JP2001024267A

JP2001024267A - レーザ装置並びにその製造装置及び製造方法

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Publication number: JP2001024267A
Application number: JP11199484A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masuda; 久増田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザと、当該半導体レーザからの光
が入射するレンズと、半導体レーザ及びレンズを支持す
る支持機構とを備えたレーザ装置において、半導体レー
ザの光路にレンズを精度良く配置し固定できるようにす
る。【解決手段】半導体レーザと、半導体レーザからの光
が入射するレンズと、半導体レーザ及びレンズを支持す
る支持機構とを備えたレーザ装置を製造する際に、半導
体レーザから出射されレンズを透過してきたレンズ透過
光を光検出器で検出し、半導体レーザ及び／又はレンズ
の位置をモニターしながら位置決めすることで、半導体
レーザとレンズの位置関係の調整誤差を５０μｍ以下と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザと、
当該半導体レーザからの光が入射するレンズと、半導体
レーザ及びレンズを支持する支持機構とを備えたレーザ
装置に関する。また、本発明はそのようなレーザ装置の
製造装置及び製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザの光路にレンズを精
度良く調整して配置し固定する方法としては、大きく分
けて、機械精度の高い部品を組み合わせる方法、予めマ
ーキングを付けておき当該マーキングを基準として間接
的に調整する方法、レーザを発振させてレンズ透過後の
ビームをスクリーン等に投影しその位置や方向や形状等
を観察して調整する方法、並びに、それらを併用する方
法などが知られている。

【０００３】また、固定する手段としては、接着剤を使
用する方法、半田付けする方法などがある。なお、接着
剤としては、２液混合硬化型接着剤、溶剤揮発硬化型接
着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤、嫌気性硬
化型接着剤などがあり、これらが併用される場合もあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体レーザを
用いたデバイスの小型化や高性能化の要求に伴い、半導
体レーザの光路にレンズを配置する場合、半導体レーザ
とレンズの位置関係の調整誤差を５０μｍ程度以下にま
で抑えることが望まれるようになってきている。しかし
ながら、従来の手法で、そのような高精度を実現するに
は、調整から固定までを行う上で次のような間題があっ
た。

【０００５】（１）機械精度の高い部品を組み合わせて
総合で５０μｍより高い精度で位置合わせを行うには、
必要な方向における各部品の機械精度が十分に高い必要
がある。例えば部品サイズ、マウント精度の積み重ねの
個数が３個の場合、単純合計で均等に振り分けると各ｌ
７μｍ以上に高精度な加工、位置決めにより作製してお
く必要がある。このため、部品製造の製法が限定された
り、精度確保のための加工が難しくなるなど、実現可能
としても部品歩留まりの低下、コスト上昇の原因にな
る。

【０００６】（２）マーキングを基準として間接的に調
整する場合、精度を分散させることができる利点がある
反面、調整工程の段階数が増えたり、前項と同様の高機
械精度が必要になるという問題がある。

【０００７】（３）半導体レーザを発振させてビームの
位置や方向や形状等を観察して調整する方法の場合、半
導体レーザの劣化を加速することのないよう、レンズの
位置調整や固定の過程を、概ね５０℃以下の温度で、短
時間であっても約８０℃以下の温度で行う必要がある。
このため、位置調整や固定の方法が限定されてしまう。
また、適用可能な方法であっても、各方法によりそれぞ
れ次のような間題があった。

【０００８】（３−１）紫外線硬化型接着剤を用いる場
合調整から固定までの時間は比較的迅速にすることが可能
であるが、紫外線の照射出来ない部分（特に金属の陰）
が未硬化のまま残り易い。このため、剥離や変形の原因
になり易い。

【０００９】（３−２）２液混合硬化型接着剤又は溶剤
揮発硬化型接着剤を用いる場合２液性接着剤や硬化剤添加により硬化させる接着剤の場
合、調整後に硬化を開始しても短時間で硬化させること
は難しい。そのため、調整後に固定までの間、位置を保
持する必要がある。更に、硬化中にずれる虞もあるし、
スループットを上げにくいという問題もある。また、溶
剤揮発により硬化させる接着剤の場合、接着箇所付近や
半導体レーザやレンズ表面等に溶剤の一部、又は溶剤と
サンプルを構成する成分の化学変化したもの等が付着し
て不良を起こす虞がある。

【００１０】（３−３）熱硬化型接着剤を用いる場合比較的低温で硬化させようとすると硬化までに時間がか
かる。硬化時間を短縮するには温度を上げればよいが、
数分以上の時間にわたって５０℃程度以上で半導体レー
ザを発振させ続けることは、信頼性確保の面から避ける
べきである。また、固定後、未硬化部分が長時間をかけ
て収縮／膨張したり、吸湿や化学変化により収縮／膨張
したりする虞が高かった。

【００１１】（３−４）１００℃以上の融点をもつ半田
を用いる場合現在最も広く利用されている半田は、錫と鉛の共晶半田
であり、融点は１８３℃である。半導体レーザは発振し
きい値が温度と共に上昇するため、こうした半田付け温
度においては、半導体レーザを発振させること自体が難
しい。たとえ発振させたとしても、急速に信頼性を損な
う虞がある。また、大型のヒータを用いて短時間で半田
を硬化させるためには、調整状態を保持したまま、温度
の異なる場所に移動する必要があり、調整装置が複雑化
するという間題があった。また、基準位置同士を調整す
る方法では、半導体レーザの発光部と基準位置の相対位
置精度を高くしておくことが必要で、これも５０μｍ以
下に常に制御することは容易ではなかった。

【００１２】（３−５）１００℃以下の融点をもつ半田
を用いる場合１００℃以下の融点を有する半田で固定する方法は、半
導体レーザを発振させながら位置決めする方法と併用し
た場合、発光点の確認と迅速な固定において有利である
が、半導体レーザの劣化は高々５０〜１００℃程度にお
ける発振においても引き起こされる可能性があるため、
極めて短時間の調整に限定される。また、低融点の半田
は、カドミウム等の有害物質を含んでいることが多いと
いう問題や、濡れ性が悪いために一般に信頼性を確保す
ることが難しいという問題もある。

【００１３】以上のように、半導体レーザの光路にレン
ズを精度良く配置し固定する際は、半導体レーザを発振
して位置調整を行い、何らかの経時変化しにくい手段で
迅速に固定するのが最も合理的であるものの、半導体レ
ーザの発振と迅連な固定、及び経時変化の低減等を同時
に実現するのは困難であり、従来の手法では、それらの
うちのどれか１つ以上を犠牲にせざるを得なかった。

【００１４】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、半導体レーザの光路にレンズ
を精度良く配置し固定することが可能なレーザ装置、並
びに、そのようなレーザ装置の製造装置及び製造方法を
提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ装置
は、半導体レーザと、半導体レーザからの光が入射する
レンズと、半導体レーザ及びレンズを支持する支持機構
とを備える。そして、半導体レーザから出射されレンズ
を透過したレンズ透過光が光検出器で検出され、半導体
レーザ及び／又はレンズの位置をモニターしながら位置
決めされることで、半導体レーザとレンズの位置関係の
調整誤差が５０μｍ以下とされていることを特徴とす
る。

【００１６】上記レーザ装置において、半導体レーザに
は、その発振波長が例えば３５０ｎｍ以上２μｍ以下の
ものが使用される。また、上記レーザ装置において、半
導体レーザからの光が入射するレンズは、例えば、支持
機構に半田付けされる。ここで、レンズと支持機構の半
田付け面の少なくとも一部は金属であることが好まし
い。また、上記レーザ装置において、支持機構の少なく
とも一部は、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高
熱伝導性物質からなることが好ましい。

【００１７】また、本発明に係るレーザ装置の製造装置
は、半導体レーザと、半導体レーザからの光が入射する
レンズと、半導体レーザ及びレンズを支持する支持機構
とを備えたレーザ装置の製造装置である。そして、半導
体レーザから出射されレンズを透過してきたレンズ透過
光を光検出器で検出し、半導体レーザ及び／又はレンズ
の位置をモニターするモニター手段を備える。そして、
モニター手段により半導体レーザ及び／又はレンズの位
置をモニターしながら位置決めすることで、半導体レー
ザとレンズの位置関係の調整誤差を５０μｍ以下とす
る。なお、この製造装置において、上記モニター手段の
光検出器は、少なくとも上記半導体レーザの発振波長の
光を検出する。

【００１８】上記製造装置において、モニター手段の光
検出器は、固体撮像素子を備えたものが好適である。こ
の場合は、上記位置決めを行う際に、固体撮像素子によ
りレンズの像とレンズ透過光とをモニターする。

【００１９】また、上記製造装置では、上記位置決めを
行う際に、例えば、半導体レーザを発振しきい値付近又
はそれ以下の電流供給により発光させ、その光をレンズ
を介して光検出器により検出する。

【００２０】また、上記製造装置では、上記位置決めを
行う際に、例えば、レンズの像と、半導体レーザの発光
部、重心又は中心位置との相対位置を所定範囲に合わせ
ることで調整精度を確保する。

【００２１】また、上記製造装置は、モニター手段の光
検出器として、例えば、電荷結合素子画像センサーを備
える。この場合は、上記位置決めを行う際に、レンズの
像と、半導体レーザの発光部、重心又は中心位置との相
対位置を、電荷結合素子画像センサーによりモニターし
て所定範囲に合わせることで調整精度を確保する。

【００２２】また、上記製造装置は、半導体レーザ及び
／又はレンズの支持機構への取り付けを、半田付けによ
り行う半田付け手段を備えることが好ましい。この場
合、半田付け手段は、半導体レーザ及び／又はレンズの
支持機構への取り付けを、例えば無鉛半田を用いて行
う。

【００２３】また、上記製造装置は、半導体レーザ及び
／又はレンズの支持機構への取り付けを複数の工程に分
け、各工程において融点の異なる半田を用いて半田付け
を行う半田付け手段を備えることが好ましい。この場
合、半田付け手段は、複数の工程のうち、最初の工程で
は、融点が１６０℃以上の半田を用いて半田付けを行
い、その後の工程では、融点が１６０℃未満の半田を用
いて半田付けを行うことが好ましい。

【００２４】また、本発明に係るレーザ装置の製造方法
は、半導体レーザと、半導体レーザからの光が入射する
レンズと、半導体レーザ及びレンズを支持する支持機構
とを備えたレーザ装置を製造する際に、半導体レーザか
ら出射されレンズを透過してきたレンズ透過光を光検出
器で検出し、半導体レーザ及び／又はレンズの位置をモ
ニターしながら位置決めすることで、半導体レーザとレ
ンズの位置関係の調整誤差を５０μｍ以下とすることを
特徴とする。

【００２５】上記製造方法では、例えば、光検出器とし
て固体撮像素子を用い、上記位置決めを行う際に、当該
固体撮像素子によりレンズの像とレンズ透過光とをモニ
ターする。

【００２６】また、上記製造方法では、例えば、上記位
置決めを行う際に、半導体レーザを発振しきい値付近又
はそれ以下の電流供給により発光させ、その光をレンズ
を介して光検出器により検出する。

【００２７】また、上記製造方法では、例えば、上記位
置決めを行う際に、レンズの像と、半導体レーザの発光
部、重心又は中心位置との相対位置を所定範囲に合わせ
ることで調整精度を確保する。

【００２８】また、上記製造方法では、例えば、上記位
置決めを行う際に、レンズの像と、半導体レーザの発光
部、重心又は中心位置との相対位置を、電荷結合素子画
像センサーによりモニターして所定範囲に合わせること
で調整精度を確保する。

【００２９】また、上記製造方法では、半導体レーザ及
び／又はレンズの支持機構への取り付けを、例えば半田
付けにより行う。この場合、半田付けは、例えば無鉛半
田を用いて行う。

【００３０】また、上記製造方法では、半導体レーザ及
び／又はレンズの支持機構への取り付けを複数の工程に
分け、各工程において融点の異なる半田を用いて半田付
けを行うようにしてもよい。この場合は、複数の工程の
うち、最初の工程では、融点が１８０℃よりも高い半田
を用いて半田付けを行い、その後の工程では、融点が１
８０℃よりも低い半田を用いて半田付けを行うことが好
ましい。

【００３１】また、上記製造方法において、半導体レー
ザ及び／又はレンズの支持機構への取り付けを半田付け
により行う場合は、半田付け面の少なくとも一部に予め
金属を配しておくことが好ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３３】半導体レーザの光路にレンズを精度良く取
り付けてレーザ装置を製造するにあたっては、位置精度
を確保するという観点からは半導体レーザを発振させて
位置を調整するのが望ましいが、それでは、半田付けや
熱硬化型接着剤などを用いることができない。

【００３４】そこで、本発明では、半導体レーザを必ず
しも発振させずに発光させて調整を行い、固定には迅速
に行える利点を有する手法を採用し、例えば半田付けに
より行う。この場合、半導体レーザの発光強度が弱くな
るため、ビームの形状や方向などをモニターして調整す
ることが難しくなる。そこで、固体撮像素子等を用いた
光検出器に光を直接入射して観察することが望ましい。

【００３５】なお、固定対象の部材の耐熱性等の理由で
半田付け温度まで上昇させたくない場合には、熱硬化型
接着剤等を用いればよい。また、変形例として、半導体
レーザをレーザ発振しきい値付近の電流供給により発光
又は発振させても、本発明の目的を達することができる
場合もある。

【００３６】以上のような本発明の実施の形態につい
て、以下に具体的な例を挙げて詳細に説明する。

【００３７】図１及び図２に本発明の実施の形態の一例
を示す。図１及び図２において、半導体レーザ１は、図
中の座標系でほぼ＋ｚ方向に向かって光を放射する。な
お、図１及び図２では、半導体レーザ１に電流を供給す
るワイヤー等の補助手段については、図示を省略してい
る。この半導体レーザ１は、ヒートシンク２の上に取り
付けられており、半導体レーザ１とヒートシンク２から
なるレーザブロック３が構成されている。ここで、ヒー
トシンク２は、半導体レーザ１の支持機構の一つとして
考える。

【００３８】ヒートシンク２は、半導体レーザ１を機械
的に支持する支持機構であるとともに、半導体レーザ１
からの発熱を外部に放散するためのものでもある。この
ヒートシンク２は、半導体レーザ１からの排熱効率を高
くして、半導体レーザ１の活性層の温度を低く抑えるた
めに、銅やアルミニウム等のような高熱伝導性物質から
なることが好ましい。具体的には、半導体レーザ１から
の発熱を効率良く外部に放散するため、その熱伝導率は
１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上であることが好ましく、
また、その形状は熱放散に適した形状であることが好ま
しい。なお、ヒートシンク２を銅やアルミニウム等から
形成する場合には、酸化を防ぐために、その表面に金や
ニッケル等のメッキを施すようにしてもよい。

【００３９】そして、半導体レーザ１から出射される光
の光路上にレンズ４が配される。なお、図１及び図２の
例では、レンズ４としてファイバーレンズを示している
が、半導体レーザ１から出射される光の光路上に配され
るレンズ４は、ファイバーレンズ以外のものであっても
よい。すなわち本発明は、セルフォックレンズ、マイク
ロレンズ、ガラスレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、
円筒レンズ、アキシコンレンズなど、種々多様のレンズ
の種類と形状、材質に対しても応用可能である。

【００４０】そして、必要に応じてレンズ４を保持する
支持台５を用いる。なお、半導体レーザ１のヒートシン
ク２の形状を特化して、レンズ４をヒートシンク２に直
接固定してもよい。ただし、特注品を利用せず汎用品を
用いたほうが低コストな場合、レンズ４を支持台５に固
定したほうが有利なことが多い。そこで、ここでは、レ
ンズ４を支持台５の上に取り付け、レンズ４と支持台５
からなるサブアセンブリ６を構成するものとする。な
お、支持台５を使用しない場合、レンズ４だけがサブア
センブリ６となる。

【００４１】そして、本例では、半導体レーザ１の光路
上にレンズ４を精度良く配置するための調整を、レーザ
ブロック３とサブアセンブリ６の相対位置や相対角度を
ずらすことで行う。そしてここでは、半導体レーザ１の
発光点と、レンズ４の所定位置（中心など）との相対位
置を一定範囲（例えば３０μｍ）以内に収めることを目
的とする。

【００４２】このときの誤差は、半導体レーザ１のヒー
トシンク２への取付精度、レンズ４の外形精度、レンズ
４の支持台５への取付精度、並びに、レーザブロック３
とサブアセンブリ６の相対位置精度の４カ所で主として
発生する。なお、場合によっては、ヒートシンク２の加
工精度が加わる場合もある。

【００４３】一般に機械加工精度は１０μｍから２０μ
ｍであれば通常の加工法で実現可能である。そして、こ
の精度の積み重ねの合計がおよそ５０μｍ以上の場合、
一般の加工によっても機械精度の積み重ねで目標精度を
実現することは、必ずしも簡単ではないにしても、困難
とは言えない。一方、５０μｍ以下の目標精度を達成す
るためには、調整などの方法で加工精度を補償する必要
性が高い。このとき、半導体レーザ１を光らせずにその
発光点位置を特定することは、ある程度は出来るとして
も、その位置を正確に特定することは非常に困難であ
る。

【００４４】したがって、半導体レーザ１を発光させ
て、その発光点位置とレンズ４の双方の位置関係が判る
ようにモニターして調整することが求められる。そこ
で、レーザ装置の製造装置として、投影レンズ７と、投
影レンズ７により投影された像を固体撮像素子等により
検出する光検出器８と、光検出器８により検出した画像
を表示する表示装置９とを備えた装置を使用する。ここ
で、光検出器８としては、高感度な電荷結合素子画像セ
ンサー（いわゆるＣＣＤカメラ）が好適である。そし
て、この装置では、レンズ４付近の像と、半導体レーザ
１の発光像とを、投影レンズ７により光検出器８上に投
影して、表示装置９でモニターする。なお、図２では、
表示装置９は図示を省略している。

【００４５】このとき、例えば、レンズ４の像上で半導
体レーザ１の発光部が中央付近に来たときに調整されて
いるように設定しておけば、図中の座標系においてｘ方
向及びｙ方向にサブアセンブリ６を移動させることで、
半導体レーザ２とレンズ４との位置調整を行うことがで
きる。

【００４６】すなわち、サブアセンブリ６をマニピュレ
ータ等により、図中の座標系においてｘ方向及びｙ方向
に移動させ、レンズ４の像上で半導体レーザ１の発光部
が中央付近に来るようにする。そして、その状態を保持
して、レーザブロック３とサブアセンブリ６とを固定す
る。これにより、半導体レーザ１とレンズ４との位置調
整を精度良く行うことができる。

【００４７】なお、レーザブロック３とサブアセンブリ
６とを固定する手段は、接着剤によるものであっても、
半田付けによるものであってもよい。いずれの場合で
も、それらの硬化時に、レンズ４の像上で半導体レーザ
１の発光部が中央付近に来るようになればよい。

【００４８】具体的には例えば、図１において、表示装
置９に黒い部分で示されているのがレンズ４の像であ
り、その像の上に白い横線として示されているのが半導
体レーザ４の活性層発光部であるとすれば、この白い部
分が、レンズ４の像の中心に来るように、レンズ４を固
定してあるサブアセンブリ６を、マニピュレータ等によ
りｘ方向及びｙ方向に移動させて、その位置を調整して
固定する。

【００４９】このとき、レーザブロック３とサブアセン
ブリ６の固定は、接着剤によって行うようにしても、半
田付けによって行うようにしても良い。なお、レンズ４
の支持台５への固定、並びに、レーザブロック３とサブ
アセンブリ６の固定を、両方とも半田付けで行う場合に
は、融点の異なる半田を用いて、それぞれの半田付け温
度を変えて段階的に行うことが好ましい。このように半
田付け温度を変えて段階的に半田付けを行う手法は、ス
テップ半田付けと称される。

【００５０】レンズ４の支持台５への固定、並びに、レ
ーザブロック３とサブアセンブリ６の固定を、ステップ
半田付けにより行う場合には、先ず、融点の高い半田を
用いて、レンズ４を支持台５に半田付けする。その後、
融点の低い半田を用いて、レーザブロック３とサブアセ
ンブリ６とを固定する。

【００５１】具体的には例えば、レンズ４の支持台５へ
の取り付けには、錫鉛の共晶半田を用いる。錫鉛の共晶
半田の融点は約１８３℃である。すなわち、最初の工程
では、融点が１８０℃よりも高い半田を用いて半田付け
を行う。その後、レーザブロック３とサブアセンブリ６
との固定には、融点がおよそ１８０℃以下の半田を用い
る。すなわち、２段階目の工程では、融点が１８０℃よ
りも低い半田を用いて半田付けを行う。ここで、融点が
１８０℃以下の半田としては、例えば、インジウム、イ
ンジウム／錫、錫鉛インジウム、錫ビスマスなどの半田
がある。なお、これらの半田付けに用いる半田として無
鉛半田を用いることで、環境に対するインパクトを小さ
く抑えることもできる。

【００５２】ところで、ここでは半田付けを２段階に分
けて行う例を挙げたが、半導体レーザやレンズの支持機
構の組み合わせ等によっては、半田付けを３段階以上に
分けて行うようにしても良いことは言うまでもない。そ
の場合は、後工程ほど、融点の低い半田を用いるように
する。

【００５３】なお、低融点の半田を用いる場合には、半
田の濡れ性を確保することが難しいという問題がある
が、その場合には、半田付け面に、金、プラチナ、銀、
ニッケル、銅、半田、錫等の金属を配しておくことが好
ましい。半田付け面をこのような金属にすることで、半
田の濡れ性を改善して、強固な半田付けを行うことが可
能となる。なお、半田濡れ性改善用の金属の下地には、
基材との密着性の良い別の金属を配するようにしても良
い。さらに半田濡れ性が悪い場合には、（残渣の少な
い）フラックスを使用することが必要な場合もある。

【００５４】また、レンズ４の支持台５への固定や、レ
ーザブロック３とサブアセンブリ６の固定は、接着剤に
よって行うようにしてもよい。この場合は、接着対象の
部材に接着剤を順次供給して、同時に加熱、脱ガス、紫
外線照射などの方法で固定すると能率が上がる。接着剤
は手軽に利用できるという利点がある。しかし、長期的
に位置精度が要求される場合は、半田付けの方が信頼性
が高い場合が多いので、半田付けにより各部材を取り付
けるようにした方が好ましい。

【００５５】以上のように作製されるレーザ装置におい
て使用される半導体レーザ４について、その電流−光出
力特性の典型的な例を図３に示す。この例の場合、最大
出力は約３Ｗ、レーザ発振のしきい値電流値は約０．６
Ａである。一般に半導体レーザの寿命は、動作温度が１
０℃上昇する毎にほぼ１／２減少すると言われる。した
がって、例えば、２０℃で１００００時間の寿命を有す
る半導体レーザは、１００℃において４０時間未満の平
均寿命しかない計算になる。したがって、発光させるこ
とで位置調整が有利になる場合でも、高温でレーザ発振
させて位置調整することは、寿命確保の点から非常に不
利である。

【００５６】そこで、本発明を適用して半導体レーザ１
とレンズ４の位置調整を行う際は、半導体レーザ１をレ
ーザ発振させずに、徴弱な自然放出光を主体とする発光
を行わせ、その光を光検出器８で検出する。このとき、
半導体レーザ１が発する光は非常に徴弱である。したが
って、光検出器８には、微弱光を検出できる高感度な撮
像素子を備えたＣＣＤカメラが好適である。そして、光
検出器８によって検出した画像を、上述したように表示
装置９に表示して、半導体レーザ１やレンズ４の位置を
モニターしながら位置決めする。これにより、半導体レ
ーザ１とレンズ４の位置関係の調整誤差を５０μｍ以下
にすることも容易に実現可能となる。

【００５７】このように、微弱な自然放出光を主体とす
る発光を半導体レーザ１に行わせる分には、半導体レー
ザ１の信頼性を損なうようなことはない。すなわち、こ
のような発光を利用して位置決めを行いながら、比較的
に高い温度での処理が必要な半田付けを行ったとして
も、半導体レーザ１の信頼性を損なうことはない。した
がって、本発明を適用することにより、半導体レーザ１
とレンズ４とを組み合わせたレーザ装置を、半導体レー
ザ１の信頼性を損なうことなく、精度良く作製すること
ができる。

【００５８】なお、光検出器８はＣＣＤカメラでなくて
もよく、半導体レーザ１の周辺の画像を元に調整する必
要がなければ、１次元や２次元のセンサーアレイやＰＳ
Ｄ等を用いて、誤差信号から目標位置を決定することも
可能である。

【００５９】また、半導体レーザ１からの光の光路中に
配置するレンズ４の位置を調整するにあたって、レンズ
４の位置によって半導体レーザ１の発光点の見かけの位
置が変化することを利用するようにしても良い。この場
合、光検出器８としては、可視光又は近紫外光から赤外
光に至るまで高い感度を有するＣＣＤカメラが好適であ
る。このようなＣＣＤカメラを用いることで、半導体レ
ーザ１の発光部とレンズ４の像とを同時にモニターする
ことができる。

【００６０】例えば、シリコン基板上に光検出素子が形
成されてなるＣＣＤカメラの場合、３５０ｎｍ〜１１０
０ｎｍ程度の波長の光まで検出することが可能である。
したがって、このようなＣＣＤカメラを用いることで、
３５０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の波長の光を発する半導
体レーザの位置決めを行うことが可能となる。なお、材
料を変えれば赤外においても感度を有するＣＣＤカメラ
もある。そこで、光検出器８としてＣＣＤカメラを用い
る場合には、各種のＣＣＤカメラの中から、半導体レー
ザ１からの光の波長に合った適切な感度を有するものを
選択して用いればよい。

【００６１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を適
用することで、半導体レーザの信頼性を損なわずに、半
導体レーザの発光位置を確認しながら、高精度のレンズ
調整が可能になる。したがって、本発明によれば、半導
体レーザとレンズを組み合わせたレーザ装置を安価で信
頼性高く量産することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であり、レーザ装
置を構成する半導体レーザ及びレンズの位置決めを行う
様子を示す側面図である。

【図２】本発明の実施の形態を示す図であり、レーザ装
置を構成する半導体レーザ及びレンズの位置決めを行う
様子を示す平面図である。

【図３】半導体レーザの電流−光出力特性の典型的な例
を示す図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ、２ヒートシンク、３レーザ
ブロック、４レンズ、５支持台、６サブア
センブリ、７投影レンズ、８光検出器、９
表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、上記半導体レーザからの光が入射するレンズと、上記半導体レーザ及び上記レンズを支持する支持機構と
を備え、上記半導体レーザから出射され上記レンズを透過したレ
ンズ透過光が光検出器で検出され、上記半導体レーザ及
び／又は上記レンズの位置をモニターしながら位置決め
されることで、上記半導体レーザと上記レンズの位置関
係の調整誤差が５０μｍ以下とされていることを特徴と
するレーザ装置。
【請求項２】上記半導体レーザの発振波長は、３５０
ｎｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１
記載のレーザ装置。
【請求項３】上記レンズは、上記支持機構に半田付け
されており、上記レンズと上記支持機構の半田付け面の少なくとも一
部は金属であることを特徴とする請求項１記載のレーザ
装置。
【請求項４】上記支持機構として、上記レンズを支持
するレンズ支持機構と、上記半導体レーザを支持する半
導体レーザ支持機構とを備え、上記レンズは上記レンズ支持機構に融点が１６０℃以上
の半田又は金属で固定され、上記レンズ支持機構と上記
半導体レーザ支持機構は融点が１６０℃未満の半田又は
金属で相互に固定されていることを特徴とする請求項１
記載のレーザ装置。
【請求項５】上記半導体レーザ及び／又は上記レンズ
は、無鉛半田により固定されていることを特徴とする請
求項１記載のレーザ装置。
【請求項６】上記支持機構の少なくとも一部は、熱伝
導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導性物質から
なることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項７】半導体レーザと、上記半導体レーザから
の光が入射するレンズと、上記半導体レーザ及び上記レ
ンズを支持する支持機構とを備えたレーザ装置の製造装
置であって、上記半導体レーザから出射され上記レンズを透過してき
たレンズ透過光を光検出器で検出し、上記半導体レーザ
及び／又は上記レンズの位置をモニターするモニター手
段を備え、上記モニター手段により上記半導体レーザ及び／又は上
記レンズの位置をモニターしながら位置決めすること
で、上記半導体レーザと上記レンズの位置関係の調整誤
差を５０μｍ以下とすることを特徴とするレーザ装置の
製造装置。
【請求項８】上記モニター手段の光検出器として固体
撮像素子を備え、上記位置決めを行う際に、上記固体撮像素子により上記
レンズの像とレンズ透過光とをモニターすることを特徴
とする請求項７記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項９】上記位置決めを行う際に、上記半導体レ
ーザを発振しきい値付近又はそれ以下の電流供給により
発光させ、その光を上記レンズを介して光検出器により
検出することを特徴とする請求項７記載のレーザ装置の
製造装置。
【請求項１０】上記位置決めを行う際に、上記レンズ
の像と、上記半導体レーザの発光部、重心又は中心位置
との相対位置を所定範囲に合わせることで調整精度を確
保することを特徴とする請求項７記載のレーザ装置の製
造装置。
【請求項１１】上記モニター手段の光検出器として電
荷結合素子画像センサーを備え、上記位置決めを行う際に、上記レンズの像と、上記半導
体レーザの発光部、重心又は中心位置との相対位置を、
上記電荷結合素子画像センサーによりモニターして所定
範囲に合わせることで調整精度を確保することを特徴と
する請求項７記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項１２】上記モニター手段の光検出器は、少な
くとも上記半導体レーザの発振波長の光を検出すること
を特徴とする請求項７記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項１３】上記半導体レーザ及び／又は上記レン
ズの上記支持機構への取り付けを、半田付けにより行う
半田付け手段を備えることを特徴とする請求項７記載の
レーザ装置の製造装置。
【請求項１４】上記半田付け手段は、上記半導体レー
ザ及び／又は上記レンズの上記支持機構への取り付け
を、無鉛半田を用いて行うことを特徴とする請求項１３
記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項１５】上記半導体レーザ及び／又は上記レン
ズの上記支持機構への取り付けを複数の工程に分け、各
工程において融点の異なる少なくとも２種以上の半田を
用いて半田付けを行う半田付け手段を備えることを特徴
とする請求項７記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項１６】上記半田付け手段は、上記複数の工程
のうち、最初の工程では、融点が１６０℃以上の半田を
用いて半田付けを行い、その後の工程では、融点が１６
０℃未満の半田を用いて半田付けを行うことを特徴とす
る請求項１５記載のレーザ装置の製造装置。
【請求項１７】半導体レーザと、上記半導体レーザか
らの光が入射するレンズと、上記半導体レーザ及び上記
レンズを支持する支持機構とを備えたレーザ装置を製造
する際に、上記半導体レーザから出射され上記レンズを透過してき
たレンズ透過光を光検出器で検出し、上記半導体レーザ
及び／又は上記レンズの位置をモニターしながら位置決
めすることで、上記半導体レーザと上記レンズの位置関
係の調整誤差を５０μｍ以下とすることを特徴とするレ
ーザ装置の製造方法。
【請求項１８】上記光検出器として固体撮像素子を用
い、上記位置決めを行う際に、当該固体撮像素子により
上記レンズの像とレンズ透過光とをモニターすることを
特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項１９】上記位置決めを行う際に、上記半導体
レーザを発振しきい値付近又はそれ以下の電流供給によ
り発光させ、その光を上記レンズを介して光検出器によ
り検出することを特徴とする請求項１７記載のレーザ装
置の製造方法。
【請求項２０】上記位置決めを行う際に、上記レンズ
の像と、上記半導体レーザの発光部、重心又は中心位置
との相対位置を所定範囲に合わせることで調整精度を確
保することを特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の
製造方法。
【請求項２１】上記位置決めを行う際に、上記レンズ
の像と、上記半導体レーザの発光部、重心又は中心位置
との相対位置を、電荷結合素子画像センサーによりモニ
ターして所定範囲に合わせることで調整精度を確保する
ことを特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の製造方
法。
【請求項２２】上記半導体レーザの発振波長が３５０
ｎｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１
７記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項２３】上記半導体レーザ及び／又は上記レン
ズの上記支持機構への取り付けを半田付けにより行うこ
とを特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の製造方
法。
【請求項２４】上記半田付けを無鉛半田を用いて行う
ことを特徴とする請求項２３記載のレーザ装置の製造方
法。
【請求項２５】上記半導体レーザ及び／又は上記レン
ズの上記支持機構への取り付けを複数の工程に分け、各
工程において融点の異なる半田を用いて半田付けするこ
とを特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の製造方
法。
【請求項２６】上記複数の工程のうち、最初の工程で
は、融点が１６０℃以上の半田を用いて半田付けを行
い、その後の工程では、融点が１６０℃未満の半田を用
いて半田付けを行うことを特徴とする請求項２５記載の
レーザ装置の製造方法。
【請求項２７】上記半導体レーザ及び／又は上記レン
ズの上記支持機構への取り付けを半田付けにより行うと
ともに、その半田付け面の少なくとも一部に予め金属を
配しておくことを特徴とする請求項１７記載のレーザ装
置の製造方法。
【請求項２８】上記支持機構の少なくとも一部は、熱
伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導性物質か
らなることを特徴とする請求項１７記載のレーザ装置の
製造方法。