JP2017168821A - レーザ発光装置、エンジン点火プラグシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度のレーザ光を集光レンズで集光しても、その集光レンズの温度上昇を抑制できるレーザ発光装置を提供する。【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源部（２１）と、レーザ光源部から出射されるレーザ光を所定の位置に集光する集光レンズ２３と、集光レンズ２３と面接触しつつ集光レンズ２３を保持する保持部材（１４）と、レーザ光源部を冷却すべくレーザ光源部に宛がわれる冷却装置３０と、を備えるレーザ発光装置１０である。保持部材は、集光レンズ２３よりも高い熱伝導率を有し、冷却装置３０に面接触する。【選択図】図３

Description

本開示は、レーザ発光装置、エンジン点火プラグシステムに関する。

レーザ発光装置では、例えば、レーザ光源部からの高出力なレーザ光を集光レンズで集光して出力するものがあり、そのレーザ光を内燃機関の点火に用いること（エンジン点火プラグシステム）が考えられている(例えば、特許文献１参照)。

このようなレーザ発光装置では、レーザ光源部が高い強度のレーザ光を出力する際に熱を発生するとともに内燃機関からの熱に起因する高温な環境下に設けられるが、レーザ光源部が高温とされると寿命が短くなったり出力の低下を招いたりする虞がある。このため、上記した従来のレーザ発光装置では、冷却装置を用いてレーザ光源部を低い温度に保つことで、寿命が短くなることや出力の低下を防止している。

ところで、上記した従来のレーザ発光装置では、レーザ光源部から出力した高い強度のレーザ光を集光レンズで集光するため、その集光レンズがレーザ光の一部を熱エネルギーとして吸収するので、集光レンズの温度上昇を招く。すると、レーザ発光装置では、一般的に集光レンズの光学性能に温度依存性があるので、所定の位置にレーザ光を集光できなくなり、目標とする光量を適切に出力できなくなる虞がある。

本開示は、上記の事情に鑑みて為されたもので、高い強度のレーザ光を集光レンズで集光しても、その集光レンズの温度上昇を抑制できるレーザ発光装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のレーザ発光装置は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を所定の位置に集光する集光レンズと、前記集光レンズと面接触しつつ前記集光レンズを保持する保持部材と、前記レーザ光源部を冷却すべく前記レーザ光源部に宛がわれる冷却装置と、を備え、前記保持部材は、前記集光レンズよりも高い熱伝導率を有し、前記冷却装置に面接触することを特徴とする。

本開示に係るレーザ発光装置では、高い強度のレーザ光を集光レンズで集光しても、その集光レンズの温度上昇を抑制できる。

本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例１のレーザ発光装置１０を内燃機関の点火に用いる本開示のエンジン点火プラグシステムの一実施形態に係る実施例１のエンジン点火プラグシステム４０の構成を示す説明図である。 レーザ発光装置１０の構成を概略的に示す説明図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿って得られた断面を示す断面図である。 各電線１２および各電極片１９を熱拡散板１５に取り付ける様子を説明するための説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る他の例のレーザ発光装置１０Ａの構成を概略的に示す説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る他の例のレーザ発光装置１０Ｂの構成を概略的に示す説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る他の例のレーザ発光装置１０Ｃの構成を概略的に示す説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る他の例のレーザ発光装置１０Ｄの構成を概略的に示す説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例２のレーザ発光装置１０Ｅの構成を概略的に示す説明図である。 レーザ発光装置１０Ｅの温度制御装置６２で実行される温度制御処理（温度制御方法）を示すフローチャートである。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る他の例のレーザ発光装置１０Ｆの構成を概略的に示す説明図である。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例３のレーザ発光装置１０Ｇの構成を概略的に示す説明図である。 レーザ発光装置１０Ｇの温度制御装置６２Ｇで実行される温度制御処理（温度制御方法）を示すフローチャートである。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例４のレーザ発光装置１０Ｈの構成を概略的に示す説明図である。 レーザ発光装置１０Ｈの温度制御装置６２Ｈで実行される温度制御処理（温度制御方法）を示すフローチャートである。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例５のレーザ発光装置１０Ｉの構成を概略的に示す説明図である。 レーザ発光装置１０Ｉの温度制御装置６２Ｉで実行される温度制御処理（温度制御方法）を示すフローチャートである。 本開示のレーザ発光装置の一実施形態に係る実施例６のレーザ発光装置１０Ｊの構成を概略的に示す説明図である。 レーザ発光装置１０Ｊの温度制御装置６２Ｊで実行される温度制御処理（温度制御方法）を示すフローチャートである。

以下に、本開示に係るレーザ発光装置、およびそれを備えるエンジン点火プラグシステムの各実施例について図面を参照しつつ説明する。

本開示に係るレーザ発光装置の一例としての実施例１のレーザ発光装置１０を、図１から図４を用いて説明する。併せて、その一例としてのレーザ発光装置１０を備えるエンジン点火プラグシステムの一例としての実施例１のエンジン点火プラグシステム４０について説明する。なお、図１では、エンジン点火プラグシステム４０の構成の理解を容易とすべくレーザ発光装置１０を省略して示す。また、図２では、レーザ発光装置１０の構成の理解を容易とすべく外装部材２８を省略して示す。さらに、図２から図４では、レーザ発光装置１０の構成の理解を容易なものとすべく各部の構成を模式的に示す。

本開示に係るレーザ発光装置としての一実施形態の実施例１のレーザ発光装置１０は、図１に示すように、エンジン点火プラグシステム４０を構成して、内燃機関の一例としてのエンジン４１の点火に用いられる。そのエンジン４１は、吸気管４２に吸気バルブ４３が設けられ、排気管４４に排気バルブ４５が設けられ、燃焼室４６がピストン４７等により区画されて構成される。その吸気バルブ４３および排気バルブ４５は、それぞれに接続されたカム４８により進退動作されることで、吸気管４２または排気管４４を適宜開閉する。燃焼室４６は、その周壁部に設けられた冷却水路４９に供給される冷却水５１により冷却される。そして、燃焼室４６には、点火プラグ５２が設けられる。

その点火プラグ５２は、レーザ発光装置１０から出射されるレーザ光を用いて着火するもので、優れた着火効率を有する内燃機関用の点火プラグである。点火プラグ５２では、レーザ発光装置１０からのレーザ光をＱスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射してジャイアントパルスを発振させる。また、点火プラグ５２では、そのパルス光を集光レンズ等の光学素子を用いてエンジン４１の燃焼室４６に集光してエアブレークダウンを発生させることで、燃焼室４６内の混合気の着火を行う。このため、点火プラグ５２には、レーザ発光装置１０の後述する光ファイバ１３の他端（その出射端面１３ｂ）が接続される。

このレーザ発光装置１０は、エンジン４１の近傍で固定されて設けられ、実施例１では、後述する冷却装置３０としてのヒートシンク３２がエンジン４１の外径を形作るエンジン外郭部５３に取付支持部を介して固定されて設けられる。その取付支持部は、エンジン外郭部５３と一体に形成してもよく、エンジン外郭部５３とは別体に形成してもよく、ヒートシンク３２と一体に形成してもよい。

レーザ発光装置１０は、図２および図３に示すように、筐体１１に導電体としての各電線１２と光ファイバ１３とを接続して構成する。このレーザ発光装置１０では、各電線１２（導電体）を介して電力を供給すると、光ファイバ１３を通して高い強度のレーザ光を出力する。その筐体１１は、一端が開放された箱状を呈するレンズ保持部材１４と、全体に板状を呈する熱拡散板１５と、を備え、レンズ保持部材１４の開放端を塞ぐように熱拡散板１５を取り付けて構成する。

そのレンズ保持部材１４は、図３に示すように、全体に中空の直方体形状を呈し、その一端（１４ａ）を開放し、その開放端面１４ａを同一平面上に位置させて形成する。レンズ保持部材１４は、後述する集光レンズ２３を保持する保持部材であり、その保持する集光レンズ２３よりも高い熱伝導率を有するものとする。このレンズ保持部材１４は、例えば、鉄や銅やステンレス等の金属材料を用いて形成し、実施例１では一例としてアルミニウムを用いて形成する。レンズ保持部材１４には、開放側とは反対側の奥壁１４ｂにレンズ保持穴１６を設け、奥壁１４ｂと直交する下壁１４ｃに２つの電線挿入穴１４ｄ（図３では一方のみ示す）を設ける。その両電線挿入穴１４ｄは、電線１２を通す箇所であり、密閉性を保ちつつ電線１２を通す。

レンズ保持穴１６は、後述する集光レンズ２３を保持する箇所であり、その集光レンズ２３を嵌め入れ可能な大内径部１６ａと、そこに嵌め入れた集光レンズ２３の脱落を防止すべく大内径部１６ａよりも小さな内径寸法の小内径部１６ｂと、を有する。その大内径部１６ａでは、レンズ保持穴１６の中心軸線を取り囲んで内周を規定する内側面１６ｃを当該中心軸線と平行な面とすることで、嵌め入れた集光レンズ２３の後述する外側面２３ｃとの面接触を可能とする。また、大内径部１６ａ（その内側面１６ｃ）は、レンズ保持穴１６の中心軸線が伸びる方向で見た寸法を、その中心軸線が伸びる方向で見た集光レンズ２３の外側面２３ｃの寸法よりも大きくする。このため、内側面１６ｃ（その面積）は、面接触可能とされた外側面２３ｃ（その面積）よりも大きくなる。レンズ保持穴１６では、大内径部１６ａと小内径部１６ｂとの段差により奥端面１６ｄを形成し、その奥端面１６ｄをレンズ保持穴１６の中心軸線に直交する平面とする。このレンズ保持部材１４の開放端（開放端面１４ａ）に熱拡散板１５を取り付ける。

その熱拡散板１５は、後述するレーザアレイチップ２１の筐体１１内での位置決めをすべく当該レーザアレイチップ２１を設けるベース部材である。熱拡散板１５は、設けたレーザアレイチップ２１で発生する熱を効率的に拡散する機能を有する熱拡散部材であり、レーザアレイチップ２１の冷却のための十分な吸熱面積を確保する大きさとする。この熱拡散板１５は、実施例１では、その周縁部をレンズ保持部材１４の開放端面１４ａに面接触させつつレンズ保持部材１４の開放端を塞ぐことのできる大きさの平板状を呈する。熱拡散板１５は、保持部材としてのレンズ保持部材１４以上（同じかそれよりも高い）の熱伝導率を有するものとし、例えば金属材料等の熱伝導率（熱伝導性）の高い材料を用いて形成し、実施例１では銅を用いて形成する。

この熱拡散板１５には、図１、図３、図４に示すように、後述するレーザアレイチップ２１の実装（配置）のためのマウント部１７を設ける。そのマウント部１７は、実施例１では、熱拡散板１５上に絶縁層を設け、その上に互いに接しないように複数の導通層を適宜設けて構成する。その絶縁層は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ））を用いて形成し、導通層は、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成する。マウント部１７では、熱拡散板１５上において、絶縁層により互いに絶縁された複数の導通層でレーザアレイチップ２１に対する回路を形成する。また、マウント部１７には、レーザアレイチップ２１を位置決めする位置決め部を設ける。この位置決め部は、レーザアレイチップ２１の所定の箇所と接して位置決めすれば、突起で構成してもよく、凹所で構成してもよい。

熱拡散板１５には、図３、図４に示すように、絶縁部材１８を設ける。その絶縁部材１８は、熱拡散板１５に対する電気の伝導を断ちつつ、各電線１２および後述する各電極片１９を取り付ける箇所を構成する。絶縁部材１８は、実施例１では、少なくともマウント部１７よりも弾性変形し易い材料（弾性率の低い材料）で形成し、より好適には各電極片１９を取り付けた際の当該各電極片１９からの応力による変形量を吸収するものとする。この変形量の吸収は、材料における弾性率を考慮しつつ寸法および形状を設定することで可能となる。この絶縁部材１８は、実施例１では、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成し、一例としてＰＯＭ（ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ））を用いて形成する。この絶縁部材１８は、直方体形状を呈し、後述するように各電極片１９と各電線１２とを電気的に接続しつつそれらを熱拡散板１５に取り付ける箇所を構成する。この絶縁部材１８には、後述するネジ２６の締め付け固定のための固定ネジ穴１８ａ（図４参照）を形成し、各電極片１９および各電線１２の取り付けを可能とする。

その各電線１２および各電極片１９は、マウント部１７に設けるレーザアレイチップ２１に電力を供給するために、互いに電気的に接続されて絶縁部材１８に取り付けられる。後述するように、各電線１２は、外部の電源装置に接続され、各電極片１９は、マウント部１７を介してレーザアレイチップ２１に接続される。実施例１では、後述するようにレーザアレイチップ２１が１００（Ａ）以上の高電流の入力を想定しているため、各電線１２および各電極片１９は、十分な断面積を有するものとする。これに伴い、各電線１２では、固定のために大きな力が作用するので、一例として先端にリング状の接続端子１２ａを設ける。また、各電極片１９は、導電性材料から為る長尺な板状を呈し、基端に取付穴１９ａ（図４参照）を有する取付片部１９ｂを設ける。この各電極片１９は、後述するように、取付片部１９ｂが絶縁部材１８に取り付けられるとともに、その取付片部１９ｂとは反対側の先端部１９ｃがマウント部１７に押し当てられる。

そのマウント部１７に設けられるレーザアレイチップ２１は、一例として複数の面発光型レーザを配列させて構成する。レーザアレイチップ２１は、実施例１では、複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ））を適宜配置して構成する。その各ＶＣＳＥＬは、円筒状の活性領域と薄膜活性層を挟む反射鏡とから構成され、主面と直交する方向に形成された共振器からレーザ光を出射する。各ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬアレイ基板にフォトマスクを被膜し、そのフォトマスクのパターンニングに従って形成する。このような構成であるので、レーザアレイチップ２１では、各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上のパルス電流）の入力を要する。これにより、レーザアレイチップ２１では、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力できる。

レーザアレイチップ２１では、所定の電力が供給されると、各ＶＣＳＥＬからのレーザ光を出射面２１ａから出射する。このレーザアレイチップ２１は、所定の箇所をマウント部１７の位置決め部に押し当てて位置決めして、当該マウント部１７に配置する。そして、レーザアレイチップ２１は、ワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディング等により、マウント部１７に形成された回路と電気的に接続して当該マウント部１７に実装する。これにより、レーザアレイチップ２１は、ベース部材としての熱拡散板１５（そのマウント部１７）に正確に位置決めして設けられ、両電線１２および各電極片１９を介する電力の供給が可能となる。なお、レーザアレイチップ２１は、マウント部１７の位置決め部に押し当てることに変えて、アライメントマーク等を顕微鏡で見ながら位置決めしてマウント部１７に設ける構成でもよい。このレーザアレイチップ２１からのレーザ光の出射方向にコリメータレンズ２２を設ける（図３参照）。

そのコリメータレンズ２２は、図３に示すように、レーザアレイチップ２１（その出射面２１ａ）から発散光束として出射されるレーザ光を平行光束（実際には緩い発散光束）とする。コリメータレンズ２２は、実施例１では、レーザアレイチップ２１における各ＶＣＳＥＬに対応させて複数のマイクロレンズを設けてレンズアレイを形成して構成する。このコリメータレンズ２２は、レーザアレイチップ２１と一体の構成としてもよく、レーザアレイチップ２１とは別体の構成としてマウント部１７（熱拡散板１５）やレンズ保持部材１４に設けてもよい。なお、コリメータレンズ２２は、レーザアレイチップ２１から出射されるレーザ光を平行光束とすれば、他の構成でもよく実施例１の構成に限定されない。このコリメータレンズ２２を経た平行光束としてのレーザ光の進行方向に集光レンズ２３を設ける。

その集光レンズ２３は、ガラス材料から形成され、コリメータレンズ２２を経た平行光束としてのレーザ光を集光して、光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射させる。このため、実施例１では、集光レンズ２３が、レーザアレイチップ２１から出射されるレーザ光を所定の位置としての入射端面１３ａ（光ファイバ１３）に集光する集光レンズとして機能する。この集光レンズ２３は、実施例１では、コリメータレンズ２２側を凸面２３ａとしかつその反対側を平面２３ｂとする平凸形状としており、その光軸を取り囲みつつ凸面２３ａと平面２３ｂとを繋ぐ外側面２３ｃを当該光軸に平行な面とする。集光レンズ２３では、凸面２３ａ、平面２３ｂおよび外側面２３ｃからなる外表面に反射防止処理膜２３ｄを設けている。その反射防止処理膜２３ｄは、フレネル反射による光量の減少を防止するものであり、実施例１では、ＡＲコーティングを施して形成する。

この集光レンズ２３は、実施例１では、レンズ保持部材１４の奥壁１４ｂのレンズ保持穴１６に位置決めされて設けられる。詳細には、集光レンズ２３は、レンズ保持穴１６の大内径部１６ａに平面２３ｂ側から挿入し、外側面２３ｃを大内径部１６ａの内側面１６ｃに面接触させつつ集光レンズ２３の平面２３ｂをレンズ保持穴１６の奥端面１６ｄに面接触させる。これにより、集光レンズ２３は、光軸をレンズ保持穴１６の中心軸線に一致させた状態で、その光軸（中心軸線）が伸びる方向で見たレンズ保持穴１６内での位置が決められる。そして、集光レンズ２３の後（コリメータレンズ２２側）から押えリング２４をレンズ保持穴１６（大内径部１６ａ）に挿入し、その押えリング２４を集光レンズ２３の凸面２３ａに押し当てつつ固定することで、集光レンズ２３をレンズ保持穴１６に固定して保持させる。これにより、集光レンズ２３は、保持部材としてのレンズ保持部材１４に正確に位置決めされて設けられる。この集光レンズ２３を経た集光光束としてのレーザ光の進行方向に、光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）を設ける。なお、押えリング２４および小内径部１６ｂ（奥端面１６ｄ）は、集光レンズ２３における有効径（有効光束径）の外側位置に接触可能な径寸法としている。

光ファイバ１３は、図３に示すように、一端を入射端面１３ａとしかつ他端を出射端面１３ｂ（図１参照）として、入射端面１３ａ（一端）に入射されたレーザ光を出射端面１３ｂ（他端）から出射する。その他端（出射端面１３ｂ）は、例えば、レーザ加工機やレーザを利用したエンジン用の点火プラグ等の外部のレーザ使用機器に接続され、実施例１では上述したように点火プラグ５２（図１参照）に接続される。この光ファイバ１３は、光ファイバ支持部材２５に支持されてレンズ保持部材１４に取り付けられる。

その光ファイバ支持部材２５は、大きな径寸法の円筒状の取付基部２５ａと、そこと中心軸線を一致させた小さな径寸法の円筒状の支持筒部２５ｂと、を有する。その取付基部２５ａは、奥壁１４ｂのレンズ保持穴１６を塞ぐ外形寸法とする。支持筒部２５ｂは、光ファイバ１３を嵌め入れる内径寸法とし、実施例１では、密閉性を保ちつつ光ファイバ１３を通す構成とする。光ファイバ支持部材２５は、支持筒部２５ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた状態でレンズ保持部材１４（その奥壁１４ｂ）に固定する。すると、光ファイバ支持部材２５は、光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）の中心軸線をレンズ保持穴１６（集光レンズ２３）の中心軸線に一致させつつ、入射端面１３ａと集光レンズ２３との間隔を適切なものとする。このため、光ファイバ１３では、集光レンズ２３を経た集光光束としてのレーザ光が入射端面１３ａに適切に入射される。

このレーザ発光装置１０は、一例として、以下のように組み付ける。先ず、図３および図４に示すように、熱拡散板１５のマウント部１７にレーザアレイチップ２１を位置決めして実装し、先端部１９ｃをマウント部１７に押し当てつつ取付片部１９ｂを絶縁部材１８上に載せて各電極片１９を設ける。その後、レンズ保持部材１４の下壁１４ｃの各電線挿入穴１４ｄ（図３参照）を通した各電線１２の接続端子１２ａを、絶縁部材１８上の取付片部１９ｂの上に載せる（図４参照）。そして、図４に示すように、各電線１２のリング状の接続端子１２ａおよび各電極片１９の取付片部１９ｂの取付穴１９ａを通したネジ２６を絶縁部材１８の固定ネジ穴１８ａに捻じ込み、各電線１２および各電極片１９を絶縁部材１８に取り付ける。すると、各電線１２（その接続端子１２ａ）と各電極片１９（その取付片部１９ｂ）とが電気的に接続されるとともに、各電極片１９の先端部１９ｃがマウント部１７に押し当てられる。これにより、マウント部１７に実装したレーザアレイチップ２１が、マウント部１７および各電極片１９を介して、各電線１２（その接続端子１２ａ）に電気的に接続される。

また、図３に示すように、レンズ保持部材１４の奥壁１４ｂのレンズ保持穴１６（その大内径部１６ａ）に集光レンズ２３を平面２３ｂ側から挿入し、外側面２３ｃを内側面１６ｃに面接触させつつ平面２３ｂを奥端面１６ｄに面接触させて位置決めする。このとき、レンズ保持穴１６（その内側面１６ｃおよび奥端面１６ｄ）と、集光レンズ２３（その外側面２３ｃおよび平面２３ｂ）と、の間に伝熱グリス２７を介在させる。その伝熱グリス２７は、高い熱伝導性を有する材料から為る潤滑剤であり、実施例１では、シリコングリスを用いる。そして、集光レンズ２３の後（コリメータレンズ２２側）から押えリング２４をレンズ保持穴１６に挿入し、その押えリング２４を集光レンズ２３の凸面２３ａに押し当てつつ固定して、集光レンズ２３をレンズ保持穴１６に位置決め固定する。なお、集光レンズ２３とレンズ保持穴１６との間に、後述する封止部材を適宜設けても良い。

その後、支持筒部２５ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた光ファイバ支持部材２５（その取付基部２５ａ）を、レンズ保持部材１４（その奥壁１４ｂ）に取り付ける。このとき、光ファイバ支持部材２５の取付基部２５ａとレンズ保持部材１４の奥壁１４ｂとの間に弾性体等の封止部材を介在させる。その後、コリメータレンズ２２を適宜設けるとともに、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａに熱拡散板１５（その周縁部）を押し当てて、レンズ保持部材１４の開放端を塞ぎつつ熱拡散板１５を取り付ける。このとき、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａと熱拡散板１５（周縁部）との間に弾性体等の封止部材および上記した伝熱グリス２７を介在させることで、レンズ保持部材１４と熱拡散板１５とを密閉状態としつつ熱抵抗を小さくして取り付けられる。このため、レンズ保持穴１６（その内側面１６ｃおよび奥端面１６ｄ）と集光レンズ２３（その外側面２３ｃおよび平面２３ｂ）との間、およびレンズ保持部材１４の開放端面１４ａと熱拡散板１５との間に介在させた伝熱グリス２７は、それらの間の熱抵抗を小さくする伝熱促進部材として機能する。なお、伝熱促進部材は、レンズ保持穴１６と集光レンズ２３との間、およびレンズ保持部材１４と熱拡散板１５との間の熱抵抗を小さくすべく、それらの間に介在させるものであればよく、実施例１の構成に限定されない。

これにより、図２および図３に示すように、レーザ発光装置１０が組み付けられる。このレーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４と熱拡散板１５と光ファイバ支持部材２５とにより、密閉状態の筐体１１が形成される。このため、保持部材としてのレンズ保持部材１４とベース部材としての熱拡散板１５とは、筐体１１の一部を構成してレーザ発光装置１０の外郭の一部を形成する。この筐体１１は、熱拡散板１５を第１外郭部材とすると、それと第２外郭部材となるレンズ保持部材１４との協働により全体の外郭が形成され、第３外郭部材となる光ファイバ支持部材２５により密閉状態を保ちつつ光ファイバ１３が取り付けられる。筐体１１では、各電線１２がレンズ保持部材１４の下壁１４ｃの各電線挿入穴１４ｄ（図３参照）を通して設けられ、その各電線１２が筐体１１から外部の電源装置に接続される。そして、レーザ発光装置１０では、筐体１１の内方に、電源装置から各電線１２を経て電力が供給されるレーザアレイチップ２１が設けられる。なお、実施例１では、筐体１１から外部へと各電線１２を進出させていたが、各電極片１９のような電極を筐体１１の外部へと進出させてもよく、上記した実施例１に限定されない。

このレーザ発光装置１０では、外部の電源装置に接続した両電線１２から、各電極片１９およびマウント部１７を経て、レーザアレイチップ２１に電力を供給する。すると、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（その出射面２１ａ）から発散光束としてのレーザ光が出射され、そのレーザ光がコリメータレンズ２２によって平行光束とされて集光レンズ２３に進行する。レーザ発光装置１０では、平行光束とされたレーザ光を集光レンズ２３が光ファイバ１３の入射端面１３ａに集光し、光ファイバ１３を通してレーザ光を出射端面１３ｂ（他端）（（図１参照））から外部へと出力させる。これにより、レーザ発光装置１０では、高い強度のレーザ光を、光ファイバ１３の他端（出射端面１３ｂ）に接続したレーザ使用機器（実施例１では点火プラグ５２（図１参照））に出力できる。このことから、レーザ発光装置１０では、熱拡散板１５上に設けたレーザアレイチップ２１がレーザ光源部として機能する。

ここで、レーザ発光装置１０では、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力するために、複数のＶＣＳＥＬを設けて形成したレーザアレイチップ２１を用いている。このレーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１を適切に駆動させる、すなわち各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上）の入力を要するものとしている。このため、レーザアレイチップ２１では、駆動により熱が発生するが、高温とされると寿命が短くなりかつ出力も低下する虞がある。このことから、レーザアレイチップ２１では、適切に冷却しつつ駆動する必要がある。

このため、レーザ発光装置１０では、レーザ光源部としてのレーザアレイチップ２１に冷却装置３０の吸熱機能部を宛がい、その吸熱機能部で吸収した熱を冷却装置３０の放熱機能部で放熱することで、そのレーザアレイチップ２１を冷却する。冷却装置３０としては、例えば、放熱部材としての空冷式のヒートシンクに送風機構としての送風ファンからの気流で強制対流を形成したものを用いることができる。また、冷却装置３０としては、例えば、放熱部材としてのヒートシンクの放熱先の温度を十分に低く出来ない場合には、熱拡散板１５とヒートシンクとの間にペルチェ素子等の熱電素子を設ける構成とする。

実施例１のレーザ発光装置１０では、冷却装置３０として、レーザ発光装置１０の外郭としての筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５と、熱電素子としてのペルチェ素子３１と、放熱部材としてのヒートシンク３２と、送風機構としての送風ファン３３と、を用いる。この冷却装置３０は、熱拡散板１５にペルチェ素子３１を介してヒートシンク３２を宛がい、そのヒートシンク３２（その後述する放熱部３２ｂ）に向けて送風ファン３３が気流を形成する（空気を送る）構成とする。冷却装置３０では、第１冷却部材としてのペルチェ素子３１が熱拡散板１５（そこに設けたレーザアレイチップ２１）を冷却し、第２冷却部材としてのヒートシンク３２がペルチェ素子３１を冷却し、第３冷却部材としての送風ファン３３がヒートシンク３２を冷却する。

ペルチェ素子３１（熱電素子）は、周囲の温度よりも低い温度にレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を冷却すべく、熱拡散板１５（熱拡散部材）とヒートシンク３２（放熱部材）との間に設けられる。このペルチェ素子３１は、吸熱部となる冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がい、かつ放熱部となる放熱面３１ｂをヒートシンク３２（その後述する吸熱部３２ａ）に宛がって設ける。ペルチェ素子３１は、電力線３１ｃを介して所定の温度差となるように制御する。その所定の温度差は、熱拡散板１５（レーザアレイチップ２１（レーザ光源部））において保ちたい温度と、ヒートシンク３２において放熱が可能な温度と、により設定する。これは、ヒートシンク３２における放熱が可能な温度が、当該ヒートシンク３２（その後述する放熱部３２ｂ）が設置される環境温度に応じて変化することによる。

そして、ペルチェ素子３１は、好適な例として、冷却面３１ａを、熱拡散板１５においてレンズ保持部材１４の開放端面１４ａが面接触された箇所に対応する大きさ、すなわち熱拡散板１５を介在させて開放端面１４ａに対向可能な大きさとする。このペルチェ素子３１は、実施例１では、冷却面３１ａが熱拡散板１５（その外側の面）と略等しい形状および寸法とし、冷却面３１ａを全面に亘り熱拡散板１５に宛がいつつその熱拡散板１５を介して開放端面１４ａに対向させる。このことは、ヒートシンク３２（後述する吸熱部３２ａ）であっても同様であり、ペルチェ素子３１を設けない場合には、熱拡散板１５を介して吸熱部３２ａを開放端面１４ａに対向させる。

ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂが宛がわれて伝達される吸熱部３２ａの熱を、複数のフィン３２ｃ（図２参照）が設けられた放熱部３２ｂで放熱させる。このヒートシンク３２は、放熱部３２ｂから周辺の空気に放熱することで、吸熱部３２ａに宛がわれたペルチェ素子３１の放熱面３１ｂの温度を下げる。その放熱部３２ｂは、実施例１では、図２を正面視して、上下方向に伸びる複数のフィン３２ｃを左右方向に並列させて構成する。この放熱部３２ｂ（その各フィン３２ｃ）を冷却すべく送風ファン３３を設ける。

その送風ファン３３は、図３に示すように、羽根部３３ａを回転可能に収容する筐体に、取込口３３ｂおよび送風口３３ｃを設けて構成する。この送風ファン３３は、電力が供給されて羽根部３３ａが回転駆動されることで、取込口３３ｂから周辺の空気を取り込み、その取り込んだ空気を送風口３３ｃから所定の方向へと送り出して、所定の方向への気流を形成する。この送風ファン３３は、送風口３３ｃをヒートシンク３２の放熱部３２ｂに正対して設け、放熱部３２ｂに強制対流を生じさせて熱伝達を促す。

このような構成のため、実施例１のレーザ発光装置１０では、筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５を、冷却装置３０としても機能させている。そして、レーザ発光装置１０では、設けられたレーザアレイチップ２１の熱を拡散する熱拡散板１５と、その熱拡散板１５に宛がわれたペルチェ素子３１の吸熱部３２ａと、が冷却装置３０の吸熱機能部となる。また、実施例１のレーザ発光装置１０では、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂと、その放熱面３１ｂが宛がわれるヒートシンク３２と、その放熱部３２ｂに強制対流を生じさせる送風ファン３３と、が冷却装置３０の放熱機能部となる。

加えて、実施例１のレーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４を取り囲んで外装部材２８を設ける。その外装部材２８は、レーザ発光装置１０（筐体１１（レンズ保持部材１４））が設置される環境（周囲の雰囲気）からレンズ保持部材１４に熱が流入することを抑制する。外装部材２８は、レンズ保持部材１４よりも低い熱伝導率を有するものとし、実施例１では、プラスチック樹脂を用いて形成する。この外装部材２８は、実施例１では、レンズ保持部材１４（その外表面）に接しつつ当該レンズ保持部材１４および光ファイバ支持部材２５を取り囲む一端開放の直方体形状を呈し、光ファイバ開口２８ａと電線開口２８ｂと冷却開口２８ｃとを有する。その光ファイバ開口２８ａは、光ファイバ支持部材２５に支持されてレンズ保持部材１４から突出される光ファイバ１３を通す箇所である。電線開口２８ｂは、レンズ保持部材１４の両電線挿入穴１４ｄから筐体１１の外方に突出される電線１２を通す箇所である。冷却開口２８ｃは、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を冷却する冷却装置３０を通す箇所であり、開放された一端により形成され、実施例１では、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａ（吸熱部）に接触する。このため、外装部材２８は、レンズ保持部材１４が保持する集光レンズ２３とともに当該レンズ保持部材１４を全体に亘って覆うとともに、そのレンズ保持部材１４が宛がわれる冷却装置３０の吸熱機能部を覆う。そして、レーザ発光装置１０では、筐体１１（レンズ保持部材１４）および光ファイバ支持部材２５が外装部材２８に取り囲まれた状態で、電源装置から電線１２を介して電力が供給されて光ファイバ１３の他端（出射端面１３ｂ）から高い強度のレーザ光を出力する。

このレーザ発光装置１０は、図１に示すように、エンジン点火プラグシステム４０を構成して内燃機関の一例としてのエンジン４１の点火に用いられる。そのエンジン点火プラグシステム４０では、レーザ発光装置１０が駆動されると、レーザアレイチップ２１から出力されたレーザ光がコリメータレンズ２２によって平行光とされ、そのレーザ光が集光レンズ２３で集光されて光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射する。そして、そのレーザ光は、光ファイバ１３を通して出射端面１３ｂから点火プラグ５２に入射される。すると、点火プラグ５２では、レーザ光でレーザ共振器を照射してジャイアントパルスを発振させ、そのパルス光を光学素子でエンジン４１の燃焼室４６に集光することでエアブレークダウンを発生させる。これにより、エンジン点火プラグシステム４０は、燃焼室４６内の混合気を着火させてエンジン４１を駆動させる。

ここで、例えばエンジンルームのようなエンジン４１が設けられた環境では、主にエンジン４１からの発熱により温度が高くなる。そして、レーザ発光装置１０では、冷却装置３０における放熱部材としてのヒートシンク３２がエンジン４１の周辺の気体（雰囲気）に対して放熱部３２ｂで熱を放出するので、エンジン４１の周辺の気体の温度により冷却機能が左右される。ここで、エンジン４１の周辺では、冷却水路４９に供給される冷却水５１による冷却や大気への放熱により温度上昇が抑制されているものの、燃焼に起因して発熱するエンジン４１（エンジン外郭部５３）で温められるので、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を配置するには高温である。このことから、実施例１のレーザ発光装置１０では、冷却装置３０として、熱拡散板１５（熱拡散部材）、ヒートシンク３２（放熱部材）および送風ファン３３（送風機構）に加えてペルチェ素子３１（熱電素子）を併せて用いている。

このレーザ発光装置１０では、送風ファン３３が取込口３３ｂから周辺の空気を取り込んで気流を形成するため、その送風ファン３３からの気流（送られる空気）の温度がエンジン４１の周辺の温度となる。このため、レーザ発光装置１０では、ヒートシンク３２の温度を送風ファン３３からの空気の温度（エンジン４１の周辺の温度）よりも高くするように、ペルチェ素子３１の表裏（冷却面３１ａと放熱面３１ｂ）の温度差ΔＴを制御する。すると、レーザ発光装置１０では、送風ファン３３からの空気の温度よりも高い温度のヒートシンク３２であっても、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂ（図３参照）を冷却することができ、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａ（図３参照）をレーザアレイチップ２１の冷却に十分な温度まで下げることができる。これにより、レーザ発光装置１０では、設置される周辺雰囲気がレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を配置するには高温であっても、当該レーザアレイチップ２１を目標とした温度以下に保つことができる。

このレーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１が高い強度（光量）のレーザ光を出力するので、そのレーザ光を集光する集光レンズ２３が当該レーザ光の一部を熱エネルギーとして吸収して、集光レンズ２３の温度上昇を招く虞がある。その場合、集光レンズ２３では、光学性能に温度依存性があるので、レーザ光を所定の位置（実施例１では光ファイバ１３の入射端面１３ａ）に集光できなくなる虞がある。その集光レンズ２３の光学性能の温度依存性は、集光レンズ２３における温度変化に伴う屈折率の変化や形状の変化に起因するものと考えられる。レーザ発光装置１０では、光ファイバ１３の入射端面１３ａに適切に集光できなくなると、その入射端面１３ａにレーザアレイチップ２１からのレーザ光の全ての光束を入射（導入）させることができなくなり、当該レーザ光の利用効率が低下する。このため、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を適切に駆動しても、目標とする光量を適切に出力できなくなる虞がある。

これに対し、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３を保持する保持部材としてのレンズ保持部材１４を、集光レンズ２３よりも高い熱伝導率を有するものとし、集光レンズ２３および冷却装置３０（実施例１では熱拡散板１５）と面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３の熱をレンズ保持部材１４へと効率良く伝達し、その熱をレンズ保持部材１４が拡散し、そのレンズ保持部材１４を冷却装置３０が効率良く冷却する。これにより、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３がレーザ光の一部を熱エネルギーとして吸収しても、レンズ保持部材１４を介して冷却装置３０により集光レンズ２３を冷却できるので、当該集光レンズ２３の温度の上昇を効果的に抑制できる。

ここで、レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４が高い熱伝導率を有することから、設置される周辺雰囲気が高温であるとその周辺雰囲気の熱がレンズ保持部材１４に流入し、冷却装置３０の負担の増加を招いたりレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を適切に冷却できなくなったり集光レンズ２３の温度の上昇を招いたりする虞がある。ここで、レンズ保持部材１４に流入する熱をＱ（Ｗ）とすると、当該熱が流入しない場合と比べて、ペルチェ素子３１では略３Ｑ（Ｗ）前後の電力の増加を招いてしまう。特に、実施例１のレーザ発光装置１０では、エンジン４１（図１参照）が配置された高温の環境に設けられ、ペルチェ素子３１（熱電素子）を設けることでレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を冷却しているので、このようなレンズ保持部材１４への熱の流入による問題が生じる可能性が高い。

これに対し、レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４よりも低い熱伝導率を有する外装部材２８を、レンズ保持部材１４を取り囲んで設けているので、周辺雰囲気（その熱）からレンズ保持部材１４を遮断できる。このため、レーザ発光装置１０では、周辺雰囲気の熱がレンズ保持部材１４に流入することを抑制できるので、設置される周辺雰囲気の温度に拘わらず、集光レンズ２３の温度の上昇を抑制できる。これらにより、レーザ発光装置１０では、高温な環境下で高電流が供給されてレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を駆動しても、集光レンズ２３の温度の上昇をより効果的に抑制できる。

本開示に係るレーザ発光装置の一実施形態のレーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４（保持部材）が、保持する集光レンズ２３よりも高い熱伝導率を有し、集光レンズ２３および冷却装置３０（実施例１では熱拡散板１５）と面接触する。このため、レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４（保持部材）を介して、集光レンズ２３と冷却装置３０（熱拡散板１５）とを熱的に連続させることができる。これにより、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３がレーザ光の一部を熱エネルギーとして吸収しても、レンズ保持部材１４を介して冷却装置３０により集光レンズ２３を冷却できるので、当該集光レンズ２３の温度の上昇を効果的に抑制できる。このため、レーザ発光装置１０では、温度変化に伴う屈折率の変化や形状の変化等に起因する集光レンズ２３の光学性能の変化を防止でき、目標とする光量を適切に出力できる。

また、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を冷却するための冷却装置３０にレンズ保持部材１４を面接触させることで、集光レンズ２３の温度の上昇を抑制する。このため、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３の温度の上昇を抑制のためだけの新たな冷却部材の追加を招くことのない簡易な構成で、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を適切に冷却できるとともに集光レンズ２３の温度の上昇を抑制できる。

さらに、レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４が、高い熱伝導率を有するため、集光レンズ２３が熱エネルギーを吸収してもその熱を拡散できるので、レンズ保持穴１６の周辺部に熱が溜まることを防止できる。そして、レーザ発光装置１０では、そのレンズ保持部材１４を冷却装置３０に面接触させることで、レンズ保持部材１４全体の温度の上昇を抑制でき、レンズ保持穴１６を含めたレンズ保持部材１４全体の温度上昇に起因する変形を防止できる。このため、レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４（レンズ保持穴１６）の変形に起因する集光レンズ２３の位置ずれによりレーザ光を所定の位置（実施例１では光ファイバ１３の入射端面１３ａ）に集光できなくなることを防止でき、目標とする光量を適切に出力できる。

レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を冷却する冷却装置３０として、熱拡散板１５、ヒートシンク３２および送風ファン３３に加えて、ペルチェ素子３１（熱電素子）を設けている。このため、レーザ発光装置１０では、温度が高い環境であっても、ペルチェ素子３１の表裏の温度差を制御することで、ヒートシンク３２による放熱によりレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）および集光レンズ２３を冷却できる。これにより、レーザ発光装置１０では、例えば、エンジンルームのようなエンジン４１（図１参照）が設けられて温度が高い環境であっても、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を周囲の温度よりも低い温度まで冷却することができ、集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３を平凸レンズとし、その平面２３ｂをレンズ保持部材１４のレンズ保持穴１６の奥端面１６ｄに面接触させることで、集光レンズ２３とレンズ保持部材１４とを面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、簡易な構成で集光レンズ２３を位置決めしつつ当該集光レンズ２３をレンズ保持部材１４に面接触させることができる。

レーザ発光装置１０では、平凸レンズとした集光レンズ２３の外側面２３ｃを、レンズ保持部材１４のレンズ保持穴１６の大内径部１６ａの内側面１６ｃに面接触させることで、集光レンズ２３とレンズ保持部材１４とを面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、簡易な構成で集光レンズ２３を位置決めしつつ当該集光レンズ２３をレンズ保持部材１４に面接触させることができる。加えて、レーザ発光装置１０では、平凸レンズとした集光レンズ２３の平面２３ｂをレンズ保持部材１４の奥端面１６ｄに面接触させるとともに、その集光レンズ２３の外側面２３ｃをレンズ保持部材１４の内側面１６ｃに面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３とレンズ保持穴１６（レンズ保持部材１４）との接触面積を大きくできる。特に、レーザ発光装置１０では、レンズ保持穴１６（内側面１６ｃ）の中心軸線が伸びる方向で見た寸法を、その中心軸線が伸びる方向で見た集光レンズ２３の外側面２３ｃの寸法よりも大きくしている。このため、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３の外側面２３ｃを全域に亘りレンズ保持穴１６（内側面１６ｃ）に面接触させることができ、集光レンズ２３とレンズ保持穴１６（内側面１６ｃ）との接触面積を大きくできる。これにより、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３とレンズ保持穴１６との熱の伝達経路を大きくすることができ、より適切に集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

レーザ発光装置１０では、伝熱促進部材としての伝熱グリス２７を介在させて、集光レンズ２３および冷却装置３０（実施例１では熱拡散板１５）をレンズ保持部材１４（保持部材）に面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、面接触させた集光レンズ２３および冷却装置３０とレンズ保持部材１４との間の熱抵抗をより減少できるので、集光レンズ２３の温度上昇をより適切に抑制できる。また、レーザ発光装置１０では、伝熱促進部材としての伝熱グリス２７を用いているので、集光レンズ２３をレンズ保持穴１６内に挿入する作業を円滑なものにできる。

レーザ発光装置１０では、凸面２３ａ、平面２３ｂおよび外側面２３ｃからなる集光レンズ２３の外表面に反射防止処理膜２３ｄを設けている。ここで、反射防止処理膜２３ｄでは、温度上昇に起因する集光レンズ２３との熱膨張差により熱応力が生じることや、温度上昇による劣化が生じることにより、適切な性能を発揮できなくなる虞がある。このレーザ発光装置１０では、集光レンズ２３の外表面の反射防止処理膜２３ｄにレンズ保持部材１４（保持部材）が面接触するので、当該反射防止処理膜２３ｄの温度上昇も抑制できる。これにより、レーザ発光装置１０では、集光レンズ２３の温度上昇に起因する光学性能の変化を防止できるとともに、反射防止処理膜２３ｄの温度上昇に起因して性能を発揮できなくなることを防止でき、目標とする光量をより適切に出力できる。

レーザ発光装置１０では、レンズ保持部材１４よりも低い熱伝導率を有する外装部材２８を、レンズ保持部材１４を取り囲んで設けている。このため、レーザ発光装置１０では、設置される環境が高温の雰囲気であっても、環境（周囲の雰囲気）からレンズ保持部材１４への熱の流入を抑制できる。これにより、レーザ発光装置１０では、設置される周辺雰囲気の温度に拘わらず、周辺雰囲気の熱がレンズ保持部材１４に流入することを抑制でき、集光レンズ２３の温度の上昇を適切に抑制できる。また、レーザ発光装置１０では、周辺雰囲気の熱がレンズ保持部材１４に流入することを抑制できるので、冷却装置３０（主にペルチェ素子３１（熱電素子））の負担の増加を抑制でき、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を適切に冷却できる。特に、レーザ発光装置１０では、外装部材２８が、レンズ保持部材１４とともに、集光レンズ２３や光ファイバ支持部材２５を取り囲んでいる。このため、レーザ発光装置１０では、周辺雰囲気の熱が、集光レンズ２３に流入することや光ファイバ支持部材２５を介してレンズ保持部材１４や集光レンズ２３に流入することも抑制でき、集光レンズ２３の温度の上昇をより適切に抑制できる。

レーザ発光装置１０では、外装部材２８により、レンズ保持部材１４および光ファイバ支持部材２５を取り囲んでいる。このため、レーザ発光装置１０では、光ファイバ１３を適切に支持すべく、光ファイバ支持部材２５を金属材料等の高い熱伝導率を有する材料で形成しても、環境（周囲の雰囲気）から光ファイバ支持部材２５への熱の流入を抑制できる。

レーザ発光装置１０では、外装部材２８の冷却開口２８ｃを冷却装置３０における吸熱機能部となるペルチェ素子３１の冷却面３１ａ（吸熱部）に接触させて、外装部材２８でレンズ保持部材１４を取り囲んでいる。ここで、レーザ発光装置１０では、ペルチェ素子３１（熱電素子）を設けることで、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）やレンズ保持部材１４を周囲の温度よりも低い温度まで冷却している。このため、レーザ発光装置１０では、冷却装置３０により冷却されるレンズ保持部材１４とともに冷却装置３０における冷たい箇所（吸熱機能部）を周辺雰囲気（その熱）から遮断でき、集光レンズ２３の温度の上昇をより適切に抑制できる。

レーザ発光装置１０では、レーザ光源部として、複数の面発光型レーザが配列されたレーザアレイチップ２１を用いている。ここで、面発光型半導体レーザが高い密度で配置されていると、熱源が集中することで高い密度で熱が発生する。しかしながら、レーザ発光装置１０では、そのレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）に冷却装置３０（実施例１では熱拡散板１５）を宛がうとともに、その冷却装置３０（熱拡散板１５）にレンズ保持部材１４を面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を適切に冷却しつつ、集光レンズ２３の温度の上昇を適切に抑制できる。特に、レーザ発光装置１０では、冷却装置３０において冷却強度が最も高くなる箇所（冷却中心位置）となるペルチェ素子３１の冷却面３１ａの中心付近（ヒートシンク３２でも同様である）に、レーザアレイチップ２１を設けたマウント部１７を接近させている。そして、レーザ発光装置１０では、冷却装置３０の冷却面３１ａの周縁部にレンズ保持部材１４（その開放端面１４ａ）を面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、最も冷却が求められるレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）に対しては冷却装置３０の冷却中心位置で冷却しているので、そのレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）の冷却機能を損なうことなく、集光レンズ２３を冷却できる。

レーザ発光装置１０では、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）を設けた熱拡散板１５にレンズ保持部材１４（その開放端面１４ａ）を面接触させている。このため、レーザ発光装置１０では、熱拡散板１５の全面に亘りペルチェ素子３１（その冷却面３１ａ）を宛がうことができるので、熱拡散板１５を介してレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）および集光レンズ２３を適切に冷却できる。

本開示に係るエンジン点火プラグシステムの一実施形態のエンジン点火プラグシステム４０では、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３を適切に冷却できる。このため、エンジン点火プラグシステム４０では、高温な環境下であっても、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の寿命が短くなることや出力が低下することを防止することができ、内燃機関の一例としてのエンジン４１を適切に点火させることができる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置としての実施例１のレーザ発光装置１０では、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、上記した実施例１では、本開示に係るレーザ発光装置の一例としての実施例１のレーザ発光装置１０について説明したが、レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を所定の位置に集光する集光レンズと、前記集光レンズと面接触しつつ前記集光レンズを保持する保持部材と、前記レーザ光源部を冷却すべく前記レーザ光源部に宛がわれる冷却装置と、を備え、前記保持部材は、前記集光レンズよりも高い熱伝導率を有し、前記冷却装置に面接触するレーザ発光装置であればよく、上記した実施例１に限定されない。

また、上記した実施例１では、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａを冷却装置３０としても機能する熱拡散板１５に面接触させていたが、図５に示すレーザ発光装置１０Ａの構成としてもよい。そのレーザ発光装置１０Ａでは、熱拡散板１５Ａをレンズ保持部材１４の内方に嵌め入れることができる大きさとして、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａを冷却装置３０としてのヒートシンク３２（その吸熱部３２ａ）に面接触させている。このレーザ発光装置１０Ａでは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。それに加えて、レーザ発光装置１０Ａでは、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａでは周縁部が相対的に冷却強度が低くなるが、その周縁部にレンズ保持部材１４の開放端面１４ａを直に面接触させているので、集光レンズ２３の温度上昇をより適切に抑制できる。

さらに、上記した実施例１では、冷却装置３０において熱拡散板１５とヒートシンク３２とを別体の構成としていたが、図６に示すレーザ発光装置１０Ｂの構成としてもよい。そのレーザ発光装置１０Ｂでは、熱拡散板（１５）とヒートシンク（３２）とを一体化したヒートシンク３２Ｂを用いており、その吸熱部３２Ｂａにレーザアレイチップ２１を設けている。そのヒートシンク３２Ｂでは、熱拡散板１５と同様に設けたレーザアレイチップ２１で発生する熱を効率的に拡散する機能も併せて有しており、このような機能は例えば金属材料等の熱伝導率（熱伝導性）の高い材料を用いて形成することで実現でき、図６の例では銅を用いて形成する。このレーザ発光装置１０Ｂでは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。それに加えて、レーザ発光装置１０Ｂでは、簡単な構成としつつレーザ発光装置１０における熱拡散板１５とヒートシンク３２との間の熱抵抗を無くすことができ、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）をより適切に冷却しつつ、集光レンズ２３の温度の上昇をより適切に抑制できる。なお、このヒートシンク３２Ｂを用いる場合であっても、図５のレーザ発光装置１０Ａのように、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａをヒートシンク３２Ｂ（その吸熱部３２Ｂａ）に直に面接触させてもよい。

上記した実施例１では、冷却装置３０としての空冷式のヒートシンク３２を用いていたが、図７に示すレーザ発光装置１０Ｃの構成としてもよい。そのレーザ発光装置１０Ｃでは、液冷式のヒートシンク３２Ｃを用いている。そのヒートシンク３２Ｃは、冷媒通路３２Ｃｅが形成された吸熱ブロック３２Ｃｄにより吸熱部３２Ｃａが規定され、その冷媒通路３２Ｃｅに冷却水が適宜供給される。その冷却水は、エンジン点火プラグシステム４０の冷却水路４９に供給される冷却水５１を用いてもよく、他から供給してもよい。このレーザ発光装置１０Ｃでは、その他の構成は実施例１のレーザ発光装置１０と同様であり、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、このヒートシンク３２Ｃを用いる場合であっても、図５のレーザ発光装置１０Ａのように、レンズ保持部材１４の開放端面１４ａをヒートシンク３２Ｃ（その吸熱部３２Ｃａ）に直に面接触させてもよい。

上記した実施例１および図５から図７に示す例では、集光レンズ２３をレーザアレイチップ２１（レーザ光源部）側からレンズ保持部材１４のレンズ保持穴１６に挿入していたが、図８に示すレーザ発光装置１０Ｄの構成としてもよい。そのレーザ発光装置１０Ｄでは、レンズ保持部材１４Ｄのレンズ保持穴１６Ｄを、実施例１のレーザ発光装置１０のレンズ保持穴１６とは光軸方向で見て逆向きの構成としており、レンズ保持部材１４Ｄの外側から集光レンズ２３（その平面２３ｂ）をレンズ保持穴１６Ｄに挿入する。レーザ発光装置１０Ｄは、その他の構成は実施例１のレーザ発光装置１０と同様であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、このように集光レンズ２３の向きを逆側とする場合であっても、図５のレーザ発光装置１０Ａのようにレンズ保持部材１４の開放端面１４ａをヒートシンク３２Ｃ（その吸熱部３２Ｃａ）に直に面接触させてもよく、図６のレーザ発光装置１０Ｂのように一体型のヒートシンク３２Ｂを用いてもよく、図７のレーザ発光装置１０Ｃのように液冷式のヒートシンク３２Ｃを用いてもよい。

上記した実施例１、図５から図８、図１１に示す例および後述する実施例２から実施例６では、集光レンズ２３を、平凸形状としていたが、コリメータレンズ２２を経たレーザ光を集光して所定の位置（各例では光ファイバ１３の入射端面１３ａ）に入射させれば、他の構成であってもよい。その他の構成として、例えば、集光レンズを両凸形状とした場合には、外側面２３ｃと同様に、両凸面を繋ぐ外側面を光軸に平行な面とすることで、レンズ保持部材１４のレンズ保持穴１６（そのの内側面１６ｃ）に面接触させることができる。また、レンズ保持部材１４のレンズ保持穴（その奥端面１６ｄに相当する箇所）の形状を凸面のように湾曲した面に倣うものとして、集光レンズとレンズ保持穴とを面接触させてもよい。さらに、上記した実施例１および図５から図８に示す例では、集光レンズ２３をガラス材料から形成していたが、コリメータレンズ２２を経たレーザ光を集光して所定の位置（光ファイバ１３の入射端面１３ａ）に入射させれば、樹脂材料で形成してもよく、他の材料で形成してもよく、上記した各例の構成に限定されない。

上記した実施例１、図５、図７、図８に示す例、後述する実施例２および実施例３では、冷却装置３０として、熱電素子としてペルチェ素子３１を用いている。しかしながら、その熱電素子は、レーザアレイチップ２１（レーザ光源部）に要求される温度と周囲雰囲気の温度とヒートシンク３２（放熱部材）や送風ファン３３（送風機構）における冷却機能とを勘案して適宜設ければよく、上記した各例の構成に限定されない。また、熱電素子は、周囲の温度よりも低い温度にレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）を冷却すべくそのレーザ光源部と放熱部材（ヒートシンク３２）との間に設けるものであればよく、上記した実施例１に限定されない。このことは、上記した実施例１および図５、図６、図８に示す例で設けた冷却装置３０の送風機構としての送風ファン３３や、実施例１および図５から図８に示す例で設けた外装部材２８も同様である。

上記した実施例１および図５から図８に示す例では、レーザ光を内燃機関の点火に用いる例を示していたが、レーザ加工機等のレーザ使用機器で用いるべく光ファイバ１３の出射端面１３ｂ（他端）を当該レーザ使用機器に接続してもよく、上記した実施例１に限定されない。

次に、本開示の一実施形態である実施例２のレーザ発光装置１０Ｅについて、図９および図１０を用いて説明する。レーザ発光装置１０Ｅは、実施例１のレーザ発光装置１０とは一部の構成が異なる例である。レーザ発光装置１０Ｅは、基本的な概念、構成および効果は図１から図４に示す実施例１のレーザ発光装置１０と同様であるので、等しい構成の個所には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施例２のレーザ発光装置１０Ｅは、冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３の冷却の精度を、実施例１よりも高めるものである。レーザ発光装置１０Ｅは、図９に示すように、サーミスタ６１と温度制御装置６２とを有する。サーミスタ６１は、レーザ発光装置１０Ｅにおいてレーザ光を出力させるレーザ出力機構、すなわちレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）やそれが設けられる熱拡散板１５や集光レンズ２３やレンズ保持部材１４等の温度を検出する温度検出部の一例である。サーミスタ６１は、実施例２では、レーザ出力機構のうちの熱拡散板１５の温度ｔ１を検出するために設けられ、自らに接続された検出線６１ａを経て検出した温度ｔ１（その信号）を温度制御装置６２に送る。これに伴い、外装部材２８には、検出線６１ａを通す検出開口２８ｄが設けられている。

温度制御装置６２は、冷却装置３０の放熱機能部（ペルチェ素子３１（熱電素子）の放熱面３１ｂ、ヒートシンク３２、送風ファン３３（送風機構））における放熱量の調節のために設けられる。実施例２の温度制御装置６２は、ペルチェ素子３１の温度を制御するものとされ、ペルチェ素子３１の電力線３１ｃが接続されているとともにサーミスタ６１の検出線６１ａが接続されている。温度制御装置６２は、サーミスタ６１が検出した温度ｔ１に基づいて、熱拡散板１５が予め設定された目標温度Ｔ１となるように、熱拡散板１５に宛がわれた冷却面３１ａの温度を調節する。すなわち、温度制御装置６２は、温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも高いと、十分に冷却できていないので冷却面３１ａの温度を下げ、温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも低いと、過度に冷却しているので冷却面３１ａの温度を上げる（冷却を緩和する）。このとき、温度ｔ１と目標温度Ｔ１との差分に応じて冷却面３１ａの温度を調節してもよく、差分に拘わらず所定の温度に調節してもよい。冷却面３１ａの温度は、実施例１では、電力線３１ｃから供給する電流値等を制御することで調節する。目標温度Ｔ１は、一点の数値であってもよく、所定の幅（範囲）を持つものであっても良い。

次に、レーザ発光装置１０Ｅにおいて、温度制御装置６２が冷却温度の調節のためにペルチェ素子３１の温度を制御する温度制御処理の一例について、図１０を用いて説明する。温度制御処理は、内蔵するメモリに記憶されたプログラムに基づいて温度制御装置６２が実行する。以下では、この図１０のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。このフローチャートは、レーザ発光装置１０Ｅが駆動されて、冷却面３１ａと放熱面３１ｂとを設定された所定の温度差とするように温度制御装置６２がペルチェ素子３１を制御すると開始される。

ステップＳ１では、サーミスタ６１から温度ｔ１を取得して、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、温度ｔ１が目標温度Ｔ１と同じか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ３へ進み、ＮＯの場合はステップＳ４へ進む。ステップＳ２では、目標温度Ｔ１が所定の幅を有する場合は、温度ｔ１が目標温度Ｔ１内にあるか否かを判断する。

ステップＳ３では、冷却面３１ａの温度を維持して、ステップＳ７へ進む。ステップＳ３では、温度ｔ１が目標温度Ｔ１と同じなので、この時点で行っているペルチェ素子３１の制御すなわち冷却面３１ａの温度を維持する。

ステップＳ４では、温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ５へ進み、ＮＯの場合はステップＳ６へ進む。

ステップＳ５では、冷却面３１ａの温度を下げて、ステップＳ７へ進む。ステップＳ５では、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるように冷却面３１ａの温度を下げる。

ステップＳ６では、冷却面３１ａの温度を上げて、ステップＳ７へ進む。ステップＳ６では、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるように冷却面３１ａの温度を上げる。

ステップＳ７では、レーザ発光装置１０Ｅが停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの温度制御処理を終了し、ＮＯの場合はステップＳ８へ進む。ステップＳ７では、レーザ発光装置１０Ｅが停止されたか否か、すなわち冷却装置３０でレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）を冷却する必要がなくなったか否かを判断する。

ステップＳ８では、サンプリング間隔Δｔとなったか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１に戻り、ＮＯの場合はステップＳ８を繰り返す。ステップＳ８では、ステップＳ１で温度ｔ１を取得してからの経過時間がサンプリング間隔Δｔとなるまで待機し、サンプリング間隔ΔｔとなるとステップＳ１に戻る。

レーザ発光装置１０Ｅは、駆動されると冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の冷却が開始される。そのとき、温度制御装置６２は、図１０のフローチャートに示す温度制御処理を行うことで、サーミスタ６１が検出した温度ｔ１に基づいて、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるようにペルチェ素子３１の冷却面３１ａの温度を調節する。これにより、冷却装置３０は、熱拡散板１５の温度を常に目標温度Ｔ１の近傍とすることができ、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）をより適切に冷却できるとともに、レンズ保持部材１４（保持部材）を介して集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

実施例２のレーザ発光装置１０Ｅは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０と同様の構成であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得られる。

それに加えて、レーザ発光装置１０Ｅは、温度制御装置６２が、サーミスタ６１が検出した温度ｔ１に基づいて、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるようにペルチェ素子３１の冷却面３１ａの温度を調節するので、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）や集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置の実施例２のレーザ発光装置１０Ｅでは、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、上記した実施例２では、サーミスタ６１が検出した熱拡散板１５の温度ｔ１に基づいて、ペルチェ素子３１（その冷却面３１ａ）の温度を制御していたが、図１１に示すレーザ発光装置１０Ｆの構成としてもよい。レーザ発光装置１０Ｆでは、サーミスタ６３が、レーザ出力機構のうちのレンズ保持部材１４の温度ｔ２を検出するために設けられている。これに伴い、外装部材２８には、検出開口２８ｄに替えて、サーミスタ６３の検出線６３ａを通す検出開口２８ｅが設けられている。レーザ発光装置１０Ｆでは、温度制御装置６２Ｆが、サーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が予め設定された目標温度Ｔ２となるように、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａの温度を調節する。レーザ発光装置１０Ｆでは、基本的に実施例２のレーザ発光装置１０Ｅと同様の構成であることから、基本的に実施例２と同様の効果を得ることができる。それに加えて、レーザ発光装置１０Ｆでは、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように冷却面３１ａの温度を調節するので、集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

次に、本開示の一実施形態である実施例３のレーザ発光装置１０Ｇについて、図１２および図１３を用いて説明する。レーザ発光装置１０Ｇは、実施例１のレーザ発光装置１０とは一部の構成が異なる例である。レーザ発光装置１０Ｇは、基本的な概念、構成および効果は図１から図４に示す実施例１のレーザ発光装置１０と同様であるので、等しい構成の個所には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施例３のレーザ発光装置１０Ｇは、冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３の冷却の精度を、実施例２のレーザ発光装置１０Ｅと同様の思想で実施例１よりも高めるものである。レーザ発光装置１０Ｇは、図１２に示すように、サーミスタ６１とサーミスタ６３と温度制御装置６２Ｇとを有する。サーミスタ６１は、実施例２の図９に示すものと同様であり、サーミスタ６３は、実施例２の他の例である図１１に示すものと同様である。

温度制御装置６２Ｇは、基本的に実施例２の図９および図１１に示すものと同様であり、サーミスタ６１の検出線６１ａおよびサーミスタ６３の検出線６３ａが接続されている。温度制御装置６２Ｇは、熱拡散板１５が予め設定された目標温度Ｔ１である通常の状態では、レンズ保持部材１４が予め設定された目標温度Ｔ２となるように冷却面３１ａの温度を調節する。また、温度制御装置６２Ｇは、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１よりも高い温度となると、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるように冷却面３１ａの温度を調節するように制御を切り替える。換言すると、温度制御装置６２Ｇは、通常の状態では図１１のレーザ発光装置１０Ｆと同様に動作し、熱拡散板１５が所望の温度よりも高い温度となると図９のレーザ発光装置１０Ｅと同様に動作する。このとき、検出した温度（ｔ１、ｔ２）と目標温度（Ｔ１、Ｔ２）との差分に応じて冷却面３１ａの温度を調節してもよく、差分に拘わらず所定の温度に調節してもよい。ここで、熱拡散板１５が所望の温度よりも高い温度となる場面としては、例えば、電気回路の経時劣化による電気抵抗の増加が原因で発熱が増大することが考えられる。これにより、温度制御装置６２Ｇは、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）が過度に高温となることに起因する不具合や寿命の急速な短縮を防ぐ。

次に、レーザ発光装置１０Ｇにおいて、温度制御装置６２Ｇが冷却温度の調節のためにペルチェ素子３１の温度を制御する温度制御処理の一例について、図１３を用いて説明する。温度制御処理は、基本的に図１０のフローチャートに示す温度制御処理と同様であり、内蔵するメモリに記憶されたプログラムに基づいて温度制御装置６２Ｇが実行する。以下では、この図１３のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。

ステップＳ１１では、サーミスタ６１から温度ｔ１とサーミスタ６３から温度ｔ２とを取得して、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１３へ進み、ＮＯの場合はステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１３では、目標温度Ｔ１とすべく冷却面３１ａの温度を下げて、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１３では、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるように冷却面３１ａの温度を下げる。

ステップＳ１４では、温度ｔ１が目標温度Ｔ１と同じか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１５へ進み、ＮＯの場合はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１５では、冷却面３１ａの温度を維持して、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１６では、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１７へ進み、ＮＯの場合はステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１７では、目標温度Ｔ２とすべく冷却面３１ａの温度を下げて、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１７では、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように冷却面３１ａの温度を下げる。

ステップＳ１８では、目標温度Ｔ２とすべく冷却面３１ａの温度を上げて、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１８では、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように冷却面３１ａの温度を上げる。

ステップＳ１９では、レーザ発光装置１０Ｇが停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの温度制御処理を終了し、ＮＯの場合はステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、サンプリング間隔Δｔとなったか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１１に戻り、ＮＯの場合はステップＳ２０を繰り返す。

レーザ発光装置１０Ｇは、駆動されると冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の冷却が開始される。そのとき、温度制御装置６２Ｇは、図１３のフローチャートに示す温度制御処理を行うことで、熱拡散板１５の温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも低い場合ではサーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように冷却面３１ａの温度を調節する。また、温度制御装置６２Ｇは、その温度制御処理を行うことで、熱拡散板１５の温度ｔ１が目標温度Ｔ１よりも高くなると、熱拡散板１５が目標温度Ｔ１となるように冷却面３１ａの温度を下げる。これにより、冷却装置３０は、通常の状態ではレンズ保持部材１４の温度を常に目標温度Ｔ２の近傍とすることができるとともに熱拡散板１５の温度を目標温度Ｔ１よりも低くすることができ、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

実施例３のレーザ発光装置１０Ｇは、基本的に実施例１のレーザ発光装置１０と同様の構成であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得られる。

それに加えて、レーザ発光装置１０Ｇは、熱拡散板１５の温度を目標温度Ｔ１よりも低くしつつ、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるようにペルチェ素子３１の冷却面３１ａの温度を調節するので、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）や集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置の実施例３のレーザ発光装置１０Ｇでは、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、実施例２および実施例３では、図３のレーザ発光装置１０にサーミスタ６１やサーミスタ６３を設けているが、図５のレーザ発光装置１０Ａや図８のレーザ発光装置１０Ｄに設けてもよく、実施例２および実施例３の構成に限定されない。

次に、本開示の一実施形態である実施例４のレーザ発光装置１０Ｈについて、図１４および図１５を用いて説明する。レーザ発光装置１０Ｈは、図６に示すレーザ発光装置１０Ｂにサーミスタ６１および温度制御装置６２Ｈを設けた例である。レーザ発光装置１０Ｈは、基本的な概念、構成および効果は図６のレーザ発光装置１０Ｂと同様であるので、等しい構成の個所には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施例４のレーザ発光装置１０Ｈは、冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３の冷却の精度を、実施例２のレーザ発光装置１０Ｅと同様の思想で、図６のレーザ発光装置１０Ｂよりも高めるものである。レーザ発光装置１０Ｈは、図１４に示すように、実施例２と同様のサーミスタ６１と温度制御装置６２Ｈとを有する。サーミスタ６１は、レーザ出力機構のうちのヒートシンク３２Ｂの吸熱部３２Ｂａの温度ｔ３を検出する温度検出部の一例であり、検出線６１ａを経て検出した温度ｔ３を温度制御装置６２Ｈに送る。

温度制御装置６２Ｈは、冷却装置３０の放熱機能部のうちの送風ファン３３（送風機構）からの風量（回転数）を制御するものであり、送風ファン３３の電力線３３ｄが接続されているとともにサーミスタ６１の検出線６１ａが接続されている。温度制御装置６２Ｈは、サーミスタ６１が検出した温度ｔ３に基づいて、吸熱部３２Ｂａが予め設定された目標温度Ｔ３となるように、送風ファン３３からの風量を調節する。すなわち、温度制御装置６２は、温度ｔ３が目標温度Ｔ３よりも高いと送風ファン３３からの風量を増やし、温度ｔ３が目標温度Ｔ３よりも低いと送風ファン３３からの風量を減らす。このとき、温度ｔ３と目標温度Ｔ３との差分に応じて送風ファン３３からの風量を調節してもよく、差分に拘わらず所定の風量に調節してもよい。目標温度Ｔ３は、一点の数値であってもよく、所定の幅（範囲）を持つものであっても良い。

次に、レーザ発光装置１０Ｈにおいて、温度制御装置６２Ｈが冷却温度の調節のために送風ファン３３の風量を制御する温度制御処理の一例について、図１５を用いて説明する。温度制御処理は、基本的に図１０のフローチャートに示す温度制御処理と同様であり、内蔵するメモリに記憶されたプログラムに基づいて温度制御装置６２Ｈが実行する。以下では、この図１５のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。

ステップＳ３１は、サーミスタ６１から温度ｔ３を取得して、ステップＳ３２へ進む。

ステップＳ３２は、温度ｔ３が目標温度Ｔ３と同じか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ３３へ進み、ＮＯの場合はステップＳ３４へ進む。

ステップＳ３３は、送風ファン３３の風量を維持して、ステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３４は、温度ｔ３が目標温度Ｔ３よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ３５へ進み、ＮＯの場合はステップＳ３６へ進む。

ステップＳ３５は、送風ファン３３の風量を増やして、ステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３６は、送風ファン３３の風量を減らして、ステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７は、レーザ発光装置１０Ｈが停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの温度制御処理を終了し、ＮＯの場合はステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８は、サンプリング間隔Δｔとなったか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ３１に戻り、ＮＯの場合はステップＳ３８を繰り返す。

レーザ発光装置１０Ｈは、駆動されると冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の冷却が開始される。そのとき、温度制御装置６２Ｈは、図１５のフローチャートに示す温度制御処理を行うことで、サーミスタ６１が検出した温度ｔ３に基づいて、ヒートシンク３２Ｂの吸熱部３２Ｂａが目標温度Ｔ３となるように送風ファン３３の風量を調節する。これにより、冷却装置３０は、吸熱部３２Ｂａの温度を常に目標温度Ｔ３の近傍とすることができ、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

実施例４のレーザ発光装置１０Ｈは、基本的に図６のレーザ発光装置１０Ｂと同様の構成であるので、基本的に図６の例と同様の効果を得られる。

それに加えて、レーザ発光装置１０Ｈは、吸熱部３２Ｂａが目標温度Ｔ３となるように送風ファン３３の風量を調節するので、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）や集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置の実施例４のレーザ発光装置１０Ｈでは、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、実施例４では、吸熱部３２Ｂａのみにサーミスタ６１を設けていたが、図１１の例のようにレンズ保持部材１４のみにサーミスタ６３を設けてもよく、実施例３のようにサーミスタ６１とサーミスタ６３とを設けてもよく、実施例４の構成に限定されない。

次に、本開示の一実施形態である実施例５のレーザ発光装置１０Ｉについて、図１６および図１７を用いて説明する。レーザ発光装置１０Ｉは、図７に示すレーザ発光装置１０Ｃにサーミスタ６３および温度制御装置６２Ｉを設けた例である。レーザ発光装置１０Ｉは、基本的な概念、構成および効果は図７のレーザ発光装置１０Ｃと同様であるので、等しい構成の個所には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施例５のレーザ発光装置１０Ｉは、冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３の冷却の精度を、実施例２のレーザ発光装置１０Ｅと同様の思想で、図７のレーザ発光装置１０Ｃよりも高めるものである。先ず、このレーザ発光装置１０Ｉは、図１６に示すように、液冷式のヒートシンク３２Ｃの冷媒通路３２Ｃｅに、貯液タンク６４とポンプ６５と熱交換器６６とが設けられている。冷媒通路３２Ｃｅでは、ポンプ６５が駆動されることで貯液タンク６４に貯められた冷却水が熱交換器６６に送られ、その熱交換器６６で冷却された冷却水がヒートシンク３２Ｃに供給される。そして、ヒートシンク３２Ｃで熱交換して昇温された冷却水が貯液タンク６４に貯められる。このため、レーザ発光装置１０Ｉでは、冷媒通路３２Ｃｅと貯液タンク６４とポンプ６５と熱交換器６６とも冷却装置３０の放熱機能部として機能する。

レーザ発光装置１０Ｉは、実施例２と同様のサーミスタ６３と温度制御装置６２Ｉとを有する。サーミスタ６３は、レーザ出力機構のうちのレンズ保持部材１４の温度ｔ２を検出する温度検出部の一例であり、検出線６３ａを経て検出した温度ｔ２を温度制御装置６２Ｉに送る。これに伴い、外装部材２８には、検出線６３ａを通す検出開口２８ｅが設けられている。

温度制御装置６２Ｉは、冷却装置３０の放熱機能部のうちの熱交換器６６における熱交換量（冷却力）を制御するものであり、熱交換器６６の電力線６６ａが接続されているとともにサーミスタ６３の検出線６３ａが接続されている。温度制御装置６２Ｉは、サーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が予め設定された目標温度Ｔ２となるように、熱交換器６６での熱交換量を調節する。すなわち、温度制御装置６２は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも高いと熱交換器６６での熱交換量を増やして冷媒の温度を下げ、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも低いと熱交換器６６での熱交換量を減らして冷媒の温度を上げる。このとき、温度ｔ２と目標温度Ｔ２との差分に応じて熱交換器６６での熱交換量を調節してもよく、差分に拘わらず所定の熱交換量に調節してもよい。

次に、レーザ発光装置１０Ｉにおいて、温度制御装置６２Ｉが冷却温度の調節のために熱交換器６６での熱交換量を制御する温度制御処理の一例について、図１７を用いて説明する。温度制御処理は、基本的に図１０のフローチャートに示す温度制御処理と同様であり、内蔵するメモリに記憶されたプログラムに基づいて温度制御装置６２Ｉが実行する。以下では、この図１７のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。

ステップＳ４１は、サーミスタ６３から温度ｔ２を取得して、ステップＳ４２へ進む。

ステップＳ４２は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２と同じか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ４３へ進み、ＮＯの場合はステップＳ４４へ進む。

ステップＳ４３は、熱交換器６６での熱交換量を維持して、ステップＳ４７へ進む。

ステップＳ４４は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ４５へ進み、ＮＯの場合はステップＳ４６へ進む。

ステップＳ４５は、熱交換器６６での熱交換量を増やして、ステップＳ４７へ進む。

ステップＳ４６は、熱交換器６６での熱交換量を減らして、ステップＳ４７へ進む。

ステップＳ４７は、レーザ発光装置１０Ｉが停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの温度制御処理を終了し、ＮＯの場合はステップＳ４８へ進む。

ステップＳ４８は、サンプリング間隔Δｔとなったか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ４１に戻り、ＮＯの場合はステップＳ４８を繰り返す。

レーザ発光装置１０Ｉは、駆動されると冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の冷却が開始される。そのとき、温度制御装置６２Ｉは、図１７のフローチャートに示す温度制御処理を行うことで、サーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように熱交換器６６での熱交換量を調節する。これにより、冷却装置３０は、レンズ保持部材１４の温度を常に目標温度Ｔ２の近傍とすることができ、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

実施例５のレーザ発光装置１０Ｉは、基本的に図７のレーザ発光装置１０Ｃと同様の構成であるので、基本的に図７の例と同様の効果を得られる。

それに加えて、レーザ発光装置１０Ｉは、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように熱交換器６６での熱交換量を調節するので、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）や集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置の実施例５のレーザ発光装置１０Ｉでは、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、実施例５では、レンズ保持部材１４のみにサーミスタ６３を設けていたが、実施例２のように熱拡散板１５のみにサーミスタ６１を設けてもよく、実施例３のようにサーミスタ６１とサーミスタ６３とを設けてもよく、実施例５の構成に限定されない。

次に、本開示の一実施形態である実施例６のレーザ発光装置１０Ｊについて、図１８および図１９を用いて説明する。レーザ発光装置１０Ｊは、実施例５の図１６に示すレーザ発光装置１０Ｉにおいて、熱交換器６６に替えてポンプ６５を制御する例である。レーザ発光装置１０Ｊは、基本的な概念、構成および効果は実施例５のレーザ発光装置１０Ｉと同様であるので、等しい構成の個所には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施例６のレーザ発光装置１０Ｊは、実施例５のレーザ発光装置１０Ｉと同様に、冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３の冷却の精度を、図７のレーザ発光装置１０Ｃよりも高めるものである。その温度制御装置６２Ｊは、冷却装置３０の放熱機能部のうちのポンプ６５の出力（冷却水を送り出す量（流量））を制御するものであり、ポンプ６５の電力線６５ａが接続されているとともにサーミスタ６３の検出線６３ａが接続されている。温度制御装置６２Ｊは、サーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるように、ポンプ６５での出力を調節する。すなわち、温度制御装置６２は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも高いとポンプ６５の出力を大きくして冷媒の流量を上げ、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも低いとポンプ６５の出力を小さくして冷媒の流量を下げる。このとき、温度ｔ２と目標温度Ｔ２との差分に応じてポンプ６５での出力を調節してもよく、差分に拘わらず所定の出力に調節してもよい。

次に、レーザ発光装置１０Ｊにおいて、温度制御装置６２Ｊが冷却温度の調節のためにポンプ６５の出力を制御する温度制御処理の一例について、図１９を用いて説明する。温度制御処理は、基本的に図１０のフローチャートに示す温度制御処理と同様であり、内蔵するメモリに記憶されたプログラムに基づいて温度制御装置６２Ｊが実行する。以下では、この図１９のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。

ステップＳ５１は、サーミスタ６３から温度ｔ２を取得して、ステップＳ５２へ進む。

ステップＳ５２は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２と同じか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ５３へ進み、ＮＯの場合はステップＳ５４へ進む。

ステップＳ５３は、ポンプ６５の出力を維持して、ステップＳ５７へ進む。

ステップＳ５４は、温度ｔ２が目標温度Ｔ２よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ５５へ進み、ＮＯの場合はステップＳ５６へ進む。

ステップＳ５５は、ポンプ６５の出力を大きくして、ステップＳ５７へ進む。

ステップＳ５６は、ポンプ６５の出力を小さくして、ステップＳ５７へ進む。

ステップＳ５７は、レーザ発光装置１０Ｊが停止されたか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの温度制御処理を終了し、ＮＯの場合はステップＳ５８へ進む。

ステップＳ５８は、サンプリング間隔Δｔとなったか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ５１に戻り、ＮＯの場合はステップＳ５８を繰り返す。

レーザ発光装置１０Ｊは、駆動されると冷却装置３０によるレーザ光源部（レーザアレイチップ２１）の冷却が開始される。そのとき、温度制御装置６２Ｊは、図１９のフローチャートに示す温度制御処理を行うことで、サーミスタ６３が検出した温度ｔ２に基づいて、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるようにポンプ６５の出力を調節する。これにより、冷却装置３０は、レンズ保持部材１４の温度を常に目標温度Ｔ２の近傍とすることができ、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）および集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

実施例６のレーザ発光装置１０Ｊは、基本的に実施例５のレーザ発光装置１０Ｉと同様の構成であるので、基本的に実施例５と同様の効果を得られる。

それに加えて、レーザ発光装置１０Ｊは、レンズ保持部材１４が目標温度Ｔ２となるようにポンプ６５の出力を調節するので、レーザ光源部（レーザアレイチップ２１）や集光レンズ２３をより適切に冷却できる。

したがって、本開示に係るレーザ発光装置の実施例６のレーザ発光装置１０Ｊでは、高い強度のレーザ光を集光レンズ２３で集光しても、その集光レンズ２３の温度上昇を抑制できる。

なお、実施例６では、レンズ保持部材１４のみにサーミスタ６３を設けていたが、実施例２のように熱拡散板１５のみにサーミスタ６１を設けてもよく、実施例３のようにサーミスタ６１とサーミスタ６３とを設けてもよく、実施例６の構成に限定されない。

以上、本開示のレーザ発光装置を各実施例ならびに図５から図８および図１１に示す例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例ならびに図５から図８および図１１に示す例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ （レーザ発光装置の一例としての）レーザ発光装置
１４ （保持部材の一例としての）レンズ保持部材
１５ （吸熱機能部および熱拡散部材の一例としての）熱拡散板
１６ レンズ保持穴
１６ｃ 内側面
２１ （レーザ光源部の一例としての）レーザアレイチップ
２３ 集光レンズ
２３ｃ 外側面
２３ｂ 平面
２３ｄ 反射防止処理膜
２７ （伝熱促進部材の一例としての）伝熱グリス
２８ 外装部材
２８ｃ 冷却開口
３０ 冷却装置
３１ （一例としての放熱機能部の一部を構成する）ペルチェ素子
３２ （放熱部材の一例としての）ヒートシンク
３２ａ （吸熱機能部の一例としての）吸熱部
３２ｂ 放熱部
３２Ｃｅ （一例としての放熱機能部の一部を構成する）冷媒通路
３３ （一例としての放熱機能部の一部を構成する）送風ファン
４０ エンジン点火プラグシステム

特開２０１４−１９２１６６号公報

Claims (15)

1. レーザ光を出射するレーザ光源部と、
   前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を所定の位置に集光する集光レンズと、
   前記集光レンズと面接触しつつ前記集光レンズを保持する保持部材と、
   前記レーザ光源部を冷却すべく前記レーザ光源部に宛がわれる冷却装置と、を備え、
   前記保持部材は、前記集光レンズよりも高い熱伝導率を有し、前記冷却装置に面接触することを特徴とするレーザ発光装置。
2. 前記冷却装置は、放熱量が調節できる放熱機能部と、前記レーザ光源部と前記集光レンズと前記保持部材とを有するレーザ出力機構の温度を検出する少なくとも１つの温度検出部と、有し、
   前記放熱機能部は、前記温度検出部が検出した温度に応じて放熱量が調節されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発光装置。
3. 前記放熱機能部は、熱電素子を有し、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記熱電素子の冷却面の温度が調節されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発光装置。
4. 前記放熱機能部は、送風機構を有し、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記送風機構の風量が調節されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発光装置。
5. 前記放熱機能部は、冷媒を通す冷媒通路を有し、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記冷媒の温度または流量が調節されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発光装置。
6. 前記集光レンズは、平凸レンズであり、平面が前記保持部材に面接触されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
7. 前記保持部材では、前記集光レンズを受け入れるレンズ保持穴が設けられ、
   前記集光レンズは、前記レンズ保持穴の内側面に面接触する外側面を有し、
   前記内側面は、前記外側面よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
8. 前記保持部材では、前記集光レンズおよび前記冷却装置と面接触する箇所に伝熱促進部材を介在させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
9. 前記集光レンズでは、表面に反射防止処理膜が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のレーザ発光装置であって、
    さらに、前記保持部材よりも低い熱伝導率を有し、前記保持部材の外方を取り囲む外装部材を備えることを特徴とするレーザ発光装置。
11. 前記外装部材は、前記保持部材に面接触された前記冷却装置の一部を露出させる冷却開口を有し、前記冷却開口が前記冷却装置における吸熱機能部に接触することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ発光装置。
12. 前記レーザ光源部は、複数の面発光型レーザが配列されたレーザアレイチップを有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
13. 前記冷却装置は、吸熱部で吸収した熱を放熱部で放熱する放熱部材を有し、
    前記保持部材は、前記吸熱部に面接触することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
14. 前記冷却装置は、吸熱部で吸収した熱を放熱部で放熱する放熱部材と、前記保持部材以上の熱伝導率を有し前記吸熱部に宛がわれかつ前記レーザ光源部が設けられる熱拡散部材と、を有し、
    前記保持部材は、前記熱拡散部材に面接触することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のレーザ発光装置。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のレーザ発光装置と、
    前記レーザ発光装置から出力されたレーザ光を用いて内燃機関を点火させる点火プラグと、を備えることを特徴とするエンジン点火プラグシステム。