JPH11177181A - ２次元半導体レーザーアレイユニットと２次元半導体レーザーアレイ及びこれを用いたレーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 選択した半導体レーザーのみからレーザー光
を発光させることができ、かつ半導体レーザーごとにレ
ーザー光の出力を制御できる２次元半導体レーザーアレ
イを提供し、かつ、この２次元半導体レーザーアレイを
用いた、マスクの不要な２次元パターン加工装置を提供
する。 【解決手段】 それぞれレーザー発光面を有する複数の
半導体レーザーを、前記レーザー発光面が２次元配列す
るように配置した２次元半導体レーザーアレイユニット
であって、各前記半導体レーザーは互いに絶縁され、各
前記半導体レーザーへの配線用端子が前記レーザー発光
面と反対側の面に配置されており、前記配線用端子を通
じて各前記半導体レーザーへ個別に配線できることを特
徴とする２次元半導体レーザーアレイユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元半導体レー
ザーアレイユニットと２次元半導体レーザーアレイ及び
これを用いたレーザー加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次元半導体レーザーアレイを用
いたレーザー加工装置である２次元パターン加工装置
は、２次元半導体レーザーアレイ、レーザー光整形光学
系、マスク、結像光学系から構成されており、結像光学
系の後に被加工物が配置されている。

【０００３】２次元半導体レーザーアレイから、面状の
レーザー光が発光される。このレーザー光は、レーザー
光整形光学系によって所定の断面形状を有する平行光に
整形される。この平行光は所望のパターンを有するマス
クを透過した後、結像光学系によって被加工物表面に結
像される。その結果、マスクと同じパターンが被加工物
表面に加工される。

【０００４】２次元半導体レーザーアレイは、１次元半
導体レーザーアレイが電極を介して上下に積層されて構
成される。各１次元半導体レーザーアレイでは、１次元
状のレーザー結晶中に複数の半導体レーザーが形成され
ている。積層された１次元レーザーアレイの最上面およ
び最下面に形成された電極を通じて、各半導体レーザー
に電力が供給される。その結果、各半導体レーザーが発
光して、面状のレーザー光が得られる。

【０００５】１次元レーザーアレイは、電極を介して積
層されているため、互いに直列に接続されている。一
方、各１次元レーザーアレイの個々の半導体レーザー
は、同じレーザー結晶中に形成されているため、１次元
レーザーアレイを挟む電極に対して、並列に接続され
る。すなわち、各１次元レーザーアレイは直列に接続さ
れ、各１次元レーザーアレイ中の各半導体レーザーは並
列に接続されている。その結果、各半導体レーザーには
ほぼ同じ電力が供給され、すべての半導体レーザーから
同じ出力のレーザー光が発光される。

【０００６】このように、従来の２次元パターン加工装
置においては、２次元半導体レーザーアレイのすべての
半導体レーザーから同じ出力のレーザー光が発光され
る。その結果、被加工物表面に所望のパターンを加工す
るには、２次元半導体レーザーアレイと被加工物との間
に、所望の加工パターンを有するマスクを配置する必要
がある。そのため、異なる加工パターン毎にマスクを製
作する必要があり、加工パターンの変更が容易でないと
いう問題があった。また、発光されるレーザー光がすべ
て同じ出力であるため、被加工物表面上の加工パターン
に濃淡の階調を付けにくいという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、選択した半
導体レーザーのみからレーザー光を発光させることがで
き、かつ半導体レーザーごとにレーザー光の出力を調整
できる、２次元半導体レーザーアレイユニットと２次元
半導体レーザーアレイを提供する。また、この２次元半
導体レーザーアレイを用いた、マスクの不要な２次元パ
ターン加工装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、２次元半導体アレイの個々の半
導体レーザーを互いに電気的に絶縁して、各半導体レー
ザーへの配線用端子をレーザー発光面と反対側の面に配
置した。そして、各半導体レーザーごとに配線してレー
ザー用電力を供給できるようにした。

【０００９】すなわち、本発明によれば、それぞれレー
ザー発光面を有する複数の半導体レーザーを、前記レー
ザー発光面が２次元配列するように配置した２次元半導
体レーザーアレイユニットであって、各前記半導体レー
ザーは互いに絶縁され、各前記半導体レーザーへの配線
用端子が前記レーザー発光面と反対側の面に配置されて
おり、前記配線用端子を通じて各前記半導体レーザーへ
個別に配線できることを特徴とする２次元半導体レーザ
ーアレイユニットが提供される。

【００１０】また、本発明によれば、前記２次元半導体
レーザーアレイユニットと、前記配線用端子に対応した
配線用コネクタが配置された配線用基板とを有し、前記
配線用端子と前記配線用コネクタとを介して、前記２次
元半導体レーザーアレイユニットが前記配線用基板に着
脱自在に装着された構成であることを特徴とする２次元
半導体レーザーアレイが提供される。

【００１１】さらに、本発明によれば、前記２次元半導
体レーザーアレイユニットまたは前記２次元半導体レー
ザーアレイと、前記ユニットまたは前記アレイへレーザ
ー用電力を供給するレーザー用電源と、前記ユニットま
たは前記アレイの各前記レーザー発光面から発光された
レーザー光を被加工物に結像する結像光学系とから構成
されることを特徴とするレーザー加工装置が提供され
る。

【００１２】なお、本発明に係るレーザー加工装置は、
前記ユニットまたは前記アレイと前記結像光学系との間
に、各前記レーザー発光面に対向するレンズから構成さ
れた２次元レンズアレイが配置されていることが好まし
い。

【００１３】また、本発明に係るレーザー加工装置は、
前記ユニットまたは前記アレイと前記結像光学系との間
に、前記レーザー発光面に対向するプリズムから構成さ
れた２次元プリズムアレイが配置されていることが好ま
しい。

【００１４】さらに、本発明に係るレーザー加工装置
は、前記ユニットまたは前記アレイと前記結像光学系と
の間に、前記レーザー発光面に対向する回折格子から構
成された２次元回折格子アレイが配置されていることが
好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に係る２次元半導
体レーザーアレイユニット１の斜視図を示す。２次元半
導体レーザーアレイユニット１は、複数の半導体レーザ
ー２から一体的に形成されている。半導体レーザー２は
それぞれレーザー発光面３を有し、このレーザー発光面
３が２次元配列するように配置されている。各半導体レ
ーザー２は互いに絶縁され、各レーザー発光面３と反対
側の面に、例えば２本のピンからなる配線用端子４を有
する。図１では、一例として、縦３個×横４個の半導体
レーザー２から構成される２次元半導体レーザーアレイ
ユニット１を示す。

【００１６】本発明に係る２次元半導体レーザーアレイ
ユニット１は、１次元半導体レーザーアレイを加工して
製作する。１次元レーザーアレイは、１つの１次元状の
レーザー結晶の中に複数の半導体レーザーが形成されて
いる。この１次元レーザーアレイをレーザービームを用
いて分断して、互いに電気的に絶縁された半導体レーザ
ー２を形成する。互いに絶縁された半導体レーザー２か
らなる１次元レーザーアレイを、互いに絶縁して上下に
積層する。そして、背面に配線用端子４を配置して、２
次元半導体レーザーアレイユニット１を製作する。

【００１７】以下に、２次元半導体レーザーアレイユニ
ット１の製作方法を、図２、図３、および図４を参照し
て詳細に説明する。図２において、まず、長方形の第１
絶縁板５を用意する。第１絶縁板５の材料としては、Ｂ
ｅＯ、ＡｌＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ などが挙げられる。

【００１８】この絶縁板５に金属コーティング６を形成
する。具体的には、この第１絶縁板５の上面全面と、こ
の上面と長辺を介して接する一つの側面にかけて、連続
する金属コーティング６を形成する。側面の金属コーテ
ィング６については、側面の上半分にのみ形成する。金
属コーティング６としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌな
どが挙げられる。

【００１９】１次元半導体レーザーアレイを、第１絶縁
板５の上面に配置する。具体的には、まず、複数の半導
体レーザーが形成された１次元レーザー結晶７を用意す
る。各半導体レーザーは、レーザー発光面３を有する。
１次元レーザー結晶７は、第１絶縁板５の長辺と同じ長
さを持つ矩形状をなす。１次元レーザー結晶７を構成す
る材料としては、例えばＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰなどが挙
げられる。この１次元レーザー結晶７を、第１絶縁板５
の上面の長辺に沿って、コーティング６上に配置する。
その際、金属コーティング６と１次元レーザー結晶７と
の間に、金属薄膜９を挿入する。金属薄膜９は、十分な
電気伝導性があり、また良好な密着性が得られるように
弾性変形しやすい材料である。金属薄膜９としては、例
えば、Ｉｎ、Ａｕなどが挙げられる。

【００２０】なお、金属コーティング６が、絶縁板５及
び１次元レーザー結晶７の接触面の平面度、表面粗さを
考慮して厚さが十分に大きければ、金属薄膜９を挿入し
なくても問題ない。

【００２１】第１絶縁板５の表面に、レーザービーム１
０を走査しながら照射する。ビーム走査は、第１絶縁板
５の短辺と平行に繰返して行う。ビーム照射して照射跡
を溶融除去する、または、酸化性雰囲気の中でビーム照
射して照射跡に酸化膜を形成する。こうして、金属コー
ティング６、金属薄膜９および１次元レーザー結晶７
を、第１絶縁板５の短辺と平行に、等間隔に切断する。
金属コーティング６は切断されて、互いに絶縁された帯
状の第１金属電極１１が形成される。この第１金属電極
１１は、金属コーティング６と同様に、第１絶縁板５の
上面から側面を連続して被覆している。金属薄膜９も切
断されて、互いに絶縁された第１金属薄膜１２が形成さ
れる。１次元レーザー結晶７も切断されて、互いに絶縁
された半導体レーザー２ごとに分断される。この結果、
半導体レーザー２は、帯状の第１金属電極１１の上に、
第１金属薄膜１２を介して形成される。

【００２２】次に、図３において、絶縁スペーサ１３を
それぞれの第１金属電極１１上に配置する。絶縁スペー
サ１３は、半導体レーザー２とほぼ同じ形状を有する。
この絶縁スペーサ１３を、帯状の第１金属電極１１の、
半導体レーザー２が形成されていない側に配置する。配
置は、接着剤１４を介して行う。各絶縁スペーサ１３の
上面には、接着剤１６を塗布する。

【００２３】各半導体レーザー２の上面に第２金属薄膜
１５を形成する。第２金属薄膜は、金属薄膜９と同じ材
質からなり、弾性変形しやすい。第２絶縁板１７を用意
する。第２絶縁板１７は、第１絶縁板５と同じ材質、形
状からなる。この第２絶縁板１７の上面に、帯状の第２
金属電極１８を形成する。第２金属電極１８は、第１金
属電極１１と同じ材質、形状からなる。

【００２４】第１絶縁板５の上に第２絶縁板１７を装着
して押着する。装着は、第１金属電極１１と第２金属電
極１８とが対向するように行う。装着後、上下より圧力
をかけて、２つの絶縁板の間で押着する。こうして、第
１金属電極１１と半導体レーザー２を、弾性変形しやす
い第１金属薄膜１２を介して良好に密着させる。また、
各半導体レーザー２と第２金属電極１８とを、弾性変形
しやすい第２金属薄膜１５を介して良好に密着させる。
同時に、第１金属電極１１と絶縁スペーサ１３を接着剤
１４を介して十分に接着させる。また、絶縁スペーサ１
３と第２金属電極１８を接着剤１６を介して十分に接着
させる。

【００２５】以上のようにして、互いに絶縁された半導
体レーザー２からなる１次元半導体レーザーアレイ１９
を製作する。この１次元半導体レーザーアレイ１９を上
下に積層して、２次元半導体レーザーアレイユニット１
を製作する方法を、以下に詳細に説明する。

【００２６】図４（ａ）は２次元半導体レーザーアレイ
ユニット１の背面図を、図４（ｂ）は断面図を、そして
図４（ｃ）は正面図を示す。図４において、まず、１次
元半導体レーザーアレイ１９を接着剤２０を介して上下
に積層する。図４では積層する数は３層であるが、この
数には限定されない。

【００２７】積層した１次元半導体レーザーアレイ１９
の背面に、配線用端子４を配置する。配線用端子４は、
例えばピンなどからなる。具体的には、第１絶縁板５の
側面を被覆する第１金属電極１１上、および第２絶縁板
５の側面を被覆する第２金属電極１８上に、それぞれ配
線用端子４を水平に固定する。固定は、第３金属薄膜２
１を介して押着して行う。第３金属薄膜２１は、金属薄
膜９と同じ材質からなり弾性変形しやすいので、容易に
横着して配線用端子４を固定することができる。こうし
て、第２金属薄膜１５、第２金属電極１８、第３金属薄
膜２１、配線用端子４を通じて、そして第１金属薄膜１
２、第１金属電極１１、第３金属薄膜２１、配線用端子
４を通じて、各半導体レーザー２に外部から個別に配線
することができる。なお、各半導体レーザー２への配線
は、上述した方法の代わりに、ＡｌやＡｕなどの材料を
用いたボンディング方法によって行っても良い。

【００２８】固定板２２を背面に装着して、配線用端子
４を固定する。固定板２２としては十分な電気絶縁性を
有し、また十分な熱伝導性を有していることが好まし
い。このような絶縁材料としては、ＢｅＯ、ＡｌＮ、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ などが挙げられる。固定板２２には、各配線用
端子４に合致する挿入穴が形成されている。装着は、固
定板２２の各挿入穴に、各配線用端子４をそれぞれ挿入
させながら行う。

【００２９】積層した１次元半導体レーザーアレイ１９
の下面に第１金属板２６を配置する。具体的には、ま
ず、最下層の１次元レーザーアレイ１９に絶縁スペーサ
板２４を配置する。これは、接着剤２３を介して行う。
そして、絶縁スペーサ板２４の上に、第１金属板２６を
配置する。配置は、絶縁スペーサ板２４の下面、および
固定板２２の下面を覆うように行う。この配置は接着剤
２５を介して行う。

【００３０】積層した１次元半導体レーザーアレイ１９
の上面に第２金属板２８を配置する。配置は、最上層の
１次元レーザーアレイ１９の第２絶縁板１７の上面、お
よび固定板２２の上面を覆うように行う。この配置は接
着剤２７を介して行う。

【００３１】以上のようにして、２次元半導体レーザー
アレイユニット１を製作する。この２次元半導体レーザ
ーアレイユニット１に、配線用端子４を介してレーザー
用電力を供給して、レーザー光を発光させる。

【００３２】本発明に係る２次元半導体レーザーアレイ
ユニット１は、以下の特徴を有する。選択した半導体レ
ーザー２のみからレーザー光を発光させ、また半導体レ
ーザー２ごとにレーザー光の出力を制御することができ
る。これは、個々の半導体レーザー２が互いに電気的に
絶縁されているからである。また各半導体レーザー２の
配線用端子４が、レーザー発光面３と反対側の面に配置
されているからである。配線用端子４がレーザー発光面
３と反対側の面に配置されていることで、半導体レーザ
ー２ごとに容易に配線することができる。その結果、半
導体レーザー２ごとに、レーザー用電源、およびレーザ
ー光出力制御等の制御回路を接続することができる。そ
して半導体レーザー２ごとに、レーザー光のＯＮ／ＯＦ
Ｆおよび出力を制御することができる。

【００３３】１次元レーザーアレイ１９ごとに異なった
レーザー波長を与えることもできる。これは、各１次元
レーザー結晶７に異なる材料を使用することで実現す
る。そして、１次元レーザーアレイ１９を選択すること
で、所望の波長のレーザー光を発光させることができ
る。また、複数の１次元レーザーアレイ１９を同時に選
択して、複数の波長のレーザー光を同時に発光させるこ
ともできる。その結果、２次元レーザーアレイユニット
１を用いた後述の２次元パターン加工装置において、被
加工物表面が最も効率良くレーザー光を吸収する波長領
域のレーザー光を使用することができる。そして、パタ
ーン加工の時間を短縮でき、パターン加工の能率を高め
ることができる。なお、異なる波長を有する１次元レー
ザーアレイ１９は、任意に積層することができる。例え
ば、混合して積層しても良いし、交互に配列して積層し
ても良い。

【００３４】なお、各半導体レーザー２ごとにトランジ
スタを内蔵させることが好ましい。これは、１次元レー
ザー結晶７をコーティング６上に配置する際に、１次元
レーザー結晶７の表面に、半導体レーザーごとにトラン
ジスタを形成することで実現する。１次元レーザー結晶
７の表面は、ｐ型またはｎ型の半導体層から形成されて
いるので、通常の半導体プロセスを用いて容易にトラン
ジスタを形成することができる。トランジスタを内蔵さ
せた結果、各トランジスタに印加する電圧を変えること
で、各半導体レーザー２へ供給する電力を制御し、レー
ザー発光強度を調整することができる。その結果、レー
ザー光の出力制御回路を外部に配置する必要がなくな
り、装置構成を簡略化できる。

【００３５】２次元レーザーアレイユニット１を、配線
用基板に装着して使用しても良い。この配線用基板は、
外部のレーザー用電源および制御回路と接続されてい
る。図５に、２次元半導体レーザーアレイユニット１を
配線用基板２９に装着して使用する一例を示す。図５に
おいては、４個の２次元半導体レーザーアレイユニット
１を、太線で示した境界線で隣接させて配線用基板２９
に装着している。各レーザーアレイユニット１は、縦３
個×横４個に配列された半導体レーザー２から形成され
ている。レーザーアレイユニット１の数、および各レー
ザーアレイユニット１を構成する半導体レーザー２の数
は、図５に示した数には限定されない。

【００３６】配線用基板２９は板状の絶縁物から形成さ
れる。絶縁物としては十分な電気絶縁性を有しており、
また十分な熱伝導性を有していることが好ましい。この
ような絶縁材料としては、ＢｅＯ、ＡｌＮなどが挙げら
れる。この配線用基板２９には、複数の配線用コネクタ
３０が互いに絶縁されて配置されている。

【００３７】配線用コネクタ３０は、ピンなどの配線用
端子４と着脱自在に接続可能な、ソケットなどの構造を
なしている。配線用コネクタ３０には、図示しないレー
ザー用電源および出力制御回路が接続されている。

【００３８】配線用端子４を、対応する配線用コネクタ
３０に挿入／抜出するなどして、両者を容易に接続／分
離することができる。その結果、１または複数のレーザ
ーアレイユニット１を互いに絶縁しながら、配線用基板
２９と電気的および熱的に容易に装着／離脱することが
できる。

【００３９】レーザーアレイユニット１を配線用基板２
９に装着して使用することで、以下の利点が得られる。
レーザーアレイユニット１に直接配線する必要がないの
で、レーザーアレイユニット１を損傷する危険性が減少
する。

【００４０】複数のレーザーアレイユニット１を隣接し
て配線用基板２９に装着することで、大面積化されたレ
ーザー光を容易に得ることができる。その際、発光中に
半導体レーザー２の一部が故障しても、故障した半導体
レーザー２を含むレーザーアレイユニット１を交換する
だけで、容易に修復することができる。

【００４１】各半導体レーザー２から発生した熱を、配
線用基板２９へ放熱することができる。熱が伝わるルー
トとしては、例えば、第２金属薄膜１５、第２金属電極
１８、第２絶縁板１７、第３金属薄膜２１、固定板２２
を介して配線用基板２９へ、そして、第１金属薄膜１
２、第１金属電極１１、第１絶縁板５、第３金属薄膜２
１、固定板２２を介して配線用基板２９へなどが挙げら
れる。後述するように、配線用基板２９を外部の冷却手
段によって冷却することで、配線用基板２９への放熱に
よって各半導体レーザー２の温度を所望の値に抑えるこ
とができる。

【００４２】図６に、本発明に係るレーザー加工装置の
一例を示す。以下では２次元の加工を例にするが、１次
元の半導体レーザーアレイのみを使用して１次元の加工
を行っても良い。

【００４３】図６に示すレーザー加工装置としての２次
元パターン加工装置は、配線用基板２９に装着された複
数の２次元半導体レーザーアレイユニット１、２次元半
導体レーザーアレイユニット１を制御する制御回路（図
示せず）、結像光学系３１から構成されている。結像光
学系３１の後に被加工物３２が配置されている。制御回
路（図示せず）には、レーザー用電力を供給するレーザ
ー用電源、およびレーザー光の出力を制御する出力制御
回路が含まれる。図６では、４個のレーザーアレイユニ
ット１を、太線で示した境界線で隣接させて配線用基板
２９に装着している。各レーザーアレイユニット１は、
縦５個×横５個に配列された半導体レーザー２から形成
されている。レーザーアレイユニット１の数、および各
レーザーアレイユニット１を構成する半導体レーザー２
の数は、図６の例に示した数には限定されない。

【００４４】図７は、配線用基板２９への電気配線およ
び冷却配管を示す模式図である。配線用基板２９には、
制御器３３を介してレーザー用電源３４が接続されてい
る。レーザーアレイユニット１の各半導体レーザー２
は、配線用基板２９および制御器３３を介して、互いに
独立にレーザー用電源３４と接続されている。

【００４５】制御器３３には、スイッチ（図示せず）お
よび出力制御回路（図示せず）が含まれている。スイッ
チ（図示せず）は、各半導体レーザー２への配線ごとに
配置されていて、各半導体レーザー２へのレーザー用電
力の供給をＯＮ／ＯＦＦする。スイッチ（図示せず）を
操作することで、選択した半導体レーザー２のみからレ
ーザー光を発光させることができる。出力制御回路（図
示せず）は、各半導体レーザー２への配線ごとに配置さ
れていて、各半導体レーザー２へのレーザー用電力を制
御する。出力制御回路（図示せず）を操作することで、
半導体レーザー２からの発光出力を調整することができ
る。

【００４６】配線用基板２９には冷却用配水管３５が挿
入されている。冷却用配水管３５は冷却装置３６に連結
されている。配線用基板２９は、冷却用配水管３５を通
じて配線用基板２９内部に導入される冷却水によって冷
却される。配線用基板２９が冷却されることで、配線用
基板２９に装着された各半導体レーザー２も同時に冷却
される。その結果、各半導体レーザー２を所望の温度に
保持することができる。

【００４７】次に、図６および図７に示した２次元パタ
ーン加工装置を用いて、被加工物３２の表面をパターン
加工する方法について説明する。冷却装置３６を作動さ
せて配線用基板２９を冷却する。そして、配線用基板２
９に装着された各半導体レーザー２を所望の温度に保持
する。制御器３３内部のスイッチ（図示せず）を操作し
て、所望する加工パターンと同じレーザー光パターン３
７を形成する半導体レーザー２のみをＯＮさせる。制御
器３３内の出力制御回路（図示せず）を操作して、ＯＮ
している半導体レーザー２からのレーザー光の出力を調
整して、レーザー光パターン３７に所望の発光出力分布
を持たせる。このレーザー光パターン３７を、結像光学
系３１を通して、被加工物３２の表面に等倍で、または
縮小して結像する。その結果、被加工物３２の表面に所
望の加工パターンが形成される。

【００４８】本発明に係る２次元パターン加工方法にお
いては、２次元半導体レーザーアレイユニット１と被加
工物３２との間にマスクを配置する必要がない。それ
は、本発明に係る２次元パターン加工装置が、所望する
加工パターンと同じ形状のレーザー光パターン３７を発
光できるからである。この結果、異なる加工パターンに
対しても、パターン毎にマスクを製作する必要がない。
代わりに、制御器３３内部のスイッチを操作するだけで
容易に加工パターンを変更できる。さらに、制御器３３
の出力制御回路を操作することで、被加工物３２表面上
の加工パターンに容易に濃淡の階調を付けることができ
る。また、前述したように、１次元レーザーアレイ１９
ごとに異なったレーザー波長を与えることで、被加工物
表面が最も効率良くレーザー光を吸収する波長領域のレ
ーザー光を使用することができる。そして、パターン加
工の時間を短縮でき、パターン加工の能率を高めること
ができる。

【００４９】レーザーアレイユニット１と結像光学系３
１との間に、レンズ系または回折格子を設置することが
好ましい。その結果、レーザーアレイユニット１からの
レーザー光の広がり角を小さくすることができる。各レ
ーザー発光面３から発光されるレーザー光は、通常は広
がり角が大きい。そのため、レーザー光が通過する結像
光学系３１も大きくなり、パターン加工装置全体も大き
くなる。従って、レーザーアレイユニット１の前面に設
置したレンズ系または回折格子によって、レーザー光の
広がり角を小さくする。そして、広がり角が小さくなっ
たレーザー光を結像光学系３１に入射させることが好ま
しい。

【００５０】レーザーアレイユニット１の前面に設置す
るレンズ系または回折格子としては、例えば、図８に示
したように、以下のものが挙げられる。図８（ａ）に示
すように、各レーザー発光面３に対向するレンズから構
成された２次元レンズアレイ３８が好ましい。各レーザ
ー発光面３から発光されたレーザー光は、２次元レンズ
アレイ３８を通過後、広がり角が小さくなる。広がり角
が小さくなったレーザー光を結像光学系３１に入射する
ことで、結像光学系３１を小さくできる。また、２次元
レンズアレイ３８の位置を調整して、レンズの焦点位置
に各レーザー発光面３が位置するようにすることが好ま
しい。こうすることで、各レーザー発光面３から発光さ
れたレーザー光が、２次元レンズアレイ３８を通過後、
平行光３９に変換される。平行光３９を結像光学系３１
に入射することで、結像光学系３１を小さくできる。

【００５１】または、図８（ｂ）に示すように、各レー
ザー発光面３に対向するプリズムから構成された２次元
プリズムアレイ４０が好ましい。各レーザー発光面３か
ら発光されたレーザー光は、２次元プリズムアレイ４０
を通過した後、その出射光軸が結像光学系３１の光軸の
方に傾く。出射光軸が傾いたレーザー光４１を結像光学
系３１に入射することで、結像光学系３１を小さくでき
る。

【００５２】または、図８（ｃ）に示すように、各レー
ザー発光面３に対向する回折格子から構成された２次元
回折格子アレイ４２が好ましい。各レーザー発光面３か
ら発光されたレーザー光は、２次元回折格子アレイ４２
を通過した後、その出射光軸が結像光学系３１の光軸の
方に傾く。出射光軸が傾いたレーザー光４３を結像光学
系３１に入射することで、結像光学系３１を小さくでき
る。

【００５３】また、駆動機構を結像光学系３１に取り付
けることが好ましい。駆動機構は、結像光学系３１の光
軸に垂直で互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）上で駆動
可能なものである。各半導体レーザー２のレーザー発光
面３の面積は、レーザー発光面３のある半導体レーザー
２前面の面積に対して、１０^-5以下と極めて小さい。そ
のため、被加工物３２の表面に結像されるパターンにお
いても、加工部の面積は非加工部の面積に対して同様に
小さく、視認性が悪い。従って、上述の駆動機構を用い
て結像光学系３１を２軸上で移動させ、そこにレーザー
光を入射させて被加工物３２の表面に結像することが好
ましい。その結果、被加工物３２表面上のパターンも移
動して加工部の面積が増加するため、視認性が改善され
る。

【００５４】上述の駆動機構は、レーザーアレイユニッ
ト１に取り付けても良い。そして、レーザーアレイユニ
ット１を互いに直交する２軸上で同様に移動させなが
ら、レーザー光を発光させる。このようにしても、上述
と同じように視認性が改善される。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、選択した半導体レーザーのみからレーザー光を発光
させることができ、かつ発光されたレーザー光の出力を
半導体レーザーごとに制御できる２次元半導体レーザー
アレイユニット及び２次元半導体レーザーアレイを提供
することができ、かつ、この２次元半導体レーザーアレ
イを用いた、マスクの不要なレーザー加工装置を提供す
ることができる。その結果、加工パターンの変更が容易
になる、また加工パターンに濃淡の階調を付けやすい等
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２次元半導体レーザーアレイユニ
ットの一例を示す斜視図。

【図２】本発明に係る１次元半導体レーザーアレイの製
作方法を示す斜視図。

【図３】本発明に係る１次元半導体レーザーアレイの製
作方法を示す斜視図。

【図４】本発明に係る２次元半導体レーザーアレイユニ
ットの一例を示す背面図および断面図および正面図。

【図５】本発明に係る配線用基板と２次元半導体レーザ
ーアレイユニットの詳細を示す斜視図。

【図６】本発明に係るレーザー加工装置の一例を示す模
式図。

【図７】本発明に係る配線用基板への電気配線および冷
却配管を示す模式図。

【図８】本発明に係る２次元半導体レーザーアレイユニ
ットの前面に設置するレンズ系および回折格子を示す断
面図。

【符号の説明】

１…２次元半導体レーザーアレイユニット ２…半導体レーザー ３…レーザー発光面 ４…配線用端子 ７…１次元レーザー結晶 １９…１次元半導体レーザーアレイ ２９…配線用基板 ３０…配線用コネクタ ３１…結像光学系 ３２…被加工物 ３７…レーザー光パターン ３８…２次元レンズアレイ ４０…２次元プリズムアレイ ４２…２次元回折格子アレイ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれレーザー発光面を有する複数の
   半導体レーザーを、前記レーザー発光面が２次元配列す
   るように配置した２次元半導体レーザーアレイユニット
   であって、 各前記半導体レーザーは互いに絶縁され、各前記半導体
   レーザーへの配線用端子が前記レーザー発光面と反対側
   の面に配置されており、前記配線用端子を通じて各前記
   半導体レーザーへ個別に配線できることを特徴とする２
   次元半導体レーザーアレイユニット。
2. 【請求項２】 請求項１記載の２次元半導体レーザーア
   レイユニットと、前記配線用端子に対応した配線用コネ
   クタが配置された配線用基板とを有し、 前記配線用端子と前記配線用コネクタとを介して、前記
   ２次元半導体レーザーアレイユニットが前記配線用基板
   に着脱自在に装着された構成であることを特徴とする２
   次元半導体レーザーアレイ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の２次元半導体レーザーア
   レイユニットまたは請求項２記載の２次元半導体レーザ
   ーアレイと、 前記ユニットまたは前記アレイへレーザー用電力を供給
   するレーザー用電源と、 前記ユニットまたは前記アレイの各前記レーザー発光面
   から発光されたレーザー光を被加工物に結像する結像光
   学系とから構成されることを特徴とするレーザー加工装
   置。
4. 【請求項４】 前記ユニットまたは前記アレイと前記結
   像光学系との間に、各前記レーザー発光面に対向するレ
   ンズから構成された２次元レンズアレイが配置されてい
   ることを特徴とする請求項３記載のレーザー加工装置。
5. 【請求項５】 前記ユニットまたは前記アレイと前記結
   像光学系との間に、各前記レーザー発光面に対向するプ
   リズムから構成された２次元プリズムアレイが配置され
   ていることを特徴とする請求項３記載のレーザー加工装
   置。
6. 【請求項６】 前記ユニットまたは前記アレイと前記結
   像光学系との間に、各前記レーザー発光面に対向する回
   折格子から構成された２次元回折格子アレイが配置され
   ていることを特徴とする請求項３記載のレーザー加工装
   置。