JP7256408B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
また、光源とレンズ要素の位置関係のずれは、これに限らず、ミラーの実装ずれによっても生じ得る。
図1Aは実施形態1に係る発光装置の模式的平面図である。また、図1Bは図1A中のA-A断面図であり、図1Cは図1A中のB-B断面図であり、図1Dは図1A中のC-C断面図である。図1Aにおいては、理解を容易にするため、最も左上のレンズ部下方に配置される半導体レーザ素子30等を透過的に示している。図1Aから図1Dに示すように、実施形態1に係る発光装置1は、基体10と、行列状に複数のレンズ部22を有するレンズアレイ20と、基体10上に配置された複数の半導体レーザ素子30と、を備えた発光装置であって、複数の半導体レーザ素子30はレーザ光をそれぞれ出射し、各レーザ光は行方向より列方向に幅が広くなるビーム形状を複数のレンズ部22の各光入射面LAにおいて有し、複数のレンズ部22は、個々のレンズ部22の最大外径Eと列方向の頂点間距離PYとのいずれよりも小さい行方向の頂点間距離PXを有するとともに、行方向と列方向とにおいて同じ曲率を有する発光装置である。以下、順に説明する。
図2Aは基体の模式的平面図である。また、図2Bは図2A中のD-D断面図であり、図2Cは図2A中のE-E断面図である。図2Aから図2Cに示すように、基体10は、例えば、基部12と、基部12から突出する側壁14と、基部12と側壁14とにより形成される凹部10aと、を有する。基部12は凸部12aを有し、凸部12aは凹部10a内に形成されている。このような凸部12aを有する基部12を用いれば、基体10が凹部10aを有することにより生じ得る基部12の反り(この反りは特に基部12と側壁14とが異なる材料からなる場合に生じやすい。)を抑制することができるため、基部12に対する半導体レーザ素子30等の実装が容易となる。また、凸部12a上に半導体レーザ素子30などの部材を配置することにより、これらの部材をレンズアレイ20に近づけることができるため、レンズアレイ20(レンズ部22)の光入射面LAにおけるレーザ光の拡がりを抑制することも可能となる。なお、基体10、基部12、及び側壁14の形状や厚みは特に限定されるものではなく、例えば、基体10には、凹部10aを有する部材のほか、例えば平板状の部材(例:側壁14を有しておらず基部12のみからなる部材)を用いることもできる。
図3Aはレンズアレイの模式的平面図である。また、図3Bは図3A中のF-F断面図であり、図3Cは図3A中のG-G断面図であり、図3Dは図3A中のH-H断面図である。図3Aから図3Dに示すように、レンズアレイ20は複数のレンズ部22と接続部24を有している。各レンズ部22は光入射面LAと光出射面LBをそれぞれ有しており、各レンズ部22の光入射面LAに入射した各レーザ光は屈折され各レンズ部22の光出射面LBからそれぞれ出射される。接続部24は列方向(図1中のY方向)において隣り合うレンズ部22同士を接続する。なお、レンズアレイ20はレンズ部22だけで構成することもできる。この場合は、例えば、レンズ部22が接続部24を介さず互いに直接接続される。レンズアレイ20(レンズ部22や接続部24)はガラスや合成石英などの透光性を有する材料を用いて形成することができる。
複数のレンズ部22はm行n列(m≧2、n≧1)の行列状に設けられる。複数のレンズ部22は、個々のレンズ部22の最大外径Eと列方向(図1中のY方向)の頂点間距離PYのいずれよりも小さい行方向(図1中のX方向)の頂点間距離PXを有する。このようにすれば、各レンズ部22が行方向(図1中のX方向)において連なって(連続して)形成されるため、行方向(図1中のX方向)においてレーザ光が出射されない空間の無駄を削減して、レンズアレイ20(ひいては発光装置1)の小型化を図ることができる。なお、「列方向の頂点間距離」とは列方向において隣り合うレンズ部の頂点間距離をいう。また、「行方向の頂点間距離」とは行方向において隣り合うレンズ部の頂点間距離をいう。また、「頂点」とは平面視におけるレンズ部の中心をいい、「最大外径」とは平面視におけるレンズ部の直径のうち最長のものをいう。
ことができる。
図4Aは基体上に配置された半導体レーザ素子の模式的平面図である。また、図4Bは図4A中のI-I断面図であり、図4Cは図4A中のJ-J断面図であり、図4Dは図4C中の破線で囲んだ部分を拡大して示す図である。図4Aから図4Dに示すように、複数の半導体レーザ素子30は基体10上に配置される。具体的に説明すると、複数の半導体レーザ素子30が、行方向(図4中のX方向)及び列方向(図4中のY方向)に配置されている。半導体レーザ素子30は、例えば、基体10の凹部10a底面(凸部12aを有する基部12を用いる場合は凸部12a上)に、直接配置することもできるし、載置体40などを介して配置することもできる。載置体40を介して配置するようにすれば、複数の半導体レーザ素子30にて生じた熱を載置体40を介して効率的に排熱することができる。
図4Aから図4Dに示すように、発光装置1は、基体10上に、半導体レーザ素子30の出射光をレンズ部22に向けて反射するミラー50を備えていてもよい。ミラー50は半導体レーザ素子30の出射面(レーザ光を出射する面。以下、同じ。)とミラー50とが向かい合うように配置される。これにより、半導体レーザ素子30の光出射面から出射されたレーザ光がレンズ部22の出射面に達するまでの距離(以下「光路長」という。)を長くすることができる。したがって、レンズアレイ20の光出射面における光密度を低減することができ、レンズ部22での集塵を抑制しやすくなる。また、光路長を長くすることで、光路長が短い場合(例えば、ミラー50を配置せずに半導体レーザ素子30からレンズ部22に光を直接照射する場合)と比較して、レンズ部22から出射される光の強度分布の変化を低減することができる。これは、光路長を長くすることで、半導体レーザ素子30の位置ずれにより半導体レーザ素子30からの光がレンズ部22の光入射面に対して垂直以外の方向から入射したとしても、レンズ部22を通過した後の光の傾きを小さくできるためである。
図1Aから図1Dに示すように、発光装置1は、基体10とレンズアレイ20との間に封止部材80を備えていてもよい。封止部材80を設けることでレンズアレイ20のみを設ける場合と比較して気密封止の効果を高めることができる。特に、半導体レーザ素子30として窒化物半導体を用いる場合は、有機物等が半導体レーザ素子30の出射面に集塵されやすくなるため、封止部材80による気密封止の効果がより顕著となる。
図6Aは実施形態2に係る発光装置の模式的平面図であり、図6Bは図6A中のM-M断面図であり、図6Cは図6A中のN-N断面図であり、図6Dは図6A中のO-O断面図である。図6Aにおいては、理解を容易にするため、最も左上のレンズ部下方に配置される半導体レーザ素子30などを透過的に示している。図6Aから図6Dに示すように、実施形態2に係る発光装置2は、複数のレンズアレイ20A、20B、20C、20Dが列方向(図1のY方向)に配列されるとともに、複数のレンズアレイ20A、20B、20C、20Dの各々が行方向(図1のX方向)に複数のレンズ部22を有する点で、実施形態1に係る発光装置1と相違する。実施形態2によっても、実施形態1と同様に、レンズアレイ20が所定の向きから僅かに回転して実装された場合であっても、光源とレンズ部22の位置関係に大きなずれが生じにくく、レンズアレイ20から出射する光の強度分布が変化しにくい発光装置を提供することができる。
図7に実施形態3に係る発光装置3の模式的平面図を示す。図7では、凹部82bの外縁を破線で示している。また、図7では、レンズアレイ20が接着剤により封止部材80に固定される領域にハッチングを施している。図7に示すように、発光装置3では、レンズアレイ20が、レンズ部22とレンズ部22同士を接続する接続部24とを備えるとともに、接続部24において接着剤により封止部材80に固定されている。封止部材80は、基体10における複数の半導体レーザ素子30が載置された領域に向かって凹んだ凹部82bを有している。レンズアレイ20は、平面視において、凹部82bの内側に貫通孔Fを有するとともに、凹部82bの外側において接着剤により封止部材80に固定されている。
図8に実施形態4に係る発光装置4の模式的平面図を示す。図8では、凹部82bの外縁を実線及び破線で示している。また、図8では、レンズアレイ20が接着剤により封止部材80に固定される領域にハッチングを施している。図8に示すように、発光装置4では、封止部材80は、基体10における複数の半導体レーザ素子30が載置された領域に向かって凹んだ凹部82bを有している。レンズアレイ20は、平面視において、レンズアレイ20の外縁の一部が凹部82bの内側に位置するように配置されているとともに(図8中の開口部Gを参照)、凹部82bの外側において接着剤により封止部材80に固定されている。発光装置4においても、レンズアレイ20と封止部材80との間の空間が開放空間となるため、有機物の堆積(集塵)や結露の発生を抑制しやすくなる。
10 基体
10a 凹部
12 基部
12a 凸部
14 側壁
20、20A、20B、20C、20D レンズアレイ
22 レンズ部
24 接続部
30 半導体レーザ素子
40 載置体
50 ミラー
60 ワイヤ
70 中継部材
80 封止部材
82 本体部
82a 窓部
82b 凹部
84 透光性部材
90 配線
PX 行方向の頂点間距離
PY 列方向の頂点間距離
WX 行方向のビーム幅
WY 列方向のビーム幅
LA 光入射面
LB 光出射面
E 最大外径
F 貫通孔
G 開口部
X 行方向
Y 列方向
Claims (9)
- 基部と、側壁と、を有する基体と、
前記基部の上面において、行方向、及び、列方向に、それぞれ複数配置され、それぞれが列方向に平行な第1方向に光を出射する、複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子に1対1で設けられ、上面に前記半導体レーザ素子が載置され、下面が前記基部の上面に配置される複数の載置体と、
前記複数の半導体レーザ素子に1対1で設けられ、前記基部の上面に行列状に配置され、前記半導体レーザ素子から出射された光を反射する複数のミラーと、
前記複数の半導体レーザ素子の上方において、行方向、及び、列方向に、それぞれ複数形成された複数のレンズ部を有し、前記基体に固定されるレンズアレイと、
前記半導体レーザ素子の上面と接合し、当該半導体レーザ素子と電気的に接続する第1ワイヤと、当該半導体レーザ素子が配置される前記載置体の上面と接合し、当該半導体レーザ素子と電気的に接続する第2ワイヤと、を含む複数のワイヤと、
を備え、
前記複数のミラーはそれぞれ、行列状に配置される前記複数の半導体レーザ素子の行間距離よりも短い距離で、1対1に対応する前記半導体レーザ素子及び前記載置体から前記第1方向に離れた位置に配置され、
前記複数のレンズ部は、少なくとも行方向に並ぶ複数のレンズ部が互いに連結し、各レンズ部の頂点直下にそれぞれ異なる前記ミラーが位置しており、
前記レンズアレイにおいて、行方向に隣り合って配置される2つの前記レンズ部の頂点間距離は、列方向に隣り合って配置される2つの前記レンズ部の頂点間距離よりも小さい発光装置。 - 前記複数の半導体レーザ素子から出射されるレーザ光は、行方向よりも列方向に幅が広くなるビーム形状を前記複数のレンズ部の各光入射面において有する請求項1に記載の発光装置。
- 前記複数のレンズ部は、個々のレンズ部の最大外径と列方向の頂点間距離とのいずれよりも小さい行方向の頂点間距離を有するとともに、行方向と列方向とにおいて同じ曲率を有する、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子は、行数よりも列数の方が大きい、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記複数のミラーはそれぞれ、反射面と、前記反射面の上端の辺よりも前記第1方向に延びる上面と、前記反射面の下端の辺よりも前記第1方向に延びる下面と、を有し、
前記ミラーの上面は、前記反射面の上端の辺よりも前記第1方向の反対方向には延びず、
前記ミラーの下面は、前記反射面の下端の辺よりも前記第1方向の反対方向には延びない、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記基体の前記側壁の上面と接合して前記基体に固定される封止部材をさらに備え、
前記レンズアレイは、前記封止部材と接続する接続部を有し、
前記接続部は、前記複数のレンズ部の周囲において、前記封止部材と接着し、前記基体に固定されている前記封止部材に固定されることで、前記基体に固定される請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 平面視で、前記封止部材が前記側壁に接合する領域の少なくとも一部と、前記接続部が前記封止部材に接合する領域の少なくとも一部とが重なる請求項6 に記載の発光装置。
- 前記複数のレンズ部は、少なくとも4以上の行数と、少なくとも5以上の列数で構成される行列状に配置される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第1ワイヤ及び第2ワイヤと電気的に接続する前記半導体レーザ素子において、前記第1ワイヤから前記半導体レーザ素子を通り第2ワイヤへと、あるいは、前記第2ワイヤから前記半導体レーザ素子を通り第1ワイヤへと電流が流れる、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。
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