JP2016134416A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】実用性を維持しつつ製造コストを低減することが可能な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１は、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１を有し、光形成部４１を取り囲むように配置される保護部材１０，４０と、を備える。光形成部２０は、半導体発光素子８１，８２，８３と、樹脂からなり、半導体発光素子８１，８２，８３から出射される光のスポットサイズを変換するレンズ９１，９２，９３と、レンズ９１，９２，９３を冷却する電子冷却モジュール３０と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

パッケージ内に半導体発光素子を配置した光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。

特開２００９−９３１０１号公報 特開２００７−３２８８９５号公報 特開２００７−１７９２５号公報 特開２００７−６５６００号公報

上述のような光モジュールの更なる普及や用途拡大のためには、実用性を維持しつつ光モジュールの製造コストを低減する必要がある。そこで、実用性を維持しつつ製造コストを低減することが可能な光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、半導体発光素子と、樹脂からなり、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、レンズを冷却する電子冷却モジュールと、を含む。

上記光モジュールによれば、実用性を維持しつつ製造コストを低減することができる。

実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態２における光モジュールの構造を示す概略平面図である。 レンズの温度変化を示す図である。 温度とスポットサイズとの関係を示す図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、半導体発光素子と、樹脂からなり、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、レンズを冷却する電子冷却モジュールと、を含む。

本願の光モジュールは、半導体発光素子およびレンズを含む光形成部が単一の保護部材により取り囲まれた構造、すなわち単一のパッケージ内に半導体発光素子およびレンズが搭載された構造を有している。このようにパッケージ内にレンズを搭載することにより、半導体発光素子から出射された光をパッケージ内の光形成部において適切なスポットサイズを有する光に変換することができる。このような構造を有する光モジュールの製造コストを低減する方策について本発明者は検討し、本願の光モジュールの構成に想到した。

すなわち、本発明者は、パッケージ内に搭載されるレンズを製造コストの低い樹脂製のレンズとすることにより、光モジュールの製造コストを下げることについて検討した。半導体発光素子の動作により発生する熱によってパッケージ内の温度は変化する。そして、樹脂の屈折率の温度係数はガラスの屈折率の温度係数の１００倍程度であり、樹脂の屈折率の温度係数は非常に大きい。レンズの屈折率が変化すると、レンズを通過した後の光のスポットサイズや集光位置が変動する。レンズの屈折率の変化が大きい場合、光のスポットサイズや集光位置の変化が大きくなり、レンズを含む光モジュールを実用的な光源として使用することが難しくなる。そのため、一般に、パッケージ内に搭載されるレンズの素材として樹脂は検討されない。しかし、本発明者の検討により、パッケージ内に電子冷却モジュールを搭載することにより、水分に弱い電子冷却モジュールを保護しつつ樹脂製のレンズの温度変化を低減することで、実用に耐え、かつ製造コストの低減された半導体モジュールが得られることが明らかとなった。

本願の光モジュールにおいては、樹脂製のレンズおよび電子冷却モジュールが単一の保護部材により取り囲まれた構造が採用される。電子冷却モジュールにより樹脂製のレンズの温度変化が低減され、光のスポットサイズや集光位置の変化を許容可能な範囲に抑制することができる。また、電子冷却モジュールを保護部材により取り囲む構造を採用することにより、水分に弱い電子冷却モジュールを水分から保護し、長期間にわたって樹脂製レンズの温度変化を抑制することができる。その結果、製造コストの低い樹脂製のレンズを採用した場合でも、光モジュールを実用に耐えるものとすることができる。このように、本願の光モジュールによれば、実用性を維持しつつ製造コストの低減された光モジュールを提供することができる。

上記光モジュールにおいて、上記半導体発光素子は、赤外光を出射するものであってもよい。このようにすることにより、光モジュールを、たとえばセンシング用途に使用可能なものとすることができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数のレンズと、複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含んでいてもよい。

このように、単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波可能とすることで、複数のパッケージからの光を合波する場合に比べて、光モジュールが用いられる装置のコンパクト化を達成することができる。なお、フィルタとしては、たとえば波長選択性フィルタ、偏波合成フィルタなどを採用することができる。

上記光モジュールにおいて、上記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する半導体発光素子、緑色の光を出射する半導体発光素子および青色の光を出射する半導体発光素子を含んでいてもよい。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。

上記光モジュールにおいて、上記保護部材のうち少なくとも一部は鉄合金または銅合金から構成されていてもよい。熱伝導率の高い鉄合金や銅合金を保護部材を構成する材料として採用することにより、樹脂製レンズの冷却を効率よく実施し、レンズの温度変化を一層低減することができる。

上記光モジュールにおいて、上記半導体発光素子はレーザダイオードであってもよい。このようにすることにより、波長のばらつきの少ない出射光を得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
（実施の形態１）
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態である実施の形態１を、図１〜図３を参照しつつ説明する。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。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番号を付しその説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム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複数のリードピン５１とを備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。

図２および図３を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。

第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１半導体発光素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置される。そして、第２サブマウント７２上には、第２半導体発光素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３半導体発光素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。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の光軸の高さ（ベース板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、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により調整されて一致している。

ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。そして、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９上には、それぞれ第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、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、樹脂からなっている。レンズを構成する樹脂としては、たとえばオレフィン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ)などを採用することができる。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、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の光軸に一致するように調整されている。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から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。

ベース板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置される。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８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および第２フィルタ９８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および第２フィルタ９８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。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置される。

図３を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、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の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、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の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

図２を参照して、光形成部２０は、電子冷却モジュール３０を含む。電子冷却モジュール３０は、ステム１０とベース板６０との間に配置される。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３の温度変化が抑制される。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行して第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_２に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行して第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_２に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行して第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_３に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。このとき、レーザダイオード８１，８２，８３が発光する（オン状態となる）ことにより、保護部材であるステム１０およびキャップ４０に取り囲まれた領域、すなわちパッケージ内において熱が発生する。そのため、レンズ９１，９２，９３の温度が上昇する。

ここで、本実施の形態における光モジュール１では、光形成部２０に含まれる電子冷却モジュール３０によりレンズ９１，９２，９３が冷却される。また、レーザダイオード８１，８２，８３の発光が停止された（レーザダイオード８１，８２，８３がオフ状態とされた）場合、電子冷却モジュール３０によるレンズ９１，９２，９３の冷却を停止することができる。つまり、レーザダイオード８１，８２，８３がオン状態となった場合に電子冷却モジュール３０をオン状態とし、レーザダイオード８１，８２，８３がオフ状態となった場合に電子冷却モジュール３０をオフ状態とすることで、樹脂製のレンズであるレンズ９１，９２，９３の温度変化が低減される。その結果、レンズ９１，９２，９３を構成する樹脂の屈折率の変化が低減され、レンズ９１，９２，９３を通過する光のスポットサイズや集光位置の変化が許容可能な範囲に抑制される。

また、本実施の形態においては、電子冷却モジュール３０が保護部材であるステム１０およびキャップ４０によりハーメチックシールされている。これにより、水分に弱い電子冷却モジュール３０が水分から保護される。電子冷却モジュール３０によって長期間にわたってレンズ９１，９２，９３の温度変化を抑制可能することで、製造コストの低い樹脂製のレンズ９１，９２，９３を採用した場合でも、光モジュール１を実用に耐えるものとすることができる。このように、本実施の形態における光モジュール１は、実用性を維持しつつ製造コストの低減された光モジュールとなっている。

（実施の形態２）
次に、本発明にかかる光モジュールの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４は、実施の形態２における光モジュールの構造を示す概略平面図である。図４および図３を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の光モジュール１においては、光形成部２０が第４半導体発光素子としての赤外レーザダイオード１０１をさらに含む点において、実施の形態１の場合とは異なっている。以下、実施の形態２において実施の形態１とは異なる点について説明する。

図４を参照して、実施の形態２におけるベース板６０に形成された第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第４サブマウント１０２が配置されている。第３サブマウント７３から見て、第２サブマウント７２とは反対側に第４サブマウント１０２が配置される。そして、第４サブマウント１０２上には、第４半導体発光素子としての赤外レーザダイオード１０１が配置されている。赤外レーザダイオード１０１は、赤外光を出射する。赤外レーザダイオード１０１から出射される赤外光の波長は特に限定されないが、赤外レーザダイオード１０１は、たとえば人の動きのセンシングに適した７００ｎｍ帯の赤外光、物質のセンシングに適した１１００ｎｍ帯や１７００ｎｍ帯の赤外光などを出射するものとすることができる。赤外レーザダイオード１０１の光軸の高さは、第４サブマウント１０２により調整されて、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の光軸の高さと一致している。

ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第４レンズ保持部１０６が形成されている。そして、第４レンズ保持部１０６上には、第４レンズ１０５が配置されている。第４レンズ１０５は、表面がレンズ面となっているレンズ部１０５Ａを有している。第４レンズ１０５は、レンズ部１０５Ａとレンズ部１０５Ａ以外の領域とが一体成型されている。第４レンズ１０５は、上記第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３と同様に、樹脂からなっている。第４レンズ１０５は、実施の形態１の場合と同様の構成を有する電子冷却モジュール３０により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３とともにその温度変化が抑制される。第４レンズ保持部１０６により、第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａの中心軸、すなわちレンズ部１０５Ａの光軸は、赤外レーザダイオード１０１の光軸に一致するように調整されている。第４レンズ１０５は、赤外レーザダイオード１０１から出射される光のスポットサイズを変換する。第４レンズ１０５により、赤外レーザダイオード１０１から出射される光のスポットサイズが、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、それぞれに対応するレンズにより変換された光のスポットサイズに一致するように変換される。

ベース板６０のベース領域６１上には、第３フィルタ１０７が配置される。第３フィルタ１０７は、互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第３フィルタ１０７は、たとえば波長選択性フィルタである。第３フィルタ１０７は、誘電体多層膜フィルタである。第３フィルタ１０７は、赤色の光、緑色の光および青色の光を透過し、赤外レーザダイオード１０１から出射される赤外光を反射する。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１０７は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１から出射された光を合波する。第３フィルタ１０７は、ベース領域６１上に形成された凸部である第３突出領域１０８上に配置される。

図４を参照して、赤外レーザダイオード１０１、第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａおよび第３フィルタ１０７は、赤外レーザダイオード１０１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１の出射方向とは直交する。赤外レーザダイオード１０１の出射方向は、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の出射方向に沿った方向である。より具体的には、赤外レーザダイオード１０１の出射方向、緑色レーザダイオード８２の出射方向および青色レーザダイオード８３の出射方向は平行である。第３フィルタ１０７の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第３フィルタ１０７の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。本実施の形態の光モジュール１は、実施の形態１の場合と基本的には同様に動作する。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。図４を参照して、赤外レーザダイオード１０１から出射された赤外光は、光路Ｌ_６に沿って進行して第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤外レーザダイオード１０１から出射された赤外光がコリメート光に変換される。第４レンズ１０５においてスポットサイズが変換された赤外光は、光路Ｌ_６に沿って進行し、第３フィルタ１０７に入射する。第３フィルタ１０７は赤色の光、緑色の光および青色の光を透過し、赤外光を反射するため、上記実施の形態１の場合と同様に合波され、第３フィルタ１０７を透過した赤色の光、緑色の光および青色の光と、第３フィルタ１０７で反射された赤外光とが合波され、光路Ｌ_７に沿ってさらに進行してキャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光と赤外光とが合波されて形成された光が出射する。ここで、本実施の形態における光モジュール１では、赤色、緑色および青色の光に加えて赤外光が合波されて光モジュール１から出射される。そのため、たとえば描画用の可視光とセンシング用の赤外光とを単一の光モジュール１から出射することができる。これにより、たとえば人の指の位置のセンシングを実施しつつ、センシングの結果の基づいた視覚描写を実施するための光源として光モジュール１を使用することができる。そして、光モジュール１のレンズ９１，９２，９３，１０５は樹脂製であり、かつ光モジュール１の光形成部２０がレンズ９１，９２，９３，１０５を冷却する電子冷却モジュール３０を含むため、光モジュール１は実用性を維持しつつ製造コストの低減された光モジュールとなっている。

なお、ベース板６０および保護部材であるステム１０を構成する材料としては、たとえば熱伝導率の高い材料である鉄合金、または銅合金を採用することができる。また、サブマウント７１，７２，７３，１０２は、サブマウント７１，７２，７３，１０２上に搭載されるレーザダイオード８１，８２，８３，１０１に熱膨張係数が近い材料からなるものとされ、たとえばＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ダイヤモンドなどからなるものとすることができる。

また、上記実施の形態においては、３個または４個の出射波長の異なる半導体発光素子からの光が合波される場合について説明したが、半導体発光素子は１個または２個であってもよく、５個以上であってもよい。さらに、上記実施の形態においては、光形成部に含まれる半導体発光素子が全て可視光を出射するものである場合、および可視光を出射するものと赤外光を出射するものとが組み合わされる場合について説明したが、光形成部に含まれる半導体発光素子が全て赤外光を出射するものであってもよい。また、上記実施の形態においては、半導体発光素子としてレーザダイオードが採用される場合について説明したが、半導体発光素子として、たとえば発光ダイオードが採用されてもよい。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ１０７として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。

上記実施の形態１と同様の構造を有する光モジュール１を作製し、レーザダイオード８１，８２，８３がオン状態となった場合に電子冷却モジュール３０をオン状態とし、レーザダイオード８１，８２，８３がオフ状態となった場合に電子冷却モジュール３０をオフ状態とした場合の、レンズ９１，９２，９３の温度変化を測定した。また、当該温度変化に対応するレンズ９１，９２，９３通過後のレーザダイオード８１，８２，８３からのレーザ光のスポットサイズの変化を算出した。

図５において、横軸は基準時刻からの経過時間、縦軸は温度に対応する。図５を参照して、基準時刻からｔ_１秒経過後に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がオン状態とされるとともに電子冷却モジュール３０がオン状態とされている。その後、基準時刻からｔ_２秒経過後に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がオフ状態とされるとともに電子冷却モジュール３０がオフ状態とされている。そして、図５には、その際のレンズ９１，９２，９３の温度変化が示されている。図５に示すように、当初約３１℃であったレンズ９１，９２，９３の温度は、レーザダイオード８１，８２，８３がオン状態とされたｔ_１秒経過後の直後には、３３．２℃にまで上昇している。その後、電子冷却モジュール３０による冷却によってレンズ９１，９２，９３の温度は３１℃に下降して維持されている。さらに、基準時刻からｔ_２秒経過後にレーザダイオード８１，８２，８３がオフ状態とされると、電子冷却モジュール３０による冷却は停止されるもののレンズ９１，９２，９３の温度は２８℃にまで下降している。その後、レンズ９１，９２，９３の温度は３１℃に上昇して維持されている。つまり、実施の形態１の光モジュール１に含まれる全ての半導体発光素子であるレーザダイオード８１，８２，８３が同時にオン状態とされ、その後同時にオフ状態とされるような最も温度変動が大きいと考えられる条件において、レンズ９１，９２，９３の温度は２８℃〜３３．２℃の範囲で変動している。

図６は、レンズ９１，９２，９３の温度が２８℃〜３４℃の範囲で変動した場合のレンズ９１，９２，９３通過後のレーザダイオード８１，８２，８３からのレーザ光のスポットサイズを示す図である。図６において、横軸はレンズの温度、縦軸はレーザダイオード８１，８２，８３から１０００ｍｍ離れた位置におけるスポットサイズである。また、図６において菱形、四角形および三角形の各点は、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からのレーザ光のスポットサイズに対応する。

図６を参照して、上記図５において算出された温度範囲よりも広い２８℃〜３４℃の範囲でレンズ９１，９２，９３の温度が変動した場合でも、各レーザダイオード８１，８２，８３からのレーザ光のスポットサイズの変動は許容可能な範囲（１ｍｍ以内）に抑制されている。また、スポットサイズの範囲も許容可能な範囲（１ｍｍ以上３ｍｍ以下）となっている。以上の結果から、本願の光モジュールによれば、実用性を維持しつつ製造コストの低減された光モジュールが提供できることが確認される。

今回開示された実施の形態および実施例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。

本願の光モジュールは、製造コストの低減が求められる光モジュールに、特に有利に適用され得る。

１ 光モジュール
１０ ステム
１０Ａ 一方の主面
１０Ｂ 他方の主面
２０ 光形成部
３０ 電子冷却モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
４０ キャップ
４１ 出射窓
５１ リードピン
６０ ベース板
６０Ａ 一方の主面
６０Ｂ 他方の主面
６１ ベース領域
６２ チップ搭載領域
６３ 第１チップ搭載領域
６４ 第２チップ搭載領域
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
７７ 第１レンズ保持部
７８ 第２レンズ保持部
７９ 第３レンズ保持部
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
８８ 第１突出領域
８９ 第２突出領域
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
１０１ 赤外レーザダイオード
１０２ 第４サブマウント
１０５ 第４レンズ
１０５Ａ レンズ部
１０６ 第４レンズ保持部
１０７ 第３フィルタ
１０８ 第３突出領域

Claims (6)

1. 光を形成する光形成部と、
   前記光形成部からの光を透過する出射窓を有し、前記光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備え、
   前記光形成部は、
   半導体発光素子と、
   樹脂からなり、前記半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、
   前記レンズを冷却する電子冷却モジュールと、を含む、光モジュール。
2. 前記半導体発光素子は、赤外光を出射する、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光形成部は、
   複数の前記半導体発光素子と、
   前記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数の前記レンズと、
   前記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含む、請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する前記半導体発光素子、緑色の光を出射する前記半導体発光素子および青色の光を出射する前記半導体発光素子を含む、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記保護部材のうち少なくとも一部は鉄合金または銅合金から構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光モジュール。
   

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