JP2020053535A - 光源装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源から出射される光のファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向において、所望のアスペクト比の光を出射可能な小型な光源装置を提供する。【解決手段】底面２ａと内側面４ａとにより規定される凹部を有するパッケージ６と、底面に配置されたレーザ光源８と、パッケージの上側に凹部を塞ぐように配置されたリッド１０と、レーザ光源から出射された光をリッドの方向に反射する反射面１２ａと、反射面で反射した光の光路領域内であって、リッドの内面１０ａ側に配置された第１レンズと、リッドの外面側に配置された第２レンズとを備え、その一方は、レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの長軸方向に、ファーフィールドパターンの短軸方向の曲率よりも大きい曲率を有し、他方は、レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの短軸方向に、ファーフィールドパターンの長軸方向の曲率よりも大きい曲率を有する。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、光源装置とその製造方法に関する。

レーザ光源を備えた光源装置の中には、レーザ光源から出射された拡散光を、そのファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向のそれぞれにおいて、平行光にする光学部材を備えた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２１９２３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光源装置では、複数の光学部材を光源装置内に離間して配置する必要があるため、光源装置を小型化することが困難になる。逆に、光源装置を小型化するため、複数の光学部材の間の距離を所定範囲内に収めようとすると、光源装置から出射される光の長軸方向及び短軸方向のアスペクト比を所望の値にすることができなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、レーザ光源から出射される光のファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向において、所望のアスペクト比の光を出射可能な小型な光源装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る一実施形態の光源装置は、
底面と、前記底面を囲む内側面と、により規定される凹部を有するパッケージと、
前記底面に配置されたレーザ光源と、
前記パッケージの上側に前記凹部を塞ぐように配置されたリッドと、
前記レーザ光源から出射された光をリッドの方向に反射する反射面と、
前記反射面で反射した光の光路領域内であって、前記リッドの内面側に配置された第１レンズと、
前記反射面で反射した光の光路領域内であって、前記リッドの外面側に配置された第２レンズと、を備えており、
前記第１レンズ及び前記第２レンズのうち、一方は、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの長軸方向に、ファーフィールドパターンの短軸方向の曲率よりも大きい曲率を有し、
他方は、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの短軸方向に、ファーフィールドパターンの長軸方向の曲率よりも大きい曲率を有している。

以上のように構成された本発明に係る一実装形態によれば、レーザ光源から出射される光のファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向において、所望のアスペクト比の光を出射可能な小型な光源装置を提供することができる。

実施形態１に係る光源装置を模式的に示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。 光源装置をＡ−Ａ線矢視方向から見たときのリッドと第１レンズ及び第２レンズとを模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る光源装置に備えられるレンズを模式的に示す斜視図である。 図２Ａのレーザ光源から出射された光の（ａ）ファーフィールドパターンの長軸及び短軸と、（ｂ）反射光の長軸及び短軸とを模式的に示す図である。 図２Ａの光源装置から出射される光をＢ−Ｂ線矢視方向から見たときのパターンを示す模式図である。 実施形態２に係る光源装置を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係る光源装置を模式的に示す断面図である。 実施形態４に係る光源装置を模式的に示す平面図である。 実施形態に用いられるレンズの変形例である楕円の凸型レンズを模式的に示す斜視図である。 実施形態に用いられるレンズの変形例である楕円の凹型レンズを模式的に示す斜視図である。 実施形態に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、その第１工程を示す図である。 実施形態に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、その第２工程を示す図である。 実施形態に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、その第３工程を示す図である。 実施形態に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、その第４工程を示す図である。 実施形態に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、その第４工程を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する光源装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。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、誇張して示している場合もある。

（実施形態１）
はじめに、図１、図２Ａ〜２Ｅを参照しながら、本発明の実施形態１に係る光源装置の説明を行う。
図１は、実施形態１に係る光源装置の上面図である。図２Ａは、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図２Ｂは、図２Ａの光源装置をＡ−Ａ線矢視方向から見たときのリッドと第１レンズ及び第２レンズとを模式的に示す断面図である。図２Ｃは、本発明における実施形態１に係る光源装置に備えられるレンズを模式的に示す斜視図である。図２Ｄは、レーザ光源から出射された光の（ａ）ファーフィールドパターンの長軸及び短軸と、（ｂ）反射光の長軸及び短軸とを模式的に示す図である。図２Ｅは、図２Ａの光源装置から出射される光を、Ｂ−Ｂ線矢視方向から見たときのパターンを示す模式図である。

実施形態１に係る光源装置１は、基板２の上面である底面２ａと側壁部材４の内側面４ａとにより規定される凹部を有するパッケージ６を備える。パッケージ６の上側には、凹部を塞ぐようにリッド１０が配置されている。底面２ａ上には、レーザ光源８が配置されている。パッケージの側壁部材４には、レーザ光源８から出射された光をリッド１０の方向に反射する反射面１２ａが形成されている。また、リッド１０の内面１０ａ側には、第１レンズ１３が配置され、リッド１０の外面１０ｂ側には、第２レンズ１５が配置されている。第１レンズ１３及び第２レンズ１５は、反射面１２ａで反射された光の光路領域内に配置されている。

図１〜図５では、平面視において、レーザ光源８からの光の出射方向をｘ軸方向とし、それに直交する方向をｙ軸方向とする。また、側面視において、高さ方向をｚ軸方向とする。よって、レーザ光源８からの出射光のファーフィールドパターンの長軸方向がｚ軸方向となり、短軸方向がｙ軸方向となる。また、反射面１２ａからの反射光では、長軸方向がｘ軸方向となり、短軸方向がｙ軸方向となる。

＜基板及び側壁部材＞
実施形態１では、基板２及び側壁部材４が個別の部材で形成されているので、それぞれの用途に応じた最適な材料を採用することができる。基板２の材料として、本実施形態では、窒化アルミニウムが用いられている。ただし、これに限られるものではなく、アルミナ、アルミナジルコニア、窒化ケイ素等のその他のセラミック材料や、樹脂材料、シリコン等の単結晶、金属材料、また、それら材料を組み合わせて用いることもできる。また、その他絶縁層と組み合わせて用いることもできる。側壁部材４の材料として、本実施形態では、シリコンが用いられている。側壁部材４がシリコンから形成される場合、正確な傾斜角度を有する反射面、例えば、異方性エッチングで単結晶シリコンの（１００）面をエッチングすると、５４．７°の角度を持った（１１１）面が現れ、これを内側面４ａとすることができる。

＜基板及び側壁部材の接合＞
基板２と側壁部材４は、接合膜（図示されていない）を介して接続されている。接合膜は、例えば、異なる金属膜からなる積層構造である。例えば、基板２及び側壁部材４を接合するため、基板２の上面である底面２ａの側壁部材４の取り付け領域に、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びクロム（Ｃｒ）の何れかを含む膜からなる第１層、及び白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層（第２層がない場合もあり得る）から構成される下地層と、その上の金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層（接合層）とで構成された接合膜が形成されている。なお、３層にかぎるものではなく、２層や４層以上などの膜構成も用いることができる。ただし、最終層は金（Ａｕ）が望ましい。
側壁部材４の下面にも、同様に、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びクロム（Ｃｒ）の何れかを含む膜からなる第１層、及び白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層（第２層がない場合もあり得る）から構成された下地層と、その上の金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層（接合層）とで構成された接合膜が形成されている。なお、３層にかぎるものではなく、２層や４層以上などの膜構成も用いることができる。ただし、最終層は金（Ａｕ）が望ましい。
これらの接合膜の厚みとして、０．３〜２μｍ程度を例示することができる。
そして、基板２側に形成された接合膜及び側壁部材４側に形成された接合膜が、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）からなる金属接合材（無鉛半田）により金属溶融接合されている。これにより、基板２及び側壁部材４を気密に堅固に接合することができる。なお、金属接合材として、金スズ（ＡｕＳｎ）や、その他の半田材料を用いることもできる。

＜反射面＞
反射面１２ａは、レーザ光源８から出射された光をリッド１０の方向に反射する。リッド１０の方向に反射された光とは、リッド１０へ向かう垂直上向きのベクトル成分を含む任意の方向に進む反射光を意味する。
反射面１２ａは、側壁部材４の内側面４ａそのものであってもよい。好ましくは、内側面４ａに形成された反射膜（図示されていない）の外側表面である。反射膜は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びクロム（Ｃｒ）の何れかを含む膜からなる第１層、及び白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層（第２層がない場合もあり得る）から構成される下地層と、その上の銀（Ａｇ）を含む膜からなる第３層（反射層）とで構成されている。反射膜の厚みとして、０．３〜２μｍ程度を例示することができる。なお、３層にかぎるものではなく、２層や４層以上などの膜構成も用いることができる。ただし、最終層は銀（Ａｇ）が望ましい。

本実施形態では、反射膜として銀を含む膜が形成されているので、高い反射率の反射面１２ａが得られる。ただし、反射面を形成する第３層として、銀（Ａｇ）に限られるものではなく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む金属膜を用いることもできる。
更に、反射膜の反射面１２ａの上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や二酸化チタン（ＴｉＯ_２）などからなる誘電体膜（図示されていない）が形成されている。誘電体膜は、単層の場合もあり得るし、屈折率の異なる層を積層させた多層膜の場合もあり得る。誘電体膜は、積層する材料及び膜厚を適切に設定することにより、優れた反射膜として機能させることも、優れた反射防止膜（無反射膜ともいう）として機能させることもできる。ここでは、反射膜として機能する誘電体膜により、反射面の反射率を効果的に高めることができる。
反射面に誘電体膜を形成する場合、通常、印刷等により誘電体膜を形成しない領域にマスクを施し、スパッタリングや蒸着で誘電体膜を形成する。さらに、例えば、形成された誘電体膜の一部をウェットエッチングすることで、誘電体膜を所望のパターンに形成することも可能になる。
また、側壁部材の内側面に反射膜を形成する代わりに、個別の立ち上げミラーを配置することもできる。個別の立ち上げミラーの材料としては、ガラス、シリコン等の単結晶や多結晶材料、セラミック材料、樹脂材料をはじめとする既知の任意の材料を適用することができる。
また、本実施形態においては側壁部材４の４面を反射面として使用することができるが、レーザ光源８からのを反射させる一面以外の面においては上記反射膜を有しない構造も適用することができる。また積極的に反射防止膜などを有してもよい。

＜レーザ光源＞
実施形態１に係る光源装置１には、１つのレーザ光源８が実装されており、レーザ光源８としてレーザダイオードが用いられている。レーザダイオードとしては、紫外領域から緑色領域の波長域の光を出射する窒化物半導体レーザ素子や、赤色領域から赤外領域の波長域の光を出射するＧａＡｓ系半導体レーザ素子を用いることができる。これにより、輝度の高い色再現性に優れた光源装置１を実現できる。

＜リッド＞
透光性を有するリッド１０の材料として、実施形態１では、透光性を有するガラスが用いられているが、これに限られるものではなく、石英やサファイア等を用いることもできる。つまり、レーザ光源８が出射する光の波長に対して透過性を有する材料を用いることができる。

＜側壁部材及びリッドの接合＞
次に、側壁部材４の上面及びリッド１０の内面１０ａの接合について説明する。
実施形態１では、側壁部材４の上面の誘電体膜が形成されていない領域に、スパッタリングや蒸着により、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される接続部材（図示されていない）が形成されている。そして、形成された接続部材の上面及びリッド１０の内面１０ａが、陽極接合で接合されている。
陽極接合は、ガラス及び金属またはガラス及びシリコンを接触させ、金属側を陽極として、両者の間に所定の電圧を加えながら加熱することにより接合を行うものである。この陽極接合により、ガラスと金属やガラスとシリコンという大きく性質の異なる材料同士を、半田や接着剤のような介在物を用いることなく接合することができる。なお、接続部材の材料として、アルミニウムやアルミニウム合金の代わりにチタンやチタン合金、シリコンを用いて、陽極接合により接合することもできる。ガラスはアルカリガラスが好適である。
以上のように、接続部材及びリッド１０が陽極接合で接合されるので、気密性の高い堅固な接続が可能になる。

＜レンズ＞
実施形態１において、第１レンズ１３及び第２レンズ１５は、図２Ｃに示すようなシリンドリカルレンズであり、反射面１２ａで反射したレーザ光源８の反射光を平行化（コリメート）するために備えられている。
第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６はそれぞれ透光性を有しており、これらの材料として、本実施形態では、透光性を有するガラスが用いられているが、これに限られるものではなく、石英やサファイア等を用いることもできる。さらに、第２シリンドリカルレンズ１６は、パッケージ６の外側に配置されているので、樹脂からのアウトガスなどの影響をレーザ光源８が受けにくい。そのため、例えば、透光性を有する樹脂で形成することもできる。
また、リッド１０と第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６が同一材料（例えば、ガラス）から形成されている場合、リッド１０と第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６とは一体成形により製造できる。ただし、リッド１０と第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６とは、一体成形される場合に限定されない。例えば、それらが異なる部材から形成されている場合には、リッド１０と第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６とが、接合面での光損失が抑制された形で接合されていればよい。例えば、光が透過しないレンズの周囲領域を用いて、第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６をリッド１０に固定することが考えられる。
以下、図２Ａ〜図２Ｅを参照して、第１シリンドリカルレンズ１４と第２シリンドリカルレンズ１６の配置を説明する。

＜レンズの配置＞
既に記載したように、第１シリンドリカルレンズ１４及び第２シリンドリカルレンズ１６は、反射面１２ａで反射した光の光路領域内に配置されている。
リッド１０の内面１０ａ側に配置された第１シリンドリカルレンズ１４は、曲率を有する方向である第１軸Ｐがｘ軸方向に伸び、曲率を有さない方向である第２軸Ｑがｙ軸方向に伸びるように配置されている。一方、リッド１０の外面１０ｂ側に配置された第２シリンドリカルレンズ１６は、第１軸Ｐがｙ軸方向に伸び、第２軸Ｑがｘ軸方向に伸びるように配置されている。
これにより、第１シリンドリカルレンズ１４の第１軸Ｐの方向が、レーザ光源８から出射され、反射面１２ａで反射された光の長軸方向（図２Ｄ（ｂ）におけるｘ軸方向）と一致する。一方、第２シリンドリカルレンズ１６の第１軸Ｐの方向が、レーザ光源８から出射され、反射面１２ａで反射された光の短軸方向（図２Ｄ（ｂ）におけるｙ軸方向）と一致する。

このように構成された光源装置１では、レーザ光源８から出射され、反射面１２ａで反射された光の長軸方向（図２Ｄ（ｂ）におけるｘ軸方向）は、第１シリンドリカルレンズ１４によりコリメートされる。さらに、第１シリンドリカルレンズ１４で長軸方向をコリメートされた光は、長軸方向の幅を幅Ｄ１に保ちながら、リッド１０を通過する（図２Ａ参照）。一方、光の短軸方向（図２Ｄ（ｂ）におけるｙ軸方向）に関しては、光がリッド１０を通過する間、第１シリンドリカルレンズ１４を通過する前とほぼ同一の広がり角で広がり続ける（図２Ｂ参照）。光は、厚さｔのリッド１０を通過後、第２シリンドリカルレンズ１６に入射し、第２シリンドリカルレンズ１６によって、短軸方向が幅Ｄ２にコリメートされる。この結果、光は、長軸方向に幅Ｄ１及び短軸方向に幅Ｄ２の平行光（コリメート光）となって光源装置１から出射される（図２Ｅ参照）。

以上のことから、光源装置１から出射される光はコリメート光になるため、光源装置１と目標照射領域との距離に関わらず、目標照射領域の一定の範囲を照射することができる。
また、リッド１０の厚さｔを厚くすると、第１シリンドリカルレンズ１４の底面１４aから第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６aまでの光学距離ｌは長くなるので、光の短軸方向への広がり幅は広くなる。一方、リッド１０の厚さｔを薄くすると、第１シリンドリカルレンズ１４の底面１４ａから第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａまでの光学距離ｌは短くなるので、光の短軸方向への広がり幅は狭くなる。つまり、リッド１０の厚さｔに応じて、光の短軸方向における広がり幅が定まるので、光源装置１から出射される光の短軸方向の幅Ｄ２は、リッド１０の厚さｔにより画定されることになる。従って、リッド１０の厚さｔを変化させることで、光源装置１から出射される光の長軸方向と短軸方向のアスペクト比Ｄ１／Ｄ２を所望の値にすることが可能になる。なお、光学距離は厚さｔだけではなく、屈折率ｎも考慮する必要がある。

また、従来技術では、複数のレンズを光源装置内に離間して配置する必要があるため、光源装置を小型化することが困難であった。しかし、本実施形態に係る光源装置では、レーザ光源８から出射される光のファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向において、所望のアスペクト比の光を出射可能な小型な光源装置１を実現できる。
さらに、リッド１０の屈折率ｎ及び厚さｔを適切に設定することで、光源装置１から出射される光の長軸方向と短軸方向のアスペクト比Ｄ１／Ｄ２を１とすることができ、光源装置１から真円の光を出射させることができる。

（実施形態２）
次に、図３を参照しながら、本発明の実施形態２に係る光源装置２０を説明する。
実施形態２に係る光源装置２０は、第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａが、リッド１０の外面１０ｂ側に設けられた凹部１０ｃ内に配置されている点で実施形態１と異なる。
具体的に説明すると、第２シリンドリカルレンズ１６は、底面１６ａが凹部１０ｃの平坦な底面１０ｄと接するように配置されている。
凹部１０ｃは、例えば、溶融したガラス材料を凹部が形成可能な型に流し込んで冷却することにより形成することができるし、レーザを用いたアブレーション加工等により凹部を形成することもできる。

このような構成により、第１シリンドリカルレンズ１４の底面１４ａと第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａとの光学距離ｌをリッド１０の厚みｔより縮めることができる。これにより、耐久強度、設計条件等を考慮することにより、リッド１０の必要な厚さを維持したまま、第１シリンドリカルレンズ１４の底面１４ａと第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａとの光学距離ｌを縮めることができる。従って、実施形態１に比べて、光がリッド１０を通過する間の短軸方向への広がり幅も狭くでき、光源装置１から出射される光の短軸方向の幅Ｄ２を小さくすることができる。

このように構成された光源装置２０は、リッド１０の必要厚さに制限されることなく、光源装置２０から出射される光の長軸方向と短軸方向とのアスペクト比Ｄ１／Ｄ２を所望の値にすることができる。また、上記の説明から明らかなように、実施形態２に係る光源装置２０は、長軸方向が短軸方向より長い楕円型の光を出射させる場合により適している。

（実施形態３）
次に、図４を参照しながら、本発明の実施形態３に係る光源装置３０を説明する。
実施形態３に係る光源装置３０は、第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａが、リッド１０の外面１０ｂ側に設けられた凸部１０ｅ上に配置されている点で実施形態１と異なる。
具体的に説明すると、第２シリンドリカルレンズ１６は、底面１６ａが凸部の平坦な上面１０ｆと接するように配置されている。
凸部１０ｅを有するリッドは、例えば、溶融したガラス材料を凸部が形成可能な型に流し込んで冷却することにより形成することができる。また、例えば、レーザを用いたアブレーション加工等により板状のリッド表面の不要な部分を除去することで、凸部１０ｅを有するリッドを形成することもできるし、リッド表面に凸部となる部分を接合してもよい。この場合、予め形成された凸部を接合させてもよいし、３Ｄプリンタなどを用いてリッドの表面に直接凸部を形成してもよい。

このような構成により、第１シリンドリカルレンズ１４の底面１４ａと第２シリンドリカルレンズ１６の底面１６ａとの光学距離ｌをリッド１０の厚みｔより長くすることができる。これにより、リッド１０の全体の厚さを厚くすることなく、光学距離ｌを長くすることができる。従って、実施形態１に比べて、光がリッド１０を通過する間の短軸方向への広がり幅も広くでき、光源装置１から出射される光の短軸方向の幅Ｄ２を大きくすることができる。

このように構成された光源装置３０は、リッド１０の厚さｔに制限されることなく、光源装置３０から出射される光の長軸方向と短軸方向のアスペクト比Ｄ１／Ｄ２を所望な値にすることができる。また、上記の説明から明らかなように、実施形態３に係る光源装置３０では、長軸方向が短軸方向より短い楕円型の光を出射させることも可能となる。

（実施形態４）
次に、図５を参照しながら、本発明の実施形態４に係る光源装置４０を説明する。実施形態４に係る光源装置４０は、３つのレーザ光源８と、３つのレーザ光源８それぞれに応じて設けられた３つの第１シリンドリカルレンズ１４及び３つの第２シリンドリカルレンズ１６と、を有する点で実施形態１と異なる。実施形態４において、３つのレーザ光源８は、赤色の波長領域の光を出射する第１レーザ光源８Ａと、緑色の波長領域の光を出射する第２レーザ光源８Ｂと、青色の波長領域の光を出射する第３レーザ光源８Ｃとにより構成されている。

３つのレーザ光源８Ａ〜８Ｃは、発光面が同一方向になるように、基板２の上面である底面２ａ上に配置されている。実施形態１と同様、３つのレーザ光源８Ａ〜８Ｃから出射された光は反射面１２ａで反射され、基板２に対して略直上側の方向に反射される。反射された光はそれぞれ、各レーザ光源８Ａ〜８Ｃに対応して設けられた第１シリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｃに入射し、長軸方向の光の広がりがコリメートされ、リッド１０を通過したのち、第２シリンドリカルレンズ１６Ａ〜１６Ｃで短軸方向の光がコリメートされる。

各レーザ光源８Ａ〜８Ｃは異なるレーザ光源であり、異なる波長領域の光及び広がり角で出射するため、それぞれの波長領域及び広がり角に応じて、対応する第１シリンドリカルレンズ１４Ａ〜１４Ｃ，第２シリンドリカルレンズ１６Ａ〜１６Ｃは異なる固有の曲率に設定されている。

以上のことから、光源装置４０は、波長領域毎にコリメートされた光を取り出すことが可能になる。さらに、光源装置４０は、赤色、緑色及び青色波長領域の光を出射するレーザ光源８Ａ〜８Ｃが実装されているので、例えば、合波器を用いると、各光が混色された白色光を取り出すことができる。また、実施形態１の場合と同様に、リッド１０の厚さｔを変化させることで、該白色光の長軸方向及び短軸方向のアスペクト比Ｄ１／Ｄ２も所望の値に設定できる。
さらに、実施形態４では、それぞれが異なる波長領域を有する３つのレーザ光源が実装された光源装置について説明したが、レーザ光源の数は３つに限定されるものではない。また、実装された複数のレーザ光源の波長領域は、全て異なっていてもよいし、全て同一でもよいし、一部が異なっていてもよい。
さらに、リッド１０の厚みやレーザ光源から第１シリンドリカルレンズ面までの距離を各レーザ光源において異ならせることで、異なる波長域及び広がり角のレーザ光源を複数有する場合でも同じアスペクト比のコリメート光やビーム径を等しくすることができる。

なお、実施形態４のように複数のレーザ光源と複数の第１レンズ及び第２レンズとを実装する構成は、実施形態２及び実施形態３にも適用することが可能である。この場合もまた、実施形態２，３の効果と同様、リッド１０の厚さｔに制限されることなく、所望のアスペクト比Ｄ１／Ｄ２を有する白色光を光源装置から取り出すことができる。

以上のように、上記の実施形態に係る光源装置１、２０、３０、４０では、底面２ａと、底面２ａを囲む内側面４ａと、により規定される凹部を有するパッケージ６と、
底面２ａに配置されたレーザ光源８、８Ａ〜８Ｃと、
パッケージ６の上側に凹部を塞ぐように配置されたリッド１０と、
レーザ光源８、８Ａ〜８Ｃから出射された光をリッド１０の方向に反射する反射面１２ａと、
反射面１２ａで反射した光の光路領域内であって、リッド１０の内面１０ａ側に配置された第１レンズ１３と、
反射面１２ａで反射した光の光路領域内であって、リッド１０の外面１０ｂ側に配置された第２レンズ１５と、を備えており、
第１レンズ１３及び前記第２レンズ１５のうち、一方は、レーザ光源８、８Ａ〜８Ｃから出射された光のファーフィールドパターンの長軸方向に、ファーフィールドパターンの短軸方向の曲率よりも大きい曲率を有し、
他方は、レーザ光源８、８Ａ〜８Ｃから出射された光のファーフィールドパターンの短軸方向に、ファーフィールドパターンの長軸方向の曲率よりも大きい曲率を有する。

これにより、レーザ光源８、８Ａ〜８Ｃから出射される光のファーフィールドパターンの長軸方向及び短軸方向において、所望のアスペクト比の光を出射可能な小型な光源装置１、２０、３０、４０を提供することができる。

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、レンズにより光を平行光にする場合を示したが、これに限られるものではなく、レンズにより光を拡散する場合も、集光する場合もあり得る。この場合、光源装置から出射される光の長軸及び短軸方向の一方で平行光となり、他方で拡散光または収束光となる場合もあり得る。

つまり、上記の実施形態では、レンズとして、長軸及び短軸方向の一方に曲率を有するシリンドリカルレンズを用いているが、これに限られるものではなく、長軸及び短軸方向の両方に曲率を有するレンズを用いる場合もあり得る。その場合、第１レンズ１３及び第２レンズ１５のうち、一方は、長軸方向に短軸方向の曲率よりも大きい曲率を有し、他方は、短軸方向に長軸方向の曲率よりも大きい曲率を有するようになっている。具体的には、楕円の凸型レンズ、楕円の凹型レンズ等が望ましい。以下に、そのようなレンズの変形例を示す。

（レンズの変形例）
図６Ａは、本発明に用いられるレンズの変形例である楕円の凸型レンズを模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、本発明に用いられるレンズの変形例である楕円の凹型レンズを模式的に示す斜視図である。なお、凸型のレンズを通過した光は集束し、凹型のレンズを通過した光は発散する。

図６Ａに示す楕円の凸型レンズでは、例えば、Ｐ’軸方向の曲率が、Ｐ’軸方向に直交するＱ’軸方向の曲率より大きい凸型レンズである。逆に、Ｑ’軸方向の曲率が、Ｐ’軸方向の曲率より大きい凸型レンズの場合もあり得る。

図６Ｂに示す楕円の凹型レンズは、例えば、Ｐ’軸方向に曲率が、Ｐ’軸方向に直交するＱ’軸方向の曲率より大きい凹型レンズである。逆に、Ｑ’軸方向の曲率が、Ｐ’軸方向の曲率より大きい凹型レンズの場合もあり得る。

本発明に係る光源装置の第１レンズ１３及び第２レンズ１５において、シリンドリカルレンズ、凸型レンズ及び凹型レンズの任意の組み合わせを用いることができる。これにより、光源装置から出射される光は、長軸及び短軸方向において様々なアスペクトを有し、長軸及び短軸方向の各方向において、平行、発散または収束することが可能になる。下記にその一例を示す。

（変形例１）
実施形態１に係る光源装置において、第２レンズ１５のみを楕円型凸レンズ１６’に変更した場合を例に挙げて、本発明に係る変形例１を説明する。
楕円型凸レンズ１６’は、Ｐ’軸がｙ軸方向に伸び、Ｐ’軸に直交するＱ’軸がｘ軸方向に伸びるように配置されており、Ｐ’軸方向の曲率はＱ’軸方向の曲率より大きい。
このような構成により、レーザ光源８から出射され、反射面１２ａで反射された光の長軸方向は、第１シリンドリカルレンズ１４によりコリメートされ、長軸方向の幅を一定に保ち、かつ、短軸方向に広がりを続けながらリッド１０を通過する。そして、光は、リッド１０を通過後、楕円型凸レンズ１６’に入射し、楕円型凸レンズ１６’によって集束される。このとき、楕円型凸レンズ１６’のＰ’軸方向（ｙ軸方向）の曲率がＱ’軸方向（ｘ軸方向）の曲率より大きいため、光の短軸方向の集束率が、長軸方向（ｘ軸方向）の集束率よりも大きくなる。
以上のことから、凸型レンズを用いても、光源装置から出射される光の長軸方向と短軸方向とのアスペクト比を所望の大きさにすることが可能である。さらに、変形例１のように、楕円型凸レンズを用いた場合、光源装置から出射される光は集束している。そのため、光源装置と目標照射領域の距離に応じて、照射範囲の大きさを変化させることも可能になる。

（変形例２）
次に、実施形態１に係る光源装置において、第２レンズのみを楕円型凹レンズ１６”とする場合を例に挙げて、本発明に係る変形例２を説明する。
楕円型凹レンズ１６”は、Ｐ”軸がｙ軸方向に伸び、Ｐ”軸に直交するＱ”軸がｘ軸方向に伸びるように配置されており、Ｐ”軸方向の曲率はＱ”軸方向の曲率より大きい。
このような構成により、レーザ光源８から出射され、反射面１２ａで反射された光の長軸方向は、第１シリンドリカルレンズ１４によりコリメートされ、長軸方向の幅を一定に保ち、かつ、短軸方向に広がりを続けながらリッド１０を通過する。そして、光は、リッド１０を通過後、楕円型凹レンズ１６”に入射し、楕円型凹レンズ１６”によって発散される。このとき、楕円型凹レンズ１６”のＰ”軸方向（ｙ軸方向）の曲率がＱ”軸方向（ｘ軸方向）の曲率より大きいため、光の短軸方向の発散率が、長軸方向の発散率よりも大きくなる。
以上のことから、凹型レンズを用いても、光源装置から出射される光の長軸方向と短軸方向のアスペクト比を所望の大きさにすることが可能である。さらに、変形例２のように楕円型凹レンズを用いた場合、光源装置から出射される光は発散している。そのため、光源装置と目標照射領域の距離に応じて、照射範囲の大きさを変化させることも可能になる。

（製造方法）
次に、図７Ａ〜図７Ｅを参照して、上記のような本発明に係る光源装置を製造する方法を説明する。図７Ａ〜図７Ｅは、本発明に係る光源装置の製造工程の一例を示す模式図であって、図７Ａは、その第１工程を示す図であり、図７Ｂは、その第２工程を示す図であり、図７Ｃは、その第３工程を示す図であり、図７Ｄ及び図７Ｅは、その第４工程を示す図である。

まず、レーザ光源８が配置されたパッケージ６を複数有するパッケージ集合体５０を準備する第１工程（図７Ａ参照）を行う。基板及び側壁部材が別部材の場合には、複数の基板が繋がった基板集合体と、複数の側壁部材が繋がった側壁部材集合体を接合し、個々の凹部にレーザ光源８を実装することにより、パッケージ集合体５０を形成できる。一方、基板及び側壁部材が一体的に形成されている場合には、例えば、凹部を有するセラミック成形体の個々の凹部に、レーザ光源８を実装することによりパッケージ集合体５０を形成することができる。また、複数のパッケージのリードが繋がったリードフレームを金型で挟み込んで、樹脂を流し込んで樹脂成形体を形成し、個々の凹部にレーザ光源８を実装することにより、パッケージ集合体５０を形成してもよい。なお、実施形態４のように、複数のレーザ光源８が１つのパッケージ６に配置されている光源装置を製造する場合も、第１工程において、個々の凹部に複数のレーザ光源８が実装される。

次に、第１レンズ１３及び第２レンズ１５を有するリッド１０を複数有するリッド集合体５１を準備する第２工程（図７Ｂ参照）を行う。第１レンズ１３及び第２レンズ１５とリッド１０とが別部材の場合には、複数のリッドが繋がった集合体に第１レンズ１３及び第２レンズ１５を接合して、リッド集合体５１を形成する。第１レンズ１３及び第２レンズ１５とリッド１０とが一体的に形成されている場合には、例えば、型に溶融したガラス材料を流し込むことにより、リッド集合体５１を形成することができる。

次に、パッケージ集合体５０とリッド集合体５１とを接合する第３工程（図７Ｃ参照）を行う。パッケージ集合体５０とリッド集合体５１との接合方法は、光源装置を個々に製造する場合と同様、例えば、各側壁部材の上面の誘電体膜が形成されていない領域に、スパッタリングや蒸着により、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される接続部材を形成し、その接続部材の上面にリッド集合体の下面が、陽極接合で接合される。

そして、第３工程で接合されたパッケージ集合体５０及びリッド集合体５１を光源装置毎に個片化する第４工程（図７Ｄ，図７Ｅ参照）を行う。図７Ｄは、一例として、刃５３によりパッケージ集合体５０を固片化する、ダイシング方法を示している。個片化の方法としては、例えば、ソーイング、パンチング、レーザ切断をはじめとする既知の任意の方法を用いてもよい。
このように、パッケージ集合体５０及びリッド集合体５１を別々に製造した後、それらを接合して、接合により形成された光源装置集合体５２を光源装置毎に個片化することで、光源装置の大量生産が可能になる。

また、第２レンズを樹脂で形成する場合、上記製造方法は、第２工程の代わりに、第１レンズ１３を有するリッド１０を複数有するリッド集合体５１を準備する第２’工程を含み、第３工程の後に、樹脂で形成される第２レンズを光源装置集合体５２の所定の位置に配置する第３’工程を含んでもよい。
このような製造方法により、より容易に第２レンズの位置決めを行うことができる。具体的に説明すると、例えば、レーザ光源を光らせて、その光を基準に第２レンズの配置位置を調節することができるようになり、高い配置精度で第２レンズをリッドに接合することが可能になる。また、レーザ光源を光らせながら、その光を基準に、例えば、レーザアブレーションや３Ｄプリンタを用いて、第２レンズそのものを形成することができるようになり、第２レンズの配置精度を高くすることが可能になる。

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

１、２０、３０、４０ 光源装置
２ 基板
２ａ 底面
４ 側壁部材
４ａ 側壁部材の内側面
６ パッケージ
８、８Ａ〜８Ｃ レーザ光源
１０ リッド
１０ａ リッドの内面
１０ｂ リッドの外面
１０ｃ 凹部
１０ｄ 凹部の底面
１０ｅ 凸部
１０ｆ 凸部の上面
１２ａ 反射面
１３ 第１レンズ
１４、１４Ａ〜１４Ｃ 第１シリンドリカルレンズ
１４ａ 第１シリンドリカルレンズの底面
１５ 第２レンズ
１６、１６Ａ〜１６Ｃ 第２シリンドリカルレンズ
１６ａ 第２シリンドリカルレンズの底面
１６’ 楕円型凸レンズ
１６” 楕円型凹レンズ
Ｄ１ 第１レンズ通過後の長軸方向の幅
Ｄ２ 第２レンズ通過後の短軸方向の幅
Ｐ シリンドリカルレンズの曲率を有する方向の軸
Ｑ シリンドリカルレンズの曲率を有さない方向の軸
Ｐ’、Ｑ’ 楕円型凸レンズの１つの軸
Ｐ”、Ｑ” 楕円型凹レンズの１つの軸
ｌ 光学距離
ｔ リッドの厚み
ｘ、ｙ、ｚ 軸
５０ パッケージ集合体
５１ リッド集合体
５２ 光源装置集合体
５３ 刃

Claims (11)

1. 底面と、前記底面を囲む内側面と、により規定される凹部を有するパッケージと、
   前記底面に配置されたレーザ光源と、
   前記パッケージの上側に前記凹部を塞ぐように配置されたリッドと、
   前記レーザ光源から出射された光をリッドの方向に反射する反射面と、
   前記反射面で反射した光の光路領域内であって、前記リッドの内面側に配置された第１レンズと、
   前記反射面で反射した光の光路領域内であって、前記リッドの外面側に配置された第２レンズと、を備えており、
   前記第１レンズ及び前記第２レンズのうち、一方は、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの長軸方向に、ファーフィールドパターンの短軸方向の曲率よりも大きい曲率を有し、
   他方は、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの短軸方向に、ファーフィールドパターンの長軸方向の曲率よりも大きい曲率を有することを特徴とした、光源装置。
2. 前記第１レンズ及び前記第２レンズにより、前記長軸方向及び前記短軸方向の広がり光が、略平行光とされる請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１レンズは、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの長軸方向に、短軸方向よりも大きい曲率を有し、
   前記第２レンズは、前記レーザ光源から出射された光のファーフィールドパターンの短軸方向に、長軸方向よりも大きい曲率を有する、請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第２レンズは、前記リッドの外面側に設けられた凹部内に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記第２レンズは、前記リッドの外面側に設けられた凸部上に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記第１レンズはガラスから形成され、前記第２レンズは樹脂から形成される、請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置。
7. 異なる波長領域の光を出射する複数のレーザ光源を備え、
   前記リッドには、前記レーザ光源毎に設けられ、前記波長領域毎に固有の曲率を有する前記第１レンズと前記第２レンズとが配置されている、請求項１〜６のいずれかに記載の光源装置。
8. 前記異なる波長領域は、赤色波長領域、緑色波長領域及び青色波長領域である、請求項７に記載の光源装置。
9. 前記第１レンズ及び前記第２レンズがシリンドリカルレンズである、請求項１〜８のいずれかに記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光源装置を製造する方法であって、
    前記レーザ光源が配置されたパッケージを複数有するパッケージ集合体を準備する第１工程と、
    前記第１レンズ及び前記第２レンズとを有する前記リッドを複数有するリッド集合体を準備する第２工程と、
    前記パッケージ集合体と前記リッド集合体を接合する第３工程と、
    前記第３工程で接合された前記パッケージ集合体および前記リッド集合体を前記光源装置毎に個片化する第４工程とを含む、光源装置の製造方法。
11. 前記第１工程は、前記複数のレーザ光源を実装する工程を含む、請求項１０に記載の光源装置の製造方法。

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