JP2016201395A - レーザモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
これは、LDのレーザ出力が、LDに流れる電流値に依存するためであり、各LDの出力を均一にするために、各LDに等しい電流を供給できる直列接続が採用される。
レーザモジュールの高出力化のためにLDの個数を増やすと、この管理は煩雑になる。
該LDユニットは、ユニット台座上に少なくとも1つのLDを設けることで構成されており、
該ヒートシンクの上段側のマウント面に設置されたLDユニットから照射されるレーザ光が、該ヒートシンクの下段側のマウント面に設置されたLDユニットに遮られないように、該LDユニットは該マウント面に設置されているとともに、
該ヒートシンクの任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニットの該一端側に存在する電極と、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニットの該他端側に存在する電極とが、導電部材によって電気的に接続されていることを特徴とする。
・使用するLD、及びLDユニットの極性を全て統一することができる。
・極性の管理、確認が不要になり、これらの手間を省けると共に、極性を誤ってレーザモジュールを組立てしまう恐れもなくなる。
・同一設計のLDユニットを使用することができるため、設計費を抑制できる共に、
同一設計品を複数生産することで、コストダウン効果を狙うことができる。
・以上の結果、LDユニットの個数を増やした高出力レーザモジュールを得る際、生産性、コスト面に優れたものを得ることができる。
本発明で特徴的なことは、ヒートシンク1の任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニット2の一端側に存在する電極6aと、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニット2の他端側に存在する電極6bとが、導電部材7によって電気的に接続されていることである。
全体として階段状に形成されており、各段にはLDユニットを設置するマウント面が形成されている。段差は、上段側のマウント面に設置されたLDユニット2から照射されるレーザ光が、下段側のマウント面に設置されたLDユニット2に遮られない高さに設定されている。
図3はLD5を3つ設けた場合であり、LD台座4を介して、LD5がユニット台座3上に設けられている。LD台座4はユニット台座3と一体に成型しても、別部品として構成しても良い。また、LD5はユニット台座3に対して絶縁されている。
例えば、図3(b)に示したように、LD5が有する正極あるいは負極を、直接電極6として使用することもできる。
コリメートレンズとして、図3に示したように速軸方向コリメートレンズ8と遅軸方向コリメートレンズ9が設けられるのが一般的である。
レーザ光を速軸方向コリメートレンズ8と遅軸方向コリメートレンズ9とを透過させてコリメートすることで、各LDユニットから照射されたレーザ光を集光レンズで1つに合成する際に、合成後のレーザ光の径が不用意に増大し、エネルギー密度が低減することを防止できる。
遅軸方向コリメートレンズ9についても、図3では各LD5に対して個別に設けているが、各LD5に対して共通のレンズを使用しても良い。
コンタクト10の両端を電極6にそれぞれ接続して、隣り合うLDユニット2を電気的に接続する。
図5(a)は独立した部品として電極6を設けた場合、図5(b)はLD5の正極、負極を電極6として使用した場合の、コンタクト10の設け方の一例である。
また、大電流によって発生するコンタクト10における発熱を抑制することもできる。
ヒートシンク1に導電部材収容部12を設けて、導電部材7の一部を、一端側電極6aと他端側電極6bを接続する途中で導電部材収容部12に収容することで、以下の効果が得られる。
また、不意に導電部材7の位置が変化して、レーザ光が導電部材7に照射されて損傷することも防止できる。
レーザ照射時にLD5が発熱源となるが、導電部材収容部12をこの位置とすることで、LD5とヒートシンク1の表面との間の伝熱距離が短くなるとともに、伝熱面積を多く取ることができるので、LD5の放熱を効率よく行うことができる。
冷却管13をこの位置とすることで、LD5と冷却管13との間の距離が短くなり、LD5の放熱をさらに効率よく行うことができる。
LD5は市販されている波長915nm、出力12W、消費電圧1.8Vのものを使用し、LDユニット2の1個当たりのレーザ出力を36W、消費電圧5.4Vとした。
すなわち、LD5から照射されたレーザ光は速軸方向コリメートレンズ8、次いで遅軸方向コリメートレンズ9を透過して、コリメートされることになる。
溝の位置は、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳しない位置になるよう、各マウント面の手前寄りに設けた。
冷却管13は、レーザモジュールを真上から平面視した際に、LD5と重畳する位置になるよう、ヒートシンク1の奥から手前に向かって4本設けた。
冷却管13は、冷媒を連続的に供給するポンプに接続される。
マウント面へのLDユニット2の固定には、予めマウント面にネジ穴、ユニット台座3に固定ネジが通る貫通孔を(共に図示せず)を設けておき、ネジ固定を使用した。
なお、この固定方法は図7には図示していない。
予めマウント面(ヒートシンク1)にネジ穴、コンタクト10と補助コンタクト11には固定ネジが通る貫通孔を設けておき、ネジ固定によって固定した。なお、固定ネジとの短絡を防ぐため、貫通孔には絶縁処理が施される。
また、固定ネジの頭と補助コンタクト11との短絡を防ぐため、両者の間にも絶縁体としてセラミック製のリングを設けた。
電源装置の電圧を上げて、全てのLDユニット2を直列に接続した態様も考えられるが、実施例では電源装置の取扱いの容易さを考慮して、200Vの電源装置を2台使用する態様を取った。
また、以上の文中ではヒートシンクの各段のマウント面上に複数のLDユニットを設置する場合について述べたが、各段のマウント面上に設置するLDユニットが1つの場合でも本発明を適用することができる。
2 LDユニット
3 ユニット台座
4 LD台座
5 LD(レーザダイオード)
6 電極
6a 一端側の電極
6b 他端側の電極
7 導電部材
8 速軸コリメートレンズ
9 遅軸コリメートレンズ
10 コンタクト
11 補助コンタクト
12 導電部材収容部
13 冷却管
Claims (6)
- 階段状の複数のマウント面を有するヒートシンクと、該マウント面に設置された複数のレーザダイオード(LD)ユニットで構成されるレーザモジュールであって、
該LDユニットは、ユニット台座上に少なくとも1つのLDを設けることで構成されており、
該ヒートシンクの上段側のマウント面に設置されたLDユニットから照射されるレーザ光が、該ヒートシンクの下段側のマウント面に設置されたLDユニットに遮られないように、該LDユニットは該マウント面に設置されているとともに、
該ヒートシンクの任意の段のマウント面の一端側に設置されたLDユニットの該一端側に存在する電極と、該任意の段より下段側のマウント面の他端側に設置されたLDユニットの該他端側に存在する電極とが、導電部材によって電気的に接続されていることを特徴とするレーザモジュール。 - 該ヒートシンクのマウント面に導電部材収容部が設けられており、該導電部材の一部は、
該一端側に存在する電極と該他端側に存在する電極を接続する途中で、該導電部材収容部に収容されていることを特徴とする、請求項1に記載のレーザモジュール。 - 該導電部材収容部は、該レーザモジュールを真上から平面視した際に、該レーザダイオードと重畳しない位置に設けられていることを特徴とする、請求項2に記載のレーザモジュール。
- 冷媒を流すための冷却管が、該ヒートシンクに形成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザモジュール。
- 冷媒を流すための冷却管が形成された冷却板上に、該ヒートシンクが設置されたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザモジュール。
- 該冷却管は、該レーザモジュールを真上から平面視した際に、該レーザダイオードと重畳する位置に設けられていることを特徴とする、請求項4または5に記載のレーザモジュール。
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