特開 2023-31642 レーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023031642

(43)【公開日】2023-03-09

(54)【発明の名称】レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02326 20210101AFI20230302BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02326

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021137260

(22)【出願日】2021-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菱田 光起

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MC03

5F173MD12

5F173MF39

(57)【要約】

【課題】レーザ素子の発光面に光学系ユニットが衝突するのを抑える。
【解決手段】第１ブロック１０には、レーザ素子４０の第１電極４０ａが電気的に接続される。第２ブロック２０は、第１ブロック１０に対向して配置される。第２ブロック２０には、レーザ素子４０の第２電極４０ｂが電気的に接続される。光学系ユニット５０は、レーザ素子４０の発光面よりも出射方向の前方に配置される。突出部１５は、レーザ素子４０の発光面よりも光学系ユニット５０側に突出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射するレーザ素子を備えたレーザモジュールであって、
前記レーザ素子の第１電極に電気的に接続された第１ブロックと、
前記第１ブロックに対向して配置され、前記レーザ素子の第２電極に電気的に接続された第２ブロックと、
前記レーザ素子の発光面よりも出射方向の前方に配置された光学系ユニットと、
前記レーザ素子の発光面よりも前記光学系ユニット側に突出した突出部と、を備える
レーザモジュール。

【請求項2】

請求項１のレーザモジュールにおいて、
前記レーザ素子は、前記第１ブロックに載置され、
前記突出部は、前記第１ブロックに設けられる
レーザモジュール。

【請求項3】

請求項１のレーザモジュールにおいて、
前記レーザ素子は、導電性を有するサブマウントを介して前記第１ブロックに載置され、
前記突出部は、前記サブマウントに設けられる
レーザモジュール。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１つのレーザモジュールにおいて、
前記突出部は、前記レーザ光の出射方向から見て、前記レーザ素子を挟んだ両側にそれぞれ設けられる
レーザモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザモジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ素子（レーザダイオード）と、第１のコリメートレンズと、ビームツイスタとを有するレーザモジュールが開示されている。第１のコリメートレンズは、レーザ素子の発光面から第１の距離だけ離れて設けられ、レーザ光のファースト軸方向の拡がりを平行化する。ビームツイスタは、第１のコリメートレンズから第２の距離だけ離れて設けられ、レーザ光を約９０度旋回させる。

【0003】

レーザモジュールは、レーザ光を出射するレーザ素子がサブマウントに搭載され、これらが下部電極ブロックと上部電極ブロックとによって挟まれる。レーザ素子は、半田などの接合材によって下部電極ブロックに接合される。ここで、レーザ素子の発光面に接合材が付着するなどの悪影響を及ぼさないように、レーザ素子の発光面を、第１のコリメートレンズ及びビームツイスタを含む光学系ユニット側に突出させた状態で配置する場合が多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／０６３４３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、第１のコリメートレンズ及びビームツイスタを含む光学系ユニットを、レーザ素子の発光面に近づけて配置する作業を行う際に、光学系ユニットをレーザ素子の発光面に誤って衝突させてしまい、エミッタ不良が発生するおそれがある。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ素子の発光面に光学系ユニットが衝突するのを抑えることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の発明は、レーザ光を出射するレーザ素子を備えたレーザモジュールであって、前記レーザ素子の第１電極に電気的に接続された第１ブロックと、前記第１ブロックに対向して配置され、前記レーザ素子の第２電極に電気的に接続された第２ブロックと、前記レーザ素子の発光面よりも出射方向の前方に配置された光学系ユニットと、前記レーザ素子の発光面よりも前記光学系ユニット側に突出した突出部と、を備える。

【0008】

第１の発明では、第１ブロックには、レーザ素子の第１電極が電気的に接続される。第２ブロックは、第１ブロックに対向して配置される。第２ブロックには、レーザ素子の第２電極が電気的に接続される。光学系ユニットは、レーザ素子の発光面よりも出射方向の前方に配置される。突出部は、レーザ素子の発光面よりも光学系ユニット側に突出する。

【0009】

このような構成とすれば、光学系ユニットが意図せずにレーザ素子の発光面側に移動した場合でも、光学系ユニットがレーザ素子の発光面に接触する前に突出部に当接することで、光学系ユニットの移動が規制される。

【0010】

これにより、レーザ素子の発光面に光学系ユニットが衝突するのを抑えることができる。

【0011】

第２の発明は、第１の発明のレーザモジュールにおいて、前記レーザ素子は、前記第１ブロックに載置され、前記突出部は、前記第１ブロックに設けられる。

【0012】

第２の発明では、レーザ素子を第１ブロックに載置させる際に、第１ブロックから突出する突出部の先端位置を確認しながら、第１ブロックに対するレーザ素子の発光面の突出量を調整することができる。

【0013】

第３の発明は、第１の発明のレーザモジュールにおいて、前記レーザ素子は、導電性を有するサブマウントを介して前記第１ブロックに載置され、前記突出部は、前記サブマウントに設けられる。

【0014】

第３の発明では、レーザ素子をサブマウントに載置させる際に、サブマウントから突出する突出部の先端位置を確認しながら、サブマウントに対するレーザ素子の発光面の突出量を調整することができる。

【0015】

第４の発明は、第１～３の発明の何れか１つのレーザモジュールにおいて、前記突出部は、前記レーザ光の出射方向から見て、前記レーザ素子を挟んだ両側にそれぞれ設けられる。

【0016】

第４の発明では、レーザ素子を挟んで両側にそれぞれ突出部を設けることで、例えば、光学系ユニットが片側に傾いた姿勢でレーザ素子側に移動した場合でも、何れかの突出部が光学系ユニットに当接することとなる。これにより、光学系ユニットがレーザ素子の発光面に接触するのを、より確実に抑えることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、レーザ素子の発光面に光学系ユニットが衝突するのを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。

【図2】レーザモジュールの構成を示す側面断面図である。

【図3】レーザモジュールの構成を示す正面図である。

【図4】レーザモジュールの構成を示す正面断面図である。

【図5】本変形例に係るレーザモジュールの構成を示す平面図である。

【図6】レーザモジュールの構成を示す側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0020】

図１～図３に示すように、レーザモジュール１は、第１ブロック１０と、第２ブロック２０と、絶縁層３０と、レーザ素子４０と、サブマウント４５と、光学系ユニット５０と、を有する。

【0021】

第１ブロック１０は、導電性を有する。第１ブロック１０は、主に銅（Ｃｕ）で構成される。第１ブロック１０では、銅製のブロックに対して、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが順番にメッキされる。第１ブロック１０には、図示しない水冷ジャケットが接続される。

【0022】

第１ブロック１０の上面には、載置部１１が設けられる。載置部１１は、第１ブロック１０の上面の一部を窪ませることで形成される。載置部１１は、レーザ光ＬＢの出射方向（図１に矢印線で示す方向）の側の端部に設けられる。載置部１１には、レーザ素子４０と、サブマウント４５と、が配置される。

【0023】

なお、載置部１１の深さ（高さ）は、レーザ素子４０、サブマウント４５、後述するバンプ４８、及び絶縁層３０のそれぞれの厚さを考慮して設定される。

【0024】

絶縁層３０は、絶縁性を有する。絶縁層３０は、ポリイミドやセラミックなどで構成される。絶縁層３０は、第１ブロック１０の上面において載置部１１の周りを囲むように配置される。

【0025】

レーザ素子４０は、図示しない複数のエミッタを有する。レーザ素子４０は、下面が正電極４０ａ（第１電極）であり、上面が負電極４０ｂ（第２電極）である。レーザ素子４０は、正電極４０ａから負電極４０ｂに向かって電流が流れると、発光面において複数のエミッタのそれぞれからレーザ光ＬＢを出射する。レーザ素子４０は、サブマウント４５に載置される。レーザ素子４０のレーザ素子４０の正電極４０ａは、サブマウント４５に電気的に接続される。

【0026】

レーザ素子４０の発光面（図１で右端面）は、サブマウント４５の端面（図１で右端面）よりも出射方向の前方に突出して配置される。つまり、レーザ素子４０の発光面は、第１ブロック１０の端面（図１で右端面）よりもレーザ光ＬＢの出射方向の前方に突出している。

【0027】

レーザ素子４０及びサブマウント４５は、載置部１１に配置される。サブマウント４５は、例えば、半田によって、第１ブロック１０の載置部１１に接合される。サブマウント４５の端面（図１で右端面）は、第１ブロック１０の端面（図１で右端面）と略同じ位置、又は第１ブロック１０の端面よりも前方に突出して配置される。

【0028】

このように、レーザ素子４０の発光面を、第１ブロック１０の端面（図１で右端面）よりもレーザ光ＬＢの出射方向の前方に突出させることで、サブマウント４５を第１ブロック１０に半田付けするのにあたって、レーザ素子４０の発光面に半田が回り込んで付着するのを抑えることができる。

【0029】

第１ブロック１０は、サブマウント４５を介してレーザ素子４０の正電極４０ａと電気的に接続する電極ブロックとしての機能を有する。レーザ素子４０の負電極４０ｂには、バンプ４８が設けられる（図３参照）。

【0030】

バンプ４８は、導電性を有する。バンプ４８は、主に金（Ａｕ）で構成される。バンプ４８は、レーザ素子４０の負電極４０ｂ上に複数設けられる。

【0031】

バンプ４８は、溶融によって先端が球状になった金ワイヤを負電極４０ｂに接触させ、超音波を与えることで負電極４０ｂに接合される。バンプ４８は、レーザ素子４０の負電極４０ｂと電気的に接続される。

【0032】

第２ブロック２０は、導電性を有する。第２ブロック２０は、主に銅（Ｃｕ）で構成される。第２ブロック２０では、銅製のブロックに対して、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが順番にメッキされる。第２ブロック２０は、第１ブロック１０に対向して配置される。

【0033】

第２ブロック２０は、レーザ素子４０及び絶縁層３０の上に設けられる。第２ブロック２０は、バンプ４８を介してレーザ素子４０と電気的に接続される。第２ブロック２０は、レーザ素子４０の負電極４０ｂと電気的に接続する電極ブロックとしての機能を有する。

【0034】

第２ブロック２０は、第２ブロック２０の下面であって、レーザ素子４０に向かい合う領域以外の領域において、絶縁層３０と密着される。

【0035】

このような構成のレーザモジュール１では、レーザ素子４０の正電極４０ａから負電極４０ｂに向かって電流が流れると、レーザ素子４０の発光面からレーザ光ＬＢが出力される。このとき、レーザ素子４０で生じた熱は、第１ブロック１０及び第２ブロック２０へ伝わって放熱される。

【0036】

〈光学系ユニットについて〉
光学系ユニット５０は、レーザ素子４０の発光面よりも出射方向の前方に配置される。光学系ユニット５０は、コリメートレンズ５１と、ビームツイスタ５２と、保持部５３と、を有する。

【0037】

コリメートレンズ５１は、レーザ素子４０の発光面に対向して配置される。コリメートレンズ５１は、レーザ素子４０から出射されたレーザ光ＬＢのファースト軸方向の拡がりを平行化する。

【0038】

コリメートレンズ５１は、平面と曲面とを有する。図２に示す例では、コリメートレンズ５１の平面をレーザ素子４０側に、コリメートレンズ５１の曲面をレーザ素子４０とは反対側に配置している。なお、コリメートレンズ５１の曲面をレーザ素子４０側に、コリメートレンズ５１の平面をレーザ素子４０とは反対側に配置しても構わない。

【0039】

ビームツイスタ５２は、コリメートレンズ５１を挟んでレーザ素子４０とは反対側に配置される。ビームツイスタ５２は、レーザ素子４０から出射されてコリメートレンズ５１を透過したレーザ光ＬＢを、約９０度旋回させる。

【0040】

保持部５３は、コリメートレンズ５１及びビームツイスタ５２を保持するとともに、コリメートレンズ５１及びビームツイスタ５２の位置関係を規定する。保持部５３は、例えば、ガラス板で構成される。保持部５３は、コリメートレンズ５１及びビームツイスタ５２の上部に設けられる。保持部５３は、接着剤５５によって、第２ブロック２０の端面（図２で右端面）に取り付けられる。

【0041】

光学系ユニット５０では、レーザ素子４０から出射されたレーザ光ＬＢを、最初にコリメートレンズ５１によってファースト軸方向で平行化することで、ファースト軸方向のレーザ光ＬＢの拡がりを最小限に抑えることができる。

【0042】

さらに、コリメートレンズ５１を透過したレーザ光ＬＢを、ビームツイスタ５２によって旋回させることで、スロー軸方向の拡がりに関しても、レーザ素子４０における隣接するエミッタとの重なりを最小限に抑えて回避できる。

【0043】

これにより、レーザ素子４０における複数のエミッタの幅に応じて、ピッチ（配置間隔）を最小限にすることが可能となり、高いビーム品質で、高出力のレーザ光を出力することが可能となる。

【0044】

〈突出部について〉
ところで、光学系ユニット５０は、接着剤５５によって第２ブロック２０の端面に接着させた後、接着剤５５が硬化する前に、レーザ素子４０の発光面とコリメートレンズ５１との隙間を適切に調整する必要がある。

【0045】

しかしながら、光学系ユニット５０をレーザ素子４０の発光面に近づけて配置する作業を行う際に、光学系ユニット５０をレーザ素子４０の発光面に誤って衝突させてしまい、エミッタ不良が発生するおそれがある。

【0046】

そこで、本実施形態では、レーザ素子４０の発光面に光学系ユニット５０が衝突するのを抑えることができるようにした。

【0047】

具体的に、図１～図３に示すように、第１ブロック１０は、突出部１５を有する。突出部１５は、第１ブロック１０の端面（図１で右端面）に設けられる。突出部１５は、レーザ素子４０の発光面よりも光学系ユニット５０側に突出する。突出部１５は、レーザ素子４０を挟んで両側（図３で左右両側）にそれぞれ配置される。

【0048】

このような構成とすれば、光学系ユニット５０が意図せずにレーザ素子４０の発光面側に移動した場合でも、光学系ユニット５０がレーザ素子４０の発光面に接触する前に突出部１５に当接することで、光学系ユニット５０の移動が規制される。

【0049】

これにより、レーザ素子４０の発光面に光学系ユニット５０が衝突するのを抑えることができる。

【0050】

また、突出部１５を第１ブロック１０に設けることで、レーザ素子４０を第１ブロック１０に載置させる際に、第１ブロック１０から突出する突出部１５の先端位置を確認しながら、第１ブロック１０に対するレーザ素子４０の発光面の突出量を調整することができる。

【0051】

また、レーザ素子４０を挟んで両側にそれぞれ突出部１５を設けることで、例えば、光学系ユニット５０が片側に傾いた姿勢でレーザ素子４０側に移動した場合でも、何れかの突出部１５が光学系ユニット５０に当接することとなる。これにより、光学系ユニット５０がレーザ素子４０の発光面に接触するのを、より確実に抑えることができる。

【0052】

〈第１ブロック及び第２ブロックの締結構造について〉
図１及び図４に示すように、第１ブロック１０には、第１ネジ孔１２と、第２ネジ孔１３と、第１端子孔１４と、が設けられる。第１ネジ孔１２は、レーザ光ＬＢの出射方向と直交する方向に間隔をあけて２つ設けられる。２つの第１ネジ孔１２の間には、載置部１１が設けられる。

【0053】

第２ネジ孔１３は、レーザ光ＬＢの出射方向５と直交する方向に間隔をあけて２つ設けられる。第２ネジ孔１３は、第１ネジ孔１２に対してレーザ光ＬＢの出射方向とは反対側に設けられる。

【0054】

第１端子孔１４は、第１ブロック１０におけるレーザ光ＬＢの出射方向とは反対の端部に設けられる。つまり、第１端子孔１４は、第１ブロック１０における載置部１１とは反対の端部側に設けられる。第１端子孔１４は、ネジ孔で構成される。第１端子孔１４には、電源用の接続端子が接続される。

【0055】

第２ブロック２０には、第１貫通孔２２と、第２貫通孔２３と、第２端子孔２４と、が設けられる。第１貫通孔２２は、第１ブロック１０の第１ネジ孔１２に対応した位置に設けられる。第１貫通孔２２は、第１ブロック１０と第２ブロック２０とを締結する導電性ネジ３５の頭部が入り込めるようにザグリ孔で形成される。

【0056】

第２貫通孔２３は、第１ブロック１０の第２ネジ孔１３に対応した位置に設けられる。

【0057】

第２端子孔２４は、第２ブロック２０の中央部に設けられる。第２端子孔２４には、電源用の接続端子が接続される。

【0058】

第１ブロック１０と第２ブロック２０とは、導電性ネジ３５によって締結される。導電性ネジ３５は、第２ブロック２０の第１貫通孔２２と、第１ブロック１０の第１ネジ孔１２とに差し込まれる。

【0059】

導電性ネジ３５と第２ブロック２０との間には、絶縁部材３６が設けられる（図４参照）。これにより、第１ブロック１０と第２ブロック２０とを、互いに電気的に絶縁された状態で締結することができる。

【0060】

また、第１ブロック１０と第２ブロック２０とは、図示しない絶縁性ネジによって、互いに電気的に絶縁された状態で締結される。絶縁性ネジは、第２ブロック２０の第２貫通孔２３と、第１ブロック１０の第２ネジ孔１３とに差し込まれる。

【0061】

なお、絶縁性ネジの代わりに、導電性ネジ３５と絶縁部材３６を用いても構わない。また、導電性ネジ３５と絶縁部材３６の代わりに絶縁性ネジを用いても構わない。

【0062】

《変形例》
以下、前記実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

【0063】

図５及び図６に示すように、第１ブロック１０には、傾斜部１６が形成される。傾斜部１６は、載置部１１の前端縁に連続して延びる。傾斜部１６は、第１ブロック１０の一部を出射方向の前方に向かって斜め下方に切り欠くことで形成される。これにより、第１ブロック１０には、載置部１１の前端縁よりも光学系ユニット５０側に突出した突出部１５が設けられる。突出部１５は、傾斜部１６を挟んで両側（図５で上下両側）にそれぞれ配置される。

【0064】

サブマウント４５は、第１ブロック１０の載置部１１に配置される。サブマウント４５の端面（図５で右端面）は、第１ブロック１０の載置部１１と傾斜部１６との境界位置と略同じ位置、又は境界位置よりも前方に突出して配置される。

【0065】

レーザ素子４０は、サブマウント４５に載置される。レーザ素子４０の発光面（図５で右端面）は、サブマウント４５の端面（図５で右端面）よりも出射方向の前方に突出して配置される。ここで、レーザ素子４０の発光面は、突出部１５の端面（図５で右端面）よりも後方に位置している。

【0066】

つまり、突出部１５は、レーザ素子４０の発光面よりも光学系ユニット５０側に相対的に突出する。これにより、レーザ素子４０の発光面に光学系ユニット５０が衝突するのを抑えることができる。

【0067】

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

【0068】

本実施形態では、突出部１５を第１ブロック１０に設けるようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、突出部１５を、サブマウント４５の端面から光学系ユニット５０側に突出させた構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0069】

以上説明したように、本発明は、レーザ素子の発光面に光学系ユニットが衝突するのを抑えることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0070】

１ レーザモジュール
１０ 第１ブロック
１５ 突出部
２０ 第２ブロック
４０ レーザ素子
４０ａ 正電極（第１電極）
４０ｂ 負電極（第２電極）
４５ サブマウント
５０ 光学系ユニット
ＬＢ レーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】