(57)【要約】【課題】接着剤が半導体レーザとレンズの隙間に浸透して発光面に付着し難く、かつ接着剤の硬化時にレンズがレーザ発光部の光軸中心から位置ずれせず、集光特性が悪化しないレンズ組付構造体を提供する。【解決手段】半導体レーザ１からの出射光を平行光化するコリメータレンズ５を半導体レーザ１のレーザ発光部３に対向配置し、コリメータレンズ５の両端から半導体レーザ１の両側端面の外側に向けて取付タブ６ａ、６ｂを延設し、取付タブ６ａ、６ｂの半導体レーザ１の両側端面に対向する接着剤塗布部８を、半導体レーザ１の厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザ１のレーザ発光部３の配置位置から偏芯位置させ、接着剤塗布部８と半導体レーザ１の両側端面とを接着剤７ａ、７ｂにて固定した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザのレーザ発光部に対向配置し、両端から延設した取付タブを半導体レーザの両側端面に接着剤にて固定して組み付けられ、半導体レーザからの出射光を平行光化する半導体レーザへの組付レンズであって、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させたことを特徴とする半導体レーザへの組付レンズ。
【請求項２】
半導体レーザからの出射光を平行光化するレンズを半導体レーザのレーザ発光部に対向配置し、レンズの両端から半導体レーザの両側端面の外側に向けて取付タブを延設し、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させ、接着剤塗布部と半導体レーザの両側端面とを接着剤にて固定したことを特徴とする半導体レーザへのレンズ組付構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力半導体レーザに好適に適用できる半導体レーザへの組付レンズ及びレンズ組付構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザ加工機の光源としては、ＣＯ２　レーザ、ＹＡＧレーザなどが用いられているが、装置が大きい、あるいはレーザ出力の細かな制御が行い難いなどの課題があった。
【０００３】
近年、高出力の半導体レーザが実用化され、この高出力半導体レーザを光源として用いることでレーザ加工機の小型化が進んでいる。高出力半導体レーザでは、高出力化のためにレーザ発光部がライン状に並んだ半導体レーザアレイを構成し、さらに出力が必要なときにはこの半導体レーザアレイを複数段積み重ねて用いられている。
【０００４】
半導体レーザはレーザ射出光の広がり角が大きいため、射出光を平行光化させるコリメータレンズは、ＮＡが大きく、焦点距離の小さなものが用いられる。半導体レーザのレーザ出射光の広がり角は、活性層に垂直な方向に大きいので、レーザ光を有効利用するためには、例えばＮＡ＝０．８程度のコリメータレンズが必要になる。また、コリメータレンズの光量の損失を少なくするためには、コリメータレンズの活性層に垂直な方向の厚みはできるだけ大きくとり、積層する半導体レーザアレイ間の間隔に近い値が望ましく、そのため積層する半導体レーザアレイ間の間隔を２ｍｍとすると、レンズの焦点距離は、ｆ＝０．８ｍｍ程度となる。
【０００５】
そして、ＮＡが大きく、焦点距離の短いコリメータレンズでは、コリメータレンズの位置、傾きのずれが射出光の方向、平行度に大きく影響し、レーザ光の集光特性が悪化する。このため、半導体レーザとコリメータレンズの位置を機械的に決めることは難しく、コリメータレンズの位置、傾き調整が必要になる。
【０００６】
このようにコリメータレンズの位置、傾きを調整した後、半導体レーザへのコリメータレンズの取り付けに際しては、取扱いの容易さから一般的に紫外線硬化接着剤が用いられ、コリメータレンズ両端から延設した取付タブと半導体レーザの筐体の両側端面とを接着している。
【０００７】
図２を参照して説明すると、１１は半導体レーザであり、ライン状に配列された複数のレーザ発光部１３を有する半導体レーザアレイ１２を冷却板１４に装着して構成され、冷却板１４にて半導体レーザアレイ１２を冷却するように構成されている。
【０００８】
１５は、各レーザ発光部１３からの出射光を平行光化するため、半導体レーザアレイ１２の発光面に所定の隙間を設けて対向配置されるコリメータレンズであり、両端に半導体レーザ１１に組み付けるための取付タブ１６ａ、１６ｂが半導体レーザ１１の両側端面に向けて延設されている。これらの取付タブ１６ａ、１６ｂの幅寸法は、コリメータレンズ１５の厚みに等しく設定されている。そして、半導体レーザ１１の両側端面と取付タブ１６ａ、１６ｂの間に接着剤１７ａ、１７ｂを塗布し、この接着剤１７ａ、１７ｂを硬化させることでコリメータレンズ１５が半導体レーザ１１に組み付けられている。
【０００９】
ところで、コリメータレンズ１５の焦点距離は０．８ｍｍ程度と小さいので、コリメータレンズ１５と半導体レーザ１１の各レーザ発光部１３との隙間は０．３ｍｍ程度以下となり、接着剤１７ａ、１７ｂを塗布したときに毛細管現象によりこの隙間に浸透し易い。かつ、半導体レーザアレイ１２の発光面に異物が付着すると、そこで光が散乱し、高出力レーザでは数百度の温度となる。通常、レーザ発光部１３の耐熱温度は１５０℃程度であるので、半導体レーザ１１が破壊されてしまう。
【００１０】
そこで、従来は、半導体レーザ１１のレーザ発光部１３上の隙間に紫外線硬化型接着剤１７ａ、１７ｂが浸透し難くするために、図２（ｂ）に示すように、半導体レーザ１１のレーザ発光部１３の配置位置を避けるように偏芯した位置に接着剤１７ａ、１７ｂを塗布していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、紫外線硬化型接着剤が半導体レーザ１１のレーザ発光部１３の光軸中心から外れた位置に塗布され、かつその紫外線硬化型接着剤は硬化時に数％硬化収縮するため、図２（ｂ）に矢印１８で示すように、紫外線硬化型接着剤の硬化収縮により、コリメータレンズ１５がレーザ発光部１３の光軸中心から斜め方向に位置ずれを生じさせ、出射光の方向、平行度に大きく影響してレーザの集光特性が悪化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、接着剤が半導体レーザとレンズの隙間に浸透して発光面に付着し難く、かつ接着剤の硬化時にレンズがレーザ発光部の光軸中心から位置ずれせず、集光特性が悪化しない半導体レーザへの組付レンズ及びレンズ組付構造体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザへの組付レンズは、半導体レーザのレーザ発光部に対向配置し、両端から延設した取付タブを半導体レーザの両側端面に接着剤にて固定して組み付けられ、半導体レーザからの出射光を平行光化する半導体レーザへの組付レンズであって、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させたものである。
【００１４】
また、本発明の半導体レーザへのレンズ組付構造体は、半導体レーザからの出射光を平行光化するレンズを半導体レーザのレーザ発光部に対向配置し、レンズの両端から半導体レーザの両側端面の外側に向けて取付タブを延設し、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させ、接着剤塗布部と半導体レーザの両側端面とを接着剤にて固定したものである。
【００１５】
このような本発明の構成によれば、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させたことにより、取付タブの接着剤塗布部と半導体レーザの両側端面との間に接着剤を塗布して放置しても、毛細管現象により接着剤がレンズと半導体レーザの発光面の間の隙間に浸透して行くことはなく、また接着剤に紫外線を照射して硬化させた時に数％の硬化収縮が生じても、レーザ発光部の光軸方向と平行する方向に位置ずれするので、位置ずれの影響を低減して集光特性の悪化を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザへの組付レンズ及びレンズ組付構造体の一実施形態について、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は半導体レーザであり、ライン状に配列された複数のレーザ発光部３を有する半導体レーザアレイ２を冷却板４に装着して構成され、冷却板４にて半導体レーザアレイ２を冷却するように構成されている。
【００１８】
５は、各レーザ発光部３からの出射光を平行光化するため、半導体レーザアレイ２の発光面に所定の隙間を設けて対向配置されるシリンドリカルレンズなどからなるコリメータレンズであり、両端に半導体レーザ１に組み付けるための取付タブ６ａ、６ｂが冷却板４の両側端面に向けて延設されている。この取付タブ６ａ、６ｂの幅寸法は、コリメータレンズ５の両端の接合部分ではその断面高さ寸法と同じに設定され、半導体レーザ１の両側端面に対向する接着剤塗布部８は、半導体レーザ１の厚みの１／２以下の幅寸法に設定され、かつ半導体レーザ１のレーザ発光部３の配置位置から偏芯位置されている。
【００１９】
そして、半導体レーザ１の両側端面と取付タブ６ａ、６ｂの接着剤塗布部８との間に接着剤７ａ、７ｂを塗布し、この接着剤７ａ、７ｂを硬化させることでコリメータレンズ５が半導体レーザ１に組み付けられている。接着剤７ａ、７ｂとしては、一般的に紫外線硬化型接着剤、特に耐熱性が高く、硬化収縮が小さいエポキシ系が用いられる。しかし、その場合でも数％程度の硬化収縮は避けられない。
【００２０】
ここで、半導体レーザ１の各レーザ発光部３から放射されるレーザ光の放射角は、レーザ発光部３の活性層に垂直な方向に大きく広がるため、レーザ光を有効に利用するためには、コリメータレンズ５のＮＡは０．８ｍｍ程度のものが必要である。また、このような半導体レーザ１を積み重ねることで高出力化する場合、コリメータレンズ５の断面高さ寸法を冷却板４の厚みと同程度とし、その厚みを２ｍｍとすると、コリメータレンズ５の焦点距離は０．８ｍｍ程度、コリメータレンズ５と半導体レーザアレイ２の発光面との間の隙間は０．３ｍｍ程度となり、接着剤７ａ、７ｂが毛細管現象で十分に浸透することになる。
【００２１】
次に、半導体レーザ１に上記のようにコリメータレンズ５を組み付ける手順を説明する。
【００２２】
まず、コリメータレンズ５と半導体レーザ１のアライメント（位置合わせ）を行う。コリメータレンズ５と各レーザ発光部３の位置がずれると、コリメータレンズ５からの射出光の方向、平行度にずれが生じ、この平行光を集光したときの集光スポットが広がってしまう。例えば、半導体レーザ１の各レーザ発光部３とコリメータレンズ５とが１０μｍ位置ずれを起こすと、コリメータレンズ５の焦点距離が０．８ｍｍのとき、コリメータレンズ５からの射出光の方向が１°ずれる。半導体レーザ１を積み重ねて用いるとき、この平行光をｆ＝１００ｍｍの集光レンズで集光すると、スポット径は３．５ｍｍにもなる。これに対してコリメータレンズ５の位置ずれがない場合には、スポット径は０．０５ｍｍに絞ることができる。
【００２３】
このようにコリメータレンズ５の位置、傾きを高精度に調整した後、接着剤７ａ、７ｂを塗布する。接着剤７ａ、７ｂは半導体レーザ１の両側端面と取付タブ６ａ、６ｂの接着剤塗布部８との間に塗布する。その際、接着剤塗布部８の幅寸法が小さいため、接着剤７ａ、７ｂは接着剤塗布部８の両側と先端から長手方向の中心線に対して対称形ではみ出すように塗布される。このように接着剤７ａ、７ｂを塗布した後放置しても、接着剤塗布部８が上記のように半導体レーザ１の厚みの１／２以下の幅寸法に設定されかつ半導体レーザ１のレーザ発光部３の配置位置から偏芯位置されているので、毛細管現象によって接着剤７ａ、７ｂがコリメータレンズ５と半導体レーザアレイ２の発光面との間に浸透して行くことはない。
【００２４】
次に、この状態で接着剤７ａ、７ｂに紫外線を照射して硬化させると、硬化時に数％の硬化収縮が生じるが、接着剤７ａ、７ｂが接着剤塗布部８の長手方向の中心線に対して対称形となるように塗布されていることから、図１（ｂ）に矢印９で示すように、収縮する方向がレーザ発光部３の光軸中心と平行となり、かつ均一に収縮するので、コリメータレンズ５の位置ずれを低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザへの組付レンズ及びレンズ組付構造体によれば、取付タブの半導体レーザの両側端面に対向する接着剤塗布部を、半導体レーザの厚みの１／２以下の幅寸法とするとともに、半導体レーザのレーザ発光部の配置位置から偏芯位置させたことにより、取付タブの接着剤塗布部と半導体レーザの両側端面との間に接着剤を塗布して放置しても、毛細管現象により接着剤がレンズと半導体レーザの発光面の間の隙間に浸透して行くことはなく、また接着剤に紫外線を照射して硬化させた時に数％の硬化収縮が生じても、レーザ発光部の光軸方向と平行する方向に位置ずれするので、位置ずれの影響を低減して集光特性の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における半導体レーザへのレンズ組付構造体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】従来例の半導体レーザへのレンズ組付構造体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１　半導体レーザ
３　レーザ発光部
５　コリメータレンズ
６ａ、６ｂ　取付タブ
７ａ、７ｂ　接着剤
８　接着剤塗布部
【図１】
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【図２】
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