JP2022187270A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、発光装置に関する。 The present disclosure relates to light emitting devices.
従来、複数の半導体レーザパッケージを備える発光装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載された発光装置は、実装基板に実装された複数のCANパッケージを備え、複数のCANパッケージからのレーザ光をレンズアレイによって集光しようとしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light-emitting device including a plurality of semiconductor laser packages is known (for example, Patent Document 1). The light-emitting device described in
複数のCANパッケージの各々は半導体レーザチップを有する。発光装置においては、高出力化が求められており、各半導体レーザチップに供給される電流が増大する傾向にある。これに伴い、各半導体レーザチップにおける発熱量が増大するため、各半導体レーザチップからの放熱経路を確保する必要がある。しかしながら、特許文献1に記載された発光装置では、複数のCANパッケージを実装するために、実装基板に複数の穴を形成する必要がある。これにより、実装基板に穴が形成されない場合より、実装基板における放熱経路が減少するため、各半導体レーザチップから実装基板を介する放熱特性が低下する。したがって、半導体レーザチップに供給できる電流量が制限され得る。
Each of the plurality of CAN packages has a semiconductor laser chip. Light emitting devices are required to have higher output, and the current supplied to each semiconductor laser chip tends to increase. As a result, the amount of heat generated in each semiconductor laser chip increases, so it is necessary to secure a heat radiation path from each semiconductor laser chip. However, in the light emitting device described in
本開示は、このような課題を解決するものであり、半導体レーザチップの放熱特性を高めることができる発光装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to solve such problems, and to provide a light-emitting device capable of improving the heat dissipation characteristics of a semiconductor laser chip.
上記課題を解決するために、本開示に係る発光装置の一態様は、主面を有する基台と、前記主面に実装され、前記主面に平行な光軸を有する複数の半導体レーザチップと、各々が、前記複数の半導体レーザチップの各々の出射点からの出射光を反射する反射面を有する複数のミラーと、各々が、前記複数のミラーの各々の反射面からの反射光を受ける複数のレンズ部を有する光学部材とを備え、前記主面の平面視で、前記反射面における前記出射光の中心位置と、前記複数のレンズ部のうち前記反射面に対応するレンズ部の中心位置との距離は、前記出射光の中心位置と、前記複数のレンズ部が配置されているレンズ領域の中心位置との距離が大きくなるにしたがって大きくなり、前記複数のレンズ部の各々からの出力光は、前記レンズ領域より面積が小さい所定面領域の内部に照射される。 In order to solve the above problems, one aspect of the light emitting device according to the present disclosure includes a base having a main surface, and a plurality of semiconductor laser chips mounted on the main surface and having optical axes parallel to the main surface. , a plurality of mirrors, each having a reflecting surface for reflecting light emitted from the emission point of each of the plurality of semiconductor laser chips; and a plurality of mirrors, each receiving the reflected light from the reflecting surface of each of the plurality of mirrors. and a center position of the emitted light on the reflecting surface and a center position of a lens portion corresponding to the reflecting surface among the plurality of lens portions in plan view of the main surface. increases as the distance between the center position of the emitted light and the center position of the lens area where the plurality of lens units are arranged increases, and the output light from each of the plurality of lens units becomes , the inside of a predetermined surface area smaller in area than the lens area is irradiated.
本開示によれば、半導体レーザチップの放熱特性を高めることができる発光装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a light-emitting device capable of enhancing the heat dissipation characteristics of a semiconductor laser chip.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below is a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, and arrangement positions and connection forms of the constituent elements shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present disclosure.
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scales and the like are not always the same in each drawing. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected to the substantially same structure, and the overlapping description is abbreviate|omitted or simplified.
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。 In this specification, the terms "upper" and "lower" do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacking structure. It is used as a term defined by a relative positional relationship. Also, the terms "above" and "below" are used not only when two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components, but also when two components are spaced apart from each other. It also applies when they are arranged in contact with each other.
(実施の形態1)
実施の形態1に係る発光装置について説明する。
(Embodiment 1)
A light-emitting device according to
[1-1.全体構成]
まず、本実施の形態に係る発光装置の全体構成について図1~図3を用いて説明する。図1及び図2は、それぞれ、本実施の形態に係る発光装置10の平面図及び断面図である。図2には、図1のII-II線における断面が示されている。図3は、本実施の形態に係る発光装置10の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。また、各図には、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。
[1-1. overall structure]
First, the overall configuration of the light emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 and 2 are respectively a plan view and a cross-sectional view of a
図2に示されるように、本実施の形態に係る発光装置10は、Z方向に発光装置10から離れたところにある所定面領域(図示せず)に光を照射する装置であり、基台20と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のミラー70と、光学部材40とを備える。本実施の形態では、発光装置10は、さらに枠部材30と、複数のサブマウント50とを備える。
As shown in FIG. 2, the light-
図1~図3に示される基台20は、複数の半導体レーザチップ60が実装される主面21を有する部材である。本実施の形態では、基台20は、略矩形の板状の形状を有する基板である。基台20は、熱伝導率が高い材料で形成され、複数の半導体レーザチップ60で発生する熱を放散する放熱部材としても機能する。
The
基台20の素材は、例えば、金属材料、セラミック材料、ガラス材料又は樹脂材料などである。半導体レーザチップ60で発生する熱を効率良く基台20で放散するには、基台20は、金属材料などの熱伝導率の高い材料によって構成されているとよい。熱伝導率が高くて基台20として実用的な金属材料としては、例えばCu又はAlが挙げられる。本実施の形態において、基台20は、Cuによって構成されたCu基板である。
The material of the
なお、基台20の枠部材30の外側の部分などに、基台20を固定するための構造が形成されていてもよい。例えば、基台20には、貫通孔などが形成されていてもよい。
A structure for fixing the base 20 may be formed on a portion of the
図2及び図3に示される枠部材30は、複数の半導体レーザチップ60及び複数のミラー70を囲む環状部材である。枠部材30は、基台20の主面21に立設され、複数の半導体レーザチップ60などを収納する容器の一部として機能する。また、枠部材30は、光学部材40を支持する機能も有する。枠部材30は、基台20と、光学部材40とに挟まれる。枠部材30と、基台20と、光学部材40とに囲まれた空間に、複数の半導体レーザチップ60と、複数のミラー70とが収納される。なお、図示しないが、枠部材30は、複数の半導体レーザチップ60に電流を供給するための電流端子を有していてもよい。枠部材30は、例えば、Feなどの金属、合金などで形成される。枠部材30が、電流端子を備える場合には、電流端子の周囲には、絶縁部材が配置される。
The
図2及び図3に示される複数の半導体レーザチップ60の各々は、基台20の主面21に実装され、主面21に平行な光軸を有する半導体発光素子である。本実施の形態では、20個の半導体レーザチップ60の各々が、サブマウント50を介して主面21に実装される。複数の半導体レーザチップ60は、図3に示されるように、X軸方向及びY軸方向に行列状に配置されている。複数の半導体レーザチップ60の各々は、光学部材40の複数のレンズ部43の各々と対応する位置に配置される。
Each of the plurality of
複数の半導体レーザチップ60は、すべて同一の構成を有する。ここで、半導体レーザチップ60の構成について、図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態に係る半導体レーザチップ60、サブマウント50、及びミラー70の構成を示す断面図である。図4は、図2の一部を拡大した図である。図4に示されるように、複数の半導体レーザチップ60の各々は、レーザ光である出射光L1を出射する出射点E1を有する。出射光L1の光軸は、基台20の主面21に平行である。ここで、出射光L1は矢印で示されているが、この矢印は出射光L1の光軸を示すものであり、実際の出射光L1は幅を持つ発散光である。
The plurality of
半導体レーザチップ60は、出射光L1の光軸方向(つまり、共振方向)を長手方向とする長尺状である。一例として、半導体レーザチップ60の光軸方向の長さは、1200μmであるが、これに限らない。
The
半導体レーザチップ60は、サブマウント50の上面に実装される。具体的には、半導体レーザチップ60は、サブマウント50上の配線電極(図示せず)に実装されている。本実施の形態において、半導体レーザチップ60は、ジャンクションダウン実装によりサブマウント50に実装されている。なお、半導体レーザチップ60の実装形態は、これに限るものではなく、ジャンクションアップ実装によりサブマウント50に実装されていてもよい。
A
また、半導体レーザチップ60は、出射点E1が位置する端面がサブマウント50の光出射側の端面からはみ出すように実装されている。つまり、半導体レーザチップ60は、サブマウント50の端面から突出しており、半導体レーザチップ60の出射点E1は、サブマウント50の光出射側の端面よりも半導体レーザチップ60の光出射側に位置している。半導体レーザチップ60の突出量(つまり、サブマウント50の光出射側の端面から半導体レーザチップ60の出射点E1までの距離)は、例えば、5μm以上20μm以下であるが、これに限らない。本実施の形態において、半導体レーザチップ60の突出量は、10μmである。
The
図2~図4に示される複数のサブマウント50の各々は、基台20の主面21に実装され、半導体レーザチップ60を支持する部材である。本実施の形態では、複数のサブマウント50は、すべて同一の構成を有する。図4に示されるように、サブマウント50は、基台20の主面21に対向する実装面51と、実装面51の裏側に位置し半導体レーザチップ60が取り付けられる取付面52とを有する。言い換えると、サブマウント50は、基台20と、半導体レーザチップ60との間に位置している。
Each of the plurality of
発光装置10は、半導体レーザチップ60と同数のサブマウント50を備える。本実施の形態では、20個のサブマウント50が、それぞれ、20個の半導体レーザチップ60と1対1で対応する。
The
サブマウント50は、半導体レーザチップ60で発生する熱を放散させるためのヒートシンクとしても機能する。したがって、サブマウント50の材料は、導電性材料及び絶縁性材料のいずれによって構成されていてもよいが、熱伝導率の高い材料によって構成されているとよい。サブマウント50の熱伝導率は、例えば、150W/(m・K)以上であるとよい。例えば、サブマウント50は、窒化アルミニウム(AlN)や多結晶の炭化ケイ素(SiC)などのセラミック、Cuなどの金属材料、又は、単結晶ダイヤモンドや多結晶ダイヤモンドのダイヤモンドなどによって構成されている。本実施の形態において、サブマウント50は、AlNによって構成されている。なお、サブマウント50の形状は、例えば、矩形板状の直方体であるが、これに限らない。
The
サブマウント50は、例えば、基台20の主面21に金属系接合材を用いて接合される。つまり、サブマウント50は、基台20に固定用の穴などを形成することなく実装される。このため、基台20における放熱特性を低下させることなく、サブマウント50を基台20に実装できる。
The
複数のミラー70の各々は、図4に示されるように、複数の半導体レーザチップ60の各々の出射点E1からの出射光L1を反射する反射面71を有する素子である。複数のミラー70は、すべて同一の構成を有する。複数のミラー70は、図3に示されるように、X軸方向及びY軸方向に行列状に配置されている。複数のミラー70の各々は、光学部材40の複数のレンズ部43の各々と対応する位置に配置される。図4に示されるように、反射面71は、半導体レーザチップ60の出射点E1と対向して配置される平面ミラーである。本実施の形態では、反射面71は、出射光L1の方向に対して45°傾斜している。言い換えると、反射面71に垂直な方向は、出射光L1の方向に対して45°傾斜している。反射面71において出射光L1は反射され、反射光L2としてミラー70から光学部材40へ向かって伝搬する。本実施の形態では、出射光L1は、図2に示される反射面71の中心位置71Cに入射される。ここで、反射面71の中心位置71Cは、反射面71の重心位置で定義される。また、反射光L2は矢印で示されているが、この矢印は反射光L2の光軸を示すものであり、実際の反射光L2は幅を持つ発散光である。
Each of the plurality of
ミラー70は、基台20の主面21に実装される。図3に示されるように、発光装置10は、半導体レーザチップ60と同数のミラー70を備える。本実施の形態では、20個のミラー70が、それぞれ、20個の半導体レーザチップ60と1対1で対応する。ここで、ミラー70と半導体レーザチップ60とのセットはすべて位置関係が同じである。言い換えると、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71における出射光L1の中心位置C1までの距離はすべて同じであり、半導体レーザチップ60の出射光L1の光軸の主面21からの高さや反射面71の主面21からの高さはすべて同じである。
図1、図2、及び図4に示される光学部材40は、複数のレンズ部43を有する透光性の板状部材である。光学部材40は、枠部材30に支持され、枠部材30で囲まれる領域の蓋としても機能する。複数のレンズ部43の各々は、図4に示されるように、複数のミラー70の各々の反射面71からの反射光L2を受ける。本実施の形態では、複数のレンズ部43は、すべて同一の焦点距離を有する。レンズ部43は、例えば球面レンズである。レンズ部43の反射面71と対向する面は、平面であり、当該面の裏側(つまり外側)の面は球面状の凸形状を有する。つまり、レンズ部43は凸レンズである。光学部材40は、半導体レーザチップ60及びミラー70と同数のレンズ部43を有する。複数のレンズ部43は、図3に示されるように、X軸方向及びY軸方向に行列状に配置されている。複数のレンズ部43の各々は、複数のミラー70の各々と対応する位置に配置される。本実施の形態では、20個のレンズ部43が、それぞれ、20個のミラー70と1対1で対応する。光学部材40は、例えばガラスなどの透光性の部材で構成される。
The
光学部材40は、図1に示されるように、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44を有する。レンズ領域44は、例えば、複数のレンズ部43の包絡線44Eで囲まれる領域である。レンズ領域44の中心位置44Cは、レンズ領域44の重心である。
The
[1-2.光路]
次に、本実施の形態に係る発光装置10における光路について主に図5及び図6を用いて説明する。図5は、本実施の形態に係る発光装置10における光路を説明する断面図である。図5には、図2と同様の断面の一部拡大図と、光路とが示されている。図6は、本実施の形態に係る発光装置10における複数のミラー70と複数のレンズ部43との位置関係を示す図である。図6には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図6には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されている。
[1-2. Optical path]
Next, the optical path in the
図5に示されるように、半導体レーザチップ60から出射した主面21に平行な光軸を持つ出射光L1は、ミラー70の反射面71において反射し、反射光L2としてレンズ部43へ向かって伝搬する。ここで、反射光L2の光軸の方向は、基台20の主面21に垂直な方向と平行である。反射光L2は、レンズ部43に入射する。レンズ部43の光軸の方向は、基台20の主面21に垂直な方向と平行である。レンズ部43は、発散光である反射光L2を平行状態あるいは集束状態にし、出力光L3として発光装置10から出力される。ここで、反射光L2の光軸はレンズ部43の中心を通らず、かつレンズ部43の光軸と平行であるので、レンズ部43からの出力光L3は、レンズ部43の光軸方向に屈折する。なお、出力光L3は矢印で示されているが、この矢印は出力光L3の光軸を示すものであり、実際の出力光L3は幅を持つ光である。
As shown in FIG. 5, emitted light L1 emitted from the
ここで、図5及び図6に示されるように、主面21の平面視で、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43CとのX軸方向の距離(Dc)は、出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44の中心位置44CとのX軸方向の距離(De)が大きくなるにしたがって大きくなる。ここで、反射面71における出射光L1の中心位置C1は、出射光L1のビームプロファイルの重心位置、又は、出射光L1の強度が最大となる位置で定義される。また、レンズ部43の中心位置43Cは、主面21の平面視で、レンズ部43の光軸(図5に示される一点鎖線)が通る位置で定義される。また、図中に補助線は記載していないが、Y軸方向も同様に反射面71における出射光L1の中心位置C1も同様に変化している。
Here, as shown in FIGS. 5 and 6, in plan view of the
また、本実施の形態では、主面21の平面視で反射面71の中心位置71Cと、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43CとのX軸方向の距離は、反射面71の中心位置71Cとレンズ領域44の中心位置44CとのX軸方向の距離が大きくなるにしたがって大きくなる。本実施の形態では、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、反射面71の中心位置71Cとは一致する。なお、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、反射面71の中心位置71Cとは一致しなくてもよい。
In addition, in the present embodiment, the
以上のような構成により、図5に示されるように、出射光L1の中心位置C1と、レンズ領域44の中心位置44Cとの距離が大きくなるにしたがって、レンズ部43における反射光L2の光軸の屈折角が大きくなる。
With the above configuration, as shown in FIG. 5, as the distance between the center position C1 of the emitted light L1 and the
したがって、複数のレンズ部43の各々からの出力光L3は、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1の内部に照射される。このように、本実施の形態に係る発光装置10によれば、光学部材40と所定面領域A1との間に集光レンズを配置することなく、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。
Therefore, the output light L3 from each of the plurality of
ここで、DcをDeと比例させることにより、すべての出力光L3の光軸を1か所に集めることができる。また、Y軸方向も同様に反射面71の中心位置71Cが変化している。図6に示されるように、出射光L1の中心位置C1と、レンズ領域44の中心位置44Cとを結ぶ線分上に、レンズ部43の中心位置43Cがあるが、必ずしも厳密に線分上になくてもよい。さらに、それぞれの出力光L3の光軸の方向は、平面視では大体レンズ領域44の中心位置の方を向いているが、必ずしも厳密に中心位置を向いていなくてもよい。さらに、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71における出射光L1の中心位置C1までの距離をすべて同じにすることにより、半導体レーザチップ60の出射点E1からレンズ部43までの距離がすべて同じとなり、半導体レーザチップ60及びミラー70のそれぞれの位置の変化が出力光L3の集束状態に与える影響を極めて少なくできる。また、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、反射面71の中心位置71Cとが一致することにより、出射光L1を効率的にミラー70で反射させることができる。
Here, by making Dc proportional to De, the optical axes of all the output light beams L3 can be gathered in one place. In addition, the
また、本実施の形態において、出力光L3を、レンズ部43によって集束された集光ビームとすることにより、出力光L3が集光ビームでない場合より、面積が小さい所定面領域A1に出力光L3を集光できる。言い換えると、複数の出力光L3によって形成される遠視野像の面積を低減できる。したがって、所定面領域A1における光密度をさらに高めることができる。
Further, in the present embodiment, by making the output light L3 a condensed beam converged by the
[1-3.効果]
次に、本実施の形態に係る発光装置10の効果について説明する。本実施の形態に係る発光装置10は、図2に示されるように、複数の半導体レーザチップ60を備える。複数の半導体レーザチップ60の各々は、基台20の主面21に実装され、主面21に平行な光軸を有する。半導体レーザチップ60は、サブマウント50を介して主面21に実装される。ここで、サブマウント50は、基台20に固定用の穴などを形成することなく実装できるため、基台20における放熱特性を低下させることなくサブマウント50を基台20に実装できる。また、半導体レーザチップ60をサブマウント50だけを介して基台20に実装できる。つまり、半導体レーザチップ60を基台20の主面21に近接した位置に実装できる。このため、熱伝導率の高いサブマウント50を用いることで、半導体レーザチップ60を含むCANパッケージなどを基台20に実装する場合より、半導体レーザチップ60から基台20への放熱特性を高めることができる。以上のように、本実施の形態によれば、複数の半導体レーザチップ60の放熱特性を高めることができる発光装置10を実現できる。
[1-3. effect]
Next, effects of the
[1-4.製造方法]
次に、本実施の形態に係る発光装置10の製造方法について説明する。
[1-4. Production method]
Next, a method for manufacturing the
まず、複数のサブマウント50の各々に、半導体レーザチップ60を実装する。具体的には、サブマウント50の取付面52に金属系接合材を用いて半導体レーザチップ60を接合する。なお、サブマウント50の取付面52に、半導体レーザチップ60に供給される電圧を一定に維持するためのツェナーダイオードも併せて接合されてもよい。金属系接合材として、例えば、AuSnやAuGeNiなどのはんだ材料や、Cu、Al、Au、Ag、及びそれらの合金などの微粒子を含む接合材を用いることができる。
First, a
続いて、半導体レーザチップ60が実装されたサブマウント50を基台20の主面21に実装する。具体的には、基台20の主面21に金属系接合材を用いてサブマウント50を接合する。金属系接合材として、例えば、AuSnやAuGeNiなどのはんだ材料や、Cu、Al、Au、Ag、及びそれらの合金の微粒子などを含む接合材を用いることができる。サブマウント50を主面21に接合する際、基台20、サブマウント50、及び金属系接合材を、例えば、200℃で30分程度加熱する。その後、金属系接合材などを冷却することで、金属系接合材を硬化させる。これにより、サブマウント50を基台20に実装できる。なお、枠部材30は、基台20にあらかじめ実装されている。また、枠部材30は、基台20と一体的に形成されていてもよい。
Subsequently, the
続いて、半導体レーザチップ60に電流を供給するためのワイヤを半導体レーザチップ60などに接続する。具体的には、例えば、枠部材30に設けられた端子と、半導体レーザチップ60とをワイヤによって接続し、かつ、隣り合う二つの半導体レーザチップ60同士をワイヤによって直列接続する。これにより、発光装置10の外部から電流を供給可能となる。ワイヤの材質は、導電性であれば特に限定されないが、例えば、Au、Ag、Cuなどである。
Subsequently, a wire for supplying current to the
続いて、ミラー70を基台20の主面21に実装する。具体的には、基台20の主面21に金属系接合材を用いてミラー70を接合する。金属系接合材を硬化させる前に、ミラー70のアクティブアライメントを行う。つまり、半導体レーザチップ60に電流を供給し、出射光L1を出射させて、ミラー70の反射面71上における出射光L1の位置、及び、ミラー70からの反射光L2の位置を確認しながら、ミラー70の主面21上における位置を調整する。ミラー70のアライメントが終了した後に、サブマウント50を実装する場合と同様に金属系接合材を硬化させる。これにより、ミラー70を基台20に実装できる。
Subsequently, the
続いて、基台20に光学部材40を実装する。本実施の形態では、枠部材30を介して、基台20に光学部材40を実装する。具体的には、光学部材40を枠部材30に接着材などを用いて接合する。接着剤として、例えばUV硬化型接着剤を用いることができる。まず、枠部材30及び光学部材40の少なくとも一方にUV硬化型接着剤を塗布し、光学部材40を仮固定する。続いて、光学部材40のX、Y、及びZ軸方向の位置のアクティブアライメントを行う。光学部材40のアライメントが終了した後に、UV硬化型接着剤にUV光を照射することで、UV硬化型接着剤を硬化させる。これにより、光学部材40を基台20に実装できる。
Subsequently, the
以上のように、本実施の形態に係る発光装置10を製造できる。なお、光学部材40と枠部材30との間に、カバーガラスなどの透光性部材が装着されてもよい。また、光学部材40の複数のレンズ部43は、光学部材40から分離可能に構成されていてもよい。この場合、複数のレンズ部43は、個別にアクティブアライメントされてもよい。
As described above, the
(実施の形態2)
実施の形態2に係る発光装置について説明する。実施の形態1に係る発光装置10では、レンズ領域44の中心位置44Cからミラー70の反射面71の中心位置71Cまでの距離に応じて、レンズ部43に対するミラー70と半導体レーザチップ60との位置関係を保ったまま、その平面視での位置を変えた。本実施の形態に係る発光装置は、レンズ部43に対するミラー70と半導体レーザチップ60との位置は変えずに、出射光L1の光軸の基台20の主面21からの高さを変えている点において、実施の形態1に係る発光装置10と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態1に係る発光装置10との相違点を中心に図7及び図8を用いて説明する。
(Embodiment 2)
A light-emitting device according to Embodiment 2 will be described. In the
図7は、本実施の形態に係る発光装置110の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図7には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図7には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されている。図8は、本実施の形態に係る発光装置110の断面図である。図8には、図7のX軸方向のVIII-VIII線における断面が示されている。なお、図8においては、光学部材40の断面も示されている。
FIG. 7 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置110は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント53a~53d、54a~54d、55a~55d、56a~56d、57a~57dと、複数のミラー70とを備える。
The
本実施の形態においては、図7に示されるように、基台20の主面21の平面視で、複数のミラー70の各々と、複数のレンズ部43の各々との相対位置が、すべてのミラー70において同一である。本実施の形態に係る発光装置110の例では、主面21の平面視で、複数のレンズ部43の各々の中心位置43Cと、複数のレンズ部43の各々に対応する反射面71の中心位置71Cとは、一致する。また、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71の中心位置71Cまでの距離はすべて同じである。言い換えると、半導体レーザチップ60とミラー70との位置関係は全て同じである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the relative positions of each of the plurality of
複数のサブマウント53a~53d、54a~54d、55a~55d、56a~56d、57a~57dは、図8に示されるように、高さが異なる点において、実施の形態1に係るサブマウント50と異なる。反射光L2の光軸の方向は、反射面の主面に対する角度が45°であるので、主面21に垂直な方向と平行である。主面21からの複数の半導体レーザチップ60の各々の出射点E1までの高さと、主面21から複数の半導体レーザチップ60の各々の出射点E1までの高さの平均値との差の絶対値は、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち複数のサブマウントの各々に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、半導体レーザチップ60の光軸の主面21からの距離、つまり、出射光L1の反射面71におけるX軸方向の位置がサブマウントの高さに応じて異なる。
As shown in FIG. 8, the plurality of
これにより、実施の形態1に係る発光装置10と同様に、本実施の形態に係る発光装置110においても、主面21の平面視で、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43CとのX軸方向の距離は、出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44の中心位置44CとのX軸方向の距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、本実施の形態に係る複数のレンズ部43の各々に入射される反射光L2の位置は、X軸方向においては実施の形態1と同様となり、出力光L3はX軸方向に関してレンズ領域44の中心方向に屈折する。一方、Y軸方向については屈折していない。ここで、図7に示されるように、それぞれの出力光L3の光軸の方向は、平面視では大体レンズ領域44のX軸方向の中央位置の方向を向いているが、必ずしも厳密に向いていなくてもよい。
Thus, similarly to the
よって、本実施の形態に係る発光装置110においても、集光レンズを配置することなく、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。
Therefore, in the light-emitting
ここで、この高さの平均値との差の絶対値がDeに比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。また、Y軸方向には、実施の形態1と同様に、反射面71における出射光L1の中心位置と、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43CとのY軸方向の距離を、出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44の中心位置44CとのY軸方向の距離が大きくなるにしたがって大きくすることにより(図示せず)、集光レンズを配置することなく、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。さらに、半導体レーザチップ60の出射点E1の平面視における位置から反射面71の中心位置71Cまでの距離がすべて同じである場合、出射光L1と平行な基台20の主面21と、反射面71とのなす角度が45°であることから、主面21から半導体レーザチップ60の出射点E1の位置までの高さが変わっても、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71における出射光L1の中心位置までの距離と、反射面71における出射光L1の中心位置からレンズ部43までの距離の和が一定となり、主面21から半導体レーザチップ60の出射点E1の位置までの高さが出力光L3の集束状態に与える影響を極めて少なくすることができる。
Here, since the absolute value of the difference from the average height is proportional to De, the optical axes of all the output light beams L3 can be condensed at approximately one point. In the Y-axis direction, as in the first embodiment, the center position of the emitted light L1 on the reflecting
また、本実施の形態に係る発光装置110や後述する他のすべての実施の形態の発光装置210~710においても、複数の半導体レーザチップ60の各々は、主面21に実装され、主面21に平行な光軸を有するため、実施の形態1に係る発光装置10と同様の放熱特性向上効果が奏される。
Further, in light-emitting
(実施の形態3)
実施の形態3に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、出射光L1の光軸の主面21からの高さをすべての半導体レーザチップ60において同一とし、反射面71の主面21からの高さを変えている点及び、平面視で出射点E1と反射面71の中心位置71Cの間隔を変えている点において、実施の形態2に係る発光装置110と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態2に係る発光装置110との相違点を中心に図9及び図10を用いて説明する。
(Embodiment 3)
A light-emitting device according to
図9は、本実施の形態に係る発光装置210の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図9には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図9には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されている。図10は、本実施の形態に係る発光装置210の断面図である。図10には、図9のX-X線における断面が示されている。なお、図10においては、光学部材40の断面も示されている。
FIG. 9 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置210は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー73a~73d、74a~74d、75a~75d、76a~76d、77a~77dとを備える。
A
本実施の形態に係る複数のサブマウント50は、実施の形態1に係る複数のサブマウント50と同様の構成を有する。このため、複数のサブマウント50に実装される半導体レーザチップ60の光軸の主面21からの距離は、すべて同一である。
The
複数のミラー73a~73d、74a~74d、75a~75d、76a~76d、77a~77dの各々は、実施の形態2に係るミラー70と同様に反射面71を有する。図9に示されるように、基台20の主面21の平面視で、複数のミラーの各々と、複数のレンズ部43の各々との相対位置が、すべてのミラーにおいて同一である。本実施の形態に係る発光装置210の例では、主面21の平面視で、複数のレンズ部43の各々の中心位置43Cと、複数のレンズ部43の各々に対応する反射面71の中心位置71Cとは、一致する。
Each of the plurality of
図10に示されるように、本実施の形態に係る複数のミラーは、反射面71の中心位置71Cの主面21からの高さが同一でない点において、実施の形態1に係る複数のミラー70と異なる。反射光L2の光軸の方向は、反射面71の主面21に対する角度が45°であるので、主面21に垂直な方向と平行である。主面21からの反射面71の中心位置71Cまでの高さと、主面21から反射面71の中心位置71Cまでの高さの複数のミラーでの平均値との差の絶対値は、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち複数のミラーの各々に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、出射光L1の反射面71におけるX軸方向の位置が反射面71の中心位置71Cの主面21からの高さに応じて異なる。これにより、実施の形態1に係る発光装置10と同様に、本実施の形態に係る発光装置210においても、主面21の平面視で、反射面71における出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43Cとの距離は、出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44の中心位置44Cとの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、本実施の形態に係る複数のレンズ部43の各々に入射される反射光L2の位置は、X軸方向においては実施の形態1と同様となり、出力光L3はX軸方向に関してレンズ領域44の中心方向に屈折する。一方、Y軸方向については屈折していない。ここで、図9に示されるように、それぞれの出力光L3の光軸の方向は、平面視では大体レンズ領域44のX軸方向の中央位置の方向を向いているが、必ずしも厳密に向いていなくてもよい。よって、本実施の形態に係る発光装置210においても、集光レンズを配置することなく、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。
As shown in FIG. 10, the plurality of
なお、本実施の形態3では、この反射面71の中心位置71Cまでの高さの平均値との差の絶対値はDeに比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。また、出射光L1と反射面71とのなす角度が45°であることから、主面21から反射面71の中心位置71Cまでの高さの変化量と同じだけ、反射面71における出射光L1の中心位置からレンズ部43までの距離が短くなる。よって、図10に示すように半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71の中心位置71Cまでの距離を同じだけ長くすることにより、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71の中心位置71Cまでの距離と、主面21から反射面71の中心位置71Cまで距離との和を一定にすることができる。このことにより、主面21から反射面71の中心位置71Cまでの高さの変化量が出力光L3の集束状態に与える影響を極めて少なくすることができる。また、Y軸方向には、実施の形態1と同様に、反射面71における出射光L1の中心位置と、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43CとのY軸方向の距離を、出射光L1の中心位置C1と、複数のレンズ部43が配置されているレンズ領域44の中心位置44CとのY軸方向の距離が大きくなるにしたがって大きくすることにより(図示せず)、集光レンズを配置することなく、レンズ領域44より面積が小さい所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。
In the third embodiment, the absolute value of the difference from the average height of the reflecting
(実施の形態4)
実施の形態4に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、主に、少なくとも一部の反射光L2の光軸の方向が、レンズ部43の光軸の方向と異なる点において、実施の形態1に係る発光装置10と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態1に係る発光装置10との相違点を中心に図11及び図12を用いて説明する。
(Embodiment 4)
A light-emitting device according to Embodiment 4 will be described. The light emitting device according to the present embodiment differs from the
図11は、本実施の形態に係る発光装置310の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図11には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図11には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されている。図12は、本実施の形態に係る発光装置310の断面図である。図12には、図11のXII-XII線における断面が示されている。なお、図12においては、光学部材40の断面も示されている。
FIG. 11 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置310は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー373a~373d、374a~374d、375a~375d、376a~376d、377a~377dとを備える。図11に示されるように、主面21の平面視で、各ミラーの反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向(例えば、図11のミラー374bに示される破線矢印71Dの方向)が、反射面71の中心位置71Cと、レンズ領域44の中心位置44Cとを結ぶ線(例えば、図11に示されるレンズ領域44の中心位置44Cと、ミラー374bの反射面71の中心位置71Cとを結ぶ二点鎖線など)に平行な方向となるように、各ミラーが配置される。また、各半導体レーザチップ60からの出射光L1の光軸の方向は、出射光L1が入射する反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と一致するように各半導体レーザチップ60及びサブマウント50が配置される。
A
本実施の形態に係る複数のミラーの各々は、実施の形態1に係るミラー70と同様に反射面71を有する。図12に示されるように、本実施の形態に係る複数のミラーは、反射光L2の光軸がレンズ部43の光学中心を通る点で実施の形態1と同じであるが、反射面71の傾きにおいて、実施の形態1に係るミラー70と異なる。本実施の形態では、主面21に垂直な方向Dmと反射面71に垂直な方向D71とのなす角(図12のミラー375aにおける角度θr参照)と、複数のミラーでの当該なす角の平均値との差の絶対値は、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって、大きくなる。これにより、反射光L2の光軸の方向と主面21に垂直な方向(あるいはレンズ部43の光軸の方向)とのなす角(図12の角度θ2参照)が、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射光L2を受けるレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。なお、本実施の形態では、図12に示されるように反射光L2の光軸がレンズ部43の中心位置(光学中心)を通るため、レンズ部43の光軸と反射光L2の光軸とがずれていても、反射光L2と出力光L3とは同一方向に伝搬する。
Each of the plurality of mirrors according to the present embodiment has a reflecting
したがって、反射光L2の光軸を、レンズ部43によって屈折させることなく、出力光L3の光軸をレンズ部43の光軸に対して傾斜させて、出力光L3を所定面領域A1に集光できる。このように、本実施の形態では、反射光L2の光軸を、レンズ部43によって屈折させる必要がないため、反射光L2をレンズ部43の光軸付近に入射することが可能となる。したがって、出力光L3のコマ収差を低減することができるため、所定面領域A1における出力光L3のプロファイルの歪みを抑制できる。つまり、出力光L3を所定面領域A1に確実に集光することができる。
Therefore, the optical axis of the output light L3 is tilted with respect to the optical axis of the
ここで、このなす角の平均値との差の絶対値は、レンズ領域44の中心位置44Cからレンズ部43の中心位置43Cまでの距離に比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。また、図11に示されるように、それぞれの反射光L2の光軸と出力光L3の光軸の方向とは、平面視では大体レンズ領域44の中心位置の方向を向いているが、必ずしも厳密に中心位置を向いていなくてもよい。
Here, the absolute value of the difference from the average value of the formed angles is proportional to the distance from the
また、図11に示されるように、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と、反射面71への出射光L1の入射方向とのなす角は、すべての複数のミラーにおいて同一角度である。本実施の形態では、当該角は、0°である。角度を同一にすることにより、実装後の位置検査の基準を統一することができ、検査が簡便になる。
Further, as shown in FIG. 11, the angle formed by the direction of projection of the direction perpendicular to the reflecting
ここで、半導体レーザチップ60の出射点E1から反射面71における出射光L1の中心位置までの距離と、反射面71における出射光L1の中心位置からレンズ部43までの距離との和が一定になるように半導体レーザチップ60を配置することにより、反射面71の角度の変化がそれぞれの出力光L3の集束状態に与える影響を極めて少なくすることができる。
Here, the sum of the distance from the emission point E1 of the
(実施の形態5)
実施の形態5に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、複数のミラーの構成において実施の形態4に係る発光装置310と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態4に係る発光装置310との相違点を中心に図13及び図14を用いて説明する。
(Embodiment 5)
A light-emitting device according to Embodiment 5 will be described. The light-emitting device according to this embodiment differs from the light-emitting
図13は、本実施の形態に係る発光装置410の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図13には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図13には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されている。図14は、本実施の形態に係る発光装置410の断面図である。図14には、図13のXIV-XIV線における断面が示されている。なお、図14においては、光学部材40の断面も示されている。
FIG. 13 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置410は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー470とを備える。本実施の形態では、発光装置410は、図13に示されるように、複数の支持部83a~83d、84a~84d、85a~85d、86a~86d、87a~87dをさらに備える。ここで、支持部は基台と一体形成されていてもよいし、別々の部材で構成されていてもよい。
複数のミラー470の各々は、図14に示されるように、反射面71を有する板状の素子である。本実施の形態では、複数のミラー470の各々は、長方形状の反射面71を一つの主面とする板状の形状を有する。言い換えると、複数のミラー470の各々は、直方体状の形状を有する。複数のミラー470は、それぞれ、複数の支持部83a~83d、84a~84d、85a~85d、86a~86d、87a~87dに立て掛けられる。なお、複数のミラー470の各々は、基台20の主面21、及び、対応する支持部に接合材などによって接合されてもよい。
Each of the plurality of
図13に示される複数の支持部83a~83d、84a~84d、85a~85d、86a~86d、87a~87dの各々は、基台20の主面21に配置され、ミラー470を支持する。本実施の形態では、複数の支持部は、主面21との間に段差を形成する。また、複数の支持部は互いに寸法が異なる。具体的には、図14に示されるように、支持部の主面21からの高さ(図14に示される支持部85dの高さHs参照)と、当該高さの複数の支持部での平均値(図14に示される支持部の高さの平均値Hsm参照)との差の絶対値(|Hs-Hsm|)は、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち支持部が支持するミラー470の反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって、大きくなる。これにより、実施の形態4と同様に、主面21に垂直な方向と反射面71に垂直な方向とのなす角(θr)と、複数のミラーでの当該なす角の平均値との差の絶対値は、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって、大きくなる。したがって、本実施の形態に係る発光装置410においても、半導体レーザチップ60からの出射光L1と反射面71からの反射光L2とレンズ部43からの出力光L3との位置関係が実施の形態4と同様であるため、実施の形態4と同様の効果が奏される。ここで、このなす角の平均値との差の絶対値はレンズ領域44の中心位置44Cからレンズ部43の中心位置43Cまでの距離に比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。さらに、本実施の形態では、複数のミラー470の各々の基台20の主面21に対する傾斜角を調整することができるため、精細な光軸調整が可能となる。また、複数のミラー470の構造を共通化できるため、複数のミラー470の製造を容易化でき、かつ、複数のミラー470に要するコストを削減できる。
Each of the plurality of
(実施の形態6)
実施の形態6に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、主に、複数の半導体レーザチップ60及び複数のミラー70の構成において、実施の形態4に係る発光装置310と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態4に係る発光装置310との相違点を中心に図15を用いて説明する。
(Embodiment 6)
A light-emitting device according to Embodiment 6 will be described. The light-emitting device according to the present embodiment differs from the light-emitting
図15は、本実施の形態に係る発光装置510の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図15には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図15には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されており、ミラー70からの反射光L2の光軸、及び出力光L3の光軸も併せて示されている。
FIG. 15 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置510は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー70とを備える。複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70は、それぞれ、配置以外の構成においては、実施の形態1に係る複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70と同様の構成を有する。
本実施の形態の場合、ミラー70の反射面71の基台20の主面21に対する角度は45°である。反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向A(図15中の破線の方向すなわちX軸方向)と出射光L1の光軸とが一致する場合、反射光L2は基台20の主面21に対して垂直な方向B(Z軸方向)に進む。一致しない場合、出射光L1のベクトルを方向Aと主面21に平行な面内において方向Aと直交する方向C(Y方向)とに分解して考えると、反射光L2のベクトルは方向Bと方向Cとの成分を持つことになる。すなわち平面視では反射光L2は方向C(Y軸方向)を向くことになる。
In this embodiment, the angle of the reflecting
本実施の形態では、基台20の主面21の平面視において、ミラー70の反射面71に垂直な方向を基台20の主面21に投射した方向と、半導体レーザチップ60からの出射光L1の光軸の方向とのなす角を調整することによって、反射光L2の方向を主面21に垂直な方向に対して傾斜させている。具体的には、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向(図15に示される破線の方向)と、出射光L1の方向(図15に示される一点鎖線の方向)とのなす角は、レンズ領域44の中心位置44Cから複数のレンズ部43のうち反射面71に対応するレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。これにより、反射光L2の光軸の方向と主面21に垂直な方向とのなす角が、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射光L2を受けるレンズ部43の中心位置までの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、本実施の形態に係る発光装置510においても実施の形態4に係る発光装置310と同様に反射光L2の光軸の方向と主面21に垂直な方向とのなす角が、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射光L2を受けるレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなるので、同様の集光の効果が奏される。特に、実施の形態1に記載の様に、反射光L2の光軸がレンズ部の中心位置43Cからずれた箇所を通る場合には出力光L3はレンズ部の中心位置の方向に向きを変えて進むので、適切に配置することにより、出力光L3をレンズ領域44の中心位置44Cの方向に向けることができる(図15中の出力光L3を示す矢印参照)。言い換えれば、所定面領域A1に複数の出力光L3を集光できる。
In the present embodiment, in a plan view of the
ここで、このなす角はレンズ領域44の中心位置44Cからレンズ部43の中心位置43Cまでの距離にほぼ比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。
Here, since this angle is approximately proportional to the distance from the
また、本実施の形態では、複数のミラー70としてすべて同一のミラーを用いることが可能となる。このため、発光装置510の構成を簡素化することができる。
Further, in the present embodiment, it is possible to use the same mirrors as the plurality of
また、本実施の形態においてはミラー70の反射面71に垂直な方向を主面に投射した方向は、図15の各ミラー70に示される破線の方向であり、すべての複数のミラーにおいて同一方向(つまり、図15のX軸方向)である。このように、複数のミラー70の向きを統一できるため、複数のミラー70を整列させることができる。したがって、複数のミラー70の実装を容易化することができる。
In the present embodiment, the direction perpendicular to the reflecting
また、本実施の形態においては、反射面71に垂直な方向の主面21に対する角度は、すべての複数のミラー70において同一角度(45°)である。このように、複数のミラー70として、すべて同一のミラーを用いることができるため、発光装置510の構成を簡素化できる。また、一列に並ぶ複数ミラーの反射面71を同一平面に設定することが可能であるので、複数ミラーを列方向につなげた一つのミラーに置き換えることもでき、さらに構成を簡素化できる。
Further, in the present embodiment, all the
なお、図15に示されるY軸方向の位置が、レンズ領域44の中心位置44Cと等しい位置である4個の半導体レーザチップ60(図15の上から3行目に配置される4個の半導体レーザチップ60)においては、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と、出射光L1の方向とのなす角が全て0°であり、レンズ領域44の中心位置44Cからの距離が大きくなるにしたがって大きくならない。このような出射光L1とミラー70との組み合わせが発光装置510に含まれていてもよい。
The position in the Y-axis direction shown in FIG. In the laser chip 60), the angle between the direction perpendicular to the reflecting
(実施の形態7)
実施の形態7に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、主に、複数の半導体レーザチップ60及び複数のミラー70の構成において、実施の形態6に係る発光装置510と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態6に係る発光装置510との相違点を中心に図16を用いて説明する。
(Embodiment 7)
A light-emitting device according to Embodiment 7 will be described. The light-emitting device according to the present embodiment differs from the light-emitting
図16は、本実施の形態に係る発光装置610の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図16には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図16には、複数のレンズ部43の輪郭が破線で併せて示されており、ミラー70からの反射光L2の光軸と出力光L3の光軸も併せて示されている。
FIG. 16 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置610は、基台20と、枠部材30と、光学部材40と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー70とを備える。複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70は、それぞれ、配置以外の構成においては、実施の形態1に係る複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70と同様の構成を有する。
A
本実施の形態においても実施の形態6と同様に、基台20の主面21の平面視において、ミラー70の反射面71に垂直な方向を基台20の主面21に投射した方向(図16に示される破線の方向)と、半導体レーザチップ60からの出射光L1の光軸の方向(図16に示される一点鎖線の方向)とのなす角を調整することによって、反射光L2の方向を主面21に垂直な方向に対して傾斜させている。本実施の形態では、複数のミラー70の反射面71に垂直な方向を、レンズ領域44の中心位置44Cからの距離に応じて変化させている。具体的には、主面21の平面視で、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と、反射面71の中心位置71Cとレンズ領域44の中心位置44Cとを結ぶ線とのなす角が、レンズ領域44の中心位置44Cから反射面71の中心位置71Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。 これにより、反射光L2の光軸の方向と主面21に垂直な方向とのなす角が、レンズ領域44の中心位置44Cから、複数のレンズ部43のうち反射光L2を受けるレンズ部43の中心位置43Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなる。したがって、本実施の形態に係る発光装置610においても実施の形態6に係る発光装置510と同様であるため、同様の効果が奏される。
In the present embodiment, as in the sixth embodiment, in a plan view of the
ここで、このなす角はレンズ領域44の中心位置44Cから反射面71の中心位置71Cまでの距離にほぼ比例することにより、すべての出力光L3の光軸をほぼ1か所に集めることができる。さらに、主面21内において反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と直交する方向は、レンズ領域44の中心位置44Cを向いており、かつ、実施の形態1と同様に反射面71における出射光L1の中心位置とレンズ領域44の中心位置44Cとを結ぶ線分上にレンズ部43の中心位置43Cがあってもよい。これによりすべての出力光L3を1点に集光することが可能となる。
Here, since this angle is approximately proportional to the distance from the
また、本実施の形態では、複数のミラー70としてすべて同一のミラーを用いることが可能となる。このため、発光装置610の構成を簡素化することができる。
Further, in the present embodiment, it is possible to use the same mirrors as the plurality of
また、本実施の形態においては、出射光L1の方向は、すべての複数の半導体レーザチップ60において同一方向(つまり、図15のX軸方向に平行な方向)である。これにより、複数の半導体レーザチップ60の向きを統一できるため、複数の半導体レーザチップ60を整列させることができる。したがって、複数の半導体レーザチップ60の実装を容易化することができる。
In addition, in the present embodiment, the direction of the emitted light L1 is the same for all the plurality of semiconductor laser chips 60 (that is, the direction parallel to the X-axis direction in FIG. 15). As a result, the directions of the plurality of
また、本実施の形態においては、反射面71に垂直な方向の主面21に対する角度は、すべての複数のミラー70において同一角度(45°)である。このように、複数のミラー70として、すべて同一のミラーを用いることができるため、発光装置610の構成を簡素化できる。
Further, in the present embodiment, all the
なお、図16に示されるY軸方向の位置が、レンズ領域44の中心位置44Cと等しい位置である4個のミラー70(図16の上から3行目に配置される4個のミラー70)においては、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向と、反射面71の中心位置71Cとレンズ領域44の中心位置44Cとを結ぶ線とのなす角が全て0°であり、レンズ領域44の中心位置44Cから反射面71の中心位置71Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくならない。このような出射光L1とミラー70との組み合わせが発光装置610に含まれていてもよい。
Note that four mirrors 70 whose position in the Y-axis direction shown in FIG. 16 is the same as the
(実施の形態8)
実施の形態8に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、主に、光学部材の構成と、複数の半導体レーザチップ60及び複数のミラー70の構成において、実施の形態6に係る発光装置510と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、実施の形態6に係る発光装置510との相違点を中心に図17及び図18を用いて説明する。
(Embodiment 8)
A light-emitting device according to Embodiment 8 will be described. The light-emitting device according to this embodiment differs from the light-emitting
図17は、本実施の形態に係る発光装置710の光学部材40を取り外した状態を示す平面図である。図17には、基台20の主面21の平面視における平面図が示されている。図17には、複数のレンズ部743の輪郭が破線で併せて示されており、ミラーからの反射光L2の光軸、及び出力光L3の光軸も併せて示されている。図18は、本実施の形態に係る発光装置710の模式的な断面図である。図18には、図17のXVIII-XVIII線における断面が示されている。なお、図18においては、光学部材740の断面も示されている。また、図18には、断面には存在しない半導体レーザチップ60なども併せて模式的に示されている。
FIG. 17 is a plan view showing a state in which the
本実施の形態に係る発光装置710は、基台20と、枠部材30と、光学部材740と、複数の半導体レーザチップ60と、複数のサブマウント50と、複数のミラー70とを備える。複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70は、それぞれ、配置以外の構成においては、実施の形態1に係る複数の半導体レーザチップ60、複数のサブマウント50、及び、複数のミラー70と同様の構成を有する。
A
光学部材740は、複数のレンズ部743を有する。光学部材740は、図17に示されるように、複数のレンズ部743が配置されているレンズ領域744を有する。レンズ領域744は、例えば、複数のレンズ部743の包絡線744Eで囲まれる領域である。レンズ領域744の中心位置744Cは、レンズ領域744の重心である。
The
レンズ部743は、例えばパラボラレンズの様な非球面レンズである。本実施の形態では、図18に一点鎖線で示されるように、レンズ部743の光軸は、主面21に垂直な方向に対して傾斜している。この傾斜角度の大きさは、レンズ領域744の中心位置744Cからレンズ部743までの距離が大きくなるにしたがって大きくなっている。つまり、複数のレンズ部743の各々の光軸の方向と、主面21に垂直な方向とのなす角は、レンズ領域744の中心位置744Cから複数のレンズ部743の各々の中心位置743Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなっている。これにより、レンズ部743に入射する反射光L2の光軸の方向及び位置を、それぞれ、レンズ部743の光軸の方向及び位置とほぼ一致させることで、出力光L3を所定面領域A1に集光することができる。また、反射光L2の光軸の位置を、レンズ部743の光軸の位置に近づけることで、レンズ部743におけるコマ収差を低減できるため、所定面領域A1における出力光L3のプロファイルの歪みを抑制できる。つまり、出力光L3を所定面領域A1に確実に集光することができる。
The
また、複数のレンズ部743の各々の光軸は、所定面領域A1と交わってもよい。これにより、レンズ部743に入射する反射光L2の光軸の方向及び位置を、それぞれ、レンズ部743の光軸の方向及び位置とほぼ一致させることで、出力光L3を所定面領域A1に集光することができる。
Also, the optical axis of each of the plurality of
また、図17に示されるように、主面21の平面視で、レンズ領域744の中心位置744Cと複数のレンズ部743の各々と対応する反射面71上での出射光L1の中心位置C1とを結ぶ線分上に、複数のレンズ部743の各々の表面において複数のレンズ部743の各々の光軸が通る点743Aの位置があってもよい。これにより、反射面71からの反射光L2をレンズ部743の光軸と一致させることが可能となるため、レンズ部743の光軸から外れて失われる反射光L2の成分を低減することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 17, in plan view of the
また、複数のレンズ部743の各々の光軸の方向と、複数のレンズ部743の各々に入射する反射光L2の光軸の方向とのなす角(図18に示される角度θe)は、レンズ領域744の中心位置744Cから、複数のレンズ部743の各々の中心位置743Cまでの距離が大きくなるにしたがって大きくなってもよい。この構成は、実施の形態4の反射光L2とレンズ部43と同様の位置関係にあるため、同様の集光の効果を有する。なお、本実施の形態では、図18に示されるように反射光L2と出力光L3とは同一方向に伝搬する。
Further, the angle (angle θe shown in FIG. 18) formed between the optical axis direction of each of the plurality of
本実施の形態4、5、6、8に係る発光装置710の所定面領域A1における出力光L3のプロファイルについて、図19を用いて説明する。図19は、本実施の形態に係る発光装置710の所定面領域A1におけるすべての出力光L3のプロファイルを重ね合わせた遠視野像を示す図である。図19において、各出力光L3のプロファイルが破線で示されている。
The profile of the output light L3 in the predetermined surface area A1 of the
図19に示されるように、本実施の形態に係る発光装置710の所定面領域A1におけるすべての出力光L3のプロファイルを重ね合わせた遠視野像は、円形である。なお、ここで、円形とは、完全な円に限定されず、実質的に円形であるものも含む。例えば、遠視野像の輪郭の円からのずれが10%以下であるような場合にも、当該遠視野像の形状も円形に含まれる。
As shown in FIG. 19, the far-field image obtained by superimposing the profiles of all the output lights L3 in the predetermined surface area A1 of the
また、図19に示されるように、出力光L3の断面形状は、所定面領域A1において長軸方向を有する。図19において、長軸方向の一部が太い実線で示されている。当該長軸方向は、すべての出力光L3において均等に分散している。つまり、すべての出力光L3において長軸方向が特定の方向に偏っていない。これにより、所定面領域A1における光の強度分布を均一化しやすくなる。したがって、強度分布のムラの少ない照射光を生成することができる。 Further, as shown in FIG. 19, the cross-sectional shape of the output light L3 has a major axis direction in the predetermined surface area A1. In FIG. 19, a portion in the longitudinal direction is indicated by a thick solid line. The longitudinal direction is evenly dispersed in all the output light L3. In other words, the long axis direction of all the output light L3 is not biased in a specific direction. This makes it easier to uniformize the light intensity distribution in the predetermined surface area A1. Therefore, it is possible to generate irradiation light with less unevenness in intensity distribution.
(変形例など)
以上、本開示に係る発光装置について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
(Modified example, etc.)
As described above, the light emitting device according to the present disclosure has been described based on each embodiment, but the present disclosure is not limited to each of the above embodiments.
例えば、上記各実施の形態では、各発光装置は、枠部材30を備えるが、枠部材30は、各発光素子の必須の構成要素ではない。例えば、各発光装置の各光学部材が、枠部材に相当する部分を有してもよい。また、各光学部材は、枠部材30以外の部材によって基台20に支持されてもよい。
For example, in each of the above embodiments, each light-emitting device includes the
また、実施の形態2以外の各発光装置のサブマウント50は、必須の構成要素ではない。半導体レーザチップ60は、基台20に直接実装されてもよい。このように半導体レーザチップ60は、基台20の主面21に直接、又は、サブマウント50を介して実装されてもよい。
Also, the
また、上記各実施の形態では、複数の半導体レーザチップ60は、すべて同一の構成を有したが、互いに異なる構成を有していてもよい。
Moreover, in each of the embodiments described above, the plurality of
また、実施の形態4に係る発光装置310においては、反射面71に垂直な方向を主面21に投射した方向が、すべての複数のミラーで同一方向ではなかったが、同一方向としてもよい。この場合、実施の形態6に係る発光装置510と同様に、出射光L1の方向を各半導体レーザチップ60において異ならせることで、反射光L2の光軸の方向が実施の形態4に係る反射光L2の光軸と同様の方向になるように調整することができる。また、この場合、複数のミラーの反射面71に垂直な方向も適宜調整してもよい。
Moreover, in the
また、実施の形態1、2、3、7の各発光装置においても、シリンドリカルレンズを用いるなどして各出力光の長軸方向を均等に縮小することで、実施の形態8に係る発光装置710と同様に、円形の遠視野像を得ることができる。
Further, in each of the light emitting devices according to
また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 In addition, it is realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions of the above embodiments without departing from the scope of the present disclosure, as well as the forms obtained by applying various modifications that a person skilled in the art can think of for the above embodiments. Any form is also included in the present disclosure.
本開示の発光装置は、例えば、高出力かつ高光密度の光源としてプロジェクタ用の光源などに適用できる。 The light emitting device of the present disclosure can be applied to, for example, a light source for a projector as a light source with high output and high light density.
10、110、210、310、410、510、610、710 発光装置
20 基台
21 主面
30 枠部材
40、740 光学部材
43、743 レンズ部
43C、44C、71C、743C、744C、C1 中心位置
44、744 レンズ領域
44E、744E 包絡線
50、53a、53b、53c、53d、54a、54b、54c、54d、55a、55b、55c、55d、56a、56b、56c、56d、57a、57b、57c、57d サブマウント
51 実装面
52 取付面
60 半導体レーザチップ
70、73a、73b、73c、73d、74a、74b、74c、74d、75a、75b、75c、75d、76a、76b、76c、76d、77a、77b、77c、77d、373a、373b、373c、373d、374a、374b、374c、374d、375a、375b、375c、375d、376a、376b、376c、376d、377a、377b、377c、377d、470 ミラー
71 反射面
83a、83b、83c、83d、84a、84b、84c、84d、85a、85b、85c、85d、86a、86b、86c、86d、87a、87b、87c、87d 支持部
A1 所定面領域
E1 出射点
L1 出射光
L2 反射光
L3 出力光
10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710
Claims (23)
前記主面に実装され、前記主面に平行な光軸を有する複数の半導体レーザチップと、
各々が、前記複数の半導体レーザチップの各々の出射点からの出射光を反射する反射面を有する複数のミラーと、
各々が、前記複数のミラーの各々の反射面からの反射光を受ける複数のレンズ部を有する光学部材とを備え、
前記主面の平面視で、前記反射面における前記出射光の中心位置と、前記複数のレンズ部のうち前記反射面に対応するレンズ部の中心位置との距離は、前記出射光の中心位置と、前記複数のレンズ部が配置されているレンズ領域の中心位置との距離が大きくなるにしたがって大きくなり、
前記複数のレンズ部の各々からの出力光は、前記レンズ領域より面積が小さい所定面領域の内部に照射される
発光装置。 a base having a main surface;
a plurality of semiconductor laser chips mounted on the main surface and having optical axes parallel to the main surface;
a plurality of mirrors, each having a reflecting surface for reflecting light emitted from each emission point of the plurality of semiconductor laser chips;
an optical member each having a plurality of lens portions that receive reflected light from the reflecting surfaces of the plurality of mirrors;
In a plan view of the main surface, the distance between the center position of the emitted light on the reflecting surface and the center position of the lens portion corresponding to the reflecting surface among the plurality of lens portions is equal to the center position of the emitted light. , increases as the distance from the center position of the lens area in which the plurality of lens units are arranged increases,
A light-emitting device in which the output light from each of the plurality of lens portions is irradiated to the inside of a predetermined surface region having an area smaller than that of the lens region.
請求項1に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 1, wherein the output light is a focused beam.
請求項1又は2に記載の発光装置。 The distance between the center position of the reflective surface and the center position of the lens portion corresponding to the reflective surface among the plurality of lens portions in a plan view of the main surface is equal to the center position of the reflective surface and the center of the lens area. 3. The light-emitting device according to claim 1, wherein the light-emitting device increases as the distance from the position increases.
請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置。 an absolute value of a difference between a height from the main surface to the emission point of each of the plurality of semiconductor laser chips and an average value of heights from the main surface to the emission point of each of the plurality of semiconductor laser chips; increases as the distance from the center position of the lens region to the center position of the lens portion corresponding to the emission point among the plurality of lens portions increases. A light emitting device as described.
請求項1~4のいずれか1項に記載の発光装置。 The absolute value of the difference between the height from the main surface to the center position of the reflecting surface and the average value of the heights from the main surface to the center position of the reflecting surface for the plurality of mirrors is the lens area. The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance from the center position to the center position of the lens portion corresponding to each of the plurality of mirrors among the plurality of lens portions increases as the distance increases. .
請求項4又は5に記載の発光装置。 The light emission according to claim 4 or 5, wherein in a plan view of the main surface, the center position of each of the plurality of lens portions and the center position of the reflecting surface corresponding to each of the plurality of lens portions match each other. Device.
請求項1~6のいずれか1項に記載の発光装置。 The angle formed by the direction of the optical axis of the reflected light and the direction perpendicular to the main surface is the distance from the center position of the lens region to the center position of the lens portion that receives the reflected light among the plurality of lens portions. The light-emitting device according to any one of claims 1 to 6, which increases as .
請求項7に記載の発光装置。 The angle between the direction of projection of the direction perpendicular to the reflecting surface onto the main surface and the direction of the emitted light is the lens portion corresponding to the reflecting surface among the plurality of lens portions from the center position of the lens region. 8. The light-emitting device according to claim 7, wherein the distance to the central position of is increased.
請求項8に記載の発光装置。 9. The light emitting device according to claim 8, wherein a direction perpendicular to said reflecting surface is projected onto said main surface in all of said plurality of mirrors.
請求項8に記載の発光装置。 9. The light emitting device according to claim 8, wherein angles of the direction perpendicular to the reflecting surface with respect to the main surface are the same for all of the plurality of mirrors.
請求項7に記載の発光装置。 In a plan view of the principal surface, an angle formed by a direction perpendicular to the reflecting surface projected onto the principal surface and a line connecting a center position of the reflecting surface and a center position of the lens region is the lens 8. The light emitting device according to claim 7, which increases as the distance from the central position of the region to the central position of the reflecting surface increases.
請求項8に記載の発光装置。 9. The light emitting device according to claim 8, wherein the angle of the direction perpendicular to the reflecting surface with respect to the main surface is the same for all of the plurality of mirrors.
請求項11に記載の発光装置。 12. The light emitting device according to claim 11, wherein the direction of the emitted light is the same for all of the plurality of semiconductor laser chips.
請求項7に記載の発光装置。 The absolute value of the difference between the angle formed by the direction perpendicular to the main surface and the direction perpendicular to the reflecting surface and the average value of the angles formed by the plurality of mirrors is calculated from the center position of the lens area to the 8. The light emitting device according to claim 7, wherein the distance to the center position of the lens portion corresponding to the reflecting surface among the plurality of lens portions increases as the distance to the center position increases.
請求項14に記載の発光装置。 15. The light emitting device according to claim 14, wherein a direction obtained by projecting a direction perpendicular to said reflecting surface onto said main surface is the same direction for all of said plurality of mirrors.
請求項14に記載の発光装置。 15. The plurality of mirrors according to claim 14, wherein angles formed by a direction perpendicular to said reflecting surface projected onto said main surface and a direction of incidence of said emitted light on said reflecting surface are the same angle in all of said plurality of mirrors. luminous device.
前記複数のミラーは、それぞれ複数の支持部に立て掛けられる
請求項14に記載の発光装置。 Further comprising a plurality of support portions arranged on the main surface,
The light-emitting device according to claim 14, wherein the plurality of mirrors are respectively leaned against a plurality of support portions.
請求項1~17のいずれか1項に記載の発光装置。 The angle formed by the direction of the optical axis of each of the plurality of lens portions and the direction perpendicular to the main surface increases as the distance from the center position of the lens region to the center position of each of the plurality of lens portions increases. 18. The light emitting device according to any one of claims 1 to 17, which increases in accordance with .
請求項18に記載の発光装置。 The angle formed by the direction of the optical axis of each of the plurality of lens units and the direction of the optical axis of the reflected light incident on each of the plurality of lens units is an angle between the center position of the lens area and the direction of the optical axis of each of the plurality of lens units. 19. The light-emitting device according to claim 18, wherein the distance to the center position of each portion increases as the distance to the center position increases.
請求項18に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 18, wherein the optical axis of each of the plurality of lens portions intersects with the predetermined surface area.
請求項18に記載の発光装置。 In a plan view of the main surface, the plurality of lenses are arranged on a line segment connecting a center position of the lens region and a center position of the emitted light on the reflecting surface corresponding to each of the plurality of lens portions. 19. The light-emitting device according to claim 18, wherein the surface of each portion has a position of a point through which the optical axis of each of the plurality of lens portions passes.
請求項1~21のいずれか1項に記載の発光装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 21, wherein a far-field image obtained by superimposing all the output lights in the predetermined surface area is circular.
請求項22に記載の発光装置。 23. The light emitting device according to claim 22, wherein the cross-sectional shape of said output light has a long axis direction in said predetermined surface area, and said long axis direction is evenly dispersed in all of said output light.
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