JP2017152630A

JP2017152630A - レーザ装置

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Publication number: JP2017152630A
Application number: JP2016035765A
Authority: JP
Inventors: 直也石垣; Naoya Ishigaki; 東條　公資; Kimitada Tojo; 公資東條
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP6613957B2

Abstract

【課題】個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができるレーザ装置を提供する。
【解決手段】複数の光源１に対応して設けられ、複数の光源からの各出射光をコリメートする複数のコリメートレンズ３と、複数のコリメートレンズに対応して設けられ、一対の光源とコリメートレンズとを保持し且つコリメートレンズのコリメート光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダ２と、複数のホルダを保持するハウジング４と、出射位置と出射角度が調整された各コリメート光を集光する集光部５と、複数の光源の各光源から発生する熱を排熱する排熱部材８と、各光源の各排熱面と排熱部材の吸熱面との間に配置され、各排熱面と吸熱面とに当接する弾性部を有し且つ伝熱性を有し各排熱面から吸熱面へ前記熱を伝達する熱伝達部材７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源からの光を結合して光ファイバに出力するレーザ装置に関する。

特許文献１に記載された発光装置は、複数の光源からの光を結合させた光を光ファイバ等の受光装置に入射させ、高出力化を得ている。この発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ等を光源として、各光源からの光をレンズやプリズムを用いて結合している。

特許３２２８０９８号公報

しかしながら、複数の光源からの光を結合して高出力化しつつ、集光性を向上して高輝度化を図る場合、各光源から生成されるコリメート光のビーム径や出射方向の調整精度を高める必要がある。このため、光源毎に、それぞれレンズを調整しなければならない。

この場合、光を入射する光ファイバと、光ファイバのコア部へ集光するレンズとの位置を先に固定し、レンズへの光の入射状態を各光源毎に微調整する場合、各光源は同一平面上に位置しない。このため、各光源の排熱面を１つの大きなヒートシンクに接触させて排熱することが困難であった。

各光源の排熱面とヒートシンクとの間に発生する隙間を高熱伝導のグリスや接着剤で埋める場合、グリスや接着剤は、銅やアルミニウム等の金属材料と比べて熱伝導が低い。また、各光源の組立作業が煩雑になり、光源から発生するアウトガスが問題になる可能性があった。

本発明の課題は、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができるレーザ装置を提供する。

本発明に係るレーザ装置は、上記課題を解決するために、複数の光源と、複数の光源に対応して設けられ、前記複数の光源からの各出射光をコリメートする複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズに対応して設けられ、一対の前記光源と前記コリメートレンズとを保持し且つ前記コリメートレンズのコリメート光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、前記複数のホルダを保持するハウジングと、出射位置と出射角度が調整された各コリメート光を集光する集光部と、前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱する排熱部材と、前記各光源の各排熱面と前記排熱部材の吸熱面との間に配置され、前記各排熱面と前記吸熱面とに当接する弾性部を有し且つ伝熱性を有し前記各排熱面から前記吸熱面へ前記熱を伝達する熱伝達部材とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、熱伝達部材に有する弾性部により、各光源の各排熱面と排熱部材の吸熱面とが密着するので、各光源の各排熱面と排熱部材の吸熱面との不均一な隙間を吸収することができる。このため、熱伝達部材により、各排熱面から吸熱面へ容易に熱を伝達することができるので、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができる。

本発明の実施例１のレーザ装置の概略構成図である。ハウジングにコイルバネ、熱伝達部材を介してヒートシンクを取り付けた実施例１のレーザ装置を示す図である。ホルダにコイルバネを取り付けた実施例１のレーザ装置の斜視図である。本発明の実施例１のレーザ装置のコイルバネの詳細構成図である。板バネが光源に密着された実施例２のレーザ装置の斜視図である。

以下、本発明のレーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１のレーザ装置の概略構成図である。図１に示すレーザ装置は、複数の光源１と、複数のホルダ２と、複数のコリメートレンズ３と、ハウジング４と、集光レンズ５と、光ファイバ６とを備えている。

複数の光源１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）等からなり、各々の光源１が略等間隔に配置されている。複数の光源１は、図１の例では５個であるが、これに限定されることなく、複数の光源１の数はその他の数であってもよい。

複数のコリメートレンズ３は、複数の光源１に対応して設けられ、複数の光源１に対向した位置に配置され、複数の光源１からの各出射光をコリメートする。

複数のホルダ２は、複数のコリメートレンズ３に対応して設けられ、各々のホルダ２は、樹脂等からなり、一対の光源１とコリメートレンズ３とを保持し且つコリメートレンズ３のコリメート光の出射位置と出射角度を調整する光軸調整機構を有する。

ハウジング４は、複数のホルダ２を保持するもので、樹脂等からなる。ハウジング４の内部には、複数のコリメートレンズ３に対応する位置に集光レンズ５が配置されている。

集光レンズ５は、本発明の集光部に対応し、出射位置と出射角度が調整された各コリメートレンズ３からの出射光を集光して光ファイバ６に結合する。光ファイバ６は、集光レンズ５で集光された光を伝送する。

図２は、ハウジング４にコイルバネ７、熱伝達部材７ａを介してヒートシンク８を取り付けた実施例１のレーザ装置を示す。

図２において、ハウジング４の先端にはホルダ２が突起しており、ホルダ２の先端には、コイルバネ７が取り付けられている。コイルバネ７には、熱伝達部材７ａが取り付けられ、熱伝達部材７ａにはヒートシンク８が取り付けられている。ヒートシンク８にはファン９が取り付けられている。

図３は、ホルダ２にコイルバネ７を取り付けた実施例１のレーザ装置の斜視図である。コイルバネ７及び熱伝達部材７ａは、本発明の熱伝達部材に対応し、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとの間に配置され、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとに当接する弾性部を有し且つ伝熱性を有し各光源１の各排熱面１ａからヒートシンク８の吸熱面８ａへ熱を伝達する。

ただし、排熱面１ａと吸熱面８ａとの接触面積が大きい方が、熱伝達効率が良いので、密着またはそれに近い形状とすることが望ましい。

コイルバネ７は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、窒化アルミニウムのいずれか１つからなり、弾性を有している。図４に示すように、コイルバネ７の両端面は、平面加工されている。コイルバネ７は、貫通穴７２が形成されたリング部７１を有し、このリング部７１の両端部には溝部７３が形成されている。

ヒートシンク８は、本発明の排熱部材に対応し、複数の光源１の各光源１から発生する熱をコイルバネ７及び熱伝達部材７ａを介して排熱する。ファン９は、ヒートシンク８を冷却する。なお、ファン９の代わりに、水冷システムを用いてヒートシンク８を冷却するようにしてもよい。

次にこのように構成された実施例1のレーザ装置の動作を説明する。まず、各光源１の集光点が一致するように各ホルダ２の光軸位置及び角度を調整する。

光源１の広がり角や出射方向にはばらつきがあるため、調整後のホルダ２は、それぞれ異なる角度でハウジング４に固定されている。また、各光源１の排熱面又は各光源１が保持されたホルダ２の排熱面は、光軸調整のために、それぞれ異なる角度になっている。

このため、バネ性を有したコイルバネ７と熱伝達部材７ａとは、各光源１の各排熱面１ａ又はホルダ２の排熱面とヒートシンク８の吸熱面８ａとの不均一な隙間を吸収する。

コイルバネ７と熱伝達部材７ａとしては、銅やアルミニウム等の排熱に十分な熱伝導性と隙間のばらつきを吸収できる程度の弾性を有したものを使用することができる。

また、コイルバネ７と熱伝達部材７ａとは、平面加工されているので、各光源１又はホルダ２の排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとを密着できるため、各排熱面１ａから吸熱面８ａへ容易に熱を伝達することができる。

このように実施例１のレーザ装置によれば、コイルバネ７と熱伝達部材７ａに有する弾性により、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとが密着するので、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとの不均一な隙間を吸収することができる。このため、コイルバネ７と熱伝達部材７ａにより、各排熱面１ａから吸熱面８ａへ容易に熱を伝達することができるので、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができる。

図５は、板バネが光源に密着された実施例２のレーザ装置の斜視図である。実施例２のレーザ装置では、熱伝達部材として、コイルバネ７の代わりに、板バネ１０を用いたことを特徴とする。

なお、図５に示す実施例２のレーザ装置において、板バネ１０以外は、図２に示す実施例１のレーザ装置の構成と同じである。ここでは、板バネ１０についてのみ説明する。

板バネ１０は、図５に示すように、平板状をなしており、各光源１及び各ホルダ２を覆うように配置されている。板バネ１０も、コイルバネ７と同一の特性及び機能を有しているので、ここでは、その説明は、省略する。

板バネ１０には、各光源１に対向する位置に凹部１０ａが形成されている。この凹部１０ａには、各光源１の正極負極用の２つのリードを通すための円形状の貫通穴１０ｂが設けられている。

また、板バネ１０には、各光源毎に、光源１に対応する熱伝達部分と光源１に隣接する他の光源１に対応する熱伝達部分との間にスリット１１が形成されている。スリット１１は、各光源１間を切り離す役目をなす。

凹部１０ａは、板バネ１０を補強するために形成され、スリット１１の形成により、板バネ１０が弱くなるのを防止している。

このように実施例２のレーザ装置によれば、板バネ１０と熱伝達部材７ａに有する弾性により、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとが密着するので、各光源１の各排熱面１ａとヒートシンク８の吸熱面８ａとの不均一な隙間を吸収することができる。

このため、板バネ１０と熱伝達部材７ａにより、各排熱面１ａから吸熱面８ａへ容易に熱を伝達することができるので、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができる。

また、隣接する光源間にはスリット１１が形成され、スリット１１により各光源１間が切り離されているので、各光源１の発熱は、ヒートシンク８にのみ伝達され、光源１の発熱は板バネ１０を介して隣接する光源１に伝達されない。

なお、光源１とヒートシンク８とを電気的に絶縁する必要がある場合には、熱伝達部材として、窒化アルミニウム等の高熱伝導性のセラミック材を使用しても良い。

本発明は、分析、計測、医療、光情報処理、レーザディスク等に使用されるレーザ装置に適用可能である。

１光源
１ａ排熱面
２ホルダ
３コリメートレンズ
４ハウジング
５集光レンズ
６光ファイバ
７コイルバネ
７ａ熱伝達部材
８ヒートシンク
８ａ吸熱面
９ファン
１０板バネ
１０ａ凹部
１０ｂ貫通穴
１１スリット

Claims

複数の光源と、
複数の光源に対応して設けられ、前記複数の光源からの各出射光をコリメートする複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズに対応して設けられ、一対の前記光源と前記コリメートレンズとを保持し且つ前記コリメートレンズのコリメート光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、
前記複数のホルダを保持するハウジングと、
出射位置と出射角度が調整された各コリメート光を集光する集光部と、
前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱する排熱部材と、
前記各光源の各排熱面と前記排熱部材の吸熱面との間に配置され、前記各排熱面と前記吸熱面とに当接する弾性部を有し且つ伝熱性を有し前記各排熱面から前記吸熱面へ前記熱を伝達する熱伝達部材と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。
前記熱伝達部材は、前記各光源毎に、前記光源に対応する熱伝達部分と前記光源に隣接する他の前記光源に対応する熱伝達部分との間にスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記熱伝達部材は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、窒化アルミニウムのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。
前記熱伝達部材は、リング状のコイルバネからなり、このコイルバネの両端面は、平面加工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ装置。
前記熱伝達部材は、板バネからなり、前記板バネには、前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。