JP2002009388A - レーザ加熱装置、及び、レーザ加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 サージ等からＬＤを保護しつつ安定した出力
制御の可能な高出力のレーザ加熱装置を提供する。 【解決手段】 ＬＤモジュール１０と、上記ＬＤモジュ
ール１０に電流を供給する電源３と、ＬＤモジュール１
０より射出されるレーザ光を加熱点で合焦させる光学系
１１，１２と、上記ＬＤ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電圧検出部と、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比較
器５９と、比較器５９からの給電停止信号の入力に応じ
て電源からＬＤモジュール１０への給電を停止するシャ
ットダウン回路６０を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、Ｌ
Ｄ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５
０２、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１０
０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】本発明の第１のレーザ加
熱装置は、レーザダイオードモジュールと、上記レーザ
ダイオードモジュールに電流を供給する電源と、レーザ
ダイオードモジュールより射出されるレーザ光を合焦さ
せる光学系と、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電圧検出
部と、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
出力する比較器と、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
停止するシャットダウン回路を備えることを特徴とす
る。

【００１４】本発明の第２のレーザ加熱装置は、上記第
１のレーザ加熱装置において、更に、電源からの給電時
にレーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子を
開放し、電源からの給電停止時に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を短絡するレーザダイ
オードモジュールの保護回路を備えることを特徴とす
る。

【００１５】本発明の第３のレーザ加熱装置は、上記第
２のレーザ加熱装置において、上記レーザダイオードモ
ジュールの保護回路は、レーザダイオードモジュールの
給電端子と接地端子を短絡する配線上にＢ接型のスイッ
チを有するリレー回路を備え、上記電源からレーザダイ
オードモジュールへの給電開始に伴いリレーへの給電が
開始されるように、該リレーへの給電線と電源からレー
ザダイオードモジュールへの給電線との間にホトカプラ
を設けたことを特徴とする。

【００１６】本発明の第４のレーザ加熱装置は、上記何
れかのレーザ加熱装置において、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
部により検出される電圧が所定の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
された電圧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
回路に給電停止信号を出力する第２保護回路を備えるこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明の第５のレーザ加熱装置は、上記何
れかのレーザ加熱装置において、上記電源は、所定値の
電流を所定のデューティ比のパルス波として供給し、電
流の値及びデューティ比を所定の範囲内で変化させるこ
とによりレーザダイオードモジュールの射出するレーザ
光の発光量を制御することを特徴とする。

【００１８】本発明の第６のレーザ加熱装置は、上記第
５のレーザ加熱装置において、上記電源は、予め与えら
れたデータに基づいて、供給する電流の値を段階的に増
加させると共に、各段階においてデューティ比を所定の
範囲内で増加させることにより、単位時間当たりのレー
ザダイオードモジュールの射出するレーザ光の発光量を
連続的に変化させることを特徴とする。

【００１９】本発明の第７のレーザ加熱装置は、上記第
５又は第６のレーザ加熱装置において、上記電源は、絶
縁型ＤＣＤＣ方式の定電圧電源と、当該電源を所定の繰
り返し周波数でオン又はオフして所定のデューティ比の
パルス状の電流を出力する制御部とで構成されることを
特徴とする。

【００２０】本発明の第８のレーザ加熱装置は、上記第
５又は第６のレーザ加熱装置において、上記電源は、絶
縁型チョッパ方式の定電圧電源と、当該電源を所定の繰
り返し周波数でオン又はオフして所定のデューティ比の
パルス状の電流を出力する制御部とで構成されることを
特徴とする。

【００２１】本発明の第９のレーザ加熱装置は、上記第
５乃至第８の何れかのレーザ加熱装置において、レーザ
ダイオードモジュールに供給される単位時間当たりの電
流量を検出する電流量検出器を備え、上記電源は、上記
電流量検出器により検出される単位時間当たりの電流量
が所定の値となるように、レーザダイオードモジュール
に供給する電流のデューティ比を補正するフィードバッ
ク制御回路を備えることを特徴とする。

【００２２】本発明の第１０のレーザ加熱装置は、上記
第５乃至第８の何れかのレーザ加熱装置において、レー
ザダイオードモジュールへ供給する単位時間当たりの電
流量を測定する電流量検出器と、レーザダイオードモジ
ュールの備えるレーザダイオードが射出する単位時間当
たりのレーザ出力を検出する光検出器と、上記電流量検
出器により検出される単位時間当たりの電流量におい
て、レーザダイオードモジュールの備えるレーザダイオ
ードが射出すべきレーザ出力を特定し、上記光検出器に
より検出された実際のレーザ出力との差に基づいて、レ
ーザダイオードが上記特定される出力のレーザを射出す
るように、レーザダイオードモジュールに供給する電流
のデューティ比を補正するフィードバック制御回路を備
えることを特徴とする。

【００２３】本発明の第１１のレーザ加熱装置は、上記
何れかのレーザ加熱装置において、上記レーザダイオー
ドモジュールは、レーザ光を射出するレーザダイオード
を冷却する冷却水を循環させる配管を備え、レーザ加熱
装置は、更に、上記レーザダイオードモジュールの配管
に冷却水を循環させる給水装置と、上記冷却水を循環す
る配管の途中に、冷却水の導電率が所定の基準値を超え
た場合に上記シャットダウン回路に給電停止信号を出力
する冷却水の純度センサを備え、上記シャットダウン回
路は、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こと
を特徴とする。

【００２４】本発明の第１２のレーザ加熱装置は、上記
何れかのレーザ加熱装置において、レーザダイオードモ
ジュールのレーザ光射出面近傍に、所定の温度を超えた
場合に上記シャットダウン回路に給電停止信号を出力す
る温度センサを備え、上記シャットダウン回路は、温度
センサ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ことを特徴
とする。

【００２５】本発明の第１のレーザ加熱方法は、少なく
ともレーザダイオードモジュールと、該レーザダイオー
ドモジュールに電流を供給する電源と、前記レーザダイ
オードモジュールより射出されるレーザ光を合焦する光
学系とを備えるレーザ加熱装置より射出されるレーザ光
の合焦位置に被加熱物を置き、当該被加熱物を加熱する
レーザ加熱方法であって、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電圧を検出
し、上記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、レーザダイオードモジュールへの給
電を停止することを特徴とする。

【００２６】本発明の第２のレーザ加熱方法は、上記第
１のレーザ加熱方法において、更に、電源からの給電時
にレーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子を
開放し、電源からの給電停止時に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を短絡することを特徴
とする。

【００２７】本発明の第３のレーザ加熱方法は、上記何
れかのレーザ加熱方法において、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、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
し、検出される電圧が所定の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、電圧が上記とは
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
と判断して上記レーザダイオードモジュールへの給電を
停止することを特徴とする。

【００２８】本発明の第４のレーザ加熱方法は、上記何
れかのレーザ加熱方法において、上記電源から所定の電
流値及びデューティ比のパルス状の電流を出力し、上記
電源から出力する電流の値、及び、デューティ比を所定
の範囲内で変化させてレーザダイオードモジュールの射
出するレーザ光の発光量を制御することを特徴とする。

【００２９】本発明の第５のレーザ加熱方法は、上記第
４のレーザ加熱方法において、上記電源から出力するパ
ルス状の電流の値を段階的に増加させると共に、各段階
においてデューティ比を所定の範囲内で増加することに
より、単位時間当たりのレーザダイオードモジュールの
射出するレーザ光の発光量を連続的に変化させることを
特徴とする。

【００３０】本発明の第６のレーザ加熱方法は、上記第
４又は第５のレーザ加熱方法において、レーザダイオー
ドモジュールに供給される単位時間あたりの電流量を検
出し、上記検出した単位時間あたりの電流量が所定の値
となるように、上記電源がレーザダイオードモジュール
に供給する電流のデューティ比を補正することを特徴と
する。

【００３１】本発明の第７のレーザ加熱方法は、上記第
４又は第５のレーザ加熱方法において、レーザダイオー
ドモジュールへ供給する単位時間当たりの電流量を測定
すると共に、レーザダイオードモジュールの備えるレー
ザダイオードが射出する単位時間当たりのレーザ出力を
検出し、上記検出される単位時間当たりの電流量におい
て、レーザダイオードモジュールの備えるレーザダイオ
ードが射出すべきレーザ出力を特定し、上記光検出器に
より検出された実際のレーザ出力との差に基づいて、レ
ーザダイオードが上記特定される出力のレーザを射出す
るように、上記電源がレーザダイオードモジュールに供
給する電流のデューティ比を補正することを特徴とす
る。

【００３２】本発明の第８のレーザ加熱方法は、上記何
れかのレーザ加熱方法において、上記レーザダイオード
モジュールは、レーザ光を射出するレーザダイオードを
冷却する冷却水を循環させる配管を備え、上記レーザダ
イオードモジュール内の配管に冷却水を循環し、上記循
環している冷却水の導電率を測定し、測定した冷却水の
導電率が所定の基準値を超えた場合に電源からレーザダ
イオードモジュールへの給電を停止することを特徴とす
る。

【００３３】本発明の第９のレーザ加熱方法は、上記何
れかのレーザ加熱方法において、レーザダイオードモジ
ュールのレーザ光射出面近傍の温度を検出し、上記検出
される温度が所定値を超えた場合に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１
８及びリレー２４への給電端子２５ａ、接地端子２０
ｂ，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，５１
ｂ、接地端子５０ｂ，５１ｂ、給電停止信号入力端子５
２，５３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。Ｌ
Ｄヘッド２の接地端子２５ｂは、電源３の接地端子５１
ｂ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、Ｌ
Ｄ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１．５
mm×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３
０、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１
０ｃ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３
１，３２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３
１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、Ｌ
Ｄ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１０ｎ
ｓ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１
６，３１，３２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Ｌ
Ｄ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１
０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５
０％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、３０
Ａ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１
０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６
１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２０
０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Ｌ
Ｄ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８
６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２０
ａ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、Ｄ
Ｃ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１
００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９
４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Ｌ
Ｄ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１
５０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Ｌ
Ｄ１５ｅ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Δ
Ｉ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１
１０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９
４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、ＬＤ１５
ａ〜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】本発明の第１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。

【００７９】本発明の第２のレーザ加熱装置は、上記第
１のレーザ加熱装置において、更に、保護回路を備える
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、組立時に静
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。

【００８０】本発明の第３のレーザ加熱装置は、上記第
２のレーザ加熱装置の保護回路として、ＬＤモジュール
の給電端子と接地端子間を短絡する配線上にＢ接型のス
イッチを有するリレー回路を備え、上記電源からＬＤモ
ジュールへの給電開始に伴いリレーへの給電が開始され
るように、該リレーへの給電線と電源からＬＤモジュー
ルへの給電線の間にホトカプラが設けられているものを
採用し、給電時におけるＬＤモジュールの給電端子と接
地端子の迅速な短絡処理を実現する。

【００８１】本発明の第４のレーザ加熱装置は、上記何
れかのレーザ加熱装置において、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。

【００８２】本発明の第５のレーザ加熱装置では、上記
何れかのレーザ加熱装置において、ＬＤモジュールに出
力する電流をパルス波として出力する電流の値及びデュ
ーティ比を所定の範囲内で調節することにより、ＬＤの
発光効率の良好な値の電流を使用しつつ、単位時間当た
りのレーザ発光量を正確に制御することができる。ま
た、温度一定で駆動した場合、ＬＤの寿命の推定が容易
になるといった利点を持つ。

【００８３】本発明の第６のレーザ加熱装置では、上記
第５のレーザ加熱装置において、更に、供給する電流の
値を段階的に増加させると共に、各段階においてデュー
ティ比を所定の範囲内で増加させることにより、単位時
間当たりのＬＤモジュールの射出するレーザ光の発光量
を連続的に変化させて、所望のレーザ出力曲線を得るこ
とができる。

【００８４】本発明の第７及び第８のレーザ加熱装置
は、上記第５又は第６の何れかのレーザ加熱装置におい
て、絶縁型ＤＣＤＣ方式の電源又は絶縁型直流チョッパ
方式の電源を採用することで、パルス波として出力する
電流の値及びデューティ比を所定の範囲内で調節するこ
とにより、ＬＤの発光効率の良好な値の電流を使用しつ
つ、単位時間当たりのレーザ発光量を正確に制御するこ
とができる。また、温度一定で駆動した場合、ＬＤの寿
命の推定が容易になるといった利点を持つ。

【００８５】本発明の第９のレーザ加熱装置は、上記第
５乃至第８の何れかのレーザ加熱装置において、更に、
実際にＬＤモジュールに供給される電流を測定し、当該
測定値に基づいて、供給する電流の値を調整する。これ
により、安定したレーザ出力を得ることができる。

【００８６】本発明の第１０のレーザ加熱装置は、上記
第５乃至第８の何れかのレーザ加熱装置において、更
に、実際のＬＤのレーザ出力に基づいて、所望の出力が
得られるように供給する電流の値を調整する。これによ
り、ＬＤの劣化時においても安定したレーザ出力を得る
ことができる。

【００８７】本発明の第１１のレーザ加熱装置は、上記
何れかのレーザ加熱装置において、更に、水冷式の冷却
機構を備え、当該冷却機構内を循環する冷却水の純度が
所定の値以下になった場合には、給電を停止する。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。

【００８８】本発明の第１２のレーザ加熱装置は、上記
何れかのレーザ加熱装置において、更に、ＬＤの温度が
所定の温度以上になった場合には、給電を停止する。こ
れにより、ＬＤがオーバーヒートにより壊れることを防
止することができる。

【００８９】本発明の第１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。

【００９０】本発明の第２のレーザ加熱方法は、上記第
１のレーザ加熱方法において、更に、保護回路を備える
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、組立時に静
電気が印加されてＬＤモジュールのＬＤが壊れることを
有効に防止しつつ、レーザによる被加熱物の加熱を実行
することができる。

【００９１】本発明の第３のレーザ加熱方法は、上記何
れかのレーザ加熱方法において、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。

【００９２】本発明の第４のレーザ加熱方法では、上記
何れかのＬＤモジュールに出力する電流をパルス波とし
て出力する電流の値及びデューティ比を所定の範囲内で
調節することにより、ＬＤの発光効率の良好な値の電流
を使用しつつ、単位時間当たりのレーザ発光量を正確に
制御することができる。また、温度一定で駆動した場
合、ＬＤの寿命の推定が容易になるといった利点を持
つ。

【００９３】本発明の第５のレーザ加熱方法では、上記
第４のレーザ加熱方法において、更に、供給する電流の
値を段階的に増加させると共に、各段階においてデュー
ティ比を所定の範囲内で増加させることにより、単位時
間当たりのＬＤモジュールの射出するレーザ光の発光量
を連続的に変化させて、所望のレーザ出力曲線を得るこ
とができる。

【００９４】本発明の第６のレーザ加熱方法では、上記
第４又は第５のレーザ加熱方法において、実際にＬＤモ
ジュールに供給される電流を測定し、当該測定値に基づ
いて、供給する電流の値を調整する。これにより、安定
したレーザ出力を得ることができる。

【００９５】本発明の第７のレーザ加熱方法では、上記
第４又は第５のレーザ加熱方法において、更に、実際の
ＬＤのレーザ出力に基づいて、所望の出力が得られるよ
うに供給する電流の値を調整する。これにより、ＬＤの
劣化時においても安定したレーザ出力を得ることができ
る。

【００９６】本発明の第８のレーザ加熱方法では、上記
何れかのレーザ加熱方法において、レーザダイオードモ
ジュールが備える冷却用の配管を循環する冷却水の純度
が所定の値以下になった場合には、給電を停止する。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。

【００９７】本発明の第９のレーザ加熱方法では、上記
何れかのレーザ加熱方法において、更に、ＬＤの温度が
所定の温度以上になった場合には、給電を停止する。こ
れにより、ＬＤがオーバーヒートにより壊れることを防
止することができる。

【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、２ ＬＤヘッド、３ 電
源、４ レーザ光、５ 被加熱物、１０ ＬＤ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〜１５ｅ ＬＤ、１７
吸熱部、１８ ファン、１９ Ｂ接型リレースイッチ、
２１ 温度センサ、２４ リレー、３０ 給水装置、３
３ 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、８２ ９０，９６ 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、９８ ＤＣ／ＡＣコンバータ、
１００ ＡＣ／ＤＣコンバータ。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオードモジュールと、 上記レーザダイオードモジュールに電流を供給する電源
   と、 レーザダイオードモジュールより射出されるレーザ光を
   合焦させる光学系と、 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電圧検出部と、 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
   る比較器と、 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シャットダ
   ウン回路を備えることを特徴とするレーザ加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ加熱装置におい
   て、更に、 電源からの給電時にレーザダイオードモジュールの給電
   端子と接地端子を開放し、電源からの給電停止時に上記
   レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子を短
   絡するレーザダイオードモジュールの保護回路を備える
   ことを特徴とするレーザ加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のレーザ加熱装置におい
   て、 上記レーザダイオードモジュールの保護回路は、レーザ
   ダイオードモジュールの給電端子と接地端子を短絡する
   配線上にＢ接型のスイッチを有するリレー回路を備え、
   上記電源からレーザダイオードモジュールへの給電開始
   に伴いリレーへの給電が開始されるように、該リレーへ
   の給電線と電源からレーザダイオードモジュールへの給
   電線との間にホトカプラを設けたことを特徴とするレー
   ザ加熱装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
   レーザ加熱装置において、 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り検出される電圧が所定の
   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、検出された電圧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に給電停止信号を出力する
   第２保護回路を備えることを特徴とするレーザ加熱装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
   レーザ加熱装置において、 上記電源は、所定のデューティ比のパルス状の電流を出
   力する出力部と、上記出力部が出力する電流の値及びデ
   ューティ比を所定の範囲内で変化させて、レーザダイオ
   ードモジュールの射出するレーザ光の発光量を制御する
   制御部とで構成されることを特徴とするレーザ加熱装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のレーザ加熱装置におい
   て、 上記電源の制御部は、予め与えられたデータに基づい
   て、出力部が出力する電流の値を段階的に増加させると
   共に、各段階においてデューティ比を所定の範囲内で増
   加させることにより、単位時間当たりのレーザダイオー
   ドモジュールの射出するレーザ光の発光量を連続的に変
   化させることを特徴とするレーザ加熱装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は請求項６の何れかに記載の
   レーザ加熱装置において、 上記電源は、出力部及び制御部として、出力の調節可能
   な絶縁型ＤＣＤＣ方式の定電圧電源と、当該電源を設定
   された繰り返し周波数でオン又はオフして所定のデュー
   ティ比のパルス状の電流を出力する制御回路とを備える
   ことを特徴とするレーザ加熱装置。
8. 【請求項８】 請求項５又は請求項６に記載のレーザ加
   熱装置において、 上記電源は、出力部及び制御部として、出力の調節可能
   な絶縁型チョッパ方式の定電圧電源と、当該電源を設定
   された繰り返し周波数でオン又はオフして所定のデュー
   ティ比のパルス状の電流を出力する制御回路とを備える
   ことを特徴とするレーザ加熱装置。
9. 【請求項９】 請求項５乃至請求項８の何れかに記載の
   レーザ加熱装置であって、 レーザダイオードモジュールに供給される単位時間当た
   りの電流量を検出する電流量検出器と、 上記電流量検出器により検出される単位時間当たりの電
   流量が所定の値となるように、上記電源がレーザダイオ
   ードモジュールに供給する電流のデューティ比を補正す
   るフィードバック制御回路を備えることを特徴とするレ
   ーザ加熱装置。
10. 【請求項１０】 請求項５乃至請求項８の何れかに記載
    のレーザ加熱装置であって、 レーザダイオードモジュールへ供給する単位時間当たり
    の電流量を測定する電流量検出器と、 レーザダイオードモジュールの備えるレーザダイオード
    が射出する単位時間当たりのレーザ出力を検出する光検
    出器と、 上記電流量検出器により検出される単位時間当たりの電
    流量において、レーザダイオードモジュールの備えるレ
    ーザダイオードが射出すべきレーザ出力を特定し、上記
    光検出器により検出された実際のレーザ出力との差に基
    づいて、レーザダイオードが上記特定される出力のレー
    ザを射出するように、上記電源がレーザダイオードモジ
    ュールに供給する電流のデューティ比を補正するフィー
    ドバック制御回路を備えることを特徴とするレーザ加熱
    装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項１０の何れかに記
    載のレーザ加熱装置であって、 上記レーザダイオードモジュールは、レーザ光を射出す
    るレーザダイオードを冷却する冷却水を循環させる配管
    を備え、 レーザ加熱装置は、更に、上記レーザダイオードモジュ
    ールの配管に冷却水を循環させる給水装置と、上記冷却
    水を循環する配管の途中に、冷却水の導電率が所定の基
    準値を超えた場合に上記シャットダウン回路に給電停止
    信号を出力する冷却水の純度センサを備え、 上記シャットダウン回路は、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
    の給電を停止することを特徴とするレーザ加熱装置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至請求項１１の何れかに記
    載のレーザ加熱装置において、 レーザダイオードモジュールのレーザ光射出面近傍に、
    所定の温度を超えた場合に上記シャットダウン回路に給
    電停止信号を出力する温度センサを備え、 上記シャットダウン回路は、温度センサからの給電停止
    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ことを特徴とするレーザ加熱装
    置。
13. 【請求項１３】 少なくともレーザダイオードモジュー
    ルと、該レーザダイオードモジュールに電流を供給する
    電源と、前記レーザダイオードモジュールより射出され
    るレーザ光を合焦する光学系とを備えるレーザ加熱装置
    より射出されるレーザ光の合焦位置に被加熱物を置き、
    当該被加熱物を加熱するレーザ加熱方法であって、 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
    間に印加される電圧を検出し、 上記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、レーザダイオードモジュールへの給電を
    停止することを特徴とするレーザ加熱方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のレーザ加熱方法に
    おいて、更に、 電源からの給電時にレーザダイオードモジュールの給電
    端子と接地端子を開放し、電源からの給電停止時に上記
    レーザダイオードモジュールの給電端子と接地端子を短
    絡することを特徴とするレーザ加熱方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３又は請求項１４に記載のレ
    ーザ加熱方法において、 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、 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し、 検出される電圧が所定の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、電圧が上記とは別の
    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
    断して上記レーザダイオードモジュールへの給電を停止
    することを特徴とするレーザ加熱方法。
16. 【請求項１６】 請求項１３乃至請求項１５の何れかに
    記載のレーザ加熱方法において、 上記電源から所定の電流値及びデューティ比のパルス状
    の電流を出力し、 上記電源から出力する電流の値、及び、デューティ比を
    所定の範囲内で変化させてレーザダイオードモジュール
    の射出するレーザ光の発光量を制御することを特徴とす
    るレーザ加熱方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載のレーザ加熱方法に
    おいて、 上記電源から出力するパルス状の電流の値を段階的に増
    加させると共に、各段階においてデューティ比を所定の
    範囲内で増加することにより、単位時間当たりのレーザ
    ダイオードモジュールの射出するレーザ光の発光量を連
    続的に変化させることを特徴とするレーザ加熱方法。
18. 【請求項１８】 請求項１６又は請求項１７に記載のレ
    ーザ加熱方法において、 レーザダイオードモジュールに供給される単位時間あた
    りの電流量を検出し、 上記検出した単位時間あたりの電流量が所定の値となる
    ように、上記電源がレーザダイオードモジュールに供給
    する電流のデューティ比を補正することを特徴とするレ
    ーザ加熱方法。
19. 【請求項１９】 請求項１６又は請求項１７に記載のレ
    ーザ加熱方法において、 レーザダイオードモジュールへ供給する単位時間当たり
    の電流量を測定すると共に、レーザダイオードモジュー
    ルの備えるレーザダイオードが射出する単位時間当たり
    のレーザ出力を検出し、 上記検出される単位時間当たりの電流量において、レー
    ザダイオードモジュールの備えるレーザダイオードが射
    出すべきレーザ出力を特定し、上記光検出器により検出
    された実際のレーザ出力との差に基づいて、レーザダイ
    オードが上記特定される出力のレーザを射出するよう
    に、上記電源がレーザダイオードモジュールに供給する
    電流のデューティ比を補正することを特徴とするレーザ
    加熱方法。
20. 【請求項２０】 請求項１３乃至請求項１９の何れかに
    記載のレーザ加熱方法において、 上記レーザダイオードモジュールは、レーザ光を射出す
    るレーザダイオードを冷却する冷却水を循環させる配管
    を備え、 上記レーザダイオードモジュール内の配管に冷却水を循
    環し、 上記循環している冷却水の導電率を測定し、 測定した冷却水の導電率が所定の基準値を超えた場合に
    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
    ることを特徴とするレーザ加熱方法。
21. 【請求項２１】 請求項１３乃至請求項１９の何れかに
    記載のレーザ加熱方法において、 レーザダイオードモジュールのレーザ光射出面近傍の温
    度を検出し、 上記検出される温度が所定値を超えた場合に電源からレ
    ーザダイオードモジュールへの給電を停止することを特
    徴とするレーザ加熱方法。