特許 7556261 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/024 20060101AFI20240918BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20240918BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240918BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

H01S5/024

H01S5/022

G02B26/10 104Z

H05K7/20 F

H05K7/20 S

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020177469

(22)【出願日】2020-10-22

(65)【公開番号】P2022068667

(43)【公開日】2022-05-10

【審査請求日】2023-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(72)【発明者】

【氏名】山田 麻子

(72)【発明者】

【氏名】京野 孝史

(72)【発明者】

【氏名】中村 勇貴

(72)【発明者】

【氏名】古川 将人

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０４０８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６９９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１１５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持板と、
前記支持板と接合された電子冷却モジュールと、
光を形成するように構成され、前記電子冷却モジュールと接合された光形成部と、
前記光形成部の上方に位置し、前記支持板の厚さ方向に光が透過する窓が設けられており、前記光形成部を覆うように前記支持板の一方の主面上に接触して配置されるキャップと、を備え、
前記電子冷却モジュールは、
前記支持板上に配置された放熱板と、
前記光形成部を搭載する吸熱板と、
前記放熱板および前記吸熱板を接続する複数の半導体柱と、を含み、
前記光形成部は、
光を出射する半導体発光素子と、
前記吸熱板の厚さ方向に見て前記半導体発光素子と異なる位置に配置され、前記半導体発光素子から出射された光を走査するミラー駆動機構と、を含み、
前記吸熱板の熱伝導率は、前記放熱板の熱伝導率よりも大きい、光モジュール。

【請求項2】

前記吸熱板の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記吸熱板の材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

支持板と、
前記支持板と接合された電子冷却モジュールと、
光を形成するように構成され、前記電子冷却モジュールと接合された光形成部と、
前記光形成部の上方に位置し、前記支持板の厚さ方向に光が透過する窓が設けられており、前記光形成部を覆うように前記支持板の一方の主面上に接触して配置されるキャップと、を備え、
前記電子冷却モジュールは、
前記支持板上に配置された放熱板と、
前記光形成部を搭載する吸熱板と、
前記放熱板および前記吸熱板を接続する複数の半導体柱と、を含み、
前記光形成部は、
光を出射する半導体発光素子と、
前記吸熱板の厚さ方向に見て前記半導体発光素子と異なる位置に配置され、前記半導体発光素子から出射された光を走査するミラー駆動機構と、を含み、
前記吸熱板の厚さは、前記放熱板の厚さよりも大きく、
前記吸熱板の厚さは、前記放熱板の厚さの４倍以上８倍以下である、光モジュール。

【請求項5】

前記光形成部は、前記半導体発光素子を複数含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項6】

前記吸熱板の厚さは、０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項7】

前記放熱板の線膨張係数は、０．１×１０^－６／Ｋ以上８．０×１０^－６／Ｋ以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

パッケージ内にレーザ素子を配置したレーザモジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、放熱板を含む半導体モジュールが知られている（たとえば、特許文献２参照）。このようなモジュールは、光を出射する光モジュールとして、種々の光源に利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－７８５４号公報

【文献】特開２０１８－１８２２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光モジュールについては、低温から高温といった広い温度範囲の環境下で用いられる場合がある。光モジュールを構成する部材の温度を調節するために、電子冷却モジュールが用いられる。電子冷却モジュールは、放熱板と、吸熱板と、放熱板と吸熱板との間に配置される複数の半導体柱と、を含む。電子冷却モジュールは、吸熱板上に配置された部材の温度に応じて電気的な制御を行い、半導体柱のペルチェ効果を利用して、吸熱板上に配置された部材の温度を調節する。

【0005】

電子冷却モジュールによる温度の調節時において、光モジュールの動作時に発熱する部材が吸熱板上に配置される場合がある。そうすると、光モジュールの動作時に発熱しない部材との間に温度差が生じる。このような温度差が生じた状況においては、光モジュールを構成する各部材の温度を適切に調節することが困難となる。

【0006】

そこで、温度を適切に調節することができる光モジュールを提供することを本開示の目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従った光モジュールは、支持板と、支持板と接合された電子冷却モジュールと、光を形成するように構成され、電子冷却モジュールと接合された光形成部と、を備える。光形成部は、光を出射する半導体発光素子を含む。電子冷却モジュールは、支持板上に配置された放熱板と、光形成部を搭載する吸熱板と、放熱板および吸熱板を接続する複数の半導体柱と、を含む。吸熱板の熱伝導率は、放熱板の熱伝導率よりも大きい。

【発明の効果】

【0008】

上記光モジュールによれば、温度を適切に調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。

【図3】図３は、実施の形態１における光モジュールの概略断面図である。

【図4】図４は、実施の形態１における光モジュールの概略断面図である。

【図5】図５は、実施の形態２における光モジュールの概略断面図である。

【図6】図６は、実施の形態３における光モジュールの概略断面図である。

【図7】図７は、実施の形態４における光モジュールの概略断面図である。

【図8】図８は、実施の形態５における光モジュールの概略断面図である。

【図9】図９は、吸熱板の厚さと、ミラー駆動機構の中心部の温度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る光モジュールは、支持板と、支持板と接合された電子冷却モジュールと、光を形成するように構成され、電子冷却モジュールと接合された光形成部と、を備える。光形成部は、光を出射する半導体発光素子を含む。電子冷却モジュールは、支持板上に配置された放熱板と、光形成部を搭載する吸熱板と、放熱板および吸熱板を接続する複数の半導体柱と、を含む。吸熱板の熱伝導率は、放熱板の熱伝導率よりも大きい。

【0011】

電子冷却モジュールに含まれる吸熱板は、光形成部を搭載する。電子冷却モジュールは、吸熱板上に搭載された光形成部の温度を調節する。電子冷却モジュールは、放熱板と、吸熱板と、放熱板と吸熱板との間に配置される複数の半導体柱と、を含む。半導体柱はペルチェ素子から構成されており、ｐ型の半導体柱とｎ型の半導体柱とがそれぞれ交互に隣り合って配置される。隣り合う半導体柱の端部同士を交互に電気的に直列に接続して、電気回路が構成される。電子冷却モジュールにおいては、吸熱板上に温度を検知する部材が配置される。そして、吸熱板上に配置される部材の温度に応じて、電気回路に流す電流を制御することにより、半導体柱のペルチェ効果を利用して、たとえば吸熱板上に配置された部材から発する熱を放熱板側へ積極的に伝えて冷却し、温度を調節する。

【0012】

ここで、光形成部に含まれる半導体発光素子は、光モジュールの動作時、すなわち、光を出射する際に発熱する。一方、光形成部において、光の出射時に発熱しない部材を含む場合がある。そうすると、半導体発光素子が配置される領域と半導体発光素子が配置されない領域との間の温度差が生じる。光の出力を安定させるために、半導体発光素子をある一定の温度範囲内となるよう温度を調節する必要がある。電子冷却モジュールにより、たとえば光の出射時に発熱する半導体発光素子に応じて吸熱板上に配置される部材を一様に冷却すると、半導体発光素子が配置されない領域が過度に冷却されることとなる。その結果、半導体発光素子が配置される領域と半導体発光素子が配置されない領域との間において、大きな温度差が生じてしまう。光形成部に含まれる各部材において、このような状況下においても、光形成部に含まれる各部材がある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが求められる。

【0013】

本開示の光モジュールによれば、吸熱板の熱伝導率は、放熱板の熱伝導率よりも大きい。このようにすることにより、吸熱板内において吸熱板の厚さ方向のみならず、吸熱板の厚さ方向に垂直な方向に熱を伝えやすくすることができる。そうすると、吸熱板内、特に吸熱板と半導体柱とが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布を均一にしやすい。したがって、光形成部に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュールによりある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュールによると、温度を適切に調節することができる。

【0014】

上記光モジュールにおいて、吸熱板の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。このようにすることにより、温度を適切に調節することができる。また、吸熱板の熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることにより、コストアップを抑えることができる。さらに好ましくは、吸熱板の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするのがよい。

【0015】

上記光モジュールにおいて、吸熱板の材質は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）またはＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）であってもよい。このような吸熱板を用いることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0016】

本開示の光モジュールは、支持板と、支持板と接合された電子冷却モジュールと、光を形成するように構成され、電子冷却モジュールと接合された光形成部と、を備える。光形成部は、光を出射する半導体発光素子を含む。電子冷却モジュールは、支持板上に配置された放熱板と、光形成部を搭載する吸熱板と、放熱板および吸熱板を接続する複数の半導体柱と、を含む。吸熱板の厚さは、放熱板の厚さよりも大きい。

【0017】

吸熱板の厚さが放熱板の厚さよりも小さいと、吸熱板上に配置された部材の温度差がそのまま半導体柱側へ反映される傾向が強くなる。そうすると、光形成部に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュールにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが困難となる。本開示の光モジュールによると、吸熱板の厚さが放熱板の厚さよりも大きいため、吸熱板の断面積を大きくして、吸熱板の厚さ方向に垂直な方向に熱を伝えやすくすることができる。そうすると、吸熱板内、特に吸熱板と半導体柱とが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布を均一にしやすい。したがって、光形成部に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュールによりある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュールによると、温度を適切に調節することができる。

【0018】

上記光モジュールにおいて、吸熱板の厚さは、放熱板の厚さの１．５倍以上であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。また、吸熱板の厚さは、放熱板の厚さの８倍以下であってもよい。このようにすることにより、コストアップを抑えることができる。

【0019】

上記光モジュールにおいて、吸熱板の厚さは、０．３ｍｍ以上であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。また、吸熱板の厚さは、２ｍｍ以下であってもよい。このようにすることにより、コストアップを抑えることができる。

【0020】

上記光モジュールにおいて、放熱板の線膨張係数は、０．１×１０^－６／Ｋ以上８．０×１０^－６／Ｋ以下であってもよい。このようにすることにより、温度変化時における放熱板の反りを抑制して、光モジュールにおける高精度な光の出射を確保することができる。さらに好ましくは、放熱板の線膨張係数は、４．０×１０^－６／Ｋ以上８．０×１０^－６／Ｋ以下とするのがよい。このようにすることにより、温度変化時における放熱板の反りをさらに抑制して、光モジュールにおけるさらに高精度な光の出射を確保することができる。

【0021】

上記光モジュールにおいて、光形成部は、吸熱板の厚さ方向に見て半導体発光素子と異なる位置に配置され、半導体発光素子から出射された光を走査するミラー駆動機構を、さらに含んでもよい。ミラー駆動機構は、半導体発光素子から出射された光を反射するミラーを周期的に揺動させることにより、半導体発光素子から出射された光を走査する。光形成部がミラー駆動機構を含むことにより、半導体発光素子から出射された光を走査して、光モジュール外へ出射することができる。そうすると、光モジュールにより、半導体発光素子から出射された光を用いて描画することができる。ここで、ミラーの揺動運動については、温度依存性が有り、ミラー駆動機構の温度が一定でなければ、ミラーの振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、半導体発光素子から出射された光を適切に走査することができない。また、ミラー駆動機構が配置された領域と半導体発光素子が配置された領域との間で動作時における温度差が大きいと、光モジュールが動作していない状態で調整した光軸のずれ量が大きくなってしまう。

【0022】

本開示の光モジュールによると、光形成部に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュールにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。したがって、上記光モジュールによると、温度を適切に調節することができる。そうすると、駆動時に発熱する半導体発光素子の温度調節時における影響を低減し、ミラー駆動機構においてもある一定の温度範囲内となるよう調節することができる。したがって、ミラーの振れ角の変化を小さくすると共に、揺動するミラーに対して調整された、半導体発光素子から出射された光の光軸のずれを抑制することができる。その結果、光モジュールによる描画を適切に行うことができる。

【0023】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の光モジュールの一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

【0024】

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る光モジュールについて説明する。図１は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す光モジュールのキャップを取り外した状態を示す外観斜視図である。図３および図４は、実施の形態１における光モジュールの概略断面図である。図３は、図１に示す光モジュールを、キャップを含み、光形成部を含まないＸ－Ｙ平面で切断し、支持板の厚さ方向に見た図である。図４は、図１に示す光モジュールを、キャップを含み、光形成部を含まないＸ－Ｚ平面で切断し、支持板の厚さ方向に垂直な方向、具体的にはＹ方向に見た図である。

【0025】

図１～図４を参照して、光モジュール１Ａは、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を取り囲み、光形成部２０を封止する保護部材２と、を備える。保護部材２は、ベース体としての平板状の支持板１０と、支持板１０に対して溶接された蓋部であるキャップ４０と、を含む。光形成部２０は、支持板１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。キャップ４０は、光形成部２０を覆うように支持板１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置される。光形成部２０は、保護部材２により、ハーメチックシールされている。光形成部２０が支持板１０とキャップ４０とによって取り囲まれることにより、光形成部２０に含まれる各部材が外部環境から有効に保護される。支持板１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出するように、複数のリードピン５１が支持板１０に設置されている。本実施形態においては、支持板１０の材質は、コバールである。

【0026】

光形成部２０は、矢印Ｌ_１で示す方向に赤色の光を出射する第１の半導体発光素子としての赤色レーザダイオード８１と、矢印Ｌ_２で示す方向に緑色の光を出射する第２の半導体発光素子としての緑色レーザダイオード８２と、矢印Ｌ_３で示す方向に青色の光を出射する第３の半導体発光素子としての青色レーザダイオード８３と、第１レンズ９１と、第２レンズ９２と、第３レンズ９３と、第１フィルタ９７と、第２フィルタ９８と、第３フィルタ９９と、板状のレーザダイオードベース６０と、直方体形状のブロック部６１と、を含む。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光は合波されて、窓４２から光モジュール１Ａの外部へ出射される。

【0027】

光形成部２０は、光のビーム整形部としてのアパーチャ部材５５と、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光を走査するミラー駆動機構１１０と、ステージ６５Ａと、を含む。アパーチャ部材５５は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光の進行方向に垂直な断面における赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光の形状を整形する。ステージ６５Ａは、直三角柱の形状を有する。ステージ６５Ａは、ミラー駆動機構１１０を支持する。ステージ６５Ａおよびミラー駆動機構１１０は、アパーチャ部材５５から見て後述する第３フィルタ９９とは反対側に配置される。アパーチャ部材５５、ステージ６５Ａおよびミラー駆動機構１１０についても、保護部材２により、ハーメチックシールされている。

【0028】

光モジュール１Ａは、電子冷却モジュール３０Ａを含む。電子冷却モジュール３０Ａは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ａと、複数の半導体柱３３Ａと、を含む。電子冷却モジュール３０Ａは、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ－Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）と呼ばれる場合もある。電子冷却モジュール３０Ａについても、保護部材２により、ハーメチックシールされている。電子冷却モジュール３０Ａの構成については、後に詳述する。

【0029】

レーザダイオードベース６０は、厚さ方向に見て長方形形状（正方形形状）を有する一方の主面６０Ａおよび他方の主面６０Ｂを有している。ブロック部６１は、レーザダイオードベース６０の一方の主面６０Ａの一部上に搭載されている。

【0030】

ブロック部６１の一方の主面６１Ａ上には、平板状の第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が、Ｘ方向に並べて配置されている。第１サブマウント７１上に、赤色レーザダイオード８１が配置されている。第２サブマウント７２上に、緑色レーザダイオード８２が配置されている。第３サブマウント７３上に、青色レーザダイオード８３が配置されている。なお、ブロック部６１の一方の主面６１Ａ上において、レーザダイオードベース６０の温度を検出するサーミスタ１００が配置されている。

【0031】

レーザダイオードベース６０の一方の主面６０Ａ上には、光のスポットサイズを変換する第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が、Ｘ方向に並べて配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光がコリメート光に変換される。

【0032】

レーザダイオードベース６０の一方の主面６０Ａ上には、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９が、Ｘ方向に並べて配置される。第１フィルタ９７は、赤色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第３フィルタ９９は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。合波された光は、矢印Ｌ_４で示す方向に沿って進行する。

【0033】

アパーチャ部材５５は、吸熱板３２Ａ上に配置される。アパーチャ部材５５は、第３フィルタ９９から見て第２フィルタ９８とは反対側に配置される。アパーチャ部材５５は、平板状の形状を有する。アパーチャ部材５５は、アパーチャ部材５５を厚み方向に貫通する貫通孔５５Ａを有する。本実施の形態において、貫通孔５５Ａの延びる方向に垂直な断面における形状は円形である。貫通孔５５Ａが、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９において合波された光の光路に対応する領域に位置するように、アパーチャ部材５５は配置される。

【0034】

ミラー駆動機構１１０は、揺動運動が可能なミラー１１１を含む。ミラー駆動機構１１０は、ミラー駆動機構１１０は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射され、合波された光を反射するミラーを高速で周期的に揺動させることにより、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射され、合波された光を走査する。光形成部２０がミラー駆動機構１１０を含むことにより、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射され、合波された光を走査して、光モジュール１Ａ外へ出射することができる。そうすると、光モジュール１Ａにより、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射され、合波された光を用いて描画することができる。走査された光の一部を図４中の矢印Ｌ_５で示す。ミラー駆動機構１１０を支持するステージ６５Ａは、吸熱板３２Ａ上に配置される。

【0035】

次に、光モジュール１Ａに含まれる電子冷却モジュール３０Ａの構成について詳述する。放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａは、それぞれ一枚の平板状である。放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａは、厚さ方向に見てそれぞれ矩形状、具体的には長方形の形状を有しており、同じ形状である。また、厚さも同じである。すなわち、放熱板３１Ａの厚さＤ_１と吸熱板の厚さＤ_２とは、同じ厚さである。なお、放熱板３１Ａの厚さＤ_１および吸熱板３２Ｂの厚さＤ_２はそれぞれ、０．２５ｍｍである。矢印Ｘで示す向きまたはその逆の向きで示す方向は、放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａの長手方向を示し、矢印Ｙで示す向きまたはその逆の向きで示す方向は、放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａの短手方向を示し、矢印Ｚで示す向きまたはその逆の向きで示す方向は、放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａの厚さ方向を示す。放熱板３１Ａの線膨張係数は、０．１×１０^－６／Ｋ以上８．０×１０^－６／Ｋ以下である。具体的には、放熱板３１Ａの線膨張係数は、７．７×１０^－６／Ｋである。

【0036】

吸熱板３２Ａは、放熱板３１Ａと厚さ方向に離れて配置される。放熱板３１Ａは、厚さ方向において吸熱板３２Ａと対向する一方の主面１１Ａと、一方の主面１１Ａと厚さ方向の反対側に位置する他方の主面１１Ｂと、を含む。吸熱板３２Ａは、一方の主面１２Ａと、一方の主面１２Ａと厚さ方向の反対側に位置し、放熱板３１Ａと対向する他方の主面１２Ｂと、を含む。

【0037】

複数の半導体柱３３Ａはそれぞれ、ペルチェ素子から構成されており、ｐ型のものとｎ型のものを含む。半導体柱３３Ａは、たとえばＢｉＴｅ（ビスマステルル）系の材料を用いて製造される。複数のｐ型の半導体柱３３Ａと複数のｎ型の半導体柱３３Ａとが、それぞれ交互に間隔をあけて配置される。複数の半導体柱３３Ａのそれぞれの一方の端部が、放熱板３１Ａの一方の主面１１Ａに接続される。複数の半導体柱３３Ａのそれぞれの他方の端部が、吸熱板３２Ａの他方の主面１２Ｂに接続される。

【0038】

半導体柱３３Ａは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て矩形状であって薄板状の電極（図示せず）を挟んで放熱板３１Ａに接続される。半導体柱３３Ａは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て矩形状であって薄板状の電極（図示せず）を挟んで吸熱板３２Ａに接続される。ｐ型の半導体柱３３Ａの端部は、一方側に隣り合うｎ型の半導体柱３３Ａの端部と薄板状の電極により接続される。また、ｐ型の半導体柱３３Ａの上記端部と異なる端部は、上記一方側とは異なる側に隣り合うｎ型の半導体柱３３Ａと薄板状の電極により接続される。このようにして、全ての半導体柱３３Ａが直列に接続される。直列に接続された半導体柱３３Ａに、電源（図示せず）および回路の電気的な制御を行う制御部（図示せず）が電気的に接続され、電子冷却モジュール３０Ａに含まれる電気回路が構成される。すなわち、電気回路は、複数の半導体柱３３Ａを電気的に接続して構成される。

【0039】

電子冷却モジュール３０Ａは、図示しない接合材を利用して支持板１０に接合される。放熱板３１Ａの他方の主面１１Ｂが支持板１０の一方の主面１０Ａに接触するように、電子冷却モジュール３０Ａは支持板１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。光形成部２０は、図示しない接合材を利用して電子冷却モジュール３０Ａに接合される。電子冷却モジュール３０Ａの吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａ上に、光形成部２０が搭載される。

【0040】

レーザダイオードベース６０、アパーチャ部材５５およびステージ６５Ａは、吸熱板３２Ａ上に配置される。レーザダイオードベース６０の他方の主面６０Ｂが、吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａに接合される。アパーチャ部材５５およびステージ６５Ａについても、吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａに接合される。

【0041】

ここで、本開示の光モジュール１Ａにおいて、吸熱板３２Ａの熱伝導率は、放熱板３１Ａの熱伝導率よりも大きい。具体的には、吸熱板３２Ａの材質はＡｌＮ（窒化アルミニウム）であり、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋである。放熱板３１Ａの材質はＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）であり、熱伝導率が２４Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0042】

本開示の光モジュール１Ａによると、吸熱板３２Ａ内において吸熱板３２Ａの厚さ方向のみならず、吸熱板３２Ａの厚さ方向に垂直な方向に熱を伝えやすくすることができる。すなわち、吸熱板３２ＡのＺ方向への伝熱のみならず、吸熱板３２ＡのＸ方向およびＹ方向への伝熱が容易となる。よって、吸熱板３２Ａ内、特に吸熱板３２Ａと半導体柱３３Ａとが接続される領域におけるにおける温度差を小さくして、温度分布を均一にしやすい。したがって、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュール３０Ａによりある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュール１Ａによると、温度を適切に調節することができる。

【0043】

本実施形態においては、吸熱板３２Ａの熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。よって、上記光モジュール１Ａは、温度をより適切に調節することができる光モジュールとなっている。

【0044】

本実施形態においては、吸熱板３２Ａの材質は、ＡｌＮである。よって、上記光モジュール１Ａは、温度をより適切に調節することができる光モジュールとなっている。

【0045】

本実施形態においては、放熱板３１Ａの線膨張係数は、０．１×１０^－６／Ｋ以上８．０×１０^－６／Ｋ以下である。よって、上記光モジュール１Ａは、温度変化時における放熱板３１Ａの反りを抑制して、高精度な光の出射を確保することができる光モジュールとなっている。本実施形態においては、支持板１０の材質は、コバールである。コバールの線膨張係数は、５．２×１０^－６／Ｋである。上記したように放熱板３１Ａの材質は、アルミナである。また、放熱板３１Ａの線膨張係数は、７．７×１０^－６／Ｋである。よって、本実施形態においては、放熱板３１Ａの線膨張係数は、支持板１０の線膨張係数よりも大きいため、放熱板３１Ａの反りをさらに抑制することができ、さらに高精度な光の出射を確保することができる。

【0046】

本実施形態においては、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュール３０Ａにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。したがって、上記光モジュール１Ａによると、温度を適切に調節することができる。そうすると、駆動時に発熱する赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度調節時における影響を低減し、ミラー駆動機構１１０においてもある一定の温度範囲内となるよう調節することができる。したがって、ミラー１１１の振れ角の変化を小さくすると共に、揺動するミラー１１１に対して調整された、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光の光軸のずれを抑制することができる。その結果、光モジュール１Ａによる描画を適切に行うことができる。

【0047】

なお、上記の実施の形態においては、吸熱板３２Ａの材質は窒化アルミニウムであることとしたが、これに限らず、吸熱板３２Ａの材質は、ＳｉＣ（炭化珪素）またはＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）であってもよい。すなわち、吸熱板３２Ａの材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４であってもよい。ＳｉＣの熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋである。Ｓｉ_３Ｎ_４の熱伝導率は、８０Ｗ／ｍ・Ｋである。このような吸熱板３２Ａを用いることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0048】

（実施の形態２）
次に、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２における光モジュールの概略断面図である。実施の形態２の光モジュールは、吸熱板の厚さが異なる点および吸熱板の材質が異なる点において、実施の形態１の場合と異なっている。

【0049】

図５を参照して、実施の形態２の光モジュール１Ｂに含まれる電子冷却モジュール３０Ｂは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ｂと、複数の半導体柱３３Ａと、を含む。吸熱板３２Ｂの材質は、アルミナである。すなわち、吸熱板３２Ｂと放熱板３１Ａとは、同じ材質で構成されている。吸熱板３２Ｂの厚さＤ_３は、０．５ｍｍであり、放熱板３１Ａの厚さＤ_１よりも大きい。具体的には、吸熱板３２Ｂの厚さＤ_３は、放熱板３１Ａの厚さＤ_１の２倍の厚さである。

【0050】

このようにすることにより、吸熱板３２Ｂの断面積を大きくして、吸熱板３２Ｂの厚さ方向に垂直な方向に熱を伝えやすくすることができる。すなわち、吸熱板３２ＢのＺ方向への伝熱のみならず、吸熱板３２ＢのＸ方向およびＹ方向への伝熱が容易となる。そうすると、吸熱板３２Ｂ内、特に吸熱板３２Ｂと半導体柱３３Ａとが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布を均一にしやすい。したがって、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュールに３０Ｂより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュール１Ａによると、温度を適切に調節することができる。

【0051】

なお、上記の実施の形態において、吸熱板３２Ｂの材質と放熱板３１Ａの材質とを同じとすることとしたが、これに限らず、吸熱板３２Ｂの材質として、熱伝導率が放熱板３１Ａよりも大きい材質としてもよい。たとえば吸熱板３２Ｂの材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0052】

（実施の形態３）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３における光モジュールの概略断面図である。実施の形態３の光モジュールは、吸熱板の厚さが異なる点において、実施の形態２の場合と異なっている。

【0053】

図６を参照して、実施の形態３の光モジュール１Ｃに含まれる電子冷却モジュール３０Ｃは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ｃと、複数の半導体柱３３Ａと、を含む。吸熱板３２Ｂの材質は、アルミナである。すなわち、吸熱板３２Ｃと放熱板３１Ａとは、同じ材質で構成されている。吸熱板３２Ｃの厚さＤ_４は、１．０ｍｍであり、放熱板３１Ａの厚さＤ_１よりも大きい。具体的には、吸熱板３２Ｃの厚さＤ_４は、放熱板３１Ａの厚さＤ_１の４倍である。

【0054】

このようにすることにより、吸熱板３２Ｃの断面積をさらに大きくして、吸熱板３２Ｃの厚さ方向に垂直な方向に熱をさらに伝えやすくすることができる。そうすると、吸熱板３２Ｃ内、特に吸熱板３２Ｃと半導体柱３３Ａとが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布をさらに均一にしやすい。したがって、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュール３０Ｃにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュール１Ｃによると、温度を適切に調節することができる。

【0055】

なお、上記の実施の形態において、吸熱板３２Ｃの材質と放熱板３１Ａの材質とを同じとすることとしたが、これに限らず、吸熱板３２Ｃの材質として、熱伝導率が放熱板３１Ａよりも大きい材質としてもよい。たとえば吸熱板３２Ｃの材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0056】

（実施の形態４）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４における光モジュールの概略断面図である。実施の形態４の光モジュールは、吸熱板の厚さが異なる点において、実施の形態２および実施の形態３の場合と異なっている。

【0057】

図７を参照して、実施の形態４の光モジュール１Ｄに含まれる電子冷却モジュール３０Ｄは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ｄと、複数の半導体柱３３Ａと、を含む。吸熱板３２Ｄの材質は、アルミナである。すなわち、吸熱板３２Ｄと放熱板３１Ａとは、同じ材質で構成されている。吸熱板３２Ｄの厚さＤ_５は、１．５ｍｍであり、放熱板３１Ａの厚さＤ_１よりも大きい。具体的には、吸熱板３２Ｄの厚さＤ_５は、放熱板３１Ａの厚さＤ_１の６倍である。

【0058】

このようにすることにより、吸熱板３２Ｄの断面積をさらに大きくして、吸熱板３２Ｄの厚さ方向に垂直な方向に熱をさらに伝えやすくすることができる。そうすると、吸熱板３２Ｄ内、特に吸熱板３２Ｄと半導体柱３３Ａとが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布をさらに均一にしやすい。したがって、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュール３０Ｄにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュール１Ｄによると、温度を適切に調節することができる。

【0059】

なお、上記の実施の形態において、吸熱板３２Ｄの材質と放熱板３１Ａの材質とを同じとすることとしたが、これに限らず、吸熱板３２Ｄの材質として、熱伝導率が放熱板３１Ａよりも大きい材質としてもよい。たとえば吸熱板３２Ｄの材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0060】

（実施の形態５）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５における光モジュールの概略断面図である。実施の形態５の光モジュールは、吸熱板の厚さが異なる点において、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態４の場合と異なっている。

【0061】

図８を参照して、実施の形態５の光モジュール１Ｅに含まれる電子冷却モジュール３０Ｅは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ｅと、複数の半導体柱３３Ａと、を含む。吸熱板３２Ｅの材質は、アルミナである。すなわち、吸熱板３２Ｅと放熱板３１Ａとは、同じ材質で構成されている。吸熱板３２Ｅの厚さＤ_６は、２．０ｍｍであり、放熱板３１Ａの厚さＤ_１よりも大きい。具体的には、吸熱板３２Ｅの厚さＤ_６は、放熱板３１Ａの厚さＤ_１の８倍である。

【0062】

このようにすることにより、吸熱板３２Ｅの断面積をさらに大きくして、吸熱板３２Ｅの厚さ方向に垂直な方向に熱をさらに伝えやすくすることができる。そうすると、吸熱板３２Ｅ内、特に吸熱板３２Ｅと半導体柱３３Ａとが接続される領域における温度差を小さくして、温度分布をさらに均一にしやすい。したがって、光形成部２０に含まれる各部材に対して、電子冷却モジュール３０Ｅにより、ある一定の温度範囲内となるよう温度を調節することが容易となる。その結果、上記光モジュール１Ｅによると、温度を適切に調節することができる。

【0063】

なお、上記の実施の形態において、吸熱板３２Ｅの材質と放熱板３１Ａの材質とを同じとすることとしたが、これに限らず、吸熱板３２Ｅの材質として、熱伝導率が放熱板３１Ａよりも大きい材質としてもよい。たとえば吸熱板３２Ｅの材質は、ＡｌＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４であってもよい。このようにすることにより、温度をより適切に調節することができる。

【0064】

（実施例）
上記した実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４、実施の形態５について、シミュレーションにより、ミラー駆動機構の中心部の温度を算出した。表１は、吸熱板の材質および厚さのシミュレーション条件と、ミラー駆動機構の中心部の温度のシミュレーション結果との関係を示す表である。シミュレーションの条件として、放熱板の厚さを０．２５ｍｍ、放熱板の材質をアルミナとし、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードによる総発熱量を１Ｗとし、支持板の温度を２５℃として、ブロック部６１の温度を検知するサーミスタの温度を４０℃に調節する設定により行った。表１においては、サンプル１として本発明の範囲外である吸熱板の厚さおよび材質を０．２５ｍｍおよびアルミナとして、放熱板の厚さおよび材質と同じとしたものを用いた。サンプル２として、実施の形態１に示す吸熱板を含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。サンプル３として、実施の形態２に示す吸熱板を含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。サンプル４として、実施の形態３に示す吸熱板を含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。サンプル５として、実施の形態４に示す吸熱板を含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。サンプル６として、実施の形態５に示す吸熱板を含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。サンプル７として、吸熱板の材質を窒化アルミニウムとし、吸熱板の厚さを１．０ｍｍとしたものを含む電子冷却モジュールを備える光モジュールを用いた。図９は、吸熱板の厚さと、ミラー駆動機構の中心部の温度との関係を示すグラフである。図９において、横軸は吸熱板の厚さ（ｍｍ）を示し、縦軸はミラー駆動機構の中心部の温度（℃）を示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１および図９を参照して、サンプル１においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は１３℃であり、設定された温度である４０℃と大きく乖離している。これに対し、サンプル２においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は２７℃であり、設定された温度である４０℃に近づいている。また、サンプル３においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は１８℃であり、サンプル１に対して設定された温度である４０℃に近くなっている。サンプル４においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は２３℃であり、サンプル３の場合と比べてさらに設定された温度である４０℃に近くなっている。サンプル５においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は２５℃であり、サンプル４の場合と比べてさらに設定された温度である４０℃に近くなっている。サンプル６においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は２６℃であり、サンプル５の場合と比べてさらに設定された温度である４０℃に近くなっている。サンプル７においては、ミラー駆動機構の中心部の温度は３１℃であり、材質のみを変更したサンプル２および厚さのみを変更したサンプル４の場合と比べてさらに設定された温度である４０℃に近くなっている。

【0067】

なお、光軸のずれについて検討すると、サンプル１の場合は、０．０７度のずれが生じていたのに対し、サンプル２の場合は光軸のずれが０．０３度であり、光軸のずれについても改善されている。また、サンプル４の場合は光軸のずれが０．０２度であり、この場合も光軸のずれが改善されている。

【0068】

サンプル３、サンプル４、サンプル５およびサンプル６を参照して、吸熱板の厚さとミラー駆動機構の中心部の温度との関係に着目すると、吸熱板の厚さが厚くなるにつれ、ミラー駆動機構の中心部の温度は設定された温度である４０℃に近づき、調節したい温度に近づいていることが把握できる。そして、サンプル７を参照して、吸熱板を厚くすると共に、吸熱板の材質について熱伝導率の大きいものとすることにより、よりミラー駆動機構の中心部の温度が調節したい温度に近づくことが把握できる。

【0069】

（他の実施の形態）
なお、上記の実施の形態においては、光モジュールは、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードを含む構成としたが、これに限らず、少なくともいずれか１色、すなわち、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードのうちの少なくともいずれか１つを含む構成であってもよい。

【0070】

また、上記の実施の形態において、電子冷却モジュールについては、光モジュールが配置された周囲環境がたとえば極めて低温であった場合、吸熱板側で熱を放出し、放熱板側で熱を吸収する場合もある。

【0071】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本開示の光モジュールは、温度の適切に調節が求められる場合に特に有利に適用され得る。

【符号の説明】

【0073】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 光モジュール
２ 保護部材
１０ 支持板
１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，６０Ａ，６０Ｂ，６１Ａ 主面
１３ 溝部
２０ 光形成部
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ 電子冷却モジュール
３１Ａ 放熱板
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ 吸熱板
３３Ａ 半導体柱
４０ キャップ
４２ 窓
５１ リードピン
５５ アパーチャ部材
５５Ａ 貫通孔
６０ レーザダイオードベース
６１ ブロック部
６５Ａ ステージ
７１ 第１サブマウント
７２ 第２サブマウント
７３ 第３サブマウント
８１ 赤色レーザダイオード
８２ 緑色レーザダイオード
８３ 青色レーザダイオード
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
９９ 第３フィルタ
１００ サーミスタ
１１０ ミラー駆動機構
１１１ ミラー
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４，Ｌ_５ 矢印
Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３，Ｄ_４，Ｄ_５，Ｄ_６ 厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】