JP5046538B2 - Eye-safe laser light source and electronic device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザ光源をアイセーフ化する技術に関し、特に、高い放射強度を維持しつつ、大きなアパーレント光源径(見かけ上の光源径)が得られるアイセーフレーザ光源に関する。 The present invention relates to a technique for making a semiconductor laser light source eye-safe, and more particularly to an eye-safe laser light source capable of obtaining a large apparent light source diameter (apparent light source diameter) while maintaining high radiation intensity.
光通信や照明等に用いられるレーザ光源は、眼に対する安全性を満たす必要があり、IEC規格等によりレーザ光源の最大許容放射強度が規定されている。 A laser light source used for optical communication or illumination needs to satisfy safety for eyes, and the maximum allowable radiation intensity of the laser light source is defined by the IEC standard or the like.
レーザ光源が眼に対する安全性を満たして空間へ放射可能な最大許容放射強度は、レーザ波長λ、駆動条件(レーザ電流、光出力等)にもよるが、アパーレント光源径が主にその強度を決定することが知られている。 The maximum allowable radiation intensity that a laser light source can radiate into the space while satisfying eye safety depends on the laser wavelength λ and drive conditions (laser current, light output, etc.), but the intensity of the apparent light source mainly determines the intensity. It is known to do.
図15に、レーザ光源に関する国際的な安全規格IEC60825−1.2に基づく、アパーレント光源径と最大許容放射強度の関係を示す。この図から、アパーレント光源径を拡大させることで、最大許容放射強度を大きくできることがわかる。また、アパーレント光源径サイズが2mm以下の領域では、アパーレント光源径の拡大量に対する最大許容放射強度の増加量が、顕著に大きいことがわかる。 FIG. 15 shows the relationship between the diameter of the apparent light source and the maximum allowable radiation intensity based on the international safety standard IEC 60825-1.2 regarding the laser light source. From this figure, it can be seen that the maximum allowable radiation intensity can be increased by increasing the diameter of the apparent light source. It can also be seen that the increase in the maximum allowable radiation intensity with respect to the enlargement amount of the apparent light source diameter is remarkably large in the region where the apparent light source diameter size is 2 mm or less.
ところで近年、IrDA(Infrared Data Association)等に代表される無線光通信モ
ジュールは、これらを実装する携帯電話やノートパソコンなどの小型・薄型化により、更なる小型化が望まれている。このため、無線光通信モジュールに搭載するアイセーフレーザ光源自体のサイズを小さくすることが望まれている。この一方、通信に求められる放射強度は、ほとんど変化していない。従って、サイズが小さく、且つ従来と同程度以上の放射強度を有するアイセーフレーザ光源が強く求められている。
Incidentally, in recent years, wireless optical communication modules represented by IrDA (Infrared Data Association) and the like have been desired to be further downsized due to the downsizing and thinning of mobile phones and notebook personal computers on which these are mounted. For this reason, it is desired to reduce the size of the eye-safe laser light source itself mounted on the wireless optical communication module. On the other hand, the radiation intensity required for communication has hardly changed. Therefore, there is a strong demand for an eye-safe laser light source that is small in size and has a radiation intensity that is comparable to or higher than that of the prior art.
このため、半導体レーザから放出したレーザ光を、光散乱領域を通過させることにより、レーザ光のアパーレント光源径を拡大し、且つレーザ光の空間コヒーレンシーを低減してアイセーフ化したレーザ光源に関する技術が提案されている。この技術を、図面を用いて以下に説明する。 For this reason, a laser light source technology has been proposed that makes laser light emitted from a semiconductor laser pass through a light scattering region, thereby increasing the diameter of the laser light source and reducing the spatial coherency of the laser light to make it eye-safe. Has been. This technique will be described below with reference to the drawings.
図16に、従来技術にかかるアイセーフレーザ光源の断面図を示す。アイセーフレーザ光源は、ガラスエポキシ基板8を備え、ガラスエポキシ基板8に、ザグリ穴2が形成されており、ザグリ穴2の表面は、後述する光散乱領域10で散乱された光を反射するための金メッキが施されている。このザグリ穴2の底面中央付近に半導体レーザ素子1が実装されている。ザグリ穴2内には、シリコン系樹脂4と、該樹脂と屈折率が異なる光散乱粒子3と、を混錬したものが充填された光散乱領域10が形成されている。この上に、導光部9が形成されおり、導光部9の外表面の一部は凸レンズ形状となっている。
FIG. 16 shows a cross-sectional view of an eye-safe laser light source according to the prior art. The eye-safe laser light source includes a
半導体レーザ素子1から放出されたレーザ光は、光散乱領域10で散乱されて、光散乱領域10でインコヒーレントな2次的面光源(それ以上集光不可能なランダムな指向性を有する光分布をもつ光源をいう)を形成する。これにより、半導体レーザ素子1から放出された光のアパーレント光源径が大きくなる。この2次的面光源が、その導光部9の外部表面に設けられた凸レンズによりレンズゲイン(レンズ等による見かけ光源径拡大効果)を得て、アパーレント光源径が更に大きくなる。
The laser light emitted from the
このような構成のアイセーフレーザ光源のレンズゲインは、レンズ9を構成する材料の屈折率に依存することが知られており、このためレンズ9の材料に高屈折率材料を用いることで高いレンズゲインを得ることができる。しかし、高屈折率材料には、基板8との接着性が高いことや、加工性に優れること等が求められるため、実際上利用できる屈折率値には上限がある。このため、レンズ材料の変更によって高いレンズゲインを得ることは難しく、アパーレント光源径を十分に拡大できないという問題がある。
It is known that the lens gain of the eye-safe laser light source having such a configuration depends on the refractive index of the material constituting the
このため、搭載する電子機器に求められる最低放射強度を満たし、且つ眼に対する安全性を確保した(最大許容放射強度を満たした)レーザ光源は、アパーレント光源径のマージン(アパーレント光源径の許容幅)が小さくなる。従って、使用温度の変動や、使用する回路、半導体レーザ素子等の特性のばらつきにより、安全規格を満たさないレーザ光源が増加して、歩留まりが低下するという問題がある。 For this reason, the laser light source that satisfies the minimum radiation intensity required for the electronic equipment to be mounted and that is safe for the eyes (satisfies the maximum allowable radiation intensity) is the margin of the apparent light source diameter (allowable width of the apparent light source diameter). Becomes smaller. Therefore, there is a problem that the yield is lowered due to an increase in the number of laser light sources that do not meet the safety standards due to variations in the operating temperature and variations in the characteristics of the circuits used, semiconductor laser elements, and the like.
他方、アパーレント光源径を拡大するために、光散乱領域の厚みを厚くしたり、光散乱粒子の濃度を増したりすると、放射強度が低下してしまうため、レーザ光源としての特性が低下するという問題がある。 On the other hand, if the thickness of the light scattering region is increased or the concentration of the light scattering particles is increased to increase the diameter of the apparent light source, the radiation intensity decreases, and the characteristics as a laser light source deteriorate. There is.
ここで、アイセーフレーザに関する技術としては、下記特許文献1が挙げられる。
Here, the following
上記特許文献1は、レーザ光源近傍の光散乱体の濃度を、外部側の領域の濃度よりも高くすることを提案している。この技術によると、高出力半導体発光素子を用いても、人の目に安全で、高い光の取り出し効率が得られるとされる。
しかし、この技術を用いても、十分にアパーレント光源径を大きくすることはできない。 However, even if this technique is used, the diameter of the apparent light source cannot be sufficiently increased.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、放射強度が高く、且つアパーレント光源径の大きいアイセーフレーザ光源及びこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an eye-safe laser light source having a high radiation intensity and a large diameter of an independent light source, and an electronic apparatus using the eye-safe laser light source.
上記課題を解決するための本発明の基本構成は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、を備えた光源装置であって、上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第1の領域と、外部空間側に位置する第2の領域とからなり、前記第1の領域の屈折率が、前記第2の領域の屈折率より低く、且つ前記光散乱領域の屈折率より高いことを特徴とする。
第1の本発明は、上記基本構成において、前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状であり、前記第2の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの1/2以上であり、前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±10度から±40度であることを特徴とする。
第2の本発明は、上記基本構成において、前記第1の領域の光軸方向の厚みが50μm以上であることを特徴とする。
第3の本発明は、上記基本構成において、前記光散乱領域に形成される2次的面光源の中心と、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加することを特徴とする。
The basic configuration of the present invention for solving the above problems includes a semiconductor laser element, a light scattering region provided between the laser beam emitted from the semiconductor laser element and the external space, and the light scattering region. A light guide unit provided continuously on the outer space side than the first region located on the semiconductor laser element side and the outer space side. A refractive index of the first region is lower than a refractive index of the second region and higher than a refractive index of the light scattering region.
According to a first aspect of the present invention, in the basic configuration described above, at least a part of the surface of the light guide section on the outer space side has a convex lens shape, and the thickness of the second region in the optical axis direction is the thickness of the lens. The eye half laser angle of the eye-safe laser light source is ± 10 degrees to ± 40 degrees.
According to a second aspect of the present invention, in the above basic configuration, the thickness of the first region in the optical axis direction is 50 μm or more.
According to a third aspect of the present invention, in the basic configuration described above, the center of the secondary surface light source formed in the light scattering region, an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region, Is monotonically increased as the distance from the optical axis to the arbitrary point increases.
この構成の効果について、図4、図17を用いて説明する。図17は、従来のレーザ光源のレンズゲインを説明する図であり、図4は、本発明にかかるレーザ光源のレンズゲインを説明する図である。従来の光源では、図17(a)に示すように、屈折率n1のレンズを備えるモジュールの中に埋め込まれた発光体20(その動径方向の大きさをdとする)を、距離Hはなれた外部から観察するとき、レンズの効果により発光体の大きさは、2×r1に見える。
The effect of this configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a diagram for explaining the lens gain of a conventional laser light source, and FIG. 4 is a diagram for explaining the lens gain of the laser light source according to the present invention. In the conventional light source, as shown in FIG. 17 (a), the distance H between the
図17(b)は、レンズの屈折率n2が、図17(a)に示すものよりも大きくなった場合(n2>n1)を示す。この場合、発光体から放射される光線の屈折角が大きくるので、同一距離Hはなれた外部から観察するとき、発光体20の大きさが2×r2(r2>r1)になって見える。
FIG. 17B shows a case where the refractive index n2 of the lens is larger than that shown in FIG. 17A (n2> n1). In this case, since the refraction angle of the light emitted from the light emitter is large, the size of the
元の発光体20の大きさ(2×d)に対する見かけ上の発光体20の大きさ(2×r1又は2×r2)との比率r1/d又はr2/dが、いわゆるレンズゲインである。この図から明らかなように、レンズゲインはレンズ材料の屈折率が高くなるに伴い大きくなることがわかる。
The ratio r1 / d or r2 / d of the apparent size (2 × r1 or 2 × r2) of the
上記本発明の構成では、図4に示すように、発光体20から外部空間に至るまでの間に設けられた導光部9が、光散乱領域側の低屈折率である第1の領域91と、外部空間側の高屈折率である第2の領域92からなっている。従来のレーザ光源のレンズゲインを示す図17(a)と同様に、外形レンズ(第2の領域92)の屈折率をn1とすると、レンズより距離Hだけ離れた面上で中心点を通過する光線は、図17(a)に示す光線と同じ軌道(レンズ上の距離r1)を通る。この光線をさらにレーザ素子1方向に延長していくと、第1の領域91と第2の領域92との境界面ではスネルの法則に従って発光体20の中心方向に向かって屈折し、発光体上では、d’の位置となる。以上のことからわかるように、図4の光源では、図17(a)の光源に比較してより小さい発光体20(d’<d)を用いた場合においても、放射強度を犠牲にすることなく同一のアパーレント光源径r1が得られる。逆に発光体20の大きさdが同じであると、アパーレント光源径r0を大きくできる。
また、光散乱領域と第1の領域との境界面においても、第1の領域91と第2の領域92との境界面における効果と同様の効果が得られる。よって、更にアパーレント光源径を拡大できる。
In the configuration of the present invention, as shown in FIG. 4, the
In addition, the same effect as that at the boundary surface between the
同様に、図17(b)と同様に、外形レンズの屈折率(第2の領域92)をn2とすると、図17(b)の光源に比較してより小さい発光体20を用いた場合においても、同一のアパーレント光源径が得られる。
Similarly, similarly to FIG. 17B, when the refractive index of the outer lens (second region 92) is n2, the
上記では、レンズを備えた光源について説明したが、レンズを備えない光源の場合には、レンズによるアパーレント光源径拡大効果は得られないものの、屈折率差によるアパーレント光源径拡大効果は得られる。よって、レンズを備えなくとも、アパーレント光源径を十分に拡大できる。 In the above description, the light source including the lens is described. However, in the case of the light source not including the lens, the effect of expanding the apparent light source diameter due to the difference in refractive index can be obtained, although the effect of expanding the light source diameter by the lens cannot be obtained. Therefore, even if a lens is not provided, the apparent light source diameter can be sufficiently enlarged.
また、第1の本発明では、前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状である構成により、レンズにより更にアパーレント光源径を拡大できる。
また、第1の本発明では、前記第2の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの1/2以上であり、前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±10度から±40度である。
本発明の効果を十分に得るためには、第1の本発明では、前記第2の領域の光軸方向の厚みは、前記レンズの厚みの1/2以上とする。また、第1の本発明では、アイセーフレーザ光源として適切な指向半値角度は、上記範囲内である。
In the first aspect of the present invention, the at least part of the surface of the light guide portion on the outer space side has a convex lens shape, whereby the diameter of the apparent light source can be further increased by the lens.
Further, in the first aspect of the present invention, the optical axis direction of the thickness before Symbol second region is at least half of the thickness of the lens, ± directional half angle of the eye-safe laser light source is 10 degrees ± 40 Degree.
In order to sufficiently obtain the effects of the present invention, in the first aspect of the present invention, the thickness of the second region in the optical axis direction is set to 1/2 or more the thickness of the lens. In the first aspect of the present invention, a directivity half-value angle suitable as an eye-safe laser light source is within the above range.
第2の本発明では、本発明の効果を十分に得るために、上記基本構成において、前記第1の領域の光軸方向(図1のA方向)の厚みを50μm以上とする。In the second aspect of the present invention, in order to sufficiently obtain the effects of the present invention, in the above basic configuration, the thickness of the first region in the optical axis direction (direction A in FIG. 1) is set to 50 μm or more.
第3の本発明では、上記基本構成において、前記光散乱領域上に形成される2次的面光源の中心と、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加する構成とする。In a third aspect of the present invention, in the above basic configuration, the center of a secondary surface light source formed on the light scattering region, and an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region, The distance is increased monotonously as the distance from the optical axis to the arbitrary point increases.
この構成によると、前記光散乱領域上に形成される2次的面光源から放たれた光を外側から観察すると、この境界面において大きく光軸側に屈折するため、更にアパーレント光源径をさらに拡大できる。なお、ここでは、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点とは、主要な光線(最終的に放出される光の角度が光軸と60度以内の光線)が通過する領域内の任意の点を意味する。According to this configuration, when the light emitted from the secondary surface light source formed on the light scattering region is observed from the outside, the boundary light is largely refracted to the optical axis side, so that the diameter of the apparent light source is further expanded. it can. Here, an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region is a main light beam (a light beam whose final light angle is within 60 degrees from the optical axis). Means any point in the region where
上記構成において、前記第1の領域及び前記第2の領域が、ともに同一系材料を主成分とする樹脂からなる構成とすることができる。 In the above structure, both the first region and the second region can be made of a resin whose main component is the same material.
この構成によると、同一系材料を主成分とする樹脂を用いているため、両者の接着性がよく、第1の領域と第2の領域とのはく離を防止できる。 According to this structure, since the resin which has the same system material as a main component is used, both have good adhesiveness and can prevent separation between the first region and the second region.
このような樹脂として、基板として好適に用いられるガラスエポキシとの接着性に優れ、樹脂組成を変化させることにより屈折率を変化できるエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。 As such a resin, it is preferable to use an epoxy resin that is excellent in adhesiveness with a glass epoxy suitably used as a substrate and whose refractive index can be changed by changing the resin composition.
上記構成において、前記第1の領域と前記第2の領域との屈折率差が0.04以上である構成とすることができる。 In the above structure, a difference in refractive index between the first region and the second region may be 0.04 or more.
前記第1の領域と前記第2の領域との屈折率差が0.04未満であると、アパーレント光源径拡大効果が小さくなる。よって上記のように規制することが好ましい。 If the refractive index difference between the first region and the second region is less than 0.04, the effect of expanding the apparent light source diameter is reduced. Therefore, it is preferable to regulate as described above.
上記構成において、前記光散乱領域上に形成される2次的面光源の中心と、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加する構成とすることができる。 In the above configuration, the distance between the center of the secondary surface light source formed on the light scattering region and an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region is from the optical axis. As the distance to the arbitrary point increases, a monotonously increasing configuration can be employed.
この構成によると、前記光散乱領域上に形成される2次的面光源から放たれた光はを外側から観察すると、この境界面において大きく光軸側に屈折するため、更にアパーレント光源径をさらに拡大できる。なお、ここでは、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点とは、主要な光線(最終的に放出される光の角度が光軸と60度以内の光線)が通過する領域内の任意の点を意味する。 According to this configuration, when the light emitted from the secondary surface light source formed on the light scattering region is observed from the outside, it is refracted largely toward the optical axis at this boundary surface. Can be expanded. Here, an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region is a main light beam (a light beam whose final light angle is within 60 degrees from the optical axis). Means any point in the region where
上記第3の本発明において、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面が、前記半導体レーザ素子の方向に向かって突出した凸形状である構成とすることができる。 In the third invention, the boundary surface between the first region and the second region, can be configured to be a convex shape projecting toward the direction of the semiconductor laser element.
この構成によると、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面での屈折をより大きくでき、更にアパーレント光源径を拡大できる。 According to this configuration, refraction at the boundary surface between the first region and the second region can be further increased, and the diameter of the apparent light source can be further increased.
上記構成において、前記第1の領域がエポキシ系樹脂、前記第2の領域がペット(PET:ポリエチレンテレフタレート)系樹脂である構成とすることができる。 In the above configuration, the first region may be an epoxy resin, and the second region may be a pet (PET: polyethylene terephthalate) resin.
この構成によると、エポキシ系樹脂は、おおむねペット系樹脂よりも屈折率が低く、両材料ともにモールド形成しやすく、且つ両材料の接着性に優れるので、好ましい。 According to this configuration, an epoxy resin is preferable because it has a refractive index lower than that of a pet resin, is easy to mold both materials, and is excellent in adhesion between the two materials.
上記課題を解決するための第2の本発明は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、前記光散乱領域よりも外部空間側に設けられた導光部と、を備えた光源装置であって、上記導光部は、屈折率の異なる3以上の複数の層からなり、前記複数の層は、前記半導体レーザ側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成であり、前記複数の層の屈折率は、いずれも、前記光散乱領域の屈折率より大きいことを特徴とする。 A second aspect of the present invention for solving the above problems is a semiconductor laser device, a light scattering region provided between the time when laser light emitted from the semiconductor laser device reaches an external space, and the light scattering region. A light guide unit provided on the outer space side of the light source unit, wherein the light guide unit includes three or more layers having different refractive indexes, and the plurality of layers are the semiconductor toward the laser side to the outer space side, Ri configuration der that is greater sequentially refractive index, the refractive index of the plurality of layers are both characterized by a refractive index greater than the light scattering region.
上述した効果は、導光部が二層構造だけではなく、導光部が三層以上の構成であっても同様に得られる。 The above-described effects can be obtained in the same manner even when the light guide unit has not only a two-layer structure but also a structure in which the light guide unit has three or more layers.
上記課題を解決するための第3の本発明は、上記構成のアイセーフレーザ光源を搭載した電子機器である。 A third aspect of the present invention for solving the above problems is an electronic apparatus equipped with the eye-safe laser light source having the above-described configuration.
以上説明したように、本発明によると、放射強度を低下させることなくアパーレント光源径を拡大できる。また、アパーレント光源径を拡大できるため、最大許容放射強度を向上できる。これにより、小さな外形サイズの光源を高放射強度が要求される小型電子機器に搭載することが可能となる。また、アパーレント光源径の拡大により、最大許容放射強度を大きくすることができるので、単一の光源で放射できる強度を大きくできる。よって、電子機器に必要な光源数を低減でき、この光源を搭載した電子機器の低コスト化できる。さらには、アパーレント光源径のマージンが拡大するため、歩留まりを向上でき、より一層低コスト化できる。 As described above, according to the present invention, the diameter of the apparent light source can be increased without reducing the radiation intensity. Moreover, since the diameter of the apparent light source can be increased, the maximum allowable radiation intensity can be improved. This makes it possible to mount a light source having a small outer size on a small electronic device that requires high radiation intensity. Moreover, since the maximum allowable radiation intensity can be increased by increasing the diameter of the apparent light source, the intensity that can be emitted by a single light source can be increased. Therefore, the number of light sources required for the electronic device can be reduced, and the cost of the electronic device equipped with this light source can be reduced. Furthermore, since the margin of the apparent light source diameter is expanded, the yield can be improved and the cost can be further reduced.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図面を用いて詳細に説明する。図1は実施の形態1にかかるアイセーフレーザ光源を搭載した光通信用基板モジュールの断面図である。
(Embodiment 1)
アイセーフレーザ光源は、基板8を備え、基板8上面にザグリ穴2が形成されており、ザグリ穴2の表面は、金メッキ処理が施されている。このザグリ穴2の底面中央付近に半導体レーザ1が実装されている。半導体レーザ1は、通常の端面発光型レーザである。また、金メッキは、後述する光散乱領域10により散乱した光を反射する反射膜として機能するとともに、上記半導体レーザ1の電極としても機能する。
The eye-safe laser light source includes a
半導体レーザ1は、基板8上に配置されたパッド6aと、金属ワイヤ5aにより電気的に接続される。ザグリ穴2内には、樹脂4に光散乱粒子3を混錬したものが充填され、光散乱領域10が形成されている。基板8及び光散乱領域10上には、保護膜を兼ねる低屈折率領域(第1の領域)91と、外部空間側の表面が凸レンズ形状となった高屈折率領域(第2の領域)92とからなる導光部9が形成されている。なお、レンズ形状の曲率半径は、半導体レーザの放射角度分布、光散乱粒子の濃度に応じて適時設計すればよい。なお、光散乱領域10の屈折率(樹脂4の屈折率)は、低屈折率領域91よりも小さくなっている。
The
図2は、実施の形態1にかかる光通信用基板モジュールの内部図(導光部9を取り除いた状態図)を示し、図3は、モジュールの概観図を示す。図1には図示していないが、図2に示すように、半導体レーザを駆動するIC7が基板8上に実装されている。ここで、製品の規格上、モジュールは高さ(図2のx方向に相当)に関する制約が厳しいため、光学特性を損なうことなくできるだけ高さを下げるために、図3に示すように、x方向についてはレンズの一部が切断された形状になっている。
FIG. 2 shows an internal view of the optical communication substrate module according to the first embodiment (state diagram with the
アイセーフレーザ光源の機能について、図1を用いて説明する。レーザより放出したレーザ光は、光散乱粒子3で散乱され、その進行方向を変えつつザグリ穴2内を進行する。この散乱した光は直接、またはザグリ穴2の金メッキにより反射されて光散乱領域10の上面に到達する。この上面に到達した光は、十分に散乱されており、光散乱領域10での放射角度分布は、ほぼ完全なランバート分布になる。よって、光散乱領域10の上面では、これ以上に集光できないランダムな指向性の二次元的面光源が形成される。この光が、低屈折率領域91と、高屈折率領域92とからなる導光部9を経由して、外部空間に放たれる。
The function of the eye-safe laser light source will be described with reference to FIG. The laser light emitted from the laser is scattered by the
光散乱領域10から低屈折率領域91へ入射する光は、スネルの法則に従って光散乱領域10と低屈折率領域91との境界面でその進行方向を変える。低屈折率領域91を通過した光は、高屈折率領域92へと入射するが、この境界面においてもスネルの法則に従って進行方向を変える。この時、屈折率の大小関係から、光軸Aに角度を持って放射された光線B,Cは、図に示すように光軸A側へ折り返すように屈折して、外部空間に放たれる。
The light incident on the low
アパーレント光源径拡大の原理について、図4、図17を用いて説明する。図17は、従来の光源のレンズゲインを説明する図であり、図4は、本実施の形態にかかる光源のレンズゲインを説明する図である。 The principle of increasing the diameter of the apparent light source will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a diagram for explaining the lens gain of a conventional light source, and FIG. 4 is a diagram for explaining the lens gain of the light source according to the present embodiment.
図17(a)に示すように、屈折率n1のモジュールの中に埋め込まれた動径方向の大きさをdとする発光体20(図1の光散乱領域10に相当)を距離Hはなれた外部から観察するとき、発光体20の大きさは2×r1に見える。
As shown in FIG. 17 (a), the distance H is separated from the luminous body 20 (corresponding to the
図17(b)は、レンズの屈折率n2が図17(a)に示すものよりも大きくなった場合(n2>n1)を示す。この場合、発光体20から放射される光線の屈折角が大きくなり、距離Hはなれた外部から観察するとき、発光体20の大きさが2×r2(r2>r1)になって見える。元の発光体20の大きさ2×dに対する倍率r1/dもしくはr2/dがいわゆるレンズゲインであり、レンズゲインは屈折率が高いほど大きくなる。
FIG. 17B shows a case where the refractive index n2 of the lens is larger than that shown in FIG. 17A (n2> n1). In this case, the angle of refraction of the light emitted from the
本実施の形態では、図4に示すように、発光体20(図1の光散乱領域10に相当)から外部空間に至るまでの間に位置する導光部9が、屈折率の異なる2つの層(第1の領域91と第2の領域92)からなっている。図17(a)と同様に、レンズ(第2の領域92)の屈折率をn1とすると、レンズより距離H離れた面上で中心点を通過する光線は、図17(a)に示す光線と同じ軌道(レンズ上の距離r1)を通る。この光線をさらに逆方向に延長していくと、低屈折率領域91と高屈折率領域92との境界面ではスネルの法則に従って屈折するため、発光体20上では、d’の位置となる。これより、図4の光学系では、図17(a)の光学系に比較してより小さい発光体20(d’<d)であっても同一のアパーレント光源径r1が得られることがわかる。逆に、発光体20の大きさdが同じであると、アパーレント光源径r0を大きくできる。
なお、第2の領域91の屈折率をn2とした場合も同様である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
The same applies when the refractive index of the
(実施例1)
上記実施の形態と同様の光通信用基板モジュールを作製した。作製法を以下に示す。
Example 1
A substrate module for optical communication similar to that of the above embodiment was manufactured. The manufacturing method is shown below.
厚み8mmのガラスエポキシ基板8上に、上部直径1.3mm、底部直径0.7mm、深さ0.3mmのザグリ穴2を形成し、ザグリ穴2の表面に金メッキ処理を施した。ザグリ穴2の底面中央付近に半導体レーザ1を実装した。半導体レーザ1の大きさはW0.3mm、D0.5mm、H0.1mmであり、発振波長は850nmである。この半導体レーザ1は通常の端面発光型レーザである。
A
基板8上にパッド6a〜6e配置し、このパッド6aと半導体レーザ1とを金属ワイヤ5aで電気的接続した。次にザグリ穴2内にシリコン系低硬度樹脂4(屈折率n=1.41)に平均粒径2μmのアクリル樹脂(屈折率n=1.50)からなる光散乱粒子3を混錬したものを充填し、シリコン樹脂を熱硬化させて、光散乱領域10を形成した。
基板8上に、半導体レーザ1を駆動するIC7とパッド6b〜6eとを配置し、このパッド6b〜6eとIC7とを金属ワイヤ5b〜5eで電気的に接続した。また、IC7と、ザグリ穴2とに電気的に接続している電極パッド6fとを、金属ワイヤ5fで電気的に接続した。
An
次に、部品保護膜を兼ねるエポキシ系樹脂からなる低屈折率領域(第1の領域、屈折率n=1.52)91と、半球状レンズ形状を有するペット(PET:ポリエチレンテレフタレート)系樹脂からなる高屈折率領域(第2の領域、屈折率n=1.60)92とをモールド形成して、実施例1にかかる光通信用基板モジュールを作製した。この低屈折率領域91と、高屈折率領域92とが、光を外部空間へ導く導光部9となる。なお、レンズの曲率半径は、図面xy方向について1.2mm、z方向について、1.1mmのレンズとした。また、基板上面からレンズ中心までの距離は1.0mmとした。
Next, from a low refractive index region (first region, refractive index n = 1.52) 91 made of an epoxy resin also serving as a component protective film, and a pet (PET: polyethylene terephthalate) based resin having a hemispherical lens shape The high-refractive index region (second region, refractive index n = 1.60) 92 to be formed was molded to produce a substrate module for optical communication according to Example 1. The low
実施例1にかかるアイセーフレーザ光源を、IC7を用いて駆動したところ、レーザ電流100mA、光出力80mWに対して、アパーレント光源径1.49mmを得た。また、指向半値角度は±25度、最小放射強度は±15度以内において、88mW/srであった。
When the eye-safe laser light source according to Example 1 was driven using the
(比較例1)
図16に示すように、低屈折率領域と高屈折率領域とで、保護膜とレンズとを作製するのに代えて、エポキシ樹脂(n=1.52)のみで保護膜とレンズとを備える導光部9を形成したこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1にかかる光通信用基板モジュールを作製した。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 16, instead of producing a protective film and a lens in a low refractive index region and a high refractive index region, the protective film and the lens are provided only with an epoxy resin (n = 1.52). A substrate module for optical communication according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the
比較例1にかかるアイセーフレーザ光源を、IC7を用いて駆動したところ、レーザ電流100mA、光出力80mWに対して、アパーレント光源径は1.30mmであった。また、指向半値角度は±26度、最小放射強度は±15度以内において、86mW/srであった。
When the eye-safe laser light source according to Comparative Example 1 was driven using the
上記結果から、実施例1にかかるアイセーフレーザ光源は、比較例1にかかるアイセーフレーザ光源よりも、アパーレント光源径を0.19mm拡大できたことがわかる。これは、上述した理由によるものである。 From the above results, it can be seen that the eye-safe laser light source according to Example 1 was able to expand the apparent light source diameter by 0.19 mm compared to the eye-safe laser light source according to Comparative Example 1. This is due to the reason described above.
また、指向半値角度及び最小放射強度は実施例1と比較例1とはほぼ同等であったことから、本実施例の構成を採用すると、放射強度等の光源特性を低下させることなく、アパーレント光源径を効果的に拡大できることがわかる。 In addition, since the directional half-value angle and the minimum radiant intensity were substantially the same as in Example 1 and Comparative Example 1, the adoption of the configuration of this example allowed the use of an independent light source without degrading the light source characteristics such as radiant intensity. It turns out that a diameter can be expanded effectively.
なお、上記実施例1では、低屈折率領域91としてエポキシ系樹脂材料を用いたが、さらに屈折率の低い材料、例えばシリコン系樹脂等を用いることもできる。しかし、基板8にガラスエポキシを用いる場合、基板8との密着性に優れたエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。なお、本実施例1の場合、屈折率の関係で言えば、光散乱領域10<低屈折率領域91<高屈折率領域92となる。
In the first embodiment, an epoxy resin material is used as the low
(比較の形態)
上記実施の形態1で説明したように、レンズゲインはレンズに用いる樹脂材料の屈折率を大きくすることにより、大きくできる。ここでは、比較の形態として、低屈折率領域と高屈折率領域とで保護膜とレンズを作製するのに代えて、これら二つを同一の樹脂で作製し、樹脂の屈折率をさまざまに変化させたアイセーフレーザ光源を作製し、上記実施例1にかかるアイセーフレーザ光源のアパーレント光源径と比較・検討する。図5にこの結果を示す。
(Comparison form)
As described in the first embodiment, the lens gain can be increased by increasing the refractive index of the resin material used for the lens. Here, as a comparative form, instead of producing a protective film and a lens in a low refractive index region and a high refractive index region, these two are made of the same resin, and the refractive index of the resin is changed variously. The eye-safe laser light source made is manufactured, and compared with the apparent light source diameter of the eye-safe laser light source according to Example 1 described above. FIG. 5 shows the result.
図5からわかるように、レンズに用いる樹脂の屈折率を高くしていくことで、アパーレント光源径がほぼ単調に増大することが確認できた。しかしながら、図5に示すように、実施例1で用いた高屈折率領域と同じ屈折率の樹脂を用いた場合には、実施例1よりもアパーレント光源径が小さいことがわかる。これは、図4と図17とを用いて説明した理由によるものである。なお、レンズ樹脂材料としては、屈折率1.6未満のものとしてはエポキシ系樹脂を用い、それ以上のものとしてはペット樹脂を用いた。 As can be seen from FIG. 5, it was confirmed that the diameter of the apparent light source increased almost monotonously by increasing the refractive index of the resin used for the lens. However, as shown in FIG. 5, when the resin having the same refractive index as that of the high refractive index region used in Example 1 is used, the apparent light source diameter is smaller than that in Example 1. This is due to the reason described with reference to FIGS. As the lens resin material, an epoxy resin was used as a material having a refractive index of less than 1.6, and a pet resin was used as a material having a refractive index of more than that.
(実施の形態2)
図6に実施の形態2にかかるアイセーフレーザ光源を示す。図4を用いた考察から、アパーレント光源径拡大の効果は、低屈折率領域91の厚さが厚いほど大きくなることが考えられる。しかしながら、低屈折率領域91と、高屈折率領域92との境界面がレンズ先端部分にあると、当該部分を通過する光量そのものが減少してしまうという問題が生じる。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows an eye-safe laser light source according to the second embodiment. From the consideration using FIG. 4, it is conceivable that the effect of expanding the diameter of the apparent light source increases as the thickness of the low
ここで、本実施の形態では、低屈折率領域91と、高屈折率領域92との境界面を、レンズ先端部の方への移動させたときのアパーレント光源径拡大効果を検討した。ここで、レンズ中心部からの距離(D1/H1、H1=1.1mm)をパラメータとし、高屈折率領域92の屈折率を変えて、アパーレント光源径拡大効果の変化を観察した。なお、その他の構造はすべて実施例1と同じである。
Here, in the present embodiment, the effect of expanding the apparent light source diameter when the boundary surface between the low
ここで、低屈折率領域91の屈折率は1.52以上の条件で、最もアパーレント光源径が拡大できるように個々に最適化した。さまざまな光源を作製した結果、低屈折率領域として屈折率1.52のとき、最もアパーレント光源径を拡大できることが確認された。
Here, the refractive index of the low
また、D1/H1が0.5を超えると、どの様な屈折率の樹脂であってもアパーレント光源拡大効果は期待できないことが確認された。これは、低屈折率領域91と、高屈折率領域92との境界面がレンズ先端部分にあると、当該部分を通過する光量そのものが減少してしまうためと考えられる。
Further, it was confirmed that when D1 / H1 exceeds 0.5, the effect of expanding the apparent light source cannot be expected with any refractive index resin. This is presumably because if the boundary surface between the low-
図7に、低屈折率領域として屈折率1.52の樹脂を用い、D1/H1と、高屈折率領域の屈折率の値と、アパーレント光源径と、の三者関係を示す。縦軸は、比較例1との差であり、正の値はアパーレント光源径の拡大効果があることを示す。 FIG. 7 shows a ternary relationship between D1 / H1, the value of the refractive index of the high refractive index region, and the diameter of the apparent light source using a resin having a refractive index of 1.52 as the low refractive index region. The vertical axis is the difference from Comparative Example 1, and a positive value indicates that there is an effect of expanding the apparent light source diameter.
図7より、境界面が界面4(D1/H1=0.5)の条件であると、どのような屈折率の樹脂を用いても、光源径拡大の効果がほとんどないことがわかる。一方、境界面が界面1(D1/H1=0.125)の条件であると、高屈折率領域92としてどのような屈折率の樹脂を用いても、光源径拡大の効果があることがわかる。
As can be seen from FIG. 7, when the boundary surface is in the condition of the interface 4 (D1 / H1 = 0.5), there is almost no effect of increasing the light source diameter regardless of the refractive index resin used. On the other hand, when the boundary surface is in the condition of the interface 1 (D1 / H1 = 0.125), it can be seen that there is an effect of expanding the light source diameter regardless of the resin having any refractive index as the high
また、低屈折率領域91と高屈折率領域92との屈折率差が、0.04未満(高屈折率領域の屈折率が1.56未満)であると、境界面の位置によらず効果が小さいことがわかる。また、屈折率差が0.08以上であり、且つD1/H1<0.5であると、アパーレント光源径の拡大効果が大きいことがわかる。よって、低屈折率領域91と高屈折率領域92との屈折率差は、0.04以上であることが好ましく、0.08以上であることがより好ましい。
In addition, when the refractive index difference between the low
アパーレント光源径拡大効果を有するD1/H1の範囲は、光源モジュールのサイズや、レンズ設計指針により変化すると思われるが、指向半値角度±10度〜40度において、D1/H1が0.5未満の範囲で効果があることが確認された。これは、指向半値角度毎に、最適なレンズ形状はほぼ固定され、光源モジュールのサイズの違いは、レンズサイズの拡大や縮小により対応できることに由来しているものと考えられる。 The range of D1 / H1 having the effect of expanding the diameter of the apparent light source is considered to vary depending on the size of the light source module and the lens design guidelines, but D1 / H1 is less than 0.5 at the directivity half-value angle of ± 10 degrees to 40 degrees. It was confirmed that the range was effective. This is probably because the optimum lens shape is substantially fixed for each directional half-value angle, and the difference in the size of the light source module can be dealt with by increasing or decreasing the lens size.
(実施の形態3)
本実施の形態3では、低屈折率領域91の厚みと、アパーレント光源径拡大効果との関係を考察する。図8に示すように、低屈折率領域91と高屈折率領域92の境界面を、レンズ中心から2次的面光源へ、つまり基板8へ向かって移動させたときの結果を図9に示す。なお、基板とレンズ中心との距離は1.0mmとした。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the relationship between the thickness of the low
図9から、低屈折率領域91と高屈折率領域92との境界面が、レンズ中心に近いほど(D2/H2が小さくなるほど)効果があることがわかる。しかし、D2/H2=0.95であっても、十分にアパーレント光源径を拡大できることがわかる。この時、実際の低屈折率領域91の厚さは50μmである。
From FIG. 9, it can be seen that the closer the boundary surface between the low
(実施の形態4)
実施の形態4では、さらにアパーレント光源径拡大効果を奏する境界面形状について検討する。図10に示すように、低屈折率領域91と高屈折率領域92との境界面が、半導体レーザ素子側に向かって突出した凹形状であることを特徴としている。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the boundary surface shape that further exhibits the effect of expanding the apparent light source diameter is examined. As shown in FIG. 10, the boundary surface between the low
実際の凹形状については使用する樹脂材料、目的とするアパーレント光源径に応じて適時設計すればよい。この実施の形態では、光軸から離れるに従い、2次的面光源から低屈折率領域91と高屈折率領域92との境界面までの距離が遠くなっていることが特徴である。この形態においては、外部から観察した光線は、光散乱領域側に延長すると、第1の領域91と第2の領域92との境界面で内側(光軸側)に大きく屈折するので、レンズゲインを大きくする効果がある。
What is necessary is just to design an actual concave shape timely according to the resin material to be used and the target apparent light source diameter. This embodiment is characterized in that the distance from the secondary surface light source to the boundary surface between the low
上記実施の形態1〜4すべてに関わる放射強度−角度パターンへの影響を検討する。アイセーフレーザ光源のように、樹脂内部で大きく広がったレーザ光を空間に放射する場合、その放射強度−角度分布を制御することが困難になる。特に、集光性が悪くなるため、狭い角度範囲に光量を集中的に配することが難しい。この様な場合であっても、レンズ材料の屈折率が高いほど、光は大きく屈折するため、集光性を高めることが可能となる。 The influence on the radiation intensity-angle pattern related to all of the first to fourth embodiments will be examined. When laser light that has spread widely inside the resin is emitted into space like an eye-safe laser light source, it is difficult to control the radiation intensity-angle distribution. In particular, since the light condensing performance is deteriorated, it is difficult to concentrate the light amount in a narrow angle range. Even in such a case, the higher the refractive index of the lens material, the more light is refracted, and thus the light condensing property can be improved.
図11点線は、比較例1で作製した単一樹脂材料を用い、屈折率をさまざまに変化させた場合の、±15度の円錐内での最低放射強度を表したものである。また、図11の○は、実施の形態3の界面5の条件で作製したアイセーフレーザ光源について、高屈折率領域92の樹脂材料の屈折率を変化させて、放射強度を測定したものである。図11点線からわかるように、樹脂の屈折率が大きくなるに伴い、集光性が向上して最低放射強度が増していく傾向があるが、樹脂の屈折率が1.62より大きくなると、屈折率に適したレンズ形状値から外れるため、上に凸のカーブを描くようになる。また、同様の傾向が、本実施の形態においても見られることがわかる。
The dotted line in FIG. 11 represents the minimum radiant intensity within a cone of ± 15 degrees when the single resin material produced in Comparative Example 1 is used and the refractive index is changed variously. In FIG. 11, for the eye-safe laser light source manufactured under the condition of the interface 5 in the third embodiment, the radiation intensity is measured by changing the refractive index of the resin material in the high
このことから、低屈折率領域91は、放射強度には大きな影響を与えることなく、放射強度は高屈折率領域92の屈折率で決定されると考えられる。よって、低屈折率領域91を導入することにより、放射強度には影響を与えず、アパーレント光源サイズを拡大することができる。
From this, the low
上記実施の形態で用いたアイセーフレーザ光源では、高屈折率領域92は樹脂材料にて形成したが、さらに高屈折率を有するガラス材であっても良い。特に、ガラスにおいてもモールド形成可能なモールドガラスであれば、上述した作製方法をそのまま利用できるので、低コストで光源を作製できる。
In the eye-safe laser light source used in the above embodiment, the high
(実施の形態5)
本実施の形態5では、青色半導体レーザ(波長400nm帯)を用いた照明装置について説明する。図12は、青色半導体レーザ素子を用いた照明装置である。図14(b)は、基板の概観図であり、図14(a)は光源単位ユニットの詳細図である。
(Embodiment 5)
In Embodiment 5, an illumination device using a blue semiconductor laser (wavelength 400 nm band) will be described. FIG. 12 shows an illumination device using a blue semiconductor laser element. FIG. 14B is a schematic view of the substrate, and FIG. 14A is a detailed view of the light source unit.
図14に示すように、基板8に設けられたザグリ穴2と、その内部に配置された半導体レーザ素子1は、実施の形態1と同じように、光散乱粒子3と、樹脂4とで囲まれている。
As shown in FIG. 14, the
図12に示すように、この基板は、蛍光体11を含む低屈折率領域91でモールドされ、さらに同じく蛍光体11を含む高屈折率領域92でモールド形成されている。低屈折率領域91と高屈折率領域92は同じ厚さで作製する。
As shown in FIG. 12, the substrate is molded with a low
この蛍光体11は、例えばインジウムナイトライド(InN)化合物半導体粒子からなり、そのサイズは約5nm、6nm、13nmである。これら蛍光体11は、波長400nmの光により励起され、それぞれ青、緑、赤の蛍光を発する。結果、これらの色が混色され、白色の照明装置として用いることができる。なお、この蛍光体は波長に対して十分に小さいため、蛍光体により光が散乱されることはない。
The
光散乱は、光散乱粒子3の存在する光散乱領域で起こり、この領域で2次的面光源が形成され、レーザ光は、導光部9を通過して外部空間へ放射される。ここでは、高屈折率領域92は、レンズ形状をなさないものの、空気との屈折率差により大きなレンズゲインを有し、最終的なアパーレント光源径が決定される。レンズ曲面が形成されないので、上記実施の形態2で説明したような高屈折率領域92の厚さに対する制約は無い。なお、レンズゲインは、実施の形態1と同様に、導光部9として低屈折率領域91と高屈折率領域92との二層構造ではなく単一の材料を用いた場合よりも大きい。
Light scattering occurs in a light scattering region where the
本実施の形態のように、鋭い指向角度が要求されない照明機器等では、レンズ形状を有しない平面形状を適用できる。本実施の形態では、アパーレント光源径の拡大が容易に行えるため、照明装置そのものを薄型で設計することが可能となり、半導体レーザの個数を同一にした場合であっても、照明装置として強度および輝度のムラを押さえることができ、照明装置を大型化できる。 As in the present embodiment, in a lighting device or the like that does not require a sharp directivity angle, a planar shape having no lens shape can be applied. In this embodiment, since the diameter of the apparent light source can be easily increased, the illumination device itself can be designed to be thin, and the intensity and brightness of the illumination device can be achieved even when the number of semiconductor lasers is the same. Can be suppressed, and the lighting device can be enlarged.
このような、薄型で大型化可能な照明装置は、例えば液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。この照明装置を用いることで、従来の蛍光灯よりさらに薄型のバックライトを実現でき、先に述べたように輝度ムラのない美しい画面を実現することができる。また、近年実現されつつある発光ダイオードを用いたバックライトと比較しても、一定の使用時間における光強度の低下量が少なく長期信頼性に優れたバックライト光源(照明装置)となる。 Such a thin and large-sized lighting device can be used as a backlight of a liquid crystal display, for example. By using this illuminating device, it is possible to realize a thinner backlight than the conventional fluorescent lamp, and it is possible to realize a beautiful screen without uneven brightness as described above. In addition, compared with a backlight using a light emitting diode that has been realized in recent years, the backlight light source (illumination device) has a small amount of decrease in light intensity over a certain period of use and excellent long-term reliability.
照明装置の耐候性、信頼性の観点から、材料間のはく離などを生じにくくするため、低屈折率領域91の材料と高屈折率領域92の材料は同一材料系樹脂からなることが好ましい。本実施の形態では、例えば、両樹脂材料ともにエポキシ系樹脂からなり、組成を調整することで、低屈折率領域91を屈折率1.52、同じく高屈折率領域92を1.56というように設定することができる。
From the viewpoint of weather resistance and reliability of the lighting device, it is preferable that the material of the low
(実施の形態6)
本実施の形態6は、実施の形態5の照明装置において、それぞれのレーザに印加される電流に信号を変調し重畳することで照明装置兼光通信装置としたものである。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment is an illumination apparatus and optical communication apparatus in the illumination apparatus according to the fifth embodiment, in which a signal is modulated and superimposed on a current applied to each laser.
図14に照明装置兼光通信装置の例を示す。図12の照明装置を格納した光透過性筐体12から、変調された可視光信号が、部屋全体に配光される。可視光線の場合、空間に放射可能な放射強度は、赤外線の場合より大きくすることが可能であり、通信可能距離が伸びる。また、照明光のみが存在する室内で利用する場合には、受信特性に影響を与える背景光を制御することが可能となり、さらなる受信感度の向上が可能となる。また発光ダイオードを用いた場合に比べて半導体レーザは変調特性が優れており、通信速度の点においても有利である。
FIG. 14 shows an example of a lighting device / optical communication device. A modulated visible light signal is distributed to the entire room from the
以上説明したように、本発明にかかるアイセーフレーザ光源は、放射強度の低下を招くことなくアパーレント光源径を大きくできるため、人が見ることが生じる場所への設置する、高放射強度が要求される電子機器への搭載が可能となる。また、光源の小型化が用意となり、小型の光無線通信機器等に搭載することが可能となる。よって、発光ダイオードを用いる場合よりも高速な光通信が可能となる。 As described above, the eye-safe laser light source according to the present invention can increase the diameter of the apparent light source without causing a decrease in the radiation intensity. It can be mounted on electronic devices. In addition, the light source can be miniaturized and can be mounted on a small optical wireless communication device or the like. Therefore, optical communication can be performed at a higher speed than when a light emitting diode is used.
また、輝度ムラを抑えた面光源としても用いることができ、照明機器等への適用が可能となる。よって産業上の意義は大きい。 It can also be used as a surface light source with reduced luminance unevenness, and can be applied to lighting equipment and the like. Therefore, the industrial significance is great.
1・・・半導体レーザ素子
2・・・ザグリ穴(金属反射面)
3・・・光散乱粒子
4・・・シリコン系低硬度樹脂
5・・・ワイヤ
6・・・電極パッド
7・・・IC
8・・・基板
9・・・導光部
91・・・低屈折率領域(第1の領域)
92・・・高屈折率領域(第2の領域)
10・・・光散乱領域
11・・・蛍光体
12・・・照明器筐体
20・・・発光体
DESCRIPTION OF
3 ...
8 ...
92... High refractive index region (second region)
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、
を備えた光源装置であって、
上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第1の領域と、外部空間側に位置する第2の領域とからなり、
前記第1の領域の屈折率が、前記第2の領域の屈折率より低く、且つ前記光散乱領域の屈折率より高く、
前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状であり、
前記第2の領域の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの1/2以上であり、
前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±10度から±40度である、
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。 A semiconductor laser element;
A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
A light source device comprising:
The light guide section includes a first region located on the semiconductor laser element side and a second region located on the external space side,
The refractive index of the first region is lower than the refractive index of said second region, rather, high than the refractive index of the light scattering region,
At least a part of the external space side surface of the light guide part has a convex lens shape,
The thickness of the second region in the optical axis direction is 1/2 or more of the thickness of the lens,
The half-value angle of the eye-safe laser light source is ± 10 degrees to ± 40 degrees,
An eye-safe laser light source.
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
を備えた光源装置であって、A light source device comprising:
上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第1の領域と、外部空間側に位置する第2の領域とからなり、The light guide section includes a first region located on the semiconductor laser element side and a second region located on the external space side,
前記第1の領域の屈折率が、前記第2の領域の屈折率より低く、且つ前記光散乱領域の屈折率より高く、The refractive index of the first region is lower than the refractive index of the second region and higher than the refractive index of the light scattering region;
前記第1の領域の光軸方向の厚みが50μm以上である、The thickness in the optical axis direction of the first region is 50 μm or more.
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。An eye-safe laser light source.
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
を備えた光源装置であって、A light source device comprising:
上記導光部は、前記半導体レーザ素子側に位置する第1の領域と、外部空間側に位置する第2の領域とからなり、The light guide section includes a first region located on the semiconductor laser element side and a second region located on the external space side,
前記第1の領域の屈折率が、前記第2の領域の屈折率より低く、且つ前記光散乱領域の屈折率より高く、The refractive index of the first region is lower than the refractive index of the second region and higher than the refractive index of the light scattering region;
前記光散乱領域に形成される2次的面光源の中心と、前記第1の領域と前記第2の領域との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加する、The distance between the center of the secondary surface light source formed in the light scattering region and an arbitrary point on the boundary surface between the first region and the second region is from the optical axis to the arbitrary point. As the distance increases, it increases monotonously.
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。An eye-safe laser light source.
ことを特徴とする請求項3記載のアイセーフレーザ光源。 The boundary surface between the first region and the second region is a convex shape protruding toward the direction of the semiconductor laser element,
The eye-safe laser light source according to claim 3 .
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のアイセーフレーザ光源。 Both the first region and the second region are made of a resin whose main component is the same material,
The eye-safe laser light source according to any one of claims 1 to 4, wherein the eye-safe laser light source is provided.
こと特徴とする請求項5記載のアイセーフレーザ光源。 The resin is an epoxy resin,
The eye-safe laser light source according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載のアイセーフレーザ光源。 The refractive index difference between the first region and the second region is 0.04 or more.
Eye-safe laser source according to any one of claims 1 to 6, characterized in that.
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、
を備えた光源装置であって、
上記導光部は、屈折率の異なる3以上の複数の層からなり、
前記複数の層は、前記半導体レーザ素子側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成であり、
前記複数の層の屈折率は、いずれも、前記光散乱領域の屈折率より大きく、
前記導光部の外部空間側の表面の少なくとも一部が、凸レンズ形状であり、
前記導光部を構成する層のうち、前記光散乱領域と最も離れた層の光軸方向の厚みが、前記レンズの厚みの1/2以上であり、
前記アイセーフレーザ光源の指向半値角度が±10度から±40度である、
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。 A semiconductor laser element;
A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
A light source device comprising:
The light guide part is composed of a plurality of layers having three or more different refractive indexes,
The plurality of layers are configured such that the refractive index increases sequentially from the semiconductor laser element side toward the external space side,
The refractive indexes of the plurality of layers are all greater than the refractive index of the light scattering region,
At least a part of the external space side surface of the light guide part has a convex lens shape,
Of the layers constituting the light guide part, the thickness in the optical axis direction of the layer farthest from the light scattering region is ½ or more of the thickness of the lens,
The half-value angle of the eye-safe laser light source is ± 10 degrees to ± 40 degrees,
An eye-safe laser light source.
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
を備えた光源装置であって、A light source device comprising:
上記導光部は、屈折率の異なる3以上の複数の層からなり、The light guide part is composed of a plurality of layers having three or more different refractive indexes,
前記複数の層は、前記半導体レーザ素子側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成であり、The plurality of layers are configured such that the refractive index increases sequentially from the semiconductor laser element side toward the external space side,
前記複数の層の屈折率は、いずれも、前記光散乱領域の屈折率より大きく、The refractive indexes of the plurality of layers are all greater than the refractive index of the light scattering region,
前記導光部を構成する層のうち、前記光散乱領域と接する層の光軸方向の厚みが50μm以上である、Of the layers constituting the light guide part, the thickness of the layer in contact with the light scattering region in the optical axis direction is 50 μm or more.
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。An eye-safe laser light source.
前記半導体レーザ素子から放出されたレーザ光が外部空間に至るまでの間に設けられた光散乱領域と、
前記光散乱領域よりも外部空間側に連続して設けられた導光部と、
を備えた光源装置であって、
上記導光部は、屈折率の異なる3以上の複数の層からなり、
前記複数の層は、前記半導体レーザ素子側から外部空間側に向かって、順次屈折率が大きくなっている構成であり、
前記複数の層の屈折率は、いずれも、前記光散乱領域の屈折率より大きく、
前記光散乱領域に形成される2次的面光源の中心と、前記導光部を構成する層のうち、前記光散乱領域と接する層と当該光散乱領域と接する層に接する層との境界面における任意の点と、の距離が、光軸から該任意の点までの距離が大きくなるに伴い、単調増加する、
ことを特徴とするアイセーフレーザ光源。 A semiconductor laser element;
A light scattering region provided between the time when the laser light emitted from the semiconductor laser element reaches the external space;
A light guide unit continuously provided on the outer space side of the light scattering region;
A light source device comprising:
The light guide part is composed of a plurality of layers having three or more different refractive indexes,
The plurality of layers are configured such that the refractive index increases sequentially from the semiconductor laser element side toward the external space side,
The refractive index of the plurality of layers are both rather greater than the refractive index of the light scattering region,
A boundary surface between the center of the secondary surface light source formed in the light scattering region and a layer in contact with the light scattering region and a layer in contact with the light scattering region among the layers constituting the light guide unit The distance from an arbitrary point in increases monotonously as the distance from the optical axis to the arbitrary point increases.
An eye-safe laser light source.
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