JP2017092317A - レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で光学部品を精度よく組み立ておよび調整することができると共に安定して固定できるレーザモジュールを得る。【解決手段】レーザモジュール１０は、レーザ光を出射するレーザ発振素子１と、レーザ発振素子１を支持し、レーザ光の光軸と垂直な固定面２ａを有する第１の支持部品２と、レーザ光の出射角度を補正し、光軸と平行な固定面を有する光学部品３と、光軸と平行な第１の固定面４ａと光軸と垂直な第２の固定面４ｂとを有し、光学部品３の固定面と第１の固定面４ａとが接着固定され、第１の支持部品２の固定面２ａと第２の固定面４ｂとが接着固定されている第２の支持部品４と、備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品の支持構造を有するレーザモジュールに関する。

従来のレーザモジュールにおいては、レーザ発振素子から出射したレーザ光を集光するための集光レンズといった光学部品を、レーザ発振素子が固定されたヒートシンクに直接接着剤によって接着固定させている（特許文献１参照）。

特開２００２−２３２０５６号公報

特許文献１に記載の従来のレーザモジュールにおいては、光学部品である集光レンズの光学部分の一部とヒートシンクの間を接着固定しているため、接着面のアンバランスおよび接着面積の不足による光学部品の位置ずれが発生するという問題があった。また、接着剤が光学部品の光学面にはみ出して、光学面を汚染するという問題もあった。また、安定して固定させるために十分な面積を有するように接着面を設けられないので、組み立て後の光軸に対する調整精度のばらつきが大きくなるという欠点もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で光学部品を精度よく組み立ておよび調整することができると共に安定して固定できるレーザモジュール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、レーザ光を出射するレーザ発振素子と、レーザ発振素子を支持し、レーザ光の光軸と垂直な固定面を有する第１の支持部品と、レーザ光の出射角度を補正し、光軸と平行な固定面を有する光学部品と、を備えることを特徴とする。本発明は、光軸と平行な第１の固定面と光軸と垂直な第２の固定面とを有し、光学部品の固定面と第１の固定面とが接着固定され、第１の支持部品の固定面と第２の固定面とが接着固定されている第２の支持部品をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で光学部品を精度よく組み立ておよび調整することができると共に安定して固定できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるレーザモジュールの平面図 実施の形態１にかかるレーザモジュールの側面図 本発明の実施の形態２にかかるレーザモジュールの側面図 本発明の実施の形態３にかかるレーザモジュールの平面図 実施の形態３にかかるレーザモジュールの側面図 実施の形態３にかかる組立部品を床に置いた様子を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザモジュール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、本発明の実施の形態１にかかるレーザモジュール１０の平面図である。図２は、実施の形態１にかかるレーザモジュール１０の側面図である。図１の紙面垂直方向はＹ軸方向であり、図２の紙面垂直方向はＸ軸方向である。

実施の形態１にかかるレーザモジュール１０は、マルチエミッタ型のレーザ発振素子１と、レーザ発振素子１を支持する第１の支持部品２と、レーザ光を平行化あるいは集光しレーザ光の出射角度を補正する光学部品３と、光学部品３を支持する第２の支持部品４と、を備える。

図１および図２において、マルチエミッタ型のレーザ発振素子１は、Ｚ軸方向を光軸とするレーザ光を出射するエミッタがＸ軸方向に間隔を空けて直線上に並ぶように複数配置されている。即ち、複数のエミッタは、光軸と垂直方向に直線上に配置されている。レーザ発振素子１は、熱伝導特性が高く放熱特性も兼ね備えた第１の支持部品２に半田付といった方法により固定される。

第１の支持部品２には、光学部品３を固定するための固定面２ａが形成されている。固定面２ａは、レーザ光の光軸と垂直な、即ち、Ｘ−Ｙ面と平行となるように形成されている。第１の支持部品２は、固定面２ａ以外の部分で熱伝導特性が高く外部との取付けインターフェースとなる図示しない部品に固定され、図示しない電極を介してレーザ発振素子１に給電される。

レーザ発振素子１で発振されたレーザ光は、図１および図２のＺ軸方向に出射され、光学部品３により所望の出射角度となるように補正される。光学部品３には、マルチエミッタ型のレーザ発振素子１のエミッタ数と位置に対応するように、光学面であるレンズ面３０が複数形成されている。さらに、光学部品３には、レーザ光のＺ軸方向の光軸と平行で、且つＸ−Ｚ面と平行な固定面３ａが第２の支持部品４と接着固定するため形成されている。

なお、上では、光学部品３は、レンズ面３０がエミッタの配置に対応して片面に複数形成されている構成としたが、このような構成に限るものではなく、両面にレンズ面が形成されている構成、あるいはシリンドリカル型のレンズ面が形成されている構成となっていてもかまわない。

第２の支持部品４は、硝子材料を直方体形状に加工して形成したものである。第２の支持部品４には、光学部品３を接着固定するための第１の固定面４ａおよび第１の支持部品２に接着固定するための第２の固定面４ｂが形成されている。第１の固定面４ａは、レーザ光の光軸と平行で、且つＸ−Ｚ面と平行となるように形成されている。第２の固定面４ｂは、レーザ光の光軸と垂直で、且つＸ−Ｙ面と平行となるように形成されている。

まず、光学部品３は、第１の支持部品２に固定されたレーザ発振素子１のエミッタの位置に基づいて位置と角度の調整を行った後、固定面３ａと第１の固定面４ａとを接着させることにより第２の支持部品４に固定される。ここで、両者を接着する接着剤は図示しない。

つぎに、光学部品３が固定された第２の支持部品４は、レーザ発振素子１から出射されたレーザ光が光学部品３で所望の出射角度となるように、位置と角度の調整を行った後、第２の固定面４ｂと固定面２ａとを接着させることにより第１の支持部品２に固定される。ここで、第２の固定面４ｂと固定面２ａとは接着剤５０を介して接着される。ここでの位置と角度の調整を、以後、調芯と呼ぶ。

光学部品３が固定された第２の支持部品４の第２の固定面４ｂと第１の支持部品２の固定面２ａの接着部５には、特に紫外線硬化型の接着剤５０を使用する。調芯が終わった後、接着部５に紫外線硬化型の接着剤５０を塗布して、紫外線を照射して接着部５の間隙を埋めるように接着剤５０を硬化させ、第２の固定面４ｂと固定面２ａとを接着固定する。

このように、第２の支持部品４が、光学部品３の固定面３ａを第１の固定面４ａで接着固定し、レーザ発振素子１が固定された第１の支持部品２の固定面２ａを、接着部５に接着剤５０を塗布して第２の固定面４ｂで接着固定する。これにより、接着剤５０のはみ出しによる光学部品３のレーザ光透過領域の汚染を防止できる。さらに、簡単な構造で固定面の接着面積を大きくすることができるので、光学部品３を精度よく組み立て且つ調芯することができるとともに、安定して固定させることができる。

また、レーザ発振素子１の複数のエミッタがＺ軸方向を光軸にして並んで配置される配置方向であるＸ軸方向と平行でありＸ−Ｚ面と平行となるように、光学部品３の固定面３ａおよび第２の支持部品４の第１の固定面４ａが形成されているので、組み立ておよび調芯が容易になる。

また、第２の支持部品４は、硝子材料を直方体形状に加工して形成されているので簡単な構造であり、レーザ発振素子１および光学部品３を支持するための複雑な形状の部材も不要であるので、レーザモジュール１０の組み立てが容易となる。さらに、硝子材料を用いていることにより接着部５へ紫外線を効率良く照射できるので接着剤５０の硬化時間が短くなり、部品コストおよび製造コストを低下させることができる。

また、光学部品３は予め第２の支持部品４に固定した後に調芯を行うので、調芯時に光学部品３に直接接触する必要がないので、調芯の工程中に塵といった汚れが付着することまたは傷が付くことを防止できる。

また、接着面積が小さいレーザモジュールでは、接着剤を構成する材料の特性により接着の固定強度を更に安定させるために、紫外線硬化を行った後に、更に熱硬化処理が必要となる場合があった。しかし、実施の形態１にかかるレーザモジュール１０においては、接着面積が大きくなるように接着部５を設けることができるので、接着剤５０の熱硬化処理が不要になるとともに、接着剤５０の紫外線硬化時間も短縮することができる。

また、実施の形態１にかかるレーザモジュール１０においては、第１の支持部品２に固定されたレーザ発振素子１のエミッタの位置に基づいて位置と角度の調整を行った後に、光学部品３を第２の支持部品４に接着固定するので、レーザ光の光軸であるＺ軸方向の調整精度を高めることができる。この結果、調芯が容易になる。

さらに、実施の形態１にかかるレーザモジュール１０においては、接着部５のレーザ光の光軸であるＺ軸方向の組立公差を小さくすることができるので、接着部５の接着厚み、即ち接着剤５０の厚みを薄くすることができる。その結果、硬化後の接着剤５０の熱収縮による光学部品３の位置ずれの影響が少なくなり、レーザモジュール１０からのレーザ光の出射角度を安定して維持することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるレーザモジュール１０の側面図である。図３の紙面垂直方向はＸ軸方向である。実施の形態２にかかるレーザモジュール１０の平面図は、図１と同様である。実施の形態２にかかるレーザモジュール１０では、実施の形態１における第２の支持部品４が第２の支持部品６に変更されているが、それ以外の構成要素は、実施の形態１と同じである。従って、実施の形態１で説明した構成要素と同一または相当部分についての説明は省略する。

実施の形態２における第２の支持部品６も、光学部品３を接着固定するためのレーザ光の光軸と平行で、且つＸ−Ｚ面と平行な第１の固定面６ａと、第１の支持部品２に接着固定するためのレーザ光の光軸と垂直で、且つＸ−Ｙ面と平行な第２の固定面６ｂが形成されている。

しかし、第２の支持部品６は、実施の形態１における第２の支持部品４とは異なり、複数の直方体、具体的には２種類の直方体を組み合わせた形状に形成されている。その結果、図３に示すように、第２の支持部品６は、レーザ光の光軸に平行で且つ第１の固定面６ａと垂直な面であるＹ−Ｚ面での断面の形状がＬ字状となる様に成形されている。

従って、第２の固定面６ｂの面積を実施の形態１の第２の固定面４ｂの面積より大きくすることができる。これにより、接着部７の接着面積を実施の形態１の接着部５の接着面積より大きくするように設けることができる。その結果、第２の固定面６ｂと固定面２ａとを接着する接着剤７０はより広い面積で両者を接着することができる。

このように、実施の形態２にかかるレーザモジュール１０においては、第１の支持部品２と第２の支持部品６との接着面積をさらに大きくすることができるので、レーザモジュール１０が小型化されても光学部品３を精度よく組み立て且つ調芯することができるとともに、安定して固定させることができる。

なお、上の説明においては、第２の支持部品６を２種類の直方体を組み合わせた形状に加工するとしたが、光学部品３を接着固定するための第１の固定面６ａと、第１の支持部品２に接着固定するための第２の固定面６ｂを備え、第２の固定面６ｂの面積を大きくとれる形状であれば、これに限定されない。第２の支持部品６のレーザ光の光軸に平行なＹ−Ｚ面での断面の形状もＬ字状に限定されず、断面の形状が直角三角形といった形状に形成されていてもかまわない。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかるレーザモジュール１０の平面図である。図５は、実施の形態３にかかるレーザモジュール１０の側面図である。図４の紙面垂直方向はＹ軸方向であり、図５の紙面垂直方向はＸ軸方向である。図６は、実施の形態３にかかる組立部品を床に置いた様子を示す図である。

実施の形態３にかかるレーザモジュール１０では、実施の形態１における第２の支持部品４が第２の支持部品８に変更されているが、それ以外の構成要素は、実施の形態１と同じである。従って、実施の形態１で説明した構成要素と同一または相当部分について説明を省略する。

実施の形態３における第２の支持部品８も、光学部品３を接着固定するためのレーザ光の光軸と平行で、且つＸ−Ｚ面と平行な第１の固定面８ａと、第１の支持部品２に接着固定するためのレーザ光の光軸と垂直で、且つＸ−Ｙ面と平行な第２の固定面８ｂが形成されている。

図４および図５に示されるように、レーザ光の光軸方向であるＺ軸方向にみた光学部品３のレンズ面３０の頂点から第２の支持部品８のレーザ光の出射方向の端までの長さｂが、レーザ光の光軸と垂直方向で且つ第１の固定面８ａと垂直な方向であるＹ軸方向にみた光学部品３の高さａより大きくなるよう形成されている。第２の支持部品８のレーザ光の出射方向の端とは、第２の固定面８ｂとは反対側の面の端である。

上記したようにｂ＞ａとすることにより、光学部品３のレンズ面３０の直径よりもレーザ光の出射側の光軸方向であるＺ軸方向に沿って第２の支持部品８の形状が長くなるように形成される。このような第２の支持部品８と光学部品３とが固定されて一体となった組立部品により、実施の形態１および２と同様に簡単な構造で光学部品３を精度よく組み立ておよび調芯することができる。

それに加えて、実施の形態３にかかる第２の支持部品８を用いることにより、光学部品３と一体化して組立部品とした後に、調芯を行う前の工程において、当該組立部品を誤って固い床９に置いてしまったような場合でも、図６に示す様に、光学部品３のレンズ面３０を誤って床９に接触させて塵といった汚れを付着させること或いは傷をつけることを防ぐことができる。これにより、組み立てがさらに容易になり、生産に係る歩留まりを向上させることができる。

なお、実施の形態３では、第２の支持部品８の形状においてレーザ光の出射方向であるＺ軸方向の長さを伸ばすことについて説明したが、レーザ光の出射方向と垂直方向であるＸ軸方向での第２の支持部品８の長さをより大きく形成して、組み立てをさらに容易にしてもよい。また、以上説明した実施の形態３にかかる第２の支持部品８の特徴と実施の形態２における第２の支持部品６の特徴とを組み合わせることも可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ レーザ発振素子、２ 第１の支持部品、２ａ，３ａ 固定面、３ 光学部品、４，６，８ 第２の支持部品、４ａ，６ａ，８ａ 第１の固定面、４ｂ，６ｂ，８ｂ 第２の固定面、５，７ 接着部、９ 床、１０ レーザモジュール、３０ レンズ面、５０，７０ 接着剤。

Claims (6)

1. レーザ光を出射するレーザ発振素子と、
   前記レーザ発振素子を支持し、前記レーザ光の光軸と垂直な固定面を有する第１の支持部品と、
   前記レーザ光の出射角度を補正し、前記光軸と平行な固定面を有する光学部品と、
   前記光軸と平行な第１の固定面と前記光軸と垂直な第２の固定面とを有し、前記光学部品の固定面と前記第１の固定面とが接着固定され、前記第１の支持部品の固定面と前記第２の固定面とが接着固定されている第２の支持部品と、
   を備えることを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記レーザ発振素子は前記レーザ光を出射するエミッタを複数有し、前記エミッタは直線上に配置され、
   前記光学部品の光学面は、複数の前記エミッタの配置に対応して複数形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
3. 前記第２の支持部品は直方体形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。
4. 前記第２の支持部品は複数の直方体を組み合わせた形状に形成されており、
   前記光軸と平行で且つ前記第１の固定面と垂直な面による断面がＬ字型である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。
5. 前記光軸方向にみた前記光学面であるレンズ面の頂点から前記第２の支持部品の前記レーザ光の出射方向の端までの長さが、前記光軸と垂直方向で且つ前記第１の固定面と垂直な方向にみた前記光学部品の高さより大きい
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザモジュール。
6. 前記第２の支持部品は、硝子材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザモジュール。

Images