JP7455077B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
またあるいは、基体に複数の光源を配置し、基体にレンズアレイが固定される発光装置を実現する上で、レーザ光の拡がりを抑制し、発光装置を小型にできる余地がある。
またあるいは、レンズアレイ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、光源とレンズ部の位置関係に大きなずれが生じにくく、レンズアレイ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 (17)
- 第1上面及び前記第1上面から突出する凸部を一体的に有する基部と、前記第1上面から前記凸部よりも上方にまで延びる側壁と、が形成されている基体と、
前記第1上面よりも上方にある前記凸部の第2上面において複数行複数列の行列状に配置され、前記側壁に囲まれる複数の半導体レーザ素子と、
封止部材を構成する一部であって、前記側壁の上面と接合する第1面、及び、前記第1面から下方に窪む凹部を有し、前記第1面よりも下方にある前記凹部の第2面において窓部が設けられている本体部と、
前記封止部材を構成する一部であって、前記本体部の前記凹部と接合し、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光であって前記窓部を通る前記レーザ光を透過させる透光性部材と、
行列状に複数のレンズ部を有し、前記透光性部材の上方に配置され、前記透光性部材を通過した前記レーザ光が入射するレンズアレイと、
を備え、
前記複数の半導体レーザ素子から出射される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前記複数のレンズ部の各光入射面において有し、
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ことを特徴とする発光装置。 - 前記凸部よりも上方、かつ、前記凹部よりも下方に位置する高さにおいて、前記側壁に設けられる複数の配線を、さらに備える請求項1に記載の発光装置。
- 上面視で、前記複数のレンズ部の外縁は前記凹部の外縁の内側に収まり、前記レンズアレイの前記複数のレンズ部の外縁の外側の領域に、前記レンズアレイを固定するための接着剤が付される、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記レンズアレイは、光入射面が平面で、光出射面が曲面の形状を有し、
前記複数の半導体レーザ素子が配置される空間を前記封止部材で密閉空間にし、
前記レンズアレイと前記透光性部材との間の空間は開放空間である、請求項3に記載の発光装置。 - 前記複数の半導体レーザ素子が1対1で配置される複数の載置体を、さらに備え、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記複数の載置体を介して前記第2上面に配置される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記複数の半導体レーザ素子が1対1で配置される複数の載置体を、さらに備え、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記複数の載置体を介して前記第2上面に配置され、
前記複数の配線は、前記載置体よりも上方、かつ、前記凹部よりも下方に位置する高さにおいて、前記側壁に設けられる、請求項2に記載の発光装置。 - 前記複数の半導体レーザ素子が1対1で配置される複数の載置体を、さらに備え、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記複数の載置体を介して前記第2上面に配置され、
前記複数の配線は、前記載置体に配置された前記半導体レーザ素子よりも上方、かつ、前記凹部よりも下方に位置する高さにおいて、前記側壁に設けられる、請求項2に記載の発光装置。 - 前記第2上面は、前記基部において、前記透光性部材に最も近い面である、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2上面において、前記複数の半導体レーザ素子に1対1に対応させて、行列状に配置され、前記側壁に囲まれる複数のミラーを、さらに備え、
前記透光性部材は、前記半導体レーザ素子から出射され、かつ、前記ミラーによって反射された前記レーザ光であって前記窓部を通る前記レーザ光を透過させる、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。 - 行列状に配置される前記複数の半導体レーザ素子について、上面視で、前記半導体レーザ素子に対応するレンズ部の外縁の内側に、当該半導体レーザ素子及び当該半導体レーザ素子に対応するミラーが配置される、請求項9に記載の発光装置。
- 前記基部は、金属材料を用いて形成され、
前記側壁は、金属材料を用いて形成される、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記基部及び側壁は、鉄、鉄合金、銅、AlN、SiC、及び、SiNから選択される複数の材料を用いて形成される、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記基部と側壁は、異なる材料から形成される、請求項11または12に記載の発光装置。
- 前記本体部は、ガラス材料、金属材料、あるいは、セラミック材料を用いて形成され、又は、これらの材料を組み合わせて用い形成される、請求項11乃至13のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記レンズアレイは、ガラス材料、または、合成石英材料を用いて形成される、 請求項11乃至14のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記レンズアレイは、前記封止部材を介して前記基体に固定される、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記複数のレンズ部は、行方向と列方向とにおいて同じ曲率を有する、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の発光装置。
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