JP2012256860A - レーザアレイ光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、組立が容易であり、複数の半導体レーザを密に配置した場合であっても物理的・電気的に分離した構成を有するレーザアレイ光源ユニットを提供する。
【解決手段】本体部と、２本のリード電極からなる足部とからなる複数の半導体レーザと、該本体部を保持する受け面を有し、足部を挿入する貫通孔を備えたレーザホルダと、半導体レーザをレーザホルダに固定する押さえ部材と、それぞれのリード電極を挿入する貫通孔が形成された電極挿入部を複数有するインシュレータと、半導体レーザの少なくとも２個以上を電気的直列に接続する配線基材を含み、インシュレータは、複数の半導体レーザの配列方向と同方向に、電極挿入部の間を接続するための連結部を有し、配線基材には、半導体レーザのリード電極を挿入する第１の貫通孔が設けられてなるレーザアレイ光源ユニット。
【選択図】図６Ｃ

Description

本発明は、レーザアレイ光源ユニットに関する。さらに詳しくは、複数の半導体レーザから発せられる熱が効率的に放熱されるよう配置されたレーザアレイ光源ユニットに関する。

従来、大画面の画像を効率的に得るための一形態として、映像信号に応じた画像を形成する小型のＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の空間光変調素子を、水銀ランプなどの光源からの光で照明し、投射レンズによってその光学像をスクリーン上に拡大投射する、プロジェクタなどの投射型画像表示装置が用いられている。

最近では、環境への配慮はもちろんのこと、光源の発光効率の向上や高輝度ＲＧＢ原色光の実用化により、これまで明るさ不足のために応用が難しいとされてきたプロジェクタなどの画像表示系の光源として、ＬＥＤや半導体レーザなどの固体光源の利用が注目されている。

特に半導体レーザを光源としたプロジェクタにおいて、単一の光源で光量が不足する場合、複数の固体光源を電気的に直列に接続し、複数の固体光源から発せられる光線を集光して用いられる場合がある。その際、それぞれの半導体レーザから発せられる熱を効率的に放熱させて、高い出力を維持させることが重要である。また、複数の半導体レーザをそれぞれ電気的直列に接続する際に、それぞれの半導体レーザのリード電極が互いに接触してショートしたり、電波ノイズを発生したりしないよう物理的・電気的に分離することが重要である。

ここで、特許文献１には、半導体レーザの複数のリード電極を回路基板に挿入する際に挿入ミスが発生しないよう、それぞれのリード電極に対応する位置にテーパを施した案内孔が形成されたガイド部材を備えた装置が開示されている。また、特許文献２および特許文献３には、半導体レーザに設けられたリード電極がショートしたり、電波ノイズを発生したりしないよう物理的に分離する構成を有する装置が開示されている。

特開平１１−２６１１６４号公報 特開２００５−９３５９９号公報 特開２００４−３２５９２９号公報

ここで、特許文献３に記載の装置は、コピー機を想定した単一光源によるものであり、複数の半導体レーザを電気的直列に接続する場合の配線等については考慮されていない。特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載の装置には、半導体レーザを複数備える場合に、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、かつ、組立が容易な構成は開示されていない。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、かつ、組立が容易であり、さらに、複数の半導体レーザを密に配置した場合であっても物理的・電気的に分離した構成を有するレーザアレイ光源ユニットを提供することを目的とする。

本発明のレーザアレイ光源ユニットは、
本体部と、２本のリード電極からなる足部とからなる複数の半導体レーザと、
該半導体レーザの本体部を保持する受け面を有し、上記半導体レーザの足部を挿入する貫通孔を備えたレーザホルダと、
上記半導体レーザを上記レーザホルダに固定するための押さえ部材と、
上記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する貫通孔が形成された電極挿入部を複数有するインシュレータと、
上記複数の半導体レーザの少なくとも２個以上を電気的直列に接続するための配線基材とを含み、
上記インシュレータは、上記複数の半導体レーザの配列方向と同方向に、上記電極挿入部の間を接続するための連結部を有し、
上記配線基材には、上記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する第１の貫通孔が設けられてなることを特徴とする。

本発明は、かかる構成を有することにより、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、かつ、組立が容易であり、さらに、複数の半導体レーザを密に配置した場合であっても物理的・電気的に分離した構成を有するレーザアレイ光源ユニットを提供することができる。

上記レーザホルダには、上記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に放熱面が形成され、
該放熱面と接触する受熱面を有する冷却装置がさらに含まれてなることが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、半導体レーザより発生した熱がレーザホルダの放熱面に伝播した後に、効率よく冷却装置の受熱面に移動され、冷却効率を向上させることができる。

上記リード電極を挿入する上記インシュレータの貫通孔は、
上記リード電極を挿入するリード電極挿入口と、
挿入方向に沿ってテーパ状に縮径されて形成された細径部と、
該細径部から逆テーパ状に拡径されたリード電極出口とを有することが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、本発明のレーザアレイ光源ユニットの組立時において、半導体レーザの足部を構成する２本のリード電極がインシュレータの貫通孔のテーパ部分に沿って挿入されるため、挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損を防ぐことができる。また、逆テーパが設けられていることにより、半田付けを行った場合に半田盛りが逆テーパ部分に入り込むことができ、半田不良を生じることがない。さらに、細径部が設けられているため、リード電極を当接しながら保持することができ、レーザホルダに挿入された半導体レーザの位置を、より確実に定めることができるとともに、それぞれの半導体レーザのそれぞれのリード電極を物理的・電気的に分離することができる。

上記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する、上記配線基材の第１の貫通孔の孔径は、上記インシュレータの貫通孔の細径部よりも大きいことが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、インシュレータの貫通孔を通過させたリード電極が、配線基材の第１の貫通孔を容易に通過することができ、挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損をより確実に防ぐことができる。

上記配線基材のうち、インシュレータに沿って配列された半導体レーザの各列に対してそれぞれ設けられた列配線部の幅は、上記インシュレータの幅とほぼ等しいことが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、インシュレータが配置された箇所と重なる位置に配線基材が配置されることになり、配線基材が本発明のレーザアレイ光源ユニットの放熱に利用される空間を余分に占めることがない。その結果、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱する空間を充分に確保することができる。

上記インシュレータの連結部は、電極挿入部の上記リード電極出口が形成された面と面一に形成されてなることが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、連結部が配線基材に沿って配置されることとなり、連結部がレーザアレイ光源ユニット１において放熱に利用される空間を狭めることがなく、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱する空間を充分に確保することができる。

上記配線基材は、上記リード電極を挿入する第１の貫通孔とは異なる第２の貫通孔を有し、
該第２の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準孔が設けられる場合において、該基準孔と対応する位置に配置される孔であり、
上記第２の貫通孔と上記基準孔が対応する位置に配置された状態において、上記配線基材に設けられた上記第１の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されるか、
または、
上記配線基材は、上記リード電極を挿入する第１の貫通孔とは異なる第２の貫通孔を有し、
該第２の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
上記第２の貫通孔に上記基準ピンが挿入された状態において、上記配線基材に設けられた上記第１の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されるか、
さらには、
上記配線基材は、上記リード電極を挿入する第１の貫通孔とは異なる第２の貫通孔を有し、
該第２の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準孔が設けられ、かつ、該レーザホルダを保持するために用いられる冶具に上記基準孔に通す基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
上記第２の貫通孔および上記基準孔に上記基準ピンが挿入された状態において、上記配線基材に設けられた上記第１の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されることが好ましい。

本発明は、かかる構成のいずれかを有することにより、配線基材の第１の貫通孔とインシュレータの貫通孔とが対応する位置に確実に位置決めされることとなり、インシュレータの貫通孔に半導体レーザのリード電極が挿入される際の挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損をより確実に防ぐことができる。

上記複数の半導体レーザを、上記インシュレータと上記配線基材とを介して上記レーザホルダに取付けた状態において、
上記レーザホルダは、上記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に、上記配線基材の貫通孔より突出した上記半導体レーザのそれぞれのリード電極の長さよりも長い冷却装置接触部を有し、
該冷却装置接触部の端部に形成された放熱面と、上記冷却装置の受熱面とが接触することが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、冷却装置の受熱面を平面で構成することができ、冷却効率を向上させることができる。また、冷却装置の製造コストを低減することができる。

上記複数の半導体レーザを、上記インシュレータと上記配線基材とを介して上記レーザホルダに取付けた状態において、
上記冷却装置は、上記配線基材の貫通孔より突出した上記半導体レーザのそれぞれのリード電極が上記冷却装置と非接触状態で挿入され得る深さの凹部を有し、
上記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に形成された放熱面と、上記冷却装置の受熱面とが接触することが好ましい。

本発明は、かかる構成を有することにより、冷却装置を小型にすることができ、その結果、レーザアレイ光源ユニットそのものも小型化することができる。

本発明によれば、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、かつ、組立が容易であり、さらに、複数の半導体レーザを密に配置した場合であっても物理的・電気的に分離した構成を有するレーザアレイ光源ユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるレーザアレイ光源ユニットの説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる半導体レーザの説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるレーザホルダの説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるインシュレータの説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる配線基材の説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるレーザアレイ光源ユニットの全体図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる図６Ａに示されるレーザアレイ光源ユニットをＡ−Ａの位置で切断した切断図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる図６Ａに示されるレーザアレイ光源ユニットをＢ−Ｂの位置で切断した切断図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる図６Ａに示されるレーザアレイ光源ユニットをＢ−Ｂの位置で切断した切断図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるレーザアレイ光源ユニットの全体図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる図７Ａに示されるレーザアレイ光源ユニットをＡ−Ａの位置で切断した切断図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかる図７Ａに示されるレーザアレイ光源ユニットをＢ−Ｂの位置で切断した切断図 本発明の一実施形態（実施の形態２）にかかる配線基材とレーザホルダとの位置を説明する説明図 本発明の一実施形態（実施の形態３）にかかる配線基材とレーザホルダと冶具との位置を説明する説明図 本発明の一実施形態（実施の形態３）にかかる配線基材とレーザホルダとの位置を説明する説明図 本発明の一実施形態（実施の形態１）にかかるレーザアレイ光源ユニットを使用したプロジェクタ（実施の形態４）の構成を説明する模式図

（実施の形態１）
以下、本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニット１を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニット１の説明図である。図２は、本実施の形態にかかる半導体レーザ２の説明図であり、図２（ａ）は、本実施の形態にかかる半導体レーザ２の発光面側の斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態にかかる半導体レーザ２の裏面側の斜視図である。図３は、本実施の形態にかかるレーザホルダ３の説明図である。図４は、本実施の形態にかかるインシュレータ４の説明図であり、図４（ａ）は、本実施の形態にかかるインシュレータ４の斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）にかかるインシュレータ４をＡ−Ａの位置で切断した切断図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるインシュレータ４の貫通孔４ａの拡大断面図である。

図１に示されるように、レーザアレイ光源ユニット１は、複数の半導体レーザ２の本体部２ａが、押さえ部材５によりレーザホルダ３に付勢された状態で保持されてなる。図１では図示しない裏面に向けて、半導体レーザ２の足部２ｂが、レーザホルダ３の貫通孔３ａを貫通している。レーザホルダ３の貫通孔３ａを貫通した足部２ｂのそれぞれのリード電極は、それぞれのリード電極を挿入することのできるインシュレータ４の貫通孔４ａをさらに貫通し、配線基材６に設けられた第１の貫通孔６ｃを貫通する。これらの部材を貫通したそれぞれのリード電極は、半田により半田付けされ、固定される。以下、それぞれの部材およびこれらの配置について説明する。

＜半導体レーザ＞
半導体レーザ２について説明する。半導体レーザ２は、レーザアレイ光源ユニット１において光源として機能する。半導体レーザ２は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、本体部２ａと、２本のリード電極からなる足部２ｂとからなる。本体部２ａには、レーザ光を発するレーザ発光部２ｃが設けられている。本体部２ａの形状としては、レーザ発光部２ｃを中心とした膨出部２ｄと、膨出部２ｄの周囲に設けられた縁部２ｅとからなる。縁部２ｅには、切欠き２ｆが設けられており、かかる切欠き２ｆは、後述するレーザホルダ３の貫通孔３ａへ半導体レーザ２の足部２ｂを挿入する際の目安として機能する。縁部２ｅは、押さえ部材５と当接するため、押さえ部材５により半導体レーザ２はレーザホルダ３に付勢される。図２に示されるように、半導体レーザ２の裏面には、２本のリード電極からなる足部２ｂが設けられている。リード電極は、複数の半導体レーザ２を一列または縦横に並べた際に、１つの半導体レーザ２のアノードと、隣り合う半導体レーザ２のカソードとが横並びとなるよう配置される。かかる配置を取ることにより、半導体レーザ２のそれぞれのリード電極を後述する配線基材６と接続した際に、電気的直列に接続されることとなる。

リード電極の線径としては、半導体レーザ２の種類により種々のものが存在するため一概に決定することはできないが、本実施の形態では、０．４５±０．１０ｍｍのものを使用することができ、１つの半導体レーザ２におけるリード電極のアノードとカソードとは、２．５４ｍｍ程度離間されている。

＜レーザホルダ＞
レーザホルダ３について説明する。レーザホルダ３は、半導体レーザ２を保持するホルダとして機能する。レーザホルダ３は、図３に示されるように、半導体レーザ２の本体部２ａの裏面が当接して半導体レーザ２を保持する受け面３ｂが設けられている。受け面３ｂの略中央部には、半導体レーザ２の足部２ｂを挿入することのできる貫通孔３ａが設けられている。レーザホルダ３の受け面３ｂおよび貫通孔３ａは、使用する半導体レーザ２の個数および配列に併せて設けられ、図３では、４個×６個の半導体レーザ２を使用する場合を想定して、計２４個の受け面３ｂおよび貫通孔３ａが設けられている。

受け面３ｂは、半導体レーザ２の本体部２ａと当接することにより、半導体レーザ２から発せられる熱を伝播することができる。そのため、受け面３ｂは熱伝導性のよい材料で構成されており、本実施の形態では、アルミニウム製の受け面３ｂを有するレーザホルダ３から構成されている。

貫通孔３ａの形状としては特に限定されないが、隣り合う貫通孔３ａに、それぞれ半導体レーザ２のリード電極を挿入した際に、挿入後のリード電極のアノードとカソードが一列に整列することが好ましい。そのため、たとえば図３に示されるような角が丸い長方形の断面形状を呈していることが好ましい。

＜インシュレータ＞
インシュレータ４について説明する。一般に、半導体レーザ２の足部２ｂをレーザホルダ３の貫通孔３ａに挿入した後に、貫通した足部２ｂのそれぞれのリード電極は、後述する配線基材６と接続するために長さが余分に設けられている。その場合、それぞれのリード電極は、物理的・電気的に接触してショートする可能性がある。そのため、それぞれのリード電極が挿入される貫通孔４ａが形成された電極挿入部４ｆが複数設けられたインシュレータ４を使用し、それぞれのリード電極が物理的・電気的に接触しないよう貫通孔４ａが設けられる。

図４（ｂ）に示されるように、インシュレータ４は、それぞれのリード電極が挿入される貫通孔４ａが設けられており、１つの半導体レーザ２の２本のリード電極を通す貫通孔４ａが形成された電極挿入部４ｆと、他の隣り合う半導体レーザ２の２本のリード電極を通す貫通孔４ａが形成された電極挿入部４ｆとが、連結部４ｂにより連結されてなる。連結部４ｂは、複数の半導体レーザ２の配列方向と同方向に設けられてなる。このように、連結部４ｂを用いて一列に接続することにより、複数の半導体レーザ２のそれぞれに対応するインシュレータを複数個用意する場合と比較して、インシュレータの位置決めが容易となり、製造時の作業の効率化を図ることができる。連結部４ｂの形状として特に限定されないが、図４（ｂ）に示されるように、リード電極出口４ｅが設けられた面と面一に形成されてなることが好ましい。かかる構成を有することにより、連結部４ｂが後述する配線基材６に沿って配置されることとなり、連結部４ｂがレーザアレイ光源ユニット１において放熱に利用される空間を狭めることがなく、半導体レーザ２より発生した熱を効率的に放熱する空間を充分に確保することができる。

インシュレータ４を構成する材料としては、絶縁性を有するものであれば特に限定することなく使用することができる。本実施の形態では、高耐熱性、耐薬品性、精密成形性に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）製のインシュレータ４が採用されている。

図４（ｂ）に示されるように、インシュレータ４の貫通孔４ａは、リード電極を挿入するリード電極挿入口４ｃと、挿入方向に沿ってテーパ状に縮径されて形成された細径部４ｄと、該細径部４ｄから逆テーパ状に拡径されたリード電極出口４ｅを有する。このように、貫通孔４ａは、リード電極の挿入方向に沿ってテーパ状に縮径された構造を有しているため、レーザアレイ光源ユニット１の組立時において、インシュレータ４の貫通孔４ａへのリード電極の挿入が容易となり、挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損を防ぐことができる。また、細径部４ｄが設けられていることにより、リード電極を当接しながら保持することができ、レーザホルダ３に挿入された半導体レーザ２の位置を、より確実に定めることができるとともに、それぞれのリード電極を物理的・電気的により確実に分離することができる。さらに、細径部４ｄからリード電極出口４ｅにかけて逆テーパ状に拡径されているため、半田付けを行った場合に半田盛りが逆テーパ部分に入り込むことができ、半田不良を生じることがない。リード電極挿入口４ｃの径としては特に限定されないが、上記した半導体レーザ２のリード電極の線径が０．４５±０．１０ｍｍであり、１つの半導体レーザ２におけるリード電極のアノードとカソードとが、それぞれ２．５４ｍｍ程度離間されている場合には、たとえば１．４ｍｍ程度である。同様に、リード電極出口４ｅの径は、たとえば０．９ｍｍ程度であり、細径部４ｄの径は、たとえば０．７０ｍｍ程度である。

＜配線基材＞
配線基材６について説明する。配線基材６は、半導体レーザ２を電気的直列に配線する基材である。配線基材６を形成する材料としては特に限定されないが、フレキシブルプリント基板を採用することができる。フレキシブルプリント基板を構成する絶縁部６ａ（ベースフィルム）や導電部６ｂを構成する材料としては、公知のものを使用することができ、たとえば絶縁部６ａとしてはポリイミドフィルム、導電部６ｂとしては銅を採用することができる。

図５は、本実施の形態にかかる配線基材６の説明図である。図５に示されるように、導電部６ｂと絶縁部６ａとから構成される。導電部６ｂには、１つの半導体レーザ２のリード電極のアノードと、隣り合う半導体レーザ２のリード電極のカソードとが電気的に接続されるよう、アノードのリード電極とカソードのリード電極のそれぞれに対して、半導体レーザ２のリード電極を挿入する第１の貫通孔６ｃが設けられている。

図５では、横並びに４個の半導体レーザ２を配置したものを１列とし、その列を６列設けた場合の配線基材６の導電部６ｂの構成を示しており、隣り合う４個の半導体レーザ２が１列をなし、さらに、隣り合う２列が電気的直列に接続されてなる。このように、配線基材６を配置することにより、上記したインシュレータ４の連結部４ｂと配線基材６の導電部６ｂとが重なるように配置されることとなる。その結果、レーザアレイ光源ユニット１の内部空間において、配線基材６は、インシュレータ４の下に敷設された構成となり、半導体レーザ２より発生した熱を効率的に放熱する空間を充分に確保することができる。

配線基材６の第１の貫通孔６ｃの孔径は、インシュレータ４の貫通孔４ａを貫通した半導体レーザ２のそれぞれのリード電極が、容易に第１の貫通孔６ｃ内に挿入されるよう、インシュレータ４の細径部４ｄよりも大きく形成されてなることが好ましく、かつ、第１の貫通孔６ｃとリード電極の線径との差（リード電極の直径と第１の貫通孔６ｃとの挿入余裕幅の２倍）と、リード電極の直径との和にほぼ等しいことが好ましい。第１の貫通孔６ｃの孔径が、この程度の大きさで構成されていることにより、インシュレータ４の貫通孔４ａを貫通した半導体レーザ２のそれぞれのリード電極は、配線基材６の第１の貫通孔６ｃを容易に貫通することができ、かつ、半田付けをした際に半田不良を生じることもない。第１の貫通孔６ｃの孔径の具体例としては、上記した半導体レーザ２のリード電極の線径が０．４５±０．１０ｍｍであり、第１の貫通孔６ｃにリード電極を挿入した場合の挿入余裕幅が０．２５ｍｍ程度の場合には、たとえば０．９５ｍｍ程度となる。

配線基材６のうち、半導体レーザの各列に対してそれぞれ設けられた列配線部６ｅの幅は、上記した配線基材６の第１の貫通孔６ｃの孔径と、半田付けをした際の半田パターンの幅の２倍と、列配線部６ｅの余裕幅の２倍との和にほぼ等しいことが好ましく、かつ、インシュレータ４の幅とほぼ等しいことが好ましい。配線基材６の列配線部６ｅの幅が、この程度の幅で構成されていることにより、インシュレータ４が配置された箇所と重なる位置に配線基材６の列配線部６ｅが配置されることになり、配線基材６がレーザアレイ光源ユニット１の放熱に利用される空間を余分に占めることがなく、半導体レーザ２より発生した熱を効率的に放熱する空間を充分に確保することができる。配線基材６の列配線部６ｅの幅の具体例としては、上記した第１の貫通孔６ｃの孔径が０．９５ｍｍ程度であり、列配線部６ｅの余裕幅が０．４ｍｍ程度であり、半田パターンの幅が０．３ｍｍ程度の場合には、たとえば２．４ｍｍ程度となる。列配線部６ｅの幅と、インシュレータ４の幅とはほぼ等しいため、インシュレータ４の幅もたとえば２．４ｍｍ程度となる。

＜押さえ部材＞
押さえ部材５について説明する。押さえ部材５は、半導体レーザ２の本体部２ａと、レーザホルダ３の受け面３ｂとが接触するよう付勢する部材である。図１、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａに示されるように、押さえ部材５の貫通孔５ａは、半導体レーザ２の膨出部２ｄよりも大きな径を有し、かつ、縁部２ｅよりも小さな径を有する。そのため、押さえ部材５の貫通孔５ａに半導体レーザ２の膨出部２ｄを挿入して半導体レーザ２の本体部２ａをレーザホルダ３に付勢すると、半導体レーザ２より発生した熱が放熱される。押さえ部材５は、レーザホルダ３のねじ穴にねじを締め付けることにより、レーザホルダ３に固着されている。

押さえ部材５の材質としては特に限定されないが、保持と放熱性の観点から、図１にかかるレーザアレイ光源ユニット１では、バネ性のあるステンレス製の押さえ部材５が使用されている。このように、押さえ部材５を板ばねとして機能させて半導体レーザ２をレーザホルダ３に押さえつけたのち、半導体レーザ２のそれぞれのリード電極は、配線基材６と半田付けにより固着される。

＜冷却装置＞
冷却装置７について説明する。冷却装置７は、本発明にかかるレーザアレイ光源ユニット１の使用時において、それぞれの半導体レーザ２から発生する熱をより効率よく放熱するために予備的に設けられる。

冷却装置７の種類としては特に限定されず、風冷式、気体冷却式、相変化冷却式、液冷却式の各種冷却方式を採用した冷却装置を使用することができる。図１に示されるように、本実施の形態では、銅製のヒートパイプからなる冷却装置７が採用されている。

冷却装置７（放熱器、又は、ヒートシンク）の設置場所としては特に限定されず、たとえば半導体レーザ２のレーザ発光部２ｃから発せられるレーザの進路を阻害しない態様において、半導体レーザ２の斜め前方から風冷式の冷却装置を配置してもよく、図１に示されるようにレーザホルダ３の裏面（受け面３ｂが形成された面から見た反対面）に接触させてもよい。

レーザホルダ３と冷却装置７との位置関係について説明する。レーザホルダ３と冷却装置７とは、レーザホルダ３の裏面と冷却装置７とが接触している。すなわち、レーザホルダ３の裏面は、半導体レーザ２より発生した熱を放熱するための放熱面として機能する。また、冷却装置７において、当該レーザホルダ３の放熱面と接触する面は、受熱面として機能する。このように、放熱面と受熱面を接触させる構成としては、以下の構成を挙げることができる。

第１の態様としては、図６Ａ〜図６Ｄに示される。図６Ａ〜図６Ｄは、レーザホルダ３と冷却装置７との接触状態を説明する説明図であり、図６Ａはレーザアレイ光源ユニット１の全体図を示しており、図６Ｂは、図６Ａに示されたレーザアレイ光源ユニット１をＡ−Ａの位置で切断した切断図を示しており、図６Ｃは、図６Ａに示されたレーザアレイ光源ユニット１をＢ−Ｂの位置で切断した切断図を示しており、図６Ｄは、図６Ｃの切断図をほぼ側面方向から示している。図６Ｂ〜Ｄに示されるように、半導体レーザ２をインシュレータ４と配線基材６とを介してレーザホルダ３に取付けた状態において、レーザホルダ３の裏面には、配線基材６の第１の貫通孔６ｃより突出したリード電極よりも、突出長が長い冷却装置接触部３ｃを有している。冷却装置接触部３ｃは、レーザホルダ３の裏面から突出し、配線基材６の列配線部６ｅ間を通過している。配線基材６の裏面からの突出長について、冷却装置接触部３ｃとリード電極を比較すると冷却装置接触部３ｃの方が長い。そして、当該冷却装置接触部３ｃの端部が放熱面として機能し、冷却装置７の受熱面と接触している。このように、第１の態様では、冷却装置７の受熱面を平面で構成することができるため、冷却効率を向上させることができる。また、冷却装置７の受熱面の構造が単純であるため、製造コストを低減することができる。

第２の態様としては、図７Ａ〜図７Ｃに示される。図７Ａ〜図７Ｃは、レーザホルダ３と冷却装置７との接触状態を説明する説明図であり、図７Ａはレーザアレイ光源ユニットの全体図を示しており、図７Ｂは、図７Ａに示されたレーザアレイ光源ユニットをＡ−Ａの位置で切断した切断図を示しており、図７Ｃは、図７Ａに示されたレーザアレイ光源ユニットをＢ−Ｂの位置で切断した切断図を示している。図７Ｂおよび図７Ｃに示されるように、半導体レーザ２をインシュレータ４と配線基材６とを介してレーザホルダ３に取付けた状態において、レーザホルダ３の裏面に突出したリード電極の余分は、冷却装置７に設けられた凹部７ａに挿入されている。凹部７ａは、リード電極が冷却装置７と非接触状態で挿入され得る深さを有するよう構成されている。そして、レーザホルダ３の裏面が放熱面となり、冷却装置７の受熱面と接触している。図６Ｃおよび図６Ｄに示される第１の態様と比較して明らかなように、このように冷却装置７に凹部７ａを設けることによって、冷却装置７を小型にすることができる。その結果、レーザアレイ光源ユニットそのものも小型化することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニットの構成について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態にかかる配線基材６とレーザホルダ３との位置を説明する説明図である。図８に示されるように、配線基材６は、リード電極を挿入する第１の貫通孔６ｃとは異なる第２の貫通孔６ｄを有し、当該第２の貫通孔６ｄは、レーザホルダ３に設けられた基準ピン３ｅを通す孔である。基準ピン３ｅが第２の貫通孔６ｄを貫通した状態において、配線基材６に設けられた第１の貫通孔６ｃは、インシュレータ４の貫通孔４ａと対応する位置に配置されるよう構成されている。なお、かかる構成以外については実施の形態１において説明した構成を採用することができるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。

このように、配線基材６に第２の貫通孔６ｄを設け、レーザホルダ３の基準ピン３ｅを貫通させることで、自動的に第１の貫通孔６ｃとインシュレータ４の貫通孔４ａが対応する位置に位置決めされる。その結果、インシュレータ４の貫通孔４ａに半導体レーザ２のリード電極が挿入される際の挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損をより確実に防ぐことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニットの構成について、図９Ａおよび図９Ｂを参照しながら説明する。図９Ａは、本実施の形態にかかる配線基材６とレーザホルダ３と冶具８との位置を説明する説明図であり、図９Ｂは、配線基材６とレーザホルダ３との位置を説明する説明図であり、冶具８を取り外した状態における配線基材６とレーザホルダ３との位置関係を説明するために示している。ここでいう冶具８とは、実際の製造工程において、レーザアレイ光源ユニットを組み立てる際に使用される部材である。

この場合、図９Ａに示されるように、配線基材６は、リード電極を挿入する第１の貫通孔６ｃとは異なる第２の貫通孔６ｄを有し、当該第２の貫通孔６ｄには、レーザホルダ３に設けられた基準孔３ｄとともに、冶具８に設けられた基準ピン８ａが通される。基準ピン８ａがレーザホルダ３の基準孔３ｄと、配線基材６の第２の貫通孔６ｄを貫通した状態において、配線基材６に設けられた第１の貫通孔６ｃは、インシュレータ４の貫通孔４ａと対応する位置に配置されるよう構成されている。なお、かかる構成以外については実施の形態１において説明した構成を採用することができるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。

このように、配線基材６に第２の貫通孔６ｄを設け、レーザホルダ３の基準孔３ｄとともに冶具８の基準ピン８ａを貫通させることで、自動的に第１の貫通孔６ｃとインシュレータ４の貫通孔４ａとが対応する位置に位置決めされる。その結果、インシュレータ４の貫通孔４ａに半導体レーザ２のリード電極が挿入される際の挿入ミスや、挿入ミスに起因するリード電極の破損をより確実に防ぐことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態にかかるプロジェクタについて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明にかかるレーザアレイ光源ユニット１を使用したプロジェクタ９の構成を説明する模式図である。図１０に示されるように、それぞれの半導体レーザ２から発せられた光は、それぞれの半導体レーザ２の前に設けられたコリメートレンズ１０によりコリメートされた後、集光レンズ１１を通過する。その後、ダイクロイックミラー１２と第１コンデンサレンズ群１３ａを透過し、緑の蛍光体が塗布された蛍光体ホイール１４に励起され、半導体レーザ光と反対方向に緑色が発光する。発光した光は、第１コンデンサレンズ群１３ａを戻り、緑反射ダイクロイックミラー１２Ｇで反射され、青反射ダイクロイックミラー１２Ｂ、赤反射ダイクロイックミラー１２Ｒ、第２コンデンサレンズ１３ｂを透過し、ロッドインテグレータ１６に入射される。青色ＬＥＤ１５Ｂと赤色ＬＥＤ１５Ｒは、第１コンデンサレンズ群１３ａを透過し、青反射ダイクロイックミラー１２Ｂ、および赤反射ダイクロイックミラー１２Ｒで各色のＬＥＤ光を反射し、第２コンデンサレンズ１３ｂを透過し、ロッドインテグレータ１６に入射される。ロッドインテグレータ１６を経て均一化された光は、リレーレンズ１７および反射レンズ１８を経てＤＭＤ１９（デジタルマイクロミラーデバイス）を通過する。ＤＭＤ１９を通過した光は投射レンズ２０を通過し、対象物に投射される。

なお、本発明のレーザアレイ光源ユニットは、プロジェクタ以外にも、複写機、ファクシミリ、プリンタ、デジタルラボなどの各種画像形成装置の操作光学系に使用することができる。

本発明のレーザアレイ光源ユニットは、複数の半導体レーザから発せられる熱が効率的に放熱されるよう配置されたレーザアレイ光源ユニットであり、半導体レーザより発生した熱を効率的に放熱することができ、かつ、組立が容易であり、さらに、複数の半導体レーザを密に配置した場合であっても物理的・電気的に分離した構成を有するレーザアレイ光源ユニットを提供することができるため、たとえばプロジェクタ等に使用する画像形成装置の操作光学系等に用いることができる。

１ レーザアレイ光源ユニット
２ 半導体レーザ
２ａ 本体部
２ｂ 足部
２ｃ レーザ発光部
２ｄ 膨出部
２ｅ 縁部
２ｆ 切欠き
３ レーザホルダ
３ａ、４ａ、５ａ 貫通孔
３ｂ 受け面
３ｃ 冷却装置接触部
３ｄ 基準孔
３ｅ、８ａ 基準ピン
４ インシュレータ
４ｂ 連結部
４ｃ リード電極挿入口
４ｄ 細径部
４ｅ リード電極出口
４ｆ 電極挿入部
５ 押さえ部材
６ 配線基材
６ａ 絶縁部
６ｂ 導電部
６ｃ 第１の貫通孔
６ｄ 第２の貫通孔
６ｅ 列配線部
７ 冷却装置
７ａ 凹部
８ 冶具
９ プロジェクタ
１０ コリメートレンズ
１１ 集光レンズ
１２Ｇ 緑反射ダイクロイックミラー
１２Ｂ 青反射ダイクロイックミラー
１２Ｒ 赤反射ダイクロイックミラー
１３ａ 第１コンデンサレンズ群
１３ｂ 第２コンデンサレンズ
１４ 蛍光体ホイール
１５Ｂ 青色ＬＥＤ
１５Ｒ 赤色ＬＥＤ
１６ ロッドインテグレータ
１７ リレーレンズ
１８ 反射レンズ
１９ ＤＭＤ
２０ 投射レンズ

Claims (10)

1. 本体部と、２本のリード電極からなる足部とからなる複数の半導体レーザと、
   該半導体レーザの本体部を保持する受け面を有し、前記半導体レーザの足部を挿入する貫通孔を備えたレーザホルダと、
   前記半導体レーザを前記レーザホルダに固定するための押さえ部材と、
   前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する貫通孔が形成された電極挿入部を複数有するインシュレータと、
   前記複数の半導体レーザの少なくとも２個以上を電気的直列に接続するための配線基材とを含み、
   前記インシュレータは、前記複数の半導体レーザの配列方向と同方向に、前記電極挿入部の間を接続するための連結部を有し、
   前記配線基材には、前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する第１の貫通孔が設けられてなることを特徴とするレーザアレイ光源ユニット。
2. 前記レーザホルダには、前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に放熱面が形成され、
   該放熱面と接触する受熱面を有する冷却装置がさらに含まれてなる請求項１記載のレーザアレイ光源ユニット。
3. 前記リード電極を挿入する前記インシュレータの貫通孔は、
   前記リード電極を挿入するリード電極挿入口と、
   挿入方向に沿ってテーパ状に縮径されて形成された細径部と、
   該細径部から逆テーパ状に拡径されたリード電極出口とを有することを特徴とする請求項１記載のレーザアレイ光源ユニット。
4. 前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する、前記配線基材の第１の貫通孔の孔径は、前記インシュレータの貫通孔の細径部よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のレーザアレイ光源ユニット。
5. 前記配線基材のうち、前記インシュレータに沿って配列された半導体レーザの各列に対してそれぞれ設けられた列配線部の幅は、前記インシュレータの幅とほぼ等しいことを特徴とする請求項４記載のレーザアレイ光源ユニット。
6. 前記インシュレータの前記連結部は、前記電極挿入部の前記リード電極出口が形成された面と面一に形成されてなることを特徴とする請求項５に記載のレーザアレイ光源ユニット。
7. 前記配線基材は、前記リード電極を挿入する第１の貫通孔とは異なる第２の貫通孔を有し、
   該第２の貫通孔は、
   前記レーザホルダに基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
   前記第２の貫通孔に前記基準ピンが挿入された状態において、前記配線基材に設けられた前記第１の貫通孔が、前記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置される請求項６記載のレーザアレイ光源ユニット。
8. 前記配線基材は、前記リード電極を挿入する第１の貫通孔とは異なる第２の貫通孔を有し、
   該第２の貫通孔は、
   前記レーザホルダに基準孔が設けられ、かつ、該レーザホルダを保持するために用いられる冶具に前記基準孔に通す基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
   前記第２の貫通孔および前記基準孔に前記基準ピンが挿入された状態において、前記配線基材に設けられた前記第１の貫通孔が、前記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置される請求項６記載のレーザアレイ光源ユニット。
9. 前記複数の半導体レーザを、前記インシュレータと前記配線基材とを介して前記レーザホルダに取付けた状態において、
   前記レーザホルダは、前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に、前記配線基材の第１の貫通孔より突出した前記半導体レーザのそれぞれのリード電極よりも突出長が大きい冷却装置接触部を有し、
   該冷却装置接触部の端部に形成された放熱面と、前記冷却装置の受熱面とが接触することを特徴とする請求項２記載のレーザアレイ光源ユニット。
10. 前記複数の半導体レーザを、前記インシュレータと前記配線基材とを介して前記レーザホルダに取付けた状態において、
    前記冷却装置は、前記配線基材の第１の貫通孔より突出した前記半導体レーザのそれぞれのリード電極が前記冷却装置と非接触状態で挿入され得る深さの凹部を有し、
    前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に形成された放熱面と、前記冷却装置の受熱面とが接触することを特徴とする請求項２記載のレーザアレイ光源ユニット。

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