光源ユニット及びその製造方法ならびにビーム整形レンズ

【課題】本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットとその製造方法およびこれに用いられるビーム整形レンズに関し、光源ユニットの調整作業にかかる時間を短縮することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、基台３と、基台３に配置された半導体レーザ１と、基台３に配置されて半導体レーザ１から出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズ２を備えた光源ユニット４において、ビーム整形レンズ２は、アスペクト比を調節する光学機能部７と、この光学機能部７の外周に設けたフランジ部８を有し、フランジ部８にビーム整形レンズ２の位置合わせ用の補助レンズ９を設けた構成とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットとその製造方法およびこれに用いられるビーム整形レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体レーザを用いた光源ユニットは、半導体レーザから出射される光線が、半導体接合面の平行方向と垂直方向とで広がり角が異なり楕円光束となるため、この楕円光束のアスペクト比を調整し円光束に変換させるビーム整形レンズが必要となる。
【０００３】
そして、楕円光束のアスペクト比を調整する場合、半導体レーザから出射される光線の光軸とビーム整形レンズの光軸を一致させるだけでなく、ビーム整形レンズの光軸を回転軸として回転調整し楕円光束のアスペクト比をキャンセルするように設定する必要がある。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５８０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような光源ユニットは、半導体レーザやビーム整形レンズを、基台の上で一体化する構造であるため、基台上に半導体レーザを配置し、その後、ビーム整形レンズを、半導体レーザからの出射光線の状態を確認しながら位置決めしなければならず、プロジェクタなどの高出力用途においては、半導体レーザの出力の安定や出射後の冷却などで、調整作業に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、光源ユニットの調整作業にかかる時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明は、基台と、基台に配置された半導体レーザと、基台に配置されて半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズを備えた光源ユニットにおいて、ビーム整形レンズは、アスペクト比を調節する光学機能部と、この光学機能部の外周に設けたフランジ部を有し、フランジ部にビーム整形レンズの位置合わせ用の補助レンズを設けたのである。
【発明の効果】
【０００９】
この構造により本発明は、光源ユニットの調整作業にかかる時間を短縮することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る光源ユニットの側面図
【図２】同光源ユニットの上面図
【図３】同光源ユニットを構成するビーム整形レンズの正面図
【図４】同ビーム整形レンズの配置における光軸調整方法を示す模式図
【図５】同ビーム整形レンズの配置における間隔調整方法を示す模式図
【図６】同ビーム整形レンズの成形装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態における光源ユニットについて図を用いて説明する。
【００１２】
図１および図２は、半導体レーザ１とビーム整形レンズ２を基台３の主面上で一体化した光源ユニット４を示したものであり、半導体レーザ１から出射された楕円光束の発散光をビーム整形レンズ２によりアスペクト比を調整し円光束の平行光に変換して出射する機能を有している。
【００１３】
また、ビーム整形レンズ２は、半導体レーザ１から出射された光線のアスペクト比を調整するため、そのレンズ構造を、半導体の接合面と水平な方向と垂直な方向とで開口数が異ならせるように、入射面には図３の破線５で示すような縦長の楕円形状レンズを配置し、出射面には実線６で示すような横長の楕円形状レンズを配置して、単一レンズで所望のビーム整形を実現している。なお、これらアスペクト比を調節する楕円形状レンズを光学機能部７と定義し、その外周に位置する平坦な領域を外部接続用のフランジ部８と定義する。
【００１４】
そして、このような光源ユニット４を組み立てるには、まず半導体レーザ１を基台３の所定位置に配置する。なお、半導体レーザ１は、ＣＡＮタイプやサブマウント実装タイプなど様々なタイプが存在するが、半導体レーザ１の位置および角度は、基台３に設けた当て面やボンディングに用いるはんだの厚さ等の制御により高精度な実装可能であり、従って、基台３に対する半導体レーザ１から出射された光線の光軸もまた高い精度で決定される。
【００１５】
次いでビーム整形レンズ２を配置するのであるが、このとき半導体レーザ１の光軸に対してビーム整形レンズ２の光軸を一致させることと、ビーム整形レンズ２の焦点を半導体レーザ１の出射面に一致するようにビーム整形レンズ２と半導体レーザ１の間隔をあわせることと、ビーム整形レンズ２の直交する開口数の向き（以下、アスペクト比の方向と称す）を楕円光束のアスペクト比をキャンセルするようにビーム整形レンズ２の光軸を回転軸とした回転方向をあわせることが求められる。
【００１６】
そして、このビーム整形レンズ２においては、光学機能部７の外周に位置するフランジ部８に一対の補助レンズ９をビーム整形レンズのアスペクト比の方向を示すように、実線６の楕円形状レンズの長軸上に対称配置したことにより、先に述べた光軸調整、間隔調整および回転調整といったビーム整形レンズ２の配置にまつわる調整作業を、半導体レーザ１を用いることなく行うことができ、調整作業にかかる時間を短縮することが出来るのである。
【００１７】
すなわち、ビーム整形レンズ２を基台３に配置する際、フランジ部８の平坦面と半導体レーザ１の出射面あるいは基台３の壁面を用いて、これらの平行度や間隔により光軸調整や間隔調整の粗調整ができ、また、フランジ部８に一対の補助レンズ９を形成することで、このビーム整形レンズ２のアスペクト比の方向を示す補助レンズ９が、ビーム整形レンズ２の光軸を中心とした回転方向の位置を示すマークとなり、ビーム整形レンズ２の回転方向の粗調整に用いることができる。
【００１８】
さらに、この補助レンズ９に対して、半導体レーザ１とは異なる調整用光源（特に図示せず）から調整用光線１０を出射して、その結像状態を観察することで微調整を行うことができる。この、ビーム整形レンズ２の配置における微調整は、粗調整された一対の補助レンズ９に対して、図４、図５に示すように半導体レーザ１とは異なる調整用光源（特に図示せず）から調整用光線１０を出射し、その結像状態たとえば半導体レーザ１の出射端面に沿った基台３の壁面の現れる調整用光線の集光点の形状や大きさや位置を観察することで、先に述べた光軸調整、間隔調整および回転調整を精度よく確認しながら位置決めし、その後ＵＶ接着剤１２などを用いて接着固定することができる。これにより従来の課題となっていた調整作業における半導体レーザ１の出力安定化や冷却に要する時間を大幅に削減することができる。
【００１９】
また、ビーム整形レンズ２の光軸調整は、半導体レーザ１とビーム整形レンズ２の光軸が平行で側方にずれる横ズレと、光軸が傾く傾斜ズレに大別され、前者の横ズレについては、調整用光線の集光点の位置合わせを行えばよく、後者の傾斜ズレに対しては、図４に示すように、調整用光線１０が補助レンズ９に対して斜め入射となるため、その集光点における結像状態に、コマ収差や集光位置の位置ずれが生じるため、これらを確認しながら微調整することができる。
【００２０】
また、回転調整についても、ビーム整形レンズ２の回転方向がズレるものであることから、上述した横ズレの調整と同様に、集光点の位置ズレの修正により微調整することができる。
【００２１】
また、半導体レーザ１とビーム整形レンズ２との間隔調整については、図５に示すように、補助レンズ９により集光される調整用光線１０のビーム径が所定の大きさとなることを確認することで微調整できる。なお、このビーム径を観察するにあたっては、基台３に調整用光線１０が照射される壁面領域が設けられている。
【００２２】
この場合、ビーム整形レンズ２と半導体レーザ１との間隔が狭かったり広かったりすると調整用光線１０の集光位置でのビーム径が大きくなり、これとは逆に集光位置でのビーム径が最小のときにビーム整形レンズ２の焦点距離とこの間隔が一致することになるので、この光源ユニット４におけるビーム整形レンズ２に求める光学特性の許容範囲となるように焦点径を調節するのである。
【００２３】
なお、このようにビーム整形レンズ２の結像状態を確認する方法としては、所期の集光位置となる基台３の壁面に、調整用光線の結像点として許容できる径の貫通孔を設けることで、貫通孔に対する調整用光線のはみ出しを確認することでも微調整することができる。
【００２４】
また、この微調整に用いる調整用光源としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどの低パワーで可視光の平行拘束を出射する光源を用いることが好ましく、半導体レーザ１とビーム整形レンズ２が近接することから考えて調整用光源はビーム整形レンズ２の出射面側に配置し、補助レンズ９を介した調整用光線１０を基台３の壁面に集光させることが好ましい。
【００２５】
なお、ビーム整形レンズ２に補助レンズ９を設けるには、ビーム整形レンズ２の基本構成となる入射面や出射面と同じ成形工程で成形することが望ましい。なぜなら、上述したようにビーム整形レンズ２は、入射面と出射面のそれぞれのアスペクト比の方向が直行するもので、このアスペクト比の方向を示すマークとして補助レンズ９を用いるのであるから、それぞれを個別に成形していては高精度な位置合わせが困難となるからである。
【００２６】
そこで、これらを一体に成形する方法としては、一般的な光学レンズの成形方法である図６に示すような成形装置１１を用いた光学材料１２のモールド成形において、成形装置１１が、ビーム整形レンズ２の入射面を成形する上金型１３と、出射面を成形する下金型１４と、これらの摺動規制を行うとともにビーム整形レンズ２の外周側面を成形する胴型１５から構成され、下金型１４の所定位置に補助レンズ９を形成するための成形面（特に図示せず）を設けておくことで、補助レンズ９が入射面や出射面の光学機能部７と一体に成形されるため、光学機能部７に対して補助レンズ９の位置精度が高められ、かつ、量産において高い再現性を確保することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、基台上で半導体レーザとビーム整形レンズを一体化した光源ユニットにおいて、生産性を高めることができるという効果を有し、特にレーザービームプロジェクタなどの高出力用途の光源ユニットにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００２８】
１半導体レーザ
２ビーム整形レンズ
３基台
４光源ユニット
７光学機能部
８フランジ部
９補助レンズ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台に配置された半導体レーザと、前記基台に配置されて前記半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズを備え、前記ビーム整形レンズは、前記アスペクト比を調節する光学機能部と、この光学機能部の外周に設けたフランジ部を有し、前記フランジ部に前記ビーム整形レンズの位置合わせ用の補助レンズを設けたことを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
基台と、この基台に配置された半導体レーザと、前記基台上に配置されて前記半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズとからなり、前記ビーム整形レンズは、前記アスペクト比を調節する光学機能部と、この光学機能部の外周に設けたフランジ部を有し、前記フランジ部に前記ビーム整形レンズの位置合わせ用の補助レンズを有する光源ユニットの製造方法であって、前記補助レンズに前記半導体レーザとは異なる調整用光源から調整用光線を出射して、その結像状態を確認することで位置合わせすることを特徴とした光源ユニットの製造方法。
【請求項３】
調整用光線はビーム整形レンズの射出面側に調整用光線を射出することを特徴とした請求項２に記載の光源ユニットの製造方法。
【請求項４】
半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズであって、前記ビーム整形レンズは、前記アスペクト比を調節する光学機能部と、この光学機能部の外周に設けたフランジ部を有し、前記フランジ部に前記ビーム整形レンズの位置合わせ用の補助レンズを設けたことを特徴とするビーム整形レンズ。

【図１】