(57)【要約】【課題】十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制する。【解決手段】開口部２５ａおよび貫通孔２５ｂが設けられ、貫通孔２５ｂに設けられた光学ロッド２３の周囲が封止剤３５により封止されたキャップ部２００と、レーザチップ２１を備えたレーザ素子部１００と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に開口部、他端側に光学部材が挿入される貫通孔が設けられ、上記貫通孔に設けられた上記光学部材の周囲が封止剤により封止されたキャップ部材と、
基台、および該基台に対して上記貫通孔と同じ側に配置される発光素子を備えた発光部と、を備え、
上記発光素子が上記キャップ部材の内部に収納されており、
上記キャップ部材の上記開口部が上記発光部の上記基台で封止されており、
上記封止剤の融点が上記発光素子を固定する固定剤の融点よりも高いことを特徴とする発光素子モジュール。
【請求項２】
上記発光素子から出射される光の波長は、紫外光領域内の波長であり、
上記光学部材は、上記発光素子から発する光のエネルギー強度分布をトップハット分布に変換する部材であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子モジュール。
【請求項３】
上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致した状態で、上記キャップ部材の上記開口部を上記発光部の上記基台で封止できるように、
上記発光部における上記基台の大きさ、および、上記基台に対する上記発光素子の配置位置が決定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子モジュール。
【請求項４】
上記発光素子から発した光が入射する上記光学部材の入射面が、上記キャップ部材の内部に存在していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項５】
上記封止剤の融点が３００℃以上であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項６】
上記発光部は、
さらに、上記基台に上記発光素子を固定するためのサブマウントを備えており、
上記発光素子は、上記サブマウントに対して上記固定剤で固定されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項７】
上記光学部材は、入射した光を出射する出射面を有しており、当該出射面の形状は多角形であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子モジュール。
【請求項８】
上記光学部材は、入射した光を出射する出射面を有しており、当該出射面の形状は、所望の配光パターンに対応する形状であることを特徴とする請求項２に記載の発光素子モジュール。
【請求項９】
上記光学部材は、マルチモードファイバ、反射面である内面を有する中空部材、光学ロッドを含むことを特徴とする請求項２、７または８のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項１０】
上記光学部材は、上記発光素子から発する光を受ける入射面を有しており、当該入射面には、反射防止構造が設けられていることを特徴とする請求項２、７または８のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
【請求項１１】
請求項２、７、８、９または１０のいずれか１項に記載の発光素子モジュールと、
上記発光素子モジュールから出射された光を受けて蛍光を発する発光体とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項１２】
一端側に開口部、他端側に光学部材が挿入される貫通孔が設けられ、上記貫通孔に設けられた上記光学部材の周囲が封止剤により封止されたキャップ部材と、基台、および該基台に対して上記貫通孔と同じ側に配置される発光素子を備えた発光部と、を備え、上記封止剤の融点が上記発光素子を固定する固定剤の融点よりも高い、発光素子モジュールの製造方法であって、
上記キャップ部材を雰囲気中で３００℃以上、５００℃以下で加熱して脱気処理を行う第１のベーキング工程と、
上記発光部を雰囲気中で２００℃以上、２５０℃以下で加熱して脱気処理を行う第２のベーキング工程と、
雰囲気中で、上記キャップ部材の内部に上記発光素子を収納し、上記開口部を上記基台によって気密封止する気密封止工程と、を含んでいることを特徴とする発光素子モジュールの製造方法。
【請求項１３】
上記気密封止工程は、
上記発光素子からパルス発振させて上記光学部材を通過した光の強度を測定することによって、上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致しているか否かを判定するアライメント判定工程と、
上記アライメント判定工程にて上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致していると判定された場合に、上記開口部を上記基台によって気密接合する気密接合工程とを含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が内部に収容され、該発光素子から発した光が出射される側に光学部材が設置された筐体（パッケージ）を備える発光素子モジュールおよびその製造方法、ならびに該発光素子モジュールを備えた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気密封止されたパッケージ内に収容された半導体レーザと、一端（光入射端）がこのパッケージの内部を臨む状態にして該パッケージに固定された光ファイバと、半導体レーザから出射されたレーザ光を光ファイバの光入射端に結合させる集光光学系とを備えるレーザモジュールは、いわゆるピッグテール型のレーザモジュールとして、光通信部品として一般的に知られている。
【０００３】
また、このようなレーザモジュールの内部においては、半導体レーザと光ファイバの光入射端とが光学的に結合された状態をマイクロメートルオーダで安定的に維持するために、光ファイバおよび集光光学系は、通常、半田もしくは接着剤等を用いて固定されている。
【０００４】
このようなレーザモジュールの一例として特許文献１に開示されたレーザモジュールがある。同文献の技術では、光導波路を有する光導波路部品を一壁面に備えた１つのパッケージ内に半導体レーザチップと集光光学系が備えられて密封され、光ファイバはパッケージ外部に固定されている。このため、パッケージ内の脱気処理を光ファイバ装着前に行うことができ、光ファイバの被覆からの脱ガスによるパッケージ内の汚染が生じないようになっている。
【０００５】
また、同文献の技術では、光導波路部品を、フラックスフリー半田もしくはＳｉ系有機物を含有しない接着剤を用いて、あるいは融着もしくは溶接により固定している。このため、Ｓｉ系化合物が発生せず、該有機物ガスが光導波路部品に付着して、光導波路部品の透過率が変化したり、また、それによる光出力の低下あるいは光ノイズの発生を防止したりすることができ、高出力まで信頼性の高い光出力を得ることができるようになっている。
【０００６】
また、同文献の技術では、発振波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍである半導体レーザチップを備えている。このため、半導体レーザチップ端面やレーザビームが集光される光導波路の一端においては特に光密度が高くなり、集塵効果が大きくなるが、光ファイバの被膜からの脱ガスによる汚染がなく、また、Ｓｉ系有機物ガスが発生しない構成であるため、汚染防止の付着の防止効果が特に有効となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４―２３３８８５号公報（２００４年８月１９日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術には、以下のような問題点があった。
【０００９】
（アライメント工程の問題点）
例えば、上記特許文献１の構成でカップリング効率を高めるために、各光学素子をアライメントしようとすると、同文献に記載されているように、その製造工程は、
（１Ａ）レーザチップの固定、（２Ａ）アライメントするためのレーザ発振、（３Ａ）レンズアライメント、（４Ａ）レンズ固定、（５Ａ）ファイバアライメント、（６Ａ）ファイバ固定、の順序か、あるいは、
（１Ｂ）レーザチップの固定、（２Ｂ）アライメントするためのレーザ発振、（３Ｂ）ファイバアライメント、（４Ｂ）ファイバ固定、（５Ｂ）レンズアライメント、（６Ｂ）レンズ固定、の順序となる。
【００１０】
しかしながら、以上の工程には２つの問題点があった。
【００１１】
第１の問題点は、上記（５Ａ）および（５Ｂ）の工程におけるアライメントは容易であるが、上記（３Ａ）および（３Ｂ）の工程におけるアライメントが困難（ディテクタでカップリング効率をモニターするといった単純な方法をとることができない。）であり、精密なアライメントが不可能な点である。
【００１２】
実際の工程としては、ｉ〕ビームプロファイラでレーザビームの中心を検出し、その点にレンズをとりあえず設定するか、あるいはファイバの中心をとりあえず設定し（マルチモードレーザの場合、レーザビームの中心は、出力により変動するので、レンズやファイバは中心点にセットできる確率は当然低い）、ｉｉ〕その後、レンズあるいはファイバをカップリング効率のよいところにセットする。
【００１３】
つまり、トータルで最適なアライメントにはならず、ほぼ装置の位置再現性や部品の寸法公差によるアライメントとなる。
【００１４】
第２の問題点は、最も温度耐性の低いレーザチップを最初に固定している点である。例えば、レーザチップの温度耐性は、温度耐性の高い窒化物系半導体レーザであっても２５０℃程度であり、そのためレーザチップとサブマウントの接合に使用される半田はＳｕＡｇＣｕ（共晶温度；２２０℃）である。
【００１５】
上記（４Ａ）および（５Ａ）の工程、あるいは、上記（４Ｂ）および（５Ａ）の工程で、レーザチップの固定位置がずれないように光学部材を固定するためには、光学部材固定用の半田として共晶温度が２２０℃未満の半田を使用する必要がある。その様な半田としてはＰｂ含有半田かＩｎＳｎ半田、あるいは（Ｓｉ系ではない）有機物系接着材を用いる必要がある。しかしながら、現在Ｐｂ含有半田は、ＲｏＨＳ指令（電気・電子機器における特定有害物質の使用制限についてのＥＵ連合による指令）に対応し、使用することができないという問題点があった。
【００１６】
また、ＩｎＳｎ半田は、融点が低すぎ、高温信頼性が求められる環境では使用することができないという問題点、および、その価格も高価であるという問題点がある。有機物系接着材は、長期使用時にレーザ光により劣化していくため、固定剤自体が、内部汚染源となり、長期信頼性を低下させてしまうという問題点がある。
【００１７】
さらに、レーザチップを固定している半田を溶融点がより高温の半田を用いる方法もあるが、ステムとサブマウント（≒レーザ）の熱膨張係数差が大きいため、レーザの特性劣化を引き起こすという問題点があった。
【００１８】
（レンズを用いたカップリングの問題点）
また、マルチモードレーザやマルチストライプレーザの場合、レーザ出射端面におけるニアフィールドパターンおよび放射角が光出力および長期使用により変動し、素子毎にも変動する。そのため、非常にシビアなアライメントを要求されるが、上記の製造工程では、いずれもアライメントが十分にできないという問題点があった。
【００１９】
さらに、従来は、レンズを用いてファイバにカップリングさせているために、環境温度変化により、レーザ、レンズ、ファイバそれぞれの相対位置が変動し、カップリング効率が変動してしまうという問題点もあった。
【００２０】
また、カップリング効率を高めるために、ファイバの端面にＡＲコート膜を施すが、レンズ集光することにより、ファイバ入射端面での光密度があがり、ＡＲコート膜が長期使用により劣化する（光学破壊される）という問題もあった。
【００２１】
（低温脱気処理の問題点）
ところで、上記特許文献１の光導波路部品や集光光学系などの光学部材は、通常、静電気を帯び易く、炭化水素が付着し易いという特性がある（集塵効果１）。または、空中を浮遊している低分子シロキサンが紫外線による光化学反応で酸素と反応し光学部品にＳｉＯＸ（Ｓｉ化合物）の形で堆積、付着するという特性もある（集塵効果２）。このため、炭化水素量を減らすためにベーキング（脱気処理）の温度を比較的高温にする必要がある。しかしながら、同文献の技術では、脱気処理の温度が９０℃程度であり不十分なため、有機物やＳｉ化合物を十分除去することができないという問題点があった。
【００２２】
（レーザ素子の光出射面の光分布制御および光分布の経時変化の問題点）
また、従来は、レーザ素子の光出射面における光強度分布が制御されていないため、光出射面において、光密度の高い領域と低い領域ができ、光密度の高い部分と低い部分とにおいて集塵効果の起こり方が異なるため（光密度の高い領域の付着物の付着量が多い）、長期使用にしたがって、光分布形状の変化（光分布の変動）と、光強度の劣化が同時に生じていた。光強度の劣化は、レーザ素子の発光強度を上げることにより、改善することができるが、光分布形状の変化は、ウィンドウを洗浄し付着物を取り除く、あるいは、ウィンドウを交換することによってしか改善することができず、製品に組み込んだあとに改善することは困難であった。
【００２３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができる発光素子モジュールなどを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の発光素子モジュールは、上記の課題を解決するために、一端側に開口部、他端側に光学部材が挿入される貫通孔が設けられ、上記貫通孔に設けられた上記光学部材の周囲が封止剤により封止されたキャップ部材と、基台、および該基台に対して上記貫通孔と同じ側に配置される発光素子を備えた発光部と、を備え、上記発光素子が上記キャップ部材の内部に収納されており、上記キャップ部材の上記開口部が上記発光部の上記基台で封止されており、上記封止剤の融点が上記発光素子を固定する固定剤の融点よりも高いことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、貫通孔に設けられた光学部材の周囲が、発光素子を固定する固定剤よりも融点が高い封止剤により封止されている。このため、貫通孔に設置された光学部材の周囲を封止する際、発光素子を固定する固定剤の融点と比較して高融点（例えば、３００℃以上）の封止剤を用いることができる。
【００２６】
また、上記構成によれば、従来よりもキャップ部材および発光素子を高い温度でベーキングすることができる。このため、十分な脱気処理が可能である。
【００２７】
また、上記構成によれば、本発明の発光素子モジュールは、キャップ部材と発光部とを備え、キャップ部材の一端側に設けられた開口部を発光部の基台で封止する構成である。このため、封止前に光学部材の光軸と発光素子の光軸とを一致させるアライメント調整（調芯）を行えば良いので、製造時の調芯が容易である。
【００２８】
さらに、上記構成によれば、調芯後に温度を高くしても（例えば、９０℃よりも高温）、封止剤の融点が高いので筐体と光学部材との位置関係がずれにくくアライメントがずれにくい。
【００２９】
また、上記構成によれば、上記のように十分な脱気処理が可能であるため、光学部材に付着する付着物の付着量を小さくすることができ、製造後の長期使用においても光学部材の出射面での光分布の変動を抑制することができる。
【００３０】
以上より、本発明の発光素子モジュールによれば、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができる。
【００３１】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記発光素子から出射される光の波長は、紫外光領域内の波長であり、上記光学部材は、上記発光素子から発する光のエネルギー強度分布をトップハット分布に変換する部材であることが好ましい。
【００３２】
上記構成によれば、発光素子から発する光のエネルギー強度分布が、例えば、ガウス分布である場合に、光学部材により、当該エネルギー強度分布をトップハット分布に変換することができる。
【００３３】
また、発光素子から発する光のエネルギー強度分布をトップハット分布にしておくことにより、光密度が均一化され、光密度の高い部分がなくなるため、ガウス分布で起こっていた、光学部材の非会分布の強いところで生じる、光学部材の劣化、光学部材のコート膜の劣化、集塵効果による光学部材へのゴミの付着等が低減可能となる。
【００３４】
例えば、発光素子モジュールの製造時に発光素子モジュール（キャップ部材）内部を十分脱気することが可能であるため、光学部材の入射面（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しにくい。
【００３５】
また、光学部材の出射面およびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しにくい。このため、製造後の長期使用においても光学部材の出射面およびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【００３６】
また、発光素子モジュールの製造前は、キャップ部材と、発光部とが、別体になっているため、光学部材の光軸と発光素子の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【００３７】
よって、本実施形態の発光素子モジュールによれば、光学部材の出射面およびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を少なくとも上述したような様々な観点から向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致した状態で、上記キャップ部材の上記開口部を上記発光部の上記基台で封止できるように、上記発光部における上記基台の大きさ、および、上記基台に対する上記発光素子の配置位置が決定されていても良い。
【００３９】
上記構成によれば、光学部材の光軸と発光素子の光軸とが一致した状態で、キャップ部材の開口部を発光部の基台で封止できるように、発光部における基台の大きさ、および、基台に対する発光素子の配置位置が決定されているので、製造時のアライメント調整が容易になる。
【００４０】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記発光素子から発した光が入射する上記光学部材の入射面が、上記キャップ部材の内部に存在していても良い。
【００４１】
上記構成によれば、キャップ部材の内部を十分脱気することにより有機物などの汚れが光学部材の入射面に付着しにくくなる。
【００４２】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記封止剤の融点が３００℃以上であっても良い。
【００４３】
上記構成によれば、従来よりも筐体を高い温度（例えば、３００℃以上、５００℃以下程度）でベーキングすることができる。このため、十分な脱気処理が可能となる。
【００４４】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記発光部は、さらに、上記基台に上記発光素子を固定するためのサブマウントを備えており、上記発光素子は、上記サブマウントに対して上記固定剤で固定されていても良い。
【００４５】
上記構成によれば、発光素子をサブマウントに固定する固定剤は、光学部材をキャップ部材に封止固定する封止剤よりも融点が低い。裏を返せば、封止剤は、固定剤よりも融点が高い。このため、キャップ部材を発光部よりも高温でベーキングすることができる。
【００４６】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記光学部材は、入射した光を出射する出射面を有しており、当該出射面の形状は多角形であっても良い。
【００４７】
上記の構成によれば、光学部材の出射面の形状が多角形（例えば、四角形）であるため、複数の光学部材または発光素子から発した光のスポットを互いに隣接させて配置する場合に、光学部材間または光のスポット間の隙間を低減できる。
【００４８】
特に、光学部材が、マルチモードファイバを含んでおり、このマルチモードファイバの形状を多角形とした場合、多角形のスポットを生成したい場合に、発光素子から発した光のエネルギー強度分布をトップハット分布にした後さらに絞り等でビーム形状を整形する必要が無く、光の利用効率が高い。また、絞りを用いると、絞りで光を遮断することにより絞りが発熱してしまうため、絞りの材質が限定されてしまうという問題点が生じるが、上記構成によれば、このような問題点も生じない。
【００４９】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記光学部材は、入射した光を出射する出射面を有しており、当該出射面の形状は、所望の配光パターンに対応する形状であっても良い。
【００５０】
上記の構成によれば、当該出射面の形状を所望の配光パターンに対応するものにすることにより、照明光の配光パターンを所望のものにすることができる。
【００５１】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記光学部材は、マルチモードファイバ、反射面である内面を有する中空部材、光学ロッドを含んでいても良い。
【００５２】
上記の構成により、発光素子から発する光のエネルギー強度分布が、例えばガウス分布である場合に、光学部材により、当該エネルギー強度分布をトップハット分布に変換することができる。
【００５３】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の構成に加えて、上記光学部材は、上記発光素子から発する光を受ける入射面を有しており、当該入射面には、反射防止構造が設けられていても良い。
【００５４】
上記の構成によれば、光学部材の入射面に反射防止構造（例えば、反射防止膜（ＡＲコート））が設けられているため、入射面における光（発光素子から発し、入射面に入射する光）の反射を防止できる。その結果、光を光学部材へ入射させるときの損失を低減できる。
【００５５】
また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記のいずれかの発光素子モジュールと、上記発光素子モジュールから出射された光を受けて蛍光を発する発光体とを備えていても（さらに、上記光学部材は、上記発光素子から発する光のエネルギー強度分布をトップハット分布に変換する部材であっても）良い。
【００５６】
上記の構成によれば、発光体に照射される光のエネルギー強度分布がトップハット分布となる。トップハット分布とは、エネルギー強度分布がほぼ平坦な分布である。そのため、発光体が局所的に高いエネルギー強度の励起光で励起されることを防止でき、局所的に高温になることにより温度消光してしまう可能性を低減できる。その結果、発光素子から発する光の蛍光への変換効率を高めることができる。
【００５７】
また、励起されている部分と励起されていない部分とのコントラストを高めることができ、光学設計を容易にすることができる。
【００５８】
また、本発明の発光素子モジュールの製造方法は、上記の課題を解決するために、一端側に開口部、他端側に光学部材が挿入される貫通孔が設けられ、上記貫通孔に設けられた上記光学部材の周囲が封止剤により封止されたキャップ部材と、基台、および該基台に対して上記貫通孔と同じ側に配置される発光素子を備えた発光部と、を備え、上記封止剤の融点が上記発光素子を固定する固定剤の融点よりも高い、発光素子モジュールの製造方法であって、上記キャップ部材を雰囲気中で３００℃以上、５００℃以下で加熱して脱気処理を行う第１のベーキング工程と、上記発光部を雰囲気中で２００℃以上、２５０℃以下で加熱して脱気処理を行う第２のベーキング工程と、雰囲気中で、上記キャップ部材の内部に上記発光素子を収納し、上記開口部を上記基台によって気密封止する気密封止工程と、を含んでいることを特徴とする。
【００５９】
上記の方法によれば、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができる。
【００６０】
また、本発明の発光素子モジュールは、上記の工程に加えて、上記気密封止工程は、上記発光素子からパルス発振させて上記光学部材を通過した光の強度を測定することによって、上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致しているか否かを判定するアライメント判定工程と、上記アライメント判定工程にて上記光学部材の光軸と上記発光素子の光軸とが一致していると判定された場合に、上記開口部を上記基台によって気密接合する気密接合工程とを含んでいても良い。
【００６１】
上記の方法によれば、正確にアライメント調整して気密封止された発光素子モジュールを製造できる。
【発明の効果】
【００６２】
本発明の発光素子モジュールは、以上のように、一端側に開口部、他端側に光学部材が挿入される貫通孔が設けられ、上記貫通孔に設けられた上記光学部材の周囲が封止剤により封止されたキャップ部材と、基台、および該基台に対して上記貫通孔と同じ側に配置される発光素子を備えた発光部と、を備え、上記発光素子が上記キャップ部材の内部に収納されており、上記キャップ部材の上記開口部が上記発光部の上記基台で封止されており、上記封止剤の融点が上記発光素子を固定する固定剤の融点よりも高い構成である。
【００６３】
また、本発明の発光素子モジュールの製造方法は、上記発光素子モジュールの製造方法であって、上記キャップ部材を雰囲気中で３００℃以上、５００℃以下で加熱して脱気処理を行う第１のベーキング工程と、上記発光部を雰囲気中で２００℃以上、２５０℃以下で加熱して脱気処理を行う第２のベーキング工程と、雰囲気中で、上記キャップ部材の内部に上記発光素子を収納し、上記開口部を上記基台によって気密封止する気密封止工程と、を含んでいる方法である。
【００６４】
これにより、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明における発光素子モジュールの実施の一形態の構成を示す概略図である。
【図２】上記発光素子モジュールの製造方法の例を説明するための図であり、（ａ）は、筐体と発光部とが仮組みの状態にあるときの様子を示し、（ｂ）は、気密接合前のアライメント調整の様子を示す。
【図３】本発明における発光装置の実施の一形態の構成を示す概略図である。
【図４】励起光の空間光強度分布のタイプを示す図である。
【図５】発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の一例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の別の例を示す図である。
【図７】本発明における発光装置の別の形態の構成を示す概略図である。
【図８】本発明における発光装置のさらに別の形態の構成を示す概略図である。
【図９】本発明における発光装置のさらに別の形態の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００６７】
〔実施の形態１〕
＜レーザ素子モジュール２の構成について＞
図１は、本発明の発光素子モジュールの実施の一形態であるレーザ素子モジュール（発光素子モジュール）２の構成を示す概略図である。本実施形態では、本発明の発光素子モジュールの一実施形態として、後述するレーザチップ（励起光源）２１を備えたレーザ素子モジュール２について説明するが、本発明の発光素子モジュールはこれに限定されない。
【００６８】
次に、同図に示すように、レーザ素子モジュール２は、レーザチップ２１およびステム（基台）２６を少なくとも備えたレーザ素子部（発光部）１００と、光学ロッド（光学部材）２３および筐体２５を少なくとも備えたキャップ部（キャップ部材）２００と、からなる。
【００６９】
ここで、光学ロッド２３は、後述するレーザチップ２１から出射するレーザ光の光強度分布をガウス分布形状からトップハット分布形状に変換する光学部材の一例であるが、キャップ部２００が備える光学部材は、光学ロッド２３に限定されない。例えば、後述する中空パイプ（光学部材）２９やマルチモードファイバ（光学部材）３１などを挙示することができる。なお、トップハット分布の詳細については後述する。
【００７０】
（レーザ素子モジュール２の特徴的な構造について）
レーザ素子モジュール２の各構成要素の詳細については後述するが、ここでは、レーザ素子モジュール２の特徴的な構造について説明する。
【００７１】
本実施形態のレーザ素子モジュール２は、上述したレーザ素子部１００と、キャップ部２００と、を備えている。レーザ素子部１００およびキャップ部２００は、それぞれ別体として（別々に）作製されたレーザ素子モジュール２の部品である。
【００７２】
（レーザ素子部１００の説明）
図１に示すように、レーザ素子部１００は、レーザチップ２１、サブマウント２２、ステム２６、リード端子２７を少なくとも備えており、発光部としての機能を有している。
【００７３】
レーザチップ２１は、ステム２６（ステム台座部２６ａ）に対して筐体２５の貫通孔２５ｂと同じ側に配置されている。より具体的には、レーザチップ２１およびサブマウント２２はステム台座部２６ａの紙面に対して右側に突出する矩形のステム突出部２６ｂの上部において、サブマウント２２とレーザチップ２１との間、および、サブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間が、それぞれＳｎＡｇＣｕ（固定剤）により同時に固定されている。
【００７４】
なお、サブマウント２２とレーザチップ２１との間、および／または、サブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間を固定する固定剤（ここではＳｕＡｇＣｕ）よりも融点が高温である固定剤（例えばＡｕＳｕ）で固定し、その後、サブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間を固定しても良い。
【００７５】
次に、ＳｎＡｇＣｕの融点（溶融温度）は、概ね２２０℃である。レーザ素子モジュール２の中で、サブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間を固定する固定剤の融点が最も低温であり、レーザ素子モジュール２の耐えうる最高温度を決定する。それ以外の部材をサブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間を固定する固定剤の融点よりも高温でベーキングすることにより、他の部材からのアウトガスを防止することが可能となる。
【００７６】
また、ステム台座部２６ａの大きさは、キャップ部２００における筐体２５の開口部２５ａを封止できる大きさに決定されている。
【００７７】
（キャップ部２００の説明）
キャップ部２００を構成する筐体２５の一端側（紙面に対して左側）には開口部２５ａが設けられ、キャップ部２００の他端側（紙面に対して右側）には貫通孔２５ｂが設けられている。
【００７８】
筐体２５の貫通孔２５ｂには、光学ロッド２３が設けられている。光学ロッド２３は、レーザチップ２１から出射されたレーザ光のエネルギー強度分布を内部での多重反射により上記のトップハット分布に変換する光学部材である。また、貫通孔２５ｂは、光学ロッド２３を設置することが可能な形状およびサイズを有する孔として筐体２５の他端側に形成される。
【００７９】
筐体２５の貫通孔２５ｂに設けられた光学ロッド２３の周囲は封止剤３５により封止（固定）されている。
【００８０】
キャップ部２００が温度的に弱いレーザチップ２１と独立しているため、キャップ部２００の封止剤３５は、レーザチップ２１とサブマウント２２との間を固定する固定剤、およびサブマウント２２とステム突出部２６ｂとの間を固定する固定剤よりも融点を高くすることができる。
【００８１】
そのため、上記構成によれば、従来よりもキャップ部２００（筐体２５および光学ロッド２３）を高い温度（例えば、３００℃以上、５００℃以下程度）でベーキングすることができる。このため、十分な脱気処理が可能となる。
【００８２】
（気密封止の説明）
本実施形態のレーザ素子モジュール２では、レーザ素子部１００とキャップ部２００とは抵抗溶接により接合され、気密封止されているが、レーザ素子部１００とキャップ部２００との接合方法は、抵抗溶接に限定されない。例えば、シーム溶接や半田接合などでも良い。
【００８３】
（配置位置の説明）
レーザ素子部１００におけるステム２６に対するレーザチップ２１の配置位置および、キャップ部２００における筐体２５に対する光学ロッド２３の配置位置は、光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸（出射されるレーザ光の光軸）とが一致できるように決定されるが、最終的に精密なアライメント調整が可能であるため従来よりも部材の精度を公差緩和することが可能となる。そのため部材費用を抑えることが可能となる。
【００８４】
（光学ロッド２３とのカップリング）
レーザチップ２１から出射したレーザ光は、バットジョイントにより光学ロッド２３にカップリングされる。温度変化による、カップリング効率の変動がない。また、光学ロッド２３の入射面２３ａにおける光密度を、レンズを用いる場合と比べて下げることができ、光学ロッド２３の入射面２３ａの側に形成したＡＲコート膜２４の劣化を防ぐことができる。
【００８５】
（レーザ素子モジュール２の各構成要素の詳細について）
（レーザ素子部１００の各構成要素の詳細）
図１に示すように、レーザ素子部１００の基本構造は、いわゆるキャンタイプレーザ素子構造と同様であり、レーザチップ２１、サブマウント２２、ステム２６、リード端子２７、および、レーザチップ２１を電気的に結合するワイヤ（図示せず。例えば、Ａｕワイヤ）を少なくとも備えている。
【００８６】
レーザチップ２１には、金細線（図示せず）を介してリード端子２７が接続されており、これらの配線を介して外部の電源から電力が供給される。
【００８７】
（レーザチップ２１）
本実施形態のレーザチップ２１は、窒化物系の半導体レーザであり、その発振波長は、３９５ｎｍであるが、レーザチップ２１は、窒化物系の半導体レーザに限定されず、また、その発振波長も３９５ｎｍに限定されるものではなく、所望の色度を得るために後述する発光装置１の発光体４を構成する蛍光材料との関係で適宜選択すれば良い。
【００８８】
また、レーザチップ２１の構成（例えば、半導体層の材質）は特に限定されない。
【００８９】
さらに、レーザチップ２１は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。レーザチップ２１のレーザ光の発振波長は、３６５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲内にあることが好ましく、本実施形態の発振波長３９５ｎｍの他、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）または４５０ｎｍ（青色）など、発光体４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択すればよい。なお、レーザチップ２１のレーザ光の発振波長は、より好ましくは、３５０ｎｍ〜４１５ｎｍ（紫外光領域）の波長範囲内にあることが好ましい。
【００９０】
（サブマウント２２）
レーザチップ２１は、レーザチップとステム（金属；本実施形態ではステム２６）との間での熱膨張係数差が大きいため、応力による特性劣化や剥がれを考慮して、サブマウント（本実施形態ではサブマウント２２）と呼ばれる放熱部材に半田で固定し、更にそのサブマウントをステムに固定する。サブマウントの素材は、熱膨張係数がレーザチップに近く熱伝導率が高い素材が選択される。
【００９１】
本実施形態のサブマウント２２の構成材料は、ＡｌＮであるが、これに限定されない。例えば、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、ＣｕＷ、Ｃｕ、ダイヤモンド、Ｓｉなどを用いることができる。
【００９２】
なお、ステム２６をレーザチップと熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率の高いＡｌＮ等のセラミックとした場合、サブマウントはなくても良い。
【００９３】
（ステム２６）
ステム２６は、鉄および銅を含む心材を金でコーティングしたものである。ステム２６の心材は、銅または鉄のみでも良いし、コーティングは、ＡｇやＰｔ、ＰｔＲｄ等でもよく、耐候性が問題にならない使用条件であれば、コーティングがされていなくても良い。
【００９４】
部材コストおよび部材の加工性、レーザチップ２１において生じる熱を排熱する観点からは、ステム２６は熱伝導率の高い金属で構成されていることが好ましい。しかし、金属に限ったのもではなく、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックとしても良い。
【００９５】
リード端子２７は、外部の電源から電力を供給するための端子である。
【００９６】
（キャップ部２００の各構成要素の詳細）
次に、キャップ部２００は、光学ロッド２３、および筐体２５を少なくとも備えている。
【００９７】
（筐体２５）
筐体２５は、レーザチップ２１等の部材を内部に封入または封止するため（収納するため）の部材である。特に、筐体２５によって、レーザチップ２１と光学ロッド２３との相対位置が固定される。筐体２５の内側は空洞になっていてもよく、ガラス等の物質によって充填されていてもよい。また、筐体２５の全体を低融点ガラスで形成してもよい。本実施形態では、筐体２５の構成材料として、コバールを用いているが、コバールに限定されるものではなく、４５アロイなど、熱膨張係数が光学ロッド２３および封止剤３５に近い金属でも良い。
【００９８】
（光学ロッド２３）
光学ロッド２３は、レーザチップ２１から出射されるレーザ光のエネルギー強度分布を内部での多重反射によりトップハット分布に変換する光学部材である。これにより、光学ロッド２３の出射面２３ｂにおいては光密度が均一化され、光密度の高い領域がなくなる。
【００９９】
本実施形態では、光学ロッド２３の材料は、ＢＫ７（硼珪酸ガラス、ボロシリケート・クラウンガラス）であるが、光学ロッド２３の材料は、ＢＫ７でなくても良い。すなわち、光学ロッド２３の材料は、透光性を有し、十分な強度を持つ材料であればどのような材料であっても良く、ＢＫ７以外のガラス材たとえばコバールガラスや石英ガラスなどであっても良い。無機ガラスを用いることが望ましいが、やむを得ず樹脂を用いる場合は、後述する脱気に耐えられる高耐熱性、レーザ光が発する紫外光に対する耐性、透過率等を鑑み、慎重に選択する必要がある。
【０１００】
ここで、３６５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲の光は、外部環境下で、集塵効果があり、光強度に依存することが知られている。
【０１０１】
従来のレーザ光をガウス分布のまま外に取り出す、いわゆるウィンドウ構造の場合、光密度の高いウィンドウ面の中心部分において、集塵効果が強く起こり（中心部分の付着物の付着量が多い）、長期使用にしたがって、光分布形状の変化（光分布の変動）と、光強度の劣化が同時に生じていた。光強度の劣化は、レーザの発光強度を上げることにより、改善することができるが、光分布の変化は、ウィンドウを洗浄し付着物を取り除く、あるいは、ウィンドウを交換することによってしか改善することができず、製品に組み込んだあとに改善することは困難であった。
【０１０２】
また、ウィンドウにＡＲコート膜を形成した場合、長期使用に従って、上記集塵効果ならびにレーザ光による光学破壊により反射率の変動が光密度の高い部分において局所的に発生し、光分布が長期使用により変動するという問題点もあった。
【０１０３】
光学ロッド２３を用いることにより、外部環境にさらされている出射面２３ｂにおける光強度分布（光のエネルギー強度分布）をトップハット分布にする（光密度分布を均一化する）ことができ、かつ、最大光強度を低下させることができる。光密度分布を均一化することにより集塵効果による付着物の付着量を均一化することができ、光分布形状の変化を抑制することが可能となった。また、最大光強度が低下することにより集塵効果による付着物の付着量も低減することが可能となった。
【０１０４】
また、光学ロッド２３の出射面２３ｂにＡＲコート膜を施した場合でも、ＡＲコート膜の変質が局所的に発生することがなくなり、従来変質していたレーザ出力では、変質しなくなり、レーザ出力を増加させることが可能となった。
【０１０５】
この光学ロッド２３は、レーザ光を受光する入射面２３ａおよびレーザ光を出射する出射面２３ｂを備えている。入射面２３ａは、光学ロッド２３の一方の端部に形成されており、出射面２３ｂは、光学ロッド２３の他方の端部に形成されている。
【０１０６】
入射面２３ａは、レーザチップ２１の発光点の近傍に配置され、発光点から出射されたレーザ光が入射面２３ａから光学ロッド２３の内部へ入射する。
【０１０７】
発光点から出射されたレーザ光は、ガウス分布形状の空間光強度分布の光であるが、光学ロッド２３の内部を透過する間に複数回の反射が生じることによりトップハット形状の空間光強度分布の光に変換される。
【０１０８】
出射面２３ｂが形成された出射端部は、筐体２５を貫通してレーザ素子モジュール２の外部に延出しており、出射面２３ｂは、レンズ３の一方の焦点位置に配置されている。それゆえ、出射面２３ｂから出射したレーザ光は、後述する発光装置１のレンズ３によって効率良く発光体４のレーザ光照射面４ａに照射される。
【０１０９】
図１に示す例では、光学ロッド２３の長さは２０ｍｍであり、光学ロッド２３の端面形状はは０．２ｍｍ×０．８ｍｍの長方形である。ただし、光学ロッド２３の大きさはこれに限定されない。しかしながら、レーザ光のカップリングを考慮すると、光学ロッド２３の入射面２３ａまたは出射面２３ｂの断面の最大径は０．０５ｍｍ以上であることが望ましい。また、光学ロッド２３の紙面に対して左右方向の長さは、トップハット化の観点より１０ｍｍ以上が望ましい。
【０１１０】
（ＡＲコート膜２４）
また、入射面２３ａには、反射防止膜であるＡＲ（Anti Reflection）コート膜（反射防止構造）２４が施されている。そのため、入射面２３ａにおいてレーザ光が反射することを防止でき、レーザ光が光学ロッド２３の内部へ入射するときの損失を低減できる。ＡＲコート膜２４を出射面２３ｂに設けてもよい。また、ＡＲコート膜２４は、反射防止構造の一例であり、モスアイ構造等の他の反射防止構造を入射面２３ａに設けてもよい。なお、ＡＲコート膜２４は、入射損失を気にしない場合はなくても良い。
【０１１１】
（封止剤３５）
封止剤３５（または接着剤）は、本実施形態では、融点が３５０度の低融点ガラスを使用しているが、封止剤３５の材料は、接着剤および／または封止剤として機能し、後述する製造工程におけるキャップ部２００の脱気温度よりも十分融点が高いもので、光学ロッド２３と筐体２５を固定封止後に有機物が残留しない物であればどのような材料であっても良い。ただし、光学ロッド２３と筐体２５（本実施形態ではコバール）との中間の熱膨張係数で、かつ脱ガスのない材料が望ましい。
＜レーザ素子モジュール２の製造方法について＞
次に、図２に基づき、レーザ素子モジュール２の製造方法の例について説明する。
【０１１２】
図２は、レーザ素子モジュール２の製造方法の例を説明するための図であり、図２（ａ）は、レーザ素子部１００とキャップ部２００とが仮組みの状態にあるときの様子を示し、図２（ｂ）は、気密接合前のアライメント調整の様子を示す。
【０１１３】
レーザ素子モジュール２の製造方法は、少なくとも下記の（イ）〜（ハ）の工程を含むことが好ましい。
（イ）キャップ部２００を特定気体の雰囲気中で３００℃以上、５００℃以下で加熱して脱気処理を行う第１のベーキング工程（下記工程１に対応）。
（ロ）レーザ素子部１００を特定気体の雰囲気中で２００℃以上、２５０℃以下で加熱して脱気処理を行う第２のベーキング工程（下記工程２に対応）。
（ハ）特定気体の雰囲気中で、キャップ部２００の開口部２５ａとレーザ素子部１００のステム台座部２６ａを接合し気密封止する工程（下記工程３〜６に対応）。
【０１１４】
上記の方法によれば、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができる。
【０１１５】
なお、本実施形態では、特定気体の雰囲気として、上記の工程（イ）および（ロ）ではオゾンを用いているが、上記の工程（イ）および（ロ）では、ドライエアや窒素を用いてもよい。また、上記の工程（ハ）ではドライエアを用いているが、使用するレーザチップが窒化物系半導体レーザでない場合（例えば、ＩＩ−ＶＩ族系半導体レーザの場合）は、雰囲気中の気体はこれに限定されない。
【０１１６】
次に、上記の製造方法において（ハ）の工程は、さらに、下記の（Ａ）および（Ｂ）の工程を含むことが好ましい。
（Ａ）レーザチップ２１からパルス発振させて光学ロッド２３を通過した光の強度をディテクタ（図２（ｂ）参照）で測定することによって、光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とが一致しているか否かを判定するアライメント判定工程（下記工程４および５に対応）。
（Ｂ）上記アライメント判定工程（Ａ）にて光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とが一致していると判定された場合に、キャップ部２００の開口部２５ａとレーザ素子部１００のステム台座部２６ａとを接合し気密接合する気密接合工程（下記工程６に対応）。
【０１１７】
より具体的には、レーザ素子モジュール２の製造方法は、下記の工程１〜６を含むことが好ましい。
【０１１８】
工程１：キャップ部２００をオゾン中３００℃で１時間ベーキングする。ベーキング後ドライエア中で保管する。
【０１１９】
工程２：レーザ素子部１００をオゾン中２００℃で１時間ベーキングする。ベーキング後もドライエア中で保管する。
【０１２０】
工程３：レーザ素子部１００とキャップ部２００を仮組みする（図２（ａ）参照；以下工程６までドライエア中で実施する）。
【０１２１】
工程４：レーザ素子部１００のレーザチップ２１にリード端子を介して電流を注入しレーザ発振させる。
【０１２２】
工程５：キャップ部２００のみを動かしキャップ部２００の位置と光学ロッド２３を透過してくるレーザ光強度の関係をディテクタでモニタリングする。
【０１２３】
工程６：光学ロッド２３を透過してくるレーザ光強度が最も強い位置で、レーザ素子部１００とキャップ部２００とを抵抗溶接により接合する。以上により、レーザ素子モジュール２（パッケージ）内にはドライエアが封止される。なお、レーザ素子部１００とキャップ部２００との接合方法は、抵抗溶接でなく、シーム溶接や半田接合でも良い。ただし、半田接合を用いる場合、用いる半田の融点は、レーザチップ２１とサブマウント２２の接合に用いた半田よりも融点が低い半田を用い、接合時もレーザチップ２１とサブマウント２２の接合に用いた半田の融点よりも低い温度で接合する必要がある。
【０１２４】
なお、上記工程１の前に、筐体２５に貫通孔２５ｂを形成する貫通孔形成工程と、筐体２５の貫通孔２５ｂに光学ロッド２３を設置（嵌挿）し、貫通孔２５ｂに設置（嵌挿）された光学ロッド２３の周囲を、上記の封止剤３５により封止する封止工程とを実施する。
【０１２５】
ドライエアは、露点が−３０℃以下であり、酸素割合は、５〜３５％である。また、ドライエア中のＣＯ、ＣＯ２、およびＴＨＣ（全炭化水素）の各濃度は、いずれも１００ｖｏｌ．ｐｐｍ以下である。
【０１２６】
また、後述するレーザ素子モジュール（発光素子モジュール）２０〜５０も上記と同様に製造できることは言うまでもない。
＜レーザ素子モジュール２の効果＞
（脱気処理について）
以上のように、光学ロッド２３自体の軸を合せた状態で組まれているモジュールであるキャップ部２００と、レーザチップ２１を備えるモジュールであるレーザ素子部１００は、別体になっており（別々になっており；図２参照）、それぞれ十分に脱気を行い、炭化水素化合物や低分子シロキサンを除去した後に、これらを組み合わせることで、レーザ素子モジュール２の内部は気密封止される。
【０１２７】
上記構成によれば、温度耐性の低いレーザチップ２１とは関係なく、キャップ部２００のみで、脱気処理を行うことが可能である。
【０１２８】
また、光学ロッド２３の固定および筐体２５との封止に用いる封止剤も、温度耐性の低いレーザチップ２１や、レーザチップ２１とサブマウント２２の固定材とは関係なく、高融点で脱ガスが少なく、光学ロッド２３と熱膨張係数の近い無機材料を選択することが可能となる。
【０１２９】
本実施形態では、貫通孔２５ｂに設けられた光学ロッド２３の周囲が、レーザチップ２１を固定するＳｎＡｇＣｕよりも融点が高い封止剤３５（低融点ガラス融点３５０℃）により封止することができており、脱気処理を３００℃で行うことができる。
【０１３０】
レーザ素子部１００も、最も熱的に弱い箇所は、レーザチップとサブマウントの固定材であり、従来よりも高温（本実施例では２００℃）で脱気処理することができる。
【０１３１】
このように、キャップ部２００およびレーザ素子部１００のそれぞれを十分脱気することができるので、レーザ素子モジュール２の内部への封入気体を、有機物等を含有しない清浄な気体（本実施形態ではドライエア）を用いれば筐体２５の内部に存在する光学ロッド２３の入射面２３ａ（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない。
【０１３２】
（アライメントについて）
また、上記構成によれば、レーザ素子モジュール２は、レーザ素子部１００とキャップ部２００の２つのパーツにより構成されており、上述した様にディテクタでカップリング効率をモニターしながら光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０１３３】
さらに、上記構成によれば、調芯後に環境温度を高くしても（例えば、９０℃よりも高温）、封止剤３５の融点が高いので筐体２５と光学ロッド２３との位置関係がずれにくくアライメントがずれにくい。
【０１３４】
（レンズフリーについて）
レンズを用いることなく、バットジョイントとすることにより、光学ロッド２３の入射面２３ａでの光密度はレンズ集光時に対して低く、ＡＲコート膜２４が長期使用により劣化するという問題も起こらない。
【０１３５】
（トップハット分布について）
そして、光学ロッド２３によりレーザ光の光分布が出射面２３ｂにおいてトップハット分布となっているため、レーザパワーの変動や、長期間使用時にも光分布の変動が起こらない。
【０１３６】
以上より、本実施形態のレーザ素子モジュール２によれば、十分な脱気処理を可能とし、製造時の調芯を容易にし、調芯後に高温にしたときのアライメントのずれを抑制し、さらに製造後の長期使用においても光学部材の光出射面での光分布の変動を抑制することができる。
＜特許文献１に記載の技術の問題点とレーザ素子モジュール２との関係＞
（脱気処理について）
ところで、上記特許文献１の光導波路部品や集光光学系などの光学部材は、通常、静電気を帯び易く、炭化水素化合物が付着し易いという特性がある（集塵効果１）。または、空中を浮遊している低分子シロキサンが紫外線による光化学反応で酸素と反応し光学部品にＳｉＯＸ（Ｓｉ化合物）の形で堆積、付着するという特性もある（集塵効果２）。このため、炭化水素量を減らすためにベーキング（脱気処理）の温度を比較的高温にする必要がある。しかしながら、同文献の技術では、脱気処理の温度が９０℃程度であり不十分なため、有機物やＳｉ化合物を十分除去することができないという問題点があった。
【０１３７】
しかしながら、レーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、上記のように、３００℃以上、５００℃以下程度の比較的高温での脱気処理が可能であり、レーザ素子モジュール２の内部への封入気体を、有機物等を含有しない清浄な気体（例えば、ドライエア）とすることができるので、上記の問題点を解決できる。
【０１３８】
（脱気処理に関する光学部材の固定に関する副次的な問題点）
上記特許文献１に記載の技術では、光導波路部品などの光学部材の固定にＳｉ系有機物を使用しない接着剤を用いることより、Ｓｉ系化合物は抑制しているが、炭素系化合物が生成され、有機物が含まれているため、光学部材を汚すという副次的な問題点があった。
【０１３９】
しかしながら、レーザ素子モジュール２によれば、上記のように、光学ロッド２３の固定に融点が３００℃以上の低融点ガラスを用いているため、高温での脱気処理が可能であり、炭素系化合物を十分に脱気することができる。
【０１４０】
（アライメントについて）
例えば、上記特許文献１の構成でカップリング効率を高めるために、各光学素子をアライメントしようとすると、同文献に記載されているように、その製造工程は、
（１Ａ）レーザチップの固定、（２Ａ）アライメントするためのレーザ発振、（３Ａ）レンズアライメント、（４Ａ）レンズ固定、（５Ａ）ファイバアライメント、（６Ａ）ファイバ固定、の順序か、あるいは、
（１Ｂ）レーザチップの固定、（２Ｂ）アライメントするためのレーザ発振、（３Ｂ）ファイバアライメント、（４Ｂ）ファイバ固定、（５Ｂ）レンズアライメント、（６Ｂ）レンズ固定、の順序となる。
【０１４１】
しかしながら、以上の工程には２つの問題点があった。
【０１４２】
第１の問題点は、上記（５Ａ）および（５Ｂ）の工程におけるアライメントは容易であるが、上記（３Ａ）および（５Ｂ）の工程におけるアライメントが困難（ディテクタでカップリング効率をモニターするといった単純な方法をとることができない。）であり、精密なアライメントが不可能な点である。
【０１４３】
実際の工程としては、ｉ〕ビームプロファイラでレーザビームの中心を検出し、その点にレンズをとりあえず設定するか、あるいはファイバの中心をとりあえず設定し（マルチモードレーザの場合、レーザビームの中心は、出力により変動するので、レンズやファイバは中心点にセットできる確率は当然低い）、ｉｉ〕その後、レンズあるいはファイバをカップリング効率のよいところにセットする。
【０１４４】
つまり、トータルで最適なアライメントにはならず、ほぼ装置の位置再現性や部品の寸法公差によるアライメントとなる。
【０１４５】
しかしながら、上述したレーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、レーザ素子モジュール２は、レーザ素子部１００とキャップ部２００の２つのパーツにより構成されており、上述した様にディテクタでカップリング効率をモニターしながら光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となり、製造時の調芯が容易であるため、上記の問題点を解決できる。
【０１４６】
次に、従来の第２の問題点は、最も温度耐性の低いレーザチップを最初に固定している点である。例えば、レーザチップの温度耐性は、温度耐性の高い窒化物系半導体レーザであっても２５０℃程度であり、そのためレーザチップとサブマウントの接合に使用される半田はＳｕＡｇＣｕ（共晶温度；２２０℃）である。
【０１４７】
上記（４Ａ）および（５Ａ）の工程、あるいは、上記（４Ｂ）および（５Ａ）の工程で、レーザチップの固定位置がずれないように光学部材を固定するためには、光学部材固定用の半田として共晶温度が２２０℃未満の半田を使用する必要がある。その様な半田としてはＰｂ含有半田かＩｎＳｎ半田、あるいは（Ｓｉ系ではない）有機物系接着材を用いる必要がある。しかしながら、現在Ｐｂ含有半田は、ＲｏＨＳ指令（電気・電子機器における特定有害物質の使用制限についてのＥＵ連合による指令）に対応し、使用することができないという問題点があった。
【０１４８】
また、ＩｎＳｎ半田は、融点が低すぎ、高温信頼性が求められる環境では使用することができないという問題点、および、その価格も高価であるという問題点がある。有機物系接着材は、長期使用時にレーザ光により劣化していくため、固定剤自体が、内部汚染源となり、長期信頼性を低下させてしまうという問題点がある。
【０１４９】
さらに、レーザチップを固定している半田を溶融点がより高温の半田を用いる方法もあるが、ステムとサブマウント（≒レーザ）の熱膨張係数差が大きいため、レーザの特性劣化を引き起こすという問題点があった。
【０１５０】
また、マルチモードレーザやマルチストライプレーザの場合、レーザ出射端面におけるニアフィールドパターンおよび放射角が光出力および長期使用により変動し、素子毎にも変動する。そのため、非常にシビアなアライメントを要求されるが、上記の製造工程では、いずれもアライメントが十分にできないという問題点があった。
【０１５１】
また、上記特許文献１に記載の技術では、光導波路部品を、フラックスフリー半田を用いて固定しているが、フラックスフリー半田の融点が約２２０℃であるため、調芯後に、２２０℃よりも高温にするとアライメントがずれてしまう問題点があった。
【０１５２】
しかしながら、上述したレーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、調芯後に環境温度を高くしても（例えば、９０℃よりも高温）、封止剤３５の融点が高いので筐体２５と光学ロッド２３との位置関係がずれにくくアライメントがずれにくいため、上記の問題点を解決できる。
【０１５３】
（アライメントに関する融着および溶接の副次的な問題点）
また、上記特許文献１に記載の技術では、レンズとパッケージを融着あるいは溶接する場合、融着、溶接温度が高いため、レンズの形状が変形し、調芯がうまくできないという副次的な問題点があった。
【０１５４】
しかしながら、レーザ素子モジュール２によれば、上記のように、光学ロッド２３の材料としてＢＫ７を用い、光学ロッド２３の固定に、融点が３００℃以上の低融点ガラスを用いているので、２２０℃よりも高温（但し、低融点ガラスの融点未満）にしてもアライメントのずれがほとんど生じない。このため、光学ロッド２３が変形し、調芯がうまくできないという問題点も生じない。
【０１５５】
（レンズフリーについて）
さらに、従来は、レンズを用いてファイバにカップリングさせているために、環境温度変化により、レーザ、レンズ、ファイバそれぞれの相対位置が変動し、カップリング効率が変動してしまうという問題点があった。
【０１５６】
また、カップリング効率を高めるために、ファイバの端面にＡＲコート膜を施すが、レンズ集光することにより、ファイバ入射端面での光密度があがり、ＡＲコート膜が長期使用により劣化する（光学破壊される）という問題もあった。
【０１５７】
しかしながら、上述したレーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、レンズを用いることなく、バットジョイントとすることにより、光学ロッド２３の入射面２３ａでの光密度はレンズ集光時に対して低く、ＡＲコート膜２４が長期使用により劣化するという問題も起こらない。
（フラックスフリー半田の問題点）
上記特許文献１に記載の技術では、レンズとパッケージとを、フラックスフリー半田を用いて固定しており、レンズへのフラックスフリー半田の濡れ性が悪く、十分な接着強度が得られず、振動試験や落下試験により、レンズがパッケージから取れてしまう素子が多数でるという問題点が生じた。しかしながら、レーザ素子モジュール２によれば、上記のように、光学ロッド２３の固定に低融点ガラスを用いているので、上記の問題点を解決できる。
【０１５８】
（ガウス分布について）
また、従来は、レーザ素子の光出射面における光強度分布は、ほぼガウス分布形状であり、その光強度分布形状が制御されていないため、光出射面において、光密度の高い領域と低い領域でき、光密度の高い部分と低い部分とにおいて集塵効果の起こり方が異なるため（光密度の高い領域の付着物付着量が多い）、長期使用にしたがって、光分布形状の変化（光分布の変動）と、光強度の劣化が同時に生じていた。光強度の劣化は、レーザ素子の発光強度を上げることにより、改善することができるが、光分布形状の変化は、ウィンドウを洗浄し付着物を取り除く、あるいは、ウィンドウを交換することによってしか改善することができず、製品に組み込んだあとに改善することは困難であった。
【０１５９】
しかしながら、上述したレーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、光学ロッド２３によりレーザ光の光分布が出射面２３ｂにおいてトップハット分布となっているため、レーザパワーの変動や、長期間使用時にも光分布の変動が起こらないため、上記の問題点を解決できる。
【０１６０】
以上により、本実施形態のレーザ素子モジュール２（またはその製造方法）によれば、例えば、特に、レーザチップ２１のレーザ光の発振波長が紫外光領域の光の波長範囲内である場合に、トップハット分布の紫外光を出射する紫外励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０１６１】
例えば、レーザ素子モジュール２（筐体２５）の内部が十分脱気されているため、光学ロッド２３の入射面２３ａ（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。
【０１６２】
また、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。このため、製造後の長期使用においても光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【０１６３】
また、レーザ素子モジュール２の製造前は、キャップ部２００と、レーザ素子部１００とが、別体になっているため、光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０１６４】
よって、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０１６５】
〔実施の形態２〕
＜発光装置１の構成＞
次に、本発明における発光装置の実施の一形態である発光装置１について図３〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【０１６６】
ここでは、本発明の発光装置（または照明装置）として、発光装置１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の発光装置は、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）やすれ違い用前照灯（ロービーム）の光源として使用可能であり、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・オートバイ・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）の光源として実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋内用照明装置、屋外用照明装置を挙げることができる。
【０１６７】
図３は、本実施形態の発光装置１の概略構成を示す断面図である。図３に示すように、発光装置１は、レーザ素子モジュール（発光素子モジュール）２、レンズ３、発光体４を備えている。
【０１６８】
発光装置１は、発光体４にレーザ素子モジュール２からの励起光を照射することで蛍光を発生させ、その蛍光を照明光として利用するものである。この発光装置１において、発光体４に照射される励起光のエネルギー強度分布は、トップハット分布となっている。
【０１６９】
（トップハット分布について）
次に、図４を参照しつつ、トップハット分布について説明する。図４は、励起光の空間光強度分布のタイプを示す図である。
【０１７０】
半導体レーザを励起光源として用いる場合、半導体レーザから出射されたレーザ光の空間強度分布は、通常、ガウス分布をしている〔図４において最も左側（紙面に対して最も下側）のビーム形状〕。ガウス分布では、ビームのピーク（トップ）部分が照射される領域と、ビームの裾の部分が照射される領域とでエネルギー強度が異なる。
【０１７１】
これに対して、別の空間強度分布としてトップハット分布がある（図４において中央のビーム形状）。トップハット分布とは、励起光が照射された面における当該励起光のエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布である。
【０１７２】
同じ光量、かつ同じビーム幅の場合に、ガウス分布では、励起光のピーク部分が照射される領域における光強度が、トップハット分布における光強度に対して５倍高くなる。
【０１７３】
３６５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲の光は、外部環境下で、集塵効果があり、光強度に依存することが知られている。レーザ光をガウス分布のまま外に取り出す従来のウィンドウ構造の発光素子の場合、光密度の高いウィンドウ面の中心部分において、集塵効果が強く起こり（中心部分の付着物の付着量が多い）、長期使用にしたがって、光分布の形状の変化（光分布の変動）と、光強度の劣化が同時に生じていた。光強度の劣化は、レーザの発光強度を上げることにより、改善することができるが、光分布の変化は、ウィンドウを洗浄し付着物を取り除く、あるいは、ウィンドウを交換することによってしか改善することができず、製品に組み込んだあとに改善することは困難であった。
【０１７４】
また、ウィンドウにＡＲコート膜を形成した場合、長期使用に従って、上記集塵効果ならびにレーザ光による光学破壊により反射率の変動が光密度の高い部分において局所的に発生し、光分布が長期使用により変動するという問題点もあった。
【０１７５】
このような問題点を解決するために、本実施形態のレーザ素子モジュール２では、光学ロッド２３の出射面２３ｂにおける光強度分布をトップハット形状のビームとしている。これにより、光学ロッド２３の出射面２３ｂから出射される出射光の光分布が経時変化することを防止している。
【０１７６】
集光光学系において、集光スポットサイズは、光源の発散角と光源サイズとで決定される。そのため、集光光学系において、光源サイズは重要である。
【０１７７】
蛍光に変換されなかった励起光は熱となるため、励起密度が高まるにつれ、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すれば、温度消光することにより蛍光体の変換効率が低下する。それゆえ、ガウス分布の励起光を照射した場合に、ピーク部分が照射された領域における変換効率が低下し、トータルの変換効率が低下する可能性がある。その結果、トップハット分布の励起光を照射した場合よりも、得られる蛍光の全光束が低下する（暗くなる）可能性がある。
【０１７８】
また、ガウスビーム形状では、裾を引いているため、励起されている部分と励起されていない部分との間のコントラストが悪く、光学設計が難しく、裾の部分は光学的に利用できないという問題がある。
【０１７９】
なお、ガウス分布型のピーク強度をトップハット分布型と同じにし、同じビーム幅で比較した場合〔図４において最も右側（紙面に対して最も上側）のビーム形状〕、その放射光束は、６０％に低下してしまう。また、この場合、必要な光源サイズよりも大きい部分から出射される励起光は、集光光学系の中では迷光となり、意図しない結像をしてしまう。そのため、迷光を遮断するためのスリットなど余分な光学部品が必要となる。それゆえ、トップハット分布の励起光を照射することが好ましい。
【０１８０】
以上のような問題点も、光学部材の出射面における光強度分布をトップハット分布とすることにより改善することが可能である。本実施形態のレーザ素子モジュール２では、光学ロッド２３の出射面２３ｂにおいて、光強度分布をトップハット分布としているため、光学素子として使い易くなっている。
（レンズ３）
レンズ３は、レーザ素子モジュール２の光学ロッド２３から出射されたレーザ光を発光体４に対して照射する光学部材であり、当該レーザ光のスポットの大きさを制御して発光体４に照射する。
【０１８１】
レンズ３を設けることにより、光学ロッド２３の出射面２３ｂと、発光体４に照射される励起光のスポットとを、光学的共役関係となる様にするレンズ３を設けることにより、発光体４に照射される励起光のスポットを所望のスポットサイズで、かつ、励起光強度分布をトップハット形状に大きさを制御することが容易になる。
【０１８２】
レンズ３の曲面の設計を変更するか、レーザ光照射面４ａとレンズ３と発光体４のそれぞれの間隔との間の距離を変更することにより、発光体４のレーザ光照射面４ａにおけるレーザ光スポットの大きさを適宜変更することができる。
【０１８３】
このレンズ３は、例えば、非球面両凸レンズである。レンズ３は、レーザ素子モジュール２のそれぞれに対して配設されており、光学ロッド２３の出射面２３ｂとがレンズ３の一方の焦点位置に位置するように、レンズ３とレーザ素子モジュール２と発光体４のレーザ光照射面４ａが光学的共役関係と成る様にレーザ素子モジュール２とレンズ３、発光体４それぞれの位置関係が規定されている。レンズ３の他方の焦点位置には、発光体４のレーザ光照射面４ａが位置するように、レンズ３と発光体４との位置関係が規定されている。
【０１８４】
上述したように、光学ロッド２３から出射されるレーザ光は、光学ロッド２３の出射面２３ｂにおいてトップハット形状の空間光強度分布を有するものであり、レンズ３は、当該レーザ光を発光体４に照射し、発光体４のレーザ光照射面４ａにおいてもトップハット形状の空間光強度分布を有する。
【０１８５】
発光装置１が備える光学部材として、レンズ３に代えて凹面鏡などを用いてもよく、第２光学部材は、出射面２３ｂの光強度分布をレーザ光照射面４ａにレーザ光のスポットの大きさを制御投影できるものであれば、特に限定されない。
【０１８６】
（発光体４）
発光体４は、レーザ素子モジュール２から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体（蛍光物質）を含んでいる。具体的には、発光体４は、アルミの板に蛍光体を固定した物であるが、封止材の内部に蛍光体が分散されているものや、または蛍光体を固めたものでも良い。発光体４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換部材であると言える。
【０１８７】
この発光体４のレーザ光照射面４ａにレーザ光の反射を防止する反射防止構造が形成されていてもよい。これにより、発光体４に対する励起効率レーザ光の照射効率を高めることができる。
【０１８８】
発光体４の蛍光体として、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）、ＢＳＯＮ（Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ）、Ｅｕ−α（Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）を用いているが、限定されうるものではなく、例えば、他の酸窒化物蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）、窒化物蛍光体（例えば、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）蛍光体）ＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）、Ａｐａｔａｉｔｅ（（Ｃａ，Ｓｒ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）系またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。ただし、発光体４の蛍光体は、上述のものに限定されず、その他の蛍光体であってもよい。
【０１８９】
また、発光装置１の照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法規により規定されている。そのため、発光体４には、照明光が所定の白色となるように選択された蛍光体が含まれている。
【０１９０】
例えば、青色、緑色および赤色の蛍光体を発光体４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。または、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）系の黄色発光の蛍光体（または緑色および赤色の蛍光体）を発光体４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。もちろん、演色性を高めるために、ＣＡＳＮ，ＳＣＡＳＮ等の赤色発光蛍光体等を混ぜても良い。
【０１９１】
封止材の内部に蛍光体が分散されている発光体４の封止材は、例えば、ガラス材（無機ガラス、有機無機ハイブリッドガラス）、シリコーン樹脂等の樹脂材料である。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。封止材は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。
【０１９２】
（レーザ素子モジュール２）
上述したように、図３に示すレーザ素子モジュール２のレーザチップ２１から発したレーザ光は、光学ロッド２３によりトップハット分布に変換される。このため、例えば、発光体４のレーザ光照射面４ａにＡＲコート膜等を施したような場合でも、ＡＲコート膜等が痛みにくい。また、ＡＲコート膜等が痛んだ場合でも、均一に痛む。
【０１９３】
なお、出射面２３ｂが形成された出射端部を図３に示すようにレーザ素子モジュール２の外部に延出させる必要は必ずしもなく、出射面２３ｂを筐体２５の内部に収納し、出射面２３ｂから出射するレーザ光を透過するキャップガラス（窓部）を筐体２５に設けてもよい。出射面２３ｂが形成された出射端部をレーザ素子モジュール２の外部に延出させるかどうかは、レーザ光をトップハット形状の空間光強度分布の光に変換するために必要となる光学ロッド２３の長さに依存する。
【０１９４】
同図に示す例では、光学ロッド２３の長さは２０ｍｍであり、光学ロッド２３の端面形状はは０．２ｍｍ×０．８ｍｍの長方形である。ただし、光学ロッド２３の大きさはこれに限定されない。しかしながら、レーザ光のカップリングを考慮すると、光学ロッド２３の入射面２３ａまたは出射面２３ｂの断面の最大径は０．０５ｍｍ以上であることが望ましい。また、光学ロッド２３の紙面に対して左右方向の長さは、トップハット化の観点より１０ｍｍ以上が望ましい。
【０１９５】
（発光装置１のその他の構成）
なお、上記の構成の他、発光装置１は、反射鏡（リフレクタ）やレンズなどの投光部材を備えても良いし、反射鏡の形状は、マルチファセットミラーなど任意の形状の反射鏡を採用できる（不図示）。投光部材は、発光体４から得られる蛍光を含む照明光を、所望の方向へ投光する部材である。また、反射鏡は、発光体４がから発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する投光部材の一例である。この反射鏡は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。また、上記のレンズは、発光体４から得られる蛍光を透過して屈折させることで、蛍光を所定の投光方向に向けて投光する光学系である。
【０１９６】
トップハット形状のエネルギー強度分布を有するレーザ光で励起された発光体４は、トップハット形状のエネルギー強度分布を有する蛍光を発する。このような蛍光を上述の投光部材により投光した場合、発光体４が発する蛍光の光束のほぼ全てを利用することができるようになり、効率の高い投光システムを実現できる。
【０１９７】
発光装置１においてレーザ素子モジュール２は、複数設けられていてもよい。この場合、複数のレーザ素子モジュール２のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。レーザ素子モジュール２を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数のレーザ素子モジュール２を用いる方が容易である。
【０１９８】
次に、図５は、発光体４のレーザ光照射面４ａにおけるレーザ光スポット４１の形状の一例を示す図である。光学ロッド２３は、例えば、四角柱であり、出射面２３ｂは四角（例えば、長方形や正方形）である。レーザ光スポット４１の形状は、出射面２３ｂの形状を反映したものとなる。それゆえ、出射面２３ｂの形状を変更することにより、レーザ光スポット４１の形状を所望の形状にすることができる。
【０１９９】
光学ロッド２３の出射面２３ｂの形状を多角形にすることにより、複数の光学ロッド２３またはレーザ光スポット４１を互いに隣接させて配置する場合に、光学ロッド２３の間またはレーザ光スポットの間の隙間を低減できる。その結果、レーザ光の照射密度を高め、効率的な照射を行うことができる。
【０２００】
図６（ａ）および（ｂ）は、発光体４のレーザ光照射面４ａにおけるレーザ光スポット４１の形状の別の例を示す図である。図６（ａ）に示すように、レーザ光スポット４１がより複雑な多角形となるように出射面２３ｂの形状が規定されていてもよい。また、図３に示す出射面２３ｂは、図６（ｂ）に示すように、湾曲部と角部とを含む形状を有するレーザ光スポット４１の形状に応じた形状であってもよい。もちろん長方形や円形、楕円形でもよい。
【０２０１】
発光装置１を、自動車用前照灯の光源に適用した場合、発光装置１から出射される照明光は、発光体４におけるレーザ光スポット４１の形状に対応した形状の照明光スポットを投光可能となる（投光するためには、パラボラミラー等の投光デバイスを用いる。）。
【０２０２】
図６（ａ）および（ｂ）に示すレーザ光スポット４１は、自動車用すれ違い灯（ロービーム）用の配光特性に対応した形状である。発光装置１を用いればレーザ光スポット４１の形状（換言すれば、出射面２３ｂの形状）をこのような形状にすることにより、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性に対応した配光パターンの投光を行うための光源を実現できる。
【０２０３】
すなわち、光学ロッド２３は、レーザ光を出射する出射面２３ｂを有しており、出射面２３ｂの形状は、所望の配光パターンに対応するものである。この技術的思想は、後述する中空パイプ２９、マルチモードファイバ３１に適用することもできる。
【０２０４】
従来、特定の配光パターンを実現するために、マスク（遮光板）またはミラーカットによって照明光の一部を遮っていたが、この構成では、照明光のロスが生じ、投光効率が低下する。出射面２３ｂの形状を所望の配光特性に対応した形状にすることで、照明光のロスを生じさせることなく所望の配光特性を高い投光効率で実現することができる。
＜発光装置１の効果＞
次に、上述したレーザ素子モジュール２を備える発光装置１の効果について説明する。
【０２０５】
発光装置１では、レーザチップ２１から出射されたレーザ光の空間エネルギー強度分布をトップハット形状に変換する光学ロッド２３がレーザ素子モジュール２に設けられている。そして、トップハット形状のレーザ光がレンズ３を介して発光体４のレーザ光照射面４ａに照射される。
【０２０６】
それゆえ、レーザ光がレーザ光照射面４ａにほぼ均一な光強度で照射される。その結果、レーザ光によりレーザ光照射面４ａの一部の温度が局所的に上昇することによって当該箇所において蛍光体の変換効率が低下することを防止することができる。
【０２０７】
また、ガウス分布形状の空間光強度分布では、レーザ光照射面４ａにおいてレーザ光の照射強度が高い領域から低い領域まで照射範囲が連続的に広がるため、レーザ光により励起されている部分と励起されていない部分とのコントラストが低くなる。これに対して、トップハット形状の空間光強度分布のレーザ光を発光体４のレーザ光照射面４ａに照射することにより、レーザ光により励起されている部分と励起されていない部分とのコントラストを高めることができ、発光装置１の光学設計を容易にすることができ、かつ光束の有効利用が行える。
【０２０８】
また、発光体４に対するレーザ光の照射方向と、発光体４から出射される蛍光の出射方向との関係から、発光部は２つのタイプに分けることができる。
【０２０９】
レーザ素子モジュール２から出射されたレーザ光が発光体４のレーザ光照射面４ａに照射され、蛍光がレーザ光照射面４ａとは反対側に主に出射されるタイプの発光部を本願では「透過型の発光部」と称することにする。透過型の発光部を備えた構成では、例えば、開口部を有する基板上に発光体４が配置され、発光体４に照射されたレーザ光が蛍光に変換された後、レーザ素子モジュール２が位置する側とは反対側に主にその蛍光が出射される。
【０２１０】
透過型の発光部では、発光体４の内部において、レーザ光が散乱されて空間光強度分布が拡大される。そのため、トップハット形状の空間光強度分布を実現するための光学部材を設ける必要が必ずしもない場合がある。ただし、この場合にも、ガウス分布形状の空間光強度分布が概ね保たれており、トップハット形状の空間光強度分布が実現されているわけではない。
【０２１１】
一方、レーザ素子モジュール２から出射されたレーザ光が発光体４に照射され、レーザ素子モジュール２が位置する側に主に蛍光が出射されるタイプの発光部を、本願では反射型の発光部と称することにする。図３に示す反射型の発光体４では、発光体４が発する蛍光の分布において最も強度が強い領域は、発光体４が載置されている面（金属ベース７の表面）を含む平面によって二分される空間のうち、レーザ光を受光する発光体４のレーザ光照射面４ａが位置する空間に含まれている。第１光学部材である光学ロッド２３と発光体４との間に隙間を形成することにより、反射型の発光部を実現することができる。
【０２１２】
なお、反射型の発光部においては、レーザ光の一部が発光体４を透過する場合も想定されるが、この場合においても、蛍光が、レーザ素子モジュール２が位置する側に主に出射される場合を反射型の発光部と称することにする。
【０２１３】
上述のように、透過型の発光部では、レーザ光が散乱されることにより空間光強度分布が拡大される場合が想定される。そのため、本発明の発光装置は、反射型の発光部を有する発光装置として実現されることで、その技術的意義が高まると考えられる。ただし、透過型の発光部を有する発光装置において、トップハット形状の空間光強度分布を実現することを目的として、本発明を適用してもよい。
【０２１４】
また、透過型の発光部では、レーザ光が発光体４を透過する間に、当該レーザ光が拡散するため、所望の形状のレーザ光スポット４１を形成することが困難な場合がある。それゆえ、出射面２３ｂの形状を所望の配光特性に対応した形状にする場合には、透過型よりも反射型の発光部を有する発光装置として本発明を実現することが好ましい。
【０２１５】
以上により、本実施形態の発光装置１によれば、例えば、特に、レーザチップ２１のレーザ光の発振波長が紫外光領域の光の波長範囲内である場合に、トップハット分布の紫外光を出射する紫外励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２１６】
例えば、上述したレーザ素子モジュール２（筐体２５）の内部が十分脱気されているため、光学ロッド２３の入射面２３ａ（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。
【０２１７】
また、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。このため、製造後の長期使用においても光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【０２１８】
また、レーザ素子モジュール２の製造前は、キャップ部２００と、レーザ素子部１００とが、別体になっているため、光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０２１９】
よって、本実施形態の発光装置１によれば、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２２０】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１および２と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２２１】
本実施の形態では、発光装置１ａは、レーザ素子モジュール２の代わりにレーザ素子モジュール（発光素子モジュール）２０を備えている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
＜レーザ素子モジュール２０の構成＞
図７は、発光装置１ａに適用可能な別のレーザ素子モジュール２０の構成を示す概略図である。レーザ素子モジュール２０では、光学ロッド２３の側面にアルミニウムコート２８が施されている。
【０２２２】
それゆえ、光学ロッド２３の内部をレーザ光が透過する間に、光学ロッド２３の側面からレーザ光が漏れ出ることを防止できる。
【０２２３】
なお、光学ロッド２３の側面に施す膜は、アルミニウムコートに限定されず、その他Ｐｔなどの反射率の高い材質や、誘電体多層膜からなる反射膜であってもよい。
【０２２４】
以上により、本実施形態の発光装置１ａによれば、例えば、特に、レーザチップ２１のレーザ光の発振波長が紫外光領域の光の波長範囲内である場合に、トップハット分布の紫外光を出射する紫外励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２２５】
例えば、上述したレーザ素子モジュール２０（筐体２５）の内部が十分脱気されているため、光学ロッド２３の入射面２３ａ（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。
【０２２６】
また、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。このため、製造後の長期使用においても光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【０２２７】
また、レーザ素子モジュール２０の製造前は、キャップ部２００と、レーザ素子部１００とが、別体になっているため、光学ロッド２３の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０２２８】
よって、本実施形態の発光装置１ａによれば、光学ロッド２３の出射面２３ｂおよびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２２９】
〔実施の形態４〕
本発明の他の実施形態について図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜３と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２３０】
本実施の形態では、発光装置１ｂは、レーザ素子モジュール２の代わりにレーザ素子モジュール（発光素子モジュール）４０を備えている。その他の構成は、実施の形態２および３と同様である。
＜レーザ素子モジュール４０の構成＞
図８は、発光装置１ｂに適用可能な別のレーザ素子モジュール４０の構成を示す概略図である。レーザ素子モジュール４０は、光学ロッド２３に代えて中空パイプ（光学部材）２９を備えている。本実施形態における中空パイプ２９は、反射面である内面（反射面）２９ｃを複数有する中空部材である。
【０２３１】
本実施形態における中空パイプ２９の材質および構造は特に限定されないが、例えば、複数の鏡面によって中空の角柱（例えば、四角柱）を形成したものである。
【０２３２】
この中空パイプ２９の長さは、例えば、２０ｍｍであり、出射端部２９ｂの形状は、例えば、０．２ｍｍ×０．８ｍｍの長方形であるが、中空パイプ２９の長さおよび断面の大きさは、これに限定されない。円形や楕円形、正方形、図６（ａ）および（ｂ）に示すようなレーザ光スポット４１の形状に応じた多角形でもよい。
【０２３３】
中空パイプ２９の入射端部２９ａ（入射面）または出射端部２９ｂ（出射面）の断面の最大径は、レーザ光とのカップリングの観点より、０．０５ｍｍ以上であることが望ましく、中空パイプ２９の紙面に対して左右方向の長さは、トップハット化の観点より１０ｍｍ以上が望ましい。
【０２３４】
中空パイプ２９の一方の端部である入射端部２９ａからレーザ光が入射する。入射したレーザ光は、中空パイプ２９の内面２９ｃに反射しつつ前進し、他方の端部である出射端部２９ｂから出射する。
【０２３５】
出射端部２９ｂから出射したレーザ光は、レンズ３によって制御される。レンズ３を設けることにより、中空パイプ２９の出射端部２９ｂと、発光体４に照射される励起光のスポットとが光学的共役関係になっており、出射端部２９ｂから出射したレーザ光は、レンズ３によって効率良く発光体４のレーザ光照射面４ａに照射される。また、レンズ３を設けることにより、発光体４に照射される励起光のスポットの大きさを制御することが容易になる。
【０２３６】
レーザチップ２１の発光点から出射されたレーザ光は、ガウス分布形状の空間光強度分布の光であるが、中空パイプ２９の内部において反射を繰り返すことによりトップハット形状の空間光強度分布の光に変換される。
【０２３７】
出射端部２９ｂは、筐体２５の内側に位置しており、出射端部２９ｂから出射したレーザ光は、筐体２５に設けられたキャップガラス３０を透過してレーザ素子モジュール２の外部へ出射する。
【０２３８】
出射端部２９ｂとキャップガラス３０との間には、ＡＲコート膜（反射防止構造）２４ａが配されている。ＡＲコート膜２４ａを設けることにより、キャップガラス３０の表面においてレーザ光が中空パイプ２９の内部へ反射することによって出射効率が低下することを防止できる。
＜レーザ素子モジュール４０の効果＞
レーザ素子モジュール４０では、レーザチップ２１から出射されるレーザ光を、中空パイプ２９に通すことにより、当該レーザ光の空間光強度分布をトップハット形状の分布に変換することができる。
【０２３９】
その結果、レーザ光をレーザ光照射面４ａにほぼ均一な光強度で照射することができ、蛍光体の変換効率がレーザ光の熱により低下することを防止することができる。
【０２４０】
また、中空パイプ２９からレーザ光をほとんど漏らすことなく当該レーザ光を伝達することができるため、エネルギー効率を高めることができる。
【０２４１】
また、中空パイプ２９とレーザとの光学的な結合のトレランスが非常に大きいため、厳密なアライメントが必要なく、また振動にも強いというメリットがある。
【０２４２】
以上より、本実施形態の発光装置１ｂ（レーザ素子モジュール４０）によれば、例えば、特に、トップハット分布の紫外光を出射する紫外励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２４３】
例えば、上述したレーザ素子モジュール４０（筐体２５）の内部が十分脱気されているため、中空パイプ２９の入射端部２９ａ付近に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。
【０２４４】
また、キャップガラス３０の外面（紙面に対して右側の表面）およびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。このため、製造後の長期使用においてもキャップガラス３０およびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【０２４５】
また、レーザ素子モジュール２の製造前は、キャップ部２００と、レーザ素子部１００とが、別体になっているため、中空パイプ２９の光軸（中空の中心軸）とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０２４６】
よって、本実施形態の発光装置１ｂによれば、キャップガラス３０の外面およびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２４７】
〔実施の形態５〕
本発明の他の実施形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜４と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２４８】
本実施の形態では、発光装置１ｃは、レーザ素子モジュール２の代わりにレーザ素子モジュール（発光素子モジュール）５０を備えている。その他の構成は、実施の形態２〜４と同様である。
＜レーザ素子モジュール５０の構成＞
図９は、発光装置１ｃに適用可能な別のレーザ素子モジュール５０の構成を示す概略図である。レーザ素子モジュール５０は、光学ロッド２３に代えてマルチモードファイバ（光学部材）３１を備えている。マルチモードファイバ３１は、光ファイバ中を伝搬する光のモードが複数ある光ファイバであり、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、例えば、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、例えば、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。
【０２４９】
マルチモードファイバ３１の紙面に対して左右方向の長さは、例えば、２０ｍｍであり、そのコア形状は、０．２ｍｍ×０．８ｍｍの長方形であり、ＮＡ（開口数）は０．２である。マルチモードファイバ３１の長さおよび太さは、これに限定されない。ファイバとのカップリングの観点より、コアの断面の最大径は、０．０５ｍｍ以上であることが望ましく、ＮＡは０．１以上であることが望ましい。マルチモードファイバ３１紙面に対して左右方向の長さは、トップハット化の観点から１０ｍｍ以上である事が望ましい。コアの形状は、円形や楕円形、正方形、図６（ａ）および（ｂ）に示すようなレーザ光スポット４１の形状に応じた多角形でもよい。
【０２５０】
マルチモードファイバ３１の一方の端部に位置する入射面３１ａからレーザ光が入射し、入射したレーザ光は、マルチモードファイバ３１のコアの内部で反射しつつ前進し、他方の端部に位置する出射面３１ｂから出射する。
【０２５１】
出射面３１ｂから出射したレーザ光は、レンズ３によって制御される。レンズ３を設けることにより、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂと、発光体４に照射される励起光のスポットとを光学的共役関係にすることができ、出射面３１ｂから出射したレーザ光を効率良く発光体４のレーザ光照射面４ａに照射することができる。また、レンズ３を設けることにより、発光体４に照射される励起光のスポットの大きさを制御することが容易になる。
【０２５２】
レーザチップ２１の発光点から出射されたレーザ光は、ガウス分布形状の空間光強度分布の光であるが、マルチモードファイバ３１のコアの内部において反射を繰り返すことによりトップハット形状の空間光強度分布の光に変換される。
【０２５３】
なお、レーザ素子モジュール２と同様に、マルチモードファイバ３１の入射面３１ａにＡＲコート膜２４を設けてもよい。
【０２５４】
また、レーザ素子モジュール２と同様に、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂの形状は多角形であっても良い。上記の構成によれば、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂの形状が多角形（例えば、四角形）であるため、複数のマルチモードファイバ３１またはレーザチップ２１から発した光のスポットを互いに隣接させて配置する場合に、光学部材間または光のスポット間の隙間を低減できる。
【０２５５】
特に、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂの形状を多角形とした場合、多角形のスポットを生成したい場合に、レーザチップ２１から発した光のエネルギー強度分布をトップハット分布にした後さらに絞り等でビーム形状を整形する必要が無く、光の利用効率が高い。また、絞りを用いると、絞りで光を遮断することにより絞りが発熱してしまうため、絞りの材質が限定されてしまうという問題点が生じるが、上記構成によれば、このような問題点も生じない。
＜レーザ素子モジュール５０の効果＞
レーザ素子モジュール５０では、レーザチップ２１から出射されるレーザ光を、マルチモードファイバ３１に通すことにより、当該レーザ光の空間光強度分布をトップハット形状の分布に変換することができる。
【０２５６】
その結果、レーザ光をレーザ光照射面４ａにほぼ均一な光強度で照射することができ、蛍光体の変換効率がレーザ光の熱により低下することを防止することができる。
【０２５７】
また、マルチモードファイバ３１を用いる場合には、光学ロッド２３や中空パイプ２９を用いる場合（通常１０〜２０ｍｍ程度が選ばれる）に比べて、長い光学部材（例えば、１〜５ｍ）を形成することが容易である。長い光学部材の場合、その内部でのレーザ光の反射回数が増えるため、強度分布が均一化され、より均一な分布のトップハット型の空間光強度分布を実現することができる。また、レーザ素子の配置の自由度を高めることができるという利点もある。
【０２５８】
以上により、本実施形態の発光装置１ｃ（レーザ素子モジュール５０）によれば、例えば、特に、レーザチップ２１のレーザ光の発振波長が紫外光領域の光の波長範囲内である場合に、トップハット分布の紫外光を出射する紫外励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２５９】
例えば、上述したレーザ素子モジュール５０（筐体２５）の内部が十分脱気されているため、マルチモードファイバ３１の入射面３１ａ（光密度の高い領域）に炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。
【０２６０】
また、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂおよびその近傍〔出射端（大気暴露されている部分）〕のニアフィールドがトップハット形状の光分布であることによりエネルギー強度分布がほぼ平坦な分布となり、炭化水素化合物や低分子シロキサンは付着しない（付着しにくい）。このため、製造後の長期使用においてもマルチモードファイバ３１の出射面３１ｂおよびその近傍のニアフィールドでの光分布の変動を抑制することができる。
【０２６１】
また、レーザ素子モジュール２の製造前は、キャップ部２００と、レーザ素子部１００とが、別体になっているため、マルチモードファイバ３１の光軸とレーザチップ２１の光軸とを一致させる簡単なアライメント調整（調芯）を行えば良く、非常にカップリング効率の高い結合を行うことが可能となる。
【０２６２】
よって、本実施形態の発光装置１ｃによれば、マルチモードファイバ３１の出射面３１ｂおよびその近傍のニアフィールドがトップハット形状の光分布になっている紫外光励起光源の信頼性を上述した様々な観点から向上させることができる。
【０２６３】
（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２６４】
例えば、フライアイレンズを用いてトップハット型のレーザ光の分布を作ってもよい。フライアイレンズとは、複数のレンズ（両凸レンズまたは半凸レンズ）がマトリクス状に配置されているレンズである。
【産業上の利用可能性】
【０２６５】
本発明は、発光装置や照明装置、特に車両用等の発光装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０２６６】
１  発光装置
１ａ  発光装置
１ｂ  発光装置
１ｃ  発光装置
２  レーザ素子モジュール（発光素子モジュール）
４  発光体
２０  レーザ素子モジュール（発光素子モジュール）
２１  レーザチップ（発光素子）
２２  サブマウント
２３  光学ロッド（光学部材）
２３ａ  入射面
２３ｂ  出射面
２４  ＡＲコート膜（反射防止構造）
２４ａ  ＡＲコート膜（反射防止構造）
２６  ステム（基台）
２９  中空パイプ（光学部材）
２９ａ  入射端部
２９ｂ  出射端部
２９ｃ  内面（反射面）
３１  マルチモードファイバ（光学部材）
３１ａ  入射面
３１ｂ  出射面
３５  封止剤
４０  レーザ素子モジュール（発光素子モジュール）
５０  レーザ素子モジュール（発光素子モジュール）
１００  レーザ素子部（発光部）
２００  キャップ部（キャップ部材）
【図１】
2013222726.tif 000003
【図２】
2013222726.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013222726.tif 000006
【図５】
2013222726.tif 000007
【図６】
2013222726.tif 000008
【図７】
2013222726.tif 000009
【図８】
2013222726.tif 000010
【図９】
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