JP5934914B2 - レーザアレイ光源ユニット - Google Patents
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Description
本体部と、2本のリード電極からなる足部とからなる複数の半導体レーザと、
該半導体レーザの本体部を保持する受け面を有し、上記半導体レーザの足部を挿入する貫通孔を備えたレーザホルダと、
上記半導体レーザを上記レーザホルダに固定するための押さえ部材と、
上記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する貫通孔が形成された電極挿入部を複数有するインシュレータと、
上記複数の半導体レーザの少なくとも2個以上を電気的直列に接続するための配線基材とを含み、
上記インシュレータは、上記複数の半導体レーザの配列方向と同方向に、上記電極挿入部の間を接続するための連結部を有し、
上記配線基材には、上記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する第1の貫通孔が設けられてなることを特徴とする。
該放熱面と接触する受熱面を有する冷却装置がさらに含まれてなることが好ましい。
上記リード電極を挿入するリード電極挿入口と、
挿入方向に沿ってテーパ状に縮径されて形成された細径部と、
該細径部から逆テーパ状に拡径されたリード電極出口とを有することが好ましい。
該第2の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準孔が設けられる場合において、該基準孔と対応する位置に配置される孔であり、
上記第2の貫通孔と上記基準孔が対応する位置に配置された状態において、上記配線基材に設けられた上記第1の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されるか、
または、
上記配線基材は、上記リード電極を挿入する第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔を有し、
該第2の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
上記第2の貫通孔に上記基準ピンが挿入された状態において、上記配線基材に設けられた上記第1の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されるか、
さらには、
上記配線基材は、上記リード電極を挿入する第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔を有し、
該第2の貫通孔は、
上記レーザホルダに基準孔が設けられ、かつ、該レーザホルダを保持するために用いられる冶具に上記基準孔に通す基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
上記第2の貫通孔および上記基準孔に上記基準ピンが挿入された状態において、上記配線基材に設けられた上記第1の貫通孔が、上記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置されることが好ましい。
上記レーザホルダは、上記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に、上記配線基材の貫通孔より突出した上記半導体レーザのそれぞれのリード電極の長さよりも長い冷却装置接触部を有し、
該冷却装置接触部の端部に形成された放熱面と、上記冷却装置の受熱面とが接触することが好ましい。
上記冷却装置は、上記配線基材の貫通孔より突出した上記半導体レーザのそれぞれのリード電極が上記冷却装置と非接触状態で挿入され得る深さの凹部を有し、
上記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に形成された放熱面と、上記冷却装置の受熱面とが接触することが好ましい。
以下、本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニット1を、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニット1の説明図である。図2は、本実施の形態にかかる半導体レーザ2の説明図であり、図2(a)は、本実施の形態にかかる半導体レーザ2の発光面側の斜視図であり、図2(b)は、本実施の形態にかかる半導体レーザ2の裏面側の斜視図である。図3は、本実施の形態にかかるレーザホルダ3の説明図である。図4は、本実施の形態にかかるインシュレータ4の説明図であり、図4(a)は、本実施の形態にかかるインシュレータ4の斜視図であり、図4(b)は、図4(a)にかかるインシュレータ4をA−Aの位置で切断した切断図である。図4(c)は、図4(b)におけるインシュレータ4の貫通孔4aの拡大断面図である。
半導体レーザ2について説明する。半導体レーザ2は、レーザアレイ光源ユニット1において光源として機能する。半導体レーザ2は、図2(a)および図2(b)に示されるように、本体部2aと、2本のリード電極からなる足部2bとからなる。本体部2aには、レーザ光を発するレーザ発光部2cが設けられている。本体部2aの形状としては、レーザ発光部2cを中心とした膨出部2dと、膨出部2dの周囲に設けられた縁部2eとからなる。縁部2eには、切欠き2fが設けられており、かかる切欠き2fは、後述するレーザホルダ3の貫通孔3aへ半導体レーザ2の足部2bを挿入する際の目安として機能する。縁部2eは、押さえ部材5と当接するため、押さえ部材5により半導体レーザ2はレーザホルダ3に付勢される。図2に示されるように、半導体レーザ2の裏面には、2本のリード電極からなる足部2bが設けられている。リード電極は、複数の半導体レーザ2を一列または縦横に並べた際に、1つの半導体レーザ2のアノードと、隣り合う半導体レーザ2のカソードとが横並びとなるよう配置される。かかる配置を取ることにより、半導体レーザ2のそれぞれのリード電極を後述する配線基材6と接続した際に、電気的直列に接続されることとなる。
レーザホルダ3について説明する。レーザホルダ3は、半導体レーザ2を保持するホルダとして機能する。レーザホルダ3は、図3に示されるように、半導体レーザ2の本体部2aの裏面が当接して半導体レーザ2を保持する受け面3bが設けられている。受け面3bの略中央部には、半導体レーザ2の足部2bを挿入することのできる貫通孔3aが設けられている。レーザホルダ3の受け面3bおよび貫通孔3aは、使用する半導体レーザ2の個数および配列に併せて設けられ、図3では、4個×6個の半導体レーザ2を使用する場合を想定して、計24個の受け面3bおよび貫通孔3aが設けられている。
インシュレータ4について説明する。一般に、半導体レーザ2の足部2bをレーザホルダ3の貫通孔3aに挿入した後に、貫通した足部2bのそれぞれのリード電極は、後述する配線基材6と接続するために長さが余分に設けられている。その場合、それぞれのリード電極は、物理的・電気的に接触してショートする可能性がある。そのため、それぞれのリード電極が挿入される貫通孔4aが形成された電極挿入部4fが複数設けられたインシュレータ4を使用し、それぞれのリード電極が物理的・電気的に接触しないよう貫通孔4aが設けられる。
配線基材6について説明する。配線基材6は、半導体レーザ2を電気的直列に配線する基材である。配線基材6を形成する材料としては特に限定されないが、フレキシブルプリント基板を採用することができる。フレキシブルプリント基板を構成する絶縁部6a(ベースフィルム)や導電部6bを構成する材料としては、公知のものを使用することができ、たとえば絶縁部6aとしてはポリイミドフィルム、導電部6bとしては銅を採用することができる。
押さえ部材5について説明する。押さえ部材5は、半導体レーザ2の本体部2aと、レーザホルダ3の受け面3bとが接触するよう付勢する部材である。図1、図6A〜図6Cおよび図7Aに示されるように、押さえ部材5の貫通孔5aは、半導体レーザ2の膨出部2dよりも大きな径を有し、かつ、縁部2eよりも小さな径を有する。そのため、押さえ部材5の貫通孔5aに半導体レーザ2の膨出部2dを挿入して半導体レーザ2の本体部2aをレーザホルダ3に付勢すると、半導体レーザ2より発生した熱が放熱される。押さえ部材5は、レーザホルダ3のねじ穴にねじを締め付けることにより、レーザホルダ3に固着されている。
冷却装置7について説明する。冷却装置7は、本発明にかかるレーザアレイ光源ユニット1の使用時において、それぞれの半導体レーザ2から発生する熱をより効率よく放熱するために予備的に設けられる。
本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニットの構成について、図8を参照しながら説明する。図8は、本実施の形態にかかる配線基材6とレーザホルダ3との位置を説明する説明図である。図8に示されるように、配線基材6は、リード電極を挿入する第1の貫通孔6cとは異なる第2の貫通孔6dを有し、当該第2の貫通孔6dは、レーザホルダ3に設けられた基準ピン3eを通す孔である。基準ピン3eが第2の貫通孔6dを貫通した状態において、配線基材6に設けられた第1の貫通孔6cは、インシュレータ4の貫通孔4aと対応する位置に配置されるよう構成されている。なお、かかる構成以外については実施の形態1において説明した構成を採用することができるため、同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施の形態にかかるレーザアレイ光源ユニットの構成について、図9Aおよび図9Bを参照しながら説明する。図9Aは、本実施の形態にかかる配線基材6とレーザホルダ3と冶具8との位置を説明する説明図であり、図9Bは、配線基材6とレーザホルダ3との位置を説明する説明図であり、冶具8を取り外した状態における配線基材6とレーザホルダ3との位置関係を説明するために示している。ここでいう冶具8とは、実際の製造工程において、レーザアレイ光源ユニットを組み立てる際に使用される部材である。
本実施の形態にかかるプロジェクタについて、図10を参照しながら説明する。図10は、本発明にかかるレーザアレイ光源ユニット1を使用したプロジェクタ9の構成を説明する模式図である。図10に示されるように、それぞれの半導体レーザ2から発せられた光は、それぞれの半導体レーザ2の前に設けられたコリメートレンズ10によりコリメートされた後、集光レンズ11を通過する。その後、ダイクロイックミラー12と第1コンデンサレンズ群13aを透過し、緑の蛍光体が塗布された蛍光体ホイール14に励起され、半導体レーザ光と反対方向に緑色が発光する。発光した光は、第1コンデンサレンズ群13aを戻り、緑反射ダイクロイックミラー12Gで反射され、青反射ダイクロイックミラー12B、赤反射ダイクロイックミラー12R、第2コンデンサレンズ13bを透過し、ロッドインテグレータ16に入射される。青色LED15Bと赤色LED15Rは、第1コンデンサレンズ群13aを透過し、青反射ダイクロイックミラー12B、および赤反射ダイクロイックミラー12Rで各色のLED光を反射し、第2コンデンサレンズ13bを透過し、ロッドインテグレータ16に入射される。ロッドインテグレータ16を経て均一化された光は、リレーレンズ17および反射レンズ18を経てDMD19(デジタルマイクロミラーデバイス)を通過する。DMD19を通過した光は投射レンズ20を通過し、対象物に投射される。
2 半導体レーザ
2a 本体部
2b 足部
2c レーザ発光部
2d 膨出部
2e 縁部
2f 切欠き
3 レーザホルダ
3a、4a、5a 貫通孔
3b 受け面
3c 冷却装置接触部
3d 基準孔
3e、8a 基準ピン
4 インシュレータ
4b 連結部
4c リード電極挿入口
4d 細径部
4e リード電極出口
4f 電極挿入部
5 押さえ部材
6 配線基材
6a 絶縁部
6b 導電部
6c 第1の貫通孔
6d 第2の貫通孔
6e 列配線部
7 冷却装置
7a 凹部
8 冶具
9 プロジェクタ
10 コリメートレンズ
11 集光レンズ
12G 緑反射ダイクロイックミラー
12B 青反射ダイクロイックミラー
12R 赤反射ダイクロイックミラー
13a 第1コンデンサレンズ群
13b 第2コンデンサレンズ
14 蛍光体ホイール
15B 青色LED
15R 赤色LED
16 ロッドインテグレータ
17 リレーレンズ
18 反射レンズ
19 DMD
20 投射レンズ
Claims (9)
- 本体部と、2本のリード電極からなる足部とからなる複数の半導体レーザと、
該半導体レーザの本体部を保持する受け面を有し、前記半導体レーザの足部を挿入する貫通孔を備えたレーザホルダと、
前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する貫通孔が形成された電極挿入部を複数有するインシュレータと、
前記複数の半導体レーザの少なくとも2個以上を電気的直列に接続するための配線基材とを含み、
前記インシュレータは、前記複数の半導体レーザの配列方向と同方向に、前記電極挿入部の間を接続するための連結部を有し、
前記配線基材には、前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する第1の貫通孔が設けられており、前記インシュレータに沿って配列された半導体レーザの各列に対してそれぞれ設けられた列配線部の幅は、前記インシュレータの幅とほぼ等しいことを特徴とするレーザアレイ光源ユニット。 - 前記レーザホルダには、前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に放熱面が形成され、
該放熱面と接触する受熱面を有する冷却装置がさらに含まれてなる請求項1記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記リード電極を挿入する前記インシュレータの貫通孔は、
前記リード電極を挿入するリード電極挿入口と、
挿入方向に沿ってテーパ状に縮径されて形成された細径部と、
該細径部から逆テーパ状に拡径されたリード電極出口とを有することを特徴とする請求項1記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記半導体レーザのそれぞれのリード電極を挿入する、前記配線基材の第1の貫通孔の孔径は、前記インシュレータの貫通孔の細径部よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載のレーザアレイ光源ユニット。
- 前記インシュレータの前記連結部は、前記電極挿入部の前記リード電極出口が形成され
た面と面一に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記配線基材は、前記リード電極を挿入する第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔を有し、
該第2の貫通孔は、
前記レーザホルダに基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
前記第2の貫通孔に前記基準ピンが挿入された状態において、前記配線基材に設けられた前記第1の貫通孔が、前記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置される請求項5記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記配線基材は、前記リード電極を挿入する第1の貫通孔とは異なる第2の貫通孔を有し、
該第2の貫通孔は、
前記レーザホルダに基準孔が設けられ、かつ、該レーザホルダを保持するために用いられる冶具に前記基準孔に通す基準ピンが設けられる場合において、該基準ピンを通す孔であり、
前記第2の貫通孔および前記基準孔に前記基準ピンが挿入された状態において、前記配線基材に設けられた前記第1の貫通孔が、前記インシュレータの貫通孔と対応する位置に配置される請求項5記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記複数の半導体レーザを、前記インシュレータと前記配線基材とを介して前記レーザホルダに取付けた状態において、
前記レーザホルダは、前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に、前記配線基材の第1の貫通孔より突出した前記半導体レーザのそれぞれのリード電極よりも突出長が大きい冷却装置接触部を有し、
該冷却装置接触部の端部に形成された放熱面と、前記冷却装置の受熱面とが接触することを特徴とする請求項2記載のレーザアレイ光源ユニット。 - 前記複数の半導体レーザを、前記インシュレータと前記配線基材とを介して前記レーザホルダに取付けた状態において、
前記冷却装置は、前記配線基材の第1の貫通孔より突出した前記半導体レーザのそれぞれのリード電極が前記冷却装置と非接触状態で挿入され得る深さの凹部を有し、
前記レーザホルダの受け面が形成された面から見た反対面に形成された放熱面と、前記冷却装置の受熱面とが接触することを特徴とする請求項2記載のレーザアレイ光源ユニット。
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