JP2002368320A

JP2002368320A - 半導体レーザアレイユニット、並びに半導体レーザアレイユニットのアライメント調整方法及び装置

Info

Publication number: JP2002368320A
Application number: JP2001169713A
Authority: JP
Inventors: Koji Funemi; 浩司船見
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザから発振されるレーザ光の光軸
を調整できるようにする。【解決手段】ヒートシンク２に１次元配設の半導体レ
ーザを搭載した半導体レーザアレイ１と、この半導体レ
ーザアレイ１の先端に固定支持アーム２Ａを介して取付
けたコリメータとを備えた半導体レーザアレイユニット
４に対して、半導体レーザから発振されるレーザビーム
βの光軸１Ａを調整するアライメント調整方法であっ
て、半導体レーザとは別に設けた調整用レーザ５１から
のレーザ光γを固定支持アーム１Ａに照射し、このレー
ザ光γでその固定支持アーム１Ａの一部を塑性変形させ
ることによりコリメータレンズ３の位置を変位させ、半
導体レーザアレイユニット４におけるレーザビームβの
光軸位置１Ａを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザを
１次元配設させた半導体レーザアレイと、この半導体レ
ーザアレイの先端に固定支持アームを介して取付けたコ
リメータとを備えた半導体レーザアレイユニット、並び
にこの半導体レーザアレイユニットのアライメント調整
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子部品のマイクロ溶接、電
池ケースやフィルタパッケージのシーム溶接、或いはガ
ラス管の溶接などに使用するため、１次元配列の半導体
レーザアレイを備えた溶接装置などが開発され始めてい
る。例えばこの半導体レーザアレイを備えた半導体レー
ザアレイユニット１０１には、図９（Ａ）に示すよう
に、主として、複数個の半導体レーザアレイチップ１０
２と、これらの半導体レーザアレイチップ１０２を搭載
したヒートシンク１０３とを備えた構成のものが知られ
ている。

【０００３】このうち、半導体レーザアレイチップ１０
２は、半導体レーザ１０４を複数個直線状に並べた構成
のものであり、各半導体レーザ１０４は、活性層の厚さ
が約１μｍと狭いが、その幅は約１００μｍと広くなっ
ている。さらに、その半導体レーザアレイチップ１０２
には、この半導体レーザ１０４がおよそ２００μｍのピ
ッチで、その幅方向に複数個、例えば約５０個並んでお
り、幅方向全体の寸法が約１０ｍｍとなっている。従っ
て、この半導体レーザアレイチップ１０２にあっては、
各半導体レーザ１０４のレーザ出力が１Ｗである場合、
５０Ｗのレーザ出力を発生することができる。

【０００４】一方、ヒートシンク１０３は、半導体レー
ザアレイチップ１０２が動作する際に発生する熱を冷却
させるためのものであり、具体的には、水冷方式若しく
は空冷方式による放熱を行う構成となっている。

【０００５】ところで、各半導体レーザ１０４から出射
されるレーザ光はビーム状に広がっており、このレーザ
光の広がり角度（全角）は、その厚さ方向に対しては約
３５度、幅方向に対しては約１０度となっている。ま
た、この半導体レーザ１０４の出射口でのビーム径は、
半導体レーザ１０４の活性層の大きさに相当し、厚さ方
向の寸法が１μｍ、幅方向の寸法が１００μｍである。

【０００６】そのため、この半導体レーザ１０４を複数
個組合わせた半導体レーザアレイチップ１０２において
も、半導体レーザ１０４がその幅方向に一直線上に並ん
でいるので、そのビームαの拡がり角θＦは、個々の半
導体レーザ１０４の場合と同じであり、厚さ方向につい
ては、約３５度、幅方向については約１０度となる。

【０００７】上述する半導体レーザ１０４において、一
般に、レーザ光の厚さ方向の光軸１０４Ａ（以下、これ
を主軸とよぶ）をファストアクシス（ＦＡＳＴＡＸＩ
Ｓ）、幅方向の光軸をスローアクシス（ＳＬＯＷＡＸ
ＩＳ）とよんでいるが、図９（Ｂ）に示すように、主軸
（ファストアクシス）１０４Ａのビームαの拡がり角度
θＦは、約３５度とかなり広い。

【０００８】そこで、例えば図１０に示すように、１直
線状の半導体レーザアレイチップ１０２のレーザ光の進
行する前方に、コリメートレンズ１０５を設け、主軸１
０４Ａ（図略）のビームαの拡がり角θＦ（図略）の低
減を図っている。このコリメートレンズ１０５には、球
面シリンドリカルレンズ、非球面シリンドリカルレンズ
などが用いられている。

【０００９】例えば、このコリメートレンズ１０５を使
用すると、主軸１０４Ａ側のビームαの拡がり角度θＦ
を、図９（Ｂ）に示す約３５度から０．２４度（４ｍｒ
ａｄ）に改善することができる。なお、コリメートレン
ズ１０５は、実際には、例えばヒートシンク１０３に取
付けられている図示外の固定支持アームを介し、ＵＶ接
着剤などを用いて取付けられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この半導体
レーザアレイユニット１０１にあっては、この半導体レ
ーザアレイユニット１０１から出射されるレーザ光が、
ヒートシンク１０３に対して、図１０に示すように、平
行な関係を維持した状態（以下、これを「平行ビーム状
態」とよぶ）であることが理想的である。このため、図
示外の固定支持アームを介してコリメートレンズ１０５
を取付ける構成の場合には、例えば、コリメートレンズ
１０５を透過してきたレーザ光の方向をモニタリングす
ることにより、コリメートレンズ１０５の取付け状態を
確認しながら、固定支持アームに固定する、といった方
法が行われている。

【００１１】しかしながら、このような方法で取付け位
置を確認しながら、固定支持アームを介して、ヒートシ
ンクにコリメートレンズを取付ける場合には、使用する
ＵＶ接着剤が硬化するときの凝固収縮力により、例えば
図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、コリメートレンズ
１０５の位置が微妙に変動・変位することがあり、「平
行ビーム状態」を得られない、といった不都合を生じる
ことがある。

【００１２】図１１（Ａ）には、半導体レーザアレイユ
ニット１０１の半導体レーザアレイチップ１０２から出
射されるビームαの光路を側面から見た状態を示す。例
えば図１１（Ｂ）において、コリメートレンズ１０５が
上向きにほんの僅かずれていると、半導体レーザアレイ
チップ１０２からのビームαが上方（紙面上で上向き）
にずれてしまう。また、図１１（Ｃ）に示すように、コ
リメートレンズ１０５の片側だけが僅かに上向き（紙面
上で左上がり）にずれていると、ビームαが傾斜してし
まう。

【００１３】さらに、半導体レーザアレイユニットにあ
っては、通常、その厚さ方向に何層か積層させること
で、半導体レーザの出力を高めて高出力化を図ることが
多い。例えば、図１２に示す半導体レーザアレイユニッ
ト１１０では、その厚さ方向に５層の半導体レーザアレ
イチップ１０２を積層させた構成のものであり、単層の
ものに比べて５倍の出力が得られる。

【００１４】また、例えば、各層の半導体レーザアレイ
チップ１０２から出射するレーザ光をひとつに集光させ
るために、図１３（Ａ）に示すように、これらのレーザ
光の光路上に集光レンズ１０７を配設した構成のものが
知られている。

【００１５】しかしながら、このような構成の半導体レ
ーザアレイユニット１１０´にあっては、図１３（Ａ）
に示すように、各層の半導体レーザアレイチップ１０２
の主軸１０４Ａが、必ずしも、互いに平行に揃った状態
となるように、各層の半導体レーザアレイチップ１０２
が配置されているとはかぎらない。例えば、同図（Ｂ）
に示すように、各層の半導体レーザアレイチップ１０２
の主軸１０４Ａが互いに平行でない場合もある。この場
合には、焦点位置Ｆが揃っていないので、集光性能が著
しく低下する虞がある。

【００１６】そこで、この発明は、上記した事情に鑑
み、半導体レーザから発振されるレーザ光の光軸を調整
することができる半導体レーザアレイユニット、並びに
半導体レーザアレイユニットのアライメント調整方法及
び装置を提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ヒートシン
クに１次元配設の半導体レーザを搭載した半導体レーザ
アレイと、この半導体レーザアレイの先端に固定支持ア
ームを介して取付けたコリメータとを備える半導体レー
ザアレイユニットであって、前記固定支持アームが、塑
性変形可能な材料で形成されて溶融痕を持っていること
を特徴としている。

【００１８】これにより、調整用レーザからのレーザ光
を照射したときに発生する熱により固定支持アームが一
部溶融して塑性変形をおこし、この変形により、半導体
レーザアレイユニットに対するコリメータレンズの相対
位置が変位し、この半導体レーザユニットから発振され
るレーザ光の光軸が調整されている。

【００１９】また、前記半導体レーザアレイユニット
は、１次元配設の半導体レーザアレイを多層に積層させ
たもので構成してもよい。

【００２０】また、この発明は、ヒートシンクに１次元
配設の半導体レーザを搭載した半導体レーザアレイと、
この半導体レーザアレイの先端に固定支持アームを介し
て取付けたコリメータとを備えた半導体レーザアレイユ
ニットに対して、前記半導体レーザから発振されるレー
ザビームの光軸を調整するアライメント調整方法であっ
て、前記半導体レーザとは別に設けた調整用レーザによ
るレーザ光を前記固定支持アームに照射し、このレーザ
光でその固定支持アームの一部を塑性変形させることに
より前記コリメータレンズの位置を変位させ、前記半導
体レーザアレイユニットにおける前記レーザビームの光
軸位置を調整することを特徴としている。

【００２１】これにより、調整用レーザからのレーザ光
を照射したときに発生する熱により固定支持アームを塑
性変形させ、この変形を利用して、半導体レーザアレイ
ユニットに対するコリメータレンズの相対位置を変位さ
せ、半導体レーザユニットから発振されるレーザ光の光
軸を調整できるようになる。

【００２２】また、この発明は、ヒートシンクに一次元
配設の半導体レーザを搭載した半導体レーザアレイと、
この半導体レーザアレイの先端に固定支持アームを介し
て取付けたコリメータとを備えた半導体レーザアレイユ
ニットに対して、前記半導体レーザから発振されるレー
ザ光の光軸を調整するアライメント調整装置であって、
前記半導体レーザとは別に設け、前記固定支持アームの
一部にレーザ光を照射して固定支持アームを塑性変形さ
せる調整用レーザと、この調整用レーザから出射して前
記固定支持アームに向かうレーザ光を集光する光学素子
と、前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光
軸位置を測定する光軸位置測定手段と、この光軸位置測
定手段による光軸位置測定データに基づき前記調整用レ
ーザによる前記固定支持アームへのレーザ光の照射条件
を決定するレーザ制御手段とを備えたことを特徴として
いる。

【００２３】これにより、調整用レーザからのレーザ光
を照射したときに発生する熱により固定支持アームを塑
性変形させ、この変形を利用して、半導体レーザアレイ
ユニットに対するコリメータレンズの相対位置を変位さ
せ、変位半導体レーザユニットから発振されるレーザ光
の光軸を調整できるようになる。

【００２４】また、このアライメント調整装置でも、前
記半導体レーザアレイユニットは、１次元配設の半導体
レーザアレイを多層に積層させたもので構成してもよ
い。

【００２５】また、このアライメント調整装置でも、前
記調整用レーザには、パルス光を出射するＹＡＧレーザ
でもよい。

【００２６】ＹＡＧレーザは、出力が比較的大きく、こ
のアライメント調整装置でも、固定支持アームに対し
て、効率よく塑性変形を起こすことが可能である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る実施の形態
について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図
１は、この発明の実施形態に係る半導体レーザアレイユ
ニット４及びこの半導体レーザアレイユニット４のアラ
イメント調整を行うために設けたアライメント調整装置
５を示すものである。この実施形態の半導体レーザアレ
イユニット４は、各種電子部品の溶接などのための溶接
装置に用いられている。一方、アライメント調整装置５
は、半導体レーザアレイユニット４に対してアライメン
ト調整を行うためのものであり、この半導体レーザアレ
イユニット４には、半導体レーザアレイチップ１と、ヒ
ートシンク２と、このヒートシンク２に固定支持アーム
２Ａを介して取付けるコリメータレンズ３とを備えてい
る。また、このアライメント調整装置５には、大略構成
として、調整用レーザ５１と、集光レンズ５２と、結像
レンズ５３と、光軸位置測定装置５４と、レーザ制御部
５５とを備えている。

【００２８】半導体レーザアレイチップ１には、図示外
の複数個の半導体レーザ（ＬＤ）が１直線状に配設され
ており、各半導体レーザの活性層からは、主軸１Ａ方向
について大きく拡散する赤外光（例えば、波長８４６３
Å付近で先鋭なスペクトル線を発光する）であるレーザ
光（以下、レーザビームβ）が出射されている。

【００２９】ヒートシンク２は、半導体レーザの動作時
に高電流密度に起因して発生する熱を外部へ放出させ、
半導体レーザの動作を確保するためのものであり、図２
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この実施形態では、熱伝
導性などの良好な適宜の材料で略矩形状に形成してお
り、その先端部上面に半導体レーザアレイチップ１が搭
載されている。

【００３０】固定支持アーム２Ａは、図２（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、ヒートシンク２の先端部の上部か
ら半導体レーザのレーザビームが出射する前方方向に向
けて左右一対突出した構成のものであり、この一対の固
定支持アーム２Ａ間で長尺状のコリメータレンズ３の両
端部を支持するようになっている。この固定支持アーム
２Ａは、各種の金属材料、例えば鉄、アルミニウム、真
鍮、銅などで形成されており、図４に示すように、下部
側からアライメント調整装置５に設けたレーザ発振器か
らのレーザ光が照射されると、レーザ溶融部が形成さ
れ、このレーザ溶融部の溶融凝固時の熱応力で凸状（図
４（Ｂ）参照）に塑性変形するように構成されている。

【００３１】コリメータレンズ３は、半導体レーザから
出射のレーザビームを平行光にするためのものであり、
半導体レーザアレイユニット４の幅方向全体に亙って延
びる長尺状に形成されており、左右一対の固定支持アー
ム２ＡによりＵＶ接着剤を用いて接着・固定するように
なっている。

【００３２】一方、アライメント調整装置５は、コリメ
ータレンズで平行光となるレーザビームの主軸を、所定
の角度方向に調整するためのものであり、この実施形態
では、図２（Ｂ）に示すように、半導体レーザチップの
活性層に平行な方向、別言すれば、図２（Ｃ）、（Ｄ）
に示すように、矩形状を有するヒートシンク２の上面と
平行な方向に主軸を揃えるものである。

【００３３】このアライメント調整装置５の調整用レー
ザ５１には、ＹＡＧレーザを用いている。このＹＡＧレ
ーザは、Ｎｄ³⁺を能動イオンとして含ませたＹ₃Ａｌ₅Ｏ
₁₂からなる構成の固体レーザであって、例えば波長１．
０６４μｍなどの発振幅の鋭いパルス状の赤外光を出射
する。この調整用レーザ５１は、照射すべき固定支持ア
ーム２Ａ，２Ｂがヒートシンク２の左右両側に位置して
設けてあることから、それぞれの固定支持アームに対応
する直下方向からレーザ光γ１、γ２を照射させるた
め、適宜の２箇所に配置してあるが、１個の調整用レー
ザを用いてこれから出射するレーザ光γの光路を適宜の
光学素子で２つに分割させてもよい。

【００３４】また、この調整用レーザ５１などのレーザ
から出射するレーザ光γの照射エネルギーは、これが照
射されるＵＶ接着剤により固着されるコリメータレンズ
の光軸の変位角との間に強い相関性が得られることが、
この発明者によって確認されている。

【００３５】即ち、図３に示すように、コリメータレン
ズの光軸の変位角θｉ（ｍｒａｄ）は、レーザ照射エネ
ルギー（Ｊ）との間に正の相関関係を有するものであ
り、別言すれば、コリメータレンズの光軸の変位角θｉ
（ｍｒａｄ）は、レーザ照射エネルギー（Ｊ）に比例し
て増大する、という知見が得られている。例えば、この
図３のグラフから、例えば固定支持アーム、さらにはコ
リメータレンズを４ｍｒａｄだけ変位させたいときに
は、４Ｊのレーザ照射エネルギーでレーザ光を固定支持
アームに照射させれば、固定支持アームが４（ｍｒａ
ｄ）だけ塑性変形し、コリメータレンズもこれに応じて
角度変位する。

【００３６】集光レンズ５２は、調整用レーザ５１から
出射され反射ミラー５６で光路を９０度垂直上方に折曲
されたレーザ光を集光させ、固定支持アーム２Ａに下方
から照射させるように構成されている。

【００３７】結像レンズ５３は、半導体レーザアレイユ
ニット４側の半導体レーザから出射するレーザ光を、後
述する光軸位置測定装置５４の撮像部へ結像させるもの
であり、コリメータレンズの前方位置に配設されてい
る。

【００３８】光軸位置測定装置５４は、半導体レーザか
ら出射されるレーザビームの光軸の傾き角度θｉを測定
するためのものであり、例えばこの実施形態では、半導
体レーザのレーザビーム分布を撮像するＣＣＤカメラを
用いた撮像部と、この撮像部で撮像されたレーザビーム
分布の画像を取り込んで所定の画像処理を行うことによ
り、このレーザビームの光軸の傾き角度θｉ（ｍｒａ
ｄ）を算出する画像処理部とを備えている。

【００３９】レーザ制御部５５は、前述した図３に示す
レーザ照射エネルギーと変位角との関係についてのデー
タ（以下、これを「エネルギー／角度・相関データ」と
よぶ）を記憶・格納しており、この「エネルギー／角度
・相関データ」に基づき、最適なレーザ照射条件を選定
して、半導体レーザの動作を制御することができるよう
になっている。即ち、このレーザ制御部５５は、光軸位
置測定装置５４の画像処理部から出力されたレーザビー
ムの光軸の傾き角度θｉについてのデータと、前述した
「エネルギー／角度・相関データ」との双方のデータか
ら、最適なレーザ照射条件及びこれを満足する最適なレ
ーザ動作条件を決定して、半導体レーザの動作を制御す
るようになっている。

【００４０】次に、この実施形態にかかるアライメント
調整装置５の作用について説明する。例えば、図１の半
導体レーザアレイユニットにおいて、半導体レーザアレ
イから出射したレーザビームは、コリメートレンズ３を
透過して結像レンズ５３の方向に進行する。ここで、こ
のコリメートレンズ３は、例えば図１において、ＵＶ硬
化樹脂で固定支持アーム２Ａに接着したときにずれを生
じており、主軸が角度θｉ（ｍｒａｄ）だけ上方に傾斜
しているものとする。

【００４１】すると、このレーザビームは、結像レンズ
５３を透過したのち、光軸位置測定装置５４の撮像部で
あるＣＣＤカメラに縮小投影され、このＣＣＤカメラに
縮小投影されたビーム分布が画像処理部で画像処理され
ることにより、半導体レーザから出射するレーザビーム
の主軸の傾き角度θｉを算出することができる。

【００４２】次に、アライメント調整装置５のレーザ発
振器からはパルス状のレーザ光が出射され、このレーザ
光が全反射ミラー５６で全反射した後、集光レンズ５２
に入射する。そして、この集光レンズ５２で集光された
レーザ光が固定支持アーム２Ａの照射部位２１Ａに照射
される。

【００４３】この場合、光軸位置測定装置５４で測定し
た光軸位置データ（半導体レーザビームの主軸１Ａの傾
き角度θｉ）が、レーザ制御部５５に出力・転送され、
このレーザ制御部５５では、前述した、図３に示す「エ
ネルギー／角度・相関データ」に基づき、最適なレーザ
照射条件を選定する。そして、その選定されたレーザ照
射条件が調整用レーザ５１に出力され、この条件で調整
用レーザ５１の発振動作が制御される。

【００４４】従って、このレーザ発振器からは、前述し
た条件でレーザ光が出射し、このレーザ光が、全反射ミ
ラー５６で反射し、図４（Ａ）に示すように、集光レン
ズ５２を透過した後、固定支持アーム２Ａに照射され
る。その結果、この固定支持アーム２Ａは、図４（Ｂ）
に示すように、照射部位２１Ａが塑性変形して、所要の
方向に角度θ１だけ変位するので、この固定支持アーム
２Ａの変位動作に伴い、これに支持されているこれメー
トレンズも所要の角度θｉだけ変位する。これにより、
半導体レーザアレイから出射するレーザビームβの主軸
１Ａを、平行光に、具体的には、ヒートシンク２に対し
て平行な方向に出射方向を調整することができる。

【００４５】次に、この実施形態を用いた半導体レーザ
アレイユニット４のアライメント調整方法について具体
的に説明する。

【００４６】（１）例えば、コリメートレンズがＵＶ接
着剤の硬化時にずれて接着されてしまい、主軸１Ａが傾
いている場合、特に、図５に示すように、左右固定支持
アーム２Ａ，２Ｂの双方が上方に夫々θ１＝２．５（ｍ
ｒａｄ）傾斜しているために、主軸１Ａが同一角度傾斜
している場合；この場合には、固定支持アーム２Ａ，２
Ｂの双方を、夫々θ１＝２．５（ｍｒａｄ）だけ下方へ
変位させればよいが、この修正すべき変位角（θ１）デ
ータは、光軸位置測定装置５４で測定されて、レーザ制
御部５５へ出力される。

【００４７】すると、このレーザ制御部５５では、予め
記憶させた「エネルギー／角度・相関データ」に基づ
き、最適なレーザ照射条件を選定する。即ち、図３に示
すように、変位角θ１＝２．５（ｍｒａｄ）に対応する
レーザ照射エネルギーがおよそ２．８Ｊ（ジュール）で
あることから、固定支持アーム２Ａ，２Ｂの双方へこの
照射エネルギーを与えるように、調整用レーザ５１の発
振制御を行う。

【００４８】その結果、図６（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、その調整用レーザ５１から固定支持アーム２Ａ，２
Ｂに所要のエネルギーが照射され、変位角θ１＝２．５
（ｍｒａｄ）に対応する量だけこの支持アーム２Ａ，２
Ｂが凸状に塑性変形する。同様に、これに支持されたコ
リメータレンズ３も同一角度だけ変位することにより、
主軸１Ａ方向について、角度θ１＝２．５（ｍｒａｄ）
だけ下方へ変位し、０．５（ｍｒａｄ）以下の誤差でレ
ーザビームβをほぼ「平行ビーム状態」に調整すること
ができる。

【００４９】（２）図７に示すように、一方側の固定支
持アーム２Ａ及びこれに取付けたコリメートレンズ３の
片側だけが上方にθ２＝２．０（ｍｒａｄ）傾斜してお
り、他方の固定支持アーム２Ａ及びこれに取付けたコリ
メートレンズ３の片側は、傾きが０．５（ｍｒａｄ）で
殆ど傾斜していない場合；この場合には、固定支持アー
ム２Ａをθ２＝２．０（ｍｒａｄ）だけ下方へ変位させ
ればよいが、この固定支持アーム２Ａに対して修正すべ
き変位角（θ２）データが、前述の場合と同様に、光軸
位置測定装置５４で測定されて、レーザ制御部５５へ出
力される。

【００５０】すると、このレーザ制御部５５では、予め
記憶させた「エネルギー／角度・相関データ」に基づ
き、最適なレーザ照射条件を選定する。即ち、図３に示
すように、変位角θ２＝２．０（ｍｒａｄ）に対応する
レーザ照射エネルギーがおよそ２．５Ｊ（ジュール）で
あることから、固定支持アーム２Ａへこの照射エネルギ
ーを与えるように、一方側の調整用レーザ５１のみ発振
動作を行う。

【００５１】その結果、図８（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、その調整用レーザ５１から固定支持アーム２Ａに所
要のエネルギーが照射され、変位角θ２＝２．０（ｍｒ
ａｄ）に対応する量だけこの支持アーム２Ａが凸状に塑
性変形する。同様に、これに支持されたコリメータレン
ズ３も対応する片側部分が同一角度だけ変位することに
より、支持アーム２Ａ側の主軸１Ａ方向について、角度
θ２＝２．０（ｍｒａｄ）だけ下方へ変位し、０．５
（ｍｒａｄ）以下の誤差でレーザビームβをほぼ「平行
ビーム状態」に調整することができる。

【００５２】（３）一方、例えば、固定支持アームが下
方に傾斜しているために主軸１Ａが同方向に傾いている
場合；この場合には、調整用レーザ５１からのレーザ光
の照射を、固定支持アームの下部からではなく、上部か
ら行う。これにより、固定支持アームが前述した場合と
は逆方向に凸状に塑性変形（即ち、上部側は凹状に変
形）するので、レーザビームβの主軸１Ａを、「平行ビ
ーム状態」に調整することができる。

【００５３】なお、この場合、アライメント調整装置５
は、必ずしも、上下逆向きに配置することは必要なく、
例えば、半導体レーザアレイユニット４を上下逆転させ
てもよいが、全反射ミラーを複数組組合わせて適宜配置
すれば、調整用レーザ５１からのレーザ光の光路を簡単
な構成で変更させることができる。

【００５４】（４）さらに、半導体レーザアレイユニッ
ト４を複数個積層させた高出力の半導体レーザアレイス
タックにおいて、これらの全光路上に共通に単一の集光
レンズを配設させた構成のもの（図１１参照）につい
て、アライメント調整を行う場合；この場合にも、それ
ぞれの半導体レーザアレイユニット４に対して前述した
アライメント調整を個別に行うことにより、それぞれの
半導体レーザアレイユニット４から出射されるレーザビ
ームβの主軸１Ａ方向を一致させることが可能であり、
集光レンズによる微小なスポット径に絞ることができ
る。

【００５５】なお、この実施形態では、前述したよう
に、半導体レーザアレイユニット４は、各種電子部品の
溶接などのための溶接装置に使用しているが、この装置
に限定して使用するものではなく、各種の装置に幅広く
適用して、精度の高いレーザ照射を実現することができ
る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明のア
ライメント調整方法及び装置では、半導体レーザアレイ
ユニットの半導体レーザとは別に設けた調整用レーザか
らのレーザ光を固定支持アームに照射し、このレーザ光
でその固定支持アームの一部を塑性変形させてアライメ
ント調整するように構成している。即ち、このアライメ
ント調整方法及び装置では、調整用レーザからのレーザ
光を照射したときに発生する熱により固定支持アームを
塑性変形させるようになっているので、この変形を利用
して、半導体レーザアレイユニットに対するコリメータ
レンズの相対位置を変位させ、半導体レーザユニットか
ら発振されるレーザ光の光軸の傾き角度を補正して、平
行ビーム状態に調整することができる。

【００５７】また、この発明の半導体レーザアレイユニ
ットは、例えば調整用レーザからのレーザ光を照射した
ときに発生する熱により、固定支持アームが溶融されて
塑性変形をおこし、この変形により、半導体レーザアレ
イユニットに対するコリメータレンズの相対位置が変位
し、半導体レーザユニットから発振されるレーザ光の光
軸が調整されている。したがって、この半導体レーザア
レイユニットを各種の装置に用いれば、レーザ照射精度
が高まるので、各種装置の信頼度の向上につながり、便
宜である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザアレイユ
ニット及びアライメント調整装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】（Ａ）は図１に示す半導体レーザアレイユニッ
トからのレーザビームの出射状態を示す平面図、（Ｂ）
は同側面図、（Ｃ）は半導体レーザ側からコリメータレ
ンズを眺めた状態を示す説明図、（Ｄ）はレーザビーム
の進行方向の前方からコリメータレンズを眺めた状態を
示す説明図である。

【図３】図１に示すアライメント調整装置におけるレー
ザ照射エネルギーと固定支持アーム（レーザビームの主
軸）の変位角との相関関係を示す説明図である。

【図４】（Ａ）は調整用レーザによる固定支持アームへ
のレーザ照射状態を示す説明図、（Ｂ）はレーザ照射に
より固定支持アームの塑性変形状態を示す説明図であ
る。

【図５】（Ａ）は半導体レーザの主軸のずれを示す説明
図、（Ｂ）はそのときのレーザビームの進行方向の前方
側からみたアライメント調整装置を示す正面図である。

【図６】アライメント調整装置によるレーザ照射により
調整された固定支持アームを及びレーザビームの主軸を
示す側面図、（Ｂ）は同正面図である。

【図７】（Ａ）は半導体レーザの主軸の偏ったずれを示
す説明図、（Ｂ）はそのときのレーザビームの進行方向
の前方側からみたアライメント調整装置を示す正面図で
ある。

【図８】アライメント調整装置によるレーザ照射により
調整された固定支持アームを及びレーザビームの主軸を
示す側面図、（Ｂ）は同正面図である。

【図９】（Ａ）は従来の半導体レーザアレイユニットを
示す概略斜視図、（Ｂ）は半導体レーザからのレーザ光
の出射状態を示す側面図である。

【図１０】従来の半導体レーザアレイユニットにおける
光束状態を示す側面図である。

【図１１】（Ａ）は従来の半導体レーザアレイユニット
における光軸のずれを示す側面図、（Ｂ）は同正面図、
（Ｃ）は光軸の片側での偏り状態を示す正面図である。

【図１２】半導体レーザアレイを積層させた構成の半導
体レーザアレイユニットを示す側面図である。

【図１３】図１２に示す半導体レーザアレイユニットに
おける良好な状態に調整された光軸を有するレーザビー
ムの光路図、（Ｂ）は光軸のずれを有する時の状態を示
すレーザビームの光路図である。

【符号の説明】

１半導体レーザアレイチップ１Ａ主軸２ヒートシンク２Ａ固定支持アーム２Ｂ固定支持アーム２１Ａ照射部位３コリメータレンズ４半導体レーザアレイユニット５アライメント調整装置５１調整用レーザ（ＹＡＧレーザ）５２集光レンズ５３結像レンズ５３５４光軸位置測定装置５５レーザ制御部１０４半導体レーザ β レーサビーム γ レーザ光 θ１変位角 θ２変位角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートシンクに１次元配設の半導体レー
ザを搭載した半導体レーザアレイと、この半導体レーザ
アレイの先端に固定支持アームを介して取付けたコリメ
ータとを備える半導体レーザアレイユニットであって、前記固定支持アームが、塑性変形可能な材料で形成され
て溶融痕を持っていることを特徴とする半導体レーザア
レイユニット。
【請求項２】前記半導体レーザアレイユニットは、１
次元配設の半導体レーザアレイを多層に積層させたもの
から構成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導
体レーザアレイユニット。
【請求項３】ヒートシンクに１次元配設の半導体レー
ザを搭載した半導体レーザアレイと、この半導体レーザ
アレイの先端に固定支持アームを介して取付けたコリメ
ータとを備えた半導体レーザアレイユニットに対して、
前記半導体レーザから発振されるレーザビームの光軸を
調整するアライメント調整方法であって、前記半導体レーザとは別に設けた調整用レーザによるレ
ーザ光を前記固定支持アームに照射し、このレーザ光でその固定支持アームの一部を塑性変形さ
せることにより前記コリメータレンズの位置を変位さ
せ、前記半導体レーザアレイユニットにおける前記レーザビ
ームの光軸位置を調整することを特徴とする半導体レー
ザアレイユニットのアライメント調整方法。
【請求項４】ヒートシンクに一次元配設の半導体レー
ザを搭載した半導体レーザアレイと、この半導体レーザ
アレイの先端に固定支持アームを介して取付けたコリメ
ータとを備えた半導体レーザアレイユニットに対して、
前記半導体レーザから発振されるレーザ光の光軸を調整
するアライメント調整装置であって、前記半導体レーザとは別に設け、前記固定支持アームの
一部にレーザ光を照射して固定支持アームを塑性変形さ
せる調整用レーザと、この調整用レーザから出射して前記固定支持アームに向
かうレーザ光を集光する光学素子と、前記半導体レーザから出射されたレーザビームの光軸位
置を測定する光軸位置測定手段と、この光軸位置測定手段による光軸位置測定データに基づ
き前記調整用レーザによる前記固定支持アームへの前記
レーザ光の照射条件を決定するレーザ制御手段とを備え
たことを特徴とする半導体レーザアレイユニットのアラ
イメント調整装置。
【請求項５】前記半導体レーザアレイユニットは、１
次元配設の半導体レーザアレイを多層に積層させたもの
から構成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導
体レーザアレイユニットのアライメント調整装置。
【請求項６】前記調整用レーザは、パルス光を出射す
るＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項４に記載
の半導体レーザアレイユニットのアライメント調整装
置。