WO2020246179A1 - 光源モジュール - Google Patents

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WO2020246179A1
WO2020246179A1 PCT/JP2020/017918 JP2020017918W WO2020246179A1 WO 2020246179 A1 WO2020246179 A1 WO 2020246179A1 JP 2020017918 W JP2020017918 W JP 2020017918W WO 2020246179 A1 WO2020246179 A1 WO 2020246179A1
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WO
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laser
light source
thickness
side wall
holder
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/017918
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English (en)
French (fr)
Inventor
越智 学
山崎 達也
風間 敦
木村 勝彦
青野 宇紀
吉村 保廣
雅史 山下
Original Assignee
株式会社日立エルジーデータストレージ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/22Apparatus or processes for the manufacture of optical heads, e.g. assembly
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings

Definitions

  • the present invention relates to a light source module having a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light.
  • Patent Document 1 is known as a projector which is a conventional image drawing device.
  • the image drawing apparatus described in Patent Document 1 scans three colors of laser light of green, red, and blue emitted from a light source unit in two directions by an optical scanning unit, and displays an image on a screen.
  • the light source unit includes a laser light source of three colors of blue, red, and green, three light source holding units (hereinafter referred to as laser holders) for individually holding the laser light sources of the three colors, and a laser of each color.
  • the laser holder and the optical system holding unit are provided with three collimating lenses that convert the light emitted from the light source into parallel light, and three optical system holding units for individually holding the three collimating lenses. Laser welded by color. Therefore, it is said that the laser holder and the optical system holding portion are fixed in a state of being positioned with high accuracy, and that state can be maintained even against disturbances such as vibration, shock, and temperature change.
  • a laser light source often used in an image drawing device as described above has a semi-cylindrical heat sink connected to a disk-shaped pedestal called a stem, and a laser chip is bonded to the flat surface via a submount. It has a structure sealed with a can-shaped metal.
  • the laser chip since the coefficient of thermal expansion of the components is different, the laser chip is warped due to thermal stress when the environmental temperature changes, and the light emitting point is displaced. Since the laser beam travels in the direction connecting the emission point and the principal point of the collimating lens, the displacement of the emission point changes the traveling direction of the laser beam.
  • the degree of displacement of the light emitting point caused by the warp of the laser chip and the accompanying change in the traveling direction of the laser light also differs depending on the wavelength.
  • the effect of the difference between the wavelengths of the change in the traveling direction increases in proportion to the irradiation distance, which causes color shift on the screen.
  • such thermal deformation that occurs inside the laser light source is not taken into consideration, and there is a possibility that color shift may occur on the screen when the environmental temperature changes.
  • An object of the present invention is to provide a light source module capable of reducing the difference between wavelengths of changes in the traveling direction of laser light generated by a change in environmental temperature even when a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light are used. Is to provide.
  • the present invention is a light source module having a laser light source in which a laser chip is installed on a heat sink and a laser holder holding the laser light source, to give an example in view of the above background technology and problems.
  • the rigidity of the side wall on the laser chip side of the laser holder is different from the rigidity of the side wall on the heat source side of the laser holder.
  • a light source module provided with a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light
  • the wavelength of the change in the traveling direction of the laser light due to the warp of the laser chip It is possible to provide a light source module capable of reducing the difference between the two.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a scanning image display device to which the light source module according to the first embodiment is applied. It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser used as the laser light source in Example 1.
  • FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view depicting deformation of the laser light source and the laser holder in the first embodiment when the environmental temperature drops in the optical path surface. It is a calculation result of the leftward displacement when the environmental temperature of the light emitting point of the laser light source held by the laser holder in Example 1 drops.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a scanning image display device to which the light source module according to the first embodiment is applied. It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor laser used as the laser light source in Example 1.
  • FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing deformation of the laser light source and the laser holder in the second embodiment when the environmental temperature drops in the optical path surface. This is the calculation result of the leftward displacement when the environmental temperature of the light emitting point of the laser light source held by the laser holder in the second embodiment drops.
  • It is an exploded perspective view which shows the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in Example 3.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view depicting deformation of the laser light source and the laser holder in Example 3 when the environmental temperature drops in the optical path surface.
  • the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5 by taking a scanning image display device to which the light source module of the present invention is applied as an example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning image display device to which the light source module in this embodiment is applied.
  • the dotted line in FIG. 1 represents the optical path of the laser beam.
  • the scanning image display device 1 in this embodiment comprises a light source module 10 that emits a laser beam for displaying an image and a mirror device 20 that scans the laser beam in two dimensions as main optical components.
  • the housing 40 is a molded product that fixes the light source module 10 and the mirror device 20.
  • the configuration of the light source module 10 will be described.
  • the light source module 10 three laser light sources 11, 12 and 13 that emit light having different wavelengths are arranged.
  • the laser light source 13 is a semiconductor laser that emits a green laser beam having an intermediate wavelength among the three laser light sources.
  • the green laser light emitted by the laser light source 13 passes through the collimating lens 16 and is converted into substantially parallel laser light, and then is incident on the dichroic mirror 17.
  • the laser light source 12 is a semiconductor laser that emits a blue laser light having the shortest wavelength among the three laser light sources.
  • the blue laser light emitted by the laser light source 12 passes through the collimating lens 15 and is converted into substantially parallel laser light, and is incident on the dichroic mirror 17.
  • the dichroic mirror 17 is a wavelength-selective optical element having a function of transmitting the green laser light emitted from the laser light source 13 while reflecting the blue laser light emitted from the laser light source 12, and transmits the dichroic mirror 17.
  • the reflected two-color laser light travels in substantially the same optical path that is aligned with the traveling direction and is incident on the dichroic mirror 18.
  • the laser light source 11 is a semiconductor laser that emits a red laser beam having the longest wavelength among the three laser light sources.
  • the laser light source 11 will be referred to as a first laser light source, and the laser light sources 12 and 13 will be referred to as second and third laser light sources.
  • the red laser light emitted by the first laser light source 11 passes through the collimating lens 14 and is converted into substantially parallel laser light, and then incident on the dichroic mirror 18.
  • the dichroic mirror 18 is a wavelength-selective optical element having a function of reflecting green and blue laser beams and transmitting only red laser beams.
  • the green, blue, and red laser beams transmitted or reflected through the dichroic mirror 18 travel in substantially the same optical path that is aligned with the traveling direction, and are incident on the mirror device 20 that scans the laser beam.
  • the mirror device 20 includes a reflection mirror 21 in the device, and has a function of inclining the reflection surface around two axes.
  • the mirror device 20 reflects the incident laser light and scans it in two directions on the screen 30 separated by a predetermined distance to draw an image.
  • the X-axis is taken in the emission direction of the first laser light source 11 and the second laser light source 12, the Y-axis is in the emission direction of the third laser light source 13, and the XY plane is referred to as an optical path surface. ..
  • the structure and effect of the first laser light source 11 and its holding method will be described while comparing the structures of the second and third laser light sources 12 and 13 and their holding methods. ..
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser used as a laser light source in this embodiment.
  • (a), (b), and (c) show the structure of the semiconductor laser corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively.
  • FIG. 2 for each laser light source, only stems 113, 123, 133, heat sinks 112, 122, 132, submounts 111, 121, 131, and laser chips 110, 120, 130 are described for easy viewing of the internal structure. doing.
  • the laser beam is emitted in the positive direction of the X-axis.
  • the heat sink 112, 122 side (Y-axis positive direction) represents the left direction in the optical path surface
  • the laser chip 110, 120 side (Y-axis negative direction) represents the right direction in the optical path surface toward the emission direction.
  • FIG. 2C the laser beam is emitted in the positive direction of the Y-axis, but the heat sink 132 side (negative direction of the X-axis) is to the left in the optical path surface, and the laser chip 130 side (positive X-axis).
  • Direction represents the right direction in the optical path surface.
  • a semi-cylindrical heat sink 112 is bonded to the disk-shaped stem 113, and a laser chip 110 is bonded to the flat surface thereof via a submount 111. These are configured so that the light emitting point at the tip of the laser chip 110 is located substantially on the center line of the semiconductor laser.
  • 113b and 113c are provided so that the approximate position and direction of the light emitting point can be known from the intersection of the center line with respect to the two opposing sides in the groove 133a and the straight line connecting the vertices of the notches 133b and 133c in a plan view. It has become.
  • gallium arsenide is used for the laser chip 110
  • aluminum nitride is used for the submount 111
  • copper is used for the heat sink 112
  • iron is used for the stem 113, and the like.
  • the second and third laser light sources 12 and 13 have the same basic configuration, but the laser chips 120 and 130 have three laser light sources. It is less than half the length of the laser chip 110 of the first laser light source 11 that emits light of the longest wavelength, and the materials of the laser chips 120 and 130 are made of gallium nitride or the like. That is the difference from the laser light source 11.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in this embodiment.
  • (a), (b), and (c) show the shapes of the laser holders 41, 42, and 43 corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, and the mounting directions of the laser light sources 11, 12, and 13.
  • the exploded perspective view which shows is shown.
  • the heat sink 112 and 122 sides (Y-axis positive direction) are on the left in the optical path surface
  • the laser chips 110 and 120 sides (Y-axis negative direction) are on the optical path surface.
  • the heat sink 132 side (X-axis negative direction) is on the left in the optical path surface
  • the laser chip 130 side (X-axis positive direction) is on the right in the optical path surface.
  • a circular opening 410 is formed in the center of the first laser holder 41.
  • a left side wall 41L and a right side wall 41R are provided on the left and right sides of the opening 410, and a plurality of ribs 41d protruding toward the center of the opening 410 are provided at equal intervals on the inner side surfaces thereof. Further, on the inner surface of the left side wall 41L, a protrusion 41a that protrudes further toward the center of the opening 410 than the rib 41d is provided.
  • the basic shapes of the second laser holder 42 and the third laser holder 43 are the same.
  • the laser holders 41, 42, and 43 are die casts made of an alloy such as zinc, magnesium, or aluminum as a raw material.
  • the feature of this embodiment is that in the first laser holder 41, the thickness t1L of the left side wall 41L provided with the protrusion 41a is thicker than the thickness t1R of the right side wall 41R, whereas the thickness t1R of the second laser holder In 42, the thickness t2L of the left side wall 42L provided with the protrusion 42a and the thickness t2R of the right side wall 42R are equal, and in the third laser holder 43, the thickness t3L of the left side wall 43L provided with the protrusion 43a. And the thickness t3R of the right side wall 43R are equal.
  • the rigidity of the left side wall 41L is larger than the rigidity of the right side wall 41R, whereas in the second and third laser holders 42 and 43, the rigidity of the left side walls 42L and 43L is high.
  • the rigidity of the right side wall 42R and 43R is equal to each other.
  • the rigidity referred to here is the difficulty of deformation with respect to the force that the laser light source tries to expand the opening of the laser holder to the left and right.
  • the ratio of the thickness t1R of the side wall of the first laser holder 41 on the laser chip 110 side, that is, the rigidity, to the thickness t1L on the heat sink 112 side, that is, the rigidity is the first.
  • the side wall of the second laser holder 42 is larger than the ratio of the thickness t2R on the laser chip 120 side, that is, the rigidity, to the thickness t2L on the heat sink 122 side, that is, the rigidity.
  • the thickness t3R of the side wall of the third laser holder 43 on the laser chip 130 side, that is, the rigidity is larger than the ratio of the thickness t3L on the heat sink 132 side, that is, the rigidity.
  • the thicknesses t1L, t2L, and t3L of the left side walls 41L, 42L, and 43L are the inner and outer surfaces of the left side walls 41L, 42L, and 43L on a straight line passing through the centers of the openings 410, 420, and 430, respectively. It is a value excluding the protrusion height in the center direction of the protrusions 41a, 42a, and 43a.
  • the first laser light source 11 is press-fitted into the opening 410 along the broken line in a state where the direction of the rotation direction around the X axis is determined so that the protrusion 41a fits inside the groove 113a, and the side surface of the stem 113 And the plurality of ribs 41d are fitted to each other and fixed to the first laser holder 41.
  • the first laser light source 11 is arranged so that the laser chip 110 is on the right side and the heat sink 112 is on the left side.
  • the second and third laser light sources 12 and 13 are also arranged in the same direction.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the deformation of the laser light source and the laser holder in this embodiment when the environmental temperature drops in the optical path surface.
  • (a), (b), and (c) are cross-sectional views showing deformations of the laser light source and the laser holder corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, in the optical path surface. ..
  • the main deformations seen in the laser light source and laser holder are the warpage of the laser tips 110, 120, 130, the bending of the stems 113, 123, 133, and the bending of the side walls 41L, 41R, 42L, 42R, 43L, 43R. ,
  • the light emitting point is displaced under the influence of these deformations.
  • the warpage of the laser chips 110, 120, and 130 occurs because the laser light sources 11, 12, and 13 are formed by joining members having different coefficients of thermal expansion. Since the thermal expansion coefficients of the heat sinks 112, 122, and 132 are larger than those of the laser chips 110, 120, 130 and the submounts 111, 121, 131, when the environmental temperature drops, the laser chips are as shown in FIG. 110, 120, 130 warp to the left side, that is, to the heat sinks 112, 122, 132 side.
  • the amount of warpage of the laser chips 110, 120, and 130 is proportional to the length of the laser chip determined by the wavelength of the light emitted by the laser light source.
  • the right side wall 41R opens to the right as compared with the left side wall 41L that opens to the left. Therefore, the first laser light source 11 is displaced to the right in the first laser holder 41 by that amount. The displacement of the first laser light source 11 to the right side reduces the displacement of the light emitting point to the left side caused by the warp of the laser chip 110.
  • the second and third laser holders 42 and 43 having the same thickness of the left and right side walls 42L and 42R and 43L and 43R, that is, the same rigidity of the left and right side walls, the left side wall 42L and 43L and the right side wall 42R. Since the deformation of 43R is also almost symmetrical (although it is not strictly symmetrical due to the left-right asymmetry of the rigidity of the laser light source), the second and third laser light sources 12 and 13 are the second and third lasers. There is almost no displacement in the holders 42 and 43.
  • FIG. 5 shows the calculation results of the leftward displacement of the light emitting point when the environmental temperature drops when the laser light sources 11, 12, and 13 are held by the laser holders 41, 42, and 43 in this embodiment, respectively. Is. As the condition of the environmental temperature, the calculation result at -40 degrees, which is 60 degrees lower than the normal temperature of 20 degrees, is shown.
  • the left end is the first laser light source when the first laser light source 11 is held by the first laser holder 41 in which the thickness t1L of the left wall 41L is twice the thickness t1R of the right wall 41R. It is the displacement of the light emitting point of 11.
  • the center is the displacement of the light emitting point of the second laser light source 12 held by the second laser holder 42 having the same thicknesses t2L and t2R of the left and right side walls 42L and 42R.
  • the right end is the displacement of the light emitting point of the third laser light source 13 held by the third laser holder 43 having the same thicknesses t3L and t3R of the left and right side walls 43L and 43R.
  • the ratio of the thickness t1L on the heat sink 112 side to the thickness t1R on the laser chip 110 side of the side wall of the first laser holder 41 is the thickness on the laser chip 120 side of the side wall of the second laser holder 42.
  • FIG. 12 shows, as a comparison, the calculation results of the leftward displacement of the light emitting point when the environmental temperature is lowered while all of the laser light sources 11, 12, and 13 are held by conventional laser holders having the same thickness on the left and right. ..
  • the environmental temperature conditions are the same as in FIG.
  • the displacements of the light emitting points of the laser light sources 11, 12, and 13 are shown in order from the left.
  • the displacement of the light emitting point in FIGS. 12 and 5 is normalized by the value of the displacement of the light emitting point of the laser light source 11 when held by the conventional laser holder shown at the left end of FIG.
  • the displacement of the light emitting point of the first laser light source 11 to the left can be reduced by the asymmetrical deformation of the first laser holder 41.
  • the difference in displacement of the light emitting points of the three laser light sources 11, 12, and 13 can be reduced by about 20% as compared with the conventional example. Therefore, it is possible to reduce the relative difference in the direction of the straight line connecting the light emitting point and the principal point of the collimating lens, that is, the change in the traveling direction of the laser beam.
  • a light source module provided with a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light, for example, a light source module having less color shift of spots on a screen even when the ambient temperature changes. Can be provided.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in this embodiment.
  • (a), (b), and (c) show the shape of the laser holder corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, and the mounting direction of the laser light source.
  • the second laser light source 12 is in the second laser holder 44
  • the third laser light source 13 is in the third laser holder 45
  • the first laser light source 11 is in the first laser holder 46. Is fixed to each.
  • the feature of this embodiment is that in the second laser holder 44, the thickness t4L of the left side wall 44L provided with the protrusion 44a is thinner than the thickness t4R of the right side wall 44R, and also in the third laser holder 45.
  • the thickness t5L of the left side wall 45L provided with the protrusion 45a is thinner than the thickness t5R of the right side wall 45R, whereas the thickness of the left side wall 46L provided with the protrusion 46a in the first laser holder 46.
  • the t6L and the thickness t6R of the right side wall 46R are equal.
  • the rigidity of the left side walls 44L and 45L provided with the protrusions 44a and 45a is smaller than the rigidity of the right side walls 44R and 45R, respectively.
  • the rigidity of the left side wall 46L provided with the protrusion 46a is equal to the rigidity of the right side wall 46R.
  • the rigidity referred to here is the difficulty in opening the side wall against the force that the laser light source tries to expand the opening of the laser holder to the left and right.
  • the ratio of the thickness t6R on the laser chip 110 side, that is, the rigidity, to the thickness t6L on the heat sink 112 side, that is, the rigidity of the side wall of the first laser holder 46 is the first.
  • the side wall of the second laser holder 44 is larger than the ratio of the thickness t4R on the laser chip 120 side, that is, the rigidity, to the thickness t4L on the heat sink 122 side, that is, the rigidity.
  • the thickness t5R of the side wall of the third laser holder 45 on the laser chip 130 side, that is, the rigidity is larger than the ratio of the thickness t5L on the heat sink 132 side, that is, the rigidity.
  • the thicknesses t6L, t4L, and t5L of the left side walls 46L, 44L, and 45L are the inner and outer surfaces of the left side walls 46L, 44L, and 45L on a straight line passing through the centers of the openings 460, 440, and 450, respectively. It is a value excluding the protrusion height in the center direction of the protrusions 46a, 44a, and 45a.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view depicting the deformation of the laser light source and the laser holder when the environmental temperature drops in this embodiment in the optical path surface.
  • (a), (b), and (c) show cross-sectional views showing deformations of the laser light source and the laser holder corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, in the optical path surface. ..
  • the displacement of the light emitting point at the tip of the laser chips 110, 120, 130 is the warp of the laser chips 110, 120, 130 due to the thermal stress inside the laser light sources 11, 12, 13 and the laser light source.
  • the warp of the laser chip 110 is remarkable, whereas the first In the second and third laser light sources 12 and 13, the wavelength of the emitted light is shorter than that of the laser light source 11 and the lengths of the laser chips 120 and 130 are shorter than half of the laser chip 110, and the warpage of the laser chips 120 and 130 is small. ..
  • the second and third laser light sources 12 and 13 are displaced to the left in the laser holders 44 and 45. Due to the leftward displacement of the second and third laser light sources 12 and 13, the emission points of the second and third laser light sources 12 and 13 whose displacement due to the warp of the laser chips 120 and 130 were originally small are directed to the left. Displacement to increases.
  • the left and right side walls 46L and 46R have the same thickness t6L and t6R, that is, the left and right side walls 46L and 46R have the same rigidity
  • the left side wall 46L and the right side wall 46R are also deformed (strictly speaking).
  • the first laser light source 11 is hardly displaced in the first laser holder 46 because it is almost symmetrical (although it is not symmetrical due to the left-right asymmetry of the rigidity of the laser light source). Therefore, the light emitting point of the first laser light source 11 remains displaced to the left caused by the warp of the laser chip 110.
  • FIG. 8 shows the calculation results of the leftward displacement of the light emitting point when the environmental temperature drops when the laser light sources 11, 12, and 13 are held by the laser holders 46, 44, and 45 of this embodiment, respectively.
  • the environmental temperature conditions are the same as in FIG. In FIG. 8, the left end is the displacement of the light emitting point of the first laser light source 11 held by the first laser holder 46 having the same thickness t6L and t6R of the left and right side walls 46L and 46R, and the center is the thickness t4R of the right wall 44R.
  • the displacement of the light emitting point of the second laser light source 12 held by the second laser holder 44 which is twice the thickness t4L of the left wall 44L
  • the right end is the thickness of the right wall 45R
  • t5R is the thickness of the left wall 45L.
  • the displacement of the light emitting point of the third laser light source 13 held by the third laser holder 45 which is twice t5L.
  • the ratio of the thickness t6L on the heat sink 112 side to the thickness t6R on the laser chip 110 side of the side wall of the first laser holder 46 is the thickness on the laser chip 120 side of the side wall of the second laser holder 44.
  • the displacement of the light emitting point in FIG. 8 is normalized by the value of the displacement of the light emitting point of the laser light source 11 when held by the conventional laser holder shown at the left end of FIG.
  • the second and third laser light sources 12 due to the asymmetrical deformation of the second and third laser holders 44 and 45, Since the light emitting points of 13 are displaced to the left, which is the same as the displacement of the light emitting points of the first laser light source 11, the difference in displacement of the light emitting points of the three laser light sources 11, 12, and 13 is reduced to about half of the conventional example. it can. Therefore, it is possible to reduce the relative difference in the direction of the straight line connecting the light emitting point and the principal point of the collimating lens, that is, the change in the traveling direction of the laser beam. Further, in this embodiment, since the thickness of the side wall of the laser holder is thinner than that in the conventional example, the light source module can be miniaturized.
  • a light source module provided with a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light, for example, a light source module having less color shift of spots on a screen even when the ambient temperature changes. Can be provided.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the shape of the laser holder and the mounting direction of the laser light source in this embodiment.
  • (a), (b), and (c) show the shape of the laser holder corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, and the mounting direction of the laser light source.
  • the first laser light source 11 is fixed to the first laser holder 47
  • the second and third laser light sources 12 and 13 are fixed to the second and third laser holders 44 and 45, respectively.
  • Laser is
  • the thickness t7L of the left side wall 47L provided with the protrusion 47a is thicker than the thickness t7R of the right side wall 47R, whereas the thickness t7R of the second laser holder In 44, the thickness t4L of the left side wall 44L provided with the protrusion 44a is thinner than the thickness t4R of the right side wall 44R, and in the third laser holder 45, the thickness t5L of 45L provided with the protrusion 45a is It is thinner than the thickness t5R of the right side wall 45R.
  • the rigidity of the left side wall 47L is larger than the rigidity of the right side wall 47R, whereas in the second and third laser holders 44 and 45, the rigidity of the left side walls 44L and 45L is higher. It is smaller than the rigidity of the right side walls 44R and 45R.
  • the rigidity referred to here is the difficulty in opening the side wall against the force that the laser light source tries to expand the opening of the laser holder to the left and right.
  • the ratio of the thickness t7R on the laser chip 110 side of the side wall of the first laser holder 47, that is, the rigidity, to the thickness t7L on the heat sink 112 side, that is, the rigidity is the first.
  • the side wall of the second laser holder 44 is larger than the ratio of the thickness t4R on the laser chip 120 side, that is, the rigidity, to the thickness t4L on the heat sink 122 side, that is, the rigidity.
  • the thickness t5R of the side wall of the third laser holder 45 on the laser chip 130 side, that is, the rigidity is larger than the ratio of the thickness t5L on the heat sink 132 side, that is, the rigidity.
  • the thicknesses t7L, t4L, and t5L of the left side walls 47L, 44L, and 45L are the inner and outer surfaces of the left side walls 47L, 44L, and 45L on a straight line passing through the centers of the openings 470, 440, and 450, respectively. It is a value excluding the protrusion height in the central direction of the protrusions 47a, 44a, and 45a.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the deformation of the laser light source and the laser holder when the environmental temperature drops in this embodiment in the optical path surface.
  • (a), (b), and (c) show cross-sectional views in which deformations of the laser light source and the laser holder corresponding to the laser light sources 11, 12, and 13, respectively, are drawn in the optical path surface. ..
  • the displacement of the light emitting point at the tip of the laser chips 110, 120, 130 is the warp of the laser chips 110, 120, 130 due to the thermal stress inside the laser light sources 11, 12, 13 and the laser light source.
  • the warp of the laser chip 110 is remarkable, whereas the first In the second and third laser light sources 12 and 13, the wavelength of the emitted light is shorter than that of the laser light source 11 and the lengths of the laser chips 120 and 130 are shorter than half of the laser chip 110, and the warpage of the laser chips 120 and 130 is small. ..
  • the opening of the right side wall 47R to the right is larger than the opening of the left wall 47L to the left, so that the first laser light source 11 has a laser corresponding to that amount. Displace to the right in the holder 41. The displacement of the first laser light source 11 to the right side reduces the displacement of the light emitting point to the left side caused by the warp of the laser chip 110.
  • the left side walls 44L and 45L are opened to the left larger than the right side walls 44R and 45R are opened to the right.
  • Laser light sources 12 and 13 are displaced to the left in the second and third laser holders 44 and 45. Due to the displacement of the second and third laser light sources 12 and 13 to the left, the emission points of the second and third laser light sources 12 and 13 whose displacement due to the warp of the laser chips 120 and 130 were originally small are moved to the left. Displacement increases.
  • FIG. 11 shows the calculation results of the leftward displacement of the light emitting point when the environmental temperature drops when the laser light sources 11, 12, and 13 are held by the laser holders 47, 44, and 45 of this embodiment, respectively.
  • the environmental temperature conditions are the same as in FIG.
  • the left end is the displacement of the light emitting point of the first laser light source 11 held in the first laser holder 47 in which the thickness t7L of the left wall 47L is four times the thickness t7R of the right wall 47R.
  • the center is the displacement of the light emitting point of the second laser light source 12 in which the thickness t4R of the right side wall 44R is held by the second laser holder 44 which is twice the thickness t4L of the left side wall 44L.
  • the right end is the displacement of the light emitting point of the third laser light source 13 held in the third laser holder 45 in which the thickness t5R of the right side wall 45R is twice the thickness t5L of the left side wall 45L.
  • the ratio of the thickness t7L on the heat sink 112 side to the thickness t7R on the laser chip 110 side of the side wall of the first laser holder 47 is the thickness on the laser chip 120 side of the side wall of the second laser holder 44. It is eight times the ratio of the thickness t4L on the heat sink 122 side to t4R and the ratio of the thickness t5L on the heat sink 132 side to the thickness t5R on the laser chip 130 side of the side wall of the third laser holder 45.
  • the displacement of the light emitting point in FIG. 11 is normalized by the value of the displacement of the light emitting point of the laser light source 11 when held by the conventional laser holder shown at the left end of FIG.
  • the displacement of the light emitting point of the first laser light source 11 to the left is reduced by the asymmetrical deformation of the first laser holder 47.
  • the second and third laser light sources 12 are asymmetrically deformed by the second and third laser holders 44 and 45. , 13 to increase the displacement of the light emitting point to the left.
  • the difference in displacement of the light emitting points of the three laser light sources 11, 12, and 13 can be reduced to about 20% of the conventional example. Therefore, in this embodiment, the relative difference in the direction of the straight line connecting the light emitting point and the principal point of the collimating lens, that is, the change in the traveling direction of the laser beam can be significantly reduced as compared with the conventional example.
  • a light source module provided with a plurality of laser light sources having different wavelengths of emitted light, for example, a light source module having less color shift of spots on a screen even when the ambient temperature changes. Can be provided.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • changing the rigidity of the side wall of the laser holder is described by changing the thickness of the side wall, but the rigidity may be changed by the shape, for example, a hole is provided in a part of the side wall. Alternatively, a rib may be added.
  • the ratio of the thickness of the side wall has been described as 2 times or 4 times, the ratio is not limited to this value.

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Abstract

波長が異なる複数のレーザ光源から出射される複数のレーザ光を、進行方向と位置が略同一の光路上に揃えて射出する光源モジュールにおいて、環境温度の変化に伴って発生するレーザ光の進行方向の変化の波長間での差を低減することを目的とする。 上記目的を達成するために、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザ光源と、レーザ光源を保持するレーザホルダとを有する光源モジュールであって、レーザホルダのレーザチップ側にある側壁の剛性がレーザホルダのヒートシンク側にある側壁の剛性と異なるように構成する。

Description

光源モジュール
 本発明は、出射光の波長が異なる複数のレーザ光源を有する光源モジュールに関する。
 従来の画像描画装置であるプロジェクタとして特許文献1が知られている。特許文献1に記載の画像描画装置は、光源ユニットから出射される緑色、赤色および青色の3色のレーザ光を光走査部で2方向に走査してスクリーン上に画像を表示する。光源ユニットには、青、赤、緑の3色のレーザ光源と、その3色のレーザ光源をそれぞれ個別に保持するための3つの光源保持部(以下、レーザホルダと記す)と、各色のレーザ光源からの出射光をそれぞれ平行光に変換する3つのコリメートレンズと、その3つのコリメートレンズを個々に保持するための3つの光学系保持部と、を備え、レーザホルダと光学系保持部とが色別にレーザ溶着されている。そのため、レーザホルダと光学系保持部とは高精度に位置決めされた状態で固定され、振動や衝撃、温度変化などの外乱に対してもその状態を維持できるとされている。
特開2016-18206号公報
 上記のような画像描画装置に多く用いられるレーザ光源は、ステムと呼ばれる円板状の台座に半円筒形のヒートシンクを接続し、その平らな面にサブマウントを介してレーザチップを接合して、缶状の金属で封止した構造である。このようなレーザ光源では、構成部品の熱膨張係数が異なるため環境温度が変化すると熱応力によってレーザチップが反り、発光点が変位する。レーザ光は発光点とコリメートレンズの主点を結ぶ方向に進行するため、発光点の変位はレーザ光の進行方向を変化させる。ところが、レーザチップ長は各レーザ光源が出射する光の波長によって異なるため、レーザチップの反りで生じる発光点の変位とそれに伴うレーザ光の進行方向の変化の程度も波長ごと異なったものになる。この進行方向の変化の波長間での差の影響は照射距離に比例して大きくなり、スクリーン上での色ずれの原因となる。上記特許文献1では、このようなレーザ光源内部で起こる熱変形が考慮されておらず、環境温度が変化した場合にスクリーン上で色ずれが発生する可能性があった。
 本発明の目的は、出射光の波長が異なる複数のレーザ光源を用いた場合でも、環境温度の変化に伴って発生するレーザ光の進行方向の変化の波長間での差を低減できる光源モジュールを提供することである。
 本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザ光源と、レーザ光源を保持するレーザホルダとを有する光源モジュールであって、レーザホルダのレーザチップ側にある側壁の剛性がレーザホルダのヒートシンク側にある側壁の剛性と異なるように構成する。
 本発明によれば、出射する光の波長が異なる複数のレーザ光源を備えた光源モジュールにおいて、環境温度が変化した際に、レーザチップの反りに起因したレーザ光の進行方向の変化の波長間での差を低減できる光源モジュールを提供できる。
実施例1における光源モジュールを適用した走査型画像表示装置の概略構成図である。 実施例1におけるレーザ光源として用いられる半導体レーザの構造を示す斜視図である。 実施例1におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。 実施例1におけるレーザ光源とレーザホルダの環境温度が降下した時の変形を光路面内で描いた断面模式図である。 実施例1におけるレーザホルダで保持されたレーザ光源の発光点の環境温度が降下した時の左方向変位の計算結果である。 実施例2におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。 実施例2におけるレーザ光源とレーザホルダの環境温度が降下した時の変形を光路面内で描いた断面模式図である。 実施例2におけるレーザホルダで保持されたレーザ光源の発光点の環境温度が降下した時の左方向変位の計算結果である。 実施例3におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。 実施例3におけるレーザ光源とレーザホルダの環境温度が降下した時の変形を光路面内で描いた断面模式図である。 実施例3におけるレーザホルダで保持されたレーザ光源の発光点の環境温度が降下した時の左方向変位の計算結果である。 従来のレーザホルダで保持されたレーザ光源の発光点の環境温度が降下した時の左方向変位の計算結果である。
 以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
 本発明の光源モジュールを適用した走査型画像表示装置を例に、本実施例について図1から図5を用いて説明する。
 図1は本実施例における光源モジュールを適用した走査型画像表示装置の概略構成図である。図1中の点線は、レーザ光の光路を表す。本実施例における走査型画像表示装置1は、画像表示用のレーザ光を出射する光源モジュール10と、このレーザ光を2次元に走査するミラー装置20を主要光学部品として構成している。筐体40は、光源モジュール10とミラー装置20を固定する成形品である。
 まず、光源モジュール10の構成について説明する。光源モジュール10内には、互いに波長が異なる光を出射する3つのレーザ光源11、12および13が配置されている。
 レーザ光源13は、3つのレーザ光源のうち中間の波長である緑色レーザ光を出射する半導体レーザである。このレーザ光源13が出射した緑色レーザ光は、コリメートレンズ16を透過して略平行なレーザ光に変換されたのち、ダイクロイックミラー17に入射する。
 レーザ光源12は、3つのレーザ光源の中で最も波長の短い青色レーザ光を出射する半導体レーザである。このレーザ光源12が出射した青色レーザ光は、コリメートレンズ15を透過して略平行なレーザ光に変換され、ダイクロイックミラー17に入射する。
 ダイクロイックミラー17は、レーザ光源13が出射した緑色レーザ光を透過させる一方、レーザ光源12から出射した青色レーザ光を反射する機能を備えた波長選択性の光学素子であり、このダイクロイックミラー17を透過または反射した2色のレーザ光は、進行方向と位置が揃った略同一の光路を進行してダイクロイックミラー18に入射する。
 レーザ光源11は、3つのレーザ光源の中で最も波長の長い赤色レーザ光を出射する半導体レーザである。以下、このレーザ光源11を第一のレーザ光源とし、レーザ光源12、13を第二、第三のレーザ光源とする。第一のレーザ光源11が出射した赤色レーザ光は、コリメートレンズ14を透過して略平行なレーザ光に変換されたのち、ダイクロイックミラー18に入射する。
 ダイクロイックミラー18は、緑色と青色のレーザ光を反射させ、赤色レーザ光のみを透過させる機能を備えた波長選択性の光学素子である。このダイクロイックミラー18を透過または反射した緑色、青色および赤色の3色のレーザ光は、進行方向と位置が揃った略同一の光路を進行し、レーザ光を走査するミラー装置20に入射する。
 次に、ミラー装置20について説明する。ミラー装置20は、装置内に反射ミラー21を備え、その反射面を2軸まわりに傾斜させる機能を有する。ミラー装置20は、入射したレーザ光を反射し、所定の距離だけ離れたスクリーン30上で2方向に走査して画像を描画する。
 以降の説明においては、第一のレーザ光源11と第二のレーザ光源12の出射方向にX軸、第三のレーザ光源13の出射方向にY軸をとり、X-Y平面を光路面と記す。
 以下では、第一のレーザ光源11の構造とその保持方法を、第二、第三のレーザ光源12、13の構造およびそれらの保持方法と比較しながら、その具体的な構造と効果について説明する。
 図2は本実施例におけるレーザ光源として用いられる半導体レーザの構造を示す斜視図である。図2において、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応した半導体レーザの構造を示している。図2において、各レーザ光源は、内部構造を見やすくするために、ステム113、123、133、ヒートシンク112、122、132、サブマウント111、121、131、およびレーザチップ110、120、130のみを記載している。
 図2(a)と(b)においては、X軸正の方向にレーザ光が出射される。この出射方向に向かってヒートシンク112、122側(Y軸正の方向)が光路面内での左方向、レーザチップ110、120側(Y軸負の方向)が光路面内での右方向を表す。図2(c)においては、レーザ光はY軸正の方向に出射されるが、ヒートシンク132側(X軸負の方向)が光路面内での左方向、レーザチップ130側(X軸正の方向)が光路面内での右方向を表す。
 半導体レーザの構成について、第一のレーザ光源11を例に説明する。図2(a)において、円板状のステム113には半円筒形のヒートシンク112が接合されており、その平坦面にサブマウント111を介してレーザチップ110が接合されている。これらはレーザチップ110の先端にある発光点が半導体レーザのほぼ中心線上に位置するように構成される。また、円板状のステム113外周の光路面内での左側、すなわちヒートシンク側にコの字型の溝113aと、その溝113aからおよそ±90度回転した2か所にV字型の切欠き113b、 113cが設けられており、平面視で溝133a内で対向する2辺に対する中心線と切欠き133b、133cの頂点を結ぶ直線との交点から発光点の概略の位置と向きが分かるようになっている。これらの素材としては、レーザチップ110にはガリウムヒ素、サブマウント111には窒化アルミ、ヒートシンク112には銅、ステム113には鉄、などが用いられる。
 図2(b)、(c)に示すように、第二、第三のレーザ光源12、13も基本的な構成は同じであるが、レーザチップ120、130の長さが、3つのレーザ光源の中で最も長い波長の光を出射する第一のレーザ光源11のレーザチップ110の長さの半分以下であることと、そのレーザチップ120、130の素材が、窒化ガリウムなどで構成されていることが、レーザ光源11との相違点である。
 図3は本実施例におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。図3において、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザホルダ41、42、43の形状とレーザ光源11、12、13の取付け方向を示す分解斜視図を示している。図3(a)と(b)においても、ヒートシンク112、122側(Y軸正の方向)が光路面内での左、レーザチップ110、120側(Y軸負の方向)が光路面内での右を表し、図3(c)においては、ヒートシンク132側(X軸負の方向)が光路面内での左、レーザチップ130側(X軸正の方向)が光路面内での右を表す。
 レーザホルダの形状について、第一のレーザ光源11を保持する第一のレーザホルダ41を例に説明する。図3(a)において、第一のレーザホルダ41の中央には円形状の開口部410が形成されている。その開口部410の左右には左側壁41Lと右側壁41Rが備えられており、それらの内側面には、開口部410の中心方向に突出した複数のリブ41dが等間隔に設けられている。また、左側壁41Lの内側面には、リブ41dよりもさらに開口部410の中心方向に突出した突起部41aが設けられている。
 図3(b)、(c)に示すように、第二のレーザホルダ42と第三のレーザホルダ43についても基本的な形状は同じである。なお、レーザホルダ41、42、43は、亜鉛、マグネシウムあるいはアルミニウムなどの合金を原材料とするダイカストである。
 本実施例の特徴は、第一のレーザホルダ41において、突起部41aが設けられた左側壁41Lの厚さt1Lが右側壁41Rの厚さt1Rよりも厚いのに対して、第二のレーザホルダ42では、突起部42aが設けられた左側壁42Lの厚さt2Lと右側壁42Rの厚さt2Rが等しく、第三のレーザホルダ43では、突起部43aが設けられた左側壁43Lの厚さt3Lと右側壁43Rの厚さt3Rが等しいことである。すなわち、第一のレーザホルダ41においては左側壁41Lの剛性が右側壁41Rの剛性よりも大きいのに対して、第二、第三のレーザホルダ42、43では、左側壁42L、43Lの剛性と右側壁42R、43Rの剛性がそれぞれ等しいことである。ここでいう剛性とは、レーザ光源がレーザホルダの開口部を左右へ押し広げようとする力に対する変形のしづらさのことである。
 本実施例の特徴をさらに換言すれば、第一のレーザホルダ41の側壁の、レーザチップ110側の厚さt1R、すなわち剛性、に対するヒートシンク112側の厚さt1L、すなわち剛性、の比が、第二のレーザホルダ42の側壁の、レーザチップ120側の厚さt2R、すなわち剛性、に対するヒートシンク122側の厚さt2L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。かつ、第三のレーザホルダ43の側壁の、レーザチップ130側の厚さt3R、すなわち剛性、に対するヒートシンク132側の厚さt3L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。ここで、左側壁41L、42L、43Lの厚さt1L、t2L、t3Lは、それぞれ、開口部410、420、430の中心を通る直線上での左側壁41L、42L、43Lの内側面と外側面との距離であり、突起部41a、42a、43aの中心方向への突出高さを除いた値である。
 第一のレーザ光源11は、突起部41aが溝113aの内部に収まるようにX軸まわりの回転方向の向きが決められた状態で、破線に沿って開口部410へ圧入され、ステム113の側面と複数のリブ41dが嵌合することによって第一のレーザホルダ41に固定される。このとき、第一のレーザ光源11はレーザチップ110が右側、ヒートシンク112が左側に来る向きに配置される。第二、第三のレーザ光源12、13についても同様の向きに配置される。
 図4は本実施例におけるレーザ光源とレーザホルダの環境温度が降下した時の変形を光路面内で描いた断面模式図である。図4おいて、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザ光源とレーザホルダの変形を光路面内で描いた断面図を示している。レーザ光源とレーザホルダに見られる主な変形は、レーザチップ110、120、130の反りと、ステム113、123、133の曲げ、および側壁41L、41R、42L、42R、43L、43Rの曲げであり、発光点はこれらの変形の影響を受けて変位する。
 レーザチップ110、120、130の反りは、レーザ光源11、12、13が熱膨張係数の異なる部材を接合して構成されているために発生する。レーザチップ110、120、130およびサブマウント111、121、131に対して、ヒートシンク112、122、132の熱膨張係数が大きいため、環境温度が降下した際には、図4のように、レーザチップ110、120、130は左側、すなわちヒートシンク112、122、132側へ反る。
 このレーザチップ110、120、130の反りの大きさは、レーザ光源が出射する光の波長で決まるレーザチップ長に比例する。3つのレーザ光源の中で最も長い波長の光を出射し最長のレーザチップ110を搭載している第一のレーザ光源11ではレーザチップ110の反りが顕著であるのに対して、第一のレーザ光源11よりも短い波長の光を出射しレーザチップ120、130の長さがレーザチップ110の半分以下と短い第二、第三のレーザ光源12、13ではレーザチップ120、130の反りも小さい。
 ステム113、123、133と側壁41L、41R、42L、42R、43L、43Rの曲げは、ステム113、123、133とレーザホルダ41、42、43間の熱応力に起因して発生する。ステム113、123、133に対してレーザホルダ41、42、43の熱膨張係数が大きいため、環境温度が降下した際には、図4のように、ステム113、123、133はレーザホルダ41、42、43の側壁41L、41R、42L、42R、43L、43Rを左右へ押し広げる。
 左側壁41Lが厚い、すなわち剛性が大きく、右側壁41Rが薄い、すなわち剛性が小さい第一のレーザホルダ41では、左側壁41Lの左方向への開きに比べて右側壁41Rの右方向への開きが大きくなるため、第一のレーザ光源11はその分、第一のレーザホルダ41内で右側へ変位する。この第一のレーザ光源11の右側への変位によって、レーザチップ110の反りによって生じていた発光点の左側への変位が低減される。
 一方、左右の側壁42Lと42R、および43Lと43Rの厚さがそれぞれ同じ、すなわち左右の側壁の剛性が等しい第二、第三のレーザホルダ42、43では、左側壁42L、43Lと右側壁42R、43Rの変形も(レーザ光源の剛性の左右非対称性により厳密には対称とはならないが)ほぼ左右対称となるため、第二、第三のレーザ光源12、13は第二、第三のレーザホルダ42、43内でほとんど変位しない。
 図5は、レーザ光源11、12、13を本実施例におけるレーザホルダ41、42、43でそれぞれ保持した場合に、環境温度が降下したときの発光点の左方向変位の計算結果を示したものである。環境温度の条件としては、常温20度から60度降下したマイナス40度での計算結果を示している。図5において、左端は、左側壁41Lの厚さt1Lが右側壁41Rの厚さt1Rの2倍となる第一のレーザホルダ41で第一のレーザ光源11を保持した場合の第一のレーザ光源11の発光点の変位である。また、中央は、左右の側壁42L、42Rの厚みt2L、t2Rが等しい第二のレーザホルダ42に保持された第二のレーザ光源12の発光点の変位である。さらに、右端は、左右の側壁43L、43Rの厚みt3L、t3Rが等しい第三のレーザホルダ43に保持された第三のレーザ光源13の発光点の変位である。このとき、第一のレーザホルダ41の側壁の、レーザチップ110側の厚さt1Rに対するヒートシンク112側の厚さt1Lの比は、第二のレーザホルダ42の側壁の、レーザチップ120側の厚さt2Rに対するヒートシンク122側の厚さt2Lの比、および第三のレーザホルダ43の側壁の、レーザチップ130側の厚さt3Rに対するヒートシンク132側の厚さt3Lの比の2倍である。
 図12には、レーザ光源11、12、13のすべてを左右の厚みが等しい従来のレーザホルダで保持した状態で環境温度を降下させたときの発光点の左方向変位の計算結果を比較として示す。環境温度条件は図5と同じである。図12において、左から順に、レーザ光源11、12、13の発光点の変位である。図12および図5中の発光点の変位は、図12の左端に示す、従来のレーザホルダで保持した場合のレーザ光源11の発光点の変位の値で正規化している。
 図12および図5の左端の計算結果の差から分るように、第一のレーザホルダ41の左右非対称な変形によって第一のレーザ光源11の発光点の左方向への変位を低減できるので、3つのレーザ光源11、12、13の発光点の変位の差を従来例よりも2割程度小さくできる。したがって、発光点とコリメートレンズの主点とを結ぶ直線の方向、すなわちレーザ光の進行方向の変化の相対差を小さくすることができる。
 なお、ここでは環境温度が降下した場合の例を示したが、発光点の変位は温度変化と各部品の線膨張係数にほぼ比例するため、環境温度が上昇した場合には、変位の方向が逆向きになるだけで、同様の効果が得られる。
 このように本実施例によれば、出射する光の波長が異なる複数のレーザ光源を備えた光源モジュールにおいて、環境温度が変化した場合においても、例えばスクリーン上でのスポットの色ずれが少ない光源モジュールを提供できる。
 本実施例について図6から図8を用いて説明する。図中において実施例1と同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
 図6は、本実施例におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。図6において、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示している。本実施例においては、第二のレーザ光源12は第二のレーザホルダ44に、第三のレーザ光源13は第三のレーザホルダ45に、そして第一のレーザ光源11は第一のレーザホルダ46に、それぞれ固定される。
 本実施例の特徴は、第二のレーザホルダ44において、突起部44aが設けられた左側壁44Lの厚さt4Lが右側壁44Rの厚さt4Rよりも薄く、第三のレーザホルダ45においても、突起部45aが設けられた左側壁45Lの厚さt5Lが右側壁45Rの厚さt5Rよりも薄いのに対して、第一のレーザホルダ46では、突起部46aが設けられた左側壁46Lの厚さt6Lと右側壁46Rの厚さt6Rが等しいことである。すなわち、第二、第三のレーザホルダ44、45においては、突起部44a、45aが設けられた左側壁44L、45Lの剛性が右側壁44R、45Rの剛性よりもそれぞれ小さいのに対して、第一のレーザホルダ46では、突起部46aが設けられた左側壁46Lの剛性と右側壁46Rの剛性が等しいことである。ここでいう剛性とは、レーザ光源がレーザホルダの開口部を左右へ押し広げようとする力に対する側壁の開きづらさのことである。
 本実施例の特徴をさらに換言すれば、第一のレーザホルダ46の側壁の、レーザチップ110側の厚さt6R、すなわち剛性、に対するヒートシンク112側の厚さt6L、すなわち剛性、の比が、第二のレーザホルダ44の側壁の、レーザチップ120側の厚さt4R、すなわち剛性、に対するヒートシンク122側の厚さt4L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。かつ、第三のレーザホルダ45の側壁の、レーザチップ130側の厚さt5R、すなわち剛性、に対するヒートシンク132側の厚さt5L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。ここで、左側壁46L、44L、45Lの厚さt6L、t4L、t5Lは、それぞれ、開口部460、440、450の中心を通る直線上での左側壁46L、44L、45Lの内側面と外側面との距離であり、突起部46a、44a、45aの中心方向への突出高さを除いた値である。
 図7は本実施例における環境温度が降下した時のレーザ光源とレーザホルダの変形を光路面内で描いた断面模式図である。図7おいて、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザ光源とレーザホルダの変形を光路面内で描いた断面図を示している。本実施例においても、レーザチップ110、120、130の先端にある発光点の変位は、レーザ光源11、12、13内部の熱応力に起因したレーザチップ110、120、130の反りと、レーザ光源11、12、13とレーザホルダ46、44、45間の熱応力に起因したステム113、123,133の曲げと側壁46L、46R、44L、44R、45L、45Rの曲げで発生する。また、3つのレーザ光源の中で最も長い波長の光を出射し最長のレーザチップ110を搭載している第一のレーザ光源11ではレーザチップ110の反りが顕著であるのに対して、第一のレーザ光源11よりも出射光の波長が短くレーザチップ120、130の長さがレーザチップ110の半分以下と短い第二、第三のレーザ光源12、13ではレーザチップ120、130の反りが小さい。
 本実施例のように、左側壁44L、45Lが薄い、すなわち剛性が小さく、右側壁44R、45Rが厚い、すなわち剛性が大きい第二、第三のレーザホルダ44、45では、右側壁44R、45Rの右方向への開きに比べて左側壁44L、45Lの左方向への開きが大きくなるため、第二、第三のレーザ光源12、13はレーザホルダ44、45内で左側へ変位する。この第二、第三のレーザ光源12、13の左側への変位によって、レーザチップ120、130の反りによる変位がもともと小さかった第二、第三のレーザ光源12、13の発光点は、左方向への変位が増加する。
 一方、左右の側壁46L、46Rの厚さt6L、t6Rが同じ、すなわち左右の側壁46L、46Rの剛性が等しい第一のレーザホルダ46では、左側壁46Lと右側壁46Rの変形も(厳密には、レーザ光源の剛性の左右非対称性により対称とはならないが)ほぼ左右対称となるため、第一のレーザ光源11は第一のレーザホルダ46内でほとんど変位しない。そのため第一のレーザ光源11の発光点は、レーザチップ110の反りによって生じていた左方向への変位が残ったままとなる。
 図8は、レーザ光源11、12、13を本実施例のレーザホルダ46、44、45でそれぞれ保持した場合に、環境温度が降下したときの発光点の左方向変位の計算結果を示したものである。環境温度条件は図5と同じである。図8において、左端は左右の側壁46L、46Rの厚みt6L、t6Rが等しい第一のレーザホルダ46に保持された第一のレーザ光源11の発光点の変位、中央は右側壁44Rの厚さt4Rが左側壁44Lの厚さt4Lの2倍の第二のレーザホルダ44で保持された第二のレーザ光源12の発光点の変位、右端は右側壁45Rの厚さt5Rが左側壁45Lの厚さt5Lの2倍の第三のレーザホルダ45で保持された第三のレーザ光源13の発光点の変位である。このとき、第一のレーザホルダ46の側壁の、レーザチップ110側の厚さt6Rに対するヒートシンク112側の厚さt6Lの比は、第二のレーザホルダ44の側壁の、レーザチップ120側の厚さt4Rに対するヒートシンク122側の厚さt4Lの比、および第三のレーザホルダ45の側壁の、レーザチップ130側の厚さt5Rに対するヒートシンク132側の厚さt5Lの比の2倍である。なお、図8中の発光点の変位は、図12の左端に示す、従来のレーザホルダで保持した場合のレーザ光源11の発光点の変位の値で正規化している。
 図8と図12の中央、右端の計算結果のそれぞれの差から分るように、第二、第三のレーザホルダ44、45の左右非対称な変形によって、第二、第三のレーザ光源12、13の発光点を第一のレーザ光源11の発光点の変位と同じ左方向へ変位されられるので、3つのレーザ光源11、12、13の発光点の変位の差を従来例の半分程度まで小さくできる。したがって、発光点とコリメートレンズの主点とを結ぶ直線の方向、すなわちレーザ光の進行方向の変化の相対差を小さくすることができる。さらに、本実施例では、従来例に比べてレーザホルダの側壁の厚さを薄くしているので、光源モジュールを小型化できる。
 なお、実施例1と同様に、環境温度が上昇した場合でも変位の方向が逆向きになるだけで、同様の効果が得られる。
 このように本実施例によれば、出射する光の波長が異なる複数のレーザ光源を備えた光源モジュールにおいて、環境温度が変化した場合においても、例えばスクリーン上でのスポットの色ずれが少ない光源モジュールを提供できる。
 本実施例について図9から図11を用いて説明する。図中において実施例1と同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
 図9は、本実施例におけるレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示す分解斜視図である。図9において、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザホルダの形状とレーザ光源の取付け方向を示している。本実施例においては、第一のレーザ光源11は第一のレーザホルダ47に固定され、第二、第三のレーザ光源12、13は第二、第三のレーザホルダ44、45にそれぞれ固定される。
 本実施例の特徴は、第一のレーザホルダ47では、突起部47aが設けられた左側壁47Lの厚さt7Lが右側壁47Rの厚さt7Rよりも厚いのに対して、第二のレーザホルダ44では、突起部44aが設けられた左側壁44Lの厚さt4Lが右側壁44Rの厚さt4Rよりも薄く、第三のレーザホルダ45では、突起部45aが設けられた45Lの厚さt5Lが右側壁45Rの厚さt5Rよりも薄いことである。すなわち、第一のレーザホルダ47では、左側壁47Lの剛性が右側壁47Rの剛性よりも大きいのに対して、第二、第三のレーザホルダ44、45では、左側壁44L、45Lの剛性が右側壁44R、45Rの剛性よりも小さいことである。ここでいう剛性とは、レーザ光源がレーザホルダの開口部を左右へ押し広げようとする力に対する側壁の開きづらさのことである。
 本実施例の特徴をさらに換言すれば、第一のレーザホルダ47の側壁の、レーザチップ110側の厚さt7R、すなわち剛性、に対するヒートシンク112側の厚さt7L、すなわち剛性、の比が、第二のレーザホルダ44の側壁の、レーザチップ120側の厚さt4R、すなわち剛性、に対するヒートシンク122側の厚さt4L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。かつ、第三のレーザホルダ45の側壁の、レーザチップ130側の厚さt5R、すなわち剛性、に対するヒートシンク132側の厚さt5L、すなわち剛性、の比よりも大きいことである。ここで、左側壁47L、44L、45Lの厚さt7L、t4L、t5Lは、それぞれ、開口部470、440、450の中心を通る直線上での左側壁47L、44L、45Lの内側面と外側面との距離であり、突起部47a、44a、45aの中心方向への突出高さを除いた値である。
 図10は本実施例における環境温度が降下した時のレーザ光源とレーザホルダの変形を光路面内で描いた断面模式図である。図10おいて、(a)、(b)、(c)は、それぞれレーザ光源11、12、および13に対応したレーザ光源とレーザホルダの変形を光路面内で描いた断面図を示している。本実施例においても、レーザチップ110、120、130の先端にある発光点の変位は、レーザ光源11、12、13内部の熱応力に起因したレーザチップ110、120、130の反りと、レーザ光源11、12、13とレーザホルダ47、44、45間の熱応力に起因したステム113、123、133の曲げと側壁47L、47R、44L、44R、45L、45Rの曲げで発生する。また、3つのレーザ光源の中で最も長い波長の光を出射し最長のレーザチップ110を搭載している第一のレーザ光源11ではレーザチップ110の反りが顕著であるのに対して、第一のレーザ光源11よりも出射光の波長が短くレーザチップ120、130の長さがレーザチップ110の半分以下と短い第二、第三のレーザ光源12、13ではレーザチップ120、130の反りが小さい。
 本実施例において、第一のレーザホルダ47では、左側壁の47L左方向への開きに比べて右側壁47Rの右方向への開きが大きくなるため、第一のレーザ光源11はその分、レーザホルダ41内で右側へ変位する。この第一のレーザ光源11の右側への変位によって、レーザチップ110の反りによって生じていた発光点の左側への変位が低減される。
 一方、第二、第三のレーザホルダ44、45では、右側壁44R、45Rの右方向への開きに比べて左側壁44L、45Lの左方向への開きが大きくなるため、第二、第三のレーザ光源12、13は第二、第三のレーザホルダ44、45内で左側へ変位する。この第二、第三のレーザ光源12、13の左側への変位によって、レーザチップ120、130の反りによる変位がもともと小さかった第二、第三のレーザ光源12、13の発光点は、左側への変位が増加する。
 図11は、レーザ光源11、12、13を本実施例のレーザホルダ47、44、45でそれぞれ保持した場合に、環境温度が降下したときの発光点の左方向変位の計算結果を示したものである。環境温度条件は図5と同じである。図11において、左端は、左側壁47Lの厚さt7Lが右側壁47Rの厚さt7Rの4倍の第一のレーザホルダ47に保持された第一のレーザ光源11の発光点の変位である。また、中央は、右側壁44Rの厚さt4Rが左側壁44Lの厚さt4Lの2倍の第二のレーザホルダ44に保持された第二のレーザ光源12の発光点の変位である。そして、右端は、右側壁45Rの厚さt5Rが左側壁45Lの厚さt5Lの2倍の第三のレーザホルダ45に保持された第三のレーザ光源13の発光点の変位である。このとき、第一のレーザホルダ47の側壁の、レーザチップ110側の厚さt7Rに対するヒートシンク112側の厚さt7Lの比は、第二のレーザホルダ44の側壁の、レーザチップ120側の厚さt4Rに対するヒートシンク122側の厚さt4Lの比、および第三のレーザホルダ45の側壁の、レーザチップ130側の厚さt5Rに対するヒートシンク132側の厚さt5Lの比の8倍である。なお、図11中の発光点の変位は、図12の左端に示す、従来のレーザホルダで保持した場合のレーザ光源11の発光点の変位の値で正規化している。
 図11と図12の左端の計算結果の差から分るように、第一のレーザホルダ47の左右非対称な変形によって第一のレーザ光源11の発光点の左方向への変位を減少させる。また、図11と図12の中央、右端の計算結果のそれぞれの差から分るように、第二、第三のレーザホルダ44、45の左右非対称な変形によって第二、第三のレーザ光源12、13の発光点の左方向への変位を増加させる。これにより、3つのレーザ光源11、12、13の発光点の変位の差を従来例の2割程度にまで低減することができる。したがって、本実施例では発光点とコリメートレンズの主点とを結ぶ直線の方向、すなわちレーザ光の進行方向の変化の相対差を従来例に比べて大幅に小さくすることができる。
 なお、実施例1と同様に、環境温度が上昇した場合でも変位の方向が逆向きになるだけで同様の効果が得られる。
 このように本実施例によれば、出射する光の波長が異なる複数のレーザ光源を備えた光源モジュールにおいて、環境温度が変化した場合においても、例えばスクリーン上でのスポットの色ずれが少ない光源モジュールを提供できる。
 以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、上記した実施例では、レーザホルダの側壁の剛性を変えることを、側壁の厚さを変えることで説明したが、剛性を形状で変えてもよく、例えば側壁の一部に穴を設けてもよいし、リブを追加する構成としてもよい。また、側壁の厚さの比を2倍や4倍として説明したが、この数値に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
 1:走査型画像表示装置、10:光源モジュール、20:ミラー装置、30:スクリーン、40:筐体、11、12、13:レーザ光源、14、15、16:コリメートレンズ、17、18:ダイクロイックミラー、113、123、133:ステム、112、122、132:ヒートシンク、111、121、121:サブマウント、110、120、130:レーザチップ、113a、123a、133a:溝、113b、 113c、123b、 123c、133b、 133c:切欠き、21:反射ミラー、41、42、43、44、45、46、47:レーザホルダ、410、420、430、440、450、460、470:開口部、41a、42a、43a、44a、45a、46a、47a:突起部、41d、42d、43d、44d、45d、46d、47d:リブ、41L、42L、43L、44L、45L、46L、47L:左側壁、t1L、t2L、t3L、t4L、t5L、t6L、t7L:左側壁の厚さ、41R、42R、43R、44R、45R、46R、47R:右側壁、t1R、t2R、t3R、t4R、t5R、t6R、t7R:右側壁の厚さ

Claims (10)

  1.  レーザチップがヒートシンク上に設置されたレーザ光源と、該レーザ光源を保持するレーザホルダとを有する光源モジュールであって、
     前記レーザホルダの前記レーザチップ側にある側壁の剛性が、前記レーザホルダの前記ヒートシンク側にある側壁の剛性と異なることを特徴とする光源モジュール。
  2.  請求項1に記載の光源モジュールであって、
     前記剛性は、レーザ光源がレーザホルダを押し広げようとする力に対する変形しづらさであることを特徴とする光源モジュール。
  3.  請求項1に記載の光源モジュールであって、
     前記レーザホルダの側壁のレーザチップ側の厚さがヒートシンク側の厚さと異なることを特徴とする光源モジュール。
  4.  出射光の波長が異なる複数のレーザ光源と、該複数のレーザ光源のそれぞれを個別に保持するレーザホルダを有する光源モジュールであって、
     前記レーザ光源はレーザチップがヒートシンク上に設置された構造であり、
    前記複数のレーザ光源のうち最も長い波長の光を出射する第一のレーザ光源を保持する第一のレーザホルダにおけるレーザチップ側にある側壁の剛性に対するヒートシンク側にある側壁の剛性の比が、前記複数のレーザ光源のうちの残りのレーザ光源を保持する残りのレーザホルダにおけるレーザチップ側にある側壁の剛性に対するヒートシンク側にある側壁の剛性の比よりも大きいことを特徴とする光源モジュール。
  5.  請求項4に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のレーザチップ側の厚さに対するヒートシンク側の厚さの比が、前記残りのレーザホルダの側壁のレーザチップ側の厚さに対するヒートシンク側の厚さの比よりも大きいことを特徴とする光源モジュール。
  6.  請求項5に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のレーザチップ側の厚さに対するヒートシンク側の厚さの比が、前記残りのレーザホルダの側壁のレーザチップ側の厚さに対するヒートシンク側の厚さの比の2倍以上であることを特徴とする光源モジュール。
  7.  請求項5に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さよりも厚く、前記残りのレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さとレーザチップ側の厚さが同じであることを特徴とする光源モジュール。
  8.  請求項5に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さとレーザチップ側の厚さが同じで、前記残りのレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さよりも薄いことを特徴とする光源モジュール。
  9.  請求項5に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さよりも厚く、前記残りのレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さよりも薄いことを特徴とする光源モジュール。
  10.  請求項9に記載の光源モジュールであって、
     前記第一のレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さの4倍以上で、前記残りのレーザホルダの側壁のヒートシンク側の厚さがレーザチップ側の厚さの半分以下であることを特徴とする光源モジュール。
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