JP5942426B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
前記光源保持部材を複数備え、前記複数の光源保持部材は各々前記凹部に挿入され且つ前記ベース部材の内部に収容されていることを特徴とする。
前記光源保持部材は、該光源保持部材における前記曲面に近い側に、前記光源を保持していることが好ましい。
前記光源保持部材は、前記凹部内に充填された充填材を介して前記凹部の内面と接続されていることが好ましい。
前記光源保持部材を複数備える光源装置であって、前記ベース部材は前記凹部と穴の対を複数有し、前記穴の向きは該穴が設けられた凹部の向きと略同じであって、前記凹部の少なくとも2つは、互いに異なる向きに設けられており、前記光源保持部材は各々前記凹部に挿入され且つ前記ベース部材の内部に収容されていることが好ましい。
前記凹部の少なくとも2つは、該凹部の開口が互いに向かい合う方向に向けられていることが好ましい。
前記光源は半導体レーザ素子を含み、前記光学部品はコリメータレンズであることが好ましい。
図1(a)は、実施の形態1に係る光源装置の概略斜視図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−A断面を示す概略断面図である。図1に示す例の光源装置100は、ベース部材10と、光源20と該光源から光が入射される光学部品25を保持する光源保持部材31を含む光源ユニット30と、を備えている。ベース部材10は、凹部11と、その凹部に設けられた穴15と、を有する。光源保持部材31は、凹部11に挿入され、ベース部材の穴15の開口端上で摺動可能な曲面35を有する。そして、光源保持部材31は、ベース部材10の内部に収容されている。なお、本明細書において、光源保持部材31の「向き」は、保持する光源20の光軸で定義されるものとし、凹部11及び穴15の「向き」は、その中心軸で定義されるものとする。
図3は、実施の形態2に係る光源装置の概略断面図である。図3に示す例の光源装置200は、光源ユニット30を複数備えている。ベース部材10は、前面側に設けられた凹部11と、その凹部の底面から該ベース部材の後面(背面)に貫通した穴15と、の対を複数有するブロック状の部材である。光源ユニット30は、半導体レーザ装置である光源20と、その光源20の前方に位置するコリメータレンズである光学部品25と、これらを保持する筒状の光源保持部材31と、で構成されている。また、光源保持部材31は、その後方端部の外面に曲面35を有する。そして、光源保持部材31は各々、凹部11に挿入され且つベース部材10の内部に収容されており、曲面35が穴15の開口端に当接した状態で、固定されている。また、光源保持部材31の外面とベース部材の凹部11の内面との間には、充填材40が充填されている。
図4は、実施の形態3に係る光源装置の概略断面図である。図4に示す例の光源装置300は、光源ユニット30を複数備えている。ベース部材10は、前面側又は後面(背面)側に設けられた凹部11と、その凹部の底面から該ベース部材の反対側の面に貫通した穴15と、の対を複数有するブロック状の部材である。光源ユニット30は、半導体レーザ装置である光源20と、その光源20の前方に位置するコリメータレンズである光学部品25と、これらを保持する筒状の光源保持部材31と、で構成されている。また、光源保持部材31は、その後方端部又は前方端部の外面に曲面35を有する。そして、光源保持部材31は各々、凹部11に挿入され且つベース部材10の内部に収容されており、曲面35が穴15の開口端に当接した状態で、固定されている。また、光源保持部材31の外面とベース部材の凹部11の内面との間には、充填材40が充填されている。
図5は、実施の形態4に係る光源装置の概略断面図である。図5に示す例の光源装置400は、光源ユニット30を複数備えている。ベース部材10は、前面側に設けられた凹部11と、その凹部の底面に設けられた非貫通の穴15と、の対を複数有するブロック状の部材である。光源ユニット30は、LEDである光源20と、その光源20の前方に位置する蛍光体板である光学部品25と、これらを保持する箱状の光源保持部材31と、で構成されている。また、光源保持部材31は、その後方端部の外面に曲面35を有する。そして、光源保持部材31は各々、凹部11に挿入され且つベース部材10の内部に収容されており、曲面35が穴15の開口端に当接した状態で、固定されている。また、光源保持部材31の外面とベース部材の凹部11の内面との間には、充填材40が充填されている。
図6は、実施の形態5に係る光源装置の概略斜視図である。図6に示す例の光源装置500は、実施の形態1と同様に、複数の光源ユニット30を備え、ベース部材10は凹部11と穴15の対を複数有し、光源保持部材31は各々ベース部材の凹部11に挿入され且つベース部材10の内部に収容されている。そして、本例において、2つの凹部11は互いに略垂直な向きに設けられている。また、穴15の向きは該穴が設けられた凹部11の向きと略同じである。これにより、その穴15の開口端に曲面35を当接させ、向きが調整された各光源保持部材31もまた、互いに略垂直な向きに設けられている。このようにすれば、各光源保持部材31を離して配置しやすく、各光源保持部材31から効果的に放熱させやすい。また、各光源保持部材31の向きを調整する治具を設置しやすく、光源保持部材31の向きを調整しやすい。さらに、図示する例では、互いに略垂直に設けられた2つの光源ユニット30の前方に、偏光ビームスプリッタが設けられており、各光源ユニット30から出射された光は、その偏光ビームスプリッタにより合波されて出射される。これにより、小型で高輝度ながら放熱性の比較的高い光源装置とすることができる。このようなことは、凹部11と穴15が略同じ向きであり、凹部11の少なくとも2つが略平行に向かい合って、つまり互いに略180度の角度をなす向きに設けられる場合にも適用可能である。また、光源20の発光波長が異なる場合には、ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーなどにより合波することができる。
ベース部材10は、光源ユニット30(上述の実施の形態では光源保持部材31)が固定される部材である。ベース部材10は、種々の形状を有するものでよく、ブロック状、板状、箱状、筒状、L字状、T字状などが挙げられる。ベース部材10は、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼(オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系)、鉄鋼材料(機械構造用炭素鋼、一般構造用圧延鋼)、スーパーインバー、コバールなどを用いることができる。特に、放熱性や固定精度の観点から、アルミニウム合金若しくは銅合金が好ましい。このほか、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ABS、ASA、PBTなどの樹脂材料を用いることができ、これらの樹脂材料に後述の充填材と同様の粒子が添加されたものを用いてもよい。また、ベース部材10の外面に、複数のフィンが形成されてもよいし、別途ヒートシンクが接着されてもよい。
光源ユニット30は、少なくとも、光源20と、光学部品25と、これらを保持する光源保持部材31と、により構成される。
光源20は、LD素子やLED素子、若しくは有機EL(Electro-Luminescence)素子などの発光素子、又はこのような発光素子がステム、リードフレーム、パッケージ、配線基板などに実装された発光装置のほか、ハロゲンランプ等のランプ光源などを用いることができる。特に、紫外光や短波長の可視光を発光可能な窒化物半導体(主として、一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)で表される)を用いた発光素子は、高精度、高分解能の光学系に好適な光源であるが、そのような高い性能を実現するために高精度の光学調整が必要であり、またその固定精度も重要であるため、本発明が特に効果を奏する。また、光源20を複数備える光源装置の場合、光源20の発光波長は、互いに略同じであってもよいし、例えば赤、緑、青など互いに異なっていてもよい。
光学部品25には、レンズ、ミラー、プリズム、光学フィルタ、拡散板などの光学素子のほか、これらの光学素子や透光性部材に蛍光物質を配合した波長変換部材、若しくはレーザロッドや波長変換用の非線形光学結晶などの光学結晶、若しくは光ファイバなどを、単体で若しくは組み合わせて用いることができる。なお、蛍光物質は、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)などを用いることができる。
光源保持部材31は、各種のホルダを用いることができる。光源保持部材31が光源20と光学部品25を保持することで、光源20と光学部品25の相対的な位置関係を維持しやすい。光源保持部材31は、筒状、箱状、ブロック状、板状など種々の形状を有してよいが、内部に光源20と光学部品25を保持し、光学部品25への入射光を光軸方向に透過させて出射可能な筒状若しくは箱状が好ましい。また、光源保持部材31の外面の断面形状は、ベース部材10と当接する曲面35を形成しやすい円形状であることが好ましい。なお、光源保持部材31への光源20及び光学部品25の固定は、その内面に光源20や光学部品25の位置決めをするための突起を設け、該突起に光源20や光学部品25を当接させ、接着剤の塗布などにより行うことができる。光源保持部材31は、前述のベース部材10と同様の材料を用いて構成することができる。
充填材40は、光源ユニット30(主として光源保持部材31)に接して設けられ、光源ユニット30からベース部材10若しくは外気への熱伝導を促進する部材である。充填材40は、充填する際には流動性を有するものが好ましく、充填された後は流動性を有するものでも、ゲル化若しくは固化したものでもよい。充填材40の一例としては、シリコングリス等の熱伝導性グリスが挙げられる。より具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などの母材中に、銀、銅、アルミニウムなどの金属、若しくは酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、グラファイトなどの無機物、の粒子を添加したものを用いることができる。また、非貫通の穴15に充填される放熱部材にも、これと同様のものを用いてもよい。
実施例1の光源装置は、図1に示す例の構造を有する、レーザ加工機用の光源である。ベース部材10は、直径7mmの円形開口で深さ10mmの凹部11と、その凹部の底面に設けられた直径6.3mmの円筒状の貫通穴15と、の対を4つ(2×2)有する、アルミニウム合金製のブロック状の部材である。なお、隣り合う凹部の中心間距離は10mmである。また、このベース部材10は、凹部11の前方に、前面視で全ての凹部11を包含する大きさの第2の光学部品(例えば集光用のレンズなど)を固定可能になっている。
30…光源ユニット(20…光源、25…光学部品、31…光源保持部材、35…曲面)
40…充填材
50…光源ユニットの向き調整具
100,200,300,400,500…光源装置
Claims (6)
- 凹部と該凹部に設けられた穴を有するベース部材と、
光源と該光源から光が入射される光学部品を保持し、前記凹部に挿入され、前記穴の開口端上で摺動可能な曲面を有する光源保持部材と、を備え、
前記ベース部材は、前記凹部と穴の対を複数有し、隣り合う2つの穴の前記開口端は互いに前後方向に変位して設けられており、
前記光源保持部材を複数備え、前記複数の光源保持部材は各々前記凹部に挿入され且つ前記ベース部材の内部に収容されていることを特徴とする光源装置。 - 前記光源保持部材は、該光源保持部材における前記曲面に近い側に、前記光源を保持している請求項1に記載の光源装置。
- 前記光源保持部材は、前記凹部内に充填された充填材を介して前記凹部の内面と接続されている請求項1又は2に記載の光源装置。
- 前記光源保持部材を複数備える光源装置であって、
前記ベース部材は前記凹部と穴の対を複数有し、前記穴の向きは該穴が設けられた凹部の向きと略同じであって、前記凹部の少なくとも2つは、互いに異なる向きに設けられており、
前記光源保持部材は各々前記凹部に挿入され且つ前記ベース部材の内部に収容されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記凹部の少なくとも2つは、該凹部の開口が互いに向かい合う方向に向けられている請求項4に記載の光源装置。
- 前記光源は半導体レーザ素子を含み、前記光学部品はコリメータレンズである請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光源装置。
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