CN104852273B - 激光光源模块及激光光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供激光光源模块及激光光源装置。激光光源模块能够被高密度地配置。激光光源装置高密度地搭载多个该激光光源模块。激光光源模块(100)具备：板状的底座(1)；供电用引脚(2A、2B)，其上端在底座的作为一个主面的上表面突出，下端贯通底座的作为另一主面的下表面侧而延伸；块(3)，其固定在底座上表面；辅助安装基板(4)，其固定在块的与底座上表面平行的面上，用于安装半导体激光器阵列(5)；半导体激光器阵列，其以光射出方向与底座上表面平行的方式配置在辅助安装基板上；以及准直透镜阵列(6)，其配置在半导体激光器阵列的前表面，使半导体激光器阵列的输出光成为平行光束，准直透镜阵列固定在块的与底座上表面垂直的面上。

Description

激光光源模块及激光光源装置
技术领域
本发明涉及激光光源模块及激光光源装置，特别涉及搭载多个激光光源模块并将多道激光会聚后输出的激光光源装置。
背景技术
近年来，普及了以半导体激光为光源的投影仪等影像显示装置和激光加工机，需要更小型且高输出的激光光源。因此，提出了搭载呈阵列状排列有半导体激光元件的半导体激光器阵列的激光光源模块。并且，提出了搭载多个该激光光源模块并将来自多个激光光源模块的激光会聚后输出的激光光源装置(例如，参照专利文献1和专利文献2)。
在专利文献1中，示出了接合有半导体激光器阵列的激光光源模块，该半导体激光器阵列是借助立起设置有多个供电用引脚的底座、安装在底座上的散热装置和辅助安装基板、以及引导框架，呈阵列状排列多个半导体激光元件而构成的。在本激光光源模块中构成为，通过对从成为激光光源模块的安装面和冷却面的底座底面伸出的引脚供给电流，来从半导体激光器阵列沿相对于底座底面垂直的方向射出发散光。
并且，在专利文献2中示出了如下激光光源装置：呈阶梯状配置多个半导体激光器阵列，对于来自各半导体激光器阵列的激光校准快速轴及慢速轴，使用聚光透镜只对快速轴集中进行聚光，并对与从聚光透镜照射出的多条光束相等数量且相等间距地排列光纤而成的光纤阵列进行光结合。
专利文献1：国际公开第2009/081470号
专利文献2：日本特开2011-243717号公报
然而，根据专利文献1的技术，沿相对于成为激光光源模块的安装面和冷却面的底座底面垂直的方向射出发散光。因此，在构成搭载多个该激光光源模块并使从这些激光光源模块射出的激光会聚的激光光源装置(所谓的空间结合型的激光光源装置)时，即使相邻配置底座也难以减小激光射出部的间隔。因此，需要用于使这些激光会聚的大型的聚光透镜，从而存在激光光源装置大型化的课题。
并且，为了使从多个激光光源模块射出的激光集中会聚，需要准直透镜，该准直透镜用于将从各激光光源模块射出的发散光精度良好地形成为平行光束，而且需要使各平行光束彼此高精度地平行，因此，在配置各激光光源模块时，需要对激光光源模块和准直透镜进行调整后进行配置，存在组装、调整变复杂的课题。
并且，根据上述专利文献2的技术，需要与多条光束相等数量且相等间距的昂贵的光纤阵列，并且为了使光纤阵列会聚，需要高精度地调整并固定各半导体激光器阵列、准直透镜的位置，从而存在组装、调整作业变复杂的课题。而且，无法沿激光器阵列的排列方向排列配置半导体激光器阵列，妨碍了小型化、低廉化。
发明内容
本发明是为了解决以上课题而完成的，其目的在于提供能够被高密度地配置的激光光源模块。并且，其目的在于提供高密度地搭载多个该激光光源模块的激光光源装置。
本发明的激光光源模块的特征在于，其具备：板状的底座；供电用引脚，其是半导体激光器阵列的电力供给线，上端在底座的作为一个主面的上表面突出，下端贯通底座的作为另一个主面的下表面侧而延伸；块，其被固定在底座的上表面；辅助安装基板，其被固定在块的与底座的上表面平行的面上，用于安装半导体激光器阵列；半导体激光器阵列，其以光射出方向与底座的上表面平行的方式配置在辅助安装基板上；以及准直透镜阵列，其配置在半导体激光器阵列的前表面，使半导体激光器阵列的输出光成为平行光束，准直透镜阵列被固定在块的与底座的上表面垂直的面上。
在本发明的激光光源模块中，以光射出方向与底座上表面平行的方式配置有半导体激光器阵列。因此，在呈阶梯状配置激光光源模块的情况下，能够沿垂直方向(阶梯的高度方向)高密度地配置激光光源模块。即，能够沿水平方向和垂直方向高密度地配置准直光束。
附图说明
图1是实施方式1的激光光源模块的立体图。
图2是实施方式1的激光光源模块的俯视图。
图3是实施方式1的激光光源模块的主视图。
图4是实施方式1的激光光源模块的侧视图。
图5是实施方式1的激光光源模块的分解立体图。
图6是实施方式2的激光光源装置的固定台的立体图。
图7是实施方式2的激光光源装置的立体图。
图8是实施方式2的激光光源装置的俯视图。
图9是实施方式2的激光光源装置的侧视图。
标号说明
1：底座；1A：定位用切口；1B：固定用切口；2A、2B供电用引脚；3：块；4：辅助安装基板；5：半导体激光器阵列；6：准直透镜阵列；7：线；8A、8B：供电用带；9：区域；10：固定台；10A：定位用突起；10B：螺纹孔；10C：引脚通孔；11：螺钉；12：聚光透镜；13：导光部；100：激光光源模块。
具体实施方式
<实施方式1>
图1是本实施方式的激光光源模块100的立体图。图2、图3、图4分别是本实施方式的激光光源模块100的俯视图、主视图、侧视图。并且，图5是本实施方式的激光光源模块100的分解立体图。
如图1至图5所示，激光光源模块100具备板状的底座1、设于底座1上的多个供电用引脚2A、2B和固定在底座1的上表面上的块3。
由金属材料形成的底座1是板状。即，是具有相互平行的一个主面(即上表面)和另一个主面(即下表面)的形状。并且，底座1在俯视观察时，除了后述定位用切口1A、固定用切口1B等切口部分之外，是对边平行的四边形。
一对供电用引脚2A和一对供电用引脚2B通过玻璃密封被固定于底座1。供电用引脚2A、2B贯通底座1的主面。即，供电用引脚2A、2B的上端在底座1上表面突出，供电用引脚2A、2B的下端向底座1的下表面侧延伸。供电用引脚2A、2B向后述的半导体激光器阵列5供给电能。
块3由热传递性优秀的材料制作而成。块3例如通过焊接固定在底座1上表面。
激光光源模块100还具备固定于块3的上表面上的辅助安装基板4和配置在辅助安装基板4上的半导体激光器阵列5。块3的供辅助安装基板4固定的上表面与底座1的上表面平行。半导体激光器阵列5以光射出方向与底座1上表面平行的方式配置在辅助安装基板4上。这里，所谓光射出方向是图1、图2、图4中的箭头A所示的方向。并且，所谓半导体激光器阵列5的阵列排列方向是半导体激光器阵列5中所具备的多个激光元件的排列方向，是与光射出方向垂直的方向。
辅助安装基板4以绝缘性优秀的材料为基材，在辅助安装基板4表面形成有电极图案。半导体激光器阵列5通过焊接安装在辅助安装基板4上。
在底座1中，在底座1的光射出方向(箭头A方向)前方侧的侧面的两端部分上设有一对定位用切口1A。并且，在底座1的光射出方向(箭头A方向)侧方侧的两侧面设有一对固定用切口1B。固定用切口1B在俯视观察时呈半圆状。在将激光光源模块100配置到实施方式2中所述的固定台10时，定位用切口1A被用作定位的基准。为了将激光光源模块100通过螺钉固定于固定台10(实施方式2)而使用固定用切口1B。
激光光源模块100还具备使半导体激光器阵列5的输出光成为平行光束的准直透镜阵列6。准直透镜阵列6被配置在半导体激光器阵列5的前表面。准直透镜阵列6被固定在块3的与底座1上表面垂直的面上。
并且，在辅助安装基板4的表面形成有正极、负极的电极图案。并且，在半导体激光器阵列5上设有上表面电极、底面电极。例如，辅助安装基板4的正极的电极图案与半导体激光器阵列5的底面电极连接。并且，辅助安装基板4的负极的电极图案与半导体激光器阵列5的上表面电极连接。另外，半导体激光器阵列5的上表面电极和辅助安装基板4的电极图案通过多根导线7连接。
辅助安装基板4的电极图案和供电用引脚2A、2A、2B、2B的上端面通过供电用带8A、8B被超声波接合。
通过将激光光源模块100形成为以上结构，当对一对供电用引脚2A和一对供电用引脚2B之间通入规定的电流时，半导体激光器阵列5发光。从准直透镜阵列6，沿与底座1的上表面平行的方向射出与半导体激光器阵列5的发射极数量对应的平行光束。
准直透镜阵列6是在半导体激光器阵列5的阵列排列方向上长的形状。准直透镜阵列6在长度方向的一端(图5中的区域9)处，通过UV硬化型的粘接剂固定于块3。通过在一个部位固定准直透镜阵列6，能够防止准直透镜阵列6和块3的线膨胀系数的差异所导致的准直透镜阵列6的裂纹、变形或偏移。即，能够提供可靠性高的激光光源模块100。
另外，在将准直透镜阵列6固定到块3上时，在使半导体激光器阵列5发光的状态下，以使准直光以适当的角度射出的方式调整准直透镜阵列6的固定位置。
并且，块3是通过对纯铜进行线切割放电加工来制作的。对块3的表面实施镀镍和镀金。在块3的表面形成有线切割放电加工产生的均匀的放电痕迹。
在块3的表面形成有均匀的放电痕迹，因此当将辅助安装基板4焊接到块3上时，形成均匀的焊层。由于焊层形成得均匀，所以块3的扭曲和应力难以对在辅助安装基板4上配置的半导体激光器阵列5造成影响。因此，能够提供即使将块3薄化也不会引起波长变动或半导体激光器阵列5的内部劣化的、可靠性高的薄型的激光光源模块100。
<效果>
本实施方式的激光光源模块100的特征在于，其具备：板状的底座1；供电用引脚2A、2B，其是半导体激光器阵列5的电力供给线，上端在底座1的作为一个主面的上表面突出，下端贯通底座1的作为另一个主面的下表面侧而延伸；块3，其被固定在底座1的上表面；辅助安装基板4，其被固定在块3的与底座1的上表面平行的面上，用于安装半导体激光器阵列5；半导体激光器阵列5，其以光射出方向与底座1的上表面平行的方式配置在辅助安装基板4上；以及准直透镜阵列6，其配置在半导体激光器阵列5的前表面，使半导体激光器阵列5的输出光成为平行光束，准直透镜阵列6被固定在块3的与底座1的上表面垂直的面上。
因此，在激光光源模块100中，以光射出方向与底座1的上表面平行的方式配置有半导体激光器阵列5。因此，在呈阶梯状配置激光光源模块100的情况下，能够沿垂直方向(阶梯的高度方向)高密度地配置激光光源模块100。即，能够沿水平方向和垂直方向高密度地配置准直光束。
并且，在本实施方式的激光光源模块100中，其特征在于，在底座1的侧面设有定位用切口1A和固定用切口1B。
因此，在用于固定激光光源模块100的固定台上设置成为激光光源模块100的搭载位置的基准的定位用的突起，并使其与激光光源模块100的定位用切口1A嵌合，由此，在底座1上不设置用于定位的额外的空间，也能够高精度且容易地配置激光光源模块100。
并且，在用于固定激光光源模块100的固定台上设置在俯视观察时与固定用切口1B重合的螺纹孔，并利用螺钉将固定用切口1B螺纹固定于螺纹孔，由此，在底座1上不设置用于固定的额外的空间，也能够将激光光源模块100螺纹固定到固定台上。
并且，其特征在于，在将激光光源模块100配置到固定台上时，通过使定位用切口1A与在固定台上设置的定位用突起嵌合，来限定将激光光源模块100配置到固定台上的位置。
因此，在用于固定激光光源模块100的固定台上设置成为激光光源模块100的搭载位置的基准的定位用的突起，并使其与激光光源模块100的定位用切口1A嵌合，由此，能够高精度且容易地限定配置激光光源模块100的位置。
并且，在本实施方式的激光光源模块100中，其特征在于，在底座1的光射出方向前方侧的侧面的两端部分上设有一对定位用切口1A，在底座1的光射出方向侧方侧的两侧面设有一对固定用切口1B，固定用切口1B在俯视观察时呈半圆状。
因此，在用于固定激光光源模块100的固定台上设置成为激光光源模块100的搭载位置的基准的定位用的一对突起，并使其与激光光源模块100的一对定位用切口1A嵌合，由此不设置用于定位的额外的空间，也能够更高精度且更容易地配置激光光源模块100。
并且，在用于固定激光光源模块100的固定台上设置在俯视观察时与一对固定用切口1B重合的一对螺纹孔，并利用螺钉将一对固定用切口1B螺纹固定于一对螺纹孔，由此不设置用于固定的额外的空间，也能够更可靠地将激光光源模块100螺纹固定于固定台。而且，当沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向相邻地配置激光光源模块100时，在相邻的激光光源模块100的固定用切口1B间，能够共用1个螺纹孔。从而，在相邻地配置激光光源模块100的情况下，能够减小配置间隔，能够沿水平方向(半导体激光器阵列5的阵列排列方向)高密度地排列配置激光光源模块100。即，能够沿水平方向高密度地配置准直光束。
并且，通过将固定用切口1B形成为俯视观察时呈半圆状，当螺纹固定了固定用切口1B时，俯视观察下在固定用切口1B和螺钉之间形成的间隙变小，能够防止激光光源模块100的固定位置偏离。
并且，在本实施方式的激光光源模块100中，其特征在于，在辅助安装基板4上形成有电极图案，供电用引脚2A、2B的上端和电极图案通过供电用带8A、8B电连接。
因此，能够以简单的结构提供可向半导体激光器阵列5供给电能的激光光源模块100。
并且，在本实施方式的激光光源模块100中，其特征在于，块3是通过线切割放电加工来制作的。
因此，在块3的表面形成均匀的放电痕迹，因此当将辅助安装基板4焊接到块3上时，形成均匀的焊层。由于焊层形成得均匀，所以块3的扭曲和应力难以对在辅助安装基板4上配置的半导体激光器阵列5造成影响。因此，能够提供即使将块3薄化也不会引起波长变动或半导体激光器阵列5的内部劣化的、可靠性高的薄型的激光光源模块100。
并且，在本实施方式的激光光源模块中，其特征在于，准直透镜阵列6是在半导体激光器阵列5的阵列排列方向上长的形状，准直透镜阵列6仅在长度方向的端部的一个部位通过粘接剂固定于块3。
因此，通过在一个部位将准直透镜阵列6固定到块3上，能够防止准直透镜阵列6和块3的线膨胀系数的差异所导致的准直透镜阵列6的裂纹、变形或偏移。即，能够提供可靠性高的激光光源模块100。
<实施方式2>
在本实施方式中，对搭载有多个在实施方式1中说明的激光光源模块100，并将从各激光光源模块100射出的准直光束会聚于1点的空间结合型的激光光源装置进行说明。
图6是本实施方式的激光光源装置的固定台10的立体图。图7、图8、图9分别是本实施方式的激光光源装置的立体图、俯视图、侧视图。
如图6所示，固定台10具备彼此并行排列的多个阶梯。如图7、图8、图9所示，在固定台10的各阶梯上沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向排列配置有多个激光光源模块100。本实施方式的激光光源装置还具备聚光透镜12。聚光透镜12将从各激光光源模块100输出的准直光束会聚于1点，并向导光部13(例如，1根光纤、1根纤维棒等)入射。
如图6所示，在固定台10上，与各激光光源模块100对应地设有一对定位用突起10A、一对螺纹孔10B、多个引脚通孔10C。
如图7所示，激光光源模块100的供电用引脚2A、2B被插入引脚通孔10C中。一对供电用引脚2A在引脚通孔10C的内部电连接。一对供电用引脚2B也同样地在引脚通孔10C的内部电连接。
并且，在将激光光源模块100的一对定位用切口1A按压到一对定位用突起10A的状态下，激光光源模块100的固定用切口1B和螺纹孔10B在俯视观察时重合。在这样配置的状态下，从激光光源模块100的固定用切口1B的上方用螺钉11螺纹固定螺纹孔10B，由此激光光源模块100被固定于固定台10上。
在将激光光源模块100配置到固定台10上时，通过将成为激光光源模块100的安装基准的一对定位用切口1A按压到一对定位用突起10A上，能够容易且高精度地进行激光光源模块100的定位。而且，通过将激光光源模块100的一对固定用切口1B利用螺钉11螺纹固定到一对螺纹孔10B中，能够将激光光源模块100可靠地固定到固定台10上。
并且，在相邻配置的2个激光光源模块100中，共用了相邻侧的螺纹孔10B。即，当相邻地配置2个激光光源模块100时，2个半圆状的固定用切口1B通过彼此相对而成为圆状。即，相对于该形成为圆状的切口，利用1个螺钉11螺纹固定到螺纹孔10B中，由此能够将在其两侧配置的2个激光光源模块100的固定用切口1B同时固定。
在激光光源模块100的底座1上设置一对定位用切口1A，在固定台10上设置与一对定位用切口1A嵌合的一对定位用突起10A，由此，不需要设置用于对激光光源模块100进行定位的额外的空间。并且，在激光光源模块100的底座1上设置一对固定用切口1B，在固定台10上设置一对螺纹孔10B，由此不需要设置用于固定激光光源模块100的额外的空间。因此，能够沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向(水平方向)高密度地排列配置多个激光光源模块100。即，能够沿水平方向高密度地配置从各激光光源模块100输出的准直光束。
并且，在激光光源模块100中，以光射出方向与底座1上表面平行的方式配置有半导体激光器阵列5。因此，在呈阶梯状配置激光光源模块100的情况下，能够抑制激光光源模块100的高度。即，能够沿垂直方向(阶梯的高度方向)高密度地配置激光光源模块100。即，沿垂直方向也能够高密度地配置准直光束。
各激光光源模块100由一对定位用切口部1A和一对定位用突起10A高精度地定位，因此从各激光光源模块100射出的准直光束也高精度地平行。从而，能够通过聚光透镜12会聚于1点。被会聚后的激光入射到导光部13。
<效果>
本实施方式的激光光源装置的特征在于，其具备：固定台10；和固定于固定台10上的多个激光光源模块100，多个激光光源模块100沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向呈直线状排列配置，固定台10针对各个激光光源模块100具备：引脚通孔10C，其供供电用引脚2A、2B插入；一对定位用突起10A，它们与成一对地设置的定位用切口1A嵌合；和一对螺纹孔10B，在成一对地设置的定位用切口1A与一对定位用突起10A嵌合的状态下，一对螺纹孔10B与成一对地设置的固定用切口2B在俯视观察时重合，在成一对地设置的定位用切口1A与一对定位用突起10A嵌合的状态下，从固定用切口1B的上方利用螺钉11螺纹固定螺纹孔10B，由此激光光源模块100被固定于固定台10上，在相邻配置的激光光源模块100中，共用相邻侧的螺纹孔10B。
因此，通过使设于固定台10上的一对定位用突起10A与在激光光源模块100上设置成一对的定位用切口1A嵌合，能够将激光光源模块100以高精度配置于固定台10上。
并且，在固定台10上设置一对螺纹孔10B，并利用螺钉11从一对固定用切口1B的上方螺纹固定一对螺纹孔10B，由此不设置用于固定的额外的空间，也能够可靠地将激光光源模块100螺纹固定到固定台10上。而且，当沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向排列配置了激光光源模块100时，在相邻的激光光源模块100的固定用切口1B之间，能够共用1个螺纹孔10B。从而，在相邻地配置激光光源模块100的情况下，能够减小配置间隔，能够沿水平方向(半导体激光器阵列5的阵列排列方向)高密度地排列配置激光光源模块100。即，能够沿水平方向高密度地配置准直光束。
并且，在本实施方式的激光光源装置中，固定台10具备多个阶梯，多个阶梯相互并行排列，在多个阶梯的各阶梯上，多个激光光源模块100沿半导体激光器阵列5的阵列排列方向呈直线状排列配置，还具备将从激光光源模块100射出的光会聚于1点的聚光透镜12。
在激光光源模块100中，以光射出方向与底座1上表面平行的方式配置有半导体激光器阵列5。因此，如果呈阶梯状配置激光光源模块100，则能够沿垂直方向(阶梯的高度方向)高密度地配置激光光源模块100。即，沿垂直方向也能够高密度地配置准直光束。即，本实施方式的激光光源装置在水平方向、垂直方向这两个方向上，能够以高密度配置准直光束。从而，由于能够以高密度配置准直光束，所以能够减小聚光透镜12的直径。从而，能够抑制花费在聚光透镜12上的成本。并且，能够实现激光光源装置的小型化。
另外，本发明能够在其发明的范围内自由地组合各实施方式，或适当变形、省略各实施方式。

Claims (6)

1.一种激光光源模块，其特征在于，所述激光光源模块具备：
板状的底座；
供电用引脚，其是半导体激光器阵列的电力供给线，上端在所述底座的作为一个主面的上表面突出，下端贯通所述底座的作为另一个主面的下表面侧而延伸；
块，其被固定在所述底座的上表面；
辅助安装基板，其被固定在所述块的与所述底座的上表面平行的面上，用于安装所述半导体激光器阵列；
所述半导体激光器阵列，其以光射出方向与所述底座的上表面平行的方式配置在所述辅助安装基板上；以及
准直透镜阵列，其配置在所述半导体激光器阵列的前表面，使所述半导体激光器阵列的输出光成为平行光束，
所述准直透镜阵列被固定在所述块的与所述底座的上表面垂直的面上，
在所述底座的侧面设有定位用切口和固定用切口，
在所述底座的所述光射出方向的前方侧的侧面的两端部分上设有一对所述定位用切口，
在所述底座的所述光射出方向的侧方侧的两侧面设有一对所述固定用切口，
所述固定用切口在俯视观察时呈半圆状，
所述准直透镜阵列是在所述半导体激光器阵列的阵列排列方向上长的形状，
所述准直透镜阵列仅在长度方向的端部的一个部位通过粘接剂固定于所述块，
所述块在比所述半导体激光器阵列靠上表面方向一侧的两端处形成有四方体形状的突起部分，所述突起部分固定有所述准直透镜阵列的所述长度方向上的一个端部。
2.根据权利要求1所述的激光光源模块，其特征在于，
在将所述激光光源模块配置到固定台上时，通过使所述定位用切口与在所述固定台上设置的定位用突起嵌合，来限定将该激光光源模块配置到所述固定台上的位置。
3.根据权利要求1所述的激光光源模块，其特征在于，
在所述辅助安装基板上形成有电极图案，
所述供电用引脚的上端和所述电极图案通过供电用带电连接。
4.根据权利要求1所述的激光光源模块，其特征在于，
所述块是通过线切割放电加工来制作的。
5.一种激光光源装置，其特征在于，所述激光光源装置具备：
固定台；和
固定于所述固定台上的多个权利要求1所述的激光光源模块，
多个所述激光光源模块沿所述半导体激光器阵列的阵列排列方向呈直线状排列配置，
所述固定台针对各个所述激光光源模块具备：
引脚通孔，其供所述供电用引脚插入；
一对定位用突起，它们与成一对地设置的所述定位用切口嵌合；和
一对螺纹孔，在成一对地设置的所述定位用切口与所述一对定位用突起嵌合的状态下，所述一对螺纹孔与成一对地设置的所述固定用切口在俯视观察时重合，
在成一对地设置的所述定位用切口与所述一对定位用突起嵌合的状态下，从所述固定用切口的上方利用螺钉螺纹固定所述螺纹孔，由此所述激光光源模块被固定于所述固定台上，
在相邻配置的所述激光光源模块中，共用相邻侧的所述螺纹孔。
6.根据权利要求5所述的激光光源装置，其特征在于，
所述固定台具备多个阶梯，
所述多个阶梯相互并行排列，
在所述多个阶梯的各阶梯上，多个所述激光光源模块沿所述半导体激光器阵列的阵列排列方向呈直线状排列配置，
所述激光光源装置还具备将从所述激光光源模块射出的光会聚于一点的聚光透镜。
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