JP2004104094A - 半導体発光素子の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の半導体発光素子をバンドルファイバで結合し、半導体発光素子の冷却を効果的に行う構成とした半導体発光素子の冷却装置を提供すること。
【解決手段】半導体レーザのレセプタクル３に光ファイバ１７を連結し、複数の光ファイバをバンドルファイバ５で一つに束ねて連結する。断面形状が略門型の固定台６にヒートシンク８を載置し、レセプタクル３をヒートシンク８に固定する。各光ファイバ１７とバンドルファイバ５を固定台６の上部に配置し、冷却ファン１０を運転して冷却風を固定台の門型形状で囲まれた空間部を通して通過させる。また、回路基板７を固定台６の一方側壁に沿って配置する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の半導体発光素子をバンドルファイバで結合する際の半導体発光素子の冷却を効果的に行う構成とした、半導体発光素子の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの利用形態として、半導体レーザモジュールを光ファイバと結合して、半導体レーザから出射された光を光ファイバ内を伝搬させ、光ファイバの端面より空間に放射する場合がある。
【０００３】
図１６は、このような半導体レーザモジュールと光ファイバとを結合した例を一部破断して示す分解斜視図である。図１６において、半導体レーザモジュール５０に設けられている半導体レーザ５１の出射光は、コリメータレンズ５２、ロッドレンズ５３などの光学系部品を介して光ファイバ５４に導入される。５５はファイバコード、５６は外装シース、５７はリード端子である。半導体レーザモジュール５０は、光ファイバ５４が取り外し可能な構成としている。
【０００４】
半導体レーザの用途の拡大に伴い、複数個の半導体レーザモジュールを使用して、大きな出力光を出射することが行われている。図１７は、このような光装置６０の例を示す概略の平面図である。図１４において、取り付け部６１には、複数個の半導体レーザモジュール５０ａ〜５０ｎが配列されている。
【０００５】
図１７に示されたような複数個の半導体レーザモジュールをそれぞれ図１６に示したような光ファイバと結合して、各々の出射光を光ファイバで伝搬させる場合がある。このような場合には、それぞれの光ファイバを一つに束ねてバンドルファイバとして用いることが知られている。
【０００６】
このように多数の半導体レーザを用いる構成では、半導体レーザから発生する熱量が増加して周囲温度が上昇する。半導体レーザは、周囲温度の変化や半導体結晶の温度変化によりその出力や波長などの特性が変化する。このような発生熱による特性への影響を避けるために、半導体レーザの発生熱を吸収して外部に放出するヒートシンクが使用される。
【０００７】
図１８は、前記バンドルファイバを使用した際に、ヒートシンクを配置した例を示す説明図である。図１８において、７０は電源部や制御部などの部品を実装した回路基板、７１は半導体レーザのリード端子と接続されるリード線、７２は半導体レーザモジュール５０ａ〜５０ｎの発生熱を吸収して外部に放出するヒートシンクである。なお、図１７に示した取り付け部６１は図示を省略している。
【０００８】
各半導体レーザモジュール５０ａ〜５０ｎは光ファイバと結合される。これらの光ファイバのファイバコード５５ａ〜５５ｎは、一つに束ねられてバンドルファイバ７３と結合される。バンドルファイバ７３は、アダプタ（接続器）７４で接続ファイバ７５と結合され、接続ファイバ７５の端面から光Ｒが放射される。
【０００９】
通常、ヒートシンクで吸収された電子部品などからの発生熱は、水冷または空冷により外部に放出し、冷却効果を高めている。水冷の場合には構成が複雑になり、コストも高くなるので、図１８のような構成においては、ヒートシンクの冷却には冷却ファンによる空冷が採用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
空冷の場合には、モータで駆動される冷却ファンがヒートシンクの近傍に配置される。冷却ファンを運転すると、冷却風がヒートシンクの吸収熱を周囲に放散させてヒートシンクの温度を低下させているが、冷却ファンを運転する際に生じる強風が、回路基板７０に接続されるリード線７１や、バンドルファイバ７３へ束ねられるファイバコード５５ａ〜５５ｎを振動させてしまうことになる。
【００１１】
このため、半導体レーザの出力特性が不安定になるという問題があった。また、配線の接続が外れて装置の信頼性を損なったり、配線間を風が通過するときに発生する不快音で使用環境が劣化するという問題があった。
【００１２】
本発明は上記のような問題に鑑み、多数の半導体発光素子をバンドルファイバで結合して冷却風により半導体レーザを冷却する際の前記諸問題を解決した、半導体発光素子の冷却装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体発光素子の冷却装置は、半導体発光素子を内蔵し、光ファイバとの接続部を有する複数の収容手段と、複数の前記光ファイバを一つに束ねて連結するバンドルファイバと、断面形状が略門型の固定台と、前記固定台の上板に載置されるヒートシンクと、冷却ファンとを備え、前記各収容手段内の半導体発光素子を前記ヒートシンクに固定し、前記各光ファイバと前記バンドルファイバを前記固定台の上部に配置すると共に、前記冷却ファンにより前記固定台の門型形状で囲まれた空間部を通して冷却風を通過させる構成としている。このため、ヒートシンクを通して固定台の空間部に放散された半導体発光素子の発生熱を冷却ファンで吸引して外部に放出する際に、冷却風は光ファイバ、バンドルファイバ、接続ファイバなどの配線領域を通過しない。したがって、冷却風が通過する際の配線の振動に起因する半導体発光素子の出力特性の悪化を防止することができる。また、合わせて前記配線の接続外れが生じて信頼性が低下することや、騒音などの発生による周囲環境の悪化を防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の半導体発光素子の冷却装置は、半導体発光素子のリード端子と、回路基板から配線されるリード線が接続されているヒートシンクに設けたソケットとを電気的に接続した構成としている。このため、半導体発光素子とヒートシンクを接触させて半導体発光素子の発生熱を熱伝導により直接ヒートシンクに伝達している。このような構成としているので、半導体発光素子の近傍にヒートシンクを設置して、半導体発光素子の発生熱を対流や輻射によりヒートシンクで間接的に吸収する場合よりも、熱吸収を効率よく行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の半導体発光素子の冷却装置は、ソケットに半導体レーザの放熱用グリースを塗布した構成としている。このため、半導体発光素子の発生熱を効果的にヒートシンクに伝達することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の半導体発光素子の冷却装置は、回路基板を前記固定台の一方側壁に沿って配置した構成としている。このため、冷却ファンを運転すると固定台の一方側壁を介して回路基板が冷却されることになり、回路基板に実装された電子部品の温度上昇を抑制することができる。また、冷却が必要となる回路基板を固定台の上部ではなく、固定台の一方側壁側沿って配置している。このため、平面サイズが小さく、スペースを有効に利用した半導体発光素子の冷却装置が得られる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の半導体発光素子の冷却装置は、固定台の上板中央部に開口部を形成した構成としている。このため、ヒートシンクを固定台に取り付けた際に、ヒートシンクからの熱伝達の径路には固定台の部材が存在せず、ヒートシンクからの熱放散の妨げとならず放熱効果が良好となる。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の半導体発光素子の冷却装置は、ヒートシンクに複数枚の放熱板を取り付け、各放熱板を固定台の開口部に垂下して配置した構成としている。このため、当該放熱板を通してヒートシンクの吸収熱を全面から平均的に放出することができ、効果的に熱放散することができる。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の半導体発光素子の冷却装置は、各光ファイバとバンドルファイバを配置した固定台と、冷却ファンを外装カバー内に設置した構成としている。このため、外部の物体が接触するなどにより光ファイバとバンドルファイバが損傷する事態を避けることができる。また、回転している冷却ファンに異物が吸引されるようなことも防止できる。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の半導体発光素子の冷却装置は、外装カバーを上カバーと下カバーに分離し、固定台と冷却ファンとを下カバー内に設置した構成としている。このため、固定台や冷却ファンの設置が容易となる。また、上カバーを下カバーから取り外し、装置の点検や部品の交換を行えるので、装置のメンテナンスを簡単に行うことができる。
【００２１】
本発明の請求項９に記載の半導体発光素子の冷却装置は、下カバーに、バンドルファイバと外部の接続ファイバとを結合するアダプタを設けた構成としている。このように、複数の光ファイバとバンドルファイバが外装カバー内に収納され、このバンドルファイバとは外装カバー外で単一の接続ファイバのみが連結されることになる。このため、多数の配線が装置の周囲に散乱することがなく、コンパクトな構成とすることができる。
【００２２】
本発明の請求項１０に記載の半導体発光素子の冷却装置は、冷却風を通過させる固定台の空間部からみて、冷却ファンの設置側とは反対側にガードを設置した構成としている。このため冷却ファンを運転した際に冷却風の通路に異物が吸引されることを防止し、冷却ファンや固定台、フィンなどの部品の損傷を防ぐことができる。
【００２３】
本発明の請求項１１に記載の半導体発光素子の冷却装置は、断面形状が略門型の固定台を上下反転させて設置している。したがって、半導体発光素子を固定したヒートシンクは固定台の平面部に配置され、放熱板は固定台に上向きに取り付けられている。このため、半導体発光素子の発生熱はヒートシンクと放熱板を伝達して上向きに固定台の空間部に放射され、冷却ファンにより外部に放出されることになる。外装カバー内に配置された半導体発光素子の発生熱は、下向きに放熱されるよりも上向きに放熱される割合が高いので、この構成とした場合には効果的に半導体発光素子を冷却することができる。
【００２４】
本発明の請求項１２に記載の半導体発光素子の冷却装置は、バンドルファイバに束ねて結合される複数本の光ファイバを固定するシートを設けた構成としている。このため、光ファイバがもつれることがなく振動などの外力が加わった場合でも光ファイバを安定して配設することができる。なお、このシートは、レセプタクルに接続される光ファイバの各列毎に設置されるので、外力による光ファイバの揺動を防止できる。このように、半導体発光素子の冷却装置の組み立てやメンテナンスが簡便に行なえるという利点がある。
【００２５】
本発明の請求項１３に記載の半導体発光素子の冷却装置は、固定台の門型形状で囲まれた空間部に、前記回路基板に実装される電子部品に給電する直流安定化電源を設けた構成としている。このため、スペースの有効利用が図れる。また、冷却風により直流安定化電源の温度上昇が抑制される。
【００２６】
本発明の請求項１４に記載の半導体発光素子の冷却装置は、前記ヒートシンクの表面に複数列の溝を形成し、当該溝内に前記回路基板から配線されるリード線を重ねて収容した構成としている。このため、ヒートシンクの表面に多数のリード線を配線した場合でも、リード線がからみあって混線することがなく、配線作業を円滑に行なうことができる。また、誤配線による半導体レーザの動作不良を防止できる。
【００２７】
本発明の請求項１５に記載の半導体発光素子の冷却装置は、前記回路基板を前記固定台の外側に設置し、前記回路基板と前記ヒートシンクに設けたソケットとを接続するリード線を前記固定台の外側に配線した構成としている。このため、回路基板とレセプタクル間で配線されるリード線は、冷却風が流通する経路からは外れた位置に配線される。したがって、冷却ファンを運転した場合でもリード線が冷却風の影響により揺動することを防止できる。このように、リード線についても対策を講じているので、冷却風による配線の振動に起因する半導体レーザの出力特性の悪化を防止することができる。また、前記配線の接続外れによる信頼性の低下や騒音などの発生による周囲環境の悪化を防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図に基づいて本発明の実施形態について説明する。本発明の基本的な構成においては、断面形状が略門型の固定台にヒートシンクを載置する。このヒートシンクに半導体発光素子を内蔵した多数のレセプタクルを固定し、各レセプタクルに設けた接続部に接続された光ファイバをバンドルファイバに束ねて、各光ファイバとバンドルファイバを前記略門型の固定台の上部に配置する。また、冷却風は門型形状で囲まれた空間部内を通過させる。
【００２９】
なお、前記レセプタクルには光ファイバとの接続部（フェルール）が設けられており、光ファイバの一端に設けられたフェルールの収容手段としても機能している。したがって、本明細書では以下、図１３で示したような半導体レーザモジュールを、光ファイバの収容手段としての意味合いから、「レセプタクル」と称する。
【００３０】
図５は、前記固定台を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図５（ａ）に示すように、固定台６は、上板６ｆの中央に略矩形状の開口部６ｐが形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、両側の側壁６ｂ、６ｃと上板６ｆにより断面形状が略門型とされており、中央には空間部６ｇが形成されている。
【００３１】
両側の側壁６ｂ、６ｃの下端には、フランジ部６ｄ、６ｅが設けられており、後述する外装カバーに対する取り付け用ネジ穴６ｘ、６ｘ、および６ｙ、６ｙが形成されている。また、上板６ｆの両端には、適数のネジ穴６ａ、６ａが設けられている。このネジ穴６ａ、６ａは、ヒートシンクの固定用に使用される。
【００３２】
固定台６は、金属板を板金加工して形成する。図５（ａ）、（ｂ）の破線は、折り曲げ部の板厚を示している。なお、金属板に代えて固定台６を強度の大きな合成樹脂でモールド成形しても良い。
【００３３】
図６は、ヒートシンクの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図を示している。図６において、ヒートシンク８の長手方向両端にはフランジ部８ｃ、８ｄを設けている。このフランジ部８ｃ、８ｄには、前記固定台６の両端に形成したネジ穴６ａ、６ａと重なるネジ穴８ａ、８ａが設けられている。
【００３４】
また、ヒートシンク８の中央平坦部には半導体レーザのリード端子を差し込むソケット８ｂを形成する。８ｘは、前記ソケット８ｂの両側に形成されているレセプタクル固定用のネジ穴である。８ｅは、前記ソケット８ｂと回路基板のコネクタから配線されるリード線との接続部である。
【００３５】
固定台６には、図５で説明したように中央には開口部６ｐが形成されているので、ヒートシンク８を固定台６に取り付けた際にヒートシンク８からの熱伝達の径路には固定台６の部材が存在せず、ヒートシンク８からの熱放散の妨げとならない。このため、ヒートシンクからの放熱効果が良好となる。
【００３６】
図７は、フィンを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図７において、フィン９の上板９ａには、前記ヒートシンク８の平坦部に固定するためのネジ穴９ｃが設けられている。また、上板９ａには、複数枚の放熱板９ｂが取り付けられている。放熱板９ｂは、熱伝導率が良好なアルミニューム板や銅板を用いる。
【００３７】
フィン９の放熱板９ｂは、断面形状が略門型とされている固定台６の中央に形成されている空間部６ｑに垂下して設置される。半導体レーザの発熱は、ヒートシンク８、フィン９の熱伝達径路を介して固定台６の空間部６ｇに放射される。
【００３８】
このように、半導体レーザの発生熱を吸収したヒートシンク８の熱放散は、大部分がフィン９を介して前記固定台６の空間部６ｑに集中してなされる。固定台６の空間部６ｑは、上板６ｆ、側壁６ｂ、６ｃに囲まれてトンネル状に形成されており、ヒートシンク８からの熱放散はこのトンネル内に滞留する。
【００３９】
本発明においては、後述するように冷却ファンを固定台の空間部の端部に近接した位置に設置して前記トンネルを冷却風の通風径路としている。このため、冷却ファンを運転すると、トンネル内に滞留していた熱は通風径路外に散逸することなく、通風径路を通して効果的に外部に放出することができる。
【００４０】
図８は、ヒートシンク８にフィン９を取り付けた状態を内側からみた裏面図である。フィン９は、前記ヒートシンク８の平坦部の中央部にネジ穴９ｃを通してネジ止めされる。７ａは、回路基板のコネクタとヒートシンク８に形成したソケット８ｂ（図２）とを接続するリード線である。
【００４１】
図９は、固定台６にヒートシンク８とフィン９を固定し、外装カバーを被着した状態を透視して示す平面図である。図９において３はレセプタクル、５はバンドルファイバ、１１はバンドルファイバ５と外部の接続ファイバ１２とを連結するアダプタである。また、７ｃは回路基板の取り付け板、１０は冷却ファン、１３は外装カバーである。アダプタ１１は外装カバー１３に設ける。
【００４２】
図１０は、図９の矢視Ａ方向からみた背面図である。図１０に示されているように、門型に形成された固定台６の開口部には、ガード１６が設けられている。ガード１６は、固定台６の空間部６ｇからみて冷却ファン１０の設置側とは反対側に設けている。
【００４３】
このように、固定台６の空間部６ｑにおいては一方端部にガード１６を設けているので、冷却ファン１０を運転した際に異物が吸引されることを防止し、冷却ファン１０や固定台６、フィン９などの部品の損傷を防ぐことができる。１４は、冷却ファン１０や回路基板７へ給電するケーブルの電源コネクタである。
【００４４】
図１１は、図９の矢視Ｂ方向からみた正面図である。図１１に示されているように、回路基板７は取り付け板７ｃにネジ７ｄ、７ｅで固定される。また、各レセプタクルは光ファイバ１７と連結されている。なお、冷却ファン１０は、図示のようにフィン９の手前側に設置されている。
【００４５】
図１２は、図９の矢視Ｃ方向からみた側面図である。図１２において、各レセプタクル３は光ファイバ１７と連結され、これらの複数本の光ファイバ１７は１本のバンドルファイバ５に束ねられる。バンドルファイバ５と接続ファイバ１２とは、外装ケース１３に設けられているアダプタ１１で結合される。
【００４６】
本発明においては、図１１、図１２に示されているように、略門型に形成された固定台６の上部に各レセプタクルと結合される光ファイバ１７と、この光ファイバを一つに束ねるバンドルファイバ５を配置している。
【００４７】
このため、ヒートシンク８、フィン９を通して固定台６の空間部６ｑに放散された半導体レーザの発生熱を冷却ファン１０で吸引して外部に放出する際に、冷却風は光ファイバ１７、バンドルファイバ５、接続ファイバ１２などの配線領域を通過しない。したがって、冷却風による配線の振動に起因する半導体レーザの出力特性の悪化を防止することができる。また、前記配線の接続外れによる信頼性の低下や騒音などの発生による周囲環境の悪化を防止することができる。
【００４８】
また、光ファイバ１７、バンドルファイバ５は、固定台６の上部に配置されて外装ケース１３で被着される。バンドルファイバ５とは、外装ケースに設けられているアダプタ１１を介して接続ファイバ１２を接続している。このように、複数の光ファイバとバンドルファイバが外装カバー内に収納され、このバンドルファイバとは外装カバー外で単一の接続ファイバのみが連結されることになる。したがって、多数の配線が周囲に散乱することがなく、コンパクトな構成とすることができる。
【００４９】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの冷却装置を示す概略の側面図である。図１により、本発明の実施形態に係る半導体レーザの冷却装置を組み立てる手順について説明する。図１おいて、外装ケース１３は、上カバー１３ａと下カバー１３ｂとに分離されている。固定台６に回路基板７を固定する。また、冷却ファン１０、図示を省略しているガードを下カバー１３ｂに取り付ける。
【００５０】
また、フィン９を中央部に固定したヒートシンク８を固定台６に固定する。レセプタクル３を矢視Ｘ方向から移動して、ヒートシンク８のソケットにレセプタクル３のリード端子を差し込む。前記ソケットは回路基板のコネクタ７ａから配線されるリード線と接続されている。
【００５１】
次に、光ファイバ１７を矢視Ｙ方向から移動して、各光ファイバ１７とレセプタクル３を結合する。また、光ファイバ１７を一つに束ねてバンドルファイバ５と連結する。このような組み立て体を下カバー１３ｂ内に配置し、バンドルファイバ５の先端をアダプタ１１の一面と連結し上カバー１３ａを被着する。また、アダプタ１１の他面に接続ファイバ１２を連結する。
【００５２】
このように、外装カバーを上カバー１３ａと下カバー１３ｂとの上下に分離しているので、半導体レーザの冷却装置を外装カバーに取り付ける際の作業が簡単に行われる。冷却ファン１０を運転すると、冷却風は矢視Ｄ方向から外装カバーの外部に放出される。
【００５３】
なお、冷却ファンは、このような吸い込みタイプの構成の外に、吹き付けタイプのものを採用することも可能である。
【００５４】
図２は、レセプタクルをヒートシンクに取り付ける際の作業手順を示す説明図である。図２において、レセプタクル３には収納ケース２ａが設けられており、この中に半導体レーザ２が内蔵されている。また、レセプタクル３には光ファイバ１７の一端に設けたフェルールを収容して光ファイバと接続するフェルールが設けられており、レセプタクル３は光ファイバ１７の収容手段として機能している。このように、レセプタクル３は光ファイバ１７から取り外し可能であるため、半導体レーザ２が故障した際の交換がしやすいという利点がある。ヒートシンク８には、ソケット８ｂの両側にネジ穴８ｆ、８ｇが設けられている。
【００５５】
半導体レーザ２のリード端子２ｂをソケット８ｂに差し込み、ネジ４ａ、４ｂをヒートシンク８のネジ穴８ｆ、８ｇに挿入してレセプタクル３をヒートシンク８に固定する。この際に、ソケット８ｂのリード端子差し込み部に予め放熱用グリスを塗布しておくと、半導体レーザ２の発生熱を効果的にヒートシンク８に伝達することができる。
【００５６】
本発明においては、このように半導体レーザとヒートシンクを接触させて半導体レーザの発生熱を熱伝導により直接ヒートシンクに伝達している。このため、半導体レーザの近傍にヒートシンクを設置して、半導体レーザの発生熱を対流や輻射によりヒートシンクで間接的に吸収する場合よりも、熱吸収を効率よく行うことができる。
【００５７】
図３は、図１の矢視Ｅ方向からみた正面図、図４は図１の平面図である。図３の７ｂは、回路基板７の取付板７ｃを固定する固定部である。図４に示されているように、この例では冷却ファン１０を図示上側に、すなわち図１１の例とは反対側に設置している。電源コネクタ１４から配線されるケーブル１５は、冷却ファン１０と回路基板７に接続される。
【００５８】
前記したように、上カバー１３ａを下カバー１３ｂとは分離して配置しているので、上カバー１３ａを矢視Ｚ方向に移動して下カバー１３ｂから取り外し、装置の点検や部品の交換を行う。このため、装置のメンテナンスを容易に実施することができる。
【００５９】
回路基板７は、固定台６の一方側壁に沿わせて配置している。このため、冷却ファン１０を運転すると固定台６の一方側壁を介して回路基板７が冷却されることになり、回路基板７に実装された部品の温度上昇を抑制することができる。
【００６０】
また、冷却が必要となる回路基板７を固定台６の上部ではなく、固定台６の一方側壁側に配置している。このため、平面サイズが小さく、スペースを有効に利用した半導体レーザの冷却装置が得られる。
【００６１】
なお、図２で説明した例では、光ファイバから取り外しができるレセプタクルに半導体レーザを内蔵している。本発明においては、このような構成には限定されず、光ファイバと半導体レーザを固定したピグテールを用いることもできる。
【００６２】
ピグテールを用いる構成では、レセプタクルよりもコストが低減されるという利点がある。この場合には、前記ピグテールが請求項１に規定する、半導体レーザを内蔵し、光ファイバとの接続部を有する収容手段に相当する。
【００６３】
また、図１の例では、断面形状が略門型の固定台の側板（脚部）を下向きに、平面部（上板）を上部に配置している。本発明においては、固定台を上下反転させて上カバーに設置する構成とすることもできる。この場合には、半導体レーザのリード端子は上向きでヒートシンクに固定される。また、ヒートシンクは固定台の平面部に配置され、放熱板は固定台に上向きに取り付けられる。固定台は適宜の部材で上カバーに支持される。
【００６４】
このため、半導体レーザの発生熱は上向きにヒートシンクと放熱板を伝達して固定台の空間部に放射される。この放射熱は、冷却ファンにより外部に放出されることになる。外装カバー内に配置された半導体レーザの発生熱は、下向きに放熱されるよりも上向きに放熱される割合が高いので、このような構成とした場合には効果的に半導体レーザを冷却することができる。
【００６５】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１３は図８と対応するヒートシンク８にフィン９を取り付けた状態を示す図で、（ａ）は裏面図、（ｂ）はヒートシンク８の左側面図である。図８と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。この例では、ヒートシンク８の表面には溝８ｓを形成している。この溝８ｓ内に、回路基板のコネクタとヒートシンク８に形成したソケット８ｂ（図２）とを接続するリード線７ａを重ねて収容する。
【００６６】
すなわち、１つの溝８ｓ内には、回路基板のコネクタから配設される同列のリード線７ａがこの例では６本重ねて収容されることになる。このため、ヒートシンク８の表面に多数のリード線を配線した場合でも、リード線７ａがからみあって混線することがなく、配線作業を円滑に行なうことができる。また、誤配線による半導体レーザの動作不良を防止できる。なお、図６（ａ）のヒートシンク８の平面図では、簡単のため溝８ｓの表示を省略している。
【００６７】
図１４は、図１１に対応する図９の矢視Ｂ方向からみた正面図である。図１４の例では、光ファイバ１７を固定する合成樹脂製のシート１８を垂下させて設けている。このシート１８は、レセプタクル３とバンドルファイバ５間で各光ファイバ１７を接着剤により固定する。このため、光ファイバ１７がもつれることがなく振動などの外力が加わった場合でも光ファイバ１７を安定して配設することができる。なお、このシート１８は、レセプタクル３に接続される光ファイバ１７の各列毎に設置されるので、外力による光ファイバ１７の揺動を防止できる。このように、半導体発光素子の冷却装置の組み立てやメンテナンスが簡便に行なえるという利点がある。
【００６８】
図１５は、図３の図１の矢視Ｅ方向からみた正面図に対応する。この例では、略門型の固定台６の空間部６ｇ内に回路基板に実装される電子部品に給電する直流安定化電源１９を設置するものである。半導体レーザを安定して動作させる上で直流安定化電源１９が必要となるが、図１５に示すように固定台６の空間部６ｇ内に配置することにより、スペースの有効利用が図れる。また、冷却風により温度上昇が抑制される。
【００６９】
なお、図１５に記載されているように、回路基板７は固定台６の門型脚部の外側に設置されている。また、ヒートシンク８の上で光ファイバ１７と接続されるレセプタクル３も、固定台６の外側に設置されている。したがって、回路基板７とレセプタクル３間で配線されるリード線７ａは、固定台６の外側、すなわち、冷却風が流通する経路からは外れた位置に配線される。
【００７０】
このため、冷却ファンを運転した場合でもリード線７ａが冷却風の影響により揺動することを防止できる。このように、リード線７ａについても対策を講じているので、冷却風による配線の振動に起因する半導体レーザの出力特性の悪化を防止することができる。また、前記配線の接続外れによる信頼性の低下や騒音などの発生による周囲環境の悪化を防止することができる。
【００７１】
また、図１３に示されているように、半導体レーザはヒートシンク上に縦横の升目状に、すなわちマトリクス状に多数配置される。このため、半導体レーザからの放熱をバランス良くヒートシンクに伝達できる。なお、この際にヒートシンクの中央部に配置された半導体レーザは、周囲の半導体レーザからの放熱により温度上昇の割合が大きくなり、ヒートシンクの吸収熱も大きくなる。しかしながら、ヒートシンクの中央部付近にフィン９が設けられているので、ヒートシンクの中央部付近の放熱を大きくして、ヒートシンク全面でみると吸収熱の放熱を平均的に行なえる。
【００７２】
上記説明では、半導体レーザの冷却を対象としている。本発明は、半導体レーザに限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子にも一般的に適用できるものである。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、多数の半導体発光素子をバンドルファイバで結合したものにおいて、半導体発光素子の冷却を効果的に行う構成とした半導体発光素子の冷却装置が得られる。特に、冷却ファンにより半導体発光素子を冷却する際に、冷却風は光ファイバ、バンドルファイバ、接続ファイバなどの配線領域を通過しない。したがって、冷却風が通過する際の配線の振動に起因する半導体発光素子の出力特性の悪化を防止することができる。また、合わせて前記配線の接続外れが生じて信頼性が低下することを防止できると共に、騒音の発生や異物の混入などの周囲環境の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザの冷却装置の側面図である。
【図２】本発明に係るレセプタクルをヒートシンクに固定する手順の説明図である。
【図３】図１の矢視Ｅ方向からみた正面図である。
【図４】図１の平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る固定台を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るヒートシンクを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るフィンを示す図である。
【図８】図７のフィンを図６のヒートシンクに取り付けた状態を示す裏面図である。
【図９】図８のヒートシンクを固定台に固定した状態を示す平面図である。
【図１０】図９の矢視Ａ方向からみた背面図である。
【図１１】図９の矢視Ｂ方向からみた正面図である。
【図１２】図９の矢視Ｃ方向からみた側面図である。
【図１３】他の実施形態にかかる図８と対応するヒートシンクにフィンを取り付けた状態を示す図である。
【図１４】他の実施形態にかかる図１１に対応する図９の矢視Ｂ方向からみた正面図である。
【図１５】他の実施形態にかかる図３の図１の矢視Ｅ方向からみた正面図である。
【図１６】従来例の分解斜視図である。
【図１７】複数の半導体レーザモジュールを配置した例の平面図である。
【図１８】バンドルファイバの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・半導体レーザの冷却装置
２・・・半導体レーザ
２ａ・・・収納ケース
２ｂ・・・リード端子
３・・・レセプタクル
４ａ、４ｂ・・・ネジ
５・・・バンドルファイバ
６・・・固定台
６ａ・・・ネジ穴
６ｂ、６ｃ・・・側板
６ｄ、６ｅ・・・フランジ部
６ｆ・・・上板
６ｐ・・・開口部
６ｑ・・・空間部
７・・・回路基板
７ａ・・・コネクタ
７ｂ・・・固定部
７ｃ・・・取付板
８・・・ヒートシンク
８ａ・・・ネジ穴
８ｂ・・・ソケット
８ｃ、８ｄ・・・フランジ部
８ｅ・・・リード端子接続部
８ｓ・・・溝
８ｘ・・・ネジ穴
９・・・フィン
９ａ・・・上板
９ｂ・・・放熱板
９ｃ・・・ネジ穴
１０・・・冷却ファン
１１・・・アダプタ
１２・・・接続用ファイバ
１３・・・外装カバー
１３ａ・・・上カバー
１３ｂ・・・下カバー
１４・・・電源コネクタ
１５・・・ケーブル
１６・・・ガード
１７・・・光ファイバ
１８・・・シート
１９・・・直流安定化電源
５０、５０ａ、５０ｂ・・・半導体レーザモジュール
５１・・・半導体レーザ
５２・・・コリメータレンズ
５３・・・ロッドレンズ
５４・・・光ファイバ
５５・・・ファイバコード
５６・・・外装シース
５７・・・リード端子
６０・・・光装置
６１・・・取り付け部
７０・・・回路基板
７１・・・リード線
７２・・・ヒートシンク
７３・・・バンドルファイバ
７４・・・アダプタ
７５・・・接続ファイバ

Claims (15)

1. 半導体発光素子を内蔵し、光ファイバとの接続部を有する複数の収容手段と、複数の前記光ファイバを一つに束ねて結合するバンドルファイバと、断面形状が略門型の固定台と、前記固定台の上板に載置されるヒートシンクと、冷却ファンとを備え、前記各収容手段内の半導体発光素子を前記ヒートシンクに固定し、前記各光ファイバと前記バンドルファイバを前記固定台の上部に配置すると共に、前記冷却ファンにより前記固定台の門型形状で囲まれた空間部を通して冷却風を通過させる構成としたことを特徴とする、半導体発光素子の冷却装置。
2. 前記半導体発光素子のリード端子と、回路基板から配線されるリード線が接続されている前記ヒートシンクに設けたソケットとを電気的に接続したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子の冷却装置。
3. 前記ソケットに半導体発光素子の放熱用グリースを塗布したことを特徴とする、請求項２に記載の半導体発光素子の冷却装置。
4. 前記回路基板を前記固定台の一方側壁に沿って配置したことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の半導体発光素子の冷却装置。
5. 前記固定台の上板中央部に開口部を形成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
6. 前記ヒートシンクに複数枚の放熱板を取り付け、前記各放熱板を前記固定台の開口部に垂下して配置したことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
7. 前記各光ファイバと前記バンドルファイバを配置した前記固定台と、前記冷却ファンを外装カバー内に設置したことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
8. 前記外装カバーを上カバーと下カバーに分離し、前記固定台と冷却ファンとを下カバー内に設置したことを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
9. 前記下カバーに、前記バンドルファイバと外部の接続ファイバとを結合するアダプタを設けたことを特徴とする、請求項８に記載の半導体発光素子の冷却装置。
10. 前記冷却風を通過させる固体台の空間部からみて、冷却ファンの設置側とは反対側にガードを設置したことを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
11. 前記固定台を上下反転させて設置したことを特徴とする、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
12. 前記バンドルファイバに束ねて結合される複数本の光ファイバを固定するシートを設けたことを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
13. 前記固定台の門型形状で囲まれた空間部に、前記回路基板に実装される電子部品に給電する直流安定化電源を設けたことを特徴とする、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
14. 前記ヒートシンクの表面に複数列の溝を形成し、当該溝内に前記回路基板から配線されるリード線を重ねて収容したことを特徴とする、請求項２ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。
15. 前記回路基板を前記固定台の外側に設置し、前記回路基板と前記ヒートシンクに設けたソケットとを接続するリード線を前記固定台の外側に配線したことを特徴とする、請求項２ないし請求項１４のいずれかに記載の半導体発光素子の冷却装置。

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