JP2013007805A - Light source unit, manufacturing method thereof, and beam shaping lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットとその製造方法およびこれに用いられるビーム整形レンズに関する。 The present invention relates to a light source unit using a semiconductor laser, a manufacturing method thereof, and a beam shaping lens used therefor.
一般に半導体レーザを用いた光源ユニットは、半導体レーザから出射される光線が、半導体接合面の平行方向と垂直方向とで広がり角が異なり楕円光束となるため、この楕円光束のアスペクト比を調整し円光束に変換させるビーム整形レンズが必要となる。 In general, in a light source unit using a semiconductor laser, the light beam emitted from the semiconductor laser becomes an elliptical light beam with different divergence angles between the parallel direction and the vertical direction of the semiconductor junction surface. A beam shaping lens to be converted into a light beam is required.
そして、楕円光束のアスペクト比を調整する場合、半導体レーザから出射される光線の光軸とビーム整形レンズの光軸を一致させるだけでなく、ビーム整形レンズの光軸を回転軸として回転調整し楕円光束のアスペクト比をキャンセルするように設定する必要がある。 When adjusting the aspect ratio of the elliptical luminous flux, not only make the optical axis of the light beam emitted from the semiconductor laser coincide with the optical axis of the beam shaping lens, but also adjust the rotation with the optical axis of the beam shaping lens as the rotation axis. It is necessary to set so as to cancel the aspect ratio of the luminous flux.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
As prior art document information related to the invention of this application, for example,
しかしながら、このような光源ユニットは、半導体レーザやビーム整形レンズを、基台の上で一体化する構造であるため、基台上に半導体レーザを配置し、その後、ビーム整形レンズを、半導体レーザからの出射光線の状態を確認しながら位置決めしなければならず、プロジェクタなどの高出力用途においては、半導体レーザの出力の安定や出射後の冷却などで、調整作業に時間がかかってしまうという問題があった。 However, since such a light source unit has a structure in which a semiconductor laser and a beam shaping lens are integrated on a base, the semiconductor laser is arranged on the base, and then the beam shaping lens is separated from the semiconductor laser. In high-power applications such as projectors, there is a problem that adjustment work takes time due to stabilization of the output of the semiconductor laser and cooling after emission. there were.
そこで、本発明はこのような問題を解決し、光源ユニットの調整作業にかかる時間を短縮することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve such problems and to shorten the time required for the light source unit adjustment work.
そして、この目的を達成するために本発明は、基台と、基台に配置された半導体レーザと、基台に配置されて半導体レーザから出射された楕円光束のアスペクト比を調節するビーム整形レンズを備えた光源ユニットにおいて、ビーム整形レンズは、アスペクト比を調節する光学機能部と、この光学機能部の外周に設けたフランジ部を有し、フランジ部にビーム整形レンズの位置合わせ用の補助レンズを設けたのである。 In order to achieve this object, the present invention includes a base, a semiconductor laser disposed on the base, and a beam shaping lens that adjusts the aspect ratio of an elliptical light beam disposed on the base and emitted from the semiconductor laser. The beam shaping lens has an optical function part for adjusting the aspect ratio and a flange part provided on the outer periphery of the optical function part, and an auxiliary lens for aligning the beam shaping lens on the flange part. Is provided.
この構造により本発明は、光源ユニットの調整作業にかかる時間を短縮することが出来るのである。 With this structure, the present invention can shorten the time required for adjusting the light source unit.
以下、本発明の一実施の形態における光源ユニットについて図を用いて説明する。 Hereinafter, a light source unit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2は、半導体レーザ1とビーム整形レンズ2を基台3の主面上で一体化した光源ユニット4を示したものであり、半導体レーザ1から出射された楕円光束の発散光をビーム整形レンズ2によりアスペクト比を調整し円光束の平行光に変換して出射する機能を有している。
FIGS. 1 and 2 show a light source unit 4 in which a
また、ビーム整形レンズ2は、半導体レーザ1から出射された光線のアスペクト比を調整するため、そのレンズ構造を、半導体の接合面と水平な方向と垂直な方向とで開口数が異ならせるように、入射面には図3の破線5で示すような縦長の楕円形状レンズを配置し、出射面には実線6で示すような横長の楕円形状レンズを配置して、単一レンズで所望のビーム整形を実現している。なお、これらアスペクト比を調節する楕円形状レンズを光学機能部7と定義し、その外周に位置する平坦な領域を外部接続用のフランジ部8と定義する。
Further, the
そして、このような光源ユニット4を組み立てるには、まず半導体レーザ1を基台3の所定位置に配置する。なお、半導体レーザ1は、CANタイプやサブマウント実装タイプなど様々なタイプが存在するが、半導体レーザ1の位置および角度は、基台3に設けた当て面やボンディングに用いるはんだの厚さ等の制御により高精度な実装可能であり、従って、基台3に対する半導体レーザ1から出射された光線の光軸もまた高い精度で決定される。
In order to assemble such a light source unit 4, first, the
次いでビーム整形レンズ2を配置するのであるが、このとき半導体レーザ1の光軸に対してビーム整形レンズ2の光軸を一致させることと、ビーム整形レンズ2の焦点を半導体レーザ1の出射面に一致するようにビーム整形レンズ2と半導体レーザ1の間隔をあわせることと、ビーム整形レンズ2の直交する開口数の向き(以下、アスペクト比の方向と称す)を楕円光束のアスペクト比をキャンセルするようにビーム整形レンズ2の光軸を回転軸とした回転方向をあわせることが求められる。
Next, the
そして、このビーム整形レンズ2においては、光学機能部7の外周に位置するフランジ部8に一対の補助レンズ9をビーム整形レンズのアスペクト比の方向を示すように、実線6の楕円形状レンズの長軸上に対称配置したことにより、先に述べた光軸調整、間隔調整および回転調整といったビーム整形レンズ2の配置にまつわる調整作業を、半導体レーザ1を用いることなく行うことができ、調整作業にかかる時間を短縮することが出来るのである。
In this
すなわち、ビーム整形レンズ2を基台3に配置する際、フランジ部8の平坦面と半導体レーザ1の出射面あるいは基台3の壁面を用いて、これらの平行度や間隔により光軸調整や間隔調整の粗調整ができ、また、フランジ部8に一対の補助レンズ9を形成することで、このビーム整形レンズ2のアスペクト比の方向を示す補助レンズ9が、ビーム整形レンズ2の光軸を中心とした回転方向の位置を示すマークとなり、ビーム整形レンズ2の回転方向の粗調整に用いることができる。
That is, when the
さらに、この補助レンズ9に対して、半導体レーザ1とは異なる調整用光源(特に図示せず)から調整用光線10を出射して、その結像状態を観察することで微調整を行うことができる。この、ビーム整形レンズ2の配置における微調整は、粗調整された一対の補助レンズ9に対して、図4、図5に示すように半導体レーザ1とは異なる調整用光源(特に図示せず)から調整用光線10を出射し、その結像状態たとえば半導体レーザ1の出射端面に沿った基台3の壁面の現れる調整用光線の集光点の形状や大きさや位置を観察することで、先に述べた光軸調整、間隔調整および回転調整を精度よく確認しながら位置決めし、その後UV接着剤12などを用いて接着固定することができる。これにより従来の課題となっていた調整作業における半導体レーザ1の出力安定化や冷却に要する時間を大幅に削減することができる。
Further, fine adjustment can be performed on the
また、ビーム整形レンズ2の光軸調整は、半導体レーザ1とビーム整形レンズ2の光軸が平行で側方にずれる横ズレと、光軸が傾く傾斜ズレに大別され、前者の横ズレについては、調整用光線の集光点の位置合わせを行えばよく、後者の傾斜ズレに対しては、図4に示すように、調整用光線10が補助レンズ9に対して斜め入射となるため、その集光点における結像状態に、コマ収差や集光位置の位置ずれが生じるため、これらを確認しながら微調整することができる。
The optical axis adjustment of the
また、回転調整についても、ビーム整形レンズ2の回転方向がズレるものであることから、上述した横ズレの調整と同様に、集光点の位置ズレの修正により微調整することができる。
In addition, since the rotation direction of the
また、半導体レーザ1とビーム整形レンズ2との間隔調整については、図5に示すように、補助レンズ9により集光される調整用光線10のビーム径が所定の大きさとなることを確認することで微調整できる。なお、このビーム径を観察するにあたっては、基台3に調整用光線10が照射される壁面領域が設けられている。
Further, regarding the adjustment of the distance between the
この場合、ビーム整形レンズ2と半導体レーザ1との間隔が狭かったり広かったりすると調整用光線10の集光位置でのビーム径が大きくなり、これとは逆に集光位置でのビーム径が最小のときにビーム整形レンズ2の焦点距離とこの間隔が一致することになるので、この光源ユニット4におけるビーム整形レンズ2に求める光学特性の許容範囲となるように焦点径を調節するのである。
In this case, if the distance between the
なお、このようにビーム整形レンズ2の結像状態を確認する方法としては、所期の集光位置となる基台3の壁面に、調整用光線の結像点として許容できる径の貫通孔を設けることで、貫通孔に対する調整用光線のはみ出しを確認することでも微調整することができる。
As a method for confirming the image formation state of the
また、この微調整に用いる調整用光源としては、He−Neレーザなどの低パワーで可視光の平行拘束を出射する光源を用いることが好ましく、半導体レーザ1とビーム整形レンズ2が近接することから考えて調整用光源はビーム整形レンズ2の出射面側に配置し、補助レンズ9を介した調整用光線10を基台3の壁面に集光させることが好ましい。
Moreover, as the light source for adjustment used for this fine adjustment, it is preferable to use a light source that emits a parallel constraint of visible light with a low power such as a He—Ne laser, because the
なお、ビーム整形レンズ2に補助レンズ9を設けるには、ビーム整形レンズ2の基本構成となる入射面や出射面と同じ成形工程で成形することが望ましい。なぜなら、上述したようにビーム整形レンズ2は、入射面と出射面のそれぞれのアスペクト比の方向が直行するもので、このアスペクト比の方向を示すマークとして補助レンズ9を用いるのであるから、それぞれを個別に成形していては高精度な位置合わせが困難となるからである。
In order to provide the
そこで、これらを一体に成形する方法としては、一般的な光学レンズの成形方法である図6に示すような成形装置11を用いた光学材料12のモールド成形において、成形装置11が、ビーム整形レンズ2の入射面を成形する上金型13と、出射面を成形する下金型14と、これらの摺動規制を行うとともにビーム整形レンズ2の外周側面を成形する胴型15から構成され、下金型14の所定位置に補助レンズ9を形成するための成形面(特に図示せず)を設けておくことで、補助レンズ9が入射面や出射面の光学機能部7と一体に成形されるため、光学機能部7に対して補助レンズ9の位置精度が高められ、かつ、量産において高い再現性を確保することが出来る。
Therefore, as a method of integrally molding them, in the molding of the
本発明は、基台上で半導体レーザとビーム整形レンズを一体化した光源ユニットにおいて、生産性を高めることができるという効果を有し、特にレーザービームプロジェクタなどの高出力用途の光源ユニットにおいて有用となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect of improving productivity in a light source unit in which a semiconductor laser and a beam shaping lens are integrated on a base, and is particularly useful in a light source unit for high output applications such as a laser beam projector. Become.
1 半導体レーザ
2 ビーム整形レンズ
3 基台
4 光源ユニット
7 光学機能部
8 フランジ部
9 補助レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011139085A JP2013007805A (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Light source unit, manufacturing method thereof, and beam shaping lens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011139085A JP2013007805A (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Light source unit, manufacturing method thereof, and beam shaping lens |
Publications (1)
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---|---|
JP2013007805A true JP2013007805A (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=47675228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011139085A Withdrawn JP2013007805A (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Light source unit, manufacturing method thereof, and beam shaping lens |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2013007805A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2019116469A1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-12-19 | 三菱電機株式会社 | Optical element and parallel light generator |
-
2011
- 2011-06-23 JP JP2011139085A patent/JP2013007805A/en not_active Withdrawn
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