JP2017084939A - レーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備える撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーパッケージと、ヒートシンクに接触する他の部材とがヒートシンクを介して短絡するのを防止することができると共に、レーザーパッケージからヒートシンクへの熱の移動が効率的に行われて熱によるレーザーダイオードの劣化を抑制することができるようにする。【解決手段】レーザーダイオードが取り付けられる金属製のステムと該ステムと電気的に接続される端子とを備えるレーザーパッケージと、該レーザーパッケージからの熱を受け取る金属製のヒートシンクと、該ヒートシンクと前記ステムとの間に配置されてヒートシンクとステムとを電気的に絶縁すると共にステム側からヒートシンク側へ熱を伝達する絶縁熱伝導部材とを備えており、前記ステムは、ヒートシンクから離間した位置に配置されると共に絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクと当接するように構成され、前記絶縁熱伝導部材は、弾性素材から構成される。【選択図】図７

Description

本発明は、レーザーダイオードを光源とするレーザーパッケージを備えるレーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備える撮像装置に関する。

レーザーダイオードを光源として使用した装置が種々提案されている。例えば、レーザーダイオードを距離測定用光源として用いた距離画像カメラ（ＴＯＦカメラ）等の撮像装置が知られている。このような撮像装置は、レーザーダイオードを備えるレーザーパッケージが回路基板に取り付けられて構成されたレーザー発光装置を備えている。

レーザーパッケージは、レーザーダイオードが取り付けられる金属製のステムと該ステムから延出する３つの端子とを備えており、３つの端子のうちの２つがレーザーダイオードと電気的に接続される接続端子であり、他の１つの端子がステムと接続されるアース端子となっている。そして、レーザーパッケージは、各端子が回路基板に電気的に接続されることで、回路基板の通電に伴って、２つの接続端子を介してレーザーダイオードに電流が供給されてレーザーダイオードが発光するように構成されている。

このようなレーザーパッケージを備えるレーザー発光装置では、レーザーダイオードの発光に伴って生じた熱がレーザーダイオードに蓄積されることで、レーザーダイオードの劣化が促進される。このため、金属製のヒートシンクをレーザーパッケージと接触させることで、レーザーダイオードの発光によって生じた熱をヒートシンクへ移動させ、レーザーダイオードに熱が蓄積されるのを抑制している。例えば、特許文献１及び特許文献２に示すように、レーザーパッケージが備えるステムと金属製のヒートシンクとを接触させてレーザーダイオードの熱をステムからヒートシンクへ移動させることで、レーザーダイオードに熱が蓄積されるのを抑制する構造が提案されている。また、特許文献３に示すように、ステムとヒートシンクとの間に、熱伝導性を有するセラミック製の熱伝導体を配置してレーザーダイオードの熱をステムから熱伝導体を介してヒートシンクへ移動させることで、レーザーダイオードに熱が蓄積されるのを抑制する構造が提案されている。

特願２００６−１３２８６号公報 特願２００６−６５８９５号公報 特願２００５−３１７９２５号公報

しかしながら、上述のようなレーザーパッケージでは、ステムとアース端子とが同電位となるように通電する場合がある。斯かる場合において、特許文献１及び特許文献２に示すように、ステムと金属製のヒートシンクとが接触した状態になると、ステムの通電に伴ってヒートシンクが通電した状態となる。これにより、レーザーパッケージとヒートシンクに接触する他の部材とが（例えば、一つのヒートシンクに複数のレーザーパッケージを接触させる場合には、レーザーパッケージ同士が）ヒートシンクを介して短絡する虞がある。

また、特許文献３のように、ステムとヒートシンクとの間にセラミック製の熱伝導体を配置する場合には、ステム及びヒートシンクと熱伝導体との接触状態によって、ステムと熱伝導体との間や、ヒートシンクと熱伝導体との間に隙間が生じる（密着性が低下する）虞がある。このような隙間が生じると、ステム（ヒートシンク）と熱伝導体との間の熱抵抗が増加するため、ステムからヒートシンクへの熱の移動を効率的に行うことが困難となる。また、セラミック製の熱伝導体を用いる場合には、熱伝導体自体の寸法のバラツキやレーザー発光装置を構成する各部材を組み合わせる際の位置ズレ等によって、レーザー発光装置にガタ付きが生じてしまう虞もある。

そこで、レーザーパッケージと、ヒートシンクに接触する他の部材とがヒートシンクを介して短絡するのを防止することができると共に、レーザーパッケージからヒートシンクへの熱の移動が効率的に行われて熱によるレーザーダイオードの劣化を抑制することができ、更に、レーザー発光装置にガタ付きが生じてしまうのを防止することができるレーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明に係るレーザー発光装置は、レーザーダイオードが取り付けられる金属製のステムと該ステムと電気的に接続される端子とを備えるレーザーパッケージと、該レーザーパッケージからの熱を受け取る金属製のヒートシンクと、該ヒートシンクと前記ステムとの間に配置されてヒートシンクとステムとを電気的に絶縁すると共にステム側からヒートシンク側へ熱を伝達する絶縁熱伝導部材とを備えており、前記ステムは、ヒートシンクから離間した位置に配置されると共に絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクと当接するように構成され、前記絶縁熱伝導部材は、弾性素材から構成されることを特徴とする。

斯かる構成によれば、ヒートシンクから離間した位置にステムが配置されると共に、ヒートシンクとステムとの間に配置された絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクとステムとが当接することで、レーザーパッケージが備える端子の通電に伴ってステムが通電した際にも、ステムとヒートシンクとが電気的に接続されてヒートシンクが通電してしまうのを防止することができる。これにより、ヒートシンクが他の電子部品と接する場合であってもレーザーパッケージと他の電子部品とが短絡してしまうのを防止することができる。

また、絶縁熱伝導部材が弾性素材から構成されることで、ステムとヒートシンクとを絶縁熱伝導部材を介して当接させた際に、ステム及びヒートシンクの双方における絶縁熱伝導部材と接する面に絶縁熱伝導部材が追従して弾性変形するため、ステム及びヒートシンクと絶縁熱伝導部材との密着性を向上させることができる。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステムから絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクへ効率的に移動するため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを抑制することができる。

更に、絶縁熱伝導部材の弾性変形によって、絶縁熱伝導部材自体の寸法のバラツキやレーザー発光装置を構成する各部材を組み合わせる際の位置ズレ等が緩衝されるため、レーザー発光装置にガタ付きが生じてしまうのを防止することができる。

また、前記ステム及び絶縁熱伝導部材をヒートシンクとの間で挟み込む挟込部材を更に備えることが好ましい。

斯かる構成によれば、挟込部材とヒートシンクとの間にステム及び絶縁熱伝導部材が挟み込まれるため、ステムと絶縁熱伝導部材とヒートシンクとがより密着した状態になる。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステムから絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクへより効率的に移動するため、レーザーダイオードに熱が蓄積されることによって生じるレーザーダイオードの劣化をより効果的に抑制することができる。

また、前記絶縁熱伝導部材の外周形状は、前記ステムの外周形状よりも大きくなるように形成されており、ステムは、絶縁熱伝導部材における外周部よりも内側の領域と接するように配置されることが好ましい。

斯かる構成によれば、絶縁熱伝導部材の外周形状がステムの外周形状よりも大きくなるように構成されると共に、ステムは、絶縁熱伝導部材における外周部よりも内側の領域と接するように配置されることで、ステムの外周形状の大きさのバラツキやレーザー発光装置を構成する各部材を組み合わせる際の位置ズレ（具体的には、レーザーパッケージの位置ズレ）等によってステムの外周端部の一部が絶縁熱伝導部材の外側に位置して絶縁熱伝導部材と接触しなくなるのを防止することができ、ステムと絶縁熱伝導部材との接触状態を良好に維持することができる。

また、前記ヒートシンクは、ステムの少なくとも一部が内側に収容される凹部を備えており、該凹部の内側に収容されたステムの少なくとも一部と凹部の内面の一部との間には、凹部の外側の空間と連通する空間が形成されると共に、凹部の内面の一部とステムとが絶縁熱伝導部材を介して当接することが好ましい。

斯かる構成によれば、ヒートシンクが凹部を備えることで、ヒートシンクの表面積が広くなるため、ヒートシンクの放熱性を向上させることができる。また、凹部の内側にステムの少なくとも一部が配置された状態で、凹部とステムとの間に凹部の外側の空間と連通する空間が形成されることで、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステムから斯かる空間に放出されると共に、ステムから絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクへ移動した熱も斯かる空間に放出される。そして、斯かる空間に放出された熱が凹部の外側の空間へ排出される。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がレーザー発光装置の外へ排出され易くなるため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを効果的に抑制することができる。

また、前記ヒートシンクは、ステムの少なくとも一部が内側に配置される凹部を備え、該凹部は、深さ方向に位置する底面と深さ方向に延びるように形成されて底面の外周縁と連なる側面とを備えており、凹部の底面及び側面とステムとが絶縁熱伝導部材を介して当接することが好ましい。

斯かる構成によれば、凹部の底面及び側面とステムとが絶縁熱伝導部材を介して当接することで、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステムから凹部の底面側だけでなく、凹部の側面側へ向かっても絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクへ移動する。つまり、ステムから複数方向へ向かって熱の移動が生じるため、底面側（又は側面側）のみに熱の移動が生じる場合よりも熱の移動を効率的に行うことができる。これにより、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのをより効果的に抑制することができる。

また、前記ヒートシンクは、絶縁熱伝導部材を介してステムと当接するヒートシンク本体と、該ヒートシンク本体から突出する突出部を備えており、前記レーザーパッケージが備える端子と接続される回路基板に前記突出部が当接することで、ヒートシンク本体が回路基板から離間した位置に保持されてヒートシンク本体と回路基板との間に空間が形成されることが好ましい。

斯かる構成によれば、ヒートシンクが備える突出部が回路基板に当接することで、ヒートシンク本体が回路基板から離間した位置に保持されてヒートシンク本体と回路基板との間に空間が形成される。このため、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステムから絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクへ移動し、ヒートシンクから斯かる空間へ放出される。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がレーザー発光装置の外へ排出され易くなるため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを効果的に抑制することができる。

本発明に係る撮像装置は、上記の何れかに記載のレーザー発光装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザーパッケージと、ヒートシンクに接触する他の部材とがヒートシンクを介して短絡するのを防止することができると共に、レーザーパッケージからヒートシンクへの熱の移動が効率的に行われて熱によるレーザーダイオードの劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態のレーザー発光装置を構成する各部材を示した斜視図。 （ａ）は、同実施形態のレーザー発光装置で使用するレーザーパッケージを示した側面図、（ｂ）は、同レーザーパッケージを上面図。 同実施形態のレーザー発光装置で使用するヒートシンクにおける図１のＩ−Ｉ断面を示した断面図。 同実施形態のレーザー発光装置で使用する絶縁熱伝導部材を示した斜視図。 （ａ）は、同実施形態のレーザー発光装置で使用する挟込部材を示した斜視図、（ｂ）は、同挟込部材が備えるレーザー固定部を示した斜視図。 図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面を示した断面図。 同実施形態のレーザー発光装置におけるレーザーパッケージを備える部分の断面図。 他の実施形態のレーザー発光装置におけるレーザーパッケージと絶縁熱伝導部材とヒートシンクとを示した断面図。

以下、本発明の一実施形態に係るレーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備える撮像装置について図面を参酌しつつ説明する。

本実施形態に係るレーザー発光装置１は、図１に示すように、レーザーダイオードを備えるレーザーパッケージ２と、該レーザーパッケージ２からの熱を受け取る金属製のヒートシンク３と、該ヒートシンク３とレーザーパッケージ２とを電気的に絶縁すると共にレーザーパッケージ２側からヒートシンク３側へ熱を伝達する絶縁熱伝導部材４とを備える。本実施形態では、レーザー発光装置１は、レーザーパッケージ２を複数備えると共に、該レーザーパッケージ２の個数に対応した個数の絶縁熱伝導部材４を備える。

また、レーザー発光装置１は、レーザーパッケージ２及び絶縁熱伝導部材４をヒートシンク３との間で挟み込む挟込部材５と、レーザーパッケージ２と電気的に接続される回路基板６とを更に備える。また、レーザー発光装置１は、ヒートシンク３と挟込部材５とを連結する第一ネジ部材７と、ヒートシンク３と回路基板６とを連結する第二ネジ部材８とを更に備える。

レーザー発光装置１を備える装置としては、レーザーパッケージ２を使用する装置であれば、特に限定されるものではなく、例えば、レーザーダイオードを距離測定用光源として用いた距離画像カメラ（ＴＯＦカメラ）等の撮像装置が挙げられる。

レーザーパッケージ２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、レーザーダイオード（図示せず）が取り付けられる金属製のステム２１と、回路基板６と電気的に接続される複数の端子２２…とを備える。また、レーザーパッケージ２は、ステム２１に取り付けられたレーザーダイオードを覆うように配置される筒状体２３を更に備える。

ステム２１は、略板状に形成され、一方の面側には、レーザーダイオードが取り付けられると共に該レーザーダイオードを覆うように筒状体２３が取り付けられる。また、ステム２１を厚み方向に沿って見た際の外周形状は、筒状体２３を軸線方向に沿って見た際の外周形状よりも大きくなるように形成される。そして、ステム２１の外周部よりも内側の位置に筒状体２３が取り付けられることで、ステム２１の外周部は、筒状体２３の外側に位置する。これにより、ステム２１の外周部によってフランジ部２４が構成される。

また、ステム２１は、外周部（即ち、フランジ部２４）に切欠部２１ａを備える。該切欠部２１ａは、ステム２１の側部にステム２１の厚み方向に延びる溝状に形成される。本実施形態では、切欠部２１ａは、ステム２１の外周部の対向する位置に一対形成される。

端子２２…は、棒状に形成される。また、端子２２…は、一端部側（回路基板６と接続される端部側）がステム２１の他方の面（具体的には、他方の面における外周部よりも内側の位置）から延出するように構成される。

また、端子２２…は、レーザーダイオードと電気的に接続される２つの端子（以下、接続端子ともいう）２２ａ，２２ａと、ステム２１と電気的に接続される端子（以下、アース端子ともいう）２２ｂとから構成される。接続端子２２ａ，２２ａは、ステム２１を貫通して筒状体２３内で他端部側がレーザーダイオードと電気的に接続される。アース端子２２ｂは、他端部がステム２１と電気的に接続される。

筒状体２３は、軸線方向の一端部がステム２１に連結されることで、該一端部がステム２１によって閉塞され、軸線方向の他端部に開口部２３ａを備える。該開口部２３ａには、レンズ（図示せず）が嵌め込まれており、これによって、開口部２３ａからレーザーダイオードの光を筒状体２３の外側に照射することが可能となっている。

図１に戻り、ヒートシンク３は、略板状に形成される。また、ヒートシンク３は、撮像装置が備えるカメラ等のレンズ（図示せず）に対応する位置に、厚み方向に貫通するレンズ用貫通孔３ａを備え、該レンズ用貫通孔３ａを挟んで対向する領域にレーザーパッケージ２を差し込む差込部３ｂを複数（具体的には、レーザーパッケージ２の個数に対応する数）備える。また、ヒートシンク３は、第一ネジ部材７を挿通する第一ネジ孔３ｃと第二ネジ部材８と螺合する第二ネジ孔３ｄとを更に備える。ヒートシンク３を構成する素材としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウムや銅から構成される高熱伝導の金属素材を用いることが好ましい。

また、ヒートシンク３は、図３に示すように、略板状に形成されたヒートシンク本体３１と該ヒートシンク本体３１から突出する突出部３２とを備える。

ヒートシンク本体３１は、一方の面側に凹部３３を備えると共に、他方の面と凹部３３との間を厚み方向に貫通する貫通部３４を備える。

凹部３３は、レーザーパッケージ２が備えるステム２１の少なくとも一部を収容可能に構成される。また、凹部３３は、後述する挟込部材５が備える切欠嵌込部５２ｂの先端部が内側に配置された際にも、該先端部と接触しないように形成される。また、凹部３３は、深さ方向に位置する底面３３ａと、深さ方向に延びるように形成されて底面３３ａの外周部と連結される側面３３ｂとから構成される。つまり、凹部３３の内面は、底面３３ａと側面３３ｂとから構成される。底面３３ａは、環状に形成され、内周端部が貫通部３４の内周面の一端部（凹部３３側の端部）と連結される。これにより、凹部３３と貫通部３４とが連通するように構成される。また、貫通部３４は、レーザーパッケージ２が備える各端子２２…を挿通可能に構成される。

突出部３２は、ヒートシンク本体３１の他方の面から突出するように形成される。具体的には、突出部３２は、貫通部３４の近傍（より詳しくは、ヒートシンク本体３１を厚み方向に沿って見た際に、ヒートシンク本体３１の他方の面における凹部３３の外周部と重なる位置）から突出するように形成される。また、突出部３２は、貫通部３４の他端部（ヒートシンク本体３１の他方の面側に位置する端部）を囲むように環状に形成される。そして、環状の突出部３２の内周面の軸線方向の一端部が貫通部３４の内周面の他端部と連結される。これにより、凹部３３と貫通部３４と環状の突出部３２とが連通するように構成される。また、環状の突出部３２は、内側にレーザーパッケージ２が備える端子２２…を挿通可能に構成される。

突出部３２の高さとしては、特に限定されるものではなく、凹部３３の深さと略同一であることが好ましい。突出部３２の高さと凹部３３の深さとが略同一であることでプレス成形によってヒートシンク３を形成するのが容易になる。

絶縁熱伝導部材４は、図４に示すように、シート状に形成される。また、絶縁熱伝導部材４は、環状に形成され、内側にレーザーパッケージ２が備える端子２２…を挿通可能に構成される。また、絶縁熱伝導部材４の外周形状は、レーザーパッケージ２が備えるステム２１の外周形状よりも大きくなるように形成される。

また、絶縁熱伝導部材４の厚みとしては、特に限定されるものではなく、厚みによる熱抵抗を考慮すると、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。

また、絶縁熱伝導部材４は、弾性素材を用いて形成される。絶縁熱伝導部材４を構成する素材としては、弾性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、シリコンゴム等を用いることができる。

また、絶縁熱伝導部材４の熱伝導率としては、特に限定されるものではなく、例えば、０．５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好ましい。また、絶縁熱伝導部材４の絶縁破壊電圧としては、特に限定されるものではなく、例えば、１ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。

挟込部材５は、図５（ａ）に示すように、略板状に形成される。また、挟込部材５は、撮像装置が備えるカメラ等のレンズ（図示せず）に対応する位置に、厚み方向に貫通するレンズ用貫通孔５ａを備える。また、挟込部材５は、第一ネジ部材７と螺合する第一ネジ孔５ｂを更に備える。

また、挟込部材５は、略板状に形成された挟込部材本体５１とレーザーパッケージ２を固定するレーザー固定部５２を備える。本実施形態では、挟込部材本体５１が備えるレンズ用貫通孔５ａを挟んで対向する領域にレーザー固定部５２が複数設けられる。挟込部材５を構成する素材としては、特に限定されるものではなく、例えば、絶縁性を有する樹脂素材を用いることができる。

挟込部材本体５１は、図６に示すように、レーザー固定部５２と対応する位置の一方の面側に凹部５３を備えると共に、他方の面と凹部５３との間を厚み方向に貫通する貫通部５４を備える。

凹部５３は、レーザーパッケージ２からのレーザーを透過するレンズ（図示せず）を嵌め込み可能に構成される。また、凹部５３は、深さ方向に位置する底面５３ａと、深さ方向に延びるように形成されて底面５３ａの外周部と連結される側面５３ｂとから構成される。底面５３ａは、環状に形成され、内周端部が貫通部５４の内周面の一端部（凹部５３側に位置する端部）と連結される。これにより、凹部５３と貫通部５４とが連通するように構成される。

図５（ａ）に戻り、レーザー固定部５２は、挟込部材本体５１の他方の面から突出するように形成される。また、レーザー固定部５２は、筒状に形成されており、軸線方向の一端部（挟込部材本体５１側に位置する端部）が挟込部材本体５１の他方の面に連結される。具体的には、レーザー固定部５２は、図６に示すように、内周面の軸線方向の一端部が貫通部５４の他端部（挟込部材本体５１の他方の面側に位置する端部）と連結される。これにより、挟込部材本体５１が備える凹部５３と貫通部５４とレーザー固定部５２とが連通するように構成される。

また、レーザー固定部５２は、レーザーパッケージ２の筒状体２３と当接可能に構成された筒状体当接部５２ｃを内側に備える。具体的には、レーザー固定部５２は、軸線方向の一端側が挟込部材本体５１側へ向かって拡開するように形成された拡開部５５を備えており、該拡開部５５と拡開部５５よりも他端側の部分との境界部分に筒状体当接部５２ｃが形成される。筒状体当接部５２ｃは、レーザー固定部５２の軸線を中心に環状に形成される。

図５に戻り、レーザー固定部５２は、図５（ｂ）に示すように、軸線方向の他端側に、レーザーパッケージ２のステム２１に当接するステム当接部５２ａとステム２１の切欠部２１ａに嵌り込む切欠嵌込部５２ｂとを備える。具体的には、レーザー固定部５２は、一対のステム当接部５２ａと、一対の切欠嵌込部５２ｂとを備え、軸線を中心にステム当接部５２ａと切欠嵌込部５２ｂとが交互に円形状に配置される。また、一対のステム当接部５２ａ，５２ａは、間隔を空けて対向する位置に形成され、一対の切欠嵌込部５２ｂは、間隔を空けて対向する位置に形成される。

ステム当接部５２ａは、レーザー固定部５２の軸線を中心に円弧状となるように形成される。また、ステム当接部５２ａは、レーザー固定部５２の拡開部５５からレーザー固定部５２の軸線方向に沿って延出するように形成され、延出方向に位置する先端部がステム２１と当接可能に構成される。

切欠嵌込部５２ｂは、レーザー固定部５２の拡開部５５からレーザー固定部５２の軸線方向に沿って延出するように形成される。また、切欠嵌込部５２ｂは、延出方向に位置する先端部が先細りとなる（傾斜面を有する）ように形成されると共に、該先端部が切欠部２１ａに嵌め込み可能に構成される。また、切欠嵌込部５２ｂは、ステム２１との接触によってレーザー固定部５２の外側（軸線から離れる方向）へ弾性変形可能に構成される。

図１に戻り、回路基板６は、略板状に形成される。また、回路基板６は、撮像装置が備えるカメラ等のレンズ（図示せず）に対応する位置に、厚み方向に貫通するレンズ用貫通孔６ａを備える。また、回路基板６は、レーザーパッケージ２が備える端子２２…を挿通する端子挿通孔６ｂと、第二ネジ部材８を挿通する第二ネジ孔６ｃと、ヒートシンク３の第一ネジ孔３ｃに対応する位置に形成された貫通孔６ｄとを備える。

上記のように構成されるレーザーパッケージ２と、ヒートシンク３と、絶縁熱伝導部材４と、挟込部材５と、回路基板６とを組み立てることで、図７に示すようなレーザー発光装置１が形成される。

具体的には、ヒートシンク３と回路基板６とを重ねた状態で、回路基板６の第二ネジ孔６ｃに第二ネジ部材８を挿通すると共に、該第二ネジ部材８をヒートシンク３の第二ネジ孔３ｄに螺合させる。

その後、ヒートシンク３の凹部３３内（具体的には、凹部３３の底面３３ａ上に）に絶縁熱伝導部材４を配置する。そして、ヒートシンク３の一方の面側から凹部３３、貫通部３４、及び、環状の突出部３２にレーザーパッケージ２を挿入する。これにより、ステム２１の少なくとも一部が凹部３３内に位置すると共に、ステム２１と底面３３ａとの間に絶縁熱伝導部材４が配置される。また、端子２２…が絶縁熱伝導部材４、貫通部３４、及び、環状の突出部３２に挿通される。そして、端子２２…の先端部が環状の突出部３２から突出して回路基板６の端子挿通孔６ｂに挿通される。

次に、挟込部材５のレーザー固定部５２に、レーザー固定部５２の軸線に沿ってレーザーパッケージ２を差し入れる。具体的には、レーザー固定部５２の他端側（具体的には、一対のステム当接部５２ａと一対の切欠嵌込部５２ｂとで囲まれた部分）にレーザーパッケージ２の筒状体２３を挿入する。これにより、レーザー固定部５２内では、筒状体当接部５２ｃが筒状体２３の外周面に当接し、レーザー固定部５２の軸線に直交する方向（具体的には、図７における水平方向）のレーザーパッケージ２の位置が規制される。

また、ステム当接部５２ａがレーザー固定部５２の軸線方向に沿ってステム２１（具体的には、フランジ部２４）に当接すると共に、切欠嵌込部５２ｂがステム２１の切欠部２１ａに嵌り込む。なお、切欠嵌込部５２ｂが切欠部２１ａに嵌り込む際に、切欠嵌込部５２ｂの先端部の傾斜面が切欠部２１ａに摺接しつつ嵌り込むため、切欠部２１ａの位置が切欠嵌込部５２ｂの位置からズレている場合であっても、レーザー固定部５２の軸線を中心にレーザーパッケージ２が回転し、切欠嵌込部５２ｂに対応する位置に切欠部２１ａが移動する。これにより、回転方向の適切な位置でレーザーパッケージ２が規制される。また、切欠嵌込部５２ｂがステム２１との接触によって弾性変形することで、ステム２１の外周形状の大きさにバラツキがあったとしても、切欠嵌込部５２ｂが切欠部２１ａに嵌り込むため、回転方向の適切な位置でレーザーパッケージ２が規制される。

そして、回路基板６の貫通孔６ｄから第一ネジ部材７をヒートシンク３と回路基板６との間に配置して貫通孔６ｄから挿入したドライバー等で第一ネジ部材７をヒートシンク３の第一ネジ孔３ｃに挿入すると共に挟込部材５の第一ネジ孔５ｂに螺合させて締め付けることで、ヒートシンク３（具体的には、凹部３３の底面３３ａ）と挟込部材５（具体的には、ステム当接部５２ａ）とによってステム２１及び絶縁熱伝導部材４が挟み込まれる。これにより、絶縁熱伝導部材４は、弾性変形して厚み方向に圧縮される。圧縮率としては、圧縮前の厚みに対して１０％以上５０％以下であることが好ましい。１０％以上とすることで、ステム２１とヒートシンク３と絶縁熱伝導部材４とが密着して熱抵抗が低減される。また、５０％以下であることで、絶縁熱伝導部材４の破損によって絶縁性の低下が抑制される。

そして、レーザーパッケージ２の端子２２…を回路基板６にハンダ付けすることで、レーザー発光装置１が形成される。

上記のように形成されるレーザー発光装置１では、ヒートシンク３（具体的には、凹部３３の底面３３ａ）とステム２１との間に絶縁熱伝導部材４が配置されると共に、凹部３３の側面３３ｂとステム２１との間に凹部３３の外側の空間と連通する空間Ｒ１が形成される。これにより、ステム２１は、ヒートシンク３から離間した位置に配置されると共に、絶縁熱伝導部材４（具体的には、絶縁熱伝導部材４における外周部よりも内側の領域）を介してヒートシンク３（具体的には、ヒートシンク本体３１）と当接する。

また、ヒートシンク３の突出部３２が回路基板６（具体的には、端子挿通孔６ｂの近傍）に当接することで、ヒートシンク本体３１が回路基板６から離間した位置に保持される。これによって、ヒートシンク本体３１と回路基板６との間に通気可能な空間Ｒ２が形成される。

以上のように、本発明に係るレーザー発光装置及び撮像装置によれば、レーザーパッケージと、ヒートシンクに接触する他の部材とがヒートシンクを介して短絡するのを防止することができると共に、レーザーパッケージからヒートシンクへの熱の移動が効率的に行われて熱によるレーザーダイオードの劣化を抑制することができる。

即ち、ヒートシンク３から離間した位置にステム２１が配置されると共に、ヒートシンク３とステム２１との間に配置された絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３とステム２１とが当接することで、レーザーパッケージ２が備える端子２２（２２ｂ）の通電に伴ってステム２１が通電した際にも、ステム２１とヒートシンク３とが電気的に接続されてヒートシンク３が通電してしまうのを防止することができる。これにより、ヒートシンク３が他の電子部品と接する場合であってもレーザーパッケージ２と他の電子部品とが短絡してしまうのを防止することができる。

また、絶縁熱伝導部材４が弾性素材から構成されることで、ステム２１とヒートシンク３とを絶縁熱伝導部材４を介して当接させた際に、ステム２１及びヒートシンク３の双方における絶縁熱伝導部材４と接する面に絶縁熱伝導部材４が追従して弾性変形するため、ステム２１及びヒートシンク３と絶縁熱伝導部材４との密着性を向上させることができる。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステム２１から絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３へ効率的に移動するため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを抑制することができる。

更に、絶縁熱伝導部材４の弾性変形によって、絶縁熱伝導部材４自体の寸法のバラツキやレーザー発光装置１を構成する各部材を組み合わせる際の位置ズレ等が緩衝されるため、レーザー発光装置１にガタ付きが生じてしまうのを防止することができる。

また、挟込部材５とヒートシンク３との間にステム２１及び絶縁熱伝導部材４が挟み込まれるため、ステム２１と絶縁熱伝導部材４とヒートシンク３とがより密着した状態になる。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステム２１から絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３へより効率的に移動するため、レーザーダイオードに熱が蓄積されることによって生じるレーザーダイオードの劣化をより効果的に抑制することができる。

また、絶縁熱伝導部材４の外周形状がステム２１の外周形状よりも大きくなるように構成されると共に、ステム２１は、絶縁熱伝導部材４における外周部よりも内側の領域と接するように配置されることで、ステム２１の外周形状の大きさのバラツキやレーザー発光装置１を構成する各部材を組み合わせる際の位置ズレ（具体的には、レーザーパッケージ２の位置ズレ）等によってステム２１の外周端部の一部が絶縁熱伝導部材４の外側に位置して絶縁熱伝導部材４と接触しなくなるのを防止することができ、ステム２１と絶縁熱伝導部材４との接触状態を良好に維持することができる。

また、ヒートシンク３が凹部３３を備えることで、ヒートシンク３の表面積が広くなるため、ヒートシンク３の放熱性を向上させることができる。また、凹部３３の内側にステム２１の少なくとも一部が配置された状態で、凹部３３とステム２１との間に凹部３３の外側の空間と連通する空間Ｒ１が形成されることで、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステム２１から斯かる空間Ｒ１に放出されると共に、ステム２１から絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３へ移動した熱も斯かる空間Ｒ１に放出される。そして、斯かる空間Ｒ１に放出された熱が凹部３３の外側の空間へ排出される。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がレーザー発光装置１の外へ排出され易くなるため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを効果的に抑制することができる。

また、ヒートシンク３が備える突出部３２が回路基板６に当接することで、ヒートシンク本体３１が回路基板６から離間した位置に保持されてヒートシンク本体３１と回路基板６との間に空間Ｒ２が形成される。このため、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステム２１から絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３へ移動し、ヒートシンク３から斯かる空間Ｒ２へ放出される。これにより、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がレーザー発光装置１の外へ排出され易くなるため、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのを効果的に抑制することができる。

また、斯かる空間Ｒ２が形成されることで、空間Ｒ２に面する回路基板６の面に配線パターンを形成し、電子部品を実装することができる。

また、ヒートシンク３の突出部３２が回路基板６の端子挿通孔６ｂの近傍に当接することで、回路基板６に端子２２…をハンダ付けする際の熱が突出部３２からヒートシンク３へ移動するため、回路基板６にハンダ付けの際の熱が蓄積されるのを抑制することができる。

なお、本発明に係るレーザー発光装置、及び、撮像装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

例えば、上記実施形態では、ヒートシンク３が備える凹部３３の底面３３ａとステム２１との間にのみ絶縁熱伝導部材４が配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、凹部３３の側面３３ｂとステム２１との間にも絶縁熱伝導部材が配置され、凹部３３の底面３３ａ及び側面３３ｂとステム２１とが絶縁熱伝導部材４を介して当接するように構成されてもよい。また、斯かる構成においては、凹状となるように形成された絶縁熱伝導部材４１を用い、凹状の絶縁熱伝導部材４１の内側にステム２１が配置されるように構成することができる。

斯かる構成によれば、凹部３３の底面３３ａ及び側面３３ｂとステム２１とが絶縁熱伝導部材４を介して当接することで、レーザーダイオードの発光によって生じた熱の一部がステム２１から凹部３３の底面３３ａ側だけでなく、凹部３３の側面３３ｂ側へ向かっても絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３へ移動する。つまり、ステム２１から複数方向へ向かって熱の移動が生じるため、底面３３ａ側（又は側面側）のみに熱の移動が生じる場合よりも熱の移動が効率的に行われる。これにより、レーザーダイオードに熱が蓄積されてレーザーダイオードが劣化してしまうのをより効果的に抑制することができる。また、凹状の絶縁熱伝導部材４１の内側にステム２１が配置されることで、ステム２１と絶縁熱伝導部材４１との接触面積が増加するため、ステム２１から絶縁熱伝導部材４への熱の伝達を効率的に行うことが可能となる。

また、上記実施形態では、ヒートシンク３が凹部３３を備えるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、ヒートシンク３が凹部３３を備えずに、貫通部３４がヒートシンク本体３１の一方の面と他方の面との間を貫通するように構成されてもよい。斯かる場合には、ヒートシンク本体３１の一方の面とステム２１との間に配置された絶縁熱伝導部材４を介してヒートシンク３とステム２１とが当接するように構成することができる。

また、上記実施形態では、ステム２１の他方の面（端子２２…が延出する側の面）とヒートシンク３との間に絶縁熱伝導部材４が配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば、ステム２１の一方の面（筒状体２３が設置される面）側にヒートシンク３を配置し、ステム２１の一方の面とヒートシンク３との間に絶縁熱伝導部材４が配置されるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、絶縁熱伝導部材４は、環状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、絶縁熱伝導部材の複数の小片が間隔を空けて環状に配置されるように構成されてもよい。

また、上記実施形態では、絶縁熱伝導部材４は、レーザーパッケージ２の複数の端子２２…を挿通可能となるように環状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、各端子２２のそれぞれを挿通可能な複数の挿通孔を備えるように構成されてもよい。

また、上記実施形態では、ヒートシンク３の突出部３２は、環状に形成されて、内周面の軸線方向の一端部がヒートシンク３の貫通部３４の他端部と連結されるように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、突出部３２が貫通部３４から離間した位置に形成されることで、突出部３２の内周面の軸線方向の一端部がヒートシンク３の貫通部３４の他端部と連結しないように構成されてもよい。

本発明のレーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備えた撮像装置は、例えば、被写体にレーザー光を画角内に拡散照射し、その反射光を二次元の画像センサーで測定し、光の飛行時間により被写体までの距離を計算して、三次元の距離分布画像を作成するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の距離画像カメラ向けのレーザー発光装置及び該レーザー発光装置を備えた撮像装置に適応できる。

１ レーザー発光装置
２ レーザーパッケージ
３ ヒートシンク
３ａ レンズ用貫通孔
３ｂ 差込部
３ｃ 第一ネジ孔
３ｄ 第二ネジ孔
４ 絶縁熱伝導部材
５ 挟込部材
５ａ レンズ用貫通孔
５ｂ 第一ネジ孔
６ 回路基板
６ａ レンズ用貫通孔
６ｂ 端子挿通孔
６ｃ 第二ネジ孔
６ｄ 貫通孔
７ 第一ネジ部材
８ 第二ネジ部材
２１ ステム
２１ａ 切欠部
２２ 端子
２３ 筒状体
２４ フランジ部
３１ ヒートシンク本体
３２ 突出部
３３ 凹部
４１ 絶縁熱伝導部材
５１ 挟込部材本体
５２ レーザー固定部
５２ａ ステム当接部
５２ｂ 切欠嵌込部
５２ｃ 筒状体当接部
５３ 凹部
５５ 拡開部
Ｒ１ 空間
Ｒ２ 空間

Claims (7)

1. レーザーダイオードが取り付けられる金属製のステムと該ステムと電気的に接続される端子とを備えるレーザーパッケージと、該レーザーパッケージからの熱を受け取る金属製のヒートシンクと、該ヒートシンクと前記ステムとの間に配置されてヒートシンクとステムとを電気的に絶縁すると共にステム側からヒートシンク側へ熱を伝達する絶縁熱伝導部材とを備えており、前記ステムは、ヒートシンクから離間した位置に配置されると共に絶縁熱伝導部材を介してヒートシンクと当接するように構成され、前記絶縁熱伝導部材は、弾性素材から構成されることを特徴とするレーザー発光装置。
2. 前記ステム及び絶縁熱伝導部材をヒートシンクとの間で挟み込む挟込部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザー発光装置。
3. 前記絶縁熱伝導部材の外周形状は、前記ステムの外周形状よりも大きくなるように形成されており、ステムは、絶縁熱伝導部材における外周部よりも内側の領域と接するように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザー発光装置。
4. 前記ヒートシンクは、ステムの少なくとも一部が内側に収容される凹部を備えており、該凹部の内側に収容されたステムの少なくとも一部と凹部の内面の一部との間には、凹部の外側の空間と連通する空間が形成されると共に、凹部の内面の一部とステムとが絶縁熱伝導部材を介して当接することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレーザー発光装置。
5. 前記ヒートシンクは、ステムの少なくとも一部が内側に配置される凹部を備え、該凹部は、深さ方向に位置する底面と深さ方向に延びるように形成されて底面の外周縁と連なる側面とを備えており、凹部の底面及び側面とステムとが絶縁熱伝導部材を介して当接することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレーザー発光装置。
6. 前記ヒートシンクは、絶縁熱伝導部材を介してステムと当接するヒートシンク本体と、該ヒートシンク本体から突出する突出部を備えており、前記レーザーパッケージが備える端子と接続される回路基盤に前記突出部が当接することで、ヒートシンク本体が回路基盤から離間した位置に保持されてヒートシンク本体と回路基盤との間に空間が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のレーザー発光装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のレーザー発光装置を備えることを特徴とする撮像装置。