JP6495059B2 - レーザアレイデバイス - Google Patents
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Description
本明細書において、「スポット径」とは、レーザ光の進行方向に垂直な断面におけるレーザ光の直径を意味する。スポット径は、例えば、当該断面におけるレーザ光の強度が、当該断面におけるレーザ光の最大強度の1/e2(eは自然対数の底)となる部分の直径である。
図1乃至図3を参照して、発明者によって認識された事項について説明する。図1乃至図3は、レーザ光の照射状態を模式的に示す概略側面図である。
図4乃至図6Nを参照して、実施形態に係るレーザアレイデバイス9について説明する。図4は、レーザアレイデバイス9の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。図5は、図4の平面Bにおける断面を示す概略断面図である。図6A、図6C、図6E、図6G、図6I、図6Kは、第1鏡筒10のうちの半筒部分を図5における矢印Cで示される方向から見た概略斜視図である。図6B、図6D、図6F、図6H、図6J、図6Lは、第1鏡筒10のうちの残りの半筒部分を図5における矢印Dで示される方向から見た概略斜視図である。図6Mは、第2鏡筒20のうちの半筒部分を図5における矢印Eで示される方向から見た概略斜視図である。図6Nは、第2鏡筒20のうちの残りの半筒部分を図5における矢印Fで示される方向から見た概略斜視図である。
次に、図6Aおよび図6Bを参照して、第1の温度上昇抑制機構110の一例について説明する。図6Aは、第1鏡筒10のうちの半筒部分(例えば、下側の半筒部分が仮想的に除去された上側の半筒部分)を図5における矢印Cで示される方向から見た概略斜視図である。図6Bは、第1鏡筒10のうちの残りの半筒部分(例えば、上側の半筒部分が仮想的に除去された下側の半筒部分)を図5における矢印Dで示される方向から見た概略斜視図である。
図6Cおよび図6Dを参照して、第1の温度上昇抑制機構110の変形例1について説明する。図6Cは、第1鏡筒10のうちの半筒部分(例えば、下側の半筒部分が仮想的に除去された上側の半筒部分)を図5における矢印Cで示される方向から見た概略斜視図である。図6Dは、第1鏡筒10のうちの残りの半筒部分(例えば、上側の半筒部分が仮想的に除去された下側の半筒部分)を図5における矢印Dで示される方向から見た概略斜視図である。
図6Eおよび図6Fを参照して、第1の温度上昇抑制機構110の変形例2について説明する。図6Eは、第1鏡筒10のうちの半筒部分(例えば、下側の半筒部分が仮想的に除去された上側の半筒部分)を図5における矢印Cで示される方向から見た概略斜視図である。
図6Fは、第1鏡筒10のうちの半筒部分(例えば、上側の半筒部分が仮想的に除去された下側の半筒部分)を図5における矢印Dで示される方向から見た概略斜視図である。
第1の温度上昇抑制機構110が、第1内部冷媒流路110Aと、第1外部冷媒流路110Bと、第1のレーザ光反射材110Cと、第1放熱突起110Dとのうちのいずれか2つ(例えば、2つのみ)を備えるようにしてもよい。例えば、図6Gおよび図6Hに示されるように、第1の温度上昇抑制機構110が、第1内部冷媒流路110Aと、第1外部冷媒流路110Bとを備える場合、壁14の冷却が増強される。
代替的に、第1の温度上昇抑制機構110が、第1内部冷媒流路110Aと、第1外部冷媒流路110Bと、第1のレーザ光反射材110Cと、第1放熱突起110Dとのうちの少なくとも3つ(例えば、3つのみ)を備えるようにしてもよい。
次に、図6Mおよび図6Nに、第2の温度上昇抑制機構210の一例を示す。図6Mは、第2鏡筒20のうちの半筒部分(例えば、上側の半筒部分が仮想的に除去された下側の半筒部分)を図5における矢印Eで示される方向から見た概略斜視図である。図6Nは、第2鏡筒20のうちの残りの半筒部分(例えば、下側の半筒部分が仮想的に除去された上側の半筒部分)を図5における矢印Fで示される方向から見た概略斜視図である。
図7乃至図12を参照して、レーザアレイデバイス9についてより詳細に説明する。図7は、レーザアレイデバイス9を含むレーザ照射システム1000を模式的に示す機能ブロック図である。図8は、レーザアレイデバイス9の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。図9は、第1鏡筒10の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。図10は、図9に示された第1鏡筒10の展開図である。図11は、図9に示された第1鏡筒10の展開図である。図12は、第2鏡筒20の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。図7乃至図12において、図4乃至図6Dに記載した部材と同じ機能を有する部材については、同一の図番が付されている。同一の図番が付された部材について、繰り返しの説明は、省略する。
レーザアレイデバイス9は、例えば、レーザ照射システム1000の一部を構成するデバイスである。レーザ照射システム1000は、レーザアレイデバイス9の他に、レーザ光源400、レーザ光分割器500、レーザ光増幅器600、集光レンズ700を備える。
図8に記載の例では、レーザアレイデバイス9は、第1鏡筒10、第2鏡筒20、第3鏡筒30、および、第4鏡筒40を備える。換言すれば、図8に記載の例では、レーザアレイデバイス9は、4つの鏡筒を備える。代替的に、レーザアレイデバイスは、1つの鏡筒、2つの鏡筒、3つの鏡筒、または、5つ以上の鏡筒を備えていてもよい。鏡筒の材質は、例えば、金属である。鏡筒の壁14の厚さは、例えば、5mm以上10mm以下である。
支持機構(72、74)は、第1鏡筒10と第2鏡筒20とが平行となるように、第1鏡筒10と第2鏡筒20とを支持する。支持機構(72、74)は、複数の鏡筒が互いに平行となるように、複数の鏡筒を支持する。支持機構(72、74)は、複数の鏡筒を囲む筐体70の第1端壁72(第1レーザ光が入射する側の端壁)と、筐体70の第2端壁74(第1レーザ光が出射する側の端壁)であってもよい。筐体70は、ベース部材(76、78)によって、支持されてもよい。
第1鏡筒10の内側には、少なくとも1つの光学要素(例えば、第1レンズ12)が配置され、第2鏡筒20の内側には、少なくとも1つの光学要素(例えば、第2レンズ22)が配置され、第3鏡筒30の内側には、少なくとも1つの光学要素(例えば、第3レンズ32)が配置され、第4鏡筒40の内側には、少なくとも1つの光学要素(例えば、第4レンズ42)が配置される。
図9乃至図10を参照して、第1鏡筒10、および、第1の温度上昇抑制機構110について説明する。図9は、第1鏡筒10を模式的に示す概略斜視図である。図10は、第1鏡筒10の展開図である。より具体的には、図10は、第1鏡筒10を図9における面Gで仮想的に切断し、切断された第1鏡筒10を平面上に仮想的に拡げることによって得られる展開図である。
図12を参照して、第2鏡筒20、および、第2の温度上昇抑制機構210について説明する。図12は、第2鏡筒20を模式的に示す概略斜視図である。
図13は、第2鏡筒20、および、第2の温度上昇抑制機構210の変形例を示す。図13は、第2鏡筒20を模式的に示す概略断面図である。
第3鏡筒30、第3の温度上昇抑制機構310は、それぞれ、第2鏡筒20、第2の温度上昇抑制機構210と同様の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。また、第4鏡筒40、第4の温度上昇抑制機構410は、それぞれ、第2鏡筒20、第2の温度上昇抑制機構210と同様の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。
図7乃至図14に記載の例では、複数の鏡筒が互いに離間して配置されている。代替的に、複数の鏡筒のうちの少なくとも2つの鏡筒は、互いに接触して配置されてもよい。2つの鏡筒を互いに接触して配置することにより、2つの鏡筒から照射される2つのレーザ光によって形成される合成レーザ光の奥行L1(必要であれば、図3を参照。)をより長くすることが可能となる。
図5または図13に記載の例では、鏡筒内に配置される光学要素のうち、レーザ光入射側に配置されるレンズが拡散レンズ(例えば、凹レンズ)であり、レーザ光出射側に配置されるレンズが集光レンズ(例えば、凸レンズ)である。代替的に、レーザ光入射側に配置されるレンズが集光レンズ(例えば、凸レンズ)であり、レーザ光出射側に配置されるレンズが集光レンズ(例えば、凸レンズ)であってもよい。
図17は、第4変形例の一例を示す。図17は、レーザアレイデバイス9の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。図17に記載の例では、複数の鏡筒(10、20、30、40)の温度上昇抑制機構として、付加的に、筐体70内に、冷却空気を送る冷却空気供給機構を備える。冷却空気供給機構は、筐体70内に空気を送るための空気入口ポート90aと、筐体70から空気を排出するための空気出口ポート90bとを備える。冷却空気供給機構は、空気入口ポート90aに接続される空気供給配管92aと、空気出口ポート90bに接続される空気排出配管92bと、空気供給配管92aに接続される空気供給ポンプ(図示されず)を備える。
2 :第2レーザ光
3 :第3レーザ光
4 :第4レーザ光
5 :標的
6 :合成レーザ光
8 :集光レンズ
9 :レーザアレイデバイス
10 :第1鏡筒
10F :前部
10R :後部
12 :第1レンズ
12A :レンズ
12B :レンズ
14 :壁
14a :内周面
14b :外周面
16a :入射側端面
16b :出射側端面
20 :第2鏡筒
20F :前部
20R :後部
22 :第2レンズ
22A :レンズ
22B :レンズ
24 :壁
24a :内周面
24b :外周面
26a :入射側端面
26b :出射側端面
30 :第3鏡筒
32 :第3レンズ
40 :第4鏡筒
42 :第4レンズ
70 :筐体
72 :第1端壁
74 :第2端壁
76 :側壁
77 :支持支柱
78 :ベース板
90a :空気入口ポート
90b :空気出口ポート
92a :空気供給配管
92b :空気排出配管
110 :第1の温度上昇抑制機構
110A :第1内部冷媒流路
110B :第1外部冷媒流路
110C :第1のレーザ光反射材
110D :第1放熱突起
110a1 :第1冷媒入口ポート
110a2 :第1冷媒出口ポート
114A :入口側流路
115A :分岐流路
116A :出口側流路
210 :第2の温度上昇抑制機構
210A :第2内部冷媒流路
210B :第2外部冷媒流路
210C :第2のレーザ光反射材
210D :第2放熱突起
210b1 :第2冷媒入口ポート
210b2 :第2冷媒出口ポート
310 :第3の温度上昇抑制機構
310D :第3放熱突起
310b1 :第3冷媒入口ポート
310b2 :第3冷媒出口ポート
400 :レーザ光源
410 :第4の温度上昇抑制機構
410D :第4放熱突起
410b1 :第4冷媒入口ポート
410b2 :第4冷媒出口ポート
500 :レーザ光分割器
600 :レーザ光増幅器
700 :集光レンズ
800 :標的
1000 :レーザ照射システム
Claims (15)
- 筐体と、
第1レーザ光が通過する第1鏡筒と、第2レーザ光が通過する第2鏡筒とを含み、前記筐体内に設けられた複数の鏡筒と、
前記筐体の入射側に設けられた入射側端壁と、前記筐体の出射側に設けられた出射側端壁とを有し、前記複数の鏡筒が互いに平行となるように、前記入射側端壁と前記出射側端壁とにより前記複数の鏡筒を支持する支持機構と
を具備し、
前記第1鏡筒は、
前記第1鏡筒内において、入射端部に配置される第1入射側レンズと、出射端部に配置される第1出射側レンズとを含む複数の第1レンズと、
前記第1鏡筒内部に配置され、前記第1鏡筒の温度上昇を抑制する第1の温度上昇抑制機構と
を備え、
前記第2鏡筒は、
前記第2鏡筒内において、入射端部に配置される第2入射側レンズと、出射端部に配置される第2出射側レンズとを含む複数の第2レンズを備え、
前記第1鏡筒は、前記第1出射側レンズにより平行光として前記第1レーザ光を出射し、
前記第2鏡筒は、前記第2出射側レンズにより平行光として前記第2レーザ光を出射する
レーザアレイデバイス。 - 前記第2鏡筒に配置され、前記第2鏡筒の温度上昇を抑制する第2の温度上昇抑制機構を更に具備する
請求項1に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1の温度上昇抑制機構は、前記第2の温度上昇抑制機構とは異なるタイプの温度上昇抑制機構を含む
請求項2に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1鏡筒は、前記第1鏡筒以外の前記複数の鏡筒によって囲まれており、
前記第1の温度上昇抑制機構は、少なくとも2つのタイプの温度上昇抑制機構を含む
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1の温度上昇抑制機構は、少なくとも3つのタイプの温度上昇抑制機構を含む
請求項4に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1の温度上昇抑制機構は、前記第1鏡筒に配置される第1冷媒流路を含む
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1冷媒流路は、前記第1鏡筒の壁の内部に配置される第1内部冷媒流路を含む
請求項6に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1冷媒流路は、前記第1鏡筒の外周面上に配置される第1外部冷媒流路を含む
請求項6または7に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1冷媒流路は、第1鏡筒後部において、第1鏡筒前部よりも密に配置される
請求項6乃至8のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1冷媒流路に冷媒を供給する第1冷媒入口ポート、および、前記第1冷媒流路から冷媒を排出する第1冷媒出口ポートは、前記第1鏡筒における前記第1レーザ光が入射する側の端面、または、前記入射側端壁に配置される
請求項6乃至9のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1の温度上昇抑制機構は、前記第1鏡筒の内周面に配置される第1のレーザ光反射材を含み、
前記第1のレーザ光反射材は、前記第1鏡筒内の前記入射側レンズから前記第1鏡筒の前記出射側レンズに向かわない光を反射する
請求項1乃至8のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1の温度上昇抑制機構は、前記第1鏡筒の外周面に配置される第1放熱突起を含む
請求項1乃至8のいずれか一項に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第2の温度上昇抑制機構は、第2放熱突起を含む
請求項2に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第2放熱突起は、前記複数の鏡筒が存在しない領域に向けて突出するように配置される
請求項13に記載のレーザアレイデバイス。 - 前記第1鏡筒は、前記複数の鏡筒によって囲まれており、
前記第1鏡筒には、放熱突起が配置されない
請求項13または14に記載のレーザアレイデバイス。
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