JP2022002269A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化に適した光源装置を実現する。
【解決手段】光源装置１００は、第１実装面１０ａを有する第１基板１０と、第１実装面に対向する第２実装面１１ａを有する第２基板１１と、第１実装面に支持された第１レーザダイオード３０と、第２実装面に支持された第１光検出器４０と、第１レーザダイオードおよび第１光検出器を収容する空間Ｖを規定する枠体５０と、を備え、枠体５０は窓部５０ｆを有し、窓部５０ｆは、第１レーザダイオードから出射されるレーザ光１４が入射する入射面５０ｃ、および、第１レーザダイオードから出射されるレーザ光が出射する出射面５０ｄを有し、第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を透過し、第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を反射し、第１光検出器４０は、第１レーザダイオードから出射されるレーザ光のうち窓部によって反射された光を検出する。
【選択図】図１

Description

本開示は光源装置に関する。

レーザ光の強度をモニタするための光検出器を備える光源装置が開発されている。特許文献１は、面発光レーザアレイから出射されるレーザ光の一部を受けてレーザ光の強度を検出するフォトセンサを備える光源装置を開示している。この光源装置において、面発光レーザアレイおよびフォトセンサは同じ空間内に配置される。

特開２０１３−１１４０９７号公報

本開示は、小型化に適した光源装置を提供する。

本開示の光源装置は、非限定的で例示的な実施形態において、第１実装面を有する第１基板と、前記第１実装面に対向する第２実装面を有する第２基板と、前記第１実装面に直接または間接的に支持された第１レーザダイオードと、前記第２実装面に直接または間接的に支持された第１光検出器と、前記第１レーザダイオードおよび前記第１光検出器を収容する空間を規定する枠体と、を備え、前記枠体は、窓部を有し、前記窓部は、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光が入射する入射面、および、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光が出射する出射面を有し、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を透過し、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を反射し、前記第１光検出器は、前記第１レーザダイオードから出射される前記レーザ光のうち前記窓部によって反射された光を検出する。

本開示の例示的な実施形態によれば、小型化に適した光源装置が提供される。

図１は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置のＸＹ平面に平行な断面図である。 図２は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置のＹＺ平面に平行な断面図である。 図３は、一対の基板の一方に固定されたサブマウントに接合されたレーザダイオードを模式的に示す斜視図である。 図４は、一対の基板の他方に実装された光検出器を模式的に示す斜視図である。 図５は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の他の構成例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図６は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置のさらに他の構成例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図７は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の変形例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図８は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の変形例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図９は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の変形例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図１０は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の変形例のＹＺ平面に平行な断面図である。 図１１は、本開示の例示的な実施形態に係る、複数のレーザダイオードおよび複数の光検出器を備える光源装置のＸＹ平面に平行な断面図である。 図１２は、一対の基板の一方に固定されたサブマウントに接合された複数のレーザダイオードを模式的に示す斜視図である。 図１３Ａは、一対の基板の他方に実装された複数の光検出器を模式的に示す斜視図である。 図１３Ｂは、一対の基板の他方に実装された、複数の光検出器が一体となった構成を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による光源装置は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序等は、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、以下に説明する様々な態様は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。

図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の光源装置における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。

本明細書において、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、付加する対象を区別するためのラベルとして用いられ、個数や、順序、順番などを限定する意図で解釈されない。

図１から図４を参照して、本実施形態に係る光源装置１００の構成例を説明する。

図１は、本実施形態に係る光源装置１００のＸＹ平面に平行な断面図である。図１において、レーザダイオード３０の出射端面３０ｅおよび光検出器４０の受光部４０ｒが示されている。添付の図面において、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。図２は、本実施形態に係る光源装置１００のＹＺ平面に平行な断面図である。図３は、基板１０上のサブマウント２０に接合されたレーザダイオード３０を模式的に示す斜視図である。図３において、光源装置１００の内部構造が分かるように枠体５０が透かした状態で示され、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の中心軸が破線で示されている。図４は、基板１１に実装された光検出器４０を模式的に示す斜視図である。

本実施形態における光源装置１００は、第１基板１０、第２基板１１、サブマウント２０、少なくとも１つのレーザダイオード３０、少なくとも１つの光検出器４０および枠体５０を備える。図１の例において、光源装置１００は、１つのレーザダイオード３０および１つの光検出器４０を備えている。光源装置１００は、後述する保護素子６０を備え得るが、図面が煩雑になることを避けるため、図１において保護素子は図示されていない。光源装置１００は、さらに、内部の温度を測定するための温度センサ（不図示）、例えばサーミスタを備えることができる。

本実施形態における光源装置１００の形状の例は、図３に示されるように略直方体である。例えば、光源装置１００のＸ方向におけるサイズは１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度であり、Ｚ方向におけるサイズは２．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度であり、Ｙ方向における厚さは１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度であり得る。光源装置１００は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、照明装置などの光源として好適に利用され得る。

第１基板１０および第２基板１１は一対の基板である。第１基板１０は、レーザダイオード３０を直接または間接的に支持する第１実装面１０ａを有する。第２基板１１は、光検出器４０を直接または間接的に支持する第２実装面１１ａを有する。以降、第１基板および第２基板のそれぞれを単に「基板」と記載し、第１実装面および第２実装面のそれぞれを単に「実装面」と記載する。基板は板状の部材である。一対の基板１０、１１は、実装面１０ａと実装面１１ａとが対向するように配置されている。一対の基板１０、１１は、セラミックを主材料として形成することができる。なお、セラミックに限らず金属で形成されていてもよい。例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素等を、金属では銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅−ダイヤモンド複合材料、銅タングステン等を、その他にシリコンや樹脂等を基板の主材料に用いることができる。ただし、金属を用いる場合は、導体配線層を基板に設けるために、実装面１０ａおよび実装面１１ａに絶縁処理が必要となる。

基板１０は、レーザダイオード３０に電気的に接続された導体配線層を有する。図３に示されるように、保護素子６０を実装するための一対の電極パッドｐｄが導体配線層の一部として基板１０の実装面１０ａに設けられている。基板１１は、光検出器４０に電気的に接続された導体配線層を有する。図４に示されるように、光検出器４０を実装するための一対の電極パッドｐｄが導体配線層の一部として基板１１の実装面１１ａに設けられている。レーザダイオード３０を、一対の基板１０、１１のうちの一方の導体配線層に電気的に接続し、光検出器４０を他方の導体配線層に電気的に接続することによって、レーザダイオード３０および光検出器４０の配線が容易となる。また、配線を基板１０、１１のそれぞれに分割して設けることができるため、光源装置１００を小型化することが可能となる。

導体配線層は、例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、金、銀、白金、チタン、銅、アルミニウム、ルテニウムなどの金属材料から形成され得る。導体配線層は、各層がビアを介して電気的に接続された多層構造を有し得る。

サブマウント２０は放熱部材であり、典型的には、直方体の形状を有しているが、これに限定されない。サブマウント２０は、レーザダイオード３０から発生した熱を逃がす役割を果たす。放熱性をより向上させる観点から、サブマウント２０は、レーザダイオード３０よりも熱伝導率の高い材料から形成されることが好ましい。当該材料に、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック材料や、銅、アルミニウム、銀、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、および銅モリブデンなどからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属などが用いられる。

サブマウント２０は基板１０の実装面１０ａに接合されている。このような接合は、金属などの無機材料、または有機材料の層を介して実現され得る。ただし、青色または緑色の光を発するレーザダイオードを利用する場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けた方が好ましい。

サブマウント２０は、レーザダイオード３０が配置される実装面２０ａを有する。図３の例において、レーザダイオード３０に電気的に接合する電極パッドｐｄがサブマウント２０の実装面２０ａに形成されている。レーザダイオード３０は、サブマウント２０に接合された状態で基板１０の実装面１０ａに間接的に実装されている。ただし、レーザダイオード３０は、サブマウント２０を介さずに基板１０の実装面１０ａに直接接合され得る。そのため、本実施形態においてサブマウント２０は必須の部材ではないが、サブマウント２０を利用することによって、放熱性を向上させることができる。また、高さ方向におけるレーザダイオード３０の発光点の位置調整を容易とすることもできる。

レーザダイオード３０は、ｐ側電極と、ｎ側電極と、ｐ側半導体層、ｎ側半導体層、およびこれらの層の間に位置する活性層を含む半導体積層構造体（不図示）とを有する。ｐ側電極およびｎ側電極に電圧を印加して内部に電流を流すことによって、レーザダイオード３０の出射端面３０ｅからレーザ光１４が出射される。本実施形態において、レーザダイオード３０は、レーザ光を出射する端面を有する端面出射型であるが、面発光型（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。

レーザダイオード３０には、例えば、青色の光を放射するレーザダイオード、緑色の光を放射するレーザダイオード、または、赤色の光を放射するレーザダイオードなどを採用することができる。また、これら以外の光、例えば近赤外線や紫外線を放射するレーザダイオードを採用してもよい。

本明細書において、青色の光は、発光ピーク波長が４２０ｎｍ〜４９４ｎｍの範囲内にある光である。緑色の光は、発光ピーク波長が４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内にある光である。赤色の光は、発光ピーク波長が６０５ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内にある光である。

青色の光を発するレーザダイオード、または、緑色の光を発するレーザダイオードとして、例えば、窒化物半導体を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発するレーザダイオードとして、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むもの等が挙げられる。

レーザダイオードから放射されるレーザ光は、拡がりを有し、レーザ光の出射端面に平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰは、出射端面から離れた位置におけるレーザ光の光強度分布によって規定される。この光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ^２以上の強度を有する部分をビーム断面と呼んでもよい。

実際のレーザ光１４は、図２に示されるように、レーザダイオード３０の出射端面３０ｅから出射された後、発散して拡がる。このため、レーザ光１４は、不図示のレンズを含む光学系によってコリメートまたは収束され得る。そのような光学系は、光源装置１００の内部または外部に設けられ得る。

光検出器４０は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の強度をモニタする。より詳しく説明すると、光検出器４０は受光部４０ｒを有し、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４のビーム断面の全面積の少なくとも一部、または、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４のレーザ出力の全出力の少なくとも一部を受光部４０ｒで受けてレーザ光１４の強度のモニタを行う。受光部４０ｒの例は、フォトダイオードなどの光電変換素子であり、後述する、枠体５０に設けられた窓部５０ｆの入射面５０ｃに対向する位置に設けられることが好ましい。また、レーザ光の強度は、光パワーと呼ぶこともできる。

光検出器４０は、後述する枠体５０の窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの少なくとも一方で反射された反射光をモニタ光として検出する。光検出器４０は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の強度をモニタするために、例えば５ｍＷ程度のモニタ光を必要とする。本実施形態において、例えば、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４のうちの５％程度がモニタ光として利用され、残りの９５％程度が外部に取り出される。

光検出器４０は、基板１１の実装面１１ａに直接または間接的に支持される。図４の例において、光検出器４０は、実装面１１ａに形成された一対の電極パッドｐｄに電気的に接合されている。なお、光検出器４０は、レーザダイオード３０と同様に、サブマウントを介して基板１１に間接的に支持され得る。その場合、Ｙ方向における光検出器４０の高さ調整が容易となる。本実施形態において、図１の例では、Ｙ方向におけるレーザダイオード３０の厚さは例えば０．１ｍｍ程度であり、Ｙ方向における光検出器４０の厚さは例えば０．４ｍｍ程度であり得る。また、レーザダイオード３０および光検出器４０は、Ｙ方向において例えば０．０５ｍｍ程度の間隔で近接して配置され得る。

図１または図２に示されるように、実装面１０ａに垂直な方向（つまり、Ｙ軸方向）から見たとき、光検出器４０はレーザダイオード３０に少なくとも部分的に重なる。図１の例において、光検出器４０はレーザダイオード３０の直上に配置されている。この配置によれば、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４が光検出器４０の受光部４０ｒに直接入射することを抑制でき、レーザ光１４の強度を精度良くモニタすることができる。また、後述するように、枠体５０の窓部５０ｆで反射されるレーザ光１４の一部を光検出器４０の受光部４０ｒで受光し易くなる。ただし、図１の例における、レーザダイオード３０に対する光検出器４０の相対的な位置関係または大小関係はあくまでも例示であり、これに限定されない。例えば、Ｘ方向において、レーザダイオード３０の幅が光検出器４０の幅よりも長くてもよい。あるいは、レーザダイオード３０の出射端面３０ｅを略二等分する第１線分が、光検出器４０の受光部４０ｒを略二等分する第２線分に一致していなくてもよい。さらに、図２の例において、受光部４０ｒの端面は、Ｚ方向において出射端面３０ｅと同じ位置に配置されているがこれに限定されない。光検出器４０は、モニタに必要なレベルの反射光が得られる限りにおいて窓部５０ｆからレーザダイオード３０の出射端面３０ｅよりも離れた位置に配置され得る（図５を参照）。

図３に示されるように、枠体５０は、レーザダイオード３０を囲うように基板１０の実装面１０ａの縁に接合されている。枠体５０の下端面５０ｂが基板１０の実装面１０ａに接合されている。このような接合は、金属などの無機材料、また有機材料の層を介して実現され得る。ただし、青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けた方が好ましい。

枠体５０の上端面５０ａが、基板１０と同様に、基板１１の実装面１１ａに接合されている。枠体５０は、レーザダイオード３０および光検出器４０を収容する空間Ｖを規定する。基板１１はキャップとしての機能を有し、レーザダイオード３０および光検出器４０を空間Ｖ内に気密に封止する。気密封止することにより、レーザ光による集塵の影響を抑制することができる。ただし、気密封止することは必須ではない。

このように、レーザダイオード３０および光検出器４０を一対の基板１０、１１の異なる実装面１０ａ、１１ａにそれぞれ実装し、かつ、レーザダイオード３０および光検出器４０を同じ空間Ｖの内部に配置することによって、配線を基板１０、１１のそれぞれに分割して設けることができるため、光源装置１００を小型化することが可能となる。

図２に示されるように、枠体５０は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の一部を透過し、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の一部を反射する窓部５０ｆを有する。窓部５０ｆは、基板１０上においてレーザ光１４を横切る位置に配置されている。窓部５０ｆは、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４が入射する入射面５０ｃ、および、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４が出射する出射面５０ｄを有する。窓部５０ｆは、光を透過する材料、例えばガラスやサファイア、透明セラミック材料から形成され得て、蛍光体を含有していてもよい。枠体５０の窓部５０ｆ以外の部分は、例えば、シリコン、ガラス、セラミック、または上述した基板と同じ材料から形成され得る。

本実施形態において、保護素子６０が基板１０に設けられている。保護素子６０の例はツェナーダイオードである。保護素子６０はレーザダイオード３０に電気的に並列に接続され、レーザダイオード３０に印加され得る逆方向電圧を所定レベル以下に抑える保護回路として機能する。保護素子６０は、基板１０の実装面１０ａに形成された一対の電極パッドｐｄに実装される。図３の例では、レーザダイオード３０のｐ側電極が実装面２０ａ上の電極パッドｐｄに電気的に接合している。基板１０の実装面１０ａ上の一対の電極パッドｐｄのアノード側は、実装面２０ａ上の電極パッドｐｄに導電性ワイヤーｗを介して電気的に接続されている。一対の電極パッドｐｄのカソード側は、レーザダイオード３０のｎ側電極に導電性ワイヤーｗを介して電気的に接続されている。このように、保護素子６０はレーザダイオード３０に電気的に並列に接続され得る。

図２を参照しながら、窓部５０ｆで反射されるレーザ光１４について詳しく説明する。図２においてモニタ光が光検出器４０に入射する様子が示されている。窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのそれぞれで反射されるレーザ光１４が代表的な光線によって模式的に示されている。実際の光線は窓部５０ｆと空気との界面において屈折するが、簡単のため、図２を含む添付図面において、屈折の様子は図示されていない。

レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４は、窓部５０ｆの入射面５０ｃに入射するとき、気体と固体との間に存在する第１の界面を通過する。第１の界面は入射面５０ｃに相当する。「気体」は空間Ｖの内部に存在する空気、または不活性ガスなどである。「固体」は窓部５０ｆを構成している例えばガラスである。空気などの気体の屈折率は約１．０であるのに対して、ガラスの屈折率は例えば１．４以上である。このため、第１の界面は、屈折率が相対的に低い誘電体（空気）と屈折率が相対的に高い誘電体（ガラス）との界面である。その結果、いわゆる「固定端反射」が生じ、レーザ光１４の一部が反射される。

レーザ光１４が窓部５０ｆの内部を透過して出射面５０ｄから出射されるとき、固体と気体との間に存在する第２の界面を通過する。第２の界面は出射面５０ｄに相当する。第２の界面は、屈折率が相対的に高い誘電体（例えばガラス）と屈折率が相対的に低い誘電体（例えば空気）との界面である。第２の界面においても、いわゆる「自由端反射」が生じ、レーザ光１４の一部が反射される。

このように、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４のうち窓部５０ｆによって反射される割合は、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率によって決まる。入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率、すなわち、第１および第２の界面における反射率は、後述するように、例えば、１層の誘電体層または積層された複数の誘電体層から構成された光学膜によって調整され得る。なお、反射率は、光の波長に依存するため、本開示における「反射率」は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４のピーク波長における反射率を意味する。

前述したように、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４は拡がりを有し、レーザ光１４の出射端面３０ｅに平行な面において楕円形状のＦＦＰを形成する。楕円の長軸は、レーザダイオード３０の積層方向に平行であり、図２の例において、楕円の長軸はＹ軸方向を向いている。このため、レーザダイオード３０から出射される、レーザ光の中心軸に対して上方（Ｙ軸の正方向）に拡がるレーザ光の一部が窓部５０ｆの入射面５０ｃで反射され、その反射光の一部がサブマウント２０およびレーザダイオード３０に遮られることなく、光検出器４０に達する。同様に、レーザダイオード３０から出射される、レーザ光の中心軸に対して上方に拡がるレーザ光の一部が窓部５０ｆを透過して出射面５０ｄで反射され、その反射光の一部がサブマウント２０およびレーザダイオード３０に遮られることなく、光検出器４０に達する。レーザダイオード３０から出射されたレーザ光１４の一部は、窓部５０ｆを透過して外部に出射される。本実施形態において、光検出器４０をレーザダイオード３０の直上に配置することによって、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４が受光部４０ｒに直接入射することが回避される。代わりに、窓部５０ｆで反射された反射光を受光部４０ｒに入射することができる。

窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率が高いほど、光検出器４０の受光部４０ｒに入射するレーザ光の強度は増加する。しかし、光源装置１００から外部に取り出して利用されるレーザ光の光強度は、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率が低いほど、増加する。従って、十分に高いレーザ光１４の光強度を実現しながら、必要なレベルのモニタが可能となるように窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率がそれぞれ調整され得る。

窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのぞれぞれの反射率は、反射させる光のピーク波長に対して、例えば１％以上１０％以下とすることが好ましい。換言すると、入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのそれぞれの光透過率は、例えば９０％以上９９％以下とすることが好ましい。

図５を参照しながら、窓部５０ｆにおける入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの反射率が調整された光源装置１００の構成例を説明する。図５は、本実施形態に係る光源装置１００の他の構成例のＹＺ平面に平行な断面図である。窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの少なくとも一方に反射率調整部が形成され得る。反射率調整部によって、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の光量および光検出器４０のモニタに必要な光量を調整することが可能となる。

図５の例において、入射面５０ｃには反射率調整部５５ａが形成され、出射面５０ｄには反射率調整部５５ｂが形成されている。反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂのそれぞれは、例えば、１層の誘電体層、または、積層された複数の誘電体層から構成された誘電体多層膜であり得る。反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂは、それぞれ、「反射防止膜」と呼ばれる光学膜の構成と同様の構成を有している。しかし、一般の反射防止膜は、可能な限り反射を抑制するように、極めて低い反射率、例えば０．５％以下の反射率を有している。これに対して、本開示の実施形態において、第１および第２の界面の少なくとも一方の界面から、モニタに必要なレベルの反射光を得る必要がある。このため、反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂの反射率は、両方を含む全体として、例えば１％以上１０％以下の範囲になるように決定される。

反射率調整部の膜厚、材料を変えることによって、反射面の反射率を制御することが可能となる。これは、モニタ光の光量を制御できることを意味する。例えば、平均出力５００ｍＷのレーザダイオードを利用する場合、反射率調整部の反射率を１％に設定することで、５ｍＷ以下のモニタ光が得られる。または、平均出力１００ｍＷのレーザダイオードを利用する場合、反射率調整部の反射率を５％に設定することで、５ｍＷ以下のモニタ光が得られる。このように、反射率調整部の反射率を調整することによって、任意の強度のレーザ光に対し、所望の強度のモニタ光を得ることが可能となる。また、窓部５０ｆによって反射される光の光量を抑えることにより、外部に出力される光の光量の低下を抑制することができる。その結果、モニタ光を高い精度で検出しつつ、かつ、高出力を維持することができる。

ある一態様において、反射率調整部５５ａの反射率は、反射率調整部５５ｂの反射率よりも高い。その場合、反射率調整部５５ａによって反射されたレーザ光１４ｓがモニタに必要な光量を光検出器４０に与えることができれば、反射率調整部５５ｂの反射率は、一般の反射防止膜のように、０．５％以下の反射率を有していてもよい。従って、そのような低反射率の反射率調整部５５ｂは、通常の「反射防止膜」と同様にして形成され得る。

他の一態様において、反射率調整部５５ｂの反射率は、反射率調整部５５ａの反射率よりも高い。その場合、反射率調整部５５ｂによって反射されたレーザ光１４ｔがモニタに必要な光量を光検出器４０に与えることができれば、反射率調整部５５ａの反射率は、一般の反射防止膜のように、０．５％以下の反射率を有していてもよい。従って、そのような低反射率の反射率調整部５５ａは、通常の「反射防止膜」と同様にして形成され得る。入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのうちの入射面５０ｃの反射率を低反射率に調整することによって、レーザダイオードへの戻り光を低減できるという利点が得られる。また、出射面５０ｄから光検出器４０までの距離は、入射面５０ｃから光検出器４０までの距離よりも窓部５０ｆの幅だけ長くなる。そのために、相対的に高反射率の反射率調整部５５ｂによって反射されるレーザ光１４ｔは光検出器４０に到達し易くなる。

このように、反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂの一方は、従来の反射防止膜と同様に極めて低い反射率を有していてよい。また、光検出器４０の感度が高い場合、あるいは、反射光が効率よく光検出器４０の受光部４０ｒに入射する場合には、反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂの両方が、従来の反射防止膜と同様に極めて低い反射率を有していてもよい。

また、反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂは、それぞれ、膜の形態を有している必要はない。ナノ粒子の粉末層またはモスアイ構造のように、波長よりも短いサイズの微細凹凸構造を入射面５０ｃおよび／または出射面５０ｄに形成してもよい。あるいは、入射面５０ｃおよび／または出射面５０ｄの表面を改質することにより、ガラス表面に内部よりも屈折率の低い領域を形成しても、反射率の調整は可能である。こうしてガラス表面に形成した改質領域によっても反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂを実現することができる。また、上記した反射率調整が可能な種々の構成を組み合わせてもよい。なお、反射率調整部５５ａおよび反射率調整部５５ｂは、レーザ光１４が透過する領域に選択的に形成されてもよいし、製造工程によっては、他の領域に拡がって形成されていてもよい。

以下、図６を参照しながら、光検出器４０によるモニタのノイズを低減する構成例を説明する。

図６は、本実施形態に係る光源装置１００のさらに他の構成例のＹＺ平面に平行な断面図である。光源装置１００は偏光子７０をさらに備えることができる。偏光子７０は窓部５０ｆと光検出器４０との間の光路上に配置され得る。図６の例において、光検出器４０の受光部４０ｒの前面に偏光子７０が配置されている。レーザダイオード３０から四方に放射される相対的に弱い非レーザ光は非偏光であるために、偏光子７０を用いて強度を半減することができる。その結果、受光部４０ｒに入射する非レーザ光の光量を少なくすることができ、光検出器４０によるモニタのノイズを低減することが可能となる。偏光子７０の偏光透過軸は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の偏光方向に整合している。レーザダイオード３０から出射され、窓部５０ｆによって反射されたレーザ光１４の反射光は、偏光状態を保持したまま、偏光子７０に入射する。従って、このような反射光は偏光子７０を透過して光検出器４０によって適切に検出される。

図７から図１０を参照して、本実施形態に係る光源装置１００の代表的な変形例を幾つか説明する。

図７から図１０は、それぞれ、本実施形態に係る光源装置１００の変形例のＹＺ平面に平行な断面図である。それぞれの図には、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光の中心軸が模式的に示されている。これらの変形例において、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのうち少なくとも一方は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の光軸（つまり、中心軸）に９０°以外の角度で交差している。

図７の例において、窓部５０ｆが基板１０の実装面１０ａの法線方向（Ｙ軸に平行な方向）から傾斜している。枠体５０のうちの、レーザダイオード３０に対し窓部５０ｆとは反対側に位置する背面部５０ｈは傾斜していない。図７に示されるように、入射面５０ｃおよび出射面５０ｄの傾斜角度を、それぞれ、θ_１およびθ_２で定義する。θ_１とθ_２とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。図７の例において、θ_１およびθ_２の両方が９０°よりも小さい。このため、入射面５０ｃおよび出射面５０ｄは、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光１４の光軸に対して直交していない、すなわち、９０°以外の角度で交差している。

入射面５０ｃおよび出射面５０ｄが傾斜しているために、傾斜した面で反射する光を光検出器４０に向けることが容易となる。結果として、レーザダイオード３０への戻り光を適切に低減することができる。

窓部５０ｆによる反射光の中心軸も、入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのそれぞれの傾斜角度に依存して変化し得る。窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび／または出射面５０ｄによって反射したより多くの光が光検出器４０に達するように入射面５０ｃおよび／または出射面５０ｄの傾斜角度を調整することによって、モニタに必要な十分な光量を得ることができる。その結果、光検出器４０の検出精度を向上させることが可能となる。このとき、必要に応じて、光検出器４０の受光部４０ｒの位置および角度を調整することによっても、受光量の低下を抑えることが可能である。

図２の例に示されるように、窓部５０ｆが傾斜していない場合、レーザ光１４の中心軸を通る光は、窓部５０ｆを透過して外部に出射される。これに対し、図７の例に示されるように、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのうち少なくとも一方を傾斜させることによって、レーザ光１４の中心軸を通る光の一部が窓部５０ｆによって反射され光検出器４０に到達し得る。レーザ光１４の中心軸を通る光と比較して、ビーム断面の周辺を通る光の出力は、とりわけ裾野になればなるほどレーザ出力などに応じて変化し易い傾向がある。そこで、窓部５０ｆを傾斜させることによって、レーザ光１４の中心軸を通る光の一部を光検出器４０に向けることができる。このことは、モニタ光の検出精度を向上させる点において、大変有利である。

図８の例においては、背面部５０ｈも、窓部５０ｆと同様に、基板１０の実装面１０ａの法線方向から傾斜している。図９の例においては、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのうちの出射面５０ｄだけが所定の傾斜角度で傾斜している。図１０の例においては、窓部５０ｆの入射面５０ｃおよび出射面５０ｄのうちの入射面５０ｃだけが所定の傾斜角度で傾斜している。いずれの構成においても、入射面５０ｃまたは出射面５０ｄの傾斜角度を調整することによって、モニタに必要な十分な光量を得ることができる。さらに、入射面５０ｃおよび／または出射面５０ｄの傾斜角度の調整および上述した反射率調整部を組み合わせることによって、所望のレベルの反射光を得ることが可能となる。

本開示の実施形態における光源装置１００は、複数のレーザダイオード３０および複数の光検出器４０を備え得る。

図１１から図１３Ａを参照して、複数のレーザダイオード３０および複数の光検出器４０を備える光源装置１００の構成例を説明する。図１１は、本実施形態に係る、複数のレーザダイオード３０および複数の光検出器４０を備える光源装置１００のＸＹ平面に平行な断面図である。図１２は、基板１０上のサブマウント２０に固定された複数のレーザダイオード３０を模式的に示す斜視図である。図１３Ａは、基板１１に実装された複数の光検出器４０を模式的に示す斜視図である。以下、既に説明した光源装置の構成と異なる点を主に説明する。

図１１の例において、光源装置１００は、複数のレーザダイオード３０および複数の光検出器４０を備える。複数のレーザダイオード３０は、第１レーザダイオード３０ａ、第２レーザダイオード３０ｂおよび第３レーザダイオード３０ｃを含む。複数の光検出器４０は、第１光検出器４０ａ、第２光検出器４０ｂおよび第３光検出器４０ｃを含む。以降、第１レーザダイオード、第２レーザダイオードおよび第３レーザダイオードを、それぞれ、単に「レーザダイオード」と表記し、第１光検出器、第２光検出器および第３光検出器を、それぞれ、単に「光検出器」と表記する。３つのレーザダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３つの光検出器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃは空間Ｖの内部に気密に封止され得る。

３つのレーザダイオード３０ａ、３０ｂおよび３０ｃは、サブマウント２０に接合された状態で基板１０の実装面１０ａに実装されている。図１１の例における隣り合う２つのレーザダイオードの間隔は、例えば５０μｍ以上２０００μｍ以下であり得る。レーザダイオード３０ａ、３０ｂおよび３０ｃからそれぞれ出射されるレーザ光１４ａ、１４ｂおよび１４ｃは窓部５０ｆの入射面５０ｃに入射し、一部が窓部５０ｆを透過して出射面５０ｄから出射し、一部が窓部５０ｆで反射される。レーザダイオード３０ａ、３０ｂおよび３０ｃのそれぞれから出射されるレーザ光１４ａ、１４ｂおよび１４ｃの発光ピーク波長は互いに異なっている。本実施形態において、レーザダイオード３０ａは赤色の光を放射し、レーザダイオード３０ｂは緑色の光を放射し、レーザダイオード３０ｃは青色の光を放射する。ただし、これに限定されない。この構成例によれば、ＲＧＢの３原色のレーザダイオードを１パッケージに実装した光源装置が実現される。

基板１０は、３つのレーザダイオード３０ａ、３０ｂおよび３０ｃに電気的に接続された導体配線層を有する。複数の保護素子６０が基板１０の実装面１０ａに設けられている。複数の保護素子６０は３つの保護素子６０ａ、６０ｂおよび６０ｃを含む。３つの保護素子６０ａ、６０ｂおよび６０ｃのそれぞれが、実装面１０ａに形成された一対の電極パッドｐｄに電気的に接合されている。保護素子６０ａはレーザダイオード３０ａに電気的に並列に接続され、保護素子６０ｂはレーザダイオード３０ｂに電気的に並列に接続され、保護素子６０ｃはレーザダイオード３０ｃに電気的に並列に接続されている。

基板１１は、３つの光検出器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃに電気的に接続された導体配線層を有する。図１３Ａに示されるように、３つの光検出器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃが基板１１の実装面１１ａに直接または間接的に支持される。３つの光検出器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃのそれぞれは、実装面１１ａ上の一対の電極パッドｐｄに電気的に接合されている。

図１１の例において、光検出器４０ａはレーザダイオード３０ａの直上に位置している。光検出器４０ａは受光部４０ａｒを有し、レーザダイオード３０ａから出射されるレーザ光１４ａのうち窓部５０ｆによって反射された光を受光部４０ａｒで受けてレーザ光１４ａの強度のモニタを行う。光検出器４０ｂはレーザダイオード３０ｂの直上に位置している。光検出器４０ｂは受光部４０ｂｒを有し、レーザダイオード３０ｂから出射されるレーザ光１４ｂのうち窓部５０ｆによって反射された光を受光部４０ｂｒで受けてレーザ光１４ｂの強度のモニタを行う。光検出器４０ｃはレーザダイオード３０ｃの直上に位置している。光検出器４０ｃは受光部４０ｃｒを有し、レーザダイオード３０ｃから出射されるレーザ光１４ｃのうち窓部５０ｆによって反射された光を受光部４０ｃｒで受けてレーザ光１４ｃの強度のモニタを行う。光検出器４０ａ、４０ｂ、４０ｃはそれぞれ、レーザダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃの直上に位置しているため、レーザ光１４ａ、１４ｂ、１４ｃが直接入射することを抑制している。また、各光検出器は、対応するレーザ光の強度のモニタを行なうことができるため、モニタ精度を向上することができる。

図１３Ｂは、基板１１に実装された、複数の光検出器が一体となった構成を模式的に示す斜視図である。図示されるように、３つの独立した光検出器４０ａ、４０ｂおよび４０ｃに代えて、それらの機能を１チップに実装した光検出器４１を利用し得る。光検出器４１は、レーザ光１４ａ、１４ｂおよび１４ｃをそれぞれ受光する受光部４０ａｒ、４０ｂｒおよび４０ｃｒを有する。個々の光検出器を実装する場合と比べ、光検出器４１を利用すれば、光検出器全体の実装スペースを低減することが可能となる。これは光源装置の小型化にとって有利である。

本開示の光源装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、照明装置などの光源として好適に利用され得る。

１０：第１基板、１０ａ：第１実装面、１１：第２基板、１１ａ：第２実装面、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：レーザ光、２０：サブマウント、３０、３０ａ：第１レーザダイオード、３０ｂ：第２レーザダイオード、３０ｃ：第３レーザダイオード、４０、４０ａ：第１光検出器、４０ｂ：第２光検出器、４０ｃ：第３光検出器、４０ａｒ、４０ｂｒ、４０ｃｒ：受光部、４１：光検出器、５０：枠体、５０ｃ：入射面、５０ｄ：出射面、５０ｆ：窓部、５５ａ、５５ｂ：反射率調整部、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：保護素子、７０：偏光子、１００：光源装置、ｐｄ：電極パッド、ｗ：導電性ワイヤー

Claims (14)

1. 第１実装面を有する第１基板と、
   前記第１実装面に対向する第２実装面を有する第２基板と、
   前記第１実装面に直接または間接的に支持された第１レーザダイオードと、
   前記第２実装面に直接または間接的に支持された第１光検出器と、
   前記第１レーザダイオードおよび前記第１光検出器を収容する空間を規定する枠体と、
   を備え、
   前記枠体は窓部を有し、
   前記窓部は、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光が入射する入射面、および、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光が出射する出射面を有し、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を透過し、前記第１レーザダイオードから出射されるレーザ光の一部を反射し、
   前記第１光検出器は、前記第１レーザダイオードから出射される前記レーザ光のうち前記窓部によって反射された光を検出する、光源装置。
2. 前記第１レーザダイオードおよび前記第１光検出器は前記空間内に気密に封止されている、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１基板は、前記第１レーザダイオードに電気的に接続された配線層を有しており、
   前記第２基板は、前記第１光検出器に電気的に接続された配線層を有している、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記第１基板の前記第１実装面に垂直な方向から見たとき、前記第１光検出器は前記第１レーザダイオードに少なくとも部分的に重なっている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１実装面に接合され、前記第１レーザダイオードが配置されたサブマウントをさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記窓部の前記入射面および出射面の少なくとも一方に反射率調整部が形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記窓部と前記第１光検出器との間の光路上に配置された偏光子をさらに備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置。
8. 前記偏光子の偏光透過軸は、前記第１レーザダイオードから出射される前記レーザ光の偏光方向に整合している、請求項７に記載の光源装置。
9. 前記窓部の前記入射面または前記出射面のうち少なくとも一方は、前記第１レーザダイオードから出射される前記レーザ光の光軸に９０°以外の角度で交差している、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 前記第１実装面に直接または間接的に支持された第２レーザダイオードと、
    前記第１実装面に直接または間接的に支持された第３レーザダイオードと、
    前記第２実装面に直接または間接的に支持された第２光検出器と、
    前記第２実装面に直接または間接的に支持された第３光検出器と、
    をさらに備え、
    前記第２レーザダイオードおよび前記第３レーザダイオードからそれぞれ出射されるレーザ光は前記入射面に入射し、一部が前記窓部を透過して前記出射面から出射し、一部が前記窓部で反射され、
    前記第２光検出器は、前記第２レーザダイオードから出射されるレーザ光のうち前記窓部によって反射された光を検出し、
    前記第３光検出器は、前記第３レーザダイオードから出射されるレーザ光のうち前記窓部によって反射された光を検出する、請求項１に記載の光源装置。
11. 前記第１レーザダイオード、前記第２レーザダイオード、前記第３レーザダイオード、前記第１光検出器、前記第２光検出器および前記第３光検出器は前記空間内に気密に封止されている、請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記第１基板は、前記第１レーザダイオード、前記第２レーザダイオードおよび前記第３レーザダイオードに電気的に接続された配線層を有しており、
    前記第２基板は、前記第１光検出器、前記第２光検出器および前記第３光検出器に電気的に接続された配線層を有している、請求項１０または１１に記載の光源装置。
13. 前記第１実装面に接合され、前記第１レーザダイオード、前記第２レーザダイオードおよび前記第３レーザダイオードが配置されたサブマウントをさらに備える、請求項１１または１２に記載の光源装置。
14. 前記第１レーザダイオード、前記第２レーザダイオードおよび前記第３レーザダイオードのそれぞれから出射されるレーザ光の発光ピーク波長は互いに異なっている、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の光源装置。

Images