(57)【要約】【課題】個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができるレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置は、複数の光源１ａ〜１ｃと、複数の光源１ａ〜１ｃの各光源から発生する熱を排熱し、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃの角度に合わせて３次元造形されたヒートシンク７とを備える。ヒートシンク７は、青色レーザを銅粉末に照射して銅粉末を溶融及び凝固させることにより直接造形されてなる。各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃがヒートシンク７の吸熱面１７ａ〜１７ｃに接触する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱し、前記各光源の排熱面の角度に合わせて３次元造形されたヒートシンクと、
を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、青色レーザを銅粉末に照射して前記銅粉末を溶融及び凝固させることにより直接造形されてなることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、前記各光源の排熱面の形状を計測して得られた前記形状の３次元データに基づき３次元造形されてなることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記複数の光源に対応して設けられ、前記複数の光源からの各出射光をコリメートする複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズに対応して設けられ、一対の前記光源と前記コリメートレンズとを保持し且つ前記コリメートレンズのコリメート光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、
前記複数のホルダを保持するハウジングと、
出射位置と出射角度が調整された各コリメート光を集光する集光部と、  
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項５】
複数の光源と、
前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱するヒートシンクと、
前記複数の光源の各光源からの各出射光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、
前記各光源の排熱面と前記ヒートシンクの吸熱面との間に配置され、前記各光源の排熱面に個別に接触する１以上の第１熱伝達部材と、
前記１以上の第１熱伝達部材が面接触して挿入される穴部が形成され前記ヒートシンクの吸熱面と面接触する１以上の第２熱伝達部材と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
前記第１熱伝達部材は、円筒ブロックからなり、
前記第２熱伝達部材は、プレートからなることを特徴とする請求項５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、複数の光源からの光を結合して光ファイバに出力するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを高出力化するために、複数の光源からの光を結合させた光を光ファイバ等の受光装置に入射させる発光装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ等を光源とし、各光源からの光をレンズやプリズム等の光学系を用いて光ファイバに結合する方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３２２８０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の光源からの光を結合して高出力化しつつ、集光性を向上して高輝度化を図る場合、各光源から生成されるコリメート光のビーム径や出射方向の調整精度を高める必要がある。このため、光源毎に、それぞれレンズを調整しなければならない。
【０００６】
この場合、光を入射する光ファイバと、光ファイバのコア部へ集光するレンズとの位置を先に固定し、レンズへの光の入射状態を各光源毎に微調整する場合、各光源は同一平面上に位置しない。このため、各光源の排熱面を１つの大きなヒートシンクに接触させて排熱することが困難であった。
【０００７】
図８は、従来のレーザ装置の概略構成図である。図９は、従来のレーザ装置の光源取付部の詳細図である。各光源１ａ〜１ｃは、光ファイバ６への結合効率が最適となるようにそれぞれ異なる角度に調整されている。図９に示す例では、光源１ｃの取付角度θ１が光源１ａ，１ｂの取付角度θ３，θ２よりも大きく調整されている。
【０００８】
この状態で、光源１ｃの排熱面１１ｃとヒートシンク８の吸熱面との隙間ｔ１が０になるようにヒートシンク８を取り付けると、光源１ｂとヒートシンク８との隙間ｔ２と光源１ａとヒートシンク８との隙間ｔ３は、０よりも大きくなるため、隙間をグリスや熱伝導シートで埋める必要がある。
【０００９】
また、光源１ａ〜１ｃに関しても、排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク８の吸熱面を平行にすることは難しいため、やはりグリス等で隙間を埋めなければならない。グリスやシートの熱伝導率は、ヒートシンク８の素材として用いられる銅やアルミニウムと比べて１／１００程度であり、この隙間が大きくなることは、光源の放熱特性が著しく低下する原因となる。
【００１０】
また、各光源の組立作業が煩雑になり、光源から発生するアウトガスが問題になる可能性があった。
【００１１】
本発明の課題は、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができるレーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るレーザ装置の請求項１は、上記課題を解決するために、複数の光源と、前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱し、前記各光源の排熱面の角度に合わせて３次元造形されたヒートシンクとを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２では、前記ヒートシンクは、青色レーザを銅粉末に照射して前記銅粉末を溶融及び凝固させることにより直接造形されてなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３では、前記ヒートシンクは、前記各光源の排熱面の形状を計測して得られた前記形状の３次元データに基づき３次元造形されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項４は、前記複数の光源に対応して設けられ、前記複数の光源からの各出射光をコリメートする複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズに対応して設けられ、一対の前記光源と前記コリメートレンズとを保持し且つ前記コリメートレンズのコリメート光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、前記複数のホルダを保持するハウジングと、出射位置と出射角度が調整された各コリメート光を集光する集光部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５は、複数の光源と、前記複数の光源の各光源から発生する熱を排熱するヒートシンクと、前記複数の光源の各光源からの各出射光の出射位置と出射角度を調整する複数のホルダと、前記各光源の排熱面と前記ヒートシンクの吸熱面との間に配置され、前記各光源の排熱面に個別に接触する１以上の第１熱伝達部材と、前記１以上の第１熱伝達部材が面接触して挿入される穴部が形成され前記ヒートシンクの吸熱面と面接触する１以上の第２熱伝達部材とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６は、前記第１熱伝達部材は、円筒ブロックからなり、前記第２熱伝達部材は、プレートからなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光源の排熱面の角度に合わせてヒートシンクを３次元造形することにより、光源の取り付け角度に合わせたヒートシンクを形成することができる。これにより、各光源とヒートシンク間は、直接接合されるため、熱抵抗を極限まで小さくすることができ、複数の光源を効果的に冷却できる。このため、個別に角度調整された複数の光源の排熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１のレーザ装置の概略構成図である。
【図２】光源の排熱面にヒートシンクを直接造形した実施例１のレーザ装置の概略構成図である。
【図３】ヒートシンク造形前の実施例１のレーザ装置の斜視図である。
【図４】実施例１のレーザ装置のヒートシンクの斜視図である。
【図５】ヒートシンクを直接造形した実施例１のレーザ装置の光源取付部の詳細図である。
【図６】本発明の実施例２のレーザ装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施例２の変形例のレーザ装置の概略構成図である。
【図８】従来のレーザ装置の概略構成図である。
【図９】従来のレーザ装置の光源取付部の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のレーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１のレーザ装置の概略構成図である。図１に示すレーザ装置は、複数の光源１と、複数のホルダ２と、複数のコリメートレンズ３と、ハウジング４と、集光レンズ５と、光ファイバ６とを備えている。
【００２２】
複数の光源１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）等からなり、各々の光源１が略等間隔に配置されている。複数の光源１は、図１の例では５個であるが、これに限定されることなく、複数の光源１の数はその他の数であってもよい。
【００２３】
複数のコリメートレンズ３は、複数の光源１に対応して設けられ、複数の光源１に対向した位置に配置され、複数の光源１からの各出射光をコリメートする。
【００２４】
複数のホルダ２は、複数のコリメートレンズ３に対応して設けられ、各々のホルダ２は、金属や樹脂等からなり、一対の光源１とコリメートレンズ３とを保持し且つコリメートレンズ３のコリメート光の出射位置と出射角度を調整する光軸調整機構を有する。
【００２５】
ハウジング４は、複数のホルダ２を保持するもので、金属や樹脂等からなる。ハウジング４の内部には、複数のコリメートレンズ３に対応する位置に集光レンズ５が配置されている。
【００２６】
集光レンズ５は、出射位置と出射角度が調整された各コリメートレンズ３からの出射光を集光して光ファイバ６に結合する。光ファイバ６は、集光レンズ５で集光された光を伝送する。
【００２７】
図２は、光源１の排熱面にヒートシンク７を直接造形した実施例１のレーザ装置を示す。図３は、ヒートシンク造形前の実施例１のレーザ装置の斜視図である。図４は、実施例１のレーザ装置のヒートシンク７の斜視図である。
【００２８】
図３に示すように、光源として、例えば、８つの光源１ａ〜１ｊが設けられ、８つの光源１ａ〜１ｊに対応して８つのホルダ２ａ〜２ｊが設けられている。また、図４に示すように、ヒートシンク７には、８つの光源１ａ〜１ｊに対応して８つのシンク部７ａ〜７ｊが設けられている。
【００２９】
図２において、ハウジング４の先端にはホルダ２ａ〜２ｅ（上段のみ図示）が突起しており、ホルダ２ａ〜２ｅの先端には、シンク部７ａ〜７ｅ（上段のみ図示）を有するヒートシンク７が直接造形されている。ヒートシンク７にはファン９が取り付けられている。
【００３０】
ヒートシンク７は、各光源１ａ〜１ｊから発生する熱を排熱し、各光源１ａ〜１ｊの排熱面の角度に合わせて３次元で直接造形されている。ヒートシンク７は、銅からなり、青色レーザを熱伝導性の高い銅粉末に照射して、銅粉末を溶融及び凝固させることにより、直接、３次元造形されている。
【００３１】
ファン９は、ヒートシンク７を冷却する。なお、ファン９の代わりに、水冷システムを用いてヒートシンク７を冷却するようにしてもよい。
【００３２】
図５は、ヒートシンク７を直接造形した実施例１のレーザ装置の光源取付部の詳細図である。図５においても、図７に示す従来のレーザ装置と同様に、各光源１ａ〜１ｃは異なる角度に調整されている。図５では、各光源１ａ〜１ｃのみを示しているが、光源としては、１０個の光源１ａ〜１ｊ配置されている。１０個の光源１ａ〜１ｊの各々は、図５に示す各光源１ａ〜１ｃと同様に構成されている。
【００３３】
図５において、ヒートシンク７に有するシンク部７ａ〜７ｃの間には溝部１２ａ，１２ｂが形成され、シンク部７ａ〜７ｃには各光源１ａ〜１ｃの３つの端子を収納する穴部１０ａ〜１０ｃが形成されている。各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７ａ〜１７ｃとは接触している。
【００３４】
図５に示すように、ヒートシンク７が各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃの角度に合わせて吸熱面１７ａ〜１７ｃが直接造形されているので、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７ａ〜１７ｃとの隙間ｔ１１〜ｔ１３は、全て０になる。
【００３５】
このため、銅やアルミニウムと比べて熱伝導率の低いグリスやシートを用いる必要がなくなる。また、必要に応じて各光源１ａ〜１ｃを駆動するための配線用の穴や溝等もヒートシンク７に形成される。
【００３６】
このように実施例１のレーザ装置によれば、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃの角度に合わせて、ヒートシンク７を３次元造形することにより、光源１ａ〜１ｃの取り付け角度に合わせたヒートシンク７を形成することができる。
【００３７】
これにより、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７ａ〜１７ｃとが直接接合されるため、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７ａ〜１７ｃとの間には隙間が存在しない。
【００３８】
このため、排熱面１１ａ〜１１ｃから吸熱面１７ａ〜１７ｃへ熱伝導効率が向上し個別に角度調整された複数の光源１ａ〜１ｃの排熱を効率良く行うことができる。
【００３９】
また、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃにヒートシンク７を直接造形することが困難である場合がある。この場合には、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃの形状を三次元測定器で計測して、排熱面１１ａ〜１１ｃの形状をヒートシンク７に転写し、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面の隙間が極小となるようにヒートシンク７を３次元造形しても良い。即ち、排熱面１１ａ〜１１ｃの形状を三次元測定器で計測し得られた形状の３次元データに基づき３次元造形したヒートシンク７を用いても良い。
【００４０】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例２のレーザ装置の概略構成図である。実施例２のレーザ装置は、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７との間に、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃとプレート２３ａ〜２３ｃとを配置したことを特徴とする。なお、実施例２のレーザ装置においても、各光源は、異なる角度に調整されている。
【００４１】
円筒ブロック２１ａ〜２１ｃは、本発明の１以上の第１熱伝達部材に対応し、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７との間に配置され、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃに個別に接触する。円筒ブロック２１ａ〜２１ｃは、金属、例えば、高熱伝導率を有する銅からなる。
【００４２】
プレート２３ａ〜２３ｃは、本発明の１以上の第２熱伝達部材に対応し、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃが面接触して挿入される穴部２２ａ〜２２ｃが形成され、ヒートシンク７の吸熱面１７と面接触する。プレート２３ａ〜２３ｃは、金属、例えば、高熱伝導率を有する銅からなる。
【００４３】
プレート２３ａ〜２３ｃに形成された穴部２２ａ〜２２ｃと円筒ブロック２１ａ〜２１ｃの外周面とが嵌合して接触している。即ち、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃとヒートシンク７の吸熱面１７とは、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃとプレート２３ａ〜２３ｃにより熱的に接続している。
【００４４】
また、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃとプレート２３ａ〜２３ｃとは、ねじによる締結や高熱伝導性を有する接着剤による接着、ロウ付け、溶接等により固定される。
【００４５】
このように構成された実施例２のレーザ装置によれば、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃとプレート２３ａ〜２３ｃ間は、嵌合して接触しているため、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃと光源１ａ〜１ｃ間と比べて十分に熱抵抗が小さくできる。このため、光源１ａ〜１ｃからヒートシンク７までの熱抵抗は、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃと光源１ａ〜１ｃ間の隙間の大きさに依存する。
【００４６】
円筒ブロック２１ａ〜２１ｃと光源１ａ〜１ｃ間の隙間ｔ１〜ｔ３は、図６に示すように、全て零になる。このため、光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃと円筒ブロック２１ａ〜２１ｃの吸熱面との角度差により生じる空間のみグリス等で埋めれば良い。
【００４７】
また、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃとプレート２３ａ〜２３ｃ間は、嵌合して接触しているため、両部品間の隙間は、従来の光源放熱面とヒートシンク吸熱面に生じる隙間と比べて十分に小さい。
【００４８】
また、各光源１ａ〜１ｃの排熱面１１ａ〜１１ｃの角度は、光軸調整により異なり、均一ではないが、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃは、各光源１ａ〜１ｃ毎に、他の光源の角度に依存することなく、隙間が最小となるように取り付けることができるため、従来と比較して複数の光源の排熱を効率よく行うことができる。
【００４９】
図７は、本発明の実施例２の変形例のレーザ装置の概略構成図である。図７に示す実施例２の変形例のレーザ装置は、円筒ブロック２１ａ〜２１ｃの外周面に雄ねじからなるネジ部２４ａが形成され、プレート２３ａ〜２３ｃの内周面に雌ねじからなるネジ部２５ａが形成され、ネジ部２４ａとネジ部２５ａとが螺合している。
【００５０】
このような実施例２の変形例のレーザ装置によっても、実施例２のレーザ装置の効果と同様な効果が得られる。
【００５１】
なお、本発明は、実施例１，２のレーザ装置に限定されるものではない。実施例１，２のレーザ装置では、円筒ブロックを用いたが、これに代えて、例えば、多角形状のブロックを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、分析、計測、医療、光情報処理、レーザディスク等に使用されるレーザ装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ〜１ｊ  光源
１１ａ〜１１ｃ  排熱面
２，２ａ〜２ｊ  ホルダ
３  コリメートレンズ
４  ハウジング
５  集光レンズ
６  光ファイバ
７，８  ヒートシンク
７ａ〜７ｊ  シンク部
９  ファン
１０ａ〜１０ｊ  穴部
１１ａ〜１１ｃ  排熱面
１２ａ〜１２ｃ  溝部
１７ａ〜１７ｃ  吸熱面
２１ａ〜２１ｃ  円筒ブロック
２２ａ〜２２ｃ  穴部
２３ａ〜２３ｃ  プレート
２４ａ〜２４ｃ，２５ａ〜２５ｃ  ネジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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