特開 2023-39772 光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023039772

(43)【公開日】2023-03-22

(54)【発明の名称】光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20230314BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

G02B6/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147052

(22)【出願日】2021-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】三浦 勇一

【テーマコード（参考）】

2H137

5F142

【Ｆターム（参考）】

2H137AB11

2H137BA44

2H137BA52

2H137BB02

2H137BB14

2H137BC02

2H137BC31

2H137CA34

2H137DA14

5F142AA01

5F142BA02

5F142BA32

5F142CB14

5F142CD01

5F142DB12

5F142DB17

5F142DB18

5F142DB22

5F142DB24

5F142DB28

(57)【要約】

【課題】実装される複数の発光素子のそれぞれから出射される光の光量を高精度に検出可能な光デバイスを提供する。
【解決手段】光デバイス１は、基板と、基板に実装され、第１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光を出射する第２発光素子と、第１発光素子から光が入射されることに応じて出射光を他端から出射する光学素子と、第１発光素子から第１光の光量に応じた電流を出力する第１光電変換素子と、第２発光素子から第２光の光量に応じた電流を出力する第２光電変換素子と、第１発光素子及び第１光電変換素子と第２発光素子及び第２光電変換素子との間に配置され、第１光が第２光電変換素子に入射することを防止すると共に、第２光が第１光電変換素子に入射することを防止する第１遮蔽壁とを有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に実装され、第１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、
前記第１発光素子と並んで前記基板に配置され、前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光を出射する第２発光素子と、
一端が前記第１発光素子及び前記第２発光素子に対向するように配置され、前記第１発光素子から光が入射されることに応じて出射光を他端から出射する光学素子と、
前記第１発光素子の前記光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、前記第１発光素子から第１光の光量に応じた電流を出力する第１光電変換素子と、
前記第２発光素子の前記光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、前記第２発光素子から第２光の光量に応じた電流を出力する第２光電変換素子と、
前記第１発光素子及び前記第１光電変換素子と前記第２発光素子及び前記第２光電変換素子との間に配置され、前記第１光が前記第２光電変換素子に入射することを防止すると共に、前記第２光が前記第１光電変換素子に入射することを防止する第１遮蔽壁と、
を有する、ことを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

第１側板部、前記第１側板部に対向して配置される第２側板部、前記第１側板部と前記第２側板部とを接続する第３側板部、前記第３側板部に対向して配置される第４側板部、及び前記第１側板部、前記第２側板部、前記第３側板部及び前記第４側板部を覆うように配置される上板部を有し、前記第１発光素子、前記第２発光素子、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子を収容する収容空間を前記基板と共に形成する凹部が形成される筐体を更に有し、
前記第１遮蔽壁は、前記上板部に接合される、請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記上板部は、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子に対向する位置よりも前記第１発光素子及び前記第２発光素子に対向する位置よりも低くなるように形成され、前記第１光及び前記第２光を反射する反射面を有する、請求項２に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記反射面は、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子に対向する位置から前記第１発光素子及び前記第２発光素子に対向する位置に向かって傾斜する傾斜面である、請求項３に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記第１発光素子と反対の方向に前記第２発光素子と並んで前記基板に配置され、前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光を出射する第３発光素子と、
前記第３発光素子の前記光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、前記第３発光素子から第３光の光量に応じた電流を出力する第３光電変換素子と、
前記第２発光素子及び前記第２光電変換素子と前記第３発光素子及び前記第３光電変換素子との間に配置され、前記第２光が前記第３光電変換素子に入射することを防止すると共に、前記第３光が前記第２光電変換素子に入射することを防止する第３遮蔽壁と、
を更に有する、請求項１～４の何れか一項に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記基板に配置され、前記第１発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第１サブ基板と、
前記第１サブ基板と並んで前記基板に配置され、前記第２発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第２サブ基板と、
前記第３発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第３サブ基板と、
前記光学素子の他端を支持する架台と、
前記第１サブ基板、前記第２サブ基板及び前記第３サブ基板と前記架台とに支持された前記光学素子に覆われるように、前記基板に実装される温度検出センサと、
を更に有する、請求項５に記載の光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

赤色、緑色及び青色の光を出射するレーザダイオードを発光素子として使用する光デバイスにおいて、レーザダイオードのそれぞれから出射される光の光量を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、出射光の一部をミラーによって分光し、分光された光の光量をフォトダイオードで検出する技術が記載されている。特許文献１に記載される技術では、４４０ｎｍから６４０ｎｍまでの赤色、緑色及び青色の光の波長を検出可能な感度特性を有するフォトダイオードを採用することで、三色混合された合波光の光量を高感度に検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１５４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載される技術では、三色混合された合波光の光量を検出するため、赤色、緑色及び青色の光を出射するレーザダイオードのそれぞれから出射される光の光量を別個に検出することは容易ではない。レーザダイオードのそれぞれの近傍にフォトダイオードを配置することで、レーザダイオードのそれぞれから出射される光の光量を別個に検出することができる。しかしながら、レーザダイオードが隣接して配置されるとき、隣接して配置される他のレーザダイオードから光が入射して、レーザダイオードのそれぞれから出射される光の光量の検出精度が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するものであり、実装される複数の発光素子のそれぞれから出射される光の光量を高精度に検出可能な光デバイスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光デバイスは、基板と、基板に実装され、第１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、第１発光素子と並んで基板に配置され、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光を出射する第２発光素子と、一端が第１発光素子及び第２発光素子に対向するように配置され、第１発光素子から光が入射されることに応じて出射光を他端から出射する光学素子と、第１発光素子の光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、第１発光素子から第１光の光量に応じた電流を出力する第１光電変換素子と、第２発光素子の光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、第２発光素子から第２光の光量に応じた電流を出力する第２光電変換素子と、第１発光素子及び第１光電変換素子と第２発光素子及び第２光電変換素子との間に配置され、第１光が第２光電変換素子に入射することを防止すると共に、第２光が第１光電変換素子に入射することを防止する第１遮蔽壁とを有する。

【0007】

さらに、本発明に係る光デバイスは、第１側板部、第１側板部に対向して配置される第２側板部、第１側板部と第２側板部とを接続する第３側板部、第３側板部に対向して配置される第４側板部、及び第１側板部、第２側板部、第３側板部及び第４側板部を覆うように配置される上板部を有し、第１発光素子、第２発光素子、第１光電変換素子及び第２光電変換素子を収容する収容空間を基板と共に形成する凹部が形成される筐体を更に有し、第１遮蔽壁は、上板部に接合されることが好ましい。

【0008】

さらに、本発明に係る光デバイスでは、上板部は、第１光電変換素子及び第２光電変換素子に対向する位置よりも第１発光素子及び第２発光素子に対向する位置よりも低くなるように形成され、第１光及び第２光を反射する反射面を有することが好ましい。

【0009】

さらに、本発明に係る光デバイスでは、反射面は、第１光電変換素子及び第２光電変換素子に対向する位置から第１発光素子及び前記第２発光素子に対向する位置に向かって傾斜する傾斜面であることが好ましい。

【0010】

さらに、本発明に係る光デバイスでは、第１発光素子と反対の方向に前記第２発光素子と並んで前記基板に配置され、前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光を出射する第３発光素子と、前記第３発光素子の前記光学素子に対向する面と反対の面に対向して配置され、前記第３発光素子から第３光の光量に応じた電流を出力する第３光電変換素子と、前記第２発光素子及び前記第２光電変換素子と前記第３発光素子及び前記第３光電変換素子との間に配置され、前記第２光が前記第３光電変換素子に入射することを防止すると共に、前記第３光が前記第２光電変換素子に入射することを防止する第３遮蔽壁とを更に有することが好ましい。

【0011】

さらに、本発明に係る光デバイスは、基板に配置され、前記第１発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第１サブ基板と、前記第１サブ基板と並んで前記基板に配置され、前記第２発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第２サブ基板と、前記第３発光素子が実装されると共に、前記光学素子の一端を支持する第３サブ基板と、前記光学素子の他端を支持する架台と、前記第１サブ基板、前記第２サブ基板及び前記第３サブ基板と前記架台とに支持された前記光学素子に覆われるように、前記基板に実装される温度検出センサとを更に有することが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る光デバイスは、実装される複数の発光素子のそれぞれから出射される光の光量を別個に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る光デバイスの斜視図である。

【図2】図１に示す光デバイスの筐体を除いた斜視図である。

【図3】図１に示す光デバイスの分解斜視図である。

【図4】図１に示す光デバイスの底面図である。

【図5】図１に示すＤ－Ｄ線に沿う断面図である。

【図6】図１に示すＥ－Ｅ線に沿う断面図である。

【図7】図１に示す光デバイスの筐体を除いた背面図である。

【図8】図１に示す光デバイスの拡大側面図である。

【図9】（ａ）は図１に示す筐体の斜視図（その１）であり、（ｂ）は図１に示す筐体の斜視図（その２）である。

【図10】（ａ）は図２に示す第１サブ基板の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ａで示される部分の拡大斜視図である。

【図11】（ａ）は図２に示す第２サブ基板の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ｂで示される部分の拡大斜視図である。

【図12】（ａ）は図２に示す第３サブ基板の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ｃで示される部分の拡大斜視図である。

【図13】図２に示す光学素子の内部ブロック図である。

【図14】変形例に係るサブ基板の製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示の一側面に係る光デバイスについて図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0015】

（実施形態に係る光デバイスの構成及び機能）
図１は第１実施形態に係る光デバイスの斜視図であり、図２は図１に示す光デバイスの筐体を除いた斜視図であり、図３は図１に示す光デバイスの分解斜視図であり、図４は図１に示す光デバイスの底面図である。図５は図１に示すＤ－Ｄ線に沿う断面図であり、図６は図１に示すＥ－Ｅ線に沿う断面図であり、図７は図１に示す光デバイスの筐体を除いた背面図であり、図８は図１に示す光デバイスの拡大側面図である。

【0016】

光デバイス１は、第１基板２と、第２基板３と、筐体４と、第１フォトダイオード５と、第２フォトダイオード６と、第３フォトダイオード７と、第１ツェナーダイオード８と、第２ツェナーダイオード９と、第３ツェナーダイオード１０とを有する。また、光デバイス１は、第１サブ基板１１と、第２サブ基板１２と、第３サブ基板１３と、第１発光素子１４と、第２発光素子１５と、第３発光素子１６と、光学素子１７と、架台１８と、レンズ１９と、サーミスタ２０とを更に有する。光デバイス１は、外部から所定の電圧が印加されることに応じて、白色光を出射する。

【0017】

第１基板２及び第２基板３は、例えば窒化アルミ等の剛性及び放熱性が高い材料で形成される。第１基板２は、矩形の平面形状を有し、光デバイス１の底面を形成する。第１基板２の表面には第２基板３が配置され、第１基板２の裏面には光デバイス１を制御する制御装置と光デバイス１との間を電気的な接続するための複数の電極対が配置される。第１基板２の裏面に配置される電極対は、第１フォトダイオード５と、第２フォトダイオード６と、第３フォトダイオード７のアノード及びカソードに接続される電極対２ｒ１、２ｇ１及び２ｂ１を含む。また、第１基板２の裏面に配置される電極対は、第１発光素子１４、第２発光素子１５及び第３発光素子の表面電極及び裏面電極に接続される電極対２ｒ２、２ｇ２及び２ｂ２を含む。さらに、第１基板２の裏面に配置される電極対は、サーミスタ２０の両端に接続された電極対２ｓを含む。

【0018】

第１基板２の外縁には、第１基板２と筐体４とを接合するための接合部材２０１が配置される。接合部材２０１は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材である。なお、第１基板２及び第２基板３は、別体の基板であるが、実施形態に係る光デバイスでは、第１基板２及び第２基板３は、一体の基板であってもよい。

【0019】

第２基板３の表面には、第１フォトダイオード５～第３ツェナーダイオード１０、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３、架台１８及びサーミスタ２０が表面に実装される。第１フォトダイオード５～第３ツェナーダイオード１０、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３、架台１８及びサーミスタ２０が実装される領域以外の表面の領域は、絶縁層であるソルダーペースト３０１に覆われる。また、第２基板３の裏面は、第１基板２の表面に形成された接合パターンと接合される接合パターンが形成される。第１基板２の表面及び第２基板３の裏面に形成される接合パターンは、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成される。

【0020】

筐体４は、アルミナ等の剛性且つ放熱特性が高い金属材料で形成された収容部材であり、底面が第１基板２の外縁に配置された接合部材によって接合されることで、第１基板２と共に、気密性が高く、水分及び有機物等の不純物が侵入し難い収容空間を形成する。筐体４及び第１基板２によって形成される気密封止された収容空間には、第１フォトダイオード５～サーミスタ２０が収容される。

【0021】

筐体４の長手方向の一方の側板部には、白色光が出射される円形状の出射孔４０１が形成される。出射孔４０１を覆うように筐体４の長手方向の一方の側板部には、ガラス等の光透過材料で形成され、収容空間を封止する光透過シート４０２が配置される。

【0022】

図９（ａ）は筐体４の斜視図（その１）であり、図９（ｂ）は筐体４の斜視図（その２）である。

【0023】

筐体４は、第１側板部４１１と、第２側板部４１２と、第３側板部４１３と、第４側板部４１４と、上板部４１５とを有する。筐体４は、第１フォトダイオード５～サーミスタ２０を収容する収容空間を第１基板２及び第２基板３と共に形成する凹部４１６が形成される。

【0024】

第１側板部４１１は、矩形状の形状を有し、上板部４１５の長手方向の端部に配置され、筐体４が第１基板２及び第２基板３に接合されたときに、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７の近傍に配置される。第２側板部４１２は、第１側板部４１１と同一の形状を有し、上板部４１５の長手方向の第１側板部４１１が配置される端部と反対の端部に配置され、出射孔４０１が形成される。

【0025】

第３側板部４１３は、矩形状の形状を有し、上板部４１５の短手方向の端部に配置され、第１側板部４１１と第２側板部４１２との間を接続する。第４側板部４１４は、矩形状の形状を有し、上板部４１５の短手方向の端部に第３側板部４１３に対向するように配置され、第１側板部４１１と第２側板部４１２との間を接続する。

【0026】

上板部４１５は、矩形の平面形状を有し、第１側板部４１１～第４側板部４１４の上端を覆うように配置される。上板部４１５は、第１発光素子１４、第２発光素子１５及び第３発光素子１６のそれぞれから出射された第１光～第３光を反射する反射面４１７を有する。反射面４１７は、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７に対向する位置が第１発光素子１４～第３発光素子１６に対向する位置よりも低くなるように配置される傾斜面として形成される。反射面４１７は、第１発光素子１４から出射される第１光を第１フォトダイオード５に反射し、第２発光素子１５から出射される第２光を第２フォトダイオード６に反射し、第３発光素子１６から出射される第３光を第３フォトダイオード７に反射する。

【0027】

筐体４は、上板部４１５に接合され、筐体４に一体化される第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２を更に有する。第１遮蔽壁４２１は、一端が第１側板部４１１に接し、第１発光素子１４及び第１フォトダイオード５と第２発光素子１５及び第２フォトダイオード６との間を延伸するように配置される。第１遮蔽壁４２１は、第１発光素子１４から出射される第１光が第２フォトダイオード６に入射することを防止すると共に、第２発光素子１５から出射される第２光が第１フォトダイオード５に入射することを防止する。

【0028】

第２遮蔽壁４２２は、一端が第１側板部４１１に接し、第２発光素子１５及び第２フォトダイオード６と第３発光素子１６及び第３フォトダイオード７との間を第１遮蔽壁４２１と平行に延伸するように配置される。第２遮蔽壁４２２は、第２発光素子１５から出射される第２光が第３フォトダイオード７に入射することを防止すると共に、第３発光素子１６から出射される第３光が第２フォトダイオード６に入射することを防止する。

【0029】

第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２は、筐体４の母材を切削加工することにより形成されてもよく、筐体４に凹部４１６が形成された後に、上板部４１５に金属粉末射出成形（Metal Injection Molding、ＭＩＭ）を施すことより形成されてもよい。

【0030】

第１フォトダイオード５、第２フォトダイオード６及び第３フォトダイオード７は、シリコン及びゲルマニウム等により形成されたフォトダイオードである。第１フォトダイオード５、第２フォトダイオード６及び第３フォトダイオード７は、第２基板３の長手方向の端部に配列される。第１フォトダイオード５、第２フォトダイオード６及び第３フォトダイオード７は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。

【0031】

第１フォトダイオード５は、第１発光素子１４の光学素子１７に対向する面と反対の面に対向して配置され、第１発光素子１４から第１光の光量に応じた電流を出力する。第１フォトダイオード５は、第２基板３の短手方向の位置が第１発光素子１４の短手方向の位置と一致するように配置される。第１フォトダイオード５のアノード及びカソードは、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｒ１に接続される。第１フォトダイオード５は、第１発光素子１４から出射される光を検出し、検出した光の光量に応じた電流を、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｒ１を介して制御装置に出力する。

【0032】

第２フォトダイオード６は、第２発光素子１５の光学素子１７に対向する面と反対の面に対向して配置され、第２発光素子１５から第２光の光量に応じた電流を出力する。第２フォトダイオード６は、第２基板３の短手方向の位置が第２発光素子１５の短手方向の位置と一致するように配置される。第２フォトダイオード６のアノード及びカソードは、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｇ１に接続される。第２フォトダイオード６は、第２発光素子１５から出射される光を検出し、検出した光の光量に応じた電流を、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｇ１を介して制御装置に出力する。

【0033】

第３フォトダイオード７は、第３発光素子１６の光学素子１７に対向する面と反対の面に対向して配置され、第３発光素子１６から第３光の光量に応じた電流を出力する。第３フォトダイオード７は、第２基板３の短手方向の位置が第３発光素子１６の短手方向の位置と一致するように配置される。第３フォトダイオード７のアノード及びカソードは、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｂ１に接続される。第３フォトダイオード７は、第３発光素子１６から出射される光を検出し、検出した光の光量に応じた電流を、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｂ１を介して制御装置に出力する。

【0034】

第１ツェナーダイオード８、第２ツェナーダイオード９及び第３ツェナーダイオード１０は、第１発光素子１４、第２発光素子１５及び第３発光素子１６のそれぞれに過電圧が印加されることを防止する過電圧防止素子である。第１ツェナーダイオード８は、第１フォトダイオード５と第１サブ基板１１との間に配置される。第２ツェナーダイオード９は、第２フォトダイオード６と第２サブ基板１２との間に配置される。第３ツェナーダイオード１０は、第３フォトダイオード７と第３サブ基板１３との間に配置される。第１ツェナーダイオード８、第２ツェナーダイオード９及び第３ツェナーダイオード１０は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。

【0035】

第１ツェナーダイオード８は第１発光素子１４に並列接続され、第１発光素子１４に過電圧が印加されるおそれがあるときに降伏電流を流して、第１発光素子１４に過電圧が印加されることを防止する。

【0036】

第２ツェナーダイオード９は第２発光素子１５に並列接続され、第２発光素子１５に過電圧が印加されるおそれがあるときに降伏電流を流して、第２発光素子１５に過電圧が印加されることを防止する。

【0037】

第３ツェナーダイオード１０は第３発光素子１６に並列接続され、第３発光素子１６に過電圧が印加されるおそれがあるときに降伏電流を流して、第３発光素子１６に過電圧が印加されることを防止する。

【0038】

図１０（ａ）は第１サブ基板１１の斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）において一点鎖線Ａで示される部分の拡大斜視図である。

【0039】

第１サブ基板１１は、第１基台２１と、第１発光素子パターン２２と、第１光学素子パターン２３とを有し、第２基板３に実装される。第１基台２１は、シリコンで形成された略直方体状の部材であり、表面に第１実装面２４及び第２実装面２５が第１段差２６を介して形成される。第１サブ基板１１は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。

【0040】

第１発光素子パターン２２は、表面活性化接合により、第１実装面２４に接合される。また、第１発光素子パターン２２は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第１実装面２４に配置されてもよい。第１発光素子パターン２２の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第１発光素子パターン２２は、表面活性化結合により第１発光素子１４の裏面電極を第１サブ基板１１に接合する。

【0041】

第１光学素子パターン２３は、表面活性化接合により、第２実装面２５に接合される。また、第１光学素子パターン２３は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第２実装面２５に配置されてもよい。第１光学素子パターン２３の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第１光学素子パターン２３は、表面活性化結合により光学素子１７を第１サブ基板１１に接合する。

【0042】

第１実装面２４及び第２実装面２５のそれぞれは、矩形状の平面形状を有する。第１実装面２４の第１サブ基板１１の底面からの高さは、第２実装面２５の第１サブ基板１１の底面からの高さよりも低い。第２実装面２５は、第１段差２６から第１発光素子１４の先端が突出することで端部が第１発光素子１４の先端の下方に位置すると共に、湾曲しながら第２実装面２５の反対側の端部に延伸する第１凹部２７が形成される。第１凹部２７には、第１光学素子パターン２３は、配置されない。

【0043】

図１１（ａ）は第２サブ基板１２の斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）において一点鎖線Ｂで示される部分の拡大斜視図である。

【0044】

第２サブ基板１２は、第２基台３１と、第２発光素子パターン３２と、第２光学素子パターン３３とを有し、第２基板３に実装される。第２基台３１は、シリコンで形成された略直方体状の部材であり、表面に第３実装面３４及び第４実装面３５が第２段差３６を介して形成される。第２基台３１の幅及び高さは、第１基台２１の幅及び高さと略同一である。一方、第２基台３１の長さは、第１基台２１のよりも短い。第２サブ基板１２は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。

【0045】

第２発光素子パターン３２は、表面活性化接合により、第３実装面３４に接合される。また、第２発光素子パターン３２は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第３実装面３４に配置されてもよい。第２発光素子パターン３２の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第２発光素子パターン３２は、表面活性化結合により第２発光素子１５の裏面電極を第２サブ基板１２に接合する。

【0046】

第２光学素子パターン３３は、表面活性化接合により、第４実装面３５に接合される。また、表面活性化接合により、第４実装面３５に接合される。金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第４実装面３５に配置されてもよい。第２光学素子パターン３３の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第２光学素子パターン３３は、表面活性化結合により光学素子１７を第２サブ基板１２に接合する。

【0047】

第３実装面３４及び第４実装面３５のそれぞれは、矩形状の平面形状を有する。第３実装面３４の第２サブ基板１２の底面からの高さは、第４実装面３５の第２サブ基板１２の底面からの高さよりも低い。第４実装面３５の第１サブ基板１１の底面からの高さは、第２実装面２５の第１サブ基板１１の底面からの高さと等しい。第４実装面３５は、第２段差３６から第２発光素子１５の先端が突出することで端部が第２発光素子１５の先端の下方に位置すると共に、湾曲しながら長手方向の一対の辺の一方に延伸する第２凹部３７が形成される。第２凹部３７には、第２光学素子パターン３３は、配置されない。

【0048】

図１２（ａ）は第３サブ基板１３の斜視図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）において一点鎖線Ｃで示される部分の拡大斜視図である。

【0049】

第３サブ基板１３は、第３基台４１と、第３発光素子パターン４２と、第３光学素子パターン４３とを有し、第２基板３に実装される。第３基台４１は、シリコンで形成された略直方体状の部材であり、表面に第５実装面４４及び第６実装面４５が第３段差４６を介して形成される。第３基台４１は、第２基台３１と同一形状を有する。すなわち、第３基台４１の長さ、幅及び高さは、第２基台３１の長さ、幅及び高さと略同一である。第３サブ基板１３は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。

【0050】

第３発光素子パターン４２は、表面活性化接合により、第５実装面４４に接合される。また、第３発光素子パターン４２は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第５実装面４４に配置されてもよい。第３発光素子パターン４２の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第３発光素子パターン４２は、表面活性化結合により第３発光素子１６の裏面電極を第３サブ基板１３に接合する。

【0051】

第３光学素子パターン４３は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成され、第６実装面４５に配置される。第３光学素子パターン４３の表面には、複数のマイクロバンプが形成される。第３光学素子パターン４３は、表面活性化結合により第３発光素子１６を第３サブ基板１３に接合する。

【0052】

第５実装面４４及び第６実装面４５のそれぞれは、矩形状の平面形状を有する。第５実装面４４の第３サブ基板１３の底面からの高さは、第６実装面４５の第３サブ基板１３の底面からの高さよりも低い。第６実装面４５の第１サブ基板１１の底面からの高さは、第２実装面２５及び第４実装面３５の第１サブ基板１１の底面からの高さと等しい。第６実装面４５は、第３段差４６から第３発光素子１６の先端が突出することで端部が第３発光素子１６の先端の下方に位置すると共に、湾曲しながら長手方向の一対の辺の一方に延伸する第３凹部４７が形成される。第３凹部４７には、第３光学素子パターン４３は、配置されない。

【0053】

第１サブ基板１１の第１実装面２４と第２実装面２５との間に形成される第１段差２６は、ウェットエッチング及びドライエッチングを含む公知のエッチング技術により形成される。第２サブ基板１２の第２段差３６及び第３サブ基板１３の第３段差４６は、第１段差２６と同様に、公知のエッチング技術により形成される。

【0054】

第１発光素子１４は、ガリウムひ素基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対２ｒ２を介しての表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、赤色光を出射する。第１発光素子１４から出射される赤色光は、第１の波長を有する第１光の一例である。

【0055】

第１発光素子１４から出射される赤色光の波長は、６２０ｎｍと７５０ｎｍとの間の範囲内であり、一例では６４０ｎｍである。第１発光素子１４は、マイクロバンプが表面に形成される第１発光素子パターン２２を介して第１実装面２４に実装される。第１発光素子１４の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｒ２の一方に接続され、第１発光素子１４の裏面電極は第１発光素子パターン２２を介して一対の電極対２ｒ２の他方に接続される。

【0056】

第２発光素子１５は、窒化ガリウム基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対を介して表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、緑色光を出射する。第２発光素子１５から出射される緑色光は、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光の一例である。

【0057】

第２発光素子１５から出射される緑色光の波長は、４９０ｎｍと５７０ｎｍとの間の範囲内であり、一例では５２０ｎｍである。第２発光素子１５は、マイクロバンプが表面に形成される第２発光素子パターン３２を介して第３実装面３４に実装される。第２発光素子１５の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｇ２の一方に接続され、第２発光素子１５の裏面電極は第２発光素子パターン３２を介して一対の電極対２ｇ２の他方に接続される。

【0058】

第３発光素子１６は、窒化ガリウム基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対を介して表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、青色光を出射する。第３発光素子１６から出射される青色光は、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光の一例である。

【0059】

第３発光素子１６から出射される青色光の波長は、４５０ｎｍと４９５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では４５５ｎｍである。第３発光素子１６は、マイクロバンプが表面に形成される第３発光素子パターン４２を介して第５実装面４４に実装される。第３発光素子１６の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｒ２の一方に接続され、第３発光素子１６の裏面電極は第３発光素子パターン４２を介して一対の電極対２ｒ２の他方に接続される。

【0060】

光学素子１７は、シリコン基板に形成された光合波器であり、例えば特許文献１に記載される光合波器である。光学素子１７は、シリコンにより形成される基材１７ａと、光が導光する光導波路であるコアが内部に形成されるクラッド層１７ｂとにより形成される。光学素子１７は、第１発光素子１４～第３発光素子１６のそれぞれから出射される赤色光、緑色光及び青色光を合波して白色光を出射する。クラッド層１７ｂは、基材１７ａの下面に形成される。

【0061】

図１３は、光学素子１７の内部ブロック図である。

【0062】

光学素子１７は、第１光導波路５１と、第２光導波路５２と、第３光導波路５３と、第１カプラ５４と、第２カプラ５５と、第３カプラ５６と、位相制御部５７とを有する。第１光導波路５１、第２光導波路５２、第３光導波路５３、第１カプラ５４、第２カプラ５５、第３カプラ５６及び位相制御部５７は、酸化シリコンで形成されるクラッド層１７ｂの内部に形成されるコアである。第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３の下方には凸部が形成される。第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３の下方に形成される凸部は、第１凹部２７、第２凹部３７及び第３凹部４７のそれぞれに挿入される。

【0063】

第１光導波路５１は、一端に第１入射ポート５１ａが第１発光素子１４の出射面に対向するように配置され、第１入射ポート５１ａを介して第１発光素子１４から赤色光が入射する。第２光導波路５２は、一端に第２入射ポート５２ａが第２発光素子１５の出射面に対向するように配置され、第２入射ポート５２ａを介して第２発光素子１５から緑色光が入射する。第３光導波路５３は、一端に第３入射ポート５３ａが第３発光素子１６の出射面に対向するように配置され、第３入射ポート５３ａを介して第３発光素子１６から青色光が入射する。

【0064】

第１カプラ５４は、例えば３ｄＢカプラであり、第２光導波路５２を介して入射する緑色光と第３光導波路５３を介して入射する青色光とを合波して第２カプラ５５に出射すると共に、青色光を位相制御部５７に出射する。第２カプラ５５は、例えば３ｄＢカプラであり、第１光導波路５１を介して入射する赤色光と第１カプラ５４から入射する緑色光及び青色光の合波光と合波して、第３カプラ５６に出射する。第３カプラ５６は、例えば３ｄＢカプラであり、第２カプラ５５を介して入射する合波光と位相制御部５７を介して入射する青色光とを合波して白色光を生成し、生成した白色光を出射光として出射ポート５２ｂからレンズ１９に出射する。

【0065】

架台１８は、アルミナにより形成され、光学素子１７の他端を支持すると共に、レンズ１９を保持する。架台１８の底面は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。架台１８の上面は、金錫合金ペースト材等の半田よりも融点が高い接合部材によって光学素子１７に接合される。

【0066】

レンズ１９は、ガラス等の光透過性部材により形成された凸レンズであり、架台１８に形成される貫通孔の内部に配置されることで架台１８に保持される。レンズ１９は、光学素子１７側の端面が光学素子１７側の貫通孔の開口部よりも内側に位置するように配置される。貫通孔の開口部とレンズ１９の端面との間の空間は、光学素子１７の出射ポート５２ｂから出射される出射光の光量を調整する絞りとして機能する。レンズ１９は、光学素子１７の出射ポート５２ｂから発散しながら入射される出射光の径をコリメートして平行光である出力光を生成し、生成した出力光を出射孔４０１を介して光デバイス１の外部に出射する。

【0067】

サーミスタ２０は、第１サブ基板１１、第２サブ基板１２及び第３サブ基板１３と架台１８とに支持された光学素子１７に覆われるように、第２基板３に実装される温度検出センサである。サーミスタ２０は、光学素子１７の下方に配置される。サーミスタ２０は、第１基板及び筐体４により形成される収容空間の温度変化に応じて抵抗値を変化させる。サーミスタ２０の両端は、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｓに接続される。サーミスタ２０は、収容空間の温度を示す抵抗値に対応する電圧値又は電流値を、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｓを介して制御装置に出力する。

【0068】

（実施形態に係る光デバイスの作用効果）
光デバイス１では、第１発光素子１４の出射面の高さを光学素子１７の第１光導波路５１の高さが一致するように形成された第１段差２６を介して配置される第１実装面２４及び第２実装面２５のそれぞれに第１発光素子１４及び光学素子１７が実装される。光デバイス１では、第１段差２６を介して第１発光素子１４及び光学素子１７の高さが調整されるので、第１発光素子１４の出射面の高さを光学素子１７の第１光導波路５１の高さに容易に一致させることができる。光デバイス１では、第１発光素子１４の出射面の高さを光学素子１７の第１光導波路５１の高さに容易に一致できるので、スペーサを用いずに製造コストの上昇及び放射特性の低下を招くことなくパッシブアライメント法により高精度に調芯することができる。

【0069】

同様に、第２段差３６を介して第２発光素子１５及び光学素子１７の高さが調整されるので、第２発光素子１５の出射面の高さを光学素子１７の第２光導波路５２の高さに容易に一致させることができる。また、第３段差４６を介して第３発光素子１６及び光学素子１７の高さが調整されるので、第３発光素子１６の出射面の高さを光学素子１７の第３光導波路５３の高さに容易に一致させることができる。

【0070】

また、光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６及び光学素子１７は、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３に厚さが微調整可能なマイクロバンプが表面に形成されたパターンに表面活性化結合される。光デバイス１では、第１発光素子１４～光学素子１７のコアの高さの製造条件によるばらつきを、マイクロバンプが表面に形成されたパターンを表面活性化結合することで吸収できる。

【0071】

また、光デバイス１では、第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２によって、第１光のみが第１フォトダイオード５に入射し、第２光のみが第２フォトダイオード６に入射し、第３光のみが第３フォトダイオード７に入射する。光デバイス１では、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７のそれぞれは、第１発光素子１４～第３発光素子１６から出射される第１光～第３光の１つの光のみが入射するので、第１光～第３光を別個に検出することができる。光デバイス１は、第１発光素子１４～第３発光素子１６から出射される第１光～第３光を別個に検出するので、他の発光素子から光が入射して発光素子のそれぞれから出射される光の光量の検出精度が低下するおそれは低い。

【0072】

また、光デバイス１では、第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２は、筐体４に一体化されるので、部品点数を増加させることなく遮蔽壁を設置することで、製造コストの増加を抑制しながら、発光素子から出射される光の光量を高精度に検出することができる。また、光デバイス１は、第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２が筐体４に一体化されるので、第１遮蔽壁４２１及び第２遮蔽壁４２２を配置するためのスペースを第２基板３に形成しないので、第２基板３の面積が小さくなり、小型化が可能である。

【0073】

また、光デバイス１では、反射面４１７が第１光～第４光のそれぞれを第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７のそれぞれに反射するので、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７に多くの光を入射することができる。光デバイス１では、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７に多くの光を入射することで、発光素子から出射される光の光量の検出精度を更に向上させることができる。

【0074】

また、光デバイス１は、サーミスタ２０が光学素子１７の下方に配置されるので、第１基板２及び第２基板３の面積を削減することで、小型化が可能である。また、光デバイス１では、サーミスタ２０は、光学素子１７の下方に配置されるので、第１発光素子１４～第３発光素子１６から出射される第１光～第３光が入射して特性が劣化することを防止することができる。

【0075】

（実施形態に係る光デバイスの変形例）
光デバイス１は、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれが出射する第１発光素子１４～第３発光素子１６を有するが、実施形態に係る光デバイスは、単一の発光素子のみを有してもよい。また、実施形態に係る光デバイスは、２個又は４個以上の発光素子を有してもよい。

【0076】

また、光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６は、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３にそれぞれ実装されるが、実施形態に係る光デバイスでは、第１発光素子１４～第３発光素子１６は、単一のサブ基板に実装されてもよい。また、実施形態に係る光デバイスでは、第１発光素子１４は第１サブ基板１１に実装され、大きさが同一である第２発光素子１５及び第３発光素子１６は、単一のサブ基板に実装されてもよい。

【0077】

また、光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６が実装される実装面のサブ基板の底面からの高さは、光学素子１７が実装される実装面よりもサブ基板の底面からの高さよりも低い。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、複数の発光素子が実装される実装面のサブ基板の底面からの高さは、光学素子が実装される実装面よりもサブ基板の底面からの高さよりも高くてもよい。

【0078】

また、光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６及び光学素子１７は、微調整可能なマイクロバンプが表面に形成されたパターンに表面活性化結合されて実装される。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、第１発光素子１４～第３発光素子１６及び光学素子１７は、表面活性化結合によらず半田よりも融点が高い接合部材によって接合されていればよい。

【0079】

また、光デバイス１では、光学素子１７は、光合波器であるが、実施形態に係る光デバイスでは、光学素子は、光導波路を有していればよく、例えばフィルタリング素子、レンズ素子及び偏光素子等の光合波器以外の光学素子であってもよい。

【0080】

また、光デバイス１では、第１サブ基板１１、第２サブ基板１２及び第３サブ基板１３は、シリコン基板により形成されるが、実施形態に係る光デバイスでは、サブ基板は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により形成されてもよい。

【0081】

また、光デバイス１では、第１段差２６、第２段差３６及び第３段差４６は、第１サブ基板１１、第２サブ基板１２及び第３サブ基板１３の表面をエッチングすることで形成される。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、段差は、エッチストッパ層が形成された基板をエッチングすることにより形成されてもよい。

【0082】

図１４は変形例に係るサブ基板の製造方法を示す図であり、図１４（ａ）は第１工程を示し、図１４（ｂ）は第２工程を示し、図１４（ｃ）は第３工程を示し、図１４（ｄ）は第４工程を示す。

【0083】

まず、第１工程において、基材６０が準備される。基材６０は、基台６１と、エッチストッパ層６２と、上部層６３とを有する。基台６１はシリコン基板であり、エッチストッパ層６２は基台６１の表面に形成された酸化シリコン層であり、上部層６３は、エッチストッパ層６２の表面に形成されたシリコン層である。

【0084】

次いで、第２工程において、基材６０の底面からの高さが低い第１実装面が形成される面を覆わず、且つ、基材６０の底面からの高さが低い第１実装面が形成される面を覆うように、マスク６４を配置する。

【0085】

次いで、第３工程において、エッチング処理が形成され、第１実装面６６及び第２実装面６７が段差６８を介して形成されることで、サブ基板６９が製造される。サブ基板６９において、エッチストッパ層６２の表面は第１実装面を形成し、上部層６３の表面は第２実装面を形成する。そして、第４工程において、マスク６４が除去されて、サブ基板６９の製造処理が終了する。

【0086】

変形例に係るサブ基板６９は、表面が第１実装面６６の表面となるエッチストッパ層６２を有する基材６０から形成されるので、第１実装面６６と第２実装面６７との間の高さを、より高精度に形成することができる。

【0087】

また、光デバイス１では、筐体４は、金属材料で形成されるが、実施形態に係る光デバイスでは、筐体は、セラミックス材料で形成されてもよい。筐体がセラミックス材料で形成されるとき、反射面、第１遮蔽壁及び第２遮蔽壁を含む筐体の凹部は、金属めっき層が配置される。

【0088】

また、光デバイス１では、反射面４１７は、傾斜面として形成されるが、実施形態に係る光デバイスでは、筐体の上板部に形成される反射面は、球面を含む湾曲面であってもよい。

【0089】

また、光デバイス１では、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０は、第１発光素子１４～第３発光素子１６と第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７の間に配置される。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０は、サーミスタ２０と同様に、光学素子１７の下方に配置されてもよい。第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０が光学素子１７の下方に配置されることで、実施形態に係る光デバイスは、更に小型化が可能になる。

【符号の説明】

【0090】

１ 光デバイス
２ 第１基板
３ 第２基板
４ 筐体
１４ 第１発光素子
１５ 第２発光素子
１６ 第３発光素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】