JP2013008764A

JP2013008764A - 光源ユニット及びその製造方法ならびにビーム整形レンズ

Info

Publication number: JP2013008764A
Application number: JP2011139086A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Sakamoto; 達彦坂本; Tomoya Sugita; 知也杉田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】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。
【解決手段】この目的を達成するために、基台３と、基台３に配置された半導体レーザ１と、基台３に配置されて半導体レーザ１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２を備えた光源ユニット４において、ビーム整形レンズ２の外周側面に一対の反射平面７を設けた構成とした。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

特開平９−２５８０９９号公報

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。

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。

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、基台に配置されるとともに、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、ビーム整形レンズの外周側面に一対の反射平面を設けたのである。

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。

本発明に係る光源ユニットの側面図同光源ユニットの上面図同光源ユニットを構成するビーム整形レンズの正面図同ビーム整形レンズの配置における光軸調整方法を示す模式図同ビーム整形レンズの配置における回転調整方法を示す模式図同ビーム整形レンズの成形装置を示す模式図同成形装置を構成する胴型を示す断面図他の実施形態におけるビーム整形レンズの正面図

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。

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。

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の実線５で示すような縦長の楕円形状レンズを配置し、出射面には破線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の所定位置に配置し、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。

そして、このビーム整形レンズ２においては、ビーム整形レンズ２の外周側面に一対の反射平面７を設けたことにより、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。

すなわち、ビーム整形レンズ２の外周側面に一対に反射平面７を形成すれば、この反射平面７がビーム整形レンズ２のアスペクト比の方向を示す基準マークとすることができ、上述した各調整における粗調整に用いることができるとともに、さらに、この反射平面７に半導体レーザ１とは異なる別光源（特に図示せず）からの光線を照射してその反射光線を観察することで微調整を行うことができ、調整作業を簡易にできる。

具体的には、図３に示すように、反射平面７をビーム整形レンズ２のアスペクト比の方向を示すために、入射面に設けられた楕円形状レンズの長手方向を中心軸８として一対の反射平面７を対称配置したことで、図２に示すように一対の反射平面７を結ぶ線９と半導体レーザ１との出射面との平行度や間隔が粗調整できる。

そして、この粗調整の後の微調整については、粗調整されたビーム整形レンズ２に設けられた一対の反射平面７に対して、図４、図５に示すように半導体レーザ１とは異なる別光源（特に図示せず）からの調整用光線１０を照射し、その反射光線１１を観察することで、一対の反射平面７からの反射光線１１の位置関係や位相関係を基にして、先に述べたビーム整形レンズ２と半導体レーザ１の出射面との平行度や間隔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ればよく、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出来る。

なお、光軸調整におけるビーム整形レンズ２の光軸方向への倒れによる光軸ズレについては、図４に示すように、レンズ倒れが起こっている場合には、反射平面７が調整用光線１０に対して傾斜するため、反射光線１１が調整用光線１０と異なる向きに反射されてしまい、後段の検出素子（特に図示せず）で反射光線１１が確認できず、倒れ角が小さくなるように調整することで、反射光線１１と調整用光線１０との向きが近接してくるので微調整することができる。

また、回転調整についても、図５に示すように、ビーム整形レンズ２の回転方向がずれている場合には、反射平面７が調整用光線１０に対して傾斜するため、反射光線１１が調整用光線１０と異なる向きに反射されてしまい、後段の検出素子（特に図示せず）で反射光線１１が確認できず、反射光線１１と調整用光線１０との向きが近接してくるようにビーム整形レンズ２を回転させることで微調整することができる。

なお、このようにビーム整形レンズ２の調整作業を基台３に対する配置方向、つまり、上方から行うことで、従来のビーム整形レンズ２の光軸方向から行う場合に比べ格段に作業性を向上させることができた。

また、この微調整に用いる別光源としては、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い。

なお、ビーム整形レンズ２の外周側面に反射平面７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反射平面７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。

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１３を用いた光学材料１４のモールド成形において、成形装置１３の所定位置に反射平面７を形成するための凸状平面１５を設けておくことで、凹状の反射平面７が入射面や出射面と一体に成形されるため、入射面や出射面に対して反射平面７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。

なお、反射平面７を凸状に成形するためには成形装置１３に凹状の成形面を加工しなければならず加工性が悪くなるため、反射平面７は上述した凸状平面１５により成形される凹部の底面部分を反射平面７として活用することが好ましい。

また、成形装置１３に対する凸状平面１５の具体的な成形方法としては、入射面を成形する上金型１６と、出射面を成形する下金型１７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１８を備えた成形装置１３に、あらかじめ胴型１８の所定の位置に、図７に示すように貫通孔１９を設け、この貫通孔１９に柱状金型２０を挿入して先端部分を胴型の内周面から突出させて固定することで、この柱状金型２０の突出部分の先端面が上述した凸状平面１５となり、成形後のレンズ外周側面にこの凸状平面１５が転写され、この凸状平面１５の転写面にミラーコート（特に図示せず）を成形することで反射平面７を成形することが出来る。

なお、上述したビーム整形レンズ２の微調整においては、別光源からの微調整用の調整用光線１０が光源ユニット４の上側の一方向から照射する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、図８に示すように一対の反射平面７を、ビーム整形レンズ２の対向する外周側面に対称配置し、それぞれの反射平面７に対して微調整用の調整用光線１０を照射し反射光線１１との状態を確認することで微調整できるというように、ビーム整形レンズ２の外周側面に異なる開口数の方向を認識可能な一対の反射平面７を設けることにより調整作業にかかる時間を短縮することが出来る。

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。

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反射平面

Claims

基台と、この基台に配置された半導体レーザと、前記基台に配置されて前記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、前記ビーム整形レンズの外周側面に一対の反射平面を設けたことを特徴とする光源ユニット。
ビーム整形レンズの外周側面に凹部を設け、この凹部の底面を反射平面としたことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
基台と、この基台に配置された半導体レーザと、前記基台に配置されて前記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と、前記ビーム整形レンズの外周側面に設けた一対の反射平面を備えた光源ユニットの製造方法であって、前記半導体レーザを基台に配置する第１工程と、前記半導体レーザが配置された基台にビーム整形レンズを配置する第２工程を有し、前記第２工程は前記反射平面の位置により前記ビーム整形レンズの位置決めの粗調整を行い、次いで前記反射平面に前記半導体レーザとは異なる別光源からの光線を照射し、反射光線により前記ビーム整形レンズの微調整を行うことを特徴とする光源ユニットの製造方法。
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であって、前記ビーム整形レンズの外周側面に一対の反射平面を平行に設けたことを特徴とするビーム整形レンズ。