JP2019114726A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 光学素子の高さを比較的短い時間で調整して光源１００に固定することができる。【解決手段】 一形態に係る発光装置３００の製造方法は、１以上の半導体レーザ素子を含む光源１００と、光学素子２００と、集光レンズ７１４と、光検出器７１５と、が順に位置するように、それぞれを配置する工程と、半導体レーザ素子を発光させ、光検出器７１５における光の検出位置を基準検出位置として測定する工程と、遮光部材７１２を配置する工程と、レンズ部を通過した光の一部を遮光し、レンズ部及び集光レンズ７１４を通過した残りの一部の光を光検出器７１５で検出して、光検出器７１５における光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程と、基準検出位置と遮光後検出位置とに基づいて、光源１００と光学素子２００との距離を調整する工程と、光源１００に光学素子２００を固定する工程と、を順に含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。
光源と、光源に固定されたコリメートレンズと、を含む発光装置が知られている（例えば特許文献１の図３）。コリメートレンズの位置の補正方法において、ＸＹ方向（平面方向）にコリメートレンズを連続的に移動させながらビームの位置の調整を行うとともに、Ｚ方向（高さ方向）にコリメートレンズを連続的に移動させながらビームの広がり角の調整を行っている。
特開２０１０−１０３３２３
このような発光装置において、コリメートレンズの位置を効率よく補正できる余地がある。
本発明の一形態に係る発光装置の製造方法は、１以上の半導体レーザ素子を含む光源と、１以上のレンズ部を含む光学素子と、集光レンズと、光検出器と、が下方から上方に向かって順に位置するように、それぞれを配置する工程と、前記半導体レーザ素子を発光させ、前記レンズ部を通過した後に集光レンズを通過した光を光検出器で検出して、前記光検出器における光の検出位置を基準検出位置として測定する工程と、前記光学素子と前記集光レンズとの間に、遮光部材を配置する工程と、前記レンズ部を通過した光の一部を前記遮光部材で遮光し、前記レンズ部及び前記集光レンズを通過した残りの一部の光を前記光検出器で検出して、前記光検出器における光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程と、前記基準検出位置と前記遮光後検出位置とに基づいて、前記光検出器における前記遮光部材で遮光された後の光の検出位置が前記基準検出位置に近づくように前記光源と前記光学素子との距離を調整する工程と、前記光源に前記光学素子を固定する工程と、を順に含むことを特徴とする光源の製造方法。
図１は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図２は、第１実施形態に係る製造方法により作製された発光装置の上面図である。 図３は、図２の発光装置において基部の凹部の内側を説明するための図である。 図４は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図５は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図６Ａは、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図６Ｂは、図６Ａの光源と光学素子と遮光部材とを上面側から視た図ある。 図７は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図８は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図９は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図１０は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図１１は、遮光部材を設けずに光検出器で測定した場合の図である。 図１２は、図１１で測定した発光装置において遮光部材を設けて測定した図である。 図１３Ａは、光源と光学素子との距離が所望の距離である場合における発光装置からの光の行路を示す図である。 図１３Ｂは、図１３ＡをＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を示す模式図である。 図１４Ａは、光源と光学素子との距離が所望の距離よりも短い場合における発光装置からの光の行路を示す図である。 図１４Ｂは、図１４ＡをＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を示す模式図である。 図１５Ａは、光源と光学素子との距離が所望の距離よりも長い場合における発光装置からの光の行路を示す図である。 図１５Ｂは、図１５ＡをＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を示す模式図である。 図１６は、レンズ部のずれ量と調整量とを示すグラフである。 図１７は、第２実施形態に係る製造方法により作製された発光装置の斜視図である。 図１８は、図１７に示す発光装置の上面図である。 図１９は、第２実施形態に係る光源の上面図である。 図２０は、図１９から蓋部を除いた図である。 図２１は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図２２は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図２３Ａは、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図２３Ｂは、図２３Ａの光源と光学素子と遮光部材とを上面側から視た図である。 図２４は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図２５は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。 図２６は、第２実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための図である。
本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。本明細書では、発光装置３００、６００の光取出し面側（図４の上側、図２１の上側）を上方とし、その反対側（図４の下側、図２１の下側）を下方とする。
＜第１実施形態＞
図１に第１実施形態に係る発光装置３００の製造方法のフローチャートを示し、図２に本実施形態の製造方法により作製された発光装置３００の上面図を示し、図３に光源１００の上面図を示す。図３においては、光源１００に含まれる基部１１０の凹部の内部をわかりやすくするために、蓋部１５０を透過して視た図を示している。また、図４〜図１０に発光装置３００の製造方法を説明するための図を示す。
図４〜図１０に示すように、発光装置３００の製造方法は、ステージ７１０の上方に、１以上の半導体レーザ素子を含む光源１００を配置する工程Ｓ１と、光源１００の上方に、１以上のレンズ部を含む光学素子２００を配置する工程Ｓ２と、半導体レーザ素子を発光させ、レンズ部を通過した後に集光レンズ７１４を通過した光を光検出器７１５で検出して、光検出器７１５における光の検出位置を基準検出位置として測定する工程Ｓ３と、光学素子２００と集光レンズ７１４との間に、遮光部材７１２を配置する工程Ｓ４と、レンズ部を通過した光の一部を遮光部材７１２で遮光し、レンズ部及び集光レンズ７１４を通過した残りの一部の光を光検出器７１５で検出して、光検出器７１５における光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程Ｓ５と、基準検出位置と遮光後検出位置とに基づいて、光検出器７１５における遮光部材７１２で遮光された後の光の検出位置が基準検出位置に近づくように光源１００と光学素子２００との距離を調整する工程Ｓ６と、光源１００の上方に光学素子２００を固定する工程Ｓ７と、を順に含む。
発光装置３００の製造方法によれば、光学素子２００を通過した後の光源１００からの光の広がり角を比較的短い時間で所望の角度に調整することができる。以下で、詳述する。
各部材の実装誤差や公差があるため、例えば、複数の発光装置において、光学素子を通過した光を平行光により近づけるためには、光源と光学素子との間の距離（以下では「光学素子の高さ」ともいう）を発光装置ごとに調整する必要がある。光源と光学素子との間の距離を調整する場合は、半導体レーザ素子を発光させてレンズ部を通過した光を光検出器で検出して検出された光の輝度を測定する工程を、光学素子の高さを変えながら複数回行い、得られた結果から光学素子の高さを調整することが考えられる。しかしながら、この場合は、光検出器で複数回測定を行う必要があるため、光学素子の高さの調整に時間がかかる。
そこで、発光装置３００の製造方法では、レンズ部を通過した光の一部を遮光部材７１２で遮光し、遮光されていない残りの光を光検出器７１５で検出し、光の位置を確認している。そして、基準検出位置と遮光後検出位置とのずれ量に基づいて光学素子の高さを調整している。これにより、ずれ量から光学素子を上方又は下方にどの程度移動させればよいかを直接求めることができるため、比較的短い時間で光学素子の高さ調整を行うことができる。
以下において、発光装置３００の製造方法について説明する。
（光源１００を準備する工程）
まず、図３に示すように、１以上の半導体レーザ素子を含む光源１００を準備する。なお、ここでは３つの半導体レーザ素子を含む光源１００を準備しているが、１つの半導体レーザ素子を含む光源を準備してもよい。光源１００としては、実装基板１００Ｂの上面にパッケージ１００Ａが実装されたものを用いている。実装基板１００Ｂへのパッケージ１００Ａの実装は、例えば、共晶半田等を用いて行うことが考えられるが、パッケージ１００Ａの実装時に共晶半田の厚みにばらつきが生じることから、光源ごとに、高さにばらつきが生じる場合がある。そこで、実装基板１００Ｂと、実装基板１００Ｂに実装されたパッケージ１００Ａと、を含む光源１００をステージ７１０の上方に配置して光学素子２００の高さ（Ｚ方向）の調整を行うことにより、実装基板１００Ｂの下面に対して光を所望の方向に出射するように光学素子２００の調整を行うことができる。なお、実装基板１００Ｂは省略してもよい。
パッケージ１００Ａは、図３及び図４に示すように、凹部が設けられた基部１１０と、凹部の底面に配置された１以上の半導体レーザ素子１２１〜１２３と、凹部の底面に配置された１つの光反射部１３０と、凹部を塞ぐように基部１１０の上面に固定された、透光性の領域を含む蓋部１５０と、を含む。
ここでは、パッケージ１００Ａは、一列に配置された３つの半導体レーザ素子１２１〜１２３を含む。３つの半導体レーザ素子は、それぞれ、青色発光の第１半導体レーザ素子１２１と、赤色発光の第２半導体レーザ素子１２２と、緑色発光の第３半導体レーザ素子１２３と、からなる。第１半導体レーザ素子１２１及び第３半導体レーザ素子１２３は窒化物半導体であるＧａＮ系の半導体を含み、第２半導体レーザ素子１２２はＧａＡｓ系の半導体を含む。また、第１半導体レーザ素子１２１と第３半導体レーザ素子１２３は１つの発光点から光が出射されるが、第２半導体レーザ素子１２２は２つの発光点から光が出射される。なお、各半導体レーザ素子を構成する材料、発光点の数などはこれらに限定されない。
光反射部１３０は、半導体レーザ素子からの光を上方に反射させるものである。光反射部１３０としては、例えば、ガラスに、金属膜及び誘電体多層膜の少なくとも一方が設けられたものを用いる。光反射部１３０が設けられていることにより、各半導体レーザ素子の光出射端面から光学素子２００の光入射面（下面）までの光の行路を長くすることができる。これにより、光反射部１３０で反射された光の光軸とレンズ部とのずれが一定であれば、光の行路が短い場合に比べて、レンズ部を通過した後の光の進行方向のずれを低減しやすい。
蓋部１５０はサファイアからなる。サファイアは、比較的、高透過率で且つ高硬度な材料であるため、各半導体レーザ素子からの光を透過させやすく、且つ、蓋部１５０が破損する可能性も少ない。蓋部１５０と基部１１０とは、Ａｕ−Ｓｎからなる共晶半田等により接合されている。このとき、半導体レーザ素子として、窒化物半導体を含むものを用いる場合は、半導体レーザ素子への集塵を抑制するために、基部１１０と蓋部１５０とにより構成される空間は気密封止された空間とすることが好ましい。蓋部１５０は、サファイアの他に、ガラス等の透光性を有する材料からなってもよい。また、蓋部１５０は、透光性の材料からなる透光部と金属等の材料からなる支持部とを含んでいてもよい。なお、蓋部が、金属の支持部と透光部とからなる場合は、基部１１０における、蓋部１５０の支持部が固定される領域は金属から構成される。
各半導体レーザ素子は、ワイヤ１４０により基部１１０と電気的に接続されている。基部１１０は、各半導体レーザ素子に対応する配線を有しており、配線は基部１１０の上面及び下面に達している。そして、基部１１０は、その下面において、実装基板１００Ｂと電気的に接続されている。ここでは、各半導体レーザ素子が個別に発光できるように、複数の配線が設けられている。
（ステージ７１０の上方に光源１００を配置する工程Ｓ１）
次に、図４に示すように、光測定システム７００に含まれるステージ７１０の上方に、光源１００を配置する。光測定システム７００は、ステージ７１０と、光源１００の上方に配置する光学素子２００の位置調整を行う支持部７１１と、レンズ部を通過した光の一部を遮光する遮光部材７１２と、遮光部材７１２の上方に配置された集光レンズ７１４と、集光レンズ７１４を通過した光であって遮光部材７１２で遮光されない光を検出する光検出器７１５と、光検出器７１５で検出した光の検出位置を測定する解析装置７１６と、を含む。ステージ７１０、支持部７１１、集光レンズ７１４、光検出器７１５、及び解析装置７１６を含むシステムとしては、例えば、オートコリメータを使うことができる。ここでは、光測定システム７００は、支持部７１１と集光レンズ７１４との間に、１つのレンズ部を通過する光を通す開口部が設けられた第２遮光部材７１３を含む。後述するように半導体レーザ素子からの光にある程度広がりがある場合は迷光が出やすくなるため、レンズ部を通過した光以外の光の影響を受けやすくなるが、第２遮光部材７１３が配置されていることにより、１つのレンズ部を通る光を正確に測定しやすくなる。なお、この工程では遮光部材７１２は光源１００の直上に位置しないように配置されている。
（光源１００の上方に光学素子２００を配置する工程Ｓ２）
次に、図４に示すように、支持部７１１で光学素子２００を支持しながら、光源１００の上方に、１以上のレンズ部を含む光学素子２００を配置する。光学素子２００としては、例えば、コリメートレンズを用いる。ここでいうコリメートレンズは、各レンズ部を通過した光が完全に平行になるものだけでなく、平行に近づけるものも含まれることとする。光学素子２００には、例えば、ショット製の「Ｂ２７０」や「ＢＫ７」（硼珪酸ガラス）などのガラス等を用いることができる。光学素子２００は、光源１００に含まれる半導体レーザ素子の数に対応する数のレンズ部を含むことが好ましい。ここでは、１以上のレンズ部を含む光学素子２００として、第１半導体レーザ素子１２１からの光が通過する第１レンズ部２１１と、第２半導体レーザ素子１２２からの光が通過する第２レンズ部２１２と、第３半導体レーザ素子１２３からの光が通過する第３レンズ部２１３と、が一列に配置されたものを用いている。そして、図２に示すように各レンズ部は一方向に繋がって設けられている。
光学素子２００としては、図２に示すように、上面視においてレンズ部の周囲に設けられた非レンズ部２４０を備えるものを用いることが好ましい。これにより、後述する光学素子２００を固定する工程において、非レンズ部２４０に接着剤１６０を介在させて、基部１１０に固定することができ、半導体レーザ素子からの光が接着剤１６０に当たることを抑制しやすくなる。非レンズ部２４０の上面及び下面は平面とすることができる。非レンズ部２４０の上面が平面であれば、光学素子２００を支持部７１１で支持しやすい。なお、工程Ｓ１と工程Ｓ２の順番は逆であってもよい。つまり、光学素子２００を配置した後に、光源１００を光学素子２００の下方に配置してもよい。
（基準検出位置を測定する工程Ｓ３）
次に、半導体レーザ素子を発光させ、レンズ部を通過した後に集光レンズ７１４を通過した光を光検出器７１５で検出して、光検出器７１５における光の検出位置を基準検出位置として測定する。ここでは、図５に示すように、平面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）における光学素子２００のレンズ部の位置を第１半導体レーザ素子１２１からの光が第１レンズ部２１１の中心を通るように調整し、調整後の位置で基準検出位置を測定している。これにより、レンズ部における光の進行方向のばらつきを低減することができるため、Ｚ方向におけるレンズ部の位置の調整が容易となる。
平面方向における光学素子２００のレンズ部の調整では、レンズ部を通った後の光が基部１１０の下面に対して垂直な方向に進行するように調整する。なお、平面方向における光学素子２００の位置を調整せずに、半導体レーザ素子を発光させて光検出器で検出した位置で基準検出位置を測定してもよい。
ここでは、光検出器７１５として、オートコリメータに含まれるＣＣＤイメージセンサを用いており、ＣＣＤイメージセンサからのデータを表示する表示画面における光の位置を確認して位置を測定している。具体的には、まず、第１半導体レーザ素子１２１を発光させて、第１レンズ部２１１を通過し、集光レンズ７１４を通過した光を検出してＣＣＤイメージセンサにおける光の位置（調整前位置）を検出する。そして、調整前位置が所定の値からずれている場合は、光検出器７１５における光の検出位置が所定の位置になるように、平面方向における光学素子２００の位置を調整する。そして、調整後の所定の位置を基準検出位置として測定する。なお、平面方向における光学素子２００の位置の調整を行わない場合は、表示画面に写る光の位置を基準測定位置として測定し、後述する光学素子２００と光源１００との距離を調整する工程を行う。また、調整前位置が所定の位置と一致する場合は、平面方向における光学素子２００の調整は行わない。光検出器７１５としては、ＣＣＤイメージセンサの他に、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を用いることができる。
光検出器７１５として、オートコリメータに含まれるＣＣＤイメージセンサを用いる場合は、光検出器７１５で測定可能な発光強度の範囲が比較的狭い。言い換えると、光検出器７１５で検出される光の強度が高すぎると光検出器７１５のダイナミックレンジを超えてしまい、白く写る（白飛びして写る）ことにより輝度分布を測定できない可能性があり、光検出器７１５で検出される光の強度が低すぎると光検出器７１５で検出できない可能性がある。また、半導体レーザ素子ごとの性能ばらつきにより、一定の電流値で測定できない可能性がある。そこで、本実施形態では、閾値よりも低い電流値を流し、測定可能な電流値まで少しずつ電流値を上げながら測定している。例えば、５ｍＡ以上３００ｍＡ以下の範囲内の電流値を流しながら測定する。前述の下限値以上の電流を流すことにより、光検出器７１５で光の位置を検出しやすくなり、前述の上限値以下の電流を流すことにより、測定可能な輝度の範囲を超えることを防ぐことができる。なお、オートコリメータを使って測定する場合は、光検出器７１５にＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタを設け、半導体レーザ素子を発振させてレーザ光により基準検出位置の測定を行ってもよい。また、光検出器７１５が、発光強度に耐えられるものであれば、閾値電流以上の電流値を流して測定を行ってもよい。
閾値よりも低い電流値で発光させる場合は、本実施形態に示すように、第２遮光部材７１３が配置されていることが特に好ましい。閾値よりも低い電流値で発光させる場合は、レンズ部を通る光が広がりやすいため迷光が出やすくなるが、第２遮光部材７１３を配置することにより迷光の影響をある程度小さくすることができるため、光学素子２００の高さを正確に調整しやすくなる。
光源１００が複数の半導体レーザ素子を含む場合は、上述のように、測定する半導体レーザ素子のみを発光させることが好ましい。これにより、隣り合う半導体レーザ素子からの光が検出されることを抑制しやすくなる。なお、複数の半導体レーザ素子のすべてを発光させてもよいし、直列に接続されている複数の半導体レーザ素子を発光させてもよい。この場合は、第２遮光部材７１３を設けることによる遮光の効果がより顕著となる。
（遮光部材７１２を配置する工程Ｓ４）
次に、図６Ａに示すように、光学素子２００と集光レンズ７１４との間に、遮光部材７１２を配置する。つまり、光源１００の一部を覆うように、光源１００の直上に遮光部材７１２を配置する。このとき、図６Ｂに示すように、上面視において、遮光部材７１２が、レンズ部を通過した光の半分以上を遮光するように配置されることが好ましい。これにより、後述する工程Ｓ５において、所定の広がり角からのずれ量を検出しやすくなる。したがって、工程Ｓ６において、光学素子２００におけるレンズ部の位置の補正の精度を高くすることができる。遮光部材７１２としては、例えば、アルミニウム、等の金属材料を用いることができる。遮光部材７１２の形状は、集光レンズ７１４を通過した後の光の一部を遮ることができる形状であればよい。なお、理解を容易にするため、図６Ｂでは第２遮光部材７１３及び支持部７１１を示していない。
（遮光後検出位置を測定する工程Ｓ５）
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、レンズ部を通過した光の一部を遮光部材７１２で遮光し、レンズ部及び集光レンズ７１４を通過した残りの一部の光を光検出器７１５で検出して、光検出器７１５における光の検出位置を遮光後検出位置として測定する。ここでは、遮光後検出位置は輝度分布における重心（以下「輝度重心」という。）の位置である。これにより、レンズ部の高さをより正確に調整しやすくできる。なお、遮光後検出位置は、輝度重心の位置のほかに、輝度検出面積における重心の位置であってもよい。
輝度重心の位置は、光検出器７１５で検出される光のデータのＸ方向、Ｙ方向の画素列ごとに算出する。ある画素列Ｙにおいて、Ｘ方向の輝度重心を以下の式（ａ）で算出する。
（ａ）…Ｘ＝（Σ（Ｋｉ×ｘｉ）／ΣＫｉ）
そして、求められたＸ方向の輝度重心をＹ方向で平均化し、輝度重心のＸ座標とする。同様に、Ｙ方向の輝度重心を以下の式（ｂ）で算出する。
（ｂ）…Ｙ＝（Σ（Ｋｉ×ｙｉ）／ΣＫｉ）
そして、求められたＹ方向の輝度重心をＸ方向で平均化し、輝度重心のＹ座標とする。
以上の方法により、輝度重心の位置を測定することができる。
なお、遮光後検出位置を測定する方法はこの方法に限定されるものではなく、輝度検出面積における重心の位置（単純２値化重心計算方法）などの別の方法を用いてもよい。
遮光部材を配置せずに輝度重心の位置をＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を図１１に示し、遮光部材を配置して輝度重心の位置をＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を図１２に示す。遮光部材を配置しなかった場合は、レンズ部を通過した光が所望の光（ここでは平行光）になっていなくても、光検出器で検出された光の中心は所定の位置となった。これは、レーザ光の配光は一般的にガウシアン分布であるため、ＸＹ方向の位置合わせができていれば、平行光でなくても輝度重心の位置は０になるためである。一方で、同じものに対して遮光部材を配置して測定すると、図１２に示すように、光の広がり角がずれていることを確認することができた。なお、遮光部材７１２を配置する場合であっても、平行光になっていれば図１１のように、輝度重心の位置は基準検出位置Ｃに一致するため、正しく認識することができる。このように、本実施形態の製造方法によれば、光の広がり角のずれを正確に認識することができるため、光学素子２００と光源１００との間の距離を正確に調整することができる。
図１３Ａ〜１５Ｂを参照しながらさらに詳細に説明する。図１３Ａ、図１４Ａ、図１５Ａは光の広がりを示すための模式図であり、図１３Ｂ、図１４Ｂ、図１５ＢはＣＣＤイメージセンサで撮影した結果を示す模式図である。図１３Ａは図１３Ｂに、図１４Ａは図１４Ｂに、図１５Ａは図１５Ｂにそれぞれ対応する。図１３Ａ及び図１３Ｂは、レンズ部を通過した後の光が平行光になるように、レンズ部が所定の高さである場合を示す図であり、図１４Ａ及び図１４Ｂは、レンズ部の高さが所定の高さよりも低い場合を示す図であり、図１５Ａ及び図１５Ｂは、レンズ部の高さが所定の高さよりも高い場合を示す図である。なお、図１３Ａ、図１４Ａ、及び図１５Ａでは、説明をわかりやすくするために、ステージ７１０、支持部７１１、第２遮光部材７１３、及び解析装置７１６を図示しておらず、光の行路をわかりやすくするために、図６Ａを左側から視た図としている。ここでは、基準検出位置Ｃを（Ｘ座標、Ｙ座標）＝（０、０）にしている。
レンズ部の高さが所望の高さである場合（レンズ部を通過した後の光が平行光になる場合）は、輝度重心のＸ座標及びＹ座標が０になるため、図１３Ｂに示すように基準検出位置Ｃと遮光後検出位置Ｐとが一致する。レンズ部の高さが所望の高さよりも低い場合は、図１４Ａに示すように、レンズ部を通る光が広がるため、集光レンズ７１４で集光しきらないまま光検出器７１５で測定される。このときは輝度重心のＸ座標が０よりも大きい値になるため、例えば図１４Ｂに示すように、遮光後検出位置Ｐは基準検出位置Ｃよりも右側に位置する。この場合は、基準検出位置Ｃと遮光後検出位置Ｐとのずれ量からレンズ部の高さのずれ量を求め、求めたずれ量に基づいてレンズ部の高さを高くする。レンズ部の高さが所望の高さよりも高い場合は、図１５Ａに示すようにレンズ部を通る光は集光され、遮光部材７１２で遮光されていない集光レンズ７１４を通る光は遮光部材７１２と重なる位置で検出される。このときは輝度重心のＸ座標は０よりも小さい値になるため、例えば図１５Ｂに示すように基準検出位置Ｃよりも左側に遮光後検出位置Ｐが検出される。この場合も、遮光後検出位置Ｐと基準検出位置Ｃとのずれ量からレンズ部の高さのずれ量を求め、求めたずれ量に基づいてレンズ部の高さを低くする。
ここでは、レンズ部を通過した光のファーフィールドパターンは一方向に長い形状であり、図６Ｂに示すように、遮光部材７１２で、レンズ部を通過した光のうちの、一方向に長い形状の長手方向の一部を遮光している。半導体レーザ素子から照射されるレーザ光のファーフィールドパターンは一方向に長い形状となり、その形状の長手方向において光の広がりによる影響が大きくなりやすい。つまり、図６ＢのＸ方向における光の広がりよりもＹ方向における光の広がりが顕著となる。Ｘ方向における広がり角よりもＹ方向における広がり角が大きくなりやすいため、Ｙ方向において光を遮光することにより、広がり角を調整しやすくなる。ここでいう「ファーフィールドパターン」とは、半導体レーザ素子の光出射面とからある程度離れており且つ光出射面と平行な面において放射光の光強度分布を測定したものであり、例えば、ピーク強度値から１／ｅ２等の任意の強度に落ちたときの強度における形状として特定される。
（光源１００と光学素子２００との距離を調整する工程Ｓ６）
次に、図７に示すように、基準検出位置と遮光後検出位置とに基づいて、光検出器７１５における遮光部材７１２で遮光された後の光の検出位置が基準検出位置に近づくように光源１００と光学素子２００との距離を調整する。具体的には、基準検出位置と遮光後検出位置との差に基づいて、レンズ部を通って光検出器７１５で検出される光の位置が基準検出位置と同じ位置となるように、光学素子２００のレンズ部の高さを調整する。
光学素子２００のレンズ部の高さの調整は、事前に、基準検出位置と遮光後検出位置とのずれ量に基づく光学素子２００のずれ量を測定し、光学素子２００の高さを調整する量を求めたテーブルを作り、そのテーブルに基づいて調整して行うことができる。図１６に、基準検出位置と遮光後検出位置との複数のずれ量（レンズ部のずれ量）と、複数のずれ量それぞれにおける調整量（レンズ部を透過した後の光を平行光にするためにＺ方向においてどの程度レンズ部を移動させるべきかを示す値）と、を示すテーブルに基づいて作成したグラフを示す。このグラフは、１つの光学素子に含まれる４つのレンズ部（レンズ１〜レンズ４）において、レンズ部のずれ量と位置のずれ量との関係を示している。図１６において各レンズ部の挙動がよく近似していることから、個別のレンズ部それぞれにおいてこのグラフに基づいてレンズ部の高さ補正ができることが分かる。なお、正確には、図１６に示すグラフから補正量だけでなく、レンズ部を高くすべきか又は低くすべきかについても理解できる。
光学素子２００ごとにテーブルを作成することにより、より正確にレンズ部の高さを調整することができる。しかし、同じ条件で作製された光学素子２００であれば、個体ごとの差が大きくないため、同じテーブルを使って調整することが好ましい。これにより、光学素子２００の調整に要する手間と時間を減らすことができるため、発光装置３００を量産しやすくなる。
次に、図８に示すように、第３レンズ部２１３において、基準検出位置を測定する。基準検出位置の測定は上述した基準検出位置の測定と同様に行う。このときは、遮光部材７１２は測定するレンズ部の直上には位置しないように配置する。そして、図９に示すように、遮光部材７１２を改めて配置し、基準検出位置と遮光後検出位置とを測定し、基準検出位置と遮光後検出位置とに基づいて、光検出器７１５における遮光部材７１２で遮光された後の光の検出位置が基準検出位置に近づくように光源１００と光学素子２００との距離を調整する。
上述のように、１以上の半導体レーザ素子として、一列に配置された２以上の半導体レーザ素子を用い、１以上のレンズ部を含む光学素子として、一列に配置された２以上のレンズ部を含む光学素子２００を用いる場合は、一列に配置された２以上のレンズ部のうちの一端及び他端の２つのレンズ部において、基準検出位置を測定する工程と遮光検出位置を測定する工程と、を行うことが好ましい。これにより、測定にかかる時間を減らしながら、各レンズ部から出射される光を、所定の広がり角にある程度近づけることができる。また、本実施形態のように第２半導体レーザ素子１２２が２つの発光点を有する場合は、光の広がり角を検出しにくくなるため、発光点が１つの青色発光の半導体レーザ素子１２１や、緑色発光の半導体レーザ素子１２３により検出することが好ましい。なお、すべてのレンズ部において、基準検出位置の測定から光学素子２００の高さの調整までを行ってもよい。この場合は、光源１００の下面（ステージ７１０の上面）と光学素子２００の下面とが平行な状態で、各レンズ部で測定した高さの平均の高さになるように光学素子２００の位置を調整する。
ここでは、第１レンズ部２１１において、基準検出位置の測定から光学素子２００の高さの調整までを行い、その後第３レンズ部において同様の工程を行っている。つまり、レンズ部ごとに測定から調整までを行っている。これにより、２つ目以降のレンズ部を測定する場合に所定の位置からのずれ量を少なくすることができるため、調整を行いやすくなる。このほかに、基準検出位置の測定から遮光後検出位置の測定までを、測定するレンズ部ごとにまとめて行い、その後に光源１００と光学素子２００との距離を調整してもよい。この場合は、光源１００と光学素子２００との距離をまとめて調整することができるため時間を短縮することができる。
２つ以上のレンズ部において測定を行う場合は、光学素子２００の傾きも調整することが好ましい。具体的には、各レンズ部からの光が所望の高さになるように調整することが好ましい。これにより、各半導体レーザ素子からの光を所望の広がり角にしやすくなる。
（光学素子２００を固定する工程Ｓ７）
次に、調整後の位置で光学素子２００を光源１００に固定する。ここでは、光源１００の４角において、光硬化性の接着剤１６０により光学素子２００を透光部材に固定している。
＜第２実施形態＞
図１７に第２実施形態に係る製造方法により作製された発光装置６００の斜視図を示し、図１８に発光装置６００の上面図を示す。また、図１９に光源４００の上面図を示し、図２０に基部４１０の凹部の内部を説明するための図を示す。発光装置６００の製造方法は、以下で説明する事項以外は、第１実施形態で説明した事項と実質的に同一である。
まず、光源を準備する工程において、実装基板を含まない光源４００を準備する。基部４１０は、銅や鉄等の金属材料を含む。図２０に示すように、基部４１０の凹部の内側には、２０個の半導体レーザ素子が配置されている。半導体レーザ素子１２１はＧａＮ系の半導体を含む青色発光の半導体レーザ素子である。また、基部４１０の凹部の内側には、半導体レーザ素子の数に対応する光反射部１３０が配置されている。さらに、図１９に示すように、蓋部として、金属からなる支持部４２１と、ガラスからなる透光部４２２と、を含むものを用いている。ここでは、蓋部４２０は、半導体レーザ素子からの光に対応する数の透光部４２２を有するが、１つの透光部４２２であってもよい。基部４１０と蓋部４２０とは溶接により固定されており、基部４１０と蓋部４２０とにより構成される空間は気密封止された空間である。
そして、工程Ｓ２において、光測定システムとして、第２遮光部材７１３が設けられていないものを用いている。なお、本実施形態において第２遮光部材を含む光測定システムにより調整を行ってもよい。
そして、工程Ｓ３において、リードピン４１１に直列に接続された複数の半導体レーザ素子を発光させながら、１つのレンズ部を通る光を検出している。
そして、図２１〜図２４に示すように、第１レンズ部２１１において、基準検出位置の測定から第１レンズ部２１１と光源４００との距離の調整までを行い、その後、第５レンズ部２１５、第２０レンズ部２３０においても同様に基準検出位置の測定から調整までを行う。そして、図２５に示すように、第１レンズ部２１１と、第５レンズ部２１５、及び第２０レンズ部２３０において測定した所定の高さとなるように、光学素子２００の傾きを調整する。図２５では、Ｙ方向の傾きの調整しか図示していないが、Ｘ方向においても傾きの調整を行っている。これにより、各レンズ部からの光を所望の広がり角にある程度近づけることができる。そして、図２０に示すように基部４１０に光学素子２００を固定する。このとき、接着剤１６０は、図１６及び図１７に示すように、上面視において、光学素子２００の外縁の対向する２辺に設けられている。
上述のように、１以上の半導体レーザ素子として、２行以上及び２列以上に配置された４以上の半導体レーザ素子を用い、図１７に示す光学素子２００のように、１以上のレンズ部を含む光学素子として、２行以上及び２列以上に配置された４以上のレンズ部を含む光学素子を用いる場合は、４以上のレンズ部のうちの角に位置する４つのレンズ部のうちの少なくとも３つのレンズ部で、基準検出位置を測定する工程及び遮光後検出位置を測定する工程を行うことが好ましい。これにより、レンズ部の傾きを調整する場合に、各レンズ部から取り出される光の広がり角をある程度所定の広がり角に近づけることができる。
各実施形態に記載の製造方法により作製された発光装置は、プロジェクタ等に使用することができる。
１００…光源
１００Ａ…パッケージ
１１０…基部
１２１…第１半導体レーザ素子
１２２…第２半導体レーザ素子
１２３…第３半導体レーザ素子
１３０…光反射部
１４０…ワイヤ
１５０…蓋部
１６０…接着剤
１００Ｂ…実装基板
２００…光学素子
２１１…第１レンズ部
２１２…第２レンズ部
２１３…第３レンズ部
２１５…第５レンズ部
２３０…第２０レンズ部
２４０…非レンズ部
３００…発光装置
４００…光源
４１０…基部
４１１…リードピン
４２０…蓋部
４２１…支持部
４２２…透光部
６００…発光装置
７００…光測定システム
７１０…ステージ
７１１…支持部
７１２…遮光部材
７１３…第２遮光部材
７１４…集光レンズ
７１５…光検出器
７１６…解析装置

Claims (8)

  1. １以上の半導体レーザ素子を含む光源と、１以上のレンズ部を含む光学素子と、集光レンズと、光検出器と、が下方から上方に向かって順に位置するように、それぞれを配置する工程と、
    前記半導体レーザ素子を発光させ、前記レンズ部を通過した後に集光レンズを通過した光を光検出器で検出して、前記光検出器における光の検出位置を基準検出位置として測定する工程と、
    前記光学素子と前記集光レンズとの間に、遮光部材を配置する工程と、
    前記レンズ部を通過した光の一部を前記遮光部材で遮光し、前記レンズ部及び前記集光レンズを通過した残りの一部の光を前記光検出器で検出して、前記光検出器における光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程と、
    前記基準検出位置と前記遮光後検出位置とに基づいて、前記光検出器における前記遮光部材で遮光された後の光の検出位置が前記基準検出位置に近づくように前記光源と前記光学素子との距離を調整する工程と、
    前記光源に前記光学素子を固定する工程と、を順に含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程において、前記遮光後検出位置は輝度分布における重心の位置であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程において、
    前記レンズ部を通過した光のファーフィールドパターンは一方向に長い形状であり、
    前記遮光部材で、前記レンズ部を通過した光のうちの、前記一方向に長い形状の長手方向の一部を遮光することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記遮光部材は、前記レンズ部を通過した光の半分以上を遮光するように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記光の検出位置を基準検出位置として測定する工程において、
    前記光検出器における光の検出位置が所定の位置になるように、前記光学素子の平面方向における位置を調整するとともに前記光の検出位置を基準検出位置として測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記１以上の半導体レーザ素子として、一列に配置された２以上の半導体レーザ素子を用い、
    前記１以上のレンズ部を含む光学素子として、一列に配置された２以上のレンズ部を含む光学素子を用い、
    前記一列に配置された２以上のレンズ部のうちの一端及び他端の２つのレンズ部において、前記光の検出位置を基準検出位置として測定する工程及び前記光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記１以上の半導体レーザ素子として、２行以上及び２列以上に配置された４以上の半導体レーザ素子を用い、
    前記１以上のレンズ部を含む光学素子として、２行以上及び２列以上に配置された４以上のレンズ部を含む光学素子を用い、
    前記４以上のレンズ部のうちの角に位置する４つのレンズ部のうちの少なくとも３つのレンズ部で、前記基準検出位置として測定する工程及び前記遮光後検出位置として測定する工程を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記光の検出位置を基準検出位置として測定する工程及び前記光の検出位置を遮光後検出位置として測定する工程において、前記光学素子の上方に、１つの前記レンズ部を通過する光を通す開口部が設けられた第２遮光部材が配置され、前記開口部を通過した光の検出位置を測定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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