JP7075016B2

JP7075016B2 - 光源装置

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Inventors: 忠明宮田
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Description

本開示は、レーザダイオードを備える光源装置に関する。

発光素子としてレーザダイオードを備える光源装置の用途は、様々な分野に拡大しつつある。例えば、ヘッドマウントディスプレイ（Head-Mounted Display:ＨＭＤ）のように使用者の目に近い位置に表示部を備える表示デバイス（Near-Eye Display）には小型の光源装置が必要になる。特許文献１は、小型化に適した光源装置を開示している。この光源装置は、外形がほぼ直方体の形状を有するガラスキャップで基板上のレーザダイオードを覆う構造を有している。

国際公開第２０１７－１４９５７３号公報

本開示は、レーザ光の強度を高い精度でモニタすることが可能である光源装置を提供する。

本開示の光源装置は、例示的な実施形態において、レーザダイオードと、前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する基板と、前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うガラスキャップであって、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光が入射する入射面、および、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光が出射する出射面を有し、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過する正面ガラス壁を含む、ガラスキャップと、前記基板に直接または間接的に支持され、前記ガラスキャップの外側に位置する光検出器とを備え、前記光検出器は、前記レーザダイオードから出射される前記レーザ光のうち前記正面ガラス壁によって反射され、かつ、前記ガラスキャップを透過した光を検出する。

本開示の実施形態によれば、レーザ光の強度を高い精度でモニタすることが可能である光源装置を提供することができる。

図１Ａは、本開示の実施形態における光源装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、本実施形態における製造工程途中の光源装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図２は、本開示の実施形態における製造工程途中の光源装置の他の構成例を模式的に示す斜視図である。図３Ａは、本実施形態における光源装置のＹＺ平面に平行な断面図である。図３Ｂは、本実施形態における光源装置のＸＹ平面に平行な断面図である。図４は、本実施形態における光源装置によるモニタ光が光検出器に入射する様子を模式的に示す断面図である。図５は、本実施形態における光源装置によるモニタ光が光検出器に入射する様子を模式的に示す他の断面図である。図６Ａは、本実施形態における光源装置による非モニタ光を模式的に示す断面図である。図６Ｂは、本実施形態における光源装置による非モニタ光を遮断する構成を示す断面図である。図６Ｃは、本実施形態における光源装置の変形例の構成を示す断面図である。図６Ｄは、本実施形態における光源装置の他の変形例の構成を示す断面図である。図７は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図８は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図９は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図１０は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示の実施形態における光源装置の概略構成を説明する。図１Ａは、本実施形態における光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、製造工程の途中における光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。

図示されている光源装置１００は、レーザダイオード１０と、レーザダイオード１０を直接または間接的に支持する基板３０と、基板３０に固定され、レーザダイオード１０を覆うガラスキャップ４０とを備えている。以下、ガラスキャップ４０を単に「キャップ」と称することにする。光源装置１００は、更に、図１Ｂに示される光検出器５０を備えている。光検出器５０は、基板３０に直接または間接的に支持され、キャップ４０の外側に位置している。光検出器５０は受光部５２を有し、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光１４の一部を受光部５２で受けてレーザ光１４のモニタを行う。受光部５２は、フォトダイオードなどの光電変換素子である。光検出器５０の動作については、後述する。

キャップ４０は、レーザダイオード１０を収容する空洞４０Ｖを有しており、空洞４０Ｖは、図１Ｂに示されるように、基板３０に固定される前の状態において、下方に開放されている。キャップ４０は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４を透過する正面ガラス壁４０Ｆを含む。この正面ガラス壁４０Ｆは、光検出器５０の動作にとって重要な役割を果たす。この点については、後述する。

キャップ４０は、基板３０の主面３２に接合される下端面４０Ｅを有している。下端面４０Ｅは、空洞４０Ｖの開放面の周囲に位置している。図示される例において、空洞４０Ｖの形状は直方体であるが、空洞４０Ｖの形状は、直方体に限定されない。空洞４０Ｖの一辺の長さは、例えば、１．０ｍｍ以下であり得るが、１．０ｍｍより大きくてもよい。

レーザダイオード１０には、例えば、青色の光を放射するレーザダイオード、緑色の光を放射するレーザダイオード、または、赤色の光を放射するレーザダイオードなどを採用することができる。また、これら以外の光を放射するレーザダイオードを採用してもよい。

本明細書において、青色の光は、発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光である。緑色の光は、発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光である。赤色の光は、発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光である。

青色の光を発するレーザダイオード、または、緑色の光を発するレーザダイオードとして、窒化物半導体を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発するレーザダイオードとして、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。

レーザダイオード１０から放射されるレーザ光１４は、拡がりを有し、レーザ光１４の出射端面に平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰは、出射端面から離れた位置におけるレーザ光１４の光強度分布によって規定される。この光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ^２以上の強度を有する部分をビーム断面と呼んでもよい。

本実施形態において、レーザダイオード１０は、レーザ光１４を出射する端面を有する端面出射型であるが、面発光型（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。簡単のため、図では、レーザ光１４の中心軸が破線で示されている。実際のレーザ光１４は、上述したように、レーザダイオード１０の端面から出射された後、発散して拡がる。このため、レーザ光１４は、不図示のレンズを含む光学系によって、コリメートまたは収束され得る。そのような光学系は、典型的には、光源装置１００の外部に設けられる。コリメートまたは収束のためのレンズを含む光学系の少なくとも一部は、キャップ４０そのものに設けられたり、キャップ４０の空洞４０Ｖ内に配置されたりしていてもよい。

レーザ光１４の中心軸は、基板３０の主面３２に沿う方向（Ｚ軸方向）に延びている。光源装置１００から外部に出たレーザ光１４は、光源装置１００の外部に配置されたミラーによって、例えば基板３０の主面３２に垂直な方向に反射されてもよい。

図の例において、レーザダイオード１０は、サブマウント２０に固定された状態で基板３０の主面３２上に実装されている。レーザダイオード１０は、サブマウント２０を介することなく、直接に、基板３０の主面３２に接合されていてもよい。これらの図において、レーザダイオード１０を外部回路に接続する配線の記載は省略されている。

基板３０は、シリコンやセラミックを主材料として形成することができる。なお、シリコンやセラミックに限らず金属で形成されていてもよい。例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素を、金属では銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅－ダイヤモンド複合材料、銅タングステンを基板３０の主材料に用いることができる。

基板３０の上面および下面には、それぞれ複数の金属層が設けられ得る。基板３０の内部を通る金属により、上面における金属層と下面における金属層とを電気的に接続することができる。基板３０の下面には、上面における金属層とは電気的に接続しない金属層が形成され得る。基板３０の一例は、配線を内部および／または外側に備える多層セラミックス基板であり得る。

サブマウント２０は下面と、上面と、側面とを有し、典型的には、直方体の形状を有しているがこれに限定されず、任意の形状を取り得る。サブマウント２０は、例えば、シリコン、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、または炭化ケイ素から形成され得る。サブマウント２０の上面には、レーザダイオード１０を基板３０上の配線に接続するための金属層が設けられ得る。

キャップ４０は、基板３０に支持されたレーザダイオード１０を覆った状態で基板３０に固定される。図示される例では、キャップ４０の下端面４０Ｅが基板３０の主面３２に接合される。このような接合は、金属などの無機材料、また有機材料の層を介して実現され得る。こうして、レーザダイオード１０は気密に封止され得る。図１Ａの光源装置１００を「半導体レーザパッケージ」と呼んでもよい。図の例において、１個の光源装置１００は１個のレーザダイオード１０を備えているが、本開示の実施形態は、そのような例に限定されない。キャップ４０が有する１個の空洞４０Ｖの内部に複数のレーザダイオード１０を配列してもよい。複数のレーザダイオード１０は、典型的には、それぞれ、レーザ光１４を同一の方向に出射するように、平行に配置され得る。

図２は、本開示の実施形態における光源装置の他の構成例を模式的に示す斜視図である。この例において、基板３０は、１個のサブマウント２０上に配列された３個のレーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを備えている。レーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、それぞれ、赤色、緑色、青色のレーザ光１４を放射する。これらのレーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが１個のキャップ４０の内部に収容されて気密に封止され得る。サブマウント２０の個数は、１個に限定されず、レーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂごとに分離されていてもよい。

レーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂのそれぞれから放射されたレーザ光１４は、不図示のビームコンバイナによって同軸のビームに結合され得る。レーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、それぞれ、異なるタイミングまたは同時にレーザ光１４を放射し得る。レーザ光１４の放射は、不図示の駆動回路によって制御される。

図２の光源装置１００も、光検出器５０を備えている。この光検出器５０も、基板３０に直接または間接的に支持され、キャップ４０の外側に位置している。光検出器５０は、受光部５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂを有している。受光部５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、それぞれ、赤色、緑色、青色の光を選択的に透過する色フィルタを有している。受光部５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、レーザダイオード１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂのそれぞれから放射されたレーザ光１４の一部を受けてレーザ光１４のモニタを行う。

なお、同一のキャップ４０の内部に、例えば黄色のレーザ光を放射する他のレーザダイオードが実装されていてもよい。また、同一の基板３０上に複数のキャップ４０が接続され、個々のキャップ４０の内部に１個または複数個のレーザダイオードが収容されていてもよい。

次に図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら、本実施形態における光源装置１００の構成例を詳細に説明する。図３Ａは、ＹＺ平面に平行な断面であって、レーザ光１４の中心軸を含む断面を模式的に示す図である。図３Ｂは、図３Ａの１Ｂ－１Ｂ線の断面図であり、ＸＹ平面に平行な断面を示す図である。図３Ａは、図３Ｂの１Ａ－１Ａ線の断面図に相当する。

本実施形態におけるキャップ４０は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４を透過する正面ガラス壁４０Ｆを含む。正面ガラス壁４０Ｆは、基板３０上においてレーザ光１４を横切る位置に配置されている。正面ガラス壁４０Ｆは、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４が入射する入射面４０ａ、および、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４が出射する出射面４０ｂを有している。また、キャップ４０は、図３Ａに示される例において、レーザダイオード１０を基準として正面ガラス壁４０Ｆの反対側に位置する背面ガラス壁４０Ｒを含む。更に、キャップ４０は、図３Ｂに示される「コの字型（アルファベットのＣの字型）」の断面を有する中間部分４０Ｂを有している。この中間部分４０Ｂは、レーザダイオード１０の側方に位置する一対の側壁部４０Ｓと、レーザダイオード１０の上方に位置して一対の側壁部４０Ｓを連結するカバー部４０Ｔを有している。一対の側壁部４０Ｓとカバー部４０Ｔとは、必ずしも透光性を有している必要はないので、中間部分４０Ｂは、ガラスから形成されている必要はない。本実施形態では、正面ガラス壁４０Ｆで反射されたレーザ光を透過し得る透光性部分をキャップ４０が有している。

本実施形態において、正面ガラス壁４０Ｆ、背面ガラス壁４０Ｒ、および、中間部分４０Ｂは、一体的に連続した構造を有しているが、個別のガラス部品を結合して作製され得る。このようなガラス部品の結合は、例えば陽極接合によって行うことができる。ガラス部品の結合部には薄い金属の層が存在していてもよい。このため、「ガラスキャップ」は、全体がガラスから形成されているキャップだけではなく、例えば正面ガラス壁４０Ｆおよび背面ガラス壁４０Ｒ以外の部分がガラスとは異なる材料から形成されているようなキャップも含む。キャップ４０を製造する方法の例は、例えば、特願２０１９－１７１４５４号に開示されている。特願２０１９－１７１４５４号の開示内容の全体をここに援用する。

キャップ４０におけるガラス部分は、アルカリガラスおよび／または無アルカリガラスから形成され得る。「アルカリガラス」は、Ｎａ^＋、Ｋａ^＋、Ｌｉ^＋などのアルカリ金属元素イオンを含有するケイ酸化合物ガラスである。アルカリ酸化物の濃度が０．１質量％以下であるケイ酸化合物ガラスを「無アルカリガラス」と称する。なお、ケイ酸化合物ガラスの例は、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、および石英ガラスを含む。

図３Ａに示される例において、光検出器５０は、背面ガラス壁４０Ｒの背面側に位置し、キャップ４０を透過したレーザ光を検出することができる。より詳細には、図の例における光検出器５０は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４のうち正面ガラス壁４０Ｆによって反射され、かつ、背面ガラス壁４０Ｒを透過した光を検出する。光検出器５０は、受光部５２のサイズまたは光検出器５０の位置によっては、キャップ４０のうちで背面ガラス壁４０Ｒ以外の部分を透過した光を検出することもできる。しかし、正面ガラス壁４０Ｆによって反射されたレーザ光の大部分は、一般に、背面ガラス壁４０Ｒを透過するため、光検出器５０が置かれる位置の典型例は、背面ガラス壁４０Ｒの背面側である。

このように光検出器５０をキャップ４０の外側に配置することにより、キャップ４０は光検出器５０を内部に収容するような大きさを有している必要はなく、小型化することが可能になる。レーザダイオード１０に比べて相対的に大きな光検出器５０であっても、キャップ４０の背面側に配置することにより、レーザ光の進行に邪魔にならない位置で電気的な接続を行うことも容易になり、製造がしやすいという利点もある。

レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４は、正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａに入射するとき、気体と固体との間に存在する第１の界面（入射面４０ａ）を通過する。「気体」は空洞４０Ｖの内部に存在する空気、または不活性ガスなどである。「固体」は正面ガラス壁４０Ｆを構成しているガラスである。空気などの気体の屈折率は約１．０であるのに対して、ガラスの屈折率は例えば１．４以上である。このため、第１の界面は、屈折率が相対的に低い誘電体（空気）と屈折率が相対的に高い誘電体（ガラス）との界面である。このような界面は、「Ｌｏｗ－ｔｏ－Ｈｉｇｈ」の界面と呼ばれ、いわゆる「固定端反射」が生じる。その結果、レーザ光１４の一部が反射される。

レーザ光１４が正面ガラス壁４０Ｆの内部を透過して出射面４０ｂから出射されるとき、固体と気体との間に存在する第２の界面（出射面４０ｂ）を通過する。第２の界面は、屈折率が相対的に高い誘電体（ガラス）と屈折率が相対的に低い誘電体（空気）との界面である。このような界面は、「Ｈｉｇｈ－ｔｏ－Ｌｏｗ」の界面と呼ばれ、いわゆる「自由端反射」が生じる。第２の界面でも、レーザ光１４の一部が反射される。

このように、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４のうち正面ガラス壁４０Ｆによって反射される割合は、正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率によって決まる。入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率、すなわち、第１および第２の界面における反射率は、後述するように、例えば、１層の誘電体層または積層された複数の誘電体層からなる光学膜によって調整され得る。なお、反射率は、光の波長に依存するため、本開示における「反射率」とは、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光のピーク波長における反射率を意味するものとする。

次に、図４を参照する。図４は、本実施形態における光源装置１００によるモニタ光が光検出器に入射する様子を模式的に示す断面図である。図４では、正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａで反射されるレーザ光１４ａ、出射面４０ｂで反射されるレーザ光１４ｂが代表的な何本かの光線によって模式的に示されている。実際の光線はキャップ４０と空気との界面において屈折するが、簡単のため、屈折の様子は図示されていない。前述したように、レーザダイオード１０から放射されるレーザ光１４は、拡がりを有し、レーザ光１４の出射端面１２に平行な面において楕円形状のＦＦＰを形成する。楕円の長軸は、レーザダイオード１０の積層方向に平行であり、図４の配置例において、楕円の長軸はＹ軸方向を向いている。このため、正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａで反射されたレーザ光１４ａの一部、および、出射面４０ｂで反射されたレーザ光１４ｂの一部は、それぞれ、レーザダイオード１０およびサブマウント２０に遮光されることなく、光検出器５０に達することができる。

一般に、精度の高いモニタを行うには、ノイズ成分よりも大きな信号成分を得ることが好ましい。正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率が高いほど、光検出器５０の受光部５２に入射するレーザ光１４ａ、１４ｂの強度は増加する。しかし、光源装置１００から外部に取り出して利用されるレーザ光１４の光強度は、正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率が低いほど、増加する。従って、充分に高いレーザ光１４の光強度を実現しながら、必要なレベルのモニタが可能となるように正面ガラス壁４０Ｆの入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率が調整され得る。

従来、レーザダイオード１０の出射端面１２ではなく、出射端面１２の反対側に位置する他の端面、すなわち背面側の端面から漏れた光をモニタ光として利用することが行われている。しかし、出射端面１２の表面状態がレーザ動作中に変化した場合、そのことをモニタ光の強度からは検知できない。また、背面側の端面から漏れた光をモニタ光として利用する場合、背面ガラス壁４０Ｒのミラー反射率が高いため、反射率のわずかな変化でも光検出器５０に入る光量が大きく変わるという課題もある。しかし、本開示の実施形態のように、レーザダイオード１０の出射端面１２から出射されたレーザ光１４の一部である反射光をモニタすれば、上記の課題を解決することができる。

図５を参照しながら、正面ガラス壁４０Ｆにおける入射面４０ａおよび出射面４０ｂの反射率が調整された光源装置１００の構成例を説明する。

図５の例において、正面ガラス壁４０Ｆにおける入射面４０ａには第１反射率調整層６０ａが形成されている。また、出射面４０ｂには、第２反射率調整層６０ｂが形成されている。第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂのそれぞれは、例えば、１層の誘電体層、または、積層された複数の誘電体層からなる誘電体多層膜であり得る。第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂは、それぞれ、「反射防止膜」と呼ばれる光学膜の構成と同様の構成を有している。しかし、一般の反射防止膜は、可能な限り反射を抑制するように、極めて低い反射率、例えば０．５％以下の反射率を有している。これに対して、本開示の実施形態では、第１および第２の界面の少なくとも一方の界面から、モニタに必要なレベルの反射光を得る必要がある。このため、第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂの反射率は、両方を含む全体として、例えば１％以上１０％以下の範囲になるように決定される。

ある実施形態において、第１反射率調整層６０ａの反射率は、第２反射率調整層６０ｂの反射率よりも高い。その場合、第１反射率調整層６０ａによって反射されたレーザ光１４ａがモニタに必要な光量を光検出器５０に与えることができれば、第２反射率調整層６０ｂの反射率は、一般の反射防止膜のように、０．５％以下の反射率を有していてもよい。従って、そのような低反射率の第２反射率調整層６０ｂは、通常の「反射防止膜」と同様にして形成され得る。

他の実施形態において、第２反射率調整層６０ｂの反射率は、第１反射率調整層６０ａの反射率よりも高い。その場合、第２反射率調整層６０ｂによって反射されたレーザ光１４ｂがモニタに必要な光量を光検出器５０に与えることができれば、第１反射率調整層６０ａの反射率は、一般の反射防止膜のように、０．５％以下の反射率を有していてもよい。従って、そのような低反射率の第１反射率調整層６０ａは、通常の「反射防止膜」と同様にして形成され得る。

このように、第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂの一方は、従来の反射防止膜と同様に極めて低い反射率を有していてよい。また、光検出器５０の感度が高い場合、あるいは、反射光が効率よく光検出器５０の受光部５２に入射する場合は、第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂの両方が、従来の反射防止膜と同様に極めて低い反射率を有していてもよい。

また、第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂは、それぞれ、膜の形態を有している必要はない。ナノ粒子の粉末層またはモスアイ構造のように、波長よりも短いサイズの微細凹凸構造を入射面４０ａおよび／または出射面４０ｂに形成してもよい。

あるいは、入射面４０ａおよび／または出射面４０ｂの表面を改質することにより、ガラス表面に内部よりも屈折率の低い領域を形成しても、反射率の調整は可能である。こうしてガラス表面に形成した改質領域によっても第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂを実現することができる。また、上記した反射率調整が可能な種々の構成を組み合わせてもよい。

なお、第１反射率調整層６０ａおよび第２反射率調整層６０ｂは、レーザ光１４が透過する領域に選択的に形成されてもよいし、製造工程によっては、他の領域に拡がって形成されていてもよい。

図５には図示されていないが、背面ガラス壁４０Ｒのキャップ４０の外側に位置する表面、および／または、内側に位置する表面には、反射防止膜が形成され得る。このような反射防止膜の役割は、モニタのためのレーザ光１４ａ、１４ｂを効率的に光検出器５０の受光部５２に入射させることにある。

以下、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄを参照しながら、光検出器５０によるモニタのノイズを低減する構成の例を説明する。

まず、図６Ａを参照して、レーザダイオード１０から放射される不要な光について説明する。一般に、レーザダイオード１０からは、相対的に弱い非レーザ光が四方に放射され得る。この非レーザ光は、レーザ発振によってコヒーレント化した光ではなく、ＬＥＤが放射する光と同様にインコヒーレントな光である。このような光１６が光検出器５０に入射すると、ノイズとなり、レーザ光１４のモニタ精度が低下する。

次に図６Ｂを参照する。図６Ｂは、本実施形態における光源装置による非モニタ光を遮断する構成を示す断面図である。図示される構成を有する光源装置１００は、レーザダイオード１０と光検出器５０との間に配置された遮光体７０を備える。遮光体７０は、非レーザ光が光検出器５０に入射することを阻止または抑制する。このため、レーザ光１４のモニタ精度が向上し得る。

図６Ｃは、本実施形態における光源装置の変形例の構成を示す断面図である。図６Ｃの光源装置１００は、キャップ４０内に配置された保護素子７２を備えている。この保護素子７２はツェナーダイオードとすることができ、レーザダイオード１０に電気的に並列に接続され、レーザダイオード１０に印加され得る逆方向電圧を所定レベル以下に抑える保護回路として機能し得る。図６Ｃの光源装置１００では、保護素子７２が遮光体７０として機能する。なお、レーザダイオード１０と基板３０との間に位置するサブマウント２０をキャップ４０内に備えている場合、サブマウント２０の一部が遮光体７０として機能する凸部を有していてもよい。

図６Ｃの光源装置１００は、光検出器５０の前面に配置された偏光子８０を更に備えている。レーザダイオード１０から四方に放射される相対的に弱い非レーザ光は、非偏光であるため、偏光子８０によって強度を半減することができる。偏光子８０は、図６Ｃに示されているように、キャップ４０の内部に配置され得る。偏光子８０の偏光透過軸は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４の偏光方向に整合している。レーザダイオード１０から放射され、正面ガラス壁４０Ｆによって反射されたレーザ光１４の反射光は、偏光状態を保持したまま、偏光子８０に入射する。このため、このような反射光は偏光子８０を透過して適切に光検出器５０で検出される。

図６Ｄは、本実施形態における光源装置の他の変形例の構成を示す断面図である。この改変例における光源装置１００では、遮光体７０がキャップ４０、具体的には背面ガラス壁４０Ｒに固定されている。また、この光源装置１００では、偏光子８０がキャップ４０の外側に配置されている。偏光子８０は、光検出器５０の前面に固定されていてもよい。

上記の各構成例において、光検出器５０とキャップ４０との間にはギャップが存在しているが、このようなギャップは不可欠ではない。光検出器５０とキャップ４０とが接していても良い。

図７は、本開示の実施形態における光源装置の他の構成例を模式的に示す断面図である。図７の光源装置１００では、光検出器５０が基板３０に支持されておらず、キャップ４０に固定されており、基板３０に間接的に支持されている。光検出器５０は、このようにキャップ４０に支持されていてもよい。

図８は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図８の光源装置１００では、キャップ４０の正面ガラス壁４０Ｆおよび背面ガラス壁４０Ｒが基板３０の主面３２の法線方向（Ｙ軸に平行な方向）から傾斜している。図８に示すように、入射面４０ａおよび出射面４０ｂの傾斜角度を、それぞれ、θ_１およびθ_２で定義する。θ_１とθ_２とは、等しい必要はない。図の例において、θ_１およびθ_２の両方が９０°よりも大きい。このため、入射面４０ａおよび出射面４０ｂは、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４の光軸に対して直交していない。正面ガラス壁４０Ｆによる反射光の中心軸も、傾斜の角度に依存して変化し得る。このことは、光検出器５０の受光部５２に入射する光の量を低下させる可能性がある。しかし、背面ガラス壁４０Ｒを傾斜させたり、光検出器５０の受光部５２の位置および角度を調整したりすることにより、受光量の低下を十分に抑えることが可能である。

図８の例において、正面ガラス壁４０Ｆおよび背面ガラス壁４０Ｒの両方がＹ軸方向から傾斜しているが、一方のみが傾斜していてもよい。図８のように正面ガラス壁４０Ｆが傾斜していると、図８の破線で示すよう、レーザ光１４が第１および第２の界面で屈折するため、出射面４０ｂから出射されたレーザ光１４の中心軸は、基板３０の主面３２からの高さが増加する方向にシフトする。

図９は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図９の光源装置１００でも、キャップ４０の正面ガラス壁４０Ｆおよび背面ガラス壁４０Ｒが基板３０の主面３２の法線方向（Ｙ軸に平行な方向）から傾斜している。より具体的には、正面ガラス壁４０Ｆが図８の光源装置１００における傾斜方向とは反対側の方向に傾斜している。言い換えると、θ_１およびθ_２は、いずれも、９０°より小さい。このため、図９の破線で示すよう、レーザ光１４が第１および第２の界面で屈折し、出射面４０ｂから出射されたレーザ光１４の中心軸は、基板３０の主面３２からの高さが減少する方向にシフトする。図８および図９の構成例では、いずれも、背面ガラス壁４０Ｒがレーザダイオード１０の側に向かって傾斜しているが、背面ガラス壁４０Ｒの傾斜方向は任意である。

図１０は、本開示の実施形態における光源装置の更に他の構成例を模式的に示す断面図である。図１０の光源装置１００では、キャップ４０の正面ガラス壁４０Ｆが基板３０の主面３２の法線方向（Ｙ軸に平行な方向）から傾斜しているが、背面ガラス壁４０Ｒは傾斜していない。このようにキャップ４０は、種々の形状をとり得る。必要に応じて、キャップ４０の一部に１個または複数個のレンズが取り付けられてもよい。そのようなレンズの例は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光１４をコリメートするレンズ、および、レーザ光１４ａ、１４ｂを取り込んで光検出器５０の受光部５２に集めるレンズを含む。

上記のいずれの形態において、光検出器５０がキャップ４０の外側に配置されているため、例えば図１Ｂに示される空洞４０Ｖの大きさを、光検出器５０のサイズに制約されることなく、小さくすることができる。光検出器５０を不図示の電子回路に接続するための配線も、キャップ４０の内部に設ける必要がなく、キャップ４０の内部および基板３０における配線構造を簡単にすることが可能になる。このことも装置の小型化にとって有利である。

本開示の光源装置は、レーザ光の出力を高い精度でモニタすることができ、また小型化に適しているため、ヘッドマウントディスプレイなどの小型光源として好適に利用され得る。

１０・・・レーザダイオード、１２・・・レーザダイオードの出射端面、２０・・・サブマウント、３０・・・基板、３２・・・基板の主面、４０・・・キャップ、４０ａ・・・入射面、４０ｂ・・・出射面、４０Ｆ・・・正面ガラス壁、４０Ｒ・・・背面ガラス壁、４０Ｓ・・・側壁部、４０Ｔ・・・カバー部、５０・・・光検出器、５２・・・受光部、６０ａ・・・第１反射率調整層、６０ｂ・・・第２反射率調整層、７０・・・遮光体、８０・・・偏光子、１００・・・光源装置

Claims

レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する基板と、
前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うガラスキャップであって、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光が入射する入射面、および、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光が出射する出射面を有し、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過する正面ガラス壁と、前記レーザダイオードを基準として前記正面ガラス壁の反対側に位置する背面ガラス壁と、を含む、ガラスキャップと、
前記基板に直接または間接的に支持され、前記ガラスキャップの外側に位置する光検出器と
を備え、
前記光検出器は、前記レーザダイオードから出射される前記レーザ光のうち前記正面ガラス壁によって反射され、かつ、前記背面ガラス壁を透過した光を検出する、光源装置。
前記正面ガラス壁の前記入射面および出射面の少なくとも一方に反射率調整層が形成され、前記反射率調整層の前記レーザ光に対する反射率は１％以上１０％以下である、請求項１に記載の光源装置。
前記レーザダイオードと前記光検出器との間に配置された遮光体を備える、請求項１または２に記載の光源装置。
前記ガラスキャップ内に配置され、かつ、前記レーザダイオードに電気的に接続された保護素子を備えており、
前記保護素子は、前記遮光体として機能する、請求項３に記載の光源装置。
前記ガラスキャップ内に配置され、かつ、前記レーザダイオードと前記基板との間に位置するサブマウントを備えており、
前記サブマウントの一部は、前記遮光体として機能する凸部を有している、請求項３に記載の光源装置。
前記光検出器の前面に配置された偏光子を備える、請求項１から５のいずれかに記載の光源装置。
前記偏光子は前記ガラスキャップの内部に配置されている、請求項６に記載の光源装置。
前記偏光子の偏光透過軸は、前記レーザダイオードから出射される前記レーザ光の偏光方向に整合している、請求項６または７に記載の光源装置。
前記背面ガラス壁の前記ガラスキャップの外側に位置する表面、および／または、前記背面ガラス壁の前記ガラスキャップの内側に位置する表面に反射防止膜が形成されている、請求項１から８のいずれかに記載の光源装置。
前記反射防止膜の前記レーザ光に対する反射率は０．５％以下である、請求項９に記載の光源装置。