JP2004087958A - 光半導体光源装置および光源パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体光源や、光学的な加工を行う手段等の配置、構成、調整、組立て等の自由度が大きく、使用目的に応じた適切な設計を行うことが可能な光半導体光源装置を実現する。
【解決手段】１以上の半導体発光部を持つ半導体光源１１と、この半導体光源から放射される１以上の光束を所望の光束形態とする光学素子１４とを有し、少なくとも半導体光源を収納し封止してなる光源パッケージ１０と、光源パッケージ１０から射出する１以上の光束に対して、所望の光学的加工を行う光学的加工手段２０とを有し、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とを構造上相互に分離し、独立させた。
【選択図】 図１
【解決手段】１以上の半導体発光部を持つ半導体光源１１と、この半導体光源から放射される１以上の光束を所望の光束形態とする光学素子１４とを有し、少なくとも半導体光源を収納し封止してなる光源パッケージ１０と、光源パッケージ１０から射出する１以上の光束に対して、所望の光学的加工を行う光学的加工手段２０とを有し、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とを構造上相互に分離し、独立させた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光半導体光源装置および光源パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の「半導体光源」からの光束を光ファイバの入射端面に集光させて光通信を行うことが行われている。近来、半導体光源からの光束のエネルギ密度の高いことを利用して、各種の加工や検査、露光等を行うことが意図されている（例えば、特開２００２−１４８４９１号公報）。
【０００３】
半導体光源からの光を加工や検査、露光に用いる場合、半導体光源から放射される光束は平行光束や集光光束等の光束形態にされたのち、使用目的に応じて、光束合成や集光といった「光学的な加工」を受ける。
【０００４】
光通信用の半導体光源は一般に、耐久性向上のため気密性のパッケージ内に密封されて封止される。また、パッケージ内には窒素等の不活性ガスを充填するのが普通である。パッケージ内には、半導体光源からの光束を光ファイバ端面に集光する集光レンズ等も封止される。
【０００５】
上記特開２００２−１４８４９１号公報記載の加工装置は、同公報には記載されていないが、実施に際しては、半導体光源と共にコリメートレンズ等の光学素子、集光レンズやプリズムといった「光学的な加工を行う手段」を、半導体光源と共にパッケージ内に封止することが考えられる。
【０００６】
しかし、半導体光源とともに光学素子や「光学的な加工を行う手段」を同一のパッケージに封止しようとすると、各々の配置や調整、組立てに大掛かりな治具等を必要とし、光半導体光源装置の生産性の向上が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、半導体光源や、光学的な加工を行う手段等の配置、構成、調整、組立て等の自由度が大きく、使用目的に応じた適切な設計を行うことが可能な光半導体光源装置および、この光半導体光源装置に用いる光源パッケージの実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の光半導体光源装置は、光源パッケージと、光学的加工手段とを有する（請求項１）。
「光源パッケージ」は、半導体光源と光学素子を有する。
「半導体光源」は、１以上の半導体発光部を持つ。半導体光源としては、ＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイ、さらには複数のＬＤやＬＥＤ、複数のＬＤアレイやＬＥＤアレイを一体に組合せたもの等が用いられる。
【０００９】
「半導体発光部」は半導体光源の個々の発光部である。半導体光源の発光波長は光半導体光源装置の使用目的に応じて定まり、上記使用目的に応じ、半導体光源として「可視域または紫外領域または赤外領域に適宜の発光波長を持つもの」が選択されて用いられる。
【００１０】
「光学素子」は、半導体光源から放射される１以上の光束（これらは、個々の半導体発光部から放射される）を所望の光束形態とするものである。「所望の光束形態」は、例えば「平行光束や集光光束等」である。所望の光束形態を実現するために、光学素子はコリメートレンズのようなレンズであることもあるし、所謂ビーム整形を行うプリズム等であることもある。
【００１１】
半導体発光部が複数である場合、半導体光源から複数の光束が放射される。光学素子は、これら複数の光束の個々に対応して光束数と同数個設けられ、各光学素子が対応する光束を所望の光束形態に変換するようにすることもできるし、１個の光学素子が複数の光束に対して設けられ、これら複数の光束を所望の光束形態に変換するようにすることもできる。
【００１２】
光学素子の１例は上記の如くレンズであるが、レンズの形態としては通常のガラスレンズや樹脂成形レンズ、屈折率分布レンズや回折光学素子レンズ等として実施でき、マイクロレンズとして実施することもできる。
【００１３】
光源パッケージにおいて、これら半導体光源と光学素子のうち、少なくとも半導体光源はパッケージ内に収納され封止される。
【００１４】
「光学的加工手段」は、光源パッケージから射出する光束に対して、所望の光学的加工を行う手段である。光学的加工手段の行う「光学的加工」は、光半導体光源装置の使用目的に応じて定まる。
光源パッケージと光学的加工手段とは「構造上相互に分離し独立して」いる。
【００１５】
このような光半導体光源装置は、例えば、金属溶接やワイヤ切断等の加工を行う加工装置、各種の検査装置、露光装置等として実施することができる。あるいは、半導体光源としてその発光波長が紫外領域にあるものを用い、紫外線硬化樹脂による接着剤を固化させるための「接着剤硬化用光源装置」として使用することもできる。
【００１６】
上記請求項１記載の光半導体光源装置における「光学的加工手段」は、加工機能の異なる複数の機能手段を有し、これら複数の機能手段が構造上相互に分離し、独立していることができる（請求項２）。
【００１７】
また、請求項１または２記載の光半導体光源装置における「光源パッケージ」は、内部に窒素ガスやヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスを封入することができる（請求項３）。請求項１または２または３記載の光半導体光源装置において、光源パッケージの光束射出部は「透明板」により閉ざすこともできるし（請求項４）、「光学素子」自体により閉ざすこともできる（請求項５）。
【００１８】
請求項５記載の光半導体光源装置の場合、光学素子は光束射出部を「パッケージの外側」から閉ざすことも、「パッケージの内側」から閉ざすこともできる。
【００１９】
請求項５のように、光学素子自体により光源パッケージの光束射出部を閉ざすようにすれば専用の封止手段が不要となるので、部品点数が削減され、光半導体光源装置の低コスト化・コンパクト化が可能となる。請求項４のように、透明板を用いて上記光束射出部を閉ざすようにすれば、光源パッケージの組立てや調整の自由度が大きくなる。
【００２０】
上記請求項１または２または３または４記載の光半導体光源装置における「半導体光源」は、複数の半導体発光部を１次元（１列）もしくは２次元（ｍ行ｎ列
ｍ≧２、ｎ≧２）にアレイ配列したものであることができる（請求項６）。
【００２１】
この請求項６記載の光半導体光源装置においては、半導体光源から放射される２以上の光束を各々、２以上の光学素子により個別的に、相互に平行な平行光束として光源パッケージから放射させるようにするとともに、光学的加工手段に加工機能の異なる複数の機能手段として「平行光束化された全光束を集光する集光手段」と「光源パッケージから平行光束化されて射出した複数の平行光束を、その長配列方向において配列状態を圧縮し、集光手段の有効径に適した光束配列とする光束配列圧縮手段」とを含めることができる（請求項７）。
上記「半導体光源から放射される２以上の光束を各々個別的に、相互に平行な平行光束とする２以上の光学素子」は例えば「レンズアレイ」として一体として構成することもできる。以下の説明では、このように２以上の光学素子をアレイ配列して一体としたものをも「光学素子」と呼ぶことがある。
【００２２】
半導体光源において、半導体発光部が「ｍ行ｎ列にアレイ配列」している場合、これらから放射されるｍ×ｎ本の「相互に平行な平行光束群」も、ｍ行ｎ列に配列しているが、この場合上記の「長配列方向」は、平行光束群のｍ行とｎ列の配列における配列長の長い方を言う。
【００２３】
上記請求項１〜７の任意の１に記載の光半導体光源装置は「光源パッケージと光学的加工手段とを外側パッケージに収納した」構成とすることができる（請求項８）。この場合、半導体光源自体は既に光源パッケージ内に封止されているので、外側パッケージの内部は特に気密状態とする必要が無い。
【００２４】
上記請求項７記載の光半導体光源装置において、集光手段により集光される光束を、光ファイバの入射端面に集光入射させることができる（請求項９）。光半導体光源装置を、例えば、加工装置や接着剤硬化用光源装置として用いる場合、加工部や接着剤硬化部に向けて直接、光半導体光源装置から照射するよりも、光ファイバにより導光して加工部等に照射する方が作業性の面で都合が良い。
【００２５】
この請求項９記載の光半導体光源装置において、光源パッケージと光学的加工手段とを外側パッケージに収納し、外側パッケージを「光ファイバの入射端面を保持する光ファイバプラグと係合する係合部を有する」ように構成できる（請求項１０）。この場合、上記係合部に光ファイバプラグを係合させたものを、この発明の「光半導体光源装置の１形態」とすることができる。この場合には、光ファイバも光半導体光源装置の一部となる。
【００２６】
この発明の「光源パッケージ」は、上記請求項１〜１０の任意の１に記載の光半導体光源装置に用いられる光源パッケージであり、上述の如き構成を有している（請求項１１）。
【００２７】
上記の如く、光源パッケージと光学的加工手段とが「構造上相互に分離し、独立して」いるので夫々の配置・構成・調整・組立て等の自由度の向上が可能である。例えば、半導体光源と光学素子等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ内に封止して光源パッケージとすることができる。
【００２８】
同様に、光源パッケージと光学的加工手段とを外部調整し、相互に位置を固定してユニット化してから外側パッケージに組付けることができる。これらの場合、外部調整・固着のための装置（治具等）の大きさは、光源パッケージや光学的加工手段の大きさに影響しない。光源パッケージや光学的加工手段はその寸法を適宜に小さくできるからである。
【００２９】
また、光源パッケージを分離独立させたことにより、不活性ガスを充填すべきパッケージのサイズを小さくでき、不活性ガスの充填量を少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
図１において、符号１０で示す「鎖線で囲った部分」は光源パッケージを示している。また、符号２０で示す「鎖線で囲った部分」は光学的加工手段を示し、符号３０は外側パッケージを示している。
【００３２】
光源パッケージ１０は、パッケージ１６内に、半導体光源１１と光学素子１４とを収納している。即ち、半導体光源１１はサブストレート１２上に形成され、サブストレート１２はベース１３に支持されている。このベース１３がパッケージ１６内部の底面部に配置固定されている。なお、必要に応じて、ベース１３の下部に、ペルチエ素子等の「冷却用手段」を配設してもよい。
【００３３】
パッケージ１６の、図における左側の壁である「後方壁」には、接続用の導体１７が気密状態に貫通されている。導体１７は、パッケージ内部においてはサブストレート１２上の電極とリード１８により接続され、パッケージ外部においてはコネクタ３１とリード３２により接続されている。このようにして、外部パッケージ３０の外部から、コネクタ３１、リード３２、導体１７、リード１８を介して半導体光源１１を電気的に駆動することができる。
【００３４】
パッケージ１６内部のベース１３上において、図における半導体光源１１の右側には、光学素子１４が配設されている。光学素子１４は、半導体光源１１から放射される光束を「所望の光束形態」とする。
【００３５】
パッケージ１６の、図における右側の壁である「前方壁」は、「光束射出部」として開口部を形成され、この開口部は透明板１５により（外側から）閉ざされている。このようにしてパッケージ１６の内部は、外部に対して密閉されるが、パッケージ内部には窒素ガス等の不活性気体が封入されている。
【００３６】
上記の如く形成された光源パッケージ１０は、外側パッケージ３０内の底面部に設けられたベース３５上に位置調整して固定されている。
【００３７】
光学的加工手段２０は、加工機能部２１およびこれをベース３５上で位置調整する調整部２３と、集光レンズ２２およびこれをベース３５上で位置調整する調整部２４とを有し、これらはベース３５上において位置調整されてベース３５に固定されている。
【００３８】
上記の如く、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは、互いに分離し、独立している。
【００３９】
外側パッケージ３０は、内部に光源パッケージ１０と光学的加工手段２０を収納し、図の左側の壁部である「後方壁部」は、前述のコネクタ３１を貫通されている。また、図の右側の壁部である「前方壁部」は開口部を形成され、この開口部はストッパガラス３３で内側から閉ざされ、開口部自体には、光ファイバＬＦの入射端面を保持する光ファイバプラグＰＧ１と係合する係合部３４が嵌装されている。
【００４０】
このように、外側パッケージ３０の内部は外部に対して閉ざされているが、外側パッケージ３０の内部は、必ずしも外部に対して気密である必要は無い。封止密閉の必要な半導体光源１１は光源パッケージ１０内に封止されているからである。
【００４１】
半導体光源１１や光学素子１４、光学的加工手段２０に関しては後述する。 図１に実施の形態を示した光半導体光源装置は、１以上の半導体発光部を持つ半導体光源１１と、この半導体光源から放射される１以上の光束を所望の光束形態とする光学素子１４とを有し、少なくとも半導体光源１１を収納し封止してなる光源パッケージ１０と、この光源パッケージ１０から射出する光束に対して所望の光学的加工を行う光学的加工手段２０とを有し、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは構造上相互に分離し、独立している（請求項１）。
【００４２】
光学的加工手段２０は、加工機能の異なる複数の機能手段２１、２２を有し、これら複数の機能手段２１、２２は構造上相互に分離し、独立している（請求項２）。光源パッケージ１０の内部には不活性ガスが封入され（請求項３）、光源パッケージ１０の光束射出部は、透明板１５により閉ざさている（請求項４）。光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは外側パッケージ３０に収納され（請求項８）、集光手段２２により集光される光束が、光ファイバＬＦの入射端面に集光入射される（請求項９）。外側パッケージ３０は、光ファイバＬＦの入射端面を保持する光ファイバプラグＰＧ１と係合する係合部３４を有する（請求項１０）。
【００４３】
図２は光半導体光源装置の実施の別形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞が無いものについては図１におけると同一の符号を付する。図２において、図１と同一の符号を付した部分は、図１に示したものと同様のものであるので、以下での詳細な説明を省略する。
【００４４】
図２の実施の形態が図１のものと異なる点を説明すると、第１の差異は、光源パッケージに関するものである。光源パッケージ１０Ａにおいては、パッケージ１６の前方壁に形成された光束射出部である開口が、光学素子１４Ａにより（内側から）閉ざされている（請求項５）。このようにして密閉された光源パッケージ１０Ａの内部は窒素ガス等の不活性気体を充填されている。
【００４５】
図２に示す実施の形態の、図１のものに対する差異の第２は、外側パッケージ３０の前方壁部において、開口部がストッパガラスを設けられることなく係合部３４を嵌装されている点である。他の部分については、図２の実施の形態は、図１の実施の形態と同様である。
【００４６】
図２の実施の形態においては、上記の如く、光源パッケージにおける光束射出部が光学素子１４Ａにより閉ざされることにより、図１の実施の形態における透明板１５が不要となり、また、図１の実施の形態におけるストッパガラス３３が不要となったことにより部品点数が低減され、図１の実施の形態に比して「より低コスト化、コンパクト化が可能」である。
【００４７】
図１、図２に示した実施の形態における光源パッケージ１０、１０Ａは「請求項１１記載の光源パッケージ」の実施の形態となっている。
【００４８】
図１、図２に実施の形態を示した光半導体光源装置の組立てに際しては、先ず半導体光源１１と光学素子１４、１４Ａ等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ１６内に封止して光源パッケージ１０、１０Ａとし、これら光源パッケージ１０、１０Ａに対して光学的加工手段２０をベース３５上で外部調整し、相互に位置調整したのち、これらをベース３５に固定してユニット化し、このユニットを外側パッケージ３０に組付ければ良い。
【００４９】
光源パッケージ１０、１０Ａは十分に小型化できるので、不活性ガスの充填量を有効に少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的であるとともに、不活性ガスを充填するための装置も大掛かりなものを必要としない。
【００５０】
半導体光源１１、光学素子１４、１４Ａ、加工機能部２１等について、若干説明を補足する。
【００５１】
半導体光源１１は前述の如く「１以上の半導体発光部を持つもの」であり、ＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイ、さらには複数のＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイを一体に組合せたもの等が用いられる。複数の半導体発光部は、１次元（１列）もしくは２次元（ｍ行ｎ列 ｍ≧２、ｎ≧２）にアレイ配列されることができる
光学素子１４、１４Ａは、半導体光源１１から放射される光束を所望の光束形態とするものであり、コリメートレンズのようなレンズあるいはこれをアレイ配列したレンズアレイであることもあるし、所謂ビーム整形を行うプリズム等であることもある。レンズの形態としては通常のガラスレンズや樹脂成形レンズ、屈折率分布レンズや回折光学素子レンズ等として実施でき、マイクロレンズとして実施することもできる。
【００５２】
図１の実施の形態において光源パッケージ１０の光束射出部を閉ざす透明板１５やストッパガラス３３としては、石英ガラス等による「透明平行平板」を用いることができる。また、光学パッケージ１０、１０Ａにおけるパッケージ１６は、必要に応じてＮｉやＡｕによる処理を施したコバールで形成できる。
【００５３】
光学的加工手段における加工機能部２１は、光学的加工に応じて、ミラーやプリズム等を用いることができる。
【００５４】
以下、具体的な例として、図１あるいは図２の実施の形態において、半導体光源１１が、複数の半導体発光部を１次元アレイ配列したものであり（請求項６）、半導体光源１１から放射される２以上の光束が各々、光学素子１４、１４Ａにより相互に平行な平行光束とされて光源パッケージ１０、１０Ａから放射され、光学的加工手段２０が加工機能の異なる複数の機能手段として、平行光束化された全光束を集光する集光手段２２と、光源パッケージから平行光束化されて射出した複数の平行光束を、その長配列方向において配列状態を圧縮し、集光手段２２の有効径に適した光束配列とする光束配列圧縮手段２１とを有するものである場合（請求項７）を説明する。
【００５５】
図３に示す実施の形態は、半導体光源１１が、２個の半導体発光部をアレイ配列したＬＤアレイを２個、図面の上下方向に配列して４本の光束を得るようにしたものである場合における、光学的加工の１例を示している。
【００５６】
図１、図２における半導体光源１１が上記の如きものである場合、各半導体発光部から放射されたレーザ光束は発散性である。光学素子１４、１４Ａは、これら４本の発散光束をそれぞれ平行光束化するための「マイクロレンズによるコリメートレンズ（各光束を個別的に平行光束化する光学素子）」を４個、上記レーザ光束の配列方向（長配列方向）にアレイ配列してなるレンズアレイである。
【００５７】
図３には、このレンズアレイにより平行光束化されて光源パッケージから射出した４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４を示す。これら４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４は主光線の方向が互いに平行で、図面に直交する方向を偏光方向とする実質的な直線偏光である。
【００５８】
４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４のうち平行光束Ｌ１、Ｌ２は１／２波長板２１Ａを透過させられ、偏光方向を図面に平行な方向へ旋回されてプリズムによる偏光ビームスプリッタ２１ＣにＰ偏光として入射し、同スプリッタ２１Ｃを透過する。
【００５９】
残りの２本の平行光束Ｌ３、Ｌ４は全反射ミラー２１Ｂに入射され、図の上方へ向けて反射され、偏光ビームスプリッタ２１ＣにＳ偏光として入射し、同スプリッタ２１Ｃにより反射される。
【００６０】
このようにして偏光ビームスプリッタ２１Ｃを透過した平行光束Ｌ１、Ｌ２、同スプリッタ２１Ｃに反射された平行光束Ｌ３、Ｌ４は、光束配列方向（図３の上下方向）において「配列状態を圧縮された状態」となって、集光手段である集光レンズ２２に入射することになる。即ち、１／２波長板２１Ａ、全反射ミラー２１Ｂ、偏光ビームスプリッタ２１Ｃは「光束配列圧縮手段」を構成する。偏光ビームスプリッタ２１Ｃにおける光束入射面（図３における左側及び下側の面）および光束射出面（図において右側の面）には反射防止膜が形成される。
【００６１】
上記の如く、光束配列幅を圧縮された４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４は、集光レンズ２２（入射面・射出面に反射防止膜が形成されている）に入射し、集光レンズ２２により集光され、集光レンズ２２の像側焦点位置で全光束Ｌ１〜Ｌ４が集束する。この像側焦点位置のすぐ近傍に「光ファイバＬＦの入射端面」を位置させておくことにより、半導体光源１１からの光を、光ファイバＬＦに結合させることができる。
【００６２】
光束配列圧縮手段により平行光束Ｌ１〜Ｌ４の長配列方向の配列が圧縮されているため、集光レンズ２２における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００６３】
図４に示す実施の形態は、光束配列圧縮手段を４枚の全反射ミラーで構成した例である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図３におけると同一の符号を用いる。
【００６４】
この実施の形態においては、半導体光源は図３の実施の形態におけると同様、２個の半導体発光部をアレイ配列したＬＤアレイを２個、図面の上下方向に配列して４本の光束を得るようにしたものであるが、ＬＤアレイ相互の間隔は「図３のものの場合よりも若干小さ」く、そのため、平行光束Ｌ１〜Ｌ４のうち、平行光束Ｌ２とＬ３の間隔が図３の場合の略１／２になっている。当然、光学素子を構成する４つのコリメートレンズ（マイクロレンズ）においても、光束Ｌ２、Ｌ３に対応するコリメートレンズの間隔は、他のコリメートレンズとの間隔よりも小さい。
【００６５】
平行光束Ｌ１、Ｌ２はそのまま直進して集光レンズ２２に入射する。平行光束Ｌ３、Ｌ４は全反射ミラー２１ａに入射し、図４（ｂ）に示すように、光束配列方向に直交する方向（図４（ｂ）において上下方向）に反射され、さらに全反射ミラー２１ｂに反射されて当初の方向に平行になる。
【００６６】
このように、全反射ミラー２１ａ、２１ｂにより「光束配列方向に直交する方向へ平行的にシフト」された平行光束Ｌ３、Ｌ４は、次いで、図４（ａ）に示すように、全反射ミラー２１ｃ、２１ｄにより当初の配列方向（図４（ａ）で上下方向）へシフトされて集光レンズ２２に入射する。
【００６７】
そして、集光レンズ２２により集光されると、集光レンズ２２の像側焦点位置で全光束Ｌ１〜Ｌ４が集束する。この像側焦点位置のすぐ近傍に「光ファイバＬＦの入射端面」を位置させておくことにより、半導体光源１１からの光を、光ファイバＬＦに結合させることができる。
【００６８】
全反射ミラー２１ａ〜２１ｄによる光束配列圧縮手段により、平行光束Ｌ１〜Ｌ４の配列が長配列方向に圧縮されているため、集光レンズ２２における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００６９】
図３の実施の形態において、１／２波長板２１Ｃ、全反射ミラー２１Ｂ、偏光ビームスプリッタ２１Ｃは、外部調整により図１、図２における調整部２３上で相対的な位置関係を調整されて調整部２３に固定され、しかる後にベース３５上において、光源パッケージ３５との位置関係を調整される。
【００７０】
同様に、図４の実施の形態において、全反射ミラー２１ａ〜２１ｄは、外部調整により図１、図２における調整部２３上で相対的な位置関係を調整されて調整部２３に固定され、しかる後にベース３５上において、光源パッケージ１０との位置関係を調整される。
【００７１】
加工機能部２１と光源パッケージ１０との位置関係に加え、集光レンズ２２の位置関係をベース３５上において外部調整で調整し、これらをベース３５に固定してユニット化した後、外側パッケージ３０内に組み付けることにより、図１、図２に実施の形態を示した光半導体光源装置を容易に製造できる。
【００７２】
上に説明した具体例では、半導体光源が４個の半導体発光部を有するので、発光する半導体発光部の数を切り替えることにより、光ファイバプラグＰＧ２から射出する光束の強度を４段階に切り換えることができる。
【００７３】
図５は「半導体光源から光ファイバに至る間の光学系の配置」の１例を示す図である。図１に示す実施の形態の場合を想定して説明すると、図５における符号１１０は図１における半導体光源１１に相当するものであり、符号１４０は光学素子１４に相当するものである。
【００７４】
半導体光源１１０はＬＤ発光部を１６個有するＬＤアレイであり、各半導体発光部であるＬＤ発光部は、その長手方向に等間隔で１列に配列されている。光学素子１４０は、各ＬＤ発光部と１：１に対応するように、マイクロレンズによるコリメートレンズ（各光束を平行光束化する光学素子）を１６個、図５（ａ）の上下方向に１列にアレイ配列したレンズアレイである。
【００７５】
各ＬＤ発光部から放射される光束は、発散光束であるが、その発散角は発光部の長手方向（図５（ａ）の上下方向）において小さく、上記長手方向に直交する方向（図５（ｂ）の上下方向）において大きい。この実施の形態において、発光部長手方向における発散角をθＨ、発光部長手方向に直交する方向における発散角をθＮとするとき、３θＨ＝θＮである。
【００７６】
この点に鑑み、レンズアレイ１４０における個々のコリメートレンズは、上記発散角：θＨに対応する方向の有効径をＬＨ、発散角：θＮに対応する方向の有効径をＬＮとするとき、有効径：ＬＨを「ＬＤ発光部の配列ピッチと同一」とし、且つ、ＬＮ＝３ＬＨとすることにより、コリメートされた各平行光束がピッチＬＨで配列するようにした。
【００７７】
図１の実施の形態における加工機能部２１に対応する光束配列圧縮手段は４枚の全反射ミラー２１１、２１２、２１３、２１４により構成されている。また、集光レンズ２２０は図１における集光レンズ２２に対応する。
【００７８】
光学素子１４０によりコリメートされた１６本の平行光束のうち、図５（ａ）における上側の８本はそのまま集光レンズ２２０に入射する。残り８本は、全反射ミラー２１１、２１２により、図５（ｂ）に示すように平行光束の当初の配列方向に直交する方向（図５（ｂ）の上下方向）に平行的にシフトされた後、図５（ａ）に示すように、全反射ミラー２１３、２１４により当初の配列方向（図５（ａ）の上下方向）へ平行的にシフトされて集光レンズ２２０に入射する。
【００７９】
集光レンズ２２０は、これら１６本の平行光束を光ファイバＬＦの入射端面の極く近傍に集光することにより、光ファイバＬＦに入射させることができる。 全反射ミラー２１１〜２１４による光束配列圧縮手段により、１６本の平行光束の配列幅が「長配列方向」に圧縮されているため、集光レンズ２２０における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００８０】
このようにすると、図１の光半導体光源装置において、光ファイバプラグＰＧ２から射出する光の強度を１６段階に切り替えることが可能である。
【００８１】
上に説明した光半導体光源装置の各例で、例えば、半導体光源１１、１１０の発光波長を４００ｎｍの紫外光とすると、前述した「接着剤硬化用光源装置」として実施できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光半導体光源装置および光源パッケージを実現できる。この発明の光半導体光源装置は、光源パッケージと光学的加工手段とを「構造上相互に分離し独立させ」ているので、夫々の配置・構成・調整・組立て等の自由度が格段に向上し、光半導体光源装置の使用目的に応じて適切な設計を容易に実現できる。
【００８３】
また、不活性ガスを充填する場合、光源パッケージを分離独立させたことにより、充填すべきパッケージのサイズを小さくでき、不活性ガスの充填量を有効に少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的である。
【００８４】
この発明の光源パッケージは、それ自体が独立しているので、半導体光源と光学素子等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ内に封止して光源パッケージとすることができ、半導体光源と光学素子の調整や不活性ガスの充填等が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光半導体光源装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】光半導体光源装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図３】光源パッケージからの平行光束に対して光学的加工を行う光学的加工手段の１例を説明するための図である。
【図４】光源パッケージからの平行光束に対して光学的加工を行う光学的加工手段の別例を説明するための図である。
【図５】半導体光源からの光を光学素子でコリメートした平行光束群に対し、光束配列圧縮と集光の光学的加工を行う場合の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 光源パッケージ
２０ 光学的加工手段
３０ 外側パッケージ
【発明の属する技術分野】
この発明は光半導体光源装置および光源パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の「半導体光源」からの光束を光ファイバの入射端面に集光させて光通信を行うことが行われている。近来、半導体光源からの光束のエネルギ密度の高いことを利用して、各種の加工や検査、露光等を行うことが意図されている（例えば、特開２００２−１４８４９１号公報）。
【０００３】
半導体光源からの光を加工や検査、露光に用いる場合、半導体光源から放射される光束は平行光束や集光光束等の光束形態にされたのち、使用目的に応じて、光束合成や集光といった「光学的な加工」を受ける。
【０００４】
光通信用の半導体光源は一般に、耐久性向上のため気密性のパッケージ内に密封されて封止される。また、パッケージ内には窒素等の不活性ガスを充填するのが普通である。パッケージ内には、半導体光源からの光束を光ファイバ端面に集光する集光レンズ等も封止される。
【０００５】
上記特開２００２−１４８４９１号公報記載の加工装置は、同公報には記載されていないが、実施に際しては、半導体光源と共にコリメートレンズ等の光学素子、集光レンズやプリズムといった「光学的な加工を行う手段」を、半導体光源と共にパッケージ内に封止することが考えられる。
【０００６】
しかし、半導体光源とともに光学素子や「光学的な加工を行う手段」を同一のパッケージに封止しようとすると、各々の配置や調整、組立てに大掛かりな治具等を必要とし、光半導体光源装置の生産性の向上が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、半導体光源や、光学的な加工を行う手段等の配置、構成、調整、組立て等の自由度が大きく、使用目的に応じた適切な設計を行うことが可能な光半導体光源装置および、この光半導体光源装置に用いる光源パッケージの実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の光半導体光源装置は、光源パッケージと、光学的加工手段とを有する（請求項１）。
「光源パッケージ」は、半導体光源と光学素子を有する。
「半導体光源」は、１以上の半導体発光部を持つ。半導体光源としては、ＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイ、さらには複数のＬＤやＬＥＤ、複数のＬＤアレイやＬＥＤアレイを一体に組合せたもの等が用いられる。
【０００９】
「半導体発光部」は半導体光源の個々の発光部である。半導体光源の発光波長は光半導体光源装置の使用目的に応じて定まり、上記使用目的に応じ、半導体光源として「可視域または紫外領域または赤外領域に適宜の発光波長を持つもの」が選択されて用いられる。
【００１０】
「光学素子」は、半導体光源から放射される１以上の光束（これらは、個々の半導体発光部から放射される）を所望の光束形態とするものである。「所望の光束形態」は、例えば「平行光束や集光光束等」である。所望の光束形態を実現するために、光学素子はコリメートレンズのようなレンズであることもあるし、所謂ビーム整形を行うプリズム等であることもある。
【００１１】
半導体発光部が複数である場合、半導体光源から複数の光束が放射される。光学素子は、これら複数の光束の個々に対応して光束数と同数個設けられ、各光学素子が対応する光束を所望の光束形態に変換するようにすることもできるし、１個の光学素子が複数の光束に対して設けられ、これら複数の光束を所望の光束形態に変換するようにすることもできる。
【００１２】
光学素子の１例は上記の如くレンズであるが、レンズの形態としては通常のガラスレンズや樹脂成形レンズ、屈折率分布レンズや回折光学素子レンズ等として実施でき、マイクロレンズとして実施することもできる。
【００１３】
光源パッケージにおいて、これら半導体光源と光学素子のうち、少なくとも半導体光源はパッケージ内に収納され封止される。
【００１４】
「光学的加工手段」は、光源パッケージから射出する光束に対して、所望の光学的加工を行う手段である。光学的加工手段の行う「光学的加工」は、光半導体光源装置の使用目的に応じて定まる。
光源パッケージと光学的加工手段とは「構造上相互に分離し独立して」いる。
【００１５】
このような光半導体光源装置は、例えば、金属溶接やワイヤ切断等の加工を行う加工装置、各種の検査装置、露光装置等として実施することができる。あるいは、半導体光源としてその発光波長が紫外領域にあるものを用い、紫外線硬化樹脂による接着剤を固化させるための「接着剤硬化用光源装置」として使用することもできる。
【００１６】
上記請求項１記載の光半導体光源装置における「光学的加工手段」は、加工機能の異なる複数の機能手段を有し、これら複数の機能手段が構造上相互に分離し、独立していることができる（請求項２）。
【００１７】
また、請求項１または２記載の光半導体光源装置における「光源パッケージ」は、内部に窒素ガスやヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスを封入することができる（請求項３）。請求項１または２または３記載の光半導体光源装置において、光源パッケージの光束射出部は「透明板」により閉ざすこともできるし（請求項４）、「光学素子」自体により閉ざすこともできる（請求項５）。
【００１８】
請求項５記載の光半導体光源装置の場合、光学素子は光束射出部を「パッケージの外側」から閉ざすことも、「パッケージの内側」から閉ざすこともできる。
【００１９】
請求項５のように、光学素子自体により光源パッケージの光束射出部を閉ざすようにすれば専用の封止手段が不要となるので、部品点数が削減され、光半導体光源装置の低コスト化・コンパクト化が可能となる。請求項４のように、透明板を用いて上記光束射出部を閉ざすようにすれば、光源パッケージの組立てや調整の自由度が大きくなる。
【００２０】
上記請求項１または２または３または４記載の光半導体光源装置における「半導体光源」は、複数の半導体発光部を１次元（１列）もしくは２次元（ｍ行ｎ列
ｍ≧２、ｎ≧２）にアレイ配列したものであることができる（請求項６）。
【００２１】
この請求項６記載の光半導体光源装置においては、半導体光源から放射される２以上の光束を各々、２以上の光学素子により個別的に、相互に平行な平行光束として光源パッケージから放射させるようにするとともに、光学的加工手段に加工機能の異なる複数の機能手段として「平行光束化された全光束を集光する集光手段」と「光源パッケージから平行光束化されて射出した複数の平行光束を、その長配列方向において配列状態を圧縮し、集光手段の有効径に適した光束配列とする光束配列圧縮手段」とを含めることができる（請求項７）。
上記「半導体光源から放射される２以上の光束を各々個別的に、相互に平行な平行光束とする２以上の光学素子」は例えば「レンズアレイ」として一体として構成することもできる。以下の説明では、このように２以上の光学素子をアレイ配列して一体としたものをも「光学素子」と呼ぶことがある。
【００２２】
半導体光源において、半導体発光部が「ｍ行ｎ列にアレイ配列」している場合、これらから放射されるｍ×ｎ本の「相互に平行な平行光束群」も、ｍ行ｎ列に配列しているが、この場合上記の「長配列方向」は、平行光束群のｍ行とｎ列の配列における配列長の長い方を言う。
【００２３】
上記請求項１〜７の任意の１に記載の光半導体光源装置は「光源パッケージと光学的加工手段とを外側パッケージに収納した」構成とすることができる（請求項８）。この場合、半導体光源自体は既に光源パッケージ内に封止されているので、外側パッケージの内部は特に気密状態とする必要が無い。
【００２４】
上記請求項７記載の光半導体光源装置において、集光手段により集光される光束を、光ファイバの入射端面に集光入射させることができる（請求項９）。光半導体光源装置を、例えば、加工装置や接着剤硬化用光源装置として用いる場合、加工部や接着剤硬化部に向けて直接、光半導体光源装置から照射するよりも、光ファイバにより導光して加工部等に照射する方が作業性の面で都合が良い。
【００２５】
この請求項９記載の光半導体光源装置において、光源パッケージと光学的加工手段とを外側パッケージに収納し、外側パッケージを「光ファイバの入射端面を保持する光ファイバプラグと係合する係合部を有する」ように構成できる（請求項１０）。この場合、上記係合部に光ファイバプラグを係合させたものを、この発明の「光半導体光源装置の１形態」とすることができる。この場合には、光ファイバも光半導体光源装置の一部となる。
【００２６】
この発明の「光源パッケージ」は、上記請求項１〜１０の任意の１に記載の光半導体光源装置に用いられる光源パッケージであり、上述の如き構成を有している（請求項１１）。
【００２７】
上記の如く、光源パッケージと光学的加工手段とが「構造上相互に分離し、独立して」いるので夫々の配置・構成・調整・組立て等の自由度の向上が可能である。例えば、半導体光源と光学素子等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ内に封止して光源パッケージとすることができる。
【００２８】
同様に、光源パッケージと光学的加工手段とを外部調整し、相互に位置を固定してユニット化してから外側パッケージに組付けることができる。これらの場合、外部調整・固着のための装置（治具等）の大きさは、光源パッケージや光学的加工手段の大きさに影響しない。光源パッケージや光学的加工手段はその寸法を適宜に小さくできるからである。
【００２９】
また、光源パッケージを分離独立させたことにより、不活性ガスを充填すべきパッケージのサイズを小さくでき、不活性ガスの充填量を少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
図１において、符号１０で示す「鎖線で囲った部分」は光源パッケージを示している。また、符号２０で示す「鎖線で囲った部分」は光学的加工手段を示し、符号３０は外側パッケージを示している。
【００３２】
光源パッケージ１０は、パッケージ１６内に、半導体光源１１と光学素子１４とを収納している。即ち、半導体光源１１はサブストレート１２上に形成され、サブストレート１２はベース１３に支持されている。このベース１３がパッケージ１６内部の底面部に配置固定されている。なお、必要に応じて、ベース１３の下部に、ペルチエ素子等の「冷却用手段」を配設してもよい。
【００３３】
パッケージ１６の、図における左側の壁である「後方壁」には、接続用の導体１７が気密状態に貫通されている。導体１７は、パッケージ内部においてはサブストレート１２上の電極とリード１８により接続され、パッケージ外部においてはコネクタ３１とリード３２により接続されている。このようにして、外部パッケージ３０の外部から、コネクタ３１、リード３２、導体１７、リード１８を介して半導体光源１１を電気的に駆動することができる。
【００３４】
パッケージ１６内部のベース１３上において、図における半導体光源１１の右側には、光学素子１４が配設されている。光学素子１４は、半導体光源１１から放射される光束を「所望の光束形態」とする。
【００３５】
パッケージ１６の、図における右側の壁である「前方壁」は、「光束射出部」として開口部を形成され、この開口部は透明板１５により（外側から）閉ざされている。このようにしてパッケージ１６の内部は、外部に対して密閉されるが、パッケージ内部には窒素ガス等の不活性気体が封入されている。
【００３６】
上記の如く形成された光源パッケージ１０は、外側パッケージ３０内の底面部に設けられたベース３５上に位置調整して固定されている。
【００３７】
光学的加工手段２０は、加工機能部２１およびこれをベース３５上で位置調整する調整部２３と、集光レンズ２２およびこれをベース３５上で位置調整する調整部２４とを有し、これらはベース３５上において位置調整されてベース３５に固定されている。
【００３８】
上記の如く、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは、互いに分離し、独立している。
【００３９】
外側パッケージ３０は、内部に光源パッケージ１０と光学的加工手段２０を収納し、図の左側の壁部である「後方壁部」は、前述のコネクタ３１を貫通されている。また、図の右側の壁部である「前方壁部」は開口部を形成され、この開口部はストッパガラス３３で内側から閉ざされ、開口部自体には、光ファイバＬＦの入射端面を保持する光ファイバプラグＰＧ１と係合する係合部３４が嵌装されている。
【００４０】
このように、外側パッケージ３０の内部は外部に対して閉ざされているが、外側パッケージ３０の内部は、必ずしも外部に対して気密である必要は無い。封止密閉の必要な半導体光源１１は光源パッケージ１０内に封止されているからである。
【００４１】
半導体光源１１や光学素子１４、光学的加工手段２０に関しては後述する。 図１に実施の形態を示した光半導体光源装置は、１以上の半導体発光部を持つ半導体光源１１と、この半導体光源から放射される１以上の光束を所望の光束形態とする光学素子１４とを有し、少なくとも半導体光源１１を収納し封止してなる光源パッケージ１０と、この光源パッケージ１０から射出する光束に対して所望の光学的加工を行う光学的加工手段２０とを有し、光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは構造上相互に分離し、独立している（請求項１）。
【００４２】
光学的加工手段２０は、加工機能の異なる複数の機能手段２１、２２を有し、これら複数の機能手段２１、２２は構造上相互に分離し、独立している（請求項２）。光源パッケージ１０の内部には不活性ガスが封入され（請求項３）、光源パッケージ１０の光束射出部は、透明板１５により閉ざさている（請求項４）。光源パッケージ１０と光学的加工手段２０とは外側パッケージ３０に収納され（請求項８）、集光手段２２により集光される光束が、光ファイバＬＦの入射端面に集光入射される（請求項９）。外側パッケージ３０は、光ファイバＬＦの入射端面を保持する光ファイバプラグＰＧ１と係合する係合部３４を有する（請求項１０）。
【００４３】
図２は光半導体光源装置の実施の別形態を示している。繁雑を避けるため、混同の虞が無いものについては図１におけると同一の符号を付する。図２において、図１と同一の符号を付した部分は、図１に示したものと同様のものであるので、以下での詳細な説明を省略する。
【００４４】
図２の実施の形態が図１のものと異なる点を説明すると、第１の差異は、光源パッケージに関するものである。光源パッケージ１０Ａにおいては、パッケージ１６の前方壁に形成された光束射出部である開口が、光学素子１４Ａにより（内側から）閉ざされている（請求項５）。このようにして密閉された光源パッケージ１０Ａの内部は窒素ガス等の不活性気体を充填されている。
【００４５】
図２に示す実施の形態の、図１のものに対する差異の第２は、外側パッケージ３０の前方壁部において、開口部がストッパガラスを設けられることなく係合部３４を嵌装されている点である。他の部分については、図２の実施の形態は、図１の実施の形態と同様である。
【００４６】
図２の実施の形態においては、上記の如く、光源パッケージにおける光束射出部が光学素子１４Ａにより閉ざされることにより、図１の実施の形態における透明板１５が不要となり、また、図１の実施の形態におけるストッパガラス３３が不要となったことにより部品点数が低減され、図１の実施の形態に比して「より低コスト化、コンパクト化が可能」である。
【００４７】
図１、図２に示した実施の形態における光源パッケージ１０、１０Ａは「請求項１１記載の光源パッケージ」の実施の形態となっている。
【００４８】
図１、図２に実施の形態を示した光半導体光源装置の組立てに際しては、先ず半導体光源１１と光学素子１４、１４Ａ等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ１６内に封止して光源パッケージ１０、１０Ａとし、これら光源パッケージ１０、１０Ａに対して光学的加工手段２０をベース３５上で外部調整し、相互に位置調整したのち、これらをベース３５に固定してユニット化し、このユニットを外側パッケージ３０に組付ければ良い。
【００４９】
光源パッケージ１０、１０Ａは十分に小型化できるので、不活性ガスの充填量を有効に少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的であるとともに、不活性ガスを充填するための装置も大掛かりなものを必要としない。
【００５０】
半導体光源１１、光学素子１４、１４Ａ、加工機能部２１等について、若干説明を補足する。
【００５１】
半導体光源１１は前述の如く「１以上の半導体発光部を持つもの」であり、ＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイ、さらには複数のＬＤやＬＥＤ、ＬＤアレイやＬＥＤアレイを一体に組合せたもの等が用いられる。複数の半導体発光部は、１次元（１列）もしくは２次元（ｍ行ｎ列 ｍ≧２、ｎ≧２）にアレイ配列されることができる
光学素子１４、１４Ａは、半導体光源１１から放射される光束を所望の光束形態とするものであり、コリメートレンズのようなレンズあるいはこれをアレイ配列したレンズアレイであることもあるし、所謂ビーム整形を行うプリズム等であることもある。レンズの形態としては通常のガラスレンズや樹脂成形レンズ、屈折率分布レンズや回折光学素子レンズ等として実施でき、マイクロレンズとして実施することもできる。
【００５２】
図１の実施の形態において光源パッケージ１０の光束射出部を閉ざす透明板１５やストッパガラス３３としては、石英ガラス等による「透明平行平板」を用いることができる。また、光学パッケージ１０、１０Ａにおけるパッケージ１６は、必要に応じてＮｉやＡｕによる処理を施したコバールで形成できる。
【００５３】
光学的加工手段における加工機能部２１は、光学的加工に応じて、ミラーやプリズム等を用いることができる。
【００５４】
以下、具体的な例として、図１あるいは図２の実施の形態において、半導体光源１１が、複数の半導体発光部を１次元アレイ配列したものであり（請求項６）、半導体光源１１から放射される２以上の光束が各々、光学素子１４、１４Ａにより相互に平行な平行光束とされて光源パッケージ１０、１０Ａから放射され、光学的加工手段２０が加工機能の異なる複数の機能手段として、平行光束化された全光束を集光する集光手段２２と、光源パッケージから平行光束化されて射出した複数の平行光束を、その長配列方向において配列状態を圧縮し、集光手段２２の有効径に適した光束配列とする光束配列圧縮手段２１とを有するものである場合（請求項７）を説明する。
【００５５】
図３に示す実施の形態は、半導体光源１１が、２個の半導体発光部をアレイ配列したＬＤアレイを２個、図面の上下方向に配列して４本の光束を得るようにしたものである場合における、光学的加工の１例を示している。
【００５６】
図１、図２における半導体光源１１が上記の如きものである場合、各半導体発光部から放射されたレーザ光束は発散性である。光学素子１４、１４Ａは、これら４本の発散光束をそれぞれ平行光束化するための「マイクロレンズによるコリメートレンズ（各光束を個別的に平行光束化する光学素子）」を４個、上記レーザ光束の配列方向（長配列方向）にアレイ配列してなるレンズアレイである。
【００５７】
図３には、このレンズアレイにより平行光束化されて光源パッケージから射出した４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４を示す。これら４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４は主光線の方向が互いに平行で、図面に直交する方向を偏光方向とする実質的な直線偏光である。
【００５８】
４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４のうち平行光束Ｌ１、Ｌ２は１／２波長板２１Ａを透過させられ、偏光方向を図面に平行な方向へ旋回されてプリズムによる偏光ビームスプリッタ２１ＣにＰ偏光として入射し、同スプリッタ２１Ｃを透過する。
【００５９】
残りの２本の平行光束Ｌ３、Ｌ４は全反射ミラー２１Ｂに入射され、図の上方へ向けて反射され、偏光ビームスプリッタ２１ＣにＳ偏光として入射し、同スプリッタ２１Ｃにより反射される。
【００６０】
このようにして偏光ビームスプリッタ２１Ｃを透過した平行光束Ｌ１、Ｌ２、同スプリッタ２１Ｃに反射された平行光束Ｌ３、Ｌ４は、光束配列方向（図３の上下方向）において「配列状態を圧縮された状態」となって、集光手段である集光レンズ２２に入射することになる。即ち、１／２波長板２１Ａ、全反射ミラー２１Ｂ、偏光ビームスプリッタ２１Ｃは「光束配列圧縮手段」を構成する。偏光ビームスプリッタ２１Ｃにおける光束入射面（図３における左側及び下側の面）および光束射出面（図において右側の面）には反射防止膜が形成される。
【００６１】
上記の如く、光束配列幅を圧縮された４本の平行光束Ｌ１〜Ｌ４は、集光レンズ２２（入射面・射出面に反射防止膜が形成されている）に入射し、集光レンズ２２により集光され、集光レンズ２２の像側焦点位置で全光束Ｌ１〜Ｌ４が集束する。この像側焦点位置のすぐ近傍に「光ファイバＬＦの入射端面」を位置させておくことにより、半導体光源１１からの光を、光ファイバＬＦに結合させることができる。
【００６２】
光束配列圧縮手段により平行光束Ｌ１〜Ｌ４の長配列方向の配列が圧縮されているため、集光レンズ２２における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００６３】
図４に示す実施の形態は、光束配列圧縮手段を４枚の全反射ミラーで構成した例である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図３におけると同一の符号を用いる。
【００６４】
この実施の形態においては、半導体光源は図３の実施の形態におけると同様、２個の半導体発光部をアレイ配列したＬＤアレイを２個、図面の上下方向に配列して４本の光束を得るようにしたものであるが、ＬＤアレイ相互の間隔は「図３のものの場合よりも若干小さ」く、そのため、平行光束Ｌ１〜Ｌ４のうち、平行光束Ｌ２とＬ３の間隔が図３の場合の略１／２になっている。当然、光学素子を構成する４つのコリメートレンズ（マイクロレンズ）においても、光束Ｌ２、Ｌ３に対応するコリメートレンズの間隔は、他のコリメートレンズとの間隔よりも小さい。
【００６５】
平行光束Ｌ１、Ｌ２はそのまま直進して集光レンズ２２に入射する。平行光束Ｌ３、Ｌ４は全反射ミラー２１ａに入射し、図４（ｂ）に示すように、光束配列方向に直交する方向（図４（ｂ）において上下方向）に反射され、さらに全反射ミラー２１ｂに反射されて当初の方向に平行になる。
【００６６】
このように、全反射ミラー２１ａ、２１ｂにより「光束配列方向に直交する方向へ平行的にシフト」された平行光束Ｌ３、Ｌ４は、次いで、図４（ａ）に示すように、全反射ミラー２１ｃ、２１ｄにより当初の配列方向（図４（ａ）で上下方向）へシフトされて集光レンズ２２に入射する。
【００６７】
そして、集光レンズ２２により集光されると、集光レンズ２２の像側焦点位置で全光束Ｌ１〜Ｌ４が集束する。この像側焦点位置のすぐ近傍に「光ファイバＬＦの入射端面」を位置させておくことにより、半導体光源１１からの光を、光ファイバＬＦに結合させることができる。
【００６８】
全反射ミラー２１ａ〜２１ｄによる光束配列圧縮手段により、平行光束Ｌ１〜Ｌ４の配列が長配列方向に圧縮されているため、集光レンズ２２における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００６９】
図３の実施の形態において、１／２波長板２１Ｃ、全反射ミラー２１Ｂ、偏光ビームスプリッタ２１Ｃは、外部調整により図１、図２における調整部２３上で相対的な位置関係を調整されて調整部２３に固定され、しかる後にベース３５上において、光源パッケージ３５との位置関係を調整される。
【００７０】
同様に、図４の実施の形態において、全反射ミラー２１ａ〜２１ｄは、外部調整により図１、図２における調整部２３上で相対的な位置関係を調整されて調整部２３に固定され、しかる後にベース３５上において、光源パッケージ１０との位置関係を調整される。
【００７１】
加工機能部２１と光源パッケージ１０との位置関係に加え、集光レンズ２２の位置関係をベース３５上において外部調整で調整し、これらをベース３５に固定してユニット化した後、外側パッケージ３０内に組み付けることにより、図１、図２に実施の形態を示した光半導体光源装置を容易に製造できる。
【００７２】
上に説明した具体例では、半導体光源が４個の半導体発光部を有するので、発光する半導体発光部の数を切り替えることにより、光ファイバプラグＰＧ２から射出する光束の強度を４段階に切り換えることができる。
【００７３】
図５は「半導体光源から光ファイバに至る間の光学系の配置」の１例を示す図である。図１に示す実施の形態の場合を想定して説明すると、図５における符号１１０は図１における半導体光源１１に相当するものであり、符号１４０は光学素子１４に相当するものである。
【００７４】
半導体光源１１０はＬＤ発光部を１６個有するＬＤアレイであり、各半導体発光部であるＬＤ発光部は、その長手方向に等間隔で１列に配列されている。光学素子１４０は、各ＬＤ発光部と１：１に対応するように、マイクロレンズによるコリメートレンズ（各光束を平行光束化する光学素子）を１６個、図５（ａ）の上下方向に１列にアレイ配列したレンズアレイである。
【００７５】
各ＬＤ発光部から放射される光束は、発散光束であるが、その発散角は発光部の長手方向（図５（ａ）の上下方向）において小さく、上記長手方向に直交する方向（図５（ｂ）の上下方向）において大きい。この実施の形態において、発光部長手方向における発散角をθＨ、発光部長手方向に直交する方向における発散角をθＮとするとき、３θＨ＝θＮである。
【００７６】
この点に鑑み、レンズアレイ１４０における個々のコリメートレンズは、上記発散角：θＨに対応する方向の有効径をＬＨ、発散角：θＮに対応する方向の有効径をＬＮとするとき、有効径：ＬＨを「ＬＤ発光部の配列ピッチと同一」とし、且つ、ＬＮ＝３ＬＨとすることにより、コリメートされた各平行光束がピッチＬＨで配列するようにした。
【００７７】
図１の実施の形態における加工機能部２１に対応する光束配列圧縮手段は４枚の全反射ミラー２１１、２１２、２１３、２１４により構成されている。また、集光レンズ２２０は図１における集光レンズ２２に対応する。
【００７８】
光学素子１４０によりコリメートされた１６本の平行光束のうち、図５（ａ）における上側の８本はそのまま集光レンズ２２０に入射する。残り８本は、全反射ミラー２１１、２１２により、図５（ｂ）に示すように平行光束の当初の配列方向に直交する方向（図５（ｂ）の上下方向）に平行的にシフトされた後、図５（ａ）に示すように、全反射ミラー２１３、２１４により当初の配列方向（図５（ａ）の上下方向）へ平行的にシフトされて集光レンズ２２０に入射する。
【００７９】
集光レンズ２２０は、これら１６本の平行光束を光ファイバＬＦの入射端面の極く近傍に集光することにより、光ファイバＬＦに入射させることができる。 全反射ミラー２１１〜２１４による光束配列圧縮手段により、１６本の平行光束の配列幅が「長配列方向」に圧縮されているため、集光レンズ２２０における有効レンズ径が小さくてすんでいる。
【００８０】
このようにすると、図１の光半導体光源装置において、光ファイバプラグＰＧ２から射出する光の強度を１６段階に切り替えることが可能である。
【００８１】
上に説明した光半導体光源装置の各例で、例えば、半導体光源１１、１１０の発光波長を４００ｎｍの紫外光とすると、前述した「接着剤硬化用光源装置」として実施できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光半導体光源装置および光源パッケージを実現できる。この発明の光半導体光源装置は、光源パッケージと光学的加工手段とを「構造上相互に分離し独立させ」ているので、夫々の配置・構成・調整・組立て等の自由度が格段に向上し、光半導体光源装置の使用目的に応じて適切な設計を容易に実現できる。
【００８３】
また、不活性ガスを充填する場合、光源パッケージを分離独立させたことにより、充填すべきパッケージのサイズを小さくでき、不活性ガスの充填量を有効に少量化でき、部品の低コスト化を実現でき、省資源的である。
【００８４】
この発明の光源パッケージは、それ自体が独立しているので、半導体光源と光学素子等を外部調整し、相互に固着してからパッケージ内に封止して光源パッケージとすることができ、半導体光源と光学素子の調整や不活性ガスの充填等が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光半導体光源装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】光半導体光源装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図３】光源パッケージからの平行光束に対して光学的加工を行う光学的加工手段の１例を説明するための図である。
【図４】光源パッケージからの平行光束に対して光学的加工を行う光学的加工手段の別例を説明するための図である。
【図５】半導体光源からの光を光学素子でコリメートした平行光束群に対し、光束配列圧縮と集光の光学的加工を行う場合の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 光源パッケージ
２０ 光学的加工手段
３０ 外側パッケージ
Claims (11)
- １以上の半導体発光部を持つ半導体光源と、この半導体光源から放射される１以上の光束を所望の光束形態にする光学素子とを有し、少なくとも半導体光源を収納し封止してなる光源パッケージと、
この光源パッケージから射出する光束に対して、所望の光学的加工を行う光学的加工手段とを有し、
上記光源パッケージと光学的加工手段とを、構造上相互に分離し独立させたことを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１記載の光半導体光源装置において、
光学的加工手段が加工機能の異なる複数の機能手段を有し、これら複数の機能手段が構造上相互に分離され独立していることを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１または２記載の光半導体光源装置において、
光源パッケージの内部に不活性ガスが封入されていることを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１または２または３記載の光半導体光源装置において、
光源パッケージの光束射出部が、透明板により閉ざされたことを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１または２または３記載の光半導体光源装置において、
光源パッケージの光束射出部が、光学素子により閉ざされたことを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１または２または３または４記載の光半導体光源装置において、
半導体光源が、複数の半導体発光部を１次元もしくは２次元にアレイ配列してなることを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項６記載の光半導体光源装置において、
半導体光源から放射される２以上の光束が各々、２以上の光学素子により個別的に、相互に平行な平行光束とされて光源パッケージから放射され、
光学的加工手段が加工機能の異なる複数の機能手段として、平行光束化された全光束を集光する集光手段と、上記光源パッケージから平行光束化されて射出した複数の平行光束を、その長配列方向において配列状態を圧縮し、上記集光手段の有効径に適した光束配列とする光束配列圧縮手段とを有することを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１〜７の任意の１に記載の光半導体光源装置において、
光源パッケージと光学的加工手段とが外側パッケージに収納されたことを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項７記載の光半導体光源装置において、
集光手段により集光される光束が、光ファイバの入射端面に集光入射されることを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項９記載の光半導体光源装置において、
光源パッケージと光学的加工手段とが外側パッケージに収納され、外側パッケージが、光ファイバの入射端面を保持する光ファイバプラグと係合する係合部を有することを特徴とする光半導体光源装置。 - 請求項１〜１０の任意の１に記載の光半導体光源装置に用いられる光源パッケージ。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-08-28 JP JP2002249190A patent/JP2004087958A/ja active Pending
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