JPWO2017017864A1 - レーザ光源装置 - Google Patents

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Abstract

ベース部材BM1に設けられた穴H1により、光学ユニットLU1が保持される。光学ユニットLU1は、レーザ発光素子30とレンズLN1とから構成される。ベース部材BM1には、当該ベース部材BM1の穴H1におけるレーザ発光素子30の位置を決めるために使用されるガイド部G1(G1v)が設けられる。

Description

本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源装置に関する。
近年、映像を大画面に投射するプロジェクタにおいて、当該映像を構成する光の高輝度化が求められている。当該プロジェクタの用途は、例えば、デジタルシネマにおける用途、大会議室における用途、屋外でプロジェクションマッピングを行うための用途等である。
プロジェクタの用途がデジタルシネマにおける用途である場合、当該プロジェクタとして、レーザ光源装置を備えたレーザプロジェクタが採用されつつある。そのため、レーザ光源装置が出射するレーザ光の高輝度化が求められている。
一般に、単一のレーザ発光素子が出射するレーザ光の高輝度化には限界がある。そのため、レーザプロジェクタでは、複数のレーザ発光素子が出射するレーザ光を効率よく合成することにより、レーザ光源装置が出射するレーザ光の高輝度化を実現している。
このような、レーザ光源装置等の光源装置においては、通常、レーザ発光素子等の光源の前方に、レンズ、偏光板等の光学部品が配置される。複数のレーザ発光素子に対応して当該光学部品が配置された状態では、以下の光学特性を高精度に制御することが非常に重要である。当該光学特性は、光軸の向き、各レーザ発光素子が出射する各レーザ光の平行度合い、配光特性等である。
特許文献1では、光学特性を高精度に制御するために、光源を高精度に固定するための技術(以下、「関連技術A」ともいう)が開示されている。具体的には、関連技術Aでは、光源支持部材が、光源(レーザ素子)が嵌合する嵌合部と、ねじが挿入される挿入穴とを有する。嵌合部と挿入穴との間には、延設部が設けられる。延設部は、ねじが挿入穴に挿入された場合に生じる応力が、嵌合部へ伝達することを抑制するように構成される。そのため、嵌合部に加わる応力の低減が実現される。
特許文献2では、光源ユニットの光軸(光学特性)を高精度に調整するための技術(以下、「関連技術B」ともいう)が開示されている。具体的には、関連技術Bでは、光源保持部材が、光源(レーザ素子)とコリメータレンズとを保持する。当該光源保持部材は、ベース部材に収容されている。
特開2012−142102号公報 特開2013−138086号公報
光源装置では、低コスト化を実現するために、光源をベース部材に固定する構成の部品点数をなるべく少なくすることが望まれる。関連技術Aでは、光源(レーザ素子)を、ねじを利用して、ベース部材に固定する。そのため、光源をベース部材に固定する構成において、ねじのぶんだけ部品点数が増加するという問題がある。
また、関連技術Bでは、光源(レーザ素子)を、光源保持部材を利用して、ベース部材に固定する。そのため、光源をベース部材に固定する構成において、光源保持部材のぶんだけ部品点数が増加するという問題がある。なお、光源をベース部材に固定する場合、ベース部材における光源の位置を決める必要がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、光源をベース部材に固定する構成の部品点数をなるべく少なくしつつ、ベース部材における光源の位置を決めることが可能なレーザ光源装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ光源装置は、レーザ光を出射する光学ユニットと、ベース部材と、を備え、前記光学ユニットは、前記レーザ光を出射するレーザ発光素子と、当該レーザ光が透過するレンズとから構成され、前記ベース部材には、前記光学ユニットを保持するための穴が設けられ、前記ベース部材には、さらに、前記穴における前記レーザ発光素子の位置を決めるために使用されるガイド部が設けられる。
本発明によれば、前記ベース部材に設けられた穴により、前記光学ユニットが保持される。当該光学ユニットは、レーザ発光素子とレンズとから構成される。そのため、前記ベース部材に設けられた穴が、光源としてのレーザ発光素子を保持する機能を有する。なお、レーザ発光素子は、レーザ光を出射する光源である。
これにより、光源であるレーザ発光素子をベース部材に固定する構成において、従来のように、別途、部材を設ける必要がない。したがって、光源をベース部材に固定する構成の部品点数をなるべく少なくすることができる。
また、ベース部材には、当該ベース部材の穴における前記レーザ発光素子の位置を決めるために使用されるガイド部が設けられる。
以上により、光源をベース部材に固定する構成の部品点数をなるべく少なくしつつ、ベース部材における光源の位置を決めることができる。
この発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態1に係るレーザ光源装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係るレーザ光源装置の断面図である。 光学ユニットがレーザ光を出射している状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るレーザ発光素子の構成を示す図である。 穴の構成を詳細に説明するための図である。 治具の構成を示す図である。 治具挿入状態の構成を示す図である。 篏合状態StJの治具を示す図である。 本発明の実施の形態2に係るレーザ光源装置の斜視図である。 本発明の実施の形態3に係るレーザ光源装置の斜視図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係るレーザ光源装置100の構成を示す図である。図1(a)は、レーザ光源装置100の斜視図である。図1(b)は、レーザ光源装置100の平面図である。
レーザ光源装置100は、レーザ光LT1を出射する装置である。レーザ光源装置100は、例えば、プロジェクタの光源として使用される装置である。すなわち、レーザ光源装置100は、プロジェクタに取付けられる。以下においては、レーザ光源装置100が取付けられる対象の装置を、「取付け対象装置」ともいう。
図1において、X方向、Y方向およびZ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるX方向、Y方向およびZ方向の各々も、互いに直交する。以下においては、X方向と、当該X方向の反対の方向(−X方向)とを含む方向を「X軸方向」ともいう。また、以下においては、Y方向と、当該Y方向の反対の方向(−Y方向)とを含む方向を「Y軸方向」ともいう。また、以下においては、Z方向と、当該Z方向の反対の方向(−Z方向)とを含む方向を「Z軸方向」ともいう。
また、以下においては、X軸方向およびY軸方向を含む平面を、「XY面」ともいう。また、以下においては、X軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「XZ面」ともいう。また、以下においては、Y軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「YZ面」ともいう。
図2は、図1(a)のA1−A2線に沿った、レーザ光源装置100の断面図である。図1および図2を参照して、レーザ光源装置100は、複数の光学ユニットLU1と、ベース部材BM1とを備える。図1および図2では、一例として、8個の光学ユニットLU1が示される。なお、光学ユニットLU1の数は、8に限定されず、2〜7のいずれか、または、9以上であってもよい。
光学ユニットLU1は、詳細は後述するが、図3のように、Z方向へレーザ光LT1を出射するユニットである。ベース部材BM1は、詳細は後述するが、光学ユニットLU1を保持するための部材である。光学ユニットLU1は、レーザ発光素子30と、レンズLN1とから構成される。
レーザ発光素子30は、レーザ光LT1を放射状に出射する。すなわち、レーザ光LT1の発散角は、1度以上である。
図4は、本発明の実施の形態1に係るレーザ発光素子30の構成を示す図である。以下においては、レーザ発光素子30のうち、レーザ光LT1を出射する面を、「光出射面」ともいう。図4(a)は、レーザ発光素子30の光出射面を主に示す斜視図である。図4(b)は、レーザ発光素子30の底面側を主に示す斜視図である。
図2、図4(a)および図4(b)を参照して、レーザ発光素子30は、レーザ素子L3と、ステム31と、キャップ32と、ガラス33と、2本のリードピン34とを含む。
レーザ素子L3は、レーザ光LT1を出射する半導体素子である。レーザ素子L3は、例えば、直線状に配置された複数の点光源(図示せず)により構成される。
ステム31は、板状の部材である。ステム31は、例えば、鉄により構成される。平面視(XY面)におけるステム31の形状は、円である。当該円の直径は、例えば、9mmである。ステム31は、主面31sを有する。ステム31は、レーザ素子L3が出射するレーザ光LT1の方向、レーザ発光素子30の位置等を決めるための基準となる部材である。なお、レーザ素子L3は、図2のように、ステム31上に設けられる。
キャップ32は、レーザ素子L3を収容する部材である。キャップ32は、ステム31の主面31sに、溶接、ろう等により、固定されている。キャップ32は、例えば、金属で構成される。キャップ32の上面には、開口が設けられる。ガラス33は、透光性を有する。ガラス33は、キャップ32の開口を塞ぐように、キャップ32に設けられる。
リードピン34は、レーザ素子L3に電流を供給するためのピンである。リードピン34は、ステム31を貫通して、レーザ素子L3に接続される。なお、レーザ発光素子30に設けられるリードピン34の数は2に限定されない。
レーザ発光素子30には、ノッチ部V3が設けられる。具体的には、レーザ発光素子30のステム31の側面部には、複数のノッチ部V3が設けられる。なお、図4(a)および図4(b)は、ステム31に、一例として、2つのノッチ部V3が設けられている構成を示す。ノッチ部V3は、詳細は後述するが、レーザ発光素子30の位置を決めるための構成要素である。
以下においては、平面視(XY面)におけるステム31の形状である円の中心をとおる線を、「ステム中心線」ともいう。ノッチ部V3は、平面視(XY面)において、ステム31のうち、ステム中心線と交差する、当該ステム31の2つの側面部に設けられる。
ノッチ部V3は、レーザ発光素子30の位置および配置角度を規定するための切欠きである。平面視(XY面)におけるノッチ部V3の形状は、例えば、V字状、U字状等である。
再び、図1および図2を参照して、レンズLN1は、レーザ発光素子30から出射されるレーザ光LT1が透過するように、ベース部材BM1に設けられる。レンズLN1は、レーザ光LT1を、平行光にするためのレンズである。レンズLN1は、例えば、コリメータレンズである。レンズLN1は、図2に示される、レーザ発光素子30の光軸Laxに対し回転対称な形状を有する凸レンズである。当該光軸Laxは、レーザ光LT1の光軸である。
次に、ベース部材BM1について説明する。ベース部材BM1は、例えば、アルミニウムなどの金属から構成される。ベース部材BM1は、平面である主面BMsを有する。主面BMsは、レーザ光LT1が出射される面(光出射面)である。
ベース部材BM1の形状は、略直方体である。平面視(XY面)におけるベース部材BM1の形状は、長尺状(長方形)である。ベース部材BM1には、光学ユニットLU1を保持するための穴H1が設けられる。具体的には、ベース部材BM1の主面BMsには、光学ユニットLU1の数と同じ数の穴H1が設けられる。穴H1は、ベース部材BM1を貫通する貫通穴である。
平面視(XY面)における各穴H1の形状は、円である。各穴H1には、光学ユニットLU1が挿入されている。すなわち、各穴H1には、レーザ発光素子30が挿入されている。
図5は、穴H1の構成を詳細に説明するための図である。具体的には、図5は、図2のベース部材BM1の一部の拡大図である。なお、図5では、穴H1の構成を見やすくするために、光学ユニットLU1を示していない。以下においては、ベース部材BM1のうち、穴H1と接する部分を、「穴周縁部」ともいう。
穴H1は、ベース部材BM1の底面に近い程、当該穴H1の直径が段階的に小さくなるように構成される。具体的には、穴H1a,H1b,H1cから構成される。穴H1a,H1b,H1cの各々の形状は、円柱状である。穴H1aの直径は、穴H1bの直径より大きい。穴H1bの直径は、穴H1cの直径より大きい。
なお、穴H1cの形状は、円柱状でなくてもよい。穴H1cの形状は、レーザ発光素子30の2本のリードピン34が貫通可能な形状であれば、他の形状であってもよい。当該他の形状は、例えば、断面が楕円の柱状である。
また、穴周縁部には、保持部Hx1,Hx2が設けられる。保持部Hx1は、穴H1aと穴H1bとの境界部分である。保持部Hx2は、穴H1bと穴H1cとの境界部分である。保持部Hx1,Hx2の各々は、穴周縁部における段差部として機能する。平面視(XY面)における保持部Hx1,Hx2の各々の形状は、環状である。
保持部Hx1には、図2のように、レンズLN1の周縁部が載せられる。保持部Hx2には、図2のように、レーザ発光素子30が載せられる。具体的には、保持部Hx2には、レーザ発光素子30のステム31の周縁部が載せられる。これにより、レーザ発光素子30は、保持部Hx2により保持される。すなわち、穴周縁部には、光学ユニットLU1のレーザ発光素子30を保持する保持部Hx2が設けられる。
また、図1を参照して、ベース部材BM1の主面BMsには、穴H2a,H2bが設けられる。穴H2a,H2bは、レーザ光源装置100を取付け対象装置(プロジェクタ)に取付ける際に、当該取付け対象装置におけるレーザ光源装置100の位置を決めるための穴である。
次に、レーザ光源装置100の動作について簡単に説明する。図2および図3を参照して、レーザ発光素子30(光学ユニットLU1)から出射されたレーザ光LT1は、レンズLN1を透過する。なお、レーザ光LT1の光軸は、図2の光軸Laxである。各光学ユニットLU1からのレーザ光LT1の光軸Laxは、互いに平行である。
なお、レーザ発光素子30のレーザ素子L3は、前述したように、直線状に配置された複数の点光源(図示せず)により構成される。そのため、図3のように、レーザ光LT1の断面の形状は、楕円である。以下においては、レーザ光LT1の断面の形状である楕円を、「楕円E1」ともいう。
各光学ユニットLU1は、レーザ光LT1を、Z方向へ出射する。そのため、各光学ユニットLU1から出射されるレーザ光LT1に対応する楕円E1の長軸は、互いに平行となる。
なお、レーザ光は、当該レーザ光に含まれる偏光の向きをそろえることが容易であるという性質(以下、「性質P1」という)を有する。当該性質P1は、プロジェクタ等において、積極的に使われる。そのため、偏光の向きの精度は、所定の精度以上に管理する必要がある。
偏光の向きは、図3のレーザ光LT1に対応する楕円E1の向きと同等である。そのため、偏光の向きは、レーザ発光素子30に含まれるステム31上のレーザ素子L3の向きで決まる。レーザ素子L3の向きは、所定の精度の向きでステム31上に設けられている。そのため、偏光の向きの精度を管理するためには、ベース部材BM1に対する、ステム31の向きの精度を、所定の精度以上に管理する必要がある。
(特徴的な構成)
次に、上記の要求を満たすための、本実施の形態における特徴的な構成(以下、「特徴構成N1」ともいう)について詳細に説明する。特徴構成N1に係るレーザ光源装置100のベース部材BM1には、前述したように、光学ユニットLU1を保持するための穴H1が設けられる。
また、図1(a)、図1(b)、図2および図5を参照して、ベース部材BM1の主面BMsには、ガイド部G1が設けられる。特徴構成N1において、ガイド部G1は、凹部である。ガイド部G1は、例えば、溝である。なお、図1(a)および図1(b)では、一例として、2つのガイド部G1が示されている。
平面視(XY面)におけるガイド部G1の形状は、長尺状である。ガイド部G1は、平面視(XY面)における、ベース部材BM1の長手方向(X軸方向)に沿って延在する。
以下においては、図1(b)のように、ガイド部G1の長手方向(X軸方向)に沿って延在し、かつ、ガイド部G1の短手方向(Y軸方向)の中心をとおる線を、「中心線CL」ともいう。前述したように、平面視(XY面)における穴H1の形状は、円である。以下においては、平面視(XY面)における穴H1の中心を、「中心C1」ともいう。
図1(a)および図1(b)のように、ガイド部G1は、例えば、X軸方向に並ぶ4個の穴H1と接するように設けられる。ガイド部G1は、各穴H1により、5個のガイド部G1vに分割される。すなわち、ガイド部G1は、直線状に並ぶ複数のガイド部G1vから構成される。つまり、各ガイド部G1vは、ガイド部G1の一部である。すなわち、ガイド部G1vは、凹部(溝)である。
ガイド部G1vは、各穴H1に接するように、ベース部材BM1の主面BMsに設けられる。なお、各穴H1には、図2のように、2つのガイド部G1vが接する。すなわち、各穴H1には、ガイド部G1の一部であるガイド部G1vが接する。
また、ガイド部G1は、図1(b)のように、中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。
次に、レーザ光源装置100を組み立てるための方法(以下、「装置組立て方法N」ともいう)について説明する。装置組立て方法Nでは、治具80が使用される。治具80は、レーザ発光素子30を、ベース部材BM1に取付けるために使用される治具である。具体的には、治具80は、レーザ光源装置100(ベース部材BM1)の穴H1にレーザ発光素子30を挿入させるための治具である。
図6は、治具80の構成を示す図である。図6(a)は、治具80の上部の構成を分かり易く示すための斜視図である。図6(b)は、治具80の下部の構成を分かり易く示すための斜視図である。
図6(a)および図6(b)を参照して、治具80の形状は、略円柱状である。治具80は、つまみ部80uと円柱部80bとを含む。つまみ部80uは、作業者がつまむための部分である。つまみ部80uは、底面80usを有する。平面視(XY面)における底面80usの形状は、円である。平面視(XY面)における底面80usのサイズは、平面視(XY面)における穴H1のサイズより大きい。
円柱部80bは、ベース部材BM1の穴H1に挿入される部分である。円柱部80bの形状は、穴H1に挿入可能な形状を有する。円柱部80bの形状は、略円柱状である。円柱部80bは、底面80bsを有する。底面80bsの形状は、環状である。
以下においては、治具80の円柱部80bが、ベース部材BM1の穴H1に挿入された状態を、「治具挿入状態」ともいう。
図7は、治具挿入状態の構成を示す図である。図7では、一例として、ベース部材BM1の8個の穴H1に、それぞれ、8個の治具80が挿入された状態を示す。
図6および図7を参照して、治具挿入状態において、つまみ部80uの底面80usは、ベース部材BM1の主面BMsに接する。
再び、図6(a)および図6(b)を参照して、治具80は、突起X1と、2つの突起X2(爪部)とを含む。
突起X1は、つまみ部80uの底面80usの端部に設けられる。突起X1は、ガイド部G1v(G1)と篏合するための形状を有する。突起X1は、治具80の一部である。すなわち、ガイド部G1v(G1)は、治具80の一部である突起X1と嵌合するための形状を有する。治具挿入状態において、治具80の突起X1は、ガイド部G1vと篏合する。なお、治具80に設けられる突起X1の数は、1に限定されず2以上であってもよい。
突起X2は、治具80の一部である。突起X2は、ステム31のノッチ部V3と篏合するための形状を有する。突起X2は、円柱部80bの下部に設けられる。
以下においては、レーザ発光素子30のキャップ32を、治具80の円柱部80bの下部に引き寄せるための力を、「引き寄せ力Pw1」ともいう。また、以下においては、引き寄せ力Pw1を発生する機能を有する装置を、「力発生装置」ともいう。
力発生装置は、作業者により操作可能なように構成される。力発生装置は、例えば、電磁石を利用した装置である。この場合、力発生装置は、作業者の操作に従って、当該電磁石から磁力を発生させることにより、引き寄せ力Pw1を発生する。これにより、レーザ発光素子30のキャップ32が、治具80の円柱部80bの下部に引き寄せられる。
また、力発生装置は、作業者の操作に従って、電磁石から磁力を発生させないことにより、発生している引き寄せ力Pw1をなくすこともできる。力発生装置は、例えば、治具80の内部に設けられる。
なお、力発生装置は、例えば、空気を吸い込む機能を有する吸引装置等であってもよい。
治具80の突起X2は、ステム31のノッチ部V3と篏合するように構成される。以下においては、治具80の突起X2が、ステム31のノッチ部V3に篏合した状態を、「篏合状態StJ」ともいう。また、以下においては、突起X2がノッチ部V3に篏合する精度を、「篏合精度」ともいう。
図8は、篏合状態StJの治具80を示す図である。図8(a)は、篏合状態StJの治具80を、図6(a)と同じ視点からみた斜視図である。図8(b)は、篏合状態StJの治具80を、図6(b)と同じ視点からみた斜視図である。
なお、篏合状態StJにおいて前述の引き寄せ力Pw1が発生していない場合、当該篏合状態StJが維持されないように、突起X2およびノッチ部V3は構成される。例えば、篏合状態StJにおいて、突起X2とノッチ部V3との間に微小な隙間が存在するように、突起X2およびノッチ部V3は構成される。
また、篏合状態StJにおいて、治具80の底面80bsは、ステム31の主面31sに接する。
次に、装置組立て方法Nにおける各工程について説明する。装置組立て方法Nでは、まず、把持工程が行われる。把持工程では、作業者が、治具80の突起X2が、レーザ発光素子30のノッチ部V3と篏合するように、治具80をレーザ発光素子30に押し付ける。これにより、治具80の一部である突起X2は、ノッチ部V3と嵌合する。その結果、治具80の状態は、篏合状態StJになる。なお、ノッチ部V3は、後述の挿入工程において治具80によりレーザ発光素子30が穴H1に挿入されるために、突起X2と嵌合する部分である。
篏合状態StJにおいては、治具80に対するレーザ発光素子30の向き、すなわち、レーザ発光素子30の光軸に対するノッチ部V3の向きは、篏合精度により決まる。また、篏合状態StJにおいては、治具80に対するレーザ発光素子30の鉛直方向(垂直方向)の位置は、篏合精度により決まる。
そして、作業者は、治具80の力発生装置が、引き寄せ力Pw1を発生するように、当該力発生装置を操作する。引き寄せ力Pw1の発生により、篏合状態StJが維持される。すなわち、治具80は、レーザ発光素子30を把持した状態を維持する。なお、作業者は、上記と同様な動作を繰り返し行うことにより、篏合状態StJの治具80を、ベース部材BM1の穴H1の数と同じ数だけ用意する。
なお、ベース部材BM1の各穴H1の保持部Hx2には、はんだが設けられる。
次に、挿入工程が行われる。挿入工程では、作業者が、篏合状態StJの治具80の突起X1がベース部材BM1のガイド部G1v(G1)と篏合するように、当該治具80の円柱部80bを穴H1に挿入する動作を行う。そして、作業者は、治具80の力発生装置が、引き寄せ力Pw1を発生しないように、当該力発生装置を操作する動作を行う。以上の動作を、作業者は、穴H1の数と同じ数だけ繰り返し行う。
これにより、各穴H1に、レーザ発光素子30が挿入される。すなわち、レーザ発光素子30は、治具80により、穴H1に挿入された素子である。また、ガイド部G1v(G1)は、治具80によりレーザ発光素子30が穴H1に挿入される際において突起X1と篏合する。また、突起X1がガイド部G1vと篏合することにより、穴H1におけるレーザ発光素子30の位置および向きが決まる。すなわち、ガイド部G1v(G1)は、穴H1におけるレーザ発光素子30の位置および向きを決めるために使用される。
各穴H1に治具80の円柱部80b(レーザ発光素子30)が挿入されることにより、ベース部材BM1の状態は、図7のようになる。
なお、治具80は、当該治具80の状態が、篏合状態StJおよび治具挿入状態である場合において、レーザ発光素子30のステム31が、穴H1の保持部Hx2に載置されるように構成される。また、治具80の力発生装置が、引き寄せ力Pw1を発生していないため、上記の挿入工程により、各穴H1の保持部Hx2に、はんだを介して、レーザ発光素子30のステム31が載置される。
したがって、上記の挿入工程により、ベース部材BM1に対する各治具80の向きは、図7のように、同一の向きとなる。
治具80に対するレーザ発光素子30の向きは、突起X2およびノッチ部V3の位置により決まっている。そのため、各治具80の向きは、レーザ発光素子30の向きに対応する。したがって、上記の挿入工程により、ベース部材BM1に対する各レーザ発光素子30の向きが決まる。
なお、ベース部材BM1への各レーザ発光素子30の取付けの精度は、ノッチ部V3に対する突起X2の篏合精度、および、ガイド部G1v(G1)に対する突起X1の篏合精度を管理することにより、必要な精度に管理される。
なお、前述したように、図1(b)において、ガイド部G1は、中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。また、ガイド部G1は、直線状に並ぶ複数のガイド部G1vから構成される。そのため、挿入工程において、治具80の向きが、所望の向きに対し180度反転した向きとなった状態で、突起X1がベース部材BM1のガイド部G1vと篏合することはない。したがって、レーザ発光素子30のリードピン34の極性を間違えるといった不具合の発生を防ぐことができる。
挿入工程の次に、固定工程が行われる。固定工程では、図7の状態において、各レーザ発光素子30に所定の押圧が与えられるように、各治具80に対し押圧が与えられる。そして、保持部Hx2と、レーザ発光素子30のステム31との間に存在するはんだを溶かすために、ベース部材BM1(レーザ光源装置100)が加熱される。当該加熱は、例えば、高温炉を用いて行われる。
なお、はんだを溶かすために、ベース部材BM1の下部(すなわち、ベース部材BM1のうち主面BMsと反対側の面側)を、ヒーターで加熱する処理が行われてもよい。
これにより、レーザ発光素子30のステム31が、はんだを介して、保持部Hx2に精度よく固定される。
なお、ステム31を保持部Hx2に固定する材料として、接着剤を使用した構成としてもよい。当該構成では、まず、ベース部材BM1の各穴H1の保持部Hx2に、接着剤が塗布される。そして、前述の挿入工程と同様に、治具80により、各穴H1にレーザ発光素子30が挿入される。これにより、穴H1の保持部Hx2に、接着剤を介して、レーザ発光素子30のステム31が載置される。
その後、接着剤を硬化させるための硬化処理が行われる。当該硬化処理は、例えば、硬化槽において行われる。これにより、レーザ発光素子30のステム31が、接着剤を介して、保持部Hx2に精度よく固定される。
固定工程の次に、レンズ固定工程が行われる。レンズ固定工程では、各穴H1の保持部Hx1に、レンズLN1が載置される。そして、レンズLN1の周囲に接着剤が充填される。次に、接着剤を硬化させるための処理が行われる。これにより、各穴H1の保持部Hx1に、レンズLN1が固定される。以上により、装置組立て方法Nの各工程は終了する。当該装置組立て方法Nにより、レーザ光源装置100の組み立ては終了する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ベース部材BM1に設けられた穴H1により、光学ユニットLU1が保持される。光学ユニットLU1は、レーザ発光素子30とレンズLN1とから構成される。そのため、ベース部材BM1に設けられた穴H1が、光源としてのレーザ発光素子30を保持する機能を有する。なお、レーザ発光素子30は、レーザ光LT1を出射する光源である。
これにより、光源であるレーザ発光素子30をベース部材BM1に固定する構成において、従来のように、別途、部材を設ける必要がない。したがって、光源(レーザ発光素子30)をベース部材BM1に固定する構成の部品点数をなるべく少なくすることができる。
また、ベース部材BM1には、当該ベース部材BM1の穴H1におけるレーザ発光素子30の位置を決めるために使用されるガイド部G1(G1v)が設けられる。
以上により、光源(レーザ発光素子30)をベース部材BM1に固定する構成の部品点数をなるべく少なくしつつ、ベース部材BM1における光源の位置を決めることができる。
また、本実施の形態によれば、篏合状態StJの治具80の突起X1がベース部材BM1のガイド部G1vと篏合するように、当該治具80の円柱部80bを穴H1に挿入される。これにより、穴H1におけるレーザ発光素子の位置および向きを高精度に決めることができる。したがって、高精度に構成されたレーザ光源装置100を提供することができる。
また、本実施の形態によれば、ベース部材BM1に対し、レーザ発光素子30を、高精度に取付けることができる。したがって、レーザ発光素子30の光学調芯を不要とすることができる。
また、本実施の形態によれば、光源をベース部材BM1に固定する構成の部品点数を少なくすることができるため、安価で、かつ、軽量なレーザ光源装置100を提供することができる。
また、本実施の形態によれば、ガイド部G1は、中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。これにより、前述したように、レーザ発光素子30のリードピン34の極性を間違えるといった不具合の発生を防ぐことができる。また、レーザ発光素子30の向きを間違えないようにすることができる。
なお、ガイド部G1vは、レーザ発光素子30の位置決め以外の用途に使用されてもよい。ガイド部G1vは、例えば、取付け対象装置にレーザ光源装置100を取付ける際における、レーザ光源装置100の位置決めのために使用されてもよい。これにより、当該レーザ光源装置100の位置決めのための穴を別途設ける必要がない。
また、本実施の形態によれば、ベース部材BM1の主面BMsに設けられるガイド部G1vは、凹部である。そのため、ガイド部G1vにより、ベース部材BM1の表面積を増やすことができる。したがって、ベース部材BM1(レーザ光源装置100)の冷却効率を向上させることができる。また、冷却効率の向上により、レーザ光源装置100のレーザ発光素子30の寿命を長くすることができる。
なお、光学ユニットLU1の数は2以上としたが、これに限定されず、光学ユニットLU1の数は、1であってもよい。また、ベース部材BM1の穴H1の数は、1であってもよい。
なお、前述の関連技術A,Bでは、光源をベース部材に固定する構成において、必要な部品点数が多いという問題がある。
そこで、本実施の形態のレーザ光源装置100は上記のように構成される。そのため、本実施の形態における、当該レーザ光源装置100の構成により、上記の各問題を解決することができる。
<実施の形態2>
本実施の形態の構成は、ガイド部が突起である構成(以下、「変形構成A1」ともいう)である。以下においては、変形構成A1を適用したレーザ光源装置を、「レーザ光源装置100A」ともいう。
図9は、本発明の実施の形態2に係るレーザ光源装置100Aの斜視図である。なお、図9には、後述の治具80Aも示される。図9を参照して、レーザ光源装置100Aは、レーザ光源装置100と比較して、ベース部材BM1の代わりにベース部材BM1Aを備える点が異なる。レーザ光源装置100Aのそれ以外の構成は、レーザ光源装置100と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
ベース部材BM1Aは、ベース部材BM1と比較して、ガイド部G1の代わりにガイド部G1Aが設けられている点が異なる。ベース部材BM1Aのそれ以外の構成は、ベース部材BM1と同様なので詳細な説明は繰り返さない。すなわち、平面視(XY面)におけるベース部材BM1Aの形状は、長尺状(長方形)である。
以下においては、ガイド部G1Aの長手方向(X軸方向)に沿って延在し、かつ、ガイド部G1Aの短手方向(Y軸方向)の中心をとおる線を、「中心線CL」ともいう。
ガイド部G1Aは、ベース部材BM1Aの主面BMsに設けられる。ガイド部G1Aは、主面BMsからZ方向へ突出する突起である。なお、図9では、一例として、2つのガイド部G1Aが示されている。
なお、平面視(XY面)におけるガイド部G1Aの形状は、長尺状である。ガイド部G1Aは、平面視(XY面)における、ベース部材BM1Aの長手方向(X軸方向)に沿って延在する。
ガイド部G1Aは、例えば、X軸方向に並ぶ4個の穴H1と接するように設けられる。ガイド部G1Aは、各穴H1により、5個のガイド部G1xに分割される。すなわち、ガイド部G1Aは、直線状に並ぶ複数のガイド部G1xから構成される。つまり、各ガイド部G1xは、ガイド部G1Aの一部である。すなわち、ガイド部G1xは、突起である。ガイド部G1vは、各穴H1に接するように、ベース部材BM1Aの主面BMsに設けられる。なお、各穴H1には、図9のように、2つのガイド部G1xが接する。すなわち、各穴H1には、ガイド部G1Aの一部であるガイド部G1xが接する。
また、ガイド部G1Aは、実施の形態1のガイド部G1と同様に、ガイド部G1Aの中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。
ガイド部G1x(G1A)は、例えば、ベース部材BM1Aを製造する際に、ベース部材BM1Aの一部として構成される。なお、ガイド部G1x(G1A)は、例えば、接着材等により、ベース部材BM1Aに取付けられた部材であってもよい。
次に、レーザ光源装置100Aを組み立てるための方法(以下、「装置組立て方法A」ともいう)について説明する。装置組立て方法Aでは、図9の治具80Aが使用される。
治具80Aは、図6の治具80と比較して、つまみ部80uの代わりにつまみ部80uAを含む点が異なる。治具80Aのそれ以外の構成および機能は、治具80と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
つまみ部80uAは、つまみ部80uと比較して、突起X1の代わりに凹部V1を含む点が異なる。すなわち、治具80Aは、凹部V1を含む。つまみ部80uAのそれ以外の構成は、つまみ部80uと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
以下においては、治具80Aの円柱部80bが、ベース部材BM1Aの穴H1に挿入された状態を、「治具挿入状態」ともいう。
凹部V1は、つまみ部80uAの底面80usの端部に設けられる。凹部V1は、ガイド部G1x(G1A)と篏合するための形状を有する。凹部V1は、治具80Aの一部である。すなわち、ガイド部G1x(G1A)は、治具80Aの一部である凹部V1と嵌合するための形状を有する。
なお、治具挿入状態において、治具80Aの凹部V1は、ガイド部G1x(G1A)と篏合する。なお、治具80Aに設けられる凹部V1の数は、1に限定されず2以上であってもよい。
以下においては、治具80Aの突起X2が、ステム31のノッチ部V3に篏合した状態を、「篏合状態StJ」ともいう。篏合状態StJは、実施の形態1で説明したので詳細な説明は繰り返さない。
次に、装置組立て方法Aにおける各工程について説明する。装置組立て方法Aでは、まず、把持工程Aが行われる。把持工程Aは、実施の形態1の把持工程の説明において治具80を治具80Aと置き換えた処理が行われるので詳細な説明は繰り返さない。把持工程Aにより、篏合状態StJの治具80Aが、ベース部材BM1Aの穴H1の数と同じ数だけ用意される。
レーザ発光素子30のノッチ部V3は、実施の形態1と同様、後述の挿入工程Aにおいて治具80Aによりレーザ発光素子30が穴H1に挿入されるために、突起X2と嵌合する部分である。
次に、挿入工程Aが行われる。挿入工程Aでは、実施の形態1の挿入工程と同様な処理が行われる。以下、簡単に説明する。挿入工程Aでは、作業者が、篏合状態StJの治具80Aの凹部V1がベース部材BM1Aのガイド部G1x(G1A)と篏合するように、当該治具80Aの円柱部80bを穴H1に挿入する動作を行う。そして、作業者は、治具80Aの力発生装置が、引き寄せ力Pw1を発生しないように、当該力発生装置を操作する動作を行う。以上の動作を、作業者は、穴H1の数と同じ数だけ繰り返し行う。
これにより、各穴H1に、レーザ発光素子30が挿入される。すなわち、レーザ発光素子30は、治具80Aにより、穴H1に挿入された素子である。また、ガイド部G1x(G1A)は、治具80Aによりレーザ発光素子30が穴H1に挿入される際において凹部V1と篏合する。また、ガイド部G1xが凹部V1と篏合することにより、穴H1におけるレーザ発光素子30の位置および向きが決まる。すなわち、ガイド部G1x(G1A)は、穴H1におけるレーザ発光素子30の位置および向きを決めるために使用される。
そして、実施の形態1と同様、固定工程およびレンズ固定工程が行われる。これにより、レーザ光源装置100Aの組み立ては終了する。
以上説明したように、本実施の形態の変形構成A1においても、実施の形態1と同様な効果が得られる。
<実施の形態3>
実施の形態1,2のガイド部は、ベース部材の長手方向に沿って延在していた。本実施の形態の構成のガイド部は、平面視(XY面)における、ベース部材の短手方向に沿って延在する構成(以下、「変形構成B1」ともいう)である。以下においては、実施の形態1の特徴構成N1に変形構成B1を適用した構成を、「変形構成Nb」ともいう。また、以下においては、変形構成Nbを適用したレーザ光源装置を、「レーザ光源装置100B」ともいう。また、以下においては、変形構成Nbを適用したベース部材を、「ベース部材BM1B」ともいう。
図10は、本発明の実施の形態3に係るレーザ光源装置100Bの斜視図である。図10を参照して、レーザ光源装置100Bは、レーザ光源装置100と比較して、ベース部材BM1の代わりにベース部材BM1Bを備える点が異なる。レーザ光源装置100Bのそれ以外の構成は、レーザ光源装置100と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
ベース部材BM1Bは、図1(a)のベース部材BM1と比較して、各ガイド部G1の延在する方向が異なる。ベース部材BM1Bのそれ以外の構成は、ベース部材BM1と同様なので詳細な説明は繰り返さない。なお、変形構成Nbにおけるガイド部G1の構成および形状は、前述の特徴構成N1におけるガイド部G1と同様なので詳細な説明は繰り返さない。変形構成Nbにおいて、平面視(XY面)におけるベース部材BM1Bの形状は、長尺状(長方形)である。
ベース部材BM1Bでは、平面視(XY面)におけるガイド部G1の形状は、長尺状である。ベース部材BM1Bのガイド部G1は、平面視(XY面)における、ベース部材BM1Bの短手方向(Y軸方向)に沿って延在する。なお、図10では、一例として、ベース部材BM1Bの短手方向(Y軸方向)に沿って延在する4つのガイド部G1が示されている。
ベース部材BM1Bでは、各ガイド部G1が、Y軸方向に並ぶ2個の穴H1と接するように設けられる。各ガイド部G1は、各穴H1により、3個のガイド部G1vに分割される。すなわち、ガイド部G1は、直線状に並ぶ複数のガイド部G1vから構成される。また、ガイド部G1は、実施の形態1と同様に、当該ガイド部G1の中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。
なお、変形構成Nbにおける、レーザ光源装置100Bの組み立てでは、実施の形態1と同様に、治具80を使用して行われるので詳細な説明は繰り返さない。以上の変形構成Nbにおいても、実施の形態1と同様な効果が得られる。
以下においては、実施の形態2の特徴構成A1に変形構成B1を適用した構成を、「変形構成Ab」ともいう。以下においては、変形構成Abを適用したレーザ光源装置を、「レーザ光源装置100Ab」ともいう。また、以下においては、変形構成Abを適用したベース部材を、「ベース部材BM1Ab」ともいう。
レーザ光源装置100Abのベース部材BM1Ab(図示せず)は、図9のベース部材BM1Aと比較して、ガイド部G1Aが、平面視(XY面)における、ベース部材BM1Aの短手方向(Y軸方向)に沿って延在する点が異なる。ベース部材BM1Abのそれ以外の構成は、ベース部材BM1Aと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
変形構成Abのベース部材BM1Abでは、各ガイド部G1Aが、Y軸方向に並ぶ2個の穴H1と接するように設けられる。各ガイド部G1Aは、各穴H1により、3個のガイド部G1xに分割される。すなわち、ガイド部G1Aは、直線状に並ぶ複数のガイド部G1xから構成される。また、変形構成Abでは、ガイド部G1Aは、実施の形態1と同様に、当該ガイド部G1Aの中心線CLが、平面視(XY面)における穴H1の中心C1と重ならないように、設けられる。
なお、変形構成Abにおける、レーザ光源装置100Abの組み立てでは、実施の形態2と同様に、治具80Aを使用して行われるので詳細な説明は繰り返さない。以上の変形構成Abにおいても、実施の形態1と同様な効果が得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
30 レーザ発光素子、80,80A 治具、100,100A,100B レーザ光源装置、BM1,BM1A,BM1B ベース部材、G1,G1A,G1v,G1x ガイド部、LN1 レンズ、LU1 光学ユニット、X1,X2 突起。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ光源装置は、レーザ光を出射する光学ユニットと、ベース部材と、を備え、前記光学ユニットは、前記レーザ光を出射するレーザ発光素子と、当該レーザ光が透過するレンズとから構成され、前記ベース部材には、前記光学ユニットを保持するための穴が設けられ、前記ベース部材には、さらに、前記穴における前記レーザ発光素子の位置を決めるために使用されるガイド部が設けられ、前記ベース部材のうち、前記穴と接する部分には、前記光学ユニットの前記レーザ発光素子を保持する保持部が設けられ、前記ベース部材の主面に、前記ガイド部および前記穴は設けられ、前記ガイド部は前記穴と接し、前記穴には、前記レーザ発光素子が挿入されており、前記レーザ発光素子は、前記穴に当該レーザ発光素子を挿入させるための治具により、当該穴に挿入された素子であり、前記ガイド部は、前記治具の一部と嵌合するための形状を有し、平面視における前記ガイド部の形状は、長尺状であり、平面視における前記穴の形状は、円であり、前記ガイド部は、当該ガイド部の長手方向に沿って延在し、かつ、当該ガイド部の短手方向の中心をとおる中心線が、平面視における前記穴の中心と重ならないように、前記ベース部材に設けられる

Claims (13)

  1. レーザ光を出射する光学ユニット(LU1)と、
    ベース部材(BM1,BM1A,BM1B)と、を備え、
    前記光学ユニットは、前記レーザ光を出射するレーザ発光素子(30)と、当該レーザ光が透過するレンズ(LN1)とから構成され、
    前記ベース部材には、前記光学ユニットを保持するための穴(H1)が設けられ、
    前記ベース部材には、さらに、前記穴における前記レーザ発光素子の位置を決めるために使用されるガイド部(G1(G1v),G1A(G1x))が設けられる
    レーザ光源装置。
  2. 前記ベース部材のうち、前記穴と接する部分には、前記光学ユニットの前記レーザ発光素子を保持する保持部(Hx2)が設けられる
    請求項1に記載のレーザ光源装置。
  3. 前記ベース部材の主面(BMs)に、前記ガイド部および前記穴は設けられ、
    前記ガイド部は前記穴と接する
    請求項1または2に記載のレーザ光源装置。
  4. 前記穴には、前記レーザ発光素子が挿入されている
    請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。
  5. 前記レーザ発光素子は、前記穴に当該レーザ発光素子を挿入させるための治具(80,80A)により、当該穴に挿入された素子である
    請求項4に記載のレーザ光源装置。
  6. 前記ガイド部は、前記治具の一部(X1,V1)と嵌合するための形状を有する
    請求項5に記載のレーザ光源装置。
  7. 平面視における前記ガイド部の形状は、長尺状であり、
    平面視における前記穴の形状は、円であり、
    前記ガイド部は、当該ガイド部の長手方向に沿って延在し、かつ、当該ガイド部の短手方向の中心をとおる中心線(CL)が、平面視における前記穴の中心(C1)と重ならないように、前記ベース部材に設けられる
    請求項6に記載のレーザ光源装置。
  8. 前記ガイド部と嵌合する、前記治具の一部は、突起(X1)であり、
    前記ガイド部は、前記治具により前記レーザ発光素子が前記穴に挿入される際において前記突起と篏合する凹部である
    請求項6または7に記載のレーザ光源装置。
  9. 前記ガイド部と嵌合する、前記治具の一部は、凹部(V1)であり、
    前記ガイド部は、前記治具により前記レーザ発光素子が前記穴に挿入される際において前記凹部と篏合する突起である
    請求項6または7に記載のレーザ光源装置。
  10. 前記ガイド部は、前記ベース部材に取付けられた部材である
    請求項9に記載のレーザ光源装置。
  11. 前記レーザ発光素子には、前記治具により当該レーザ発光素子が前記穴に挿入されるために、当該治具の別の一部(X2)と嵌合するノッチ部(V3)が設けられる
    請求項5から10のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。
  12. 平面視における前記ベース部材の形状は、長尺状であり、
    平面視における前記ガイド部の形状は、長尺状であり、
    前記ガイド部は、平面視における、前記ベース部材の長手方向に沿って延在する
    請求項1から11のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。
  13. 平面視における前記ベース部材の形状は、長尺状であり、
    平面視における前記ガイド部の形状は、長尺状であり、
    前記ガイド部は、平面視における、前記ベース部材の短手方向に沿って延在する
    請求項1から11のいずれか1項に記載のレーザ光源装置。
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