JPS6327087A - コリメ−ト光源素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コリメート光を発光する光源素子に係り、特
にファクシミリ、レーザビームプリンタおよび光学読取
ヘッドなどの情報機器用に好適なコリメート光源素子に
関する。

〔従来の技術〕

近年、情報機器用の光源として半導体レーザが広く用い
られるようになってきているが、このような光源として
は、例えば、日立評論、第６５巻。

ＡＩ　Ｏ（１９８３−１０）の第６９１頁ないし第６９
６頁に記載されている光学ヘッドなどに示されているよ
うに、半導体レーザかもの発散光をビーム整形したコリ
メーション光（平行ビーム光）を用いろようになってい
るものが多い。

ところで、このようなコリメーション光を得るために、
従来は、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源にコ
リメーションレンズを別体として組合わせていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、コリメーション光を得るために、光
源に対して独立したビーム整形用のコリメーションレン
ズを組合わせているため、光源光学系が複雑化し、かつ
、正しいコリメート光を得るためには光学系を組立た後
、調整を要するという問題点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に対処し、
別個にコリメーションレンズの組付を要せず、そのまま
でコリメーション光を発生するコリメート光源素子を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上記目的は、平面発光型の固体発光素
子を用い、この素子の発光面に透明板を直接接着し、こ
の透明板にレンズ作用を行なわせるようにして達成され
る。

〔作　用〕

コリメートレンズを平面板で形成した上、平面発光型の
半導体レーザや発光ダイオードなどの固体発光素子に直
接接着して一体化しているため、光源素子から直接、コ
リメート光を得ることができ、組立や調整が工費で小型
化が容易に得られる。

〔実施例〕

以下、本発明によるコリメート光源素子について、図示
の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、１は透明板
、２は接合面、５は平面発光型の半導体レーザ、６は接
着剤層、７はペース部である。

透明板１は例えばナトリウム（Ｎａ）、　　リチウム（
Ｌｉ　）、　鉛（ｐｂ）などの金属のイオンを含むガラ
ス等の含金属透明材料で作られ、その一方の面にはマイ
クロレンズ１１１が形成されている。

半導体レーザ５は、ＧａＡｓ　（ガリウムひ素）基部５
０．ｎ形りラッド層５１．活性層５２．それにｐ形りラ
ッド層団の積層構造で構成され、活性層５２の中心部に
発光部５２１がある。そして、この発光部５２１から発
光した光が効率良く外部へ取り出されるようにするため
、基部間の一部が微細加工技術により除去され、凹部５
０１が形成されている。なお、この半導体レーザ５は平
面発光型の固体発光素子を構成するものであるから、他
にも発光ダイオードなどを用いることができる。

ペース部７はシートシンクとしての機能をもはたし、適
当な接着剤からなる接着剤Ｎ６を介して半導体レーザ５
の下面（図において）に接合されている。

透明板１０マイクロレンズ１１１は第２図に示すように
フレネルレンズとして形成され、上記したように含金属
ガラス板からなる透明板１の一方の面に、三角断面の円
周状の溝（グレーティング）を複数本、同心円状に刻ん
で形成したもので、このとき、ｎ番目の溝の半径をＲ口
とすれば、これは、 Ｒｎ　＝　ｒ７７Ｔ ｎ：自然数 λ：光源からの光の波長 ｆ：レンズの焦点距離 で与えられる。

ところで、この溝の加工には、電子ビーム描画とホトリ
ソグラフィ技術によるものやイオンミ／す／グ等による
微細加工技術が用いられ、これにより外径が０．１〜１
．０ｍｍ程度の小さい平板状のマイクロレンズ１１１を
容易に製作することができる。

こうしてマイクロレンズ１１１が形成された透明＆１と
半導体レーザ５とは、マイクロレンズ１１１と発光部５
２１とが芯合わせ（光軸合わせ）された状態で接合面２
において直接接着される。そして、この実施例では、こ
の接合面２での接着法として、含金属ガラス板からなる
透明板１中での金属イオンの存在を利用し、このイオン
によるイオン聞方を用いて接着力を発揮させるようＫし
た静′ＮＩＪ接合法を用いている。また、この実施例で
は、鴛産上の観点から、ウェハ状性で接着した後、ペレ
タイズしており、この結果、透明板１のマイクロレンズ
１１１と半導体レーザ５の発光部５２１との正確な芯合
わせと１強度の大きい接着とが容易に得られるようにし
ている。

従って、この実施例によれば、半導体レーザ５の発光部
５２１から放射された発散光は透明板１に形成されてい
るマイクロレンズ１１１によってコリメートされ、平行
光ビームとして矢印方向に出射されることになり、別途
、コリメーションレンズを組合わせることなく、ユニッ
ト化された小型の光源素子から直接、平行光ビームを得
ることができる。

第３図は透明板１の他の一実施例で、透明板１の一方の
面にマイクロレンズ１１１を形成した上で、さらに他方
の面にもマイクロレンズ１１２を形成したものである。

この実施例によれば、平面発光型固体発光素子からの発
散光はマイクロレンズ１１１ヲ通過した後、次のマイク
ロレンズ１１２に入射されることになり。

マイクロレンズ１１１で平行光ビーム化した後で、次の
マイクロレンズ１１２によって出射光ビームに所望の集
光特性を与えるようにすることができる。

なお、この第３図の実施例では、２段レンズ系となって
いるが、さらに多段化してもよいことは言うまでもなく
、これによりビームスプリッタ−などのさらに別の機能
を付与することが可能になる。

ところで１以上の実施例では、マイクロレンズ１１１．
１１２として透明板１０表面加工によるフレネルレンズ
構成のものを用いているが、本発明はこれに限らず実施
可能なことは言うまでもない。

そこで、第４図に、透明板１に対するレンズ機能の付与
を、屈折率分布型レンズ構成によって得るようにした１
本発明の他の一実施クリを示す。

この第４図において、１１はレンズ部を表わし、その他
の部分は第１図の場合と同じである。なお、透明板１と
してはナトリウム（Ｎａ）を含有したガラス板が用いら
れる。

レンズ部１１は透明板１の中に含まれているＮａイオン
をＡｇ　（銀）イオンで置換させることにより、この透
明板１の中に局部的に屈折率分布を形成させることによ
り作られる。

イオンの置換は拡散によって行なうことができ、表面加
工が不要なので実施条件によってはそれなりの利点が得
られる。

なお、この第４図の実施例では、レンズ部１１カ半導体
レーザ５に対する透明板１の接合面２とは反対側の面に
形成しであるので、レンズ部１１の径を第１図の実施例
の場合よりも大きくできる。

次に、レンズ部１１における屈折率分布の形成は、上記
のような金属イオンの置換に限らず、透明板１の所定の
部分に局部的な熱歪を与え、これにより応力を残し、こ
の応力てよる光弾性効果によって屈折率分布が与えられ
るようにしてもよい。なお、このときの熱歪は、所定の
波長のレーザ光の照射によって与えられるようにすれば
よい。

ここで接合面２（第１図及びｇｇ４図）における接着に
ついて詳しく説明する。

ここでの接着は、上記した実施例では静電接着法が用い
られているが、この方法は、例えば透明板１としてはう
けい酸ガラスなどの含金属ガラスを用い、これを半導体
レーザ５に息ね合わせた上で所定の温度に刀口熱し、レ
ーザチップ側に十電位を、そして透明板１側に一軍位を
それぞれ印加し、これにより透明板１内の金属イオンを
移動させ、両者の界面に生じるイオン間結合力を利用し
て接着を行なうものである。なお、この静電接着法につ
いては、例えば米国特許第３３９７２７８号明細書に開
示がある。勿論、この接合面２での接着方法としては、
上記した静電接着法に限らず、比較的接着温度の高いＡ
ｕ−８ｉ　’Ｆ　Ａｕ−Ｇｅなどの共晶合金を用いたろ
う付性を用いてもよいのは言うまでもない。

また、上記実施例では、半導体レーザ、発光夕′イオー
ドなどの固体発光素子とマイクロレ／ズとをそれぞれ等
しいピッチでウエノ・状態に作り、これらを位置合わせ
して重ね合わせ、ウェハ状態のままで接着した後、ペレ
タイズして製造することができ、この結果、同時に数百
＠整位での製造が可能になり、を産効果を充分に活か丁
ことができる。

次に、本発明のさらに別の一実施例’を第５図に示す。

この第５図の実施例はペース部７にホトダイオードを形
成させ、発光量のモニタを可能にしたもので、図におい
て、７１は８ｉ０．からなる絶縁層、７２はｉ層、７３
はｎ層、７４は溝、５３１は穴であり、その他は第１図
の実施例と同じである。なお、接着剤層６は導電性を有
する材料で作られていてフォトダイオードの一万の′醸
極ｔ−構成し、ペース部７はフォトダイオードを構成す
るため、シリコン（８ｉ）で作られている。

０層７３は１層７２とペースｓ７とでｐｉｎホトダイオ
ードを形成し、発光部５２１から穴５３１ヲ通って全光
量のうちの数％の光量で漏出されてくる光を受け【光検
出信号を発生し、光量モニタ機能をはたす。

ペース部７に設け℃ある酵７４は放熱を良くする働きを
し、必要に応じて強制空冷や水冷を行なうことができる
。また、ペース部７はシリコンの他、熱伝導率の高い炭
化シリコン（８ｉＣ）を用いて放熱効果を高めることが
でき、このときには、このＳｉＣのベース部７上にａ−
８ｉを形成させ、その上にホトダイオードを形成させる
ようにすればよい。

従って、この第５図の実施例によれば、コリメート光ビ
ーム出力の安定化と、高出力化を容易に図ることができ
る。なお、特に説明しなかったが、透明板１の接合面２
側の面には、予め、反射防止膜を形成しておくのが望ま
しく、さらに、凹部５０１の形状としては、発光部５２
１から出射した光が効率良く取り出されるような配慮の
もとで決定するのが望ましいのは百うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、コリメート５’
ｅをユニット化した光源素子から得ろことができるので
、従来技術の問題点に充分に対処でき、光学シＣ取ヘッ
ドなど情報慎器への組込に際して。

別途、コリメーション光学系の組付を要せず、組立が容
易で、調整が少くて済み、小型化、ローコスト化が容易
なコリメート光源素子を提供できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるコリメート光源素子の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図の実施例における透明板の
断面図、第３図は透明板の他の一実施例を示す断面図、
第４図は本発明の他の一実施例を示す断面図、第５図は
本発明のさらに別の一実施例を示す断面図である。 １・・・・・・透明板、２・・・・・・接合面、５・・
・・・・半導体レーザ、６・・・・・・接着剤層、７・
・・・・・ペース部、５０・・・・・・基部、５１・・
・・・・ｎ形りラッド層、５２・・・・・・粘性層、５
３・・・・・・ｐ形りラッド層、１１１・・・・・・発
光部、５０１・・・・・・凹部、５２１・・・・・・発
光部。 第１図 １：ノＬ明４叉　　　　　　１１１８マイ２０．ンス・
７：入゛−ｐ炉 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平面発光型の固体発光素子を用いてコリメート光を
   得るようにしたコリメート光源素子において、上記固体
   発光素子の主発光面に直接接着した透明板を設け、該透
   明板に光ビーム整形用のレンズ機能を与えたことを特徴
   とするコリメート光源素子。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記固体発光素子
   が半導体レーザ又は発光ダイオードのいずれかで構成さ
   れていることを特徴とするコリメート光源素子。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記透明板が上記
   固体発光素子に対して静電接合法によつて接着されてい
   ることを特徴とするコリメート光源素子。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記透明板による
   レンズ機能が、該透明板の表面に対するグレーテイング
   の形成により付与されるように構成したことを特徴とす
   るコリメート光源素子。 ５、特許請求の範囲第１項において、上記透明板による
   レンズ機能が、該透明板内での屈折率分布の形成により
   付与されるように構成したことを特徴とするコリメート
   光源素子。 ６、特許請求の範囲第５項において、上記透明板内での
   屈折率分布の形成が、該透明板内における金属イオン濃
   度の変化によつて与えられるように構成したことを特徴
   とするコリメート光源素子。 ７、特許請求の範囲第５項において、上記透明板内での
   屈折率分布の形成が、該透明板の一部に残存させた歪に
   よつて与えられるように構成したことを特徴とするコリ
   メート光源素子。 ８、特許請求の範囲第１項において、上記固体発光素子
   が、その主発光面の裏面側にヒートシンクを備えている
   ことを特徴とするコリメート光源素子。 ９、特許請求の範囲第８項において、上記ヒートシンク
   がシリコン又は炭化シリコンで作られていることを特徴
   とするコリメート光源素子。 １０、特許請求の範囲第８項において、上記シートシン
   クは、その表面に放熱溝が形成されていることを特徴と
   するコリメート光源素子。 １１、特許請求の範囲第１項において、上記固体発光素
   子が、発光光量モニタ用の受光素子を備えていることを
   特徴とするコリメート光源素子。