JP5750581B2 - 光照射装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光照射装置に関し、特に被照射物を加熱する又は被照射物において光化学反応を生じさせる光照射装置に関する。
近年、光照射により被照射物を加熱したり、被照射物に光化学反応を生じさせる技術が注目されている。例えば、光照射により半導体や金属を部分的に融点以上に加熱し接合（溶接）することが検討されている。また、光照射によりガラス上に成膜したアモルファスシリコンを部分加熱して微結晶シリコンに変化させ、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor : TFT）の特性を向上させることが検討されている。この他、光照射により不純物を活性化して、不純物を注入した半導体の特性を向上させる技術等も検討されている。
光照射を行うための光照射装置は、光源となる半導体発光装置と、半導体発光装置から出射された光を被照射物の所定に領域に集光する集光光学系とを備えている。被照射物を加熱したり、被照射物に光化学反応を生じさせたりするためには、１Ｗ〜１００Ｗ程度の光出力が得られる半導体発光装置が必要となる。また、光照射領域の特性を均一に変化させるためには、集光領域において照射光強度分布が均一となるような集光光学系が必要となる。
半導体発光装置として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）及び半導体レーザ素子等が知られている。しかし、単体のＬＥＤ又は半導体レーザ素子では、光照射装置として十分な光出力を得ることは困難である。このため、複数のＬＥＤ又は半導体レーザ素子等と、これらの光出力を結合する結合光学系とを用いて、半導体発光装置を構成する必要がある。
特に、半導体レーザ素子は、指向性が高く結合光学系の結合効率を高くすることができるため、光照射装置の光源として好ましい。また、複数の半導体レーザ素子を１つのチップに集約した半導体レーザアレイを用いたり、半導体レーザアレイを１つのパッケージ上にスタック化することにより小型化すると共に、高出力化することが可能である。しかし、複数の半導体レーザ素子の出力を結合すると、個々の半導体レーザ素子から出射された光同士が干渉するため、集光光学系により同一箇所に集光させた場合、光分布が干渉ノイズによりなだらかに変化しなくなり均一な光分布が得られる領域を広くできないという問題がある。
干渉ノイズを低減するために、半導体レーザ素子等から出射された光を干渉性が低い光に変換することが検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。具体的には、開口部を有する高反射率ミラーと、開口部に設けられた平凹レンズと、開口部を通過した光を導波する光導波路と、光導波路の先端に設けられた部分反射ミラーとを有する光学素子を用いて、半導体レーザ素子等から出射された光を干渉性が低い光に変換する。
半導体レーザ素子等の光源から出射された光は、凹レンズにより放射方向が広がった光となり、光導波路内に入射する。光導波路内に入射した光の一部は部分反射ミラーから直接出射される。また、一部は部分反射ミラーと高反射ミラーとの間において複数回反射された後に部分反射ミラーから出射される。このため、部分反射ミラーから出射される光は、光導波路の長さの２倍の整数倍の光路長差を有する様々な光が混合された光となる。光導波路の長さを入射する光の波長の１／４の複数倍とならないようにすることにより、部分反射ミラーから出射される光が共振しないようにすることができる。このため、半導体レーザ素子等から出射された光を干渉性が低い光に変換することができる。
このように干渉性を低減した光を用いることにより、光分布が均一な光を広い領域に照射することが可能になると期待される。
しかしながら、前記従来の光学素子を用いて光照射装置を構成した場合、部品点数が増大するという問題がある。従来の光学素子を用いた場合、複数の半導体発光素子と同数の光学素子が必要になる。また、高反射率ミラーと部分反射ミラーとにおいて、反射ロスが存在するため、出射される光の強度が低くなり、半導体発光装置の電力―光変換効率が低くなる。
光ファイバーを用いて複数の発光素子から出射された光を干渉を避けて結合する方法も考えられるが、この場合には小型化が困難であるという問題がある。
本発明は、前記の問題を解決し、光出力が高く且つ干渉ノイズが低い光を、効率よく照射することができる光照射装置を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は光照射装置を、複数の光出射位置が一の発光面に含まれ、発光面と集光部の光軸とが垂直となるように配置した構成とする。
具体的に、本発明に係る第１の光照射装置は、光軸の方向が互いに略同一な複数の光線束を出射する発光装置と、複数の光線束をそれぞれ平行光線束に変換するコリメート部と、平行光線束を集光する集光部とを備え、発光装置は、基板の上に複数の導波路が形成された、スーパールミネッセントダイオードアレイを含み、複数の導波路のそれぞれは、光線束を出射する光出射位置を含む出射端面を有し、光出射位置は一の平面内に位置し、一の平面は、コリメート部の光軸の方向と直交する。
第１の光照射装置は、光源である発光装置が、基板の上に複数の導波路が形成された、スーパールミネッセントダイオードアレイを含み、複数の導波路のそれぞれは、光線束を出射する光出射位置を含む出射端面を有し、光出射位置は一の平面内に位置し、一の平面は、コリメート部の光軸の方向と直交している。このため、被照射物に光を照射した際に干渉ノイズがほとんどなく、所定の領域においてほぼ均一な照射光強度分布を有する光を照射することが可能となる。また、スーパールミネッセントダイオードアレイから出射された光は、複雑な光学系を用いることなく被照射物に照射できるため、光学系における光の損失が少なく、高効率の光照射装置を実現できる。また、部品点数の増大も生じず、小型化が可能となる。
第１の光照射装置において、導波路は直線状に延び、一の平面は、スーパールミネッセントダイオードアレイの劈開面の方向に対して傾斜していてもよい。
この場合光照射装置において、複数の導波路は直線状に延び、隣り合う２つの導波路における、光出射位置の導波路が延びる方向の間隔Ｌが、Ｌ＝Ｐ／tan（θ１＋（９０−θ２））となるようにすればよい。但し、θ１は導波路が延びる方向と出射端面の法線方向とがなす角であり、θ２は出射端面の法線方向と光線束の光軸とがなす角であり、Ｐは隣り合う２つの導波路における中心軸同士の間隔である。
また、θ２は、arcsin（１／ｎ×sinθ１）となるようにすればよい。但し、ｎは導波路の屈折率である。
第１の光照射装置において、複数の導波路は湾曲した平面形状を有し、一の平面は、スーパールミネッセントダイオードアレイの劈開面の方向と平行としてもよい。
この場合において、一の平面と、出射端面とがなす角θｍが、θｍ＝arcsin（１／ｎ×sinθ１）となるようにすればよい。但し、θ１は出射端面における導波路が延びる方向と出射端面の法線方向とがなす角であり、ｎは導波路の屈折率である。
本発明に係る第２の光照射装置は、光軸の方向が互いに略同一な複数の光線束を出射する発光装置と、複数の光線束をそれぞれ平行光線束に変換するコリメート部と、平行光線束を集光する集光部とを備え、発光装置は、それぞれが導波路を有する複数のスーパールミネッセントダイオードを有し、導波路は、光線束を出射する光出射位置を含む出射端面を有し、光出射位置は一の平面内に位置し、一の平面は、コリメート部の光軸の方向と直交する。
第２の光照射装置は、コリメート部と、集光部との間に配置され、それぞれが被照射物への光照射プロファイルを調整する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイをさらに備え、複数のスーパールミネッセントダイオードは、個別にパッケージされていてもよい。
第１及び第２の光照射装置は、光線束の光路上に配置された偏光板をさらに備えていてもよい。この場合において、偏光板はλ／４板とすればよい。
第１及び第２の光照射装置は、集光部により集光された照射光の光軸を、被照射物の照射面に対して垂直からずらせて照射してもよい。
第１及び第２の光照射装置において、コリメート部は、コリメートレンズとし、集光部は、集光レンズとしてもよい。
第１及び第２の光照射装置において、コリメート部及び集光部の少なくとも一方は、反射光学系により形成してもよい。
本発明に係る光照射装置によれば、光出力が高く且つ干渉ノイズが低い光を、効率よく照射することができる。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る光照射装置は、図１に示すように光源である半導体発光装置１０１と半導体発光装置１０１から出射された光線束を平行光線束に変換するコリメート部１０２と、平行光線束を被照射物１０４の所定の領域に集光する集光部１０３とを備えている。本開示において、平行光線束とは広がりが生じない完全な平行光線束だけでなく、数°〜十数°の広がり角度を有する光線束を含む。
第１の実施形態に係る光照射装置は、図１に示すように光源である半導体発光装置１０１と半導体発光装置１０１から出射された光線束を平行光線束に変換するコリメート部１０２と、平行光線束を被照射物１０４の所定の領域に集光する集光部１０３とを備えている。本開示において、平行光線束とは広がりが生じない完全な平行光線束だけでなく、数°〜十数°の広がり角度を有する光線束を含む。
半導体発光装置１０１は、複数のリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードアレイ１１１とスーパールミネッセントダイオードアレイ１１１を収容するケース１１２とを有している。ケース１１２は、ベース１２１と、ベース１２１から突出するように固定されたヒートシンク１２２と、ヒートシンク１２２を覆い、光を出射する開口部を有するキャップ１２４と、キャップ１２４の開口部に取り付けられたカバーガラス１２３とを備えている。ベース１２１には、スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１に電力を供給するためのリード１２６がガラス等の絶縁体１２７を介在させて固定されている。
スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１は、発光面１７６がコリメートレンズ１３１と平行となるように、サブマウント１２５を介在させてヒートシンク１２２に固定されている。スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１の発光面１７６とは、スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１の各リッジ部の光出射位置が含まれている面である。
コリメート部１０２は、コリメートレンズ１３１と、コリメートレンズ１３１を半導体発光装置１０１に固定する第１の固定部１３２とを有している。スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１の発光面１７６とコリメートレンズ１３１との間隔は、入射側焦点距離Ｆ０１に調整されている。集光部１０３は、集光レンズ１３５と、集光レンズ１３５を半導体発光装置１０１に固定する第２の固定部１３６とを有している。集光レンズ１３５と被照射物１０４との間隔は、照射側焦点距離Ｆ０２に調整されている。集光レンズ１３５により集光された光の照射位置１４１は、走査方向１４２に沿って走査され、走査履歴が照射領域１４３となる。
スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶からなる基板１５１の上に、ＧａＮからなるｎ型バッファ層１５２を介在させて形成された半導体層積層体１５３を有している。半導体層積層体１５３は、例えば、基板１５１側から順次形成されたｎ型クラッド層１６１、ｎ型ガイド層１６２、発光層１６３、ｐ型ガイド層１６４、ｐ型クラッド層１６５及びｐ型コンタクト層１６６を有している。ｐ型コンタクト層１６６からｎ型ガイド層１６２層までと、ｎ型クラッド層１６１の一部とは選択的に除去されており、同一方向に延びるストライプ状のリッジ部１５４が複数形成されている。リッジ部１５４により、光の閉じ込めを行う導波路が形成されている。
半導体層積層体１５３の上には酸化シリコン（ＳｉＯ2）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなり電流を通さない保護層１５５が形成されている。保護層１５５は、リッジ部１５４の上面を露出する開口部を有している。保護層１５５の上には、開口部においてｐ型コンタクト層１６６と接するようにｐ側電極１５６が形成されている。ｐ側電極１５６は、リッジ部１５４ごとに独立して形成されている。基板１５１の半導体層積層体１５３と反対側の面（裏面）の上にはｎ側電極１５７が形成されている。ｐ側電極１５６は、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等を含む合金層とすればよい。また、合金層とｐ型コンタクト層１６６との間に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等からなる透明導電層を設けてもよい。透明導電層を設けることにより、透明導電層においても光を閉じ込めることが可能となるため、ｐ型クラッド層１６５の膜厚を薄くすることができる。これにより、動作電圧が低減でき、発光効率を向上させることが可能となる。
スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１の劈開面である前方端面１７１には、溝部１５３ａが形成されており、各リッジ部１５４の出射端面１７２は、各リッジ部１５４が延びる方向に対して所定の角度傾斜している。このため、各リッジ部１５４の光出射位置１７３から出射される光線束の光軸は、誤差範囲において同一方向となっている。また、各リッジ部１５４の光出射位置１７３は平面視において一直線上に配置されている。断面としてみた場合には、各光出射位置１７３は同一の平面（発光面）１７６内に位置している。各光出射位置１７３から出射される光線束の光軸１７５はそれぞれ、光出射位置１７３を結ぶ直線と直交する。面としてみた場合には、各光線束の光軸１７５は発光面１７６と直交する。
通常、スーパールミネッセントダイオードは端面での反射率を低くするため、出射端面をリッジ部が延びる方向に対して傾斜させる。このため、光出射位置から出射された光線束の光軸は、導波路であるリッジ部が延びる方向に対して傾斜する。同一チップ内に同一の構成のリッジ部を平行に配列してアレイ化すると、図３（ａ）に示すように各リッジ部の光出射位置が含まれる発光面と、光出射位置から出射される光線束の光軸とは垂直とならない。このため、各リッジ部から出射された光線束の集光位置がΔｄずつずれ、いわゆる集光ずれが生じ、同一の面に集光することができない。一方、図３（ｂ）に示すように、各光出射位置が含まれる発光面と、光出射位置から出射される光線束の光軸とが垂直になるように、各リッジ部の出射端面の位置を調整すれば、集光ずれの発生を防止することができる。なお、照射光の光軸が照射面に対して垂直である場合だけでなく、照射光の光軸が照射面に対して傾いている場合にも集光ずれの発生を防止することができる。照射光の光軸を照射面に対して傾けることにより、照射面において反射された光が戻り光となりスーパールミネッセントダイオードが発振してしまうことを抑えることができる。
各リッジ部の具体的な構成について図４を用いて説明する。図４において、ＰABは第１のリッジ部１５４Ａの中心軸と第２のリッジ部１５４Ｂの中心軸との間隔であり、ＰBCは第２のリッジ部１５４Ｂの中心軸と第３のリッジ部１５４Ｃの中心軸との間隔である。ＬABは第１のリッジ部１５４Ａの第１の光出射位置１７３Ａと第２のリッジ部１５４Ｂの第２の光出射位置１７３Ｂとの間隔であり、ＬBCは第２のリッジ部１５４Ｂの第２の光出射位置１７３Ｂと第３のリッジ部１５４Ｃの第３の光出射位置１７３Ｃとの間隔である。θ１はリッジ部の出射端面の法線方向とリッジ部の中心軸とのなす角であり、θ２はリッジ部の出射端面の法線方向とリッジ部から出射される光線束の光軸とのなす角である。この場合、θ２は次の式（１）により表される。
θ２＝arcsin（１／ｎ×sin θ１） ・・・ （１）
但し、ｎはリッジ部の屈折率である。θ１を１０°、ｎを２．４とすると、θ２は２４．６°となる。一方、ＬAB及びＬBCは、それぞれ次の式（２）及び（３）により表される。
但し、ｎはリッジ部の屈折率である。θ１を１０°、ｎを２．４とすると、θ２は２４．６°となる。一方、ＬAB及びＬBCは、それぞれ次の式（２）及び（３）により表される。
ＬAB＝ＰAB／tan（θ１＋（９０−θ２）） ・・・ （２）
ＬBC＝ＰBC／tan（θ１＋（９０−θ２）） ・・・ （３）
ＰABとＰBCが等しい場合には、ＬABはＬBCと等しくなる。ＰAB及びＰBCを１００μｍとすると、ＬAB及びＬBCは２６．１μｍとなる。
ＬBC＝ＰBC／tan（θ１＋（９０−θ２）） ・・・ （３）
ＰABとＰBCが等しい場合には、ＬABはＬBCと等しくなる。ＰAB及びＰBCを１００μｍとすると、ＬAB及びＬBCは２６．１μｍとなる。
このように、隣接するリッジ部の光出射位置の位置を、リッジ部が延びる方向に２６．１μｍずらすことにより第１の光出射位置１７３Ａ、第２の光出射位置１７３Ｂ及び第３の光出射位置１７３Ｃを、出射する光線束の光軸に対して垂直な平面内に配置することが可能となる。各光出射位置が含まれる平面である発光面がコリメートレンズ及び集光レンズの光軸に対して垂直になるように配置すれば、集光ずれを生じさせることなく、各光出射位置から出射された光線束を所定の照射面に照射することができる。
スーパールミネッセントダイオードアレイ１１１は以下のようにして形成すればよい。まず、図５に示すように、ｎ型の導電性を有するＧａＮからなる基板１５１の上に、ｎ型バッファ層１５２を介在させてｎ型クラッド層１６１、ｎ型ガイド層１６２、発光層１６３、ｐ型ガイド層１６４、ｐ型クラッド層１６５及びｐ型コンタクト層１６６を有する半導体層積層体１５３を形成する。ｎ型クラッド層１６１は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）とすればよく、ｎ型ガイド層はＧａＮとすればよい。発光層１６３は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる量子井戸発光層とすればよい。ｐ型ガイド層１６４はＧａＮとすればよく、ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮとすればよく、ｐ型コンタクト層はＧａＮとすればよい。ｎ型の層にはシリコン（Ｓｉ）をドーピングし、ｐ型の層にはマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングすればよい。
次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりｐ型コンタクト層１６６の上に、マスクとなるＳｉＯ2層１８１を形成する。その後、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、リッジ部１５４となる部分を除いてＳｉＯ2層を選択的に除去する。
次に、図７に示すように、ＳｉＯ2層１８１をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2）ガス等を用いてｎ型クラッド層１６１が露出するまで、半導体層積層体１５３をドライエッチングする。この後、フッ酸等を用いたウエットエッチングによりＳｉＯ2層１８１を除去する。さらに、ＳｉＯ2からなるマスクとドライエッチングとを用いて、溝部１５３ａを形成する。この際に、各リッジ部１５４の光出射位置の位置が先に説明した関係を満たすように調整する。
次に、図８に示すように、ＳｉＯ2等からなる保護層１５５を半導体層積層体１５３上の全面に形成する。続いて、フォトリソグラフィ法とフッ酸によるウエットエッチングとを用いて、保護層１５５にｐ型コンタクト層１６６の上面を露出するストライプ状の開口部を形成する。
次に、図９に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法とを用いて、ｐ型コンタクト層１６６と電気的に接続されたｐ側電極１５６を形成する。また、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法とを用いて、基板１５１の裏面にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕ等の多層膜からなるｎ側電極１５７を形成する。この後、ブレードを用いたダイシング又は劈開等を行い、チップ分離を行う。
リッジ部１５４を形成する際に、ｎ型クラッド層１６１が露出するまでエッチングを行う例を示した。しかし、少なくともｐ型クラッド層１６５が露出するまでエッチングを行えば、リッジ部１５４を機能させることができる。リッジ部１５４を形成する際のエッチングを浅くすることにより、リッジ部１５４の側面を流れるリーク電流を低減することができる。
直線状に延びるリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードアレイについて説明したが、図１０に示すような湾曲したリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードアレイ１１１Ａを用いてもよい。この場合には、各リッジ部１５４から出射される光線束の光軸をスーパールミネッセントダイオードアレイ１１１Ａのチップの前方端面（劈開面）に対して垂直とすることが可能となる。リッジ部１５４から出射される光線束の光軸の方向は、出射端面１７２の方向によって決まる。リッジ部１５４から出射される光線束の光軸１７５をチップの前方端面１７１に対して垂直とする場合における出射端面１７２と前方端面１７１とがなす角（出射端面１７２の傾き角度）θｍは、図１１に示すように、出射端面１７２の法線方向とリッジ部から出射される光線束の光軸１７５とのなす角θ２と等しい。先に述べたようにθ２は、arcsin（１／ｎ×sin θ１）と表される。例えば、出射端面の法線方向とリッジ部の中心軸とのなす角θ１が１０°であり、リッジ部の屈折率ｎが２．４である場合には、θ２は２４．６°となる。従って、光出射位置から出射される光線束の光軸をチップの前方端面に対して垂直とする場合には、出射端面をチップの前方端面に対して２４．６°傾ければよい。但し、この場合におけるリッジ部の中心軸の方向は、出射端面におけるリッジ部の中心軸の方向である。
リッジ部を湾曲させた場合には、チップの劈開面と発光面とが平行となる。従って、スーパールミネッセントダイオードチップを実装する際に、チップの前方端面がコリメートレンズの光軸と垂直となるように配置すればよく、チップのアライメントが容易となる。
本実施形態において、リッジ部が３本形成されたスーパールミネッセントダイオードアレイについて説明したが、リッジ部の数は２本としても、４本以上としてもよい。
図１は集光レンズにより集光された光線束を被照射物に直接照射する例を示しているが、図１２に示すように光路上に偏光素子１４５を挿入してもよい。偏光素子１４５は、例えば４分の１波長板（λ／４板）等とすればよい。このようにすれば、被照射物において反射された戻り光により、スーパールミネッセントダイオードが発振することを抑えることが可能となる。図１２においては偏光素子１４５をコリメート部１０２と集光部１０３との間に配置しているが、偏光素子１４５は照射光の光路上であればどこに挿入してもよい。
図１は、コリメート部及び集光部をそれぞれレンズを用いた屈折光学系とした例を示しているが、少なくとも一方を反射鏡を用いた反射光学系としてもよい。例えば、図１３に示すように、コリメート部及び集光部として機能する反射鏡１４６を用いてもよい。反射光学系を用いることにより色収差による集光ずれを解消できる。スーパールミネッセントダイオードは、レーザダイオードよりも発光スペクトル幅が広いため、反射光学系を用いる効果は大きい。また、コリメート部及び集光部のそれぞれを独立した反射鏡としてもよく、コリメート部及び集光部の一方を反射鏡とし、他方をレンズとしてもよい。さらに、コリメート部は回折格子等とすることも可能である。
（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、複数のリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードアレイを光源として用いる例を示したが、複数のスーパールミネッセントダイオードを光源として用いてもよい。図１４は、第２の実施形態に係る光照射装置の構成を示している。図１４において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附している。また、集光部については記載を省略している。第２の実施形態の光照射装置は、光源として、複数のスーパールミネッセントダイオードチップを集積した半導体発光装置１０１Ａを用いることを特徴とする。
第１の実施形態においては、複数のリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードアレイを光源として用いる例を示したが、複数のスーパールミネッセントダイオードを光源として用いてもよい。図１４は、第２の実施形態に係る光照射装置の構成を示している。図１４において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附している。また、集光部については記載を省略している。第２の実施形態の光照射装置は、光源として、複数のスーパールミネッセントダイオードチップを集積した半導体発光装置１０１Ａを用いることを特徴とする。
半導体発光装置１０１は、３個のスーパールミネッセントダイオードチップ２１１がケース１１２に収容されている。３個のスーパールミネッセントダイオードチップ２１１は、リッジ部が延びる方向が同じになるようにサブマウント１２５の上に固定されている。また、３個のスーパールミネッセントダイオードチップ２１１の光出射位置２７３が同一の発光面２７６内に位置し、且つ発光面２７６がコリメートレンズ１３１の光軸と垂直になるように、サブマウント１２５の上に固定されている。
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、干渉ノイズが生じにくく均一な照射光強度分布を有する光照射装置を実現できる。
図１４においては、３個のスーパールミネッセントダイオードチップを用いる例を示したが、スーパールミネッセントダイオードチップの数は２個であっても、４個以上であってもよい。
また、リッジ部が直線状に延びるスーパールミネッセントダイオードチップを用いる例を示したが、湾曲したリッジ部を有するスーパールミネッセントダイオードチップを用いてもよい。この場合には、チップの前方端面と発光面とが平行となるため、スーパールミネッセントダイオードチップを実装する際に、チップのアライメントが容易となる。
本実施形態においても、偏光板を光路上に挿入したり、光学系を反射光学系としたりしてかまわない。
（第３の実施形態）
複数のスーパールミネッセントダイオードチップを集積した半導体発光装置に代えて、それぞれがスーパールミネッセントダイオードチップを有する複数の半導体発光装置を光源として用いてもよい。図１５は、第３の実施形態に係る光照射装置の構成を示している。図１５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附している。第３の実施形態の光照射装置は、光源として、それぞれがスーパールミネッセントダイオードチップを有する複数の半導体発光装置１０１Ｂを用いることを特徴とする。
複数のスーパールミネッセントダイオードチップを集積した半導体発光装置に代えて、それぞれがスーパールミネッセントダイオードチップを有する複数の半導体発光装置を光源として用いてもよい。図１５は、第３の実施形態に係る光照射装置の構成を示している。図１５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を附している。第３の実施形態の光照射装置は、光源として、それぞれがスーパールミネッセントダイオードチップを有する複数の半導体発光装置１０１Ｂを用いることを特徴とする。
図１５においては、半導体発光装置１０１Ｂのそれぞれに対応してコリメートレンズ３３１が設けられている。コリメートレンズ３３１の光軸と半導体発光装置１０１Ｂが出射する光線束の光軸とが一致するように、第１の固定部３３２によりコリメートレンズ３３１は固定されている。コリメートレンズ３３１と集光レンズ１３５との間には、フライアイレンズ３３７及びマイクロレンズ３３８が配置されている。フライアイレンズ３３７及びマイクロレンズ３３８は、第３の固定部３３９により固定されている。
図１６は、半導体発光装置１０１Ｂを拡大して示している。スーパールミネッセントダイオードチップ３１１は、湾曲したリッジ部３５４を有している。光出射位置３７３から出射された光線束の光軸３７５が、スーパールミネッセントダイオードチップ３１１の劈開面である前方端面３７１と直交するように、出射端面３７２の傾き角度θｍが調整されている。具体的には、先に説明したように、例えば、出射端面の法線方向とリッジ部の中心軸とのなす角θ１が１０°であり、リッジ部の屈折率ｎが２．４である場合には、θｍを２４．６°とすればよい。
スーパールミネッセントダイオードチップ３１１は、出射する光線束の光軸が半導体発光装置１０１Ｂの基準面であるカバーガラス１２３の主面に対して垂直となるように、サブマウント１２５に固定されている。スーパールミネッセントダイオードチップ３１１のｐ側電極は、ワイヤ１２８により一方のリード１２６と接続されている。ｎ側電極は、サブマウント１２５に接続されたワイヤ１２８によりもう一方のリード１２６と接続されている。
図１７に示すように、半導体発光装置１０１Ｂから出射された光線束は、コリメートレンズ３３１により平行光線束に変換され、フライアイレンズ３３７及びマイクロレンズ３３８に入射する。図１８に示すように、マイクロレンズ３３８Ａに入射した照射光Ａ、マイクロレンズ３３８Ｂに入射した照射光Ｂ及びマイクロレンズ３３８Ｃに入射した照射光Ｃはそれぞれ、被照射物１０４に照射される際に、ほぼ均一略矩形状の照射光強度分布を有する光となる。図１８において、縦軸は照射光強度を示し、横軸は走査方向１４２に垂直な方向の位置を示している。
図１７及び図１８においては、１つの半導体発光装置についてのみ示しているが、図示していない他の半導体発光装置から出射された光線束についても同様の照射光強度分布を有する光となる。このため、光照射領域において、各マイクロレンズにより形成された略矩形状の照射光強度分布を有する光がすべて足し合わされるため、収差の影響をほとんど受けない集光光を実現することが可能となる。従って、第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、干渉ノイズが生じにくく均一な照射光強度分布を有する光照射装置を実現できる。
図１２においては、３個の半導体発光装置を用いる例を示したが、半導体発光装置の数は２個であっても、４個以上であってもよい。また、各半導体発光装置をスーパールミネッセントダイオードアレイを用いた半導体発光装置又は複数のスーパールミネッセントダイオードチップを有する半導体発光装置としてもよい。
本実施形態においても、偏光板を光路上に挿入したり、光学系を反射光学系としたりしてかまわない。
各実施形態において、導波路をリッジ型とする例を示したが、埋め込み型の導波路としてもよい。
本発明に係る光照射装置は、光出力が高く且つ干渉ノイズが低い光を、効率よく照射することができ、特に被照射物の加熱又は被照射物において光化学反応を生じさせる光照射装置等として有用である。
１０１ 半導体発光装置
１０１Ａ 半導体発光装置
１０１Ｂ 半導体発光装置
１０２ コリメート部
１０３ 集光部
１０４ 被照射物
１１１ スーパールミネッセントダイオードアレイ
１１１Ａ スーパールミネッセントダイオードアレイ
１１２ ケース
１２１ ベース
１２２ ヒートシンク
１２３ カバーガラス
１２４ キャップ
１２５ サブマウント
１２６ リード
１２７ 絶縁体
１２８ ワイヤ
１３１ コリメートレンズ
１３２ 第１の固定部
１３５ 集光レンズ
１３６ 第２の固定部
１４１ 照射位置
１４２ 走査方向
１４３ 照射領域
１４５ 偏光素子
１４６ 反射鏡
１５１ 基板
１５２ ｎ型バッファ層
１５３ 半導体層積層体
１５３ａ 溝部
１５４ リッジ部
１５４Ａ 第１のリッジ部
１５４Ｂ 第２のリッジ部
１５４Ｃ 第３のリッジ部
１５５ 保護層
１５６ ｐ側電極
１５７ ｎ側電極
１６１ ｎ型クラッド層
１６２ ｎ型ガイド層
１６３ 発光層
１６４ ｐ型ガイド層
１６５ ｐ型クラッド層
１６６ ｐ型コンタクト層
１７１ 前方端面
１７２ 出射端面
１７３ 光出射位置
１７３Ａ 第１の光出射位置
１７３Ｂ 第２の光出射位置
１７３Ｃ 第３の光出射位置
１７５ 光軸
１７６ 発光面
１８１ ＳｉＯ2層
２１１ スーパールミネッセントダイオードチップ
２７３ 光出射位置
２７６ 発光面
３１１ スーパールミネッセントダイオードチップ
３３１ コリメートレンズ
３３２ 第１の固定部
３３７ フライアイレンズ
３３８ マイクロレンズ
３３８Ａ マイクロレンズ
３３８Ｂ マイクロレンズ
３３８Ｃ マイクロレンズ
３３９ 第３の固定部
３５４ リッジ部
３７１ 前方端面
３７２ 出射端面
３７３ 光出射位置
３７５ 光軸
１０１Ａ 半導体発光装置
１０１Ｂ 半導体発光装置
１０２ コリメート部
１０３ 集光部
１０４ 被照射物
１１１ スーパールミネッセントダイオードアレイ
１１１Ａ スーパールミネッセントダイオードアレイ
１１２ ケース
１２１ ベース
１２２ ヒートシンク
１２３ カバーガラス
１２４ キャップ
１２５ サブマウント
１２６ リード
１２７ 絶縁体
１２８ ワイヤ
１３１ コリメートレンズ
１３２ 第１の固定部
１３５ 集光レンズ
１３６ 第２の固定部
１４１ 照射位置
１４２ 走査方向
１４３ 照射領域
１４５ 偏光素子
１４６ 反射鏡
１５１ 基板
１５２ ｎ型バッファ層
１５３ 半導体層積層体
１５３ａ 溝部
１５４ リッジ部
１５４Ａ 第１のリッジ部
１５４Ｂ 第２のリッジ部
１５４Ｃ 第３のリッジ部
１５５ 保護層
１５６ ｐ側電極
１５７ ｎ側電極
１６１ ｎ型クラッド層
１６２ ｎ型ガイド層
１６３ 発光層
１６４ ｐ型ガイド層
１６５ ｐ型クラッド層
１６６ ｐ型コンタクト層
１７１ 前方端面
１７２ 出射端面
１７３ 光出射位置
１７３Ａ 第１の光出射位置
１７３Ｂ 第２の光出射位置
１７３Ｃ 第３の光出射位置
１７５ 光軸
１７６ 発光面
１８１ ＳｉＯ2層
２１１ スーパールミネッセントダイオードチップ
２７３ 光出射位置
２７６ 発光面
３１１ スーパールミネッセントダイオードチップ
３３１ コリメートレンズ
３３２ 第１の固定部
３３７ フライアイレンズ
３３８ マイクロレンズ
３３８Ａ マイクロレンズ
３３８Ｂ マイクロレンズ
３３８Ｃ マイクロレンズ
３３９ 第３の固定部
３５４ リッジ部
３７１ 前方端面
３７２ 出射端面
３７３ 光出射位置
３７５ 光軸
Claims (8)
- 光軸の方向が互いに略同一な複数の光線束を出射する発光装置と、
複数の前記光線束をそれぞれ平行光線束に変換するコリメート部と、
前記平行光線束を集光する集光部とを備え、
前記発光装置は、基板の上に複数の導波路が形成された、スーパールミネッセントダイオードアレイを含み、
複数の前記導波路のそれぞれは、前記光線束を出射する光出射位置を含む出射端面を有し、
前記光出射位置は一の平面内に位置し、
前記一の平面は、前記コリメート部の光軸の方向と直交し、
前記導波路は直線状に延び、
前記一の平面は、前記スーパールミネッセントダイオードアレイの劈開面の方向に対して傾斜していることを特徴とする光照射装置。 - 複数の前記導波路は直線状に延び、
隣り合う２つの前記導波路における、前記光出射位置の前記導波路が延びる方向の間隔Ｌは、以下の式により表されることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
Ｌ＝Ｐ／tan（θ１＋（９０−θ２））
但し、θ１は前記導波路が延びる方向と前記出射端面の法線方向とがなす角であり、θ２は前記出射端面の法線方向と前記光線束の光軸とがなす角であり、Ｐは隣り合う２つの前記導波路における中心軸同士の間隔である。 - 前記θ２は、以下の式により表されることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
θ２＝arcsin（１／ｎ×sinθ１）
但し、ｎは導波路の屈折率である。 - 前記光線束の光路上に配置された偏光板をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
- 前記偏光板は、λ／４板であることを特徴とする請求項４に記載の光照射装置。
- 前記集光部により集光された照射光の光軸を、被照射物の照射面に対して垂直からずらせて照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置。
- 前記コリメート部は、コリメートレンズであり、
前記集光部は、集光レンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射装置。 - 前記コリメート部及び前記集光部の少なくとも一方は、反射光学系により形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光照射装置。
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