JP2002232057A - 半導体レーザ装置、及び、半導体レーザ装置のレンズ位置固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ出射面と集光レンズとの間隔を一定に
保持し、集光効率を向上させることが可能な半導体レー
ザ装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ装置１において、集光レン
ズ１５の平坦面２０ｃと半導体レーザアレイ１１の出射
面２０ａとの間隔が一定となるように集光レンズ１５が
位置合わせされた後、剛体スペーサ１８をヒートシンク
１４の摺動面に沿って摺動させ、集光レンズ１５の平坦
面２０ｃに接触させる。この一端２０ｄの周囲に接着剤
１７を塗布した後、この接着剤１７を硬化させて集光レ
ンズ１５をヒートシンク１４の支持面２０ｂ上に接着さ
せる。このように剛体スペーサ１８と接触した状態で集
光レンズ１５を接着すれば、接着剤１７が重合収縮を起
こしても、出射面２０ａと集光レンズ１５との間隔が一
定に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザの励起
や微細加工処理等の光源として使用される半導体レーザ
装置、及び、半導体レーザ装置におけるレンズ位置固定
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、スペクトル幅が狭く、
効率が高いという特徴を有するため、発振波長をＮｄ：
ＹＡＧ等の固体レーザ結晶の吸収スペクトルに適合させ
れば、効率よく固定レーザ結晶を励起することが可能で
あり、固体レーザ励起用光源として用いられている。ま
た、近年では、半導体レーザを微細加工用の光源として
用いることも検討されている。このように半導体レーザ
を固体レーザの励起や微細加工処理等の光源として用い
る場合には、高出力化及び高光密度化を図るために、レ
ーザ出射点を１次元方向に多数配列したバー状の半導体
レーザアレイ、又は、この半導体レーザアレイを２次元
状に複数積層した半導体アレイスタックを用いた半導体
レーザ装置が使用されている。

【０００３】こうした半導体レーザ装置では、各レーザ
出射点からの発熱が大きいため、レーザ素子の出力特性
が低下すると共に素子寿命が著しく短くなってしまうお
それがある。そのため、半導体レーザアレイは、熱伝導
率が高く放熱特性に優れたヒートシンクに載置された状
態（半導体レーザアレイスタックは、各半導体レーザア
レイ間にヒートシンクを挟み込んだ状態）で使用され
る。このような技術は、例えば特開平１０−２００１９
９号公報に開示されている。

【０００４】また、こうした半導体レーザ装置では、出
射されるレーザ光の発散角が大きく、レーザ光を効率よ
く集光するには出射されたレーザ光を平行化することが
必要になる。そのため、半導体レーザ装置には、出射さ
れたレーザ光を平行化するためのシリンドリカルレンズ
等の集光レンズが出射面近傍に配置される。このような
技術は、例えば特開平１０−２８４７７９号に開示され
ている。

【０００５】図１４、図１５及び図１６は、単一の半導
体レーザアレイを用いた従来の半導体レーザ装置を示す
それぞれ斜視図、側面図及び平面図である。これらの図
に示すように、この半導体レーザ装置１００では、バー
状の半導体レーザアレイ１０１の上下面にそれぞれカバ
ープレート１０２及びサブマウントベース１０３が接合
されており、ヒートシンク１０４上に載置されている。
また、断面が半円形状である柱状の集光レンズ１０５
が、半導体レーザアレイ１０１の出射面に沿うように配
置され、ヒートシンク１０４の前面（出射方向側の面）
に支持されている。この半導体レーザ装置１０１におい
て、半導体レーザアレイ１０１の各レーザ出射点から出
射されたレーザ光は、出射直後に集光レンズ１０５によ
って平行化される。

【０００６】また、図１７は、半導体レーザアレイスタ
ックを用いた従来の半導体レーザ装置を示す斜視図であ
る。同図に示すように、この半導体レーザ装置１１０で
は、半導体レーザアレイ１０１、カバープレート１０２
及びサブマウントベース１０３からなるユニットがヒー
トシンク１０４を挟み込んで交互に積層されて半導体レ
ーザアレイスタックを構成している。この半導体レーザ
アレイスタックは、Ｕ字型のハウジング１１１の凹部に
配置されており、断面が半円形状である柱状の集光レン
ズ１０５が、各半導体レーザアレイ１０１の出射面に沿
うように配置され、ハウジング１１１の前面（出射方向
側の面）に両端を支持されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ装置を固
体レーザの励起や微細加工処理等の光源として使用する
場合、固体レーザの端面や加工部位等の微小なスポット
にレーザ光を集光しなければならない。この集光効率を
向上させるためには、出射されたレーザ光を高い精度で
平行化しなければならず、レーザ出射面の近傍に配置さ
れる集光レンズの位置精度が重要となる。特に、レーザ
出射方向についての位置精度が重要であり、集光レンズ
と半導体レーザアレイの出射面との間隔が一定となるよ
うに（長手方向については、図１６におけるδ₁とδ₂と
が等しくなるように）集光レンズを配置する必要があ
る。

【０００８】しかしながら、半導体レーザ装置を作製す
る場合、半導体レーザアレイと他の各部材とを接合する
作業の際にズレが生じやすく、ヒートシンク又はハウジ
ング等のレンズホルダの支持面と半導体レーザアレイの
レーザ出射面とが平行でなくなってしまうことがある。
例えば、図１８に示すように、半導体レーザアレイ１０
１をサブマウントベース１０３上にマウントする際に図
中ｚ軸方向を回転軸とするズレが生じやすいと共に、接
合時のはんだ層１０６の厚さムラによってｙ軸方向及び
ｘ軸方向を回転軸とするズレが生じる。これらにより、
半導体レーザアレイ１０１の出射面２００ａとヒートシ
ンク１０４の支持面２００ｂとが平行でなくなってしま
う。従って、このような場合には、集光レンズと半導体
レーザアレイの出射面の間隔が一定となるように配置す
ることが困難になっていた。

【０００９】また、集光レンズは、半導体レーザアレイ
の出射面との間隔が一定となるように位置合わせされた
後、ヒートシンク又はハウジング等のレンズホルダの支
持面に接着剤を用いて固定されるが（図１４〜図１７に
おける符号１０７参照）、特に樹脂系の接着剤を用いて
固定する際、接着剤の重合収縮に伴なって集光レンズと
半導体レーザアレイの出射面との間隔が変化してしまう
ことがあった。さらには、集光レンズと半導体レーザア
レイの出射面の間隔が一定となるように高精度に固定で
きたとしても、接着の際に重合しなかった残存モノマー
成分の重合収縮が時間の経過と共に進行するため、集光
レンズと半導体レーザアレイの出射面との間隔が経時的
に変化してしまうことがあった。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、レーザ出射面と集光レンズとの間隔を一定に保
持し、集光効率を向上させることが可能な半導体レーザ
装置、及び、半導体レーザ装置のレンズ位置固定方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
レーザ装置は、複数のレーザ出射点が出射面上において
長手方向に配列された半導体レーザアレイと、半導体レ
ーザアレイの出射方向近傍に出射面に沿うようにして配
置され、半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を
長手方向と交差する方向に集光する集光レンズと、集光
レンズを支持するための支持面及び当該支持面と交差す
る摺動面を有するレンズホルダと、レンズホルダの摺動
面に沿って摺動可能な剛体スペーサとを備え、剛体スペ
ーサの一端が集光レンズと接触した状態で、剛体スペー
サをレンズホルダに固定し、集光レンズとレンズホルダ
の支持面との間に塗布された接着剤を硬化させることに
よって集光レンズがレンズホルダの支持面上に接着され
たことを特徴とする。

【００１２】また、第２の発明に係る半導体レーザ装置
は、複数のレーザ出射点が出射面上において長手方向に
配列された複数の半導体レーザアレイが、出射方向を同
一方向として長手方向及び出射方向と交差する方向にス
タック状に配置された半導体レーザアレイスタックと、
各半導体レーザアレイの出射方向近傍に出射面に沿うよ
うにして配置され、各半導体レーザアレイから出射され
たレーザ光を長手方向と交差する方向に集光する半導体
レーザアレイと同数の集光レンズと、集光レンズを支持
するための支持面及び当該支持面と交差する摺動面を有
するレンズホルダと、レンズホルダの摺動面に沿って摺
動可能な剛体スペーサとを備え、剛体スペーサの一端が
集光レンズと接触した状態で、剛体スペーサをレンズホ
ルダに固定し、集光レンズとレンズホルダの支持面との
間に塗布された接着剤を硬化させることによって集光レ
ンズがレンズホルダの支持面上に接着されたことを特徴
とする。

【００１３】また、第３の発明に係る半導体レーザ装置
のレンズ位置固定方法は、複数のレーザ出射点が出射面
上において長手方向に配列された半導体レーザアレイ
と、半導体レーザアレイの出射方向近傍に出射面に沿う
ようにして配置され、半導体レーザアレイから出射され
たレーザ光を長手方向と交差する方向に集光する集光レ
ンズと、集光レンズを支持するための支持面及び当該支
持面と交差する摺動面を有するレンズホルダとを備える
半導体レーザ装置において集光レンズの位置を固定する
方法であって、剛体スペーサをレンズホルダの摺動面に
沿って摺動させ、当該剛体スペーサの一端を集光レンズ
と接触させる第１のステップと、剛体スペーサをレンズ
ホルダに固定する第２のステップと、集光レンズとレン
ズホルダの支持面との間に塗布された接着剤を硬化させ
ることによって集光レンズをレンズホルダの支持面上に
接着する第３のステップとを備えることを特徴とする。

【００１４】また、第４の発明に係る半導体レーザ装置
のレンズ位置固定方法は、複数のレーザ出射点が出射面
上において長手方向に配列された複数の半導体レーザア
レイが、出射方向を同一方向として長手方向及び出射方
向と交差する方向にスタック状に配置された半導体レー
ザアレイスタックと、各半導体レーザアレイの出射方向
近傍に出射面に沿うようにして配置され、各半導体レー
ザアレイから出射されたレーザ光を長手方向と交差する
方向に集光する半導体レーザアレイと同数の集光レンズ
と、集光レンズを支持するための支持面及び当該支持面
と交差する摺動面を有するレンズホルダとを備える半導
体レーザ装置において集光レンズの位置を固定する方法
であって、剛体スペーサをレンズホルダの摺動面に沿っ
て摺動させ、当該剛体スペーサの一端を集光レンズと接
触させる第１のステップと、剛体スペーサをレンズホル
ダに固定する第２のステップと、集光レンズとレンズホ
ルダの支持面との間に塗布された接着剤を硬化させるこ
とによって集光レンズをレンズホルダの支持面上に接着
する第３のステップとを備えることを特徴とする。

【００１５】これらの発明によれば、集光レンズとレン
ズホルダの支持面との間隔が一定となるように集光レン
ズを配置し、剛体スペーサをレンズホルダの摺動面上を
摺動させて一端を集光レンズと接触させた後、集光レン
ズとレンズホルダの支持面との間に接着剤を塗布し、こ
の接着剤を硬化させて集光レンズをレンズホルダの支持
面上に接着することによって集光レンズの位置が固定さ
れる。このように、剛体スペーサの一端と接触させて集
光レンズの位置調整を行なえば、レーザ出射面とレンズ
ホルダの支持面とが平行でない場合であっても、集光レ
ンズとレンズホルダの支持面との間隔が一定となるよう
に配置することが容易になる。また、剛体スペーサの一
端を集光レンズと接触させた状態で接着処理を行なえ
ば、接着処理の際又は接着後経時的に接着剤が重合収縮
を起こしても、レーザ出射面と集光レンズとの間隔を一
定に保持することが可能になる。

【００１６】また、上記第１及び第２の発明に係る半導
体レーザ装置において、集光レンズの外周面に平坦面が
形成され、上記剛体スペーサの一端は、当該平坦面と接
触したことが好ましい。

【００１７】また、上記第３及び第４の発明に係る半導
体レーザ装置のレンズ位置固定方法において、上記集光
レンズとして、外周面に平坦面が形成された集光レンズ
を用い、上記第１のステップでは、上記剛体スペーサの
一端を当該平坦面に接触させることが好ましい。

【００１８】これらのように、集光レンズの外周面に平
坦面を形成すれば、集光レンズの位置を調整する作業等
が容易になると共に、集光レンズを安定した状態でレン
ズホルダの支持面上に固定することが可能になる。

【００１９】また、上記第１及び第２の発明に係る半導
体レーザ装置において、上記レンズホルダの摺動面にガ
イド溝が形成され、上記剛体スペーサは、当該ガイド溝
に沿って摺動可能であることも好ましい。

【００２０】また、上記第３及び第４の発明に係る半導
体レーザ装置のレンズ位置固定方法において、上記レン
ズホルダの摺動面にガイド溝を形成するステップをさら
に備え、上記第１のステップでは、上記剛体スペーサ
を、当該ガイド溝に沿って摺動させることも好ましい。

【００２１】これらのように、レンズホルダの摺動面に
ガイド溝を形成し、このガイド溝に沿って剛体スペーサ
を摺動させれば、剛体スペーサを移動させる作業が容易
になると共に、剛体スペーサがガイド溝と交差する方向
にぐらつくことがなく集光レンズを安定した状態でレン
ズホルダの支持面上に固定することが可能になる。

【００２２】また、上記第１及び第２の発明に係る半導
体レーザ装置において、上記剛体スペーサは、複数の剛
体スペーサを含むことも好ましい。

【００２３】また、上記第３及び第４の発明に係る半導
体レーザ装置のレンズ位置固定方法において、上記剛体
スペーサとして、複数の剛体スペーサを用いることも好
ましい。

【００２４】これらの場合には、各剛体スペーサの位置
等を変えることによって、レンズホルダの支持面に対し
てアオリ（所定の回転軸についての回転）を与えた状態
で集光レンズを固定することが可能になる。すなわち、
独立に移動可能な複数のロッド状剛体スペーサを集光レ
ンズの長手方向と交差する方向に並列して配置すれば、
集光レンズに与えたアオリを保持するように各ロッド状
剛体スペーサの一端と集光レンズとを接触させることが
できる。また、単一の剛体スペーサを用いる場合と比較
して、集光レンズを安定した状態でレンズホルダの支持
面上に固定することが可能になる。

【００２５】また、上記第１及び第２の発明に係る半導
体レーザ装置において、上記剛体スペーサは、レンズホ
ルダの摺動面上の一点を支点として当該摺動面上を回転
移動可能であることも好ましい。

【００２６】また、上記第３及び第４の発明に係る半導
体レーザ装置のレンズ位置固定方法において、上記第１
のステップでは、上記剛体スペーサを、レンズホルダの
摺動面上の一点を支点として当該摺動面上を回転移動さ
せ、当該剛体スペーサの一端を集光レンズと接触させる
ことも好ましい。

【００２７】このように、剛体スペーサをレンズホルダ
の摺動面上の一点を支点として回転移動させれば、単一
の剛体スペーサをもってレンズホルダの支持面に対して
アオリを与えた状態で集光レンズを固定することが可能
になる。すなわち、剛体スペーサがレンズホルダの摺動
面上を回転移動可能であれば、剛体スペーサの一端にお
ける集光レンズと接触させる接触面をレンズホルダの支
持面に対して任意の角度に配置することができるため、
この接触面によって集光レンズに与えたアオリを保持す
ることが可能になる。

【００２８】また、上記第１及び第２の発明に係る半導
体レーザ装置において、上記剛体スペーサは、紫外線を
透過する特性を有することも好ましい。

【００２９】さらに、上記第３及び第４の発明に係る半
導体レーザ装置のレンズ位置固定方法において、上記剛
体スペーサとして、紫外線を透過する特性を有する剛体
スペーサを用いることも好ましい。

【００３０】集光レンズとレンズホルダの支持面を接着
するための接着剤として、紫外線を照射することによっ
て接着作用を有する紫外線硬化型の接着剤（例えば、ア
クリル系モノマーと紫外線照射によってラジカルを発生
する重合開始剤とから構成される接着剤）を使用する場
合には、このように紫外線を透過する特性を有する剛体
スペーサを用いることによって、紫外線硬化型の接着剤
をまんべんなく硬化させることが可能になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る半導体レーザ装置、及び、半導体レーザ装
置のレンズ位置固定方法の好適な実施形態について詳細
に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当
要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、実施形態においては、半導体レーザアレイのレー
ザ出射面に向かって左方向をｘ軸正方向、レーザ出射方
向をｙ軸正方向、レーザ出射面に向かって上方向をｚ軸
正方向とする右手系の直交座標を用いて説明する。

【００３２】まず、本発明の第１の実施形態について説
明する。図１及び図２は、それぞれ第１の実施形態に係
る半導体レーザ装置を示す斜視図及び側面図である。こ
の半導体レーザ装置１は、バー状の半導体レーザアレイ
１１と、カバープレート１２と、サブマウントベース１
３と、ヒートシンク１４と、集光レンズ１５とを備えて
構成される。

【００３３】半導体レーザアレイ１１は、ＧａＡｓ等か
らなる化合物半導体から構成されており、発光領域の大
きさが１００μｍ×２μｍ程度の１チャンネルのレーザ
出射点を出射面２０ａ上に多数配列してバー状に形成し
たものである。この半導体レーザアレイ１１には、カバ
ープレート１２及びサブマウントベース１３がはんだ付
けによって上下面から挟み込むように接合されており、
レーザ出射方向が図中ｘ軸正方向、半導体レーザアレイ
１１の長手方向（レーザ出射点の配列方向）が図中ｙ軸
方向となるようにヒートシンク１０４上に載置されてい
る。サブマウントベース１３及びヒートシンク１４は熱
伝導性に優れた材質から構成されており、ヒートシンク
１４の内部には水路（図示せず）が設けられて冷却水を
循環流通させることが可能になっている。

【００３４】ヒートシンク１４のｙ軸方向に面した側面
（摺動面）には、コの字型のスペーサ支持具２２が取り
付けられており、紫外線透過性を有する材質から構成さ
れた角柱状の剛体スペーサ１８が、ｘ軸方向に沿ってヒ
ートシンク１４の摺動面とスペーサ支持具２２との間に
差し通されている（図３参照）。また、集光レンズ１５
は、円柱状のレンズに研削加工等を施すことによって平
坦面２０ｃが形成された断面が半円形状のレンズであ
り、その平坦面２０ｃを半導体レーザアレイ１１の出射
面２０ａの方向（ｘ軸負方向）に向けて出射面２０ａに
沿うように配置されており、剛体スペーサ１８と接触し
た状態で、剛体スペーサ１８をヒートシンク１４の側面
（摺動面）または突起部２２に接着剤等で固定し、平坦
面２０ｃとヒートシンク１４の支持面２０ｂとの間に塗
布された接着剤１７によってヒートシンク１４の支持面
２０ｂ上に固定されている。以下、この集光レンズの位
置固定方法について詳細に説明する。

【００３５】この位置固定方法では、まず、ヒートシン
ク１４の支持面２０ｂから約３００μｍ程度前側（ｘ軸
正方向側）に集光レンズ１５を配置し、半導体レーザア
レイ１１の出射面２０ａと集光レンズ１５の平坦面２０
ｃとの間隔が一定となるように（すなわち、半導体レー
ザアレイ１１の出射面２０ａと集光レンズ１５の平坦面
２０ｃとが平行になるように）集光レンズ１５の位置合
わせを行なう。この位置合わせ処理は、例えば、半導体
レーザアレイ１１を作動させて、集光レンズ１５によっ
て集光されたレーザ光をモニターしながら行なわれ、モ
ニター出力が最大になるように集光レンズ１５の位置が
調整される。

【００３６】集光レンズ１５の位置合わせ処理が行なわ
れた後、図３に示すように、ヒートシンク１４の摺動面
とスペーサ支持具２２との間に差し通された剛体スペー
サ１８をｘ軸方向に摺動させ、この剛体スペーサ１８の
一端２０ｄを集光レンズ１５の平坦面２０ｃに接触させ
る。その状態で、剛体スペーサ１８をヒートシンク１４
の側面（摺動面）または突起部２２に接着剤により固定
（例えば紫外線硬化型接着剤に紫外線ランプ等を照射す
ることで硬化させることで接着する）した後、集光レン
ズ１５の平坦面２０ｃとヒートシンク１４の支持面２０
ｂとの間に紫外線硬化型の接着剤１７を塗布した後、紫
外線ランプ（図示せず）等を用いてこの接着剤１７に紫
外線を照射し、接着剤１７を硬化させることによって集
光レンズ１５をヒートシンク１４の支持面２０ｂ上に接
着させる。このとき、剛体スペーサ１８は紫外線透過性
を有するため、多方向から紫外線を照射することを必要
とせずに接着剤１７をまんべんなく硬化させることがで
きる。

【００３７】図４は、このようにして集光レンズ１５が
固定された半導体レーザ装置１の平面図であり、図中δ
及びδ’は、それぞれ各端における出射面２０ａと集光
レンズ１５の平坦面２０ｃとの間隔を示す値である。単
に接着剤１７のみによって固定した場合、接着処理の際
又は接着後経時的に接着剤１７の重合収縮が進行し、特
にその収縮量が各端によって異なると集光レンズ１５の
位置がずれて半導体レーザアレイ１１の出射面２０ａと
集光レンズ１５の平坦面２０ｃとの間隔が一定ではなく
なってしまう（すなわち、δ≠δ’となってしまう）。
本実施形態では、剛体スペーサ１８の一端２０ｄを集光
レンズ１５に接触させた状態で、剛体スペーサ１８をヒ
ートシンク１４の側面（摺動面）または突起部２２に接
着剤等で固定し、集光レンズ１５の平坦面２０ｃとヒー
トシンク１４の支持面２０ｂとを接着するため、接着剤
１７が重合収縮を起こしても、ヒートシンク１４の側面
（摺動面）または突起部２２に固定された剛体スペーサ
１８によって出射面２０ａと集光レンズ１５の平坦面２
０ｃとの間隔を一定に（すなわち、δ＝δ’に）保持す
ることができる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図５及び図６は、それぞれ第２の実施形態に係
る半導体レーザ装置を示す斜視図及び側面図である。こ
の半導体レーザ装置２では、第１の実施形態と同様にし
て形成された半導体レーザアレイ１１、カバープレート
１２及びサブマウントベース１３からなるユニットが、
ヒートシンク１４を挟み込んでｚ軸方向に交互に積層さ
れて半導体レーザアレイスタックを構成し、この半導体
レーザアレイスタックがＵ字型のハウジング２１の凹部
に配置されている。

【００３９】ハウジング２１のｙ軸方向に面した側面
（摺動面）には、コの字型のスペーサ支持具２２が各半
導体レーザアレイ１１につき２つずつｚ軸方向に並んで
設けられており、ハウジング２１の摺動面と各スペーサ
支持具２２との間には、角柱状の剛体スペーサ１８がｘ
軸方向に沿って差し通されている。また、半導体レーザ
アレイ１１と同数の断面が半円形状である集光レンズ１
５が、平坦面２０ｃを各半導体レーザアレイ１１の出射
面２０ａの方向（ｘ軸負方向）に向けて出射面２０ａに
沿うように配置されており、剛体スペーサ１８と接触し
た状態で、剛体スペーサ１８がハウジング２１の側面
（摺動面）または突起部２２に固定され、平坦面２０ｃ
とハウジング２１の支持面２０ｂとの間に塗布された接
着剤１７によってハウジング２１の支持面２０ｂ上に固
定されている。

【００４０】この半導体レーザ装置２における各集光レ
ンズ１５は、第１の実施形態において説明した位置固定
方法と同様の方法を用いて固定される。すなわち、各半
導体レーザアレイ１１の出射面２０ａと各集光レンズ１
５の平坦面２０ｃとの間隔が一定となるように各集光レ
ンズ１５の位置合わせを行なった後、ハウジング２１の
摺動面と各スペーサ支持具２２との間に差し通された剛
体スペーサ１８をｘ軸方向に摺動させ、この剛体スペー
サ１８の一端２０ｄを集光レンズ１５の平坦面２０ｃに
接触させる。その状態で、剛体スペーサ１８をハウジン
グ２１の側面（摺動面）または突起部２２に接着剤によ
り固定（例えば紫外線硬化型接着剤に紫外線ランプ等を
照射することで硬化させることで接着する）した後、集
光レンズ１５の平坦面２０ｃとハウジング２１の支持面
２０ｂとの間に紫外線硬化型の接着剤１７を塗布した
後、この接着剤１７に紫外線を照射し、接着剤１７を硬
化させることによって集光レンズ１５をハウジング２１
の支持面２０ｂ上に接着させる。

【００４１】本実施形態においても、剛体スペーサ１８
の一端２０ｄを集光レンズ１５の平坦面２０ｃに接触さ
せた状態で、剛体スペーサ１８をハウジング２１の側面
（摺動面）または突起部２２に接着剤等で固定し、各集
光レンズ１５の平坦面２０ｃとハウジング２１の支持面
２０ｂとを接着するため、接着剤１７が重合収縮を起こ
しても、ハウジング２１の側面（摺動面）または突起部
２２に固定された剛体スペーサ１８によって各半導体レ
ーザアレイ１１の出射面２０ａと各集光レンズ１５の平
坦面２０ｃとの間隔を一定に保持することができる。ま
た、本実施形態では、各集光レンズ１５の一端につき２
本の剛体スペーサ１８を用いるため、単一の剛体スペー
サを用いる場合と比較して、集光レンズ１５を安定した
状態でハウジング２１の支持面２０ｂ上に固定すること
ができる。

【００４２】なお、本実施形態に係る半導体レーザ装置
２において、図７に示すように、半導体レーザアレイ１
１とサブマウントベース１３との間のはんだ層１６の厚
さムラによって、長手方向（ｙ軸方向）を回転軸とする
ズレが生じ、半導体レーザアレイ１１の出射面がハウジ
ング２１の支持面２０ｂ（ｙｚ平面）に対して角度αだ
け傾いてしまうことがある。このように、半導体レーザ
アレイ１１の出射面２０ａとハウジング２１の支持面２
０ｂとが平行でない場合には、集光レンズ１５にアオリ
（ｙ軸方向を回転軸とする回転）を与える必要がある
が、同図に示すように、上側の剛体スペーサ１８を下側
の剛体スペーサ１８よりｘ軸正方向側に摺動させて各剛
体スペーサ１８を集光レンズ１５に接触させれば、集光
レンズ１５にｙ軸に対するアオリを与えた状態で容易に
固定することができる。

【００４３】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。本実施形態では、図８に示すように、第２の実
施形態に係る半導体レーザ装置２におけるハウジング２
１の支持面２０ｂに切り欠き面（摺動面）２０ｅが形成
されており、この切り欠き面２０ｅにコの字型のスペー
サ支持具２２が各半導体レーザアレイ１１につき２つず
つｚ軸方向に並んで設けられており、この切り欠き面２
０ｅと各スペーサ支持具２２との間には、角柱状の剛体
スペーサ１８がｘ軸方向に沿って差し通されている。各
集光レンズ１５を固定する際には、上記第２の実施形態
と同様に、剛体スペーサ１８を切り欠き面２０ｅに沿っ
て摺動させた後、剛体スペーサ１８の一端がレンズの平
坦面２０ｃに接触した状態で、剛体スペーサ１８がハウ
ジング２１の切り欠き面２０ｅまたは突起部２２に固定
され、集光レンズ１５の平坦面２０ｃとハウジング２１
の支持面２０ｂとの間に塗布された接着剤１７を硬化さ
せることによって集光レンズ１５がハウジング２１の支
持面２０ｂ上に接着される。

【００４４】本実施形態のように、ハウジング２１の支
持面２０ｂに切り欠き面２０ｅを形成し、この切り欠き
面２０ｅに沿って剛体スペーサ１８を摺動させることに
よっても、各半導体レーザアレイ１１の出射面２０ａと
各集光レンズ１５の平坦面２０ｃとの間隔を一定に保持
することができると共に、集光レンズ１５にアオリを与
えた状態で容易に固定することができる。

【００４５】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。本実施形態では、図９に示すように、ハウジン
グ２１の支持面２０ｂに形成された切り欠き面（摺動
面）２０ｅに２本のガイド溝２３が設けられており、ロ
ッド状の剛体スペーサ１９がこのガイド溝２３に沿って
摺動可能になっている。集光レンズ１５を固定する際に
は、剛体スペーサ１８をガイド溝２３に沿って摺動させ
た後、剛体スペーサ１８の一端がレンズの平坦面２０ｃ
に接触した状態で、剛体スペーサ１８がハウジング２１
の切り欠き面２０ｅに固定され、集光レンズ１５の平坦
面２０ｃとハウジング２１の支持面２０ｂとの間に塗布
された接着剤１７を硬化させることによって集光レンズ
１５がハウジング２１の支持面２０ｂ上に接着される。

【００４６】本実施形態のように、ハウジング２１の切
り欠き面（摺動面）２０ｅにガイド溝２３を形成し、こ
のガイド溝２３に沿って剛体スペーサ１９を挿入すれ
ば、剛体スペーサ１９がガイド溝２３と交差する方向に
ぐらつくことがなく、集光レンズ１５を安定した状態で
ハウジング２１の支持面２０ｂ上に固定することができ
る。

【００４７】最後に、本発明の第５の実施形態について
説明する。本実施形態では、図１０に示すように、剛体
スペーサ１８がｘ軸方向に摺動させた後、この剛体スペ
ーサ１８の一点を固定具２４を用いてハウジング２１の
ｙ軸方向に面した側面（摺動面）上に固定することによ
って、この固定具２４を支点として剛体スペーサ１８が
摺動面上を回転可能になる。集光レンズ１５を固定する
際には、集光レンズ１５の平坦面２０ｃのアオリ角に合
わせて剛体スペーサ１８を回転移動させて剛体スペーサ
１８の一端２０ｄを集光レンズ１５の平坦面２０ｃに接
触させた後、剛体スペーサ１８をハウジング２１の側面
（摺動面）に接着剤等で固定し、集光レンズ１５の平坦
面２０ｃとハウジング２１の支持面２０ｂとの間に塗布
された接着剤１７を硬化させることによって集光レンズ
１５がハウジング２１の支持面２０ｂ上に接着される。

【００４８】本実施形態のように、剛体スペーサ１８を
ハウジング２１の摺動面上の一点を支点として回転移動
させることによっても、ハウジング２１の支持面２０ｂ
に対してアオリを与えた状態で集光レンズ１５を固定す
ることができる。すなわち、剛体スペーサ１８がハウジ
ング２１の摺動面上を回転移動可能であれば、剛体スペ
ーサ１８の一端２０ｄにおける集光レンズ１５の平坦面
２０ｃと接触させる接触面をハウジング２１の支持面２
０ｂに対して任意の角度に配置することができるため、
これによって集光レンズ１５に与えたアオリを保持する
ことができる。

【００４９】なお、本発明に係る半導体レーザ装置、及
び、半導体レーザ装置のレンズ位置固定方法は、上記実
施形態に記載の態様に限定されるものではなく、他の条
件等に応じて種々の変形態様をとることが可能である。
例えば、上記実施形態では、放熱のためのヒートシンク
や半導体レーザアレイスタックを収納するためのハウジ
ングをレンズホルダとし、これらに集光レンズを固定す
る例について説明したが、これらとは別個にレンズホル
ダを設けてそのレンズホルダに集光レンズを固定しても
よい。

【００５０】また、上記第２の実施形態等では、予め半
導体レーザアレイスタックを構成した後、各レーザ出射
面に対して集光レンズを固定する例について説明した
が、各半導体レーザアレイをヒートシンク等を介して積
層するごとにその半導体レーザアレイの出射方向近傍に
集光レンズを固定し、これらの作業を順次繰り返すこと
によって半導体レーザアレイスタックを構成してもよ
い。

【００５１】また、上記実施形態では、集光レンズの光
学部分（すなわち、集光に関与する部分）と剛体スペー
サの一端とを接触させた状態で接着する例について説明
したが、集光レンズに専用の支持部を設け、この支持部
と剛体スペーサの一端とを接触させた状態で集光レンズ
を固定してもよい。例えば、図１１に示すように、集光
レンズ１５の下部に突起部２５を設け、この突起部２５
に形成された平坦面部分に剛体スペーサ１８を接触させ
ることとしてもよい。

【００５２】また、上記第５の実施形態では、剛体スペ
ーサの一点を固定具を用いて摺動面に固定することによ
って剛体スペーサを摺動面上で回転可能とする例につい
て説明したが、例えば、図１２に示すように、剛体スペ
ーサ１８の側面をｙ軸方向に貫通する貫通孔２６を設
け、図１３（ａ）に示すような剛体ピン２８を貫通孔２
６を通してハウジング２１の摺動面に押し付け、これを
支点として剛体スペーサ１８を回転させた後、この剛体
ピン２８を抜いて剛体スペーサ１８の他端側に接着剤２
７を塗布して剛体スペーサ１８をハウジング２１の摺動
面上に接着することとしてもよい。なお、この場合、剛
体ピン２８に代え、ばね等の弾性体によって構成された
弾性体ピン２９（図１３（ｂ）参照）を用いれば、押し
付ける際にハウジング２１の摺動面に過度な力がかから
ず、剛体スペーサ１８の回転移動等の操作も容易にな
る。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体レーザ装置、及び、半導体レーザ装置のレンズ位置固
定方法によれば、レーザ出射面と集光レンズとの間隔を
一定に保持し、集光効率を向上させることが可能にな
る。

【００５４】すなわち、剛体スペーサの一端と接触させ
て集光レンズの位置調整を行なうことによって、レーザ
出射面とレンズホルダの支持面とが平行でない場合であ
っても、集光レンズとレンズホルダの支持面との間隔が
一定となるように配置することが容易になる。また、剛
体スペーサの一端を集光レンズと接触させた状態で剛体
スペーサをレンズホルダに固定し、レンズとレンズホル
ダの支持面との接着処理を行なうことによって、接着処
理の際又は接着後経時的に接着剤が重合収縮を起こして
も、レーザ出射面と集光レンズとの間隔を一定に保持す
ることが可能になる。

【００５５】また、集光レンズの外周面に平坦面を形成
することによって、集光レンズの位置を調整する作業等
が容易になると共に、集光レンズを安定した状態でレン
ズホルダの支持面上に固定することが可能になる。

【００５６】また、レンズホルダの摺動面にガイド溝を
形成し、このガイド溝に沿って剛体スペーサを摺動させ
ることによって、剛体スペーサを移動させる作業が容易
になると共に、剛体スペーサがガイド溝と交差する方向
にぐらつくことがなく集光レンズを安定した状態でレン
ズホルダの支持面上に固定することが可能になる。

【００５７】また、独立に移動可能な複数のロッド状剛
体スペーサを集光レンズの長手方向と交差する方向に並
列して配置すれば、集光レンズに与えたアオリ（所定の
回転軸についての回転）を保持するように各ロッド状剛
体スペーサの一端と集光レンズとを接触させることが可
能になる。また、単一の剛体スペーサを用いる場合と比
較して、集光レンズを安定した状態でレンズホルダの支
持面上に固定することが可能になる。

【００５８】また、剛体スペーサをレンズホルダの摺動
面上の一点を支点として回転移動させれば、単一の剛体
スペーサをもってレンズホルダの支持面に対してアオリ
を与えた状態で集光レンズを固定することが可能にな
る。

【００５９】また、紫外線を透過する特性を有する剛体
スペーサを用いることによって、紫外線硬化型の接着剤
をまんべんなく硬化させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視
図である。

【図２】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の側面
図である。

【図３】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置のレン
ズ位置固定方法を説明する摸式図である。

【図４】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の平面
図である。

【図５】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の斜視
図である。

【図６】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の側面
図である。

【図７】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置のレン
ズ位置固定方法を説明する模式図である。

【図８】第３の実施形態に係る半導体レーザ装置のレン
ズ位置固定方法を説明する模式図である。

【図９】第４の実施形態に係る半導体レーザ装置のレン
ズ位置固定方法を説明する模式図である。

【図１０】第５の実施形態に係る半導体レーザ装置のレ
ンズ位置固定方法を説明する側面図である。

【図１１】実施形態に係る半導体レーザ装置のレンズ位
置固定方法の変形例を説明する側面図である。

【図１２】実施形態に係る半導体レーザ装置のレンズ位
置固定方法の変形例を説明する側面図である。

【図１３】実施形態に係る半導体レーザ装置のレンズ位
置固定方法の変形例に用いられる固定具を示す図であ
る。

【図１４】第１の従来例に係る半導体レーザ装置の斜視
図である。

【図１５】第１の従来例に係る半導体レーザ装置の側面
図である。

【図１６】第１の従来例に係る半導体レーザ装置の平面
図である。

【図１７】第２の従来例に係る半導体レーザ装置の斜視
図である。

【図１８】半導体レーザアレイとサブマウントベースと
を接合する際に生じるズレを説明する模式図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ装置、２…半導体レーザ装置、１１…
半導体レーザアレイ、１２…カバープレート、１３…サ
ブマウントベース、１４…ヒートシンク、１５…集光レ
ンズ、１６…はんだ層、１７…接着剤、１８…剛体スペ
ーサ、１９…剛体スペーサ、２０ａ…レーザ出射面、２
０ｂ…支持面、２０ｃ…平坦面、２０ｄ…端部、２０ｅ
…切り欠き面、２１…ハウジング、２２…スペーサ支持
具、２３…ガイド溝、２４…固定具、２５…突起部、２
６…貫通孔、２７…接着剤、２８…剛体ピン、２９…弾
性体ピン、１００…半導体レーザ装置、１０１…半導体
レーザアレイ、１０２…カバープレート、１０３…サブ
マウントベース、１０４…ヒートシンク、１０５…集光
レンズ、１０６…はんだ層、１０７…接着剤、１１０…
半導体レーザ装置、１１１…ハウジング、２００ａ…レ
ーザ出射面、２００ｂ…支持面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 王 ゆう 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 菅 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AB02 AB27 BA09 CA02 EA29 FA08

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレーザ出射点が出射面上において
   長手方向に配列された半導体レーザアレイと、 前記半導体レーザアレイの出射方向近傍に前記出射面に
   沿うようにして配置され、前記半導体レーザアレイから
   出射されたレーザ光を前記長手方向と交差する方向に集
   光する集光レンズと、 前記集光レンズを支持するための支持面及び当該支持面
   と交差する摺動面を有するレンズホルダと、 前記レンズホルダの摺動面に沿って摺動可能な剛体スペ
   ーサとを備え、 前記剛体スペーサの一端が前記集光レンズと接触した状
   態で、前記剛体スペーサを前記レンズホルダに固定し、
   前記集光レンズと前記レンズホルダの支持面との間に塗
   布された接着剤を硬化させることによって前記集光レン
   ズが前記レンズホルダの支持面上に接着されたことを特
   徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 複数のレーザ出射点が出射面上において
   長手方向に配列された複数の半導体レーザアレイが、出
   射方向を同一方向として前記長手方向及び前記出射方向
   と交差する方向にスタック状に配置された半導体レーザ
   アレイスタックと、 前記各半導体レーザアレイの出射方向近傍に前記出射面
   に沿うようにして配置され、前記各半導体レーザアレイ
   から出射されたレーザ光を前記長手方向と交差する方向
   に集光する前記半導体レーザアレイと同数の集光レンズ
   と、 前記集光レンズを支持するための支持面及び当該支持面
   と交差する摺動面を有するレンズホルダと、 前記レンズホルダの摺動面に沿って摺動可能な剛体スペ
   ーサとを備え、 前記剛体スペーサの一端が前記集光レンズと接触した状
   態で、前記剛体スペーサを前記レンズホルダに固定し、
   前記集光レンズと前記レンズホルダの支持面との間に塗
   布された接着剤を硬化させることによって前記集光レン
   ズが前記レンズホルダの支持面上に接着されたことを特
   徴とする半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記集光レンズの外周面に平坦面が形成
   され、前記剛体スペーサの一端は、当該平坦面と接触し
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レー
   ザ装置。
4. 【請求項４】 前記レンズホルダの摺動面にガイド溝が
   形成され、前記剛体スペーサは、当該ガイド溝に沿って
   摺動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
   かに記載の半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記剛体スペーサは、複数の剛体スペー
   サを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記剛体スペーサは、前記レンズホルダ
   の摺動面上の一点を支点として当該摺動面上を回転移動
   可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
   記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記剛体スペーサは、紫外線を透過する
   特性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   に記載の半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 複数のレーザ出射点が出射面上において
   長手方向に配列された半導体レーザアレイと、前記半導
   体レーザアレイの出射方向近傍に前記出射面に沿うよう
   にして配置され、前記半導体レーザアレイから出射され
   たレーザ光を前記長手方向と交差する方向に集光する集
   光レンズと、前記集光レンズを支持するための支持面及
   び当該支持面と交差する摺動面を有するレンズホルダと
   を備える半導体レーザ装置において前記集光レンズの位
   置を固定する方法であって、 剛体スペーサを前記レンズホルダの摺動面に沿って摺動
   させ、当該剛体スペーサの一端を前記集光レンズと接触
   させる第１のステップと、 前記剛体スペーサを前記レンズホルダに固定する第２の
   ステップと、 前記集光レンズと前記レンズホルダの支持面との間に塗
   布された接着剤を硬化させることによって前記集光レン
   ズを前記レンズホルダの支持面上に接着する第３のステ
   ップとを備えることを特徴とする半導体レーザ装置のレ
   ンズ位置固定方法。
9. 【請求項９】 複数のレーザ出射点が出射面上において
   長手方向に配列された複数の半導体レーザアレイが、出
   射方向を同一方向として前記長手方向及び前記出射方向
   と交差する方向にスタック状に配置された半導体レーザ
   アレイスタックと、前記各半導体レーザアレイの出射方
   向近傍に前記出射面に沿うようにして配置され、前記各
   半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を前記長手
   方向と交差する方向に集光する前記半導体レーザアレイ
   と同数の集光レンズと、前記集光レンズを支持するため
   の支持面及び当該支持面と交差する摺動面を有するレン
   ズホルダとを備える半導体レーザ装置において前記集光
   レンズの位置を固定する方法であって、 剛体スペーサを前記レンズホルダの摺動面に沿って摺動
   させ、当該剛体スペーサの一端を前記集光レンズと接触
   させる第１のステップと、 前記剛体スペーサを前記レンズホルダに固定する第２の
   ステップと、 前記集光レンズと前記レンズホルダの支持面との間に塗
   布された接着剤を硬化させることによって前記集光レン
   ズを前記レンズホルダの支持面上に接着する第３のステ
   ップとを備えることを特徴とする半導体レーザ装置のレ
   ンズ位置固定方法。
10. 【請求項１０】 前記集光レンズとして、外周面に平坦
    面が形成された集光レンズを用い、 前記第１のステップでは、前記剛体スペーサの一端を当
    該平坦面に接触させることを特徴とする請求項８又は９
    に記載の半導体レーザ装置のレンズ位置固定方法。
11. 【請求項１１】 前記レンズホルダの摺動面にガイド溝
    を形成するステップをさらに備え、 前記第１のステップでは、前記剛体スペーサを、当該ガ
    イド溝に沿って摺動させることを特徴とする請求項８〜
    １０のいずれかに記載の半導体レーザ装置のレンズ位置
    固定方法。
12. 【請求項１２】 前記剛体スペーサとして、複数の剛体
    スペーサを用いることを特徴とする請求項８〜１１のい
    ずれかに記載の半導体レーザ装置のレンズ位置固定方
    法。
13. 【請求項１３】 前記第１のステップでは、前記剛体ス
    ペーサを、前記レンズホルダの摺動面上の一点を支点と
    して当該摺動面上を回転移動させ、当該剛体スペーサの
    一端を前記集光レンズと接触させることを特徴とする請
    求項８〜１２のいずれかに記載の半導体レーザ装置のレ
    ンズ位置固定方法。
14. 【請求項１４】 前記剛体スペーサとして、紫外線を透
    過する特性を有する剛体スペーサを用いることを特徴と
    する請求項８〜１３のいずれかに記載の半導体レーザ装
    置のレンズ位置固定方法。