(57)【要約】【課題】発光素子から出射される反射光の影響を抑制して設計上のビームスポット形状を得ること。【解決手段】本発明は、光を射出するであるＬＤ（レーザダイオード）１発光素子と、ＬＤ１から射出した光を成形する開口部４とを備え、開口部４より光の射出方向に沿った一定距離で予め定めた光束形状にする光学装置において、開口部４の形状を、ＬＤ１から開口部４へ至るまでの不要反射光を遮断するための遮光物１４を内包するよう設けたものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出した光を成形する開口部とを備え、前記開口部より光の射出方向に沿った一定距離で予め定めた光束形状にする光学装置において、
前記開口部の形状は、前記発光素子から前記開口部へ至るまでの不要反射光を遮断するための遮光物を内包するよう設けられている
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記開口部は、前記発光素子を収納するパッケージと一体成形されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記発光素子と前記開口部との間には光学レンズが設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】
前記発光素子は、受光素子の上に搭載された状態でパッケージ内に収納されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項５】
前記一定距離は、前記光学レンズの焦点距離である
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子から射出された光束を開口部によって所定形状に成形する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子を一定規格のパッケージ内に収納した汎用の光学装置では、射出される光束の形状（射出口から一定距離での強度分布形状）が例えば円形といった一定形状になるよう設計されている。これは、仕様に合った光の形状を提供することによって、ユーザによる光学装置を用いた製品の設計容易性を高めるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パッケージ内に収納した発光素子から射出される光は、集光レンズ表面やパッケージ内面で反射して高次反射を招くという問題がある。この高次反射光が発光素子からの射出光に混入すると見かけ上複数の光源が存在する状態となり、装置外部に射出する光束の形状が設計上の形状を乱してしまう。
【０００４】
この反射光を第二の光源と予め見なした上での集光レンズ設計は一般に困難であり、むしろ反射光の方向を変化させて混入を防いだり、混入する反射光を拡散・減衰させることで光束の変形を解決する事例も多いが、これらは小型・低価格の装置を開発する上で問題となる。
【０００５】
例えば図４で示すようにＬＤ（レーザダイオード）１から射出したレーザ光５の一部が、ＬＤ１に近接する集光レンズ３の表面で反射する場合、反射光６を減衰させるために集光レンズ３表面に減反射材料（不図示）をコーティングするといった方法は、集光レンズ３の製造コストの上昇を伴い、装置の低価格化を困難としている。
【０００６】
反射光６がＬＤ１の表面やＰＤ（フォトダイオード）２の表面で再反射した後、集光レンズ３に入射する場合の反射光６を減衰させるためにＬＤ１表面やＰＤ２表面に減反射材料（不図示）をコーティングするといった方法も同様である。
【０００７】
また図５で示すようにＰＤ２と集光レンズ３との間に防反射物７を設置し、この防反射物７の形状や表面粗度や材質によって反射光６の方向を変化させたり、反射光６を拡散・減衰させるといった方法は、装置の小型化に伴う防反射物７の設置場所が問題となっている。
【０００８】
この他、図６で示すようにＰＤ２の表面にテーパを設けることによって反射光６の方向を変化させる方法も考えられるが、ＰＤ２のダイシングに使用するブレードの強度上の耐久性などが懸念されており実用化に至っていない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光を射出する発光素子と、発光素子から射出した光を成形する開口部とを備え、開口部より光の射出方向に沿った一定距離で予め定めた光束形状にする光学装置において、開口部の形状を、発光素子から開口部へ至るまでの不要反射光を遮断するための遮光物を内包するよう設けたものである。
【００１０】
このような本発明では、発光素子から射出された光の不要反射光が開口部の形状に応じて遮られ、予め定めた光束形状となるために必要な光のみが開口部を通過する状態となり、一定距離で設計上の光束形状を得ることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る光学装置を説明する構造図である。この光学装置は、パッケージであるハウジング９内にＬＤ（レーザダイオード）１から成る発光素子を収納した半導体レーザ装置である。
【００１２】
すなわち、この半導体レーザ装置は、絶縁樹脂製のハウジング９に導電材製のダイパッド１０と、レーザ駆動回路（不図示）を接続するための導電材製のリード▲１▼〜▲５▼がインサート成形によって固着されている。
【００１３】
リード▲１▼〜▲５▼は互いにハウジング９によって絶縁されているが、素子を搭載するダイパッド１０とリード▲１▼とは一体構造（導通）となっている。ハウジング９には光学レンズである集光レンズ３を位置決めするための不貫通穴１６（図２参照）が設けられており、この不貫通穴１６の上に球体の集光レンズ３が接着剤によって固着されている。
【００１４】
また、ハウジング９には開口部４が一体的に成形されているが、遮光物１４を有するため断面形状は略Ｄ形となっている。なお、遮光物１４の形状は例えばシミュレーションや実際の検証などから最適化されており、必ずしも図示する形状に限定されない。
【００１５】
これにより、別体で防反射物を設けなくても遮光物１４によって不要反射光を遮断でき、開口部４はＬＤ１から射出した光のうち、設計上の光束形状に必要な光のみを通過させて、一定距離での光束形状を設計値通りにすることが可能となる。
【００１６】
ダイパッド１０上にはＬＯＰ（レーザダイオードオンフォトダイオード）が銀ペースト等によって固着されており、ＬＯＰを構成するＬＤ１とＰＤ２はワイヤーボンディングによって金線１５でリード▲２▼とリード▲３▼に接続されている。
【００１７】
なお、図１に示し半導体レーザ装置は、外部との電気的導通を得るためにリードフレームのリード▲１▼〜▲５▼を用いるパッケージ構成であるが、このようなリード以外のパッケージ構成（例えば、ＤＩＰタイプ、面実装タイプ）であってもよい。
【００１８】
図２は本実施形態の光学装置の動作を説明する断面図である。ＬＤ１から射出したレーザ光５は集光レンズ３によって集光した後、開口部４で成形され装置外部に射出する。
【００１９】
これと同時にレーザ光５の一部が集光レンズ３の表面で反射して発生した反射光６がＰＤ２の表面で再び反射し、集光レンズ３に入射するが、本実施形態では開口部４に設けられた遮光物１４によって遮られて装置外部に射出できない構造となっている。
【００２０】
特に、ＬＯＰの場合にはＬＤ１と集光レンズ３との光軸より下側（ダイパッド１０側）にＰＤ２が配置されていることから、このＰＤ２の端面で反射した光（反射ビーム６）が光軸より下側から集光レンズ３に入射する。したがって、開口部４の上側（光軸より上側）に遮光物１４を設けることでＰＤ２の端面で反射した光を遮断することができるようになる。
【００２１】
また、装置小型化等の観点からＬＤ１と集光レンズ３との距離を極力近づける（例えば、０．５ｍｍ以下）場合、集光レンズ３表面での反射光６の影響が顕著となることから、遮光物１４による反射光６の遮光が有効となり、光束形状への悪影響を防止できるようになる。
【００２２】
なお、反射光６は集光レンズ３の表面以外でもハウジング９の内壁やダイパッド１０でも起こり得るものであり、遮光物１４はこれらの反射光６の装置外への射出を防止する位置に設けるようにすればよい。
【００２３】
図３は、本実施形態と従来例との比較を説明する図で、開口部から一定距離（５０ｍｍ）での光束強度分布を示している。図３（ａ）に示す本実施形態の遮光物ありの場合、装置外部に射出する光束形状に発生する変形を解決でき、対照的な強度分布で設計値通りの例えば楕円形の光束形状を開口部の外に得ることができる。
【００２４】
一方、図３（ｂ）に示す従来の遮光物なしの場合、例えば円形の開口部を通すことになるが、反射光があるときには、強度分布に変形（図中矢印部分参照）が生じており、当初の主光線と反射光で合成された光束形状となって設計値通りの楕円形の光束形状にはならない。
【００２５】
本実施形態にあるように、反射光が通過する側に遮光形状を追加するだけで略Ｄ型の開口部４にもかかわらず、結果的に楕円形の光束形状が得られるようになる。このため、別途に遮光部材を設けたり集光レンズ３の表面やＰＤ２の端面等に反射防止コーティングを施す必要なく、的確に反射光の開口部通過を抑止できるようになる。
【００２６】
なお、本実施形態は、円形の光束形状を得ようとするときにも、また単なる理論値での矩形穴や長穴などの場合においても応用することができる。さらに、本実施形態以外の反射面によって発生する反射光についても効果が期待できる。
【００２７】
また、前述した従来技術との併用についても同様である。さらに、発光素子としてＬＤ１を用いる例を示したが、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の発光素子であっても同様に適用可能である。また、本実施形態ではＬＤ１と開口部４との間に集光レンズ３を介在させる構成を示したが、集光レンズ３のない構成であっても適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、光学装置内部で発生する光線の高次反射対策において、減反射材料のコーティングといった材料・工程の追加による製造コストの上昇を伴わず開口部の形状変更のみで対処することが可能となる。また対策のための新たな空間を必要としないため、装置の小型化を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光学装置を説明する構造図である。
【図２】本実施形態の光学装置の動作を説明する断面図である。
【図３】本実施形態と従来例との比較を説明する図である。
【図４】反射光を説明する模式断面図である。
【図５】防反射物を設置した例を説明する模式図である。
【図６】ＰＤにテーパを設けた例を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…ＬＤ（レーザダイオード）、２…ＰＤ（フォトダイオード）、３…集光レンズ、４…開口部、５…レーザ光、６…反射光、７…防反射物、９…ハウジング、１０…ダイパッド、１４…遮光物、１５…金線、１６…不貫通穴
【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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