JP2916626B2 - 強制冷却型レーザパルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザダイオードを用いてレーザパルスを
発生するレーザパルス発生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の装置としては、複数のアバランシェ型トラン
ジスタ（アバランシェ動作を行うトランジスタ）の直列
群を並列に設けたパルス発生回路により得られるパルス
幅の狭いパルス電流をレーザダイオードに与えることに
よってレーザパルスを得るようにしたレーザパルス発生
装置が特開平１−117382号公報などによって開示されて
いる。

また、いわゆるペルチェ効果を用いた冷却用電子素子
にラジエーターと冷却用ファンとを組み付けた冷却用ブ
ロック（この考案において電子冷却ブロックという）が
周知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようなアバランシェ型トランジスタとレーザダ
イオードとを用いる装置では、単位時間当たりのレーザ
パルスの発生率を比較的多くすると、各回路部品の温度
上昇によって目的の動作が果せなくなる。

とくに、レーザの波長精度を重視する場合には、強制
冷却手段を講じなくてはならないので、この冷却手段と
して上記の電子冷却ブロックを用いて強制的な冷却する
構成が考えられるが、各回路素子ごとに電子冷却ブロッ
クを組み付けたのでは、構造が大きくなり装置構成を大
きくして、使用上、不便になるほか、電子冷却素子のON
−OFF動作によってレーザダイオードが急激に温度変化
して、レーザ波長が極度の変化を起こすことなどの不都
合がある。

このため、簡単で軽便な冷却構造をもつ装置の提供が
期待されているという課題がある。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために本発明においては、レーザ
ダイオードに付与されたパルス電流によりレーザパルス
を得るための回路ブロックと、この回路ブロックの背面
側に密接して設けられて当該回路ブロックを冷却する電
子冷却ブロックと、温度センサーの出力を受けて前記電
子冷却ブロックへの電力供給を制御する電子冷却ブロッ
ク用動作電源部とを備える強制冷却型レーザパルス発生
装置であって、前記回路ブロックは、配線基板の表面側
に前記レーザダイオードの発光部分を設け、当該配線基
板の裏面側にパルス発生回路を配置するとともに、熱良
導体を前記配線基板の裏面側と間隔をあけて対向する位
置に配置し、当該配線基板と熱良導体との間の部分に熱
伝導部材を充填して形成され、前記配線基板として両面
に導体板を設けたものを用い、表面側の導体板を接地可
能な回路側に接続して構成した回路基板部形成手段と、
前記熱良導体をアルミニウム板により構成するととも
に、前記配線基板との間に支柱を設けて前記配線基板と
前記アルミニュウムと板を固定して構成する放熱方向板
部構成手段と、前記熱伝導部材としてアルミナ粉末入り
エポキシ樹脂を充填して構成する充填部材構成手段とを
備える構成とするものである。

〔実施例〕

以下、実施例を図面により説明する。

第１図において、回路ブロック500は、その前面側500
aにレーザダイオード15の発光部分15aが配置され、内部
500bにはアバランシェ型トランジスタの直列群を並列に
設けて構成したパルス発生回路10と、温度センサー61
（例えば、シリコン熱電素子）とが配置してあり、これ
らの回路部分に、電気絶縁性と熱良導性とをもつ熱伝導
部材４を充填してブロック状に形成したものである。

回路ブロック500の各回路素子に必要な電源を与える
ための電源用給電線102aと、レーザパルスの発生を同期
動作させるための同期制御用の信号線103aとが導かれて
いる。

電子冷却ブロック600は、いわゆるペルチェ効果を用
いた電子冷却用素子601に、ラジエーター602（例えば、
放熱用フイン群）と電動ファン603（例えば、小型の電
動換気扇）とを組み付けてブロック状に形成したもので
あり、電子冷却素子601による冷却面を回路ブロックの
背面側500cに密着させて組み付けてある。

電子冷却ブロック600用の動作電源部700は、電子冷却
用素子601にその動作用電源を与えるための回路で、温
度設定回路701と制御型直流電源回路702で構成されてい
る。

温度設定回路701は、温度センサー61の出力を所定の
基準値出力と比較して、回路ブロック500の熱電動部材
４の温度が所定値より高くなる間だけ、制御型直流電動
回路702からの出力を電子冷却ブロック600に与える動作
を行うもので、例えば、電圧比較制御増幅型のIC回路と
基準値電圧可変用の可変抵抗器回路との組み合わせであ
る。

制御型直流電源回路702は出力が入力によってON−OFF
動作させられる直流電源回路で、例えば、制御端子つき
のスイッチングレギュレータ型直流電源回路である。

なお、電動ファン603は別の電源により、常時、動作
させられている。

放射用レンズ機構部分６は、レーザダイオード15の発
光部分15aから出力されるレーザパルスを所要のレンズ6
aを通して、所定の方向に向けてビーム指向性をもたせ
るためのものであり、回路ブロック500の前面側500aに
密着させて組み付けてある。

回路ブロック500の構成例を、さらに具体的に述べる
と、第２図のように、回路基板部100と放熱対向板部200
と熱均等化部300とによって構成されており、回路基板
部100と放熱対向板部200は第４図のようになっている。

第４図において、配線基板１は、樹脂板11cの表面側1
aと裏面側1bとの両面に導体板11a・11b、例えば、銅の
薄板を貼り合わせて構成した配線用基板であり、例え
ば、両面プリント配線用板である。

配線基板１の裏面側1bにはアバランシェ型トランジス
タの直列群を並列に設けて構成したパルス発生回路10に
必要な各回路素子101を配置してある。

電源線端子102は各回路素子に必要な電源を与えるた
めの電源用給電線102aの端子であり、また、制御信号端
子103はパルス発生回路10の発生動作を必要に応じて制
御するための信号、例えば、同期制御するための同期用
信号を与える信号線103aのコネクタであり、それぞれ、
後記の熱伝導部材４の注入後も外側に出る位置に配置す
る。

レーザダイオード15は、パルス発生回路10で発生した
パルス幅の狭いパルス電流、例えば、数ナノ秒〜数10ナ
ノ秒のパルス幅のパルス電流を与えてレーザパルスを発
生するための素子で、パルス発生回路10の中央付近に配
置され、レーザダイオード15のレーザパルスの発光部分
15aを、第２図のように、配線基板１の表面側1aに向け
て配置してある。

また、配線基板１の表面側1aの導体板11aは、接地可
能な回路側に接続して構成してある。

つまり、回路基板部100は上記のような配線基板１と
パルス発生回路10とレーザダイオード15とを主体にして
構成されている。

温度センサーとして用いる素子61を中央付近の適宜の
位置に配置して、その出力を温度基準回路701に導くた
めの温度信号線104aのための端子104を電源線端子102と
同様の位置に配置する。

熱良導体板２は、例えば、アルミニウムまたはアルミ
ナ磁器の板であって、第２図のように、配線基板１の裏
面側と対向し、かつ、配線基板１との間に間隔201を設
けて配置してあり、配置基板１と熱良導体板２との間に
支柱31をネジ止めするなどによって保持してある。

つまり、放熱対向板部200は上記のような熱良導体板
２を主体にして構成されている。

熱伝導部材４は、電気絶縁性と熱良導性とをもつ充填
形成用材料で、例えば、アルミナ粉または粒状体を混入
したエポキシ樹脂材（この発明においてアルミナ粉末入
りエポキシ樹脂材という）であり、外形を整えるために
必要な型、例えば、上方が開口したコの字形の囲い、ま
たは適宜の覆い施して間隔201の空間に注入して充填し
たものである。

つまり、熱均等化部300は上記のような熱伝導部材４
を主体にして構成されている。

また、間隔201は熱伝導部材４の電気絶縁性と熱良導
性とがパルス発生回路10の各回路素子とレーザダイオー
ド15との動作を均等化し得るようにするための目的を達
し得るような適切な間隔があって、なるべく狭い間隔に
選択することが望ましい。

放射用レンズ機構部分６は、レーザダイオード15から
発生されるレーザパルスを目的の方向に向けてビーム特
性を持たせるための光学レンズを仕組んだ機構部分であ
り、例えば、レーザパルスを空中を通して目的方向に放
射するためのレンズ機構またはレーザパルスを所定の光
ファイバーに放射するためのレンズ機構などであり、一
般にレンズ保持具や取付座の部分が金属製であり、この
取付座を配線基板１の表面側1aに取付穴51によって、第
３図のように、ネジ７などの適宜の取付具により取り付
けるようにしてある。

また、このネジ７を後方まで突き抜けさせて、電子冷
却ブロック600を組み付けるためのネジを兼ねさせてい
る。

〔変形実施〕

この発明は、次のように変形して実施することができ
る。

（１）配線基板１を裏面側1bにのみ導体板11bを施した
もので構成し、接地は別の適宜の箇所で接続されるよう
にする。

（２）間隔201の部分の周囲に適宜の覆いを施し、熱良
導体板２の適宜の箇所に穴を設けて熱伝導部材４の注入
口とする。

（３）支柱31を取付51と共通の位置にし、支柱31にネジ
を設けて、このネジを取付用のネジ部分とする。

（４）支柱31を設けずに、熱伝導部材４の注入用の枠型
によって間隔201を設け、熱伝導部材４の接着力によっ
て配線基板１と熱良導体板２とを固定保持する。

（５）電源線102用の端子を、接離可能なコネクターに
する。

（６）間隔201の周囲に適宜の覆いを施し、熱伝導部材
４の注入後も、そのまま使用できるようにする。

（７）配線基板１の表面側1aと放射用レンズ機構部分６
の取付座との間に、嵌め込み用環状部分8aをもつ間座８
を設けて、レーザダイオード15の発光位置とレンズ機構
の中心位置との一致作業を行いやすくする。

（８）裏面側1aの導体板11bに回路パターンを設けず全
面を接地回路側にして接地側以外の回路配線を各回路素
子のリード線で行い導体板11aが内部の熱均等化に寄与
し得るようにする。

また、配線基板１を、ハンダづけ可能な電気良導体で
熱良導体の１枚の板、例えば、銅板で形成して、上記の
導体板11bの全面を接地回路側にした場合と同様の回路
配線にすることにより内部の熱均等化と放熱との効果を
より向上させるようにする。

（９）レーザダイオード15として、発光部分15aにレン
ズと光ファイバーとを一体化した型のレーザダイオード
を用い、レンズ機構部分６の無いもので構成する。

（10）制御信号端子103を設けず、内部にパルスの繰り
返し周期を発生する回路を設けて構成する。

（11）電動ファン603の電源を制御型直流電源回路702の
出力で動作させるようにする。

（12）熱伝導部材４の硬化時の化学反応熱に耐えないよ
うな温度センサーを用いる場合などには、温度センサー
61を棒状のものに形成し、配線基板１に取り付けずに、
熱伝導部材４に穿った穴に、温度センサー61を熱伝導性
のよいグリスまたは接着剤と一緒に差し込んで埋め込み
固定する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、上記のように、回路ブロック500
に充填した熱伝導部材４が電気絶縁性と熱良導性とをも
って内部温度の分布を均等化するとともに背後側を電子
冷却ブロック600で放熱されるため、電子冷却ブロック6
00がON−OFF動作して強制的に冷却がON−OFFされ、それ
による温度変化が、直接、各回路素子に伝えられること
がなく、また、この熱伝導部材４の介在によって各回路
素子が部分的に過熱されることがないため、レーザダイ
オード15の発生するレーザ波長も安定して精度よくな
り、また、アンバランシェ型トランジスタの一部の耐圧
特性が崩れてパルス発生に不良動作を起こすことがない
レーザパルス発生装置を提供し得るなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示し、第１図は装置全体の構成図、第２
図は要部の組立状態斜視図、第３図は要部の組立状態側
面図、第４図は要部の分解状態斜視図で各回路素子間の
配線を省略してある。 １……配線基板、２……熱良導体板 ４……熱伝導部材、６……放射用レンズ機構部分 ７……ネジ、８……間座 10……パルス発生回路 15……レーザダイオード 500……回路ブロック 600……電子冷却ブロック 700……電子冷却ブロック用の動作電源部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/096 H01S 3/103 H01S 3/133 H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオードに付与されたパルス電流
   によりレーザパルスを得るための回路ブロックと、この
   回路ブロックの背面側に密接して設けられて当該回路ブ
   ロックを冷却する電子冷却ブロックと、温度センサーの
   出力を受けて前記電子冷却ブロックへの電力供給を制御
   する電子冷却ブロック用動作電源部とを備える強制冷却
   型レーザパルス発生装置であって、 前記回路ブロックは、配線基板の表面側に前記レーザダ
   イオードの発光部分を設け、当該配線基板の裏面側にパ
   ルス発生回路を配置するとともに、熱良導体を前記配線
   基板の裏面側と間隔をあけて対向する位置に配置し、当
   該配線基板と熱良導体との間の部分に熱伝導部材を充填
   して形成され、 前記配線基板として両面に導体板を設けたものを用い、
   表面側の導体板を接地可能な回路側に接続して構成した
   回路基板部形成手段と、 前記熱良導体をアルミニウム板により構成するととも
   に、前記配線基板との間に支柱を設けて前記配線基板と
   前記アルミニュウム板とを固定して構成する放熱方向板
   部構成手段と、 前記熱伝導部材としてアルミナ粉末入りエポキシ樹脂を
   充填して構成する充填部材構成手段とを備えることを特
   徴とする強制冷却型レーザパルス発生装置。