TWI578651B - 光源裝置 - Google Patents

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TWI578651B
TWI578651B TW101145141A TW101145141A TWI578651B TW I578651 B TWI578651 B TW I578651B TW 101145141 A TW101145141 A TW 101145141A TW 101145141 A TW101145141 A TW 101145141A TW I578651 B TWI578651 B TW I578651B
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世室岳
松尾英典
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日亞化學工業股份有限公司
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Description

光源裝置
本發明係關於一種光源裝置，尤其係關於一種使用複數個半導體雷射裝置之光源裝置。
先前，有人提出一種使用複數個半導體雷射裝置之光源裝置(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-203663號公報
然而，上述先前之光源裝置中，存在散熱較差，而隨著使用時間之流逝半導體雷射裝置之溫度會上升，導致光輸出大幅降低之問題。
因此，本發明之目的在於提供一種使用複數個半導體雷射裝置之散熱良好之光源裝置。
根據本發明，上述問題根據以下方法予以解決。
本發明之特徵在於其係使用複數個半導體雷射裝置之光源裝置，且具備配置上述複數個半導體雷射裝置之保持構件，上述複數個 半導體雷射裝置中之至少1個半導體雷射裝置係以自前面觀察上述保持構件時，其與相鄰之半導體雷射裝置之在光軸方向上之相對位置，較其與上述相鄰之半導體雷射裝置之在垂直於上述光軸方向之方向上之相對位置更大之方式配置於上述保持構件上。
又，本發明之上述光源裝置，其中上述半導體雷射裝置為準直透鏡整體型。
又，本發明之上述光源裝置，其中於上述保持構件之前面及後面分別設置有凹部，且上述複數個半導體雷射裝置分別設置於上述凹部。
又，本發明之上述光源裝置，其中上述凹部之至少1者其內徑係因應半導體雷射裝置之外徑而形成。
又，本發明之上述光源裝置，其中上述凹部之至少1者其深度係因應半導體雷射裝置之厚度而形成。
又，本發明之上述光源裝置，其中於上述保持構件之前面與後面之至少一方安裝有放熱構件。
又，本發明之上述光源裝置，其中上述半導體雷射裝置具有底座，上述放熱構件抵接於上述半導體雷射裝置之底座。
又，本發明之上述光源裝置，其中上述半導體雷射裝置係藉由利用上述放熱構件按壓上述底座而被保持於上述保持構件。
根據本發明，可提供一種使用複數個半導體雷射裝置之散熱良好之光源裝置。
1011‧‧‧光源裝置
1013‧‧‧半導體雷射裝置
1015‧‧‧保持構件
1017‧‧‧底座
1019‧‧‧半導體雷射元件
1021‧‧‧蓋
1023‧‧‧引線接腳
1025‧‧‧準直透鏡
1027‧‧‧凹部
1029‧‧‧貫通孔
1031‧‧‧放熱構件
1033‧‧‧貫通孔
1035‧‧‧槽
1037‧‧‧柔性線纜
1131‧‧‧半導體雷射元件
1132‧‧‧半導體雷射裝置
2010‧‧‧半導體雷射裝置/第1半導體雷射裝置
2011‧‧‧半導體雷射裝置/第2半導體雷射裝置
2012‧‧‧半導體雷射裝置/第3半導體雷射裝置
2013‧‧‧半導體雷射裝置/第4半導體雷射裝置
2015‧‧‧半導體雷射元件
2020‧‧‧底座
2021‧‧‧元件安裝部
2022‧‧‧端子
2023‧‧‧基部
2024‧‧‧上表面
2025‧‧‧下表面
2026‧‧‧側面
2027‧‧‧光學零件
2028‧‧‧蓋
2030‧‧‧保持構件/第1保持構件
2031‧‧‧保持構件/第2保持構件
2033‧‧‧窗部
2035‧‧‧凹部
2037‧‧‧窄幅部
2040‧‧‧接著構件
2050‧‧‧放熱構件/第1放熱構件
2051‧‧‧放熱構件/第2放熱構件
2053‧‧‧窗部
2100‧‧‧光源裝置
2150‧‧‧光源裝置
圖1係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略前面立體圖。
圖2係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略剖面立體圖(圖1中之A-A剖面)。
圖3(a)、(b)係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略剖面圖(圖1中之A-A剖面)。
圖4(a)、(b)係說明2個半導體雷射裝置之相對位置之概略圖。
圖5係顯示本發明之第2實施形態之光源裝置之外觀之概略立體圖。
圖6係顯示本發明之第2實施形態之光源裝置之構成之概略立體圖。
圖7係顯示本發明之第2實施形態之半導體雷射裝置之概略俯視圖(a)與顯示其B-B剖面之概略剖面圖(b)。
圖8係放大顯示本發明之第2實施形態之光源裝置之一部分之構造之概略俯視圖(a)與顯示其C-C剖面之概略剖面圖(b)。
圖9係顯示本發明之第3實施形態之光源裝置之外觀之概略立體圖(a)與顯示其構成之概略立體圖(b)。
以下，一面參照附加之圖式，一面就用以實施本發明之形態進行說明。
<第1實施形態>
圖1係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略前面立體圖，圖2係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略剖面立體圖(圖1中之A-A剖面)。又，圖3係本發明之第1實施形態之光源裝置之概略剖面圖(圖1中之A-A剖面)，圖3(a)係顯示將各種構件安裝於保持構件前之概略之圖，圖3(b)係顯示將各種構件安裝於保持構件後之概略之圖。
如圖1、圖2、圖3所示，本發明之第1實施形態之光源裝置1011係使用複數個半導體雷射裝置1013之光源裝置1011，且具備複數個半導體雷射裝置1013、與配置有複數個半導體雷射裝置1013之保持構件1015。
複數個半導體雷射裝置1013，係以使自前面觀察保持構件1015時，其與相鄰之半導體雷射裝置1013之在光軸方向之相對位置，較其與相鄰之半導體雷射裝置1013之在垂直於光軸方向之方向之相對位置更大之方式，配置於保持構件1015。
所謂「光軸方向」，即與為測定與相鄰之半導體雷射裝置之相對位置而安裝之半導體雷射裝置之光軸平行之方向。半導體雷射裝置之光軸可定義為垂直於其半導體雷射裝置包含之半導體雷射元件之光出射端面之軸。
圖4係說明2個半導體雷射裝置之相對位置之概略圖，圖4(a)係顯示2個半導體雷射裝置之光軸方向為平行之情形之圖，圖4(b)係顯示未平行之情形之圖。
首先，就2個半導體雷射裝置之光軸方向為平行之情形進行說明。
在圖4(a)中，半導體雷射裝置1131與半導體雷射裝置1132在自前面觀察保持構件1015時為相鄰之關係。半導體雷射裝置1131之光軸方向X1與半導體雷射裝置1132之光軸方向X2為平行。
半導體雷射裝置1131之與半導體雷射裝置1132之光軸方向X1(半導體雷射裝置1131之光軸方向)之相對位置為A。又，垂直於半導體雷射裝置1131之與半導體雷射裝置1132之光軸方向X1(半導體雷射裝置1131之光軸方向)之方向之相對位置為B。
接著，就2個半導體雷射裝置之光軸方向未平行之情形進行說明。
在圖4(b)中，半導體雷射裝置1131與半導體雷射裝置1132在自前面觀察保持構件1015時為相鄰之關係。半導體雷射裝置1131之光軸方向X1與半導體雷射裝置1132之光軸方向X2未平行。
半導體雷射裝置1131之與半導體雷射裝置1132之光軸方向X1(半 導體雷射裝置1131之光軸方向)之相對位置為A。又，垂直於半導體雷射裝置1131之與半導體雷射裝置1132之光軸方向X1(半導體雷射裝置1131之光軸方向)之方向之相對位置為B。
以上，就2個半導體雷射裝置之光軸方向為平行之情形與未平行之情形進行說明，在本發明之第1實施形態中，任一情形下，半導體雷射裝置1131皆係以使與半導體雷射裝置1132之相對位置A較相對位置B更大之方式配置於保持構件1015。
另，在本發明之第1實施形態中，雖就以半導體雷射裝置具備之底座之底面之中心為基準而求半導體雷射裝置之相對位置A、B之形態進行說明，但本發明中亦包含以其他部位為基準來求半導體雷射裝置之相對位置之形態。
以上，就本發明之第1實施形態之光源裝置1011進行說明，根據本發明之第1實施形態之光源裝置1011，由於複數個半導體雷射裝置1013，在垂直於光自光源裝置1011出射之方向之方向係較密地配置，而在光自光源裝置1011出射之方向係較疏地配置，故可將半導體雷射裝置1013中產生之熱有效地排出至外部，從而可提供一種使用複數個半導體雷射裝置1013之散熱良好之光源裝置1011。
另，以上之說明中，雖就將複數個半導體雷射裝置1013之全部根據上述之相對位置進行配置之形態進行說明，但亦包含將複數個半導體雷射裝置1013之至少1者根據上述之相對位置進行配置之形態。
以下，更詳細地進行說明。
[半導體雷射裝置]
半導體雷射裝置1013具備：底座1017；載置於底座1017之半導體雷射元件1019；密封半導體雷射元件1019之蓋1021；及引線接腳1023。
作為半導體雷射元件1019，可選擇可視光、紫外光、紅外光等 任意之振盪波長(發光色)者。例如，作為可振盪紫外光、藍色、綠色之可視光之半導體雷射元件，可舉出使用II-VI族化合物半導體(ZnSe等)或氮化物半導體(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaP者。又，作為可振盪紅色光之半導體雷射元件，可舉出使用GaAlAs、AlInGaP等者。再者，亦可使用包含此外之材料之半導體雷射元件，且根據目的或用途，可適宜選擇振盪波長或個數等。
另，如後述，本發明之第1實施形態之半導體雷射裝置1013為將準直透鏡1025包含於蓋1021之準直透鏡整體型之半導體雷射裝置1013。準直透鏡整體型之半導體雷射裝置1013為可出射平行光之半導體雷射裝置1013之一例。
[準直透鏡]
準直透鏡1025為使自半導體雷射元件1019出射之光成為平行光之構件之一例。
若使用準直透鏡1025等之使自半導體雷射元件1019出射之光成為平行光之構件，則可使自半導體雷射元件1019出射之光成為平行光，從而抑制周圍之構件(後述之貫通孔1029、1033之內壁)等中之光損失，故容易在光軸方向移動半導體雷射裝置1013。
在本發明之第1實施形態中，準直透鏡1025包含於半導體雷射裝置1013之蓋1021。因此，無須設置調整裝置(例如，進行半導體雷射裝置1013與準直透鏡1025之相對位置調整之裝置等)，亦無須將保持準直透鏡1025之機構設置於保持構件1015等，故可簡單地將複數個半導體雷射裝置1013配置於特定之配置位置。
作為準直透鏡1025，例如，可使用包含BK7等之玻璃材料之透鏡。
[保持構件]
作為保持構件1015，例如，可使用鋁、銅、不鏽鋼等之金屬材 料。
在保持構件1015之前面及後面分別設置有凹部1027，複數個半導體雷射裝置1013分別配置於該等凹部1027。若更詳細地進行說明，則是保持構件1015中設置有複數個貫通孔1029，於該等貫通孔1029之端部形成有凹部1027。
配置於保持構件1015之前面之凹部1027之半導體雷射裝置1013之引線接腳1023貫通於貫通孔1029中。配置於保持構件1015之後面之凹部1027之半導體雷射裝置1013之蓋1021被***於貫通孔1029。
凹部1027其內徑與底座1017之外徑大致相同地形成(凹部1027之內徑因應半導體雷射裝置1013之外徑而形成之形態之一例)。因此，關於設置於保持構件1015之前面之凹部1027，其底面與半導體雷射裝置1013之底座1017之背面抵接，較好的是，其底面與側面分別與半導體雷射裝置1013之底座1017之背面與側面抵接。又，關於設置於保持構件1015之後面之凹部1027，其底面與半導體雷射裝置1013之底座1017之表面抵接，較好的是，其底面與側面分別與半導體雷射裝置1013之底座1017之表面與側面抵接。
又，凹部1027其深度與底座1017之厚度大致相同地形成(凹部1027之深度因應半導體雷射裝置1013之厚度而形成之形態之一例)。因此，凹部1027中，以恰好地收納之方式收納有半導體雷射裝置1013之底座1017，在保持構件1015中，收納於凹部1027之底座1017之表面抵接於放熱構件1031，在保持構件1015之後面，收納於凹部1027之底座1017之背面抵接於放熱構件1031。另，例如，底座1017具有圓盤狀之基台部或元件載置部等之情形，為圓盤狀之基台部之厚度為底座1017之厚度之一例。
如此，本發明之第1實施形態，藉由使半導體雷射裝置1013之底座1017抵接於凹部1027或放熱構件1031，可增大半導體雷射裝置1013 與保持構件1015或放熱構件1031之接觸面積，從而可有效地將半導體雷射裝置1013中產生之熱排出至外部。
另，在本發明之第1實施形態中，關於所有之凹部1027，雖就其內徑係因應半導體雷射裝置1013之外徑而形成之形態之一例進行說明，但本發明中，關於凹部1027之至少1者，亦包含其內徑係因應半導體雷射裝置1013之外徑而形成之形態。
又，在本發明之第1實施形態中，關於所有之凹部1027，雖就其深度係因應半導體雷射裝置1013之厚度而形成之形態之一例進行說明，但本發明中，關於凹部1027之至少1者，亦包含其深度係因應半導體雷射裝置1013之厚度而形成之形態。
[放熱構件]
於保持構件1015之前面與後面，藉由利用螺釘之締結或利用接著劑之接著等之方法，分別安裝有放熱構件1031。作為放熱構件1031，可使用鋁、銅、不鏽鋼等之金屬材料。放熱構件1031具有複數個散熱片。
在放熱構件1031與保持構件1015之間，可塗布放熱樹脂等。如此，可將半導體雷射裝置1013中產生之熱更有效地排出至外部。
放熱構件1031，按壓半導體雷射裝置1013之底座1017，半導體雷射裝置1013，利用放熱構件1031按壓其底座1017，藉此，保持於保持構件1015。
安裝於保持構件1015之前面之放熱構件1031中，設置有貫通孔1033。貫通孔1033，以貫通於設置於保持構件1015之貫通孔1029之方式形成。配置於保持構件1015之前面之凹部1027之半導體雷射裝置1013之蓋1021***於貫通孔1033。
配置於保持構件1015之前面之凹部1027之半導體雷射裝置1013之出射光係通過設置於放熱構件1031之貫通孔1033，且配置於保持構 件1015之後面之凹部1027之半導體雷射裝置1013之出射光係通過設置於保持構件1015之貫通孔1029與設置於放熱構件1031之貫通孔1033，而自光源裝置1011之前面出射。
安裝於保持構件1015之後面之放熱構件1031中，設置有貫通連接於半導體雷射裝置1013之引線接腳1023之柔性線纜1037等之槽1035。
另，在本發明之第1實施形態中，雖就保持構件1015之前面與後面之兩面安裝有放熱構件1031之形態之一例進行說明，但本發明中，亦包含保持構件1015之前面與後面之至少一方安裝有放熱構件1031之形態。
[其他]
另，雖未特別圖示，但本發明之第1實施形態之光源裝置1011中，進而，可設置對自複數個半導體雷射裝置1013出射之光進行合波而出射之聚光透鏡等。
<第2實施形態>
圖5及圖6分別係顯示第2實施形態之光源裝置之外觀及構成之概略立體圖。圖7(a)係顯示第2實施形態之半導體雷射裝置之概略俯視圖，圖7(b)係顯示圖7(a)之B-B剖面之概略剖面圖。圖8(a)係放大顯示第2實施形態之光源裝置之一部分之構造之概略俯視圖，圖8(b)係顯示圖8(a)C-C剖面之概略剖面圖(b)。
另，以下，將沿著光源裝置之光軸之方向(光軸方向)之主要光出射之側設為前方，將其相反側設為後方，將相對於光軸垂直之方向設為橫向。另，主要，將各構件之作為光源裝置之前方之側設為上方，將作為光源裝置之後方之側設為下方。
如圖5、6所示，第2實施形態之光源裝置2100，主要在分別保持複數個半導體雷射裝置之第1保持構件2030上，設置有第2保持構件 2031，在其前方及後方有第1放熱構件2050與第2放熱構件2051連接構成。如此，藉由將第1放熱構件2050與第2放熱構件2051各自設置於第1保持構件2030側與第2保持構件2031側，可自各保持構件2030、2031使熱分散而散熱，從而容易地提高半導體雷射裝置之放熱性。又，結果，容易地使光源裝置小型化。
另，各保持構件2030、2031保持至少1個半導體雷射裝置即可。又，半導體雷射裝置之放熱性及光源裝置之小型化之觀點中，保持構件雖較好為2個，但亦可為3個以上。再者，保持構件2030、2031彼此、及保持構件2030、2031與放熱構件2050、2051，並不限定於相互連接設置之形態，可於其間介入放熱油脂、放熱薄片、接著劑等其他之構件。
如圖7(a)、(b)所示，各半導體雷射裝置具有底座2020。底座2020具有：安裝有半導體雷射元件2015之元件安裝部2021；與半導體雷射元件2015電性連接之端子2022；及將元件安裝部2021保持於上表面2024側且使端子2022在下表面2025側露出而保持之基部2023。另，基部2023，可將元件安裝部2021與自身整體化而保持。
此處，如圖8(a)、(b)所示，將第1保持構件2030所保持之1個半導體雷射裝置設為第1半導體雷射裝置2010。又，將第2保持構件2031所保持之1個半導體雷射裝置設為第2半導體雷射裝置2011。進而，將第2保持構件2031自第2半導體雷射裝置2011分離並保持之1個半導體雷射裝置設為第3半導體雷射裝置2012。再者，將第1保持構件2030自第1半導體雷射裝置2010分離並保持之1個半導體雷射裝置設為第4半導體雷射裝置2013。另，各半導體雷射裝置，係利用向後述之凹部3035之壓入、利用如後所述之黏著構件之黏著、或焊接等，而固定於保持構件2030、2031。
且，如圖8(a)、(b)所示，第2保持構件2031具有出射來自第1半導 體雷射裝置2010之光之窗部2033，可將自第1半導體雷射裝置2010出射之光有效地抽出至外部。窗部2033對應保持於第1保持構件2030之全部之半導體雷射裝置而設置。另，雖「窗部」主要為貫通孔，但亦可為可使自各半導體雷射裝置出射之光透過並抽出至外部之部位。例如，窗部中，可設置有樹脂或玻璃等之透光性構件，且該透光性構件可連接設置於***至窗部之半導體雷射裝置。
又，如圖8(a)、(b)所示，第2保持構件2031，係以自其光出射側(即前方或上方)觀察，第2半導體雷射裝置2011與第1半導體雷射裝置2010之一部分重疊之方式，保持第2半導體雷射裝置2011。即，這是指自前方觀察，第1半導體雷射裝置2010之一部分位於第2半導體雷射裝置2011之一部分之正後方之狀態。另，此時自光出射側觀察重疊的，主要是構成半導體雷射裝置之橫向之最外廓之部位，在本例中為底座2020，更詳細而言為其基部2023。
如此，第2實施形態之光源裝置2100，具有將保持半導體雷射裝置之保持構件分成分別保持半導體雷射裝置2010、2011之複數個構件2030、2031，並將其等重疊之構成。藉此，可容易地使半導體雷射裝置2010、11彼此之橫向之間隔小於半導體雷射裝置2010、2011之橫向之寬度。因此，可較密地在橫向配置複數個半導體雷射裝置2010、2011，從而謀求光源裝置之小型化。又，由於第1半導體雷射裝置2010與第2半導體雷射裝置2011係相互在光軸方向被分離保持，故可確保各半導體雷射裝置2010、2011之高放熱性。此時，在大多數之情形下，第1半導體雷射裝置2010與第2半導體雷射裝置2011之光軸方向之間隔大於其橫向之間隔。即，可以橫向較密、光軸方向較疏之位置關係配置複數個半導體雷射裝置2010、2011。因此，由於可抑制自光源裝置2100出射之光之擴散，故可謀求配置於光源裝置前方之光學系統之小型化。
以下，就光源裝置2100之較好之構成進行記述。
如圖8(b)所示，第1保持構件2030及第2保持構件2031分別具備凹部3035。且，第1半導體雷射裝置2010之底座2020之至少一部分收納於凹部3035內。又，第2半導體雷射裝置2011之底座2020之至少一部分收納於凹部3035內。藉此，容易地使半導體雷射裝置2010、2011與保持構件2030、2031之接合面積增大，從而容易地提高半導體雷射裝置2010、2011之放熱性。另，凹部3035，若能收納半導體雷射裝置之底座2020之基部2023之至少一部分自然好，但為了使自半導體雷射裝置2010、2011產生之熱利用保持構件2030、2031有效地傳導，收納底座之基部2023之全部為宜。再者，凹部3035可收納半導體雷射裝置之底座之基部2023與蓋2028之全部。又，凹部3035之形狀，為了高精度地設置半導體雷射裝置2010，較好為大致沿著底座之基部2023之形狀。凹部3035之底面較好為平面。凹部3035之側面，可相對於底面大致垂直，亦可為上方側之開口徑較大之傾斜面(例如傾斜角5°以上45°以下)。1個保持構件之各凹部3035之深度，既可大致相同，亦可不同。另，凹部3035並非保持構件2030、2031所必須之構成，保持構件2030、2031可在將半導體雷射裝置載置於其平坦之上表面之形態下保持。
如圖8(b)所示，第1半導體雷射裝置2010之一部分，***於第2保持構件2031之窗部2033。藉此，容易地使第1半導體雷射裝置2010靠近保持於第2保持構件2031，從而容易地使光源裝置小型化。又，容易地使自第1半導體雷射裝置2010產生之熱傳導至第2保持構件2031、進而第2放熱構件2051，從而容易地提高第1半導體雷射裝置2010之放熱性。另，***於第2保持構件之窗部2033之第1半導體雷射裝置2010之部位，主要為蓋2028之一部分，但可為直至底座之基部2023，進而可為第1半導體雷射裝置2010之全部。
如圖8(b)所示，第2保持構件2031之窗部2033包含其寬度小於第1半導體雷射裝置2010之寬度之窄幅部2037。在於第1保持構件2030上設置第2保持構件2031之構成中，可不用通過第2保持構件2031之窗部2033地將第1半導體雷射裝置2010設置於第1保持構件2030。因此，可在窗部2033中設置窄幅部2037。因此，由於容易較大地維持第2保持構件2031之熱容量，故容易地使自半導體雷射裝置2010、11產生之熱傳導至第2保持構件2031，進而第2放熱構件2051，從而容易地提高半導體雷射裝置2010、11之放熱性。窄幅部2037既可為窗部2033之一部分，亦可為窗部2033之全部。另，此處所謂之「寬度」，亦可稱為「徑」，即橫向之大小，且主要指其最大值。
如圖8(a)、(b)所示，光源裝置2100具備連接於第2保持構件2031之第2放熱構件2051。第2放熱構件2051具有窗部2053，可將自第2半導體雷射裝置2011出射之光有效地抽出至光源裝置外部。且，第2半導體雷射裝置2011之一部分***於第2放熱構件之窗部2053。藉此，容易地將第2半導體雷射裝置2011靠近第2放熱構件2051而保持，從而容易地使光源裝置小型化。又，容易地使自第2半導體雷射裝置2011產生之熱傳導至第2放熱構件2051，從而容易地提高第2半導體雷射裝置2011之放熱性。另，***於第2保持構件之窗部2053之第2半導體雷射裝置2011之部位，主要為蓋2028之一部分，但可為直至底座之基部2023，進而可為第2半導體雷射裝置2011之全部。又，窗部2053係對應保持於第2保持構件2031之全部之半導體雷射裝置而設置。再者，第2放熱構件2051，亦具有對應保持於第1保持構件2030之全部之半導體雷射裝置而設置之其他之窗部。
如圖8(b)所示，光源裝置2100具備對應各半導體雷射裝置而設置之接著構件2040。且，各半導體雷射裝置之底座2020之基部2023之下表面2025，係利用接著構件2040接著於保持構件2030、31。如此，藉 由介隔接著構件2040，可提高半導體雷射裝置2010、11與保持構件2030、31之密著性，且可將自半導體雷射裝置2010、11產生之熱有效地傳導至保持構件2030、31，從而可提高半導體雷射裝置2010、11之放熱性。又，除各半導體雷射裝置之底座之基部之下表面2025之外，側面2026亦利用接著構件2040接著於保持構件2030、31。藉此，可將自半導體雷射裝置2010、11產生之熱，經由接著構件2040更有效地傳導至保持構件2030、31，從而可進一步提高半導體雷射裝置2010、11之放熱性。再者，半導體雷射裝置2011之底座之基部之上表面2024可利用接著部2040接著於第2放熱構件2051。藉此，半導體雷射裝置2011之底座之基部2023包夾於第2保持構件2031與第2放熱構件2051而接著於兩構件。因此，可將自半導體雷射裝置2011產生之熱，經由接著構件2040更有效地傳導至第2放熱構件2051，從而可進一步提高半導體雷射裝置2011之放熱性。
又，再者，如上所述，利用接著構件2040將半導體雷射裝置2010、11鞏固地接著於保持構件2030、31，可不易抽出半導體雷射裝置2010、11，從而可防止抽出半導體雷射裝置2010、11挪用於其他光源裝置。另，底座，在基部之下表面及/或側面設置有凹陷，接著構件可進入該凹陷設置。藉由進入該底座之凹陷之接著構件之固著效果，可更鞏固地將半導體雷射裝置接著於保持構件。因此，可更不易抽出半導體雷射裝置。
如圖8(a)、(b)所示，第2保持構件2031係以自光出射側觀察，使第3半導體雷射裝置2012之底座2020與第1半導體雷射裝置2010之底座2020之一部分重疊之方式保持第3半導體雷射裝置2012。藉此，在橫向上可更密地配置複數個半導體雷射裝置2010、11、12，從而容易地使光源裝置進一步小型化。又，第1保持構件2030以自光出射側觀察，第4半導體雷射裝置2013之底座2020與第2半導體雷射裝置2011之 底座2020之一部分重疊之方式，保持第4半導體雷射裝置2013。藉此，在橫向上可更密地配置複數個半導體雷射裝置2010、2011、2012、2013，從而容易地使光源裝置進一步小型化。再者，為使放熱性均等化，半導體雷射裝置較好為規則地配置。例如，半導體雷射裝置可自光出射側觀察時以大致等間隔之格柵點或放射狀配置。具體而言，如圖所示，存在保持於第1保持構件2030之半導體雷射裝置與保持於第2保持構件2031之半導體雷射裝置自光出射側觀察時為縱、橫交替配置之情形。
又，如圖7(a)、(b)及圖8(a)、(b)所示，半導體雷射裝置2010、2011具備自半導體雷射元件2015入射光之光學零件2027、與保持該光學零件2027並密封半導體雷射元件2015之蓋2028。如此之半導體雷射裝置2010、2011藉由提高其放熱性，而保持半導體雷射元件2015與光學零件2027之相對之位置關係，從而容易地維持優異之光學特性。尤其，藉由半導體雷射裝置2010、2011包含準直透鏡，即光學零件2027為準直透鏡或包含準直透鏡，可出射平行光，從而可幾乎不對光源裝置2100之光學特性造成影響地改變半導體雷射裝置2010、2011之光軸方向之設置位置，從而容易地獲得半導體雷射裝置2010、2011之放熱性優異之配置。
<第3實施形態>
圖9(a)係顯示第3實施形態之光源裝置之外觀之概略立體圖，圖9(b)係顯示其構成之概略立體圖。如圖9(a)、(b)所示，第3實施形態之光源裝置2150為除不具備放熱構件2050、2051之點以外，具有與第2實施形態之光源裝置2010實質上相同之構成者。如該光源裝置2150般，放熱構件2050、2051可省略，亦可作為更小型之光源裝置。該情形，第1保持構件2030之後面(下表面)與第2保持構件2031之前面(上表面)分別構成該光源裝置2150之外表面。因此，在第1保持構件2030之 後面側或第2保持構件2031之前面側，可設置螺釘孔等，直接連接其他之放熱構件。
以上，就本發明之第2實施形態及第3實施形態之半導體雷射裝置進行了說明，根據該等，可一面確保各半導體雷射裝置之較高之放熱性，一面謀求光源裝置之小型化。
即，近年來，例如作為投影儀用之光源，使用矩陣狀配置複數個藍色發光之半導體雷射裝置之光源裝置(例如參照日本特開2012-8549號公報)。
然而，如日本特開2012-8549號公報中記載所示，將複數個半導體雷射裝置較密地排列於同一平面上之情形，自各半導體雷射裝置產生之熱易積存，從而易引起光輸出之降低或光學特性之惡化。另一方面，為改善該點，若增大半導體雷射裝置彼此之間隔排列，則會導致光源裝置或設置於其前方之光學系統大型化。
因此，本發明之第2實施形態及第3實施形態之半導體雷射裝置係鑒於相關情況而完成者，其目的在於提供一種保持複數個半導體雷射裝置，而較小型且各半導體雷射裝置之放熱性優異之光源裝置。
以下，就各構成要件進行說明。
(半導體雷射元件2015)
半導體雷射元件可為包含以各種半導體構成之元件構造。其中，使用可發出紫外光或短波長之可視光之氮化物半導體(主要，以一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)表示)之雷射元件，雖定向性優異，但由於熱較易積存，故特別適合本發明。另，具備複數個半導體雷射元件(或半導體雷射裝置)之光源裝置之情形，各半導體雷射元件(或各半導體雷射裝置)之發光波長(發光色)既可相互大致相同，亦可例如紅、綠、藍等相互不同。
(底座2020)
底座係接著半導體雷射元件之構件。底座之元件安裝部及基部，自熱傳導性之觀點出發，除去電性絕緣端子之部位，以銅、鐵鋼(碳鋼等)、鋁、金、或該等之合金等之金屬為主成分構成為宜。又，底座施加最表面為金之鍍金為宜。底座可使用基部之俯視形狀大致沿著圓形者，或其一部分被切割者(稱為「I-cut底座」或「D-cut底座」者)等。又，端子雖主要為棒狀之引線端子，但基部之通孔可為經由通道形成之膜狀或柱狀之電極。
(光學零件2027)
光學零件，除透鏡、反射鏡、稜鏡、光學濾光片、漫射板、蓋玻片等之光學元件外，可單體或組合使用該等之光學元件或光透過性構件中配合有螢光物質之波長轉換構件、或雷射棒或波長轉換用之非線形光學結晶等之光學結晶、或光纖等。另，光學零件抵接於設置於蓋之內面之定位用之突起，利用接著構件(第2接著構件)之塗布、熱加壓焊接、壓入等固定於蓋。
另，螢光物質可使用以鈰活化之釔鋁石榴石(YAG)、以銪及/或鉻活化之含氮鋁矽酸鈣CaO-Al2O3-SiO2)、以銪活化之矽酸鹽((Sr、Ba)2SiO4)等。例如，根據發光藍色光之半導體雷射元件與吸收其藍色光之一部分而發光黃色光之螢光物質之組合，可作為發光白色光之光源裝置。
(蓋2028)
蓋雖為連接於底座之基部，保持光學零件，密封保護半導體雷射元件之構件，但根據光源裝置之構成或用途可省略。蓋具有可使來自光學零件之出射光於光軸方向透過之構造即可。蓋可使用於後述之保持構件相同之材料構成。蓋之形狀，筒狀或箱狀較好，俯視中，使底座之基部之上表面之周緣部露出，大致沿著該底座之基部之形狀為宜。
(保持構件2030、2031)
保持構件為保持半導體雷射裝置之構件。保持構件可為具有各種形狀者，可舉出板狀、方塊狀、箱狀、筒狀、L字狀、T字狀等。保持構件之母材可使用鋁、鋁合金、銅、銅合金、不鏽鋼(奧氏體系列、鐵氧體系列、馬氏體系列)、鐵鋼(機械構造用碳鋼、一般構造用軋製鋼)、超級殷鋼、科伐合金等。尤其，保持構件較好為熱傳導性優異之鋁或鋁合金。接著，亦又較好為銅或銅合金。保持構件以鋁或鋁合金、或鐵鋼為母材之情形，為改善與接著構件之接合性，較好為對與接著構件相接之面施加鍍金。鍍金可以金、錫、鎳、銀、鈀、銅等之單層膜或該等之多層膜構成。特別，至少最表面具有錫或銀在接合性之觀點中較好。又，可使用氧化鋁、氮化鋁、碳化矽等之陶瓷。再者，可使用聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯胺樹脂、環氧樹脂、ABS、ASA、PBT等之樹脂材料，亦可使用對該等之樹脂材料添加氧化鎂、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、石墨、氧化鈦等之填充材料者。另，保持構件可為其外表面形成有散熱片者。
(接著構件2040)
接著構件為使半導體雷射裝置接著於保持構件之根據。接著構件，藉由利用加熱裝置等加熱軟化後，冷卻固化(以後，有記作「軟化-固化」之情形)，可使半導體雷射裝置接著於保持構件。接著構件在軟化前，可為固形狀與膏狀之任一者。接著構件較好為包含金屬。例如，可舉出金、錫、銀、鉍、銅、銦、銻等。再者，接著構件，至少在軟化前可包含樹脂或有機溶劑，在軟化-固化後較好為以上述金屬為主成分。具體而言，可舉出錫-鉍系列、錫-銀系列、金-錫系列等之各種之焊料或金屬膏。又，可為添加有氧化鎂、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、石墨等之填充物之樹脂。若接著構件一次加熱軟化-固化，則軟化點(軟化溫度)較好為較軟化前高者。特別，其軟化點之差，較 好為30℃以上，更好為50℃以上，更更好為100℃以上。作為如此之接著構件(軟化前)，可舉出添加有銅粉末之錫系列焊料(例如千住金屬工業公司製RAM系列)或保護銀粒子與酒精等之有機溶劑之燒結型之膏(固化後主要為多孔質之銀粒子之燒結體；例如參照WO2009/090915公報)等。另，此處所謂之「軟化」，無論軟化前之接著構件為固形狀抑或膏狀，均可定義為因構成材料之熔融、玻璃化轉變等而引起液狀化或粘度之降低。根據接著構件之構成材料，亦可作為熔點。
(放熱構件2050、2051)
放熱構件為連接於保持構件，且可促進來自保持構件進而半導體雷射裝置之放熱之構件。放熱構件為放熱器或放熱板，為有效地放熱，較好為具有散熱片。散熱片之形狀，可舉出板狀、劍山狀、圓筒狀、螺旋狀等。放熱構件可使用與上述之保持構件相同之材料構成。另，放熱構件，藉由在其附近設置散熱片，可更有效地放熱。另，放熱構件並非必須之構成要件，可省略。
以上，就本發明之第1實施形態~第3實施形態進行了說明，該等實施形態，全部係基於本發明之技術思想，一實施形態之「保持構件」或「半導體雷射裝置」等之各構成要件與其他之實施形態之其等相關聯。
[實施例1]
接著，就本發明之實施例1之光源裝置進行說明。
本發明之實施例1之光源裝置為如下般具體地確定本發明之第1實施形態之光源裝置1011之構成者。另，複數個半導體雷射裝置1013之光軸方向設為相互平行者。
A=20mm，B=8mm，F=5mm此處，A係自前面觀察保持構件1015時相鄰之半導體雷射裝置1013之 在光軸方向上之相對位置，B係自前面觀察保持構件1015時相鄰之2個半導體雷射裝置1013之在垂直於光軸方向之方向之相對位置，F係準直透鏡1025之焦距。
在本發明之實施例1之光源裝置中，自前面觀察保持構件1015時相鄰之2個半導體雷射裝置1013，光軸方向之相對位置為垂直於光軸方向之方向之相對位置之2倍以上大。
因此，根據本發明之實施例1之光源裝置，由於複數個半導體雷射裝置在垂直於自光源裝置光出射之方向之方向較密地配置，另一方面，在自光源裝置光出射之方向較疏地配置，故可有效地將半導體雷射裝置中產生之熱排出至外部，從而可提供一種使用可耐用於投影儀等之影像照射裝置之複數個半導體雷射裝置之散熱良好之光源裝置。又，可使光源裝置小型化(可縮小垂直於自光源裝置光出射之方向之方向之光源裝置之寬度(橫向寬度))。再者，可減小自光源裝置出射之光之平面積，從而容易進行其後之聚光等之光控制。
[實施例2]
實施例2之光源裝置為具有圖5、6所示之例之構成之投影儀用之光源，且如下般構成。
實施例2之光源裝置具備相互重疊並以螺釘固定之2個保持構件(LD支架)。2個保持構件分別為於鋁合金製之母材之外表面施加有錫之鍍金者。
後方之保持構件為厚度12.5mm之大致板狀之構件，且具有8個包含直徑9.1mm之圓形開口、深度7mm之凹部與設置於該凹部之底面之用以通過引線端子之橢圓形開口之貫通孔之對之孔。該孔4列4行地配置，各列之2個孔之中心間距離為15mm，各列之間隔為7.5mm，第奇數列與第偶數列中孔之配置相同，第奇數列與第偶數列之孔在橫向錯開7.5mm。又，後方之保持構件具有8個用以通過連接於 保持於上述保持構件之半導體雷射裝置之引線端子之導線之橢圓形狀之貫通孔。另，後方之保持構件使與各半導體雷射裝置之引線端子電性連接之電路基板於橫向延伸而予以保持。
前方之保持構件為厚度8.5mm之大致板狀之構件，且具有8個包含直徑9.1mm之圓形開口、深度2mm之凹部與設置於該凹部之底面之用以通過引線端子之橢圓形開口之貫通孔之對之孔。該孔以與後方之保持構件之孔交替之方式4列4行地配置。又，前方之保持構件，具有8個***有保持於後方之保持構件之半導體雷射裝置之蓋之一部分且用以使來自其半導體雷射裝置之光通過之圓形開口之貫通孔(窗部)。該貫通孔包含前方(上方)側之直徑5.3mm、長度(深度)3.5mm之窄幅部與後方(下方)側之直徑7.5mm之幅寬部。
半導體雷射裝置之構成為，底座上安裝有半導體雷射元件，及固定有保持光學零件之蓋。底座分別具有於銅合金之母材之表面施加有金之鍍金之方塊狀之元件安裝部、2個引線端子、及直徑9mm、厚度1.5mm之圓盤狀之基部。底座之元件安裝部中，介隔載具，接著有發光中心波長455nm、額定輸出3W之氮化物半導體雷射元件。蓋為不鏽鋼製直徑6.85mm之圓筒狀之構件，其下端之凸緣部焊接於底座之基部之上表面。蓋之上部上，利用壓入固定有作為NA為0.5之BK7製之準直透鏡之光學零件。另，底座之基部之側面上，設置有自上表面貫通至下表面之俯視大致三角形狀之凹陷(缺口)。
且，2個保持構件之各凹部中，收納有上述之半導體雷射裝置之底座之基部，半導體雷射裝置之基部之下表面及側面與分別與其對向之凹部之底面及側面利用介於其間之接著構件接著。又，接著構件亦進入底座之基部之側面之凹陷。另，接著構件為錫-鉍系列之焊料。
放熱構件，以自前方與後方包夾重疊之2個保持構件之方式設置有2個。2個放熱構件分別為鋁合金製、排列設置有於外側突出之板狀 之散熱片之放熱板，且以螺釘固定於保持構件。另，前方之放熱構件之中央部，無散熱片，設置有用以將來自各半導體雷射裝置之光出射至裝置外部之16個圓形開口之貫通孔。又，其中一半之貫通孔中，***有保持於前方之保持構件之半導體雷射裝置之蓋之一部分。
如上所述之光源裝置即使長時間驅動仍可抑制半導體雷射裝置之溫度上升，從而可維持穩定之光輸出及光軸等之光學特性。
(附記)
本發明具有以下附記。
一種光源裝置，其具備：保持具有底座之第1半導體雷射裝置之第1保持構件；及保持具有底座之第2半導體雷射裝置，且設置於上述第1保持構件上之第2保持構件；且，上述第2保持構件具有出射來自上述第1半導體雷射裝置之光之窗部，且以自該光出射側觀察，上述第2半導體雷射裝置之底座與上述第1半導體雷射裝置之底座之一部分重疊之方式，保持上述第2半導體雷射裝置。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述第1保持構件及上述第2保持構件具有凹部，且上述第1半導體雷射裝置之底座之至少一部分及上述第2半導體雷射裝置之底座之至少一部分被收納於上述凹部內。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述第1半導體雷射裝置之至少一部分係***於上述第2保持構件之窗部。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述第2保持構件之窗部包含其寬度小於上述第1半導體雷射裝置之寬度之窄幅部。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，具備具有窗部且連接於上述第2保持構件之放熱構件；上述第2半導體雷射裝置之至少一部分係***於上述放熱構件之窗部。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述第2保持構件，將具 有底座之第3半導體雷射裝置自上述第2半導體雷射裝置分離，且以自上述光出射側觀察，該第3半導體雷射裝置之底座與上述第1半導體雷射裝置之底座之一部分重疊之方式予以保持。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述底座具有安裝有半導體雷射元件之元件安裝部、與上述半導體雷射元件電性連接之端子、及將上述元件安裝部保持於上表面側且使上述端子在下表面側露出並予以保持之基部；上述半導體雷射裝置之底座之基部之下表面係利用接著構件接著於上述保持構件。
在上述附記之光源裝置中，較好的是，上述半導體雷射裝置包含準直透鏡。
[產業上之可利用性]
本發明之光源裝置可合適地利用於投影儀、雷射加工機、光記錄．重放設備、顯示器、印表機、光通訊設備等之光源、以及汽車之頭燈等之各種之照明之光源等。
以上，雖就本發明之實施形態及實施例進行說明，但該等之說明係關於本發明之一例者，本發明並非根據該等之說明受任何限定者。
1011‧‧‧光源裝置
1015‧‧‧保持構件
1021‧‧‧蓋
1025‧‧‧準直透鏡
1029‧‧‧貫通孔
1031‧‧‧放熱構件
1033‧‧‧貫通孔
1035‧‧‧槽
1037‧‧‧柔性線纜

Claims (21)

  1. 一種光源裝置，其特徵為其係使用複數個半導體雷射裝置者，且包含：配置上述複數個半導體雷射裝置之保持構件；且上述複數個半導體雷射裝置中之至少1個半導體雷射裝置係以自前面觀察上述保持構件時，其與相鄰之半導體雷射裝置之在光軸方向上之相對位置，較其與上述相鄰之半導體雷射裝置之在垂直於上述光軸方向之方向上之相對位置更大之方式，配置於上述保持構件上；於上述保持構件之前面及後面分別設置有凹部；上述複數個半導體雷射裝置分別設置於上述凹部。
  2. 如請求項1之光源裝置，其中上述半導體雷射裝置為準直透鏡整體型。
  3. 如請求項1之光源裝置，其中上述凹部之至少1者其內徑係因應半導體雷射裝置之外徑而形成。
  4. 如請求項1之光源裝置，其中上述凹部之至少1者其深度係因應半導體雷射裝置之厚度而形成。
  5. 如請求項1之光源裝置，其中於上述保持構件之前面與後面之至少一方安裝有放熱構件。
  6. 如請求項5之光源裝置，其中上述半導體雷射裝置具有底座；上述放熱構件抵接於上述半導體雷射裝置之底座。
  7. 如請求項6之光源裝置，其中 上述半導體雷射裝置係藉由利用上述放熱構件按壓上述底座而被保持於上述保持構件。
  8. 一種光源裝置，其特徵為包含：保持具有底座之第1半導體雷射裝置之第1保持構件；及保持具有底座之第2半導體雷射裝置，且設置於上述第1保持構件上之第2保持構件；且上述第2保持構件具有出射來自上述第1半導體雷射裝置之光之窗部，且以自該光出射側觀察時上述第2半導體雷射裝置之底座與上述第1半導體雷射裝置之底座之一部分重疊之方式，保持上述第2半導體雷射裝置。
  9. 如請求項8之光源裝置，其中上述半導體雷射裝置包含準直透鏡。
  10. 如請求項8或9之光源裝置，其中上述第1保持構件及上述第2保持構件具有凹部；上述第1半導體雷射裝置之底座之至少一部分、及上述第2半導體雷射裝置之底座之至少一部分被收納於上述凹部內。
  11. 如請求項10之光源裝置，其中上述第1半導體雷射裝置之至少一部分***於上述第2保持構件之窗部。
  12. 如請求項11之光源裝置，其中上述第2保持構件之窗部包含其寬度小於上述第1半導體雷射裝置之寬度之窄幅部。
  13. 如請求項10之光源裝置，其中具備具有窗部且連接於上述第2保持構件之放熱構件；上述第2半導體雷射裝置之至少一部分係***於上述放熱構件之窗部。
  14. 如請求項8之光源裝置，其中上述第2保持構件係將具有底座之第3半導體雷射裝置自上述第2半導體雷射裝置分離，且以自上述光出射側觀察時該第3半導體雷射裝置之底座與上述第1半導體雷射裝置之底座之一部分重疊之方式予以保持。
  15. 如請求項10之光源裝置，其中上述底座具有安裝半導體雷射元件之元件安裝部、與上述半導體雷射元件電性連接之端子、及將上述元件安裝部保持於上表面側且使上述端子在下表面側露出並予以保持之基部；上述半導體雷射裝置之底座之基部之下表面係利用接著構件接著於上述保持構件。
  16. 如請求項15之光源裝置，其中上述底座，於上述基部之下表面及/或側面設置有凹陷；上述接著構件進入並設置於上述凹陷中。
  17. 如請求項15之光源裝置，其中上述保持構件於與上述接著構件相接之面施有鍍金；上述接著構件包含金屬。
  18. 如請求項16之光源裝置，其中上述保持構件於與上述接著構件相接之面施有鍍金；上述接著構件包含金屬。
  19. 如請求項17之光源裝置，其中上述保持構件為鋁或鋁合金；上述鍍金之至少最表面為錫或銀；且上述接著構件為焊料。
  20. 如請求項18之光源裝置，其中上述保持構件為鋁或鋁合金； 上述鍍金之至少最表面為錫或銀；且上述接著構件為焊料。
  21. 如請求項1或8之光源裝置，其中上述半導體雷射裝置具備氮化物半導體之雷射元件。
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