特開 2024-114001 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】P2024114001

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02325 20210101AFI20240816BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02325

H01S5/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019338

(22)【出願日】2023-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】300081763

【氏名又は名称】セーレンＫＳＴ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003524

【氏名又は名称】弁理士法人愛宕綜合特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 哲文

(72)【発明者】

【氏名】姫野 明

(72)【発明者】

【氏名】川崎 修

(72)【発明者】

【氏名】岩端 一樹

(72)【発明者】

【氏名】矢部 勇多

(72)【発明者】

【氏名】堀井 浩一

(72)【発明者】

【氏名】亀井 洋次郎

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MC01

5F173MC02

5F173MD34

5F173ME44

5F173MF04

5F173MF26

(57)【要約】

【課題】製造コストを大きく増大させないと共に小型化を可能とする、レーザダイオードの出力が安定したレーザモジュールを提供する。
【解決手段】波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードと、前記複数個のレーザダイオードの背面にモニタ用フォトダイオードが配置されたレーザモジュールであって、前記複数個のレーザダイオードにおける出力光の光軸中心間の距離が１００～７００μｍであって、前記モニタ用フォトダイオードが１つであることを特徴とするレーザモジュール。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードと、前記複数個のレーザダイオードの背面にモニタ用フォトダイオードが配置されたレーザモジュールであって、前記複数個のレーザダイオードにおける出力光の光軸中心間の距離が１００～７００μｍであって、前記モニタ用フォトダイオードが１つであることを特徴とするレーザモジュール。

【請求項2】

前記複数個のレーザダイオードの出力光を得るための電極間を接合する金属ワイヤが、前記複数個のレーザダイオードの背面と、前記モニタ用フォトダイオードの間の領域を避けて用いられている、請求項１に記載のレーザモジュール。

【請求項3】

前記複数個のレーザダイオードの背面のそれぞれの端面が、少なくとも平行面であって、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記少なくとも平行面に対して８度以上、９０度未満の角度で傾斜している、請求項１または２に記載のレーザモジュール。

【請求項4】

前記波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードが、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を出力する３個のレーザダイオードである請求項１または２に記載のレーザモジュール。

【請求項5】

請求項４に記載のレーザモジュールを光源とし、さらに光合波器を含む画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像表示装置における光合波器の光源として用いるレーザモジュールであって、波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードと、前記複数個のレーザダイオードの背面にモニタ用フォトダイオードが配置されたレーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の画像表示装置の光源部分に用いられる合成光生成装置において、複数のレーザ光を光源として用いた光合波器が知られている（特許文献１を参照）。前記光合波器は、シリコン基板上に公知の化学気相成長法（ＣＶＤ）やスパッタリング法等を用いて低屈折率および高屈折率のシリコン酸化膜を積層形成した後、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、さらに低屈折率シリコン酸化膜を積層形成しオーバークラッド層にするという工程を経て製造される。

【0003】

ここで、上記レーザ光を発生させるレーザダイオードは、温度、湿度、静電気、電源ノイズ等の使用時の環境により変化又は劣化することが知られており、前記劣化の問題に対し、レーザダイオードの出射光側と反対の背面側に光検出器を設けて、前記背面側に出射する光を検出し、フィードバック制御することにより、レーザダイオードの出力を安定させる光通信モジュールが知られている（特許文献２を参照）。

【0004】

しかし、出力が安定した光合波器の光源として、複数のレーザダイオード及び検出器としてモニタ用フォトダイオードを含むレーザモジュールを製造する場合、前記光通信モジュールのようにレーザダイオードごとにモニタ用フォトダイオードを設けると、部品点数及び組立工数が増加することから製造コストが大きく増大するという問題があった。また、前記光合波器は小型である方が好ましいことから、前記レーザモジュールも小型化する必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－１９５６０３号公報

【特許文献2】特開平１０－２５３８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを大きく増大させないと共に小型化を可能とする、レーザダイオードの出力が安定したレーザモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードと、前記複数個のレーザダイオードの背面にモニタ用フォトダイオードが配置されたレーザモジュールであって、前記複数個のレーザダイオードにおける出力光の光軸中心間の距離が１００～７００μｍであって、前記モニタ用フォトダイオードが１つであることを特徴とするレーザモジュールを提供する。

【0008】

前記複数個のレーザダイオードの出力光を得るための電極間を接合する金属ワイヤが、前記複数個のレーザダイオードの背面と、前記モニタ用フォトダイオードの間の領域を避けて用いられていることが好ましい。

【0009】

前記複数個のレーザダイオードの背面のそれぞれの端面が、少なくとも平行面であって、前記モニタ用フォトダイオードの受光面が、前記少なくとも平行面に対して８度以上、９０度未満の角度で傾斜していることが好ましい。

【0010】

前記波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードが、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を出力する３個のレーザダイオードであることが好ましい。

【0011】

また、本発明は、前記レーザモジュールを光源とし、さらに光合波器を含む画像表示装置を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、波長の異なる光を出力する複数個のレーザダイオードと、前記複数個のレーザダイオードの背面にモニタ用フォトダイオードが配置されたレーザモジュールであって、レーザダイオードの背面からの漏洩光をモニタ用フォトダイオードが検出してフィードバック制御することにより、光源であるそれぞれのレーザダイオードの出力を安定させることができると共に、前記複数個のレーザダイオードにおける出力光の光軸中心間の距離が１００～７００μｍであることから小型化を可能とし、また、前記モニタ用フォトダイオードが１つであることから部品点数及び組立工数の増加は最小限であり、製造コストを大きく増大することがないレーザモジュールの提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のレーザモジュール及び光合波器を含む合成光生成装置の上面図である。

【図2】図１におけるレーザモジュール部分の拡大図である。

【図3】本発明におけるモニタ用フォトダイオードの水平方向における傾斜を示す上面図である。

【図4】本発明におけるモニタ用フォトダイオードの鉛直方向における傾斜を示す側面図である。

【図5】本発明のレーザモジュール及び光合波器を含む合成光生成装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

【0015】

図１は、本発明のレーザモジュール及び光合波器を含む合成光生成装置１００の上面図を示す。赤色レーザダイオード１、緑色レーザダイオード２、及び青色レーザダイオード３から出力された、波長の異なる３つの光が光合波器５に入力され、多重光に合波されて光合波器５の右側から出力される（多重光の出力は図示なし）。また、レーザダイオード１～３の出力面（右側）の背面（左側）にモニタ用フォトダイオード４が配置されており、レーザダイオードの背面からの漏洩光をモニタ用フォトダイオード４が検出してフィードバック制御することにより、光源であるそれぞれのレーザダイオードの出力を安定させる。前記フィードバック制御は特に限定されず、公知のものを用いることができる。

【0016】

ここで、レーザダイオード１～３の出力光の光軸中心間の距離は１００～７００μｍであり、１２０～６５０μｍが好ましく、１４０～４５０μｍが好ましい。１００μｍ未満であるとレーザダイオードの出力方向に対する幅は最大で約１００μｍであることから、複数のレーザダイオードを並列して配設することが困難となる場合があり、７００μｍを超えるとレーザモジュールを小型化することが困難となる。また、モニタ用フォトダイオード４は、レーザダイオード１～３に対して１つであることから、レーザダイオードごとにモニタ用フォトダイオードを設けた場合に比較して、レーザモジュールの小型化、及び製造コストを大きく増大しないことを可能にする。

【0017】

レーザダイオード１～３及び光合波器５は基板６の上に配設されると共に、モニタ用フォトダイオード４は基板７の上に配設され、基板６、７は別々に製造された後に接着剤等を用いて接続されるか、または、別の基板上に共に配設される。

【0018】

本発明における「波長の異なる複数の光」としては、例えば、波長が４３０～４９５ｎｍの青色光、４９５～５７０ｎｍの緑色光及び６１０～７７０ｎｍの赤色光を挙げることができるが、これらに限定するものではなく、他に波長の異なる光として、５７０～５９５ｎｍの黄色光、５９５～６１０ｎｍの橙色光、４００～４３０ｎｍの紫色光等を挙げることができる。ここで、少なくとも光の３原色である青色光、緑色光、及び赤色光を含むことが好ましい。

【0019】

図２は、図１におけるレーザダイオード１～３及びモニタ用フォトダイオード４を含むレーザモジュール部分の拡大図を示す。基板６上に配設されたレーザダイオード１～３及び電極、並びに基板７上に配設されたモニタ用フォトダイオード４及び電極が記載されており、レーザダイオード１～３の出力光を得るため、基板６上に配設された電極と基板７上に配設された電極間を金属ワイヤ８により接合する。ここで、前記金属ワイヤ８は、レーザダイオード１～３の背面からの漏洩光をモニタ用フォトダイオード４が検出するのを妨げないように、レーザダイオード１～３の背面から前記モニタ用フォトダイオード４までの領域（破線で示す領域）を避けて用いられる。前記領域に金属ワイヤ８が存在する場合、前記漏洩光がモニタ用フォトダイオード４に検出されることを妨害する場合がある。

【0020】

図３（ａ）～（ｄ）は、レーザダイオード１～３の背面のそれぞれの端面が、少なくとも平行面であると共に、モニタ用フォトダイオード４の受光面が、前記少なくとも平行面に対して傾斜している場合の上面図を示す。ここで、前記傾斜は水平方向における傾斜のみを示し、鉛直方向には傾斜していないものとして示す。レーザダイオード１の背面に対して直角記号で示した点線に対して、再度直角記号で示すことにより、レーザダイオード１の背面に対する平行面がモニタ用フォトダイオード４の受光面に示されており、当該平行面に対してモニタ用フォトダイオード４の受光面が傾斜角θ１～θ４で傾斜していることを示す。また、レーザダイオード１～３の背面のそれぞれの端面が、少なくとも平行面であるとは、前記それぞれの端面である３つの端面について、すべて同一面の場合、２つの端面が同一面であると共に１つの端面が当該同一面の平行面である場合、すべて平行面である場合を含む。ここで、平行面とは、２つ以上の面が一定の距離を保持して離隔しており、互いに交わらない面を意味する。

【0021】

図３（ａ）～（ｄ）における、レーザダイオード１～３の背面の少なくとも平行面に対するモニタ用フォトダイオード４の受光面の傾斜角θ１～θ４は、それぞれ８度、３０度、４５度、６０度である。レーザダイオード３とモニタ用フォトダイオード４の距離を傾斜角が異なってもほとんど同じとした場合、レーザダイオード１とモニタ用フォトダイオード４の距離は傾斜角が増大するほど大きくなることから、前記傾斜角が増大するほど、レーザダイオード１～３の背面からの漏洩光に対するモニタ用フォトダイオード４の受光量に差異が生じやすくなる。そのため、水平方向の傾斜角は８度以上、９０度未満であればよいが、８度以上、４５度以下であることが好ましい。９０度以上の場合、モニタ用フォトダイオード４の受光面が前記漏洩光を受光することができなくなる。また、８度未満の場合、レーザダイオードの背面からの漏洩光がフォトダイオードの受光面で反射され、再びレーザダイオードに戻る近端反射光が生じることにより、レーザ発振が不安定になることが知られており、４５度を超えるとレーザダイオード１～３の漏洩光に対するモニタ用フォトダイオード４の受光量の差異が許容できなくなる可能性がある。ここで、前記傾斜角は絶対値を示しており逆方向の傾斜の傾斜角を含む。

【0022】

図４（ａ）～（ｄ）は、レーザダイオード１～３の背面のそれぞれの端面が、少なくとも平行面であると共に、モニタ用フォトダイオード４の受光面が、前記少なくとも平行面に対して傾斜している場合について、図１におけるレーザモジュール部分を下側方向から観察した側面図を示す。レーザダイオード１～３の出射光は鉛直方向の高さを同一とすることから、レーザダイオード１～３もほぼ同一高さに位置するため、レーザダイオード１～２はレーザダイオード３に隠れて図示されていないが、レーザダイオード３の奥行方向に存在している。ここで、前記傾斜は鉛直方向における傾斜のみを示し、水平方向には傾斜していないものとして示す。モニタ用フォトダイオード４の受光面の傾斜角φ１～φ４の説明については、傾斜の方向が水平方向と鉛直方向で相違する以外は図３（ａ）～（ｄ）の場合と同様である。また、少なくとも平行面であること及び平行面についての定義も図３（ａ）～（ｄ）の場合と同様である。

【0023】

図４（ａ）～（ｄ）における、レーザダイオード１～３の背面の少なくとも平行面に対するモニタ用フォトダイオード４の受光面の傾斜角φ１～φ４は、それぞれ８度、３０度、４５度、６０度である。レーザダイオード１～３とモニタ用フォトダイオード４の距離は傾斜角が異なってもほとんど同じであることから、前記傾斜角が増大したとしても、レーザダイオード１～３の背面からの漏洩光に対するモニタ用フォトダイオード４の受光量に差異はほとんど生じない。そのため、鉛直方向の傾斜角は８度以上、９０度未満であればよいが、８度以上、６０度以下であることが好ましい。９０度以上の場合、モニタ用フォトダイオード４の受光面が前記漏洩光を受光することができなくなる。また、８度未満の場合、レーザダイオードの背面からの漏洩光がフォトダイオードの受光面で反射され、再びレーザダイオードに戻る近端反射光が生じることにより、レーザ発振が不安定になることが知られており、６０度を超えるとレーザダイオード１～３の漏洩光に対するモニタ用フォトダイオード４の受光量が不十分となる可能性がある。ここで、図３（ａ）～（ｄ）と同様に、前記傾斜角は絶対値を示しており逆方向の傾斜の傾斜角を含む。

【0024】

モニタ用フォトダイオード４の受光面の傾斜については、実際には水平方向及び鉛直方向の両方向の傾斜を有する、いわゆる複合傾斜であってもよい。複合傾斜の場合は、それぞれ水平方向の傾斜角及び鉛直方向の傾斜角に分解して、それぞれの傾斜角が許容される数値範囲内であるか否かについて検討しなければならない。

【0025】

図５は、本発明のレーザモジュール及び光合波器を含む合成光生成装置１００の側面図を示す。レーザダイオード１～３及び光合波器５が基板６の上に配設され、モニタ用フォトダイオード４が基板７の上に配設されている。光合波器５はシリコン基板９が上方、コアである導波路１０が下方となるように構成されている。ここで、光合波器５を上下反転してシリコン基板９が下方、導波路１０が上方となるように構成してもよく、その場合はレーザダイオード１～３及びモニタ用フォトダイオード４の鉛直方向の位置もそれぞれの機能を果たすように変更される。

【0026】

図５のように光合波器５はシリコン基板９が上方、導波路１０が下方となるように構成されていることが好ましい。画像表示装置の光源部の周囲における環境光１２が便宜的に示した窓１１を通して、光源部内への侵入環境光１２’となって、光合波器５の出力光方向から侵入する場合があるが、前記のように導波路１０が下方となるように構成されている場合、侵入環境光１２’がモニタ用フォトダイオード４へ入射しにくくなることから、本発明が環境光１２による影響を受けにくいものとなるためである。ここで、前記窓１１は説明を容易にするため、光源部の周囲から合成光生成装置１００に対して侵入してくる環境光１２の侵入部分の概念を便宜的に示したものであり、特別に窓を設けたものではない。

【符号の説明】

【0027】

１ 赤色レーザダイオード
２ 緑色レーザダイオード
３ 青色レーザダイオード
４ モニタ用フォトダイオード
５ 光合波器
６ 基板（符号１～３及び５を配設する）
７ 基板（符号４を配設する）
８ 金属ワイヤ
９ シリコン基板
１０ 導波路
１１ 窓
１２ 環境光
１２’ 侵入環境光
１００ 合成光生成装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】