(57)【要約】【課題】  レーザダイオードの周囲の温度を低減しつつ、レーザ光の散乱光が外部に漏れるのを抑制する。【解決手段】  金属製の基板１０１にペルチェ素子１１０とヒートシンク１０２を介してレーザダイオード１０１を取り付け、このレーザダイオード１０１と、当該レーザダイオード１０１で発生されるレーザ光１０４を光ファイバ１０８に入射させるための光結合部１０３と、光ファイバ１０８の入射端から所定部分を遮光カバー２０２で覆い、こ遮光カバー２０２に通風孔２０７，２０９を設けると共に、この通風孔２０７，２０９を不織繊維２０８，２１０で覆う。  さらに、基板１０１の反対側に放熱フィン２１１とファンを設け、放熱フィン２１１を強制空冷するように構成した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の基台に取り付けられ、レーザ光を生成するレーザダイオードと、
このレーザダイオードで生成したレーザ光を導出する光ファイバと、
前記レーザダイオードで生成されたレーザ光を前記光ファイバに伝達する光結合手段と、
前記レーザダイオードと、前記光学手段及び前記光ファイバの光入射端を覆う遮光カバーと、
この遮光カバーに設けられた通風孔と、
この通風光を覆うように設けられた不織繊維と、
を具備したことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記不織繊維は、直径およそ８０μｍ以下の金属で、空隙率がおよそ６０％から９０％となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記通風孔は複数で構成され、前記遮光カバー内の空気の自然対流に伴って、外気を吸気する位置と、内部の空気を排出する位置に、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記基台にその放熱部位側に放熱部材が設けられたペルチェ素子が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記放熱部材を強制空冷するファンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記遮光カバー内に、強制的に空気を送り込み、この送り込まれた空気を前記不織繊維を介して、前記通風孔から排気するように構成した請求項１に記載のレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザダイオードを発光素子とし、発光したレーザ光を光ファイバによって、レーザ光を利用する手段に導出するように構成されたレーザ光源装置に関し、特に、レーザダイオードを、その光ファイバとの結合部を含めて遮光カバーで覆ってレーザ光が外部に漏れないように構成すると共に、レーザダイオードを冷却手段で冷却するようにしたレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を光源として用いた民生用機器は市場に登場して久しいが、このような民生用機器において、低コスト化を図るということは、機器を商品として設計する際の重要なテーマの一つになっている。そのためレーザ光を発生する発光体として、比較的安価に入手できるレーザダイオードを用いる試みもなされており、例えば、レーザダイオードを光源として用いた投射型映像表示装置の例が特許文献１に示されている。
【０００３】
このように、レーザダイオードを映像表示装置等の製品に実際に組み込む場合、レーザダイオードは、その動作特性と寿命が動作温度に大きく影響されるため、ペルチェ素子等の冷却素子によって、動作温度を制御することが行なわれる。ペルチェ素子を用いたレーザダイオードの冷却構造は、例えば、特許文献２に示されている。
【０００４】
また、レーザダイオードで発生されたレーザ光を、投射型映像表示等の光源として利用する場合、通常は、レーザ光を光ファイバによって、このレーザ光を利用するための光学系に伝送するように構成される。
【０００５】
レーザダイオードで生成したレーザ光を光ファイバに伝送するには、レーザダイオードと光ファイバを光学的結合手段によって結合し、それによってレーザ光を光ファイバの入射端に出射するように構成する。
【０００６】
その際、光学的結合手段とレーザダイオード及び光ファイバ間の構造的要因により、レーザ光はその全てが光ファイバに伝達されることはなく、一部が周囲に散乱する。このため、レーザダイオードと光ファイバの結合部を光学的に遮蔽して、レーザ光が外部に射出されるのを阻止することで、要求される安全性を確保することが考えられている。
【０００７】
光学的遮蔽手段は、レーザダイオードと、光学的結合手段と、光ファイバの入射端側の一部とを、箱状の遮光カバーで密封する構造を有したものとして構成することができる。
【０００８】
しかしながら、レーザダイオードが遮光カバーで密封されている環境下においては、遮光カバー内の空気の流れがないため、冷却素子から排出された熱の一部が遮光カバー内に蓄積されてレーザダイオード周囲の空気温度を上昇させ、それがレーザダイオードに還流して放熱性能を低下させるという問題があった。
【０００９】
遮光カバーは樹脂等の熱伝導率の低い素材で形成され、また空気も熱抵抗の値が高いために、遮光カバーそのものによる放熱効果はほとんど期待できず、遮光カバー内が高温度になってしまってレーザダイオードの動作及び寿命に悪影響を与えることになる。
【００１０】
このように、レーザダイオードと光ファイバの結合部分を遮光して、レーザ光が外部に漏れないように構成すると、レーザダイオードの温度制御がうまく機能しなくなり、レーザダイオードの動作が不安定になったり、寿命が短くなるという問題を有している。
【００１１】
このような問題は、装置として致命的な故障を発生する要因になるものであるが、従来その問題を解決するための提案はなされておらず、上記特許文献１，２には、その問題点すら記述されていない。
【特許文献１】特開２００２−２１４７０６号公報（第２３頁、図２）
【特許文献２】特開平５−３０８１６５号公報（第２頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
レーザダイオードで発生されたレーザ光を、光ファイバによって当該レーザ光を利用するための光学系等に伝達するように構成される光源装置においては、レーザダイオードを、光ファイバとの結合部分を含めてカバーで覆って遮光する必要があり、そのために、カバー内部の温度が上昇して、レーザダイオードに悪影響を与えるという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上の点に対処してなされたものであり、レーザダイオードを、光ファイバとの結合部を含んで遮光するカバーに、不織繊維で閉塞された通風孔を設けることで、遮光カバーから外部に漏れるレーザ光を大幅に減少させて安全性を確保しつつ、カバー内部に空気の流れを作ることを可能にして、レーザダイオードの温度制御を良好に行なうことができるようにしたレーザ光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の一実施形態に係るレーザ光源装置は、金属製の基台に取り付けられ、レーザ光を生成するレーザダイオードと、このレーザダイオードで生成したレーザ光を導出する光ファイバと、前記レーザダイオードで生成されたレーザ光を前記光ファイバに伝達する光結合手段と、前記レーザダイオードと、前記光結合手段及び前記光ファイバの光入射端を覆う遮光カバーと、この遮光カバーに設けられた通風孔と、この通風光を覆うように設けられた不織繊維と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、遮光カバーに通風孔を設けて不織繊維で覆うことにより、レーザの散乱光の大部分が不織繊維のメッシュで反射されるようになるため、遮光カバー外に漏れる光を大幅に低減できる。また、遮光カバー外に漏れる光は不織繊維を通過する際に拡散されるため遮光カバー外でレーザ光が集光することがなく、安全性を確保することができる。レーザの散乱光は１点に集中した場合にエネルギー密度が高くなり危険度が高くなるが、本発明によればそのような状況になることを確実に防ぐことができるものである。
【００１６】
また、放熱性に関しては、不織繊維により通風性が確保されるため、遮光カバー内に放熱された熱を自然対流により通風孔から排出することができる。レーザダイオードで発生した熱の大部分は冷却素子からヒートシンクに伝わって強制空冷により大気中に放熱される。冷却素子から排出された熱のうち遮光カバー内に還流する割合は小さいため、自然対流による放熱でも遮光カバー内の空気温度を充分に低下させることができる。
【００１７】
以上のように、遮光カバーに通風孔を設けて不織繊維で覆うことにより、遮光性を損なうことなく高放熱性を有するレーザ光源装置を実現することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明のレーザ光源装置の一実施の形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明のレーザ光源装置の要部をより解り易く説明するためにその構成を模式的に示した図である。図１において、銅製のサブマウントに半導体レーザチップを搭載したレーザダイオード１０１は、銅で構成されるヒートシンク１０２上にネジ止め固定されている。
【００１９】
ヒートシンク１０２には、さらにレーザダイオード１０１のレーザ光射出方向に対応して、光結合部１０３が設けられている。光結合部１０３は、レーザダイオード１０１から射出されたレーザ光１０４を受けてこれを平行光に変換するコリメータレンズ１０５と、コリメータレンズ１０５から導出されるレーザ光を集光する集光レンズ１０６と、これらコリメータレンズ１０５及び集光レンズ１０６を、レーザダイオード１０１と所定の位置関係を有するように、ヒートシンク１０２に対して保持するレンズホルダ１０７で構成される。
【００２０】
さらに、光結合部１０３の集光レンズ１０６によって集光されたレーザ光を受けるべく光ファイバ１０８が設けられている。光ファイバ１０８は、光ファイバホルダ１０９によって、後述する基板２０１に支持され、集光レンズ１０６からのレーザ光１０４がその入射端に入射される。
【００２１】
さらに、ヒートシンク１０２には、ペルチェ素子１１０の吸熱側部位が固定されており、レーザダイオード１０１は、ヒートシンク１０２を介してペルチェ素子１１０によって冷却される。ペルチェ素子１１０の放熱側部位は、基板２０１に固定されている。
【００２２】
レーザダイオード１０１で出射されるレーザ光１０４は、その全てが光ファイバ１０８に伝達されるものではなく、まず、コリメータレンズ１０５に入射する際に、一部が反射して散乱光１１１となって外部に散乱する。さらに、集光レンズ１０６から光ファイバ１０８に入射される過程で、光ファイバ１０８の入射端で反射して散乱光１１２として散乱する。
【００２３】
以上のように、レーザ光を光ファイバ１０８に伝達する過程で、散乱光１１１，１１２が放出されるため、散乱光が発生する可能性のある部位を遮光カバーで覆う必要がある。
【００２４】
図２は、図１に示すレーザダイオード１０１、光結合部１０３及び光ファイバ１０８の入射端側の一部を、遮光カバーで覆った本発明のレーザ光源装置を一部断面で示す図である。
【００２５】
図２において、図１と同じ構成部分に同じ符号を付す。レーザ光源装置２００は、アルミ合金製のベース基板２０１に、図１に示すレーザダイオード１０１と光結合部１０３を搭載したヒートシンク１０２がペルチェ素子１１０を介して搭載されている。
【００２６】
さらに、基板２０１には、光ファイバホルダ１０９が取り付けられている。光ファイバホルダ１０９は、光ファイバ１０８の入射端が、光結合部１０３の集光レンズ１０７に対して所定の位置関係になるように光ファイバ１０８を基板２０１に対して保持する機能を有する。その結果、集光レンズ１０６で集光されるレーザ光１０４のスポット径が、光ファイバ１０８のコア部の径と略同等になる。
【００２７】
さらに、基板２０１には、レーザダイオード１０１とヒートシンク１０２と光ファイバホルダ１０９を覆うように遮光カバー２０２が取り付けられている。遮光カバー２０２は、外観が略直方体に形成されており、レーザダイオード１０１からレーザ光１０４が発せられる方向に対して、交わるように配設された壁２０３と、この壁２０３に対向する壁２０４と、これら壁２０３，２０４に隣接する壁と天板２０５を有する。
【００２８】
壁２０３には、光ファイバ１０８が引き出される導出部２０６が設けられ、さらに遮光カバー２０２の天板２０５に近い位置に、通風孔２０７が設けられ、この通風孔２０７を塞ぐように、不織繊維２０８が、壁２０３に取り付けられている。
【００２９】
さらに、壁２０４にも、その基板２０１に近い位置に通風孔２０９が設けられ、この通風孔２０９を塞ぐように、不織繊維２１０が壁２０４に取り付けられている。
【００３０】
基板２０１のレーザダイオード１０１、ヒートシンク１０２、ペルチェ素子１１０等が搭載された面の反対側には、アルミ合金製の放熱フィン部材２１１が固定され、さらにこの放熱フィン２１１に空気を送って冷却するためのファン２１２が設けられている。
【００３１】
不織繊維２０８，２１０は、直径およそ１０μｍ（マイクロメートル）から８０μｍのステンレス金属繊維を厚さおよそ０．５ｍｍ（ミリメートル）から１．０ｍｍのフェルト状に積層したものであり、６０〜９０％の空隙率を有する。
【００３２】
素材が金属繊維であるため、耐熱性が高く、レーザ散乱光が当たった場合であっても、加熱によって破損されることはない。また、高空隙率を有するので、遮光カバー２０２内外の空気の移動を妨げることはない。
【００３３】
例えば、直径１２μｍのステンレス繊維で構成された、空隙率８０％、厚さ０．５ｍｍの不織繊維を用いた場合、風速０．０５ｍ／ｓ（メートル単位の秒速）での圧力損失は５Ｐａ（パスカル）から１０Ｐａであり、充分な通風量を得られることが確認できた。また、透過率については、波長６３３ｎｍ（ナノメートル）のレーザ光を遮光カバー２０２内部で照射して、不織繊維２０７，２０９を透過した後の光強度を測定したところ自然光レベル以下であった。
【００３４】
以上のように構成されたレーザ光源装置２００において、遮光カバー内部２０１では、ペルチェ素子１１０から遮光カバー２０２内部に放出される熱によって、空気の自然対流が発生する。この自然対流により、遮光カバー２１０内の熱せられた空気は、基板２０１付近から天板２０５方向に上昇するようになる。これに伴って、遮光カバー２０２の壁２０４に設けられた通風孔２０９から、不織繊維２１０を介して外気が流入し、壁２０３に設けられた通風孔２１０から不織繊維２０８を介して外部に排出するようになる。
【００３５】
図３は、図２に示すレーザ光源装置２００を、遮光カバー２０２の天板２０５方向から見た図である。図３において、図２と同一構成部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３６】
通風孔２０７，２０９は、遮光カバー２０２の壁２０３，２０４の幅方向略中央に設けられている。
【００３７】
以上のように構成されたレーザ光源装置２００によれば、不織繊維２０８，２１０の機能によって、遮光カバー２０２から外部に漏れるレーザ光を大きく低減させることができる。
【００３８】
また、遮光カバー２０２内で発生した熱の大部分は、ペルチェ素子１１０から基板２０１、放熱フィン２１１を介して大気中に放熱されるため、遮光カバー２０２内に放出される割合は小さく、自然対流による放熱でも遮光カバー２０２内の空気温度を充分に低く抑えることができるものである。
【００３９】
以上述べた実施の形態では、遮光カバー２０２内の空気の自然対流によって、遮光カバー２０２内の熱を放熱するようにしているが、ファン２１２が設けられているため、これを活用して、遮光カバー２０２内に強制的に外気を送り込んで、内部の熱を放熱するように構成することもできる。
【００４０】
図４は、ファン２１２を利用して、遮光カバー２０２内部を強制空冷するように構成した実施の形態を示す図であり、図２と同一構成部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
すなわち、図４に示すレーザ光源装置４００は、基板２０１のファン２１２取り付け位置と、フィン取り付け位置の間に開孔４０１が設けられ、さらにこの開孔４０１を覆うように不織繊維４０２が取り付けられている。
【００４２】
図４に示すレーザ光源装置４００によれば、ファン２１２によって、放熱フィン２１１に送られる空気が、放熱フィンの壁に当たって、基板２０１方向に流れ、開孔４０１と不織繊維４０２を介して、遮光カバー２０２内に流れ込む。
【００４３】
遮光カバー２０２内に流入した空気は、不織繊維２０８，２１０を介して、通風孔２０７，２０９から排気される。これによって、遮光カバー内の温度が上昇するのを確実に抑えることができるようになる。
【００４４】
以上述べたように本発明のレーザ光源装置によれば、レーザ光の散乱光を遮蔽する遮光カバーに、不織繊維で覆った通風孔を設けるように構成したので、遮光カバー内部の温度を確実に低下させてレーザダイオードの動作を安定なものにすることができ、さらに散乱光が外部に漏れるのを大幅に低減させることができるので充分な安全性を確保できるレーザ光源装置を提供することができるものである。
【００４５】
なお、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を変更することなく種々実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のレーザ光源装置の要部を模式的に示す構成図。
【図２】本発明のレーザ光源装置の一実施の形態を側面から見た状態を一部断面で示す図。
【図３】図２に示すレーザ光源装置を上面方向から見た状態を一部断面で示す図。
【図４】本発明のレーザ光源装置の他の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１００，４００…レーザ光源装置
１０１…レーザダイオード
１０２…ヒートシンク
１０３…光結合部
１０４…レーザ光
１０５…コリメータレンズ
１０６…集光レンズ
１０８，１１３，１２４…集光レンズ
１０７…レンズフォルダ
１０８…光ファイバ
１０９…光ファイバホルダ
１１０…ペルチェ素子
２０１…基板
２０２…遮光カバー
２０３，２０４…壁
２０５…天板
２０７，２０９…通風孔
２０８，２１０，４０２…不織繊維
２１１…放熱フィン
２１２…ファン
４０１…開孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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