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公開番号2025125045
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024020881
出願日2024-02-15
発明の名称光源装置およびそれらを有する加熱システム
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人
主分類H01S 5/02253 20210101AFI20250820BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】より高密度で、より均一なレーザー光を供給可能な光源装置を提供する。
【解決手段】第1～第4のレーザー光を出射する第1～第4のレーザー光源と、集光レンズと、集光レンズの光軸に垂直な平面視の光軸の位置を原点とする第1象限～第4象限の範囲にそれぞれ配置された第1～第4の反射面であって、第1～第4のレーザー光をそれぞれ集光レンズに向けて反射する反射面と、第1～第4のレーザー光を第1～第4の反射面のそれぞれに出射するように配置された第1～第4のアフォーカル系と、を有する光源装置を提供する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１のレーザー光を出射する第１のレーザー光源と、
第２のレーザー光を出射する第２のレーザー光源と、
第３のレーザー光を出射する第３のレーザー光源と、
第４のレーザー光を出射する第４のレーザー光源と、
集光レンズと、
前記集光レンズの光軸に垂直な平面視の前記光軸の位置を原点とする第１象限の範囲に、前記第１のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように、前記集光レンズに対して前記光軸に沿った第１の距離に配置された第１の反射面と、
前記平面視の第２象限の範囲に、前記第２のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように、前記集光レンズに対して前記光軸に沿った第２の距離に配置された第２の反射面と、
前記平面視の第３象限の範囲に、前記第３のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように、前記集光レンズに対して前記光軸に沿った第３の距離に配置された第３の反射面と、
前記平面視の第４象限の範囲に、前記第４のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように、前記集光レンズに対して前記光軸に沿った第４の距離に配置された第４の反射面と、
前記第１のレーザー光源から前記第１の反射面までの第１の光路に、前記第１の反射面に向けて前記第１のレーザー光を出射するように配置された第１のアフォーカル系と、
前記第２のレーザー光源から前記第２の反射面までの第２の光路に、前記第２の反射面に向けて前記第２のレーザー光を出射するように配置された第２のアフォーカル系と、
前記第３のレーザー光源から前記第３の反射面までの第３の光路に、前記第３の反射面に向けて前記第３のレーザー光を出射するように配置された第３のアフォーカル系と、
前記第４のレーザー光源から前記第４の反射面までの第４の光路と、前記第４の反射面に向けて前記第４のレーザー光を出射するように配置された第４のアフォーカル系と、を有する光源装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第２の距離は前記第１の距離より長く、
前記第４の距離は前記第３の距離より長く、
前記第１の光路の少なくとも一部と前記第２の光路の少なくとも一部とが前記平面視で重なるように配置されており、
前記第３の光路の少なくとも一部と前記第４の光路の少なくとも一部とが前記平面視で重なるように配置されている、光源装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の距離と前記第３の距離とは等しく、前記第２の距離と前記第４の距離とは等しく、
前記第１の光路の光路長と前記第３の光路の光路長とは等しく、前記第２の光路の光路長と前記第４の光路の光路長とは等しく、
前記平面視で、
前記第１の反射面と前記第３の反射面とは前記光軸を中心とする第１の点対称の位置に配置され、
前記第２の反射面と前記第４の反射面とは前記光軸を中心とする第２の点対称の位置に配置されている、光源装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１の点対称の位置と前記第２の点対称の位置とは前記平面視で置換可能な位置である、光源装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１のアフォーカル系、前記第２のアフォーカル系、前記第３のアフォーカル系、および前記第４のアフォーカル系の少なくともいずれかは、少なくとも１枚の屈折力が正のレンズと、少なくとも一枚の屈折力が負のレンズとを含む、光源装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記平面視で、
前記第１の反射面の使用領域の中心と前記第２の反射面の使用領域の中心との距離は、前記第１の反射面の使用領域および前記第２の反射面の使用領域の最大径より大きく、かつ、前記第１のアフォーカル系の最大有効径および前記第２のアフォーカル系の最大有効径の最大値より小さく、
前記第３の反射面の使用領域の中心と前記第４の反射面の使用領域の中心との距離は、前記第３の反射面の使用領域および前記第４の反射面の使用領域の最大径より大きく、かつ、前記第３のアフォーカル系の最大有効径および第４のアフォーカル系の最大有効径の最大値より小さい、光源装置。
【請求項７】
請求項１において、
第５のレーザー光を出射する第５のレーザー光源と
第６のレーザー光を出射する第６のレーザー光源と、
前記平面視の前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に、前記第５のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように配置された第５の反射面と、
前記平面視の前記第３の反射面と前記第４の反射面との間に、前記第６のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように配置された第６の反射面と、
前記第５のレーザー光源から前記集光レンズまでの第５の光路に、前記第５の反射面に向けて前記第５のレーザー光を出射するように配置された第５のアフォーカル系と、
前記第６のレーザー光源から前記集光レンズまでの第６の光路に、前記第６の反射面に向けて前記第６のレーザー光を出射するように配置された第６のアフォーカル系と、を有する光源装置。
【請求項８】
請求項１において、
第７のレーザー光を出射する第７のレーザー光源と、
前記平面視の前記第１の反射面と前記第３の反射面との間に、前記第７のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように、前記集光レンズから最も離れた位置に配置された第７の反射面と、
前記第７のレーザー光源から前記集光レンズまでの第７の光路に配置され、前記第７の反射面に向けて前記第７のレーザー光を出射するように配置された第７のアフォーカル系と、を有する光源装置。
【請求項９】
請求項８において、
第８のレーザー光を出射する第８のレーザー光源と、
前記第７の反射面を含む光学素子を有し、
前記光学素子は、前記第７の反射面の逆側に、前記第８のレーザー光の反射方向が前記光軸に沿って前記集光レンズを向くように設けられた第８の反射面を含み、さらに、
前記第８のレーザー光源から前記集光レンズまでの第８の光路に配置され、前記第８の反射面に向けて前記第８のレーザー光を出射するように配置された第８のアフォーカル系と、を有する光源装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、
前記第１のレーザー光源および前記第２のレーザー光源を支持する第１の基板と、
前記第１の基板に対し、前記光軸と反対側で、前記第３のレーザー光源および前記第４のレーザー光源を支持する第２の基板とを有する、光源装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびそれらを有する加熱システムに関するものである。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、投射面に光が均一に照射されるとともに、透過拡散板で照射光学系への照射密度が低減される照明装置が開示されている。この照明装置は、光を出射する発光部と、発光部から出射された光を集光する集光部と、集光部により集光された光を拡散させる第１拡散部と、照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、均一化光学系から出射した光を拡散する第２拡散部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１３４９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザーは、照明のみならず、加熱、乾燥、加圧などの様々なプロセスに用いられるようになっている。照明用およびプロセス用などの、半導体レーザーを用いたシステムにおいては、多数の半導体レーザーからの光を用途に応じて、より均等に照射できるとともに、よりコンパクトな光源装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、第１のレーザー光を出射する第１のレーザー光源と、第２のレーザー光を出射する第２のレーザー光源と、第３のレーザー光を出射する第３のレーザー光源と、第４のレーザー光を出射する第４のレーザー光源と、集光レンズとを備えた光源装置である。この光源装置は、さらに、集光レンズの光軸に垂直な平面視の光軸の位置を原点とする第１象限の範囲に、第１のレーザー光の反射方向が光軸に沿って集光レンズを向くように、集光レンズに対して光軸に沿った第１の距離に配置された第１の反射面と、平面視の第２象限の範囲に、第２のレーザー光の反射方向が光軸に沿って集光レンズを向くように、集光レンズに対して光軸に沿った第２の距離に配置された第２の反射面と、平面視の第３象限の範囲に、第３のレーザー光の反射方向が光軸に沿って集光レンズを向くように、集光レンズに対して光軸に沿った第３の距離に配置された第３の反射面と、平面視の第４象限の範囲に、第４のレーザー光の反射方向が光軸に沿って集光レンズを向くように、集光レンズに対して光軸に沿った第４の距離に配置された第４の反射面と、第１のレーザー光源から第１の反射面までの第１の光路に、第１の反射面に向けて第１のレーザー光を出射するように配置された第１のアフォーカル系と、第２のレーザー光源から第２の反射面までの第２の光路に、第２の反射面に向けて第２のレーザー光を出射するように配置された第２のアフォーカル系と、第３のレーザー光源から第３の反射面までの第３の光路に、第３の反射面に向けて第３のレーザー光を出射するように配置された第３のアフォーカル系と、第４のレーザー光源から第４の反射面までの第４の光路と、第４の反射面に向けて第４のレーザー光を出射するように配置された第４のアフォーカル系とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
この光源装置においては、第１～第４象限のそれぞれに反射面を配置して集光レンズの光軸に沿った光束を形成することにより第１～第４のレーザー光源を光軸から離れた位置、例えば光軸に直交する位置に配置することができ、さらに、それぞれのレーザー光源と反射面とを平行光束を出力するアフォーカル系を含む光路で接続することにより集光レンズに対するそれぞれの反射面の位置（距離）の影響を抑制することができる。したがって、複数のレーザー光源からのレーザー光を、集光レンズを介して集約したレーザー光を照射できる、よりコンパクトな光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
加熱システムの概要を示す図。
光源装置の概要を示す図。
レーザーモジュールの一例をＸＹ面（平面視）で示す図。
レーザーモジュールを上方から見た図。
レーザーダイオード（ＬＤ）パッケージの一例を示す図。
合波面におけるレーザー光の状態の一例のシミュレーション結果を示す図。
レーザーモジュールの他の概要を示す図。
レーザーモジュールをＸＹ面（平面視）で示す図。
レーザーモジュールを上方から見た図。
合波面におけるレーザー光の状態の一例を示す図。
照射エリアの状態の一例を示す図。
照射エリアの状態の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に、複数のレーザー光を照射するプロセス装置の一例として、対象物、例えば、二次電池の電極材などを加熱する加熱システムの概要を示している。この加熱システム１は、第１の方向（Ｙ方向）に加熱対象物３を搬送する搬送装置４と、搬送装置４に向けて加熱用のレーザー光７を照射する加熱装置２とを有する。加熱装置２は、搬送方向（Ｙ方向）に並べられた複数の加熱モジュール１００を含む。それぞれの加熱モジュール１００は、複数の光源装置１０と、複数の光源装置１０から出力された光を束ねて加熱対象物３に照射する光学系１１０とを含む。光学系１１０の一例は、複数のプロジェクタ光軸シフト機構を含む光学システム（光軸シフト光学系）である。それぞれの光源装置１０は搬送方向に直交するＸ方向に短く、それに直交する方向（Ｙ方向）に長くなるように配置され、加熱モジュール１００に複数の光源装置１０が含まれるようになっている。これらの光源装置１０は、レーザー光７を照射する軸（光軸）がＸおよびＹ方向と直交する方向（Ｚ方向）に向き、短手方向がＸ方向を向いて、Ｘ方向に並べられて配置されている。それぞれの光源装置１０から照射されたレーザー光７は、光軸シフト光学系１１０を介して加熱対象物３の表面にＸ方向がＹ方向に比べて長い、ほぼ長方形の照射エリア（投影領域）５を形成し、照射エリア５内がほぼ均等な強度（照度）で照射される。したがって、加熱装置２により、加熱対象物３をほぼ均等に加熱できる。
【０００９】
図２に、光源装置１０の一例を示している。図２はＸ軸に垂直な平面視図である。光源装置１０は、複数のレーザー光源を含むレーザーモジュール２０と、レーザーモジュール２０の集光レンズ２８から出力されたレーザー光７をさらに均一化して出力する均一化光学系１１と、均一化光学系１１から出力されたレーザー光７を、光軸シフト光学系１１０を介して照射エリア５に向けて投射する投射光学系１３とを含む。均一化光学系１１の一例は、ロッドインテグレータ１１ａを含むものである。ロッドインテグレータ１１ａは、筒状になっており、その入射面に入射されたレーザー光を内壁で全反射させながら出射面方向に伝搬させる。これにより、均一化光学系１１の出射面からは、出射面内の全域で光量が均一なレーザー光が出射される。均一化光学系１１は、ロッドインテグレータ１１ａで全反射ではないもののレーザー光を反射させてもよい。また、散乱板、フライアイレンズなどの他の光学要素と組み合わせてもよく、所望の均一化の要件を満たすように構成することができる。投射光学系１３は１つまたは複数のレンズを含むレンズシステムであってもよく、光軸８を折り曲げるようにミラーまたはプリズムなどの他の光学素子を含んでいてもよい。
【００１０】
図３に、レーザーモジュール２０を光軸８に垂直な面（平面視ＸＹ面）から見た構成を示し、図４に、レーザーモジュール２０をＹ軸に垂直な面（平面視ＺＸ面）から見た構成を示している。レーザーモジュール２０は、第１のレーザー光３７ａを出射する第１のレーザー光源３１ａと、第２のレーザー光３７ｂを出射する第２のレーザー光源３１ｂと、第３のレーザー光３７ｃを出射する第３のレーザー光源３１ｃと、第４のレーザー光３７ｄを出射する第４のレーザー光源３１ｄと、集光レンズ（コンデンサーレンズ）２８とを含む。集光レンズ２８は一枚構成であってもよく、複数枚構成であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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