JP2020043327A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device.
従来より、発光素子から放射された光を集光、拡散、またはコリメートする際に、レンズが利用されることは知られている。また、光がレンズに到達する前にミラーを介在させることもできる。例えば特許文献1には、複数の半導体レーザ素子及び複数のプリズムを有する光源装置によって半導体レーザ素子から放射された光を反射し、光源装置の上方に配されるレンズに入射する光学系を有したプロジェクターが開示されている。限られたパッケージサイズの中で、ミラーやプリズム等の光反射部材を介在させることで、レンズに到達するまでの光路長を長くすることができる。 Conventionally, it is known that a lens is used when condensing, diffusing, or collimating light emitted from a light emitting element. Further, a mirror can be interposed before the light reaches the lens. For example, Patent Literature 1 has an optical system in which light emitted from a semiconductor laser element is reflected by a light source apparatus having a plurality of semiconductor laser elements and a plurality of prisms and is incident on a lens disposed above the light source apparatus. A projector is disclosed. By interposing a light reflecting member such as a mirror or a prism in a limited package size, the optical path length to reach the lens can be lengthened.
しかしながら、特許文献1により開示される光源装置のように、光反射部材を介在させて光路長を長くすると、光は拡がっていく。 However, when the light path length is increased by interposing a light reflecting member as in the light source device disclosed in Patent Literature 1, light spreads.
本開示の一実施形態に係る発光装置は、底部を有する基部と、前記基部の底部の上に配置される第1半導体レーザ素子と、前記基部の底部の上に配置され、前記第1半導体レーザ素子から放射された光を反射する光反射面を有する第1光反射部材と、を有し、前記第1光反射部材の光反射面は、前記第1半導体レーザ素子から放射された主要部分の光について、前記光反射面に照射される光の拡がり角よりも前記光反射面で反射された光の拡がり角を小さくし、かつ、前記光反射面で反射された光の拡がり角を0度にしない、曲面形状を有する。 A light emitting device according to an embodiment of the present disclosure includes a base having a bottom, a first semiconductor laser element disposed on the bottom of the base, and a first semiconductor laser disposed on the bottom of the base. A first light reflecting member having a light reflecting surface for reflecting light emitted from the element, wherein the light reflecting surface of the first light reflecting member is a main portion of the main part emitted from the first semiconductor laser element. Regarding the light, the divergence angle of the light reflected on the light reflection surface is smaller than the divergence angle of the light applied to the light reflection surface, and the divergence angle of the light reflected on the light reflection surface is 0 degree. It has a curved surface shape.
本開示によれば、光の拡がりが低減された発光装置を提供できる。 According to the present disclosure, a light emitting device in which the spread of light is reduced can be provided.
本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below are for embodying the technical idea of the present invention, and do not limit the present invention. Further, in the following description, the same names and reference numerals denote the same or similar members, and a detailed description thereof will be omitted as appropriate. In addition, the size, positional relationship, and the like of the members illustrated in each drawing may be exaggerated for clarity of description.
<第1実施形態>
図1乃至図6は、第1実施形態に係る発光装置1の構造を説明するための図である。図1は、発光装置1を光が出射される側から見た斜視図である。図2は、構成の一部を取り除き半導体レーザ素子が配される空間を可視化した状態の発光装置1を、図1と同様の方向から見た斜視図である。図3は、光が出射される側を上面とした場合の、図1で示した発光装置1の上面図である。図4は、光が出射される側を上面とした場合の、図2で示した発光装置1の上面図である。図5は、図3のV-Vを結ぶ直線における発光装置1の断面図である。図6は、図3のVI-VIを結ぶ直線における発光装置1の断面図である。なお、図が煩雑にならないように、図4でワイヤを含めた発光装置1の図を記しておき、その他の図ではこれを省略している。
<First embodiment>
1 to 6 are views for explaining the structure of the light emitting device 1 according to the first embodiment. FIG. 1 is a perspective view of the light emitting device 1 as viewed from a side from which light is emitted. FIG. 2 is a perspective view of the light emitting device 1 in a state where a part of the configuration is removed and a space where the semiconductor laser element is arranged is visualized, as viewed from the same direction as FIG. FIG. 3 is a top view of the light emitting device 1 shown in FIG. 1 when the side from which light is emitted is the top surface. FIG. 4 is a top view of the light emitting device 1 shown in FIG. 2 when the side from which light is emitted is the top surface. FIG. 5 is a cross-sectional view of the light emitting device 1 taken along a straight line connecting VV in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the light emitting device 1 taken along a line connecting VI-VI in FIG. In addition, in order not to complicate the drawing, a drawing of the light emitting device 1 including wires is shown in FIG. 4, and is omitted in other drawings.
発光装置1を構成する構成要素として、基部10、1つの第1半導体レーザ素子20、2つの第2半導体レーザ素子30、サブマウント40、第1光反射部材50、第2光反射部材60、蓋部材70、レンズ部材80、接着部90、及びワイヤ91を有する。なお、レンズ部材80は、発光装置1に換えて別の装置に備わっていてもよい。
The constituent elements of the light emitting device 1 include a
また、第1及び第2半導体レーザ素子のうち第1半導体レーザ素子20のみで構成されてもよい。第2半導体レーザ素子30を有さない場合には、第2光反射部材60も設けなくてよい。また、複数の第1半導体レーザ素子20が配されてもよい。同様に、第2半導体レーザ素子30についても1または複数が配されてもよい。基部10の材料や構造によっては、サブマウント40を設けないで実装することも可能である。
Further, the first and second semiconductor laser elements may be constituted only by the first
次に、各構成要素について説明する。
基部10は、基部10の底面を形成する底部と、基部10の側面を形成する枠部とを有する。また、枠部は内側面ISを有し、内側面ISと底部の上面USによって、基部10に中央部が凹んだ凹構造が形成される。枠部の内側面の一部には段差部STが設けられる。なお、内側面の全体に亘って段差部STを設けてもよい。段差部の上面には金属膜が設けられる。
Next, each component will be described.
The
基部10は、セラミックを主材料として形成することができる。なお、セラミックに限らず金属で形成してもよい。基部10の主材料としては、例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素を、金属では銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅-ダイヤモンド複合材料、銅タングステンを主材料に用いることができる。あるいは、底部と枠部を、それぞれ主材料が異なる別個の部材として形成し、底部と枠部を接合して基部10を形成してもよい。例えば、底部と枠部の主材料に異なる金属を用いる場合や、金属を主材料とした底部とセラミックを主材料とした枠部とを用いる場合なども考えられる。
The
第1半導体レーザ素子20及び第2半導体レーザ素子30はレーザ光を放射する。これら半導体レーザ素子から放射されるレーザ光は拡がりを有し、光の出射端面と平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン(以下「FFP」という。)を形成する。なお、FFPは、光の出射端面からある程度離れており且つ光出射端面と平行な面における光の光強度分布から特定される。FFPの形状は、ピーク強度値に対して1/e2以上の強度を有する光が分布する領域として特定することができる。FFPの形状を形成する光を、主要部分の光と呼ぶものとする。
The first
図7は、発光装置1の第1半導体レーザ素子20と第2半導体レーザ素子30から放射される主要部分の光を示した模式図である。なお、説明に必要な発光装置1の一部分のみを記している。図7に示すように、FFPの形状は、活性層を含む複数の半導体層の積層方向における長さがそれに垂直な方向における長さよりも長い楕円形状である。本明細書では、この楕円形状の長径に対応する方向の光の拡がりを垂直方向の拡がり、短径に対応する方向の光の拡がりを水平方向の拡がりとする。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating light of a main part emitted from the first
また、主要部分の光が放射される空間内において、光の出射端面から楕円形状の長径の両端を進む光の成す角の半値をその光の垂直方向の拡がり角といい、光の出射端面から楕円形状の短径の両端を進む光の成す角の半値をその光の水平方向の拡がり角といる。図7に基づけば、第1及び第2半導体レーザ素子の垂直方向の拡がり角はθ1/2で、水平方向の拡がり角はθ2/2となる。第1及び第2半導体レーザ素子20及び30から放射される光の拡がり角は、いずれも、水平方向の拡がり角よりも垂直方向の拡がり角の方が大きいと言える。
Also, in the space where the light of the main part is radiated, the half value of the angle formed by the light traveling through both ends of the major axis of the ellipse from the light emitting end face is called the vertical divergence angle of the light, and from the light emitting end face. The half value of the angle formed by light traveling at both ends of the minor axis of the ellipse is defined as the horizontal spread angle of the light. Based on FIG. 7, the vertical divergence angle of the first and second semiconductor laser elements is θ1 / 2, and the horizontal divergence angle is θ2 / 2. Regarding the divergence angles of the light emitted from the first and second
第1半導体レーザ素子20から放射される光は、第2半導体レーザ素子30から放射される光よりも、垂直方向の拡がり角が大きい。なお、採用する半導体レーザ素子の拡がり角にも依るが、第1実施形態の発光装置1を効果的に適用する上で、第1半導体レーザ素子20と第2半導体レーザ素子30との間に、第1半導体レーザ素子20から放射されるレーザ光の方が垂直方向の拡がり角が10度以上大きい、という条件が成立していることが好ましい。第1半導体レーザ素子20と第2半導体レーザ素子30とのレーザ光の垂直方向の拡がり角の差は、例えば30度以下とすることができる。
The light emitted from the first
例えば、第1半導体レーザ素子20には、赤色の光を放射する半導体レーザ素子が採用され、第2半導体レーザ素子30には、青色の光を放射する半導体レーザ素子と緑色の光を放射する半導体レーザ素子が採用される。なお、3色の半導体レーザ素子を用いる以外に、色の組合せを変えてもよい。
For example, a semiconductor laser device that emits red light is used as the first
赤色の光は、その発光ピーク波長が605nm〜750nmの範囲内にあることが好ましく、610nm〜700nmの範囲内にあることがより好ましい。赤色の光を発する半導体レーザ素子としては、例えば、InAlGaP系やGaInP系、GaAs系やAlGaAs系の半導体を含むものが挙げられる。これらの半導体を含む半導体レーザ素子は、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子と比べると、熱によって出力が低下しやすい。この点を考慮して、2以上の導波路領域を備えるとよい。導波路領域を増やすことにより熱を分散させ、半導体レーザ素子の出力低下を低減することができる。 Red light preferably has an emission peak wavelength in the range of 605 nm to 750 nm, and more preferably in the range of 610 nm to 700 nm. Examples of the semiconductor laser device that emits red light include a device containing an InAlGaP-based, GaInP-based, GaAs-based, or AlGaAs-based semiconductor. The output of a semiconductor laser device containing these semiconductors is more likely to be reduced by heat than a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor. Considering this point, it is preferable to provide two or more waveguide regions. By increasing the waveguide region, heat can be dispersed, and a decrease in output of the semiconductor laser device can be reduced.
青色の光は、その発光ピーク波長が420nm〜494nmの範囲内にあることが好ましく、440nm〜475nmの範囲内にあることがより好ましい。青色の光を発する半導体レーザ素子としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、GaN、InGaN、及びAlGaNを用いることができる。 The blue light preferably has an emission peak wavelength in the range of 420 nm to 494 nm, and more preferably in the range of 440 nm to 475 nm. As a semiconductor laser device that emits blue light, a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor can be given. As a nitride semiconductor, for example, GaN, InGaN, and AlGaN can be used.
緑色の光は、その発光ピーク波長が495nm〜570nmの範囲内にあることが好ましく、510nm〜550nmの範囲内にあることがより好ましい。緑色の光を発する半導体レーザ素子としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、GaN、InGaN、及びAlGaNを用いることができる。 Green light preferably has an emission peak wavelength in the range of 495 nm to 570 nm, and more preferably in the range of 510 nm to 550 nm. As a semiconductor laser device that emits green light, a semiconductor laser device containing a nitride semiconductor can be given. As a nitride semiconductor, for example, GaN, InGaN, and AlGaN can be used.
サブマウント40は直方体の形状で構成される。なお、形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント40は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成することができる。また、これに限らず他の材料を用いることも出来る。また、サブマウント40には一部に金属膜が設けられている。
The
第1及び第2光反射部材50及び60は、底面と、底面から垂直に伸びる側面と、底面と反対側で側面と交わる上面と、を有する。上面の一部の領域は底面と平行ではない。また、上面の一部の領域は底面と平行である。少なくとも底面と平行でない領域において光を反射する光反射面が形成される。第1光反射部材50の光反射面と第2光反射部材60の光反射面とは異なる形状を有している。第1光反射部材50は光反射面が窪んだ曲面形状となっており、第2光反射部材60は光反射面が平面となっている。第2光反射部材60の光反射面である平面と、底面と、が成す角度は45度となるように設計される。
Each of the first and second
第1及び第2光反射部材50及び60は、熱に強い材料を主材料に用いてその外形を形成し、形成した外形のうち光反射面を設けたい面に光反射率の高い材料を用いることで形成できる。主材料としては、石英若しくはBK7(硼珪酸ガラス)等のガラス、アルミニウム等の金属、又はSi等を採用することができる。光反射面としては、Ag、Al等の金属やTa2O5/SiO2、TiO2/SiO2、Nb2O5/SiO2等の誘電体多層膜等を採用することができる。第1及び第2光反射部材50及び60は、金属等の光反射率の高い材料を用いてその外形を形成し、光反射膜を省略してもよい。第1及び第2光反射部材50及び60の光反射面は、それぞれ、反射させるレーザ光のピーク波長に対する光反射率を99%以上とすることができる。これらの光反射率は100%以下あるいは100%未満とすることができる。
The first and second
蓋部材70は直方体の形状で構成される。また、蓋部材70は全体として透光性である。なお、一部に非透光性の領域を有していてもよい。また、形状は直方体に限らなくて良い。蓋部材70は、サファイアを主材料に用いて形成することができる。また、一部の領域に金属膜が設けられる。サファイアは、比較的屈折率が高く、比較的強度も高い材料である。なお、主材料には、サファイアの他に、例えばガラス等を用いることもできる。
The
レンズ部材80は、レンズ形状を有する3つのレンズ部82と、それ以外の非レンズ部81と、を有する。非レンズ部81の1つの面上に3つのレンズ部82が連結して設けられたような形でレンズ部材80は形成される。レンズ部材80は、非レンズ部81及びレンズ部82が一体となった形状で形成することができる。例えば、このような形状の型を用いて成形することで、非レンズ部81及びレンズ部82が一体合成されたレンズ部材80を製造することができる。一体合成されたレンズ部材80を製造することは、生産性の面で優れている。
The
あるいは、非レンズ部81の形状を整形した部材と、レンズ部82の形状を整形した部材と、をそれぞれ別個に用意し、非レンズ部81の面上にレンズ部82を接合して形成するようにしてもよい。レンズ部材80には、例えば、BK7、B270、ホウケイ酸ガラス等のガラス等を用いることができる。
Alternatively, a member obtained by shaping the shape of the
なお、非レンズ部81においてレンズ部82が設けられる面と重なる平面をレンズ部82あるいは非レンズ部81の境界面とする。レンズ部82の境界面というときは、レンズ部82においてこの境界面と重なる面を示すものとする。レンズ部82と非レンズ部81とが一体的に形成されている場合であっても、仮想的に境界面と重なる領域をこれと捉えることができる。また、レンズ部材80が非レンズ部81を有さない場合には、レンズ部82においてレンズ形状(曲面構造)を有する面と反対側の平面をレンズ部82の境界面と捉えるものとする。
The plane of the
接着部90は、接着剤が固まって形成される。接着部90を形成する接着剤としては、紫外線硬化型の樹脂を用いることが好ましい。紫外線硬化型の樹脂は加熱せずに比較的短い時間で硬化することができるため所望の位置にレンズ部材80を固定しやすい。
The
次に、これらの構成要素を用いて製造される発光装置1について説明する。
基部10の底面を形成する底部の上面USに、サブマウント40を介して1つの第1半導体レーザ素子20と2つの第2半導体レーザ素子30が配置される。なお、サブマウント40を介さない場合は、底部の上面USに直接第1及び第2半導体レーザ素子が配置される。また、発光装置1において、赤色の第1半導体レーザ素子20と、青色の第2半導体レーザ素子30及び緑色の第2半導体レーザ素子30と、が配置される。
Next, the light emitting device 1 manufactured using these components will be described.
One first
発光装置1において、赤色の光を放射する第1半導体レーザ素子20青色の光を放射する第2半導体レーザ素子30が中央に配置され、それを挟む位置に赤色の光を放射する第1半導体レーザ素子20及び緑色の光を放射する第2半導体レーザ素子30が配置されている。これは、赤色の光を放射する第1半導体レーザ素子20は熱に対する光出力特性が他と比べて悪いことを考慮している。またさらに、青色の光を放射する第2半導体レーザ素子30の方が緑色の光を放射する第2半導体レーザ素子30よりも発熱量が少ないことを考慮している。つまり、このような熱に対する特性を考慮して、3つの半導体レーザ素子のうち特性が最も良好なものを真ん中に配置すると良い。
In the light emitting device 1, the first
また、底部の上面USに、1つの第1光反射部材50と1つの第2光反射部材60が配される。底部の上面USは、第1及び第2光反射部材の底面と接合する。第1半導体レーザ素子20から放射された光の主要部分が第1光反射部材50の光反射面に照射され、第2半導体レーザ素子30から放射された光の主要部分が第2光反射部材60の光反射面に照射されるように、第1及び第2光反射部材は配置される。
In addition, one first
光反射部材による反射を介することで、光反射部材を介在させない場合と比べて光路長を長くすることができる。光路長が長い方が光反射部材と半導体レーザ素子との実装ずれによる影響を小さくすることができる。なお、1の第2光反射部材60で2つの第2半導体レーザ素子30に対応する代わりに、2つの第2半導体レーザ素子30のそれぞれに応じて2つの第2光反射部材60が用意されてもよい。
Through the reflection by the light reflecting member, the optical path length can be made longer than when no light reflecting member is interposed. The longer the optical path length is, the smaller the effect of mounting deviation between the light reflecting member and the semiconductor laser element can be. Instead of one second
基部10の枠部は、底部の上面USに配された第1及び第2半導体レーザ素子20及び30、サブマウント40、及び、第1及び第2光反射部材50及び60を囲う。従って、枠部による枠の内側で、底部の上面USの上にこれらの構成要素は配置される。枠部の段差部STの上面に設けられた金属膜には、複数のワイヤ91の一端が接合される。複数のワイヤ91の他端は第1及び第2半導体レーザ素子に接合される。これにより第1及び第2半導体レーザ素子20及び30は発光装置1の外部に設けられる電源と電気的に接続される。
The frame of the base 10 surrounds the first and second
基部10の枠部の内側面ISのうち一部の領域に段差部STは設けられていない。また、第1半導体レーザ素子20の第1光反射部材50に近い側の側面とは反対側の側面と、第1光反射部材50の第1半導体レーザ素子20に近い側の側面とは反対側の側面と、にこの領域が来るように配置される。なお、第1半導体レーザ素子20に近い側の側面と反対側の側面に段差部STを設けた場合、第1半導体レーザ素子20に繋げるワイヤ91を張ると第1光反射部材50を跨ぐようになる。そのため、ここに電気的な接続を図るための段差部STは設けていない。このように一部に段差部STを設けないことで、より小型の発光装置1とすることができる。
The step ST is not provided in a part of the inner surface IS of the frame of the
サブマウント40は、その上面に3つの半導体レーザ素子を配する。なお、第1及び第2半導体レーザ素子20及び30の各半導体レーザ素子に対応して、1対1でサブマウント40を設けてもよい。サブマウント40は、その底面で基部10の底部と接合し、上面で半導体レーザ素子と接合する。半導体レーザ素子はAu−Sn等の導電性の接合剤を介してサブマウント40の上面に設けられた金属膜に接合される。
The
放熱性の観点からすると、サブマウント40は、その熱伝導率が基部10の底部の熱伝導率よりも高いものを用いると、ヒートスプレッダーとしてより高い効果を得ることができる。例えば、半導体レーザ素子として窒化物半導体を含む材料を用い、基部10の主材料として窒化アルミニウムを用いる場合、サブマウント40として、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いることができる。なお、基部10及びサブマウント40に窒化アルミニウムを用いる場合、サブマウント40に用いる窒化アルミニウムの方が、基部10に用いる窒化アルミニウムよりも熱伝導率の高いものを用いることができる。
From the viewpoint of heat dissipation, if the
また、各半導体レーザ素子20及び30の底部からの高さが同じになるように、サブマウント40の形状は設計される。さらに、第1半導体レーザ素子20に設けられたサブマウント40と第1光反射部材50との間の距離は、第2半導体レーザ素子30に設けられたサブマウント40と第2光反射部材60との間の距離と同じになるように設計される。なお、設計上は同じでも実装段階における部材公差や実装公差などによって誤差は生じる。発光装置1において高さや長さ、あるいは、配置する位置などに関して同じというときは、このような誤差は許容範囲を含まれるものとする。また、これらの高さや距離は、必ずしも同じになっていなくてよい。
The shape of the
第1半導体レーザ素子20の出射端面と第1光反射部材50との間の距離は、第2半導体レーザ素子30の出射端面と第2光反射部材60との間の距離と同じになるように設計される。また、第1及び第2半導体レーザ素子の出射端面は、同じ平面上に設けられるように設計される。つまり、仮想的な2つの平行な平面のうち1の平面に第1及び第2半導体レーザ素子の出射端面が配され、さらに、他方の平面に第1半導体レーザ素子20に最も近い第1光反射部材50の側面と第2半導体レーザ素子30に最も近い第2光反射部材60の側面とが配されるように設計される。
The distance between the emission end face of the first
蓋部材70は、基部10の底面とは反対側の上面において枠部と接合し、枠部の内側面ISより形成される枠を覆う。蓋部材70の下面において、基部10と接合される領域に金属膜が設けられ、Au−Sn等を介して蓋部材70は基部10に固定される。直方体の蓋部材70により枠を覆う場合、基部10の底面から枠の上面までの高さは、底面から第1及び第2半導体レーザ素子20及び30までの高さよりも高く、かつ、第1及び第2光反射部材50及び60までの高さよりも高い。
The
また、基部10と蓋部材70とが接合することで形成された閉空間は気密封止された空間となる。このように気密封止することで、第1及び第2半導体レーザ素子の光の出射端面に有機物等が集塵することを抑制することができる。
Further, the closed space formed by joining the
第1及び第2光反射部材50及び60の光反射面により反射された反射光は蓋部材70に入射する。蓋部材70は、少なくとも主要部分の光が反射された反射光が、蓋部材70を通過して上面に出射されるように、反射光が入射してから出射するまでの領域が透光性となるように設計される。ここで、透光性とは、光に対する透過率が80%以上であることとする。言い換えれば、光反射面により反射された主要部分の光は、第1及び第2半導体レーザ素子20及び30が放射する光の波長域に対して透光性を有する蓋部材70を通過して、気密封止された空間の外へと出射する。
The light reflected by the light reflecting surfaces of the first and second
なお、光の通過する領域において、蓋部材70を形成する材料は、その屈折率が高いほど光の拡がりを抑えることができる。例えば蓋部材70は、少なくとも第1及び第2半導体レーザ素子から放射された主要部分の光のうち第1あるいは第2光反射部材の光反射面により反射された光が通過する領域において、サファイアで構成されるとよい。
In a region where light passes, the spread of light can be suppressed as the material forming the
接着部90は、蓋部材70の上面において、蓋部材70とレンズ部材80とを接着する領域に形成される。接着部90は、蓋部材70の上面の接着領域に接着剤を付し、そこにレンズ部材80の下面を付けて接着剤を硬化することで、蓋部材70とレンズ部材80の間に形成される。また、接着部90は、蓋部材70とレンズ部材80が接触しないように、ある程度の厚みを有して形成される。この厚みは、実装誤差及び部材公差を考慮して設計される。これにより、基部10に配置された半導体レーザ素子及び光反射部材の実装誤差に応じて蓋部材70を通過する光の位置にずれが生じた場合に、レンズ部材80を配置する位置や高さなどを調整した上で、レンズ部材80を蓋部材70に接合することができる。
The
また、接着部90は、蓋部材70の上面の全域あるいはレンズ部材80の下面の全域に形成されずに、第1及び第2半導体レーザ素子20及び30から発せられた光の経路の邪魔にならないよう設けられる。そのため、好ましくは、接着部90は、レンズ部材80のレンズ部82が形成されている領域に対応するレンズ部材80の下面には形成されず、レンズ部材80の外縁の領域に形成される。
Further, the
レンズ部材80は、蓋部材70の上で、接着部90を介して蓋部材70と接合する。またレンズ部材80は、レンズ部材80の有するレンズ部82が、蓋部材70と接合する面とは反対側の面に設けられるように、配置される。レンズ部材80の3つのレンズ部82のそれぞれは、底部に配置された3つの半導体レーザ素子のそれぞれに対応して配置される。
The
つまり、3つのレンズ部82の上面は、3つの半導体レーザ素子から放射されてレンズ部材80に入射した光の出射面となる。第1半導体レーザ素子20から放射された光の主要部分が、第1光反射部材50の光反射面により反射され、蓋部材70を通過してレンズ部材80に入射し、3つのレンズ部82のうちの1つである第1レンズ部83を通過して、レンズ部材80の外へと出射する。
That is, the upper surfaces of the three
2つのうち一方の第2半導体レーザ素子30から放射された光の主要部分が、第2光反射部材60の光反射面により反射され、蓋部材70を通過してレンズ部材80に入射し、3つのレンズ部82のうちの1つでありかつ第1レンズ部83とは異なる第2レンズ部84を通過して、レンズ部材80の外へと出射する。
The main part of the light emitted from one of the two second
2つのうち他方の第2半導体レーザ素子30から放射された光の主要部分が、第2光反射部材60の光反射面により反射され、蓋部材70を通過してレンズ部材80に入射し、3つのレンズ部82のうちの残り1つである第3レンズ部85を通過して、レンズ部材80の外へと出射する。
The main part of the light emitted from the other one of the second
このように、1のレンズ部82が1の半導体レーザ素子に対応して、レンズ部82は形成される。従って、発光装置1に搭載される半導体レーザ素子の数によって、形成されるレンズ部82の数も変動し得る。例えば、1つの半導体レーザ素子のみが配置される発光装置1であれば、レンズ部材80において形成されるレンズ部82も1つでよい。つまり、レンズ部82は、1又は複数で構成され得る。
Thus, one
それぞれのレンズ部82のレンズ形状は、対応する半導体レーザ素子からの光がコリメートして出射されるように設計される。発光装置1において、第1乃至第3レンズ部83乃至85は、それぞれ異なるレンズ形状を有しているが、このことは、同じレンズ形状の複数のレンズ部82が形成され得ることを示している。なお、コリメートに限らず、集光などその他の目的で、光の進行方向を制御するレンズ形状を有していてもよい。
The lens shape of each
また、レンズ部材80において、非レンズ部81と、第1乃至第3レンズ部のそれぞれと、が別個に用意される場合、接着剤を用いて蓋部材70の上に非レンズ部81を接合した後に、それぞれのレンズ部82を非レンズ部81の上面に配置して接合するようにしてもよい。この場合、第1及び第2半導体レーザ素子による光を放射して非レンズ部81から出射する光の位置と進行方向を計測し、この計測結果に基づいてレンズ部82の配置位置を決定することができる。
In the case where the
次に、このように構成された発光装置1において、半導体レーザ素子から放射された光の進行がどのように制御されるかを説明する。図8は、図5の断面図に基づき、第2半導体レーザ素子30から放射された光がレンズ部材80から出射されるまでの光の進行経路を説明するための図である。図9は、図6の断面図に基づき、第1半導体レーザ素子20から放射された光がレンズ部材80から出射されるまでの光の進行経路を説明するための図である。
Next, how the progress of light emitted from the semiconductor laser element in the light emitting device 1 configured as described above is controlled will be described. FIG. 8 is a view for explaining a traveling path of light until light emitted from the second
ここで、第1及び第2半導体レーザ素子20及び30に関し、各半導体レーザ素子から放射された主要部分の光のうち、各半導体レーザ素子の出射端面からの距離が最も短い位置で光反射面に照射される光を下端光とする。また、各半導体レーザ素子から放射された主要部分の光のうち、各半導体レーザ素子の出射端面からの距離が最も遠い位置で光反射面に照射される光を上端光とする。また、各半導体レーザ素子から放射された光のうち、各半導体レーザ素子の光出射端面と垂直な方向に進む光、つまり光軸上を通る光を、中心光と呼ぶものとする。また、上端光が進行する方向の直線と、下端光が進行する方向の直線と、が成す角度を、上端光と下端光とが成す角度とする。
Here, regarding the first and second
図7の例でいえば、半導体レーザ素子から放射された楕円形状のFFPの光のうち、楕円の長径において基部10に近い側の一端を通る光が下端光であり、蓋部材70に近い側の他端を通る光が上端光である。また、楕円の中心を進む光が中心光である。なお、FFPの光の全てが光反射面に照射されない場合、楕円の長径における両端の光と、上端光及び下端光とは揃わない。
In the example of FIG. 7, of the elliptical FFP light emitted from the semiconductor laser element, light passing through one end on the side closer to the base 10 in the major axis of the ellipse is the lower end light, and the light closer to the
図7に、光反射面において上端光が照射される位置をUP、下端光が照射される位置をLPで示す。また、第1光反射部材50の光反射面において第1半導体レーザ素子20から放射された中心光が照射される位置をCP1、第2光反射部材60の光反射面において第2半導体レーザ素子30から放射された中心光が照射される位置をCP2で示す。
FIG. 7 shows a position where the upper end light is irradiated on the light reflecting surface as UP and a position where the lower end light is irradiated as LP. Further, the position on the light reflecting surface of the first
さらに、楕円の長径を通る光が発光装置1の構成要素において照射される領域を、その構成要素における光の長径に対応した領域、とする。例えば、第1半導体レーザ素子20から放射された楕円形状のFFPの光のうち楕円の長径を通る光が第1光反射部材50の光反射面に照射される領域を、第1光反射部材50の光反射面における第1半導体レーザ素子20から放射された光の長径に対応した領域、などというものとする。従って、ここでいう領域には線状の領域も含まれ、対象となる構成要素の形状によっては、直線や曲線の線状の領域となり得る。
Further, a region where light passing through the major axis of the ellipse is irradiated on a component of the light emitting device 1 is defined as a region corresponding to the major axis of light in the component. For example, the region where the light passing through the major axis of the ellipse of the elliptical FFP light emitted from the first
第1及び第2光反射部材50及び60の他にも、光が入射する構成要素である蓋部材70やレンズ部材80、またあるいはレンズ部材80のレンズ部82などにおいて、同様に長径に対応した領域を特定することができる。なお、その構成要素において光の長径に対応した領域が直線となる場合には、その直線と平行な方向を、その構成要素における光の長径に対応した方向、というものとする。また、短径についても、長径を短径と置き換えて、同様の捉え方で表現することができる。
In addition to the first and second
図8及び図9において、半導体レーザ素子から放射されレンズ部材80から出射される光の経路を点線で示す。図8における3本の点線は、第2半導体レーザ素子30から放射された上端光、中心光、下端光、が進む経路を、図9における3本の点線は、第1半導体レーザ素子20から放射された上端光、中心光、下端光、が進む経路を示す。また、図9においては、第2半導体レーザ素子30から放射された中心光が第2光反射部材60の光反射面により反射されて進む方向と平行な直線であって、第1半導体レーザ素子20から放射された中心光の照射点CP1を通る直線を、補助線Lとして記す。
8 and 9, the path of light emitted from the semiconductor laser device and emitted from the
発光装置1において、第1及び第2半導体レーザ素子から放射された光は、第1あるいは第2光反射部材の光反射面を介して反射され、気密封止された空間から蓋部材70に入射する。蓋部材70を通過して外に出射した光は、接着部90によって生じた蓋部材70とレンズ部材80の間の隙間を通過して、レンズ部材80に入射する。そして、レンズ部材80に入射した光はレンズ部82を通過して発光装置1の外部に出射する。
In the light emitting device 1, light emitted from the first and second semiconductor laser elements is reflected via the light reflecting surface of the first or second light reflecting member, and enters the
第1光反射部材50の光反射面は、第1半導体レーザ素子20から放射された光の垂直方向の拡がりを狭める。言い換えると、光の垂直方向に関して、第1半導体レーザ素子20から放射され光反射面に照射される光の拡がり角よりも反射された光の拡がり角が小さくなるように光を反射する。
The light reflecting surface of the first
ここで、第1半導体レーザ素子20の出射端面から放射され光反射面に到達するまでの上端光と下端光とが成す角度を、垂直方向における光反射面に照射される光の拡がり角とする。また、光反射面において反射されて光反射面から進む上端光と下端光が成す角度を、光の垂直方向における光反射面で反射された光の拡がり角というものとする。なお、ここでの上端光と下端光が成す角度とは、中心光を含む方の角度である。一方、第2光反射部材60の光反射面は平面であるため、上端光と下端光が成す角度は、光反射面から進む光と、光反射面に到達する光とで変わらない。
Here, the angle formed by the upper end light and the lower end light emitted from the emission end face of the first
また、第1光反射部材50の光反射面は、第1半導体レーザ素子20から放射された光の垂直方向の拡がりを狭めるが、コリメートはしない。つまり、光の垂直方向における光反射面で反射された光の拡がり角を0度にはしないようにする。また、図9に示すように、発光装置1において第1光反射部材50の光反射面は、反射光が多少の拡がりを有するように設計されている。
In addition, the light reflecting surface of the first
なお、光が拡がりを有するとは、1の半導体レーザ素子から放射された光のうち光路長が同じで位置が異なる2点を通過する光に関し、光路長が大きくなるほど、同じ光路長における2点間の距離が大きくなる関係を満たすことをいうものとする。よって、発光装置1では、少なくとも光反射面において反射され蓋部材70に入射するまでの間でこの関係が満たされる。例えば、焦点から放射された光が双曲面の反射面で反射される場合、反射された光は拡がりを有している。
In addition, the light having the spread refers to the light emitted from one semiconductor laser device and passing through two points having the same optical path length and different positions, the larger the optical path length, the more two points in the same optical path length This means that the relationship of increasing the distance between them is satisfied. Therefore, in the light emitting device 1, this relationship is satisfied at least until the light is reflected on the light reflecting surface and enters the
仮に反射光がコリメートされるように設計した場合、レンズ部材80に入射する光が既にコリメートされていることから、第1レンズ部83を設ける必要がなくなる。すると、第1半導体レーザ素子20や第1光反射部材50の実装位置などが設計値からずれた場合に、そのずれによる影響をレンズ部材80の実装位置や高さを調整しても補正できなくなる。一方で、第1光反射部材50の光反射面の形状を、反射により光の拡がりを抑えつつも、光が拡がりを有するように設計することで、レンズ部材80に設けられた第1レンズ部83による出射光の調整が可能となる。
If the reflected light is designed to be collimated, since the light incident on the
なお、第1光反射部材50の光反射面の形状は、反射光に拡がりを持たせる形状に代えて、狭まりを持たせる形状としてもよい。光が狭まりを有するとは、光路長が同じで位置が異なる2点を通過する光に関し、光路長が大きくなるほど、同じ光路長における2点間の距離が小さくなる関係を満たすことをいうものとする。例えば、焦点から放射された光が楕円面の反射面で反射される場合、反射された光は狭まりを有している。なお、焦点から放射された光が放物面の反射面で反射される場合、反射された光はコリメートされる。
In addition, the shape of the light reflecting surface of the first
発光装置1では、第2半導体レーザ素子30から放射された光がレンズ部材80を出射するまで拡がりを有しているため、第1半導体レーザ素子20から放射された光もこれに合わせている。この方が、実装位置のずれによる影響も小さい。また、第1光反射部材50において、光に拡がりを持たせる方が狭まりを持たせるよりも光反射面の曲率を小さくできる。曲率が小さい方が、実装の位置ずれによる影響も小さい。
In the light emitting device 1, since the light emitted from the second
例えば、発光装置1では、垂直方向の拡がり角が55度以上の半導体レーザ光に対して、上端光と下端光が成す角度が0度より大きく20度以下となる範囲にまで拡がりを狭めるように光反射面の曲面形状を設計するとよい。 For example, in the light emitting device 1, with respect to the semiconductor laser light having a vertical divergence angle of 55 degrees or more, the divergence is narrowed to a range where the angle formed by the upper end light and the lower end light is larger than 0 degree and 20 degrees or less. The curved shape of the light reflecting surface may be designed.
また、第1光反射部材50の光反射面は、第1半導体レーザ素子20から放射された光の長径方向に対応する領域が曲面となり、光の短径方向に対応する領域が直線となるようなシリンドリカル面で設計される。このため、部材公差や実装公差などによる第1半導体レーザ素子20や第1光反射部材50の短径方向の誤差は、長径方向における光が光反射面で反射したときの進行する方向には影響しない。
The light reflecting surface of the first
シリンドリカル面で形成された第1光反射部材50の光反射面では、第1光反射部材50の光反射面により反射された光の水平方向の拡がり角は変わらない。発光装置1における第1及び第2半導体レーザ素子は、垂直方向の拡がりに比べると、水平方向の拡がりが小さいFFPのレーザ光を放射するため、このような形状は、水平方向の拡がりを制御するよりも、垂直方向の光の拡がりの制御精度を重視した形状といえる。
On the light reflecting surface of the first
なお、垂直方向の光の拡がりに限らず、水平方向の光の拡がりを狭めるように第1光反射部材50の光反射面を形成してもよい。例えば、シリンドリカル面ではなく、球面やトロイダル面などのように、水平方向にも曲率を持つ面で形成されてもよい。
The light reflecting surface of the first
また、第1半導体レーザ素子20の出射端面から、第1光反射部材50の光反射面上で第1半導体レーザ素子20の中心光が照射される位置CP1までの距離は、第2半導体レーザ素子30の出射端面から、第2光反射部材60の光反射面上でその第2半導体レーザ素子30の中心光が照射される位置CP2までの距離よりも長い。つまり、第1半導体レーザ素子20の中心光の方がより遠い位置で反射される。
The distance from the emission end face of the first
図10は、第2半導体レーザ素子30の中心光が照射される位置CP2までの距離に、第1半導体レーザ素子20の中心光が照射されるまでの距離を合わせた場合の第1光反射部材999の光反射面を示す図である。なお、破線は、第1光反射部材50の光反射面の形状を表す仮想線である。図10に示すように、CP2に合わせた第1光反射部材999の方が第1光反射部材50よりも光反射面が小さくなる。そのため、光の垂直方向の拡がり角が大きいと、CP2に合わせるよりも、CP2より離れた距離にCP1を設ける方が、光反射面により多くの光を照射させることができる。
FIG. 10 shows a first light reflecting member when the distance until the central light of the first
第1光反射部材50の光反射面は、第1半導体レーザ素子20から放射された光の中心光が、光軸に対して垂直方向ではなく、鋭角方向に反射するように設計されている。一方で、第2光反射部材60の光反射面は、第2半導体レーザ素子30から放射された光の中心光が、垂直方向に反射するように設計されている。また、中心光が光反射面に入射する方向と光反射面で反射され蓋部材70に入射する方向とが成す角であって光反射部材を跨がない方の角で比較すると、第1半導体レーザ素子20の方が第2半導体レーザ素子30よりも小さい角度になる。
The light reflecting surface of the first
これは、上述したように、CP1とCP2の位置関係で、第1半導体レーザ素子20の中心光の方が出射端面からより遠い位置で反射されることを考慮したものである。第1光反射部材50の光反射面における光の長径に対応した領域を双曲線とする場合の具体的な配置の例を図11に示す。光反射面を形成する双曲線の頂点をVX、この双曲線に近い側の焦点をF1,もう一方の焦点をF2としたときに、焦点F1に第1半導体レーザ素子20の出射端面における光の放射位置を設ける。さらに、焦点F1と位置CP1とを結ぶ線分と、焦点F2と位置CP1とを結ぶ線分と、が成す角度が90度を超えるようにすることで、上述したように中心光を光軸に対して鋭角方向に反射させることができる。なお、位置CP1と焦点F1とを結ぶ線分と、頂点VXと焦点F1とを結ぶ線分と、が成す角度は90度未満となる。
This takes into account that, as described above, the center light of the first
第1乃至第3レンズ部は、レンズ部82の境界面における光の長径に対応した方向に関し、レンズ幅LWが同じであり、かつ、レンズ幅LWの中心も同じとなるように、連結されている。このようにすることで、レンズ部82の境界面における光の長径に対応した方向に関し、同じ幅のコリメート光をそれぞれのレンズ部82から出射することができる。また、レンズ部82の境界面における光の長径に対応した方向におけるコリメート光の出射位置を揃えることができる。
The first to third lens portions are connected so that the lens width LW is the same and the center of the lens width LW is also the same in the direction corresponding to the major axis of light at the boundary surface of the
そして、このように第1乃至第3レンズ部が連結されていることから、第1半導体レーザ素子20から放射された光の中心光と第2半導体レーザ素子30から放射された光の中心光を、光反射面において同じ角度で反射させると、レンズ部材80においても光反射面における距離の差と同等の差が生じる。
Since the first to third lens portions are connected as described above, the center light of the light emitted from the first
そのため、上述したように第1半導体レーザ素子20の方が第2半導体レーザ素子30よりも小さな角度で中心光を反射させることで、第1半導体レーザ素子20から放射された光と第2半導体レーザ素子30から放射された光との間で、レンズ部材80から出射する光の長径に対応した領域のずれを抑制することができる。
Therefore, as described above, the first
具体的に、レンズ部82の境界面における光の長径に対応した方向に関して、光反射面における第1半導体レーザ素子20の中心光の照射点と第2半導体レーザ素子30の中心光の照射点との間の距離よりも、レンズ部82を出射する第1半導体レーザ素子20の中心光の出射点と第2半導体レーザ素子30の中心光の出射点との間の距離の方が小さくなるように、光反射面の形状は設計される。
Specifically, with respect to the direction corresponding to the major axis of light at the boundary surface of the
また、第1レンズ部83を通過して出射する光の光量が最大となるように、言い換えると、第1レンズ部83を通過しない光の光量が最小となるように反射光の進行方向を制御する形状で第1光反射部材50の光反射面は設計されることが好ましい。
Further, the traveling direction of the reflected light is controlled so that the amount of light emitted through the
また、第1半導体レーザ素子20からの下端光と上端光は、第1レンズ部83の境界面において、光の長径に対応した方向の第1レンズ部83のレンズ幅LWに収まることがより好ましい。言い換えると、第1半導体レーザ素子20からの下端光及び上端光は、第1レンズ部83の境界面を通過することが好ましい。さらには、第1半導体レーザ素子20からの下端光及び上端光は、第1レンズ部83を通過して出射するのが好ましい。なお、2つの第2半導体レーザ素子30からの下端光と上端光と、それぞれの第2半導体レーザ素子30に対応する第2及び第3レンズ部84及び85との間においても、同様のことがいえる。
It is more preferable that the lower end light and the upper end light from the first
このように、第1実施形態に係る発光装置1によれば、第1半導体レーザ素子20からの光を、第1光反射部材50により反射して、レンズ部材80の第1レンズ部83に通過させて出射することで、出射する光の拡がりが抑えられた発光装置1を実現できる。これにより、レンズ部82を通過する光を小さく絞ることが出来るため、より小さなレンズ部82によって光の進行を制御することが出来る。
As described above, according to the light emitting device 1 according to the first embodiment, the light from the first
小さな領域に収めてコリメート光を出射したいような場合、第1実施形態の発光装置1は有用である。例えば、直径が数mm程度の円形領域により多くの光が収まるようにコリメート光を出射させたい場合などに、第1実施形態の発光装置1を利用することができる。特に、第1実施形態の発光装置1によって、垂直方向の拡がり角が55度以上、75度以下である第1半導体レーザ素子20から放射された主要部分の光の90%以上を、長径に対応した方向のレンズ幅LWが1.0mm以上、2.0mm以下の第1レンズ部83に通過させることができる。
The light emitting device 1 according to the first embodiment is useful for emitting collimated light in a small area. For example, the light emitting device 1 of the first embodiment can be used when it is desired to emit collimated light so that more light can be accommodated in a circular region having a diameter of about several mm. In particular, according to the light emitting device 1 of the first embodiment, 90% or more of the light of the main portion emitted from the first
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る発光装置2を説明する。構成要素として、基部、1つの第1半導体レーザ素子、2つの第2半導体レーザ素子、サブマウント、第1光反射部材、第2光反射部材、蓋部材、レンズ部材、接着部、ワイヤを有する点は、第1実施形態の発光装置1と同様である。第1実施形態と異なる点は、レンズ部材280の形状とレンズ部282が配置される面の位置である。図12は、発光装置2を光が出射される側から見た斜視図である。図13は、光が出射される側を上面とした場合の、図12で示した発光装置2の上面図である。図14は、図12のXIV-XIVを結ぶ直線における発光装置2の断面図である。
<Second embodiment>
Next, a
次に、レンズ部材280について説明する。
レンズ部材280は、レンズ形状を有する3つのレンズ部282と、それ以外の非レンズ部281と、を有する。3つのレンズ部282の形状は、第1の実施形態におけるものと変わらないものを採用することができる。一方で、第1の実施形態の発光装置1では非レンズ部281は直方体の形状で構成されていたが、発光装置2においては凹形状で構成される。そして、非レンズ部281の凹形状の窪みに3つのレンズ部282が設けられる。
Next, the
The
また、凹形状の窪みに設けられた3つのレンズ部282の境界面からの高さは、境界面から凹形状の最上面までの高さと等しい。ここでの等しいは、0.1mm以内の差を含むものとする。なお、レンズ部282の高さの方が凹形状の最上面までの高さよりも小さい分には、0.1mm以上の差を有してもよい。つまり、3つのレンズ部282の境界面からの高さは、凹形状の境界面から最上面までの高さに等しいか小さくなるように設計される。なお、接着部90による厚みを増して高さを調整することで、レンズ部282の高さを凹形状の最上面までの高さよりも大きくすることは可能である。
Further, the height from the boundary surface of the three
次に、発光装置2におけるレンズ部材280の実装について説明する。
発光装置2においては、レンズ部材280は、蓋部材70の上面に近い側に3つのレンズ部282が来るように配される。また、レンズ部材280の凹形状の最上面と蓋部材70の上面とが接着剤を介して接合され、接着部90が形成される。非レンズ部281の凹形状をレンズ部材280の上面側とし、反対側の平面を下面側として見た場合に、レンズ部材280はこれをひっくり返して下面側の平面が発光装置の上面側に来るように配される。
Next, mounting of the
In the
上述したように3つのレンズ部282が非レンズ部281の凹面の上面を超えないように設計されるのは、蓋部材70との接触を避けるためである。蓋部材70と接触するように設計されると、レンズ部材280を蓋部材70に接合するときに、位置や高さの調整がしづらくなる。
As described above, the three
第1レンズ部283が第1半導体レーザ素子20を、第2レンズ部284が2つの第2半導体レーザ素子30のうちの1つを、第3レンズ部285が2つの第2半導体レーザ素子30のうちの他の1つを、それぞれコリメートするように配される点についても、第1実施形態の発光装置1と共通している。上面から見たときの位置を変えずに、第1実施形態で発光装置1の上面側の面で非レンズ部281に配されていた第1乃至第3レンズ部を、その反対側の面で非レンズ部281に配されるようにした形となる。
The
このように実装された第2実施形態の発光装置2では、第1実施形態の発光装置1と比べて、レンズ部材280のレンズ部282に入射するまでの光路長が短くなる。また、レンズ部282に入射した光はコリメートされてレンズ部材280を通過し、非レンズ部281から出射する。光反射部材の光反射面により反射された光は拡がりを有しているため、光路長が短いほど光の拡がりも小さい。つまり、第2実施形態の発光装置2では、第1実施形態の発光装置1と比べて、レンズ部を通過する光の拡がりを抑えることができる。
In the
なお、第2半導体レーザ素子30に比べて光の拡がりが大きい第1半導体レーザ素子20に対応する第1レンズ部283を、レンズ部材280の蓋部材70に近い側の面に設け、第2及び第3レンズ部を、レンズ部材280の蓋部材70に近い側の面と反対側の面に設けるようにしてもよい。
The
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る発光装置3を説明する。図15は、発光装置3を光が出射される側から見た斜視図である。図16は、光が出射される側を上面とした場合の、図15で示した発光装置3の上面図である。図17は、図16のXVII-XVIIを結ぶ直線における発光装置3の断面図である。第3実施形態の発光装置3は、第2実施形態の発光装置2に、さらに波長板300を有する点で異なる。波長板300としては、光の偏光方向を90度変える1/2波長板を採用することができる。
<Third embodiment>
Next, a light emitting device 3 according to a third embodiment will be described. FIG. 15 is a perspective view of the light emitting device 3 as viewed from the side from which light is emitted. FIG. 16 is a top view of the light emitting device 3 shown in FIG. 15 when the side from which light is emitted is the top surface. FIG. 17 is a cross-sectional view of the light emitting device 3 taken along a line connecting XVII-XVII in FIG. The light emitting device 3 of the third embodiment is different from the
発光装置3において、波長板300は、第1半導体レーザ素子20から放射された光の偏光方向を変えるために配される。そのため、レンズ部材280の第1レンズ部283が配される凹面とは反対側の面において、第1半導体レーザ素子20から放射され第1レンズ部283に入射した光が通過する領域に、波長板300は配される。
In the light emitting device 3, the
発光装置3では、第1半導体レーザ素子20と、第2半導体レーザ素子30と、で偏光方向が90度異なっている。例えば、第1半導体レーザ素子20はp偏光のレーザ光を、第2半導体レーザ素子30はs偏光のレーザ光を、それぞれ出射端面から放射する。従って、第1半導体レーザ素子20から放射された光を波長板300に通すことで、第1及び第2半導体レーザ素子20及び30から放射されて発光装置3から出射する光の偏光方向を揃えることができる。そのため、波長板300は、偏光方向のずれを無くすものであればよい。
In the light emitting device 3, the polarization directions of the first
発光装置3のように、レンズ部材280のレンズ部282が設けられる面とは反対側の面に波長板300を設けることで、コンパクトな設計で、偏光方向の揃った光を出射する発光装置3を実現することができる。また、発光装置3の構成によれば、コリメートされた光を波長板300に入射させるので、拡散あるいは集光する光を入射させる場合と比較して、波長板300の表面での反射のロスを低減することができる。
By providing the
<設計例1>
次に、第1実施形態に係る発光装置の具体的な設計例を記す。垂直方向の拡がり角がおよそ65度の赤色の光を発する第1半導体レーザ素子と、垂直方向の拡がり角がおよそ46度の緑色の光を発する第2半導体レーザ素子と、垂直方向の拡がり角がおよそ45度の青色の光を発する第2半導体レーザ素子と、が底部の上に配される。
<Design Example 1>
Next, a specific design example of the light emitting device according to the first embodiment will be described. A first semiconductor laser device that emits red light with a vertical divergence angle of about 65 degrees, a second semiconductor laser device that emits green light with a vertical divergence angle of approximately 46 degrees, and a vertical divergence angle is A second semiconductor laser device that emits blue light at approximately 45 degrees and is disposed on the bottom.
また、第1及び第2半導体レーザ素子が配されるサブマウントと第1及び第2光反射部材との距離が0.15mm、基部のサブマウントが配される面から蓋部材までの高さが1.00mm、基部のサブマウントが配される面からサブマウントの第1及び第2半導体レーザ素子が配される面までの高さが0.4mm、基部の第1光反射部材が配される面から光反射面までの高さの最小が0.16mm、最大が0.85mm、基部の第2光反射部材が配される面から光反射面までの高さの最小が0.25mm、最大が0.8mm、蓋部材の厚み(蓋部材の底面から上面までの高さ)が0.50mm、接着部による厚みが0.2mm、レンズ部材の非レンズ部の厚み(レンズ部材の底面からレンズ部との境界面までの高さ)が1.40mm、レンズ部材のレンズ部の厚み(非レンズ部との境界面からレンズ形状における頂点までの高さ)が0.3mm、レンズ部材の第1乃至第3レンズ部のレンズ幅は1.20mmとなっている。 The distance between the submount on which the first and second semiconductor laser elements are disposed and the first and second light reflecting members is 0.15 mm, and the height from the surface of the base where the submount is disposed to the lid member is smaller. 1.00 mm, the height from the surface on which the submount of the base is disposed to the surface of the submount on which the first and second semiconductor laser elements are disposed is 0.4 mm, and the first light reflecting member of the base is disposed. The minimum height from the surface to the light reflecting surface is 0.16 mm, the maximum is 0.85 mm, and the minimum height from the surface on which the second light reflecting member of the base is arranged to the light reflecting surface is 0.25 mm, the maximum Is 0.8 mm, the thickness of the cover member (height from the bottom surface to the top surface of the cover member) is 0.50 mm, the thickness of the adhesive portion is 0.2 mm, and the thickness of the non-lens portion of the lens member (from the bottom of the lens member to the lens). 1.40 mm, height to the interface with the lens The thickness of the lens portion of the material (the height from the boundary surface with the non-lens portion to the vertex in the lens shape) is 0.3 mm, and the lens width of the first to third lens portions of the lens member is 1.20 mm. .
第1半導体レーザ素子の出射端面から第1半導体レーザ素子の中心光が照射される光反射面の位置までの距離は0.47mm、第2半導体レーザ素子の出射端面から第2半導体レーザ素子の中心光が照射される光反射面の位置までの距離は0.30mmである。また、第1光反射部材の光反射面で反射された反射光の垂直方向の拡がり角は8.3度となる。 The distance from the emission end face of the first semiconductor laser element to the position of the light reflecting surface irradiated with the center light of the first semiconductor laser element is 0.47 mm, and the distance from the emission end face of the second semiconductor laser element to the center of the second semiconductor laser element. The distance to the position of the light reflecting surface where light is irradiated is 0.30 mm. Further, the divergence angle in the vertical direction of the reflected light reflected on the light reflecting surface of the first light reflecting member is 8.3 degrees.
このような発光装置において、レンズ部材から出射されるコリメート光は、長径に対応した幅を1.0mmとしたときに、その幅において半導体レーザ素子から放射された光の90%以上が得られると算出された。 In such a light emitting device, when the width corresponding to the major axis of the collimated light emitted from the lens member is 1.0 mm, 90% or more of the light emitted from the semiconductor laser element is obtained in the width. Was calculated.
以上、説明してきたが、明細書により開示された技術的特徴を有する本発明に係る発光装置は、明細書の各実施形態で説明した発光装置1、発光装置2、及び、発光装置3の構造に限られるわけではない。例えば、各実施形態のいずれにも開示のない構成要素を有する発光装置においても本発明は適用され得るものであり、開示された発光装置と違いがあることは本発明を適用できないことの根拠とはならない。
As described above, the light emitting device according to the present invention having the technical features disclosed in the specification includes the structures of the light emitting device 1, the
このことはつまり、いずれかの実施形態により開示された発光装置の全ての構成要素を必要十分に備えることを必須としないものであっても、本発明が適用され得ることを示す。例えば、特許請求の範囲に、各実施形態により開示された発光装置の一部の構成要素が記載されていなかった場合、その構成要素については、本実施形態に開示されたものに限らず、代替、省略、形状の変形、材料の変更などといった当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを請求するものである。 This means that the present invention can be applied even if it is not essential to provide all necessary components of the light emitting device disclosed in any of the embodiments. For example, when some of the components of the light emitting device disclosed in each embodiment are not described in the claims, the components are not limited to those disclosed in this embodiment, The present invention recognizes the degree of freedom of design by those skilled in the art such as, omission, deformation of shape, change of material, and the like, and requests that the invention described in the claims be applied.
各実施形態に記載の発光装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクター、車載ヘッドライト、照明、ディスプレイのバックライト等の光源に使用することができる。 The light-emitting device described in each embodiment can be used for a light source such as a head-mounted display, a projector, a vehicle-mounted headlight, lighting, and a display backlight.
1、2、3 発光装置
10 基部
20 第1半導体レーザ素子
30 第2半導体レーザ素子
40 サブマウント
50、999 第1光反射部材
60 第2光反射部材
70 蓋部材
80、280 レンズ部材
81、281 非レンズ部
82、282 レンズ部
83、283 第1レンズ部
84、284 第2レンズ部
85、285 第3レンズ部
90 接着部
91 ワイヤ
300 波長板
1, 2, 3 Light-emitting
Claims (15)
前記基部の底部の上に配置される第1半導体レーザ素子と、
前記基部の底部の上に配置され、前記第1半導体レーザ素子から放射された光を反射する光反射面を有する第1光反射部材と、を有する発光装置であって、
前記第1光反射部材の光反射面は、前記第1半導体レーザ素子から放射された主要部分の光について、前記光反射面に照射される光の拡がり角よりも前記光反射面で反射された光の拡がり角を小さくし、かつ、前記光反射面で反射された光の拡がり角を0度にしない、曲面形状を有する発光装置。 A base having a bottom,
A first semiconductor laser device disposed on a bottom of the base;
A first light reflecting member disposed on a bottom of the base and having a light reflecting surface for reflecting light emitted from the first semiconductor laser element,
The light-reflecting surface of the first light-reflecting member is reflected by the light-reflecting surface more than the divergence angle of light applied to the light-reflecting surface with respect to light of a main portion emitted from the first semiconductor laser element. A light emitting device having a curved surface shape, in which a divergence angle of light is reduced and a divergence angle of light reflected on the light reflecting surface is not set to 0 degrees.
前記第1光反射部材の光反射面において反射された光は前記第1レンズ部を通過する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置。 A lens member including a first lens portion;
The light emitting device according to claim 1, wherein light reflected on the light reflecting surface of the first light reflecting member passes through the first lens unit.
前記基部の底部の上に配置され、前記第2半導体レーザ素子から放射された光を反射する光反射面を有する第2光反射部材と、を有し、
前記第1光反射部材の光反射面の形状と、前記第2光反射部材の光反射面の形状と、が異なる請求項4乃至6のいずれか一項に記載の発光装置。 One or more second semiconductor laser devices disposed on a bottom of the base;
A second light reflecting member disposed on the bottom of the base and having a light reflecting surface for reflecting light emitted from the second semiconductor laser element;
The light emitting device according to claim 4, wherein a shape of a light reflecting surface of the first light reflecting member is different from a shape of a light reflecting surface of the second light reflecting member.
前記第2光反射部材は、前記第2半導体レーザ素子から放射され前記第2光反射部材の光反射面において反射された光が第2レンズ部を通過するよう配置される請求項7または8に記載の発光装置。 The lens member has a second lens unit,
9. The device according to claim 7, wherein the second light reflecting member is arranged such that light emitted from the second semiconductor laser element and reflected on the light reflecting surface of the second light reflecting member passes through the second lens portion. A light-emitting device according to claim 1.
前記レンズ部材は、前記枠部と接合する面と反対側の面で、前記蓋部材と接合する請求項4乃至11のいずれか一項に記載の発光装置。 Having a lid member joined to the frame of the base,
The light emitting device according to claim 4, wherein the lens member is joined to the lid member on a surface opposite to a surface joined to the frame portion.
前記接着部は、前記蓋部材と前記レンズ部材とが接触しない厚みを有する請求項12乃至14のいずれか一項に記載の発光装置。 An adhesive portion formed by an adhesive for joining the lid member and the lens member,
The light emitting device according to any one of claims 12 to 14, wherein the bonding portion has a thickness that does not allow the lid member and the lens member to come into contact with each other.
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