天野 泰雄 (〒17 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 生産技術研究所内 Kanagawa, 〒2440817, JP)
MATSUSHIMA Naoki (HITACHI LTD., 292, Yoshidacho, Totsuka-ku, Yokohama-sh, Kanagawa 17, 〒2440817, JP)
株式会社日立製作所 (〒80 東京都千代田区丸の内一丁目6番6号 Tokyo, 〒1008280, JP)
AMANO Yasuo (HITACHI LTD., 292, Yoshidacho, Totsuka-ku, Yokohama-sh, Kanagawa 17, 〒2440817, JP)
天野 泰雄 (〒17 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 生産技術研究所内 Kanagawa, 〒2440817, JP)
| レーザ光を発生させる半導体レーザダイオードと、 前記レーザ光をコリメート光に変換するコリメートレンズと、 前記コリメートレンズを保持し、前記半導体レーザダイオードの周囲に配置されるレンズカンケースと、 前記半導体レーザモジュールと前記レンズカンケースとを固定する接着剤とを備えた半導体レーザモジュールにおいて、 前記半導体レーザダイオードと前記レンズカンケースとの径方向における間で、前記接着剤である紫外線硬化型接着剤が当該半導体レーザダイオードと当該レンズカンケースとを固定していることを特徴とする半導体レーザモジュール。 |
| 請求項1において、 前記レンズカンケースは、その周方向に並んだ複数のスリットを有し、 前記紫外線硬化型接着剤は、前記レンズカンケースの複数のスリットの間の部分と前記半導体レーザダイオードとを接続していることを特徴とする半導体レーザモジュール。 |
| 請求項1において、 前記スリットは、前記レンズカンケースの前記コリメータレンズと反対側の端面に開放された形状であり、前記レンズカンケースの前記スリットの間の部分を接続部として、前記紫外線硬化型接着剤を接続したことを特徴とする半導体レーザモジュール。 |
| 請求項3において、 前記接続部は、前記紫外線硬化型接着剤を接続する部分は、当該接続部の前記レンズカンケース本体側よりも細くなっていることを特徴とする半導体レーザモジュール。 |
| 請求項1に記載の半導体レーザモジュールと、 前記半導体レーザモジュールから発せられた前記コリメート光を、スクリーン上をスキャンするように反射させる駆動ミラーとを具備したマイクロプロジェクタ。 |
| レーザ光を発生させる半導体レーザダイオードを第一の治具で保持する工程と、 コリメートレンズを有するレンズカンケースを第二の治具で保持する工程と、 保持された前記コリメートレンズを、保持された前記半導体レーザダイオードに対して相対的に移動させて位置決めする工程と、 前記半導体レーザダイオードと前記レンズカンケースとの間に紫外線硬化接着剤を塗布する工程と、 前記コリメータレンズを前記位置決めされた位置に保持した状態で、前記レンズカンケースに設けられたスリットを通して紫外線を照射して、前記塗布された紫外線硬化接着剤を硬化させる工程とを含む半導体レーザモジュールの製造方法。 |
| 請求項6において、 前記紫外線硬化型接着剤は、前記レンズカンケースと前記半導体レーザダイオードとの径方向における間に塗布したことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。 |
| 請求項7において、 前記スリットは、前記レンズカンケースの周方向に並んだ複数のスリットであり、 前記紫外線硬化型接着剤は、前記レンズカンケースの複数のスリットの間の部分と前記半導体レーザダイオードとを接続していることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。 |
| 請求項6において、 前記スリットは、前記レンズカンケースの前記コリメータレンズと反対側の端面に開放された形状であり、 ことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。 |
| 請求項9において、 前記スリットは前記レンズカンケースの端面の開放部が反対側より広くなった形状であることを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。 |
本発明は、半導体レーザダイオードのレ ザ光をコリメート光あるいはコリメート光 近い収束光を得るための半導体レーザモジ ールに関する。
近年光通信やDVDの光ピックアップに代表さ
るように半導体レーザが産業用、民生用問
ず盛んに利用されるようになってきた。特
最近では可視光の赤、青に加えて緑色のレ
ザダイオードの開発に伴い、このR,G,Bの三
源を使い画像として表現する装置が開発さ
るようになってきた。例えばその装置の一
にマイクロプロジェクタ装置が考えられて
る。その構造の模式図を図2に示す。ケース2
1に緑色半導体レーザモジュール22、赤色半導
体レーザモジュール23、青色半導体レーザモ
ュール24、プリズム25、MEMS26と呼ばれる駆動
ミラー、スクリーン27が図のように配置され
。後述するが、各々の半導体レーザモジュ
ルからはコリメートされた、あるいはスク
ーン上で集光するように調整されたレーザ
は各々プリズム25、MEMS26を通りスクリーン27
上で一点に集光するように光軸調整されてい
る。この一点に集まった光をR,G,B各々の強さ
制御することで各種の色を表現できる。そ
一点に集まった光をMEMS26で回転方向、チル
方向にスキャンするように反射することに
りカラーの動画が表現されるものである。
の構成で光軸を調整する際R,G,B各々のレー
ビームを一点に集光させるには、各々の半
体レーザモジュール22,23,24をケース21に対し
調整することになるが、各々の半導体レー
モジュールから発光するコリメート光ある
はスクリーン27上で集光するような光に調
するには各々の半導体レーザモジュール単
で調整可能である。次にこのコリメートあ
いは収束光の調整につき説明する。図3は半
体レーザモジュールの一例を示すものであ
。この半導体レーザモジュール20は半導体
ーザダイオード31とコリメートレンズ32およ
レンズを保持するためのレンズカンケース3
3から成っている。半導体レーザダイオード31
中の半導体レーザ素子34はヒートシンク35上
取り付けられ、レーザ照射方向に設けられ
透明ガラス36と円筒状のキャップ37で機密封
されている。このような構成の中で発射さ
たレーザ光39はコリメートレンズ32によりビ
ーム形状が変更される。半導体レーザダイオ
ード31に対してXY方向38aに動かせばビームもXY
方向に移動し、Z方向38bに動かせばビームの
がり角度を変えることができる。ここで、
のマイクロプロジェクタのような遠くのス
リーンにスポットを集光させ、かつそのス
リーンまでの距離をある程度変化させても
るべく小さなスポット形状を保持したいと
う他の分野の装置と違った仕様を要求され
。すなわちどの距離でも同じスポット径に
るには前記レーザ光を平行光に調整すれば
いが、なるべく小さなスポット径にするに
前記光源である半導体レーザ素子とコリメ
トレンズの距離を短くしていく必要がある
逆に前記半導体レーザ素子とコリメートレ
ズの距離を短くしていくと、平行光にする
めのZ方向38bの調整感度が高くなり位置調整
非常に難しくなることが計算できる。計算
果の一例を図4に示す。図4は1m先のスクリー
ンにレーザスポットを当て、スポット径がφ0
.8からφ1.0に変化するときのコリメータレン
32の移動距離をスポット径毎及びR,G,B毎に計
した結果である。すなわち一例を示せば、
1.5のビーム径の時は青色レーザダイオード
は0.5μm即ち、コリメータレンズのZ方向の調
は±0.5μm以下にする必要があるということ
なる。
このようなコリメータレンズのZ方向の微調
整機構については多くの提案がなされている
(例えば特許文献1参照)。特許文献1では、光
素子である半導体レーザを保持する基板と
学部品であるレンズを保持する基板との間
弾性体として接着剤を介在させ、接着剤が
縮された状態で両基板の間隔をネジで設定
る。この構成により、接着剤とネジが相俟
て両基板間の間隔のばらつきを微調整する
とが容易で、位置決めを精度よく行え歩留
りが上がる。
前記したように半導体レーザとコリメー レンズの間隔を±0.5μmで位置決めするため は、コリメートレンズの固定部材を機械精 で組み立てるのは困難であることは容易に 定できる。また、Z方向に力のかかる止め方 力をかけた段階で動いてしまいこれも組み て調整が困難である。さらに、ネジ機構でZ 方向の寸法を調整するのは、例えば使用ネジ のピッチを0.5mmのものを使用したとすると、0 .5μmを調整する為には1/1000回転でのネジ制御 する必要があり困難と言わざるを得ない。 た、接着剤での固定では、その接着剤の硬 収縮率を2%とすると接着剤を0.1mm厚で接着し たとしても、2μm動いてしまい、一般的な固 方法では仕様を満足することはできない。
本発明の課題は、半導体レーザモジュー のコリメータのZ方向の調整で高精度に位置 決めし、固定する方法を提供することである 。
上記目的を達成するために本発明は、コ メートレンズをレンズカンケースに固定し 半導体レーザダイオードのキャップとの円 面間で紫外線硬化樹脂で接着固定する。そ 際半導体レーザダイオードの円筒部とレン カンケースの円筒部には隙間を設け、Z方向 の位置調整時にはお互いが接触しない寸法と する。Z方向の位置調整は、半導体レーザダ オードを発光させ、スクリーン上でスポッ 径を測定しながらレンズカンケースをZ方向 移動させ調整する。なお、レンズカンケー の側面には円周上等間隔にスリットを設け おく。スクリーン上のスポット径が所望の 法になったところで、スリット部に紫外線 化樹脂を塗布し、紫外線にて硬化させる。
本発明によれば、スリット部で固定する とにより紫外線硬化樹脂の硬化収縮の力がZ 方向には働かず、紫外線硬化樹脂の硬化収縮 によるZ方向の変化は起きず、調整した状態 まま固定できるので、結果として高精度に 整固定ができることになる。
以下、本発明を具体化した実施例を図面 参照して説明する。
図1は本発明の実施例1に基づく半導体レ ザモジュール20の完成品を示す全体図である 。また図5は本発明の半導体レーザモジュー 20の調整組み立て方法を説明する図である。 図1において、半導体レーザモジュール20は半 導体レーザダイオード31と、コリメートレン 32を接着固定(本発明ではこの接着固定方法 ついては問わない)したレンズカンケース33 から構成され、レンズカンケース33にはス ット14が設けられ、そのスリット14部におい 紫外線硬化接着剤15で半導体レーザダイオ ド31のキャップ37部に接着固定されている。 の組み立て方法を図5で説明する。図5にお て、半導体レーザダイオード31はレーザダイ オード固定冶具51に固定されている。一方、 リメートレンズ32が固定されたレンズカン ース33はレンズカンケース固定冶具52に固定 れ、さらにレンズカンケース固定冶具52は 粗動XYZステージ53上に固定されている。さら に前記レーザダイオード固定冶具51、レンズ ンケース固定冶具52と同じ除振台54上の離れ たところ(例えば1m)に光軸評価装置55が位置さ れている。このような一連のコリメートレン ズ組み立て調整装置50において、半導体レー ダイオード31を発光させ(発光制御装置は図 せず)そのレーザ光39のビーム位置及びビー 径を光軸評価装置55を通したモニタ56で評価 しながら調整する。
調整方法を詳細に説明する。コリメート ンズ32が装着されたレンズカンケース33は微 粗動XYZステージ53によりXY方向38a及びZ方向38b 微動することができる。XY方向38a(径方向)が ビームの位置、Z方向38b(軸方向)がビームの大 きさの調整にかかわるものである。この状態 で微粗動XYZステージ53によりレンズカンケー 33を微動させながらレーザ光39の評価を行う 。なお、本発明では微動XYZステージにピエゾ 素子を応用したものを用い、分解能は0.1μm以 下であり、本発明で目標とした0.5μmの位置制 御には十分である。さらに半導体レーザダイ オード31のキャップ37とレンズカンケース33の 径方向寸法には隙間があるため、両者がこの 段階で接触することは無く、従って調整によ り両者に応力がかかることも無く、冶具から 開放された際にも調整時の応力開放による位 置ずれは起きることはない。
このようにして所望のビーム形状が得ら た後、レンズカンケース33に予め設けられ スリット14より紫外線硬化接着剤15(図5には さず、詳細は後述する)をレンズカンケース3 3と半導体レーザダイオード31との間に塗布し 、そのままの状態で紫外線(図示せず)を照射 、紫外線硬化接着剤15を硬化させる。紫外 硬化接着剤15は短時間で硬化するため、作業 の効率も高く、熱的な歪も少なくさらに、精 密な調整冶具を加熱させることも無く本発明 の接着には適している。
接着に関してさらに詳細に説明する。図6 はレンズカンケース33にスリットを設けない 態でレンズカンケース33の開放端部に紫外 硬化接着剤15を塗布し硬化させた場合を示し たものである。この場合、レンズカンケース 33のZ方向の端に接着剤15を塗布する。接着剤 硬化する際、その性質上、少なからず収縮 る。紫外線硬化型接着剤15の場合一般的に 2%程度である。図6に示すような状態で硬化 縮をした場合Z方向にも収縮が起こり、接着 のZ方向の幅61の硬化収縮分Z方向に寸法変化 を起こし、レンズカンケース33が半導体レー ダイオード31に対して、調整した位置から 動することになる。例えば0.5mmの幅で接着剤 を塗布した場合、硬化収縮により10μmの変化 起こすことになり、調整仕様を満足するこ にならない。またZ方向の寸法変化に関係の 少ないレンズカンケース33と半導体レーザダ オードのキャップ部37との径方向の隙間62に 接着剤を塗布した場合は、紫外線硬化型接着 剤の場合には紫外線が接着剤に届かず接着剤 が硬化しない、あるいは紫外線硬化型接着剤 ではなく熱硬化型接着剤を用いれば前記した ような熱的な歪による弊害が起こり、やはり 精度よく固定することはできない。
次に図7A、図7Bを用いて、本実施例にかか るスリット14への紫外線硬化型接着剤の塗布 法につき説明する。紫外線硬化型接着剤15 図7Aに示すようにスリット14の円周方向71a及 71bのみに塗布するのが良い。このように円 方向の接着部に塗布された接着剤は、接着 が硬化する際レンズカンケース33に対してZ 向に力を及ぼすことは少ないため、硬化時 導体レーザダイオード31との間で移動する とはほとんど無い。また図7Bのようにスリッ ト14全体に接着剤が塗布された場合、スリッ のZ方向に位置する樹脂は硬化時レンズカン ケースを半導体レーザダイオードに対して移 動させる方向に力が働くが、Z方向の両端部72 a及び72bに塗布されていることによりお互い 収縮方向が逆で打消し合うため、全体とし は移動することはほとんど無く接着するこ ができる。
本発明の第2の実施例を図8に示す。本実 例では、レンズカンケース33のスリット形状 14aの片方の端部をレンズカンケースの開放端 まで伸ばし、レンズカンケース33のスリット1 4aの間の部分を突起状の接続部14bとしたたも である。他は実施例2と同じであり、説明を 省略する。
スリットをこのような形状にすることに り実施例1で説明した収縮により、接続部14b の径方向への剛性が小さくなり曲がりやすく なったので、紫外線硬化型接着剤15の収縮を 収しやすくなる。また、Z方向への影響がな い部分の面積が実施例1より多くなり、接着 の塗布のし易さあるいは強度的にも実施例1 り良い結果が得られた。
本発明の第3の実施例を図9に示す。本実 例では、レンズカンケース33のスリット形状 をさらに開放部の寸法を広く、逆にレンズカ ンケース33の残り部分の形状を細く、すなわ 接続部の根元側を太く、紫外線硬化型接着 15が接着される先端の部分14cを細くしたも である。他は実施例2と同じであり、説明を 略する。
本実施例では、このような形状にするこ により、実施例2よりも接続部14bが径方向に 曲がりやすくなり、紫外線硬化型接着剤15の 縮をさらに吸収しやすくなる。また、実施 1で説明した収縮によりZ方向への影響のあ 部分の面積が少なくなり、接着剤がこのス ットの端部91に塗布されてもZ方向への影響 少なく、接着剤の塗布のし易さがさらに向 した。
以上実施例1~3に示した半導体レーザモジュ
ルはそのモジュール自体で精度の良いコリ
ート光あるいは設計仕様で決められた収束
に調整されたものであるので、例えば図2に
示したマイクロプロジェクタの光源として使
用するには、あと3光源を1点にあわせるよう
各々の半導体レーザモジュールを調整する
けで光軸調整は完成する。
上記記載は実施例についてなされたが、本
明はそれに限らず、本発明の精神と添付の
求の範囲の範囲内で種々の変更および修正
することができることは当業者に明らかで
る。
可視光の半導体レーザ、特に緑色の半導 レーザダイオードが開発されつつあるため 後マイクロプロジェクタ他可視光半導体レ ザダイオードを用いて画像として表現する 置の開発が盛んになることが予想される。 源から遠く離れたスクリーン上に焦点を結 、あるいはコリメート光を調整する機構と ては本発明による安価な方法で得られるモ ュールを利用することは産業上有利となる のと思われる。
14 スリット
15 紫外線効果接着剤
20 半導体レーザモジュール
21 ケース
22 緑色半導体レーザモジュール
23 赤色半導体レーザモジュール
24 半導体レーザモジュール
25 プリズム
26 MEMS
27 スクリーン
31 半導体レーザダイオード
32 コリメートレンズ
33 レンズカンケース
34 半導体レーザ素子
35 ヒートシンク
36 透明ガラス
37 キャップ
38a XY方向
38b Z方向
39 レーザ光
50 コリメートレンズ組み立て調整装置
51 レーザダイオード固定冶具
52 レンズカンケース固定冶具
53 微粗動XYZステージ
54 除振台
55 光軸評価装置
56 モニタ
61 接着剤のZ方向の幅
62 隙間
71 スリットの径方向部
72 スリットのZ方向部
91 スリット残りの端部
Next Patent: SLIPPAGE PREVENTION TAPE AND TEXTILE PRODUCT
