特許 7581766 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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/38 20060101AFI20241106BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01L23/38

H01S5/024

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020176428

(22)【出願日】2020-10-21

(65)【公開番号】P2022067705

(43)【公開日】2022-05-09

【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】豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２５８９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１５８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８５７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１５４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１１５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２３／２９

Ｈ０１Ｌ２３／３４ －２３／３６

Ｈ０１Ｌ２３／３７３－２３／４２７

Ｈ０１Ｌ２３／４４

Ｈ０１Ｌ２３／４６７－２３／４７３

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持板と、
前記支持板上に配置される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上に配置される光形成部と、を備え、
前記電子冷却モジュールは、
一枚の放熱板と、
一枚の板状であって、第１領域と、厚さ方向に見て前記第１領域と離れて配置される第２領域とを含み、前記放熱板と厚さ方向に離れて配置される吸熱板と、
前記放熱板と前記吸熱板との間であって、前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第１領域と重なる領域に配置され、前記放熱板および前記吸熱板に接続される複数の第１半導体柱と、
前記放熱板と前記吸熱板との間であって、前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第２領域と重なる領域に配置され、前記放熱板および前記吸熱板に接続される複数の第２半導体柱と、
前記複数の第１半導体柱を電気的に接続して構成される第１の電気回路と、
前記複数の第２半導体柱を電気的に接続して構成される第２の電気回路と、を含み、
前記光形成部は、前記吸熱板上であって前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第１領域内に配置され、光を出射する半導体発光素子を含み、
前記吸熱板上であって前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第２領域内に配置され、前記半導体発光素子から出射される光を走査するミラー駆動機構と、
前記ミラー駆動機構を支持するステージと、をさらに備え、
前記ステージは、前記吸熱板上に直接取り付けられ、
前記ミラー駆動機構は、前記ステージ上に直接取り付けられる、光モジュール。

【請求項2】

前記第１領域の温度を検知する第１温度検知部と、
前記第２領域の温度を検知する第２温度検知部と、をさらに備える、請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、前記吸熱板の肉厚を減ずる溝部を有する、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】

前記第１領域と前記第２領域との間隔は、前記複数の第１半導体柱同士の間隔および前記複数の第２半導体柱同士の間隔よりも広い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記吸熱板の厚さ方向に見て前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、前記第１の電気回路および前記第２の電気回路のいずれにも電気的に接続されておらず、前記放熱板および前記吸熱板を接続する第３半導体柱をさらに含む、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。

【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】

第１熱電冷却モジュールと、第２熱電冷却モジュールと、を含み、ペルチェ効果を利用して熱交換を行う温度調節装置を備える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、板状の下基板と、複数の板状の上基板と、を有し、ペルチェ素子によりレーザ素子の温度調節を行う温度調節器を備える光モジュールが知られている（たとえば、特許文献２参照）。また、一対の絶縁基板に形成される各電極の大きさについて、熱電素子の端面を１個だけ接合できる大きさに設定したサーモモジュールが知られている（たとえば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１３４７７６号公報

【文献】特開２０１９－１４０３０６号公報

【文献】特開２００７－２６６０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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載置される。そして、電気回路に電流を流すと、たとえば吸熱板側が冷却され、放熱板側が発熱する。このようにしてペルチェ効果を利用して、たとえば吸熱板上に載置された部材を冷却して、温度を調節する。

【0005】

電子冷却モジュールにより温度を調節する部材として、たとえば発熱する領域の配置に偏りがある場合がある。このような場合において、電子冷却モジュールにより吸熱板上に配置される部材を一様に冷却すると、温度分布が生じてしまう。このような温度分布が生じることが望まれない場合に、対応することが困難となる。

【0006】

特許文献１においては、第１熱電冷却モジュールと第２熱電冷却モジュールとを用いることとしている。しかし、電子冷却モジュールがそれぞれ別個の部品となっているため、製造時において２つの部品を組み付ける必要があり、作業性が劣ってしまう。特許文献２に開示の温度調節器については、吸熱板となる上基板を分割することとしている。しかし、放熱板となる下基板は共通するものの、吸熱板となる上基板は複数設けられているため、たとえば放熱板の温度変化により反りが生じ、２つの上基板上に配置された部材の相対的な位置がずれるおそれがある。よって、厳密な部品の配置が求められる場合に対応することが困難となる。また、特許文献３によると、形状上の制約があり、電子部品の搭載において利便性を損なうおそれがある。上記のようなペルチェ効果を利用した電子冷却モジュールにおいて、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることが望まれる。

【0007】

そこで、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることができる電子冷却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】

【0008】

本開示に従った電子冷却モジュールは、一枚の放熱板と、一枚の板状であって、第１領域と、厚さ方向に見て第１領域と離れて配置される第２領域とを含み、放熱板と厚さ方向に離れて配置される吸熱板と、放熱板と吸熱板との間であって、吸熱板の厚さ方向に見て第１領域と重なる領域に配置され、放熱板および吸熱板に接続される複数の第１半導体柱と、放熱板と吸熱板との間であって、吸熱板の厚さ方向に見て第２領域と重なる領域に配置され、放熱板および吸熱板に接続される複数の第２半導体柱と、複数の第１半導体柱を電気的に接続して構成される第１の電気回路と、複数の第２半導体柱を電気的に接続して構成される第２の電気回路と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

上記電子冷却モジュールによれば、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１における電子冷却モジュールの概略側面図である。

【図2】図２は、図１に示す実施の形態１の電子冷却モジュールの概略平面図である。

【図3】図３は、実施の形態１の電子冷却モジュールの一部を模式的に示す概略斜視図である。

【図4】図４は、実施の形態１における電子冷却モジュールを含む光モジュールの構造を示す外観斜視図である。

【図5】図５は、図４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6】図６は、実施の形態１における電子冷却モジュールを含む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１における電子冷却モジュールを含む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３における電子冷却モジュールの概略側面図である。

【図9】図９は、実施の形態４における電子冷却モジュールの概略側面図である。

【図10】図１０は、実施の形態５における電子冷却モジュールの概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［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。本開示に係る電子冷却モジュールは、一枚の放熱板と、一枚の板状であって、第１領域と、厚さ方向に見て第１領域と離れて配置される第２領域とを含み、放熱板と厚さ方向に離れて配置される吸熱板と、放熱板と吸熱板との間であって、吸熱板の厚さ方向に見て第１領域と重なる領域に配置され、放熱板および吸熱板に接続される複数の第１半導体柱と、放熱板と吸熱板との間であって、吸熱板の厚さ方向に見て第２領域と重なる領域に配置され、放熱板および吸熱板に接続される複数の第２半導体柱と、複数の第１半導体柱を電気的に接続して構成される第１の電気回路と、複数の第２半導体柱を電気的に接続して構成される第２の電気回路と、を含む。

【0012】

本開示の電子冷却モジュールにおいて、吸熱板は、第１領域と、第１領域と離れて配置される第２領域と、を含む。第１領域において、複数の第１半導体柱を電気的に接続して構成される第１の電気回路に流れる電流量を制御して、第１領域の温度を調節することができる。また、第２領域において、複数の第２半導体柱を電気的に接続して構成される第２の電気回路に流れる電流量を制御して、第２領域の温度を調節することができる。すなわち、吸熱板の第１領域および第２領域において、それぞれ別個に温度を調節することができる。また、吸熱板は一枚の板状の部材から構成されているため、放熱板が温度変化に基づく熱膨張や熱収縮により反った場合でも、この放熱板の反りによる吸熱板上の部材の相対的な位置のずれを抑制することができる。また、複数の電子冷却モジュールを準備して取り付け等を行う必要がなく、作業性の向上を図ることができる。したがって、このような電子冷却モジュールによると、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることができる。

【0013】

上記電子冷却モジュールにおいて、第１領域の温度を検知する第１温度検知部と、第２領域の温度を検知する第２温度検知部と、をさらに備えてもよい。このようにすることにより、第１温度検知部により検知された第１領域の温度および第２温度検知部により検知された第２領域の温度に基づいて、それぞれの領域の温度を調節することができる。したがって、第１領域と第２領域のそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0014】

上記電子冷却モジュールにおいて、吸熱板の厚さ方向に見て第１領域と第２領域との間に配置され、吸熱板の肉厚を減ずる溝部を有してもよい。このようにすることにより、第１領域と第２領域との間において、吸熱板を通じた伝熱を抑制することができる。したがって、第１領域と第２領域のそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0015】

上記電子冷却モジュールにおいて、吸熱板の厚さ方向に見て、第１領域と第２領域との間隔は、複数の第１半導体柱同士の間隔および複数の第２半導体柱同士の間隔よりも広くてもよい。このようにすることにより、第１領域と第２領域とを物理的に広く間隔をあけて配置することができる。したがって、第１領域と第２領域のそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0016】

上記電子冷却モジュールにおいて、吸熱板の厚さ方向に見て第１領域と第２領域との間に配置され、第１の電気回路および第２の電気回路のいずれにも電気的に接続されておらず、放熱板および吸熱板を接続する第３半導体柱をさらに含んでもよい。このようにすることにより、第３半導体柱が配置された領域の分だけ第１領域と第２領域とを離隔することができ、第１領域と第２領域との間の伝熱を抑制することができる。したがって、第１領域と第２領域のそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0017】

本開示に係る光モジュールは、支持板と、支持板上に配置される上記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上に配置される光形成部と、を備える。光形成部は、吸熱板の厚さ方向に見て、第１領域内に配置され、光を出射する半導体発光素子を含む。

【0018】

光を出射する半導体発光素子を有する光形成部は、光モジュールに含まれる電子冷却モジュールにより、周囲の環境の温度が変化する場合でも光形成部の温度を調節してある一定の範囲内とし、出射する光の出力を安定させることができる。光形成部において、光の出射時において半導体発光素子が発熱するため、半導体発光素子が配置される領域については発熱による影響が大きく、比較的温度が高くなる。よって、冷却による吸熱を積極的に行う必要がある。一方、半導体発光素子が配置されない領域においては、発熱による影響が小さく、比較的温度が低いままである。よって、冷却による吸熱は積極的に行う必要はない。すなわち、このような光モジュールは、光モジュールの動作時、すなわち、光の出射時において温度分布が生ずる部材である。

【0019】

ここで、本開示の光モジュールによると、半導体発光素子が配置される領域を第１領域内に配置することにより、第１領域における第１の電気回路による制御を行うことができる。よって、第１領域と、半導体発光素子が配置されない第２領域とにおいて、それぞれ別個に温度の調節を行うことができる。したがって、このような光モジュールによると、光モジュールを構成する半導体発光素子以外の部材について、温度による影響を低減することができ、適切に温度を調節することができる。

【0020】

上記光モジュールにおいて、吸熱板の厚さ方向に見て第２領域内に配置され、半導体発光素子から出射される光を走査するミラー駆動機構を、さらに備えてもよい。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。光モジュール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、温度依存性が高く、ミラー駆動機構の温度がある一定の温度範囲内でなければ、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、温度が変化する環境において、半導体発光素子に対するミラー駆動機構の相対的な位置がずれてしまうと、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。すなわち、温度が変化する環境においても、半導体発光素子に対するミラー駆動機構の厳密な配置が要求される。

【0021】

しかし、ミラー駆動機構を第２領域内に配置することにより、第２領域において、ミラー駆動機構の温度の調節を第２の電気回路により行うことができる。よって、第１領域に配置され、動作時に発熱する半導体発光素子と別にミラー駆動機構の温度を調節することができる。したがって、半導体発光素子およびミラー駆動機構のそれぞれについて、適切に温度を調節することができる。その結果、ミラーの振れ角の変化を小さくすることができる。また、吸熱板は一枚の板状の部材から構成されているため、放熱板が温度変化に基づく熱膨張や熱収縮により反った場合でも、この放熱板の反りによる吸熱板上の部材の相対的な位置のずれを抑制することができる。よって、温度が変化する環境においても、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。

【0022】

［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。

【0023】

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１における電子冷却モジュールについて説明する。図１は、実施の形態１における電子冷却モジュールの概略側面図である。図２は、図１に示す実施の形態１の電子冷却モジュールの概略平面図である。図３は、実施の形態１の電子冷却モジュールの一部を模式的に示す概略斜視図である。なお、図２において、後述するサーミスタ１０１Ａ，１０１Ｂの図示を省略し、後述する放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａを破線で図示している。また、図３において、吸熱板３２Ａを破線で図示している。

【0024】

図１、図２および図３を参照して、実施の形態１における電子冷却モジュール３０Ａは、放熱板３１Ａと、吸熱板３２Ａと、を備える。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。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。図１、図２および図３において、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。

【0025】

吸熱板３２Ａは、放熱板３１Ａと厚さ方向に離れて配置される。なお、放熱板３１Ａおよび吸熱板３２Ａの材質としては、たとえばアルミナが選択される。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。

【0026】

吸熱板３２Ａは、二点鎖線で囲まれた領域で示す第１領域３４Ａと、一点鎖線で囲まれた領域で示す第２領域３４Ｂと、を含む。第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て離れて配置される。本実施形態においては、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとは、Ｘ方向に離れて配置される。第１領域３４Ａおよび第２領域３４Ｂはそれぞれ、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見てＹ方向の長さがＸ方向の長さよりも長い矩形状である。

【0027】

電子冷却モジュール３０Ａは、複数の第１半導体柱３３Ａと、複数の第２半導体柱３３Ｂと、を含む。複数の第１半導体柱３３Ａおよび複数の第２半導体柱３３Ｂ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。第１半導体柱３３Ａおよび第２半導体柱３３Ｂは、たとえばＢｉＴｅ系の材料を用いて製造される。第１半導体柱３３Ａおよび第２半導体柱３３Ｂはそれぞれ、放熱板３１Ａと吸熱板３２Ａとの間に間隔をあけて配置される。複数の第１半導体柱３３Ａは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て（Ｘ－Ｙ平面において）第１領域３４Ａと重なる領域に配置される。複数の第２半導体柱３３Ｂは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て（Ｘ－Ｙ平面において）第２領域３４Ｂと重なる領域に配置される。複数のｐ型の第１半導体柱３３Ａと複数のｎ型の第１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。同様に、複数のｐ型の第２半導体柱３３Ｂと複数のｎ型の第２半導体柱３３Ｂとが、それぞれ交互に間隔をあけて配置される。

【0028】

第１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３５Ａを挟んで放熱板３１Ａに接続される。第１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３６Ａを挟んで吸熱板３２Ａに接続される。図２において電極３５Ａは実線で示され、電極３６Ａは破線で示される。ｐ型の第１半導体柱３３Ａの端部は、一方側に隣り合うｎ型の第１半導体柱３３Ａの端部と薄板状の電極３５Ａにより接続される。また、ｐ型の第１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型の第１半導体柱３３Ａと薄板状の電極３６Ａにより接続される。このようにして、全ての第１半導体柱３３Ａが直列に接続される。直列に接続された第１半導体柱３３Ａに、電源３９Ａおよび回路の電気的な制御を行う制御部３８Ａが電気的に接続され、電子冷却モジュール３０Ａに含まれる第１の電気回路３７Ａが構成される。すなわち、第１の電気回路３７Ａは、複数の第１半導体柱３３Ａを電気的に接続して構成される。

【0029】

第２半導体柱３３Ｂ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３５Ｂを挟んで放熱板３１Ａに接続される。第２半導体柱３３Ｂ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３６Ｂを挟んで吸熱板３２Ａに接続される。図２において電極３５Ｂは実線で示され、電極３６Ｂは破線で示される。ｐ型の第２半導体柱３３Ｂの端部は、一方側に隣り合うｎ型の第２半導体柱３３Ｂの端部と薄板状の電極３５Ｂにより接続される。また、ｐ型の第２半導体柱３３Ｂ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型の第２半導体柱３３Ｂと薄板状の電極３６Ｂにより接続される。このようにして、全ての第２半導体柱３３Ｂが直列に接続される。直列に接続された第２半導体柱３３Ｂに、電源３９Ｂおよび回路の電気的な制御を行う制御部３８Ｂが電気的に接続され、電子冷却モジュール３０Ａに含まれる第２の電気回路３７Ｂが構成される。すなわち、第２の電気回路３７Ｂは、複数の第２半導体柱３３Ｂを電気的に接続して構成される。

【0030】

電子冷却モジュール３０Ａは、第１領域３４Ａの温度を検知する第１温度検知部としてのサーミスタ１０１Ａと、第２領域３４Ｂの温度を検知する第２温度検知部としてのサーミスタ１０１Ｂと、を備える。サーミスタ１０１Ａは、吸熱板３２Ａの第１領域３４Ａ内における一方の主面１２Ａ上に取り付けられる。サーミスタ１０１Ａにより、第１領域３４Ａにおける吸熱板３２Ａの温度を検知することができる。サーミスタ１０１Ｂは、吸熱板３２Ａの第２領域３４Ｂ内における一方の主面１２Ａ上に取り付けられる。サーミスタ１０１Ｂにより、第２領域３４Ｂにおける吸熱板３２Ａの温度を検知することができる。

【0031】

このような電子冷却モジュール３０Ａにおいて、温度分布が生ずる部材について、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間に温度分布が生じるよう吸熱板３２Ａ上に配置した場合を考える。吸熱板３２Ａは、第１領域３４Ａと、第１領域３４Ａと離れて配置される第２領域３４Ｂと、を含む。第１領域３４Ａにおいて、複数の第１半導体柱３３Ａを電気的に接続して構成される第１の電気回路３７Ａに流れる電流量を制御して、第１領域３４Ａの温度を調節することができる。また、第２領域３４Ｂにおいて、複数の第２半導体柱３３Ｂを電気的に接続して構成される第２の電気回路３７Ｂに流れる電流量を制御して、第２領域３４Ｂの温度を調節することができる。すなわち、吸熱板３２Ａの第１領域３４Ａおよび第２領域３４Ｂにおいて、それぞれ別個に温度を調節することができる。具体的にはたとえば、吸熱板３２Ａの第１領域３４Ａの方が吸熱板３２Ａの第２領域３４Ｂよりも温度が高くなるような温度分布で部材が配置された場合、第１の電気回路３７Ａに流す電流を大きくし、第２の電気回路３７Ｂに流す電流を小さくして、第１領域３４Ａを第２領域３４Ｂと比較して積極的に冷却することができる。なお、図３において、流れる電流の大きさを矢印の大きさで模式的に図示している。また、吸熱板３２Ａは一枚の板状の部材から構成されているため、放熱板３１Ａが温度変化に基づく熱膨張や熱収縮により反った場合でも、この放熱板３１Ａの反りによる吸熱板３２Ａ上の部材の相対的な位置のずれを抑制することができる。また、複数の電子冷却モジュールを準備して取り付け等を行う必要がなく、作業性の向上を図ることができる。したがって、このような電子冷却モジュール３０Ａによると、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることができる。

【0032】

本実施形態においては、第１領域３４Ａの温度を検知する第１温度検知部としてのサーミスタ１０１Ａと、第２領域３４Ｂの温度を検知する第２温度検知部としてのサーミスタ１０１Ｂを含む。よって、サーミスタ１０１Ａにより検知された第１領域３４Ａの温度およびサーミスタ１０１Ｂにより検知された第２領域３４Ｂの温度に基づいて、それぞれの領域の温度を調節することができる。したがって、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂのそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0033】

（実施の形態２）
次に、実施の形態２として、実施の形態１における電子冷却モジュール３０Ａを含む光モジュールについて説明する。図４は、実施の形態１における電子冷却モジュールを含む光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図５は、図４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６および図７は、実施の形態１における電子冷却モジュールを含む光モジュールの概略断面図である。図６は、図４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７は、図４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。

【0034】

図４～図７を併せて参照して、光モジュール１は、上記した実施の形態１の電子冷却モジュール３０Ａと、光を形成するように構成され、電子冷却モジュール３０Ａ上に配置される光形成部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。電子冷却モジュール３０Ａは、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、支持板１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。光形成部２０は、支持板１０上に搭載される。具体的には、光形成部２０は、支持板１０の一方の主面１０Ａ上に配置された電子冷却モジュール３０Ａ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。

【0035】

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１の外部へ出射される。

【0036】

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。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に接触するように、レーザダイオードベース６０は、吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａ上に配置される。レーザダイオードベース６０は、第１領域３４Ａ内に配置される。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。

【0037】

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、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、ブロック部６１の温度を検出するサーミスタ１０１Ａが配置されている。ここで、光形成部２０は、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て、第１領域３４Ａ内に配置され、光を出射する半導体発光素子としての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を含む。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

また、光モジュール１は、光形成部２０により形成された光のビーム整形部としてのアパーチャ部材５５を含む。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。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。アパーチャ部材５５は、吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａに配置される。具体的には、アパーチャ部材５５は、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て第２領域３４Ｂ内に配置される。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。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。アパーチャ部材５５、後述するステージ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、光形成部２０等と共にハーメチックシールされている。

【0041】

また、光モジュール１は、光形成部２０から出射される光、具体的には、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、合波された光を走査するミラー駆動機構１１０と、ステージ６５Ａと、を含む。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、高速で揺動運動させたミラー１１１により光形成部２０から出射される光を反射させて走査する。走査された光の一部を図７中の矢印Ｌ_５で示す。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。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。ステージ６５Ａについても、アパーチャ部材５５と同様に、吸熱板３２Ａの一方の主面１２Ａに配置される。具体的には、ステージ６５Ａは、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て第２領域３４Ｂ内に配置される。すなわち、光モジュール１は、吸熱板３２Ａの厚さ方向に見て第２領域３４Ｂ内に配置され、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から出射される光を走査するミラー駆動機構１１０を含む。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。

【0042】

本開示の光モジュール１によると、半導体発光素子であ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が配置される領域を第１領域３４Ａ内に配置することにより、第１領域３４Ａにおける第１の電気回路３７Ａによる制御を行うことができる。よって、第１領域３４Ａ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が配置されない第２領域３４Ｂとにおいて、それぞれ別個に温度の調節を行うことができる。したがって、このような光モジュール１によると、光モジュール１を構成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以外の部材について、温度による影響を低減することができ、適切に温度を調節することができる。

【0043】

ここで、ミラー１１１の揺動運動については、温度依存性が高く、ミラー駆動機構１１０の温度がある一定の温度範囲内でなければ、ミラー１１１の振れ角が大きく変化してしまう。そうすると、光形成部２０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、温度が変化する環境において、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に対するミラー駆動機構１１０の相対的な位置がずれてしまうと、光モジュール１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。すなわち、温度が変化する環境においても、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に対するミラー駆動機構１１０の厳密な配置が要求される。上記光モジュール１において、ミラー駆動機構１１０を第２領域３４Ｂ内に配置することにより、第２領域３４Ｂにおいて、ミラー駆動機構１１０の温度の調節を第２の電気回路３７Ｂにより行うことができる。よって、第１領域３４Ａに配置され、動作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と別にミラー駆動機構１１０の温度を調節することができる。したがって、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とミラー駆動機構１１０とのそれぞれについて、適切に温度を調節することができる。その結果、ミラー１１１の振れ角の変化を小さくすることができる。また、吸熱板３２Ａは一枚の板状の部材から構成されているため、放熱板３１Ａが温度変化に基づく熱膨張や熱収縮により反った場合でも、この放熱板３１Ａの反りによる吸熱板３２Ａ上の部材の相対的な位置のずれを抑制することができる。よって、温度が変化する環境においても、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１による描画を適切に行うことができる。

【0044】

（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８は、実施の形態３における電子冷却モジュールの概略側面図である。実施の形態３の電子冷却モジュールは、吸熱板の形状が実施の形態１の場合と異なっている。

【0045】

図８を参照して、実施の形態３の電子冷却モジュール３０Ｂは、放熱板３１Ｂと、吸熱板３２Ｂと、を含む。電子冷却モジュール３０Ｂは、吸熱板３２Ｂの厚さ方向に見て第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間に配置され、吸熱板３２Ｂの肉厚を減ずる溝部１３を有する。溝部１３は、一方の主面１２Ａ側に形成されている。溝部１３は、Ｙ方向に延びるように形成されている。このようにすることにより、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間において、吸熱板３２Ｂを通じた伝熱を抑制することができる。したがって、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂのそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0046】

なお、上記の実施の形態において、溝部１３は、他方の主面１２Ｂ側に形成されていてもよい。また、溝部１３が、Ｙ方向に連なっておらず、一部に形成されていてもよい。さらに、断続的に複数の溝部１３が形成されている構成を採用してもよい。溝部１３は、断面が円弧面等の曲面で構成されていてもよい。

【0047】

（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９は、実施の形態４における電子冷却モジュールの概略側面図である。実施の形態４の電子冷却モジュールは、半導体柱の配置の構成が実施の形態１の場合と異なっている。

【0048】

図９を参照して、実施の形態４の電子冷却モジュール３０Ｃは、放熱板３１Ｃと、吸熱板３２Ｃと、を含む。吸熱板３２Ｃの厚さ方向に見て、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間隔は、複数の第１半導体柱３３Ａ同士の間隔および複数の第２半導体柱３３Ｂ同士の間隔よりも広い。この場合、放熱板３１Ｃおよび吸熱板３２Ｃの面積を大きくして、具体的には、Ｘ方向の長さを実施の形態１の場合よりも長くして、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間隔をあけている。このようにすることにより、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとを物理的に広く間隔をあけて配置することができる。したがって、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂのそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。なお、上記の実施の形態において、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間の領域において、吸熱板３２Ａの厚さ方向に貫通する切り欠きを設けるようにしてもよい。

【0049】

（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１０は、実施の形態５における電子冷却モジュールの概略側面図である。実施の形態５の電子冷却モジュールは、半導体柱の配置の構成が実施の形態４の場合と異なっている。

【0050】

図１０を参照して、実施の形態５の電子冷却モジュール３０Ｄは、放熱板３１Ｄと、吸熱板３２Ｄと、を含む。電子冷却モジュール３０Ｄは、吸熱板３２Ｄの厚さ方向に見て第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間に配置され、第１の電気回路３７Ａおよび第２の電気回路３７Ｂのいずれにも電気的に接続されておらず、放熱板３１Ｄおよび吸熱板３２Ｄを接続する第３半導体柱３３Ｄを含む。このようにすることにより、第３半導体柱３３Ｄが配置された領域の分だけ第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとを離隔することができ、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂとの間の伝熱を抑制することができる。したがって、第１領域３４Ａと第２領域３４Ｂのそれぞれの温度の調節をより適切に行うことができる。

【0051】

（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１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。

【0052】

また、上記の実施の形態においては、部材を載置する吸熱板側において部材を冷却する場合について説明したが、周囲の環境の温度、あるいは調節したい部材の温度に応じて、吸熱板側で加熱し、放熱板側において冷却する構成としてもよい。

【0053】

なお、上記の実施の形態においては、吸熱板は、第１領域と、厚さ方向に見て第１領域と離れて配置される第２領域と、を含むこととしたが、これに限らず、吸熱板は、第１領域および第２領域と異なる第３領域を含むこととしてもよい。すなわち、吸熱板は、第１領域と、厚さ方向に見て第１領域と離れて配置される第２領域と、厚さ方向に見て第１領域および第２領域のそれぞれと離れて配置される第３領域と、を含むこととしてもよい。そして、電子冷却モジュールは、放熱板と吸熱板との間であって、吸熱板の厚さ方向に見て第３領域と重なる領域に配置され、放熱板および吸熱板に接続される複数の第４半導体柱と、複数の第４半導体柱を電気的に接続して構成される第３の電気回路と、を含むこととしてもよい。このようにすることにより、吸熱板の第１領域および第２領域における温度制御に加え、吸熱板の第３領域においても、第１領域および第２領域とはそれぞれ別の温度制御を行うことができる。よって、吸熱板上におけるさらに緻密な温度制御を行うことができる。もちろん、さらにそれぞれ個別に温度制御がなされる第４領域、第５領域等を設けることにしてもよい。

【0054】

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】

【0055】

本開示の電子冷却モジュールおよび光モジュールは、温度分布が生ずる部材の温度を適切に調節することができると共に、製造時における作業性を良好にすることができること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】

【0056】

１ 光モジュール
２ 保護部材
４ ベース部材
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 電子冷却モジュール
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 放熱板
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 吸熱板
３３Ａ 第１半導体柱
３３Ｂ 第２半導体柱
３３Ｄ 第３半導体柱
３４Ａ 第１領域
３４Ｂ 第２領域
３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ 電極
３７Ａ 第１の電気回路
３７Ｂ 第２の電気回路
３８Ａ，３８Ｂ 制御部
３９Ａ，３９Ｂ 電源
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
１０１Ａ，１０１Ｂ 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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】