JP2017201684A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの発光装置内において、各レンズ部から出射される光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。また、発光装置を量産する場合に、量産された発光装置間における光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。【解決手段】基部を有する基体を準備する工程と、前記基部の上面に複数の半導体レーザ素子を固定する工程と、複数のレンズ部と、上面視において前記複数のレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部と、を備える光学部材を前記基体に固定する工程と、を有し、前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材を前記基体の上方に配置し、前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、その後、前記接着剤を硬化することにより、前記光学部材を前記基体に固定する。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は発光装置の製造方法に関する。

レーザ発光素子等の励起光源と、励起光源からの光を集光するコリメータレンズとしてのレンズアレイと、を有する光源装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、レンズアレイを含むレンズアレイホルダは、励起光源が固定された光源保持体に螺子止めされている。また、レンズアレイは複数のレンズ部を有している。

特開２０１３−７３０７９号公報

しかしながら、レンズアレイなどの光学部材には、寸法公差に起因したある程度の寸法ばらつきがある。したがって、上記の光源装置によると、各レンズ部から出射する光の広がり角度が１つの光源装置内において大きくばらつく虞がある。また、上記の光源装置を量産すると、光源装置全体としての光の広がり角度が量産された光源装置間で大きくばらつく虞がある。

上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。

基部を有する基体を準備する工程と、前記基部の上面に複数の半導体レーザ素子を固定する工程と、複数のレンズ部と、上面視において前記複数のレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部と、を備える光学部材を前記基体に固定する工程と、を有し、前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材を前記基体の上方に配置し、前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、その後、前記接着剤を硬化することにより、前記光学部材を前記基体に固定する、発光装置の製造方法。

基部と前記基部の上面における一領域を取り囲む壁部とを有する基体と、前記壁部の内側における前記基部の上面に固定された複数の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射光を透過する透光部を有し前記壁部の上面に固定された蓋体と、を備える光源ユニットを準備する工程と、複数のレンズ部と、上面視において前記複数のレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部と、を備える光学部材を、前記光源ユニットに固定する工程と、を有し、前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材を前記基体の上方に配置し、前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、その後、前記接着剤を硬化することにより、前記光学部材を前記光源ユニットに固定する、発光装置の製造方法。

上記の製造方法によれば、１つの発光装置内において、各レンズ部から出射される光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。また、発光装置を量産する場合に、量産された発光装置間における光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。

実施形態１に係る発光装置を示す模式的平面図である。 図１Ａ中のＡ−Ａ断面図である。 図１Ａ中のＢ−Ｂ断面図である。 図１Ａ中のＣ−Ｃ断面図である。 基体を準備する工程の一例を説明する模式的平面図である。 図２Ａ中のＤ−Ｄ断面図である。 図２Ａ中のＩ−Ｉ断面図である。 半導体レーザ素子を固定する工程の一例を説明する模式的平面図である。 図３Ａ中のＥ−Ｅ断面図である。 図３Ａ中のＪ−Ｊ断面図である。 蓋体を基体に固定する工程の一例を説明する模式的平面図である。 図４Ａ中のＦ−Ｆ断面図である。 図４Ａ中のＫ−Ｋ断面図である。 光学部材を基体に固定する工程の一例を説明する模式的平面図である。 光学部材を基体に固定する工程の一例を説明する模式的断面図である。 光学部材を基体に固定する工程の一例を説明する模式的断面図である。 光学部材及び吸着治具を説明する斜視図である。 吸着治具を吸着面側から見た図である。 光学部材を基体に固定する工程の他の例を説明する模式的断面図である。 光学部材の一例を説明する模式的断面図である。 実施形態２に係る光学部材を説明する模式的平面図である。 図９Ａ中のＧ−Ｇ断面図である。 実施形態３に係る光学部材を説明する模式的平面図である。 図１０Ａ中のＨ−Ｈ断面図である。 実施形態４に係る光学部材を説明する模式的平面図である。 実施例において、レンズ番号１等から出射される光が平行化されるときのＺステージ位置を示す表である。 実施例において、レンズ番号１等から出射される光を平行化するために必要な光学部材の傾きの調整量を示す表である。 実施例において、レンズ番号１等から出射される光の光軸のズレ角度を示す表である。 図１４のデータをプロットした図である。

［実施形態１に係る発光装置１の製造方法］
実施形態１に係る発光装置１の製造方法は、基部１２を有する基体１０を準備する工程（図２Ａから図２Ｃ参照）と、基部１２の上面に複数の半導体レーザ素子３０を固定する工程（図３Ａから図３Ｃ参照）と、複数のレンズ部２２と、上面視において複数のレンズ部２２の周囲に設けられた非レンズ部２４と、を備える光学部材２０を基体１０に固定する工程（図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃ参照）と、を有する。そして、光学部材２０を固定する工程において、光学部材２０を基体１０の上方に配置し、光学部材２０の傾き及び高さを調整した後に基体１０と非レンズ部２４との間に接着剤１００を介在させ、その後、接着剤１００を硬化することにより、光学部材２０を基体１０に固定する。このようにして得られる発光装置１を図１Ａ〜図１Ｄに示す。本実施形態によれば、光学部材２０の傾き及び高さが調整されるため、１つの発光装置内における各レンズ部２２から出射される光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。また、発光装置１を量産する場合に、量産された発光装置間において、光の広がり角度のばらつきを抑制することができる。以下、この点について詳述する。

一般的に、光学部材としては光が入射する側（下面側）が平らな光学部材が用いられる。このような光学部材を作製する際は、下面側から光学部材を研磨等することにより光学部材の厚みが調整される。しかるところ、光学部材は、寸法公差に起因して、一端から他端に向かって厚くなる場合があり、この場合は、厚い部分と薄い部分とで光の広がり角度が異なってしまう。しかし、本実施形態では、レンズ部２２から出射する光の広がり角度が所定の範囲内に収まるよう、光学部材２０の傾き及び高さを調整する。したがって、寸法公差の許容範囲内で光学部材２０に寸法ばらつきがあったとしても、各レンズ部２２から出射される光の広がり角度の１つの発光装置１内におけるばらつきを抑制することができる。さらに、発光装置１ごとに光学部材２０の傾き及び高さを調整するため、発光装置全体としての光の広がり角度の量産された発光装置間におけるばらつきを抑制することができる。以下、発光装置１の製造方法について、詳細に説明する。

（基体１０を準備する工程）
まず、図２Ａから図２Ｃに示すように、基部１２を有する基体１０を準備する。本実施形態では、基体１０として、基部１２の上面における一領域を取り囲む壁部１４を有する基体を用いている。壁部１４には、壁部１４の内側と外側を貫通する孔が設けられている。その孔には半導体レーザ素子３０に電流を供給するための配線９０としてリードが挿入されている。孔の内側において、配線９０と壁部１４の間には絶縁部が介在されており、両者を絶縁している。基体１０には、例えば、鉄、鉄合金、銅、若しくは銅合金などの金属材料、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、若しくはＳｉＮなどのセラミック材料、又はこれらの材料を組み合わせた材料を用いることができる。このとき、基部１２には放熱性が高いことから銅又は銅合金を用いることが好ましく、壁部１４には後述する蓋体８０と溶接できることから鉄又は鉄合金を用いることが好ましい。

（半導体レーザ素子３０を固定する工程）
次いで、図３Ａから図３Ｃに示すように、基部１２の上面に複数の半導体レーザ素子３０を固定する。本実施形態では、基部１２と半導体レーザ素子３０との間に載置体４０を介在させることにより、半導体レーザ素子３０を基部１２の上面に間接的に固定している。複数の半導体レーザ素子３０は端面発光レーザであり、レーザ光を横方向（基部１２の上面に平行な方向）にそれぞれ出射する。本実施形態のように、載置体４０を用いれば半導体レーザ素子３０の出射面を基部１２の上面から離すことができるので、レーザ光が基部１２の上面に当たることを抑制できる。ただし、載置体を介在させることなく、半導体レーザ素子を基部の上面に直接的に固定してもよい。

各半導体レーザ素子３０から出射されたレーザ光は、光反射部材５０で反射された後に個々のレンズ部２２の光入射面ＬＡにそれぞれ入射する。本実施形態のように１つの半導体レーザ素子３０から出射したレーザ光を１つのレンズ部２２に入射させてもよいが、例えば２つ以上の半導体レーザ素子から出射したレーザ光を集光して、１つのレンズ部に入射させてもよい。

本実施形態では、図３ＡにおいてＸ方向を行方向としＹ方向を列方向としたときに、４行×５列の行列状に複数の半導体レーザ素子３０を配置している。本実施形態では４行×５列の行列状とするが、複数の半導体レーザ素子３０を行列状に配置する場合、行数及び列数は任意に設定（ｍ行×ｎ列（ｍ≧２、ｎ≧２））することができる。

上記のとおり、本実施形態では、複数の半導体レーザ素子３０が行列状に設けられている。行方向に設けられた隣り合う半導体レーザ素子３０は、本実施形態のように、ワイヤ６０と中継部材７０とを用いて直列接続することができる。中継部材７０を用いれば、一本のワイヤ６０の長さを短くすることができるため、電気抵抗率が高くなることを抑制することができる。ワイヤ６０としては、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができる。中継部材７０としては、鉄、鉄合金、銅などの金属材料、又は上面に電気配線が形成されたＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどの絶縁材料を用いることができる。

基部１２の上面には、本実施形態のように、光反射部材５０をさらに固定してもよい（図３Ａから図３Ｃ参照）。ここでは、光反射部材５０は、複数の半導体レーザ素子３０のうちの１つの半導体レーザ素子３０からの出射光を複数のレンズ部２２のうちの１つのレンズ部２２に向けて反射する部材である。光反射部材５０を配置すれば、半導体レーザ素子３０から光学部材２０に光を直接照射する場合と比較して、光路長（半導体レーザ素子３０の出射光が半導体レーザ素子３０の光出射面からレンズ部２２の光出射面ＬＢに達するまでの距離。以下同じ。）が長くなる。しかるところ、光路長が長くなれば、実装精度に起因して半導体レーザ素子３０が所定の位置からずれた場合であっても各レンズ部２２から出射する光の光軸の方向を所定の範囲内に収めやすくなる。そこで、本実施形態では、光学部材２０の傾き及び高さを調整することで光学部材２０全体としての光の広がり角度（つまり発光装置１としての光の広がり角度）を所定の範囲内に収めつつ、光反射部材５０を配置することにより光路長を長くして、個々のレンズ部２２から出射する光の光軸のずれもある程度抑制することとしている。

複数のレンズ部を上面視において一行に配列し、これら複数のレンズ部に光を入射させるだけであれば、一行に並ぶ複数のレンズ部の下方において行方向に延びた一つの光反射部材を配置することも可能である。しかしながら、本実施形態では一行に並ぶ複数のレンズ部２２それぞれに１つの光反射部材５０が対応するよう複数の光反射部材５０を配置している。このようにすれば、一行に並ぶ複数の光反射部材５０のうち１つの光反射部材５０の位置にずれが生じても、同じ行にある他の光反射部材５０に位置ずれは生じない。したがって、一行に並ぶ複数のレンズ部２２から出射された光の光軸が、全体的にずれることを抑制できる。

複数の光反射部材５０は、本実施形態のように、複数の半導体レーザ素子を固定する工程において、複数の半導体レーザ素子３０を基体１０に固定した後に基体１０に固定してもよいが、他の形態として、例えば、複数の半導体レーザ素子３０を基体１０に固定する前に基体１０に固定してもよい。また、例えば、複数の半導体レーザ素子を固定する工程において、１つの半導体レーザ素子３０と１つの光反射部材５０とを交互に固定してもよい。

光反射部材５０は半導体レーザ素子３０の出射光を反射させる反射面を有する。光反射部材５０としては、例えば、ガラス、サファイア、金属、又はセラミックスに光反射膜を形成したものや、鏡面加工を施した反射面を有する金属を用いることができる。光反射膜としては、例えば、誘電体多層膜又は金属膜を用いることができる。

本実施形態では、上記のとおり光反射部材５０が設けられるが、光反射部材を設けずに、半導体レーザ素子の出射光を上方に出射させてもよい。

（蓋体８０を固定する工程）
次いで、図４Ａから図４Ｃに示すように、蓋体８０を基体１０に固定する。蓋体８０は、半導体レーザ素子３０の出射光を透過する透光部８４を備える。蓋体８０を用いれば、半導体レーザ素子３０が配置される空間を密閉状態とすることができる。したがって、特に半導体レーザ素子３０として窒化物半導体を用いる場合において、半導体レーザ素子３０の光出射面への有機物の集塵を抑制することができる。なお、発光装置１が蓋体８０を有さない場合、本工程は省略される。

蓋体８０としては、複数の貫通孔８２ａが設けられた枠部８２と、各貫通孔８２ａを塞ぐ複数の透光部８４と、を有する蓋体を用いている。１つの半導体レーザ素子３０から出射されたレーザ光は１つの貫通孔８２ａを通る。壁部１４の上面には枠部８２の周辺部が固定される。本実施形態では、図４Ｂ等に示すように、枠部８２は、基部１２の側に凹んだ凹部８２ｂを有する。このようにすれば、蓋体８０に生じる応力（蓋体８０と基体１０との熱膨張係数の違いにより生じる応力）を、蓋体８０の上下方向に延びた部分（凹部８２ｂの内壁に相当する部分）で吸収しやすくなるので、蓋体８０の破損、特に透光部８４の破損を低減することができる。

蓋体８０としては、本実施形態とは異なり、複数の貫通孔が設けられた枠部と複数の貫通孔を塞ぐ１つの透光部とを有する蓋体を用いることもできる。また、複数の半導体レーザ素子から出射された複数のレーザ光が透過するように比較的大きな１つの貫通孔が設けられた枠部と、その貫通孔を塞ぐ１つの透光部とを有する蓋体を用いることもできる。

蓋体８０は、本実施形態のようにシーム溶接により基体１０に固定してもよいし、樹脂からなる接着剤により基体１０に固定してもよい。シーム溶接によれば、半導体レーザ素子３０が配置された空間（基体１０と蓋体８０とにより構成される空間）を気密封止して集塵を抑制することができる。

本実施形態では、基体１０を準備する工程と、複数の半導体レーザ素子３０を基部１２の上面に固定する工程と、蓋体８０を壁部１４の上面に固定する工程と、を順次に実施しているが、各工程を経て製造されたものと同様のものを準備してもよい。つまり、後述する光学部材２０を固定する工程の前に、基部１２と基部１２の上面における一領域を取り囲む壁部１４を有する基体１０と、壁部１４の内側における基部１２の上面に固定された複数の半導体レーザ素子３０と、半導体レーザ素子３０の出射光を透過する透光部８４を有し壁部１４の上面に固定された蓋体８０と、を備える光源ユニットを準備してもよい。

（光学部材２０を固定する工程）
次いで、図５Ａから図５Ｃに示すように、光学部材２０を基体１０に固定する。光学部材２０は、複数のレンズ部２２と、上面視において複数のレンズ部２２の周囲に設けられた非レンズ部２４と、を備える。本実施形態では、基体１０に固定された蓋体８０に光学部材２０を固定することで、光学部材２０を蓋体８０を介して基体１０に固定する。具体的には、光学部材２０を基体１０の上方に配置し、図５Ａ及び図５Ｂに示すように光学部材２０の傾き及び高さを調整した後に、図５Ｃに示すように基体１０と非レンズ部２４との間に接着剤１００を介在させ、その後、接着剤１００を硬化することにより、光学部材２０を蓋体８０を介して基体１０に固定する。接着剤１００が介在されていない状態で光学部材２０の傾き及び高さを調整することで、調整時に接着剤１００が内側にはみ出すことによる光学特性への悪影響を抑制することができる。

上述のとおり、蓋体８０はシーム溶接や樹脂からなる接着剤などにより基体１０に固定することができる。しかしながら、いずれの場合においても、光学部材を蓋体を介して基体に単純に固定するだけでは、１つの発光装置の各レンズ部から出射される光の広がり角度を所定の範囲内に収めることができない虞がある。また、量産される発光装置それぞれにおいて、発光装置としての光の広がり角度を所定の範囲内に収めることができない虞がある。例えばシーム溶接により蓋体を基体に固定する場合は、ローラにより蓋体を押圧しながら蓋体を基体に溶接するため、蓋体の上面のうちローラに接触した部分の厚みが小さくなり、蓋体の上面が平坦でなくなるおそれがある。また、樹脂からなる接着剤により蓋体を基体に固定する場合は、接着剤から有機物が発生するため集塵のおそれがあるだけでなく、接着剤の厚みにムラがでたり接着剤がはみ出したりして、蓋体が傾いて固定されるおそれがある。しかし、本実施形態のように発光装置１ごとに光学部材２０の傾き及び高さを調整すれば、蓋体８０の上面が平らでない場合や蓋体８０が傾いて固定されている場合であっても、１つの発光装置の各レンズ部から出射される光の広がり角度を所定の範囲内に収めることができる。また、量産される発光装置１それぞれにおいて、発光装置１としての光の広がり角度を所定の範囲に収めることができる。

一般に、光学部材２０だけでなく、光反射部材５０等の他の部材にも寸法ばらつきがある。また、光反射部材５０等を実装する際には実装精度に起因して実際に実装される位置がばらつく場合もある。つまり、各レンズ部から出射される光の光軸の方向を量産される発光装置間において完全に一致させることは難しい。そこで、本実施形態では、図５Ｂに示すように、光学部材２０の傾き及び高さの調整に加えて、光学部材２０の平面位置も調整している。このようにすれば、各レンズ部から出射される光をまとめてみたときに、発光装置としての光の広がり角度だけでなく、発光装置としての光軸の方向も所定の範囲に収めることができる。したがって、本実施形態によれば、１つの発光装置内における光の広がり角度及び量産された発光装置間における光の広がり角度のばらつきに加えて、量産された発光装置間における光軸の方向のばらつきも抑制することができる。ここで、光学部材２０の平面位置の調整とは、基部１２の上面と平行な面（図５Ｂの上下方向、左右方向、及び回転方向）における光学部材２０の位置の調整を意味する。なお、以下では、光学部材２０の傾き及び高さ並びに平面位置を、単に「傾き等」ということがある。

以下、本実施形態における光学部材２０の傾き等の調整について詳細に説明する。

まず、後述する吸着治具で光学部材２０を保持し、各半導体レーザ素子３０から出射されるレーザ光が各レンズ部２２を透過するように光学部材２０を基体１０の上方に配置する。

次に、図５Ａに示すように、光学部材２０の傾き及び高さの調整を行う（第１の調整）。具体的には、上面視において４隅に位置する４つのレンズ部２２が適切な高さとなるように、光学部材２０の傾き及び高さを調整する。より具体的に説明すると、まず、上面視において４隅に位置する４つのレンズ部２２それぞれについて、レンズ部を透過した光が平行光となるときの高さを測定する。つまり、４つのレンズ部２２それぞれについて、半導体レーザ素子３０を実際にレーザ発振させながらレンズ部から出射される光が平行光となるときの高さを測定する。そして、４つのレンズ部２２それぞれが測定した高さ又はその近傍に配置されるよう、光学部材２０の傾き及び高さを調整する。１つの光学部材２０においてレンズ部２２ごとに光の広がり角度が異なる主な要因は、光学部材２０の寸法公差に起因して、光学部材２０が一端から他端に向かって徐々に厚くなっていることと考えられる。そのため、上面視において４隅に位置する４つのレンズ部２２それぞれを適切な高さにすれば、その間に位置するレンズ部２２においても適切な高さが得られる。なお、光学部材の傾き及び高さの調整は、例えば、すべてのレンズ部が適切な高さに配置されるように行ってもよいし、すべてのレンズ部のうち４隅以外に位置する複数のレンズ部が適切な高さに配置されるように行ってもよい。また、本実施形態では、レンズ部２２から平行光又はそれに近い状態のレーザ光が出射されるよう第１の調整を行うが、平行光ではない任意の広がり角度のレーザ光が出射されるよう第１の調整を行うこともできる。

本実施形態では、図５ＢのＹ方向における広がり角度を用いて第１の調整を行う。一般に、半導体レーザ素子３０から出射されたレーザ光のＦＦＰ（ファーフィールドパターン）は楕円形である。本実施形態においても、図５Ｂに示すように、レンズ部２２の光入射面ＬＡにおけるＦＦＰは、Ｘ方向よりもＹ方向に広がる楕円形となり、Ｙ方向における光の広がり角度がＸ方向における光の広がり角度よりも大きくなる。したがって、図５ＢのＹ方向における光の広がり角度を用いて第１の調整を行えば、光の広がり角度の調整の効果がより得られやすい。さらに、光の広がり角度が大きいＹ方向を調整することにより、第１の調整を容易に行うことができる。なお、他の実施形態として、Ｙ方向における光の広がり角度だけでなくＸ方向における光の広がり角度を用いて調整することもできるし、Ｘ方向における光の広がり角度だけを用いて調整することもできる。

次に、光学部材２０の平面位置の調整を行う（第２の調整）。第２の調整においては、まず、全てのレンズ部２２それぞれについて、レンズ部２２から出射される光の光軸が基準軸となす角度（以下「ズレ角度」ともいう。）を測定する。そして、この測定結果をもとに、全てのレンズ部２２それぞれから出射されるレーザ光のズレ角度の平均値を求め、その平均値が０に近づくように光学部材２０の平面位置を調整する。つまり、全てのレンズ部２２それぞれから出射される光の光軸が全体として基準軸に近づくように光学部材２０の平面位置を調整する。基準軸としては、典型的には基体１０の下面に垂直をなす直線を想定することができるが、任意の方向に延びる直線を想定することもできる。

本実施形態では、第１の調整及び第２の調整を一通り行うものとしたが、より厳密な調整を行うために、第１の調整及び第２の調整を繰り返し行ってもよい。また、第１の調整の後に第２の調整を行うのではなく、第２の調整の後に第１の調整を行ってもよい。

本実施形態では、上述のように光学部材２０の傾き、高さ、及び平面位置を調整し、調整後の傾き、高さ及び平面位置に関する情報をメモリなどに記憶する。次に、光学部材２０を基体１０から一旦離し、その後に蓋体８０の上面に接着剤１００を塗布する。次に、記憶された情報に基づいて、光学部材２０を所定の傾き、高さ及び平面位置に戻しつつ、光学部材２０の下面を、蓋体８０の上面に塗布した接着剤１００に接触させる。このように光学部材２０を基体１０から一旦離し、その後に、蓋体８０の上面に接着剤１００を塗布するものとすれば、蓋体８０の上面に接着剤１００を配置しやすい。なお、一旦離さずに、光学部材２０の傾き、高さ、及び平面位置を調整した状態を保持しながら、上面視における光学部材２０の外側から基体１０と非レンズ部２４との間に接着剤１００を注入することもできる。

光学部材２０の傾き、高さ、及び平面位置の調整は、図６Ａ及び図６Ｂに示すような吸着治具１１０を用いて行うことができる。図６Ａは吸着治具１１０が光学部材２０を保持している状態を示す図であり、図６Ｂは吸着治具１１０を吸着面（光学部材２０を保持する面）側から見た図である。吸着治具１１０には、光学部材２０を吸着した際に光学部材２０が常に一定の位置で保持されるように、光学部材２０の外周の形に沿った窪み部１１２が設けられている。そして、窪み部１１２の一部には吸引するための貫通孔１１２ａが設けられている。本実施形態では１つの吸着治具で光学部材を保持するものとしたが、例えば、棒状の吸着治具を２つ準備し、２つの吸着治具で光学部材２０を保持することもできる。

光学部材２０（レンズ部２２及び非レンズ部２４）はガラス又は合成石英などの透光性を有する材料を用いて形成することができる。図５Ａ等に示すように、各レンズ部２２は光入射面ＬＡと光出射面ＬＢをそれぞれ有しており、各レンズ部２２の光入射面ＬＡに入射した各レーザ光は各レンズ部２２の光出射面ＬＢからそれぞれ出射される。

光学部材２０としては、複数のレンズ部２２が上面視において二次元配置されたものを用いることができ、典型的には複数のレンズ部２２が上面視において行列状に配置されたものを用いる。図５Ｂ等に示すように、本実施形態では、列方向において、１つのレンズ部２２とそれに隣り合うレンズ部２２とが接続部により接続されている。複数のレンズ部２２が二次元配置されている場合は、複数のレンズ部２２が一列に配置されている場合よりも、各レンズ部２２から出射する光の広がり角度がばらつきやすく、また、量産された発光装置間において光の広がり角度がばらつきやすい。しかし、本実施形態によれば、光学部材２０の傾き及び高さを調整するため、複数のレンズ部２２が二次元配置されている場合であっても、１つの発光装置内において、各レンズ部２２から出射される光の広がり角度を所定の範囲内に収めることができる。また、発光装置を量産する場合に、量産された発光装置それぞれにおいて、発光装置１としての光の広がり角度を所定の範囲内に収めることができる。

接着剤１００としては、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性の接着剤を用いることが好ましい。光硬化性の接着剤は、時間の経過に伴って硬化する通常の接着剤とは異なり、光を当てるタイミングで硬化のタイミングを任意に決めることができる。また、硬化までの時間も短い。したがって、光硬化性の接着剤を接着剤１００として用いれば、光学部材２０を所定の傾き等で精度よく固定することができる。

本実施形態では、図１Ａに示すように、上面視で光学部材２０の外周部分の一部を除く領域において、蓋体８０と光学部材２０との間に接着剤１００を介在させている。図１Ａにおいて、ハッチングを施している領域が接着剤１００を介在させている領域である。このように接着剤１００を部分的に設ければ、接着剤１００と接着剤１００の間に隙間が生じるため、この隙間を利用して、発光装置１の外部と凹部８２ｂとを空間的に繋げることができる。接着剤が有機物を含む場合は、レーザ光に起因して有機物がレンズ部の入射面ＬＡに集塵するおそれがある。しかし、上記のようにして発光装置１の外部と凹部８２ｂとを空間的に繋げれば、接着剤１００に有機物が含まれていても、有機ガスが凹部８２ｂの内側に留まりにくくなる。したがって、レンズ部２２や透光部８４における有機物の堆積（集塵）を抑制することができる。また、結露の発生を抑制することもできる。

光学部材２０を基体１０に固定する工程においては、図７に示すように、蓋体８０と光学部材２０との間に接着剤１００が存在する状態で、光学部材２０の傾き及び高さを調整し、その後、接着剤１００を硬化してもよい。このようにすれば、光学部材の傾き及び高さを調整した後に基体から光学部材を離さずに接着剤を塗布する場合と比較して、基体１０の上面あるいは蓋体８０の上面に接着剤１００を配置しやすくなる。

光学部材２０として、図８に示すような非レンズ部２４の下面が外側に向かうにつれて上面に近づく傾斜面を有する光学部材を用い、蓋体８０と傾斜面との間に接着剤１００を介在させることもできる。このようにすれば、光学部材２０を基体１０に固定する際に、接着剤１００が壁部１４の内側（本実施形態においては、蓋体８０の凹部８２ｂ）に入りにくくすることができる。光学部材の高さの調整において、光学部材と蓋体との間に接着剤が存在する状態で光学部材を基体に近づけていくと、接着剤が押圧されて壁部の内側に入りやすくなる。しかし、このように接着剤を介在させた後に光学部材の傾き等を調整する場合であっても、傾斜面を有する光学部材２０を用いれば、接着剤１００を外側に押し出しやすくなるため、接着剤１００が壁部１４の内側に入ることを低減することができる。

光学部材２０は、本実施形態のように蓋体８０などの部材を介して基体１０に間接的に固定してもよいし、蓋体８０などの部材を介することなく基体１０に直接的に固定してもよい。また、接着剤１００は、本実施形態のように蓋体８０などの部材を介して基体１０と光学部材２０との間に介在させてもよいし、蓋体８０などの部材を介することなく基体１０と光学部材２０との間に介在させてもよい。

［実施形態２に係る発光装置２の製造方法］
発光装置２の製造方法は、次に説明する事項以外は、発光装置１の製造方法と同様である。

本実施形態では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、光学部材２０として、接着剤１００を注入するための複数の注入孔２４ａが非レンズ部２４に設けられている光学部材２０を用いている。注入孔２４ａから接着剤１００を注入することで、基体１０と非レンズ部２４の間に接着剤１００を容易に介在させることができる。また、光学部材２０の下面だけでなく注入孔２４ａの内面にも接着剤１００が接することで、接着強度を向上させることができる。

本実施形態では、光学部材２０の傾き及び高さの調整の後であって基体１０と光学部材２０との間に接着剤１００を介在させる前に、図９Ａのハッチングを施している領域において、基体１０に光学部材２０を仮止めする。仮止めは、例えば、光硬化性の接着剤により行うことができる。仮止めを行うことで、接着剤を介在させる際に光学部材２０を吸着治具１１０で保持する必要がなくなるため、注入孔２４ａから接着剤１００を注入しやすくなる。仮止めは必須の工程ではなく、注入孔２４ａを塞がない吸着治具１１０を用いることで、仮止めせずに吸着治具１１０で光学部材２０を保持した状態で基体１０と光学部材２０との間に接着剤１００を介在させてもよい。

［実施形態３に係る発光装置３の製造方法］
発光装置３の製造方法は、次に説明する事項以外は、発光装置１の製造方法と同様である。

発光装置３では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、光学部材２０として、非レンズ部２４に貫通孔Ｆが設けられた光学部材２０を用いている。この場合は、上面視において非レンズ部２４のうち貫通孔Ｆよりも複数のレンズ部２２から遠い領域と、基体１０と、の間に接着剤１００を介在させる。図１０Ａにおいて、ハッチングを施している領域が接着剤１００を介在させている領域である。そして、上面視で光学部材２０の外周部分の全体に亘る領域において、基体１０と光学部材２０との間に接着剤１００を介在させている。貫通孔Ｆが設けられた光学部材２０を用いることで、接着剤１００が有機物を含む場合であっても、接着剤１００から生じた有機ガスを貫通孔Ｆから外部に逃がすことができる。したがって、光学部材２０と蓋体８０との間に形成される空間において、結露を抑制することができるだけでなく、有機物の堆積（集塵）も抑制することができる。また、上面視で光学部材２０の外周全体に亘る領域において、基体１０と光学部材２０との間に接着剤１００を介在させることで、光学部材２０と基体１０との接着強度を向上させることができる。なお、本実施形態でも、実施形態２で説明した注入孔２４ａが設けられた光学部材を用いることができる。

［実施形態４に係る発光装置４の製造方法］
発光装置４の製造方法は、次に説明する事項以外は、発光装置１の製造方法と同様である。

本実施形態では、図１１に示すように、光学部材２０を固定する工程において、上面視で光学部材２０の外周部分の一部が凹部８２ｂの内側に位置するように、蓋体８０を介して光学部材２０を基体１０に固定している。つまり、本実施形態で用いる光学部材２０は、上面視において４隅が切り掛かれた形状をしており、４つの切り掛かれた形状の部分において、開口部Ｇを形成している。図１１において、ハッチングを施している領域が接着剤１００を介在させている領域である。このような光学部材２０を用いれば、壁部１４の上面に部分的に接着剤１００を配置する実施形態１と比較して、上面視において光学部材２０と基体１０あるいは蓋体８０とが接着剤によって接合されない部分をより確実に形成することができる。なお、本実施形態でも、実施形態２で説明した注入孔２４ａが設けられた光学部材を用いることができる。

［実施例］
本実施例では、実施形態４に対応する製造方法により発光装置を製造した。以下、図２Ａ〜図５Ｃ及び図１１を参照して本実施例に係る発光装置の製造方法について説明する。

まず、銅からなる基部１２と、基部１２の上面における一領域を取り囲み鉄合金からなる壁部１４と、を有する基体１０を準備した（図２Ａから図２Ｃ参照）。

次に、壁部１４の内側における基部１２の上面に窒化物半導体からなる発振波長が４５５ｎｍの半導体レーザ素子３０を配置し、その後、当該基部１２の上面に誘電体多層膜からなる光反射膜が形成されたガラスからなる光反射部材５０を配置した。これを２０回繰り返し行い、半導体レーザ素子３０と光反射部材５０のそれぞれが４行×５列で計２０個となるように配置した（図３Ａから図３Ｃ参照）。

次に、２０個の貫通孔８２ａが設けられた鉄合金からなる枠部８２と、各貫通孔８２ａを塞ぐ２０個の透光部８４と、を備える蓋体８０を、壁部１４の上面にシーム溶接により固定した（図４Ａから図４Ｃ参照）。蓋体８０は、壁部１４に固定された状態で、壁部１４の内側で基部１２の側に凹んだ凹部８２ｂを有している。

次に、光学部材２０を基体１０の上方に配置し、オートコリメータ及び各種ステージを用いて、光学部材２０の傾き及び高さ並びに平面位置を調整した。調整の際、測定対象となるレンズ部以外を遮光板で覆い、測定対象となるレンズ部のみから光が出射されるようにして、平行光が得られるレンズ部の高さ及びレンズ部から出射される光の光軸ズレ角度を測定した。

以下では図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明するが、光学部材２０としては図１１に示す光学部材２０を用いた。図１１において、一行目一列目に位置するレンズ部２２をレンズ番号１、その右となる一行目二列目に位置するレンズ部２２をレンズ番号２、その右となる一行目三列目に位置するレンズ部２２をレンズ番号３、その右となる一行目四列目に位置するレンズ部２２をレンズ番号４、その右となる一行目五列目に位置するレンズ部２２をレンズ番号５などとして説明する（つまり、最も上の行の左端から右端に向かって、レンズ番号１〜５としている。）。同様に、二行目（上から２つ目の行）においては一列目から五列目に向かってレンズ番号６〜１０とし、３行目（上から３つ目の行）においては一列目から五列目に向かってレンズ番号１１〜１５とし、４行目（上から４つ目の行）においては一列目から五列目に向かってレンズ番号１６〜２０とする。また、Ｘ方向（図１１の横方向）におけるステージ位置をＸステージ位置、Ｙ方向（図１１の縦方向）におけるステージ位置をＹステージ位置、Ｚ方向（図１１において紙面に垂直をなす方向。つまり、高さ方向。）におけるステージ位置をＺステージ位置として説明する。

まず、光学部材２０の４隅に位置するレンズ部２２のそれぞれにおいて、レンズ部２２から出射される光がＹ方向において平行光又はそれに近い状態となるときのＺステージ位置を測定した。Ｚステージ位置を測定することにより、レンズ部２２から出射される光が平行光となるときのレンズ部の相対的な高さが把握できる。測定の結果、各レンズ部で平行光となったＺステージ位置は、レンズ番号１については１７４μｍ、レンズ番号５については１８５μｍ、レンズ番号１６については１６５μｍ、レンズ番号２０については１６２μｍであった。

次に、レンズ番号１のＺステージ位置とレンズ番号５のＺステージ位置との差と、レンズ番号１において平行光が得られる高さを測定する際におけるＸステージ位置とレンズ番号５において平行光が得られる高さを測定する際におけるＸステージ位置との差と、に基づいて、レンズ番号１とレンズ番号５の双方で平行光を得るために必要な、Ｘ方向における調整すべき傾きを角度Ａとして算出したところ、−０．０４５°となった。同様に、レンズ番号１６のＺステージ位置とレンズ番号２０のＺステージ位置との差と、レンズ番号１６において平行光が得られる高さを測定する際におけるＸステージ位置とレンズ番号２０において平行光が得られる高さを測定する際におけるＸステージ位置との差と、に基づいて、レンズ番号１６とレンズ番号２０の双方で平行光を得るために必要な、Ｘ方向における調整すべき傾きを角度Ｂとして算出したところ、０．０１２°となった。同様に、レンズ番号１のＺステージ位置とレンズ番号１６のＺステージ位置との差と、レンズ番号１において平行光が得られる高さを測定する際におけるＹステージ位置とレンズ番号１６において平行光が得られる高さを測定する際におけるＹステージ位置との差と、に基づいて、レンズ番号１とレンズ番号１６の双方で平行光を得るために必要な、Ｙ方向における調整すべき傾きを角度Ｃとして算出したところ、−０．０２９°となった。同様に、レンズ番号５のＺステージ位置とレンズ番号２０のＺステージ位置との差と、レンズ番号５において平行光が得られる高さを測定する際におけるＹステージ位置とレンズ番号２０において平行光が得られる高さを測定する際におけるＹステージ位置との差と、に基づいて、レンズ番号５とレンズ番号２０の双方で平行光を得るために必要な、Ｙ方向における調整すべき傾きを角度Ｄとして算出したところ、−０．０７３°となった。そして、Ｘ方向について得られた２つの値（角度Ａと角度Ｂ）を平均した値（−０．０３９°）と、Ｙ方向について得られた２つの値（角度Ｃと角度Ｄ）を平均した値（−０．０６６°）と、に基づいて、４隅のレンズ部２２それぞれが適切な高さとなるように、光学部材２０の傾きを調整した。ここでマイナスは、Ｘ方向において図１１の左側が基部１２の上面に近づくように調整する必要があること、又はＹ方向において図１１の下側が基部１２の上面に近づくように調整する必要があることを意味する。また、プラスは、Ｘ方向において図１１の右側が基部１２の上面に近づくように傾けて調整する必要があること、又はＹ方向において図１１の上側が基部１２の上面に近づくように傾けて調整する必要があることを意味する。

調整の効果を確認するため、調整後において、レンズ番号１、５、１６、２０それぞれについて、平行光となるＺステージ位置を測定した。その結果、レンズ番号１については２２５μｍ、レンズ番号５については２２８μｍ、レンズ番号１６については２２７μｍ、レンズ番号２０については２２２μｍとなった。さらに、調整後において、上述と同様に角度Ａ〜Ｄを算出したところ、角度Ａついては−０．０１２°、角度Ｂについては０．０２０°、角度Ｃについては０．００６°、角度Ｄについては−０．０１９°となった。また、Ｘ方向について得られた２つの値（角度Ａと角度Ｂ）を平均した値については−０．００２°、Ｙ方向について得られた２つの値（角度Ｃと角度Ｄ）を平均した値については−０．００４°となった。

これらの結果を図１２及び図１３に示す。図１２及び図１３から理解できるように、光学部材２０の高さ及び傾きを調整することにより、上面視において４隅に位置するレンズ部２２のすべてで平行光に近い光を得ることができた。なお、図１２を見ると、調整前におけるレンズ番号１、５、１６、２０それぞれで平行光となるＺステージ位置と、調整後におけるレンズ番号１、５、１６、２０それぞれで平行光となるＺステージ位置と、が大きく異なる。これは、光学部材２０の傾きを調整する基準軸が、光学部材２０の中心でなく、光学部材２０から離れた位置に存在する光学部材２０の傾きを調整するためのステージに位置しているためである。つまり、レンズ番号１、５、１６、２０それぞれで平行光となるＺステージ位置は調整の前後で変化しているものの、レンズ番号１、５、１６、２０それぞれで平行光となる各レンズ部の実際の高さは調整の前後で略同じである。

次に、２０個のレンズ部２２の全てについて、レンズ部２２から出射されるレーザ光の光軸の、基準軸からのズレ角度を測定した（ここでは、基部１２の下面と垂直をなす直線を基準軸とした。）。そして測定結果の平均値が基準軸に近づくように光学部材２０の平面位置を調整した。

平面位置の調整前及び調整後における、レンズ部２２から出射されるレーザ光の光軸のズレ角度を図１４に示し、図１４のデータをＸＹ座標にプロットしたものを図１５に示す。図１４において、θｘとは図１１のＸ方向におけるズレ角度であり、θｙとは図１１のＹ方向におけるズレ角度であり、Ｄとはθｘとθｙとを合成することによって得られたズレ角度である。図１４及び図１５から明らかなように、光学部材２０の平面位置の調整によって、発光装置を１つの光源としてみたときの光軸のずれ量を小さくすることができた。

以上、実施形態及び実施例について説明したが、本発明は実施形態及び実施例に何ら限定されるものではない。

１、２、３、４ 発光装置
１０ 基体
１２ 基部
１４ 壁部
２０ 光学部材
２２ レンズ部
２４ 非レンズ部
２４ａ 注入孔
３０ 半導体レーザ素子
４０ 載置体
５０ 光反射部材
６０ ワイヤ
７０ 中継部材
８０ 蓋体
８２ 枠部
８２ａ 貫通孔
８２ｂ 凹部
８４ 透光部
９０ 配線
１００ 接着剤
１１０ 吸着治具
１１２ 窪み部
１１２ａ 貫通孔
ＬＡ 光入射面
ＬＢ 光出射面
Ｆ 貫通孔
Ｇ 開口部
Ｘ 行方向
Ｙ 列方向

Claims (13)

1. 基部を有する基体を準備する工程と、
   前記基部の上面に複数の半導体レーザ素子を固定する工程と、
   複数のレンズ部と、上面視において前記複数のレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部と、を備える光学部材を前記基体に固定する工程と、を有し、
   前記光学部材を固定する工程において、
   前記光学部材を前記基体の上方に配置し、
   前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、
   その後、前記接着剤を硬化することにより、前記光学部材を前記基体に固定する、
   発光装置の製造方法。
2. 前記基体を準備する工程において、前記基部の上面における一領域を取り囲む壁部を有する基体を準備し、
   前記半導体レーザ素子を固定する工程において、前記壁部の内側における前記基部の上面に前記複数の半導体レーザ素子を固定し、
   前記半導体レーザ素子を固定する工程と前記光学部材を固定する工程との間に、前記半導体レーザ素子の出射光を透過する透光部を備える蓋体を、前記壁部の上面に固定する工程を有し、
   前記光学部材を固定する工程において、
   前記光学部材を前記基体の上方に配置し、
   前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、
   その後、前記接着剤を硬化することにより、前記蓋体を介して前記光学部材を前記基体に固定する、
   請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 基部と前記基部の上面における一領域を取り囲む壁部とを有する基体と、前記壁部の内側における前記基部の上面に固定された複数の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射光を透過する透光部を有し前記壁部の上面に固定された蓋体と、を備える光源ユニットを準備する工程と、
   複数のレンズ部と、上面視において前記複数のレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部と、を備える光学部材を、前記光源ユニットに固定する工程と、を有し、
   前記光学部材を固定する工程において、
   前記光学部材を前記基体の上方に配置し、
   前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させた後に前記光学部材の傾き及び高さを調整し、又は、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記壁部の上面と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させ、
   その後、前記接着剤を硬化することにより、前記光学部材を前記光源ユニットに固定する、
   発光装置の製造方法。
4. 前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材の傾き及び高さの調整に加えて、平面位置を調整する請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材として、前記複数のレンズ部が上面視において二次元配置された光学部材を用いる請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
6. 前記光学部材を固定する工程において、前記接着剤として光硬化性の接着剤を用いる請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材の傾き及び高さを調整した後に前記基体と前記非レンズ部との間に接着剤を介在させる請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材として、接着剤を注入するための複数の注入孔が前記非レンズ部に設けられている光学部材を用い、前記注入孔から前記接着剤を注入することで前記基体と前記非レンズ部との間に前記接着剤を介在させる請求項７に記載の発光装置の製造方法。
9. 前記複数の半導体レーザ素子を固定する工程において、さらに、前記基部の上面に、それぞれが１つの前記半導体レーザ素子からの出射光を１つの前記レンズ部に向けて反射する複数の光反射部材を固定する請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
10. 前記光学部材を固定する工程において、前記光学部材として前記非レンズ部に貫通孔が設けられた光学部材を用い、前記接着剤として有機物を含む接着剤を用い、上面視において前記非レンズ部のうち前記貫通孔よりも前記複数のレンズ部から遠い領域と、前記基体と、の間に前記接着剤を介在させる請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
11. 前記光学部材を固定する工程において、上面視で前記光学部材の外周部分の全体に亘る領域において、前記基体と前記非レンズ部との間に前記接着剤を介在させる請求項１０に記載の発光装置の製造方法。
12. 前記光学部材を固定する工程において、前記接着剤として有機物を含む接着剤を用い、上面視で前記光学部材の外周部分の一部を除く領域において、前記基体と前記非レンズ部との間に前記接着剤を介在させる請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
13. 前記蓋体として前記壁部の内側で前記基部の側に凹んだ凹部が設けられた蓋体を用い、
    前記光学部材を固定する工程において、上面視で前記光学部材の外周部分の一部が前記凹部の内側に位置するようにして、前記蓋体を介して前記光学部材を前記基体に固定する請求項２を引用する請求項１２又は請求項３を引用する請求項１２に記載の発光装置の製造方法。