(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー装置を冷却するための冷却装置であって、当該冷却装置は、更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にするように適合されており、
前記冷却装置は、
前記レーザー装置のための取付領域と、
該取付領域を冷却するように配置された冷却チャネルを含む冷却容積と、
前記冷却容積の前記冷却チャネルに接続された冷却液入口及び冷却液出口と、
前記冷却液入口に接続された第１の冷却液供給貫通孔と、
前記冷却液出口に接続された第２の冷却液供給貫通孔と、
前記更なる冷却装置に対して着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素であって、前記冷却装置を前記更なる冷却装置に相互接続する際に、前記冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔は、前記更なる冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び前記冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔は、前記更なる冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続され、冷却液が、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔を介して前記冷却容積に供給される、少なくとも１つの結合要素と、
前記レーザー装置のための前記取付領域に隣接し、前記レーザー装置を電動駆動するための駆動電子回路の少なくとも一部を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を取り付けるための少なくとも１つの凹部領域であって、該少なくとも１つの凹部領域は、電線が、前記冷却装置を通過するとともに、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は前記銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に接続されるのを可能にする少なくとも１つの給電貫通孔を含む、少なくとも１つの凹部領域と、を含み、
前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は前記銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）は、前記冷却装置と前記更なる冷却装置との間での着脱自在な相互接続をする際に、前記冷却装置の前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は前記銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を、前記更なる冷却装置の更なるプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に電気的に接続するのを可能にする電気コネクタを有する、
冷却装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの結合要素は、少なくとも１つのスロットと、少なくとも１つのキーとを含む、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスロットは、前記冷却装置の第１の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延び、前記少なくとも１つのキーは、前記冷却装置の第２の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延びる、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのスロット及び前記少なくとも１つのキーは、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔のそれぞれからオフセットされる、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのキーは、前記冷却装置の第１の側での第１の冷却液供給貫通孔及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の伸長部であり、前記少なくとも１つのスロットは、前記冷却装置の第２の側での第１の冷却液供給貫通孔及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の拡大部である、
請求項３又は４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの結合要素は、第１のスロット及び第２のスロットを含み、第１のスロットは、前記冷却装置の第１の側に配置されて第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延び、第２のスロットは、前記冷却装置の第２の側に配置されて第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延びており、結合構造によって前記更なる冷却装置に対する前記着脱自在な相互接続を可能にする、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却装置をベースプレートに固定するための少なくとも１つの突起部をさらに含む、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
取付領域に取り付けられたレーザー装置を有する請求項１に記載の少なくとも第１及び第２の冷却装置を含むレーザーシステムであって、第１及び第２の冷却装置は、第１及び第２の冷却装置の前記結合要素及び前記電気コネクタによって着脱自在に結合され、前記レーザーシステムは、さらに、第１の冷却装置に着脱自在に結合された背面プレートと、第２の冷却装置に着脱自在に結合された前面プレートとを含み、該前面プレートは、冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを含む、
レーザーシステム。
【請求項９】
ベースプレートをさらに含み、前記前面プレート及び前記背面プレートは、前記ベースプレートに着脱自在に結合される、
請求項８に記載のレーザーシステム。
【請求項１０】
第１及び第２の冷却装置は、それぞれ、前記ベースプレートから前記取付領域に延びる少なくとも１つの給電貫通孔を含み、前記ベースプレートは、電気供給のためのフィードスルーとして配置されるとともに、前記給電貫通孔と位置合せされる少なくとも１つのスリットを含む、
請求項９に記載のレーザーシステム。
【請求項１１】
第１及び第２の冷却装置は、それぞれ、２つの突起部を含んでおり、当該レーザーシステムは、２つの側面プレートをさらに含み、各側面プレートは、前記突起部を前記ベースプレートに固定するための切欠きを含み、前記側面プレートは、前記ベースプレート及び／又は前記背面プレート及び／又は前記前面プレートに着脱自在に結合される、
請求項９又は１０に記載のレーザーシステム。
【請求項１２】
環境に対して第１及び第２のレーザー装置を保護するための上部カバーガラスを含み、該上部カバーガラスは、前記背面プレート、前記前面プレート及び／又は前記側面プレートに着脱自在に結合される、
請求項１１に記載のレーザーシステム。
【請求項１３】
前記上部カバーガラスをクランプするための上部フレームをさらに含む、
請求項１２に記載のレーザーシステム。
【請求項１４】
レーザー装置を冷却するための冷却装置を製造する方法であって、前記冷却装置は、更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にするように適合され、当該製造する方法は：
前記レーザー装置のための取付領域を設けるステップと；
前記取付領域を冷却するように配置された冷却チャネルを含む冷却容積を設けるステップと；
前記冷却容積の前記冷却チャネルに接続された冷却液入口及び冷却液出口を設けるステップと；
前記冷却液入口に接続された第１の冷却液供給貫通孔を設けるステップと；
前記冷却液出口に接続された第２の冷却液供給貫通孔を設けるステップであって、それによって、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔を介して前記冷却容積に供給することができる、設けるステップと；
前記更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素を設けるステップであって、それによって、前記冷却装置を前記更なる冷却装置に相互接続する際に、前記冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔は、前記更なる冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続可能であり、前記冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔は、前記更なる冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続可能である、設けるステップと；
前記レーザー装置を電動駆動するための駆動電子回路の少なくとも一部を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を取り付けるための少なくとも１つの凹部領域を設けるステップであって、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）は、前記冷却装置と前記更なる冷却装置との間で着脱自在な相互接続をする際に、前記冷却装置の前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は前記銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を、前記更なる冷却装置の更なるプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に電気的に接続するのを可能にする電気コネクタを含む、設けるステップと；
前記少なくとも１つの凹部領域において、電線が、前記冷却装置を通過するとともに、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）又は前記銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に接続されるのを可能にする少なくとも１つの給電貫通孔を設けるステップと；を含む、
冷却装置を製造する方法。
【請求項１５】
レーザーシステムを製造する方法であって、当該製造する方法は：
請求項１に記載の少なくとも第１及び第２の冷却装置を設けるステップと；
取付領域に取り付けられたレーザー装置を取り付けるステップと；
結合要素及び、第１及び第２の冷却装置の電気コネクタによって第１及び第２の冷却装置を着脱自在に結合するステップと；
背面プレートを設けるステップと；
前記背面プレートを第１の冷却装置に着脱自在に結合するステップと；
冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを含む前面プレートを設けるステップと；
前面プレートを第２の冷却装置に着脱自在に結合するステップと；を含む、
レーザーシステムを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー装置を冷却するための冷却装置、及びこのような冷却装置を備えたレーザーシステムに関する。本発明は、冷却装置、及びこのような冷却装置を備えたレーザーシステムを製造する方法にさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６，０１４，３１２号には、互いに平坦に接合され、互いの上部にスタックされたいくつかの冷却層から構成される電気部品や回路についてのヒートシンクとして使用するための冷却器が開示されており、これらの冷却層は、冷却液が流通するチャネル同士の間に形成され、各チャネルは、冷却液を供給するための少なくとも１つの第１の回収空間内に、及び冷却液を排出するための第２の回収空間内に流す。回収空間は、開口部を含む冷却液層の少なくとも１つの領域を構築することにより、冷却層及び冷却チャネルの開口部によって形成される。この領域は、複数の開口部同士の間にある。
【０００３】
米国特許出願公開２００５／０１６８９５０号明細書には、少なくとも上部プレート、中間プレート、及び下部プレートを含む半導体冷却装置が開示されており、この冷却装置は、冷却液入口部、出口部、及び流路部を含む。上部プレート及び下部プレートは、１０００Ｎ／ｍｍ２以上の引張強度、１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率、及び６．０ｐｐｍ／℃以下の熱膨張係数を有する材料から製作される補助プレートの片面又は両面に０．０５ミリメートル（ｍｍ）以上の厚さを維持する銅をメッキすることにより構成された複合プレートである。半導体冷却装置によって、半導体チップ及び半導体冷却装置が熱膨張した場合に、半導体冷却装置内の歪みの発生を防止するとともに、半導体チップが半導体冷却装置から分離するのを防止する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらに開示された冷却器は、多数の冷却器をシステムに組み合わせる必要がある場合に高価となる。２つ以上の冷却器上の複数の電気部品を高い精度で互いに位置合わせする必要がある場合に、大きな労力が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、少なくとも２つの冷却装置を備えたレーザーシステムの簡略化された拡張性を可能にするような、レーザー装置を冷却するための改良された冷却装置を提供することである。更なる目的は、このような冷却装置やレーザーシステムを製造する対応する方法を提供することである。
【０００６】
第１の態様によれば、レーザー装置を冷却するための冷却装置が提示される。冷却装置は、更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にするように適合される。冷却装置は、レーザー装置のための取付領域と、この取付領域を冷却するように配置された冷却チャネルを含む冷却容積と、この冷却容積の冷却チャネルに接続された冷却液入口及び冷却液出口と、冷却液入口に接続された第１の冷却液供給貫通孔と、冷却液出口に接続された第２の冷却液供給貫通孔と、を含む。冷却装置は、更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素をさらに含んでおり、それによって、冷却装置を更なる冷却装置に相互接続する際に、冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔は、更なる冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔は、更なる冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続される。冷却装置は、レーザー装置を電動駆動する駆動電子回路の少なくとも一部を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ;Direct  Bonded  Copper  multilayer）を有しており、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）は、冷却装置と更なる冷却装置との間での着脱自在な相互接続をする際に、冷却装置のプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を、更なる冷却装置の更なるプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に電気的に接続するのを可能にする電気コネクタを有する。冷却装置は、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔を介して冷却容積に供給することができるように配置される。
【０００７】
冷却装置の結合要素と組み合わされる第１及び第２の冷却液供給貫通孔の構成によって、取付領域に取り付けられたレーザー装置を含む、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の冷却装置を備えたレーザーシステムの容易な拡張性を可能にする。また、冷却器を取り付けるために高い精度の穿孔を含む耐食性材料から構成される複雑な水分配プレート（個別に製造する必要があり、従って高コストの原因となる）を、提供する必要がない。この冷却装置は、低コストで様々なサイズのレーザーシステムで可用にすることができる。
【０００８】
レーザー装置の電力供給は、例えば、レーザー装置に電気的に接続された駆動電子回路の少なくとも一部を含むＰＣＢによって行うことができる。ＰＣＢは、第１及び第２の冷却装置が互いに着脱自在に接続されると直ぐに、第１の冷却装置の第１のＰＣＢが、第２の冷却装置の第２のＰＣＢに電気的に接続されるような電気コネクタを含むことができる。あるいはまた、レーザー装置の電気的接続を可能にする、給電用の貫通孔があってもよい。
【０００９】
冷却装置の第１及び第２の冷却液供給貫通孔の耐冷却液(coolant  proof)結合は、耐冷却液結合を可能にする高い精度の冷却装置を設けることによって可能になる。代替的に又は追加的に、Ｏリング等のガスケットを使用してもよい。
【００１０】
冷却装置は、高出力の面発光レーザー（VCSEL）モジュール等の高出力レーザーモジュールを含むレーザー装置に特に適している。このようなＶＣＳＥＬモジュールは、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上のＶＣＳＥＬのアレイを含む。ＶＣＳＥＬは、コスト効果の高いレーザーモジュールを可能にするウエハスケールで製造され、試験することができる。
【００１１】
結合要素によって、冷却装置の直接的な結合又は冷却装置の間接的な結合を可能にすることができる。追加要素に少なくとも間接結合が必要とされる場合であって、冷却装置を結合するために追加の結合構造が必要とされないときに、直接結合が有効になる。間接結合の例は、第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対して平行な、各冷却装置での貫通孔であってもよく、追加の結合構造は、その貫通孔内に挿入することができるロッド又は長いネジであってもよく、それによって、冷却装置をロッドの端部にクランプすることができる。あるいはまた、延長部（又は凹部）を、第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対して垂直に設けてもよく、及び冷却装置を結合するために、この延長部（又は凹部）に嵌合する孔（又は延長部）を含むバーを提供してもよい。結合要素によって、高い精度の穿孔を含むベースプレート無しで、冷却装置の結合を可能にすることができる。また、接着剤、溶接等によって冷却装置同士の間に追加の恒久的な結合を提供することも可能である。
【００１２】
冷却装置の結合要素は、直接結合の場合に、少なくとも１つのスロットと、少なくとも１つのキーとを含んでもよい。スロット及びキーは、２つの冷却装置が互いに結合されると直ぐに、両方の冷却装置を自動的に位置合わせするように配置される。キーは、シンプルな延長部、スロットであり、凹部は、キー及びスロットによって結合された冷却装置が、完全な位置合わせを可能にするために、互いに対して移動できないようなキーの形状に適合される。キー及びスロットは、代替的に、プラグ接続式のコネクタとして実現してもよい。あるいはまた、オス型冷却装置が、キーのみを含み、メス型冷却装置が、対応するスロットのみを含んでもよい。
【００１３】
少なくとも１つのスロットは、冷却装置の第１の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延びてもよく、少なくとも１つのキーは、冷却装置の第２の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に向き合せされてもよい。第１及び第２の側での、従って冷却装置の両側でのスロット及びキーの配置によって、３つ以上の冷却装置の信頼性のある配置を可能にすることができる。加えて、１つのタイプのみの冷却装置が、スケーラビリティ（拡張性）を高めるために必要とされ、こうして、コストが削減される。
【００１４】
スロット及びキーは、第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対してオフセットした状態で配置してもよい。代替的に又は追加的に、キーは、冷却装置の第１の側での第１及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の伸長部であってもよく、スロットは、冷却装置の第２の側での第１及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の拡大部であってもよい。キーは、この場合に、この拡大部によって提供されたある種のソケット内に延びる一種のチューブであってもよい。この接続によって、隣接した冷却装置の第１及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の耐冷却液結合を可能にすることができる。代替的に又は追加的に、Ｏリング又は他の種類のシールリングを、耐冷却液結合を提供するために拡大部に導入してもよい。
【００１５】
結合要素は、少なくとも第１のスロット及び第２のスロットを含み、第１のスロットは、冷却装置の第１の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延び、及び第２のスロットは、冷却装置の第２の側に配置されて第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長に対して平行に延びており、結合構造によって第２の冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にする。スロットは、冷却装置の第１及び第２の側での第１及び／又は第２の冷却液供給貫通孔の拡大部であってもよい。この場合に、冷却装置を結合するために、チューブ等の追加の結合構造体を設けてもよい。チューブは、信頼性の高い結合及び位置合わせを提供するために、隣接する冷却装置の拡大部内に挿入することができる。あるいはまた、スロットは、第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対してオフセットした状態で設けてもよい。この場合に、信頼性の高い結合及び位置合わせを可能にするために、三角ピン、矩形ピン等の結合構造体を設けてもよい。別の実施形態では、貫通孔は、冷却構造の両側にスロットを提供する第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対してオフセットした状態で各冷却装置に設けてもよい。追加の結合構造は、この場合に、貫通孔に挿入可能なロッド又は長いねじであってもよく、それによって、冷却装置をロッドの端部でクランプすることができる。
【００１６】
冷却装置は、冷却装置を固定するための少なくとも１つの突起部を含んでもよい。突起部は、第１及び第２の冷却液供給貫通孔に対して垂直に延びる、冷却装置の延長部とすることができる。突起部は、こうして、結合要素としても使用することができる。突起部は、細長い穴を含む結合構造へのネジ接続を可能にするネジ穴を含むことができる。冷却装置は、冷却装置をネジ穴を介して結合構造に固定するネジにより冷却装置を固定することによって、結合され且つ位置合せすることができる。結合構造は、例えば、その突起部と同じ幅を有する矩形のバーであってもよく、それによって、この矩形のバーを突起部の上部に配置し且つ固定する際に、第１の及び第２の冷却液供給貫通孔に対して垂直な隣接する冷却装置を、不動にすることが可能になる。代替的に又は追加的に、突起部は、冷却装置をクランプするために使用することができる。
【００１７】
レーザーシステムは、取付領域に取り付けられたＶＣＳＥＬアレイ等のレーザー装置を含む少なくとも第１及び第２の冷却装置を有することができる。２つ、３つ、４つ又はそれ以上の冷却装置を、結合要素によって着脱自在に結合することができる。レーザーシステムは、さらに、第１の冷却装置の結合要素によって第１の冷却装置に着脱自在に結合された背面プレートと、第２の冷却装置の結合要素によって第２の冷却装置に着脱自在に結合された前面プレートと、第１及び第２の冷却装置の電気コネクタとを含む。前面プレートは、冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを有する。冷却装置の実施形態に応じて、ロッド、チューブ、バー、ピン、又は突起部等の追加の結合構造は、必要に応じて、信頼性の高い方法で冷却装置を結合し且つ位置合わせするために使用することができる。前面プレートは、冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを有する冷却装置であってもよい。背面プレートは、第１及び第２の冷却液供給貫通孔の片側を、隣接する冷却装置とは反対側の冷却装置の片側に近づけるためのプラグ等を有する冷却装置であってもよい。
【００１８】
レーザーシステムは、さらに、ベースプレートと、このベースプレートに着脱自在に結合された前面プレート及び背面プレートとを含んでもよい。前面プレート及び背面プレートは、ベースプレートに直接的又は間接的に結合してもよい。直接的な結合の場合に、前面プレート、背面プレート、及び冷却装置をベースプレートに対する中間に固定するために、ネジ又はクランプを、前面プレート及び背面プレートに設けてもよい。間接的な結合の場合に、冷却装置は、例えば、突起部及びクランプによって、及び／又はネジによって、ベースプレートに結合してもよい。
【００１９】
レーザーシステムの冷却装置は、それぞれ、ベースプレートから取付領域に延びる少なくとも１つの給電貫通孔を含むことができる。ベースプレートは、この場合に、電気を供給するためのフィードスルーとして配置されるとともに、給電貫通孔と位置合わせされるような少なくとも１つのスリットを含むことができる。給電貫通孔によって、各レーザー装置の個々の電気的接続が可能になる。こうして、適用可能な駆動スキームに従って、全てのレーザー装置を駆動するのに１つの中央ドライバで十分であろう。
【００２０】
レーザーシステムの各冷却装置は、２つの突起部及び２つの側面プレートを含むことができ、各側面プレートは、突起部をベースプレートに固定するための切欠きを有する。側面プレートは、ベースプレート、及び／又は背面プレート及び前面プレートに着脱自在に結合される。側面プレートは、ネジ又はクランプによって、ベースプレート及び／又は前面プレート及び背面プレートに結合してもよい。前面プレート及び背面プレートは、側面プレートを介してベースプレートに間接的に結合してもよい。
【００２１】
レーザーシステムは、環境に対してレーザー装置を保護するための上部カバーガラスを含んでもよい。上部カバーガラスを、背面プレート、前面プレート、及び／又は側面プレートに着脱自在に結合してもよい。冷却構造は、リムが、背面プレート及び前面プレートと一緒に設けられるように、取付領域の側に隆起部を含んでもよい。上部カバーガラスは、恐らくシール機能を有するリム上に配置することができる。あるいはまた、側面プレートと組み合わされた背面プレート及び前面プレートによって、上部カバーガラスを配置するためにレーザー装置の周りにリムを設けてもよい。ベースプレート、側面プレート、及び／又は前面プレート及び背面プレートに対して上部カバーガラスをクランプするために上部フレームを設けてもよい。
【００２２】
更なる態様によれば、レーザー装置を冷却するための冷却装置を製造する方法が提供され、この冷却装置は、更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にするように適合される。この方法は：
レーザー装置のための取付領域を設けるステップと；
取付領域を冷却するために配置された冷却チャネルを含む冷却容積を設けるステップと；
冷却容積の冷却チャネルに接続された冷却液入口及び冷却液出口を設けるステップと；
冷却液入口に接続された第１の冷却液供給貫通孔を設けるステップと；
冷却液出口に接続された第２の冷却液供給貫通孔を設けるステップであって、それによって、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔を介して冷却容積に供給することができる、設けるステップと；
更なる冷却装置に対する着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素を設けるステップであって、それによって、冷却装置を第２の冷却装置に相互接続する際に、冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔は、更なる冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔は、更なる冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続される、設けるステップと；
レーザー装置を電動駆動するための駆動電子回路の少なくとも一部を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を設けるステップであって、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）は、冷却装置と更なる冷却装置との間で着脱自在な相互接続をする際に、冷却装置のプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）を、更なる冷却装置の更なるプリント回路基板（ＰＣＢ）又は銅多層ダイレクトボンド（ＤＣＢ）に電気接続するのを可能にする電気コネクタを含む、設けるステップと；を含む。
【００２３】
結合要素と、第１及び第２の冷却液供給貫通孔の構成によって、このような冷却装置を備えたレーザーシステムの簡略化されたスケーラビリティ（拡張性）が可能になる。
【００２４】
さらに、レーザーシステムを製造する方法が、提供される。当該方法は：
上述したような、少なくとも第１及び第２の冷却装置を設けるステップと；
取付領域に取り付けられたレーザー装置を取り付けるステップと；
結合要素及び、第１及び第２の冷却装置の電気コネクタによって第１及び第２の冷却装置を着脱自在に結合するステップと；
背面プレートを設けるステップと；
背面プレートを第１の冷却装置に着脱自在に結合するステップと；
冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを含む前面プレートを設けるステップと；
前面プレートを第２の冷却装置に着脱自在に結合するステップと；を含む。
【００２５】
ベースプレートが水分配プレートとして使用されないので、当該方法によって、ベースプレートに使用される材料に関する要件が低減された状態で、スケーラブルな（拡張性を有する）レーザーシステムが可能になる。また、冷却装置の容易な位置合わせ、従ってレーザー装置の容易な位置合わせが、最初に冷却装置を結合し、その後のベースプレートに結合することを可能にすることによって、有効にすることができる。いかなる高精度の穿孔も、ベースプレートに必要とされない。
【００２６】
請求項１に記載の冷却装置及び請求項１４に記載の方法は、類似の及び／又は同一の実施形態、具体的には従属請求項に規定されるような実施形態を有することを理解されたい。さらに、請求項８に記載のレーザーシステム及び請求項１５に記載の方法は、類似の及び／又は同一の実施形態、具体的には従属請求項に規定されるような実施形態を有することを理解されたい。
なお、本発明の好ましい実施形態は、それぞれの独立請求項と従属請求項との任意の組合せであり得ることを理解されたい。
更なる有利な実施形態は、以下に規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】冷却装置の実施形態の第１の斜視図である。
【図２】冷却装置の実施形態の第２の斜視図である。
【図３】第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長部に対して垂直な冷却装置の実施形態の断面図である。
【図４】レーザーシステムの実施形態を製造する第１のステップを示す図である。
【図５】レーザーシステムの実施形態の背面プレートの実施形態を示す図である。
【図６】レーザーシステムの実施形態を製造する第２のステップを示す図である。
【図７】レーザーシステムの実施形態を製造する第３のステップを示す図である。
【図８】レーザーシステムの実施形態の前面プレートの実施形態を示す図である。
【図９】レーザーシステムの実施形態を製造する第４のステップを示す図である。
【図１０】レーザーシステムの実施形態を製造する第５のステップを示す図である。
【図１１】レーザーシステムの実施形態を製造する第６のステップを示す図である。
【図１２】冷却装置の製造方法の主要なスケッチを示す図である。
【図１３】レーザーシステムの製造方法の主要なスケッチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下で説明する実施形態を参照して説明され、明らかになるであろう。
本発明について、添付の図面を参照した実施形態に基づいて、一例として説明する。
図面において、同様の参照符号は、全体を通して同様の対象を指す。図面内の対象は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。
【００２９】
本発明の様々な実施形態について、図面を用いて説明する。
図１には、冷却装置の実施形態の第１の斜視図が示されている。サブマウントのための取付領域１０５として機能する、冷却装置１００の上面は、例えば金でコーティングすることができる。サブマウントのより良い位置付けを可能にするために、この上面は、例えばレーザー加工構造(laser-structuring)によっても構成することができる。
【００３０】
取付領域１０５に隣接して、凹部領域が、設けられ、この凹部領域には、電気絶縁性のＰＣＢ又はＤＣＢを取り付けることができる。これらＰＣＢ又はＤＣＢは、一方の側に、外部電線を接続でき、他方の側に、ＶＣＳＥＬチップ等のレーザー装置に接続されるボンドワイヤを固定することができるようなインターフェースとして機能する（凹部は、ボンドワイヤによってＶＣＳＥＬチップとＰＣＢ／ＤＣＢとの間をブリッジする必要がある高低差を最小化する）。凹部領域のコーナー部にある４つの給電貫通孔１２０は、取付領域１０５に隣接する上部から冷却装置１００を貫通して延びるトンネルを提供する。外部電線は、給電貫通孔１２０を通って延びており、中央ドライバ（図示せず）を用いて各レーザー装置を個々に駆動するのを可能にすることができる。給電貫通孔１２０の数は、個々にアドレス可能なＶＣＳＥＬチップ又はＶＣＳＥＬアレイの数に適合させることができる。
【００３１】
図３には、冷却装置１００の冷却液の内部接続を描いた冷却装置１００の断面図が示されている。冷却液（通常は水）は、第１の冷却液供給貫通孔１１０及び第２の冷却液供給貫通孔１１１を用いて、冷却液入口１５０を介して及び冷却液出口１４５を介して（取付領域１０５の下に位置する）μ−チャネル容積として配置された冷却容積１４０に供給される。
【００３２】
冷却装置１００の底部に向いたときに、矩形突起部１２５を確認することができる。これら突起部が冷却装置１００に堅く接続され、冷却装置１００をベースプレートに機械的にクランプするのを可能にしている（図４、図６、図７、図９、図１０及び図１１参照）。全体的な(global)冷却液供給を冷却装置１００の両側に移動させることで、この接続の機械的安定性に関する要件は、公知の設計に対して緩和される。公知の設計では、水供給口は、冷却装置の底部から貫通する。この接続部は、Ｏリングを用いてシールされる。従って、現在の保持機構は、冷却装置１００を機械的に固定する必要があるだけでなく、同時に、これらの水接続部をシールするために十分な圧縮力をＯリングに形成する必要がある。
【００３３】
図１の中央部に、スロット１１５を確認することができる。このスロット１１５は、冷却装置１００の本体の第１の側にある凹部であり、ここで凹部の深さは、第１及び第２の冷却液供給貫通孔１１０，１１１の延長部に対して平行に向き合せされる又はこれに対して平行に延びている。スロット１１５は、互いに対して隣接する又は隣り合った冷却装置１００同士の位置を調整するための結合要素として機能する。
【００３４】
図２には、冷却装置の実施形態の第２の斜視図が示されている。冷却装置１００の本体の第２の側における延長部が第１及び第２の冷却液供給貫通孔１１０，１１１の延長部に対して平行に延びるようなキー１３０を確認することができる。キー１３０は、隣接する冷却装置におけるスロット１１５の対応部分である。当然のことながら、この「スロット及びキー」システムは、様々な方法で、例えば位置合せピン及び位置合せ孔を使用して実現することができる。図２には、（隣接する冷却装置１００に接続される）全体的な冷却液供給口が、冷却液供給貫通孔１１０，１１１を介してどの様に実現されるかも実証されている。ガスケット１３５を、隣接する冷却装置１００の第１及び第２の冷却液供給貫通孔１１０，１１１の間に設けることができる。ガスケット１３５は、隣接する冷却装置同士の間の結合及び位置合わせを改善するような方法で配置することができる。上述した冷却装置１００は、原理的には、（個別に構造化された）銅シートのスタックを直接的に接合する既存技術を使用して実現することができる。しかしながら、その技術は、冷却液供給貫通孔１１０，１１１、及び冷却装置１００の下部で冷却装置をクランプするための突起部１２５によって全体的な冷却液供給口を形成するために、冷却装置の上部（μ−チャネル）についての銅シート接合技術をバルクＣｕのコンポーネントと組み合わせることについて経済的且つ機械的な妥当性を有し得る。
【００３５】
図３には、第１及び第２の冷却液供給貫通孔の延長部に対して垂直な冷却装置の実施形態の断面図が示されている。図３の冷却装置１００の上部におけるメッシュ状領域は、冷却容積１４０であり、この領域に、ＶＣＳＥＬチップから冷却液への高い熱伝達を可能にするためにμ−チャネルが配置されている。底部には、全体的な水供給用の冷却液供給貫通孔１１０，１１１を確認することができる。これらの貫通孔から、１つ又は複数の冷却液入口１５０及び冷却液出口１４５が、各冷却装置１００の個々のμ−チャネル容積１４０を全体的な冷却液供給に接続するように（貫通孔の軸線に対して垂直に）延びている。
【００３６】
以下の図は、この冷却装置１００の概念が、高電力ＶＣＳＥＬシステム等の実際のレーザーシステムを構築するためにどの様に使用されるかについて説明する。図４には、このようなシステムを組み立てる際の最初の又は中間のステップが示されている。図５に示されるような（潜在的に、位置合わせスロット２０７を、隣接する冷却装置１００からのキー１３０に一致させる）背面プレート２０５が、（外部の電線を通して給電するための長いスリット２１５を有する）ベースプレート２１０に固定される。ベースプレート２１０と、背面プレートをベースプレート２１０に固定することは、単にオプションである。背面プレート２０５は、任意のプレート上に配置され、且つ１つ又は複数の冷却装置にクランプされる。次のステップでは、第１の冷却装置１００は、この背面プレート２０５に押し付けられる（その冷却装置は、ある中間手段、例えば単純なクランプによって保持することができる）。当然のことながら、冷却液供給貫通孔１１０，１１１は、例えばＯリングによって、背面プレート２０５に対してシールしなければならない。
【００３７】
図６には、レーザーシステムの実施形態を製造する第２の中間ステップが示されている。Ｏリングシール又は代替手段は、第１の冷却装置１００の隣に任意の数でスタックすることができる、隣接する全ての冷却装置１００同士の間にも提供しなければならない。図６には、２つの追加の冷却装置１００を含む一例が示されている。
【００３８】
図７には、レーザーシステムの実施形態を製造する第３の中間ステップが示されている。これらの冷却装置１００を所定の位置に最終的に保持／クランプするために、２つの側面プレート２２０が、次に、冷却装置１００の両側で、突起部１２５の上に置かれる。これらの側面プレート２２０は、（クランプを損なうことを回避するために、例えば、スリット孔を介して）背面プレート２０５にネジ止めすることができる。必要に応じて、側面プレート２２０は、例えば、冷却装置１００の外側でベースプレート２１０にネジ止めすることもできる。また、後者のネジ止めは、安定性を改善することができる。
【００３９】
図８には、レーザーシステムの実施形態の前面プレートの実施形態が示されている。前面プレートは、オプションの位置合わせキー２２７と、第１及び第２の冷却液供給貫通孔１１０，１１１に冷却液供給を接続するための第１及び第２のコネクタ２２８，２２９とを含む。第１及び第２のコネクタは、チューブとして示されているが、代わりに、例えば、前面プレート２２５内の孔であってもよい。
【００４０】
図９には、レーザーシステムの実施形態を製造する第４の及びオプションの最終ステップが示されている。最後に、前面プレート２２５は、冷却装置１００を取り囲む。ここで再び、Ｏリングによって、第１及び第２の冷却液供給貫通孔をシールしなければならない。前面プレート２２５において、チューブは、外部冷却液供給（例えば、ホースやチューブ）を接続するための第１及び第２のコネクタ２２８，２２９として設けられる。前面プレート２２５の良好な位置合わせを確実にするために、その前面プレートは、最後の冷却装置１００のスロットに対する対応部分（すなわち、位置合せキー２２７）を有してもよい。その前面プレートは、例えば、ベースプレート２１０又は側面プレート２２０に対して異なる位置で固定することができ、或いは非常に長いネジを使用して−冷却装置１００における追加の貫通孔を使用して−背面プレート２０５に対して異なる位置で固定することができる。特に、この最後のオプションは、冷却液ラインの良好なシールを得るために、Ｏリングに対する十分な圧縮力を可能にしなければならない。図９から、レーザーシステムのコア要素が、レーザー装置を含む、結合された冷却装置１００であることが明らかである。前面プレート２２５及び背面プレート２０５は、同様に冷却装置１００であってもよく、これらプレートは、追加の貫通孔を通って延びる長いネジ等の結合構造体によって結合してもよい。接続された第１及び第２の冷却液供給貫通孔１１０，１１１の一方の側は、プラグによって閉止してもよく、外部冷却液供給を、レーザーシステムの他方の側に接続してもよい。ベースプレート２１０及び側面プレート２２０は、レーザーシステムの位置合せ及び信頼性を向上させるが、オプションである。
【００４１】
図１０には、レーザーシステムの実施形態を製造する第５のオプションのステップが示されている。多くの用途では、レーザー装置のレーザー、より具体的には冷却装置１００上のＶＣＳＥＬチップのレーザーは、適切な上部カバーガラス２３０によって環境から保護／カバーしなければならない。場合によっては、冷却装置１００は、冷却液温度が特定の環境で露点を下回る場合に水の凝縮を避けるために、気密シールしなければならない。従って、前面プレート２２５、側面プレート２２０、及び背面プレート２０５の高さを適切に設計することによって、上部カバーガラス２３０をアセンブリの上部に直接的に取り付けることが可能となる。気密性が要求される場合に、Ｏリングを、プレートの上部と上部カバーガラス２３０との間で使用することができる。上部カバーガラス２３０を所定の位置に保持するために、再び、クランプ技術を、図１１に示されるように使用することができる。上部フレーム２３５は、用途に応じて、例えば金でコーティングしてもよい。上部フレーム２３５は、前面プレート２２５、側面プレート２２０、及び背面プレート２０５に（これらに十分な厚さがある場合に）、或いは（長いネジで）ベースプレート２１０にネジ止めすることができる。
【００４２】
上述した多くの部品は、循環冷却液に接触しないので、材料に関する要件は、現在の解決策よりもそれほど厳しいものではない。多くの部品は、（機械加工の容易な）Ａｌから製造することができる。潜在的に冷却液と接触するプレート（例えば、前面プレート及び背面プレート）であっても、（例えば、このプレートを貫通してトンネルが形成される前面プレートに固定具を用いることによって、或いは冷却液が背面プレートに接触する領域で４ＶＡスチールの小型・薄型の部品のみを使用することによって、）この接触を回避することが可能である。
【００４３】
説明した部品の製造及び組立は、現在の水分配プレートよりもはるかに簡単に且つより容易になる。ベースプレート２１０及び側面プレート２２０の異なる長さのみが要求される（必要な場合に全てで）一方、（もう少し複雑な）前面プレート２２５及び背面プレート２０５が同じ位置に留まるため、様々な数の冷却装置１００に対するスケーリング（拡張性）が、容易にされる。これは、次に、本質的に任意の用途について、同じ前面プレート２２５及び背面プレート２０５を使用することができるので、スケールの経済的な面も助ける。
【００４４】
図１２には、レーザー装置を冷却するための冷却装置の製造方法の主なスケッチが示されている。ステップ３００において、レーザー装置のための取付領域１０５が設けられる。ステップ３１０において、取付領域１０５を冷却するように配置された冷却チャネルを含む冷却容積１４０が設けられる。ステップ３２０において、冷却容積１４０の冷却チャネルに接続された冷却液入口１５０及び冷却液出口１４５が設けられる。ステップ３３０において、冷却液入口１５０に接続された第１の冷却液供給貫通孔１１０が設けられる。ステップ３４０において、冷却液出口１４５に接続された第２の冷却液供給貫通孔１１１が設けられ、それによって、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔１１０及び第２の冷却液供給貫通孔１１１を介して冷却容積に供給することができる。ステップ３５０において、第２の冷却装置への着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素１１５，１３０，１３５が設けられ、それによって、冷却装置１００を第２の冷却装置に相互接続する際に、冷却装置１００の第１の冷却液供給貫通孔１１０が、第２の冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び冷却装置１００の第２の冷却液供給貫通孔１１１が、第２の冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続される。
【００４５】
図１３には、レーザーシステムの製造方法の主要なスケッチが示されている。ステップ４００において、レーザー装置を冷却するための少なくとも２つの冷却装置１００が設けられる。冷却装置１００は、レーザー装置のための領域１０５と、取付領域１０５を冷却するために配置された冷却チャネルを含む冷却容積１４０と、冷却容積１４０の冷却チャネルに接続された冷却液入口１５０及び冷却液出口１４５と、冷却液入口１５０に接続された第１の冷却液供給貫通孔１１０と、冷却液出口１４５に接続された第２の冷却液供給貫通孔１１１と、を含む。冷却装置は、２つの冷却装置冷却装置１００の着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素１１５，１３０，１３５を含み、それによって、冷却装置１００を相互接続する際に、第１の冷却装置１００の第１の冷却液供給貫通孔１１０が、第２の冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び第１の冷却装置１００の第２の冷却液供給貫通孔１１１が、第２の冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続される。ここで、冷却装置１００は、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔１１０及び第２の冷却液供給貫通孔１１１を介して冷却容積に供給することができるような方法で配置される。ステップ４１０において、レーザー装置が、取付領域１０５に取り付けられる。ステップ４２０において、少なくとも２つの冷却装置１００が、結合要素１１５，１３０，１３５によって着脱自在に結合される。ステップ４３０において、背面プレート２０５が設けられ、ステップ４４０において、背面プレート２０５を第１の冷却装置１００に着脱自在に結合する。ステップ４５０において、冷却液供給のための第１のコネクタ２２８及び第２のコネクタ２２９を含む前面プレート２２５が設けられる。ステップ４６０において、前面プレート２２５は、第２の冷却装置１００の結合要素１１５，１３０，１３５によって第２の冷却装置１００に着脱自在に結合される。
【００４６】
本発明について、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明してきたが、このような図示及び説明は、例又は例示とみなすべきであり、限定を意図するものではない。
本開示を理解することにより、他の改変が当業者には明らかになるであろう。このような改変は、当該技術分野において既に公知であり、及び本明細書で既に説明した特徴の代わりに、又はこれに加えて使用することができる他の特徴も含み得る。
【００４７】
開示された実施形態に対する変形形態は、図面、明細書の開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解され且つ実施することができる。特許請求の範囲において、用語「備える、有する、含む(comprising)」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの(a,  an)」は、複数の要素又はステップを除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。
請求項における任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００４８】
１００    冷却装置
１０５    取付領域
１１０    第１の冷却液供給貫通孔
１１１    第２の冷却液供給貫通孔
１１５    スロット
１２０    給電貫通孔
１２５    突起部
１３０    キー
１３５    ガスケット
１４０    冷却容積
１４５    冷却液出口
１５０    冷却液入口
２０５    背面プレート
２０７    位置合わせスロット
２１０    ベースプレート
２１５    スリット
２２０    側面プレート
２２２    切欠き
２２５    前面プレート
２２７    位置合せキー
２２８    第１のコネクタ
２２９    第２のコネクタ
２３０    上部カバーガラス
２３５    上部フレーム
３００    レーザー装置のための取付領域を設けるステップ
３１０    取付領域を冷却するように配置された冷却チャネルを含む冷却容積を設けるステップ
３２０    冷却容積の冷却チャネルに接続された冷却液入口及び冷却液出口を設けるステップ
３３０    冷却液入口に接続された第１の冷却液供給貫通孔を設けるステップ
３４０    冷却液出口に接続された第２の冷却液供給貫通孔を設けるステップであって、それによって、冷却液を、第１の冷却液供給貫通孔及び第２の冷却液供給貫通孔を介して冷却容積に供給することができる
３５０    第２の冷却装置への着脱自在な相互接続を可能にする少なくとも１つの結合要素を設けるステップであって、それによって、冷却装置を第２の冷却装置に相互接続する際に、冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔が、第２の冷却装置の第１の冷却液供給貫通孔に接続され、及び冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔が、第２の冷却装置の第２の冷却液供給貫通孔に接続される
４００    少なくとも２つの冷却装置を設けるステップ
４１０    取付領域に取り付けられたレーザー装置を取り付けるステップ
４２０    結合要素によって結合された少なくとも２つの冷却装置を着脱自在に結合するステップ
４３０    背面プレートを設けるステップ
４４０    第１の冷却装置の結合要素によって、背面プレートを第１の冷却装置に着脱自在に結合するステップ
４５０    冷却液供給のための第１のコネクタ及び第２のコネクタを有する前面プレートを設けるステップ
４６０    第２の冷却装置の結合要素によって前面プレートを第２の冷却装置に着脱自在に結合するステップ
【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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