(57)【要約】【課題】レーザ光源モジュールを小型化できると共にエタンデュを小さくできるレーザ光源モジュールを得ること。【解決手段】レーザ光源モジュール１０１は、基板１と、基板１の主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材５の搭載面に搭載して、主面上に設置された第１光源部２１と、主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材５の搭載面に搭載して、主面上に設置された第２光源部２２と、を備える。レーザ光源モジュール１０１は、第１光源部２１の搭載面と第２光源部２２の搭載面とが対向するように第１光源部２１および第２光源部２２が位置決めされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材の搭載面に搭載して、前記主面上に設置された第１光源部と、
前記主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材の搭載面に搭載して、前記主面上に設置された第２光源部と、
を備え、
前記第１光源部の搭載面と前記第２光源部の搭載面とが対向するように前記第１光源部および前記第２光源部が位置決めされている
ことを特徴とするレーザ光源モジュール。
【請求項２】
前記第１光源部の搭載面と前記第２光源部の搭載面とが平行である
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項３】
前記基板には、複数の第１リードピンおよび複数の第２リードピンが設けられ、
前記レーザ素子は、電気絶縁性を有するサブマウントを介して前記搭載面に設置され、
前記サブマウントには、複数のメタライズパターンが形成され、
前記レーザ素子は、はんだを用いて第１メタライズパターンと接合され、
前記レーザ素子の駆動電極は、ワイヤを介して第２メタライズパターンと電気接続され、
前記第１メタライズパターンは、導体を介して前記第１リードピンと電気接続され、
前記第２メタライズパターンは、導体を介して前記第２リードピンと電気接続される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項４】
前記第１光源部および前記第２光源部は、電気的に独立している
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項５】
複数の前記第１リードピンおよび複数の前記第２リードピンは、前記第１光源部および前記第２光源部を挟んで円弧状に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項６】
前記第１光源部および前記第２光源部を挟むように配置された複数の前記第１リードピンおよび複数の前記第２リードピンによって挟まれた位置であって、前記主面の反対面である前記基板の裏面に放熱部が設けられている
ことを特徴とする請求項３または５に記載のレーザ光源モジュール。
【請求項７】
前記レーザ素子は、複数の発光点を有するレーザダイオードである
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオードといったレーザ素子を複数搭載したレーザ光源モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタに代表されるディスプレイ装置に含まれる光源には、ハロゲンランプ或いはメタルハライドランプを用いた光源が使用されている。近年、長寿命、低消費電力、高輝度および高色純度という特徴を有するレーザ光源が、ディスプレイ装置へ盛んに応用されている。
【０００３】
デジタルシネマに使用される大型プロジェクタといった光機器は、所要の光出力を得るために、レーザ光源を増設することで高出力化を行う。しかし、増設に伴い装置の大型化或いはコスト高といった欠点が生ずる。したがって、レーザ光源単体での光出力を高め、光機器に使用されるレーザ光源を削減することによって光学結合部材にかかる費用を削減し、かつ、光機器の発振出力当りのコストを低減することが要望されている。
【０００４】
そこで、レーザ光源単体での発振出力を高めた例としては、特許文献１のように、複数個のレーザ素子をモジュール内の共通の保持部材の各側面に搭載することで、光出力を向上させるパッケージ構造が開示されている。また、特許文献１には、レーザ素子を搭載した複数個の保持部材をモジュール中央にレーザ素子が向かい合うように設置し、光出力を向上させるパッケージ構造も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７７７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される構造では、１つの保持部材で複数のレーザ素子を保持することで、レーザダイオードチップ間の距離を縮めることができず、光ビームの広がり角であるエタンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）が大きくなり、装置が大型になるという欠点がある。また、レーザ素子を搭載した複数個の保持部材がモジュール中央にレーザ素子が向かい合うように設置された構造では、保持部材の数が多くなるという問題があり、製造が困難である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光源モジュールを小型化できると共にエタンデュを小さくできるレーザ光源モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板と、基板の主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材の搭載面に搭載して、主面上に設置された第１光源部と、主面と垂直な方向の光軸に沿ってレーザ光を放射するレーザ素子を保持部材の搭載面に搭載して、主面上に設置された第２光源部と、を備えることを特徴とする。本発明は、第１光源部の搭載面と第２光源部の搭載面とが対向するように第１光源部および第２光源部が位置決めされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レーザ光源モジュールを小型化できると共にエタンデュを小さくできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールの斜視図
【図２】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールの上面図
【図３】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールの光源部の構成を示す斜視図
【図４】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールのサブマウントの詳細構成を示す斜視図
【図５】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールのサブマウントの詳細構成を示す裏側から観た斜視図
【図６】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールの下面図
【図７】実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールの側面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ光源モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１の斜視図である。図２は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１の上面図である。図３は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１の光源部２１の構成を示す斜視図である。
【００１３】
レーザ光源モジュール１０１は、基板であるステム１と、ステム１の主面１ａ上に設置されマルチエミッタＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）バー２を搭載した第１光源部である光源部２１と、光源部２１と対向してステム１の主面１ａ上に設置される第２光源部である光源部２２と、ステム１を貫通して光源部２１および２２に電力を供給する外部接続用のリードピン３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃおよび３２ｄを備える。光源部２２は、構成要素は光源部２１と同様であるが、光源部２１とは対向面を挟んで対称な構成となっている。リードピン３１ａ、３１ｂ、３２ａおよび３２ｂを総称する場合は、以下ではリードピン３と呼び、リードピン３１ｃ、３１ｄ、３２ｃおよび３２ｄを総称する場合は、以下ではリードピン３’と呼ぶ。図２においてリードピン３’は、光源部２１および２２を挟んでリードピン３と上下対称となるように下方に設置されている。
【００１４】
図３に示すように、光源部２１は、基本波レーザ光を発振するマルチエミッタＬＤバー２と、マルチエミッタＬＤバー２を設置する電気絶縁性を有するサブマウント４と、サブマウント４を設置する保持部材であるブロック５と、を備える。マルチエミッタＬＤバー２は発光点である発光エミッタを複数備えている。このように、レーザ素子であるマルチエミッタＬＤバー２は、サブマウント４を介してブロック５の搭載面５１に設置される。光源部２２も同様に、マルチエミッタＬＤバー２と、サブマウント４と、ブロック５と、を備えた構成であるが、上述したように光源部２１と搭載面５１およびマルチエミッタＬＤバー２同士を対向させることが可能な対称な構成になっている。
【００１５】
図３に示したマルチエミッタＬＤバー２は、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＮを用いた半導体チップで構成されている。マルチエミッタＬＤバー２は、半導体チップの主面２０に発光エミッタとなる発光ストライプ２ａおよび駆動電極２ｂが交互にそれぞれ複数形成されているレーザダイオードである。発光ストライプ２ａからは、半導体チップの主面２０に平行な光軸２ｃに沿ってレーザ光が放射される。図２の紙面垂直方向には、マルチエミッタＬＤバー２の半導体チップの端面が見えており、図２の紙面垂直方向、即ちステム１の主面１ａと垂直な方向が光軸２ｃの方向である。また、光軸２ｃの方向はブロック５の搭載面５１と平行である。従って、各発光ストライプ２ａからは、半導体チップの端面に対して垂直な光軸２ｃに沿ってレーザ光が放射される。その結果、光源部２１および２２から放射されるレーザ光の光軸は互いに平行となる。
【００１６】
図４は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールのサブマウント４の詳細構成を示す斜視図である。図５は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュールのサブマウント４の詳細構成を示す裏側から観た斜視図である。
【００１７】
サブマウント４は、電気絶縁機能および熱伝達機能を担うものであり、図４に示すように、平板状の電気絶縁体４ａで構成される。電気絶縁体４ａの表面には複数の導電性を有するメタライズパターン４ｂおよび４ｃが形成されている。図５に示すように、電気絶縁体４ａの裏面には全面に渡ってメタライズパターン４ｄが形成される。
【００１８】
また、サブマウント４の第１メタライズパターンであるメタライズパターン４ｂとマルチエミッタＬＤバー２とははんだを用いて接合される。サブマウント４の第２メタライズパターンであるメタライズパターン４ｃとマルチエミッタＬＤバー２の各駆動電極２ｂとは、金といった導電性の材料で形成されたワイヤ６を用いて超音波振動圧着により電気接続される。
【００１９】
ブロック５の具体例は、銅（Ｃｕ）といった熱伝導率の大きい材料に金めっきが施されたものであり、サブマウント４のメタライズパターン４ｄとははんだを用いて接合される。また、ブロック５とステム１とははんだを用いて接合されるが、このはんだは、ブロック５とサブマウント４との接合時に用いたはんだより低い融点を有することが好ましい。
【００２０】
ステム１は、板状に形成されており、その具体例は、銅といった熱伝導率の大きい材料の表面に金メッキが施された導電性を有する金属材料のステムベースである。ステム１は、光源部２１および２２を固定すると共に、光源部２１および２２で発生した熱をステム１の主面１ａの反対面である裏面１ｂに設置された後述する放熱部１６１に逃がす役目を担っている。また、ステム１は、ステムベースを貫通する複数のリードピン３，３’を備えている。
【００２１】
リードピン３，３’は、光源部２１および２２に電力を供給する役目を担っており、ステム１からは電気的に絶縁されている。一般に、ステム１を構成するステムベースの穴とリードピン３，３’との隙間に低融点ガラスが充填される。光源部２１の左右にアノード電極が１本以上ずつ且つカソード電極が１本以上ずつ存在し、光源部２２の左右にアノード電極が１本以上ずつ且つカソード電極が１本以上ずつ存在するように、リードピン３，３’は設けられている。
【００２２】
光源部２１に電力を供給する第１リードピンであるリードピン３１ａ，３１ｃおよび第２リードピンであるリードピン３１ｂ，３１ｄは、光源部２２とは電気的に独立しており、光源部２２に電力を供給する第１リードピンであるリードピン３２ａ，３２ｃおよび第２リードピンであるリードピン３２ｂ，３２ｄは、光源部２１とは電気的に独立している。
【００２３】
複数の第１リードピンおよび複数の第２リードピンからなるリードピン３と、同じく複数の第１リードピンおよび複数の第２リードピンからなるリードピン３’とは、光源部２１および２２を挟んで、ステム１の中央部を中心に円弧状または概ね円形に配置される。
【００２４】
リードピン３１ａと、光源部２１のサブマウント４のメタライズパターン４ｂとの間を金といった材料で形成された導体である導電性リボン７１ａを用いてループ状に懸架し接続した後、超音波振動圧着を行うことにより、両者は電気接続される。リードピン３１ｃと、メタライズパターン４ｂとの間も導電性リボン７１ｃを用いて同様に電気接続される。さらに、リードピン３２ａ，３２ｃと、光源部２２のサブマウントとの間も同様に電気接続される。
【００２５】
さらに、リードピン３１ｂと、光源部２１のサブマウント４のメタライズパターン４ｃとの間を金といった材料で形成された導体である導電性リボン７１ｂを用いてループ状に懸架し接続した後、超音波振動圧着を行うことにより、両者は電気接続される。リードピン３１ｄと、メタライズパターン４ｃとの間も導電性リボン７１ｄを用いて同様に電気接続される。さらに、リードピン３２ｂ，３２ｄと、光源部２２のサブマウントとの間も同様に電気接続される。
【００２６】
上記のように、光源部２１と光源部２２とは、互いに電気的に独立している。
【００２７】
リードピン３１ｂとメタライズパターン４ｃとの間に導電性リボン７１ｂを懸架する際、ブロック５に接触する可能性がある。同様に、リードピン３１ｄとメタライズパターン４ｃとの間に導電性リボン７１ｄを懸架する際、ブロック５に接触する可能性がある。このため、ブロック５には、図３に示すように搭載面５１の両側にそれぞれ切欠き１５１を設けることで、導電性リボン７１ｂ，７１ｄの懸架作業性を向上させている。
【００２８】
マルチエミッタＬＤバー２の片側から給電を行うと、電流分布にムラが生じ、発光エミッタ毎に発光量が変化する。そのため、リードピン３，３’を光源部２１および２２それぞれの左右に１個以上配置し、マルチエミッタＬＤバー２の両側から給電を行うことで電流分布のムラを解消することができる。
【００２９】
図６は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１の下面図である。図６には、レーザ光源モジュール１０１の給電部を構成するリードピン３，３’および放熱部１６１を示す構成が示されている。光源部２１および２２を挟むように配置された、複数の第１および第２リードピンであるリードピン３と、同じく複数の第１および第２リードピンであるリードピン３’と、の間に挟まれた位置であって、ステム１の裏面１ｂに放熱部１６１は設けられている。
【００３０】
ステム１の下方に、光源部２１および２２のレーザ素子からの熱を放熱するために、ヒートシンクあるいはペルチェ素子といった冷却装置である放熱部１６１を設置して冷却を行うことでレーザ素子の放熱性を確保する。ここで、リードピン３，３’は、ステム１の中央を中心に円弧状または概ね円形に配置されている。これにより、リードピン３，３’を直線状に配置した場合に比べて光源部２１および２２の冷却面積を拡大させることができ、冷却能力が向上するので、放熱性能が高まり、レーザ光源モジュール１０１の光発光効率を向上させることができる。
【００３１】
図７は、実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１の側面図である。図７は、光源部２１のブロック５の背後から観た側面図である。図７に示すように、ブロック５の上に、マルチエミッタＬＤバー２からのレーザ光を集光するレンズ８を必要に応じて設置してもよい。レンズ８の具体例は、集光レンズまたはコリメートレンズである。レンズ８は、光源部２１および２２別々に１つずつ設けてもよいし、光源部２１および２２の両方のブロック５の上に設けられて各マルチエミッタＬＤバー２からのレーザ光を纏めて集光する１つのレンズであってもかまわない。さらに、ステム１の上に光源部２１および２２を包囲するキャップ９を設置してもよい。
【００３２】
実施の形態１にかかるレーザ光源モジュール１０１においては、光源部２１の搭載面５１と光源部２２の搭載面５１とが互いに平行に向かい合う構成であるので、光源部２１および２２に搭載されるレーザ素子同士を接近させた配置が可能になる。そのため、各レーザ素子から放射されるレーザ光を合成した光ビームの広がり角であるエタンデュを小さくすることができ、レーザ光源モジュール１０１の小型化が可能となる。
【００３３】
また、１つのレーザ素子は、１つの保持部材に設置され、かつ、レーザ光源モジュール１０１内の他のレーザ素子に接続されるリードピンとは電気的に独立した複数個のリードピンと接続されることから、光源部２１および２２は、互いに電気的に独立している。すなわち、電源から電力を供給する際は、電源の出力端子から光源部２１および２２を直列または並列に接続することが可能な構造である。従って、大型プロジェクタの光源として搭載するといった場合において、レーザ光源モジュール１０１は、装置設計の自由度を高める構造になっている。
【００３４】
また、電源の出力端子が光源部２１および２２を直列に接続した場合は、１つのマルチエミッタＬＤバー２に供給したい電流量に対して、電源からは同じ電流量を流せばよくなる。これにより、並列に接続した場合よりもリードピン３，３’の１本に流れる電流量を低減することが可能となり、さらに、リードピン３，３’の発熱を抑制できることからレーザ光源モジュール１０１の信頼性が向上する。
【００３５】
さらに、光源部２１および２２が互いに電気的に独立した構造になっているため、光源部２１および２２それぞれの単体での駆動が可能となる。その結果、マルチエミッタＬＤバー２を備えたブロック５の上にレーザ光を集光するレンズ８を設置する際のレンズ調芯作業が容易となる。また、光源部２１および２２それぞれの単体での駆動が可能となることで、光源部２１および２２それぞれの単体についての出力、波長および発光エミッタの確認といった特性検査作業の効率が向上する。
【００３６】
また、レーザ素子として複数の発光点である複数の発光エミッタを有するマルチエミッタＬＤバー２を使用することにより、１つの発光点を有するレーザ素子を用いる場合に比べてレーザ素子の数を削減することができる。その結果、レーザ素子の保持部材の数も削減した上で、光出力を向上させることができる。
【００３７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ステム、１ａ，２０  主面、１ｂ  裏面、２  マルチエミッタＬＤバー、３，３’，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ  リードピン、４  サブマウント、４ａ  電気絶縁体、４ｂ，４ｃ，４ｄ  メタライズパターン、５  ブロック、６  ワイヤ、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ  導電性リボン、８  レンズ、９  キャップ、２１，２２  光源部、５１  搭載面、１０１  レーザ光源モジュール、１５１  切欠き、１６１  放熱部。
【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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