WO2016125301A1 - レーザ装置 - Google Patents

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隼規 坂本
一郎 福士
章之 門谷
一馬 渡辺
直也 石垣
次郎 齊川
進吾 宇野
廣木　知之
東條　公資
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株式会社島津製作所
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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Definitions

  • the present invention relates to a laser apparatus used in a laser processing apparatus, a laser illumination apparatus, or the like.
  • a laser apparatus that bundles beams obtained from a plurality of laser diodes (LD) and obtains a high output is known.
  • the laser device described in Patent Document 1 is for a projector, and outputs a beam from a lens and projects it onto a space.
  • Optical parts such as laser diodes and lenses are arranged with mechanical accuracy.
  • ⁇ ⁇ ⁇ When a beam is concentrated on a minute spot, a beam with higher brightness is required.
  • a method is known in which beams emitted from a plurality of laser diodes are input to a fiber, the beams are shaped, and an output is obtained. For example, when a beam is input to a fiber having a core diameter of ⁇ 400 ⁇ m to obtain a high output, high accuracy is not required for adjusting the optical system.
  • the light source area In order to obtain a high-intensity laser beam that can irradiate a finer spot, the light source area must be reduced under the condition of constant light quantity. That is, in a laser emitted from a fiber, a high-intensity laser beam can be obtained by using a fiber having a small core diameter. At this time, in order to input a beam to a fiber having a small core diameter, an adjustment technique for optical components such as a laser diode and a lens is required.
  • a method of collimating the beam emitted from the laser diode and condensing it on the core is used.
  • a laser diode and a collimating lens are assembled as one unit, the position and orientation of the unit are finely adjusted, and the beam is guided to the core.
  • the position of the unit can be adjusted and the beam can be input to the core.
  • the number of laser diodes is increased, and when more laser diode beams are bundled, the deviation rate and the degree of deviation increase by the number of laser diodes, and the thermal resistance is reduced. It gets bigger.
  • the present invention provides a laser device capable of preventing a temperature increase and a decrease in efficiency of the laser diode when the laser diode current is increased by increasing the contact area between each unit and the heat sink.
  • a laser apparatus includes a plurality of laser diodes, a plurality of optical elements provided corresponding to the plurality of laser diodes, and a plurality of laser diodes.
  • a plurality of units each provided with a laser diode and an optical element fixed to each laser diode; a condensing unit for condensing beams emitted from the plurality of laser diodes onto a fiber; and the plurality of units Storage unit for storing the unit and the light collecting unit, and a heat dissipation unit for radiating heat of the plurality of units, and a thermal resistance value of a predetermined value or less between the heat dissipation unit and each unit.
  • a thermal resistance lowering element was provided or a thermal resistance lowering process was performed.
  • a thermal resistance lowering element having a thermal resistance value equal to or less than a predetermined value is provided between the heat radiating portion and each unit, or a thermal resistance lowering process is performed, so that the contact area between each unit and the heat sink is increased. Can be increased. As a result, it is possible to provide a laser device capable of preventing the temperature increase and efficiency reduction of the laser diode when the laser diode current is increased.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a unit including a collimating lens holder and an LD holder in a laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an optical system of a laser apparatus using a plurality of laser diodes according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram of a laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of Example 1 of the laser apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of Embodiment 2 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of Embodiment 3 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of Embodiment 4 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of Embodiment 5 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a unit 12 including a collimating lens holder 11-1 and an LD holder 10-1 in a laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an optical system of a laser apparatus using a plurality of laser diodes 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram of a laser apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the laser device is provided corresponding to the plurality of laser diodes 10, the plurality of collimating lenses 11 (corresponding to the optical element of the present invention) provided corresponding to the plurality of laser diodes 10, and the plurality of laser diodes 10.
  • a plurality of units 12 that are manufactured by fixing the laser diode 10 and the collimating lens 11, and a condensing lens 15 that condenses the beam emitted from the laser diode 10 onto the fiber 16
  • a holder 20 correspond to the accommodating part of the present invention for housing the plurality of units 12 and the condensing lens 15, and a heat radiating plate 21 for radiating the plurality of units 12 ( Corresponding to the heat dissipating part of the present invention).
  • the laser diode 10 is fixed to the LD holder 10-1, and the collimating lens 11 is fixed to the collimating lens holder 11-1. While confirming that the collimated beam is emitted from the LD holder 10-1 and the collimating lens holder 11-1 to a predetermined allowable range, the LD holder 10-1 and the collimating lens holder 11-1 are welded and fixed. By doing so, the unit 12 can be manufactured. By repeating the above process, a plurality of units 12 are produced.
  • the unit 12 is two examples.
  • the number of units 12 is not limited to two and may be three or more.
  • the units 12 a and 12 b are arranged at a predetermined distance from each other and are housed and fixed in the holder 20.
  • the holder 20 further accommodates two mirrors 14 and a condenser lens 15.
  • a fiber 16 including a core 17 and a clad 18 is disposed outside the holder 20 so as to face the condenser lens 15.
  • the traveling direction of the beam 13 a emitted from the unit 12 a is controlled by the mirror 14 and proceeds to the condenser lens 15 so as to be coupled to the core 17 of the fiber 16.
  • the beam from the unit 12 a and the beam from the unit 12 b are collected by the condenser lens 15, and the positions of the units 12 a and 12 b are adjusted so as to be coupled to the core 17.
  • the gap is fixed by laser welding.
  • the unit 12 is disposed in contact with one surface of the heat radiating plate 21, and the heat sink 22 formed in a bowl shape is disposed in contact with the other surface of the heat radiating plate 21.
  • the temperature rise of the entire laser system is suppressed.
  • the thermal resistance can be lowered by inserting a heat conductive sheet such as indium or silicon grease.
  • thermal resistance lowering element having a thermal resistance value of a predetermined value or less between the unit 12 and the heat radiating plate 21 or performing a thermal resistance lowering process, some of the contact area is increased and the thermal resistance is decreased. Examples will be described below by way of example.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of Example 1 of the laser apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • 4A is a configuration diagram before providing a thermal resistance lowering element
  • FIG. 4B is a configuration diagram after providing a spherical crown made of a thermal resistance lowering element.
  • the heat sink 21 is formed with a recess 21a and holes 22a and 22b, and the heat sink 21 is fixed in contact with the holder 20.
  • Units 12 a and 12 b are attached to the holder 20 by welding and fixing the laser diode holders 10-1 and 10-2 and the collimating lens holders 11-1 and 11-2.
  • the pins 10a and 10b of each laser diode 10 are inserted through the holes 22a and 22b.
  • the units 12 a and 12 b are inclined with respect to the heat sink 21, and a gap is formed between the units 12 a and 12 b and the heat sink 21.
  • spherical portions 12Ra and 12Rb having a radius of curvature r1 are formed at the front ends of the units 12a and 12b.
  • spherical crowns 13a and 13b made of an element (a material having a small thermal resistance) having a thermal resistance value of a predetermined value or less are formed. ing.
  • the crowns 13a and 13b are formed of a sphere having a radius of curvature r2. Further, the center of curvature O of the spherical surface portions 12Ra and 12Rb and the center of curvature of the spherical crowns 13a and 13b coincide with each other.
  • the heat sink 21 also has spherical recesses 23a and 23b whose curvature center position coincides with the curvature center position O.
  • the space height of the heat sink 21 is determined so that the length from the tips of the units 12a and 12b to the tops of the crowns 13a and 13b is equal to r1 + r2.
  • the sum of the radii of curvature of the spherical surface portions 12Ra, 12Rb, the spherical crowns 13a, 13b, and the hollow portions 23a, 23b is r1 + r2, and the length from the tip of the units 12a, 12b to the spherical crowns 13a, 13b. Since r1 + r2 becomes, the centers of the spheres coincide. For this reason, even if the units 12a and 12b are inclined with respect to the heat sink 21, the units 12a and 12b, the crowns 13a and 13b, and the heat sink 21 are always in maximum contact without depending on the inclination of the units 12a and 12b. Contact by area. Accordingly, the thermal resistance is reduced as compared with the case where the heat transfer member is inserted. As a result, it is possible to prevent the temperature increase and efficiency decrease of the laser diode when the laser diode current is increased.
  • the unit 12a, 12b can be easily positioned by making the tip of the unit 12a, 12b a convex part having a certain curvature and the concave part having a certain curvature on the receiving side of the holder 20.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of Embodiment 2 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5A is a configuration diagram before the thermal resistance reduction process is performed
  • FIG. 5B is a configuration diagram after the thermal resistance reduction process is performed.
  • the units 12 a and 12 b are inclined with respect to the heat sink 21, and a gap is formed between the units 12 a and 12 b and the heat sink 21.
  • the height information of these back surfaces is obtained using a three-dimensional height measuring device or the like.
  • 3D position information (x, y, z) is obtained.
  • the heat radiating plate 21 is cut to form the cutting portions 24a and 24b.
  • the lower ends of the units 12a and 12b are in contact with the cutting portions 24a and 24b. For this reason, the contact area of each unit 12a, 12b and the heat sink 21 can be increased. Since the lower surface (rear surface) of each unit 12a, 12b is made flat, it is more efficient to process the insertion angle of the cutting tool so that it is perpendicular to the rear surface of each unit 12a, 12b. .
  • NC Genetic Control
  • the heat sink 21 is NC processed, but instead, the units 12a and 12b may be NC processed.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of Embodiment 3 of the laser apparatus according to the present invention.
  • the laser device of the third embodiment after the units 12a and 12b are fixed to the holder 20 by welding, the height information of these back surfaces (reverse to the light emission direction) is obtained by using a three-dimensional height measuring device or the like. Original position information (x, y, z) is obtained.
  • the metal 14a and 14b are layered and formed on the heat sink 21 by a three-dimensional printer. For this reason, the contact area of each unit 12a, 12b and the heat sink 21 can be increased.
  • the metal used for the layered manufacturing is a metal material that has a thermal resistance equivalent to that of the heat sink 21 and is firmly connected.
  • the heat sink 21 is a metal material having high thermal conductivity, such as copper or aluminum.
  • each of 12a and 12b may be additively processed.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of Embodiment 4 of the laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7A is a configuration diagram before the thermal resistance reduction process is performed
  • FIG. 7B is a configuration diagram after the thermal resistance reduction process is performed.
  • the height information of these back surfaces is obtained by using a three-dimensional height measuring device or the like to obtain three-dimensional position information (x, y, z).
  • ablation processing is performed on the heat radiating plate 21 using a laser processing device based on the position information of the height z.
  • Ablation processing refers to laser processing by irradiating the heat radiation plate 21 with a pulse laser to release a solid constituent material.
  • the ablation process parts 25a and 25b are formed in the heat sink 21 by the ablation process. Since the back surfaces of the units 12a and 12b are in contact with the ablation portions 25a and 25b, the contact area between the units 12a and 12b and the heat sink 21 can be increased.
  • Example 4 the heat sink 21 was ablated, but the same effect can be obtained by ablating each of the units 12a and 12b instead.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of Embodiment 5 of the laser apparatus according to the present invention.
  • the units 12 a and 12 b are fixed to the holder 20 by welding.
  • a fine groove is provided in advance on the surface with which the heat sink 21 comes into contact.
  • the groove portion is a structure for improving the flow of solder by utilizing a capillary phenomenon such as a V-shaped groove, and can improve the wettability and adhesion of the solder 15a and 15b to the heat sink 21.
  • Solder 15a, 15b is applied to the entire surface of the heat sink 21 or the surface in a range where it contacts the units 12a, 12b. By forming the groove, the solder 15a, 15b can be easily flowed between the heat sink 21 and the units 12a, 12b.
  • the heat sink 21 and the units 12a and 12b are brought into contact with the solder 15a and 15b and heated to solder the heat sink 21 and the units 12a and 12b. Thereby, the contact area of each unit 12a, 12b and the heat sink 21 can be increased.
  • the process becomes simple.
  • the present invention is applicable to high-power laser devices such as laser processing devices and laser illumination devices.

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Abstract

　レーザ装置は、複数のレーザダイオード、複数のレーザダイオードと対応して設けられた複数の光学素子、複数のレーザダイオードに対応して設けられ、各レーザダイオード毎にレーザダイオードと光学素子とを固定して作製される複数のユニット１２ａ，１２ｂ、複数のレーザダイオードから出射されるビームをファイバに集光させる集光部と、複数のユニットと集光部とを収納する収納部２０、複数のユニットの放熱を行うための放熱部２１を備える。放熱部と各ユニットとの間に、熱抵抗値が所定値以下の熱抵抗低下素子１３ａ，１３ｂを設けるか、又は熱抵抗低下処理を施した。

Description

レーザ装置
　本発明は、レーザ加工装置、レーザ照明装置等に用いられるレーザ装置に関する。
　複数のレーザダイオード（ＬＤ）から得られるビームをバンドルし、高出力を得るレーザ装置が知られている。特許文献１に記載されたレーザ装置は、プロジェクタ向けであり、ビームをレンズから出力し空間に投影している。レーザダイオードやレンズ等の光学部品を機械精度によって配置していた。
　微小スポットにビームを集中させる場合は、より高輝度なビームが必要となる。複数のレーザダイオードから出射されたビームをファイバに入力し、ビームを整形し、出力を得る方法が知られている。例えばコア径Φ４００μｍのファイバにビームを入力して高出力を得る場合、光学系の調整には高い精度が要求されなかった。
　より微小なスポットに照射可能な高輝度レーザビームを得る場合には、光量一定の条件においては、光源面積を小さくしなければならない。つまり、ファイバから出射されるレーザにおいては、コア径の小さなファイバを利用すれば、高輝度レーザビームが得られる。このとき、コア径の小さなファイバにビームを入力するためには、レーザダイオードやレンズ等の光学部品の調整技術が必要となる。
　ここで、コア径の小さな、例えばΦ５０、１００μｍのファイバに複数のビームを入力し、高輝度でかつ高出力ビームを得る場合を考える。このとき、ある程度の精度で位置決めを行った場合には、ファイバのコアにビームを入力することは難しい。コアに入力されずクラッドに入力されたビームは、クラッド中を伝搬し出射されることにより、ビームの品質が悪化し、伝送損失が増大する。また、クラッドにも入力されなかったビームは、ファイバを伝搬しない。これらの影響により、ビームの品質、結合効率が悪化し、ロスが大きくなる。
　また、高出力ビームを得る場合に、複数のビームを一つのファイバに入力するためには、レーザダイオードから出射されたビームをコリメートし、コアに集光する方法が用いられる。この方法としては、レーザダイオード及びコリメートレンズを１つのユニットとして組み立て、そのユニットの位置、向きを微調整し、ビームをコアに導光する。このとき、コアへのガイド用光学素子の位置を機械加工精度で決めて固定した後、ユニットの位置を調整し、ビームをコアに入力することができる。
　また、高出力レーザビームを得る場合には、レーザダイオードの放熱が重要である。レーザダイオードの温度が上昇すると、光出力が低下し、寿命も低下する。このため、レーザダイオードの放熱を促進するためにレーザダイオードの背面に熱伝導率の大きな放熱板を取り付けている。
特開２０１３－１９６９４６号公報 特開２００７－１７９２５号公報
　しかしながら、ユニット毎の位置、向きを調整する場合、各材料の寸法公差、幾何公差、ファイバやレンズの位置、角度のズレ、溶接時の収縮によるズレ等が積み重なったため、各ユニットの背面（光出射面の反対側）は、ホルダ（ユニットや集光レンズ、ファイバの保持部材）と放熱板の面に対して、完全に平行とはならず、若干傾く傾向にあった。
　このため、各ユニット背面の傾きによって、ユニット背面と放熱板間に隙間が発生する。従って、各ユニットと放熱板との接触面積が小さくなり、熱抵抗が増加する。
　なお、放熱板とヒートシンクの冷却能力が十分に条件において、熱抵抗を減らすために絶縁伝熱材料を挿入する等の対処策が取られても、一般的な絶縁伝熱材料は金属よりも熱抵抗が大きいため、レーザダイオードを十分に放熱することができない。このため、レーザダイオード電流を上昇させると、熱抵抗が小さい時と比較して温度が上昇し、所定の光出力を得るために必要なレーザダイオード電流が増加してしまう。熱抵抗が小さい時よりもレーザダイオード電流の増加による効率の低下が大きく、想定の出力が得られない。
　さらに、高出力ビームを得るために、レーザダイオードの個数を増加し、さらに多くのレーザダイオードビームをバンドルする時においては、レーザダイオードの数だけズレ発生率、ズレの度合いが大きくなり、熱抵抗が大きくなってしまう。
　本発明は、各ユニットと放熱板との接触面積を増大させることにより、レーザダイオード電流を上昇させた時のレーザダイオードの温度上昇及び効率低下を防止することができるレーザ装置を提供する。
　上記の課題を解決するために、本発明に係るレーザ装置は、複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードと対応して設けられた複数の光学素子と、前記複数のレーザダイオードに対応して設けられ、各レーザダイオード毎に、レーザダイオードと光学素子とを固定して作製される複数のユニットと、前記複数のレーザダイオードから出射されるビームをファイバに集光させる集光部と、前記複数のユニットと前記集光部とを収納する収納部と、前記複数のユニットの放熱を行うための放熱部とを備え、前記放熱部と各ユニットとの間に、熱抵抗値が所定値以下の熱抵抗低下素子を設けるか、又は熱抵抗低下処理を施した。
　本発明によれば、放熱部と各ユニットとの間に、熱抵抗値が所定値以下の熱抵抗低下素子を設け又は熱抵抗低下処理を施したので、各ユニットと放熱板との接触面積を増大させることができる。これによって、レーザダイオード電流を上昇させた時のレーザダイオードの温度上昇及び効率低下を防止することができるレーザ装置を提供することができる。
図１は本発明の実施形態に係るレーザ装置においてコリメートレンズホルダとＬＤホルダからなるユニットの構成を示す図である。 図２は本発明の実施形態に係る複数のレーザダイオードを使用したレーザ装置の光学系を示す図である。 図３は本発明の実施形態に係るレーザ装置の全体構成図である。 図４は本発明の実施形態に係るレーザ装置の実施例１の構成図である。 図５は本発明に係るレーザ装置の実施例２の構成図である。 図６は本発明に係るレーザ装置の実施例３の構成図である。 図７は本発明に係るレーザ装置の実施例４の構成図である。 図８は本発明に係るレーザ装置の実施例５の構成図である。
　以下、本発明の実施形態に係るレーザ装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るレーザ装置においてコリメートレンズホルダ１１－１とＬＤホルダ１０－１からなるユニット１２の構成を示す図である。図２は本発明の実施形態に係る複数のレーザダイオード１０を使用したレーザ装置の光学系を示す図である。図３は本発明の実施形態に係るレーザ装置の全体構成図である。
　レーザ装置は、複数のレーザダイオード１０と、複数のレーザダイオード１０と対応して設けられた複数のコリメートレンズ１１（本発明の光学素子に対応）と、複数のレーザダイオード１０に対応して設けられ、各レーザダイオード１０毎に、レーザダイオード１０とコリメートレンズ１１とを固定して作製される複数のユニット１２と、レーザダイオード１０から出射されるビームをファイバ１６に集光させる集光レンズ１５（本発明の集光部に対応）と、複数のユニット１２と集光レンズ１５とを収納するホルダ２０（本発明の収納部に対応）と、複数のユニット１２の放熱を行うための放熱板２１（本発明の放熱部に対応）を備えている。
　レーザダイオード１０は、図１に示すように、ＬＤホルダ１０－１に固定され、コリメートレンズ１１は、コリメートレンズホルダ１１－１に固定される。ＬＤホルダ１０－１とコリメートレンズホルダ１１－１とからコリメートビームが予め決めた許容範囲に出射されるように確認しながら、ＬＤホルダ１０－１とコリメートレンズホルダ１１－１とを溶接して固定することにより、ユニット１２を作製することができる。以上の処理を繰り返すことにより、複数のユニット１２を作製する。
　図２では、ユニット１２が２つの例である。ユニット１２の数は、２つに限定されることなく、３つ以上でも良い。図２に示すように、ユニット１２ａ，１２ｂは、互いに所定距離離間して配置され、ホルダ２０に収納固定されている。ホルダ２０は、さらに、２つのミラー１４、集光レンズ１５を収納している。また、ホルダ２０の外部には、集光レンズ１５に対向してコア１７とクラッド１８とからなるファイバ１６が配置されている。
　図２に示すように、ユニット１２ａから出射されたビーム１３ａは、ミラー１４により進行方向を制御され、ファイバ１６のコア１７に結合するように集光レンズ１５に進行する。ユニット１２ａからのビームとユニット１２ｂからのビームとが集光レンズ１５により集光されて、コア１７に結合するようにユニット１２ａとユニット１２ｂとの位置を調整し、各ユニット１２ａ，１２ｂ及びホルダ２０間をレーザ溶接して固定する。
　図３において、放熱板２１の一方の面には、ユニット１２が接触して配置され、放熱板２１の他方の面には、襞状に形成されたヒートシンク２２が接触して配置されている。
　まず、ユニット１２とホルダ２０との位置関係が理想的である場合について説明する。図３に示すように、ユニット１２と放熱板２１との接触面積が大きい場合には、熱抵抗が小さくなる。放熱板２１には、レーザダイオード１０のケーブルが配線されており、ユニット１２と放熱板２１との接触面積が減少しないように配置される。ユニット１２ａ，１２ｂで発生した熱は、放熱板２１を介してヒートシンク２２に伝達され、ヒートシンク２２により放熱される。
　従って、レーザ装置の系全体の温度上昇が抑制される。ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との間でわずかに隙間が発生する場合もある。しかし、インジウム等の熱伝導シート、シリコングリス等を挿入することで、熱抵抗を低下させることができる。
　次に、ユニット１２とホルダ２０との位置関係にずれが生じた場合には、ユニット１２ａとホルダ２０間の最短距離と、ユニット１２ｂとホルダ２０間の最短距離とは、等しくなくなるため、空隙が発生する。このとき、ユニット１２と放熱板２１との接触面積が小さくなり、熱抵抗が大きくなる。
　そこで、ユニット１２と放熱板２１との間に、熱抵抗値が所定値以下の熱抵抗低下素子を設け又は熱抵抗低下処理を施すことにより、接触面積を大きくして熱抵抗を小さくする幾つかの実施例を以下に例示して説明する。
　（実施例１）
　図４は本発明に係る実施形態に係るレーザ装置の実施例１の構成図である。図４（ａ）は、熱抵抗低下素子を設ける前の構成図、図４（ｂ）は、熱抵抗低下素子からなる球冠を設けた後の構成図である。
　図４（ａ）において、放熱板２１には、凹部２１ａと孔部２２ａ，２２ｂが形成され、放熱板２１は、ホルダ２０に接触して固定されている。ホルダ２０には、レーザダイオードホルダ１０－１，１０－２とコリメートレンズホルダ１１－１，１１－２とを溶接固定したユニット１２ａ，１２ｂが取り付けられている。各レーザダイオード１０のピン１０ａ，１０ｂは、孔部２２ａ，２２ｂに挿通されている。ユニット１２ａ，１２ｂは、放熱板２１に対して傾いており、ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との間に隙間が形成されている。また、ユニット１２ａ，１２ｂの先端部には、曲率半径ｒ１の球面部１２Ｒａ，１２Ｒｂが形成されている。
　次に、図４（ｂ）において、ユニット１２ａ，１２ｂの光出射方向の反対側には、熱抵抗値が所定値以下の素子（熱抵抗の小さな素材）からなる球冠１３ａ，１３ｂが形成されている。この球冠１３ａ，１３ｂは、曲率半径ｒ２の球体からなる。また、球面部１２Ｒａ，１２Ｒｂの曲率中心位置Ｏと球冠１３ａ，１３ｂの曲率中心位置とは一致している。放熱板２１にも、曲率中心位置が曲率中心位置Ｏと一致する球状の窪み部２３ａ，２３ｂが形成されている。
　ユニット１２ａ，１２ｂの先端から球冠１３ａ，１３ｂの頂部までの長さは、ｒ１＋ｒ２に等しくなるように、放熱板２１のスペース高さを決めておく。
　以上の構成によれば、球面部１２Ｒａ，１２Ｒｂと球冠１３ａ，１３ｂと窪み部２３ａ，２３ｂとの曲率半径の和がｒ１＋ｒ２で、ユニット１２ａ，１２ｂの先端から球冠１３ａ，１３ｂまでの長さがｒ１＋ｒ２となることから、球の中心が一致する。このため、ユニット１２ａ，１２ｂが放熱板２１に対して傾いても、ユニット１２ａ，１２ｂの傾きに依存せずに、ユニット１２ａ，１２ｂと球冠１３ａ，１３ｂと放熱板２１とが常に最大の接触面積で接触する。従って、伝熱部材を挿入した場合に比べて、熱抵抗が低下する。これによって、レーザダイオード電流を上昇させた時のレーザダイオードの温度上昇及び効率低下を防止することができる。
　また、ユニット１２ａ，１２ｂの先端部をある曲率の凸部とし、ホルダ２０の受け側もある曲率の凹部とすることで、ユニット１２ａ，１２ｂの位置合わせが簡単になる。
　（実施例２）
　図５は本発明に係るレーザ装置の実施例２の構成図である。図５（ａ）は、熱抵抗低下処理を施す前の構成図、図５（ｂ）は、熱抵抗低下処理を施した後の構成図である。
　図５（ａ）に示すように、ユニット１２ａ，１２ｂは、放熱板２１に対して傾き、ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との間に隙間が形成されている。
　図５（ｂ）に示すように、ユニット１２ａ，１２ｂをホルダ２０に溶接固定した後に、これらの背面（光出射方向の逆）の高さ情報を、三次元高さ測定装置等を利用して、三次元位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。
　次に、高さｚの位置情報に基づき、放熱板２１を切削加工して切削部２４ａ，２４ｂを形成する。この切削部２４ａ，２４ｂにユニット１２ａ，１２ｂの下端が接触する。このため、各ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との接触面積を増大させることができる。各ユニット１２ａ，１２ｂの下面（背面）は、平らになるように作製されているため、切削工具の挿入角度を各ユニット１２ａ，１２ｂの背面の垂線方向になるように加工すると、効率が良くなる。
　また、切削加工時には、ＮＣ（Numerical control）加工を用いると、作業性が向上する。なお、ＮＣ加工では、三次元位置情報を必要とするので、本実施例との親和性が高い。
　また、実施例２では、放熱板２１をＮＣ加工したが、これに代えて、各ユニット１２ａ，１２ｂをＮＣ加工しても良い。
　（実施例３）
　図６は本発明に係るレーザ装置の実施例３の構成図である。実施例３のレーザ装置では、ユニット１２ａ，１２ｂをホルダ２０に溶接固定した後に、これらの背面（光出射方向の逆）の高さ情報を、三次元高さ測定装置等を利用して、三次元位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。
　次に、高さｚの位置情報に基づき、三次元プリンタにより放熱板２１上に金属１４ａ，１４ｂを積層造形する。このため、各ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との接触面積を増大させることができる。積層造形に使用される金属は、放熱板２１と同等の熱抵抗を有し、強固に接続される金属材料を用いる。放熱板２１は、熱伝導率の高い金属素材、例えば、銅、アルミニウム等である。
　また、実施例３では、放熱板２１を積層造形加工したが、これに代えて、各１２ａ，１２ｂを積層造形加工しても良い。
　（実施例４）
　図７は本発明に係るレーザ装置の実施例４の構成図である。図７（ａ）は、熱抵抗低下処理を施す前の構成図、図７（ｂ）は、熱抵抗低下処理を施した後の構成図である。
　ユニット１２ａ，１２ｂをホルダ２０に溶接固定した後に、これらの背面（光出射方向の逆）の高さ情報を、三次元高さ測定装置等を利用して、三次元位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。
　次に、高さｚの位置情報に基づき、レーザ加工装置を用いて、放熱板２１に対してアブレーション加工を行う。アブレーション加工とは、パルスレーザを放熱板２１に照射して、固体構成物質を放出させることで、レーザ加工することをいう。
　アブレーション加工により、放熱板２１にはアブレーション加工部２５ａ，２５ｂが形成される。このアブレーション加工部２５ａ，２５ｂにユニット１２ａ，１２ｂの背面が接触するので、各ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との接触面積を増大させることができる。
　また、実施例４では、放熱板２１をアブレーション加工したが、これに代えて、各ユニット１２ａ，１２ｂをアブレーション加工しても同様な効果が得られる。
　（実施例５）
　図８は本発明に係るレーザ装置の実施例５の構成図である。図８に示すように、ユニット１２ａ，１２ｂをホルダ２０に溶接固定する。放熱板２１の接触する表面には、予め微細な溝部を設けておく。溝部は、Ｖ字状の溝等の毛細管現象を利用し半田の流れを良くするための構造であり、半田１５ａ，１５ｂの放熱板２１への濡れ性、接着性を高めることができる。
　放熱板２１の表面全体又は各ユニット１２ａ，１２ｂと接触する範囲にある表面に半田１５ａ，１５ｂを塗布する。溝部を形成することにより、半田１５ａ，１５ｂが放熱板２１と各ユニット１２ａ，１２ｂとの間に流れやすくさせることができる。
　半田１５ａ，１５ｂにより放熱板２１と各ユニット１２ａ，１２ｂとを接触させて加熱して、放熱板２１と各ユニット１２ａ，１２ｂとを半田接合する。これにより、各ユニット１２ａ，１２ｂと放熱板２１との接触面積を増大させることができる。
　このとき、各ユニット１２ａ，１２ｂ内のレーザダイオード１０の温度が絶対最大定格温度（例えば８０℃）を超えないようにレーザダイオード１０を選択冷却することが望ましい。また、半田１５ａ，１５ｂとしては、低融点半田等を用いると、プロセスが簡単になる。
　本発明は、レーザ加工装置、レーザ照明装置等の高出力レーザ装置に適用可能である。

Claims (7)

  1. 　複数のレーザダイオードと、
    　前記複数のレーザダイオードと対応して設けられた複数の光学素子と、
    　前記複数のレーザダイオードに対応して設けられ、各レーザダイオード毎に、レーザダイオードと光学素子とを固定して作製される複数のユニットと、
    　前記複数のレーザダイオードから出射されるビームをファイバに集光させる集光部と、
    　前記複数のユニットと前記集光部とを収納する収納部と、
    　前記複数のユニットの放熱を行うための放熱部とを備え、
    　前記放熱部と各ユニットとの間に、熱抵抗値が所定値以下の熱抵抗低下素子を設けるか、又は熱抵抗低下処理を施したレーザ装置。
  2. 　前記熱抵抗低下素子は、各ユニットの光出射方向の反対側に形成され曲率中心位置が各ユニットの曲率中心位置と一致する球冠からなり、前記放熱部には、曲率中心位置が各ユニットの曲率中心位置と一致する球状の窪み部が形成されている請求項１記載のレーザ装置。
  3. 　前記熱抵抗低下処理は、前記放熱部又は各ユニットに対して切削加工処理を施す請求項１記載のレーザ装置。
  4. 　前記熱抵抗低下処理は、前記放熱部又は各ユニット上に積層造形技術を用いて付加加工処理を施す請求項１記載のレーザ装置。
  5. 　前記熱抵抗低下処理は、前記放熱部又は各ユニットに対してアブレーション加工処理を施す請求項１記載のレーザ装置。
  6. 　前記熱抵抗低下素子は、前記放熱部と各ユニットとの間を半田接合する半田からなる請求項１記載のレーザ装置。
  7. 　各ユニットを自然冷却又は強制冷却する冷却部を備える請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のレーザ装置。
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