JP2009109663A - 光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザーモジュールを、高精度にアライメントされた位置に簡単に固定することができ、所望の輝度を有する光源ユニットを得ること。
【解決手段】光学レンズ１の後方に光軸と直交するように固定した前側固定板２と、前記光学レンズ１の前方に位置させた光ファイバーの光入射端の一点に、前記光学レンズ１を介してレーザー光が集光するように、前記前側固定板２上で光軸直交方向にアライメントされて該前側固定板２に接着固定された半導体レーザーモジュール３と、弾性体シート４が付着され、該弾性体シート４が前記半導体レーザーモジュール３を前記前側固定板２に向けて押圧するように、前記半導体レーザーモジュール３を挟んで前記前側固定板２にネジ止めされる後側固定板５と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザーモジュール（以下、「ＬＤモジュール」と呼ぶ。）を光学レンズに対してアライメントする光源ユニットに関するものである。

はじめに、光源ユニットについて説明する。従来、１つのＬＤモジュールから射出されるレーザー光の出力（輝度）が弱い場合、複数のＬＤモジュールを用い、複数のＬＤモジュールから射出されるレーザー光を一点に集光して所望の輝度を得ている。

複数のＬＤモジュールを備える光源ユニットでは、複数のＬＤモジュールを所定位置に高精度に配置し、複数のＬＤモジュールから射出される複数のレーザー光を、光軸前方に設置したレンズに高精度で入射させて一点に集光し、一本の光ファイバーに入射させる必要がある。

また、複数のＬＤモジュールから射出される複数のレーザー光を、レンズの所定位置に入射させるためには、レンズの後方に光軸と直交するように固定した前側固定板上で光軸直交方向に、ＬＤモジュールを数ミクロンのオーダーで高精度にアライメントする必要がある。

アライメントされたＬＤモジュールは、アライメントされた状態を維持するために、接着剤により前側固定板上のアライメント位置に固定される。次に、後側固定板により、ＬＤモジュールを前側固定板との間に挟むように、ネジにて強固に増し締め固定していた（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来例として、ネジを使用せず、固定する一方の部材に軸を設け、他方の部材にその軸より十分大きな孔を設け、軸を孔に嵌合して、軸と孔の隙間に接着剤を流し込み、接着剤のみを用いて強固に固定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１６１８７０号公報（第２頁 、図３） 特開平５−２７３４８３号公報（第３頁、図１）

しかしながら、上記従来の光源ユニットは、複数のＬＤモジュールがアライメントされた状態を維持するために、ＬＤモジュールの底面を前側固定板に向かって押圧するように後側固定板をネジによって前側固定板に固定するため、せっかく数ミクロンのオーダーで微調整したアライメントがずれてしまうことがある。

これは、独立した２枚の固定板によりＬＤモジュールを挟み込んでネジにより止めるため、ネジ孔のクリアランスによるネジの傾きや、ネジの締め付け力のアンバランスにより、２枚の固定板の相対位置がずれてしまい、ＬＤモジュールを前側固定板に固定している接着剤を破壊して、ＬＤモジュールをアライメントされた位置からずれた位置に固定してしまうからである。

図７及び図８は、従来の光源ユニットの模式断面図である。図７に示す光源ユニットでは、前側固定板２と後側固定板５に設けられているネジ孔２ｂ及びネジ通し孔５ｂのクリアランスにより、ネジ６が傾いてしまい、後側固定板５が図の左側にずれている。ＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の間に発生する摩擦力に、ＬＤモジュール３を前側固定板２に固定している接着剤９の接着力が負けてしまい、ＬＤモジュール３がアライメントされた位置からずれている。

図８に示す光源ユニットでは、ネジ６の締め付け力のアンバランスにより、後側固定板５が前側固定板２に対して傾いている。ＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の間に偏荷重が発生し、荷重の小さいところで発生する引張力に、ＬＤモジュール３を前側固定板２に固定している接着剤９の接着力が負けてしまい、ＬＤモジュール３がアライメントされた位置からずれている。

上記のように、ＬＤモジュールのアライメントがずれた場合、光源ユニットは所望の輝度を得ることができないので、アライメントがずれた場合、再アライメントする必要がある。そのため、従来の光源ユニットのＬＤモジュールのアライメント工程では、予め、ネジの締め付けによって発生するＬＤモジュールのずれ量だけ、アライメント位置をずらした状態で接着剤による固定を行ったり、接着剤が完全に硬化するまでの間に、ネジ締めしながら、ネジによるずれ量を利用してＬＤモジュールを所望の位置にアライメントしたりしていた。

しかしながら、上記の方法だと、実際にネジ固定したＬＤモジュールが、予め予測してずらしておいたずれ量と同じだけずれなかったり、ネジ締めしながらのアライメント作業においては、調整が困難で時間がかかるため、アライメントが完了する前に接着剤が硬化したりし、作業性が悪く、所望するアライメントができない、という問題があった。

また、特許文献２に記載されたものでは、始めからネジは使用せず、嵌孔に接着剤を多量に流し込んで固定するため、接着剤が硬化するための時間が長くなり、結局は組立工程の改善にはならなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体レーザーモジュールを、高精度にアライメントされた位置に簡単に固定することができ、所望の輝度を有する光源ユニットを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光学レンズの後方に光軸と直交するように固定した前側固定板と、前記光学レンズの前方に位置させた光ファイバーの光入射端の一点に、前記光学レンズを介してレーザー光が集光するように、前記前側固定板上で光軸直交方向にアライメントされて該前側固定板に接着固定された半導体レーザーモジュールと、弾性体シートが付着され、該弾性体シートが前記半導体レーザーモジュールを前記前側固定板に向けて押圧するように、前記半導体レーザーモジュールを挟んで前記前側固定板にネジ止めされる後側固定板と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、半導体レーザーモジュールを、高精度にアライメントされた位置に簡単に固定することができ、所望の輝度を有する光源ユニットが得られる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光源ユニットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の光源ユニットの実施の形態１を示す分解斜視図であり、図２及び図３は、一体に固定された実施の形態１の光源ユニットの模式断面図である。図１に示すように、実施の形態１の光源ユニット１０は、前側固定板２と、ＬＤモジュール３と、弾性体シート４と、後側固定板５と、４本のネジ６と、を備えている。光源ユニット１０の前方には、光学レンズ１が設置され、ＬＤモジュール３の端子３ｂには、フレキシブルプリント回路基板７が接続される。

光学レンズ１は、ＬＤモジュール３から射出されるレーザー拡散光を平行光にするための複数のコリメートレンズ１ａ、１ｂと、複数のコリメートレンズ１ａ、１ｂから射出される複数の平行光を、その前方にある図示しない光ファイバーの光入射端の一点に集光させるための集光レンズ１ｃと、を備えている。

前側固定板２は、光学レンズ１の後方に、光軸と直交するように固定され、１つ又は複数のＬＤモジュール３を、光学レンズ１の後方の所定の距離に位置させるとともに、ＬＤモジュール３から射出されるレーザー拡散光が、光学レンズ１を介して光ファイバーの光入射端の一点に最良の結合効率で集光するように、その後面の所定位置にＬＤモジュール３をアライメント固定する。

前側固定板２は、矩形厚板状に形成されて光学レンズ１とＬＤモジュール３との間に固定配置され、ＬＤモジュール３から射出されるレーザー光が光学レンズ１のコリメートレンズ１ａ、１ｂの略中心を通るように、中央孔２ａが設けられ、ＬＤモジュール３を後側固定板５で挟んでネジ止め固定するために、四隅にネジ孔２ｂが設けられている。

ＬＤモジュール３は、半導体レーザー素子を内部に密封した缶パッケージタイプのモジュール構造となっていて、缶パッケージの小径円筒状の先端部３ａから所定波長のレーザー光が射出され、缶パッケージの底面から引出された端子３ｂに、フレキシブルプリント回路基板７が接続され、所定の電圧が供給されるようになっている。

弾性体シート４は、実施の形態１の光源ユニット１０の特徴的な構成要素であり、ＬＤモジュール３の底面と後述の後側固定板５の表面とが直接接触しないように、ＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の表面との間に設置される。弾性体シート４は、後側固定板５の表面に貼付されている。弾性体シート４を、熱伝導性材料により形成すれば、ＬＤモジュール３の放熱効果を高めることができる。

弾性体シート４の表面に、接着剤を塗布しておいてもよい。なお、図１に示すように、弾性体シート４には、ＬＤモジュール３の底面から引出された端子３ｂを通すための孔４ａが設けられているが、端子３ｂをＬＤモジュール３の側部から引出すようにすれば、孔４ａは不要である。

後側固定板５は、矩形厚板状に形成され、前側固定板２の裏面の所定の位置にアライメントされている１つ又は複数のＬＤモジュール３を、弾性体シート４を介して挟み込んで固定する。

図１に示すように、後側固定板５には、ＬＤモジュール３の底面から引出された端子３ｂを通すための中央孔５ａと、ＬＤモジュール３を、前側固定板２と共同して挟み込み、保持するためのネジ通し孔５ｂが四隅に設けられているが、端子３ｂをＬＤモジュール３の側部から引出すようにすれば、中央孔５ａは不要である。

また、後側固定板５に放熱用の加工を施したり、後側固定板５として、ペルチェ素子のようなサーモモジュールを用いれば、光源ユニット１０の放熱効果を高めることができる。

ネジ６は、後側固定板５の裏面側からネジ通し孔５ｂに挿通され、ＬＤモジュール３を挟み込んで前側固定板２のネジ孔２ｂにネジ込まれ、前側固定板２、ＬＤモジュール３、弾性体シート４及び後側固定板５を一体に固定する。ネジ孔２ｂ、ネジ通し孔５ｂ及びネジ６を５個以上としてもよい。

フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）７は、ＬＤモジュール３の端子３ｂに、所定の電圧を印加する。ＦＰＣ７の替わりに、リード線等を用いてもよい。

次に、実施の形態１の光源ユニット１０の組立方法について説明する。まず、光学レンズ１及び前側固定板２を、予め決められた位置に、変位しないように固定する。次に、ＬＤモジュール３の先端部３ａを、前側固定板２の中央孔２ａに挿通し、ＬＤモジュール３を前側固定板２上に仮位置決めする。

ＬＤモジュール３を仮位置決めした状態で、テスト用の電源供給ソケットからＬＤモジュール３に電源を供給し、ＬＤモジュール３からレーザー光を射出しながら、レーザー光が最良の結合効率になるように、ＬＤモジュール３を前側固定板２の裏面上で光軸直角方向に変位させ、アライメント調整を行なう。アライメントされたＬＤモジュール３は、その位置で動かないように接着剤９により、前側固定板２に固定する。

次に、弾性体シート４を後側固定板５の表面の所定の位置に貼付し、ＬＤモジュール３の底面から引出された端子３ｂを、弾性体シート４の孔４ａ及び後側固定板５の中央孔５ａに通し、弾性体シート４及び後側固定板５をＬＤモジュール３に対して位置決めする。

次に、後側固定板５の裏面からネジ通し孔５ｂにネジ６を通し、前側固定板２のネジ孔２ｂにネジ込んで締め付け、前側固定板２にアライメントされて固定されているＬＤモジュール３を、前側固定板２と弾性体シート４で挟み込んで締め付け固定する。図２及び図３に、一体に固定された実施の形態１の光源ユニット１０を模式的に示す。

図２に示す光源ユニット１０は、前側固定板２のネジ孔２ｂ及び後側固定板５のネジ通し孔５ｂのクリアランスによりネジ６が傾斜し、後側固定板５が図の左側にずれている。

従来の技術ように、弾性体シート４を用いていない場合は、ＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の表面との間に発生する摩擦力に対して、前側固定板２にＬＤモジュール３を固定している接着剤の接着力が負けてしまい、ＬＤモジュール３が前側固定板２にアライメントされた位置からずれてしまうが、実施の形態１の光源ユニット１０では、弾性体シート４が歪むので、ＬＤモジュール３が前側固定板２にアライメントされている位置からずれることはない。

図６に示す光源ユニット１０は、ネジ６の締め付け力のアンバランスにより、前側固定板２に対して後側固定板５が傾斜している。従来の技術ように、弾性体シート４を用いていない場合は、ＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の表面との間に偏荷重が発生し、荷重の弱い位置に発生するＬＤモジュール３の引張力に対し、前側固定板２に固定している接着剤の接着力が負けてしまい、ＬＤモジュール３がアライメントされた位置からずれてしまうが、弾性体シート４が圧縮されることによる反撥力により、引張力が相殺され、ＬＤモジュール３がアライメントされている位置からずれることはない。

以上説明したように、実施の形態１の光源ユニット１０は、弾性体シート４をＬＤモジュール３の底面と後側固定板５の表面との間に介在させることにより、ＬＤモジュール３が前側固定板２に対してずれようとする力を減じ、かつ、ＬＤモジュール３を前側固定板２に押し付ける力を維持することができるので、ネジ６による締め付け固定時に発生するＬＤモジュール３のアライメントずれを防止することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の光源ユニットの実施の形態２を示す分解斜視図であり、図５及び図６は、一体に固定された実施の形態２の光源ユニットの模式断面図である。図４に示すように、実施の形態２の光源ユニット２０は、前側固定板２と、ＬＤモジュール３と、モジュールホルダ８と、弾性体シート４と、後側固定板５と、４本のネジ６と、を備えている。光源ユニット２０の前方には、光学レンズ１が設置され、ＬＤモジュール３の端子３ｂ（図４には図示されていない。）には、フレキシブルプリント回路基板７が接続される。

実施の形態１の光源ユニット１０に対する実施の形態２の光源ユニット２０の相違点は、ＬＤモジュール３をモジュールホルダ８で保持し、ＬＤモジュール３の底面から引出された端子３ｂ（図５及び図６参照）を、フレキシブルプリント回路基板７により、レーザー光の光軸と直交する方向に引出していることである。ＬＤモジュール３のアライメントは、ＬＤモジュール３をモジュールホルダ８で保持した状態で行われる。

次に、実施の形態２の光源ユニット２０の組立方法（アライメント方法）について説明する。実施の形態１と同様に、ＬＤモジュール３から射出されるレーザー光が、光学レンズ１を介して光ファイバーの光入射端の一点に、最良の結合効率で集光するように、モジュールホルダ８を、前側固定板２の裏面上でアライメントし、接着剤９により前側固定板２に固定する。図５及び図６に、一体に固定された実施の形態２の光源ユニット２０を模式的に示す。

図５に示す光源ユニット２０は、前側固定板２のネジ孔２ｂ及び後側固定板５のネジ通し孔５ｂのクリアランスによりネジ６が傾斜し、後側固定板５が図の左側にずれている。従来の技術ように、弾性体シート４を用いていない場合は、モジュールホルダ８の底面と後側固定板５の表面との間に発生する摩擦力に対して、前側固定板２にモジュールホルダ８を固定している接着剤９の接着力が負けてしまい、モジュールホルダ８が前側固定板２にアライメントされた位置からずれてしまうが、実施の形態２の光源ユニット２０では、弾性体シート４が歪むので、モジュールホルダ８が前側固定板２にアライメントされている位置からずれることはない。

図６に示す光源ユニット２０は、ネジ６の締め付け力のアンバランスにより、前側固定板２に対して後側固定板５が傾斜している。従来の技術ように、弾性体シート４を用いていない場合は、モジュールホルダ８の底面と後側固定板５の表面との間に偏荷重が発生し、荷重の弱い位置に発生するモジュールホルダ８の引張力に対し、前側固定板２に固定している接着剤９の接着力が負けてしまい、モジュールホルダ３がアライメントされた位置からずれてしまうが、弾性体シート４が圧縮されることによる反撥力により、引張力が相殺され、モジュールホルダ８がアライメントされている位置からずれることはない。

以上説明したように、実施の形態２の光源ユニット２０は、弾性体シート４をモジュールホルダ８の底面と後側固定板５の表面との間に介在させることにより、モジュールホルダ８が前側固定板２に対してずれようとする力を減じ、かつ、モジュールホルダ８を前側固定板２に押し付ける力を維持することができるので、ネジ６による締め付け固定時に発生するモジュールホルダ８のアライメントずれを防止することができる。

弾性体シート４の厚さを１００μｍ以上にすれば、接着剤９が破壊されることはなく、弾性体シート４の厚さを厚くすると弾性体シート４の歪み量が増えるので、アライメントずれ防止効果をさらに高めることができる。また、弾性体シート４に熱伝導性の高い材料を用いれば、上記の効果を保ちつつ、ＬＤモジュール３の冷却効率を高めることができる。

以上のように、本発明にかかる光源ユニットは、所望の輝度を有する光源ユニットとして有用である。

本発明の光源ユニットの実施の形態１を示す分解斜視図である。 一体に固定された実施の形態１の光源ユニットの模式断面図である。 一体に固定された実施の形態１の光源ユニットの模式断面図である。 本発明の光源ユニットの実施の形態２を示す分解斜視図である。 一体に固定された実施の形態２の光源ユニットの模式断面図である。 一体に固定された実施の形態２の光源ユニットの模式断面図である。 比較例として示す従来の光源ユニットの模式断面図である。 比較例として示す従来の光源ユニットの模式断面図である。

符号の説明

１ 光学レンズ
１ａ，１ｂ コリメートレンズ
１ｃ 集光レンズ
２ 前側固定板
２ａ 中央孔
２ｂ ネジ孔
３ ＬＤモジュール
３ａ 先端部
３ｂ 端子
４ 弾性体シート
４ａ 孔
５ 後側固定板
５ａ 中央孔
５ｂ ネジ通し孔
６ ネジ
７ フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）
８ モジュールホルダ
９ 接着剤

Claims (4)

1. 光学レンズの後方に光軸と直交するように固定した前側固定板と、
   前記光学レンズの前方に位置させた光ファイバーの光入射端の一点に、前記光学レンズを介してレーザー光が集光するように、前記前側固定板上で光軸直交方向にアライメントされて該前側固定板に接着固定された半導体レーザーモジュールと、
   弾性体シートが付着され、該弾性体シートが前記半導体レーザーモジュールを前記前側固定板に向けて押圧するように、前記半導体レーザーモジュールを挟んで前記前側固定板にネジ止めされる後側固定板と、
   を備えることを特徴とする光源ユニット。
2. 光学レンズの後方に光軸と直交するように固定した前側固定板と、
   前記光学レンズの前方に位置させた光ファイバーの光入射端の一点に、前記光学レンズを介してレーザー光が集光するように、前記前側固定板上で光軸直交方向にアライメントされて該前側固定板に接着固定されたモジュールホルダに保持された半導体レーザーモジュールと、
   弾性体シートが付着され、該弾性体シートが前記モジュールホルダを前記前側固定板に向けて押圧するように、前記モジュールホルダを挟んで前記前側固定板にネジ止めされる後側固定板と、
   を備えることを特徴とする光源ユニット。
3. 前記弾性体シートは、熱伝導性材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源ユニット。
4. 前記弾性体シートの厚さは、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光源ユニット。

Images