JP2005515621A - レーザ光源の前に光学部品を配置するための保持装置、およびそのようなシステム、ならびに、このようなシステムを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの光学部品（３）を、レーザユニット（１）のレーザ光源（５）の前に設けるための保持装置であって、第１保持部（８）を有し、第１保持部（８）に少なくとも１つの光学部品（３）が固定され、保持装置（２）はさらに第２保持部（９）を有し、第２保持部（９）はレーザユニット（１）の一部に固定され、第１保持部（８）は第２保持部（９）に固定される保持装置。さらに本発明は、かかる保持装置（２）を使ったシステム、およびかかるシステムを製造するための方法に関する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも１つの光学部品が固定される第１の保持部を有する、レーザユニットのレーザ光源の前に少なくとも１つの光学部品を配置するための保持装置に関する。さらにまた、本発明は、このような保持装置を有する、レーザユニットのレーザ光源の前に少なくとも１つの光学部品を配置するシステムに関する。さらにまた、本発明は、かかるシステムを作るための方法に関する。

前述のタイプの保持装置およびシステムは、従来からよく知られている。たとえば、半導体レーザとしてのレーザ光源は、特にレーザダイオードバーとして実施することが可能である。このレーザダイオードバーを含むレーザユニットは、通常、レーザダイオードバーがヒートシンク上に固定されるように形成される。レーザダイオードバーの前に設けられる光学部品は多くの場合、速軸コリメートレンズとして実施されるが、これは完全な光線の質を達成するには、レーザダイオードバーの前に比較的正確に位置決めされることが必要である。従来技術に従えば、この位置決めのために、第１保持部は、たとえば、ヒートシンクに接着される。この保持部には、予め定められた対応する位置に、速軸コリメータレンズとして実施される光学部品を接着することが可能である。多くの場合、紫外線によって硬化可能な接着剤が使用される。

かかるタイプの保持装置またはこのタイプのシステムにおける短所として、接着剤が硬化する前に光学部品がレーザダイオードバーの前に非常に正確に位置づけされるので、所望の質の光線が接着剤が硬化する前に生じてしまうことである。接着剤の硬化によって光学部品はレーザユニットに対して、すなわちレーザ光源に対していくらか変位するので、従来から知られた保持装置では、要求を満たすレーザ光を得ることができないことがしばしばである。さらなる短所は、ヒートシンク、接着剤および保持装置の膨張係数が異なることが多いために、温度の変化によってレーザ光源の前の光学部品の位置決めが影響されるということがある。

本発明の課題は、レーザ光源の前に光学部品を精密にかつ安定して位置決することを保証する保持装置および上述のタイプのシステムを作ることである。

さらにまた、本発明は、かかるタイプのシステムを作るための方法を提供することを課題とする。

これらの課題は、保持装置に関しては請求項１の特徴によって、システムに関しては請求項８の特徴によって、方法に関しては請求項１２の特徴によって解決される。

請求項１の特徴に従えば、保持装置はさらに、レーザユニットの一部に固定される第２保持部を有し、第１保持部が第２保持部に固定される。２つの互いに結合される保持部が使用されることから、使用される材料の異なる膨張係数を相殺することが可能である。さらにまた、互いに結合されるこれら両保持部は、接着剤またははんだなどの結合手段が硬化するときに生じる変位が互いに相殺されるように形成され位置決めされることが可能である。

本発明に従う方法に従えば、１つの工程において第１保持部を第１の光学部品と結合し、さらなる別の工程において第２保持部をレーザユニットの一部に結合することが可能である。次いで、第１保持部を第２保持部と結合することが可能である。このような方法は、第１保持部が光学部品と、第２保持部がレーザユニットの一部とそれぞれ接着され、これらの接着剤で結合された部分が硬化させられるという利点を提供する。次いで、両保持部が互いに結合され、これらの両保持部を互いに結合する接着剤が硬化する前に、光学部品をレーザ光源の前に正確に位置決めすることが可能である。接着による結合の代わりに、はんだによる結合も利用可能である。

特に、これらの保持部の一方は、他方の保持部の受容部分によって少なくとも部分的に囲まれる結合部分を有するように構成することが可能である。たとえば、第２保持部は、第１保持部の受容部分によって少なくとも部分的に囲まれる結合部分を有することが可能である。このように一方の保持部の結合部分を他方の保持部の受容部分によって囲むことによって、接着剤またははんだが硬化するときに生じる力がいくつかの方向に均一に分配され、接着剤またははんだの硬化による沈着が小さくなる。

特に、結合部分は実質的に円柱状外周面を有し、受容部分は実質的に中空円筒状内周面を有し、結合部分は少なくとも部分的に受容部分内に挿入される。結合部分の外周面と受容部分の内周面との間に環状間隙を設けてもよい。この間隙に、好ましくは少なくとも部分的に接着剤またははんだを充填してもよい。受容部分および結合部分の外形は回転対称、同軸形状をなすことから、間隙にある接着剤が硬化する際に生じる力のバランスを正確にとることができる。本発明に従う保持装置によれば、光学部品を、レーザ光源から出射される光の質が著しく改善されるように光学部品をレーザ光源の前に正確に位置決めすることが可能である。レーザ光線のガラスファイバとのカップリングを実質的に改善する、たとえばレーザ光線のエネルギ密度が４０％高くなるように、レーザ光線をガラスファイバにカップリングするなどのように、光線の質を改善することが可能である。

部分的に接着剤またははんだを充填することが可能な環状間隙は半径方向の大きさを１０μｍ〜２００μｍとすることが可能であり、好ましくはおよそ５０μｍとする。この非常に小さな間隙によって、接着剤硬化時に生じ得る変位がさらに小さくされる。

本発明の好適な実施の形態に従えば、第２保持部が固定されるレーザユニットの部分と、第２保持部の対応の取り付け面との間に中間層が挿入される。この中間層はたとえば断熱性を有するものとしてもよく、それによって第１および第２保持部へのレーザユニットの熱による影響が小さくなる。

本発明に従うシステムでは、レーザユニットはレーザ光源としてレーザダイオードバーまたは積重ダイオードバーを有することが可能である。

特に第２保持部が固定される部分はヒートシンクであってもよい。第１光学部品は速軸コリメータレンズとして実施することが可能である。さらにまた、側面支持要素を介してレーザユニットに、特に、遅軸コリメータレンズとして実施される第２光学部品が支持されてもよい。

本発明に従う方法では、さらにまた、中空円筒状内周面を円柱状外周面上に配設し、これと接着剤またははんだによって接着されように構成することが可能である。この場合、該内周面を該外周面に配設した後に、第１光学部品をレーザ光源の前に配置することが可能であり、これに続く方法工程において、外周面と内周面を結合する接着剤が硬化し、この場合、この硬化はたとえば紫外線照射によって行うことが可能である。内周面および外周面は上述のように同軸回転対称形状であるため、光学部品をレーザ光源の前に正確に配置した後であっても、硬化のときに生じる力が補償されるために、レーザ光源に対する光学部品の変位は非常にごくわずかしかない。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した、以下の好適な実施の形態の説明によって明らかになるであろう。

図１〜図４に示すシステムは、レーザユニット１と、本発明に従った保持装置２と、第１光学部品３と、第２の光学部品４とを含む。レーザユニット１はレーザ光源５を有し、レーザ光源５は図示される実施の形態においてはレーザダイオードバーとして実施されている。その代わりとして、レーザ光源５は積重レーザダイオードバーとして実施してもよい。レーザ光源５として作用するレーザダイオードバーは、特に図６および図１０から明らかなように、ヒートシンク６上に固定される。

第１光学部品３は、図示された実施の形態においては、速軸コリメータレンズとして実施される。第２光学部品４は、図示された実施の形態においては、遅軸コリメータレンズとして形成される。この遅軸コリメータレンズの各レンズ断面は、図１、図２および図５から明らかなように、レーザ光源５の横方向においてレーザダイオードバーのそれぞれの発光中心に配置されている。

図１〜図４に示す実施の形態において、第２光学部品４は側面支持要素７によって支持され、これらの側面支持要素７は図示された実施の形態においてはヒートシンク６に固定され、その外側側面から図３の右方向外側に延びている。これらの両側面支持要素７は、外側の側面支持部を形成し、該支持部上に第２光学部品４の下面端部が載置される。これについては特に、図１、図２および図７において明らかである。

図５および図８〜図１０では、本発明に従った支持装置と結合する特徴を一層明確にするために、側面支持要素７は除かれている。

本発明に従った支持要素２は、特に図１０から明らかなように、第１光学部品３を支持する第１保持部８を有し、さらに、レーザユニット１の一部、すなわちヒートシンク６と結合される第２保持部９を有する。第２保持部９は、ヒートシンク６に対向する面であって、たとえばヒートシンク６の第２保持部９に対向する面と接着されるまたははんだ付けされる面とを有する。またはその代わりにヒートシンク６と第２保持部９の結合面との間に中間層を設けることも可能であり、この中間層はたとえば断熱材料からなる。

第２保持部９は、ヒートシンク６とは反対側に、円柱状外周面１０を有する。この円柱状外周面１０は、両保持部８，９が互いに結合した状態では、第１保持部８の円筒状内周面１１によって囲まれている。両保持部８，９を互いに固定する前には、非常に小さい、たとえば半径方向５０μｍの大きさの環状間隙１２がある。

中空円筒状内周面１１は、第１保持部８に沿って、速軸コリメータレンズとして形成された第１光学部品３の下方に、その全幅にわたって延びる第１保持部の部材１３内に形成されている。この横方向に延びる脚部１３から、図５において上方に、外側の垂直部材１４が延び、この外側の垂直部材１４は上部部材１５と結合され、上部部材１５は第１光学部品３の上部においてその幅にわたって延びる。さらに下部部材１６は横方向に延びる部材１３と直接結合される。両部材１５，１６は、速軸コリメータレンズとして実施される第１光学部品３の幅の大部分にわたってそれらとの間に、第１光学部品３の光学的に機能する円筒体が設けられ、レーザダイオードバーから出射するレーザ光を速軸ダイバージェンスに関して平行にすることが可能である。

本発明に従うシステムは、第１の工程において第２保持部９がレーザユニット１に固定されることによって作ることができる。これはヒートシンク６に第２保持部９の面を接着またははんだ付けすることによって行われる。代わりにヒートシンク６と第２保持部の面の間に中間層を挿入してもよい。さらなる工程において、第１光学部品３を第１保持部８にたとえば接着剤で固定すればよい。続いて、第１保持部８の中空円筒状内周面１１を第２保持部９の円柱状外周面上に配設するが、円柱状外周面１０を前もって接着剤で覆っておくことも可能である。続いて、第１光学部品３がレーザ光源５の前に正確に位置付けられる。次に接着剤を、たとえば紫外線を照射することによって硬化させることが可能である。

代わりに、間隙１２をはんだで充填することも可能であり、光学部品３をはんだが凝固する前に正確にレーザ光源の前に位置付けることが可能である。

接着剤またははんだが環状または円筒シェル状に形成された間隙を実質的に完全に満たすことによって、場合によっては硬化に際して発生する力が実質的に補償され、したがって、接着剤の硬化によって第１保持部８の第２保持部９に対する有意な変位が起こらない。

本発明に従った保持装置を有する本発明に従ったシステムの斜視図である。 図１に従う保持装置を有するシステムのさらなる斜視図である。 図１に従う保持装置を有するシステムの側面図である。 図３の矢符ＩＶに従った図である。 本発明に従った保持装置を有する本発明に従ったシステムのさらなる実施の形態の側面図である。 図３の矢符ＶＩに従った詳細図である。 図４の矢符ＶＩＩに従った詳細図である。 図５の矢符ＶＩＩＩに従った図である。 図８の矢符ＩＸ−ＩＸに従った断面図である。 図９の矢符Ｘに従った詳細図である。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの光学部品（３）を、レーザユニット（１）のレーザ光源（５）の前に設けるための、少なくとも１つの光学部品（３）が固定される第１保持部（８）を有する保持装置において、保持装置（２）はさらに第２保持部（９）を有し、第２保持部（９）はレーザユニット（１）の一部に固定され、第１保持部（８）は第２保持部（９）に固定されることを特徴とする保持装置。
2. 保持部（８，９）の一方は結合部分を有し、該結合部分は保持部（８，９）の他方の受容部分によって少なくとも部分的に囲まれることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記結合部分は実質的に円柱状の外周面（１０）を有し、前記受容部分は実質的に中空円筒状の内周面（１１）を有し、前記結合部分は少なくとも部分的に前記受容部分内に挿入されることを特徴とする請求項２に記載の保持装置。
4. 前記外周面（１０）と内周面（１１）との間に環状間隙（１２）が設けられることを特徴とする請求項３に記載の保持装置。
5. 前記間隙（１２）は半径方向に１０μｍ〜２００μｍ、好ましくはおよそ５０μｍの大きさを有することを特徴とする請求項４に記載の保持装置。
6. 前記間隙（１２）は、接着剤またははんだで少なくとも部分的に満たされることを特徴とする請求項４または５に記載の保持装置。
7. 第２保持部（９）が固定されるレーザユニット（１）の前記部分と、第２保持部（９）のそれに対応する面との間に中間層が挿入されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の保持装置。
8. レーザユニット（１）は、レーザ光源（５）としてレーザダイオードバーまたは積重レーザダイオードバーを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の保持装置を用いたシステム。
9. 第２保持部（９）が固定される部分はヒートシンク（６）であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 第１光学部品（３）は速軸コリメータレンズとして実施されることを特徴とする請求項８または９に記載のシステム。
11. レーザユニット（１）にはさらに、側面支持要素（７）を介して第２光学部品（４）が支持され、該第２光学部品（４）は特に遅軸コリメータレンズとして実施されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. １つの工程において第１保持部（８）が第１光学部品（３）と結合され、別の工程において第２保持部（９）がレーザユニット（１）の一部と結合され、これらの２つの工程に続く工程において第１保持部（８）が第２保持部（９）と結合されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のシステムを製造するための方法。
13. 両保持部（８，９）の結合が、前記中空円筒状内周面（１１）を円柱状外周面上に配設し、これらを接着またははんだ付けすることによって達成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 中空円筒状内周面を円柱状外周面上に配設した後、第１光学部品をレーザ光源（５）の前に配置し、これに続く工程において、外周面（１０）と内周面（１１）とを結合する接着剤またははんだが硬化することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記接着剤は紫外線照射によって硬化することを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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