JP2008153419A - ヒートシンク、固体レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を有する。
【解決手段】外部から供給される冷却媒体との間で熱交換を行う熱交換部材１０２ｂと、固体レーザ結晶１０１のＡ面に接合されるＣ面（第１面）と熱交換部材１０２ｂで覆われるＤ面（第２面）とを有し、固体レーザ結晶１０１で発生した熱を熱交換部材１０２ｂに伝達する熱伝達部材１０２ａと、熱伝達部材１０２ａ及び熱交換部材１０２ｂとの間に冷却媒体の流路を形成する流路形成部材１０２ｃとを備え、熱伝達部材１０２ａのＤ面は、固体レーザ結晶１０１のＡ面に対して非平行な面を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートシンク、固体レーザ装置、光走査装置、画像形成装置及び表示装置に係り、更に詳しくは、発熱部材で発生した熱を外部から供給される冷却媒体を介して外部に放出するヒートシンク、該ヒートシンクを有する固体レーザ装置、該固体レーザ装置を有する光走査装置、前記光走査装置を備える画像形成装置、前記固体レーザ装置を有する表示装置に関する。

近年、レーザ光を利用した装置として、レーザプリンタやレーザ計測器などが実用化されている。また、将来の実用化を目指し、レーザスキャンディスプレイ、プロジェクタ等も開発、検討が進められている。

例えば、特許文献１には、ドープ部と非ドープ部とを備えるレーザ媒質と、このレーザ媒質の一面に設けたレーザ出力光を全反射する膜と、レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、レーザ媒質を冷却する冷却手段とを備えた固体レーザ発振装置が開示されている。この固体レーザ発振装置では、レーザ媒質はドープ部と非ドープ部とが１つのレーザ母結晶からなり、ドープ部を冷却手段の冷却面に膜を介して接触させるとともに、該ドープ部の冷却面との接触面以外を非ドープ部で覆い、かつこの非ドープ部を冷却手段の冷却面に膜を介して接触させている。

また、特許文献２には、誘導放出を促すための光共振器と、該光共振器内に誘導放出のための利得媒質を配置し、該利得媒質を励起する光源を具備するレーザ装置が開示されている。このレーザ装置は、励起に付随し利得媒質より発生する熱を除去するために、ヒートシンクと利得媒質との接合部に複数の薄い金属層を含んでいる。

ところで、通常、レーザ光を利用した装置では、ヒートシンクに冷却媒体（例えば、水）を供給するためのポンプを備えている。

特許第３５０３５８８号公報 特開２００４−３５６４７９号公報

最近、レーザ光を利用した装置では、レーザ光源の小型化に対する要求が高まっている。しかしながら、ヒートシンクを小さくすると、必要な冷却媒体の流速を確保するために大型のポンプが必要となり、装置の小型化を図るのが困難であった。なお、ヒートシンクを小さくするとともに、ポンプも小型のポンプにすると、十分な放熱が行われず、高いレーザ出力を得ることが困難となる。

なお、大型のポンプとは大雑把に、ポンプ単体（ポンプ以外の流路の圧力損失がない状態）で数リットル〜数十リットル／分の流量を流せる能力を持つポンプのことを示し、小型のポンプとは大雑把に、ポンプ単体で数十ミリリットル〜数リットル／分の流量を流せる能力を持つポンプのことを示す。

本発明はかかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を有するヒートシンクを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、小型で高出力の固体レーザ装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、大型化を招くことなく、被走査面上を高速で走査することができる光走査装置を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、大型化を招くことなく、画像を高速で形成することができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、大型化を招くことなく、情報を高速で表示することができる表示装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、発熱部材で発生した熱を外部から供給される冷却媒体を介して外部に放出するヒートシンクであって、前記冷却媒体との間で熱交換を行う熱交換部材と；前記発熱部材に接合される第１面と、前記熱交換部材で覆われる第２面とを有し、前記発熱部材で発生した熱を前記熱交換部材に伝達する熱伝達部材と；を備え、前記第２面は、前記第１面に対して非平行な面を有することを特徴とするヒートシンクである。

これによれば、熱伝達部材の第２面が、第１面に対して非平行な面を有するため、圧力損失を大きくすることなく、熱交換部材と冷却媒体との接触面積を従来よりも大きくすることができる。従って、ヒートシンクを小型化しても、ヒートシンクが大きいときの放熱特性を維持することができる。すなわち、冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を実現することが可能となる。なお、本明細書における「第１面に対して非平行な面」には、第１面に平行な面に小さな凹凸のみが形成されたような、ミクロ的に非平行な面は含まれない。

本発明は、第２の観点からすると、光によって励起される固体レーザ結晶と；前記固体レーザ結晶で発生した熱を外部から供給される冷却媒体を介して外部に放出する本発明のヒートシンクと；を備える固体レーザ装置である。

これによれば、本発明のヒートシンクを備えているため、結果として、小型で高出力が可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、少なくとも１つの本発明の固体レーザ装置を有する光源ユニットと；前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；前記偏光器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置である。

これによれば、本発明の固体レーザ装置を有しているため、結果として、大型化を招くことなく、被走査面上を高速で走査することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、少なくとも１つの像担持体と；前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束によって走査する少なくとも１つの本発明の光走査装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、本発明の光走査装置を備えているため、結果として、大型化を招くことなく、画像を高速で形成することが可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、前記レーザ光を射出する少なくとも１つの本発明の固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置である。

これによれば、本発明の固体レーザ装置を備えているため、結果として、大型化を招くことなく、情報を高速で表示することが可能となる。

《固体レーザ装置》
以下、本発明の固体レーザ装置の一実施形態を図１（Ａ）〜図１０（Ｂ）に基づいて説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）には、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００の概略構成が示されている。本明細書では、レーザ発振方向をＺ軸の＋方向とし、Ｚ軸に垂直な面内における互いに直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸として説明する。

この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、いわゆる側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置であり、２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（１０３ａ、１０３ｂ）、２つのコリメータレンズ（１０４ａ、１０４ｂ）、２つの集光レンズ（１０５ａ、１０５ｂ）、固体レーザ結晶１０１、ヒートシンク１０２、波長変換素子１０６及びポンプ１１１を備えている。

２つの励起用の半導体レーザアレイ素子（１０３ａ、１０３ｂ）は、いずれも出力４０Ｗで波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を発光することができる。

ここでは、半導体レーザアレイ素子１０３ａは、ＬＤベース１０８ａ上に固定され、＋Ｙ方向に励起用レーザ光を射出する。また、半導体レーザアレイ素子１０３ｂは、ＬＤベース１０８ｂ上に固定され、−Ｙ方向に励起用レーザ光を射出する。

コリメータレンズ１０４ａは、半導体レーザアレイ素子１０３ａの＋Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子１０３ａからの励起用レーザ光を略平行光とする。このコリメータレンズ１０４ａは、ＣＬベース１０９ａ上に固定されている。なお、ＣＬベース１０９ａは、ＬＤベース１０８ａの＋Ｙ側の面に接着されている。

コリメータレンズ１０４ｂは、半導体レーザアレイ素子１０３ｂの−Ｙ側に配置され、半導体レーザアレイ素子１０３ｂからの励起用レーザ光を略平行光とする。このコリメータレンズ１０４ｂは、ＣＬベース１０９ｂ上に固定されている。なお、ＣＬベース１０９ｂは、ＬＤベース１０８ｂの−Ｙ側の面に接着されている。

集光レンズ１０５ａは、コリメータレンズ１０４ａの＋Ｙ側に配置され、コリメータレンズ１０４ａを介した励起用レーザ光を集光する。この集光レンズ１０５ａは、ＦＬベース１１０ａ上に固定されている。

集光レンズ１０５ｂは、コリメータレンズ１０４ｂの−Ｙ側に配置され、コリメータレンズ１０４ｂを介した励起用レーザ光を集光する。この集光レンズ１０５ｂは、ＦＬベース１１０ｂ上に固定されている。

固体レーザ結晶１０１は、一例として、３ｍｍ×３ｍｍ、厚さ２５０μｍのチップ状のガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ_４）の一軸性単結晶であり、図２に示されるように、励起用レーザ光によって励起される添加物（発光中心）としてネオジウム（Ｎｄ）が添加されているコア部１０１ａと、レーザ発振にほとんど寄与しないクラッド部１０１ｂとから構成されている。なお、固体レーザ結晶１０１は、ディスク状であっても良い。

固体レーザ結晶１０１は、集光レンズ１０５ａの＋Ｙ側であり、かつ集光レンズ１０５ｂの−Ｙ側であって、集光レンズ１０５ａを介した励起用レーザ光ＬＢａ及び集光レンズ１０５ｂを介した励起用レーザ光ＬＢｂが、それぞれ側面からコア部１０１ａを照射するように配置されている。

固体レーザ結晶１０１の−Ｚ側の面（以下では、便宜上「Ａ面」ともいう）には、波長１０６３ｎｍの光に対する反射率が９９．９％となるように、コーティングが施されている。また、固体レーザ結晶１０１の＋Ｚ側の面（以下では、便宜上「Ｂ面」ともいう）には、波長１０６３ｎｍの光に対する透過率が５％となるように、コーティングが施されている。すなわち、固体レーザ結晶１０１のＡ面（図２では、surface Ａ）とＢ面（図２では、surface Ｂ）とによって共振器が構成されている。

固体レーザ結晶１０１から出力されるレーザ光（以下では、便宜上「発振レーザ光」ともいう）の波長は１０６３ｎｍである。

固体レーザ結晶１０１のＡ面は、高い熱伝導率を有する接合材（図示省略）でヒートシンク１０２と接合されている。接合材としては、一般的に用いられているはんだ、ＡｕＳｎ系合金、インジウム系合金、高い熱伝導性を有する接着剤、及びそれらを組み合わせたものを用いることができる。

波長変換素子１０６は、固体レーザ結晶１０１の＋Ｚ側に配置され、固体レーザ結晶１０１からの発振レーザ光の波長を変換する。ここでは、第二高調波として波長５３１．５ｎｍのレーザ光が波長変換素子１０６で生成される。半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、波長変換素子１０６で生成された波長５３１．５ｎｍのレーザ光（図１（Ａ）における符号ＬＢｃ）を出力１０Ｗで出力することが可能である。

前記ＣＬベース１０９ａ、ＣＬベース１０９ｂ、ＦＬベース１１０ａ、ＦＬベース１１０ｂ、及びヒートシンク１０２は、それぞれメインベース１０７上の所定位置に固定されている。

図３（Ａ）には、図１（Ａ）における固体レーザ結晶１０１とヒートシンク１０２とからなる部分が拡大して示され、図３（Ｂ）には、図１（Ｂ）における固体レーザ結晶１０１とヒートシンク１０２とからなる部分が拡大して示されている。

ヒートシンク１０２の大きさは、一例として、Ｚ軸方向に関する長さ（以下では、「高さ」ともいう）Ｈ１＝６ｍｍ、Ｙ軸方向に関する長さ（以下では、「幅」ともいう）Ｌ１＝６ｍｍ、Ｘ軸方向に関する長さＷ１＝６ｍｍである。

固体レーザ結晶１０１のＡ面におけるヒートシンク１０２との非接合部分のＹ軸方向に関する長さ（図３（Ａ）における符号ｄ）は、一例として０．１ｍｍである。これにより、固体レーザ結晶１０１とヒートシンク１０２とを接合したときに、接合部からはみ出した接合材が固体レーザ結晶１０１のＹ側の側面に付着するのを防止することができる。なお、ｄの値は厳密なものではなく、ｄ＝０．１〜０．２５ｍｍ程度であれば良い。ところで、Ｘ軸方向に関しては、励起用レーザ光の入射方向ではないので、必ずしも非接合部分を確保する必要はない。例えば、Ｙ軸方向とは反対に、Ｘ軸方向に関して固体レーザ結晶１０１のＡ面の長さのほうが短くても良い。

また、ヒートシンク１０２は、固体レーザ結晶１０１との接合面と側面との間に傾斜面を有している。この傾斜面のＹ軸方向に対する傾斜角（図３（Ａ）における符号θ）は、一例として４５度である。これにより、各集光レンズを介した励起用レーザ光は、それぞれ邪魔されることなく固体レーザ結晶１０１の側面からコア部１０１ａを照射することができる。なお、θの値は厳密なものではなく、４５度程度であれば良い。また、傾斜角が徐々に変化する傾斜面であっても良い。ところで、Ｘ軸方向に関しては、励起用レーザ光の入射方向ではないので、必ずしも傾斜面は必要ではない。

ここでは、ヒートシンク１０２は、一例として図４（Ａ）〜図７に示されるように、熱伝達部材１０２ａと、熱交換部材１０２ｂと、流路形成部材１０２ｃとから構成されている。各部材には、いずれも熱伝導率の良い材料（例えば、銅、銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、アルミニウムなど）が使用されている。なお、図４（Ａ）は、図３（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

熱伝達部材１０２ａの＋Ｚ側の面は、Ｚ軸に垂直な平面（以下では、便宜上「Ｃ面」ともいう。図５では、surface Ｃ）を有し、該Ｃ面は固体レーザ結晶１０１のＡ面と接合材を介して接合されている。この熱伝達部材１０２ａにおける熱交換部材１０２ｂで覆われる−Ｚ側の面（以下では、便宜上「Ｄ面」ともいう。図５では、surface Ｄ）は−Ｚ側を頂点とする円錐形状を有している。

熱交換部材１０２ｂは、熱伝達部材１０２ａのＤ面を覆うように配置され、−Ｚ側を頂点とする円錐形状の部材１０２ｂ_１（図６（Ａ）参照）と、該円錐形状の部材１０２ｂ_１の−Ｚ側の面上に設けられ−Ｚ方向に延びる四角柱状の複数の突起部１０２ｂ_２（図６（Ａ）参照）とを有している。

流路形成部材１０２ｃは、熱伝達部材１０２ａとの間及び熱交換部材１０２ｂとの間に連通している流路が形成されるように、熱交換部材１０２ｂの−Ｚ側に配置されている。

ここでは、冷却媒体（例えば純水）は、中央部に形成された開口部１１２ａからポンプ１１１によって供給され、外周部に形成された開口部１１２ｂから外部に放出される。なお、開口部１１２ｂの断面積は、開口部１１２ａの断面積よりも大きくなるように設定されている。

そこで、ヒートシンク１０２の中心を通りＺ軸に平行な面でヒートシンク１０２を切断したときの断面図は、ヒートシンク１０２の中心を通りＺ軸方向に延びる仮想線に対してほぼ線対称となる（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）。

ポンプ１１１は、ポンプ単体で数十ミリリットル〜数リットル／分の流量を流せる能力を持つポンプである。すなわち、小型のポンプである。

複数の突起部１０２ｂ_２の一部は、図６（Ｃ）に示されるように、開口部１１２ａから開口部１１２ｂに向かう方向に対して傾斜して配列されている。

なお、熱伝達部材１０２ａは、プレス加工で製作することができる。

また、ヒートシンク１０２における冷却媒体と接触する面は、腐食を防止するため、金メッキが施されている。なお、金メッキに代えて、他の貴金属メッキあるいはニッケルメッキを施しても良い。

そこで、一例として図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、固体レーザ結晶１０１で発生した熱は、熱拡散によって熱伝達部材１０２ａを介して複数の突起部１０２ｂ_２に伝わる。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）における矢印Ｆｈは、熱の移動をおおまかに示している。そして、複数の突起部１０２ｂ_２と開口部１１２ａから供給された冷却媒体との間で熱交換が行われ、複数の突起部１０２ｂ_２から冷却媒体に熱が移ることとなる。この複数の突起部１０２ｂ_２から熱が移行し温度が上昇した冷却媒体は、開口部１１２ｂから外部に放出される。ここでは、圧力損失が小さく、熱交換部材と冷却媒体との接触面積が従来よりも大きいため、固体レーザ結晶１０１の温度上昇が抑制される。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）における矢印Ｆｃは、冷却媒体の流れをおおまかに示している。

ところで、本実施形態に係るヒートシンク１０２とほぼ同等の放熱特性を有する従来のヒートシンク３０１が、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されている。このヒートシンク３０１の大きさは、一例として、Ｈ２＝３ｍｍ、Ｌ２＝５ｍｍ、Ｗ２＝５ｍｍである。この場合には、固体レーザ結晶１０１で発生した熱Ｆｈを迅速に外部に放出するには、冷却媒体を大きな流速でヒートシンク３０１に供給する必要があるため、冷却媒体をヒートシンクに供給する手段として、ポンプ単体で数リットル〜数十リットル／分の流量を流せる能力を持つポンプ、すなわち、大型のポンプが必要である。従って、ヒートシンク３０１を用いたレーザ装置を有する装置は、本実施形態に係るヒートシンク１０２を用いたレーザ装置を有する装置よりも大きくなる。

また、本実施形態に係るヒートシンク１０２とほぼ同等の放熱特性を有する従来の別のヒートシンク３０３が、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されている。このヒートシンク３０３の大きさは、一例として、Ｈ３＝８ｍｍ、Ｌ３＝１２ｍｍ、Ｗ３＝１２ｍｍである。この場合には、冷却媒体をヒートシンクに供給する手段として、本実施形態に係るヒートシンク１０２のポンプ１１１と同等の小型のポンプを使用することができるが、ヒートシンク１０２よりもヒートシンク自体が大きい。従って、ヒートシンク３０３を用いたレーザ装置を有する装置は、本実施形態に係るヒートシンク１０２を用いたレーザ装置を有する装置よりも大きくなる。

以上説明したように、本実施形態に係るヒートシンク１０２によると、外部から供給される冷却媒体との間で熱交換を行う熱交換部材１０２ｂと、固体レーザ結晶１０１のＡ面に接合されるＣ面（第１面）と熱交換部材１０２ｂで覆われるＤ面（第２面）とを有し、固体レーザ結晶１０１で発生した熱を熱交換部材１０２ｂに伝達する熱伝達部材１０２ａと、熱伝達部材１０２ａ及び熱交換部材１０２ｂとの間に冷却媒体の流路を形成する流路形成部材１０２ｃとを備え、熱伝達部材１０２ａのＤ面は、固体レーザ結晶１０１のＡ面に対して非平行な面を有している。これにより、圧力損失を大きくすることなく、熱交換部材と冷却媒体との接触面積を従来よりも大きくすることができる。従って、ヒートシンクを小型化しても、ヒートシンクが大きいときの放熱特性を維持することができる。すなわち、冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を実現することが可能となる。

また、熱伝達部材１０２ａは、プレス加工で製作することができるため、切削加工で製作されたものを用いる場合よりも、コストを下げることができる。

また、複数の突起部１０２ｂ_２の一部は、開口部１１２ａから開口部１１２ｂに向かう方向に対して傾斜して配列されているため、冷却媒体の流れを乱流とすることができ、冷却媒体との熱交換の効率を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によると、冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を有するヒートシンク１０２を備えているため、Ｙ軸方向に関する固体レーザ結晶１０１と各集光レンズとの距離を短くすることができるとともに、冷却媒体をヒートシンク１０２に供給する手段として、小型のポンプを使用することができる。従って、小型で高出力を実現することが可能となる。

なお、上記実施形態では、熱伝達部材１０２ａのＤ面が−Ｚ側を頂点とする円錐形状を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、熱伝達部材１０２ａのＤ面が−Ｚ側を頂点とする四角錐形状を有していても良い。この場合には、熱交換部材１０２ｂは、熱伝達部材１０２ａのＤ面を覆うように配置され−Ｚ側を頂点とする四角錐形状の部材と、該四角錐形状の部材の−Ｚ側の面上に設けられ−Ｚ方向に延びる四角柱状の複数の突起部とを有することとなる（図１１参照）。さらに、熱伝達部材１０２ａのＤ面が、四角錐以外の多角錐形状であっても良い。

また、上記実施形態では、熱交換部材１０２ｂにおける複数の突起部１０２ｂ_２の形状が、四角柱状の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、四角柱以外の多角柱状、あるいはピンのような円柱状であっても良い。

また、例えば、一例として図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示されるように、熱交換部材１０２ｂにおける複数の突起部の形状が板状であっても良い。

また、上記実施形態では、熱伝達部材１０２ａと熱交換部材１０２ｂとが個別に設けられる場合について説明したが、熱伝達部材１０２ａと熱交換部材１０２ｂとが一体化されていても良い。

また、上記実施形態において、一例として図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、熱伝達部材１０２ａと流路形成部材１０２ｃとが互いに着脱可能な構造としても良い。これにより、メンテナンスが容易になる。なお、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）における符号１０２ｄは、冷却媒体の漏れを防止するためのＯリングである。なお、熱伝達部材１０２ａと流路形成部材１０２ｃの組み付けは、ねじ止め以外の方法を用いても良い。

また、上記実施形態において、一例として図１５に示されるように、冷却媒体Ｆｃが回転しながら流れるようにするため、一例として図１６（Ａ）あるいは図１６（Ｂ）に示されるように、開口部１１２ａの内壁の少なくとも一部にらせん状の溝あるいは突出部が形成されていても良い。これにより、各突起部に対して種々の方向から冷却媒体が当たることになり、更に放熱特性を向上させることができる。なお、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）では、らせんのピッチが互いに異なっている。なお、この場合に、ピッチを大きくして二重らせん、三重らせんなどの多重らせんとしても良い。これにより、更に効果が大きくなる。

また、流路形成部材１０２ｃにおける熱交換部材１０２ｂと対向する面に、曲線状に形成された溝あるいは突出部が形成されていても良い。これにより、各突起部に対して種々の方向から冷却媒体が当たることになり、更に放熱特性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、熱交換部材１０２ｂにおける複数の突起部１０２ｂ_２が−Ｚ方向に延びている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、一例として図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されるように、複数の突起部１０２ｂ_２が熱伝達部材１０２ａのＤ面に垂直な方向に延びても良い。

また、一例として図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示されるように、熱伝達部材１０２ａのＤ面が、固体レーザ結晶１０１のＡ面と平行な面を含んでいても良い。この場合には、熱交換部材１０２ｂは、熱伝達部材１０２ａのＤ面を覆う部材が、固体レーザ結晶１０１のＡ面と平行な面を含むこととなる。これにより、ヒートシンクの高さ（Ｚ軸方向に関する長さ）を更に小さくすることが可能となる。

また、この場合にも、一例として図１９（Ａ）あるいは図１９（Ｂ）に示されるように、開口部１１２ａの内壁の少なくとも一部にらせん状の溝あるいは突出部が形成されても良い。

また、この場合に、熱交換部材１０２ｂにおける複数の突起部の形状が板状であっても良い。

また、一例として図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示されるように、熱伝達部材１０２ａのＤ面が、ＹＺ断面及びＸＺ断面において曲面を含んでいても良い。この場合には、熱交換部材１０２ｂは、熱伝達部材１０２ａのＤ面を覆う部材が、ＹＺ断面及びＸＺ断面において曲面を含むこととなる。これにより、ヒートシンクの高さ（Ｚ軸方向に関する長さ）を更に小さくすることが可能となる。

そして、この場合においても、開口部１１２ａの内壁の少なくとも一部にらせん状の溝あるいは突出部が形成されていても良い。さらに、熱交換部材１０２ｂにおける複数の突起部の形状が板状であっても良い。

また、上記実施形態では、中央部に形成された開口部１１２ａから外周部に形成された開口部１１２ｂに冷却媒体を流す場合について説明してきたが、従来例（図９（Ａ）〜図１０（Ｂ）参照）と同様に、互いにＸ方向に離れて配置された冷却媒体の入口と出口を有する構造（冷却媒体が入口からフィンを通り出口に至る）であっても良い（図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）参照）。

また、上記実施形態では、固体レーザ装置が、側面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置の場合について説明したが、一例として図２２に示されるように、固体レーザ結晶の一方の端面から励起用レーザ光を入射する、いわゆる端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置２００であっても、本発明のヒートシンクを用いることができる。そして、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、固体レーザ装置が、波長５３１．５ｎｍのレーザ光を出力する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。このとき、前記固体レーザ結晶１０１と異なる固体レーザ結晶が用いられる場合がある。

また、上記実施形態において、要求される励起用レーザ光のビーム品質があまり厳しくない場合には、前記コリメータレンズ１０４ａ及びコリメータレンズ１０４ｂを設けなくても良い。

また、上記実施形態では、冷却媒体として純水を使用する場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、熱伝導率の高い流体であれば良い。

また、上記実施形態では、熱交換部材が複数の突起部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、必要とされる放熱特性によっては、突起部のない熱交換部材を用いても良い。

《レーザプリンタ》
図２３には、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタ１０００の概略構成が示されている。

このレーザプリンタ１０００は、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。

帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に関して、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。

感光体ドラム１０３０の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図２３における面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。

帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。

光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。ところで、感光体ドラム９０１の長手方向（回転軸に沿った方向）は「主走査方向」と呼ばれている。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ１０３２に供給される。

現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。ここでトナーが付着された潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。

給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、該給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚づつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。該レジストローラ対１０３９は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、該記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。

転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。

この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。

除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。

クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。

《光走査装置》
次に、前記光走査装置１０１０の構成及び作用について図２４を用いて説明する。

この光走査装置１０１０は、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を含む光源ユニット１０１１、カップリングレンズ１０１２、変調器１０１３、シリンドリカルレンズ１０１４、ポリゴンミラー１０１５、ｆθレンズ１０１６、トロイダルレンズ１０１７及び上記各部を統括的に制御する不図示の主制御装置を備えている。

前記カップリングレンズ１０１２は、光源ユニット１０１１から射出された光束を略平行光に整形する。

前記変調器１０１３は、上位装置からの画像情報に基づいて、カップリングレンズ１０１２を介した光束を変調する。

前記シリンドリカルレンズ１０１４は、変調器１０１３を介した光束をポリゴンミラー１０１５の偏向面近傍に副走査方向に関して集光する。

前記ポリゴンミラー１０１５は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向面が形成されている。そして、不図示の回転機構により、図２４に示される矢印の方向に一定の角速度で回転されている。従って、光源ユニット１０１１から射出され、シリンドリカルレンズ１０１４によってポリゴンミラー１０１５の偏向面近傍に集光された光束は、ポリゴンミラー１０１５の回転により一定の角速度で偏向される。

前記ｆθレンズ１０１６は、ポリゴンミラー１０１５からの光束の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１０１５により一定の角速度で偏向される光束の像面を、主走査方向に対して等速移動させる。

前記トロイダルレンズ１０１７は、ｆθレンズ１０１６を介した光束を感光体ドラム１０３０の表面上に結像する。

以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０１０によると、光源ユニット１０１１は前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を含んでいるため、大型化を招くことなく、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザプリンタ１０００によると、大型化を招くことなく、感光体ドラム１０３０の表面上を高速で走査することができる光走査装置１０１０を備えているため、結果として、大型化を招くことなく、画像を高速で形成することが可能となる。

なお、上記実施形態に係る光走査装置１０１０において、前記光源ユニット１０１１は、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を複数含んでいても良い。この場合には、同時に複数の走査を行うことができ、その結果、レーザプリンタ１０００では更に高速で画像を形成することができる。

また、上記実施形態において、前記ポリゴンミラー１０１５に代えて、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いても良い。この場合には、ＭＥＭＳミラーの偏向角度を制御することにより、光束の偏向方向を制御することとなる。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１０００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、前記光走査装置１０１０を備える画像形成装置であれば、画像を高速で形成することが可能となる。

また、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を含み、レーザ光によって発色する媒体（例えば、用紙）に直接、レーザ光を照射する画像形成装置であっても良い。

また、像担持体として銀塩フィルムを用いた画像形成装置であっても良い。この場合には、光走査により銀塩フィルム上に潜像が形成され、この潜像は通常の銀塩写真プロセスにおける現像処理と同等の処理で可視化することができる。そして、通常の銀塩写真プロセスにおける焼付け処理と同等の処理で印画紙に転写することができる。このような画像形成装置は光製版装置や、ＣＴスキャン画像等を描画する光描画装置として実施できる。

また、カラー画像を形成する画像形成装置であっても、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を有し、カラー画像に対応した光走査装置を用いることにより、大型化を招くことなく、カラー画像を高速で形成することが可能となる。

また、一例として図２５に示されるように、画像形成装置として、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であっても良い。このタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、及び転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、及び転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンダ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、及び転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、及び転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置１０１０と、転写ベルト８０と、定着手段３０などを備えている。

この場合には、光走査装置１０１０は、ブラック用の固体レーザ装置、シアン用の固体レーザ装置、マゼンダ用の固体レーザ装置、イエロー用の固体レーザ装置を備えている。そして、各固体レーザ装置は、いずれも前記ヒートシンク１０２を有している。

そして、ブラック用の固体レーザ装置からの光束は感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の固体レーザ装置からの光束は感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンダ用の固体レーザ装置からの光束は感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の固体レーザ装置からの光束は感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、色毎に光走査装置１０１０を備えていても良い。

各感光体ドラムは、図２５中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器、現像器、転写用帯電手段、クリーニング手段が配置されている。各帯電器は、対応する感光体ドラムの表面を均一に帯電する。この帯電器によって帯電された感光体ドラム表面に光走査装置１０１０により光束が照射され、感光体ドラムに静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器により感光体ドラム表面にトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電手段により、記録紙に各色のトナー像が転写され、最終的に定着手段３０により記録紙に画像が定着される。

《表示装置》
図２６には、本発明の一実施形態に係る表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置２０００の概略構成が示されている。

このレーザ・ディスプレイ装置２０００は、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を含む光源ユニット２００１と、光源ユニット２００１からのレーザ光を表示情報に応じて変調し、該変調されたレーザ光をスクリーン２０１０に向けて出力するための光学系２００３と、前記光源ユニット２００１及び前記光学系２００３を制御する制御装置２００５とを備えている。

このように、本実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置２０００は、レーザ光の光源として、前記ヒートシンク１０２を有する固体レーザ装置を含んでいるため、大型化を招くことなく、スクリーン２０１０上に絵や文字を高速で表示することが可能となる。

なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源ユニット２００１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、大型化を招くことなく、高速で表現することが可能となる。

以上説明したように、本発明のヒートシンクによれば、冷却媒体の流速を大きくすることなく、小型で優れた放熱特性を実現するのに適している。また、本発明の固体レーザ装置によれば、小型で高出力を実現するのに適している。また、本発明の光走査装置によれば、大型化を招くことなく、被走査面上を高速で走査するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、大型化を招くことなく、画像を高速で形成するのに適している。また、本発明の表示装置によれば、大型化を招くことなく、情報を高速で表示するのに適している。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。 図１（Ａ）及び図１（Ｂ）における固体レーザ結晶を説明するための図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）及び図１（Ｂ）における固体レーザ結晶及びヒートシンクの部分を拡大した図である。 図４（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 熱伝達部材を説明するための図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、いずれも熱交換部材を説明するための図である。 冷却媒体の供給用開口部及び排出用開口部を説明するための図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれヒートシンクにおける熱の流れ、及び冷却媒体の流れを説明するための図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ従来のヒートシンクの例を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ従来のヒートシンクの別の例を説明するための図である。 Ｄ面が四角錐形状のときの熱交換部材を説明するための図である。 図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ突起部が板状の熱交換部材を説明するための図である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ熱交換部材の突起部が板状のヒートシンクの断面図である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ着脱可能な構造を有するヒートシンクを説明するための図である。 冷却媒体の流れの変形例を説明するための図である。 図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ熱交換部材に向かう冷却媒体と接触する面にらせん状の溝が形成された流路形成部材を説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ熱交換部材の突起部がＤ面に垂直な方向に延びているヒートシンクを説明するための図である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれＤ面がＡ面に平行な面を一部に有するヒートシンクを説明するための図である。 図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれＤ面がＡ面に平行な面を一部に有し、流路形成部材における熱交換部材に向かう冷却媒体と接触する面にらせん状の溝が形成されているヒートシンクを説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれＤ面がＡ面に平行な面を一部に有し、熱交換部材の突起部が板状のヒートシンクを説明するための図である。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれＤ面が曲面を有するヒートシンクを説明するための図である。 端面励起型の半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザプリンタの概略構成を説明するための図である。 図２３のレーザプリンタにおける光走査装置の概略構成を説明するための図である。 タンデムカラー機の概略構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。

符号の説明

１００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（固体レーザ装置）、１０１…固体レーザ結晶（発熱部材）、１０２…ヒートシンク、１０２ａ…熱伝達部材、１０２ｂ…熱交換部材、１０２ｃ…流路形成部材、１０３ａ…励起用半導体レーザ、１０３ｂ…励起用半導体レーザ、１１２ａ…流路、１１２ｂ…流路、２００…半導体レーザ励起固体レーザ装置（固体レーザ装置）、１０００…レーザプリンタ（画像形成装置）、１０１０…光走査装置、１０１１…光源ユニット、１０１５…ポリゴンミラー（偏向器）、１０１６…ｆθレンズ（走査光学系の一部）、１０１７…トロイダルレンズ（走査光学系の一部）、１０３０…感光体ドラム（像担持体）、２０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）。

Claims (21)

1. 発熱部材で発生した熱を外部から供給される冷却媒体を介して外部に放出するヒートシンクであって、
   前記冷却媒体との間で熱交換を行う熱交換部材と；
   前記発熱部材に接合される第１面と、前記熱交換部材で覆われる第２面とを有し、前記発熱部材で発生した熱を前記熱交換部材に伝達する熱伝達部材と；を備え、
   前記第２面は、前記第１面に対して非平行な面を有することを特徴とするヒートシンク。
2. 前記第２面は、前記第１面に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記第２面は、多角錐形状を有することを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記第２面は、曲面を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
5. 前記第２面は、円錐形状を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
6. 前記第２面は、一部に前記第１面に対して平行な面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートシンク。
7. 前記熱交換部材は、前記冷却媒体と接する複数の突起部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートシンク。
8. 前記複数の突起部は、それぞれ前記第１面に対して垂直な方向に延びていることを特徴とする請求項７に記載のヒートシンク。
9. 前記複数の突起部の少なくとも一部の複数の突起部は、前記冷却媒体の流路における前記冷却媒体の供給部から排出部に向かう方向に対して傾斜した方向に配列されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のヒートシンク。
10. 前記複数の突起部は、プレス加工で製作されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のヒートシンク。
11. 前記複数の突起部は、棒状あるいは板状の少なくとも一方の形状の突起部を有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のヒートシンク。
12. 前記熱伝達部材と前記熱交換部材は、一体化されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヒートシンク。
13. 前記熱伝達部材及び前記熱交換部材との間に前記冷却媒体の流路を形成する流路形成部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のヒートシンク。
14. 前記流路形成部材における前記熱交換部材に向かう前記冷却媒体と接触する面は、らせん状に形成された溝あるいは突出部を有することを特徴とする請求項１３に記載のヒートシンク。
15. 前記流路形成部材における前記熱交換部材と対向する面は、曲線状に形成された溝あるいは突出部を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のヒートシンク。
16. 前記熱伝達部材と前記流路形成部材は、互いに着脱可能であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のヒートシンク。
17. 光によって励起される固体レーザ結晶と；
    前記固体レーザ結晶で発生した熱を外部から供給される冷却媒体を介して外部に放出する請求項１〜１６のいずれか一項に記載のヒートシンクと；を備える固体レーザ装置。
18. 光束によって被走査面上を走査する光走査装置であって、
    少なくとも１つの請求項１７に記載の固体レーザ装置を有する光源ユニットと；
    前記光源ユニットからの光束を偏向する偏向器と；
    前記偏光器で偏向された光束を被走査面上に集光する走査光学系と；を備える光走査装置。
19. 少なくとも１つの像担持体と；
    前記少なくとも１つの像担持体を画像情報が含まれる光束によって走査する少なくとも１つの請求項１８に記載の光走査装置と；を備える画像形成装置。
20. 前記画像情報は、カラー画像情報であることを特徴とする請求項１９に記載の画像形成装置。
21. レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、
    前記レーザ光を射出する少なくとも１つの請求項１７に記載の固体レーザ装置を備えることを特徴とする表示装置。

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