(57)【要約】【課題】除湿しなくても、露点温度が高い環境下にあっても、発熱部を本来維持したい冷却温度に維持しながら、結露防止対象部への結露を防止できるレーザ装置の提供。【解決手段】レーザ装置１は、受熱冷却部１１の冷却能力を制御する冷却能力制御手段６と、発熱部９を含む結露防止対象部１３を包囲し、発熱部９の温度上昇に連動して筐体２内の最高露点温度より高温の包囲部材平衡温度になる包囲部材１４と、包囲部材１４の温度を検出する温度検出手段１５とを備え、制御部７は、レーザ電源部４に電流出力指令を出力している間、包囲部材温度を、予め包囲部材平衡温度より低温に設定された切換温度と比較し、切換温度より低い時は、受熱冷却部１１の冷却能力が低水準となるように冷却能力制御手段６を制御し、切換温度以上である時は、受熱冷却部１１の冷却能力が標準水準あるいは標準水準より高水準となるように冷却能力制御手段６を制御する。【選択図】図１
2019071320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体を備えると共に、前記筐体の内部に、少なくとも一つ以上のレーザ発振器と、前記レーザ発振器に電流を供給する一つ以上のレーザ電源部とを有し、
前記レーザ発振器は、レーザ発振のために発熱する一つ以上の発熱部と、少なくとも前記発熱部を含む結露防止対象部に熱的に接続し、前記結露防止対象部を冷却するための冷却水を流す冷却水流路を有する一つ以上の受熱冷却部と、前記冷却水流路に冷却水を流すための冷却水配管系が接続されたレーザ装置であって、
更に、前記冷却水配管系を流れる冷却水によって前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を制御するための一つ以上の冷却能力制御手段と、
少なくとも前記冷却能力制御手段及び前記レーザ電源部を制御する制御部と、
前記結露防止対象部に近接して前記結露防止対象部を包囲する包囲部材と、
前記包囲部材の所定部位の温度を検出し、その検出結果として包囲部材温度を前記制御部に出力する少なくとも一つ以上の温度検出手段と、を備え、
前記包囲部材は、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が、標準光出力のレーザ光を出射し、前記冷却能力制御手段によって前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が標準水準に制御されている標準駆動条件で駆動されて実質的に平衡状態に達した状態において、前記発熱部の温度上昇に連動して、前記筐体の内部の空気に対して想定される最高露点温度より高温の包囲部材平衡温度になるように構成され、
前記制御部は、前記レーザ電源部に電流出力指令を出力している間、前記温度検出手段によって検出された前記包囲部材温度を、予め前記包囲部材平衡温度より低温に設定された切換温度と比較し、前記包囲部材温度が前記切換温度より低い時は、前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が前記標準水準より低い低水準となるように前記冷却能力制御手段を制御し、前記包囲部材温度が前記切換温度以上である時は、前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が前記標準水準あるいは前記標準水準より高水準となるように前記冷却能力制御手段を制御する、レーザ装置。
【請求項２】
更に、前記筐体の内部の空気の露点温度を検出するための一つ以上の露点温度検出手段を備え、
前記露点温度検出手段によって検出された前記筐体の内部の空気の露点温度を筐体内露点温度としたとき、前記切換温度が、（切換温度）＝（筐体内露点温度）＋（所定温度）に設定されている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記最高露点温度が、前記レーザ装置の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出される前記レーザ装置の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度に設定されている、請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
更に、前記筐体の内部の空気の露点温度が、前記周囲上限露点温度より高くなった場合に、前記制御部の制御によって、前記レーザ装置の設置環境が前記設置条件仕様の範囲から逸脱していることを視覚的又は聴覚的に通知する通知手段を備える、請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記温度検出手段が設置される前記所定部位が、前記包囲部材における空気に接している表面あるいは表面の近傍の部位であって、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が前記平衡状態に達した状態において、前記包囲部材の突起部分を除いて最も温度の低い部位、あるいは最も温度の低い部位の温度に近い温度を示す部位に設定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記包囲部材に熱的に接続した補助加熱手段を備え、
前記制御部は、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が前記平衡状態に達した状態において、前記温度検出手段によって検出される前記包囲部材温度が前記最高露点温度より高温になるように、前記補助加熱手段の発熱量を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記レーザ発振器は、少なくとも一つ以上のＬＤモジュールを発光源あるいは励起光源とするレーザ発振器であり、
少なくとも一つ以上の前記発熱部は、前記ＬＤモジュールの構成要素の一つであるレーザダイオードチップであり、
前記包囲部材は、前記ＬＤモジュールの構成要素の一つであるパッケージであり、
前記パッケージの内部に、少なくとも一つ以上の前記レーザダイオードチップが設置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記受熱冷却部は、内部又は表面に前記冷却水流路が設けられた冷却板であり、
少なくとも一つ以上の前記ＬＤモジュールが、前記冷却板に熱的に接続して配置されている、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記冷却板に複数の前記ＬＤモジュールが配置されており、少なくとも、前記冷却板の前記冷却水流路に冷却水を流した時に最も上流側に近い位置に配置された前記ＬＤモジュールの前記パッケージの表面あるいは表面近傍に、前記温度検出手段が設置されている、請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記冷却能力制御手段は、冷却水の流路を開閉する開閉弁及び／又は冷却水の流路の流量を調整する流量調整弁を有し、
前記冷却能力制御手段の冷却能力の制御は、前記開閉弁又は前記流量調整弁による冷却水の給水・非給水又は流量の制御である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記冷却水流路に冷却水を流すことによって前記筐体の内部に発生した結露水を、外部に排水する排水機構を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記筐体の内部において、冷却水によって冷却される部位の少なくとも一ヶ所以上の表面に、断熱材が配置されている、請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記筐体の内部で結露が発生する部分に、結露による腐食を抑制するために防錆処理が施されている、あるいは、前記筐体の内部で結露が発生する部分の材質が防錆材である、請求項１１又は１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
複数の前記発熱部にそれぞれ熱的に接続した複数の前記受熱冷却部と、
複数の前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を独立して制御するための複数の前記冷却能力制御手段と、
複数の前記発熱部を含む前記結露防止対象部に近接して、それぞれの前記結露防止対象部を包囲する複数の前記包囲部材と、
複数の前記包囲部材の前記所定部位の温度を検出する複数の前記温度検出手段と、を備え、
前記制御部は、それぞれの前記温度検出手段の検出結果に応じて、対応する前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を制御する前記冷却能力制御手段をそれぞれ個別に制御する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
複数の前記レーザ発振器を備え、
それぞれの前記レーザ発振器におけるレーザ発振のために発熱する複数の前記発熱部にそれぞれ熱的に接続した複数の前記受熱冷却部と、
複数の前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を一括して制御するための前記冷却能力制御手段と、
複数の前記発熱部を含む前記結露防止対象部に近接して、それぞれの前記結露防止対象部を包囲する複数の前記包囲部材と、
複数の前記包囲部材の前記所定部位の温度を検出する複数の前記温度検出手段を備え、
前記制御部は、それぞれの前記温度検出手段の検出結果が同一温度になるように、対応する前記レーザ電源部から前記レーザ発振器に供給する電流を制御する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結露防止機能を備えたレーザ装置に関する。詳しくは、発熱量の大きい高出力レーザでは最も一般的な冷却方法である水冷式のレーザ装置に関し、水冷式レーザ装置で問題となる被冷却部における結露を防止する機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工等に使用される高出力レーザ装置では、レーザ発振器等の発熱部品の発熱による当該発熱部品の温度上昇を抑えるため、発熱部品を水冷する場合が多い。しかし、レーザ装置の庫内露点温度が冷却水の温度より高い場合、結露が発生し、発熱部品や発熱部品と共に冷却される部品において漏電や腐食による損傷が発生する恐れがある。このため、従来は盤用クーラー等によって庫内の除湿を行ってきた。ところが、盤用クーラーの使用には、コストがかかる、大きなスペースを要する、盤用クーラーの信頼性にレーザ装置の信頼性が左右される等の問題がある。
【０００３】
また、結露する可能性があると判断された場合は、冷却水の流量を減少させるという方法もある。しかし、当然のことながら、レーザ発振器等の発熱部品の温度が標準的な温度より上昇するので、寿命消費が加速され、寿命や信頼性への悪影響は避けられない。
【０００４】
冷却によって発生する可能性のある結露を防止することは普遍的な課題であり、従来から多くの技術が提案されている。例えば、特許文献１には、半導体レーザと、半導体レーザを冷却する冷却手段と、半導体レーザの雰囲気温度を検出する温度検出手段と、半導体レーザの雰囲気湿度を検出する湿度検出手段と、湿度に対する水の露点温度特性を記憶しているメモリと、制御手段とを備え、上記制御手段は、湿度検出手段の検出湿度に基づいて、上記メモリを参照して露点温度を算出し、温度検出手段の検出温度がこの露点温度よりも高くなるように冷却手段を制御することを特徴とする半導体レーザ装置が開示されている。
この技術では、半導体レーザの温度が露点温度より高くなるように冷却手段が制御されるので、露点温度が高い場合は半導体レーザの温度が上がることになる。従って、結露を避けると半導体レーザの寿命消費が加速されるという前述の問題は解決されない。
【０００５】
特許文献２には、半導体レーザに供給する注入電流を制御すると共に前記半導体レーザを温度制御して当該半導体レーザから出力されるレーザ光の波長を安定化させる波長安定化光源に備えられ、前記半導体レーザにおける結露発生の要因となる環境情報を収集する手段と、この手段で収集された環境情報に基づいて前記半導体レーザを監視し、結露の可能性が生じた場合に当該半導体レーザに対する温度制御を停止させる結露判断手段とを具備したことを特徴とする結露防止装置が開示されている。
やはり、この技術も、結露の可能性が生じた場合に当該半導体レーザに対する温度制御を停止させているので、露点温度が高い環境下では半導体レーザの冷却が不充分になり、半導体レーザの寿命消費が加速されるという問題は解決されない。
【０００６】
特許文献３には、複数個の固体発光素子を搭載した実装基板と、前記実装基板で発生した熱を冷却させる冷却流水路と、前記冷却流水路に流入させる冷却水の入水量または入水温を調整する調整手段と、前記実装基板の温度を検出するための第１の検出手段と、前記実装基板の周囲気体の温度、湿度、気圧の少なくとも１つを検出するための第２の検出手段と、前記調整手段の調整を制御する制御ユニットと、が透光性容器内に配置された光源装置であって、前記制御ユニットは、予め保持された冷却制御基準値と前記第１および第２の検出手段による検出結果を比較判定し、前記調整手段による冷却水を調整することを特徴とする光源装置が開示されている。
この装置は、結露を防ぐために、基板温度と基板の周囲気体の湿度等を検出して、冷却水の入水量または入水温を調整している。しかし、やはり、この技術も、基板の周囲気体の湿度が高い場合は、冷却水の入水量を減らす等の方法で基板の温度を上げているため、固体発光素子の寿命消費が加速されるという問題は解決されない。
【０００７】
特許文献４には、光源を含む複数の電子部品、これら電子部品に対して駆動電流を供給する主電源、および前記光源に対するスタート釦を備えた電子機器に用いる光安定化装置であって、前記光源に対して加熱電流を供給し、前記光源を非発光状態で自己発熱させる加熱電源と、前記主電源が投入された後、前記複数の電子部品のうちで最初に前記光源に対して加熱電流を供給し、前記光源の温度を露点温度よりも高くすると共に、前記スタート釦が押下されたときには、駆動電流を供給して前記光源を発光させるよう制御する制御部を備えた光安定化装置が開示されている。
この文献は、光源への結露を防ぐために、光源を発光させる前に加熱電流を流して光源の温度を露点温度より上げることを開示するだけであり、光源を冷却する技術には言及していない。従って、この技術は、露点温度が高い場合、結露を防ぐために光源の温度を上げることになり、光源の寿命消費が加速されるという問題を解決する技術ではない。
【０００８】
特許文献５には、植物に対して光を照射する照明装置であって、光源を有する光源ユニットと、内部に冷媒を通す冷却部を有し、該冷却部内に冷媒を供給することで上記光源ユニットとの間で熱交換を行い、上記光源の冷却を行う冷却ユニットと、上記光源ユニットの温度を測定する温度センサと、上記温度センサが測定した温度に基づいて上記冷媒の供給を開始したり停止したりする冷媒流通制御部と、を備えていることを特徴とする照明装置が開示されている。
この文献は、冷媒流通制御部には上限温度および下限温度が設定されており、上記温度センサが上記上限温度よりも高い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を開始し、上記温度センサが上記下限温度よりも低い温度を検出したときに、上記冷媒の供給を停止することや、空間内の露点温度を上記下限温度として設定することにも言及している。しかし、この技術も、露点温度が高いと、光源ユニットの温度が高くでも冷媒の供給を停止することになるので、露点温度が高い場合には光源の寿命消費が加速されるという問題は解決されない。
【０００９】
特許文献６には、被写体の放射線画像情報を検出する放射線画像情報検出器と、前記放射線画像情報検出器を収容する筐体と、前記筐体の外部の温度を検出する温度検出器と、前記筐体の外部の湿度を検出する湿度検出器と、前記筐体の内部の温度を調整する温度調整手段と、前記温度検出器及び前記湿度検出器の検出結果に基づいて前記温度調整手段を制御することにより、前記放射線画像情報検出器を所定温度以下に維持すると共に、前記筐体内での結露の発生を回避可能なように該筐体内の温度を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置が開示されている。
しかし、この技術では、筐体内の温度が制御されても、筐体内の露点温度が変化する訳ではないので、結局、露点温度が高い場合は、結露しないように、放射線画像情報検出器の温度を本来維持したい温度より高く保つしかない。従って、この文献にも、寿命消費が加速されるという問題への解決方法は開示されていない。
【００１０】
特許文献７には、Ｘ線透視および撮影に用いられるＸ線検出器の温度を調整するＸ線検出器用温度調整手段と、前記Ｘ線検出器が設置された室内の気温を測定する気温測定手段と、前記室内の湿度を測定する湿度測定手段と、各気温における飽和水蒸気圧値をあらかじめ記憶している飽和水蒸気圧記憶手段と、前記気温測定手段から出力される室温と前記湿度測定手段から出力される湿度および前記飽和水蒸気圧記憶手段に記憶された前記飽和水蒸気圧値から室内の露点温度を算出して、前記熱媒体の温度が前記露点温度を超えるように制御する制御手段を設けたことを特徴とするＸ線診断装置が開示されている。
しかし、この技術は、Ｘ線検出器の周囲に循環させる熱媒体の温度が露点温度を超えるように制御するので、露点温度が高い場合は、温度の高い熱媒体を循環させることになり、Ｘ線検出器の温度が本来維持したい温度より高温になってしまい、寿命消費が加速されることに変わりはない。
【００１１】
特許文献８には、電子機器が配置される室と、前記電子機器に近接して設けられ、該電子機器から発生する熱で冷媒を気化させることにより該電子機器を冷却する蒸発器と、前記蒸発器に供給する冷媒を外気温度を利用して冷却する凝縮器と、を備えた電子機器の冷却システムにおいて、前記外気温度を測定する外気温度測定手段と、前記外気温度測定手段における測定結果に基づき、前記蒸発器の入口における冷媒温度を前記室内の露点温度よりも高い所定温度に維持するように前記凝縮器における冷媒の凝縮温度を制御する第１の制御手段と、を備えたことを特徴とする電子機器の冷却システムが開示されている。
しかし、やはり、この技術も、凝縮器における冷媒の凝縮温度を室内の露点温度よりも高い所定温度に維持するように制御しており、室内の露点温度が高くなると、電子機器を冷却する蒸発器に供給する冷媒の温度が高くなり、電子機器が充分冷却できなくなる恐れがある。
【００１２】
以上のように、いずれの従来技術においても、半導体レーザ等の冷却対象部分への結露を防止するために、冷却対象部分の温度が、その冷却対象部分が収納された筐体や室内の露点温度より低温にならないように、冷媒の温度を上げたり、冷媒の供給を停止したりする等、冷却対象部分をあまり冷却しないようしている。しかし、この方法では、露点温度が高い場合は、冷却対象部分を本来維持したい冷却温度より高い状態で使用することになるため、冷却対象部分を本来維持したい冷却温度に維持した場合に比べ、寿命消費が加速されたり、所定の性能が得られなかったりする問題がある。上記従来技術には、この問題を解決する技術について一切開示されていない。もちろん、盤用クーラー等の除湿器によって露点温度を下げれば、冷却対象部分への結露を発生させず、冷却対象部分を本来維持したい冷却温度に冷却することが可能になるが、除湿器の使用には、前述のように、コストがかかる、大きなスペースを要する、盤用クーラーの信頼性にレーザ装置の信頼性が左右される等の問題がある。従って、除湿器によって除湿せずに、露点温度が高い環境下でも、冷却対象部分を本来維持したい冷却温度に維持しながら、冷却対象部分への結露を防止できる技術は、上記従来技術には全く開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特公平６−３２３３６号公報
【特許文献２】特開平６−３０７８０８号公報
【特許文献３】特開２０１２−８９４１７号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１２４７５号公報
【特許文献５】特許第５２６１６１２号公報
【特許文献６】特開２００９−７２３６１号公報
【特許文献７】特開２００８−９３３３０号公報
【特許文献８】特開２００９−２３１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
発熱部品を冷却水で冷却することによって、発熱部品の温度上昇が抑えられ、発熱部品を標準的な駆動条件で駆動した時に、発熱部品の温度を所定の標準部品温度に保つことが可能になる。しかし、発熱部品の発熱部の温度がある程度高くても、発熱部を冷却する際に発熱部と共に冷却される部分は、発熱部に比べて温度が低い。このため、発熱部品周辺の空気の露点温度が高い場合は、発熱部と発熱部を冷却するために発熱部と共に冷却される部分を含む冷却対象部の低温部分に結露が発生する可能性がある。
【００１５】
露点温度は、空気の温度を変えても変わらない。しかし、盤用クーラー等の除湿器で除湿すれば、露点温度が下げられるので、結露を防止することは可能である。ところが、盤用クーラー等の除湿器の使用には、前述のように、コストがかかる、大きなスペースを要する、盤用クーラーの信頼性にレーザ装置の信頼性が左右される等の問題がある。一方、除湿しない場合、露点温度は下がらないので、結露を防止する必要がある。このとき、上記従来技術のように、冷却対象部の低温部分の温度が、露点温度より下がらないように、冷却水による冷却を抑制すると、露点温度が高い場合は、発熱部品を標準的な駆動条件で駆動した時に、発熱部品の温度を本来維持したい冷却温度である所定の標準部品温度に保つことができなくなる。その結果、発熱部品の温度が標準部品温度より高くなり、寿命消費が加速されて寿命が短くなったり、信頼性が低下したり、あるいは所定の性能が得られなくなるという問題が生じる。
【００１６】
従って、本発明が解決しようとする課題は、特に除湿器によって除湿しなくても、露点温度が高い環境下にあっても、発熱部を本来維持したい冷却温度に維持しながら、発熱部を含む冷却対象部分への結露を防止できるレーザ装置であって、低コストで小型化が可能であり、かつ信頼性が高く長寿命なレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）  本発明に係るレーザ装置は、筐体（例えば、後述の筐体２）を備えると共に、前記筐体の内部に、少なくとも一つ以上のレーザ発振器（例えば、後述のレーザ発振器３）と、前記レーザ発振器に電流を供給する一つ以上のレーザ電源部（例えば、後述のレーザ電源部４）とを有し、前記レーザ発振器は、レーザ発振のために発熱する一つ以上の発熱部（例えば、後述の発熱部９）と、少なくとも前記発熱部を含む結露防止対象部に熱的に接続し、前記結露防止対象部を冷却するための冷却水を流す冷却水流路（例えば、後述の冷却水流路１０）を有する一つ以上の受熱冷却部（例えば、後述の受熱冷却部１１）と、前記冷却水流路に冷却水を流すための冷却水配管系（例えば、後述の冷却水配管系５）が接続されたレーザ装置（例えば、後述のレーザ装置１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）であって、更に、前記冷却水配管系を流れる冷却水によって前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を制御するための一つ以上の冷却能力制御手段（例えば、後述の冷却能力制御手段６）と、少なくとも前記冷却能力制御手段及び前記レーザ電源部を制御する制御部（例えば、後述の制御部７）と、前記結露防止対象部（例えば、後述の結露防止対象部１３）に近接して前記結露防止対象部を包囲する包囲部材（例えば、後述の包囲部材１４）と、前記包囲部材の所定部位の温度を検出し、その検出結果を包囲部材温度として前記制御部に出力する少なくとも一つ以上の温度検出手段（例えば、後述の温度検出手段１５）と、を備え、前記包囲部材は、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が、標準光出力のレーザ光を出射し、前記冷却能力制御手段によって前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が標準水準に制御されている標準駆動条件で駆動されて実質的に平衡状態に達した状態において、前記発熱部の温度上昇に連動して、前記筐体の内部の空気に対して想定される最高露点温度より高温の包囲部材平衡温度になるように構成され、前記制御部は、前記レーザ電源部に電流出力指令を出力している間、前記温度検出手段によって検出された前記包囲部材温度を、予め前記包囲部材平衡温度より低温に設定された切換温度と比較し、前記切換温度より低い時は、前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が前記標準水準より低い低水準となるように前記冷却能力制御手段を制御し、前記切換温度以上である時は、前記受熱冷却部を冷却する冷却能力が前記標準水準あるいは前記標準水準より高水準となるように前記冷却能力制御手段を制御するものである。
【００１８】
（２）  （１）に記載のレーザ装置において、更に、前記筐体の内部の空気の露点温度を検出するための一つ以上の露点温度検出手段（例えば、後述の露点温度検出手段１９）を備え、前記露点温度検出手段によって検出された前記筐体の内部の空気の露点温度を筐体内露点温度としたとき、前記切換温度が、（切換温度）＝（筐体内露点温度）＋（所定温度）に設定されていてもよい。
【００１９】
（３）  （１）又は（２）に記載のレーザ装置において、前記最高露点温度が、前記レーザ装置の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出される前記レーザ装置の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度に設定されていてもよい。
【００２０】
（４）  （３）に記載のレーザ装置において、更に、前記筐体の内部の空気の露点温度が、前記周囲上限露点温度より高くなった場合に、前記制御部の制御によって、前記レーザ装置の設置環境が前記設置条件仕様の範囲から逸脱していることを視覚的又は聴覚的に通知する通知手段（例えば、後述の表示部２０）を備えていてもよい。
【００２１】
（５）  （１）〜（４）のいずれかに記載のレーザ装置において、前記温度検出手段が設置される前記所定部位が、前記包囲部材における空気に接している表面あるいは表面の近傍の部位であって、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が前記平衡状態に達した状態において、前記包囲部材の突起部分を除いて最も温度の低い部位、あるいは最も温度の低い部位の温度に近い温度を示す部位に設定されていてもよい。
【００２２】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ装置において、前記包囲部材に熱的に接続した補助加熱手段（例えば、後述の補助加熱手段２１）を備え、前記制御部は、前記レーザ装置あるいは前記レーザ発振器が前記平衡状態に達した状態において、前記温度検出手段によって検出される前記包囲部材温度が前記最高露点温度より高温になるように、前記補助加熱手段の発熱量を制御するものでもよい。
【００２３】
（７）  （１）〜（６）のいずれかに記載のレーザ装置において、前記レーザ発振器は、少なくとも一つ以上のＬＤモジュール（例えば、後述のＬＤモジュール２２）を発光源あるいは励起光源とするレーザ発振器であり、少なくとも一つ以上の前記発熱部は、前記ＬＤモジュールの構成要素の一つであるレーザダイオードチップ（例えば、後述のレーザダイオードチップ２３）であり、前記包囲部材は、前記ＬＤモジュールの構成要素の一つであるパッケージ（例えば、後述のパッケージ２４）であり、前記パッケージの内部に、少なくとも一つ以上の前記レーザダイオードチップが設置されていてもよい。
【００２４】
（８）  （７）に記載のレーザ装置は、前記受熱冷却部は、内部又は表面に前記冷却水流路が設けられた冷却板（例えば、後述の冷却板２７）であり、少なくとも一つ以上の前記ＬＤモジュールが、前記冷却板に熱的に接続して配置されていてもよい。
【００２５】
（９）  （８）に記載のレーザ装置において、前記冷却板に複数の前記ＬＤモジュールが配置されており、少なくとも、前記冷却板の前記冷却水流路に冷却水を流した時に最も上流側に近い位置に配置された前記ＬＤモジュールの前記パッケージの表面あるいは表面近傍に、前記温度検出手段が設置されていてもよい。
【００２６】
（１０）  （１）〜（９）のいずれかに記載のレーザ装置において、前記冷却能力制御手段は、冷却水の流路を開閉する開閉弁（例えば、後述の電磁弁Ａ、Ｂ、Ｃ）及び／又は冷却水の流路の流量を調整する流量調整弁を有し、前記冷却能力制御手段の冷却能力の制御は、前記開閉弁又は前記流量調整弁による冷却水の給水・非給水又は流量の制御であってもよい。
【００２７】
（１１）  （１）〜（１０）のいずれかに記載のレーザ装置において、前記冷却水流路に冷却水を流すことによって前記筐体の内部に発生した結露水を、外部に排水する排水機構（例えば、後述の排水機構２９）を備えていてもよい。
【００２８】
（１２）  （１１）に記載のレーザ装置において、前記筐体の内部において、冷却水によって冷却される部位の少なくとも一ヶ所以上の表面に、断熱材（例えば、後述の断熱材３２）が配置されていてもよい。
【００２９】
（１３）  （１１）又は（１２）に記載のレーザ装置において、前記筐体の内部で結露が発生する部分に、結露による腐食を抑制するために防錆処理が施されている、あるいは、前記筐体の内部で結露が発生する部分の材質が防錆材であってもよい。
【００３０】
（１４）  （１）〜（１３）のいずれかに記載のレーザ装置において、複数の前記発熱部にそれぞれ熱的に接続した複数の前記受熱冷却部と、複数の前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を独立して制御するための複数の前記冷却能力制御手段と、複数の前記発熱部を含む前記結露防止対象部に近接して、それぞれの前記結露防止対象部を包囲する複数の前記包囲部材と、複数の前記包囲部材の前記所定部位の温度を検出する複数の前記温度検出手段と、を備え、前記制御部は、それぞれの前記温度検出手段の検出結果に応じて、対応する前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を制御する前記冷却能力制御手段をそれぞれ個別に制御するものであってもよい。
【００３１】
（１５）  （１）〜（１３）のいずれかに記載のレーザ装置において、複数の前記レーザ発振器を備え、それぞれの前記レーザ発振器におけるレーザ発振のために発熱する複数の前記発熱部にそれぞれ熱的に接続した複数の前記受熱冷却部と、複数の前記受熱冷却部を冷却する冷却能力を一括して制御するための前記冷却能力制御手段と、複数の前記発熱部を含む前記結露防止対象部に近接して、それぞれの前記結露防止対象部を包囲する複数の前記包囲部材と、複数の前記包囲部材の前記所定部位の温度を検出する複数の前記温度検出手段を備え、前記制御部は、それぞれの前記温度検出手段の検出結果が同一温度になるように、対応する前記レーザ電源部から前記レーザ発振器に供給する電流を制御するものであってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、特に除湿器によって除湿しなくても、露点温度が高い環境下にあっても、発熱部を本来維持したい冷却温度に維持しながら、発熱部を含む結露防止対象部への結露を防止できるため、低コストで小型化が可能であると共に、信頼性が高く長寿命なレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置における制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置における制御の流れを表すタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置における制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置における制御の流れを表すタイムチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るレーザ装置を構成するＬＤモジュールの模式的な断面図である。
【図１０】ＬＤモジュールの模式的断面図に熱回路網を追記した図である。
【図１１】本発明の第４実施形態において、ｐｎ接合温度のｐｎ接合発熱量依存性を算出した結果を示した図である。
【図１２】排水機構の構造例を示す模式図である。
【図１３】断熱材の配置例を示す図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係るレーザ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
以下に示す各図面において、同じ部材には同じ参照符号を付している。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは、同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、これらの図面は見易くするために、縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は、本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
【００３５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置１の概念的な構成を示すブロック図である。
レーザ装置１は、筐体２の内部に、レーザ発振器３と、レーザ発振器３に駆動電流を供給するレーザ電源部４と、冷却水配管系５と、冷却能力制御手段６と、少なくともレーザ電源部４と冷却能力制御手段６を制御する制御部７と、制御部７に指示を出す入力部８とを備えている。
【００３６】
本実施形態に示すレーザ発振器３の内部には、発熱部９と、受熱冷却部１１と、発熱部支持部１２とが設けられている。発熱部９は、レーザ発振のために発熱する部品であり、レーザ発振器３が少なくとも一つ以上のＬＤ（レーザダイオード）モジュールを発光源あるいは励起光源とするレーザ発振器３である場合は、ＬＤモジュールの構成要素の一つであるレーザダイオードチップ（ＬＤチップ）に相当する。受熱冷却部１１は、発熱部支持部１２に熱的に接して設けられている。受熱冷却部１１には、発熱部支持部１２及び発熱部支持部１２を介した発熱部９を冷却するための冷却水を流す冷却水流路１０が設けられている。冷却水流路１０は、受熱冷却部１１の内面又は表面に設けられている。発熱部支持部１２は、発熱部９と受熱冷却部１１との間に介在して発熱部９と熱的に接続し、発熱部９を支持している。この発熱部支持部１２は、発熱部９を冷却する際に発熱部９と共に冷却される部品である。
【００３７】
本実施形態において、レーザ発振器３内の上記部品のうち、発熱部９及び発熱部支持部１２が、結露を防止する必要のある結露防止対象部１３を構成する。受熱冷却部１１は、発熱部支持部１２を支持することにより、結露防止対象部１３と熱的に接続している。
【００３８】
結露防止対象部１３は、結露防止対象部１３に近接するように配置された包囲部材１４によって包囲されている。包囲部材１４は、受熱冷却部１１との間で結露防止対象部１３を包囲し得るものであればよいが、発熱部９が前述のようにＬＤチップの場合は、ＬＤモジュールの構成要素の一つであるパッケージに相当する。ここで、包囲部材１４は、受熱冷却部１１との間で結露防止対象部１３の周囲全体を必ずしも完全に密閉するように包囲するものに限定されず、受熱冷却部１１との間で結露防止対象部１３を実質的に包囲するものであればよい。従って、包囲部材１４は、本発明の目的を妨げない程度に、空気が包囲部材１４の内外を連通し得る部位を有していてもよい。
【００３９】
冷却水配管系５は、筐体２の外部のチラー（冷却水循環供給装置）１６と筐体２の内部の受熱冷却部１１に設けられた冷却水流路１０とに亘って設けられ、チラー１６と冷却水流路１０との間で冷却水を循環するようになっている。冷却水配管系５は、チラー１６から冷却水流路１０に向かって冷却水が流入する流入側の配管部５１と、冷却水流路１０からチラー１６に向かって冷却水が流出する流出側の配管部５２と、配管部５１の途中と配管部５２の途中を連通させる配管部５３とを有している。
【００４０】
なお、図１では、チラー１６は、レーザ装置１の筐体２の外部に設置されているが、筐体２の内部に設置されてもよい。また、図１において、太い実線は、冷却水流路１０を含む冷却水配管系５を表している。その傍に記載した矢印は冷却水の流れの方向を例示している。更に、白抜きの矢印は、レーザ光１７を模式的に表している。即ち、レーザ発振器３から出射されたレーザ光１７は、レーザ光学系１８を経由して、レーザ装置１から出力されるようになっている。
【００４１】
レーザ発振器３の内部には、包囲部材１４の所定部位の温度を検出する温度検出手段１５が設けられている。温度検出手段１５は、例えば温度センサからなり、包囲部材１４の温度検出結果を包囲部材温度として制御部７に出力する。温度検出手段１５を設ける包囲部材１４の所定部位としては、結露防止対象部１３への結露をより確実に防止するため、包囲部材１４の空気に接している表面あるいは表面の近傍の部位で、レーザ装置１あるいはレーザ発振器３が、標準駆動条件で駆動されて実質的に平衡状態に達した状態において、包囲部材１４の突起部分を除いて最も温度の低い部位、あるいは最も温度の低い部位の温度に近い温度を示す部位であることが望ましい。なお、包囲部材１４の突起部分とは、例えば、包囲部材１４の取付けフランジ部やタブ等の、包囲部材１４の外壁面よりも結露防止対象部１３から遠く離れている部分のことである。
【００４２】
包囲部材１４は、発熱部９の温度上昇に連動して温度が上昇するように構成されている。具体的には、包囲部材１４は、包囲部材平衡温度が、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度より高温になるように構成される。包囲部材平衡温度とは、レーザ装置１あるいはレーザ発振器３が、標準光出力のレーザ光を出射し、冷却能力制御手段６によって受熱冷却部１１を冷却する冷却能力が標準水準に制御されている標準駆動条件で駆動されて実質的に平衡状態に達した状態における包囲部材１４の温度である。標準光出力は、定格光出力としてもよい。具体的な包囲部材平衡温度は限定されないが、一例を挙げれば、最高露点温度より５℃高温になるように構成される。
【００４３】
包囲部材１４の包囲部材平衡温度が最高露点温度より高温になるように構成するための具体的な手段としては、例えば、包囲部材１４と受熱冷却部１１との界面に断熱板（図示せず）を介在させる等の方法で、包囲部材１４と受熱冷却部１１の間の熱抵抗を増大させる手段や、包囲部材１４の内壁面を黒体化して発熱部９からの輻射熱を吸収し易くしたりする手段が挙げられる。包囲部材１４の受熱冷却部１１と接している部分の近傍も、発熱部９の温度上昇に伴って充分温度が上昇するように、上記同様に断熱板を介在させる等の方法によって、包囲部材１４と受熱冷却部１１の間の熱抵抗が増大するような構成にしてもよい。
【００４４】
冷却能力制御手段６は、冷却水配管系５上に設けられ、図示するように、制御部７によって開閉制御される開閉弁である３つの電磁弁Ａ、Ｂ、Ｃを有している。電磁弁Ａは、冷却水配管系５の配管部５１において、配管部５３との接続部位よりも下流側に設けられている。電磁弁Ｂは、冷却水配管系５の配管部５２において、配管部５３との接続部位よりも上流側に設けられている。電磁弁Ｃは、冷却水配管系５の配管部５３に設けられている。冷却能力制御手段６は、チラー１６から受熱冷却部１１に冷却水を供給する場合、電磁弁Ｃを閉じ、電磁弁Ａと電磁弁Ｂを開くように制御され、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止する場合、電磁弁Ｃを開き、電磁弁Ａと電磁弁Ｂを閉じるように制御される。これにより、受熱冷却部１１の冷却水流路１０を流れる冷却水の給水・非給水が制御され、その結果、冷却能力が制御される。
【００４５】
制御部７には、温度検出手段１５によって検出された包囲部材温度と比較するための切換温度が予め設定されている。切換温度は、上述した包囲部材平衡温度より低温に設定される温度である。但し、本実施形態では、切換温度は、上述した筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度よりも高温に設定される。具体的な温度は限定されないが、一例を挙げれば、包囲部材平衡温度が最高露点温度より５℃高温に設定される上述の例の場合、切換温度は、包囲部材平衡温度より３℃低温となるように設定される。従って、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度が３５℃であるとすると、包囲部材平衡温度は４０℃、切換温度は３７℃ということになる。切換温度は、入力部８から設定入力することができる。
【００４６】
制御部７は、少なくともレーザ電源部４に電流出力指令を出力している間は、温度検出手段１５によって検出される包囲部材温度を切換温度と比較している。そして、包囲部材温度が切換温度より低いと判断された時、制御部７は、冷却能力制御手段６を制御して電磁弁Ａ、Ｂを閉じ、電磁弁Ｃを開き、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止した状態にする。これにより、対応する受熱冷却部１１を冷却するための冷却能力は、標準水準より低い低水準に設定される。一方、包囲部材温度が切換温度より高いと判断された時、制御部７は、冷却能力制御手段６を制御して電磁弁Ａ、Ｂを開き、電磁弁Ｃを閉じ、チラー１６から、受熱冷却部１１に冷却水を供給している状態にする。これにより、対応する受熱冷却部１１を冷却する冷却能力は、標準水準に設定される。
【００４７】
図２は、本実施形態に示すレーザ装置１における制御の一例を示すフローチャートである。これに基づいて、レーザ装置１における制御について説明する。
レーザ装置１の電源がオンされ、制御が開始されると、制御部７は、まず、チラー１６の運転状態を確認し（ステップＳ１０１）、チラー１６が運転中か否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、チラー１６が運転中であれば（ＹＥＳの場合）、入力部８から入力された情報を確認する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２での判定で、チラー１６が運転中でなければ（ＮＯの場合）、チラー１６の運転を開始し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０３に進む。
【００４８】
ステップＳ１０３では、制御部７は、入力部８から入力された情報を確認する。その結果、レーザ装置１に対して光出力指令が出ているかを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、レーザ装置１に対して光出力指令が出ていないと判定された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１０３に戻る。レーザ装置１に対して光出力指令が出ていると判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は、温度検出手段１５からの出力（温度検出値）を読み込み（ステップＳ１０６）、温度検出手段１５で検出された包囲部材温度を切換温度と比較し、包囲部材温度が切換温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００４９】
ステップＳ１０７で、包囲部材温度が切換温度より高いと判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給が停止されているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、冷却水の供給が停止中と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は冷却能力制御手段６を制御して、冷却水の供給を開始する（ステップＳ１０９）。次いで、制御部７は、光出力指令に対応した電流出力指令をレーザ電源部４に対して出力する。これにより、レーザ電源から供給された駆動電流によってレーザ発振器３がレーザ発振し、レーザ装置１からレーザ光が出射される（ステップＳ１１０）。
【００５０】
ステップＳ１０８で、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給が停止されていないと判定された場合（ＮＯの場合）、直接ステップＳ１１０に進む。また、ステップＳ１０７で、包囲部材温度が切換温度より低いと判定された場合（ＮＯの場合）、制御部７は、チラー１６から受熱冷却部１１に冷却水が供給中か否かを判定する（ステップＳ１１１）。ここで、冷却水が供給中と判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は、冷却能力制御手段６を制御して冷却水の供給を停止し（ステップＳ１１２）、次いで、ステップＳ１１０に進む。また、ステップＳ１１１でチラー１６から受熱冷却部１１に冷却水が供給されていないと判定された場合（ＮＯの場合）も、ステップＳ１１０に進む。
【００５１】
制御部７は、ステップＳ１１０でレーザ光を出射している間も、絶えず、光出力指令の実行が完了したか否かを判定している（ステップＳ１１３）。ここで、光出力指令の実行が完了していないと判定される間（ＮＯの場合）、制御部７は、ステップＳ１０６に戻って包囲部材温度のチェックを行う。光出力指令の実行が完了したと判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は、冷却能力制御手段６を制御して、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止し（ステップＳ１１４）、その後、入力部８から電源オフ指令が出ているかを判定する（ステップＳ１１５）。ここで、電源オフ指令が出ていないと判定された場合（ＮＯの場合）、ステップＳ１０３に戻って、次の光出力指令の入力を待ち、電源オフ指令が出ていると判定された場合（ＹＥＳの場合）、制御部７は、冷却能力制御手段６を制御して、チラー１６の運転を停止し（ステップＳ１１６）、最後に、レーザ装置１の電源をオフする。
【００５２】
かかるレーザ装置１の制御において、レーザ装置１の電源がオンされ、標準光出力を一定期間連続的に出力した後、標準光出力の５０％の光出力を再び一定期間連続的に出力し、その後、光出力を終了するという光出力指令が入力部８から入力された場合について、具体的な制御の流れを説明すると、次のようになる。
レーザ装置１の電源がオンされ、制御が開始されると、制御部７は、まず、チラー１６の運転状態を確認する（ステップＳ１０１）。ここでは、チラー１６は停止中なので、制御部７は、チラー１６の運転を開始し（ステップＳ１０４）、入力部８からの入力情報を確認する（ステップＳ１０３）。ここでは光出力指令が出ていると判定されるので、制御部７は、温度検出手段１５からの出力を読み込み（ステップＳ１０６）、包囲部材温度が切換温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００５３】
制御開始当初は、レーザ光は出力されておらず、まだ発熱部９は発熱していない。従って、ステップＳ１０７では、包囲部材温度は切換温度より低いと判定され、次いで、ステップＳ１１１で、チラー１６から受熱冷却部１１に冷却水が供給されている状態か否かが判定される。制御開始当初は、冷却水は供給されていないので、冷却水が供給されていない状態で、制御部７から標準光出力を連続的に出力するという光出力指令に対応した電流出力指令がレーザ電源部４に対して出力され、レーザ光が出射される（ステップＳ１１０）。制御部７は、レーザ光を出射している間、光出力指令の実行が完了したか否かを判定し（ステップ１１３）、光出力指令の実行が完了するまでは、ステップＳ１０６に戻って、温度検出手段１５からの出力を読み込む。
【００５４】
暫くの間は、ステップＳ１０６→ステップＳ１０７→ステップＳ１１１→ステップＳ１１０→ステップＳ１１３→ステップＳ１０６のループを繰り返す。標準光出力を出力し続けていると、そのうちに、発熱部９の温度上昇に伴い、包囲部材温度も上昇して、切換温度（上述の例では３７℃）に達する。これにより、ステップＳ１０７で、包囲部材温度が切換温度以上であると判定され、ステップＳ１０８に進んで、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水供給が開始されているか否かが判定される。ここでは未だ冷却水供給が開始されていないので、ここで始めて冷却水の供給が開始される（ステップＳ１０９）。
【００５５】
ここまでは、受熱冷却部１１に冷却水は供給されていないので、結露防止対象部１３に結露は発生していない。また、包囲部材温度は、レーザ装置１を標準駆動条件で駆動して平衡に達した時の包囲部材平衡温度（上述の例では４０℃）より低い。従って、発熱部９の温度も標準駆動条件で駆動して平衡に達した時の温度より低いので、発熱部９の寿命消費が標準駆動条件で駆動している時より加速されることはない。
【００５６】
その後、ステップＳ１１０、ステップＳ１１３を経て、ステップＳ１０６に戻り、標準光出力を出力している間は、ステップＳ１０６→ステップＳ１０７→ステップＳ１０８→ステップＳ１１０→ステップＳ１１３→ステップＳ１０６のループを繰り返す。包囲部材温度は、切換温度（上述の例では３７℃）から包囲部材平衡温度（上述の例では４０℃）まで上がって平衡に達しており、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度（上述の例で３５℃）を下回ることがないので、結露防止対象部１３に結露が発生することはない。従って、ステップＳ１０７で包囲部材温度が切換温度より低いと判定されて冷却水の供給が停止することにより、発熱部９の温度が標準駆動条件で駆動されている時よりも高くなって、発熱部９の温度によって寿命消費が加速されることもない。
【００５７】
次に、光出力指令の指令内容が、標準光出力の５０％の光出力を一定期間連続的に出力するように変わると、発熱部９における発熱量が減少し、発熱部９の温度が低下すると共に、包囲部材１４の温度も低下する。これにより、ステップＳ１０７で、包囲部材温度が切換温度より低いと判定されると、受熱冷却部１１に冷却水を供給中と判定されて、チラー１６からの冷却水供給が停止される（ステップＳ１１２）。
【００５８】
冷却水の供給が停止されると、受熱冷却部１１の温度が上昇し、発熱部９や包囲部材温度も上昇する。これにより、ステップＳ１０７で、包囲部材温度が切換温度以上であると判定され、次いで、ステップＳ１０８で、冷却水の供給は停止中と判定され、再び冷却水の供給が開始される（ステップＳ１０９）というステップが繰り返される。その結果、包囲部材温度は、ほぼ切換温度（上述の例では３７℃）に一致するように制御されることになり、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度（上述の例で３５℃）を下回ることはない。このため、結露防止対象部１３に結露が発生することはない。包囲部材温度は包囲部材平衡温度より低いので、発熱部９の温度は、少なくとも、標準駆動条件で駆動されている時の温度よりも低く、標準駆動条件で駆動されている時よりも、発熱部９の温度によって寿命消費が加速されることもない。
【００５９】
ステップＳ１１３で、光出力指令の実行が完了したと判定されると、制御部７は、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止した後（ステップＳ１１４）、電源オフ指令が出ているかが判定される（ステップＳ１１５）。電源オフ指令が出ていると判定された場合、チラー１６の運転が停止され（ステップＳ１１６）、最後に、レーザ装置１の電源がオフとなる。
【００６０】
光出力指令の実行が完了したと判断されると、直ぐに、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止しているので、受熱冷却部１１等の熱容量によって、包囲部材１４や結露防止対象部１３の温度は、比較的ゆっくりと低下する。このため、冷却水流路１０以外の冷却水配管系５等の方が低温であり、包囲部材１４や結露防止対象部１３には結露が発生しない。
【００６１】
以上のように、本実施形態におけるレーザ装置１は、除湿器を設けなくても、ステップＳ１０１からステップＳ１１６のフローチャートに従って制御することによって、発熱部９の温度を標準駆動条件における発熱部９の温度よりも上げて、標準駆動条件における発熱部９の寿命消費を加速させることなく、標準光出力より低い光出力が指令された場合も含めて、発熱部９を含む結露防止対象部１３への結露を防止することができる。
【００６２】
図３は、上述の具体的な制御の流れを表すタイムチャートである。図３では、５００秒間は標準光出力を出力し、その後、４００秒間は標準光出力の５０％の光出力を出力するという光出力指令が入力部から入力された場合を示している。
包囲部材温度が切換温度より高い期間は、冷却水がチラー１６から受熱冷却部１１に連続的に常時給水される。包囲部材温度が下がって切換温度より低くなると、冷却水の供給が停止されるが、冷却水の供給が停止されたことによって包囲部材温度が切換温度まで上がってくると、再び冷却水の供給が開始されるので、冷却水の供給は断続的に行われる。その冷却水断続給水を行っている期間は、包囲部材温度はほぼ切換温度付近に維持される。
【００６３】
冷却水が断続的に供給されても、受熱冷却部１１等の熱容量によって、包囲部材１４や発熱部９の温度は急激に変化しないが、余り頻繁に給水と給水停止が繰り返さないように、給水を開始する温度より給水を停止する温度より少し低く設定してもよい。
【００６４】
また、冷却能力制御手段６は、電磁弁Ａ、Ｂ、Ｃによって冷却水の供給を断続的に切換える代わりに、例えば、図１に示す電磁弁Ａに、開閉弁ではなく、流量を調整可能な流量調整弁を使用してもよい。流量調整弁を使用することにより、図３における冷却水断続給水期間では、配管部５１を流れる冷却水の流量を調整し、受熱冷却部１１に供給される冷却水量を低減することによって、包囲部材温度を切換温度付近の温度に制御することができる。しかも、流量調整弁を使用する場合は、流量の変化速度を制御して、急激な流量変化による配管系へのストレスや、ＬＤモジュールやＬＤチップに不要な振動や衝撃が加わることを低減するように制御することもできる。また、冷却能力制御手段６には、電磁弁Ａ、Ｂ、Ｃに代えて流量調整弁だけを設けるようにしてもよい。
【００６５】
なお、冷却能力制御手段６による冷却能力の制御としては、他に、チラー１６から供給される冷却水の温度を変えるという制御方法も考えられる。しかし、冷却水の熱容量により、急速に冷却能力を変化させることが難しいという問題があるので、開閉弁や流量調整弁のような流量制御手段によって冷却水の流量を制御することが望ましい。
【００６６】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置１００の概念的な構成を示すブロック図である。
図４に示すレーザ装置１００が図１に示すレーザ装置１と異なる点は、筐体２の内部の空気の露点温度を検出するための露点温度検出手段１９と、判定結果や警告等を表示するための表示部２０が追加されている点である。
【００６７】
露点温度検出手段１９は、例えば露点温度センサからなり、筐体２の内部の空気の露点温度検出値を制御部７に出力する。なお、図４においては、露点温度検出手段１９は、レーザ発振器３の外側に設置されているが、結露防止対象部１３に近い位置の空気の露点温度を検出するために、レーザ発振器３の内側に設置されてもよいし、レーザ発振器３の外側と内側の両方に一つ以上の露点温度検出手段１９を設置して、露点温度検出手段１９の検出特性の劣化等を監視できるようにしてもよい。また、露点温度検出手段１９は、温度検出器と、湿度検出器と、温度と湿度から露点温度を算出する算出部等から構成されるものでもよい。
【００６８】
本実施形態における切換温度は、第１実施形態と異なり、露点温度検出手段１９で検出された筐体２の内部の空気の露点温度に所定温度を加えた値とされている。所定温度は、０℃を含む正か負の温度である。即ち、所定温度は、マージンをとって正の温度としてもよいし、前述のように通常は包囲部材１４の温度より結露防止対象部１３の最低温度の方が高くなることを考慮して、負の温度としてもよい。
【００６９】
図５は、本実施形態のレーザ装置１００における制御の一例を示すフローチャートである。
図５に示すフローチャートが図２に示すフローチャートと異なる点は、温度検出手段１５からの出力読み込み（ステップＳ２０６）の後に、露点温度検出手段１９からの出力読み込み（ステップＳ２１７）が追加された点と、図２に示すフローチャートでは、ステップＳ１０７で包囲部材温度と切換温度とを比較しているのに対して、図５に示すフローチャートでは、ステップＳ２０７で、包囲部材温度と露点温度検出手段１９で検出された露点温度に所定温度を加えた温度とを比較している点である。
【００７０】
ステップＳ２０７において、所定温度は用語の短縮のためαと記載しており、包囲部材温度が露点温度＋所定温度以上であるか否かが判定される。包囲部材温度が露点温度＋所定温度より高い場合（ＹＥＳの場合）は、チラー１６より受熱冷却部１１に冷却水が供給され、包囲部材温度が露点温度＋所定温度より低い場合（ＮＯの場合）は、チラー１６から受熱冷却部１１への冷却水の供給が停止される。
【００７１】
図６は、本実施形態における制御の流れを表すタイムチャートである。図６では、図３と同様に、５００秒間は標準光出力を出力し、その後、４００秒間は標準光出力の５０％の光出力を出力するという光出力指令が入力部８から入力された場合を示している。図３と異なるのは、露点温度検出手段１９で検出された筐体２の内部の露点温度が追記されている点である。ここでは、所定温度を１℃として、露点温度＋１℃が切換温度として設定されている。
【００７２】
図３の場合と同様に、包囲部材温度が切換温度より高い期間は、冷却水は、チラー１６から受熱冷却部１１に連続的に常時給水される。包囲部材温度が下がって切換温度より低くなると、冷却水の供給は停止される。しかし、冷却水の供給が停止されたことによって、包囲部材温度が切換温度まで上がってくると、再び冷却水の供給が開始される。このため、冷却水の供給は断続的に行われる。その冷却水断続給水を行っている期間は、包囲部材温度はほぼ切換温度付近に維持される。
【００７３】
図６に示す例では、９００秒間の間に、露点温度が３４℃から３１℃まで下がった場合を示している。これにより、切換温度も３５℃から３２℃に下がっている。そのため、光出力指令が標準光出力の出力である期間の発熱部９や包囲部材温度は、図３に示した場合と変わらないが、光出力指令が標準光出力５０％の出力である期間に入ると、切換温度が下がった分だけ、包囲部材温度も下がり、発熱部９の温度も、図３の場合より低下する。冷却水断続供給期間において、受熱冷却部１１に冷却水が供給される時間の割合が増えることによって、図３の場合より温度が下がっている。
【００７４】
以上のように、第１実施形態でも、光出力指令が標準光出力より小さい出力である期間は、発熱部９の温度は、標準駆動条件で駆動されている時より低く、発熱部９の寿命消費が減速されるが、第２実施形態では、実際の露点温度が、想定される最高露点温度より低い場合は、光出力指令が標準光出力より小さい時の寿命消費の減速が更に大きくなるという特長がある。
【００７５】
以上の実施形態の説明からも分かるように、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度が、レーザ装置１００の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出されるレーザ装置１００の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度に設定されると、筐体２の密閉度が低く、レーザ装置１００の外部から設置条件仕様範囲内で最も露点温度の高い空気がかなりの割合で筐体２内に浸入してきたとしても、包囲部材１４の表面や結露防止対象部１３への結露の発生が防止できる。
【００７６】
第２の実施形態の変形として、露点温度検出手段１９によって検出される筐体２の内部の露点温度が、レーザ装置１００の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出されるレーザ装置１００の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度より高くなった場合に、表示部２０によって、レーザ装置１００の設置環境が設置条件仕様の範囲から逸脱していることを通知するようにしてもよい。表示部２０は、視覚的又は聴覚的に通知を行う通知手段である。具体的な通知方法は特に限定されないが、例えば、モニタ画面への表示、音声による警報、警報ランプの点滅等が挙げられる。この表示部２０は制御部７によって制御される。
【００７７】
表示部２０によって通知を行う場合、例えば、図５に示すフローチャートのステップＳ２１７において、露点温度検出手段１９からの出力を読み込んだ後に、筐体２の内部の空気の露点温度が、上記のレーザ装置１００の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出されるレーザ装置１００の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度より低いか否かを判定するステップを追加すればよい。筐体２の内部の空気の露点温度が周囲上限露点温度より高い場合、制御部７が表示部２０に「レーザ装置の設置環境が、仕様範囲から逸脱して露点温度が上昇しています。設置環境を確認して改善して下さい。」等の注意表示を行うことができる。更に、その状態が続く場合には、「レーザ装置の設置環境が、仕様範囲から逸脱して露点温度が上昇しています。レーザ装置保護のため、１０分後にレーザ発振を停止します。」等の警報表示を行うこともできる。注意表示や警告表示と共に警報や警報ランプの点滅等で、注意報や警報の見落としを防いでもよい。レーザ装置１００の設置環境をより正確にチェックするために、レーザ装置１００の外側の露点温度を直接検出する露点温度検出手段を更に付加してもよい。
【００７８】
上記のように、第２の実施形態においては、何らかの理由で、筐体２の内部の空気の露点温度が、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度を越えた場合にも、結露防止対象部１３への結露の発生を防止できるという特長がある。
【００７９】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係るレーザ装置２００の概念的な構成を示すブロック図である。
図７に示すレーザ装置２００が図４に示すレーザ装置１００と異なる点は、包囲部材１４と熱的に接続した補助加熱手段２１が設置されている点である。本実施形態における補助加熱手段２１は、例えば通電によって発熱するヒータからなり、包囲部材１４の周囲を取り囲む枠のような形状を有し、受熱冷却部１１に近い位置に、包囲部材１４に接して設置されている。しかし、補助加熱手段２１の形状や設置位置は、本実施形態に限定されるものではない。
【００８０】
補助加熱手段２１の発熱量の制御方法も、限定されるものではない。最も単純な制御としては、一定の発熱量に保つだけでもよい。その場合、補助加熱手段２１が設置された部分の包囲部材１４の温度は、補助加熱手段２１の発熱によって、補助加熱手段２１の発熱量と補助加熱手段２１から受熱冷却部１１までの熱抵抗の積算から算出される温度の分だけ高温に保たれる。
【００８１】
第１実施形態では、包囲部材１４の包囲部材平衡温度が、最高露点温度より高温になるようにするため、例えば、包囲部材１４と受熱冷却部１１の間の熱抵抗が増大するような構成とか、包囲部材１４の内壁面を黒体化する等の方法が講じられる。しかし、本実施形態では、必ずしもこのような方法を講じる必要はなく、包囲部材１４の温度が発熱部９の温度上昇に連動して上がりにくく、包囲部材１４の包囲部材平衡温度を最高露点温度より高温にするのが困難な場合であっても、補助加熱手段２１によって、包囲部材平衡温度を最高露点温度より容易に高温にすることができる。
【００８２】
なお、補助加熱手段２１を発熱させる期間は、受熱冷却部１１に冷却水を連続的あるは断続的に供給している期間だけとしてもよいが、受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止している期間にも発熱させてもよいし、レーザ装置２００の完全停止時以外は、レーザ発振を行っていない期間も含めて常時発熱させてもおいてもよい。これによって、受熱冷却部１１への冷却水の供給を停止している状態でも、筐体２の内部の空気の露点温度が非常に高いために包囲部材１４や結露防止対象部１３に結露が発生するというリスクをより確実に回避できる。なお、このように、レーザ発振を行っていない時も包囲部材１４や結露防止対象部１３の温度を少し上げておくようにすることは、レーザ発振器３にレーザ発振が始まる閾値電流よりも低い電流を常時流しておくという方法で実現してもよい。
【００８３】
結露の発生を防止するために低コストで除湿を行うことは必ずしも容易ではないが、加熱は、除湿に比べて容易でコストが掛からない。上記のように、補助加熱手段２１による加熱を行うことによって、結露防止対象部１３への結露の発生を確実に防止することができる。
【００８４】
なお、包囲部材１４の温度が発熱部９の温度上昇に連動して上がりにくいということは、包囲部材１４と発熱部９と間の熱抵抗が大きいことを意味しており、補助加熱手段２１によって、包囲部材１４の温度を少しぐらい上げても発熱部９への熱の影響は小さい。このため、発熱部９の温度は殆ど上昇せず、発熱部９の寿命消費が加速されることはない。
【００８５】
また、以上記載した実施形態では、冷却水によって冷却される発熱部は、レーザ発振器３の内部の発熱部９として示されているが、冷却水によって冷却される発熱部は、例えば、レーザ電源部４の内部の発熱部であってもよい。
【００８６】
［第４実施形態］
図８は、本発明の第４実施形態に係るレーザ装置３００の概念的な構成を示すブロック図であり、図９は、図８に記載されている複数のＬＤモジュール２２の内の一つのＬＤモジュール２２の断面を模式的に表した図である。
本実施形態に示すレーザ装置３００において、レーザ発振器は、複数のＬＤモジュール２２を発光源あるいは励起光源とするレーザ発振器３であり、発熱部は、ＬＤモジュール２２の構成要素の一つであるレーザダイオードチップ（ＬＤチップ)２３であり、包囲部材は、ＬＤモジュール２２の構成要素の一つであるパッケージ２４であり、結露防止対象部は、ＬＤチップ２３を含むＬＤＣＯＳ（LD chip on substrate）２５であり、ＬＤチップ２３の基板２６が、発熱部支持部１２に相当している。また、受熱冷却部１１は板状の冷却板２７としている。冷却水流路１０は、この冷却板２７の表面又は内部に設けられている。ＬＤモジュール２２内には複数のＬＤＣＯＳ２５が配置されている。
【００８７】
図８に示したように、本実施形態では、ＬＤモジュール２２が、冷却板２７に熱的に接続して複数個配置されている。ＬＤモジュール２２の固定方法は図示していないが、ＬＤモジュール２２は、例えば、パッケージ２４のタブ２８に設けられた穴と冷却板２７の対応する位置に設けられたネジ穴とを使用してネジ止めする等の方法で、冷却板２７に固定されている。
【００８８】
図８では、ＬＤモジュール２２は、冷却板２７上に一次元的に一列しか配列されていないが、当然のことながら、冷却板２７上に二次元的に複数列配置させることができる。冷却板２７を使用することによって、複数のＬＤモジュール２２を一括して冷却できるので、高光出力のレーザ発振器３が実現できると共に、冷却板２７の熱容量によって、ＬＤチップ２３の急激な発熱量の増加に起因するＬＤチップ２３の温度のオーバーシュート等の急激なＬＤチップ２３の温度変化が緩和され、温度衝撃ストレスを軽減できるという効果がある。また、ＬＤモジュール２２への駆動電流の供給が停止された後にも、冷却板２７の熱容量によって、ＬＤモジュール２２の温度低下の速度が遅くなるので、ＬＤモジュール２２への結露が生じ難くなるという効果もある。
【００８９】
また、冷却板２７を流れる冷却水は、ＬＤモジュール２２内のＬＤチップ２３の発熱を吸収して、冷却水流路の上流側から下流側にかけて次第に温度が上昇するので、通常最も上流側に近い位置に配置されたＬＤモジュール２２の温度が最も低温になり、結露し易い。このため、図８に示したように、冷却板２７の冷却水流路１０に冷却水を流した時に最も上流側に近い位置に配置されたＬＤモジュール２２（図８中の最左端のＬＤモジュール２２）のパッケージ２４の表面あるいは表面近傍に、温度検出手段１５を設置している。これにより、温度検出手段１５で検出された温度をフィードバックして冷却能力を制御することによって、最も結露し易いＬＤモジュール２２への結露を防止できる。
【００９０】
なお、図８においては、図１と同様に、太い実線は、冷却水流路１０を含む冷却水配管系５を表しており、傍に記載した矢印は冷却水の流れの方向を例示している。また、太い白抜きの矢印や白抜きの太線は、レーザ光１７を模式的に表している。但し、レーザ光１７は、空気中を伝搬するレーザビームだけでなく、光ファイバ中を伝搬するレーザ光も含めて白抜きの太線で示している。また、本実施形態のレーザ装置３００におけるレーザ光学系１８は、光結合器やビームコンバイナ等の光結合手段や、ＬＤモジュール２２を励起光源とする場合には、励起媒体を添加した光ファイバ等のレーザ媒体等も含むものとして示している。
【００９１】
また、図９においては、簡略化のため、ＬＤチップ２３から出射されるレーザ光やＬＤチップ２３から出射されたレーザ光をＬＤモジュールの外側に取り出すための光学系や、ＬＤチップ２３にレーザ電源部４から供給される駆動電流を流すための電気配線系は図示していない。
【００９２】
ここで、本発明の効果を定量的に明らかにするために、本実施形態において、ＬＤチップ２３の寿命消費の加減速に影響するＬＤチップ２３の温度が、ＬＤチップ２３の発熱量や、筐体２の内部の空気の露点温度によって、どのように変化するかを、図１０を参照して具体的に算出する。図１０は、ＬＤモジュールの模式的断面図に、熱節点、熱節点間の熱抵抗、熱抵抗を流れる熱量を追記した図である。簡単化のために、パッケージ２４内のＬＤチップ２３は１個だけ配置されている。
【００９３】
発熱源の熱節点は、ＬＤチップ２３内のｐｎ接合であり、ヒートシンクの熱節点は、冷却水が流れる冷却水流路１０が設けられた冷却板２７であり、パッケージ２４の側面の表面近傍の熱節点は、温度検出手段１５によって温度が検出される温度検出部位である。温度検出部位は、パッケージ２４において、タブ２８等の突起部分を除いて最も温度の低い部位である。ｐｎ接合で発生した熱はパッケージ２４を経由して冷却板２７に流れるので、ＬＤチップ２３の温度上昇と共にかなり温度が上昇するが、図１０に示すように、冷却板２７に比較的近い部位の温度が最も低くなる場合が多い。各熱節点の温度は、それぞれ、ＴＨ、ＴＣ、ＴＭの符号で表し、ｐｎ接合から冷却板までの熱抵抗、ｐｎ接合から温度検出部位までの熱抵抗、温度検出部位から冷却板までの熱抵抗は、それぞれ、Ｒ、ｒ１、ｒ２の符号で表している。また、発熱源での発熱量は、Ｑの符号で表し、Ｑの発熱量のうち、Ｒの熱抵抗以外を流れる熱量は、qの符号で表している。なお、簡単化のため、上記以外の熱抵抗は大きく、その熱抵抗を流れる熱量は無視できるとしている。
【００９４】
まず、基本的な関係として、（熱節点間の温度差＝熱節点間の熱抵抗×熱抵抗を流れる熱量）の関係から以下の式が成り立ち、ｐｎ接合の発熱量が変わった場合について、温度検出部位の温度からｐｎ接合の温度を算出できる。Ｑ１、ＴＨ１、ＴＭ１、ＴＣ１が分かっているとすると、Ｑ２、ＴＭ２が分かると、Ｒ、ｒ１、ｒ２、ｑ１が算出できる。但し、ｋは、ｋ＝（ｒ１＋ｒ２）／Ｒ＝ 定数である。
【００９５】
ＴＨ１−ＴＣ１＝Ｒ（Ｑ１−ｑ１）＝（ｒ１＋ｒ２）ｑ１
＝Ｒ（ｋ／（ｋ＋１））Ｑ１
ＴＨ１−ＴＭ１＝ｒ１ｑ１
ＴＭ１−ＴＣ１＝ｒ２ｑ１
ＴＨ２−ＴＣ２＝Ｒ（Ｑ２−ｑ２）＝（ｒ１＋ｒ２）ｑ２
＝Ｒ（ｋ／（ｋ＋１））Ｑ２
ＴＨ２−ＴＭ２＝ｒ１ｑ２
ＴＭ２−ＴＣ２＝ｒ２ｑ２
【００９６】
ここで、
ｋ：ｋ＝（ｒ１＋ｒ２）／Ｒ＝ 定数
Ｑ１：標準駆動条件におけるｐｎ接合の発熱量
ｑ１：標準駆動条件における熱抵抗（ｒ１、ｒ２）を流れる熱量
ＴＨ１：標準駆動条件におけるｐｎ接合の温度
ＴＭ１：標準駆動条件における温度検出部位の温度
ＴＣ１：標準駆動条件における冷却板の温度
Ｑ２：Ｑ１より小さいｐｎ接合の発熱量
ｑ２：ｐｎ接合の発熱量がＱ１の条件において熱抵抗（ｒ１、ｒ２）を流れる熱量
ＴＨ２：ｐｎ接合の発熱量がＱ１の条件におけるｐｎ接合の温度
ＴＭ２：ｐｎ接合の発熱量がＱ１の条件における温度検出部位の温度
ＴＣ２：ｐｎ接合の発熱量がＱ１の条件における冷却板の温度
である。
【００９７】
ｐｎ接合の発熱量が減少すると、温度検出部位の温度が下がるので、温度検出部位の温度が切換温度まで下がると、冷却水を供給したり、供給を停止したりする等の方法で冷却能力を制御することによって、温度検出部位の温度はほぼ切換温度と同じ温度に保たれる。従って、温度検出部位の温度≧切換温度の場合は、冷却水が連続して供給されているため、冷却板２７の温度は発熱量によって殆ど変らないと考えられるので、ＴＣ２＝ＴＣ１として、ｐｎ接合の発熱量がＱ２の時のｐｎ接合の温度ＴＨ２は、先の式から導出した次の式で求めることができる。
ＴＨ２ ＝（ＴＨ１−ＴＣ１）Ｑ２／Ｑ１＋ＴＣ１
【００９８】
一方、冷却能力の制御によって、温度検出部位の温度が切換温度と同じ温度に保たれている場合は、冷却板２７の温度は発熱量によって変わるが、ｐｎ接合の温度は次の式で求めることができる。
ＴＨ２ ＝（ＴＨ１−ＴＭ１）Ｑ２／Ｑ１＋ＴＭ２
【００９９】
具体的な数値としては、Ｑ１＝１０Ｗ、ＴＣ１＝２７℃の場合、ｐｎ接合の温度は、ＴＨ１＝６５℃程度になり、温度検出部位は、パッケージ２４等を適切に設計すれば、ＴＭ１＝３８℃程度にすることができる。
【０１００】
上記の数値条件で、ＬＤモジュール２２が、
（１）標準駆動条件の光出力を出力する条件で駆動されている場合（Ｑ＝Ｑ１）と、（２）標準駆動条件より光出力が大きい条件で駆動されている場合（Ｑ＞Ｑ１）と、（３）準駆動条件より光出力が小さい条件で駆動されている場合（Ｑ＜Ｑ１）の３つの場合について、パッケージ２４やＬＤＣＯＳ２５への結露が確実に防止できると共に、ｐｎ接合の温度上昇によってＬＤチップ２３の寿命消費が加速されないことを以下に述べる。なお、切換温度は、切換温度＝（筐体２の内部の空気の露点温度＋１℃）とする。
【０１０１】
（１）標準駆動条件の光出力を出力する条件で駆動されている場合（Ｑ＝Ｑ１）：
筐体２の内部の空気の温度が３５℃で湿度９５％でも、筐体２の内部の空気の露点温度は３４．１℃なので、標準駆動条件における温度検出部位の温度（ＴＭ１）＝３８℃より低い。このため、少なくともタブ２８等の突起部分を除くパッケージ２４には、結露は発生しない。発熱源であるｐｎ接合に近い基板２６は、温度検出部位より更に温度が高くなるので、結露防止対象部であるＬＤＣＯＳ２５にも結露は発生しない。
【０１０２】
また、切換温度は３５．１℃であるが、標準駆動条件における温度検出部位の温度（ＴＭ１）＝３８℃の方が高いので、冷却水の供給が停止されることはない。このため、ＬＤチップ２３の寿命消費速度は、冷却能力も標準条件である標準駆動条件で駆動されている場合の寿命消費速度と同じであり、ＬＤチップ２３の寿命消費が標準駆動条件の場合より加速されることはない。
【０１０３】
従って、標準駆動条件で駆動している場合、温度≦３５℃、湿度≦９５％が、レーザ装置３００の許容設置環境条件であるとすると、その環境条件が守られる限り、仮に筐体２の密閉度が悪く、外部から露点温度が３４．１℃と高い空気が浸入してきても、結露防止対象部に結露が発生することなく、また、標準駆動条件よりも、冷却能力を下げることなくレーザ発振を続けることができ、ＬＤチップ２３の寿命消費が加速されることはない。
【０１０４】
（２）標準駆動条件より光出力が大きい条件で駆動されている場合（Ｑ＞Ｑ１）：
温度検出部位の温度が、ＴＭ１＝３８℃より更に高くなるので、パッケージ２４やＬＤＣＯＳ２５への結露が発生することはない。一方、ＬＤチップ２３の寿命消費は、光出力が標準駆動条件より大きく、ｐｎ接合の温度も標準駆動条件より高くなるので、標準駆動条件の場合より加速される。しかし、これは、標準光出力（定格光出力）を上回る光出力を出力したためであり、結露防止対策のためにＬＤチップ２３の寿命消費が加速される訳ではない。
【０１０５】
（３）準駆動条件より光出力が小さい条件で駆動されている場合（Ｑ＜Ｑ１）：
ｐｎ接合の発熱量が減少して、温度検出部位の温度が切換温度まで下がり、冷却能力の制御によって、温度検出部位の温度がほぼ切換温度と同じ温度に保たれるようになった場合のｐｎ接合の温度を前述の式を用いて算出すると、図１１に示したような結果が得られる。
【０１０６】
図１１において、実線のグラフは、ｐｎ接合の発熱量が減少しても冷却水を供給し続けた場合のｐｎ接合の温度の発熱量依存性を表している。破線と一点鎖線は、温度検出手段の温度が、切換温度＝（筐体２の内部の空気の露点温度＋１℃）まで下がると、結露を防ぐために、冷却水の供給を停止した場合のｐｎ接合の温度の発熱量依存性を表している。破線は、上述の筐体２の内部の空気の露点温度が３４．１℃の場合である。一点鎖線は、筐体２の内部の空気の露点温度が３０℃の場合のｐｎ接合の温度の発熱量依存性である。
温度検出手段の温度が、切換温度＝（筐体２の内部の空気の露点温度＋１℃）まで下がると、冷却水の供給を停止した場合は、温度検出部位の温度≧（筐体２の内部の空気の露点温度＋１℃）なので、やはり、パッケージ２４やＬＤＣＯＳ２５に結露は発生しない。
【０１０７】
一方、寿命消費の加減速に影響するｐｎ接合の温度については、筐体２の内部の空気の露点温度が３４．１℃の場合、ｐｎ接合の発熱量が約７．４Ｗよりも減少すると、温度検出部位の温度を３５．１℃に保つために、冷却水の供給が断続的になる。このため、冷却水を供給し続けた場合に比べると、ｐｎ接合の発熱量が減少しても、ｐｎ接合の温度が余り低下しない。しかし、発熱量が減少するということは、駆動電流が低減されて光出力が少ない上に、冷却水を供給し続けた場合に比べるとｐｎ接合の温度が余り低下しないといっても少なくとも低下しているので、標準駆動条件で駆動している場合に比べて、ＬＤチップ２３の寿命消費は大幅に減速される。
【０１０８】
仮に、筐体２の内部の空気の露点温度が３０℃の場合まで下がると、切換温度は３１℃になる。ｐｎ接合の発熱量が約３．６Ｗに減少するまで、冷却水の供給が連続して行われるので、ｐｎ接合の発熱量が少ない領域では、露点温度が３４．１℃の場合より、ｐｎ接合の温度が更に４．１℃低くなっている。この４．１℃は露点温度の差に相当している。即ち、ｐｎ接合の発熱量が小さい条件で駆動する場合は、筐体２の内部の空気の露点温度が３４．１℃と高く、パッケージ２４やＬＤＣＯＳ２５に結露が生じないことは同じであっても、露点温度が低い程、ｐｎ接合の温度を低く保つことができて、ＬＤチップ２３の寿命消費の減速が更に大幅な減速になることを示している。従って、パッケージ２４やＬＤＣＯＳ２５に結露が生じず、ＬＤチップ２３の寿命消費が標準駆動条件の場合より加速されないので、特に除湿器は必要ではないとは言え、筐体２の内部の空気の露点温度は低い方が望ましいことには変わりない。
【０１０９】
以上の実施形態においては、結露防止対象部１３への結露は防止できることを説明してきたが、逆に、他の部分については、結露を許容することを意味している。筐体２の内部の空気の露点温度が高いと、冷却水配管系５の特に内部の冷却水の温度が最も低い流入側等にはかなり結露が発生する可能性がある。しかし、結露が発生するということは、筐体２の内部の空気の露点温度が下がるということを意味しており、上記のように、筐体２の内部の空気の露点温度は低い方が望ましいことには変わりない。従って、結露で発生した水滴が再蒸発しないように、筐体２の外部に排水する機構を設けることが望ましい。
【０１１０】
具体的な排水機構２９としては、図１２のような構造が考えられる。図１２において、排水機構２９に関係のないレーザ装置４００内の構成部品は図示していない。図１２に示した排水機構２９は、毛細管部材３０とヒータ３１等の加熱手段とを有し、冷却水配管系５のうち、受熱冷却部１１に向かう流入側の配管部５１に、筐体２の内部と外部を跨ぐように配設されている。この排水機構２９は、繊維の束のような毛細管部材３０を浸透してきた水分を筐体２の外側のヒータ３１等で加熱して蒸発させ、その部分の毛細管部材３０を乾燥させることにより、筐体２の内部の水滴が筐体２の外側に浸出し易くしている。但し、上記の排水機構２９は一例であって、排水機構を限定するものではない。
【０１１１】
上記のように、結露で発生した水を筐体２の外側に排水する排水機構２９を設け、筐体２の密閉性を高めることによって、筐体２の内部の空気に対して想定される最高露点温度を、レーザ装置の許容設置環境条件、あるいは、設置条件仕様から導出されるレーザ装置の周囲の空気における露点温度の上限である周囲上限露点温度より低く設定することも可能になる。
【０１１２】
また、図１２のような排水機構２９を多数揃える必要がないように、結露が発生する場所を限定するために、図１３に示すレーザ装置５００のように、冷却水配管系５のうち、受熱冷却部１１から流出する流出側の配管部５２の表面に、結露を防ぐための断熱材３２を配置してもよい。図１３では、冷却水配管系５において、流入側の配管部５１における配管部５３との接続部位と排水機構２９の配設部位との間の以外の配管表面に断熱材３２を設けた例を示している。
【０１１３】
更に、少なくとも筐体２の内部で結露が発生する部分には、結露による腐食を抑制するために防錆処理が施されている、あるいは、少なくとも筐体２の内部で結露が発生する部分の材質が防錆材であってもよい。例えば、図１３に示す例では、冷却水配管系５のうち、特に結露が発生する流入側の配管部５１は、結露による腐食を抑制するために、表面に金メッキ等の防錆処理を施したり、配管の材質をステンレスのような防錆材にしたりすることができる。図１３においても、本項の説明に関係のないレーザ装置内の構成部品は図示していない。
【０１１４】
［第５実施形態］
図１４は、本発明の第５実施形態に係るレーザ装置６００の概念的な構成を示すブロック図である。
このレーザ装置６００は、複数の発熱部９にそれぞれ熱的に接続した複数の受熱冷却部１１と、複数の受熱冷却部１１を冷却する冷却能力を独立して制御するための複数の冷却能力制御手段６と、複数の発熱部９と発熱部支持部１２を含む結露防止対象部に近接して、それぞれの結露防止対象部を実質的に包囲する複数の包囲部材１４と、複数の包囲部材１４の所定部位の温度を検出する複数の温度検出手段１５を備えている。また、制御部７は、それぞれの温度検出手段１５によるそれぞれの検出結果に応じて、対応する受熱冷却部１１を冷却する冷却能力を、対応する冷却能力制御手段６によってそれぞれ個別に制御するようにしている。図１４には３つのレーザ発振器３が示されているが、レーザ発振器３の数は３つに限定されない。
【０１１５】
本実施形態のような構造を備えることによって、例えば、本実施形態のように、複数のレーザ発振器３や、図示していないが、レーザ発振器３とレーザ電源部４への冷却水の流量を個別に制御して、いずれの結露防止対象部への結露も防止することができる。複数のレーザ発振器３を備えたレーザ装置６００においては、一部のレーザ発振器３だけ駆動した場合も、そのレーザ発振器３だけに冷却水を流して、発振していない他のレーザ発振器３の結露防止対象部への結露を防ぐこともできる。また、レーザ発振器３によって光出力指令が異なり、レーザ発振器３における発熱量が異なる場合にも、レーザ発振器３毎に個別に冷却能力を制御することによって、発熱量が小さいレーザ発振器３についても結露を効果的に防止できる。
【０１１６】
なお、図１４においても、太い実線は、冷却水流路１０を含む冷却水配管系５を表しており、傍に記載した矢印は冷却水の流れの方向を例示している。また、太い白抜きの矢印や白抜きの太い線は、レーザ光１７を模式的に表しており、レーザ発振器３から出射されたレーザ光１７は、レーザ光学系１８を経由してレーザ装置６００から出力される。
【０１１７】
［第６実施形態］
図１５は、本発明の第６実施形態に係るレーザ装置７００の概念的な構成を示すブロック図である。
レーザ装置７００は、複数のレーザ発振器３を備え、それぞれのレーザ発振器３におけるレーザ発振のために発熱する複数の発熱部９にそれぞれ熱的に接続した複数の受熱冷却部１１と、複数の受熱冷却部１１を冷却する冷却能力を一括して制御するための冷却能力制御手段６と、複数の発熱部９と発熱部支持部１２を含む結露防止対象部に近接して、それぞれの結露防止対象部を実質的に包囲する複数の包囲部材１４と、複数の包囲部材１４の所定部位の温度を検出する複数の温度検出手段１５を備えている。また、制御部７は、それぞれの温度検出手段１５によるそれぞれの検出結果がほぼ同一温度になるように、対応するレーザ電源部４からレーザ発振器３に供給する電流を制御するようにしている。図１５にも３つのレーザ発振器３が示されているが、レーザ発振器３の数は３つに限定されない。
【０１１８】
複数のレーザ発振器３を備えたレーザ装置７００においては、複数のレーザ発振器３の発熱部９とそれぞれ熱的に接続する複数の受熱冷却部１１を冷却する冷却能力を単一の冷却能力制御手段６で制御しながら、全ての発熱部９と発熱部支持部１２を含む結露防止対象部への結露を防止することができる。
【０１１９】
なお、図１５においても、太い実線は、冷却水流路１０を含む冷却水配管系５を表しており、傍に記載した矢印は冷却水の流れの方向を例示している。また、太い白抜きの矢印や白抜きの太い線は、レーザ光１７を模式的に表しており、レーザ発振器３から出射されたレーザ光１７は、レーザ光学系１８を経由してレーザ装置７００から出力される。
【０１２０】
以上説明したように、本発明に係るレーザ装置１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００によれば、特に除湿機能を必要とせず、従って、コストやサイズの点でできれば使用を避けたい盤用クーラー等の除湿器を使用することなく、レーザ装置が、標準駆動条件で駆動されている時よりも、発熱部の温度を上げて発熱部の寿命消費を加速させることなく、結露防止対象部への結露が防止できる長寿命で信頼性の高いレーザ装置が提供できるという効果を奏する。また、本発明に係るレーザ装置１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００によれば、従来の除湿器を使用しないレーザ装置では避けることができなかった、露点温度が高い場合は結露を防止するために冷却能力を下げざるを得ず、その結果、レーザ発振器等の発熱部の温度が上がって、レーザ発振器等の発熱部の寿命消費が加速されるという問題を解決することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  レーザ装置
２  筐体
３  レーザ発振器
４  レーザ電源部
５  冷却水配管系
６  冷却能力制御手段
７  制御部
８  入力部
９  発熱部
１０  冷却水流路
１１  受熱冷却部
１２  発熱部支持部
１３  結露防止対象部
１４  包囲部材
１５  温度検出手段
１６  チラー
１７  レーザ光
１８  レーザ光学系
１９  露点温度検出手段
２０  表示部
２１  補助加熱手段
２２  ＬＤモジュール
２３  ＬＤ、ＬＤチップ
２４  （ＬＤモジュールの）パッケージ
２５  ＬＤＣＯＳ（LD chip on substrate）
２６  （ＬＤチップの）基板
２７  冷却板
２８  （ＬＤモジュールの）タブ
２９  排水機構
３０  毛細管部材
３１  ヒータ
３２  断熱材
Ａ，Ｂ，Ｃ  電磁弁
【図１】
2019071320.tif 000003
【図２】
2019071320.tif 000004
【図３】
2019071320.tif 000005
【図４】
2019071320.tif 000006
【図５】
2019071320.tif 000007
【図６】
2019071320.tif 000008
【図７】
2019071320.tif 000009
【図８】
2019071320.tif 000010
【図９】
2019071320.tif 000011
【図１０】
2019071320.tif 000012
【図１１】
2019071320.tif 000013
【図１２】
2019071320.tif 000014
【図１３】
2019071320.tif 000015
【図１４】
2019071320.tif 000016
【図１５】
2019071320.tif 000017