JP5983562B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザと、レンズと、半導体レーザとレンズとを接続する接続体とを備える半導体レーザ装置に関し、また、その半導体レーザ装置の製造方法に関する。

従来、半導体レーザ装置として、半導体レーザと、レンズと、半導体レーザとレンズとを接続する金属製の接続体とを備える半導体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる半導体レーザ装置においては、半導体レーザ及びレンズは、接着剤により、それぞれ接続体に接着されている。

ところで、接着剤に、熱硬化性の接着剤が用いられた場合には、接着剤は、加熱されて硬化する際に、膨張や収縮をする。これにより、半導体レーザやレンズが適正な位置から位置ずれするという場合がある。また、接着剤に、紫外線硬化性の接着剤が用いられた場合には、紫外線が接続体の内部にまで届かないため、接着剤が充分に硬化しない。これにより、半導体レーザやレンズが適正な位置から位置ずれするという場合がある。

特開平１０−３３４４７２号公報

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、半導体レーザやレンズを適切な位置で固定できる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光が入射されるレンズと、前記半導体レーザと前記レンズとを接続する接続体と、を備え、前記接続体は、前記半導体レーザの外周部の少なくとも一部を覆うようにして、前記半導体レーザの少なくとも一部を収容する凹状のレーザ収容部を備え、前記レーザ収容部は、紫外線を透過可能に構成されると共に、前記半導体レーザの外周部との間に少なくとも配置される紫外線硬化性の接着剤により、前記半導体レーザと固定される。

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、接続体は、半導体レーザの少なくとも一部を収容する凹状のレーザ収容部を備えており、レーザ収容部は、半導体レーザの外周部の少なくとも一部を覆っている。また、紫外線硬化性の接着剤は、半導体レーザの外周部とレーザ収容部との間に少なくとも配置されている。

そして、接着剤が、レーザ収容部を透過した紫外線により全体に亘って充分に硬化するため、半導体レーザがレーザ収容部に対して適正な位置で固定される。したがって、半導体レーザをレンズに対して適切な位置で固定できる

また、本発明に係る半導体レーザ装置においては、前記接続体は、前記レンズの外周部の少なくとも一部を覆うようにして、前記レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備え、前記レンズ収容部は、紫外線を透過可能に構成されると共に、前記レンズの外周部との間に少なくとも配置される紫外線硬化性の接着剤により、前記レンズと固定される、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、接続体は、レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備えており、レンズ収容部は、レンズの外周部の少なくとも一部を覆っている。また、紫外線硬化性の接着剤は、レンズの外周部とレンズ収容部との間に少なくとも配置されている。そして、接着剤が、レンズ収容部を透過した紫外線により全体に亘って充分に硬化するため、レンズがレンズ収容部に対して適正な位置で固定される。したがって、レンズを半導体レーザに対して適切な位置で固定できる。

また、本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光が入射されるレンズと、前記半導体レーザと前記レンズとを接続する接続体と、を備え、前記接続体は、前記レンズの外周部の少なくとも一部を覆うようにして、前記レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備え、前記レンズ収容部は、紫外線を透過可能に構成されると共に、前記レンズの外周部との間に少なくとも配置される紫外線硬化性の接着剤により、前記レンズと固定される。

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、接続体は、レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備えており、レンズ収容部は、レンズの外周部の少なくとも一部を覆っている。また、紫外線硬化性の接着剤は、レンズの外周部とレンズ収容部との間に少なくとも配置されている。そして、接着剤が、レンズ収容部を透過した紫外線により全体に亘って充分に硬化するため、レンズがレンズ収容部に対して適正な位置で固定される。したがって、レンズを半導体レーザに対して適切な位置で固定できる。

また、本発明に係る半導体レーザ装置においては、前記レンズ収容部は、前記レンズの外周部の全体を覆うように、筒状に形成される、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、レンズ収容部は、筒状に形成されており、レンズの外周部の全体を覆っている。これにより、例えば、レンズに触れられることを抑制できたり、レンズを保護したりすることができる。

また、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された光が入射されるレンズと、紫外線を透過可能に構成され、前記半導体レーザと前記レンズとを接続する接続体と、を備える半導体レーザ装置の製造方法であって、前記半導体レーザ及び前記レンズの少なくとも何れか一方と前記接続体との間に、紫外線硬化性の接着剤を配置することと、前記接続体を透過した紫外線により前記接着剤が硬化するように、前記接続体の外側から前記接着剤に向けて紫外線を照射することと、を備える。

以上の如く、本発明は、半導体レーザやレンズを適切な位置で固定できるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の全体断面図である。 図２は、同実施形態に係る半導体レーザ装置の分解正面図である。 図３は、同実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する図である。 図４は、同実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する図である。 図５は、同実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する図である。 図６は、同実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する図である。

以下、本発明に係る半導体レーザ装置における一実施形態について、図１〜図６を参酌して説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１は、レーザ光を出射する半導体レーザ２と、半導体レーザ２から出射された光が入射されるレンズ３と、半導体レーザ２とレンズ３とを接続する接続体４とを備えている。また、半導体レーザ装置１は、半導体レーザ２と接続体４とを固定する第１の接着剤５と、レンズ３と接続体４とを固定する第２の接着剤６とを備えている。

半導体レーザ２は、先端部２１に、レーザ光を出射する発光部２２を備えている。また、半導体レーザ２は、基端部に、電源を供給されるための端子２３，２３を備えている。そして、半導体レーザ２の先端部２１は、接続体４に収容されている。

レンズ３は、半導体レーザ２から出射したレーザ光を入射面３１から入射し、入射したレーザ光を平行光にして出射面３２から出射する。本実施形態において、レンズ３は、コリメートレンズである。入射面３１は、平面状に形成されている。出射面３２の外側部３２ａは、平面状に形成されている一方、出射面３２の内側部３２ｂは、凸面状に形成されている。

接続体４は、半導体レーザ２の先端部２１を収容する凹状のレーザ収容部４１と、レンズ３の全体を収容する凹状のレンズ収容部４２と、レーザ収容部４１とレンズ収容部４２とを連結する連結部４３とを備えている。そして、接続体４は、レーザ光の光軸Ａ１が軸線方向と平行となるような筒状に形成されている。

また、接続体４は、紫外線を透過可能に構成されている。即ち、接続体４は、紫外線を透過する材料で形成されている。具体的には、接続体４は、紫外線透過率が５０％以上の材料で形成されている。より好ましくは、接続体４は、紫外線透過率が８０％以上の材料で形成されている。例えば、接続体４は、ポリカーボネート樹脂、石英ガラス等で形成されている。

レーザ収容部４１は、円筒状に形成されている。そして、レーザ収容部４１の内径は、連結部４３の内径よりも大きい。また、レーザ収容部４１は、径方向において、半導体レーザ２の外周部２４の一部を覆っている。

レンズ収容部４２は、円筒状に形成されている。そして、レンズ収容部４２の内径は、連結部４３の内径よりも大きい。また、レンズ収容部４２は、径方向において、レンズ３の外周部３３の全体を覆っている。

連結部４３は、レンズ３を支持する支持部４３ａを備えている。支持部４３ａは、径方向内方に向けて環状に突出している。そして、支持部４３ａの一方側の面は、レンズ３の入射面３１と当接しており、支持部４３ａの他方側の面は、半導体レーザ２の先端部２１と離間している。

第１の接着剤５は、半導体レーザ２の外周部２４とレーザ収容部４１の内周部４１ａとの間に配置されている。そして、第１の接着剤５は、紫外線硬化性を有している。即ち、第１の接着剤５は、紫外線に照射されたことにより硬化している。

第２の接着剤６は、レンズ３の外周部３３とレンズ収容部４２の内周部４２ａとの間に配置されている。また、第２の接着剤６は、レンズ３の出射面３２の外側部３２ａからレンズ収容部４２の内周部４２ａに亘っても配置されている。そして、第２の接着剤６は、紫外線硬化性を有している。即ち、第２の接着剤６は、紫外線に照射されたことにより硬化している。なお、本実施形態においては、第１の接着剤５と第２の接着剤６とは、同じ材料を使用している。

本実施形態に係る半導体レーザ装置１の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置１の製造方法について、図３〜図６を参酌して説明する。

まず、図３に示すように、回転テーブル１１に載置された接続体４のレンズ収容部４２に、レンズ３を収容させる。そして、回転テーブル１１を回転させつつ、吐出部１２から、レンズ３と接続体４との間に向けて第２の接着剤６を吐出する。その後、図４に示すように、回転テーブル１１を回転させつつ、照射部１３，１４から第２の接着剤６に向けて紫外線を照射させる。

このとき、レンズ３及び接続体４の斜め上方に配置される照射部１３は、接続体４の外側（外周側）から、接続体４の内部（内周部）に配置された第２の接着剤６に向けて紫外線を照射する。これにより、第２の接着剤６のうち、レンズ３の外周部３３とレンズ収容部４２の内周部４２ａとの間に配置されている部分は、接続体４のレンズ収容部４２を透過した紫外線により、硬化する。

また、レンズ３及び接続体４の真上に配置される照射部１４は、第２の接着剤６に向けて直接的に紫外線を照射する。これにより、第２の接着剤６のうち、レンズ３の出射面３２の外側部３２ａからレンズ収容部４２の内周部４２ａに亘って配置されている部分は、直接的に照射された紫外線により、硬化する。その結果、レンズ３と接続体４とは、硬化した第２の接着剤６により、固定される。

次に、図５に示すように、半導体レーザ２を電源装置１５に固定させ、レンズ３が固定された接続体４を、保持部１６に保持させる。なお、保持部１６は、移動機構（図示及び採番していない）により、電源装置１５に対して、３自由度（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で移動可能に構成されている。また、保持部１６は、レンズ収容部４２と接触した状態（即ち、レーザ収容部４１と重ならない状態）で、接続体４を保持している。

そして、吐出部１７から、半導体レーザ２における先端部２１の外周部２４に向けて第１の接着剤５を吐出する。その後、図６に示すように、保持部１６を電源装置１５に対して移動させることにより、半導体レーザ２とレンズ３との位置合わせを行う。このとき、電源装置１５が半導体レーザ２に電源を供給しているため、半導体レーザ２から設定された出力が得られるように、半導体レーザ２とレンズ３との位置合わせを行う。

そして、半導体レーザ２とレンズ３とを位置合わせした状態で、接続体４の上方及び下方に配置された照射部１８，１８から、第１の接着剤５に向けて紫外線を照射させる。具体的には、各照射部１８は、接続体４の外側（外周側）から、接続体４の内部（内周部）に配置された第１の接着剤５に向けて紫外線を照射する。これにより、半導体レーザ２の外周部２４とレーザ収容部４１の内周部４１ａとの間に配置されている第１の接着剤５は、接続体４のレーザ収容部４１を透過した紫外線により、硬化する。その結果、半導体レーザ２と接続体４とは、硬化した第１の接着剤５により、固定される。

以上より、本実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、接続体４は、半導体レーザ２の一部を収容する凹状のレーザ収容部４１を備えており、レーザ収容部４１は、半導体レーザ２の外周部２４の一部を覆っている。また、紫外線硬化性の第１の接着剤５は、半導体レーザ２の外周部２４とレーザ収容部４１との間に配置されている。そして、第１の接着剤５が、レーザ収容部４１を透過した紫外線により全体に亘って充分に硬化するため、半導体レーザ２がレーザ収容部４１に対して適正な位置で固定される。したがって、半導体レーザ２をレンズ３に対して適切な位置で固定することができる。

ところで、第１の接着剤５が充分に硬化していない場合には、第１の接着剤５が、装置の稼働中に、浮遊して、半導体レーザ２やレンズ３に付着することにより、装置の光出力の効率が低下する、という問題を生じる。しかしながら、本実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、第１の接着剤５が全体に亘って充分に硬化しているため、斯かる問題を解決することができる。

また、本実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、接続体４は、レンズ３の全体を収容する凹状のレンズ収容部４２を備えており、レンズ収容部４２は、レンズ３の外周部３３を覆っている。また、紫外線硬化性の第２の接着剤６は、レンズ３の外周部３３とレンズ収容部４２との間に配置されている。そして、第２の接着剤６が、レンズ収容部４２を透過した紫外線により全体に亘って充分に硬化するため、レンズ３がレンズ収容部４２に対して適正な位置で固定される。したがって、レンズ３を半導体レーザ２に対して適切な位置で固定することができる。

ところで、第２の接着剤６が充分に硬化していない場合には、第２の接着剤６が、装置の稼働中に、浮遊して、半導体レーザ２やレンズ３に付着することにより、装置の光出力の効率が低下する、という問題を生じる。しかしながら、本実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、第２の接着剤６が全体に亘って充分に硬化しているため、斯かる問題を解決することができる。

また、本実施形態に係る半導体レーザ装置１によれば、レンズ収容部４２は、筒状に形成されており、レンズ３の外周部３３の全体を覆っている。これにより、例えば、レンズ３が固定された接続体４を、保持部１６に保持させる際に、レンズ３に触れられることを抑制できたり、レンズ３を保護したりすることができる。

なお、本発明に係る半導体レーザ装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明に係る半導体レーザ装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、半導体レーザ２及びレンズ３の双方が、それぞれ接着剤５，６により、接続体４に固定される、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る半導体レーザ装置においては、半導体レーザ２が、例えば、締結機構（ボルト及びナット等）により、接続体４に固定される、という構成でもよく、また、レンズ３が、例えば、締結機構（ボルト及びナット等）により、接続体４に固定される、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、接続体４は、全体が紫外線を透過できるように、構成されている。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。具体的には、本発明に係る半導体レーザ装置においては、接続体４の内部に配置されている接着剤５，６に向けて紫外線を透過できるように、接続体４は、少なくとも一部、例えば、接着剤５，６が面する部分が紫外線を透過できるように、構成されていてもよい。例えば、接続体４の連結部４３は、紫外線を透過しない金属等で形成されていてもよい。

また、上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、レーザ収容部４１は、半導体レーザ２の一部を収容する、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る半導体レーザ装置においては、レーザ収容部４１は、半導体レーザ２の全体を収容する、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、レンズ収容部４２は、レンズ３の全体を収容する、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る半導体レーザ装置においては、レンズ収容部４２は、レンズ３の一部を収容する、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、第１の接着剤５は、半導体レーザ２の外周部２４とレーザ収容部４１の内周部４１ａとの全周に亘って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る半導体レーザ装置においては、第１の接着剤５は、半導体レーザ２の外周部２４とレーザ収容部４１の内周部４１ａとの間であって、周方向の一部に配置されている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る半導体レーザ装置１においては、第２の接着剤６は、レンズ３の外周部３３とレンズ収容部４２の内周部４２ａとの全周に亘って配置されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る半導体レーザ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る半導体レーザ装置においては、第２の接着剤６は、レンズ３の外周部３３とレンズ収容部４２の内周部４２ａとの間であって、周方向の一部に配置されている、という構成でもよい。

１…半導体レーザ装置、２…半導体レーザ、３…レンズ、４…接続体、５…（第１の）接着剤、６…（第２の）接着剤、１１…回転テーブル、１２…吐出部、１３…照射部、１４…照射部、１５…電源装置、１６…保持部、１７…吐出部、１８…照射部、２１…先端部、２２…発光部、２３…端子、２４…外周部、３１…入射面、３２…出射面、３２ａ…外側部、３２ｂ…内側部、３３…外周部、４１…レーザ収容部、４１ａ…内周部、４２…レンズ収容部、４２ａ…内周部、４３…連結部、４３ａ…支持部、Ａ１…光軸

Claims (5)

1. レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光が入射され、該光を出射面から出射するレンズと、
   前記半導体レーザと前記レンズとを接続する接続体と、
   前記レンズと前記接続体とを固定する、紫外線硬化性を有する接着剤のみを硬化させた樹脂と、を備え、
   前記接続体は、前記レンズの外周部の少なくとも一部を覆い且つ前記出射面を露出するようにして、前記レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備え、
   前記レンズ収容部は、紫外線を透過可能に構成され、
   前記レンズの前記出射面は、平面状に形成される外側部と、凸状に形成される内側部と、を備え、
   前記樹脂は、前記レンズと前記レンズ収容部とを固定すべく、前記レンズの外周部と前記レンズ収容部との間に配置され、且つ、前記レンズの前記出射面の前記外側部から前記レンズ収容部に亘って配置される半導体レーザ装置。
2. レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光が入射され、該光を出射面から出射するレンズと、
   前記半導体レーザと前記レンズとを接続する接続体と、
   前記レンズと前記接続体とを固定する、接着剤を硬化させた樹脂と、を備え、
   前記接続体は、前記レンズの外周部の少なくとも一部を覆い且つ前記出射面を露出するようにして、前記レンズの少なくとも一部を収容する凹状のレンズ収容部を備え、
   前記レンズ収容部は、紫外線を透過可能に構成され
   前記レンズの前記出射面は、平面状に形成される外側部と、凸状に形成される内側部と、を備える、半導体レーザ装置の製造方法であって、
   紫外線硬化性を有する接着剤のみを、前記レンズの外周部と前記レンズ収容部との間、且つ、前記レンズの前記出射面の前記外側部から前記レンズ収容部に亘って、配置する工程と、
   前記レンズと前記レンズ収容部とを固定するために、前記レンズ収容部を経由して、前記接着剤に紫外線を照射する工程と、を備える、半導体レーザ装置の製造方法。
3. 前記レンズ収容部は、前記レンズの外周部の全体を覆うように、筒状に形成される請求項２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
4. 前記接続体は、前記半導体レーザの外周部の少なくとも一部を覆うようにして、前記半導体レーザの少なくとも一部を収容する凹状のレーザ収容部を備え、
   前記レーザ収容部は、紫外線を透過可能に構成され、
   前記製造方法は、前記レーザ収容部と前記半導体レーザの外周部との間に少なくとも配置される紫外線硬化性の接着剤を硬化させることにより、前記レーザ収容部と前記半導体レーザとを固定する工程をさらに備える請求項２又は３に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
5. 前記照射する工程の後に、前記半導体レーザがレーザ光を出射する状態で、前記レンズ収容部に固定された前記レンズに対して、前記半導体レーザを位置合わせする工程と、
   前記半導体レーザを前記レンズに位置合わせした状態で、前記半導体レーザを前記接続体に固定する工程と、を備える、請求項２〜４の何れか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。