KR20120099126A

KR20120099126A - 레이저 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120099126A
Application number: KR1020127018928A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 자이베르트
Original assignee: 오스람 아게
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-09-06
Also published as: US20120294326A1; TWI431878B; CN102668278B; WO2011076506A1; CN102668278A; TW201140970A; DE102009055225B4; EP2491629A1; US8913641B2; KR101405868B1; DE102009055225A1; EP2491629B1

Abstract

본 발명은 반도체 레이저에 대해 위치 조절되는 렌즈를 가진 레이저 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 렌즈가 먼저 레이저 빔의 확장 방향에 대해 수직하게 이동하게 되고, 그 결과 상기 레이저 빔에 의해 투과되며, 상기 렌즈의 광학 축선이 상기 레이저 빔의 확장 방향에 대해 평행하게 놓인다. 그 다음, 상기 렌즈가 유동성 재료를 이용한 결합 연결부에 의해 렌즈 홀더에 고정되며, 상기 유동성 재료가 결합 연결부를 형성하기 위해 경화되고, 이에 따라, 상기 레이저 빔의 확장 방향에 대해 수직한 렌즈의 이동성이 제한된다.

Description

레이저 장치의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A LASER DEVICE}

본 발명은 레이저 빔을 방출하도록 설계된 반도체 레이저와 상기 반도체 레이저에 대해 위치 조절되는 렌즈를 가진 레이저 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 독창적으로 제조된 레이저 장치와 투사 분야에서의 그 용도에 관한 것이다.

반도체 레이저에서, p-도핑 영역과 n-도핑 영역 사이의 천이 영역에서 정공과 전자의 재결합 프로세스에 의해 빛이 발생되며, 반도체 재료의 선택에 의해 방출된 파장을 결정하는 것이 가능하고, 그 범위는 통상적으로 근적외선에서 자외선까지이다.

종래 기술로부터 알려진 레이저 장치에서, 상기 반도체 레이저는 금속 하우징 내에 조립되며, 레이저 빔의 포커싱을 위해 렌즈가 상기 하우징 내에 제공된다. 그 내부에서, 렌즈는 하우징 커버의 통공에 안착되며, 억지 끼워맞춤에 의해 제 위치에 유지된다.

본 발명은 반도체 레이저에 대해 위치 조절되는 렌즈를 가진 레이저 장치의 제조 방법을 공개하고자 하는 목적에 기반한다.

본 발명에 따르면, 이 목적은, 상기 렌즈가 먼저 레이저 빔의 확장 방향에 대해 수직하게 이동하게 되고, 그 결과 상기 레이저 빔에 의해 투과되며, 상기 렌즈의 광학 축선이 상기 레이저 빔의 확장 방향에 대해 평행하게 놓이고, 그 다음, 상기 렌즈가 유동성 재료를 이용한 결합 연결부에 의해 렌즈 홀더에 고정되며, 상기 유동성 재료가 결합 연결부를 형성하기 위해 경화되고, 이에 따라, 상기 레이저 빔의 확장 방향에 대해 수직한 렌즈의 이동성이 제한되는 방법에 의해 실현된다.

따라서, 상기 렌즈는 레이저 빔의 확장 방향에 대해 광학 축선이 평행하게 놓이도록 배향된다. 또한, 그 평행성(parallelism)은, 바람직하게는 최대 5°의 편차로, 특히 바람직하게는 최대 2°의 편차로, 어느 한 측면에서 최대 15° 각도 이내에 주어지는 것으로 간주된다. 또한, 레이저 빔은 수렴성으로 또는 발산성으로 진행할 수 있으므로, 상기 확장 방향은 다수의 방향들의 평균일 수 있다.

상기 광학 축선에 의해 레이저 빔의 확장 방향에 대해 평행하게 배향된 렌즈는 레이저 빔의 확장 방향에 대해 수직하게 이동하게 되고, 그 결과 상기 레이저 빔에 의해 투과된다. 용어 "수직하게"는 전술한 각도 허용 오차 이내인 것으로 이해된다. 선택적으로, 상기 렌즈는, 상기 광학 축선에 대해 수직하게 이동하기 전에, 그 동안에 또는 그 후에, 광학 축선을 따라 이동하게 될 수도 있다. 한편, 상기 렌즈 홀더는 렌즈에 대해 고정된 상태 위치에서 상기 렌즈와 함께 이동하게 될 수 있으며, 이는 확장 방향으로만 또는 그에 대해 수직한 방향으로 이루어질 수도 있다. 한편, 상기 렌즈 홀더는 렌즈와는 무관하게 이동하게 될 수도 있으며, 이에 따라, 예를 들면, 먼저 렌즈가 단부 위치로 이동한 다음, 렌즈 홀더가 위치될 수 있으며, 또는 먼저 렌즈 홀더가 확장 방향으로 이동한 다음, 렌즈가 렌즈 홀더를 따라 그에 대해 횡방향으로 이동하게 될 수 있다.

상기 확장 방향에 대해 수직하게 이동한 후, 상기 렌즈는 당해 렌즈의 이동성이 제한되도록 결합 연결부에 의해 렌즈 홀더에 고정된다. 이와 관련하여, 상기 용어 "이동성"은 반도체 레이저에 대하여 렌즈의 위치가 변화될 수 있다는 사실을 나타내며, 예컨대, 상기 렌즈는 가이드 장치의 가이드 툴에 유지되어 그들과 함께 상기 반도체 장치에 대하여 이동하게 된다. 또한, 이동성은, 특히 렌즈가 현재 움직이고 있지 않은 경우에도 존재하며, 렌즈가 유지 툴 내에 유지되기 때문에, 이동 장치에 의해 이동하게 될 수도 있다. 이동성은 렌즈와 렌즈 홀더 사이에서, 즉 용접, 납땜 또는 접착에 의해 경화하는 유동성 재료를 이용한 결합 연결부에 의해 영구적으로 제한될 수 있다.

따라서, 본 발명의 범위 내에 속하는 결합 연결부는 2개의 부품들을 그 부품들 사이에서 또는 그 부품들 위에서 결합 연결부를 형성하도록 경화하는 유동성 재료를 이용하여 서로에 대해 제 위치에 영구적으로 고정한다. 상기 재료는 초기에 유동성 액체 상태이며, 즉 소정의 점성을 가지며, 바람직하게, 이 상태로 도포될 수도 있다. 그 다음, 상기 재료는, 예컨대 공기 또는 다른 기체와의 접촉으로 인하여, 또는 화학 반응물의 첨가로 인하여, 예컨대, 빛과의 상호작용으로 인하여, 또는 냉각으로 인하여, 액체 상태로부터 고체화된 상태로 변한다. 이 상태에서, 상기 재료는 변형에 대해 저항성이 있으며, 즉, 실질적으로 그 형태를 유지하지만, 선택적으로, 기계적 응력에 대해 탄성적으로 또는 점소성적으로 여전히 반응할 수 있다. 기계적인 영향으로 인해, 특히, 힘, 가열 또는 화학적 처리를 사용하여 결합 연결부가 분리되어야만, 부품들이 다시 서로에 대해 움직일 수 있다는 면에서 상기 연결부는 영구적이다.

본 발명에 따르면, 상기 렌즈가 먼저 상기 확장 방향에 대해 수직하게 이동한 다음, 제 위치에 고정되며, 상기 렌즈는 반도체 레이저에 대해 개별적으로 조절되도록 고도의 정밀도로 위치될 수 있다. 따라서, 예컨대, 조립에 기인한 반도체 레이저의 위치 변화가 렌즈 위치에 의해 보상될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 개시되어 있다. 본 발명의 레이저 장치의 제조 방법, 레이저 장치 및 용도 양태들에 대한 설명에서 더 이상 구체적으로 구분하지는 않을 것이며, 상세한 설명은 모든 카테고리와 연관되는 것으로 절대적으로 이해되어야 한다.

본 발명의 제 1 실시예에 따라, 상기 렌즈는 상기 확장 방향으로 이동하게 되지만, 상기 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈의 이동성이 제한되면 이동하지 않는다. 바람직하게, 상기 렌즈 홀더는 이와 관련한 레이저 빔의 확장 방향으로 이동가능하게 장착되며, 바람직하게, 이 방향에서의 렌즈 위치는 렌즈와 렌즈 홀더 사이의 지지면에 의해, 특히 바람직하게 평탄한 지지면에 의해 고정된다.

바람직하게, 확장 방향에서의 이동가능한 장착은, 특히 바람직하게, 선형적인 운동에 의해, 렌즈 홀더(그리고 그에 따른 렌즈의 접촉면)와 반도체 레이저 사이에 많은 수의 상대적 위치들을 허용한다. 이동가능한 장착은, 예컨대, 나사식 조인트에 의해 제공될 수도 있으나, 그 회전 축선이 확장 방향으로 배향된다.

반도체 레이저와 렌즈의 접촉면 사이의 상대적 위치는, 예컨대, 광학적으로, 기계적으로 또는 전기적으로, 거리 측정에 의한 제어로 조절될 수 있다. 바람직하게, 접촉면과 반도체 레이저 사이의 상대 위치의 조절은 렌즈를 통한 경로를 따르는 레이저 빔의 함수로서, 그리고, 특히 그 직경의 함수로서 이루어진다.

상기 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈의 이동성이 제한되면(반드시 아직 제한되지 않았다 하더라도), 렌즈의 위치가 레이저 빔의 확장 방향으로 이미 고정되어 있다는 것은 중요하다.

다른 개선예에서, 상기 확장 방향에 대해 수직한 렌즈의 이동성이 상기 확장 방향에서의 이동성과 동시에 제한된다. 이를 위하여, 한편으로, 상기 확장 방향에서의 렌즈 홀더의 이동성이 이미 제한될 수 있고, 이에 따라, 렌즈 홀더와 렌즈 사이의 결합 연결부가 상기 확장 방향에서와 상기 확장 방향에 대해 수직한 그의 이동성을 제한한다. 상기 렌즈는 이를 위해, 예컨대, 2회 위치 조절될 수 있으며, 이에 따라, 제 1 위치 조절 후, 그의 함수로서 렌즈 홀더의 이동성이 제한되고, 제 2 위치 조절 후, 렌즈 홀더와 렌즈 사이의 결합 연결부가 생성된다.

다른 한편으로, 렌즈와 렌즈 홀더 사이의 결합 연결부가 상기 확장 방향에서 홀더의 이동성 제한과 동시에 생성될 수도 있다. 바람직하게, 상기 렌즈가 레이저 빔의 편향과 직경에 대해 미리 규정된 소정의 값이 얻어지도록 먼저 이동하게 되고, 따라서, 상기 렌즈가 최종적으로 조절된 위치에 놓이게 된다. 그 결과, 상기 렌즈 홀더는 상기 렌즈와 동시에 또는 심지어 동조하여 또는 그와 독립적으로 이동하게 될 수 있다. 상기 렌즈가 조절된 위치에 놓였으면, 상기 렌즈와 렌즈 홀더의 이동성은 동시에 제한된다.

다른 실시예에서, 상기 확장 방향에 대해 수직하게 이동하는 동안, 상기 렌즈는 렌즈 홀더의 단부면 상의 평탄한 지지면을 따라 가이드되며, 그렇지 않았다면 상기 렌즈는 자유로운 상태이다. 따라서, 이는 조립을 위해 사용되는 가이드 장치에 의해 대부분 렌즈 홀더에 연결되며, 이 가이드 장치는 상기 평탄한 지지면을 따른 이동성이 제한되면 제거된다. 따라서, 바람직하게, 상기 렌즈 홀더는 확장 방향에 대해 수직하게 배향된 평탄한 지지면을 포함하고, 그 위에서, 예컨대, 평면오목 또는 평면볼록 렌즈의 평탄한 면이 평탄한 지지면에 자리잡는다. 이제 상기 렌즈가 확장 방향을 향하여 이동하게 되면, 상기 확장 방향에서 렌즈의 위치는 평탄한 지지면으로 인하여 변하지 않는다.

상기 렌즈가 렌즈 홀더에 필수적으로 접촉하여야 하는 것은 아니다. 따라서, 가이드 툴이 렌즈 홀더에 접촉하거나, 가이드 툴이나 렌즈가 렌즈 홀더에 접촉하지 않고 이를 향하여 실질적으로 일정한 간격으로 단지 이동하도록 하는 것도 가능하다. 레이저 빔의 직경이 프로세스에서 변하지 않고, 예컨대, 레이저 빔의 편향의 함수로서, 상기 렌즈의 위치가 확장 방향에 대해 수직하게 조절될 수 있는 것이 중요하다. 평탄한 측면을 가진 렌즈에 부가하여, 예컨대, 광학 축선에 대해 수직하게 융기하는 원형의 돌출부를 가진 렌즈가 또한 제공될 수 있으며, 반도체 레이저를 대면하고 있는 상기 돌출부의 면은 렌즈 홀더 상의 평탄한 지지면에 자리잡고 있다.

상기 렌즈가 조립시 렌즈 홀더 상에 평탄하게 놓일지라도, 그리고, 선택적으로 이에 접촉할지라도, 상기 렌즈는 그러나 조립을 위해 사용된 후 제거되는 가이드 장치에 의해 렌즈 홀더에 단지 연결된다. 따라서, 용어 "연결된다"는 가이드하기에는 충분하지만 힘을 사용하지 않고 다시 분리될 수도 있는 물리적 연결을 나타내며, 즉, 특히 결합 연결부가 아니다. 따라서, 렌즈가 렌즈 홀더의 평탄한 지지면을 따라 이동하면, 렌즈 홀더와 렌즈는, 예컨대, 가이드 장치의 가이드 툴에 의해, 예컨대, 클램핑, 나사결합 또는 진공 메커니즘을 이용하여 유지된다.

다른 실시예에서, 레이저 빔의 확장 방향으로 그리고 그 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈가 이동한 후, 렌즈 홀더는 자유로운 상태인 렌즈로 가이드 된다(그리고, 그 결과, 조립을 위해 사용되고 렌즈 홀더와 렌즈 사이에 결합 연결부가 생성되면 제거되는 가이드 장치에 의해 대부분 렌즈에 연결된다). 따라서, 상기 렌즈는, 예컨대, 가이드 장치의 가이드 툴에 의해 반도체 레이저에 대해 조절된 위치로 이동하게 된다. 상기 가이드 장치의 가이드 툴에 의해 또한 유지될 수 있는 상기 레이저 홀더는, 당해 렌즈가 조절된 위치에 있고 더 이상 움직이지 않으면, 상기 렌즈를 향하여 전진하게 된다. 따라서, 바람직하게, 상기 렌즈, 렌즈 홀더 및 반도체 레이저는 가능한 조립체 장치와 함께, 그들이 가이드 툴에 유지되는 조절 과정 중 오직 가이드 장치에 의해서만 서로에 대해 연결된다.

상기 렌즈 홀더가 함께 이동하지 않으면, 상기 렌즈의 이동은 특히 용이하게 가능한데, 이 경우, 조절시 오직 가이드 툴만 이동하면 되기 때문이다. 상기 렌즈 홀더가 위치 결정 후 렌즈를 향해 오직 전진하게 되며, 이는, 예컨대, 2개의 가이드 툴 간의 협력에 의해, 선택적으로, 거리에 기초한 속도 조절에 의해, 이루어질 수 있다.

바람직하게, 렌즈와 렌즈 홀더가 (통상적으로 예상되는 서로에 대한 상대 운동의) 하나의 영역에서 평탄한 접촉면을 갖기 때문에, 렌즈를 향한 확장 방향에서의 렌즈 홀더의 이동 외에 다른 조절이 필요하지 않다. 렌즈 홀더와 가이드 장치 또는 하우징과 같은 반도체 레이저의 조립체 장치 사이의 결합 연결부는 확장 방향에서의 렌즈 홀더의 이동성을 제한하고, 렌즈와 렌즈 홀더 사이의 제 2 결합 연결부는 확장 방향에 대해 수직한 (그리고, 또한 확장 방향에서의) 렌즈의 이동성을 제한한다. 상기 렌즈는 상기 2개의 결합 연결부에 의해 반도체 레이저에 대해 제 위치에 고정된다.

다른 실시예에서, 렌즈와 렌즈 홀더가 진공에 의해 가이드 장치의 가이드 툴 상에 유지된다. 따라서, 한편으로, 상기 렌즈 홀더와 렌즈는 이동성이 아직 제한되지 않는 한, 위치 결정시 견고하게 유지되고 가이드된다. 다른 한편으로, 상기 렌즈 홀더와 렌즈는 간단히 진공을 제거함으로써 연결부를 분리하지 않고 다시 해제될 수 있으며, 이에 따라, 조절된 위치와의 간섭을 피할 수 있다.

상기 가이드 툴과 렌즈 또는 렌즈 홀더는 서로에 대해 적응될 수 있으며, 이에 따라, 예컨대, 상기 가이드 툴은 렌즈 홀더 또는 렌즈의 대응하는 외표면의 돔(dome)에 적응된 흡인 개구를 가질 수 있다. 다른 한편으로, 상기 렌즈 또는 렌즈 홀더에 평탄한 면이 또한 제공될 수 있으며, 그 면에서 가이드 툴의 대응하는 평탄한 흡인 개구가 평탄한 지지면에 자리잡는다.

다른 실시예에서, 상기 반도체 레이저는 하우징 내에 장착되며, 상기 확장 방향으로의 렌즈의 이동성은 하우징과 렌즈 홀더 사이의 결합 연결부에 의해 제한된다. 상기 확장 방향에 대해 수직한 평면에서, 상기 하우징은, 예컨대, 곡선형 또는 심지어 직사각형 단면을 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 렌즈 홀더는 렌즈가 이동하기 전에 당해 렌즈 홀더가 하우징으로 밀려 들어갈 수 있도록 통공을 가진 관형체이고, 상기 렌즈가 이동하기 전에, 상기 하우징으로 밀려 들어간다. 확장 방향에서 보면, 상기 통공은 하우징의 함수로서 실질적으로 원형 또는 심지어 직사각형 단면을 가질 수 있고, 바람직하게, 관형체의 내벽이 확장 방향으로 이동할 때 하우징의 대향하는 외측면 상에서 평탄한 지지면을 갖도록 설계된다. 확장 방향으로 이동하기 위해 필요한 운동 자유도의 범위 내에서, 상기 평탄한 지지면은 확장 방향에 대해 수직한 렌즈 홀더의 이동성을 제한한다. 이 바람직한 실시예에 의하면, 상기 렌즈 홀더는 (실질적으로) 확장 방향으로 이동할 수 있다(초점들의 간격을 변화시키지 않는 회전 운동은 이런 의미에서 이동이 아니다).

다른 실시예에서, 상기 확장 방향과 그 확장 방향에 대해 수직하게 제 2 렌즈가 이동하게 되고, 그 다음, 유동성 재료의 도포를 이용하여 결합 연결부에 의해 제 2 렌즈 홀더에 고정되며, 상기 유동성 재료는 결합 연결부를 형성하기 위해 경화된다. 상기 제 2 렌즈 홀더와 제 2 렌즈는 전술한 방식으로 이동할 수 있으며, 상기 결합 연결부에 의해 이동성-방향이 제한될 수 있다. 상기 제 2 렌즈 홀더의 이동성은, 제 1 렌즈 홀더에 대해, 또는 반도체 레이저의 조립체 장치, 예컨대, 하우징에 대해, 결합 연결부에 의해 제한될 수 있다. 2개의 렌즈가 제공되었기 때문에, 확장 방향에서 볼 때, 타원형 단면 프로파일을 가진 레이저 빔은, 예컨대, 원통형 렌즈에 의해 실질적으로 원형 단면 프로파일이 되도록 변화될 수 있다. 타원형 단면 프로파일은, 예컨대, 직사각형, 특히 정사각형이 아닌 프로파일을 가진 반도체 레이저 자체 내의 도파관의 기하학적 형태에 의해 생성된다. (원형) 레이저 빔의 편향과 직경은 확장 방향에서 볼 때 회전 대칭인 제 2 렌즈에 의해 전술한 방식으로 변화될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 레이저 빔은 렌즈가 이동하는 동안 광학 센서에 조사된다. 상기 레이저 빔은 렌즈로부터 센서로 직접 떨어지거나, 다른 광학 시스템에 의해 센서로 조사될 수 있다. 상기 센서는, 예컨대, 다이오드로 구성될 수 있으며, 레이저 빔의 편향이 2개의 다이오드 배열체를 이용한 감산에 의해 일 방향에서 측정될 수 있다. 상기 레이저 빔의 편향은 평면에서 아날로그식으로 결정될 수 있으며, 또는 그 직경이 4개의 다이오드들 또는 4사분면을 가진 하나의 다이오드(4사분면 다이오드)를 사용하여 결정될 수 있다. 또한, 감광성 요소 매트릭스로 제조된 CCD(전하결합소자) 센서를 사용하는 것도 가능하다.

따라서, 광학 센서는 레이저 빔의 편향 또는 직경과 무관한 전기 신호를 제공할 수 있으며, 그 후 이들은, 예컨대, 자동 제어 또는 조절 유닛으로 공급되거나, 작업자가 시각적으로 판독할 수 있도록 디스플레이될 수 있다. 따라서, 전자 신호로 선택적으로 변환될 수도 있는 상기 전기 신호들은 렌즈 이동시 제어된 변수들로서 바람직하게 사용된다.

다른 실시예에서, 상기 결합 연결부는 접착제에 의해 생성된다. 예컨대, 렌즈 홀더와 렌즈 사이가 접착 조인트인 경우, 한편으로 렌즈 홀더와 렌즈에 대한 접착제의 접착으로 인하여, 그리고 다른 한편으로는 접착제의 내부 강도로 인하여, 렌즈 홀더와 렌즈 사이에는 (분리가 불가능하지 않음에도 불구하고) 고정된 연결부가 존재한다.

예컨대, 용제 함유 접착제, 분산 접착제, 화학 경화 접착제가 접착제로서 사용될 수 있다. 플라스틱 재료에 부가하여, 상기 접착제는 금속 또는 유리와 같은 성분을 함유할 수도 있으며, 경화시 수축이 최소화될 정도로 그 조성이 더 최적화될 수 있다.

바람직하게, 접착제가 수축할 때 개별 부품들에 가해지는 힘들이 서로 실질적으로 상쇄하도록, 접착제는 물리적으로 배열된다(이는 결합 연결부에 대해서도 일반적으로 적용된다). 확장 방향에서 볼 때 곡선형인 렌즈의 경우, 접착제는, 예컨대, 그 전체 둘레에 제공될 수 있으며, 접착제 방울이 그 둘레를 따라 등거리에 제공될 수 있다.

특히, 접착제는 자외선 경화 접착제일 수 있다. 예컨대, 아크릴레이트에 기반한 자외선 경화 접착제가 먼저 예비 경화(pre-cured)될 수 있다. 바람직하게, 후속하는 예비 경화만큼 조기에 렌즈와 렌즈 홀더로부터 가이드 툴이 분리될 수 있으며, 이에 따라, 상기 가이드 장치는 다음 레이저 장치의 조절을 위해 다시 이용가능하게 된다. 그 다음, 예비 경화된 부품들이 완전히 경화될 수 있으며, 이는 서로 다른 파장 또는 램프 와트로 이루어질 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 렌즈 홀더는 자외선 투과성 재료로 제조되고, 하우징과 렌즈 홀더 사이의 접착 조인트는 자외선 조사에 의해 경화된다. 결합 연결부의 재료와는 대조적으로, 렌즈 홀더는 렌즈가 이동하기 전에도 변형에 대해 저항하는 상태이며, 따라서, 바람직하게, 자외선 투과성 재료 또는 실리카 글라스가 제공된다. 따라서, 자외선 조사의 경우, 렌즈 홀더로 인한 섀도우 형성이 저감될 수 있다. 바람직하게, 접착제는 렌즈 홀더와 하우징의 기하학적 형태의 함수로서 단일 방향으로부터의 조사에 의해 예비 경화되거나 완전히 경화될 수 있다. 특히 바람직하게, 하우징과 렌즈 홀더 사이 그리고 렌즈 홀더와 렌즈 사이의 접착 조인트들은 동시에 예비 경화되거나 완전히 경화된다.

다른 실시예에서, 상기 렌즈 홀더의 추가적인 개구에 의해 유동성 재료가 하우징으로 도입된다. 예컨대, 렌즈의 접촉면에 대향하는 렌즈 홀더의 외표면이 유동성 재료를 도포하기 위해 접근하기 어렵다면, 이에 따라 하우징과 렌즈 홀더 사이의 결합 연결부가 얻어질 수 있다. 상기 추가적인 개구는 통공에 대해 필수적인 것은 아니지만 90°의 각도로, 그러나 0°내지 180°범위의 임의의 각도로 횡 방향으로 연장한다.

또한, 본 발명은 반도체 레이저, 렌즈 및 렌즈 홀더를 가진 레이저 장치에 관한 것으로, 상기 렌즈는 선행 청구항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법으로 반도체 레이저에 대해 위치 조절되며, 경화되는 유동성 재료를 이용한 결합 연결부에 의해 렌즈 홀더에 고정된다.

또한, 본 발명은 레이저 RGB 모듈 내에 독창적으로 제조된 레이저 장치의 용도에 관한 것이다. 이러한 유형의 모듈은, 예컨대, 투사 장치, 특히 휴대용 투사 장치의 부품으로서 사용될 수 있다. 이러한 이유로, 최고의 해상도 요건, 예컨대, 비디오 그래픽 어레이(VGA) 또는 확장형 비디오 그래픽 어레이(EVGA)가 또한 가능하다. 3개의 주요 색, 즉 적색, 녹색 및 청색이 레이저 빔 소오스에 의해 각각 발생되며, 단일의 빔 또는 스팟이 생성되도록 대응하는 광학 시스템에 의해 중첩된다. 따라서, 이러한 이유로 그에 대응하는 고해상도가 얻어질 수 있으며, 빔들의 오프셋이 100㎛, 75㎛, 50㎛ 및 25㎛를 초과하도록 허용되지 않으며, 이 순서로 선호도가 증가한다. 따라서, 반도체 레이저에 대해 렌즈의 위치가 조절되고, 상기 렌즈가 레이저 빔의 편향과 직경을 모두 조절하는 본 발명에 따라 제조된 레이저 장치는, 예컨대, 그러한 응용분야에 특히 적합하다.

이하, 예시적 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 하며, 개별적인 특징들이 다른 조합으로도 본 발명에 필수적일 수 있으며, 본 발명의 모든 카테고리들을 함축적으로 인용하기 위하여 필수적일 수 있다.
도 1은 접착 조인트에 의해 렌즈 홀더에 고정된 렌즈를 도시한 도면이고,
도 2는 레이저 빔의 편향의 함수로서 렌즈의 이동을 도시한 도면이며,
도 3은 다양한 렌즈 홀더의 단면 프로파일을 도시한 도면이고,
도 4는 2개의 렌즈 홀더를 가진 레이저 장치를 도시한 도면이며,
도 5는 도 4의 상세도이다.

도 1은 레이저 빔(2)을 방출하는 반도체 레이저(1)를 가진 레이저 장치를 도시하고 있다. 레이저 빔(2)은 결합 연결부(4)에 의해 렌즈 홀더(5)에 고정된 렌즈(3)에 의해 포커싱된다. 렌즈 홀더(5)는 다른 결합 연결부(6)에 의해 반도체 레이저의 하우징(7)에 고정되며, 이에 따라, 상기 레이저 장치(1)에 대해서도 제 위치에 고정된다.

렌즈 홀더(5)는 통공(8)을 갖고, 상기 통공 속으로 하우징(7)이 약간 밀려들어 가며, 상기 결합 연결부를 제공하기 전에는 하우징(7)의 마운팅 베이스(9)의 지지면까지 렌즈 홀더를 이동시키는 것이 가능하였다. 하우징(7)의 외표면 상의 통공(8)의 지지면으로 인하여, 렌즈 홀더는 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 수직한 방향과 관련하여 제 위치에 고정된다. 레이저 빔(2)의 확장 방향과 그에 수직한 방향에서 렌즈 위치를 조절한 다음, 하우징(7) 위로 이미 밀려들어간 렌즈 홀더(5)가 렌즈를 향해 전진하게 될 수 있다. 렌즈(3)는 렌즈 홀더(5) 상의 평탄한 지지면에 자리잡기 때문에, 레이저 빔(2)의 확장 방향에서 렌즈 홀더(5)의 이동은 상기 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 수직한 방향에서의 렌즈(3)의 위치와는 무관하게 이루어질 수 있다. 렌즈 홀더(5)가 위치 조절된 렌즈(3)까지 전진하였으면, 자외선 경화 접착제를 사용하여 하우징(7)과 렌즈 홀더(5) 사이, 그리고, 렌즈(3)와 렌즈 홀더(5) 사이에 결합 연결부(4)가 생성된다. 렌즈 홀더(5)가 자외선 투과성 재료로 제조되었으므로, 렌즈 홀더와 하우징 사이의 결합 연결부는 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 반대 방향으로부터의 자외선 조사에 의해 경화될 수 있다.

도 2는 3개의 가이드 툴(11)을 가진 가이드 장치를 도시하고 있으며, 하우징(7)을 구비한 반도체 레이저(1), 렌즈 홀더(5) 및 렌즈(3)가 유지되고, 마지막 2개의 부품들은 진공에 의해 가이드 툴(11) 상에 유지된다. 레이저 빔(2)은 렌즈(3)를 통과한 다음, 센서(12)에 충돌하며, 상기 센서에 의해 레이저 빔(2)의 편향과 직경이 측정된다. 센서(12)는 대응하는 전기 신호를 평가 유닛(13)으로 전달하고, 상기 평가 유닛은 가이드 장치(10)를 이용하여 렌즈(3)의 위치를 조절한다.

도 3은 다양한 렌즈 홀더(5)의 단면을 도시하고 있으며, 단면의 평면들은 레이저 빔(2)의 확장 방향을 모두 포함하고(상위 열), 이 방향에 대해 수직하게 또한 배향되어 있다(하위 열). 렌즈 홀더(5)는 선형의 연속적인 통공(8) 또는 스탑(15)이 생성되도록 테이퍼진 통공(8)을 가질 수 있다. 이러한 스탑(15)은, 렌즈 홀더(5)와 하우징(7) 사이에 결합 연결부(6)가 제공되기 전에, 하우징(7) 상에 안착될 수 있다. 상기 확장 방향에 대해 횡 방향으로 상기 통공(8)까지 연장하는 추가적인 개구(16)가 상위 우측 단면 형태에 또한 제공되어 있다. 렌즈(3)의 접촉면에 대향하는 렌즈 홀더(5)의 측면이 접근하기 어렵다면, 이 개구(16)를 통해 하우징(7)과 렌즈 홀더(5) 사이로 접착제가 또한 도입될 수 있다.

렌즈 홀더(5)는 곡선형 외표면을 가질 수 있으며, 이 경우, 진공 툴(11)은 그 곡선형 외표면에 맞도록 개조되고, 또는, 진공을 발생시키는 가이드 툴(11)이 평탄하게 놓이도록, 상기 렌즈 홀더가 평탄한 외표면을 갖거나, 대체로 평탄한 외면을 가진 형태일 수 있다. 통공(8)은 하우징의 기하학적 형태, 즉, 곡선형, 특히 원형, 또는 직사각형, 특히 정사각형에 맞도록 개조될 수 있다.

도 4는 2개의 렌즈 홀더와 2개의 렌즈를 각각 가진 본 발명에 따라 제조된 레이저 장치를 도시하고 있다. 상위 도면에서, 제 2 렌즈 홀더(25)는 반도체 레이저(1)의 하우징(7) 상의 결합 연결부(6)에 고정된 제 1 렌즈 홀더(5)에 결합 연결부(26)에 의해 고정된다. 제 1 렌즈(3)의 직경은 제 1 렌즈 홀더(5)의 외경보다 더 작고, 이에 따라, 조절시 통상적인 위치 결정 범위 내에서, 결합 연결부(4)가 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈 홀더(5) 위로 돌출되지 않는다. 따라서, 제 1 렌즈 홀더(5)의 외측면 상의 평탄한 지지면을 이용하여, 제 2 렌즈 홀더(25) 또한 제 1 렌즈(3)의 조립 후 확장 방향으로 이동하게 될 수 있다.

하위 도면은 상호 상보적인 하프(halves)로서 설계된 2개의 렌즈 홀더를 도시하고 있다. 제 1 렌즈 홀더(5)는 하우징(7) 주위에 완전히 안착하지 않으며, 마찬가지로, 제 2 렌즈 홀더(25)는 결합 연결부(6)에 의해 하우징(7)에 고정된다. 따라서, 2개의 렌즈 홀더를 가진 레이저 장치가 확장 방향에 대해 수직한 방향과 관련하여 특히 컴팩트하게 설계될 수 있으며, 이에 따라, 2개의 레이저 장치들이 서로로부터 더 작은 간격으로 모듈 내에 위치될 수 있다.

확장 방향에서 본 도 5는 도 4의 하위 도면에 있는 제 1 렌즈 홀더(5)의 평탄한 지지면을 도시하고 있다. 제 1 렌즈(3)는 확장 방향에 대해 수직하게 평탄한 지지면(30)을 따라 이동하게 될 수 있으며, 주위를 둘러싼 결합 연결부(4)(미도시)에 의해 그 이동성이 제한되어 있다. 상기 평탄한 지지면(30)이 확장 방향에 대해 수직한 방향에서 하우징(7) 위로 단지 부분적으로 돌출하기 때문에, 제 2 렌즈 홀더(25)는 상기 평탄한 지지면(30)을 지나 이동할 수 있으며, 이에 따라, 제 2 렌즈 홀더는 하우징(7)에 대한 결합 연결부(6)에 의해 이동성이 제한될 때까지 확장 방향으로 이동하게 될 수 있다.

Claims

레이저 빔(2)을 방출하도록 설계된 반도체 레이저(1)와 상기 반도체 레이저(1)에 대해 위치 조절되는 렌즈(3)를 가진 레이저 장치의 제조 방법으로서,
상기 렌즈(3)가 먼저 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 수직하게 이동하게 되고, 그 결과 상기 레이저 빔(2)에 의해 투과되며,
상기 렌즈(3)의 광학 축선이 상기 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 평행하게 놓이고,
그 다음, 상기 렌즈(3)가 유동성 재료를 이용한 결합 연결부(4)에 의해 렌즈 홀더(5)에 고정되며, 상기 유동성 재료가 결합 연결부를 형성하기 위해 경화되고,
이에 따라, 상기 레이저 빔(2)의 확장 방향에 대해 수직한 렌즈(3)의 이동성이 제한되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈(3)는 상기 확장 방향으로 이동하게 되지만, 상기 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈(3)의 이동성이 제한되면 이동하지 않는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 확장 방향에 대해 수직한 렌즈(3)의 이동성이 상기 확장 방향에서의 이동성과 동시에 제한되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장 방향에 대해 수직하게 이동하는 동안, 상기 렌즈(3)는 렌즈 홀더(5)의 단부면 상의 평탄한 지지면을 따라 가이드되며, 상기 렌즈(3)는 조립을 위해 사용되는 가이드 장치(10)에 의해서만 렌즈 홀더에 연결되며, 이 가이드 장치는 상기 평탄한 지지면을 따른 이동성이 제한되면 제거되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장 방향으로 그리고 그 확장 방향에 대해 수직하게 렌즈(3)가 이동한 후, 상기 렌즈 홀더(5)는 렌즈(3)로 가이드 되고, 그 결과, 조립을 위해 사용되고 렌즈 홀더(5)와 렌즈(3) 사이에 결합 연결부(4)가 생성되면 제거되는 가이드 장치(10)에 의해서만 상기 렌즈에 연결되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈(3)와 렌즈 홀더(5)가 가이드 장치(10)의 가이드 툴(11)의 진공에 의해 유지되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 레이저(1)는 하우징(7) 내에 장착되며, 상기 확장 방향으로의 렌즈(3)의 이동성은, 당해 결합 연결부를 형성하도록 경화하는 유동성 재료를 이용하여, 하우징(7)과 렌즈 홀더(5) 사이의 결합 연결부(6)에 의해 제한되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 렌즈 홀더(5)는 당해 렌즈 홀더(5)가 하우징(7)으로 밀려 들어갈 수 있도록 통공(8)을 가진 관형체이고, 상기 렌즈(3)가 이동하기 전에, 상기 하우징(7)으로 밀려 들어가는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장 방향과 그 확장 방향에 대해 수직하게 제 2 렌즈(23)가 이동하게 되고, 상기 제 2 렌즈는 결합 연결부를 형성하기 위해 경화되는 유동성 재료를 이용한 결합 연결부(24)에 의해 제 2 렌즈 홀더(25)에 고정되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔(2)이, 상기 렌즈(3)가 이동하는 동안, 광학 센서(12)에 조사되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 11 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합 연결부는 접착제, 특히, 자외선 경화 접착제에 의해 생성되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 1 항, 제 7 항 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 홀더(5)는 자외선 투과성 재료로 제조되고, 하우징(7)과 렌즈 홀더(5) 사이의 접착 조인트는 자외선 조사에 의해 경화되는,
레이저 장치의 제조 방법.
제 8 항, 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 홀더(5)의 추가적인 개구(16)에 의해 유동성 재료가 하우징(7)으로 도입되는,
레이저 장치의 제조 방법.
반도체 레이저(1), 렌즈(3) 및 렌즈 홀더(5)를 가진 레이저 장치로서,
상기 렌즈(3)는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 반도체 레이저(1)에 대해 위치 조절되며, 경화되는 상기 유동성 재료를 이용한 결합 연결부(4)에 의해 렌즈 홀더(5)에 고정되는,
레이저 장치.
레이저 RGB 모듈 내에서, 특히 휴대용 투사 장치의 부품으로서의 제 14 항에 따른 레이저 장치의 용도.