating device, the capacitor component in the circuit becomes large, and the responsiveness when static electricity or surge current flows deteriorates. On the other hand, since the responsiveness of the LD module is extremely fast, such as several nanoseconds, the protection circuit as described above cannot effectively protect the LD module from static electricity and surge.
[0010]
Also, the LD does not emit light below a predetermined threshold current value. Even if the current value actually supplied to the LD module is fed back, the LD light emission amount can be accurately determined based on the fed back value. It cannot be controlled.
[0011]
Also, the luminous efficiency of the LD varies greatly from 0% to 50% depending on the supplied current value. For this reason, it is not possible to cause the LD to always emit light with appropriate efficiency by controlling only the current value.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to address all of the above problems, and to provide a high-power laser heating apparatus and a laser heating method capable of stably controlling laser output while electrically protecting an LD during assembly and after driving after assembly. Is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The laser heating apparatus according to claim 1, A laser diode module (2), a power source (3), an optical system (11, 12), a voltage detector (58), a comparator (59), a shutdown circuit (60), and a protection circuit; A laser heating device comprising: Supply current to the laser diode module And the optical system is Laser diode module From Focus the emitted laser light The voltage detection unit is The voltage applied between the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module is detected. And the comparator is The voltage detected by the voltage detector is compared with a reference value, and a power supply stop signal is output when the voltage is outside the set range. The shutdown circuit is Power supply from the power supply to the laser diode module is stopped in response to the input of the power supply stop signal from the comparator. And the protection circuit is On the wiring that short-circuits the power supply terminal and ground terminal of the laser diode module It is a switch provided that turns off when power is supplied to the protection circuit and turns on when power supply is stopped. B-contact type switch The second power supply line is provided between the circuit, the first power supply line to the switch circuit, and the second power supply line from the power supply to the laser diode module, and in response to power supply to the switch circuit by the first power supply line. Continuity Photocoupler And the power supply starts to supply power to the protection circuit at the same time as the power supply starts to the laser diode module. It is characterized by that.
[0014]
The laser heating device according to claim 2 includes a laser diode module (2), a power source (3), an optical system (11, 12), a voltage detector (58), a comparator (59), and a shutdown. A laser heating device including a circuit (60) and a protection circuit, wherein the power supply supplies a current to the laser diode module, and the optical system emits a laser emitted from the laser diode module. The light is focused, and the voltage detector is applied between the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module. First The voltage is detected, and the comparator is detected by the voltage detector. First The voltage is compared with a reference value, and a power supply stop signal is output when the voltage is outside the set range, and the protection circuit is not damaged even if the laser diode module is connected with reverse polarity from the power source. Detected by the voltage detector when a small exploration current is passed Second When the voltage is lower than the first reference value, it is determined that a short circuit has occurred in the circuit, and is detected. Second When the voltage is higher than another second reference value, it is determined that the circuit is disconnected or the laser diode module is connected in reverse, and a power supply stop signal is output. The circuit is characterized in that the power supply from the power supply to the laser diode module is stopped in response to the input of the power supply stop signal from the comparator or the protection circuit.
[0015]
The laser heating method according to claim 3, A laser heating method performed using the laser heating apparatus according to claim 2, wherein the voltage detector Applied between the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module First Detecting the voltage; With the above comparator Detected above First When the voltage is compared with the reference value and the voltage is outside the set range, Output power supply stop signal to the shutdown circuit And a step of flowing a small amount of exploration current from the power supply so that the laser diode module is not destroyed even if it is connected in reverse polarity, While the exploration current is flowing, the voltage detector Applied between the power supply terminal and ground terminal of the laser diode module Second Detecting voltage and detected Second When the voltage is lower than the first reference value, it is determined that a short circuit has occurred in the circuit, Second When the voltage is higher than the second reference value different from the above, it is determined that the circuit is disconnected or the laser diode module is connected in reverse, A step of outputting a power supply stop signal to the shutdown circuit It is characterized by including these.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Summary of the invention
The laser heating device of the present invention includes a shutdown circuit that instantaneously stops power supply when the voltage supplied from the power source is out of a predetermined range. This effectively protects other LDs against voltage fluctuations that occur when some of the LDs that make up a laser diode (hereinafter referred to as LD) module are degraded or broken.
[0035]
The laser heating apparatus of the present invention includes a B-contact type relay switch that short-circuits the power supply terminal and the ground terminal of the LD module when the power supply is not connected or when the power supply from the power supply is stopped. As a result, the LD can be effectively protected from static electricity during assembly.
[0036]
The laser heating apparatus of the present invention employs a power source that outputs a current having a predetermined value as a pulse wave having a predetermined duty ratio. The output control of the LD is performed by controlling the value of the current value and the duty ratio of the pulse wave. For example, if the duty ratio of the pulse is halved, a double current can be used. By utilizing this characteristic, the light emission amount of the LD can be accurately controlled in a state where the supplied current value is maintained at a value with good light emission efficiency of the LD. Thereby, highly efficient and stable output control is realized. Thereby, the precision of the heat processing performed using the said laser heating apparatus can be improved.
[0037]
(2) Embodiment 1
(2-1) Overall configuration
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a high-power laser heating apparatus 1 according to an embodiment. The laser heating apparatus 1 includes an LD head 2 and a power source 3 that supplies power to the LD head 2. The laser beam 4 emitted from the LD head 2 irradiates and heats the object to be heated 5 arranged at a predetermined position. In addition, the LD head 2 includes a refrigerator room 33 that cools cooling water for cooling the LD to a predetermined temperature, and a water supply device 30 that supplies the cooling water cooled in the refrigerator room 33 to the LD head 2. Prepare. The power source 3 is completely insulated from the ground wiring of the main body of the laser heating device 1 including the LD head 2 and the power source 3 in order to eliminate the influence of external noise.
[0038]
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the configuration inside the LD head 2 and the power source 3, and FIG. 2B is a view of the LD head 2 as viewed from above.
First, terminals provided in the LD head 2 and the power source 3 will be described. The LD head 2 includes a power supply terminal 20 a for the LD module 10, a power supply terminal 25 a for the fan 18 and the relay 24, ground terminals 20 b and 25 b, and a terminal 22 connected to the temperature sensor 21. On the other hand, the power source 3 includes power supply terminals 50a and 51b, ground terminals 50b and 51b, and power supply stop signal input terminals 52 and 53.
[0039]
The power feeding terminal 20 a of the LD head 2 is connected to the power feeding terminal 50 a of the power source 3. The power supply terminal 25 a of the LD head 2 is connected to the power supply terminal 51 a of the power source 3. The ground terminal 25 b of the LD head 2 is connected to the ground terminal 51 b of the power source 3. The ground terminal 20 b of the LD head 2 is connected to the ground terminal 50 b of the power source 3. The terminal 22 of the LD head 2 is connected to the power supply stop signal input terminal 52 of the power source 3. Further, the remaining power supply stop signal input terminal 53 of the power source 3 is connected to the terminal 35 of the water supply device 30.
[0040]
Hereinafter, the internal configuration of the LD head 2 will be described. The LD head 2 includes an LD module 10, a first optical system 11 that collimates the laser light emitted from the LD module 10, a second optical system 12 that condenses the collimated laser light, and the LD module 10. A water-cooled LD cooling mechanism 13 that cools the LD main body provided, and an air-cooled cooling mechanism 14 that cools the light emitting end face of the LD, the first optical system 11, and the second optical system 12 included in the LD module 10 are provided. .
[0041]
The LD module 10 includes LDs 15a to 15e stacked in five stages. Each of the LDs 15a to 15e has a light emitting surface of 1 cm × 2 μm, and outputs a laser beam having a wavelength of 805 nm at a rating of 80 W. The first optical system 11 includes H-cut cylindrical lenses 11 a to 11 e that collimate laser beams emitted from five LDs included in the LD module 10. The second optical system 12 is composed of a biconvex achromatic lens having a surface with a large curvature on the first optical system side. By adopting a lens having a convex surface on the first optical system 11 side, the laser light emitted from the first optical system 11 is reflected by the lens of the second optical system 12 and reenters the LD, and the LD is broken. To prevent that.
[0042]
A pair of parallel reflectors 9 are provided on the laser emission side of the second optical system 12. When the focal length of the achromatic lens constituting the second optical system 12 is 30 mm and the minimum spot size is 3.3 mm × 0.3 mm due to manufacturing accuracy, about 10% is provided by providing the parallel reflector 9. The minimum spot size can be narrowed down to 1.5mm x 0.3mm with little light loss.
[0043]
The lenses constituting the first optical system 11 and the second optical system 12 are a narrow band AR coat with a reflection loss at 805 nm of 0.5% or less, or a broadband multilayer AR coat with a reflection loss of 0.7% or less ( (BMar coat) is applied.
[0044]
(2-2) Water-cooled cooling mechanism
The LD module 10 includes LDs 15a to 15e stacked in five stages. Around each LD, a fine tube (microchannel) 16 for circulating cooling water is provided. The water-cooling type cooling mechanism 13 includes the fine pipe 16, the water supply pipe 31 and the water distribution pipe 32 to the LD module 10, the water supply apparatus 30 for supplying cooling water to the water supply pipe 31 at a predetermined discharge pressure, and the refrigerator compartment. 35.
[0045]
The common power supply terminal 10c and ground terminal 10d of the LDs 15a to 15e are connected to the power supply terminal 20a and the ground terminal 20b, respectively. The cooling water supply port 10 a and the drain port 10 b into the LD module 10 are connected to a water supply pipe 31 and a drain pipe 32 extending from a water supply device 30 provided outside the LD head 2, respectively. Locations where the tubes 31 and 32 penetrate the outer wall of the LD head 2 are hermetically sealed. The refrigerator compartment 33 cools the cooling water that has returned to the water supply device 30 to 5 ° C., and returns the cooled cooling water to the water supply device 30. The water supply apparatus 30 discharges the cooling water cooled to 5 ° C. in the refrigerating chamber 33 to the water supply pipe 31 with a discharge pressure of 3 atm absolute pressure. Thereby, cooling water circulates in the pipe | tube in LD module 10, and LD15a-15e is cooled.
[0046]
(2-3) Air-cooled cooling mechanism
The air-cooled cooling mechanism 14 includes a heat absorption unit 17 that uses the water supply pipe 31 through which the cooling water flows, and a fan 18 that circulates an argon gas that is hermetically sealed in the LD head 2.
[0047]
The LD head 2 is hermetically sealed, and a 4N type 99.99% or more high-purity argon gas is used as a cooling gas inside. The pressure in the water supply pipe 31 used in the water-cooled cooling mechanism 13 is as follows. It is filled with higher absolute pressure. Thus, by setting the absolute pressure in the LD head 2 higher than that of the water supply pipe 31, leakage of cooling water when the seal of the water supply pipe 31 deteriorates can be prevented.
[0048]
The heat absorption part 17 comprised of many heat absorption plates (aluminum cooling fins) is joined to the water supply pipe 31 through which the cold water flows. The heat absorption part 17 takes heat from the argon gas filled in the LD head 2 and cools it. A fan 18 that circulates the argon gas in the LD head 2 is provided on the side of the heat absorption unit 17. The first optical system 11 includes vent holes 11f and 11g that connect the space in which the LD module 10 exists and the space in which the second optical system 12 exists. By driving the fan 18, as shown by an arrow in FIG. 1B, argon gas circulates in the LD head 2, and the laser light emission surface of the LD module 10, both surfaces of the first optical system 11, and The laser light exit surface of the second optical system 12 is cooled.
[0049]
(2-4) LD protection circuit
A point 23a on the wiring connecting the power supply terminal 10c of the LD module 10 and the power supply terminal 20a of the LD head 2, and a point 23b on the wiring connecting the ground terminal 10d of the LD module 10 and the ground terminal 20b of the LD head. Between them, a B-contact type relay switch 19 is provided. The B-contact type relay switch 19 is switched by a relay 24. The relay 24 is connected in parallel to the power supply terminal 25 a and the ground terminal 25 b of the fan 18.
[0050]
When the power supply 3 is not connected or the power supply from the power supply 3 is stopped, the B-contact type relay switch 19 of the relay 24 is in an ON state, and the power supply terminal 10c and the ground terminal 10d of the LD module 10 are short-circuited. On the other hand, when the power source 3 is connected to the LD head 2 and power supply to the fan 18 is started, the relay 24 opens the B-contact relay switch 19. Thereby, supply of electric power to the LD module 10 is started.
By adopting the above configuration, for example, when the laser heating apparatus 1 is assembled, the LD module 10 can be protected from static electricity applied to the terminal 20a.
[0051]
A temperature sensor 21 is provided near the LD of the LD module 10 to output a power supply stop signal at a high speed with a time constant of 0.1 seconds or less when a predetermined temperature is exceeded. A signal output line of the temperature sensor 21 is connected to the terminal 22. The terminal 22 is connected to the power supply stop signal input terminal 52 of the power source 3. Within the power supply 3, the terminal 52 is connected to the shutdown circuit 60. The shutdown circuit 60 switches off the transistor switch 62 having a response speed of several tens of ns in response to an input of a power supply stop signal from the terminal 52. This can prevent the LD from being broken by overheating.
[0052]
In addition, the water supply device 30 includes a purity sensor (not shown) that outputs a power supply stop signal to the terminal 35 when the conductivity of the cooling water exceeds a predetermined reference value. The terminal 35 is connected to the power supply stop signal input terminal 53 of the power source 3. Within the power supply 3, the terminal 53 is connected to the shutdown circuit 60. The shutdown circuit 60 switches off the transistor switch 62 having a response speed of several tens of ns in response to an input of a power supply stop signal from the terminal 53. Thereby, it is possible to prevent the LD from being broken due to the increase in the conductivity accompanying the decrease in the purity of the cooling water, whereby the earth current is applied to the LD through the pipes 16, 31, and 32 for circulating the cooling water.
[0053]
(2-5) Power supply
Hereinafter, the configuration of the power supply 3 will be described. The power source 3 includes a DC power source 56 for the fan 18 and the relay 24, and a constant voltage source 57 for the LD module 10. The constant voltage source 57 employs an insulated chopper system or an insulated DCDC system constant voltage power supply. If the chattering occurs due to the contact failure of the B-contact type relay switch 19 in the LD head 2 during the LD driving, a large hunting occurs due to the LC component of the power source 3 and the supply wire, and each LD included in the LD module 10 is damaged. Receive. In order to avoid such a situation, the power source 3 conducts the line connecting the terminal 50a and the constant voltage source 57 only when power is supplied to the relay 24, and immediately disconnects the line to the terminal 50a when power supply to the relay 24 is stopped. A high power optical MOS switch 55 is incorporated. The high power optical MOS switch 55 is a photocoupler provided between a line connecting the constant voltage source 57 and the power supply terminal 50a and a line connecting the power source 56 and the terminal 51a. The switch 55 is located between the light-emitting diode 55a provided between the power source 56 and the terminal 51a, and between the constant voltage source 57 and the power supply terminal 50a, and can receive light emitted from the light-emitting diode 55a. And a phototransistor 55b that is turned on when receiving light.
[0054]
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a current value supplied to the LD module 10 and a potential difference between the power supply terminal 10c and the ground terminal 10d of the LD module 10 (hereinafter, this voltage is referred to as an LD operating voltage). As shown in the figure, when the current supplied to the LD module 10 changes in the range of 10A to 100A, the LD operating voltage continuously changes in the range of 8.5V to 9.5V. Since this value is different for each LD to be used, it is checked in advance.
[0055]
Refer to FIG. 2 again. The voltage measuring device 58 provided in the power supply 3 measures the potential difference between the power supply terminal 50 a and the ground terminal 50 b and outputs the measured value to the comparator 59. The comparator 59 is an ECL comparator with a response speed of several ns, and when the measurement value input from the voltage measuring device 58 is 8.5 V or less, or 9.5 V or more, the response speed is shut down by several tens of ns. A power supply stop signal is output to the circuit 60. The control signal output terminal of the shutdown circuit 60 is connected to the gate electrode of the transistor switch 62. The source electrode of the transistor switch 62 is connected to the ground terminal 50b of the power source 3, and the drain electrode is grounded. The shutdown circuit 60 switches off the transistor switch 62 having a response speed of several tens of ns in response to the input of the power supply stop signal from the comparator 59.
[0056]
By adopting this configuration, even if the output of the power source 57 becomes high while the high power optical MOS switch 55 is off, a high voltage is applied to the LD module 10 when the switch 55 is turned on again. It can avoid and it can prevent that the said LD module 10 breaks.
[0057]
Instead of setting the range in which the comparator 59 outputs the power supply stop signal to the appropriate drive range of the LD, it is possible to detect voltage fluctuations that occur when one of the plurality of LDs included in the LD module 10 is degraded or broken. If the value is set to a small value, adverse effects on the remaining normal LD can be minimized. A typical LD exhibits a proof strength against a surge current 10 times or more as compared with a case where a steady current flows at an instant of about several tens of ns. In the power supply 3 that employs the above configuration, the shutdown can be completed within several tens of ns after detection of abnormal voltage fluctuations, and thus the LD can be effectively protected from surge.
[0058]
Separately from the comparator 59, when the operator manually switches to the operating state and a search current of a fraction of the rated current flows from the power source 57 before the steady operation, the measurement by the voltage measuring device 58 is performed. If the value is lower than the reference value, it is determined that a short circuit has occurred in the circuit, and a power supply stop signal is output to the shutdown circuit 60, while the measured value is lower than the reference value different from the above. If it is higher, a comparator 59 ′ (not shown) that outputs a power supply stop signal to the shutdown circuit 60 by judging that a disconnection has occurred in the circuit or that the LD module 10 is connected in reverse. Is preferably provided. As a result, it is possible to effectively prevent the destruction of the LD caused when the LD module 10 is attached in reverse polarity or due to a wiring defect.
[0059]
The power supply circuit 3 includes a transistor switch 63 having a source electrode connected to the ground terminal 50b and a drain electrode grounded after the transistor switch 62. The gate electrode of the transistor switch 63 is connected to the control signal output terminal of the control circuit 61. The control circuit 61 turns on or off the transistor switch 63 at a predetermined timing to convert a steady current supplied from the power source 57 to the LD head 2 into a pulsed current having a predetermined duty ratio.
[0060]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the LD laser output P (w) and the light conversion efficiency η (%) of the LD with respect to the current value supplied to the LD head 2. For example, instead of supplying a steady current of 35 A and obtaining an output of 40 w, 60 A (the output of 80 w at the time of steady current supply) at which the light conversion efficiency η is 50% is fed and the duty ratio is set to 50% By setting, the total light emission amount per cycle can be adjusted to the same amount.
[0061]
The duty ratio may be adjusted by increasing or decreasing the proportion of the light emission time in the unit period, or may be adjusted by fixing the light emission time and increasing or decreasing the light emission period. In any case, the light emission amount per unit time of the LD can be controlled with good light emission efficiency.
[0062]
FIG. 5A is a graph showing a case where the current value supplied to the LD module 10 is increased stepwise, and the duty ratio is sequentially increased at each stage current value. For example, the light emission amount of the LD in 0 to 1 second is controlled by increasing the duty ratio of the pulse current of 30 A in order of, for example, 0%, 10%, 20%,. FIG. 5B shows a current waveform when the duty ratio is 45%. FIG. 5C shows a current waveform when the duty ratio is 90%. The periods of 0A appearing at 0.9 ms to 1.0 ms and 1.9 ms to 2.0 ms in (b) and (c) of FIG. 5 are periods necessary for charging the capacitor included in the LD. Therefore, in this example, the output is maximized when the duty ratio is 90%.
[0063]
FIG. 6 is a graph showing the relationship of the laser output when the pulsed current value supplied to the LD module 10 is fixed by the above method and the number of repetitions per unit time is continuously increased from 0 KHz to 1 KHz. is there. As shown in the figure, the laser output increases from 0% to 90% in proportion to the increase in the duty ratio.
[0064]
As can be understood from FIGS. 5 and 6, the output of the constant voltage source 57 is increased stepwise, and the duty ratio of the pulsed current supplied to the LD at each step by the control circuit 61 is within a predetermined range. By changing continuously at, the amount of LD emission per unit time can be changed continuously.
[0065]
(3) Embodiment 2
Hereinafter, the laser heating apparatus 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the laser heating apparatus 200 according to the second embodiment. In the laser heating apparatus 200, the LD emission per unit time is controlled by controlling the number of LD emission per unit time (for example, 1 second) (however, the emission time of the LD per unit is constant (for example, 0.9 ms)). Control the amount. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same structure as the laser heating apparatus 1 of the said Embodiment 1, and the duplicate description here is abbreviate | omitted.
[0066]
The LD module 201 includes a deflection beam splitter 84 that is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the LD 15 e of the LD module 10. The beam splitter 84 transmits 99% of the laser light emitted from the LD 15e and makes the remaining 1% incident on a photodetector 85 provided below. The photodetector 85 outputs a signal representing the current value supplied to the LD 15e when the initial LD 15e whose light emission performance is not degraded emits light with the intensity of the incident light. The signal output line of the photodetector 85 is connected to the terminal 86. The terminal 86 is connected to the signal input terminal 80 of the power source 202.
[0067]
Further, the LD head 201 includes a current amount detector 82 between the power supply terminal 20 a and the power supply terminal 10 d of the LD module 10. The current amount detector 82 outputs a signal representing the amount (current value) per unit time of the pulsed current supplied from the power source 202 to the LD module 10. A signal output line of the current amount detection signal 82 is connected to the terminal 87. The terminal 87 is connected to the signal input terminal 81 of the power source 202.
[0068]
The power source 202 includes a circuit configured by a DC / AC converter 98, a transformer 99, and an AC / DC converter 100 as a circuit that generates a pulsed current having a predetermined repetition rate. The DC / AC converter 98 converts the DC power supplied from the DC power 97 into an AC power having a predetermined amplitude and a frequency specified by a DCDC conversion frequency signal output from a frequency adder / subtractor 96 described later. Convert. The AC power obtained by the DC / AC converter 98 is converted back to DC power in the AC / DC converter 100 via the transformer 99. The DC power after conversion becomes a pulsed current having a repetition frequency corresponding to the frequency of the AC power obtained by the DC / AC converter 98. As the DC power source 97, an insulating chopper method or an insulating DCDC constant voltage power source may be employed. In this case, the output of the DC power source 97 can be changed stepwise, or can be adjusted so that the LD module 10 is supplied with a current having a value that optimizes the luminous efficiency η%.
[0069]
The power source 202 controls the current output from the pulse-shaped current generation circuit to be constant and keeps the current supplied to the LD constant, and the current value supplied to the LD further to the circuit. Are configured so that a circuit for adding a light emission amount correction circuit for correcting a difference between an assumed light emission amount and an actual light emission amount can be selected. The current feedback control circuit includes a current / frequency conversion circuit (represented as I / F in the figure) 94, a voltage / frequency conversion circuit (represented as V / F in the figure) 95 connected to the waveform storage device 150, and And a frequency adder / subtractor 96. The light emission amount correction circuit further includes an adder / subtractor 90, a ΔI / frequency converter (represented as ΔI / F in the figure) 110, and an adder / subtractor 111. These circuits to be used are switched when the user of the laser heating apparatus 200 switches the switch 93. When only the current feedback control circuit is used, the switch 93 is connected to the terminal 91. When the light emission amount correction circuit is used together with the current feedback circuit, the switch 93 is connected to the terminal 92.
[0070]
Hereinafter, current feedback control executed by connecting the switch 93 to the terminal 91 will be described.
The current / frequency converter 94 receives the measurement value of the current amount detector 82 via the terminal 81. The current / frequency converter 94 outputs a signal representing the repetition frequency per unit time of the pulsed current supplied to the LD specified from the signal representing the amount of current per unit time as a feedback frequency signal. The waveform storage device 150 provided outside the power supply circuit 202 stores a heat profile as shown in FIG. 5A, for example, and outputs a voltage signal corresponding to the heat profile. A voltage / frequency converter (denoted as V / F in the figure) 95 outputs a set frequency signal specified from the input voltage signal.
[0071]
The feedback frequency signal output from the current / frequency converter 94 when a predetermined amount of current flows per unit time and the waveform storage device 150 output the predetermined amount of current per unit time. The set frequency signals output from the voltage / frequency converter 95 with respect to the voltage signals to be adjusted are adjusted to be the same.
[0072]
The frequency adder / subtractor 96 subtracts the feedback frequency signal output from the current / frequency converter 94 from the set frequency signal output from the voltage / frequency converter 95, adjusts the reference frequency based on the subtraction result, and A signal representing the adjusted frequency is output to the DC / AC converter 98 as a DC / DC conversion frequency signal. As described above, the DC / AC converter 98 converts the DC voltage supplied from the DC power source 97 into an AC power source having a frequency specified by the DC / DC conversion frequency signal. Specifically, when the set frequency signal and the feedback frequency signal are the same, a DC / DC conversion frequency signal that directly represents the reference frequency is output. When the set frequency signal is larger or smaller than the feedback frequency signal, the reference frequency is adjusted to be larger or smaller based on the difference, and a DC / DC conversion frequency signal representing the adjusted frequency is output.
[0073]
When the LDs 15a to 15e are not caused to emit light, for example, by outputting from the waveform storage device 150 less than 1V, which is the LD dead band voltage per LD, the DC / DC conversion frequency becomes a low value, and the LD current output from the power source 202 is It can be suppressed to tens of mA or less. Thereby, the loss at the time of idling can be made extremely small.
On the other hand, when it is necessary to increase the output, the voltage output from the waveform storage device 150 is increased and the DC / DC conversion frequency is increased, so that the LD can always emit light with good efficiency.
[0074]
Hereinafter, the control of the light emission amounts of the LDs 15a to 15e executed when the switch 93 is connected to the terminal 92 side will be described.
FIG. 8 is a graph showing the relationship of the laser output P (W) of the LD 15e (the same applies to the other LDs 15a to 15d) to the supplied current value I (A). The graph shown by the solid line shows the output characteristics of the LD 15e before the light emission performance is deteriorated. A graph indicated by a dotted line shows output characteristics of the LD 15e after deterioration. As shown in the figure, the deteriorated LD 15e emits only P1 (P0> P1) where the laser output P0 should be emitted with respect to the supply of the current value I0.
[0075]
The light emission amount correction circuit has a current I ₀ The value of I in accordance with the decrease in the light emission amount of the LD 15e due to deterioration with time ₁ In other words, the value of the feedback frequency signal is subtracted and corrected in accordance with the decrease in the light emission amount accompanying the deterioration of the LD 15e with time, and thereby the amount of current supplied to the LDs 15a to 15e is reduced to I. ₀ To increase by ΔI. By using the correction circuit, the light emission amounts of the LDs 15a to 15e can be kept constant regardless of deterioration over time.
[0076]
The light emission amount correction circuit includes an adder / subtracter 90, a ΔI / frequency converter (represented as ΔI / F in the figure) 110, and an adder / subtractor 111. The adder / subtracter 90 subtracts the output value of the photodetector 85 from the detection value by the current amount detector 82 and outputs a signal obtained by the subtraction to the ΔI / frequency converter 110. The ΔI / frequency converter 110 outputs a correction frequency signal specified in proportion to the input subtraction result signal. The adder / subtractor 111 uses the frequency subtracter 96 as a signal reflecting the actual light emission amount of the LD 15e that has deteriorated with time, by subtracting the correction frequency signal from the feedback frequency signal output from the current / frequency converter 94. Output to.
[0077]
The ΔI / frequency converter 110 receives the subtraction result, that is, the value obtained by subtracting the output value of the photodetector 85 from the detection value by the current amount detector 82 exceeds a predetermined threshold value. , It is set to output a fixed correction frequency signal. Thereby, when the photodetector 85 is broken, the feedback amount becomes 0, a large current suddenly flows through the LDs 15a to 15e, and the LDs 15a to 15e can be prevented from being broken.
[0078]
【The invention's effect】
The laser heating apparatus according to claim 1, The shutdown circuit can immediately stop power supply to the LD module when the potential difference between the power supply terminal and the ground terminal of the LD module is out of a predetermined range. This prevents the LD from being broken when a surge occurs due to a wiring failure or the like, and also makes other LDs effective against voltage fluctuations that occur when a part of the LD constituting the LD module is degraded or broken. To protect.
Furthermore, By having a protection circuit, The power supply terminal and ground terminal of the LD module can be short-circuited except when power is supplied from the power supply. When power supply from the power supply to the LD module and the protection circuit is started, first, the B-contact switch circuit is turned off and the LD is turned off. After opening the power supply terminal and the ground terminal of the module, the power supply to the LD module can be started. It is possible to effectively prevent the LD of the LD module from being broken by applying static electricity.
[0079]
The laser heating apparatus according to claim 2, The shutdown circuit can immediately stop power supply to the LD module when the potential difference between the power supply terminal and the ground terminal of the LD module is out of a predetermined range. This prevents the LD from being broken when a surge occurs due to a wiring failure or the like, and also makes other LDs effective against voltage fluctuations that occur when a part of the LD constituting the LD module is degraded or broken. To protect.
Furthermore, By providing a protection circuit, it is possible to check whether the LD is connected in reverse polarity before normal driving, and whether the wiring is short-circuited or disconnected in the LD module. Destruction can be prevented in advance.
[0080]
Claim 3 The laser heating method is When the potential difference between the power supply terminal and the ground terminal of the LD module is out of the predetermined range, power supply to the LD module can be stopped immediately. This prevents the LD from being broken when a surge occurs due to a wiring failure or the like, and also makes other LDs effective against voltage fluctuations that occur when a part of the LD constituting the LD module is degraded or broken. The object to be heated can be heated by the laser beam while being protected.
Furthermore, before normal driving, it is possible to check whether the LD is connected in reverse polarity or whether the wiring is short-circuited or disconnected in the LD module, thereby preventing the destruction of the LD in the LD module. Meanwhile, the object to be heated can be overheated by the laser beam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser heating device.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a laser heating device.
FIG. 3 is a flag showing a relationship of a current value supplied to the LD with respect to a potential difference between the power supply terminal and the ground terminal of the LD.
FIG. 4 is a graph showing a luminous efficiency η (%) of an LD with respect to a current value supplied to the LD by a dotted line, and a relationship of a laser output P (W) with respect to the current value by a solid line.
FIG. 5 is a diagram showing a pulsed current supplied to an LD.
FIG. 6 is a graph showing the relationship of the laser output when the number of repetitions per unit time of the pulsed current supplied to the LD, that is, the duty ratio is changed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a laser heating apparatus according to a second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the laser output and the supply current for the LD after initial degradation and after degradation.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional laser heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1,200 laser heating device, 2 LD head, 3 power supply, 4 laser beam, 5 object to be heated, 10 LD module, 10a supply port, 10b drainage port, 11 first optical system, 12 second optical system, 15a to 15e LD, 17 heat absorption part, 18 fan, 19 B contact relay switch, 21 temperature sensor, 24 relay, 30 water supply device, 33 refrigerator compartment, 55a photodiode, 55b phototransistor, 57 constant voltage source, 59 comparator, 60 shutdown Circuit, 61 control circuit, 62, 63 switching transistor, 82 90, 96 adder / subtractor, 93 switch, 94 current / frequency converter, 95 voltage / frequency converter, 98 DC / AC converter, 100 AC / DC converter.

Claims

レーザダイオードモジュール（２）と、電源（３）と、光学系（１１、１２）と、電圧検出部（５８）と、比較器（５９）と、シャットダウン回路（６０）と、保護回路と、を含んでいるレーザ加熱装置であって、
上記電源が、レーザダイオードモジュールに電流を供給するものであり、
上記光学系が、レーザダイオードモジュールから射出されるレーザ光を合焦させるものであり、
上記電圧検出部が、上記レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される電圧を検出するものであり、
上記比較器が、上記電圧検出部において検出された電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に給電停止信号を出力するものであり、
上記シャットダウン回路が、比較器からの給電停止信号の入力に応じて電源からレーザダイオードモジュールへの給電を停止するものであり、
上記保護回路が、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子とを短絡する配線上に設けられているスイッチであって、保護回路への給電時にオフになり、給電停止時にオンになる、Ｂ接型スイッチ回路と、該スイッチ回路への第１給電線と上記電源からレーザダイオードモジュールへの第２給電線との間に設けられ、第１給電線によるスイッチ回路への給電に応じて上記第２給電線を導通させるホトカプラと、を含んでおり、
上記電源がレーザダイオードモジュールへ給電を開始するのと同時に保護回路にも給電を開始するようになっている、
ことを特徴とするレーザ加熱装置。A laser diode module (2), a power source (3), an optical system (11, 12), a voltage detector (58), a comparator (59), a shutdown circuit (60), and a protection circuit; A laser heating device comprising:
The power supply supplies current to the laser diode module;
The optical system is to focus the laser light emitted from the laser diode module,
The voltage detector detects a voltage applied between a power supply terminal and a ground terminal of the laser diode module;
The comparator compares the voltage detected by the voltage detector with a reference value, and outputs a power supply stop signal when the voltage is out of a set range;
The shutdown circuit stops power supply from the power supply to the laser diode module in response to an input of a power supply stop signal from the comparator,
The above-mentioned protection circuit is a switch provided on the wiring that short-circuits the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module, and is turned off when power is supplied to the protection circuit, and is turned on when power supply is stopped. The switch circuit is provided between the switch circuit, the first power supply line to the switch circuit, and the second power supply line from the power source to the laser diode module, and the second power supply according to the power supply to the switch circuit by the first power supply line. A photocoupler for conducting the electric wire,
At the same time that the power supply starts to supply power to the laser diode module, it also starts to supply power to the protection circuit.
A laser heating apparatus.

レーザダイオードモジュール（２）と、電源（３）と、光学系（１１、１２）と、電圧検出部（５８）と、比較器（５９）と、シャットダウン回路（６０）と、保護回路と、を含んでいるレーザ加熱装置であって、
上記電源が、レーザダイオードモジュールに電流を供給するものであり、
上記光学系が、レーザダイオードモジュールから射出されるレーザ光を合焦させるものであり、
上記電圧検出部が、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子との間に印加される第１電圧を検出するものであり、
上記比較器が、上記電圧検出部において検出された第１電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に給電停止信号を出力するものであり、
上記保護回路が、上記電源からレーザダイオードモジュールが逆極性接続されていても破壊されない程の僅かな探査電流を流した場合に、上記電圧検出部によって検出される第２電圧が第１基準値よりも低い場合に回路内でショートが生じていると判断し、また、検出された第２電圧が別の第２基準値よりも高い場合には、回路内で断線している又はレーザダイオードモジュールが逆に接続されていると判断して、給電停止信号を出力するものであり、
上記シャットダウン回路が、上記比較器又は保護回路からの給電停止信号の入力に応じて電源からレーザダイオードモジュールへの給電を停止するものである、
ことを特徴とするレーザ加熱装置。A laser diode module (2), a power source (3), an optical system (11, 12), a voltage detector (58), a comparator (59), a shutdown circuit (60), and a protection circuit; A laser heating device comprising:
The power supply supplies current to the laser diode module;
The optical system is to focus the laser light emitted from the laser diode module,
The voltage detector detects a first voltage applied between a power supply terminal and a ground terminal of the laser diode module;
The comparator compares the first voltage detected by the voltage detector with a reference value, and outputs a power supply stop signal when the voltage is out of a set range;
The second voltage detected by the voltage detection unit is less than the first reference value when the protection circuit passes a small amount of exploration current from the power supply so that the laser diode module is not damaged even if the laser diode module is connected in reverse polarity. If the detected second voltage is higher than another second reference value, the circuit is disconnected or the laser diode module is It is judged to be connected in reverse and outputs a power supply stop signal,
The shutdown circuit stops power supply from the power supply to the laser diode module in response to an input of a power supply stop signal from the comparator or the protection circuit.
A laser heating apparatus.

請求項２に記載のレーザ加熱装置を用いて行うレーザ加熱方法であって、
上記電圧検出部によって、上記レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される第１電圧を検出する工程と、
上記比較器によって、上記検出された第１電圧を基準値と比較し、該電圧が設定範囲外の場合に、上記シャットダウン回路へ給電停止信号を出力する工程と、
上記電源からレーザダイオードモジュールが逆極性接続されていても破壊されない程の僅かな探査電流を流す工程と、
上記探査電流が流されている間に、上記電圧検出部によって、レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子間に印加される第２電圧を検出する工程と、
検出される第２電圧が第１基準値よりも低い場合に回路内でショートが生じていると判断し、第２電圧が上記とは別の第２基準値よりも高い場合には、回路内で断線している又はレーザダイオードモジュールが逆に接続されていると判断して、上記シャットダウン回路へ給電停止信号を出力する工程と、
を含んでいることを特徴とするレーザ加熱方法。 A laser heating method performed using the laser heating apparatus according to claim 2,
Detecting a first voltage applied between the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module by the voltage detection unit ;
A step of comparing the detected first voltage with a reference value by the comparator and outputting a power supply stop signal to the shutdown circuit when the voltage is out of a set range;
A step of flowing a small amount of exploration current from the above power source so that the laser diode module is not destroyed even if it is connected in reverse polarity;
A step of detecting a second voltage applied between the power supply terminal and the ground terminal of the laser diode module by the voltage detection unit while the exploration current is applied;
When the detected second voltage is lower than the first reference value, it is determined that a short circuit has occurred in the circuit, and when the second voltage is higher than a second reference value different from the above, Determining that the laser diode module is disconnected or the laser diode module is connected in reverse, and outputting a power supply stop signal to the shutdown circuit ;
The laser heating method characterized by including.