(57)【要約】【課題】光源と光学素子との位置合わせを、光学素子の光軸に対する傾き角度を含めて行うことができ、光源から射出した光を高効率で取り出すことができる光源装置のアライメント方法およびアライメント装置を提供する。【解決手段】光軸ＣＬ上の測定位置から光学素子２０を介さずにレーザチップの位置を観測し、得られた位置をレーザチップの基準位置Ｐ０として記録する基準設定工程と、光軸ＣＬ上に光学素子２０を配置し、光学素子２０に対して光軸ＣＬに直交する回転軸Ａ２を設定する光学素子配置工程と、測定位置から光学素子２０を介してレーザチップの位置を観測し、得られた位置ＰＸＹと、基準位置Ｐ０と、が一致するように、回転軸Ａ２を中心として光学素子２０を回転させて光学素子２０の光軸ＣＬに対する傾きθＸＺを調整するアライメント工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図４
2009038288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチップの光軸上に光学素子が配置された光源装置のアライメント方法であって、
前記光軸上の測定位置から前記光学素子を介さずに前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置を前記レーザチップの基準位置として記録する基準設定工程と、
前記光軸上に前記光学素子を配置し、前記光学素子に対して前記光軸に直交する回転軸を設定する光学素子配置工程と、
前記測定位置から前記光学素子を介して前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置と、前記基準位置と、が一致するように、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させて前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整するアライメント工程と、
を有することを特徴とする光源装置のアライメント方法。
【請求項２】
レーザチップの光軸上に前記光軸の方向を変換する光学素子が配置された光源装置のアライメント方法であって、
前記光源装置のレーザ光の射出位置を想定し、前記射出位置に対して前記レーザチップを位置決めし、前記レーザチップの基準位置として記録する基準設定工程と、
前記光軸上に前記光学素子を配置し、前記光学素子に対して入射する前記光軸に直交する回転軸を設定する光学素子配置工程と、
前記射出位置から前記光学素子を介して前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置と、前記基準位置と、が一致するように、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させて前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整するアライメント工程と、
を有することを特徴とする光源装置のアライメント方法。
【請求項３】
前記光学素子配置工程において、前記光軸および前記回転軸に直交する第二の回転軸を設定し、
前記アライメント工程において、前記回転軸および前記第二の回転軸をそれぞれ中心として前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項４】
前記レーザチップの位置の観測は、前記レーザチップのエミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項５】
前記エミッタが発光面にアレイ状に配列された前記レーザチップを用い、
前記エミッタの位置の観測は、一または複数の前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする請求項４記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項６】
前記光学素子配置工程において、前記エミッタの配列方向と平行に前記回転軸を設定することを特徴とする請求項５記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項７】
前記エミッタの位置の観測は、前記エミッタの配列方向の末端に位置する前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項８】
前記エミッタの位置の観測は、前記レーザチップの中央部に位置する前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項９】
前記エミッタの位置の観測は、前記エミッタを発光させて行うことを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか一項に記載の光源装置のアライメント方法。
【請求項１０】
レーザチップの光軸上に光学素子が配置された光源装置のアライメント装置であって、
前記レーザチップの位置を観測するモニター装置と、
前記光軸に直交する回転軸を中心として前記光学素子を回転可能に支持する把持駆動装置と、
前記モニター装置および前記把持駆動装置を制御する制御装置と、を有し、
前記モニター装置は、前記制御装置からの指令によって駆動され、
前記把持駆動装置は、前記制御装置からの指令によって駆動されて前記光学素子を把持し、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させる把持部と、を備え、
前記制御装置は、前記モニター装置および前記把持駆動装置からの情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された情報に基づいて演算を行い、該演算の結果に基づいて前記モニター装置および前記把持駆動装置に指令を送る演算部と、
を備えていることを特徴とする光源装置のアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光源装置のアライメント方法およびアライメント装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プロジェクタ等の小型・高出力化を目的として、光源に半導体レーザチップ等の光素子を用いた光源装置が知られている。このような光源装置のレーザチップとしては、高出力化のため、一般に、発光面に複数のエミッタがアレイ状に配列されたものが使用されている。また、レーザチップ等の発光素子の外部に、外部共振器や波長変換素子等の光学素子を備えた光源装置が用いられている。このような構成の光源装置においては、レーザチップ等の発光素子から射出した光を効率よく取り出すために、発光素子と光学素子とを精密に光学調整することが希求されている。
このような光源装置として、ＬＤなどの光源とその光線を整形する光学素子との実装を、高い精度、かつ低コストで実現する方法を提供し、収差の小さい高品質な光束を得ることができる複合光学装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１０３７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の光源装置は、光源と光学素子とを光学調整する際に、アライメントマークを用いている。アライメントマークを用いる方法では、光源と光学素子との平面的な位置合わせは可能であるが、光学素子の光軸に対する傾き角度を含めた立体的な位置合わせが困難であるという課題がある。そのため、光学素子が光源の光軸に対して傾いた状態となり、光源から射出した光を高効率で取り出すことが困難であった。
そこで、この発明は、光源と光学素子との位置合わせを、光学素子の光軸に対する傾き角度を含めて行うことができ、光源から射出した光を高効率で取り出すことができる光源装置のアライメント方法およびアライメント装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明の光源装置のアライメント方法は、レーザチップの光軸上に光学素子が配置された光源装置のアライメント方法であって、前記光軸上の測定位置から前記光学素子を介さずに前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置を前記レーザチップの基準位置として記録する基準設定工程と、前記光軸上に前記光学素子を配置し、前記光学素子に対して前記光軸に直交する回転軸を設定する光学素子配置工程と、前記測定位置から前記光学素子を介して前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置と、前記基準位置と、が一致するように、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させて前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整するアライメント工程と、を有することを特徴とする。
このようにアライメントすることで、光学素子がレーザチップの光軸に対して傾いていた場合であっても、光学素子を上記の回転軸を中心として回転させて光学素子の光軸に対する傾き角度を調整することができる。
また、光軸上の測定位置から光学素子を介さずにレーザチップの位置を測定することで、光軸に直交する平面内におけるレーザチップの基準位置が得られる。光軸上に光学素子を配置する際は、光学素子が光軸に対して傾いた状態で配置される場合がある。この場合、上記の測定位置から光学素子を介してレーザチップの位置を観測すると、上記の平面内におけるレーザチップの観測位置は、光の屈折により上記の基準位置からずれた位置に観測される。このとき、上記のように光学素子を回転軸を中心として回転させ、測定位置と基準位置とを一致させることで、光学素子の光軸に対する傾きを修正することができる。
また、光学素子の光軸に対する傾き角度を調整する際に、レーザチップの観測位置と基準位置との位置の差分に基づいて光学素子を回転させることで、光学素子の光軸に対する傾きを効率よく修正することができる。
したがって、本発明の光源装置のアライメント方法によれば、光学素子の光軸に対する傾きによる光の損失を防止して、レーザチップから射出した光を高効率で取り出すことができる光源装置を得ることができる。
【０００５】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、レーザチップの光軸上に前記光軸の方向を変換する光学素子が配置された光源装置のアライメント方法であって、前記光源装置のレーザ光の射出位置を想定し、前記射出位置に対して前記レーザチップを位置決めし、前記レーザチップの基準位置として記録する基準設定工程と、前記光軸上に前記光学素子を配置し、前記光学素子に対して入射する前記光軸に直交する回転軸を設定する光学素子配置工程と、前記射出位置から前記光学素子を介して前記レーザチップの位置を観測し、得られた位置と、前記基準位置と、が一致するように、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させて前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整するアライメント工程と、を有することを特徴とする。
このようにアライメントすることで、光学素子がレーザチップの光軸に対して傾いていた場合であっても、光学素子を上記の回転軸を中心として回転させて光学素子の光軸に対する傾き角度を調整することができる。
また、光源装置の理想的なレーザ光の射出位置を予め想定することで、射出位置においてレーザ光の光軸に直交する平面内にレーザチップの位置を投影し、レーザチップの基準位置を得ることができる。光軸上に光学素子を配置する際は、光学素子が光軸に対して傾いた状態で配置される場合がある。この場合、上記の射出位置から光学素子を介してレーザチップの位置を観測すると、上記の平面内におけるレーザチップの観測位置は、光の屈折により上記の基準位置からずれた位置に観測される。このとき、上記のように光学素子を回転軸を中心として回転させ、測定位置と基準位置とを一致させることで、光学素子の光軸に対する傾きを修正することができる。
また、光学素子の光軸に対する傾き角度を調整する際に、レーザチップの観測位置と基準位置との位置の差分に基づいて光学素子を回転させることで、光学素子の光軸に対する傾きを効率よく修正することができる。
したがって、本発明の光源装置のアライメント方法によれば、光学素子の光軸に対する傾きによる光の損失を防止して、レーザチップから射出した光を高効率で取り出すことができる光源装置を得ることができる。
【０００６】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記光学素子配置工程において、前記光軸および前記回転軸に直交する第二の回転軸を設定し、前記アライメント工程において、前記回転軸および前記第二の回転軸をそれぞれ中心として前記光学素子の前記光軸に対する傾きを調整することを特徴とする。
このようにアライメントすることで、光学素子を各回転軸回りにそれぞれ回転させて光学素子の光軸に対する傾きを調整し、光軸に直交する平面内でレーザチップの観測位置を各回転軸方向にそれぞれ移動させることができる。このため、光軸に直交する平面内でレーザチップの観測位置が基準位置から各回転軸方向にずれていた場合であっても、レーザチップの観測位置と基準位置とを一致させることができる。
【０００７】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記レーザチップの位置の観測は、前記レーザチップのエミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする。
このようにアライメントすることで、レーザチップの位置をエミッタの位置を基準として測定することができる。このため、光学素子をレーザチップに対して位置合わせする際に、光学素子とエミッタとが正確に位置合わせされる。したがって、エミッタから射出される光の損失をより確実に防止することができる。
【０００８】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記エミッタが発光面にアレイ状に配列された前記レーザチップを用い、前記エミッタの位置の観測は、一または複数の前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする。
このようにアライメントすることで、位置を観測する一または複数のエミッタを光学素子に対して位置合わせし、その他の位置を観測しないエミッタについても光学素子に対して同時に位置合わせすることができる。したがって、複数のエミッタを有するレーザチップを、光学素子に対して効率よく位置合わせすることができる。
【０００９】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記光学素子配置工程において、前記エミッタの配列方向と平行に前記回転軸を設定することを特徴とする。
このようにアライメントすることで、レーザチップの基準位置に対する観測位置の上記配列方向に直交する方向のずれを、光学素子を上記の回転軸を中心として回転させて修正することができる。
【００１０】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記エミッタの位置の観測は、前記エミッタの配列方向の末端に位置する前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする。
このようにアライメントすることで、光学素子がレーザチップの末端に位置するエミッタに対してより正確に位置合わせされる。したがって、レーザチップの末端に位置するエミッタから射出される光の損失を、より確実に防止することができる。
【００１１】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記エミッタの位置の観測は、前記レーザチップの中央部に位置する前記エミッタの位置を観測することにより行うことを特徴とする。
このようにアライメントすることで、光学素子がレーザチップの中央部に位置するエミッタに対してより正確に位置合わせされる。したがって、レーザチップの中央部に位置するエミッタから射出される光の損失を、より確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の光源装置のアライメント方法は、前記エミッタの位置の観測は、前記エミッタを発光させて行うことを特徴とする。
このように、エミッタを発光状態でその位置を観測することで、エミッタの形状が鮮明に観測できるため、エミッタの位置をより確実に測定することができ、測定精度を格段に向上することができる。
【００１３】
また、本発明の光源装置のアライメント装置は、レーザチップの光軸上に光学素子が配置された光源装置のアライメント装置であって、前記レーザチップの位置を観測するモニター装置と、前記光軸に直交する回転軸を中心として前記光学素子を回転可能に支持する把持駆動装置と、前記モニター装置および前記把持駆動装置を制御する制御装置と、を有し、前記モニター装置は、前記制御装置からの指令によって駆動され、前記把持駆動装置は、前記制御装置からの指令によって駆動されて前記光学素子を把持し、前記回転軸を中心として前記光学素子を回転させる把持部と、を備え、前記制御装置は、前記モニター装置および前記把持駆動装置からの情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された情報に基づいて演算を行い、該演算の結果に基づいて前記モニター装置および前記把持駆動装置に指令を送る演算部と、を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、モニター装置によってレーザチップの基準位置が観測され、記憶部に記憶される。光学素子は、把持駆動装置によって光軸上に配置され、モニター装置によって光学素子を介してレーザチップの位置が観測される。得られたレーザチップの位置情報は記憶部に記憶される。演算部は、記憶部に記憶された上記の位置情報および基準位置に基づいて演算を行う。次いで、演算部は演算結果に基づいて把持駆動部を駆動させ、光軸上に配置された光学素子を上記の回転軸を中心として回転させる。その後、演算部は、モニター装置を駆動させて光学素子を介してレーザチップの位置を観測し、得られた位置情報と、記憶部に記憶された基準位置とを比較する。演算部は、上記の位置情報と基準位置とが一致するまで、光学素子の回転、レーザチップの位置の測定、および基準位置との比較を繰り返す。これにより、光学素子の光軸に対する傾きが修正される。
したがって、本発明の光源装置のアライメント装置によれば、光学素子の光軸に対する傾きによる光の損失を防止して、レーザチップから射出した光を高効率で取り出すことができるように、光源装置をアライメントすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
【００１５】
（光源装置）
図１に示すように、本実施形態のアライメント方法を適用する光源装置１００は、光源として、半導体レーザチップ１を備えている。半導体レーザチップ１の発光面３には、レーザ光Ｌ１を射出するエミッタ２が形成されている。エミッタ２は、図２に示すように、半導体レーザチップ１の発光面３にアレイ状に複数配列されている。
以下の説明では、エミッタ２から射出されるレーザ光Ｌ１の光軸ＣＬに平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直でエミッタ２の配列方向と平行な方向をＸ軸方向、Ｚ軸とＸ軸の双方に垂直な方向をＹ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
【００１６】
サブマウント材６の半導体レーザチップ１と対向する面には、半導体レーザチップ１の発光面３とは反対側の底面４に形成された電極と導電接続される配線層５が形成されている。半導体レーザチップ１は、サブマウント材６に接合材等を介して固定されている。サブマウント材６は、ベース部材７上に接合材等により固定されている。サブマウント材６および半導体レーザチップ１は、ベース部材７上の基準点に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に精密に位置決めされて固定されている。
【００１７】
半導体レーザチップ１は、例えば、ＧａＡｓ等の材料を用いて形成されている。また、サブマウント材６およびベース部材７は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＡｌＳｉＣ等のセラミック材料、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＢｅＯ等のコンポジット材料、または、カーボン（Ｃ）、グラファイト、ダイヤモンド等の炭素系材料等により形成されている。また、接合材としては、例えば、Ｉｎ、Ｐｂ，Ｓｎ等の導電性低融点材料を単独で用いることができる。また、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＳｎ、ＰｂＳｎ、ＳｎＢｉ、ＡｎＡｇＣｕ等の合金状の導電性低融点材料を用いてもよい。
【００１８】
ベース部材７上には、半導体レーザチップ１の光軸ＣＬ方向に延設された光学部品保持部材８が固定されている。光学部品保持部材８は、例えば、ベース部材７と同様の材料によって形成されている。
半導体レーザチップ１の光軸ＣＬ上には、半導体レーザチップ１側から光源装置１００のレーザ光ＬＺの射出方向に向けて、光路変換素子１０、波長変換素子２０および外部共振器３０等の光学素子が順に配置されている。これらの光学素子は、接着剤等により光学部品保持部材８に固定され、半導体レーザチップ１の光軸ＣＬ上に配置されている。
【００１９】
光路変換素子１０は、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する選択反射膜１１を備えている。選択反射膜１１は、例えば、誘電体多層膜等によって構成され、金属等のフレーム１２に固定されたガラス等の透明板１３の表面に形成されている。光路変換素子１０は、選択反射膜１１に角度を有して対向する反射膜１４を備えている。反射膜１４は、例えば、Ａｌ等の反射性に優れた薄膜等によって形成され、選択反射膜１１と同様にフレーム１２に固定された透明板１３の表面に形成されている。
【００２０】
波長変換素子２０は、周期的な分極反転構造を備え、入射した光の波長を特定の波長の光に変換するように構成されている。周期的な分極反転構造は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ３）などの無機非線形光学材料の結晶基板内部に形成されている。
外部共振器３０は、内部にブラッグ格子を備え、特定の波長の光を透過させ、それ以外の波長の光を選択的に反射するように構成されている。ブラッグ格子は、例えば、ＳｉＯ２を主体としたアルカリボロアルミノシリケートガラスなどのガラス層に所定波長の紫外線を照射し、ガラス層中に屈折率の異なる干渉パターンを層状に形成することで形成されている。
【００２１】
このように構成された光源装置１００は、配線層５等を介して半導体レーザチップ１に電流を供給することで、半導体レーザチップ１のエミッタ２から、図１のＺ軸正方向にレーザ光Ｌ１が射出される。エミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１は、光軸ＣＬ上に配置された選択反射膜１１を透過して波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、外部共振器３０に入射する。外部共振器３０に入射した特定の波長のレーザ光Ｌ２は、外部共振器３０を透過して外部に光源装置１００のレーザ光ＬＺとして射出される。
【００２２】
一方、波長変換素子２０を透過する際に特定の波長に変換されなかったレーザ光Ｌ１は、外部共振器３０によってＺ軸負方向に反射される。外部共振器３０によって反射されたレーザ光Ｌ１は、再び波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、選択反射膜１１に入射する。選択反射膜１１に入射した特定の波長のレーザ光Ｌ２は、選択反射膜１１によって反射される。選択反射膜１１によって反射されたレーザ光Ｌ２は、反射膜１４によってＺ軸正方向に反射される。反射膜１４によって反射されたレーザ光Ｌ２は、波長変換素子２０に入射することなく、光源装置１００のレーザ光ＬＺとして外部に射出される。
【００２３】
また、外部共振器３０に反射されて波長変換素子２０に入射し、再び波長変換素子２０を透過する際に特定の波長に変換されなかったレーザ光Ｌ１は、選択反射膜１１を透過してエミッタ２に入射する。エミッタ２に入射したレーザ光Ｌ１はエミッタ２によって反射され、エミッタ２から新たに射出されるレーザ光Ｌ１とともに、Ｚ軸正方向に射出される。
このように、エミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１はエミッタ２と外部共振器３０との間で共振して増強され、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、光源装置１００のレーザ光ＬＺとして外部へ射出される。
【００２４】
（光源装置のアライメント方法）
次に、上述の光源装置１００のアライメント方法について説明する。
まず、図１に示す光源装置１００の光軸ＣＬ上の測定位置ＯＰに、例えば、光学顕微鏡、ＣＣＤカメラ等のモニター装置４０を配置する。
次に、図１に示す波長変換素子２０および外部共振器３０が光軸ＣＬ上に設置されていない状態で、モニター装置４０により、半導体レーザチップ１の位置を観測し、ＸＹ平面内における半導体レーザチップ１の基準位置を測定する。
【００２５】
このとき、半導体レーザチップ１の位置の観測は、図２に示すように、発光面３にアレイ状に配列されたエミッタ２の位置を観測することにより行ことが好ましい。この場合、エミッタ２の位置の観測は、一または複数のエミッタ２の位置を観測することにより行う。例えば、エミッタ２の配列方向の末端に位置するエミッタ２の位置を観測したり、半導体レーザチップ１の中央部に位置するエミッタ２の位置を観測したり、それらを組み合わせて観測することで、半導体レーザチップ１の位置を観測する。
また、エミッタ２の位置の観測は、半導体レーザチップ１を発光させ、発光した状態のエミッタ２の位置をモニター装置４０によって観測することにより行うことが望ましい。このように、半導体レーザチップ１を発光状態でその位置を観測することで、エミッタ２の形状が鮮明に観測できるためエミッタ２の位置を確実に測定でき、測定精度を格段に向上することができる。
【００２６】
このように、波長変換素子２０および外部共振器３０を介することなくモニター装置４０によって観測したＸＹ平面内における半導体レーザチップ１の位置情報は、例えば、モニター装置４０に接続されたメモリ等の記憶部に伝送され、半導体レーザチップ１の基準位置として記録される。
次いで、波長変換素子２０を、例えば、多間接マニピュレータ等により把持し、図１に示すように、半導体レーザチップ１の光軸ＣＬ上に仮配置する。仮配置は、波長変換素子２０のアライメントマークや外形形状を用い、波長変換素子２０を半導体レーザチップ１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に精密に位置決めした状態で配置する。
【００２７】
このとき、波長変換素子２０には、図３および図４に示すように、波長変換素子２０を貫通し、Ｘ軸に平行な第一回転軸Ａ１と、波長変換素子２０を貫通し、Ｙ軸に平行な第二回転軸Ａ２を予め設定しておく。そして、波長変換素子２０を、第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２をそれぞれ中心として回転可能な状態で多間接マニピュレータ等により把持し、上述のように半導体レーザチップ１の光軸ＣＬ上に仮配置する。
【００２８】
次に、光軸ＣＬ上の測定位置ＯＰに配置されたモニター装置４０によって、波長変換素子２０を介して半導体レーザチップ１の位置を観測する。ここでは、エミッタ２の配列方向の末端に位置するエミッタ２の位置を、波長変換素子２０を介して観測し、図５に示すように、そのエミッタ２のＸＹ平面内における観測位置ＰＸＹを測定することで、半導体レーザチップ１の位置を測定する。
このとき、図３および図４に示すように、ＹＺ平面およびＸＺ平面内で波長変換素子２０が光軸ＣＬ（Ｚ軸方向）に対して角度θＹＺ，θＸＺを有して傾いていた場合、角度θＹＺ，θＸＺに応じてレーザ光Ｌ１の波長変換素子２０への入射角θｉｎが変化する。
【００２９】
このような場合、ＸＹ平面内における基準位置Ｐ０から波長変換素子２０へ入射したレーザ光Ｌ１は、入射角θｉｎ、波長変換素子２０の絶対屈折率Ｎ、空気の絶対屈折率Ｎａ等に応じた屈折角θｒｅｆで屈折する。そして、レーザ光Ｌ１は波長変換素子２０を透過して、ＸＹ平面内においてＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ屈折角θｒｅｆに応じた距離ｘ，ｙだけずれた観測位置ＰＸＹにレーザ光Ｌ１，Ｌ２として射出される。
これにより、図５に示すように、モニター装置４０によって観測したエミッタ２の位置は、ＸＹ平面内において、基準位置Ｐ０から、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ屈折角θｒｅｆに応じた距離ｘ，ｙだけずれた観測位置ＰＸＹに観測される。
【００３０】
ここで、距離ｘ，ｙ、波長変換素子２０の絶対屈折率Ｎ、空気の絶対屈折率Ｎａ、波長変換素子２０の厚さＴ等により、距離ｘ，ｙを０とするのに必要な波長変換素子２０の第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２を中心とする回転角度θ１，θ２が算出される。この算出された回転角度θ１，θ２に基づいて、図３および図４に示すように、波長変換素子２０を多間接マニピュレータ等により第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２をそれぞれ中心として回転させる。
これにより、モニター装置４０から観測した半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹは、ＸＹ平面内において、図５に示すように、基準位置Ｐ０からＸ軸方向およびＹ軸方向に距離ｘ，ｙずれた位置から、二点差線によって示す基準位置Ｐ０に一致するように移動する。移動後、波長変換素子２０は、例えば、紫外線硬化性の接着剤等により補助固定部材（図示せず）に固定する。
【００３１】
次に、波長変換素子２０をこの状態で光軸ＣＬ上に配置したまま、外部共振器３０を波長変換素子２０と同様に光軸ＣＬ上に仮配置し、波長変換素子２０と同様に光軸ＣＬに対する傾き角度θＸＺ，θＹＺを修正する。なお、このとき波長変換素子２０は光軸ＣＬ上から外して外部共振器３０をアライメントすることもできる。また、波長変換素子２０と外部共振器３０のアライメントの順序については、外部共振器３０からアライメントすることもできる。
次いで、光軸ＣＬ上のモニター装置４０の位置にパワーメータ（図示省略）を設置し、半導体レーザチップ１のエミッタ２から射出され、波長変換素子２０によって変換されたレーザ光Ｌ２の出力が最大となるように、波長変換素子２０および外部共振器３０をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に平行移動させる。このとき、波長変換素子２０および外部共振器３０は、例えば、紫外線硬化性の接着剤等により補助固定部材（図示せず）に固定されているので、修正後の光軸ＣＬに対する角度θＸＺ，θＹＺが変化することが無い。
レーザ光Ｌ２の出力が最大となる波長変換素子２０および外部共振器３０の位置が決まったら、その位置および光軸ＣＬに対する角度θＸＺ，θＹＺを保ったまま、図１に示すように、例えば、紫外線硬化性の接着剤等により、波長変換素子２０および外部共振器３０を光学部品保持部材８に固定する。
以上により、光源装置１００の波長変換素子２０および外部共振器３０が半導体レーザチップ１に対して精密にアライメントされた状態で光軸ＣＬ上に固定される。
【００３２】
光源装置１００をこのようにアライメントすることで、波長変換素子２０および外部共振器３０を光軸ＣＬ上に仮配置したときに、波長変換素子２０および外部共振器３０が半導体レーザチップ１の光軸ＣＬに対して傾いていた場合であっても、波長変換素子２０および外部共振器３０を第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２を中心として回転させて光軸ＣＬに対する傾き角度θＸＺ，θＹＺを修正することができる。
また、上記のように外部共振器および波長変換素子を、それぞれ第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２を中心として回転させ、モニター装置４０によって観測された観測位置ＰＸＹと基準位置Ｐ０とを一致させることで、光学素子の光軸に対する傾き角度θＸＺ，θＹＺを修正することができる。
【００３３】
また、波長変換素子２０および外部共振器３０にＸ軸と平行な第一回転軸Ａ１およびＹ軸と平行な第二回転軸Ａ２を設定し、各回転軸Ａ１，Ａ２を中心としてそれぞれ回転させることで、ＸＹ平面内での半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹをＹ軸方向およびＸ軸方向にそれぞれ移動させることができる。このため、ＸＹ平面内で半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹが基準位置Ｐ０からＸ軸およびＹ軸方向にずれていた場合であっても、半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹと基準位置Ｐ０とを一致させることができる。
【００３４】
また、ＸＹ平面内における半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹと基準位置Ｐ０との距離ｘ，ｙに基づいて波長変換素子２０および外部共振器３０を回転させることで、波長変換素子２０および外部共振器３０の光軸ＣＬに対する傾き角度θＸＺ，θＹＺを効率よく修正することができる。
また、半導体レーザチップ１の位置をエミッタ２の位置を基準として測定することで、波長変換素子２０および外部共振器３０を半導体レーザチップ１に対して位置合わせする際に、波長変換素子２０および外部共振器３０とエミッタ２とが正確に位置合わせされる。したがって、エミッタ２から射出されるレーザ光Ｌ１の損失をより確実に防止することができる。
【００３５】
また、波長変換素子２０および外部共振器３０を光軸ＣＬ上に仮配置する際に、半導体レーザチップ１に対してＸ軸方向およびＹ方向に精密に位置決めした状態で仮配置している。このため、複数のエミッタ２のうち、一のエミッタ２を基準として上述のようにアライメントすることで、その他の位置を観測しないエミッタ２についても同時にアライメントすることができる。したがって、複数のエミッタ２を有する半導体レーザチップ１を、波長変換素子２０および外部共振器３０に対して効率よく位置合わせすることができる。
【００３６】
また、半導体レーザチップ１の末端に位置するエミッタ２を基準として半導体レーザチップ１の位置を測定した場合、末端に位置するエミッタ２に対してより正確に位置合わせされる。したがって、半導体レーザチップ１の末端に位置するエミッタ２から射出されるレーザ光Ｌ１の損失を、より確実に防止することができる。同様に、半導体レーザチップ１の中央部に位置するエミッタ２を基準として半導体レーザチップ１の位置を測定した場合、半導体レーザチップ１の中央部に位置するエミッタ２から射出されるレーザ光Ｌ１の損失を、より確実に防止することができる。
【００３７】
また、エミッタ２を基準として半導体レーザチップ１の位置を測定する際に、エミッタ２を発光させエミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１，Ｌ２をモニター装置４０によって観測することで、エミッタ２が鮮明に観測される。したがって、エミッタ２の位置の観測精度が向上し、半導体レーザチップ１の位置の観測精度を向上させることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の光源装置１００のアライメント方法によれば、波長変換素子２０および外部共振器３０の光軸ＣＬに対する傾き角度θＸＺ，θＹＺを確実に修正することができる。これにより、レーザ光Ｌ１をエミッタ２と外部共振器３０との間で確実に共振させてレーザ光Ｌ１の損失を防止することができる。したがって、半導体レーザチップ１のエミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１を、高効率で光源装置１００のレーザ光ＬＺとして取り出すことができる。
【００３９】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図２を援用し、図６〜図９を用いて説明する。本実施形態では上述の第一実施形態で説明した光源装置１００と、光路変換素子としてプリズム５０が用いられている点で異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
（光源装置）
図６に示すように、本実施形態の光源装置２００は、半導体レーザチップ１の光軸ＣＬＺ上に光路変換素子としてプリズム５０を備えている。プリズム５０は、第一実施形態と同様の選択反射膜１１と、入射光を全反射する反射面５１を備えている。
【００４０】
このように構成された光源装置２００は、配線層５等を介して半導体レーザチップ１に電流を供給することで、半導体レーザチップ１のエミッタ２から、図６のＺ軸正方向にレーザ光Ｌ１が射出される。エミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１は、光軸ＣＬＺ上に配置されたプリズム５０の反射面５１によってＹ軸正方向に反射される。反射面５１によって反射されたレーザ光Ｌ１は選択反射膜１１を透過して波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、外部共振器３０に入射する。外部共振器３０に入射した特定の波長のレーザ光Ｌ２は、外部共振器３０を透過して外部に光源装置２００のレーザ光ＬＺとして射出される。
【００４１】
一方、波長変換素子２０を透過する際に特定の波長に変換されなかったレーザ光Ｌ１は、外部共振器３０によってＹ軸負方向に反射される。外部共振器３０によって反射されたレーザ光Ｌ１は、再び波長変換素子２０に入射する。波長変換素子２０に入射したレーザ光Ｌ１の一部は、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、選択反射膜１１に入射する。選択反射膜１１に入射した特定の波長のレーザ光Ｌ２は、選択反射膜１１によって反射される。選択反射膜１１によって反射されたレーザ光Ｌ２は、プリズム５０の反射面５１によってＹ軸正方向に反射される。反射面５１によって反射されたレーザ光Ｌ２は、波長変換素子２０に入射することなく、光源装置２００のレーザ光ＬＺとして外部に射出される。
【００４２】
また、外部共振器３０に反射されて波長変換素子２０に入射し、再び波長変換素子２０を透過する際に特定の波長に変換されなかったレーザ光Ｌ１は、選択反射膜１１を透過してプリズム５０の反射面５１によって反射される。反射面５１によって反射されたレーザ光Ｌ１はエミッタ２に入射する。エミッタ２に入射したレーザ光Ｌ１はエミッタ２によって反射され、エミッタ２から新たに射出されるレーザ光Ｌ１とともに、Ｚ軸正方向に射出される。
このように、エミッタ２から射出されたレーザ光Ｌ１はエミッタ２と外部共振器３０との間で共振して増強され、波長変換素子２０によって特定の波長のレーザ光Ｌ２に変換され、光源装置２００のレーザ光ＬＺとして外部へ射出される。
【００４３】
（光源装置のアライメント方法）
次に、本実施形態の光源装置２００のアライメント方法について説明する。
まず、図６に示すように、ＸＺ平面内における光源装置２００のレーザ光ＬＺの射出位置を予め想定し、その位置を測定位置ＯＰとしてモニター装置４０を配置する。そして、観測位置ＯＰに対して、図６のＹ軸負方向に半導体レーザチップ１を位置決めして固定する。次いで、想定した射出位置を実現する光軸ＣＬＺ，ＣＬＹに沿って半導体レーザチップ１の位置をＸＺ平面に投影し、図９に示すように、半導体レーザチップ１の基準位置Ｐ０として記録しておく。
【００４４】
次いで、Ｙ軸方向の光軸ＣＬＹ上に波長変換素子２０および外部共振器３０を配置する前に、まず、プリズム５０を配置する。プリズム５０は、例えば、多間接マニピュレータ等により把持し、図６に示すように、半導体レーザチップ１の光軸ＣＬＺ上に仮配置する。プリズム５０の仮配置は、アライメントマークや外形形状を用い、プリズム５０を半導体レーザチップ１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に精密に位置決めした状態で仮配置する。
【００４５】
このとき、プリズム５０には、図７および図８に示すように、プリズム５０を貫通し、Ｘ軸に平行な第一回転軸Ａ３と、プリズム５０を貫通し、Ｚ軸に平行な第二回転軸Ａ４を予め設定しておく。そして、プリズム５０を、第一回転軸Ａ３および第二回転軸Ａ４をそれぞれ中心として回転可能な状態で多間接マニピュレータ等により把持し、上述のように半導体レーザチップ１のＺ軸に平行な光軸ＣＬＺ上に仮配置する。
【００４６】
次に、測定位置ＯＰに配置されたモニター装置４０によって、プリズム５０を介して半導体レーザチップ１の位置を観測する。ここでは、エミッタ２の配列方向の末端に位置するエミッタ２を観測し、そのエミッタ２のＸＺ平面内における位置を測定することで、半導体レーザチップ１の位置を測定する。
このとき、図７および図８に示すように、ＹＺ平面およびＸＹ平面内でプリズム５０が光源装置２００の光軸ＣＬＺ，ＣＬＹに対してそれぞれ角度θＹＺ，θＸＹを有して傾いていた場合、角度θＹＺ，θＸＹに応じてレーザ光Ｌ１の反射角θｒｅｆが変化する。
【００４７】
このような場合、ＸＹ平面内の基準位置Ｐ０からプリズム５０へ入射したレーザ光Ｌ１は、プリズム５０の反射面５１によって反射され、Ｘ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ反射角θｒｅｆに応じた距離ｘ，ｚだけずれた観測位置ＰＸＺに観測される。
これにより、モニター装置４０によって観測した半導体レーザチップ１は、ＸＺ平面内において、図９に示すように、基準位置Ｐ０から、Ｘ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ反射角θｒｅｆに応じた距離ｘ，ｚだけずれた観測位置ＰＸＺに観測される。
【００４８】
ここで、距離ｘ，ｚ、プリズム５０の絶対屈折率Ｎ、空気の絶対屈折率Ｎａ、傾き角度θＹＺ，θＸＹ、プリズム５０の寸法Ｌ（図６参照）等により、距離ｘ，ｚを０とするのに必要なプリズム５０の第一回転軸Ａ３および第二回転軸Ａ４を中心とする回転角度θ３，θ４が算出される。この算出された回転角度θ３，θ４に基づいて、図７および図８に示すように、プリズム５０を多間接マニピュレータ等により、第一回転軸Ａ３および第二回転軸Ａ４をそれぞれ中心として回転させる。
これにより、モニター装置４０から観測した半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＺは、図９に示すように、ＸＺ平面内において、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に距離ｘ，ｚずれた位置から、基準位置Ｐ０に一致するように移動する。この状態で、光学部品保持部材８上に接着剤等を介してプリズム５０を固定する。
【００４９】
次いで、第一実施形態と同様に波長変換素子２０および外部共振器３０を光軸ＣＬＹに対してアライメントしてベース部材７および光学部品保持部材８に固定する。
以上説明したように、本実施形態の光源装置２００のアライメント方法によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、光路変換素子としてプリズム５０を用いた場合でも、プリズム５０のアライメントを波長変換素子２０および外部共振器３０と略同様に行うことができる。
【００５０】
＜アライメント装置＞
次に、上述の第一、第二実施形態において説明した光源装置１００，２００のアライメントに用いるアライメント装置３００について説明する。
図１０に示すように、アライメント装置３００は、ＣＣＤカメラ３１０と、多間接マニピュレータ３２０と、コントローラ３３０と、によって構成されている。
ＣＣＤカメラ３１０は、撮影した画像を画像信号Ｖに変換する撮像部３１１を備えている。撮像部３１１は駆動部３１２によって駆動されて画像を撮影するように構成されている。駆動部３１２はコントローラ３３０からの指令Ｃ１によって駆動される。
【００５１】
多間接マニピュレータ３２０は、上述した外部共振器３０、波長変換素子２０、プリズム５０等の光学素子を把持し、設定した回転軸を中心として回転させる把持部３２１を備えている。把持部３２１は、例えば、モータ等からなる駆動部３２２により駆動される。駆動部３２２はコントローラ３３０からの指令Ｃ２によって駆動され、把持部３２１の位置情報ＰＨ等をコントローラ３３０に伝送する。
コントローラ３３０は、ＣＣＤカメラ３１０から伝送された画像信号Ｖおよび多間接マニピュレータ３２０から伝送された位置情報ＰＨ等を記憶する記憶部３３１を備えている。また、コントローラ３３０は記憶部３３１に記憶された画像信号Ｖおよび位置情報ＰＨ等に基づいて演算を行う演算部３３２を備えている。
演算部３３２は演算結果に基づいて多間接マニピュレータ３２０の駆動部３２２に駆動指令Ｃ２を伝送する。また、画像信号Ｖを得るためにＣＣＤカメラ３１０の駆動部３１２に駆動指令Ｃ１を伝送する。
【００５２】
次に、このアライメント装置３００を用いた光源装置１００のアライメント方法について説明する。
まず、演算部３３２の指令Ｃ１によりＣＣＤカメラ３１０が駆動され、図５に示す半導体レーザチップ１の基準位置Ｐ０が観測される。観測された基準位置Ｐ０はコントローラ３３０の記憶部３３１に画像信号Ｖとして伝送されて記憶される。
次いで、演算部３３２の指令Ｃ２によって多間接マニピュレータが駆動され、波長変換素子２０が把持部３２１によって、図１に示す光軸ＣＬ上に仮配置される。
次いで、演算部３３２の指令Ｃ１によりＣＣＤカメラ３１０が駆動され、撮像部３１１によって波長変換素子２０を介して、図５に示す半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹが観測される。得られた観測位置ＰＸＹは記憶部３３１に画像信号Ｖとして伝送されて記憶される。
【００５３】
演算部３３２は、記憶部３３１に記憶された観測位置ＰＸＹおよび基準位置Ｐ０に基づいて演算を行う。次いで、演算結果に基づいた指令Ｃ２により多間接マニピュレータ３２０の駆動部３２２を駆動させ、光軸ＣＬ上に配置された波長変換素子２０を、図３および図４に示すように回転軸Ａ１，Ａ２を中心として回転させる。その後、演算部３３２は、指令Ｃ１によりＣＣＤカメラ３１０を駆動させ、波長変換素子２０を介して半導体レーザチップ１の観測位置ＰＸＹを観測し、得られた観測位置ＰＸＹと、記憶部３３１に記憶された基準位置Ｐ０とを比較する。演算部３３２は、上記の観測位置ＰＸＹと基準位置Ｐ０とが一致するまで、波長変換素子２０の回転、半導体レーザチップ１の位置の測定、および基準位置Ｐ０と観測位置ＰＸＹの比較を繰り返す。これにより、波長変換素子２０の光軸ＣＬに対する傾き角度θＹＺ，θＸＺが修正される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態のアライメント装置３００によれば、上述の第一実施形態および第二実施形態で説明した光源装置１００，２００のアライメント方法により光源装置１００，２００をアライメントすることができる。したがって、波長変換素子２０、外部共振器３０、プリズム５０等の光学素子の光軸ＣＬ，ＣＬＹ，ＣＬＺに対する傾きによるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の損失を防止して、半導体レーザチップ１から射出したレーザ光Ｌ１を光源装置１００，２００のレーザ光ＬＺとして高効率で取り出すことができるように、光源装置１００，２００をアライメントすることができる。
【００５５】
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、半導体レーザチップの位置の測定は、エミッタではなく、半導体レーザチップの外形やコーナー部を用いて行ってもよい。また、エミッタの位置の測定は、全てのエミッタについて行ってもよい。また、回転軸は半導体レーザチップの発光面に平行で互いに垂直であれば、エミッタの配列方向に平行に設定しなくてもよい。また、上述の実施形態では、把持駆動装置の一例として多間接マニピュレータを用いて説明したが、多間接マニピュレータの代わりにリニアモータ等を組み合わせた装置を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る光源装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る半導体レーザチップの平面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る波長変換素子の側面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る波長変換素子の正面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る半導体レーザチップの基準位置および観測位置を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る光源装置の全体構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態にプリズムと半導体レーザチップの位置関係を示す断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態にプリズムと半導体レーザチップの位置関係を示す平面図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る半導体レーザチップの基準位置および観測位置を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るアライメント装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体レーザチップ（レーザチップ）、２  エミッタ、３  発光面、１０  光路変換素子（光学素子）、２０  波長変換素子（光学素子）、３０  外部共振器（光学素子）、４０  モニター装置、５０  プリズム（光学素子）、１００，２００  光源装置、３００  アライメント装置、３１０  ＣＣＤカメラ（モニター装置）、３２０  多間接マニピュレータ（把持駆動装置）、３２１  把持部、３３０  コントローラ（制御装置）、３３１  記憶部、３３２  演算部、Ａ１，Ａ３  第一回転軸（回転軸）、Ａ２，Ａ４  第二回転軸（第二の回転軸）、Ｃ１，Ｃ２  指令、ＣＬ，ＣＬＹ，ＣＬＺ  光軸、Ｌ１，Ｌ２  レーザ光（光）、ＯＰ  測定位置、Ｐ０  基準位置、ＰＨ  位置情報（情報）、ＰＸＹ，ＰＸＺ  観測位置（得られた位置）、Ｖ  画像信号（情報）、θＸＺ，θＹＺ  角度（傾き）
【図１】
2009038288.tif 000003
【図２】
2009038288.tif 000004
【図３】
2009038288.tif 000005
【図４】
2009038288.tif 000006
【図５】
2009038288.tif 000007
【図６】
2009038288.tif 000008
【図７】
2009038288.tif 000009
【図８】
2009038288.tif 000010
【図９】
2009038288.tif 000011
【図１０】
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