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JP7569873B2 - Laser light source unit and laser light source module - Google Patents
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JP7569873B2 - Laser light source unit and laser light source module - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光源ユニット及びレーザ光源ユニットを複数備えたレーザ光源モジュールに関する。 The present invention relates to a laser light source unit and a laser light source module having multiple laser light source units.

特許文献1に、いわゆるTO-CAN(TRANSISTOR OUTLINE CAN)型パッケージ構造とされ、冷却のための熱電冷却素子を備えたレーザダイオードが記載されている。TO-CAN型パッケージのレーザダイオードは、発光端面が外気と遮断されるので信頼性に優れる。 Patent document 1 describes a laser diode that has a so-called TO-CAN (TRANSITOR OUTLINE CAN) type package structure and is equipped with a thermoelectric cooling element for cooling. Laser diodes with TO-CAN type packages have excellent reliability because the light-emitting end surface is sealed off from the outside air.

米国特許第9768538号明細書U.S. Pat. No. 9,768,538

高い信頼性を有する高出力のレーザを得るために、複数のTO-CAN型パッケージ又は面発光のレーザダイオードを用いてレーザ光源ユニットを構成し、そのレーザ光源ユニットをさらに複数台用いてレーザ光源モジュールを構成することが検討される。このようなレーザ光源モジュールは、多くのレーザダイオードを用いるために全体として動作時の発熱量が非常に多く、レーザダイオードの温度が定格温度を越えてしまう虞がある。これに対応すべく、レーザダイオードに、特許文献1に記載されたような熱電冷却素子を備えたものを用いてレーザダイオードの温度上昇を抑えることが検討される。しかしながら、熱電冷却素子を備えたレーザダイオードは比較的高コストであるため、これを多数備えたレーザ光源モジュールは大幅なコストアップになってしまう。 In order to obtain a high-output laser with high reliability, it has been considered to construct a laser light source unit using multiple TO-CAN type package or surface-emitting laser diodes, and to construct a laser light source module using multiple such laser light source units. Such a laser light source module uses many laser diodes, so the overall amount of heat generated during operation is very large, and there is a risk that the temperature of the laser diodes will exceed the rated temperature. To address this, it has been considered to suppress the temperature rise of the laser diode by using a laser diode equipped with a thermoelectric cooling element as described in Patent Document 1. However, laser diodes equipped with thermoelectric cooling elements are relatively expensive, so a laser light source module equipped with a large number of them would significantly increase the cost.

そこで、熱電冷却素子を備えていない複数のTO-CAN型パッケージ又は面発光のレーザダイオードを用いても、安価な構成で各レーザダイオードを良好に冷却できるレーザ光源ユニット及びレーザ光源モジュールが望まれている。 Therefore, there is a need for a laser light source unit and a laser light source module that can effectively cool each laser diode with an inexpensive configuration, even when using multiple TO-CAN type packages or surface-emitting laser diodes that do not have a thermoelectric cooling element.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、次の1)、2)の構成を有する。
1) 長方形の板状に形成され、一端からその半分未満の幅で延出部が延出しているベース座部と、前記ベース座部に立設する固定壁部と、前記固定壁部に周囲を覆われると共に前記固定壁部に金属元素からなる第1の合金で固定されたTO-CAN型パッケージ又は面発光のレーザダイオードと、を有する複数の光源ベースと、
板状のベース部と、前記光源ベースを載置可能な台座を一定で同じ高さピッチの第1列と第2列との2列の階段状であって前記2列を前記高さピッチの半分の高さの差となるよう第1の方向に並べた階段台座部と、が一体とされたユニットベースと、を備え、
前記ベース座部に、前記レーザダイオードから放射したレーザビームを平行ビームに整形して放射するコリメート光学系が固定され、前記延出部に、前記コリメート光学系から前記平行ビームで放射した前記レーザビームの進行方向を反射により変えるミラーが固定され、
複数の前記光源ベースは、前記ベース座部の底面が前記ユニットベースの前記第1列の前記台座と前記第2列の前記台座それぞれに、前記延出部が中央側となる向きで、前記ミラーで反射した前記レーザビームが高さ方向に一直線上に並んでラインレーザビームとして放射されるように、金属元素からなる第2の合金で固定されている、レーザ光源ユニットである。
2)冷却板と、内部に冷却用の冷媒流路を有し前記冷却板が一体的に取り付けられたベース板と、前記冷却板に取り付けられた1)に記載されたレーザ光源ユニットの複数台と、複数台の前記レーザ光源ユニットそれぞれから放射する複数のラインレーザビームを整列配置させた後、カップリングしてファイバに入射させるカップリング光学系と、を備えたレーザ光源モジュールである。
In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention has the following configurations 1) and 2).
1) A plurality of light source bases each having a base seat portion formed in a rectangular plate shape and having an extension portion extending from one end by less than half the width of the base seat portion, a fixed wall portion erected on the base seat portion, and a TO-CAN type package or a surface-emitting laser diode that is surrounded by the fixed wall portion and fixed to the fixed wall portion with a first alloy made of a metal element;
a unit base including a plate-like base portion and a stepped base portion having two rows of pedestals on which the light source base can be placed, the first row and the second row being arranged in a stepped shape with a constant height pitch, the two rows being arranged in a first direction such that the difference in height between the first row and the second row is half the height pitch;
A collimating optical system that shapes the laser beam emitted from the laser diode into a parallel beam and emits the parallel beam is fixed to the base seat, and a mirror that changes the traveling direction of the laser beam emitted as the parallel beam from the collimating optical system by reflection is fixed to the extension.
The multiple light source bases are laser light source units in which the bottom surfaces of the base seats are fixed to the pedestals of the first row and the second row of the unit base with the extension portions facing toward the center, and the laser beams reflected by the mirror are aligned in a straight line in the vertical direction and emitted as line laser beams .
2) A laser light source module including: a cooling plate; a base plate having a cooling refrigerant flow path therein and to which the cooling plate is integrally attached; a plurality of laser light source units described in 1) attached to the cooling plate; and a coupling optical system that aligns and arranges a plurality of line laser beams emitted from each of the plurality of laser light source units, and then couples and inputs the line laser beams into a fiber.

本発明の一態様によれば、安価な構成でレーザダイオードを良好に冷却できる、という効果が得られる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to obtain the effect of being able to effectively cool a laser diode using an inexpensive configuration.

図1は、レーザダイオード1を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a laser diode 1. As shown in FIG. 図2は、レーザダイオード1を取り付ける光源ベース2を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a light source base 2 on which the laser diode 1 is mounted. 図3は、本発明の実施の形態に係るレーザ光源ユニットの実施例であるレーザ光源ユニットLUが備える光源ブロックTBを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a light source block TB included in a laser light source unit LU which is an example of a laser light source unit according to an embodiment of the present invention. 図4は、光源ブロックTBの平面図である。FIG. 4 is a plan view of the light source block TB. 図5は、レーザ光源ユニットLUが備えるユニットベース6を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the unit base 6 provided in the laser light source unit LU. 図6は、レーザ光源ユニットLUを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing the laser light source unit LU. 図7は、レーザ光源ユニットLUの正面図である。FIG. 7 is a front view of the laser light source unit LU. 図8は、光源ブロックTBから放射されるレーザビームLsを示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing the laser beam Ls emitted from the light source block TB. 図9は、レーザ光源ユニットLUから出力されるラインレーザビームBmLを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the line laser beam BmL outputted from the laser light source unit LU. 図10は、本発明の実施の形態に係るレーザ光源モジュールの実施例であるレーザ光源モジュール7を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a laser light source module 7 which is an example of a laser light source module according to an embodiment of the present invention. 図11は、図10におけるS11-S11位置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line S11-S11 in FIG. 図12は、レーザ光源モジュール7から出力されるコンバインレーザビームBmSを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the combined laser beam BmS output from the laser light source module 7. As shown in FIG. 図13は、レーザ光源モジュール7におけるレーザダイオード1の温度の時間変化を説明するためのグラフである。FIG. 13 is a graph for explaining the change over time in temperature of the laser diode 1 in the laser light source module 7. In FIG. 図14は、レーザ光源モジュール7におけるレーザダイオード1の温度上昇幅ΔTを説明するためのグラフである。FIG. 14 is a graph for explaining the temperature rise width ΔT of the laser diode 1 in the laser light source module 7. In FIG.

(実施例)
本発明の実施の形態に係るレーザ光源ユニットの実施例であるレーザ光源ユニットLUについて、図1~図9を参照して説明する。図1は、レーザダイオード1を示す斜視図である。図2は、レーザダイオード1を取り付ける光源ベース2を示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態に係るレーザ光源ユニットの実施例であるレーザ光源ユニットLUが備える光源ブロックTBを示す斜視図である。図4は、光源ブロックTBの平面図である。図5は、レーザ光源ユニットLUが備えるユニットベース6を示す斜視図である。図6は、レーザ光源ユニットLUを示す斜視図である。図7は、レーザ光源ユニットLUの正面図である。図8は、光源ブロックTBから放射されるレーザビームLsを示す斜視図である。図9は、レーザ光源ユニットLUから出力されるラインレーザビームBmLを示す図である。
(Example)
A laser light source unit LU, which is an example of a laser light source unit according to an embodiment of the present invention, will be described with reference to Figs. 1 to 9. Fig. 1 is a perspective view showing a laser diode 1. Fig. 2 is a perspective view showing a light source base 2 to which the laser diode 1 is attached. Fig. 3 is a perspective view showing a light source block TB included in the laser light source unit LU, which is an example of a laser light source unit according to an embodiment of the present invention. Fig. 4 is a plan view of the light source block TB. Fig. 5 is a perspective view showing a unit base 6 included in the laser light source unit LU. Fig. 6 is a perspective view showing the laser light source unit LU. Fig. 7 is a front view of the laser light source unit LU. Fig. 8 is a perspective view showing a laser beam Ls emitted from the light source block TB. Fig. 9 is a view showing a line laser beam BmL output from the laser light source unit LU.

まず、図1~図4を参照して光源ブロックTBについて説明する。図1に示されるように、レーザダイオード1は、いわゆるTO-CAN型パッケージで構成され熱電冷却素子を備えていないものを用いる。レーザダイオード1は、外観上、一方の端面から一対の端子13,13が延出した円筒状の基部12と、基部12の一方の縁部において径方向の外方に張り出した円形鍔状のフランジ部11とを有する。基部12の軸線CL2及び一対の端子13,13を含む仮想平面SFbと、仮想平面SFbに直交する仮想平面SFaとを設定すると、仮想平面SFaがよぎる位置に1ヶ所形成された第1切り欠き部11aと、仮想平面SFb上がよぎる位置で180°離隔して形成された一対の第2切り欠き部11b,11bとを有する。 First, the light source block TB will be described with reference to Figs. 1 to 4. As shown in Fig. 1, the laser diode 1 is configured in a so-called TO-CAN type package and does not include a thermoelectric cooling element. From the outside, the laser diode 1 has a cylindrical base 12 with a pair of terminals 13, 13 extending from one end face, and a circular brim-like flange portion 11 that protrudes radially outward from one edge of the base 12. If an imaginary plane SFb including the axis CL2 of the base 12 and the pair of terminals 13, 13 and an imaginary plane SFa perpendicular to the imaginary plane SFb are set, the laser diode 1 has a first notch portion 11a formed at a position where the imaginary plane SFa intersects, and a pair of second notches 11b, 11b formed 180° apart at a position where the imaginary plane SFb intersects.

基部12の内部には、半導体レーザ素子(不図示)が収容され、半導体レーザ素子で生成されたレーザビームLsは、基部12の他方の端面の中心位置に形成された放射口12aから軸線CL2を中心とした円錐状に広がる光束で外部に放射する。放射口12aから放射したレーザビームLsの光束は、仮想平面SFaに沿ったファスト軸AFと、仮想平面SFbに沿いファスト軸AFに直交するスロー軸ASとを有する。 A semiconductor laser element (not shown) is housed inside the base 12, and the laser beam Ls generated by the semiconductor laser element is emitted to the outside as a light beam spreading in a cone shape centered on the axis line CL2 from an emission port 12a formed at the center position of the other end face of the base 12. The light beam of the laser beam Ls emitted from the emission port 12a has a fast axis AF along an imaginary plane SFa and a slow axis AS along an imaginary plane SFb and perpendicular to the fast axis AF.

図2に示される光源ベース2は、銅又は銅合金などの熱伝導に優れた材料によって形成されている。光源ベース2は、長方形の板状部分であるベース座部21と、ベース座部21の一端からベース座部21の半分未満の幅で延出した延出部23と、ベース座部21の上面21aにおいて垂直に立設した固定壁部22とを有する。
上面21aにおける、ベース座部21と延出部23との接続部位近傍には、延出部23側が厚くなる段部213が形成されている。延出部23の中央には、厚さ方向に貫通しベース座部21の長手方向に延びる長孔25が形成されている。ベース座部21における延出部23とは反対側の部位には、図3及び図4に示されるように、厚さ方向に貫通する丸孔24が形成されている。固定壁部22は、ベース座部21の長手方向の端部に立設していてもよく、このように端部ではない中間の部位に立設していてもよい。換言するならば、光源ベース2は、側面視でT字状又はL字状に形成されている。
The light source base 2 shown in Fig. 2 is made of a material with excellent thermal conductivity such as copper or a copper alloy. The light source base 2 has a base seat 21 which is a rectangular plate-shaped portion, an extension 23 which extends from one end of the base seat 21 by a width less than half the width of the base seat 21, and a fixed wall 22 which is provided vertically on an upper surface 21a of the base seat 21.
In the vicinity of the connection portion between the base seat portion 21 and the extension portion 23 on the upper surface 21a, a step portion 213 is formed where the extension portion 23 side is thicker. In the center of the extension portion 23, a long hole 25 is formed that penetrates in the thickness direction and extends in the longitudinal direction of the base seat portion 21. In the portion of the base seat portion 21 opposite the extension portion 23, as shown in Figures 3 and 4, a round hole 24 is formed that penetrates in the thickness direction. The fixed wall portion 22 may be erected at the end portion in the longitudinal direction of the base seat portion 21, or may be erected at a middle portion other than the end portion. In other words, the light source base 2 is formed in a T-shape or L-shape when viewed from the side.

固定壁部22の延出部23側の側面には、円形に抉られた収容凹部22aと、収容凹部22aの中央部分においてさらに抉られた端子逃げ部22bとが形成されている。端子逃げ部22bの底面には一対の貫通孔(不図示)が形成されており、一対の貫通孔それぞれには絶縁チューブ3が嵌め込まれている。固定壁部22の先端部位には、収容凹部22aの周壁を一部欠落させる切り欠き部22cが形成されている。 The side surface of the fixed wall portion 22 on the extension portion 23 side is formed with a circularly carved accommodating recess 22a and a terminal escape portion 22b carved further in the center of the accommodating recess 22a. A pair of through holes (not shown) are formed in the bottom surface of the terminal escape portion 22b, and an insulating tube 3 is fitted into each of the pair of through holes. A notch portion 22c is formed at the tip portion of the fixed wall portion 22, which removes a portion of the peripheral wall of the accommodating recess 22a.

図3及び図4に示されるように、光源ベース2には、レーザダイオード1,第1光学台座512,及び第2光学台座522が取り付けられて光源ブロックTBが構成される。なお、第1光学台座512及び第1コリメートレンズ511の構成を第1光学ブロック51と称し、第2光学台座522及び第2コリメートレンズ521の構成を第2光学ブロック52と称することとする。 As shown in Figures 3 and 4, the laser diode 1, the first optical seat 512, and the second optical seat 522 are attached to the light source base 2 to form a light source block TB. The configuration of the first optical seat 512 and the first collimating lens 511 is referred to as the first optical block 51, and the configuration of the second optical seat 522 and the second collimating lens 521 is referred to as the second optical block 52.

レーザダイオード1は、端子13,13がそれぞれ絶縁チューブ3の端子孔3aに挿通され、収容凹部22aにフランジ部11が概ね没するように収められて固定壁部22に取り付けられている。すなわち、レーザダイオード1は、固定壁部22に覆われるように、その固定壁部22に合金で固定されている。レーザダイオード1の軸線CL2まわりの取付の向きは、フランジ部11の第1切り欠き部11aが収容凹部22aの切り欠き部22cに合致する向きとされる。 The laser diode 1 is attached to the fixed wall 22 with the terminals 13, 13 inserted into the terminal holes 3a of the insulating tube 3 and the flange 11 housed in the housing recess 22a so that it is substantially submerged. In other words, the laser diode 1 is fixed to the fixed wall 22 with an alloy so that it is covered by the fixed wall 22. The orientation of the attachment of the laser diode 1 around the axis CL2 is such that the first cutout 11a of the flange 11 matches the cutout 22c of the housing recess 22a.

レーザダイオード1におけるフランジ部11の側面11c及び底面11dと(図1参照)、収容凹部22aの内側の側面及び収容底部22dとは、第1の合金としての第1はんだSd1によって固定されている。第1はんだSd1は、溶融温度である第1溶融温度T1が、例えば200℃を超え260℃未満である。レーザダイオード1の固定は、レーザダイオード1を、シート状の第1はんだSd1を間に挟んで収容凹部22aに収容し、第1はんだSd1を、第1溶融温度T1より高い温度に極短時間維持して溶融させた後、常温に戻して硬化させることで行う。 The side surface 11c and bottom surface 11d of the flange portion 11 of the laser diode 1 (see FIG. 1) and the inner side surface and bottom surface 22d of the accommodation recess 22a are fixed by the first solder Sd1 as a first alloy. The first melting temperature T1 of the first solder Sd1 is, for example, greater than 200°C and less than 260°C. The laser diode 1 is fixed by accommodating the laser diode 1 in the accommodation recess 22a with the sheet-like first solder Sd1 sandwiched therebetween, maintaining the first solder Sd1 at a temperature higher than the first melting temperature T1 for an extremely short time until it melts, and then returning it to room temperature to harden it.

第1光学ブロック51において、第1光学台座512は、レーザダイオード1の基部12の近傍のベース座部21の上面21aに固定され、第1コリメートレンズ511は第1光学台座512の上面に、レーザダイオード1の軸線CL2が中心、かつ軸線CL2と垂直となるように固定されている。第2光学ブロック52において、第2光学台座522は、延出部23のベース座部21側の延部に固定され、第2コリメートレンズ521は、第2光学台座522の上面に軸線CL2が中心、かつ軸線CL2と垂直となるように固定されている。第1光学台座512及び第2光学台座522の光源ベース2への固定は、はんだ付けの場合、第1光学台座512及び第2光学台座522の光源ベース2との接合面にシート状の第1はんだSd1を貼って溶接し、接着する場合、第1光学台座512及び第2光学台座522の光源ベース2との接合面に接着材を塗布して、接合する。第1光学台座512及び第2光学台座522は、熱伝導率の大きい銅又は銅合金や、熱膨張の少ないセラミックやFe-Ni合金などで形成される。 In the first optical block 51, the first optical pedestal 512 is fixed to the upper surface 21a of the base seat 21 near the base 12 of the laser diode 1, and the first collimating lens 511 is fixed to the upper surface of the first optical pedestal 512 so that the axis CL2 of the laser diode 1 is at the center and perpendicular to the axis CL2. In the second optical block 52, the second optical pedestal 522 is fixed to the extension part of the extension part 23 on the base seat 21 side, and the second collimating lens 521 is fixed to the upper surface of the second optical pedestal 522 so that the axis CL2 is at the center and perpendicular to the axis CL2. When the first optical pedestal 512 and the second optical pedestal 522 are fixed to the light source base 2 by soldering, a sheet-like first solder Sd1 is applied to the joining surfaces of the first optical pedestal 512 and the second optical pedestal 522 with the light source base 2 and then welding, and when they are bonded, an adhesive is applied to the joining surfaces of the first optical pedestal 512 and the second optical pedestal 522 with the light source base 2 and then bonding is performed. The first optical pedestal 512 and the second optical pedestal 522 are formed of copper or a copper alloy with high thermal conductivity, or ceramic or an Fe-Ni alloy with low thermal expansion.

第1コリメートレンズ511は、ファスト軸方向に広がる光束を平行光束にし、第2コリメートレンズ521は、スロー軸方向に広がる光束を平行光束にする。光源ブロックTBにおけるこのコリメート作用についての詳細は、図8を参照して後述する。 The first collimating lens 511 collimates the light beam that spreads in the fast axis direction, and the second collimating lens 521 collimates the light beam that spreads in the slow axis direction. Details of this collimating action in the light source block TB will be described later with reference to FIG. 8.

次に、図5~図9を参照して、レーザ光源ユニットLUについて説明する。
レーザ光源ユニットLUは、図5に示されるユニットベース6と、ユニットベース6に搭載された15個の光源ブロックTBとを備えている。図5~図7には、説明の便宜のために規定する左右上下前後の各方向が矢印で示されている。
Next, the laser light source unit LU will be described with reference to FIGS.
The laser light source unit LU includes a unit base 6 shown in Fig. 5 and 15 light source blocks TB mounted on the unit base 6. In Fig. 5 to Fig. 7, the left/right, up/down, front/rear directions defined for convenience of explanation are indicated by arrows.

図5に示されるように、ユニットベース6は、概ね平板状のベース部61と、ベース部61の上面側にベース部61に垂直となる後面を有する略直角三角柱状に形成された階段台座部612とが、一体かつ中実に塊として形成されている。ユニットベース6は、銅又は銅合金によって形成されている。ベース部61の左右の縁部には、左右それぞれの外方に延出した複数の取付座部611が形成されている。それぞれの取付座部611には、上下方向に貫通する取付孔611aが形成されている。 As shown in FIG. 5, the unit base 6 is formed as an integral, solid mass of a generally flat base portion 61 and a stepped base portion 612 formed as a generally right-angled triangular prism with a rear surface perpendicular to the base portion 61 on the upper surface side of the base portion 61. The unit base 6 is formed from copper or a copper alloy. A plurality of mounting seats 611 extending outward on each of the left and right edges of the base portion 61 are formed. Each mounting seat portion 611 has a mounting hole 611a that penetrates in the vertical direction.

階段台座部612の斜面は、左右で2列となる複数段の台座群62L,62Rを有し後方側が高くなる階段状に形成されている。この例において、左列の台座群62Lは、奇数番号の台座が配置されている。具体的には、上方側から第1台座621,第3台座623,第5台座625,第7台座627,第9台座629,第11台座6211,第13台座6213,及び第15台座6215の8段である。一方、右列の台座群62Rは、偶数番号の台座が配置されている。具体的には、上方側から第2台座622,第4台座624,第6台座626,第8台座628,第10台座6210,第12台座6212,及び第14台座6214の7段である。各台座を区別しない場合には台座621とする。 The slope of the stepped pedestal portion 612 has two rows of pedestal groups 62L and 62R, with the rear side being higher, and is formed in a stepped shape. In this example, the left row of pedestal groups 62L has odd-numbered pedestals arranged in them. Specifically, from the top, there are eight steps: the first pedestal 621, the third pedestal 623, the fifth pedestal 625, the seventh pedestal 627, the ninth pedestal 629, the eleventh pedestal 6211, the thirteenth pedestal 6213, and the fifteenth pedestal 6215. On the other hand, the right row of pedestal groups 62R has even-numbered pedestals arranged in them. Specifically, from the top, there are seven steps: the second pedestal 622, the fourth pedestal 624, the sixth pedestal 626, the eighth pedestal 628, the tenth pedestal 6210, the twelfth pedestal 6212, and the fourteenth pedestal 6214. When no distinction is made between the pedestals, they are referred to as pedestals 621.

台座群62Lにおける8段の台座の高さピッチPLと、台座群62Rにおける7段の台座の高さピッチPRとは一定で同じピッチ(PL=PR)であり、台座群62Rの各台座の高さ位置は、台座群62Lの各台座の高低差の半分の位置にある。すなわち、台座群62Lと台座群62Rとの隣接する台座の高さの差ΔPは、PL/2である。 The height pitch PL of the eight pedestals in pedestal group 62L and the height pitch PR of the seven pedestals in pedestal group 62R are constant and the same pitch (PL = PR), and the height position of each pedestal in pedestal group 62R is half the height difference of each pedestal in pedestal group 62L. In other words, the height difference ΔP between adjacent pedestals in pedestal group 62L and pedestal group 62R is PL/2.

台座群62L,62Rの各台座には、位置決めピンP24と位置決めピンP25とが左右方向に離隔して上方に突出するよう埋め込まれている。位置決めピンP24は左縁部及び右縁部それぞれの近傍に設けられ、位置決めピンP25は、ユニットベース6の左右方向の中央位置において、上面視で前後方向に一直線上になるよう設けられている。 A positioning pin P24 and a positioning pin P25 are embedded in each pedestal of the pedestal groups 62L and 62R so that they protrude upward and are spaced apart in the left-right direction. The positioning pin P24 is provided near the left and right edges, and the positioning pin P25 is provided in the center of the left-right direction of the unit base 6 so that it is in a straight line in the front-to-rear direction when viewed from above.

各台座は、光源ブロックTBにおけるベース座部21の底面26に対応した形状の平坦面として形成され、光源ブロックTBが載置可能とされている。位置決めピンP24及び位置決めピンP25は、それぞれ光源ベース2の丸孔24及び長孔25にほぼ遊びなく係合する。これにより、ユニットベース6には、15個の光源ブロックTBを、その延出部23が中央側となる向きで左右二列の階段状に載置できる。 Each pedestal is formed as a flat surface with a shape corresponding to the bottom surface 26 of the base seat portion 21 of the light source block TB, allowing the light source block TB to be placed thereon. The positioning pin P24 and the positioning pin P25 engage with the round hole 24 and the long hole 25 of the light source base 2 with almost no play, respectively. This allows 15 light source blocks TB to be placed on the unit base 6 in two stepped rows on the left and right, with their extensions 23 facing toward the center.

ユニットベース6の15か所の台座への光源ブロックTBの固定には、溶融前にシート状の第2はんだSd2を用いる。第2の合金である第2はんだSd2の溶融温度である第2溶融温度T2が、第1はんだSd1の第1溶融温度T1よりも低い。第2溶融温度T2は、例えば200℃以下である。光源ブロックTBの固定は、光源ブロックTBを、シート状の第2はんだSd2を間に挟んでユニットベース6の台座に載せ、第2はんだSd2を第2溶融温度T2を超え第1溶融温度T1より低い温度に短時間維持して溶融させた後、常温に戻して硬化させることで行う。 To fix the light source block TB to the 15 pedestals of the unit base 6, a sheet-like second solder Sd2 is used before melting. The second melting temperature T2, which is the melting temperature of the second solder Sd2, which is a second alloy, is lower than the first melting temperature T1 of the first solder Sd1. The second melting temperature T2 is, for example, 200°C or lower. The light source block TB is fixed by placing the light source block TB on the pedestal of the unit base 6 with the sheet-like second solder Sd2 sandwiched between them, maintaining the second solder Sd2 at a temperature higher than the second melting temperature T2 and lower than the first melting temperature T1 for a short period of time until it melts, and then returning it to room temperature to harden it.

図6は、ユニットベース6の台座群62L,62Rの合計15個の台座に、光源ブロックTBを取り付けるなどして組み立てたレーザ光源ユニットLUを示している。具体的には、レーザ光源ユニットLUは、ユニットベース6に15個の光源ブロックTBが取り付けられ、それぞれのレーザダイオード1に電力を供給する配線部が設けられている。 Figure 6 shows a laser light source unit LU assembled by attaching light source blocks TB to a total of 15 pedestals in the pedestal groups 62L and 62R of the unit base 6. Specifically, the laser light source unit LU has 15 light source blocks TB attached to the unit base 6, and is provided with wiring sections that supply power to each laser diode 1.

この配線部は、接続ワイヤ63L,接続ワイヤ63R,導通バー65,接続端子64L,及び接続端子64Rを含んで構成されている。接続ワイヤ63Lは、台座群62Lの8個のレーザダイオード1の端子13に直列に接続され、接続ワイヤ63Rは、台座群62Rの7個のレーザダイオード1の端子13に直列に接続されている。導通バー65は、接続ワイヤ63L,63Rの前端部を直列に繋いでいる。接続端子64Lは、接続ワイヤ63Lの後端側に接続され、接続端子64Rは、接続ワイヤ63Rの後端側に接続されている。接続端子64Lと接続端子64Rは、外部の電源装置と接続されて両端子間に所定の電圧がかけられる。これにより、15個のレーザダイオード1からレーザビームLsが出力される。 This wiring section is composed of a connection wire 63L, a connection wire 63R, a conductive bar 65, a connection terminal 64L, and a connection terminal 64R. The connection wire 63L is connected in series to the terminals 13 of the eight laser diodes 1 in the pedestal group 62L, and the connection wire 63R is connected in series to the terminals 13 of the seven laser diodes 1 in the pedestal group 62R. The conductive bar 65 connects the front ends of the connection wires 63L and 63R in series. The connection terminal 64L is connected to the rear end side of the connection wire 63L, and the connection terminal 64R is connected to the rear end side of the connection wire 63R. The connection terminals 64L and 64R are connected to an external power supply device and a predetermined voltage is applied between the two terminals. As a result, laser beams Ls are output from the 15 laser diodes 1.

それぞれの光源ブロックTBには、第3光学ブロック53が、光源ベース2におけるベース座部21の上面21aに、第1はんだSd1によって固定されている。第3光学ブロック53を上面21aに固定する際には、レーザビームLsのビーム路調整がなされる。第3光学ブロック53を取り付けた光源ブロックTBについて、図8を参照して説明する。 In each light source block TB, the third optical block 53 is fixed to the upper surface 21a of the base seat 21 in the light source base 2 by the first solder Sd1. When the third optical block 53 is fixed to the upper surface 21a, the beam path of the laser beam Ls is adjusted. The light source block TB with the third optical block 53 attached will be described with reference to FIG. 8.

図8に示されるように、レーザダイオード1は、フランジ部11の第1切り欠き部11aが光源ベース2の切り欠き部22cから臨まれる姿勢で、収容凹部22aに第1はんだSd1によって固定されている。この姿勢で基部12から放射するレーザビームLsは、上下方向がファスト軸AFとなる。 As shown in FIG. 8, the laser diode 1 is fixed in the housing recess 22a by the first solder Sd1 in a position where the first cutout 11a of the flange portion 11 faces the cutout portion 22c of the light source base 2. In this position, the laser beam Ls emitted from the base portion 12 has a fast axis AF in the vertical direction.

光源ブロックTBにおいて、レーザダイオード1から放射したレーザビームLsは、まず、第1光学ブロック51の第1コリメートレンズ511に入射する。第1コリメートレンズ511は、ファスト軸方向に広がるビームを平行ビームに整形するコリメートレンズである。そのため、レーザビームLsは、第1コリメートレンズ511によってファスト軸方向が平行なファスト偏向ビームLsaとなる。 In the light source block TB, the laser beam Ls emitted from the laser diode 1 first enters the first collimator lens 511 of the first optical block 51. The first collimator lens 511 is a collimator lens that shapes a beam spreading in the fast axis direction into a parallel beam. Therefore, the laser beam Ls becomes a fast deflected beam Lsa whose fast axis direction is parallel by the first collimator lens 511.

ファスト偏向ビームLsaは、次に、第2光学ブロック52の第2コリメートレンズ521に入射する。第2コリメートレンズ521は、スロー軸方向に広がるビームを平行ビームに整形するコリメートレンズである。そのため、ファスト偏向ビームLsaは、第2コリメートレンズ521によってスロー軸方向も平行なスロー偏向ビームLsbとなる。すなわち、第2コリメートレンズ521から放射したスロー偏向ビームLsbの光束は、ファスト軸方向及びスロー軸方向の両方が平行に整えられた横断面形状が概ね正方向となっている。第1光学ブロック51及び第2光学ブロック52をまとめてコリメート光学系54Kと称する(図3及び図4参照)。 The fast deflected beam Lsa then enters the second collimating lens 521 of the second optical block 52. The second collimating lens 521 is a collimating lens that shapes the beam expanding in the slow axis direction into a parallel beam. Therefore, the fast deflected beam Lsa becomes the slow deflected beam Lsb, which is also parallel in the slow axis direction, by the second collimating lens 521. In other words, the light flux of the slow deflected beam Lsb emitted from the second collimating lens 521 has a cross-sectional shape that is generally in the positive direction, with both the fast axis direction and the slow axis direction being parallel. The first optical block 51 and the second optical block 52 are collectively referred to as the collimating optical system 54K (see Figures 3 and 4).

第3光学ブロック53は、全反射鏡のミラー531とミラー531を固定する第3光学台座532とを有する。第2コリメートレンズ521から放射したスロー偏向ビームLsbは、ミラー531で反射し90°向きが変えられて平行ビームLscとして放射する。図6に示される、左列の台座群62Lに固定された奇数番号の第1,3,5,・・・,15光源ブロックTB1,TB3,TB5,…,TB15では、図8に示されるように、ミラー531は、レーザビームLsを進行方向右方に90°偏向させる向きで配置される。一方、右列の台座群62Rに固定された偶数番号の第2,4,6,…,14の光源ブロックTB2,TB4,TB6,…,TB14は、レーザビームLsを進行方向左方に90°偏向させる向きで配置される。 The third optical block 53 has a mirror 531, which is a total reflection mirror, and a third optical pedestal 532 to which the mirror 531 is fixed. The slow deflection beam Lsb emitted from the second collimator lens 521 is reflected by the mirror 531, and is redirected by 90 degrees to be emitted as a parallel beam Lsc. In the odd-numbered first, third, fifth, ..., fifteenth light source blocks TB1, TB3, TB5, ..., TB15 fixed to the left-row pedestal group 62L shown in FIG. 6, the mirror 531 is arranged in a direction to deflect the laser beam Ls by 90 degrees to the right in the traveling direction, as shown in FIG. 8. On the other hand, the even-numbered second, fourth, sixth, ..., fourteenth light source blocks TB2, TB4, TB6, ..., TB14 fixed to the right-row pedestal group 62R are arranged in a direction to deflect the laser beam Ls by 90 degrees to the left in the traveling direction.

これにより、図6に示されるように、第1~第15光源ブロックTB1~TB15それぞれのレーザダイオード1から放射したレーザビームLsは、すべて前方に向かうように90°偏向される。図6及び図7では、代表として第14光源ブロックTB14及び第15光源ブロックTB15のレーザビームLsについて一点鎖線で示されている(図6では光軸のみが示されている)。 As a result, as shown in FIG. 6, the laser beams Ls emitted from the laser diodes 1 of the first to fifteenth light source blocks TB1 to TB15 are all deflected 90 degrees so that they are directed forward. In FIG. 6 and FIG. 7, the laser beams Ls of the fourteenth light source block TB14 and the fifteenth light source block TB15 are shown by dashed lines as representatives (only the optical axis is shown in FIG. 6).

ユニットベース6における台座群62Lと台座群62Rとの間の隣接する台座の高さの差ΔPは、図8に示される、光源ブロックTBから平行ビームLscとして放射するレーザビームLsの上下方向の幅とほぼ同じとされている。これにより、レーザ光源ユニットLUは、前方視で図9に示されるような、第1光源ブロックTB1~第15光源ブロックTB15から放射される15本のレーザビームLsである第1レーザビームBm1~第15レーザビームBm1が上下方向に直線状に並んだラインレーザビームBmLを放射する。 The difference ΔP in height between adjacent pedestals between pedestal group 62L and pedestal group 62R on the unit base 6 is set to be approximately the same as the vertical width of the laser beam Ls emitted as a parallel beam Lsc from the light source block TB as shown in FIG. 8. As a result, the laser light source unit LU emits a line laser beam BmL in which the first laser beam Bm1 to the fifteenth laser beam Bm1, which are the fifteen laser beams Ls emitted from the first light source block TB1 to the fifteenth light source block TB15, are arranged in a vertical straight line as shown in FIG. 9 when viewed from the front.

図10は、レーザ光源ユニットLUを複数備えたレーザ光源モジュール7を示す模式的平面図である。 Figure 10 is a schematic plan view showing a laser light source module 7 having multiple laser light source units LU.

図10におけるS11-S11位置での断面図である図11に示されるように、レーザ光源モジュール7は、冷却板71とベース板72とが一体的に固定された積層構造を有する。ベース板72は、内部に所定のパターン(つづら折り状、格子状、など)の冷却用の冷媒流路721が形成されている。冷媒流路721には、ホース791(図10参照)が接続され外部から冷媒となる水などの流体が常温以下の温度で潤沢に流入される。冷媒流路721を流れる冷媒は、ベース板72と熱交換をして昇温し、ホース792(図10参照)から外部に排出される。 As shown in FIG. 11, which is a cross-sectional view taken at the S11-S11 position in FIG. 10, the laser light source module 7 has a laminated structure in which a cooling plate 71 and a base plate 72 are fixed together. The base plate 72 has a refrigerant flow path 721 formed therein in a predetermined pattern (zigzag, lattice, etc.) for cooling. A hose 791 (see FIG. 10) is connected to the refrigerant flow path 721, and a fluid such as water that serves as a refrigerant flows in abundantly from the outside at a temperature below room temperature. The refrigerant flowing through the refrigerant flow path 721 exchanges heat with the base plate 72, raising its temperature, and is discharged to the outside through the hose 792 (see FIG. 10).

これにより、ベース板72は良好に冷却される。また、ベース板72は、ろう付けなどの結合方法を用いて冷却板71が密着して一体化されているので、冷却板71も良好に冷却される。 This allows the base plate 72 to be cooled effectively. In addition, the base plate 72 is tightly attached to the cooling plate 71 using a bonding method such as brazing, so the cooling plate 71 is also cooled effectively.

図10に示されるように、冷却板71の上面には、複数台のレーザ光源ユニットLUが備えられている。各レーザ光源ユニットLUは、ベース部61の平坦な底面が図11に示されるように熱伝導シート73を挟んで冷却板71の平坦の上面に載置され、取付孔611a(図6参照)を利用して冷却板71にねじで固定されている。 As shown in FIG. 10, a plurality of laser light source units LU are provided on the upper surface of the cooling plate 71. Each laser light source unit LU is placed on the flat upper surface of the cooling plate 71 with the flat bottom surface of the base portion 61 sandwiching the thermally conductive sheet 73 as shown in FIG. 11, and is fixed to the cooling plate 71 with screws using the mounting holes 611a (see FIG. 6).

レーザ光源ユニットLUの複数台がまとめられて光源ユニット群が構成される。この例において、レーザ光源モジュール7は、3つの光源ユニット群として第1~第3光源ユニット群LUG1~LUG3を有する。 A light source unit group is formed by grouping together multiple laser light source units LU. In this example, the laser light source module 7 has three light source unit groups, the first to third light source unit groups LUG1 to LUG3.

図10において、第1~第3光源ユニット群LUG1~LUG3それぞれからラインレーザビームLmG1~LmG3が出力される。レーザ光源モジュール7には、集光レンズ772を有するカップリング光学系CKが備えられている。複数のラインレーザビームLmG1~LmG3は、カップリング光学系CKによって結合されてコンバインレーザビームBmSとされる。コンバインレーザビームBmSは、集光レンズ772で集光されてファイバ78の入光部773を介しファイバ78へ入光する。 In FIG. 10, line laser beams LmG1 to LmG3 are output from the first to third light source unit groups LUG1 to LUG3, respectively. The laser light source module 7 is equipped with a coupling optical system CK having a condensing lens 772. The multiple line laser beams LmG1 to LmG3 are combined by the coupling optical system CK to form a combined laser beam BmS. The combined laser beam BmS is condensed by the condensing lens 772 and enters the fiber 78 via the light entrance portion 773 of the fiber 78.

図12に示されるように、集光レンズ772に入射するコンバインレーザビームBmSは、ラインレーザビームLmG1~LmG3に基づく横断面が矩形形状の光束となる。例えば、コンバインレーザビームBmSが14本のラインレーザビームBmL1~BmL14からなる場合は、420個のレーザダイオード1の出力に対応したものとなる。 As shown in FIG. 12, the combined laser beam BmS incident on the focusing lens 772 is a light beam with a rectangular cross section based on the line laser beams LmG1 to LmG3. For example, if the combined laser beam BmS is made up of 14 line laser beams BmL1 to BmL14, it corresponds to the output of 420 laser diodes 1.

一般的な青色レーザダイオードの特性は、例えば、電流4A、電圧5Vの入力に対し出力は5Wで、電気光変換効率は25%である。また、上限使用温度は60℃である。従って、レーザ光源モジュール7は、コンバインレーザビームBmSの出力が5W×420個の2100Wであり、単位時間あたりの発熱量は、2100W×(100―25)/25で、6300Wとなる。 The characteristics of a typical blue laser diode are, for example, an output of 5W for an input current of 4A and a voltage of 5V, and an electrical-to-optical conversion efficiency of 25%. The upper limit of the operating temperature is 60°C. Therefore, the output of the combined laser beam BmS of the laser light source module 7 is 5W x 420, or 2100W, and the heat generation per unit time is 2100W x (100-25)/25, or 6300W.

レーザ光源モジュール7は、上述のように高出力化が可能であり、熱源である複数のレーザダイオード1によって相応の発熱も生じる。しかしながら、レーザ光源モジュール7は、レーザダイオード1を光源ベース2の固定壁部22に対し熱伝導シートの役割を果たす第1はんだSd1によって接合し、光源ベース2を、レーザ光源モジュール7におけるユニットベース6の台座621に対し熱伝導シートの役割を果たす第2はんだSd2によって接合し、ユニットベース6を中実の階段状に形成し、最大面積となる底面を熱伝導シート73を介して冷却板71に面接触で密着させ、冷却板と実質的に熱抵抗が生じないよう一体化したベース板72を冷媒によって冷却することで、各レーザダイオード1の昇温を効果的に抑制できる。 As described above, the laser light source module 7 can achieve high output, and the multiple laser diodes 1, which are heat sources, generate a corresponding amount of heat. However, in the laser light source module 7, the laser diodes 1 are joined to the fixed wall portion 22 of the light source base 2 by the first solder Sd1 that acts as a heat conductive sheet, the light source base 2 is joined to the pedestal 621 of the unit base 6 in the laser light source module 7 by the second solder Sd2 that acts as a heat conductive sheet, the unit base 6 is formed in a solid stepped shape, the bottom surface that is the largest area is in surface contact with the cooling plate 71 via the heat conductive sheet 73, and the base plate 72, which is integrated with the cooling plate so that there is substantially no thermal resistance, is cooled by a refrigerant, thereby effectively suppressing the temperature rise of each laser diode 1.

レーザ光源モジュール7の動作時のレーザダイオード1の温度上昇について、図13及び図14を参照して説明する。図13は、レーザ光源モジュール7におけるレーザダイオード1の温度の時間変化を説明するためのグラフである。図14は、レーザ光源モジュール7におけるレーザダイオード1の温度上昇幅ΔTを説明するためのグラフである。 The temperature rise of the laser diode 1 during operation of the laser light source module 7 will be described with reference to Figures 13 and 14. Figure 13 is a graph for explaining the change over time in temperature of the laser diode 1 in the laser light source module 7. Figure 14 is a graph for explaining the temperature rise width ΔT of the laser diode 1 in the laser light source module 7.

図13は、レーザ光源モジュール7の15個の光源ブロックTBのうち、代表として、光源ブロックTB1のレーザダイオード1と、光源ブロックTB15のレーザダイオード1と、光源ブロックTB9のレーザダイオード1との、エージング開始1分後からの温度Tcの推移を、それぞれLD1,LD15,LD9として示している。光源ブロックTB1のレーザダイオード1は、冷却板71に対し最も遠い位置(高い位置)にある。光源ブロックTB15のレーザダイオード1は、冷却板71に対し最も近い位置(低い位置)にある。光源ブロックTB9のレーザダイオード1は、これらの中間の高さ位置にある。ここで、エージング開始時点は、レーザダイオード1に付与する電流を0A(アンペア)から徐々に上昇させ、定格電流3.2Aに達してから1分経過した時点としている。周囲温度は常温の25℃である。また、25℃の水を冷媒流路721に潤沢に流入させてレーザ光源モジュール7を冷却した。 Figure 13 shows the transition of temperature Tc from one minute after the start of aging for the laser diode 1 of the light source block TB1, the laser diode 1 of the light source block TB15, and the laser diode 1 of the light source block TB9 as representatives of the 15 light source blocks TB of the laser light source module 7, as LD1, LD15, and LD9, respectively. The laser diode 1 of the light source block TB1 is located at the farthest position (high position) from the cooling plate 71. The laser diode 1 of the light source block TB15 is located at the closest position (low position) to the cooling plate 71. The laser diode 1 of the light source block TB9 is located at an intermediate height position between these. Here, the start of aging is the point in time when one minute has passed since the current applied to the laser diode 1 was gradually increased from 0 A (amperes) to reach the rated current of 3.2 A. The ambient temperature was room temperature, 25°C. In addition, the laser light source module 7 was cooled by abundantly flowing 25°C water into the refrigerant flow path 721.

その結果、図13に示されるように、いずれのレーザダイオード1も、測定開始から温度Tcは上昇し、エージング時間で約20分経過後にほぼ一定の飽和温度になった。
冷却板71に対し最も遠い位置にある第1光源ブロックTB1のレーザダイオード1の飽和温度が約33.9℃で最も低く、次が、最も近い位置にある第15光源ブロックTB15のレーザダイオード1の飽和温度で約36.0℃である。また、中間の高さ位置にある第9光源ブロックTB9のレーザダイオード1の飽和温度が最も高く約38.5℃となった。この第9光源ブロックTB9のレーザダイオード1の飽和温度は、15個のレーザダイオード1の飽和温度の中で最も高い温度となった。
As a result, as shown in FIG. 13, in all the laser diodes 1, the temperature Tc rose from the start of the measurement and reached a substantially constant saturated temperature after about 20 minutes of aging time had elapsed.
The saturation temperature of the laser diode 1 in the first light source block TB1 located farthest from the cooling plate 71 was the lowest at approximately 33.9° C., followed by the saturation temperature of the laser diode 1 in the fifteenth light source block TB15 located closest to the cooling plate 71 at approximately 36.0° C. The saturation temperature of the laser diode 1 in the ninth light source block TB9 located at an intermediate height position was the highest at approximately 38.5° C. The saturation temperature of the laser diode 1 in this ninth light source block TB9 was the highest of the saturation temperatures of the fifteen laser diodes 1.

図14は、第1,3,5,7,9,11,13,15光源ブロックTB1,TB3,TB5,TB7,TB9,TB11,TB13,TB15のレーザダイオード1の飽和温度の、常温からの温度上昇分である温度上昇幅ΔTを示したグラフである。 Figure 14 is a graph showing the temperature rise ΔT, which is the temperature rise from room temperature, of the saturation temperature of the laser diodes 1 in the first, third, fifth, seventh, ninth, eleventh, thirteenth, and fifteenth light source blocks TB1, TB3, TB5, TB7, TB9, TB11, TB13, and TB15.

図14に示されるように、冷却板71から遠い側と近い側のレーザダイオード1の温度上昇幅ΔTよりも、中間高さのレーザダイオード1の温度上昇幅ΔTが大きいことが明らかである。それでも、温度上昇幅ΔTは14℃未満に抑えられている。従って、使用環境温度が常温の場合はもとより使用環境温度が仮に40℃の高温であってもレーザダイオード1の飽和温度は定格使用上限温度60℃未満となる。このように、レーザ光源モジュール7は、レーザダイオード1の冷却が極めて良好である。 As shown in FIG. 14, it is clear that the temperature rise ΔT of the laser diode 1 at the intermediate height is greater than the temperature rise ΔT of the laser diode 1 on the far side and the near side of the cooling plate 71. Even so, the temperature rise ΔT is kept below 14°C. Therefore, when the operating environment temperature is room temperature, or even if the operating environment temperature is as high as 40°C, the saturation temperature of the laser diode 1 is below the rated upper limit temperature of 60°C. In this way, the laser light source module 7 provides extremely good cooling of the laser diode 1.

発明者らは、光源ベース2の形状による温度上昇の影響を評価した。具体的には、光源ベース2が固定壁部22のみで形成された側面視がI字状の場合と、ベース座部21を有し、固定壁部22がベース座部21に立設した側面視がT字状の場合とについて、動作条件及び環境条件を同じにして飽和温度を測定し比較した。測定場所は2箇所であって、固定壁部22に接合されたTO-CAN型パッケージのレーザダイオード1におけるフランジ部11、及びレーザビームの放射口近傍(LD端)である。 The inventors evaluated the effect of temperature rise due to the shape of the light source base 2. Specifically, the saturation temperatures were measured and compared under the same operating and environmental conditions for a case in which the light source base 2 is I-shaped in side view, formed only of the fixed wall portion 22, and a case in which the light source base 2 has a base seat portion 21 and is T-shaped in side view, with the fixed wall portion 22 erected on the base seat portion 21. The measurements were performed at two locations: the flange portion 11 of the laser diode 1 in a TO-CAN type package joined to the fixed wall portion 22, and the vicinity of the laser beam emission port (LD end).

その結果、フランジ部11及びLD端の両方とも、T字状の方がI字状よりも飽和温度が約0.9℃低くなる結果を得た。これにより、光源ベース2は、ベース座部21を有して側面視がT字状となる形状とするのがより好ましいことが明らかとなった。 As a result, it was found that the saturation temperature of the T-shape was approximately 0.9°C lower than that of the I-shape for both the flange portion 11 and the LD end. This revealed that it is more preferable for the light source base 2 to have a base seat portion 21 and a T-shape in side view.

以上詳述のように、本発明の一態様であるレーザ光源ユニットLUの光源ブロックTBは、光源ベース2の底面26(図3参照)と、各台座の上面とが熱伝導シートの役割を果たす第2はんだSd2によって固定されている。第2はんだは、溶融温度が、熱伝導シートの役割を果たす第1はんだの第1溶融温度T1よりも低い第2溶融温度T2である。そのため、いずれかの光源ブロックTBに不具合が生じた場合に、その光源ブロックTBの温度を、第2溶融温度T2を超え第1溶融温度T1未満の温度にすることで、第1はんだSd1で固定されている光源ブロックTBのレーザダイオード1及び第1~第3光学ブロック51~53はそのままで、対象の光源ブロックTBをユニットベース6から取り外すことができる。これにより、レーザ光源ユニットLU及びレーザ光源モジュール7は、光源ブロックTB単位での修理及び交換が可能であり、メンテナンスの作業効率が向上する。 As described above in detail, the light source block TB of the laser light source unit LU, which is one aspect of the present invention, is fixed to the bottom surface 26 (see FIG. 3) of the light source base 2 and the upper surface of each pedestal by the second solder Sd2 that serves as a thermally conductive sheet. The melting temperature of the second solder is the second melting temperature T2 that is lower than the first melting temperature T1 of the first solder that serves as a thermally conductive sheet. Therefore, when a malfunction occurs in any of the light source blocks TB, the temperature of the light source block TB can be made to exceed the second melting temperature T2 and lower than the first melting temperature T1, so that the target light source block TB can be removed from the unit base 6 while leaving the laser diode 1 and the first to third optical blocks 51 to 53 of the light source block TB fixed by the first solder Sd1 intact. This allows the laser light source unit LU and the laser light source module 7 to be repaired and replaced on a light source block TB basis, improving the efficiency of maintenance work.

光源ブロックTBは、それ自体で光学特性の評価をすることができる。そのため、レーザ光源ユニットLU及びレーザ光源モジュール7のメンテナンス作業の効率が向上する。また、光学特性の揃った光源ブロックTBを選別してレーザ光源ユニットLUを構成することができるので、高性能の光源ブロックTBを安定して製造することができる。 The optical characteristics of the light source block TB can be evaluated by itself. This improves the efficiency of maintenance work on the laser light source unit LU and the laser light source module 7. In addition, since the laser light source unit LU can be constructed by selecting light source blocks TB with uniform optical characteristics, high-performance light source blocks TB can be manufactured stably.

このように、本発明の一態様であるレーザ光源ユニットLUは、光源ブロックTBを台座621(階段台座部612)から個別に取り外すことができるので、高いメンテナンス性を有する。
一方で、レーザ光源ユニットLUは、熱源であるレーザダイオード1と光源ベース2との間を密着させている第1はんだSd1が、熱伝導シートの役割を果たすようになっている。さらに、光源ブロックTBと台座621とを分離し、光源ブロックTBの光源ベース2と台座621との間を密着させている第2はんだSd2も熱伝導シートの役割を果たすようになっている。詳しくは、第1はんだSd1は、レーザダイオード1を光源ベース2に対し、レーザダイオード1の光源ベース2に対する接触対象面の全面にわたって接合し、第2はんだSd2は、光源ベース2をユニットベース6に対し、光源ベース2のユニットベース6に対する接触対象面の全面にわたって接合している。ここで、接触対象面は、第1はんだSd1及び第2はんだSd2が介在しなかった場合に相手部品に近接対向又は接触して第1はんだSd1又は第2はんだSd2が介在した場合に接合され得る面のことである。例えば、レーザダイオード1については、フランジ部11の側面11c及び底面11dにおける、第1はんだSd1が介在しない場合に固定壁部22の収容凹部22aの内側の側面及び収容底部22dと近接対向又は接触して第1はんだSd1によって接合され得る面である(図1参照)。また、光源ベース2については、第1はんだSd1が介在しない場合にベース座部21の底面26における台座621と近接対向又は接触して第2はんだSd2によって接合され得る面である(図3参照)。例えば、光源ベース2の底面26が平坦な平面であれば底面26の全面が接触対象面となる。これにより、レーザ光源ユニットLUは、従来のような光源ブロックTBと台座621とが一体の構成でなくても、レーザダイオード1で発生する熱が、光源ブロックTBを介して台座621側に十分に伝わるので、レーザダイオード1及び光源ブロックTBは良好に冷却される。言い換えれば、光源ブロックTBを台座621から個別に取り外せる構成にした場合に生じる虞のある、光源ブロックTBの光源ベース2及び台座621それぞれの接触面間に介在する微小な空気層に基づく冷却効率の低下という副次的な課題を、本発明の一態様のレーザ光源ユニットLUの構成は解決できる。
In this manner, the laser light source unit LU according to one aspect of the present invention has high maintainability because the light source block TB can be individually removed from the pedestal 621 (step pedestal portion 612).
On the other hand, in the laser light source unit LU, the first solder Sd1 that brings the laser diode 1, which is a heat source, into close contact with the light source base 2 also plays the role of a heat conductive sheet. Furthermore, the second solder Sd2 that separates the light source block TB from the pedestal 621 and brings the light source base 2 of the light source block TB into close contact with the pedestal 621 also plays the role of a heat conductive sheet. In detail, the first solder Sd1 joins the laser diode 1 to the light source base 2 over the entire surface of the contact target surface of the laser diode 1 with the light source base 2, and the second solder Sd2 joins the light source base 2 to the unit base 6 over the entire surface of the contact target surface of the light source base 2 with the unit base 6. Here, the contact target surface refers to a surface that can be joined when the first solder Sd1 or the second solder Sd2 is interposed by being adjacent to or in contact with a mating component when the first solder Sd1 and the second solder Sd2 are not interposed. For example, for the laser diode 1, the side surface 11c and the bottom surface 11d of the flange portion 11 are surfaces that can be joined by the first solder Sd1 by closely facing or contacting the inner side surface of the accommodation recess 22a of the fixed wall portion 22 and the accommodation bottom portion 22d of the fixed wall portion 22 when the first solder Sd1 is not interposed (see FIG. 1). Also, for the light source base 2, the side surface 11c and the bottom surface 11d are surfaces that can be joined by the second solder Sd2 by closely facing or contacting the pedestal 621 on the bottom surface 26 of the base seat portion 21 when the first solder Sd1 is not interposed (see FIG. 3). For example, if the bottom surface 26 of the light source base 2 is a flat plane, the entire surface of the bottom surface 26 becomes the contact target surface. As a result, even if the laser light source unit LU does not have a conventional structure in which the light source block TB and the pedestal 621 are integrally formed, the heat generated by the laser diode 1 is sufficiently transmitted to the pedestal 621 side via the light source block TB, so that the laser diode 1 and the light source block TB are well cooled. In other words, the configuration of the laser light source unit LU of one embodiment of the present invention can solve the secondary problem of reduced cooling efficiency due to a tiny air layer existing between the contact surfaces of the light source base 2 of the light source block TB and the base 621, which may occur when the light source block TB is configured to be individually removable from the base 621.

また、レーザ光源ユニット及びレーザ光源モジュールは、レーザの高出力化のために搭載する複数のレーザダイオードを高密度に配置すること,複数のレーザダイオードを高密度に配置しても各レーザダイオードを十分に冷却できること,及びメンテナンス性を有しつつレーザダイオードを高密度に配置しても各レーザダイオードの冷却性能が損なわれないこと、が求められる。本発明の一態様のレーザ光源ユニットLU及びレーザ光源モジュール7は、上述のように、これらの求めをすべて実現する構成を有する。 In addition, the laser light source unit and the laser light source module are required to arrange the multiple laser diodes mounted thereon at a high density in order to increase the laser output, to be able to sufficiently cool each laser diode even when multiple laser diodes are arranged at a high density, and to ensure that the cooling performance of each laser diode is not compromised even when the laser diodes are arranged at a high density while maintaining ease of maintenance. The laser light source unit LU and the laser light source module 7 of one embodiment of the present invention have a configuration that, as described above, achieves all of these requirements.

上述のように、レーザ光源モジュール7は、レーザダイオード1を備えた複数の光源ブロックTBを階段状に取り付けたユニットベース6と、ユニットベース6を密着固定した平板状の冷却板と、冷却板に対し積層された冷媒流路を有するベース板72と、を含む極めて簡単な構成でレーザダイオード1を良好に冷却できる。レーザ光源モジュール7は、レーザダイオード1が熱電冷却素子を備えていないTO-CANパッケージのレーザダイオードであっても、安価な構成で良好に冷却して安定して動作させることができる。 As described above, the laser light source module 7 can effectively cool the laser diode 1 with an extremely simple configuration including the unit base 6 on which multiple light source blocks TB each having a laser diode 1 are mounted in a stepped manner, a flat cooling plate to which the unit base 6 is tightly fixed, and a base plate 72 having a refrigerant flow path stacked on the cooling plate. The laser light source module 7 can effectively cool and stably operate the laser diode 1 with an inexpensive configuration, even if the laser diode 1 is a TO-CAN packaged laser diode that does not have a thermoelectric cooling element.

また、光源ブロックTBは、光源ベース2の底面26(図3参照)と、各台座の上面とが熱伝導シートの役割を果たす第2はんだSd2によって固定されている。第2はんだは、溶融温度が熱伝導シートの役割を果たす第1はんだの第1溶融温度T1よりも低い第2溶融温度T2である。そのため、いずれかの光源ブロックTBに不具合が生じた場合に、その光源ブロックTBの温度を、第2溶融温度T2を超え第1溶融温度T1未満の温度にして第1はんだSd1で固定されている光源ブロックTBのレーザダイオード1及び第1~第3光学ブロック51~53はそのままで、対象の光源ブロックTBをユニットベース6から取り外すことができる。これにより、レーザ光源ユニットLU及びレーザ光源モジュール7は、光源ブロックTB単位での修理及び交換が可能であり、メンテナンスの作業効率が向上する。 The light source block TB is fixed between the bottom surface 26 (see FIG. 3) of the light source base 2 and the top surface of each pedestal by the second solder Sd2, which acts as a thermally conductive sheet. The melting temperature of the second solder is a second melting temperature T2, which is lower than the first melting temperature T1 of the first solder, which acts as a thermally conductive sheet. Therefore, if a malfunction occurs in any of the light source blocks TB, the temperature of the light source block TB can be made higher than the second melting temperature T2 and lower than the first melting temperature T1, and the target light source block TB can be removed from the unit base 6 while leaving the laser diode 1 and the first to third optical blocks 51 to 53 of the light source block TB fixed by the first solder Sd1 intact. This allows the laser light source unit LU and the laser light source module 7 to be repaired and replaced on a light source block TB basis, improving the efficiency of maintenance work.

光源ブロックTBは、それ自体で光学特性の評価をすることができる。そのため、レーザ光源ユニットLU及びレーザ光源モジュール7のメンテナンス作業の効率が向上する。また、光学特性の揃った光源ブロックTBを選別してレーザ光源ユニットLUを構成することができるので、高性能の光源ブロックTBを安定して製造することができる。 The optical characteristics of the light source block TB can be evaluated by itself. This improves the efficiency of maintenance work on the laser light source unit LU and the laser light source module 7. In addition, since the laser light source unit LU can be constructed by selecting light source blocks TB with uniform optical characteristics, high-performance light source blocks TB can be manufactured stably.

すなわち、本発明のレーザ光源ユニットの一態様は、TO-CAN型パッケージのレーザダイオード1と、レーザダイオード1が第1溶融温度T1で溶融する第1はんだSd1で固定された光源ベース2と、レーザダイオード1から放射したレーザビームLsを平行ビームに整形して放射するコリメート光学系54Kと、整形されたレーザビームLsを反射して進行方向を変えるミラー531とを有する複数の光源ブロックTB1~TB15と、板状のベース部61と光源ブロックTBを載置可能な複数の台座621を所定の高さピッチである差ΔPで階段状に並べた台座群62L,62Rを有する階段台座部612とが一体とされたユニットベース6と、を備え、複数の光源ブロックTB1~TB15は、それぞれユニットベース6の台座群62L,62Rの複数の台座621に第1溶融温度T1よりも低い第2溶融温度T2で溶融する第2はんだSd2で固定されており、複数の光源ブロックTB1~TB15それぞれにおけるミラー531で反射したレーザビームLsは、高さ方向に一直線上に並んでラインレーザビームBmLとして放射するレーザ光源ユニットLUである。 That is, one aspect of the laser light source unit of the present invention is a laser light source unit including a laser diode 1 in a TO-CAN type package, a light source base 2 to which the laser diode 1 is fixed with a first solder Sd1 that melts at a first melting temperature T1, a collimating optical system 54K that shapes the laser beam Ls emitted from the laser diode 1 into a parallel beam and emits it, and a plurality of light source blocks TB1 to TB15 each having a mirror 531 that reflects the shaped laser beam Ls and changes the traveling direction, and a plate-shaped base portion 61 and a plurality of pedestals 621 on which the light source blocks TB can be placed are arranged at a predetermined height pitch. The unit base 6 is integrated with a stepped pedestal portion 612 having pedestal groups 62L, 62R arranged in a stepped manner with a difference ΔP, and the multiple light source blocks TB1 to TB15 are fixed to the multiple pedestals 621 of the pedestal groups 62L, 62R of the unit base 6 with a second solder Sd2 that melts at a second melting temperature T2 lower than the first melting temperature T1, and the laser beam Ls reflected by the mirror 531 in each of the multiple light source blocks TB1 to TB15 is a laser light source unit LU that is aligned in a straight line in the height direction and radiates as a line laser beam BmL.

このレーザ光源ユニットは、ユニットベース6が階段状を呈して熱容量が大きく、ユニットベース6の底面は階段状の底面であることから大面積となる。そのため、ユニットベース6の底面を熱伝導シート73を介して冷却板71に密着させ冷却板71を水冷などの周知の安価な冷却方法で冷却することで各レーザダイオード1を良好に冷却できる。 This laser light source unit has a stepped unit base 6, which has a large heat capacity, and the stepped bottom surface of the unit base 6 has a large area. Therefore, the bottom surface of the unit base 6 is in close contact with the cooling plate 71 via a thermally conductive sheet 73, and the cooling plate 71 is cooled by a well-known inexpensive cooling method such as water cooling, thereby allowing each laser diode 1 to be cooled well.

また、上記レーザ光源ユニットにおいて、光源ブロックTBは、第2溶融温度T2を超え第1溶融温度T1よりも低い温度にすることで台座群62L,62Rの台座621から取り外し可能である。 In addition, in the above laser light source unit, the light source block TB can be removed from the pedestal 621 of the pedestal groups 62L and 62R by heating it to a temperature that exceeds the second melting temperature T2 and is lower than the first melting temperature T1.

これにより、レーザ光源ユニットLUは、光源ブロックTB単位での修理及び交換が可能であり、メンテナンスの作業効率が向上する。 This allows the laser light source unit LU to be repaired and replaced on a light source block TB basis, improving the efficiency of maintenance work.

また、本発明のレーザ光源モジュールの一態様は、冷却板71と、内部に冷却用の冷媒流路721を有し冷却板71が一体的に取り付けられたベース板72と、冷却板71に熱伝導シート73を挟んで取り付けられた上記レーザ光源ユニットLUの複数台と、複数台のレーザ光源ユニットLUそれぞれから放射する複数のラインレーザビームBmLを整列配置させた後、カップリングしてファイバ78に入射させるカップリング光学系CKと、を備えたレーザ光源モジュール7である。 In addition, one aspect of the laser light source module of the present invention is a laser light source module 7 that includes a cooling plate 71, a base plate 72 having a cooling refrigerant flow path 721 inside and integrally attached to the cooling plate 71, a plurality of the above-mentioned laser light source units LU attached to the cooling plate 71 with a heat conductive sheet 73 sandwiched therebetween, and a coupling optical system CK that aligns and arranges a plurality of line laser beams BmL emitted from each of the plurality of laser light source units LU, and then couples and inputs them into a fiber 78.

これにより、冷媒流路721に水などの冷媒を流入させることでベース板72、並びに、レーザ光源ユニットLU及び冷却板71を良好に冷却でき、レーザダイオード1が熱電冷却素子を備えていないTO-CANパッケージのレーザダイオードであっても、安価な構成で良好に冷却して安定して動作させることができる。
また、上記レーザ光源モジュール7において、光源ブロックTBは、第2溶融温度T2を超え第1溶融温度T1よりも低い温度にすることで台座群62L,62Rの台座621から取り外し可能である。これにより、レーザ光源モジュール7は、光源ブロックTB単位での修理及び交換が可能であり、メンテナンスの作業効率が向上する。
As a result, by flowing a coolant such as water into the coolant flow path 721, the base plate 72, as well as the laser light source unit LU and the cooling plate 71, can be cooled well, and even if the laser diode 1 is a TO-CAN package laser diode that does not have a thermoelectric cooling element, it can be cooled well and operated stably with an inexpensive configuration.
In the laser light source module 7, the light source block TB can be removed from the pedestal 621 of the pedestal group 62L, 62R by heating the light source block TB to a temperature higher than the second melting temperature T2 and lower than the first melting temperature T1. This allows the laser light source module 7 to be repaired and replaced on a light source block TB basis, improving the efficiency of maintenance work.

本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-mentioned configuration, and may be modified without departing from the spirit of the present invention.

光源ブロックTBとして、レーザダイオード1,第1光学ブロック51,第2光学ブロック52,及び第3光学ブロック53を固定できるものを説明したが、これに限定されない。例えば、ベース座部21をレーザダイオード1のみを固定する形状にして、ユニットベース6の台座(第1台座621など)に第2はんだSd2で固定するようにしてもよい。この場合、第1~第3光学ブロック51~53も、第1台座621に対し、ビーム路調整をして第1はんだSd1によってそれぞれ独立に固定する。 The light source block TB has been described as capable of fixing the laser diode 1, the first optical block 51, the second optical block 52, and the third optical block 53, but is not limited to this. For example, the base seat portion 21 may be shaped to fix only the laser diode 1, and fixed to the base of the unit base 6 (such as the first base 621) with the second solder Sd2. In this case, the first to third optical blocks 51 to 53 are also fixed independently to the first base 621 by the first solder Sd1 after adjusting the beam path.

レーザダイオード1は、TO-CAN型パッケージのものに限定されず面発光のレーザダイオードであってもよい。レーザダイオード1とベース座部21の固定壁部22との接合は、金属元素からなる合金によるものであれば、はんだよるものに限定されない。また、光源ベース2とユニットベース6の階段台座部612との接合は、金属元素からなる合金によるものであれば、はんだよるものに限定されない。 The laser diode 1 is not limited to a TO-CAN type package, but may be a surface-emitting laser diode. The joining between the laser diode 1 and the fixed wall portion 22 of the base seat portion 21 is not limited to soldering, so long as it is made of an alloy made of metal elements. In addition, the joining between the light source base 2 and the stepped base portion 612 of the unit base 6 is not limited to soldering, so long as it is made of an alloy made of metal elements.

以上詳述したように、本発明の一態様のレーザ光源ユニットLUは、ベース座部21と、ベース座部21に立設する固定壁部22と、固定壁部22に周囲を覆われると共に固定壁部22に金属元素からなる第1の合金Sd1で固定されたTO-CAN型パッケージ又は面発光のレーザダイオード1と、を有する複数の光源ベース2と、板状のベース部61及び光源ベース2を載置可能な台座を所定の高さの間隔で階段状に並べた階段台座部612が一体とされたユニットベース6と、を備え、複数の光源ベース2は、ユニットベース6のそれぞれの台座に金属元素からなる第2の合金Sd2で固定されている。 As described above in detail, the laser light source unit LU of one embodiment of the present invention comprises a base seat 21, a fixed wall 22 erected on the base seat 21, a TO-CAN type package or surface-emitting laser diode 1 surrounded by the fixed wall 22 and fixed to the fixed wall 22 with a first alloy Sd1 made of metal elements, a plurality of light source bases 2, and a unit base 6 integrated with a plate-shaped base 61 and a stepped pedestal 612 in which pedestals on which the light source bases 2 can be placed are arranged in a stepped manner at predetermined height intervals, and the plurality of light source bases 2 are fixed to their respective pedestals on the unit base 6 with a second alloy Sd2 made of metal elements.

これにより、レーザダイオード1の温度上昇が抑制される。 This prevents the temperature of the laser diode 1 from rising.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、前記レーザダイオード1から放射したレーザビームを平行ビームに整形して放射するコリメート光学系54Kがベース座部21に固定されていてもよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, a collimating optical system 54K that shapes the laser beam emitted from the laser diode 1 into a parallel beam and emits it may be fixed to the base seat 21.

これにより、複数のレーザ光源ユニットLUから放射されるレーザの光軸の精度が向上する。 This improves the accuracy of the optical axis of the lasers emitted from the multiple laser light source units LU.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、ベース座部21は固定壁部22に対してコリメート光学系54Kが固定された位置とは反対方向にも延出している、 In this embodiment of the laser light source unit LU, the base seat 21 extends in the opposite direction to the position where the collimating optical system 54K is fixed to the fixed wall 22.

これにより、ベース座部21の放熱効果がより向上する。 This further improves the heat dissipation effect of the base seat portion 21.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、第1の合金Sd1又は第2の合金Sd2がはんだであってもよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, the first alloy Sd1 or the second alloy Sd2 may be solder.

これにより、第1及び第2の合金Sd1,Sd2を入手しやすく取り扱い易いのでコストアップが抑制される。 As a result, the first and second alloys Sd1 and Sd2 are easy to obtain and handle, preventing increases in costs.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、第1の合金Sd1は、第1溶融温度T1で溶融し、第2の合金Sd2は、第1溶融温度T1よりも低い第2溶融温度T2で溶融するものであってもよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, the first alloy Sd1 may melt at a first melting temperature T1, and the second alloy Sd2 may melt at a second melting temperature T2 that is lower than the first melting temperature T1.

これにより、レーザ光源ユニットLUを、第1溶融温度T1と第2溶融温度T2の中間の温度にすることで、レーザダイオード1を固定壁部22に固定させたまま光源ベース2を階段台座部612から取り外すことができる。 By this, by setting the laser light source unit LU to a temperature intermediate between the first melting temperature T1 and the second melting temperature T2, the light source base 2 can be removed from the step pedestal portion 612 while keeping the laser diode 1 fixed to the fixed wall portion 22.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、前記光源ベース2は、第2溶融温度T2にしてユニットベース6から取り外しても、レーザダイオード1は光源ベース2に取り付けられたままであるものであってよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, the laser diode 1 may remain attached to the light source base 2 even when the light source base 2 is heated to the second melting temperature T2 and removed from the unit base 6.

これにより、メンテナンス性が向上する。 This improves maintainability.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、第1の合金Sd1は、レーザダイオード1を光源ベース2に対し、レーザダイオード1の光源ベース2に対する接触対象面の全面にわたって接合し、第2の合金Sd2は、光源ベース2をユニットベース6に対し、光源ベース2のユニットベース6に対する接触対象面の全面にわたって接合しているものであってよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, the first alloy Sd1 bonds the laser diode 1 to the light source base 2 over the entire surface of the contact surface of the laser diode 1 with the light source base 2, and the second alloy Sd2 bonds the light source base 2 to the unit base 6 over the entire surface of the contact surface of the light source base 2 with the unit base 6.

これにより、レーザダイオード1の温度上昇が良好に抑制される。 This effectively prevents the temperature rise of the laser diode 1.

この一態様のレーザ光源ユニットLUは、光源ベース2と、コリメート光学系54Kから放射したレーザビームを反射して進行方向を変えるミラー531とを含んで光源ブロックTBが構成され、複数の光源ブロックTBそれぞれにおけるミラー531で反射したレーザビームは、高さ方向に一直線上に並んでラインレーザビームBmLとして放射するようにしてもよい。 In this embodiment of the laser light source unit LU, the light source block TB is configured to include a light source base 2 and a mirror 531 that reflects the laser beam emitted from the collimating optical system 54K and changes the direction of travel, and the laser beam reflected by the mirror 531 in each of the multiple light source blocks TB may be arranged in a straight line in the height direction and emitted as a line laser beam BmL.

これにより、精度のよいラインレーザビームBmLを容易に構成できる。 This makes it easy to construct a highly accurate line laser beam BmL.

本発明の第2の一態様であるレーザ光源モジュール7は、冷却板71と、内部に冷却用の冷媒流路721を有し冷却板71が一体的に取り付けられたベース板72と、冷却板71に取り付けられた上記一態様のレーザ光源ユニットLUの複数台と、複数台のレーザ光源ユニットLUそれぞれから放射する複数のラインレーザビームBmLを整列配置させた後、カップリングしてファイバに入射させるカップリング光学系CKと、を備えていている。 The laser light source module 7, which is a second embodiment of the present invention, comprises a cooling plate 71, a base plate 72 having a cooling refrigerant flow path 721 therein and integrally attached to the cooling plate 71, a plurality of laser light source units LU of the above embodiment attached to the cooling plate 71, and a coupling optical system CK that aligns and arranges a plurality of line laser beams BmL emitted from each of the plurality of laser light source units LU, and then couples and inputs them into a fiber.

これにより、レーザダイオード1の温度上昇を良好に抑制するレーザ光源モジュール7が得られる。 This results in a laser light source module 7 that effectively suppresses temperature rise in the laser diode 1.

1 レーザダイオード
11 フランジ部
11a 第1切り欠き部
11b 第2切り欠き部
11c 側面
11d 底面
12 基部
12a 放射口
13 端子
2 光源ベース
21 ベース座部
21a 上面
213 段部
22 固定壁部
22a 収容凹部
22b 端子逃げ部
22c 切り欠き部
22d 収容底部
23 延出部
24 丸孔
25 長孔
26 底面
3 絶縁チューブ
3a 端子孔
51 第1光学ブロック
511 第1コリメートレンズ
512 第1光学台座
52 第2光学ブロック
521 第2コリメートレンズ
522 第2光学台座
53 第3光学ブロック
531 ミラー
532 第3光学台座
54K コリメート光学系
6 ユニットベース
61 ベース部
611 取付座部
611a 取付孔
612 階段台座部
62L,62R 台座群
621~6215 第1~第15台座
63L,63R 接続ワイヤ
64L,64R 接続端子
65 導通バー
7 レーザ光源モジュール
71 冷却板
72 ベース板
721 冷媒流路
73 熱伝導シート
772 集光レンズ
773 入光部
78 ファイバ
791,792 ホース
AF ファスト軸、 AS スロー軸
A1~A3 第1領域~第3領域
BC ビーム結合器
Bm1~Bm15 第1レーザビーム~第15レーザビーム
BmL ラインレーザビーム
BmL1~BmL14 第1~第14ラインレーザビーム
BmS コンバインレーザビーム
CK カップリング光学系
CL2 軸線
LU レーザ光源ユニット
LUG1~LUG3 第1~第3光源ユニット群
Ls レーザビーム
Lsa ファスト偏向ビーム
Lsb スロー偏向ビーム
Lsc 平行ビーム
PL,PR 高さピッチ
P24,P25 位置決めピン
Sd1 第1はんだ
Sd2 第2はんだ
SFa,SFb 仮想平面
TB 光源ブロック
TB1~TB15 第1光源ブロック~第15光源ブロック
Tc 温度
T1 第1溶融温度
T2 第2溶融温度
ΔP 差
ΔT 温度上昇幅
REFERENCE SIGNS LIST 1 laser diode 11 flange portion 11a first cutout portion 11b second cutout portion 11c side surface 11d bottom surface 12 base portion 12a radiation port 13 terminal 2 light source base 21 base seat portion 21a upper surface 213 step portion 22 fixed wall portion 22a accommodation recess 22b terminal clearance portion
22c: Notch 22d: Housing bottom 23: Extension 24: Round hole 25: Slot 26: Bottom surface 3: Insulating tube 3a: Terminal hole 51: First optical block 511: First collimating lens 512: First optical base
52 Second optical block 521 Second collimating lens 522 Second optical base 53 Third optical block 531 Mirror 532 Third optical base 54K Collimating optical system 6 Unit base 61 Base portion 611 Mounting seat portion 611a Mounting hole 612 Stepped base portion 62L, 62R Base group 621 to 6215 First to fifteenth bases 63L, 63R Connection wire 64L, 64R Connection terminal 65 Conductive bar 7 Laser light source module 71 Cooling plate 72 Base plate 721 Coolant flow path 73 Thermal conduction sheet 772 Condenser lens 773 Light entrance portion 78 Fiber 791, 792 Hose AF Fast axis, AS Slow axis A1 to A3 First region to third region BC Beam combiner Bm1 to Bm15 1st to 15th laser beam BmL Line laser beams BmL1 to BmL14 1st to 14th line laser beams BmS Combined laser beam CK Coupling optical system CL2 Axis LU Laser light source unit LUG1 to LUG3 1st to 3rd light source unit groups Ls Laser beam Lsa Fast deflection beam Lsb Slow deflection beam Lsc Parallel beam PL, PR Height pitch P24, P25 Positioning pin Sd1 First solder Sd2 Second solder SFa, SFb Virtual plane TB Light source block TB1 to TB15 1st light source block to 15th light source block Tc Temperature T1 First melting temperature T2 Second melting temperature ΔP Difference ΔT Temperature rise width

Claims (8)

長方形の板状に形成され、一端からその半分未満の幅で延出部が延出しているベース座部と、前記ベース座部に立設する固定壁部と、前記固定壁部に周囲を覆われると共に前記固定壁部に金属元素からなる第1の合金で固定されたTO-CAN型パッケージ又は面発光のレーザダイオードと、を有する複数の光源ベースと、
板状のベース部と、前記光源ベースを載置可能な台座を一定で同じ高さピッチの第1列と第2列との2列の階段状であって前記2列を前記高さピッチの半分の高さの差となるよう第1の方向に並べた階段台座部と、が一体とされたユニットベースと、を備え、
前記ベース座部に、前記レーザダイオードから放射したレーザビームを平行ビームに整形して放射するコリメート光学系が固定され、前記延出部に、前記コリメート光学系から前記平行ビームで放射した前記レーザビームの進行方向を反射により変えるミラーが固定され、
複数の前記光源ベースは、前記ベース座部の底面が前記ユニットベースの前記第1列の前記台座と前記第2列の前記台座それぞれに、前記延出部が中央側となる向きで、前記ミラーで反射した前記レーザビームが高さ方向に一直線上に並んでラインレーザビームとして放射されるように、金属元素からなる第2の合金で固定されている、レーザ光源ユニット。
a plurality of light source bases each having a base seat portion formed in a rectangular plate shape and having an extension portion extending from one end by less than half the width of the base seat portion, a fixed wall portion erected on the base seat portion, and a TO-CAN type package or a surface emitting laser diode that is surrounded by the fixed wall portion and is fixed to the fixed wall portion by a first alloy made of a metal element;
a unit base including a plate-like base portion and a stepped base portion having two rows of pedestals on which the light source base can be placed, the first row and the second row being arranged in a stepped shape with a constant height pitch, the two rows being arranged in a first direction such that the difference in height between the first row and the second row is half the height pitch;
A collimating optical system that shapes the laser beam emitted from the laser diode into a parallel beam and emits the parallel beam is fixed to the base seat, and a mirror that changes the traveling direction of the laser beam emitted as the parallel beam from the collimating optical system by reflection is fixed to the extension.
A laser light source unit in which the multiple light source bases are fixed with a second alloy made of metal elements so that the bottom surfaces of the base seats are attached to the pedestals of the first row and the second row of the unit base, the extension portions are oriented toward the center, and the laser beams reflected by the mirror are aligned in a straight line in the height direction and emitted as line laser beams .
前記ベース座部は、前記固定壁部に対して前記コリメート光学系が固定された位置とは反対方向にも延出している、請求項1記載のレーザ光源ユニット。 The laser light source unit according to claim 1, wherein the base seat also extends in a direction opposite to the position where the collimating optical system is fixed to the fixed wall. 前記第1の合金は、はんだである請求項1記載のレーザ光源ユニット。 The laser light source unit of claim 1, wherein the first alloy is solder. 前記第2の合金は、はんだである請求項1記載のレーザ光源ユニット。 The laser light source unit of claim 1, wherein the second alloy is solder. 前記第1の合金は、第1溶融温度で溶融し、前記第2の合金は、前記第1溶融温度よりも低い第2溶融温度で溶融する請求項1記載のレーザ光源ユニット。 The laser light source unit of claim 1, wherein the first alloy melts at a first melting temperature, and the second alloy melts at a second melting temperature that is lower than the first melting temperature. 前記光源ベースは、前記第2溶融温度にして前記ユニットベースから取り外しても、前記レーザダイオードは前記光源ベースに取り付けられたままである請求項5記載のレーザ光源ユニット。 The laser light source unit according to claim 5, wherein the laser diode remains attached to the light source base even when the light source base is heated to the second melting temperature and removed from the unit base. 前記第1の合金は、前記レーザダイオードを前記光源ベースに対し、前記レーザダイオードの前記光源ベースに対する接触対象面の全面にわたって接合し、
前記第2の合金は、前記光源ベースを前記ユニットベースに対し、前記光源ベースの前記ユニットベースに対する接触対象面の全面にわたって接合している請求項1記載のレーザ光源ユニット
The first alloy bonds the laser diode to the light source base over the entire surface of the laser diode that is to be in contact with the light source base;
2. The laser light source unit according to claim 1, wherein the second alloy bonds the light source base to the unit base over the entire surface of the light source base that comes into contact with the unit base .
冷却板と、内部に冷却用の冷媒流路を有し前記冷却板が一体的に取り付けられたベース板と、前記冷却板に取り付けられた請求項1~のいずれか1項に記載されたレーザ光源ユニットの複数台と、複数台の前記レーザ光源ユニットそれぞれから放射する複数のラインレーザビームを整列配置させた後、カップリングしてファイバに入射させるカップリング光学系と、を備えたレーザ光源モジュール。 A laser light source module comprising: a cooling plate; a base plate having a cooling refrigerant flow path therein and integrally attached to the cooling plate; a plurality of laser light source units according to any one of claims 1 to 7 attached to the cooling plate; and a coupling optical system which aligns and arranges a plurality of line laser beams emitted from each of the plurality of laser light source units, and then couples and inputs the line laser beams into a fiber.
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