JP2013140837A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体レーザ装置を用いた熱引きの良い光源装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体レーザ装置を用いた光源装置であって、前記複数の半導体レーザ装置が配置される保持部材を備え、前記複数の半導体レーザ装置のうちの少なくとも１つの半導体レーザ装置は、前記保持部材を前面視した際に隣り合う半導体レーザ装置との光軸方向における相対位置が、前記隣り合う半導体レーザ装置との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置よりも大きくなるように、前記保持部材に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、複数の半導体レーザ装置を用いた光源装置に関する。

従来、複数の半導体レーザ装置を用いた光源装置が提案された（特許文献１参照）。

特開２００５−２０６６３号公報

しかしながら、上記従来の光源装置には、熱引きが悪く、使用時間の経過に伴って半導体レーザ装置の温度が上昇し、光出力が大幅に低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、複数の半導体レーザ装置を用いた熱引きの良い光源装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

本発明は、複数の半導体レーザ装置を用いた光源装置であって、前記複数の半導体レーザ装置が配置される保持部材を備え、前記複数の半導体レーザ装置のうちの少なくとも１つの半導体レーザ装置は、前記保持部材を前面視した際に隣り合う半導体レーザ装置との光軸方向における相対位置が、前記隣り合う半導体レーザ装置との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置よりも大きくなるように、前記保持部材に配置されている、ことを特徴とする光源装置である。

また、本発明は、前記半導体レーザ装置は、コリメータレンズ一体型である、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記保持部材の前面及び後面には凹部がそれぞれ設けられており、前記複数の半導体レーザ装置は、前記凹部にそれぞれ配置されている、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記凹部の少なくとも１つは、その内径が半導体レーザ装置の外径に応じて形成されている、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記凹部の少なくとも１つは、その深さが半導体レーザ装置の厚みに応じて形成されている、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記保持部材の前面と後面との少なくとも一方に放熱部材が取り付けられている、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記半導体レーザ装置は、ステムを有し、前記放熱部材は、前記半導体レーザ装置のステムに当接している、ことを特徴とする上記の光源装置である。

また、本発明は、前記半導体レーザ装置は、前記放熱部材によって前記ステムを押さえつけられることにより前記保持部材に保持されている、ことを特徴とする上記の光源装置である。

本発明によれば、複数の半導体レーザ装置を用いた熱引きの良い光源装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光源装置の概略前面斜視図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の概略断面斜視図（図１中のＡ−Ａ断面）である。 本発明の実施形態に係る光源装置の概略断面図（図１中のＡ−Ａ断面）である。 ２つの半導体レーザ装置の相対位置を説明する概略図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る光源装置の概略前面斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係る光源装置の概略断面斜視図（図１中のＡ−Ａ断面）である。また、図３は、本発明の実施形態に係る光源装置の概略断面図（図１中のＡ−Ａ断面）であり、図３（ａ）は各種部材を保持部材に取り付ける前の概略を示す図、図３（ｂ）は各種部材を保持部材に取り付けた後の概略を示す図である。

図１、図２、図３に示すように、本発明の実施形態に係る光源装置１１は、複数の半導体レーザ装置１３を用いた光源装置１１であって、複数の半導体レーザ装置１３と、複数の半導体レーザ装置１３が配置される保持部材１５と、を備えている。

複数の半導体レーザ装置１３は、保持部材１５を前面視した際に隣り合う半導体レーザ装置１３との光軸方向における相対位置が、隣り合う半導体レーザ装置１３との光軸方向に垂直な方向における相対位置よりも大きくなるように、保持部材１５に配置されている。

「光軸方向」とは、隣り合う半導体レーザ装置との相対位置を測定するために取り上げた半導体レーザ装置の光軸と平行な方向である。半導体レーザ装置の光軸は、その半導体レーザ装置が含む半導体レーザ素子の光出射端面に垂直な軸と定義することができる。

図４は、２つの半導体レーザ装置の相対位置を説明する概略図であり、図４（ａ）は、２つの半導体レーザ装置の光軸方向が平行である場合を示す図、図４（ｂ）は、平行でない場合を示す図である。

まず、２つの半導体レーザ装置の光軸方向が平行である場合について説明する。

図４（ａ）において、半導体レーザ装置１３１と半導体レーザ装置１３２とは、保持部材１５を前面視した際に隣り合う関係にある。半導体レーザ装置１３１の光軸方向Ｘ１と半導体レーザ装置１３２の光軸方向Ｘ２とは、平行である。

半導体レーザ装置１３１の半導体レーザ装置１３２との光軸方向Ｘ１（半導体レーザ装置１３１の光軸方向）における相対位置は、Ａである。また、半導体レーザ装置１３１の半導体レーザ装置１３２との光軸方向Ｘ１（半導体レーザ装置１３１の光軸方向）に垂直な方向における相対位置は、Ｂである。

次に、２つの半導体レーザ装置の光軸方向が平行でない場合について説明する。

図４（ｂ）において、半導体レーザ装置１３１と半導体レーザ装置１３２とは、保持部材１５を前面視した際に隣り合う関係にある。半導体レーザ装置１３１の光軸方向Ｘ１と半導体レーザ装置１３２の光軸方向Ｘ２とは、平行ではない。

半導体レーザ装置１３１の半導体レーザ装置１３２との光軸方向Ｘ１（半導体レーザ装置１３１の光軸方向）における相対位置は、Ａである。また、半導体レーザ装置１３１の半導体レーザ装置１３２との光軸方向Ｘ１（半導体レーザ装置１３１の光軸方向）に垂直な方向における相対位置は、Ｂである。

以上、２つの半導体レーザ装置の光軸方向が平行である場合と平行でない場合とについて説明したが、本発明の実施形態においては、いずれの場合であっても、半導体レーザ装置１３１は、半導体レーザ装置１３２との相対位置Ａが相対位置Ｂよりも大きくなるように保持部材１５に配置される。

なお、本発明の実施形態では、半導体レーザ装置が備えるステムの底面における中心を基準にして半導体レーザ装置の相対位置Ａ、Ｂを求める形態について説明したが、本発明には、他の箇所を基準にして半導体レーザ装置の相対位置を求める形態も含まれる。

以上、本発明の実施形態に係る光源装置１１について説明したが、本発明の実施形態に係る光源装置１１によれば、複数の半導体レーザ装置１３が、光源装置１１から光が出射する方向に垂直となる方向においては密に配置されるが、光源装置１１から光が出射する方向においては疎に配置されるため、半導体レーザ装置１３で生じた熱を効率よく外部に逃がすことができ、複数の半導体レーザ装置１３を用いた熱引きの良い光源装置１１を提供することができる。

なお、以上の説明では、複数の半導体レーザ装置１３のすべてが上記した相対位置に従って配置される形態について説明したが、複数の半導体レーザ装置１３の少なくとも１つが上記した相対位置に従って配置される形態も含まれる。

以下、より詳細に説明する。

［半導体レーザ装置］
半導体レーザ装置１３は、ステム１７と、ステム１７に載置された半導体レーザ素子１９と、半導体レーザ素子１９を封止するキャップ２１と、リードピン２３と、を備えている。

半導体レーザ素子１９としては、可視光、紫外光、赤外光など任意の発振波長（発光色）のものを選択することができる。例えば、紫外光、青色、緑色の可視光を発振可能な半導体レーザ素子としては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体（ＺｎＳｅなど）や窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものが挙げられる。また、赤色光を発振可能な半導体レーザ素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いたものが挙げられる。さらに、これ以外の材料からなる半導体レーザ素子を用いることもでき、目的や用途に応じて、発振波長や個数等を適宜選択することができる。

なお、後述するように、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置１３は、コリメータレンズ２５をキャップ２１に含むコリメータレンズ一体型の半導体レーザ装置１３である。コリメータレンズ一体型の半導体レーザ装置１３は、平行光を出射可能な半導体レーザ装置１３の一例である。

［コリメータレンズ］
コリメータレンズ２５は、半導体レーザ素子１９から出射した光を平行光にする部材の一例である。

コリメータレンズ２５などの半導体レーザ素子１９から出射した光を平行光にする部材を用いれば、半導体レーザ素子１９から出射した光を平行光にして、周囲の部材（後述する貫通孔２９、３３の内壁）などでの光損失を抑制することができるため、半導体レーザ装置１３を光軸方向においてずらし易くなる。

本発明の実施形態では、コリメータレンズ２５が、半導体レーザ装置１３のキャップ２１に含まれている。したがって、調整装置（例えば、半導体レーザ装置１３とコリメータレンズ２５との相対位置調整を行う装置など）を設置する必要が無く、コリメータレンズ２５を保持する手段を保持部材１５などに設ける必要も無いため、所定の配置位置に複数の半導体レーザ装置１３を簡単に配置できる。

コリメータレンズ２５としては、例えば、ＢＫ７などのガラス材料からなるレンズを用いることができる。

［保持部材］
保持部材１５としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属材料を用いることができる。

保持部材１５の前面及び後面には、凹部２７がそれぞれ設けられており、複数の半導体レーザ装置１３は、これらの凹部２７にそれぞれ配置されている。より詳細に説明すると、保持部材１５には、複数の貫通孔２９が設けられており、これらの貫通孔２９の端部に凹部２７が形成されている。

保持部材１５の前面の凹部２７に配置された半導体レーザ装置１３のリードピン２３は、貫通孔２９に通される。保持部材１５の後面の凹部２７に配置された半導体レーザ装置１３のキャップ２１は、貫通孔２９に挿入される。

凹部２７は、その内径がステム１７の外径とほぼ同一に形成されている（凹部２７の内径が半導体レーザ装置１３の外径に応じて形成されている形態の一例）。このため、保持部材１５の前面に設けられた凹部２７については、その底面が半導体レーザ装置１３のステム１７の裏面と当接し、好ましくは、その底面と側面とが半導体レーザ装置１３のステム１７の裏面と側面とにそれぞれ当接する。また、保持部材１５の後面に設けられた凹部２７については、その底面が半導体レーザ装置１３のステム１７の表面と当接し、好ましくは、その底面と側面とが半導体レーザ装置１３のステム１７の表面と側面とにそれぞれ当接する。

また、凹部２７は、その深さがステム１７の厚みとほぼ同一に形成されている（凹部２７の深さが半導体レーザ装置１３の厚みに応じて形成されている形態の一例）。このため、凹部２７には、半導体レーザ装置１３のステム１７がぴったりと収まるように収容され、保持部材１５においては、凹部２７に収容されたステム１７の表面が放熱部材３１に当接し、保持部材１５の後面においては、凹部２７に収容されたステム１７の裏面が放熱部材３１に当接する。なお、例えば、ステム１７が円盤状の土台部や素子載置部などを有している場合は、円盤状の土台部の厚みがステム１７の厚みの一例となる。

このように、本発明の実施形態は、半導体レーザ装置１３のステム１７を凹部２７や放熱部材３１に当接させることにより、半導体レーザ装置１３と保持部材１５や放熱部材３１との接触面積を大きくし、半導体レーザ装置１３で生じた熱を効率よく外部に逃がすことができる。

なお、本発明の実施形態では、すべての凹部２７について、その内径が半導体レーザ装置１３の外径に応じて形成されている形態の一例について説明したが、本発明には、凹部２７の少なくとも１つについて、その内径が半導体レーザ装置１３の外径に応じて形成されている形態も含まれる。

また、本発明の実施形態では、すべての凹部２７について、その深さが半導体レーザ装置１３の厚みに応じて形成されている形態の一例について説明したが、本発明には、凹部２７の少なくとも１つについて、その深さが半導体レーザ装置１３の厚みに応じて形成されている形態も含まれる。

［放熱部材］
保持部材１５の前面と後面とには、放熱部材３１が、ネジによる締結や接着剤による接着などの手段により、それぞれ取り付けられている。放熱部材３１としては、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属材料を用いることができる。放熱部材３１は、複数のフィンを有している。

放熱部材３１と保持部材１５との間には、放熱樹脂等を塗布することができる。このようにすれば、半導体レーザ装置１３で生じた熱をより一層効率よく外部に逃がすことができる。

放熱部材３１は、半導体レーザ装置１３のステム１７を押さえつけており、半導体レーザ装置１３は、そのステム１７を放熱部材３１によって押さえつけられることにより、保持部材１５に保持されている。

保持部材１５の前面に取り付けられる放熱部材３１には、貫通孔３３が設けられる。貫通孔３３は、保持部材１５に設けられた貫通孔２９に通じるように形成されている。保持部材１５の前面の凹部２７に配置されている半導体レーザ装置１３のキャップ２１は、貫通孔３３に挿入される。

保持部材１５の前面の凹部２７に配置された半導体レーザ装置１３の出射光は、放熱部材３１に設けられた貫通孔３３を通って、保持部材１５の後面の凹部２７に配置された半導体レーザ装置１３の出射光は、保持部材１５に設けられた貫通孔２９と放熱部材３１に設けられた貫通孔３３とを通って、光源装置１１の前面から出射する。

保持部材１５の後面に取り付けられる放熱部材３１には、半導体レーザ装置１３のリードピン２３に接続されるフレキシブルケーブル３７などを通す溝３５が設けられている。

なお、本発明の実施形態では、保持部材１５の前面と後面との両面に放熱部材３１が取り付けられている形態の一例について説明したが、本発明には、保持部材１５の前面と後面との少なくとも一方に放熱部材３１が取り付けられている形態も含まれる。

［その他］
なお、特に図示しないが、本発明の実施形態に係る光源装置１１には、さらに、複数の半導体レーザ装置１３から出射された光を合波して出射する集光レンズなどを設けることができる。

次に、本発明の実施例に係る光源装置について説明する。

本発明の実施例に係る光源装置は、本発明の実施形態に係る光源装置１１の構成を次のとおり具体的に特定したものである。なお、複数の半導体レーザ装置１３の光軸方向は、互いに平行であるものとする。
Ａ＝２０ｍｍ、Ｂ＝８ｍｍ、Ｆ＝５ｍｍ
ここで、Ａは、保持部材１５を前面視した際に隣り合う半導体レーザ装置１３の光軸方向における相対位置であり、Ｂは、保持部材１５を前面視した際に隣り合う２つの半導体レーザ装置１３の光軸方向に垂直な方向における相対位置であり、Ｆは、コリメータレンズ２５の焦点距離である。

本発明の実施例に係る光源装置において、保持部材１５を前面視した際に隣り合う２つの半導体レーザ装置１３は、光軸方向における相対位置が光軸方向に垂直な方向における相対位置の２倍以上大きい。

したがって、本発明の実施例に係る光源装置によれば、複数の半導体レーザ装置が光源装置から光が出射する方向に垂直となる方向においては密に配置される一方、光源装置から光が出射する方向においては疎に配置されるため、半導体レーザ装置で生じた熱を効率よく外部に逃がすことができ、プロジェクター等の映像照射装置での使用に耐え得る複数の半導体レーザ装置を用いた熱引きの良い光源装置を提供することが可能となる。また、光源装置を小型化することができる（光源装置から光が出射する方向に垂直な方向における光源装置の幅（横幅）を小さくすることができる）。さらに、光源装置から出射する光の平面積を小さくすることができ、その後の集光等の光制御がしやすい。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

１１・・・光源装置、１３・・・半導体レーザ装置、１３１・・・半導体レーザ装置、１３２・・・半導体レーザ装置、１５・・・保持部材、１７・・・ステム、１９・・・半導体レーザ素子、２１・・・キャップ、２３・・・リードピン、２５・・・コリメータレンズ、２７・・・凹部、２９・・・貫通孔、３１・・・放熱部材、３３・・・貫通孔、３５・・・溝、３７・・・フレキシブルケーブル。

Claims (8)

1. 複数の半導体レーザ装置を用いた光源装置であって、
   前記複数の半導体レーザ装置が配置される保持部材を備え、
   前記複数の半導体レーザ装置のうちの少なくとも１つの半導体レーザ装置は、前記保持部材を前面視した際に隣り合う半導体レーザ装置との光軸方向における相対位置が、前記隣り合う半導体レーザ装置との前記光軸方向に垂直な方向における相対位置よりも大きくなるように、前記保持部材に配置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記半導体レーザ装置は、コリメータレンズ一体型である、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記保持部材の前面及び後面には凹部がそれぞれ設けられており、
   前記複数の半導体レーザ装置は、前記凹部にそれぞれ配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記凹部の少なくとも１つは、その内径が半導体レーザ装置の外径に応じて形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記凹部の少なくとも１つは、その深さが半導体レーザ装置の厚みに応じて形成されている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の光源装置。
6. 前記保持部材の前面と後面との少なくとも一方に放熱部材が取り付けられている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記半導体レーザ装置は、ステムを有し、
   前記放熱部材は、前記半導体レーザ装置のステムに当接している、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記半導体レーザ装置は、前記放熱部材によって前記ステムを押さえつけられることにより前記保持部材に保持されている、ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
   

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