(57)【要約】【課題】放射強度が高く、且つアパーレント光源径の大きいアイセーフレーザ光源を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、を備えた光源装置であって、上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第１の領域と、外部空間側に位置する第２の領域とからなり、前記第１の領域の屈折率が前記第２の領域の屈折率より低いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、
前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、
を備えた光源装置であって、
上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第１の領域と、外部空間側に位置する第２の領域とからなり、
前記第１の領域の屈折率が前記第２の領域の屈折率より低い、
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。
【請求項２】
前記第１の領域の屈折率が、前記光散乱領域の屈折率より高い、
ことを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項３】
前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状である、
ことを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項４】
前記第２の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの１／２以上であり、
前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±１０度から±４０度である、
ことを特徴とする請求項３記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項５】
前記第１の領域の光軸方向の厚みが５０μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項６】
前記第１の領域及び前記第２の領域が、ともに同一系材料を主成分とする樹脂からなる、
ことを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項７】
前記樹脂は、エポキシ系樹脂である、
こと特徴とする請求項６記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項８】
前記第１の領域と前記第２の領域との屈折率差が、０．０４以上である、
ことを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項９】
前記光散乱領域に形成される２次的面光源の中心と、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加することを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項１０】
前記第１の領域と前記第２の領域との境界面が、前記半導体レーザ素子の方向に向かって突出した凸形状である、
ことを特徴とする請求項９記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項１１】
前記第１の領域がエポキシ系樹脂、前記第２の領域がペット系樹脂であることを特徴とする請求項１記載のアイセーフレーザ光源。
【請求項１２】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、
前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、
を備えた光源装置であって、
上記導光部は、屈折率の異なる３以上の複数の層からなり、
前記複数の層は、前記半導体レーザ素子側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成である、
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。
【請求項１３】
請求項１に記載のアイセーフレーザ光源を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ光源をアイセーフ化する技術に関し、特に、高い放射強度を維持しつつ、大きなアパーレント光源径（見かけ上の光源径）が得られるアイセーフレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信や照明等に用いられるレーザ光源は、眼に対する安全性を満たす必要があり、ＩＥＣ規格等によりレーザ光源の最大許容放射強度が規定されている。
【０００３】
レーザ光源が眼に対する安全性を満たして空間へ放射可能な最大許容放射強度は、レーザ波長λ、駆動条件（レーザ電流、光出力等）にもよるが、アパーレント光源径が主にその強度を決定することが知られている。
【０００４】
図１５に、レーザ光源に関する国際的な安全規格ＩＥＣ６０８２５−１．２に基づく、アパーレント光源径と最大許容放射強度の関係を示す。この図から、アパーレント光源径を拡大させることで、最大許容放射強度を大きくできることがわかる。また、アパーレント光源径サイズが２ｍｍ以下の領域では、アパーレント光源径の拡大量に対する最大許容放射強度の増加量が、顕著に大きいことがわかる。
【０００５】
ところで近年、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）等に代表される無線光通信モ
ジュールは、これらを実装する携帯電話やノートパソコンなどの小型・薄型化により、更なる小型化が望まれている。このため、無線光通信モジュールに搭載するアイセーフレーザ光源自体のサイズを小さくすることが望まれている。この一方、通信に求められる放射強度は、ほとんど変化していない。従って、サイズが小さく、且つ従来と同程度以上の放射強度を有するアイセーフレーザ光源が強く求められている。
【０００６】
このため、半導体レーザから放出したレーザ光を、光散乱領域を通過させることにより、レーザ光のアパーレント光源径を拡大し、且つレーザ光の空間コヒーレンシーを低減してアイセーフ化したレーザ光源に関する技術が提案されている。この技術を、図面を用いて以下に説明する。
【０００７】
図１６に、従来技術にかかるアイセーフレーザ光源の断面図を示す。アイセーフレーザ光源は、ガラスエポキシ基板８を備え、ガラスエポキシ基板８に、ザグリ穴２が形成されており、ザグリ穴２の表面は、後述する光散乱領域１０で散乱された光を反射するための金メッキが施されている。このザグリ穴２の底面中央付近に半導体レーザ素子１が実装されている。ザグリ穴２内には、シリコン系樹脂４と、該樹脂と屈折率が異なる光散乱粒子３と、を混錬したものが充填された光散乱領域１０が形成されている。この上に、導光部９が形成されおり、導光部９の外表面の一部は凸レンズ形状となっている。
【０００８】
半導体レーザ素子１から放出されたレーザ光は、光散乱領域１０で散乱されて、光散乱領域１０でインコヒーレントな２次的面光源（それ以上集光不可能なランダムな指向性を有する光分布をもつ光源をいう）を形成する。これにより、半導体レーザ素子１から放出された光のアパーレント光源径が大きくなる。この２次的面光源が、その導光部９の外部表面に設けられた凸レンズによりレンズゲイン（レンズ等による見かけ光源径拡大効果）を得て、アパーレント光源径が更に大きくなる。
【０００９】
このような構成のアイセーフレーザ光源のレンズゲインは、レンズ９を構成する材料の屈折率に依存することが知られており、このためレンズ９の材料に高屈折率材料を用いることで高いレンズゲインを得ることができる。しかし、高屈折率材料には、基板８との接着性が高いことや、加工性に優れること等が求められるため、実際上利用できる屈折率値には上限がある。このため、レンズ材料の変更によって高いレンズゲインを得ることは難しく、アパーレント光源径を十分に拡大できないという問題がある。
【００１０】
このため、搭載する電子機器に求められる最低放射強度を満たし、且つ眼に対する安全性を確保した（最大許容放射強度を満たした）レーザ光源は、アパーレント光源径のマージン（アパーレント光源径の許容幅）が小さくなる。従って、使用温度の変動や、使用する回路、半導体レーザ素子等の特性のばらつきにより、安全規格を満たさないレーザ光源が増加して、歩留まりが低下するという問題がある。
【００１１】
他方、アパーレント光源径を拡大するために、光散乱領域の厚みを厚くしたり、光散乱粒子の濃度を増したりすると、放射強度が低下してしまうため、レーザ光源としての特性が低下するという問題がある。
【００１２】
ここで、アイセーフレーザに関する技術としては、下記特許文献１が挙げられる。
【００１３】
【特許文献１】ＷＯ03-077389号公報
【００１４】
上記特許文献１は、レーザ光源近傍の光散乱体の濃度を、外部側の領域の濃度よりも高くすることを提案している。この技術によると、高出力半導体発光素子を用いても、人の目に安全で、高い光の取り出し効率が得られるとされる。
【００１５】
しかし、この技術を用いても、十分にアパーレント光源径を大きくすることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、放射強度が高く、且つアパーレント光源径の大きいアイセーフレーザ光源及びこれを用いた電子機器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】
【００１７】
上記課題を解決するための第１の本発明は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、を備えた光源装置であって、上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第１の領域と、外部空間側に位置する第２の領域とからなり、前記第１の領域の屈折率が前記第２の領域の屈折率より低いことを特徴とする。
【００１８】
この構成の効果について、図４、図１７を用いて説明する。図１７は、従来のレーザ光源のレンズゲインを説明する図であり、図４は、本発明にかかるレーザ光源のレンズゲインを説明する図である。従来の光源では、図１７（ａ）に示すように、屈折率ｎ１のレンズを備えるモジュールの中に埋め込まれた発光体２０（その動径方向の大きさをｄとする）を、距離Ｈはなれた外部から観察するとき、レンズの効果により発光体の大きさは、２×ｒ１に見える。
【００１９】
図１７（ｂ）は、レンズの屈折率ｎ２が、図１７（ａ）に示すものよりも大きくなった場合（ｎ２＞ｎ１）を示す。この場合、発光体から放射される光線の屈折角が大きくるので、同一距離Ｈはなれた外部から観察するとき、発光体２０の大きさが２×ｒ２（ｒ２＞ｒ１）になって見える。
【００２０】
元の発光体２０の大きさ（２×ｄ）に対する見かけ上の発光体２０の大きさ（２×ｒ１又は２×ｒ２）との比率ｒ１／ｄ又はｒ２／ｄが、いわゆるレンズゲインである。この図から明らかなように、レンズゲインはレンズ材料の屈折率が高くなるに伴い大きくなることがわかる。
【００２１】
上記本発明の構成では、図４に示すように、発光体２０から外部空間に至るまでの間に設けられた導光部９が、光散乱領域側の低屈折率である第１の領域９１と、外部空間側の高屈折率である第２の領域９２からなっている。従来のレーザ光源のレンズゲインを示す図１７（ａ）と同様に、外形レンズ（第２の領域９２）の屈折率をｎ１とすると、レンズより距離Ｈだけ離れた面上で中心点を通過する光線は、図１７（ａ）に示す光線と同じ軌道（レンズ上の距離ｒ１）を通る。この光線をさらにレーザ素子１方向に延長していくと、第１の領域９１と第２の領域９２との境界面ではスネルの法則に従って発光体２０の中心方向に向かって屈折し、発光体上では、ｄ’の位置となる。以上のことからわかるように、図４の光源では、図１７（ａ）の光源に比較してより小さい発光体２０（ｄ’＜ｄ）を用いた場合においても、放射強度を犠牲にすることなく同一のアパーレント光源径ｒ１が得られる。逆に発光体２０の大きさｄが同じであると、アパーレント光源径ｒ０を大きくできる。
【００２２】
同様に、図１７（ｂ）と同様に、外形レンズの屈折率（第２の領域９２）をｎ２とすると、図１７（ｂ）の光源に比較してより小さい発光体２０を用いた場合においても、同一のアパーレント光源径が得られる。
【００２３】
上記では、レンズを備えた光源について説明したが、レンズを備えない光源の場合には、レンズによるアパーレント光源径拡大効果は得られないものの、屈折率差によるアパーレント光源径拡大効果は得られる。よって、レンズを備えなくとも、アパーレント光源径を十分に拡大できる。
【００２４】
上記構成において、前記第１の領域の屈折率が、前記光散乱領域の屈折率より高い構成とすることができる。
【００２５】
この構成によると、光散乱領域と第１の領域との境界面においても、第１の領域９１と第２の領域９２との境界面における効果と同様の効果が得られる。よって、更にアパーレント光源径を拡大できる。
【００２６】
上記構成において、前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状である構成とすることができる。
【００２７】
この構成によると、レンズにより更にアパーレント光源径を拡大できる。
【００２８】
上記構成において、前記第１の領域の光軸方向の厚みが５０μｍ以上である構成とすることができる。
【００２９】
本発明の効果を十分に得るためには、前記第１の領域の光軸方向（図１のＡ方向）の厚みを５０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３０】
上記構成において、前記第２の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの１／２以上であり、前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±１０度から±４０度である構成とすることができる。
【００３１】
本発明の効果を十分に得るためには、前記第２の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの１／２以上とすることが好ましい。また、アイセーフレーザ光源として適切な指向半値角度は、上記範囲内である。
【００３２】
上記構成において、前記第１の領域及び前記第２の領域が、ともに同一系材料を主成分とする樹脂からなる構成とすることができる。
【００３３】
この構成によると、同一系材料を主成分とする樹脂を用いているため、両者の接着性がよく、第１の領域と第２の領域とのはく離を防止できる。
【００３４】
このような樹脂として、基板として好適に用いられるガラスエポキシとの接着性に優れ、樹脂組成を変化させることにより屈折率を変化できるエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。
【００３５】
上記構成において、前記第１の領域と前記第２の領域との屈折率差が０．０４以上である構成とすることができる。
【００３６】
前記第１の領域と前記第２の領域との屈折率差が０．０４未満であると、アパーレント光源径拡大効果が小さくなる。よって上記のように規制することが好ましい。
【００３７】
上記構成において、前記光散乱領域上に形成される２次的面光源の中心と、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加する構成とすることができる。
【００３８】
この構成によると、前記光散乱領域上に形成される２次的面光源から放たれた光はを外側から観察すると、この境界面において大きく光軸側に屈折するため、更にアパーレント光源径をさらに拡大できる。なお、ここでは、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面における任意の点とは、主要な光線（最終的に放出される光の角度が光軸と６０度以内の光線）が通過する領域内の任意の点を意味する。
【００３９】
上記構成において、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面が、前記半導体レーザ素子の方向向かって突出した凸形状である構成とすることができる。
【００４０】
この構成によると、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面での屈折をより大きくでき、更にアパーレント光源径を拡大できる。
【００４１】
上記構成において、前記第１の領域がエポキシ系樹脂、前記第２の領域がペット（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）系樹脂である構成とすることができる。
【００４２】
この構成によると、エポキシ系樹脂は、おおむねペット系樹脂よりも屈折率が低く、両材料ともにモールド形成しやすく、且つ両材料の接着性に優れるので、好ましい。
【００４３】
上記課題を解決するための第２の本発明は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、を備えた光源装置であって、上記導光部は、屈折率の異なる３以上の複数の層からなり、前記複数の層は、前記半導体レーザ側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成であることを特徴とする。
【００４４】
上述した効果は、導光部が二層構造だけではなく、導光部が三層以上の構成であっても同様に得られる。
【００４５】
上記課題を解決するための第３の本発明は、上記構成のアイセーフレーザ光源を搭載した電子機器である。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明によると、放射強度を低下させることなくアパーレント光源径を拡大できる。また、アパーレント光源径を拡大できるため、最大許容放射強度を向上できる。これにより、小さな外形サイズの光源を高放射強度が要求される小型電子機器に搭載することが可能となる。また、アパーレント光源径の拡大により、最大許容放射強度を大きくすることができるので、単一の光源で放射できる強度を大きくできる。よって、電子機器に必要な光源数を低減でき、この光源を搭載した電子機器の低コスト化できる。さらには、アパーレント光源径のマージンが拡大するため、歩留まりを向上でき、より一層低コスト化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（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詳細に説明する。図１は実施の形態１にかかるアイセーフレーザ光源を搭載した光通信用基板モジュールの断面図である。
【００４８】
アイセーフレーザ光源は、基板８を備え、基板８上面にザグリ穴２が形成されており、ザグリ穴２の表面は、金メッキ処理が施されている。このザグリ穴２の底面中央付近に半導体レーザ１が実装されている。半導体レーザ１は、通常の端面発光型レーザである。また、金メッキは、後述する光散乱領域１０により散乱した光を反射する反射膜として機能するとともに、上記半導体レーザ１の電極としても機能する。
【００４９】
半導体レーザ１は、基板８上に配置されたパッド６ａと、金属ワイヤ５ａにより電気的に接続される。ザグリ穴２内には、樹脂４に光散乱粒子３を混錬したものが充填され、光散乱領域１０が形成されている。基板８及び光散乱領域１０上には、保護膜を兼ねる低屈折率領域（第１の領域）９１と、外部空間側の表面が凸レンズ形状となった高屈折率領域（第２の領域）９２とからなる導光部９が形成されている。なお、レンズ形状の曲率半径は、半導体レーザの放射角度分布、光散乱粒子の濃度に応じて適時設計すればよい。なお、光散乱領域１０の屈折率（樹脂４の屈折率）は、低屈折率領域９１よりも小さくなっている。
【００５０】
図２は、実施の形態１にかかる光通信用基板モジュールの内部図（導光部９を取り除いた状態図）を示し、図３は、モジュールの概観図を示す。図１には図示していないが、図２に示すように、半導体レーザを駆動するＩＣ７が基板８上に実装されている。ここで、製品の規格上、モジュールは高さ（図２のｘ方向に相当）に関する制約が厳しいため、光学特性を損なうことなくできるだけ高さを下げるために、図３に示すように、ｘ方向についてはレンズの一部が切断された形状になっている。
【００５１】
アイセーフレーザ光源の機能について、図１を用いて説明する。レーザより放出したレーザ光は、光散乱粒子３で散乱され、その進行方向を変えつつザグリ穴２内を進行する。この散乱した光は直接、またはザグリ穴２の金メッキにより反射されて光散乱領域１０の上面に到達する。この上面に到達した光は、十分に散乱されており、光散乱領域１０での放射角度分布は、ほぼ完全なランバート分布になる。よって、光散乱領域１０の上面では、これ以上に集光できないランダムな指向性の二次元的面光源が形成される。この光が、低屈折率領域９１と、高屈折率領域９２とからなる導光部９を経由して、外部空間に放たれる。
【００５２】
光散乱領域１０から低屈折率領域９１へ入射する光は、スネルの法則に従って光散乱領域１０と低屈折率領域９１との境界面でその進行方向を変える。低屈折率領域９１を通過した光は、高屈折率領域９２へと入射するが、この境界面においてもスネルの法則に従って進行方向を変える。この時、屈折率の大小関係から、光軸Ａに角度を持って放射された光線Ｂ，Ｃは、図に示すように光軸Ａ側へ折り返すように屈折して、外部空間に放たれる。
【００５３】
アパーレント光源径拡大の原理について、図４、図１７を用いて説明する。図１７は、従来の光源のレンズゲインを説明する図であり、図４は、本実施の形態にかかる光源のレンズゲインを説明する図である。
【００５４】
図１７（ａ）に示すように、屈折率ｎ１のモジュールの中に埋め込まれた動径方向の大きさをｄとする発光体２０（図１の光散乱領域１０に相当）を距離Ｈはなれた外部から観察するとき、発光体２０の大きさは２×ｒ１に見える。
【００５５】
図１７（ｂ）は、レンズの屈折率ｎ２が図１７（ａ）に示すものよりも大きくなった場合（ｎ２＞ｎ１）を示す。この場合、発光体２０から放射される光線の屈折角が大きくなり、距離Ｈはなれた外部から観察するとき、発光体２０の大きさが２×ｒ２（ｒ２＞ｒ１）になって見える。元の発光体２０の大きさ２×ｄに対する倍率ｒ１／ｄもしくはｒ２／ｄがいわゆるレンズゲインであり、レンズゲインは屈折率が高いほど大きくなる。
【００５６】
本実施の形態では、図４に示すように、発光体２０（図１の光散乱領域１０に相当）から外部空間に至るまでの間に位置する導光部９が、屈折率の異なる２つの層（第１の領域９１と第２の領域９２）からなっている。図１７（ａ）と同様に、レンズ（第２の領域９２）の屈折率をｎ１とすると、レンズより距離Ｈ離れた面上で中心点を通過する光線は、図１７（ａ）に示す光線と同じ軌道（レンズ上の距離ｒ１）を通る。この光線をさらに逆方向に延長していくと、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との境界面ではスネルの法則に従って屈折するため、発光体２０上では、ｄ’の位置となる。これより、図４の光学系では、図１７（ａ）の光学系に比較してより小さい発光体２０（ｄ’＜ｄ）であっても同一のアパーレント光源径ｒ１が得られることがわかる。逆に、発光体２０の大きさｄが同じであると、アパーレント光源径ｒ０を大きくできる。
なお、第２の領域９１の屈折率をｎ２とした場合も同様である。
【００５７】
（実施例１）
上記実施の形態と同様の光通信用基板モジュールを作製した。作製法を以下に示す。
【００５８】
厚み８ｍｍのガラスエポキシ基板８上に、上部直径１．３ｍｍ、底部直径０．７ｍｍ、深さ０．３ｍｍのザグリ穴２を形成し、ザグリ穴２の表面に金メッキ処理を施した。ザグリ穴２の底面中央付近に半導体レーザ１を実装した。半導体レーザ１の大きさはＷ０．３ｍｍ、Ｄ０．５ｍｍ、Ｈ０．１ｍｍであり、発振波長は８５０ｎｍである。この半導体レーザ１は通常の端面発光型レーザである。
【００５９】
基板８上にパッド６ａ〜６ｅ配置し、このパッド６ａと半導体レーザ１とを金属ワイヤ５ａで電気的接続した。次にザグリ穴２内にシリコン系低硬度樹脂４（屈折率ｎ＝１．４１）に平均粒径２μｍのアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．５０）からなる光散乱粒子３を混錬したものを充填し、シリコン樹脂を熱硬化させて、光散乱領域１０を形成した。
【００６０】
基板８上に、半導体レーザ１を駆動するＩＣ７とパッド６ｂ〜６ｅとを配置し、このパッド６ｂ〜６ｅとＩＣ７とを金属ワイヤ５ｂ〜５ｅで電気的に接続した。また、ＩＣ７と、ザグリ穴２とに電気的に接続している電極パッド６ｆとを、金属ワイヤ５ｆで電気的に接続した。
【００６１】
次に、部品保護膜を兼ねるエポキシ系樹脂からなる低屈折率領域（第１の領域、屈折率ｎ＝１．５２）９１と、半球状レンズ形状を有するペット（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）系樹脂からなる高屈折率領域（第２の領域、屈折率ｎ＝１．６０）９２とをモールド形成して、実施例１にかかる光通信用基板モジュールを作製した。この低屈折率領域９１と、高屈折率領域９２とが、光を外部空間へ導く導光部９となる。なお、レンズの曲率半径は、図面ｘｙ方向について１．２ｍｍ、ｚ方向について、１．１ｍｍのレンズとした。また、基板上面からレンズ中心までの距離は１．０ｍｍとした。
【００６２】
実施例１にかかるアイセーフレーザ光源を、ＩＣ７を用いて駆動したところ、レーザ電流１００ｍＡ、光出力８０ｍＷに対して、アパーレント光源径１．４９ｍｍを得た。また、指向半値角度は±２５度、最小放射強度は±１５度以内において、８８ｍＷ／ｓｒであった。
【００６３】
（比較例１）
図１６に示すように、低屈折率領域と高屈折率領域とで、保護膜とレンズとを作製するのに代えて、エポキシ樹脂（ｎ＝１．５２）のみで保護膜とレンズとを備える導光部９を形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１にかかる光通信用基板モジュールを作製した。
【００６４】
比較例１にかかるアイセーフレーザ光源を、ＩＣ７を用いて駆動したところ、レーザ電流１００ｍＡ、光出力８０ｍＷに対して、アパーレント光源径は１．３０ｍｍであった。また、指向半値角度は±２６度、最小放射強度は±１５度以内において、８６ｍＷ／ｓｒであった。
【００６５】
上記結果から、実施例１にかかるアイセーフレーザ光源は、比較例１にかかるアイセーフレーザ光源よりも、アパーレント光源径を０．１９ｍｍ拡大できたことがわかる。これは、上述した理由によるものである。      
【００６６】
また、指向半値角度及び最小放射強度は実施例１と比較例１とはほぼ同等であったことから、本実施例の構成を採用すると、放射強度等の光源特性を低下させることなく、アパーレント光源径を効果的に拡大できることがわかる。
【００６７】
なお、上記実施例１では、低屈折率領域９１としてエポキシ系樹脂材料を用いたが、さらに屈折率の低い材料、例えばシリコン系樹脂等を用いることもできる。しかし、基板８にガラスエポキシを用いる場合、基板８との密着性に優れたエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。なお、本実施例１の場合、屈折率の関係で言えば、光散乱領域１０＜低屈折率領域９１＜高屈折率領域９２となる。
【００６８】
（比較の形態）
上記実施の形態１で説明したように、レンズゲインはレンズに用いる樹脂材料の屈折率を大きくすることにより、大きくできる。ここでは、比較の形態として、低屈折率領域と高屈折率領域とで保護膜とレンズを作製するのに代えて、これら二つを同一の樹脂で作製し、樹脂の屈折率をさまざまに変化させたアイセーフレーザ光源を作製し、上記実施例１にかかるアイセーフレーザ光源のアパーレント光源径と比較・検討する。図５にこの結果を示す。
【００６９】
図５からわかるように、レンズに用いる樹脂の屈折率を高くしていくことで、アパーレント光源径がほぼ単調に増大することが確認できた。しかしながら、図５に示すように、実施例１で用いた高屈折率領域と同じ屈折率の樹脂を用いた場合には、実施例１よりもアパーレント光源径が小さいことがわかる。これは、図４と図１７とを用いて説明した理由によるものである。なお、レンズ樹脂材料としては、屈折率１．６未満のものとしてはエポキシ系樹脂を用い、それ以上のものとしてはペット樹脂を用いた。
【００７０】
（実施の形態２）
図６に実施の形態２にかかるアイセーフレーザ光源を示す。図４を用いた考察から、アパーレント光源径拡大の効果は、低屈折率領域９１の厚さが厚いほど大きくなることが考えられる。しかしながら、低屈折率領域９１と、高屈折率領域９２との境界面がレンズ先端部分にあると、当該部分を通過する光量そのものが減少してしまうという問題が生じる。
【００７１】
ここで、本実施の形態では、低屈折率領域９１と、高屈折率領域９２との境界面を、レンズ先端部の方への移動させたときのアパーレント光源径拡大効果を検討した。ここで、レンズ中心部からの距離（Ｄ１／Ｈ１、Ｈ１＝１．１ｍｍ）をパラメータとし、高屈折率領域９２の屈折率を変えて、アパーレント光源径拡大効果の変化を観察した。なお、その他の構造はすべて実施例１と同じである。
【００７２】
ここで、低屈折率領域９１の屈折率は１．５２以上の条件で、最もアパーレント光源径が拡大できるように個々に最適化した。さまざまな光源を作製した結果、低屈折率領域として屈折率１．５２のとき、最もアパーレント光源径を拡大できることが確認された。
【００７３】
また、Ｄ１／Ｈ１が０．５を超えると、どの様な屈折率の樹脂であってもアパーレント光源拡大効果は期待できないことが確認された。これは、低屈折率領域９１と、高屈折率領域９２との境界面がレンズ先端部分にあると、当該部分を通過する光量そのものが減少してしまうためと考えられる。
【００７４】
図７に、低屈折率領域として屈折率１．５２の樹脂を用い、Ｄ１／Ｈ１と、高屈折率領域の屈折率の値と、アパーレント光源径と、の三者関係を示す。縦軸は、比較例１との差であり、正の値はアパーレント光源径の拡大効果があることを示す。
【００７５】
図７より、境界面が界面４（Ｄ１／Ｈ１＝０．５）の条件であると、どのような屈折率の樹脂を用いても、光源径拡大の効果がほとんどないことがわかる。一方、境界面が界面１（Ｄ１／Ｈ１＝０．１２５）の条件であると、高屈折率領域９２としてどのような屈折率の樹脂を用いても、光源径拡大の効果があることがわかる。
【００７６】
また、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との屈折率差が、０．０４未満（高屈折率領域の屈折率が１．５６未満）であると、境界面の位置によらず効果が小さいことがわかる。また、屈折率差が０．０８以上であり、且つＤ１／Ｈ１＜０．５であると、アパーレント光源径の拡大効果が大きいことがわかる。よって、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との屈折率差は、０．０４以上であることが好ましく、０．０８以上であることがより好ましい。
【００７７】
アパーレント光源径拡大効果を有するＤ１／Ｈ１の範囲は、光源モジュールのサイズや、レンズ設計指針により変化すると思われるが、指向半値角度±１０度〜４０度において、Ｄ１／Ｈ１が０．５未満の範囲で効果があることが確認された。これは、指向半値角度毎に、最適なレンズ形状はほぼ固定され、光源モジュールのサイズの違いは、レンズサイズの拡大や縮小により対応できることに由来しているものと考えられる。
【００７８】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、低屈折率領域９１の厚みと、アパーレント光源径拡大効果との関係を考察する。図８に示すように、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２の境界面を、レンズ中心から２次的面光源へ、つまり基板８へ向かって移動させたときの結果を図９に示す。なお、基板とレンズ中心との距離は１．０ｍｍとした。
【００７９】
図９から、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との境界面が、レンズ中心に近いほど（Ｄ２／Ｈ２が小さくなるほど）効果があることがわかる。しかし、Ｄ２／Ｈ２＝０．９５であっても、十分にアパーレント光源径を拡大できることがわかる。この時、実際の低屈折率領域９１の厚さは５０μｍである。
【００８０】
（実施の形態４）
実施の形態４では、さらにアパーレント光源径拡大効果を奏する境界面形状について検討する。図１０に示すように、低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との境界面が、半導体レーザ素子側に向かって突出した凹形状であることを特徴としている。
【００８１】
実際の凹形状については使用する樹脂材料、目的とするアパーレント光源径に応じて適時設計すればよい。この実施の形態では、光軸から離れるに従い、２次的面光源から低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との境界面までの距離が遠くなっていることが特徴である。この形態においては、外部から観察した光線は、光散乱領域側に延長すると、第１の領域９１と第２の領域９２との境界面で内側（光軸側）に大きく屈折するので、レンズゲインを大きくする効果がある。
【００８２】
上記実施の形態１〜４すべてに関わる放射強度−角度パターンへの影響を検討する。アイセーフレーザ光源のように、樹脂内部で大きく広がったレーザ光を空間に放射する場合、その放射強度−角度分布を制御することが困難になる。特に、集光性が悪くなるため、狭い角度範囲に光量を集中的に配することが難しい。この様な場合であっても、レンズ材料の屈折率が高いほど、光は大きく屈折するため、集光性を高めることが可能となる。
【００８３】
図１１点線は、比較例１で作製した単一樹脂材料を用い、屈折率をさまざまに変化させた場合の、±１５度の円錐内での最低放射強度を表したものである。また、図１１の○は、実施の形態３の界面５の条件で作製したアイセーフレーザ光源について、高屈折率領域９２の樹脂材料の屈折率を変化させて、放射強度を測定したものである。図１１点線からわかるように、樹脂の屈折率が大きくなるに伴い、集光性が向上して最低放射強度が増していく傾向があるが、樹脂の屈折率が１．６２より大きくなると、屈折率に適したレンズ形状値から外れるため、上に凸のカーブを描くようになる。また、同様の傾向が、本実施の形態においても見られることがわかる。
【００８４】
このことから、低屈折率領域９１は、放射強度には大きな影響を与えることなく、放射強度は高屈折率領域９２の屈折率で決定されると考えられる。よって、低屈折率領域９１を導入することにより、放射強度には影響を与えず、アパーレント光源サイズを拡大することができる。
【００８５】
上記実施の形態で用いたアイセーフレーザ光源では、高屈折率領域９２は樹脂材料にて形成したが、さらに高屈折率を有するガラス材であっても良い。特に、ガラスにおいてもモールド形成可能なモールドガラスであれば、上述した作製方法をそのまま利用できるので、低コストで光源を作製できる。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、青色半導体レーザ（波長４００ｎｍ帯）を用いた照明装置について説明する。図１２は、青色半導体レーザ素子を用いた照明装置である。図１４（ｂ）は、基板の概観図であり、図１４（ａ）は光源単位ユニットの詳細図である。
【００８７】
図１４に示すように、基板８に設けられたザグリ穴２と、その内部に配置された半導体レーザ素子１は、実施の形態１と同じように、光散乱粒子３と、樹脂４とで囲まれている。
【００８８】
図１２に示すように、この基板は、蛍光体１１を含む低屈折率領域９１でモールドされ、さらに同じく蛍光体１１を含む高屈折率領域９２でモールド形成されている。低屈折率領域９１と高屈折率領域９２は同じ厚さで作製する。
【００８９】
この蛍光体１１は、例えばインジウムナイトライド（ＩｎＮ）化合物半導体粒子からなり、そのサイズは約５ｎｍ、６ｎｍ、１３ｎｍである。これら蛍光体１１は、波長４００ｎｍの光により励起され、それぞれ青、緑、赤の蛍光を発する。結果、これらの色が混色され、白色の照明装置として用いることができる。なお、この蛍光体は波長に対して十分に小さいため、蛍光体により光が散乱されることはない。
【００９０】
光散乱は、光散乱粒子３の存在する光散乱領域で起こり、この領域で２次的面光源が形成され、レーザ光は、導光部９を通過して外部空間へ放射される。ここでは、高屈折率領域９２は、レンズ形状をなさないものの、空気との屈折率差により大きなレンズゲインを有し、最終的なアパーレント光源径が決定される。レンズ曲面が形成されないので、上記実施の形態２で説明したような高屈折率領域９２の厚さに対する制約は無い。なお、レンズゲインは、実施の形態１と同様に、導光部９として低屈折率領域９１と高屈折率領域９２との二層構造ではなく単一の材料を用いた場合よりも大きい。
【００９１】
本実施の形態のように、鋭い指向角度が要求されない照明機器等では、レンズ形状を有しない平面形状を適用できる。本実施の形態では、アパーレント光源径の拡大が容易に行えるため、照明装置そのものを薄型で設計することが可能となり、半導体レーザの個数を同一にした場合であっても、照明装置として強度および輝度のムラを押さえることができ、照明装置を大型化できる。
【００９２】
このような、薄型で大型化可能な照明装置は、例えば液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。この照明装置を用いることで、従来の蛍光灯よりさらに薄型のバックライトを実現でき、先に述べたように輝度ムラのない美しい画面を実現することができる。また、近年実現されつつある発光ダイオードを用いたバックライトと比較しても、一定の使用時間における光強度の低下量が少なく長期信頼性に優れたバックライト光源（照明装置）となる。
【００９３】
照明装置の耐候性、信頼性の観点から、材料間のはく離などを生じにくくするため、低屈折率領域９１の材料と高屈折率領域９２の材料は同一材料系樹脂からなることが好ましい。本実施の形態では、例えば、両樹脂材料ともにエポキシ系樹脂からなり、組成を調整することで、低屈折率領域９１を屈折率１．５２、同じく高屈折率領域９２を１．５６というように設定することができる。
【００９４】
（実施の形態６）
本実施の形態６は、実施の形態５の照明装置において、それぞれのレーザに印加される電流に信号を変調し重畳することで照明装置兼光通信装置としたものである。
【００９５】
図１４に照明装置兼光通信装置の例を示す。図１２の照明装置を格納した光透過性筐体１２から、変調された可視光信号が、部屋全体に配光される。可視光線の場合、空間に放射可能な放射強度は、赤外線の場合より大きくすることが可能であり、通信可能距離が伸びる。また、照明光のみが存在する室内で利用する場合には、受信特性に影響を与える背景光を制御することが可能となり、さらなる受信感度の向上が可能となる。また発光ダイオードを用いた場合に比べて半導体レーザは変調特性が優れており、通信速度の点においても有利である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したように、本発明にかかるアイセーフレーザ光源は、放射強度の低下を招くことなくアパーレント光源径を大きくできるため、人が見ることが生じる場所への設置する、高放射強度が要求される電子機器への搭載が可能となる。また、光源の小型化が用意となり、小型の光無線通信機器等に搭載することが可能となる。よって、発光ダイオードを用いる場合よりも高速な光通信が可能となる。
【００９７】
また、輝度ムラを抑えた面光源としても用いることができ、照明機器等への適用が可能となる。よって産業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる光モジュールの断面模式図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる光モジュールの内部図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる光モジュールの外観図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかるレーザ光源のレンズゲインを説明する断面模    式図である。
【図５】図５は、実施例１にかかるレーザ光源のアパーレント光源径と、比較の形態    にかかるレーザ光源の導光部の屈折率と、アパーレント光源径との関係を示すグラフ    である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかる光モジュールの断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる光モジュールのアパーレント光源径と比較例    １にかかるアパーレント光源径との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施の形態３にかかる光モジュールの断面図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる光モジュールのアパーレント光源径と比較例    １にかかるアパーレント光源径との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかる光モジュールの断面図である。
【図１１】図１１は、最小放射強度と高屈折率領域の屈折率の相関を示すグラフであ    る。
【図１２】図１２は、実施の形態５にかかる光モジュールの模式図である。
【図１３】図１３は、実施の形態５にかかる光モジュール基板の模式図である。
【図１４】図１４は、実施の形態６にかかる通信機能付き照明機器を示す模式図であ    る。
【図１５】図１５は、アパーレント光源径と許容最大放射強度の関係を示すグラフで    ある。
【図１６】図１６は、従来のアイセーフレーザ光源を示す断面模式図である。
【図１７】図１７は、従来のレーザ光源のレンズゲインを説明する断面模式図であっ    て、図１７（ａ）は低屈折率のもの、図１７（ｂ）は高屈折率のものを示す。
【符号の説明】
【００９９】
１・・・半導体レーザ素子
２・・・ザグリ穴（金属反射面）
３・・・光散乱粒子
４・・・シリコン系低硬度樹脂
５・・・ワイヤ
６・・・電極パッド
７・・・ＩＣ
８・・・基板
９・・・導光部
９１・・・低屈折率領域（第１の領域）
９２・・・高屈折率領域（第２の領域）
１０・・・光散乱領域
１１・・・蛍光体
１２・・・照明器筐体
２０・・・発光体
【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】
2007250785.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007250785.tif 000015
【図１４】
2007250785.tif 000016
【図１５】
2007250785.tif 000017
【図１６】
2007250785.tif 000018
【図１７】
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