(57)【要約】  レーザ光源素子の高い面内実装密度を実現し、かつ、各レーザ光源素子に対するレンズの位置を高精度に調整可能な技術を提供することを目的とする。レーザ光源装置１は、ベース３０と、ベース３０の上面上であり、かつ、ｘ軸およびｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数の半導体レーザ素子１０１〜１０４と、複数の半導体レーザ素子１０１〜１０４が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズ４１〜４４と、ベース３０の上面に配置されたスペーサ２０と、複数のレンズ４１〜４４をスペーサ２０に固定する接着剤５０とを備える。スペーサ２０は、各レンズ４１〜４４毎に、円環状の支持面２０ｂと、壁部２０ｃとを備え、壁部２０ｃは格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝２０ｄを有する。
2019087290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が平面であるベース（３０）と、
前記ベース（３０）の上面上であり、かつ、前記ベース（３０）の上面に対して平行な方向であるｘ軸および前記ベース（３０）の上面に対して平行な方向かつ前記ｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数のレーザ光源素子（１０１〜１０４）と、
複数の前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズ（４１〜４４）と、
前記ベース（３０）の上面に配置され、複数の前記レンズ（４１〜４４）を支持するスペーサ（２０）と、
複数の前記レンズ（４１〜４４）を前記スペーサ（２０）に固定する接着剤（５０）と、
を備え、
前記スペーサ（２０）は、各前記レンズ（４１〜４４）毎に、前記レンズ（４１〜４４）の下面を支持する円環状の支持面（２０ｂ）と、前記レンズ（４１〜４４）の側面が前記接着剤（５０）にて固定される壁部（２０ｃ）とを備え、
前記壁部（２０ｃ）は前記格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝（２０ｄ）を有する、レーザ光源装置。
【請求項２】
前記接着剤（５０）は、前記レンズ（４１〜４４）の側面と前記壁部（２０ｃ）との間における前記レンズ（４１〜４４）を挟んで対向する２箇所に配置され、
前記接着剤（５０）は、前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）からのレーザ光が前記レンズ（４１〜４４）の出射面を通過する領域の外側に配置された、請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記接着剤（５０）は、前記格子点の対角点を結ぶ２方向のうち、前記逃げ溝（２０ｄ）が形成される方向とは異なる方向の延長線上に配置された、請求項２記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記接着剤（５０）は前記２箇所に加え、前記レンズ（４１〜４４）の側面と前記逃げ溝（２０ｄ）との間における前記レンズ（４１〜４４）を挟んで対向する位置にさらに２箇所配置された、請求項２または請求項３記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記ｘ軸群の配列間隔と、前記ｙ軸群の配列間隔は等しい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記ｘ軸群と前記ｙ軸群は互いに直交する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ光源装置（１）を製造するレーザ光源装置（１）の製造方法であって、
（ａ）複数の前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）を前記ベース（３０）に固定する工程と、
（ｂ）前記スペーサ（２０）を前記ベース（３０）の上面に固定する工程と、
（ｃ）前記スペーサ（２０）に前記接着剤（５０）を塗布する工程と、
（ｄ）前記レンズ（４１〜４４）を前記スペーサ（２０）に配置する工程と、
（ｅ）前記逃げ溝（２０ｄ）に沿って前記レンズ（４１〜４４）を把持し、前記レンズ（４１〜４４）の位置を調整する工程と、
（ｆ）前記接着剤（５０）を硬化させ前記レンズ（４１〜４４）を固定する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）から前記工程（ｆ）までを各前記レンズ（４１〜４４）毎に繰り返す、レーザ光源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子等のレーザ発振素子を備えたレーザ光源装置において、複数のレーザ発振素子を共通の筐体に組み込むための構成と保持構造、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として半導体レーザ素子（以下、「レーザ光源素子」ともいう）が注目されている。半導体レーザ素子は、発振される光の単色性、高指向性および低消費電力等の優れた特長を有し、現在普及しているランプの置き換え光源として期待されている。しかしながら、現状の半導体レーザ素子は、１つの素子で投射型表示装置に求められる出力を達成することが困難であり、レーザ発振素子を複数搭載して投射型表示装置の光源を構成することが一般的である。【０００３】
複数の半導体レーザ素子を搭載してプロジェクタの光源を構成する場合、光学設計の観点からは、半導体レーザ素子同士はできる限り近接して配置されることが望ましい。発光面積を小さくすることで、ビームを空間合成する際に必要となる光学素子と、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）といった表示デバイスなどの小型化が可能となり、システムのコストダウンが図れるためである。【０００４】
さらに、高輝度なプロジェクタを実現するうえでは、出射光の伝播方向の高精度な制御が求められる。これはレーザ光源システムに対しレンズと半導体レーザ素子の位置関係を調整する機構を付与することで実現される。【０００５】
上記の課題に対し、例えば特許文献１には、レンズの保持部材を別の支持部材に溶接により固定する際にレンズの位置を調整する機構を開示している。【０００６】
特許文献２には、複数の半導体レーザ素子に対しレンズアレイを用いることで面内実装密度を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、レンズホルダによりレンズアレイの位置を調整する機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５４５３９２７号
【特許文献２】特許第５８３５６０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、レンズ保持用の鏡筒が半導体レーザ素子を複数配置する際の機構的な制約条件となり、半導体レーザ素子の面内実装密度を高めるという点で不利である。また、面内実装密度を高める目的で鏡筒を小型化する際には、それに応じたレンズの小型化が必須であり、光学設計の自由度が低下する。【０００９】
また、特許文献２では、レンズアレイが用いられているため、各半導体レーザ素子に対してレンズの位置を最適化することが難しい。【００１０】
そこで、本発明は、レーザ光源素子の高い面内実装密度を実現し、かつ、各レーザ光源素子に対するレンズの位置を高精度に調整可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るレーザ光源装置は、上面が平面であるベースと、前記ベースの上面上であり、かつ、前記ベースの上面に対して平行な方向であるｘ軸および前記ベースの上面に対して平行な方向かつ前記ｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数のレーザ光源素子と、複数の前記レーザ光源素子が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズと、前記ベースの上面に配置され、複数の前記レンズを支持するスペーサと、複数の前記レンズを前記スペーサに固定する接着剤とを備え、前記スペーサは、各前記レンズ毎に、前記レンズの下面を支持する円環状の支持面と、前記レンズの側面が前記接着剤にて固定される壁部とを備え、前記壁部は前記格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光源装置は、上面が平面であるベースと、ベースの上面上であり、かつ、ベースの上面に対して平行な方向であるｘ軸および前記ベースの上面に対して平行な方向かつ前記ｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数のレーザ光源素子と、複数のレーザ光源素子が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズと、ベースの上面に配置され、複数のレンズを支持するスペーサと、複数のレンズをスペーサに固定する接着剤とを備え、スペーサは、各レンズ毎に、レンズの下面を支持する円環状の支持面と、レンズの側面が接着剤にて固定される壁部とを備え、壁部は格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝を有する。【００１３】
したがって、レーザ光源装置はレンズ保持用の鏡筒を備えず、スペーサに複数のレンズが固定されるため、レーザ光源素子の高い面内実装密度を実現することができる。また、スペーサに設けられた逃げ溝に沿ってレンズを把持することが可能であるため、レンズの高精度な位置調整が可能となる。【００１４】
この発明の目的、特徴、局面、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係るレーザ光源装置の斜視図である。
【図２】スペーサおよびレンズを取り除いた状態を示すレーザ光源装置の斜視図である。
【図３】図２のA-A線断面図である。
【図４】半導体レーザ素子の斜視図である。
【図５】半導体レーザ素子の配列を説明するための図である。
【図６】スペーサの斜視図である。
【図７】スペーサの壁部およびその周辺部の拡大平面図である。
【図８】レンズが配置される前のスペーサの壁部およびその周辺部の平面図と断面図である。
【図９】レンズが配置された後のスペーサの壁部およびその周辺部の平面図と断面図である。
【図１０】レンズ把持機構によるレンズの調整工程を行っている状態を示すレーザ光源装置の斜視図である。
【図１１】図１０のD-D線断面図であり、レンズ把持機構によりレンズが把持される前の状態を示す断面図である。
【図１２】図１０のD-D線断面図である。
【図１３】レーザ光源装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】レーザ光源装置を駆動した際に出射光がレンズの出射面を通過する領域を示す図である。
【図１５】図１４の場合のリードピンの向きを説明するための図である。
【図１６】レーザ光源装置を駆動した際に出射光がレンズの出射面を通過する領域を示す図である。
【図１７】図１６の場合のリードピンの向きを説明するための図である。
【図１８】実施の形態１の変形例１に係るレーザ光源装置を駆動した際に出射光がレンズの出射面を通過する領域を示す図である。
【図１９】図１８の場合のリードピンの向きを説明するための図である。
【図２０】実施の形態１の変形例２において半導体レーザ素子の配列を説明するための図である。
【図２１】実施の形態１の変形例３において半導体レーザ素子の配列を説明するための図である。
【図２２】実施の形態２に係るレーザ光源装置の斜視図である。
【図２３】実施の形態２に係るレーザ光源装置の平面図である。
【図２４】実施の形態２に係るレーザ光源装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。最初に、実施の形態１に係るレーザ光源装置１の全体的な構成について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザ光源装置１の斜視図である。図２は、スペーサ２０およびレンズ４１〜４４を取り除いた状態を示すレーザ光源装置１の斜視図である。図３は、図２のA-A線断面図である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、レーザ光源装置１は、レーザ光源素子としての半導体レーザ素子１０１〜１０４、レンズ４１〜４４、スペーサ２０、ベース３０、および接着剤５０を備える。レーザ光源装置１は、さらに駆動回路（図示省略）を備え、駆動回路を通じて半導体レーザ素子１０１〜１０４に電流を注入し、レンズ４１〜４４により平行光化された光出力を得る。
【００１８】
次に、半導体レーザ素子１０１〜１０４について、図４を用いて説明する。図４は、半導体レーザ素子１０１の斜視図である。半導体レーザ素子１０１〜１０４は同じ構造であるため、ここでは半導体レーザ素子１０１について説明する。
【００１９】
図４に示すように、半導体レーザ素子１０１は、例えばＴＯ−Ｃａｎタイプパッケージの半導体レーザ素子である。ＴＯ−Ｃａｎタイプの半導体レーザ素子は、キャップ１１、ガラス窓１２、ステム１３、リードピン１４、およびキャップ１１の内部に設けられた半導体レーザチップ（図示省略）を備える。半導体レーザチップの主材料としてはＧａＡｓおよびＩｎＧａＮ等の化合物半導体であり、半導体レーザチップはステム１３に対して略垂直な方向に光を出射する。一般的に半導体レーザチップの端面は、駆動中に空気中の水分および粉塵が付着することで容易に破壊に至る。しかし、ＴＯ−Ｃａｎパッケージ素子ではキャップ１１により気密封止が保たれているため、駆動環境に求められる条件が緩和される。また、ＴＯ−Ｃａｎタイプパッケージの半導体レーザ素子は小型であるため、使用個数の調整、すなわち要求仕様に応じた光出力の増減が容易である。
【００２０】
端面発光型の半導体レーザ素子は、活性層に垂直な方向、すなわち速軸に沿った方向への出射光の拡がりが、活性層に水平な方向、すなわち遅軸に沿った方向への拡がりに対して約１０倍大きいという特徴がある。したがって、図４に示すように、出射光７０の伝播方向に対する断面、すなわち遠視野像は楕円となっている。図４は、半導体レーザ素子１０１の斜視図である。また、一般的にＴＯ−Ｃａｎパッケージタイプの半導体レーザ素子では、２本のリードピン１４の方向に対し半導体レーザ素子の活性層が水平であるため、図４に示すように、リードピン１４の配列方向の出射光の拡がりが小さく、９０度傾いた軸に対する出射光７０の拡がりが大きい。
【００２１】
図１と図２に示すように、ベース３０は、ＣｕおよびＡｌ等の金属、またはＳｉＣおよびＡｌＮ等のセラミックといった高熱伝導材を主材料とした、半導体レーザ素子１０１〜１０４を支持するための土台である。また、ベース３０の上面は平面である。なお、図面において説明のために設けたｘ、ｙ、ｚ軸は直交座標系であり、ｘ軸は、ベース３０の上面に対して平行な方向を指している。ｙ軸は、ベース３０の上面に対して平行な方向、かつ、ｘ軸に対して交差する方向を指している。より具体的には、ｙ軸は、ベース３０の上面に対して平行な方向、かつ、ｘ軸に対して直交する方向を指している。ｚ軸はベース３０の上面に対して垂直な方向を指している。
【００２２】
半導体レーザ素子１０１〜１０４の底面は、熱伝導グリスまたはシート状の放熱材を介してベース３０の上面に密着した状態で固定されている。さらに放熱性を高めるためには、ＳｕＡｇＣｕまたはＡｕＳｎ等を主成分とするはんだ材を用いて、半導体レーザ素子１０１〜１０４とベース３０を接合することが望ましい。なお、半導体レーザ素子１０１〜１０４は、外部駆動系から電流を注入するためのリードピン１４を有しているため、ベース３０はそれを逃すための貫通穴または溝を有している。
【００２３】
図２に示すように、直線８１，８２および直線９１，９２は、半導体レーザ素子１０１〜１０４のベース３０上での配置を説明するための仮想線である。直線８１，８２および直線９１，９２はそれぞれｘ軸およびｙ軸に平行な直線であり、かつ、ベース３０の上面上に存在する。ここで、直線８１，８２および直線９１，９２は互いに交差する。より具体的には、直線８１，８２および直線９１，９２は互いに直交する。また、直線８１と直線８２の間隔、直線９１と直線９２の間隔はそれぞれ等しい。すなわち、直線８１と直線８２の間隔、直線９１と直線９２の間隔をそれぞれａ，ｂとすると、次の（１）式の関係を満たす。
【００２４】
【数１】
2019087290.tif 000003
【００２５】
半導体レーザ素子１０１〜１０４は、その発光点が直線８１，８２および直線９１，９２の交点、すなわち正方格子点上に位置するよう配列され、面光源を形成している。図５は、半導体レーザ素子１０１〜１０４の配列を説明するための図である。図５に示すように、直線８１と直線９１の交点を（ｘ，ｙ）＝（０，０）とすると、（ｘ，ｙ）＝（０，０）、（ａ，０）、（０，ｂ）、（ａ，ｂ）の４点に発光点が位置する。
【００２６】
このときの半導体レーザ素子１０１〜１０４の配列間隔、すなわち格子点の配列間隔は、レーザ光源装置１が最終的に組み込まれる投射型表示装置等のシステムからの要求にも依存するが、一般的には密であることが望ましい。半導体レーザ素子１０１〜１０４の間隔が密であるほど、すなわち光源の発光面積が小さいほど、投射型表示装置で使用される光学部品を小さくすることができるため、システムの製造コストが削減できるためである。なお、直線８１，８２がｘ軸群に相当し、直線９１，９２がｙ軸群に相当する。
【００２７】
図１に示すように、レンズ４１〜４４は、半導体レーザ素子１０１〜１０４が出射するレーザ光（以下、「出射光」ともいう）を平行光化するためのレンズであり、上面が軸対称の球面または非球面である。半導体レーザ素子、特に端面発光型の半導体レーザ素子では、発振波長に対して出射口が非常に小さいため、回折効果によるビームの拡がりが生じる。特に半導体レーザチップのエピタキシャル成長方向に沿った方向、すなわち速軸方向の拡がりは全角で６０度ほどである。このため、半導体レーザ素子１０１〜１０４から比較的近い位置にコリメート作用を有するレンズ４１〜４４を配置し、ビームサイズを出射距離に対し略一定に維持させている。レンズ４１〜４４は半導体レーザ素子１０１〜１０４からのレーザ光が入射する入射面は平面に、レーザ光が出射する出射面は曲面になっており、レンズ４１〜４４の平面視は一般的な円状である。なお、レンズ４１〜４４の入射面は下面であり、出射面は上面である。
【００２８】
このとき、レンズ４１〜４４は半導体レーザ素子１０１〜１０４に対して所定の間隔をあけて支持される必要があり、スペーサ２０はこれを実現するために設けられる。スペーサ２０は、金属または樹脂を主材料とする直方体状の筐体である。なお、所定の間隔とは搭載するレンズの曲面形状等によって決まる値である。スペーサ２０は、半導体レーザ素子１０１〜１０４が接合されたベース３０に対し、ねじを用いた締結による固定、接着剤を用いた接着による固定、またはその両方によって固定されている。
【００２９】
図６は、スペーサ２０の斜視図である。図６に示すように、スペーサ２０は、各レンズ４１〜４４毎に、半導体レーザ素子１０１〜１０４を内在するための空間２０ａと、空間２０ａにおけるスペーサ２０の上面側への開口の周縁部に設けられた支持面２０ｂと、支持面２０ｂに沿うようにスペーサ２０の上面から突出した壁部２０ｃとを有する。支持面２０ｂは、円環状であり、レンズ４１〜４４の下面を支持する。壁部２０ｃはレンズ４１〜４４の側面のほとんどを覆い、壁部２０ｃにレンズ４１〜４４の側面が接着剤５０により固定される。以下、「空間２０ａにおけるスペーサ２０の上面側への開口」を、単に「空間２０ａの開口」という。
【００３０】
空間２０ａは、半導体レーザ素子１０１〜１０４をスペーサ２０に内在させるだけではなく、半導体レーザ素子１０１〜１０４から出射されたレーザ光をレンズ４１〜４４に結合させるための役割を担う。したがって、空間２０ａの開口は、円形であるレンズ４１〜４４の同心円として形成されている。なお、スペーサ２０がその上面でレンズ４１〜４４を支持できるように、空間２０ａの開口の直径は、レンズ４１〜４４の直径よりも小さい。また、壁部２０ｃもレンズ４１〜４４と同心円として形成されており、壁部２０ｃにより形成される同心円内にレンズ４１〜４４が内在されるため、壁部２０ｃの内径はレンズ４１〜４４の直径よりも大きい。
【００３１】
図７は、スペーサ２０の壁部２０ｃおよびその周辺部の拡大平面図である。図７に示すように、上記の大小関係は、空間２０ａの開口の直径をｄ１、レンズ４１の直径をｄ２、壁部２０ｃの内径をｄ３とすると次の（２）式で表される。
【００３２】
【数２】
2019087290.tif 000004
【００３３】
なお、半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光を効率よくレンズ４１〜４４に結合させる必要性から、開口の直径ｄ１はレンズ４１の直径ｄ２に対し小さ過ぎないほうがよい。具体的にはｄ１はｄ２の８０％以上かつ９８％以下の範囲であることが望ましい。また、壁部２０ｃは搭載されるレンズ４１〜４４の側面に沿うように設けられているが、レンズ４１〜４４の側面全域に沿うようには設けられていない。
【００３４】
図５〜図７に示すように、壁部２０ｃにおいて、半導体レーザ素子１０１〜１０４の位置する正方格子点の対角点どうしを結ぶ方向、すなわち格子点（０，ｂ）と格子点（ａ，０）を結ぶ直線と平行な方向に対しては幅ｌ１を有する逃げ溝２０ｄが設けられている。逃げ溝２０ｄは、スペーサ２０上でレンズ４１〜４４を最適な位置に調整する際に、レンズ４１〜４４の側面を把持するために必要となる。
【００３５】
レンズ４１〜４４とスペーサ２０は接着剤５０を介して固定される。接着剤５０として、レーザ光源装置１の製造の観点から紫外線硬化型の接着剤であるエポキシ樹脂系またはアクリル樹脂系の接着剤が使用される。壁部２０ｃは、レンズ４１〜４４とスペーサ２０の接着固定を容易かつ強固に実現するための役割を担う。
【００３６】
次に、レーザ光源装置１の製造方法について、図８〜図１３を用いて説明する。図８（ａ）は、レンズ４１が配置される前のスペーサ２０の壁部２０ｃおよびその周辺部の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のB-B線断面図である。図９（ａ）は、レンズ４１が配置された後のスペーサ２０の壁部２０ｃおよびその周辺部の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のC-C線断面図である。図１０は、レンズ把持機構６０によるレンズ４１の調整工程を行っている状態を示すレーザ光源装置１の斜視図である。図１１は、図１０のD-D線断面図であり、レンズ把持機構６０によりレンズ４１が把持される前の状態を示す断面図である。図１２は、図１０のD-D線断面図である。図１３は、レーザ光源装置１の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、断面図においては図面を簡略化するためにベース３０の記載を省略している。
【００３７】
先ず、半導体レーザ素子１０１〜１０４をベース３０に固定する（ステップＳ１）。次に、スペーサ２０をベース３０に固定する（ステップＳ２）。図８（ａ），（ｂ）に示すように、レンズ４１の接着に際し、始めにレンズ４１が配置されていない状態でスペーサ２０の支持面２０ｂ上に接着剤５０を塗布する（ステップＳ３）。このとき、接着剤５０は壁部２０ｃに沿って、半導体レーザ素子１０１の位置する正方格子点の対角点同士を結ぶ方向、すなわち格子点（０，０）と格子点（ａ，ｂ）を結ぶ直線と平行な方向に、レンズ４１を挟んで対向して２箇所ずつ塗布される。続いてレンズ４１をスペーサ２０に配置する（ステップＳ４）。
【００３８】
このとき、接着剤５０はレンズ４１と壁部２０ｃの間に挟まれることで周囲に拡がり、結果として図９（ａ），（ｂ）に示すように、レンズ４１の側面と入射面に周りこむ。これにより、壁部２０ｃがないときと比べて広い接着面積を確保でき、より高い接着強度を得ることができる。なお、壁部２０ｃの高さは、接着強度を維持する上でレンズ４１の側面の幅の２０％以上の高さが必要であり、より強固な固定を実現するためにはレンズ４１の側面の幅の５０％以上の高さであることが望ましい。
【００３９】
続いて図１１に示すように、レンズ把持機構６０は、壁部２０ｃの逃げ溝２０ｄに降下され、矢印の方向に動作する。図１０と図１２に示すように、レンズ把持機構６０は、レンズ４１の側面を把持し、レンズ４１の位置調整を行う。レンズ４１の位置調整は、レンズ把持機構６０がレンズ４１を把持した状態で、スペーサ２０の上面を面内に移動しながら行われる。さらに、位置調整は、半導体レーザ素子１０１を電流駆動しレンズ４１からの出射光７０をモニタリングしながら行われる。すなわち、ある一定距離離れたスクリーン上に予め定められたターゲット位置に出射光７０の光源像を合わせこむことで位置調整を実施する（ステップＳ５）。
【００４０】
なお、レンズ４１は、壁部２０ｃの内径に沿って移動することができるが、レンズ把持機構６０と壁部２０ｃの逃げ溝２０ｄの幅ｌ１によって移動範囲の制限が発生する可能性がある。したがって、壁部２０ｃの逃げ溝２０ｄの幅ｌ１は、必要なレンズ移動範囲とレンズ把持機構６０の外形寸法に応じて設定することが望ましい。
【００４１】
レンズ４１の位置調整の完了後、接着剤５０に紫外線を照射して接着剤５０を硬化させる（ステップＳ６）。続いて別のレンズ、例えば各レンズ４２〜４４毎に、接着剤の塗布、レンズの配置、レンズの位置調整、紫外線照射による接着剤硬化の工程を繰り返す（ステップＳ７）。このとき、レンズ４１はすでに紫外線照射により硬化されているため、他のレンズの調整の際に一度調整した位置から再度移動しない。そして、全てのレンズ４１〜４４について調整および紫外線照射による硬化が完了した後、必要に応じて加熱炉での熱硬化工程を実施する（ステップＳ８）。これは紫外線照射による接着が十分に行われない場合を考慮して実施する。
【００４２】
次に、出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域と、リードピン１４の向きとの関係について説明する。図１４は、レーザ光源装置１を駆動した際に出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域を示す図である。図１５は、図１４の場合のリードピン１４の向きを説明するための図である。図１６は、レーザ光源装置１を駆動した際に出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域を示す図である。図１７は、図１６の場合のリードピン１４の向きを説明するための図である。
【００４３】
外部駆動系からリードピン１４への電気配線が容易になるため、半導体レーザ素子１０１〜１０４の向きは図１４〜図１７に示すような配置であることが望ましく、このとき半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域はｘ軸およびｙ軸に沿った扁平な形状となる。
【００４４】
具体的には、図１４と図１５に示すように、各半導体レーザ素子１０１〜１０４の２本のリードピン１４がｙ軸方向に平行となるように半導体レーザ素子１０１〜１０４を配列した場合、半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域はｘ軸に沿った扁平な形状となる。図１６と図１７に示すように、各半導体レーザ素子１０１〜１０４の２本のリードピン１４がｘ軸方向に平行となるように半導体レーザ素子１０１〜１０４を配列した場合、半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域はｙ軸に沿った扁平な形状となる。
【００４５】
以上のように、実施の形態１に係るレーザ光源装置１は、上面が平面であるベース３０と、ベース３０の上面上であり、かつ、ベース３０の上面に対して平行な方向であるｘ軸およびベース３０の上面に対して平行な方向かつｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数の半導体レーザ素子１０１〜１０４と、複数の半導体レーザ素子１０１〜１０４が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズ４１〜４４と、ベース３０の上面に配置され、複数のレンズ４１〜４４を支持するスペーサ２０と、複数のレンズ４１〜４４をスペーサ２０に固定する接着剤５０とを備え、スペーサ２０は、各レンズ４１〜４４毎に、レンズ４１〜４４の下面を支持する円環状の支持面２０ｂと、レンズ４１〜４４の側面が接着剤５０にて固定される壁部２０ｃとを備え、壁部２０ｃは格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝２０ｄを有する。
【００４６】
また、実施の形態１に係るレーザ光源装置１の製造方法は、複数の半導体レーザ素子１０１〜１０４をベース３０に固定する工程（ａ）と、スペーサ２０をベース３０の上面に固定する工程（ｂ）と、スペーサ２０に接着剤５０を塗布する工程（ｃ）と、レンズ４１〜４４をスペーサ２０に配置する工程（ｄ）と、逃げ溝２０ｄに沿ってレンズ４１〜４４を把持し、レンズ４１〜４４の位置を調整する工程（ｅ）と、接着剤５０を硬化させレンズ４１〜４４を固定する工程（ｆ）とを備え、工程（ｄ）から工程（ｆ）までを各レンズ４１〜４４毎に繰り返す。
【００４７】
したがって、レーザ光源装置１はレンズ保持用の鏡筒を備えず、スペーサ２０に複数のレンズ４１〜４４が固定されるため、半導体レーザ素子１０１〜１０４の高い面内実装密度を実現することができる。また、スペーサ２０に設けられた逃げ溝２０ｄに沿ってレンズ４１〜４４を把持することが可能であるため、レンズ４１〜４４の高精度な位置調整が可能となる。
【００４８】
さらに、壁部２０ｃを利用してレンズ４１〜４４とスペーサ２０の間の接着面積を拡大することで、接着による固定の強度を容易に高めることが可能となる。以上より、レーザ光源装置１の小型化および耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
接着剤５０は、レンズ４１〜４４の側面と壁部２０ｃとの間におけるレンズ４１〜４４を挟んで対向する２箇所に配置され、接着剤５０は、半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域の外側に配置された。
【００５０】
したがって、出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面および入射面に回り込んだ接着剤５０と干渉することを避けることができる。したがって、レンズ４１〜４４の外径ぎりぎりまでを有効な出射面として使用することができるため、光学設計の自由度が向上する。また、接着剤５０での出射光のケラレがないため、レンズ結合効率を高く保つことができる。また、接着剤５０への出射光７０の直接的な照射量が少ないため、接着剤５０の温度上昇を抑えてレーザ光源装置１の内部劣化を抑制することができる。
【００５１】
接着剤５０は、格子点の対角点を結ぶ２方向のうち、逃げ溝２０ｄが形成される方向とは異なる方向の延長線上に配置された。したがって、接着剤５０が配置された２箇所を結ぶ方向と直交する方向からレンズ４１〜４４の把持を行い、続けてレンズ４１〜４４の位置調整を行う際に、はみ出した接着剤５０がレンズ把持機構６０まで達することを抑制することができる。したがって、接着剤５０がレンズ把持機構６０とレンズ４１〜４４の側面の間に達することで、レンズ把持の解除後にレンズ４１から４４の位置がずれることを抑制することができる。
【００５２】
また、取扱いが容易なＴＯ−Ｃａｎパッケージ素子の半導体レーザ素子１０１〜１０４を用いることにより、高出力かつ高精度にレンズ４１〜４４の位置が調整されたレーザ光源装置１を提供することができる。
【００５３】
ｘ軸群の配列間隔と、ｙ軸群の配列間隔は等しいため、半導体レーザ素子１０１〜１０４の間隔が密になるように配置することができる。これにより、レーザ光源装置１の小型化を図ることが可能となる。
【００５４】
ｘ軸群とｙ軸群は互いに直交するため、半導体レーザ素子１０１〜１０４の間隔が密になるように配置することができる。これにより、レーザ光源装置１の小型化を図ることが可能となる。
【００５５】
＜実施の形態１の変形例＞
次に、実施の形態１の変形例について説明する。図１８は、実施の形態１の変形例１に係るレーザ光源装置１を駆動した際に出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域を示す図である。図１９は、図１８の場合のリードピン１４の向きを説明するための図である。
【００５６】
図１８と図１９に示すように、各半導体レーザ素子１０１〜１０４の２本のリードピン１４がｘ軸方向に平行となるものとｙ軸方向に平行となるものを混在させてもよい。この場合、リードピン１４の向きがｘ軸方向に平行となるものとｙ軸方向に平行となるものに混在することで電気配線が複雑化するが、半導体レーザ素子１０１〜１０４の出射光７０の光軸を、同一のレーザ光源装置１内で互いに９０度回転させることができる。したがって、出射光７０の偏光多重によるスペックル抑制効果を得ることができる。なお、スペックルとはレーザの出射光をスクリーン上に投影した際に見られるランダムな粒子状のパターンであり、投射型表示装置の光源としてレーザを使用する際に問題となる現象である。
【００５７】
図２０は、実施の形態１の変形例２において半導体レーザ素子１０１〜１０４の配列を説明するための図である。図２１は、実施の形態１の変形例３において半導体レーザ素子１０１〜１０４の配列を説明するための図である。
【００５８】
半導体レーザ素子１０１〜１０４の個数および配列間隔は、必要とされる総光出力およびプロジェクタ側の光学設計によって増減することができるパラメータである。
【００５９】
図５に示したように、ａ＝ｂであり、かつ、直線８１，８２および直線９１，９２が互いに直交する正方格子の組合せにすることが、半導体レーザ素子１０１〜１０４の最密配置であり最も望ましい構成であるが、それ以外の配列でも実施の形態１の場合と同様の効果を発揮することが可能である。例えば、図２０に示すように、ａ＜ｂであり、かつ、直線８１，８２および直線９１，９２が互いに直交していてもよい。また、図２１に示すように、ａ＝ｂであり、かつ、直線８１，８２および直線９１，９２が互いに直交していなくてもよい。
【００６０】
レンズ４１〜４４は、必ずしもその入射面が平面である必要はなく、凹凸いずれの方向でも曲面形状を有していてもよい。ただし、レンズ４１〜４４をｘ軸およびｙ軸に平行な面内で調芯する工程でスペーサ２０の上面と接する可能性のある範囲内においては、平面であることが望ましい。
【００６１】
レンズ４１〜４４は、その出射面および入射面が軸対称の曲面でなくてもよく、例えば出射面または入射面側の形状が半導体レーザ素子１０１〜１０４からの出射光７０を速軸方向にのみ平行光化するシリンドリカルレンズであってもよい。
【００６２】
接着剤５０の塗布位置は、半導体レーザ素子１０１〜１０４の出射光７０がレンズ４１〜４４の出射面を通過する領域の外部であれば、半導体レーザ素子１０１〜１０４の位置する格子点の対角点同士を結ぶ方向の延長線上に必ずしもある必要はない。
【００６３】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るレーザ光源装置１について説明する。図２２は、実施の形態２に係るレーザ光源装置１の斜視図である。図２３は、実施の形態２に係るレーザ光源装置１の平面図である。図２４は、実施の形態２に係るレーザ光源装置１の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００６４】
図２２と図２３に示すように、実施の形態２では、接着剤５０は実施の形態１で塗布された２箇所に加え、レンズ４１〜４４の側面と逃げ溝２０ｄとの間におけるレンズ４１〜４４を挟んで対向する位置にさらに２箇所塗布されている。すなわち、各レンズ４１〜４４の側面に沿って等間隔に４箇所に接着剤５０が塗布されている。
【００６５】
次に、実施の形態２に係るレーザ光源装置１の製造方法について簡単に説明する。図２４に示すように、ステップＳ１からステップＳ７までの工程を行った後、すなわち、全てのレンズ４１〜４４の位置調整が終わった後に追加の接着工程を行う（ステップＳ１１）ことで、上記のように実施の形態１における接着剤５０の塗布位置とは反対側の対角方向に接着剤５０を塗布することが可能となる。なお、すでにレンズ４１〜４４はスペーサ２０に接着により固定されているため、紫外線照射による硬化処理は必要ない。
【００６６】
以上のように、実施の形態２に係るレーザ光源装置１では、接着剤５０は２箇所に加え、レンズ４１〜４４の側面と逃げ溝２０ｄとの間におけるレンズ４１〜４４を挟んで対向する位置にさらに２箇所塗布された。
【００６７】
したがって、レンズ４１〜４４とスペーサ２０の間の接着面積が拡大するため、より高い接合強度が得られる。また、各レンズ４１〜４４とスペーサ２０は４点で等間隔に接着により固定されているため、外部荷重が加えられる方向および加えられる衝撃の方向に対する接合強度の依存性が小さくなる。また、接着剤５０の硬化時およびレーザ光源装置１の動作時に、接着剤５０の熱収縮によるレンズ４１〜４４の位置ずれを抑制することができる。
【００６８】
なお、実施の形態２に係るレーザ光源装置１に、上記で説明した実施の形態１の変形例を採用することも可能である。
【００６９】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、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。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
１  レーザ光源装置、２０  スペーサ、２０ｂ  支持面、２０ｃ  壁部、２０ｄ  逃げ溝、３０  ベース、４１〜４４  レンズ、５０  接着剤、１０１〜１０４  半導体レーザ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月19日(2019.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が平面であるベース（３０）と、
前記ベース（３０）の上面上であり、かつ、前記ベース（３０）の上面に対して平行な方向であるｘ軸および前記ベース（３０）の上面に対して平行な方向かつ前記ｘ軸に対して交差する方向であるｙ軸をそれぞれ配列したｘ軸群およびｙ軸群の交点からなる格子点上に配列される複数のレーザ光源素子（１０１〜１０４）と、
複数の前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）が出射するレーザ光を平行光化する複数のレンズ（４１〜４４）と、
前記ベース（３０）の上面に配置され、複数の前記レンズ（４１〜４４）を支持するスペーサ（２０）と、
複数の前記レンズ（４１〜４４）を前記スペーサ（２０）に固定する接着剤（５０）と、
を備え、
前記スペーサ（２０）は、各前記レンズ（４１〜４４）毎に、前記レンズ（４１〜４４）の下面を支持する円環状の支持面（２０ｂ）と、前記レンズ（４１〜４４）の側面が前記接着剤（５０）にて固定される壁部（２０ｃ）とを備え、
前記壁部（２０ｃ）は前記格子点の対角点を結ぶ方向に沿って形成された逃げ溝（２０ｄ）を有する、レーザ光源装置（１）。
【請求項２】
前記接着剤（５０）は、前記レンズ（４１〜４４）の側面と前記壁部（２０ｃ）との間における前記レンズ（４１〜４４）を挟んで対向する２箇所に配置され、
前記接着剤（５０）は、前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）からのレーザ光が前記レンズ（４１〜４４）の出射面を通過する領域の外側に配置された、請求項１記載のレーザ光源装置（１）。
【請求項３】
前記接着剤（５０）は、前記格子点の対角点を結ぶ２方向のうち、前記逃げ溝（２０ｄ）が形成される方向とは異なる方向の延長線上に配置された、請求項２記載のレーザ光源装置（１）。
【請求項４】
前記接着剤（５０）は前記２箇所に加え、前記レンズ（４１〜４４）の側面と前記逃げ溝（２０ｄ）との間における前記レンズ（４１〜４４）を挟んで対向する位置にさらに２箇所配置された、請求項２または請求項３記載のレーザ光源装置（１）。
【請求項５】
前記ｘ軸群の配列間隔と、前記ｙ軸群の配列間隔は等しい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光源装置（１）。
【請求項６】
前記ｘ軸群と前記ｙ軸群は互いに直交する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ光源装置（１）。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ光源装置（１）を製造するレーザ光源装置（１）の製造方法であって、
（ａ）複数の前記レーザ光源素子（１０１〜１０４）を前記ベース（３０）に固定する工程と、
（ｂ）前記スペーサ（２０）を前記ベース（３０）の上面に固定する工程と、
（ｃ）前記スペーサ（２０）に前記接着剤（５０）を塗布する工程と、
（ｄ）前記レンズ（４１〜４４）を前記スペーサ（２０）に配置する工程と、
（ｅ）前記逃げ溝（２０ｄ）に沿って前記レンズ（４１〜４４）を把持し、前記レンズ（４１〜４４）の位置を調整する工程と、
（ｆ）前記接着剤（５０）を硬化させ前記レンズ（４１〜４４）を固定する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）から前記工程（ｆ）までを各前記レンズ（４１〜４４）毎に繰り返す、レーザ光源装置（１）の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2019087290.tif 000029
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2019087290.tif 000030
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2019087290.tif 000031
【国際調査報告】
2019087290.tif 000032
2019087290.tif 000033
2019087290.tif 000034
2019087290.tif 000035