(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面発光型レーザが配列されたレーザアレイチップと、
前記レーザアレイチップが設けられるベース部材と、
前記レーザアレイチップから出射されるレーザ光を成形して集光する光学部材と、
前記光学部材により集光されたレーザ光が入射される光ファイバと、
前記レーザアレイチップと前記光学部材とを収納する筐体と、を備え、
前記ベース部材は、前記筐体の一部を構成して前記筐体の外郭の一部を形成し、
前記ベース部材の熱伝導率は、前記筐体を構成する前記ベース部材以外の部材と同じ熱伝導率、若しくは前記ベース部材以外の部材よりも高い熱伝導率であり、
前記筐体の内側において、前記ベース部材には、前記レーザアレイチップを実装するマウント部と、樹脂製の絶縁材料から為る絶縁部材と、が設けられ、
前記絶縁部材には、電力の供給のための電線と、前記電線からの電力を前記レーザアレイチップに導くべく一端が前記マウント部に宛がわれる電極と、が電気的に接続されて固定され、
前記筐体の外側において、前記ベース部材の前記マウント部および前記絶縁部材と前記ベース部材を介在して対向する位置に、冷却装置が宛がわれ、
前記冷却装置は、前記マウント部および前記絶縁部材を冷却することを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記ベース部材は、熱拡散板であることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記絶縁部材は、前記マウント部よりも弾性率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記冷却装置は、冷却強度が高い箇所を、前記ベース部材を介在して前記マウント部に最も接近させて前記ベース部材に宛がい設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記冷却装置は、吸熱部で吸収した熱を放熱部で放熱すべく構成され、前記吸熱部の中心位置を前記マウント部に最も接近させて前記吸熱部を前記ベース部材に宛がい設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記冷却装置は、吸熱ブロックに冷媒を通すための冷媒通路が設けられて構成され、前記冷媒通路を前記マウント部に最も接近させて前記吸熱ブロックを前記ベース部材に宛がい設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記冷却装置は、吸熱ブロックに冷媒を通すための冷媒通路が設けられて構成され、前記冷媒通路において最も圧力損失が大きくなる箇所を前記マウント部に最も接近させて前記吸熱ブロックを前記ベース部材に宛がい設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレーザモジュール。
【請求項８】
前記冷却装置は、吸熱ブロックに冷媒を通すための冷媒通路が設けられて構成され、前記冷媒通路における上流側で前記マウント部に対向させるとともに下流側で前記絶縁部材に対向させて前記吸熱ブロックを前記ベース部材に宛がい設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレーザモジュール。
【請求項９】
請求項２から請求項８のいずれか１項に記載のレーザモジュールであって、
レーザ光が内燃機関の点火に用いられ、前記冷却装置が前記内燃機関の外郭部に固定されて設置されることを特徴とするレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザモジュールでは、高出力なレーザ光源とすべく、複数のレーザ光源を用いて構成したレーザアレイチップから出射されたレーザ光をレンズアレイで平行光としてから集光レンズで集光する構成とするものがある。
【０００３】
このようなレーザモジュールでは、複数の面発光型半導体レーザを用いてレーザアレイチップを構成し、その各面発光型半導体レーザに対応して複数のマイクロレンズを設けてレンズアレイを構成することが考えられている(例えば、特許文献１参照)。そのレーザモジュールでは、集光レンズで集光したレーザ光を光ファイバ（その一端面）に入射させることで、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。このレーザモジュールでは、レーザアレイチップにおいて、面発光型半導体レーザが高い密度で配置されていることから、熱源が集中しており高い密度で熱が発生する。レーザモジュールでは、熱による線膨張に起因してレンズアレイ等の形状や取付位置が変化すると、光ファイバに入射するレーザ光の光量が小さくなり、高出力なレーザ光を得ることができなくなる。このため、レーザモジュールでは、レーザアレイチップやレンズアレイや集光レンズを収容する筐体の内部に吸排気を利用する冷却装置を設けて、レーザアレイチップを冷却することが考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、レーザモジュールでは、吸排気に伴って筐体の内部に塵埃が入り込むと、レンズアレイや集光レンズに塵埃が付着し光ファイバに入射するレーザ光の光量が小さくなり、高い強度のレーザ光を出力できなくなる虞がある。そこで、筐体の外部に冷却装置を設けることが考えられるが、筐体の内部のレーザアレイチップを十分に冷却するには冷却装置の大型化を招いてしまい、延いてはレーザモジュールの大型化を招いてしまう。
【０００５】
また、高い強度のレーザ光を出力するためには、レーザアレイチップに電力を安定して供給する必要があり、そのためには、断面積の大きな電線が必要となる。レーザモジュールを小型化するためには、この断面積の大きな電線の取付構造についても考慮する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することのできるレーザモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザモジュールは、複数の面発光型レーザが配列されたレーザアレイチップと、前記レーザアレイチップが設けられるベース部材と、前記レーザアレイチップから出射されるレーザ光を成形して集光する光学部材と、前記光学部材により集光されたレーザ光が入射される光ファイバと、前記レーザアレイチップと前記光学部材とを収納する筐体と、を備え、前記ベース部材は、前記筐体の一部を構成して外郭の一部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザモジュールでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のレーザモジュールの概念を説明するための一例としての実施形態に係るレーザモジュール１０の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿って得られた断面を示す断面図である。
【図３】レーザモジュール１０の各構成を分解して示す斜視図である。
【図４】各電線１２および各電極１８を熱拡散板１５に取り付ける様子を説明するための説明図である。
【図５】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例１のレーザモジュール１０Ａの構成を概略的に示す説明図である。
【図６】図５のII−II線に沿って得られた断面を示す断面図である。
【図７】マウント部１６と各電極１８との構成を説明するための説明図である。
【図８】図７のIII−III線に沿って得られた断面を示す断面図である。
【図９】絶縁部材１７に各電極１８を取り付けた際の作用を説明するための説明図である。
【図１０】比較のためにレーザモジュール１０Ｘにおいて絶縁部材１７Ｓに各電極１８を取り付けた際の作用を説明するための説明図である。
【図１１】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例２のレーザモジュール１０Ｂの構成を概略的に示す説明図である。
【図１２】レーザモジュール１０Ｂにおける内部構成を示す説明図である。
【図１３】図１１のIV−IV線に沿って得られた断面を示す断面図である。
【図１４】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例３のレーザモジュール１０Ｃの構成を図１３と同様の断面で示す説明図である。
【図１５】レーザモジュール１０Ｃに用いる冷却装置としてのヒートシンク３３Ｃの吸熱ブロック３４Ｃの構成を概略的に示す説明図である。
【図１６】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例４のレーザモジュール１０Ｄの構成を図１３と同様の断面で示す説明図である。
【図１７】レーザモジュール１０Ｄにおける内部構成を示す説明図である。
【図１８】レーザモジュール１０Ｄに用いる冷却装置としてのヒートシンク３３Ｄの吸熱ブロック３４Ｄにおける液体冷媒３６の温度分布を説明するための説明図であり、低温を白色とするとともに高温となるにしたがって黒色に変化させて示している。
【図１９】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例５のレーザモジュール１０Ｅを内燃機関の点火に用いる際の構成を示す説明図である。
【図２０】比較のためにレーザモジュール１０Ｅのヒートシンク３２をエンジン外郭部５２とは離して設けた構成を示す説明図である。
【図２１】比較のためにペルチェ素子３１を用いない場合のレーザモジュール１０Ｅの構成を示す説明図である。
【図２２】比較のためにレーザモジュール１０Ｅ（そのハウジング部材１４）をエンジン外郭部５２に取り付けた構成を示す説明図である。
【図２３】本発明のレーザモジュールの一実施形態に係る実施例６のレーザモジュール１０Ｆを内燃機関の点火に用いる際の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係るレーザモジュールの実施形態および各実施例について図面を参照しつつ説明する。先ず、本発明に係るレーザモジュールの概念を、図１から図４に示す実施形態に係るレーザモジュール１０を用いて説明する。なお、図１、図２および図４では、レーザモジュール１０の構成の理解を容易なものとするために、各部の構成を模式的に示している。
【００１１】
本発明に係るレーザモジュールとしての一実施形態のレーザモジュール１０は、図１および図２に示すように、筐体１１に各電線１２と光ファイバ１３とが接続されて構成される。このレーザモジュール１０では、各電線１２を介して電力が供給されると、光ファイバ１３を通して高い強度のレーザ光を出力する。その筐体１１は、一端が開放された箱状を呈するハウジング部材１４と、全体に板状を呈する熱拡散板１５と、を備え、ハウジング部材１４の開放端を塞ぐように熱拡散板１５が取り付けられて構成される。
【００１２】
そのハウジング部材１４は、図２に示すように、全体に中空の直方体形状を呈し、その一端が開放されて形成されている。ハウジング部材１４には、開放側とは反対側の奥壁１４ａにレンズ取付穴１４ｂが設けられ、奥壁１４ａと直交する下壁１４ｃに２つの電線挿入穴１４ｄ（図２では一方のみ示す）が設けられている。レンズ取付穴１４ｂは、後述する集光レンズ２２を取り付けるための箇所であり、両電線挿入穴１４ｄは、電線１２を通すための箇所である。この両電線挿入穴１４ｄは、密閉性を保ちつつ電線１２を通すように構成されている。
【００１３】
より詳細には、このハウジング部材１４には、図３に示すように、開放端にフランジ部１４ｅが設けられ、そのフランジ部１４ｅには一対の位置決め穴１４ｆ（図３では一方のみ示す）と複数の取付穴１４ｇとが設けられている。フランジ部１４ｅは、この実施形態では、ハウジング部材１４の両側から外側へと突出する板状を呈する。位置決め穴１４ｆは、各フランジ部１４ｅに１つずつ設けられており、対応するフランジ部１４ｅを貫通して形成されている。各取付穴１４ｇは、熱拡散板１５を取り付けるための穴であり、各フランジ部１４ｅに貫通して複数設けられている。また、ハウジング部材１４には、奥壁１４ａに複数の固定ネジ穴１４ｈが設けられている。この各固定ネジ穴１４ｈは、後述する光ファイバ支持部材２４を取り付けるためのネジ穴であり、奥壁１４ａを部分的に穿つとともに内周壁面にネジ溝が設けられて形成されている。このハウジング部材１４の開放端に熱拡散板１５が取り付けられる。
【００１４】
その熱拡散板１５は、筐体１１内での後述するレーザアレイチップ１９の位置決めをすべくレーザアレイチップ１９が設けられるベース部材であり、ハウジング部材１４と同じ熱伝導率か当該ハウジング部材１４よりも熱伝導率の高い材料を用いて形成される。熱拡散板１５は、例えば金属材料等の熱伝導率（熱伝導性）の高い材料を用いて形成され、この実施形態では一例として銅を用いている。この熱拡散板１５には、図２から図４に示すように、レーザアレイチップ１９の実装（配置）のためのマウント部１６が形成されている。そのマウント部１６は、熱拡散板１５上に絶縁層（図７および図８の後述する絶縁層１６ａ参照）と、導通層（図７および図８の後述する導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ参照）と、が適宜設けられて形成され、レーザアレイチップ１９に対する回路を構成する。また、マウント部１６には、レーザアレイチップ１９の位置決めをする位置決め部が設けられている。この位置決め部は、レーザアレイチップ１９の所定の箇所と接することにより位置決めするものであれば、突起により構成されていてもよく、凹所により構成されていてもよい。
【００１５】
熱拡散板１５には、この実施形態では、図３に示すように、一対の位置決めピン１５ａと複数の取付ネジ穴１５ｂとを設けている。この各位置決めピン１５ａは、ハウジング部材１４の各フランジ部１４ｅに設けた位置決め穴１４ｆに対応して設けられ、その位置決め穴１４ｆへと挿入することが可能とされている。各位置決めピン１５ａは、それぞれが対応する位置決め穴１４ｆへと挿入されると、熱拡散板１５のハウジング部材１４に対する位置を所定のものとする。各取付ネジ穴１５ｂは、ハウジング部材１４の各フランジ部１４ｅに設けた各取付穴１４ｇに対応して設けられ、その取付穴１４ｇを経たネジ部材の締め付け固定を可能とする。
【００１６】
また、熱拡散板１５には、図２から図４に示すように、絶縁部材１７が設けられる。その絶縁部材１７は、熱拡散板１５に対する電気の伝導を断ちつつ、各電線１２および後述する各電極１８を取り付ける箇所を構成する。絶縁部材１７は、この実施形態では、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成し、一例としてＰＯＭ（ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ））を用いて形成する。この絶縁部材１７は、直方体形状を呈し、後述するように各電極１８と各電線１２とを電気的に接続しつつそれらを熱拡散板１５に取り付ける箇所を構成する。この絶縁部材１７には、後述するネジ２５の締め付け固定を可能とする固定ネジ穴１７ａ（図４参照）が形成され、各電極１８および各電線１２の取り付けが可能とされている。
【００１７】
その各電線１２および各電極１８は、マウント部１６に設けられるレーザアレイチップ１９に電力を供給するものである。この実施形態では、後述するようにレーザアレイチップ１９が１００（Ａ）以上の高電流の入力を想定している。そのため、各電線１２および各電極１８は、十分な断面積を有するものとしている。これに伴い、各電線１２は、固定のために大きな力を要することから、一例として先端にリング状の端子１２ａを設けている。また、各電極１８は、導電性材料から為る長尺な板状を呈し、基端に取付穴１８ａが形成された取付片部１８ｂが設けられている。この各電極１８は、後述するように、取付片部１８ｂが絶縁部材１７に取り付けられるとともに、その取付片部１８ｂとは反対側の先端部１８ｃがマウント部１６に押し当てられる。
【００１８】
そのマウント部１６に設けられるレーザアレイチップ１９は、複数の面発光型レーザを配列させて構成している。レーザアレイチップ１９は、この実施形態では、複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ））を適宜配置して構成している。その各ＶＣＳＥＬは、円筒状の活性領域と薄膜活性層を挟む反射鏡とから構成され、主面と直交する方向に形成された共振器からレーザ光を出射する。各ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬアレイ基板にフォトマスクを被膜し、そのフォトマスクのパターンニングに従って形成する。このような構成であることから、レーザアレイチップ１９では、各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上）の入力を要するものとしている。これにより、レーザアレイチップ１９では、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力することができる。
【００１９】
レーザアレイチップ１９では、所定の電力が供給されることにより、各ＶＣＳＥＬからのレーザ光が出射面１９ａから出射される。このレーザアレイチップ１９は、所定の箇所をマウント部１６の位置決め部に押し当てることで、位置決めされてマウント部１６に配置される。そして、レーザアレイチップ１９は、ワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディング等により、マウント部１６において構成された回路と電気的に接続されてマウント部１６に実装される。これにより、レーザアレイチップ１９は、ベース部材としての熱拡散板１５（そのマウント部１６）に正確に位置決めされて設けられる。なお、レーザアレイチップ１９は、マウント部１６の位置決め部に押し当てることに変えて、アライメントマーク等を顕微鏡で見ながら位置決めしてマウント部１６に設ける構成であってもよい。このレーザアレイチップ１９からのレーザ光の出射方向にコリメータレンズ２１が設けられる。
【００２０】
そのコリメータレンズ２１は、レーザアレイチップ１９（その出射面１９ａ）から発散光束として出射されるレーザ光を平行光束（実際には緩い発散光束）とする。コリメータレンズ２１は、この実施形態では、レーザアレイチップ１９における各ＶＣＳＥＬに対応して複数のマイクロレンズを設けてレンズアレイを構成することにより構成する。このコリメータレンズ２１は、レーザアレイチップ１９と一体の構成としてもよく、レーザアレイチップ１９と別体の構成としてマウント部１６（熱拡散板１５）やハウジング部材１４に設けるものであってもよい。なお、コリメータレンズ２１は、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光を平行光束とするものであれば、他の構成であってもよく、この実施形態の構成に限定されるものではない。このコリメータレンズ２１を経た平行光束としてのレーザ光の進行方向に集光レンズ２２が設けられる。
【００２１】
その集光レンズ２２は、コリメータレンズ２１を経た平行光束としてのレーザ光を集光して、光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射させる。このため、この実施形態では、コリメータレンズ２１と集光レンズ２２とが、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光を成形して集光する光学部材として機能する。集光レンズ２２は、この実施形態では、ハウジング部材１４の奥壁１４ａに設けられたレンズ取付穴１４ｂに設けられる。詳細には、集光レンズ２２は、図３に示すように、レンズ取付穴１４ｂに挿入して位置決めされ、その後からレンズ取付穴１４ｂに挿入した押えリング２３によりレンズ取付穴１４ｂに固定される。これにより、集光レンズ２２は、ハウジング部材１４に正確に位置決めされて設けられる。この集光レンズ２２を経た集光光束としてのレーザ光の進行方向に光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）が設けられる。
【００２２】
光ファイバ１３は、図２に示すように、一端を入射端面１３ａとしかつ他端を出射端面として、入射端面１３ａに入射されたレーザ光を出射端面（他端）から出射する。その他端（出射端面）は、例えば、レーザ加工機やレーザを利用したエンジン用の点火プラグ等の外部のレーザ使用機器に接続される。この光ファイバ１３は、光ファイバ支持部材２４に支持されることで、集光レンズ２２を経た集光光束としてのレーザ光を適切に入射させるべく入射端面１３ａを集光レンズ２２に対して所定の位置として、ハウジング部材１４に取り付けられる。
【００２３】
その光ファイバ支持部材２４は、図３に示すように、大きな径寸法の円筒状の取付基部２４ａと、そこと中心軸を一致させた小さな径寸法の円筒状の支持筒部２４ｂと、を有する。その取付基部２４ａは、奥壁１４ａのレンズ取付穴１４ｂを塞ぐ大きさ寸法とされ、ハウジング部材１４の奥壁１４ａに設けられた複数の固定ネジ穴１４ｈに対応して複数の取付穴２４ｃが設けられている。支持筒部２４ｂは、光ファイバ１３を嵌め入れる内径寸法とされている。この支持筒部２４ｂは、この実施形態では、密閉性を保ちつつ光ファイバ１３を通すように構成されている。光ファイバ支持部材２４は、支持筒部２４ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた状態で、複数の取付穴２４ｃを経たネジ部材が対応する固定ネジ穴１４ｈに固定されることで、奥壁１４ａに固定される。すると、光ファイバ支持部材２４は、光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）の中心軸をレンズ取付穴１４ｂ（集光レンズ２２）の中心軸に一致させつつ、入射端面１３ａと集光レンズ２２との間隔を適切なものとする。
【００２４】
このレーザモジュール１０は、一例として、以下のように組み付けられる。先ず、図３および図４に示すように、熱拡散板１５のマウント部１６にレーザアレイチップ１９を位置決めして実装し、先端部１８ｃをマウント部１６に押し当てつつ取付片部１８ｂを絶縁部材１７上に載せて各電極１８を設ける。その後、ハウジング部材１４の下壁１４ｃの各電線挿入穴１４ｄ（図２参照）を通した各電線１２の端子１２ａを、絶縁部材１７上の取付片部１８ｂの上に載せる（図４参照）。そして、図４に示すように、各電線１２のリング状の端子１２ａおよび各電極１８の取付片部１８ｂの取付穴１８ａを通したネジ２５を絶縁部材１７の固定ネジ穴１７ａに捻じ込むことにより、各電線１２および各電極１８を絶縁部材１７に取り付ける。すると、各電線１２（その端子１２ａ）と各電極１８（その取付片部１８ｂ）とが電気的に接続されるとともに、各電極１８の先端部１８ｃがマウント部１６に押し当てられる。これにより、マウント部１６に実装したレーザアレイチップ１９が、マウント部１６および各電極１８を介して、各電線１２（その端子１２ａ）に電気的に接続される。
【００２５】
また、図３に示すように、ハウジング部材１４の奥壁１４ａのレンズ取付穴１４ｂに集光レンズ２２を挿入して位置決めし、その後からレンズ取付穴１４ｂに押えリング２３を挿入して、集光レンズ２２をレンズ取付穴１４ｂに位置決め固定する。その後、支持筒部２４ｂに光ファイバ１３を嵌め入れた光ファイバ支持部材２４（その取付基部２４ａ）を、複数の取付穴２４ｃを経たネジ部材を対応する固定ネジ穴１４ｈに固定することで、ハウジング部材１４（その奥壁１４ａ）に取り付ける。このとき、光ファイバ支持部材２４の取付基部２４ａとハウジング部材１４の奥壁１４ａとの間に弾性体等の封止部材を介在させる。
【００２６】
その後、コリメータレンズ２１を適宜設けるとともに、熱拡散板１５に設けた一対の位置決めピン１５ａを、ハウジング部材１４の各フランジ部１４ｅに設けた位置決め穴１４ｆに挿入しつつ、ハウジング部材１４の開放端に熱拡散板１５を宛がう。このとき、ハウジング部材１４の開放端と熱拡散板１５との間に弾性体等の封止部材を介在させる。そして、ハウジング部材１４の各フランジ部１４ｅに設けた各取付穴１４ｇを経たネジ部材を、熱拡散板１５に設けた各取付ネジ穴１５ｂに締め付け固定することにより、ハウジング部材１４の開放端を塞ぐように熱拡散板１５を取り付ける。そのハウジング部材１４と熱拡散板１５とは、密閉状態で取り付けられている。
【００２７】
これにより、図１および図２に示すように、レーザモジュール１０が組み付けられる。このレーザモジュール１０では、ハウジング部材１４と熱拡散板１５と光ファイバ支持部材２４とにより、密閉状態として筐体１１が形成される。このため、ベース部材としての熱拡散板１５は、筐体１１の一部を構成して、レーザモジュール１０の外郭の一部を形成する。この筐体１１は、熱拡散板１５を第１外郭部材とすると、それと第２外郭部材となるハウジング部材１４との協働により全体の外郭が形成され、第３外郭部材となる光ファイバ支持部材２４により密閉状態を保ちつつ光ファイバ１３の取り付けが可能となる。そして、レーザモジュール１０では、筐体１１の内方に、各電線１２から各電極１８およびマウント部１６を介して電力が供給されるレーザアレイチップ１９が設けられている。また、レーザモジュール１０では、筐体１１の内方に、レーザアレイチップ１９から出射されたレーザ光を光ファイバ１３（その入射端面１３ａ）へと導くコリメータレンズ２１および集光レンズ２２が設けられている。
【００２８】
このレーザモジュール１０では、外部の電源装置に接続した両電線１２から、各電極１８およびマウント部１６を経て、レーザアレイチップ１９に電力を供給する。すると、レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９（その出射面１９ａ）から発散光束としてレーザ光が出射され、そのレーザ光がコリメータレンズ２１によって平行光束とされて集光レンズ２２に進行する。レーザモジュール１０では、平行光束とされたレーザ光を集光レンズ２２が光ファイバ１３の入射端面１３ａに集光し、光ファイバ１３を通してレーザ光を出射端部（他端）から外部へと出力させる。これにより、レーザモジュール１０では、高い強度のレーザ光を、光ファイバ１３の他端（出射端面）に接続したレーザ使用機器へと出力することができる。
【００２９】
ここで、レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９が複数のＶＣＳＥＬが高い密度で設けられて構成されていることから、そのレーザアレイチップ１９から高い密度で熱が発生する。このため、レーザモジュール１０では、図２に破線で示すように、外郭を形成する筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５に冷却装置３０を宛がうことで、レーザアレイチップ１９を冷却する。その冷却装置３０としては、例えば、空冷式か液冷式かを問わずヒートシンクを用いることができ、空冷式の場合には自然対流によるものであっても送風ファン等を用いる強制対流によるものであってもよい。また、冷却装置３０としては、ヒートシンクの放熱先の温度を十分に低く出来ない場合には、熱拡散板１５とヒートシンクとの間にペルチェ素子を設ける構成であってもよい。
【００３０】
本発明に係るレーザモジュールの一実施形態のレーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９を実装するマウント部１６を設けた熱拡散板１５（ベース部材）で筐体１１の一部を構成しているので、その熱拡散板１５を外郭に位置させることができる。このため、レーザモジュール１０では、外側から熱拡散板１５に冷却装置３０を宛がうことでレーザアレイチップ１９を冷却することができるので、筐体１１の内部に塵埃が入り込むことを防止しつつレーザアレイチップ１９を冷却することができる。これにより、レーザモジュール１０では、コリメータレンズ２１や集光レンズ２２に塵埃が付着することを防止しつつ、レーザアレイチップ１９を冷却することができる。このことから、レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９の発熱に起因してコリメータレンズ２１や集光レンズ２２が線膨張により形状や取付位置の変化することを防止しつつ、コリメータレンズ２１や集光レンズ２２への塵埃の付着を防止することができる。よって、レーザモジュール１０では、高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００３１】
また、レーザモジュール１０では、筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５（ベース部材）を熱伝導率の高い材料で形成するとともに、その熱拡散板１５にレーザアレイチップ１９を実装するマウント部１６を設けている。このため、レーザモジュール１０では、熱拡散板１５自体を冷却することで、直接的にレーザアレイチップ１９を冷却することができるので、全体の大型化を招くことを防止することができる。これは、例えば、筐体が熱伝導率の低い材料で形成されている場合により強力な冷却機能を有する冷却装置を用いる必要があることや、コリメータレンズ２１や集光レンズ２２への塵埃の付着を防止すべく筐体を二重構造とする必要があることによる。このことは、例えば、筐体の一部が熱伝導率の高い材料で形成されていても、当該材料とは別の箇所にレーザアレイチップ１９が設けられている場合には同様である。よって、レーザモジュール１０では、コリメータレンズ２１や集光レンズ２２に塵埃が付着することを防止することを可能としつつ小型化を実現することができ、高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００３２】
さらに、レーザモジュール１０では、筐体１１の一部を構成する熱拡散板１５（ベース部材）を熱伝導率の高い材料で形成するとともに、その熱拡散板１５にレーザアレイチップ１９を実装するマウント部１６を設けている。このため、レーザモジュール１０では、冷却装置３０を熱拡散板１５から外し、次に熱拡散板１５をハウジング部材１４から外し、次に電線１２を熱拡散板１５から外すことで、レーザアレイチップ１９が設けられた熱拡散板１５を取り外すことができる。これにより、レーザモジュール１０では、新しいレーザアレイチップ１９が位置決め固定されて実装されている新しい熱拡散板１５を用いて、上記したように組み付けることで、新しいレーザアレイチップ１９に交換することができる。このことから、レーザモジュール１０では、冷却装置３０を交換することなく、レーザアレイチップ１９を交換することができ、ランニングコストの低減を図ることができる。これは、例えば、冷却装置を熱拡散板に冷媒を通すことのように熱拡散板が冷却装置の一部を形成する構成とすると、レーザアレイチップ１９の交換に伴って冷却装置の交換も必要となることによる。
【００３３】
レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９を高い精度で位置決めして熱拡散板１５に設けている。また、レーザモジュール１０では、集光レンズ２２を高い精度で位置決めしてハウジング部材１４に設けている。さらに、レーザモジュール１０では、コリメータレンズ２１を、高い精度で位置決めして熱拡散板１５またはハウジング部材１４に設けている。そして、レーザモジュール１０では、熱拡散板１５とハウジング部材１４とが高い精度で位置決めして取り付けられる。加えて、レーザモジュール１０では、新しい熱拡散板１５を用いることで、新しいレーザアレイチップ１９に交換するものとしている。これらのことから、レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９と光学部材（コリメータレンズ２１や集光レンズ２２）との高い位置決め精度を確保しつつ、レーザアレイチップ１９を交換することができる。よって、レーザモジュール１０では、高い強度のレーザ光を継続して出力することができる。
【００３４】
レーザモジュール１０では、外側から熱拡散板１５に冷却装置３０を宛がいレーザアレイチップ１９を冷却するので、レーザアレイチップ１９の発熱に起因して熱拡散板１５が温度上昇するような状況であっても、レーザアレイチップ１９の温度上昇を防止することができる。このことにより、レーザモジュール１０では、集光レンズ２２で集光した後のレーザ光のビームスポット径が大きくなることを防止して、安定して高い光量のレーザ光を出射することができる。
【００３５】
レーザモジュール１０では、筐体１１の一部を形成する熱拡散板１５を、同じく筐体１１の一部を形成するハウジング部材１４と比較して、同じ熱伝導率か高い熱伝導率の材料用いて形成している。このため、レーザモジュール１０では、ハウジング部材１４を介して熱拡散板１５の熱が変化することを防止することができるので、熱拡散板１５をより効率良く冷却することができ、用いる冷却装置３０をより小型化することができる。
【００３６】
レーザモジュール１０では、レーザアレイチップ１９を設けた熱拡散板１５で、筐体１１の一部を形成していることから、部品点数を削減することができ、小型化およびコストを低減することができる。
【００３７】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例１のレーザモジュール１０では、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【実施例１】
【００３８】
次に、本発明のレーザモジュールの具体的な一例としての実施例１のレーザモジュール１０Ａについて、図５から図１０を用いて説明する。この実施例１のレーザモジュール１０Ａは、上記した実施形態のレーザモジュール１０におけるマウント部１６および冷却装置３０の構成を具体化するとともに、各電線１２および各電極１８を絶縁部材１７に取り付けることによる作用を明確にした例である。この実施例１のレーザモジュール１０Ａは、基本的な概念および構成は上記した実施形態のレーザモジュール１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図９および図１０では、各電線１２および各電極１８を絶縁部材１７に取り付けることによる作用の理解を容易なものとするために、それらの部材の様子を強調して示している。
【００３９】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、図５および図６に示すように、冷却装置３０として、ペルチェ素子３１とヒートシンク３２とを用いており、熱拡散板１５にペルチェ素子３１を介してヒートシンク３２を宛がう構成とする。すなわち、冷却装置３０では、第１冷却部材としてのペルチェ素子３１が熱拡散板１５（そこに取り付けられたレーザアレイチップ１９）を冷却し、第２冷却部材としてのヒートシンク３２がペルチェ素子３１（第１冷却部材）を冷却する。そのペルチェ素子３１は、吸熱部となる冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がい、かつ放熱部となる放熱面３１ｂをヒートシンク３２（その後述する吸熱部３２ａ）に宛がって設ける。ペルチェ素子３１は、電力線３１ｃを介して所定の温度差となるように制御する。その所定の温度差は、熱拡散板１５（レーザアレイチップ１９）において保ちたい温度と、ヒートシンク３２において放熱が可能な温度と、により設定する。これは、ヒートシンク３２において放熱が可能な温度が、当該ヒートシンク３２（その後述する放熱部３２ｂ）が設置される環境温度に応じて変化することによる。
【００４０】
そして、ペルチェ素子３１は、実施例１では、冷却面３１ａを、熱拡散板１５においてマウント部１６（レーザアレイチップ１９）が設けられた領域と絶縁部材１７が設けられた領域との双方に対応する大きさ寸法としている。このペルチェ素子３１は、冷却面３１ａを、絶縁部材１７におけるマウント部１６（レーザアレイチップ１９）および絶縁部材１７が設けられた領域の双方に対応させて熱拡散板１５に宛がっている。すなわち、冷却装置３０としてのペルチェ素子３１（その冷却面３１ａ）は、熱拡散板１５を介在させてマウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とに対向するように、熱拡散板１５に宛がって設けられている。加えて、ペルチェ素子３１は、実施例１では、冷却面３１ａにおける中心付近を、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がっている。ここで、ペルチェ素子３１では、一般に冷却面３１ａの中心付近が冷却強度の最も高くなる箇所（冷却中心位置）となることから、冷却強度が最も高い箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させたこととなる。このことは、ヒートシンク３２（吸熱部３２ａ）であっても同様であることから、ペルチェ素子３１を設けない場合には、吸熱部３２ａの中心付近をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、吸熱部３２ａを熱拡散板１５に宛がう。
【００４１】
その絶縁部材１７は、実施例１では、少なくともマウント部１６よりも弾性変形し易い材料（弾性率の低い材料）で形成し、より好適には後述するように各電極１８を取り付けた際の当該各電極１８からの応力による変形量を吸収するものとする。この変形量の吸収は、材料における弾性率を考慮しつつ大きさ寸法および形状を設定することで、可能とすることができる。絶縁部材１７は、実施例１では、上記した実施形態と同様に、絶縁性を有する樹脂材料の一例としてＰＯＭ（ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ））を用いて形成する。
【００４２】
ヒートシンク３２は、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂが宛がわれて伝達される吸熱部３２ａの熱を、複数のフィンが形成された放熱部３２ｂで放熱させる。このヒートシンク３２は、実施例１では、空冷式とされている。このため、ヒートシンク３２は、放熱部３２ｂから周辺の空気に放熱することにより、吸熱部３２ａに宛がわれたペルチェ素子３１の放熱面３１ｂの温度を下げる。なお、ヒートシンク３２では、求められる冷却能力に応じて、送風ファンを設けて放熱部３２ｂに強制対流を生じさせてもよい。
【００４３】
レーザモジュール１０Ａでは、図７および図８に示すように、マウント部１６が構成されてレーザアレイチップ１９が実装される。そのマウント部１６は、熱拡散板１５上に絶縁層１６ａを設け、その上に互いに接することが無いように２つの導通層１６ｂおよび導通層１６ｃを設けて形成されている。その絶縁層１６ａは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ））を用いて形成することができる。また、導通層１６ｂおよび導通層１６ｃは、例えば、銅（Ｃｕ）を用いて形成することができる。このため、マウント部１６では、２つの導通層１６ｂと導通層１６ｃとが互いに絶縁層１６ａにより絶縁された状態で熱拡散板１５上に設けられることで、回路が形成されている。
【００４４】
レーザアレイチップ１９は、一方の端子群を導通層１６ｂに接続するとともに、他方の端子群を導通層１６ｃに接続することにより、マウント部１６に形成された回路に実装する。このレーザアレイチップ１９は、実施例１では、一方の端子群をワイヤボンディング（ワイヤ２６参照）により導通層１６ｂに接続し、他方の端子群をフリップチップボンディングにより導通層１６ｃに接続している。そして、一方の電極１８の先端部１８ｃを導通層１６ｂに押し当てるとともに、他方の電極１８の先端部１８ｃを導通層１６ｃに押し当てることで、両電線１２を介してレーザアレイチップ１９に電力を供給することができる。これにより、レーザアレイチップ１９を駆動することができる。
【００４５】
次に、このように複数のＶＣＳＥＬを設けて形成したレーザアレイチップを用いるレーザモジュールの技術の課題について、図９および図１０も合わせて用いて説明する。なお、図９は、実施例１のレーザモジュール１０Ａにおいて絶縁部材１７に各電極１８を取り付けた際の作用を説明するための説明図である。また、図１０は、比較のためにレーザモジュール１０Ｘにおいて絶縁部材１７Ｓに各電極１８を取り付けた際の作用を説明するための説明図である。そのレーザモジュール１０Ｘは、絶縁部材１７に替えて絶縁部材１７Ｓを用いることを除くと、実施例１のレーザモジュール１０Ａと等しい構成であることから、等しい構造の個所にはレーザモジュール１０Ａと同様の符号を用いて、詳細な説明は省略する。また、図９および図１０では、絶縁部材１７と絶縁部材１７Ｓとにおける差異の理解を容易なものとするために、電極１８、絶縁部材１７、熱拡散板１５の変形の様子を強調して示している。
【００４６】
レーザモジュール１０Ａでは、小さな寸法であっても高い強度（光量）のレーザ光を出力するために、複数のＶＣＳＥＬを設けて形成したレーザアレイチップ１９を用いている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、レーザアレイチップ１９を適切に駆動させる、すなわち各ＶＣＳＥＬから適切にレーザ光を出射させるために、高電流（この例では１００（Ａ）以上）の入力を要するものとしている。このことから、レーザモジュール１０Ａでは、異常発熱に起因する焼き切れ等の不具合を防止するために、十分な断面積を有する各電線１２および各電極１８を用いる必要がある。これに伴い、各電線１２および各電極１８は、強い剛性と重量を持つこととなり大型化してしまうので、固定のために大きな力を要することとなる。
【００４７】
ここで、各電線１２は、マウント部１６（その導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ）に直に接属することが望ましい。ところが、レーザモジュール１０Ａでは、上記したように各電線１２の固定のために大きな力を要することから、マウント部１６に直に接属するとマウント部１６やそこに実装されたレーザアレイチップ１９が微少ではあるが変位する虞がある。すると、レーザアレイチップ１９に対するコリメータレンズ２１や集光レンズ２２の位置精度に影響し、レーザモジュール１０Ａにおけるレーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光の利用効率という観点において、高い強度のレーザ光の出力にも影響を及ぼす虞がある。
【００４８】
本発明に係るレーザモジュール１０Ａでは、絶縁性を有する樹脂材料（実施例１ではＰＯＭ）で形成した絶縁部材１７を熱拡散板１５に設けている。そして、レーザモジュール１０Ａでは、各電極１８および各電線１２を絶縁部材１７にネジ２５で締め付け固定するとともに、その各電極１８の先端部１８ｃをマウント部１６（その導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ）に押し当てている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、マウント部１６に各電極１８の先端部１８ｃが押し当てられ、電気的に接続されることで、各電線１２および各電極１８の熱拡散板１５への取り付けを確実なものとしつつ、その取り付けに要する大きな力がマウント部１６（その導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ）に作用することを防止することができる。
【００４９】
特に、レーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５を、少なくともマウント部１６よりも弾性変形し易い材料（弾性率の低い材料）であって、各電極１８を取り付けた際の当該各電極１８からの応力による変形量を吸収するものとしている。ここで、各電極１８では、加工精度が十分ではなく形状が歪んでいる場合が考えられ、図９および図１０に示す例では取付片部１８ｂに対して先端部１８ｃが屈曲しているものとする。このような場合であっても、レーザモジュール１０Ａでは、図９に示すように、先端部１８ｃをマウント部１６に押し当てつつ取付片部１８ｂを絶縁部材１７にネジ２５で締め付け固定した各電極１８の応力を、絶縁部材１７が変形して吸収することができる。この作用の比較のために、絶縁部材１７に替えて、セラミック等の硬質な脆性材料を絶縁部材１７Ｓとして設けたレーザモジュール１０Ｘを図１０に示す。そのレーザモジュール１０Ｘでは、絶縁部材１７Ｓが硬質な脆性材料であることから、絶縁部材１７Ｓが変形しないので、電極１８の応力を吸収することができない。すると、レーザモジュール１０Ｘでは、各電極１８の応力により、絶縁部材１７Ｓに固定した取付片部１８ｂを起点として、マウント部１６に押し当てた先端部１８ｃが当該マウント部１６を変位させて熱拡散板１５を変形させる虞がある。すると、レーザモジュール１０Ｘでは、マウント部１６やそこに実装されたレーザアレイチップ１９が変位し、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光の利用効率が低下して、高い強度のレーザ光の出力に影響を及ぼすことが考えられる。また、レーザモジュール１０Ｘでは、絶縁部材１７Ｓが電極１８の応力に耐え切れず、割れてしまうことも考えられる。これに対して、レーザモジュール１０Ａでは、図９に示すように、各電極１８の応力を絶縁部材１７が変形することで吸収することができるので、例えば各電極１８が歪んでいた場合であっても、高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００５０】
ところで、レーザモジュール１０Ａでは、筐体１１の内部に樹脂部材を使用すると、そこから気体成分として炭化水素等の汚染物質が経時的に放散される虞があり、その汚染物質がレーザ光により光分解されると堆積物となる。その堆積物は、レーザアレイチップ１９の出射面１９ａやコリメータレンズ２１や集光レンズ２２に付着すると、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光の利用効率の低下を招いてしまう。このような汚染物質は、樹脂部材が高温となるにしたがって放散量が増加するのに対して、樹脂部材を低温に保つと放散量を抑制できることを実験により確認している。このため、レーザモジュール１０Ａでは、冷却装置３０として用いるペルチェ素子３１の冷却面３１ａを、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とに対向させるべく熱拡散板１５に宛がっている。これにより、レーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５を介してマウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７との双方を冷却することができる。このため、レーザモジュール１０Ａでは、絶縁部材１７を設けることに起因して、堆積物の付着により、レーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００５１】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、基本的に実施形態のレーザモジュール１０と同様の構成であることから、基本的に実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
それに加えて、実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５に設けた樹脂材料で形成した絶縁部材１７に各電極１８および各電線１２を絶縁部材１７にネジ２５で締め付け固定し、各電極１８の先端部１８ｃをマウント部１６に押し当てている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、各電線１２および各電極１８の熱拡散板１５への取り付けを確実なものとしつつ、その取り付けに要する大きな力がマウント部１６（その導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ）に作用することを防止することができる。これにより、レーザモジュール１０Ａでは、十分な断面積を有する各電線１２および各電極１８を用いても、マウント部１６やレーザアレイチップ１９の変位を防止することができるので、高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００５３】
また、実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５を、少なくともマウント部１６よりも弾性変形し易い材料（弾性率の低い材料）で形成している。このため、レーザモジュール１０Ａでは、絶縁部材１７に締め付け固定した各電極１８の応力を当該絶縁部材１７が変形して吸収することができる。このことは、各電線１２における応力に対しても同様に作用する。これにより、レーザモジュール１０Ａでは、例えば、各電極１８の形状が歪んでいる場合であっても、マウント部１６やレーザアレイチップ１９の変位を防止することができるので、コストの低減を図りつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。特に実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５を、各電極１８を取り付けた際の当該各電極１８からの応力による変形量を吸収するものとしている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、各電極１８の形状が歪んでいる場合であっても、マウント部１６やレーザアレイチップ１９の変位をより確実に防止することができ、コストの低減を図りつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００５４】
さらに、実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、冷却装置３０として用いるペルチェ素子３１の冷却面３１ａを、熱拡散板１５を介在させて、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７との双方に対向させて設けている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７との双方を冷却することができるので、絶縁部材１７を低温に保つことができる。これにより、レーザモジュール１０Ａでは、絶縁部材１７を設けることによる堆積物の付着に起因して、レーザアレイチップ１９からのレーザ光の利用効率が低下することを抑制することができる。このことは、レーザモジュール１０Ａでは、絶縁部材１７がレーザアレイチップ１９や光学部材（コリメータレンズ２１や集光レンズ２２）とともに筐体１１に密閉して設けられていることから、より効果的である。
【００５５】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、冷却装置３０として用いるペルチェ素子３１の冷却面３１ａを、熱拡散板１５を介在させて、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７との双方に対向させて設けている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、レーザアレイチップ１９を冷却するために設けた冷却装置３０（ペルチェ素子３１およびヒートシンク３２）を用いて絶縁部材１７を冷却することができる。ここで、高い密度で複数のＶＣＳＥＬが設けられて構成されたレーザアレイチップ１９を十分に冷却するためには、一般に冷却装置３０の吸熱部（ペルチェ素子３１の冷却面３１ａ）が冷却対象となるレーザアレイチップ１９よりも大きくなる。そこで、レーザモジュール１０Ａでは、冷却装置３０の吸熱部（冷却面３１ａ）をレーザアレイチップ１９、すなわちそれが実装されるマウント部１６のみではなく、絶縁部材１７にも対向させ、吸熱部（冷却面３１ａ）の大きさを効率良く利用する。その結果、レーザモジュール１０Ａでは、レーザアレイチップ１９と絶縁部材１７とを十分に冷却することができる。
【００５６】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａにおける中心付近をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に対向させて、冷却面３１ａを熱拡散板１５に宛がっている。このため、レーザモジュール１０Ａでは、冷却強度が高い箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させることができるので、熱の発生源となるレーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。
【００５７】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５に対する電気の伝導を断ちつつ各電極１８および各電線１２を取り付ける箇所を構成し、その各電線１２および各電極１８における応力を吸収するための絶縁部材１７を、樹脂材料により構成している。このため、レーザモジュール１０Ａでは、コストの低減を図りつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００５８】
実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５とハウジング部材１４とで形成した筐体１１内にレーザアレイチップ１９や絶縁部材１７を設けるとともに、その熱拡散板１５を介してレーザアレイチップ１９および絶縁部材１７を冷却している。このため、レーザモジュール１０Ａでは、簡易な構成としつつコストの低い樹脂材料で絶縁部材１７を形成しても、絶縁部材１７からの堆積物の付着に起因するレーザアレイチップ１９から出射されるレーザ光の利用効率の低下を防止することができる。これは、以下のことによる。樹脂材料を用いる場合、筐体内において、堆積物の発生源となる樹脂材料を密封することにより、レーザアレイチップ１９やコリメータレンズ２１や集光レンズ２２とは異なる区画に樹脂材料を設ける二重に密封する構造とすることが考えられる。ところが、二重に密封する構造では、高コスト化を招くとともに、大型化を招いてしまう。これに対して、レーザモジュール１０Ａでは、熱拡散板１５とハウジング部材１４とで形成した筐体１１内に設ける一重の構造であることから、二重構造とすることと比較して簡易な構成とすることができ、コストの削減を図ることができる。このことは、経年劣化に起因して交換が必要となるレーザモジュール１０Ａにおいては、より大きな効果を得ることができる。
【００５９】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００６０】
なお、実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、各電極１８および各電線１２を絶縁部材１７にネジ２５で締め付け固定している。しかしながら、十分な断面積を有する各電線１２および各電極１８であっても十分な強度で絶縁部材１７に固定することができるものであれば、他の構成であってもよく、上記した実施例１の構成に限定されるものではない。
【００６１】
また、実施例１のレーザモジュール１０Ａでは、各電極１８の先端部１８ｃをマウント部１６（その導通層１６ｂおよび導通層１６ｃ）に押し当てる、すなわち電極１８の弾性力を利用して各電極１８とマウント部１６とを電気的に接続している。しかしながら、各電線１２および各電極１８の熱拡散板１５（絶縁部材１７）への取り付けに要する大きな力がマウント部１６に作用することを防止するものであれば、他の構成であってもよく、上記した実施例１の構成に限定されるものではない。
【実施例２】
【００６２】
次に、本発明のレーザモジュールの一例としての実施例２のレーザモジュール１０Ｂについて、図１１から図１３を用いて説明する。この実施例２のレーザモジュール１０Ｂは、冷却装置３０Ｂの構成が上記した実施例１のレーザモジュール１０Ａにおける冷却装置３０の構成とは異なる例である。この実施例２のレーザモジュール１０Ｂは、基本的な概念および構成は実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、図１１から図１３に示すように、冷却装置３０Ｂとして、液冷式のヒートシンク３３を用いている。このヒートシンク３３は、吸熱ブロック３４に冷媒管３５が接続されて構成されている。その吸熱ブロック３４は、全体に直方体形状を呈し、液体冷媒３６を通すための冷媒通路３４ａ（図１３参照）が設けられ、吸熱部としての平坦な吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がって設けられる。冷媒通路３４ａは、熱拡散板１５（吸熱面３４ｂ）と平行であって両電極１８（その先端部１８ｃ）が並列する方向に、吸熱ブロック３４を貫通して形成されている。冷媒管３５は、吸熱ブロック３４（その冷媒通路３４ａ）に液体冷媒３６を供給する管であり、冷媒通路３４ａに接続されるとともに、熱交換器を通るものとされている。ヒートシンク３３では、吸熱面３４ｂを、熱拡散板１５を介在させてマウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とに対向させるように、熱拡散板１５に宛がって設けられている。そして、ヒートシンク３３は、冷媒通路３４ａをマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がっている。
【００６４】
実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、基本的に実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様の構成であることから、基本的に実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００６５】
それに加えて、実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、冷却装置３０Ｂとして液冷式のヒートシンク３３を用いていることから、設置位置の自由度をより高めることができる。すなわち、実施例１のレーザモジュール１０Ａのように複数のフィンが形成された放熱部３２ｂを有するヒートシンク３２を用いる場合には、放熱部３２ｂの周辺の通気を考慮する必要がある。これに対して、レーザモジュール１０Ｂでは、細長いチューブ等により形成した冷媒管３５により液体冷媒３６をヒートシンク３３（その冷媒通路３４ａ）に供給すれば良いので、より狭い空間であっても配置することができる。
【００６６】
また、実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、冷却装置３０Ｂとして用いるヒートシンク３３の吸熱面３４ｂを、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とに対向させるように熱拡散板１５に宛がっている。このため、レーザモジュール１０Ｂでは、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７との双方を冷却することができるので、絶縁部材１７を低温に保つことができる。これにより、レーザモジュール１０Ｂでは、絶縁部材１７を設けることに起因して、レーザアレイチップ１９からのレーザ光の利用効率が低下することを防止することができる。
【００６７】
さらに、実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、冷媒通路３４ａをマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がって、ヒートシンク３３を設けている。ここで、上記した構成のヒートシンク３３では、冷媒管３５から供給される液体冷媒３６が冷媒通路３４ａを通過する箇所が、冷却強度が最も高く（冷却中心位置）となる。このため、レーザモジュール１０Ｂでは、吸熱ブロック３４（ヒートシンク３３）における冷却強度が最も高くなる箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させることができる。これにより、レーザモジュール１０Ｂでは、熱の発生源となるレーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。
【００６８】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００６９】
なお、実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、ヒートシンク３３の冷媒通路３４ａに液体冷媒３６を通すものとしていたが、例えば気体冷媒を通すものであってもよく、実施例２の構成に限定されるものではない。
【００７０】
また、実施例２のレーザモジュール１０Ｂでは、冷却装置３０Ｂとして液冷式のヒートシンク３３のみを用いていたが、冷媒管３５が通る熱交換器の周辺温度が高い場合等には、実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様にペルチェ素子３１を併せて用いるものとしてもよく、実施例２の構成に限定されるものではない。
【実施例３】
【００７１】
次に、本発明のレーザモジュールの一例としての実施例３のレーザモジュール１０Ｃについて、図１４および図１５を用いて説明する。この実施例３のレーザモジュール１０Ｃは、冷却装置３０Ｃとしてのヒートシンク３３Ｃの構成が、上記した実施例２のレーザモジュール１０Ｂにおける冷却装置３０Ｂのヒートシンク３３の構成とは異なる例である。この実施例３のレーザモジュール１０Ｃは、基本的な概念および構成は実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
実施例３のレーザモジュール１０Ｃでは、図１４および図１５に示すように、冷却装置３０Ｃとして、液冷式のヒートシンク３３Ｃを用いている。このヒートシンク３３Ｃでは、吸熱ブロック３４Ｃに直方体に外形形状と略等しい形状の空間が内部に設けられ、その空間すなわち吸熱ブロック３４Ｃの内方の全体を冷媒通路３４Ｃａとしている。そして、ヒートシンク３３Ｃでは、熱拡散板１５とは反対側から熱拡散板１５（吸熱面３４ｂ）と直交する方向に、一方の冷媒管３５Ｃａが設けられている。また、ヒートシンク３３Ｃでは、熱拡散板１５（吸熱面３４ｂ）と平行であって各電線１２が伸びる方向に、他方の冷媒管３５Ｃｂが設けられている。このヒートシンク３３Ｃでは、冷媒管３５Ｃａから冷媒通路３４Ｃａに液体冷媒３６が供給されて当該冷媒通路３４Ｃａを充填し、その冷媒通路３４Ｃａから冷媒管３５Ｃｂを経て液体冷媒３６が排出される。そして、ヒートシンク３３Ｃは、冷媒管３５Ｃａの延長方向にマウント部１６（レーザアレイチップ１９）を位置させて、吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がっている。
【００７３】
実施例３のレーザモジュール１０Ｃでは、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の構成であることから、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の効果を得ることができる。
【００７４】
それに加えて、実施例３のレーザモジュール１０Ｃでは、冷媒管３５Ｃａの延長方向にマウント部１６（レーザアレイチップ１９）を位置させて、吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がっている。このため、レーザモジュール１０Ｃでは、熱の発生源となるレーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。これは、以下のことによる。液体冷媒３６を通すことで吸熱する吸熱ブロックでは、液体冷媒３６の圧力損失が大きい箇所で熱伝達率が大きくなる。そして、上記した構成のヒートシンク３３Ｃでは、冷媒管３５Ｃａから供給される液体冷媒３６が噴流として冷媒通路３４Ｃａの内壁面にぶつかる箇所で圧力損失が大きくなる。このことから、レーザモジュール１０Ｃでは、冷媒管３５Ｃａの延長方向が、吸熱ブロック３４Ｃ（ヒートシンク３３Ｃ）において冷却強度が最も高くなる箇所（冷却中心位置）となる。よって、レーザモジュール１０Ｃでは、吸熱ブロック３４Ｃ（ヒートシンク３３Ｃ）における冷却強度が最も高くなる箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させることができる。このため、レーザモジュール１０Ｃでは、熱の発生源となるレーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。
【００７５】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例３のレーザモジュール１０Ｃでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【実施例４】
【００７６】
次に、本発明のレーザモジュールの一例としての実施例４のレーザモジュール１０Ｄについて、図１６から図１８を用いて説明する。この実施例４のレーザモジュール１０Ｄは、冷却装置３０Ｄとしてのヒートシンク３３Ｄの構成が、上記した実施例２のレーザモジュール１０Ｂにおける冷却装置３０Ｂのヒートシンク３３の構成とは異なる例である。この実施例４のレーザモジュール１０Ｄは、基本的な概念および構成は実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図１８では、液体冷媒３６の温度分布（温度変化）の理解を容易なものとするために、冷媒管３５Ｄａから冷媒通路３４Ｄａを経て冷媒管３５Ｄｂに至る液体冷媒３６の流路を実線で示すとともに、吸熱ブロック３４Ｄを二点鎖線で示している。
【００７７】
実施例４のレーザモジュール１０Ｄでは、図１６および図１７に示すように、冷却装置３０Ｄとして、液冷式のヒートシンク３３Ｄを用いている。このヒートシンク３３Ｄでは、熱拡散板１５（吸熱面３４ｂ）と平行であってマウント部１６（レーザアレイチップ１９）と絶縁部材１７とが並列する方向に、吸熱ブロック３４Ｄを貫通して冷媒通路３４Ｄａが形成されている。そして、ヒートシンク３３Ｄでは、冷媒通路３４Ｄａが伸びる方向であってマウント部１６（レーザアレイチップ１９）側に一方の冷媒管３５Ｄａが設けられ、同方向であって絶縁部材１７側に他方の冷媒管３５Ｄｂが設けられている。このヒートシンク３３Ｄでは、冷媒管３５Ｄａから冷媒通路３４Ｄａに液体冷媒３６が供給され、その液体冷媒３６が冷媒通路３４Ｄａを通過して冷媒管３５Ｄｂを経て排出される。そして、ヒートシンク３３Ｄは、冷媒通路３４Ｄａにおける冷媒管３５Ｄａ側をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて、吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がっている。このため、吸熱ブロック３４Ｄは、液体冷媒３６の流れる方向で見て、冷媒通路３４Ｄａにおける上流側をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に対向させるとともに、下流側を絶縁部材１７に対向させて設けられている。
【００７８】
実施例４のレーザモジュール１０Ｄでは、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の構成であることから、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の効果を得ることができる。
【００７９】
それに加えて、実施例４のレーザモジュール１０Ｄでは、冷媒通路３４Ｄａにおける冷媒管３５Ｄａ側をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させて吸熱面３４ｂを熱拡散板１５に宛がっている。また、レーザモジュール１０Ｄでは、マウント部１６（レーザアレイチップ１９）側の冷媒管３５Ｄａから冷媒通路３４Ｄａに液体冷媒３６を供給し、絶縁部材１７側の冷媒管３５Ｄｂから冷媒通路３４Ｄａの液体冷媒３６を排出する。このため、レーザモジュール１０Ｄでは、熱の発生源となるレーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。これは、上記した構成のヒートシンク３３では、図１８に示すように、供給される液体冷媒３６が冷媒通路３４Ｄａを通過する箇所であって、液体冷媒３６の流れで見て上流側が冷却強度の最も高くなる箇所（冷却中心位置）となることによる。よって、レーザモジュール１０Ｄでは、吸熱ブロック３４Ｄ（ヒートシンク３３Ｄ）の冷却強度の最も高くなる箇所をマウント部１６（レーザアレイチップ１９）に最も接近させることができる。このため、レーザモジュール１０Ｄでは、レーザアレイチップ１９をより効果的に冷却しつつ、絶縁部材１７も併せて冷却することができる。
【００８０】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例４のレーザモジュール１０Ｄでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【実施例５】
【００８１】
次に、本発明のレーザモジュールの一例としての実施例５のレーザモジュール１０Ｅについて、図１９から図２２を用いて説明する。この実施例５のレーザモジュール１０Ｅは、出射するレーザ光を内燃機関の点火に用いる例である。この実施例５のレーザモジュール１０Ｅは、基本的な概念および構成は実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図１９から図２２では、レーザモジュール１０Ｅを省略して示している。
【００８２】
実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、図１９に示すように、内燃機関の一例としてのエンジン４０の点火（エンジン点火プラグシステム）に用いるために設けられている。そのエンジン４０は、吸気管４１に吸気バルブ４２が設けられ、排気管４３に排気バルブ４４が設けられ、燃焼室４５がピストン４６等により区画されて構成されている。その吸気バルブ４２および排気バルブ４４は、それぞれに接続されたカム４７により進退動作されることで、吸気管４１または排気管４３を適宜開閉する。燃焼室４５は、その周壁部に設けられた冷却水路４８に供給される冷却水４９により冷却される。そして、燃焼室４５には、点火プラグ５１が設けられている。
【００８３】
その点火プラグ５１は、レーザモジュール１０Ｅから出射されるレーザ光を用いることにより、優れた着火効率を有する内燃機関用点火プラグである。点火プラグ５１では、レーザモジュール１０Ｅからのレーザ光をＱスイッチ式のレーザ媒質を含むレーザ共振器に照射してジャイアントパルスを発振させる。また、点火プラグ５１では、そのパルス光を集光レンズ等の光学素子を用いてエンジン４０の燃焼室４５に集光することでエアブレークダウンを発生させることにより、燃焼室４５内の混合気の着火を行う。このため、点火プラグ５１には、レーザモジュール１０Ｅの光ファイバ１３の他端（その出射端面）が接続されている。
【００８４】
そのレーザモジュール１０Ｅは、冷却装置３０としてのヒートシンク３２を、エンジン４０の外径を形作るエンジン外郭部５２に固定して設けられる。実施例５では、エンジン４０のエンジン外郭部５２に取付支持部５３を設け、その取付支持部５３でヒートシンク３２を支持することにより、レーザモジュール１０Ｅをエンジン外郭部５２に固定している。その取付支持部５３は、エンジン外郭部５２と一体に形成してもよく、エンジン外郭部５２とは別体に形成してもよい。なお、取付支持部５３は、ヒートシンク３２と一体に形成して、エンジン外郭部５２に取り付けることを可能とするものであってもよい。
【００８５】
このエンジン４０では、レーザモジュール１０Ｅが駆動されると、レーザアレイチップ１９から出力されたレーザ光がコリメータレンズ２１によって平行光とされ、そのレーザ光が集光レンズ２２で集光されて光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射する。そして、そのレーザ光は、光ファイバ１３を通して点火プラグ５１に入射される。すると、点火プラグ５１では、レーザ光でレーザ共振器を照射してジャイアントパルスを発振させ、そのパルス光を光学素子でエンジン４０の燃焼室４５に集光することでエアブレークダウンを発生させる。これにより、エンジン４０では、燃焼室４５内の混合気の着火が行われて駆動する。
【００８６】
このレーザモジュール１０Ｅは、冷却装置３０（ペルチェ素子３１およびヒートシンク３２）により、レーザアレイチップ１９を十分に冷却する必要がある。実施例５では、駆動時であってもレーザアレイチップ１９を略５０（℃）以下に保つことを目標とする。ここで、例えばエンジンルームのようなエンジン４０が設けられた環境では、主にエンジン４０からの発熱により温度が高くなることから、レーザモジュール１０Ｅをどのように配置するかがポイントとなる。
【００８７】
一つの方法としてレーザモジュール１０Ｅをエンジン外郭部５２（エンジン４０）から大きな間隔を置いて設ける方法が考えられるが、この方法ではレーザモジュール１０Ｅから点火プラグ５１へとレーザ光を送る光ファイバ１３の長さが必要となる。しかしながら、光ファイバ１３が高価であるのでコストの低減の妨げとなる。そこで、図２０に示すように、レーザモジュール１０Ｅをエンジン４０の近くであっても、エンジン外郭部５２とは離して設けることが考えられる。この場合、放熱部材としてのヒートシンク３２は、エンジン４０の周辺の気体に対して放熱部３２ｂで熱を放出することとなるので、エンジン４０の周辺の気体の温度により冷却機能が左右される。このように配置したレーザモジュール１０Ｅおよびエンジン４０を駆動させた状態における温度分布は、以下のようになった。エンジン４０は、燃焼に起因して発熱しているが、冷却水路４８に供給される冷却水４９による冷却や大気への放熱により、エンジン外郭部５２が略８５（℃）に保たれている。それに伴って、エンジン４０の周辺の温度は、エンジン４０（エンジン外郭部５２）で温められることにより、略８０（℃）程度となっている。このため、エンジン４０の周辺は、略５０（℃）以下に保つことを目標とするレーザアレイチップ１９を配置するには高温であることから、レーザモジュール１０Ｅでは冷却装置３０としてペルチェ素子３１を併せて用いている。
【００８８】
そして、レーザモジュール１０Ｅでは、ヒートシンク３２の温度をエンジン４０のエンジン外郭部５２の温度よりも高くするように、ペルチェ素子３１の表裏（冷却面３１ａと放熱面３１ｂ）の温度差を制御する。この例のレーザモジュール１０Ｅでは、当該温度差ΔＴ＝５０（℃）としている。すると、エンジン４０の周辺の温度が略８０（℃）であるのに対して、ヒートシンク３２で放熱を行うことにより当該ヒートシンク３２を略９３（℃）とすることができ、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂを略９７（℃）とすることができた。このため、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａを略４７（℃）とすることができ、それにより冷却されるレーザアレイチップ１９の温度を略５０（℃）とすることができた。このとき、筐体１１のハウジング部材１４の外郭温度は、略４８（℃）となっていた。この状態での温度関係は、「レーザアレイチップ１９＜エンジン４０の周辺の温度＜エンジン外郭部５２≦ヒートシンク３２」となる。
【００８９】
ここで、図２１に示すように、図２０と同じ条件であってペルチェ素子３１を用いない場合の温度分布を調べたところ以下のようになった。エンジン４０の周辺の温度略８０（℃）に対して、ヒートシンク３２で放熱を行うことにより当該ヒートシンク３２が略８３（℃）となり、そのヒートシンク３２では十分に冷却することができないためレーザアレイチップ１９の温度が略８６（℃）となった。このとき、筐体１１のハウジング部材１４の外郭温度は、略８４（℃）となっていた。この状態での温度関係は、「エンジン４０の周辺の温度＜ヒートシンク３２＜レーザアレイチップ１９≒エンジン外郭部５２」となる。このように、レーザアレイチップ１９では、略８６（℃）が高過ぎることから、寿命が縮まってしまう虞がある。ところで、図２０に示すように、レーザモジュール１０Ｅをエンジン外郭部５２とは離して設けることが望ましいが、レーザモジュール１０Ｅを浮かして配置することができないので、どこかに取り付ける必要がある。
【００９０】
ここで、図２２に示すように、レーザモジュール１０Ｅの筐体１１のハウジング部材１４を直にエンジン外郭部５２に接触させて設けた場合の温度分布を調べたところ以下のようになった。エンジン４０の周辺の温度が略８０（℃）であるのに対して、ヒートシンク３２で放熱を行うことにより当該ヒートシンク３２が略１１８（℃）となり、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂが略１２６（℃）となった。そして、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａが略７６（℃）となり、それにより冷却されるレーザアレイチップ１９の温度が略７９（℃）となり、筐体１１のハウジング部材１４の外郭温度が略７７（℃）となっていた。これは、以下のことが考えられる。エンジン外郭部５２とレーザモジュール１０Ｅとを離していた場合に、エンジン外郭部５２が８５（℃）に対してハウジング部材１４の外郭温度が略４８（℃）であったことから、接触させるとエンジン外郭部５２からハウジング部材１４へと大量の熱が流入する。これに伴って筐体１１を構成する熱拡散板１５の温度が上昇することにより、ヒートシンク３２およびペルチェ素子３１ではその冷却面３１ａを略７６（℃）とするのが限界となってしまった。この状態での温度関係は、「エンジン４０の周辺の温度＜レーザアレイチップ１９＜エンジン外郭部５２＜ヒートシンク３２」となる。
【００９１】
これに対して、実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、図１９に示すように、冷却装置３０としてのヒートシンク３２を、エンジン４０の外径を形作るエンジン外郭部５２に取付支持部５３により固定して設けている。このため、温度分布を調べたところ以下のようになった。エンジン４０の周辺の温度が略８０（℃）であるのに対して、ヒートシンク３２で放熱を行うことにより当該ヒートシンク３２を略９０（℃）とすることができ、ペルチェ素子３１の放熱面３１ｂを略９４（℃）とすることができた。このため、ペルチェ素子３１の冷却面３１ａを略４４（℃）とすることができ、それにより冷却されるレーザアレイチップ１９の温度を略４７（℃）とすることができた。このとき、筐体１１のハウジング部材１４の外郭温度は、略４５（℃）となっていた。この状態での温度関係は、「レーザアレイチップ１９＜エンジン４０の周辺の温度＜エンジン外郭部５２≦ヒートシンク３２」となる。このレーザモジュール１０Ｅでは、エンジン外郭部５２とレーザモジュール１０Ｅとを離していた場合（図２０参照）と比較しても、より効果的にレーザアレイチップ１９を冷却することができた。
【００９２】
このことは、取付支持部５３を介する接触によりヒートシンク３２からエンジン４０へと熱を流出させることができたことが考えられる。これは、エンジン外郭部５２とレーザモジュール１０Ｅとを離しているとエンジン外郭部５２が８５（℃）に対してヒートシンク３２が略９３（℃）であったことによる。ここで、エンジン４０では、ヒートシンク３２から流入する熱により高温化することが考えられる。ところが、レーザモジュール１０Ｅの発熱量は、ペルチェ素子３１における発熱を含んでもせいぜい１００（Ｗ）程度であるとともに、その大半が周辺の大気に逃げていき、残りがヒートシンク３２からエンジン４０に流入する。これに対して、エンジン４０では、発熱量は数百（ｋＷ）のレベルであることから、ヒートシンク３２から流入する熱量の影響を略無視することができる。加えて、エンジン４０では、熱容量がレーザモジュール１０Ｅに対して極めて大きいことから、レーザモジュール１０Ｅからの熱の流入に起因する温度への影響は殆どないものと考えることができる。
【００９３】
実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、基本的に実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様の構成であることから、基本的に実施例１のレーザモジュール１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００９４】
それに加えて、実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、冷却装置３０としてのヒートシンク３２を、取付支持部５３により、エンジン４０の外径を形作るエンジン外郭部５２に固定して設けている。このため、レーザモジュール１０Ｅでは、エンジン外郭部５２からの熱の流入に起因するレーザアレイチップ１９の冷却効果の低減を防止することができ、効果的にレーザアレイチップ１９を冷却することができる。また、レーザモジュール１０Ｅでは、エンジン外郭部５２に固定して設けていることから、光ファイバ１３を長くすることを防止することができるので、コストの低減を図ることができる。
【００９５】
また、実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、ペルチェ素子３１の表裏（冷却面３１ａと放熱面３１ｂ）の温度差を制御することにより、ヒートシンク３２の温度をエンジン４０のエンジン外郭部５２の温度よりも高くしている。このため、レーザモジュール１０Ｅでは、ヒートシンク３２からエンジン４０へと熱を流出させることができることから、エンジン４０をヒートシンク３２の冷却に用いることができるので、より効果的にレーザアレイチップ１９を冷却することができる。
【００９６】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【００９７】
なお、実施例５のレーザモジュール１０Ｅでは、冷却装置３０としてのヒートシンク３２を、取付支持部５３により、エンジン４０の外径を形作るエンジン外郭部５２に固定して設けている。しかしながら、エンジン外郭部５２から筐体１１（そのハウジング部材１４）への熱の流入を防止しつつ、ヒートシンク３２をエンジン外郭部５２に取り付けるものであれば、上記した効果を得ることができる。このため、例えば、筐体１１（そのハウジング部材１４）とエンジン外郭部５２との間に図１９に二点鎖線で示すように断熱部材５４を設けるものであってもよく、他の構成であってもよく、実施例５の構成に限定されるものではない。
【実施例６】
【００９８】
次に、本発明のレーザモジュールの一例としての実施例６のレーザモジュール１０Ｆについて、図２３を用いて説明する。この実施例６のレーザモジュール１０Ｆは、出射するレーザ光を内燃機関の点火に用いる例であって、この実施例５のレーザモジュール１０Ｅとは冷却装置３０Ｆの構成が異なる例である。この実施例６のレーザモジュール１０Ｆは、基本的な概念および構成は実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図２３では、レーザモジュール１０Ｆを省略して示している。さらに、実施例６のレーザモジュール１０Ｆは、実施例５のレーザモジュール１０Ｅと同様のエンジン４０に設けられていることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９９】
実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、図２３に示すように、冷却装置３０Ｆとして、ペルチェ素子３１と液冷式のヒートシンク３３を用いており、熱拡散板１５にペルチェ素子３１を介してヒートシンク３３を宛がう構成とする。そのペルチェ素子３１は、実施例１のレーザモジュール１０Ａに用いたものと同様である。このようにペルチェ素子３１を用いるのは、後述するようにヒートシンク３３がエンジン４０を冷却するための冷却水４９を冷媒として用いて冷却することによる。
【０１００】
ヒートシンク３３では、冷媒通路３４ａが形成された吸熱ブロック３４に、冷媒管３５Ｆａと冷媒管３５Ｆｂが接続されている。冷媒管３５Ｆａと冷媒管３５Ｆｂとは、エンジン４０の燃焼室４５の周壁部に設けられた冷却水路４８に接続されている。このヒートシンク３３では、冷媒管３５Ｆａを通して冷却水路４８の冷却水４９が吸熱ブロック３４の冷媒通路３４ａに供給されるとともに、冷媒通路３４ａの冷却水４９が冷媒管３５Ｆｂを通して排出される。
【０１０１】
実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の構成であることから、基本的に実施例２のレーザモジュール１０Ｂと同様の効果を得ることができる。また、実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、内燃機関の点火に用いることに関しては、基本的に実施例５のレーザモジュール１０Ｅと同様の構成であることから、基本的に実施例５のレーザモジュール１０Ｅと同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
それに加えて、実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、冷却装置３０Ｆとして液冷式のヒートシンク３３を用いていることから、設置位置の自由度をより高めることができる。すなわち、実施例５のレーザモジュール１０Ｅのように複数のフィンが形成された放熱部３２ｂを有するヒートシンク３２を用いる場合には、放熱部３２ｂの周辺の通気を考慮する必要がある。これに対して、レーザモジュール１０Ｆでは、細長いチューブ等により形成した冷媒管３５Ｆａと冷媒管３５Ｆｂとにより液体冷媒３６をヒートシンク３３（その冷媒通路３４ａ）に供給すれば良いので、より狭い空間であっても配置することができる。
【０１０３】
また、実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、冷却装置３０Ｆとしてのヒートシンク３３の冷媒管３５Ｆａと冷媒管３５Ｆｂとを、エンジン４０の燃焼室４５の周壁部に設けられた冷却水路４８に接続している。このため、レーザモジュール１０Ｆでは、ヒートシンク３３の冷却のためだけに冷却水４９から熱を放出させる熱交換器を設ける必要がないので、より小型化を図ることができる。
【０１０４】
さらに、実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、冷却装置３０Ｆとして液冷式のヒートシンク３３に加えてペルチェ素子３１を用いていることから、エンジン４０を冷却するための冷却水４９を用いて冷却するマウント部１６（レーザアレイチップ１９）を適切に冷却することができる。
【０１０５】
したがって、本発明に係るレーザモジュールとしての実施例６のレーザモジュール１０Ｆでは、小型化を実現しつつ高い強度のレーザ光を出力することができる。
【０１０６】
なお、上記した実施形態および各実施例では、本発明に係るレーザモジュールの一例としての各実施例のレーザモジュール１０について説明したが、複数の面発光型レーザが配列されたレーザアレイチップと、前記レーザアレイチップが設けられるベース部材と、前記レーザアレイチップから出射されるレーザ光を成形して集光する光学部材と、前記光学部材により集光されたレーザ光が入射される光ファイバと、前記レーザアレイチップと前記光学部材とを収納する筐体と、を備え、前記ベース部材は、前記筐体の一部を構成して外郭の一部を形成するレーザモジュールであればよく、上記した実施形態および各実施例に限定されるものではない。
【０１０７】
また、上記した実施形態および各実施例では、ベース部材の一例としての熱拡散板１５に冷却装置（３０、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｆ）を宛がうものとしている。しかしながら、レーザアレイチップ１９や光学部材（コリメータレンズ２１、集光レンズ２２）を収容する筐体１１の一部を、レーザアレイチップ１９が設けられるベース部材（熱拡散板１５）で構成するものであればよく、上記した実施形態および各実施例に限定されるものではない。
【０１０８】
さらに、上記した実施例５および実施例６では、レーザ光を内燃機関の点火に用いる例を示していたが、レーザ加工機等のレーザ使用機器で用いるべく光ファイバ１３の出射端面（他端）を当該レーザ使用機器に接続するものであってもよく、上記した実施例５および実施例６に限定されるものではない。
【０１０９】
以上、本発明のレーザモジュールを実施形態および各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については実施形態および各実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【符号の説明】
【０１１０】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ  （レーザモジュールの一例としての）レーザモジュール
１１  筐体
１２  電線
１３  光ファイバ
１５  （ベース部材の一例としての）熱拡散板
１６  マウント部
１７  絶縁部材
１８  電極
１９  レーザアレイチップ
２１  （光学部材の一例としての）コリメータレンズ
２２  （光学部材の一例としての）集光レンズ
３０、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｆ  冷却装置
３１  （冷却装置の一例としての）ペルチェ素子
３１ａ  （吸熱部の一例としての）冷却面
３１ｂ  （放熱部の一例としての）放熱面
３２  （冷却装置の一例としての）ヒートシンク
３２ａ  吸熱部
３２ｂ  放熱部
３３、３３Ｃ、３３Ｄ  （冷却装置の一例としての）ヒートシンク
３４、３４Ｃ、３４Ｄ  吸熱ブロック
３４ａ、３４Ｃａ、３４Ｄａ  冷媒通路
３６  （冷媒の一例としての）液体冷媒
４０  （内燃機関の一例としての）エンジン
４９  （冷媒の一例としての）冷却水
５２  （内燃機関の外郭部の一例としての）エンジン外郭部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２００２−０２６４５２号公報
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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