JP2018152454A - 光源デバイス及び光源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】接合時や経時において、固定部材、2次元の発光素子アレイ、レンズアレイ等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止する。【解決手段】複数の発光素子が配列された発光素子アレイ110と、複数の発光素子から射出された光の光路上に、発光素子アレイ110に対向して配置されるレンズアレイ120と、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との間に設けられ、少なくとも3箇所以上で発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する複数の固定部材130と、少なくとも1以上の固定部材130に設けられ、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との収縮差による応力の吸収効果のある応力吸収部材130cと、を備える。【選択図】図6

Description

本発明は、光源デバイス及び光源装置に関する。
従来、複数の発光素子を配列した2次元の発光素子アレイから射出された光を集光することで高出力化し、レーザ点火プラグの光源として用いる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような光源デバイスをレーザ点火プラグとして用いる場合、2次元の発光素子アレイから射出された光を一度コリメートした後、集光することで、2次元の発光素子アレイから射出された光を小さなスポットに効率良く集光している。
この場合、発光素子ごとにコリメートすることが求められるため、発光素子に近接する位置、例えば、2次元の発光素子アレイ上に光をコリメートするレンズアレイを配置することが好ましい。また、2次元の発光素子アレイとレンズアレイとを高精度に位置合わせするために、2次元の発光素子アレイ上にはんだ等の固定部材により直接レンズアレイを接合して固定するのが好ましい。
しかしながら、2次元の発光素子アレイ上に固定部材により直接レンズアレイを接合する場合、2次元の発光素子アレイとレンズアレイの材料が異なると、接合時の熱に起因した収縮差による応力の影響を受ける。これにより、接合時や経時に固定部材、2次元の発光素子アレイ、レンズアレイ等にヒビ割れや剥がれが発生する場合がある。このように、ヒビ割れや剥がれが発生すると、2次元の発光素子アレイとレンズアレイとの位置がずれ、集光効率が低下し出力の低下を招く。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合時や経時において、固定部材、2次元の発光素子アレイ、レンズアレイ等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる光源デバイス及び光源装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、前記複数の発光素子から射出された光の光路上に、前記発光素子アレイに対向して配置されるレンズアレイと、前記発光素子アレイと前記レンズアレイとの間に設けられ、少なくとも3箇所以上で前記発光素子アレイと前記レンズアレイとを固定する複数の固定部材と、少なくとも1以上の前記固定部材に設けられ、前記発光素子アレイと前記レンズアレイとの収縮差による応力の吸収効果のある応力吸収部材と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、接合時や経時において、固定部材、2次元の発光素子アレイ、レンズアレイ等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる、という効果を奏する。
図1は、第1の実施の形態にかかる光源デバイスを備える光源装置の概略構成を示す構成図である。 図2は、従来の光源デバイスを示す概略図である。 図3は、従来の光源デバイスにおける接合時の残留応力の発生状態を示す図である。 図4は、従来の光源デバイスの残留応力による影響を示す図である。 図5は、第1の実施の形態にかかる光源デバイスを示す概略図である。 図6は、固定部材の概略構成を示す構成図である。 図7は、光源デバイスの変形例を示す概略図である。 図8は、光源デバイスの別の変形例を示す概略図である。 図9は、第2の実施の形態にかかる固定部材の概略構成を示す構成図である。 図10は、第3の実施の形態にかかる固定部材の概略構成を示す構成図である。 図11は、第4の実施の形態にかかる光源デバイスを示す概略図である。 図12は、固定部材の概略構成を示す構成図である。
以下に添付図面を参照して、光源デバイス及び光源装置の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態にかかる光源デバイス100を備える光源装置1の概略構成を示す構成図である。図1に示すように、本実施の形態の光源装置1は、光源デバイス100と、集光光学系としての集光レンズ200と、光ファイバ300とを有する。光源装置1では、光源デバイス100から射出された光が集光レンズ200によって集光された後、光ファイバ300の一端に入射し、光ファイバ300の他端からレーザ光が射出される。
光源デバイス100は、複数の発光素子が配列された2次元の発光素子アレイ110と、複数の発光素子から射出された光の光路上にそれぞれ配置される複数の光学素子が配列された2次元のレンズアレイ120とを有する。発光素子アレイ110から射出された光は、発光素子ごとに放射角を持ったレーザ光であり、レンズアレイ120を通ることによってコリメートされる。コリメートされた光は、集光レンズ200に入射する。
なお、図1において、領域110aは複数の発光素子が配列されている発光領域を示し、領域120aは複数の光学素子が配列されているコリメート領域を示している。
集光レンズ200は、光源デバイス100から射出された光を小さなスポットに効率よく集光し、光ファイバ300に入射させる光学系である。
光ファイバ300は、中心部のコア310と、その周囲を覆うクラッド320とを含む二層構造になっている。光ファイバ300のコア310には、集光レンズ200で集光された光が入射する。
本実施の形態の光源デバイス100の構成を説明する前に、従来の光源デバイスの構成について、図2から図4に基づき説明する。図2は、従来の光源デバイスを示す概略図である。具体的には、図2(a)は光源デバイスの上面を示し、図2(b)は図2(a)における一点鎖線C−Cにおいて切断した断面を示し、図2(c)は図2(a)における一点鎖線D−Dにおいて切断した断面を示している。
図2に示すように、従来の光源デバイス900は、複数の発光素子が配列された2次元の発光素子アレイ910と、複数の発光素子から射出された光の光路上に、発光素子アレイ910に対向して配置されるレンズアレイ920とを有する。
発光素子ごとにコリメートするために、発光素子アレイ910とレンズアレイ920とは、高精度に位置合わせが行われる。領域910aは発光素子アレイ910の発光領域を示し、領域920aはレンズアレイ920のコリメート領域を示している。発光素子アレイ910とレンズアレイ920とは、固定部材930により4箇所で固定されている。
ところで、発光素子アレイ910の材料とレンズアレイ920の材料とは一般的に異なり、熱膨張係数が違うため、接合時の熱に起因する収縮差による応力の影響で、接合時や経時に接合部である固定部材930にヒビ割れが発生したり、剥がれたりする場合がある。
発光素子アレイ910とレンズアレイ920との接合部にヒビ割れが発生したり、剥がれたりする理由について、図3及び図4に基づき説明する。図3は、従来の光源デバイスにおける接合時の残留応力の発生状態を示す図である。図4は、従来の光源デバイスの残留応力による影響を示す図である。
発光素子アレイ910とレンズアレイ920とは、はんだ等の固定部材930により固定されている。このため、固定部材930により接合する際の温度変化等により、図3に示すように、レンズアレイ920が撓み、固定部材930に応力が発生する場合がある。
発光素子アレイ910は一般的にGaAs基板により形成されており、レンズアレイ920は一般的に石英基板により形成されているため、図3に示すように、発光素子アレイ910の収縮がレンズアレイ920の収縮よりも大きくなる。なお、図3中の矢印の長さは、熱による収縮の大きさを示している。また、応力は常に作用しているため、接合時に加熱した状態から常温の状態に戻したときや経時に接合部でヒビ割れや破壊が発生するおそれがある。また、レンズアレイ920は、石英基板よりは熱膨張係数がGaAs基板に近いパイレックス(登録商標)、テンパックス、BK7などで製作することもあるが、熱膨張係数の差はあるので、同様な不具合が発生する恐れがある。
具体的には、従来の光源デバイス900では、例えば、図4(a)に示すように、発光素子アレイ910にヒビ割れ910cが発生する場合がある。また、例えば、図4(b)に示すように、レンズアレイ920にヒビ割れ920cが発生する場合がある。また、例えば、図4(c)に示すように、固定部材930にヒビ割れ930cが発生する場合がある。
次に、第1の実施の形態にかかる光源デバイス100について説明する。
図5は、第1の実施の形態にかかる光源デバイス100を示す概略図である。具体的には、図5(a)は光源デバイス100の上面を示し、図5(b)は図5(a)における一点鎖線A−Aにおいて切断した断面を示している。
図5に示すように、光源デバイス100は、発光素子アレイ110と、レンズアレイ120と、固定部材130とを有する。発光素子アレイ110とレンズアレイ120とは、固定部材130(130−1,130−2,130−3,130−4)により4箇所で固定されている。
なお、本実施の形態においては、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とは、固定部材130により4箇所で固定されているが、これに限るものではない。例えば、発光素子アレイ110とレンズアレイ120の形状によっては、3箇所で発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定するものであってもよい。また、発光素子アレイ110とレンズアレイ120の形状によっては、5箇所以上で発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定するものであってもよい。また、各固定箇所の間隔は、同じ間隔である必要はなく、違っていても良い。
発光素子アレイ110は、複数の発光素子が配列された部材であり、例えば、平面視で正方形状に形成され、1辺の長さが10mm程度である。領域110aは、発光素子アレイ110の発光領域を示している。発光素子アレイ110には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第1金属パターン110mが設けられている。
レンズアレイ120は、発光素子アレイ110の複数の発光素子から射出された光の光路上に、発光素子アレイ110に対向して配置される部材である。レンズアレイ120は、発光素子アレイ110から射出されるレーザ光をコリメートするための複数の光学素子を含む。領域120aはレンズアレイ120のコリメート領域を示している。レンズアレイ120には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第2金属パターン120mが設けられている。第2金属パターン120mは、発光素子アレイ110に設けられた第1金属パターン110mと対応する位置に設けられている。
発光素子アレイ110とレンズアレイ120との間の熱膨張係数の差は、応力、位置合わせ精度の観点から、6×10−6/℃以下であることが好ましい。
固定部材130は、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との間に設けられ、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する部材である。発光素子ごとにコリメートするために、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とは、固定部材130により高精度に位置合わせされる。固定部材130は、平面視で領域110aよりも外周側に設けられている。
また、固定部材130は、発光素子アレイ110に形成された第1金属パターン110mと、レンズアレイ120に形成された第2金属パターン120mとを接合することにより、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する。このとき、第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mは、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属(例えば、Au)により形成されている。これにより、固定部材130が第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mからはみ出すことがないため、固定部材130の表面張力によってセルフアライメントによる実装が可能になっている。
なお、第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mは、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属(例えば、Au)により形成したが、これに限るものではなく、Cu、Sn、Ni、半田などでも良い。
ここで、固定部材130について詳述する。
ここで、図6は固定部材130の概略構成を示す構成図である。図6に示すように、固定部材130は、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との距離を調整する二つの調整部材130a,130bを備えている。第2部材である調整部材130aは、レンズアレイ120に形成された第2金属パターン120mに接している。第1部材である調整部材130bは、発光素子アレイ110に形成された第1金属パターン110mに接している。調整部材130a,130bは、Pbフリー半田であるSn3.0Ag0.5Cuを用いる。
なお、調整部材130a,130bは、Pbフリー半田としてSnAgCu系の半田を使用したが、これに限るものではなく、SnCu系、SnCuNiP系、Sn100%、AuSn系の半田などを使用しても良い。
加えて、固定部材130は、調整部材130aと調整部材130bとの間に、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との収縮差による応力の吸収効果のある応力吸収部材130cを備えている。応力吸収部材130cは、例えば、PI(ポリイミド)を用いる。なお、応力吸収部材130cは、PIに限るものではなく、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PAI(ポリアミドイミド)、PEKEKK(PEEK系特殊樹脂)、PTFE(フッ素樹脂)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、SI(シリコン)などの高温に耐え得る樹脂を適用することもできる。
応力吸収部材130cは、セルフアライメント接合用のパターンP1,P2を備えている。応力吸収部材130cは、セルフアライメント接合用のパターンP1,P2と調整部材130a,130bとを接合して固定する。パターンP1,P2は、調整部材130a,130bに対する濡れ性が良好な材料により形成されている。すなわち、調整部材130a,130bは、加熱されて液状になった場合、パターンP1,P2とだけ濡れるようになっている。
パターンP1,P2は、応力吸収部材130cの調整部材130aとの接合面および調整部材130bとの接合面よりも小さい面積、かつ応力吸収部材130cの縁よりも内側に設置されている。このため、調整部材130a,130bがパターンP1,P2からはみ出ることがないので、調整部材130a,130bの表面張力により高精度なセルフアライメント実装ができる。また、調整部材130a,130bが液状から固体に変わる(硬化する)ことで、2次元の発光素子アレイ110と2次元のレンズアレイ120が精度良く固定される。
このように本実施の形態の光源デバイス100によれば、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する固定部材130が、レンズアレイ120に接する調整部材130aと発光素子アレイ110に接する調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えるようにした。これにより、応力吸収部材130cが発光素子アレイ110とレンズアレイ120の熱膨張差を吸収し応力緩和できるため、接合時や経時において、固定部材130、2次元の発光素子アレイ110、レンズアレイ120等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる。
なお、本実施の形態においては、全ての固定部材130(130−1,130−2,130−3,130−4)において応力吸収部材130cを備えるようにしたが、これに限るものではない。例えば、全ての固定部材130ではなく、少なくとも1以上の固定部材130に応力吸収部材130cを備えることでも、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との収縮差による応力をある程度吸収することは可能である。
ここで、図7は光源デバイス100の変形例を示す概略図である。図7において、固定部材130(130−A)は応力吸収材130cを備えていないため応力吸収できない固定方法である。一方、固定部材130(130−B)は応力吸収材130cを備える。図7に示すように、応力吸収材130cを備えていない2つの固定部材130(130−A)は、所定位置において互いに近傍に配置される。このように近傍に配置すると応力吸収はできないが、発生する応力をごく小さくでき、2箇所で完全固定できるので、応力吸収材130cを備えていない1つの固定部材130で固定する場合に比べて、発光素子アレイ110とレンズアレイ120の回転方向などの相対位置の安定性が増す。2点だけでは発光素子アレイ110とレンズアレイ120の面方向の傾きの安定性が確保できないので、2つの固定部材130(130−A)から離れた位置に固定部材130(130−B)を設ける。設けられる固定部材130(130−B)は、2つの固定部材130(130−A)のような固定方法では応力を吸収することができないので、応力吸収材130cを備える必要がある。
ここで、図8は光源デバイス100の別の変形例を示す概略図である。図8に示すように、応力吸収材130cを備える固定部材130(130−B)を2つ備えるようにしても良い。このようにすることで、応力吸収をしつつ図7に示す構成よりもレンズアレイ120と発光素子アレイ110の面方向の傾きに対する安定性をより増すことができる。
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態の光源デバイス100は、固定部材130の構造が第1の実施の形態と異なっている。以下、第2の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。
ここで、図9は第2の実施の形態にかかる固定部材130の概略構成を示す構成図である。図9に示すように、発光素子アレイ110には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第1金属パターン110mが設けられている。レンズアレイ120には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第2金属パターン120mが設けられている。このとき、第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mは、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属(例えば、Au)により形成されている。
第2の実施の形態にかかる固定部材130は、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との距離を調整する二つの調整部材130a,130bを備えている。調整部材130aは、レンズアレイ120に形成された第2金属パターン120mに接している。調整部材130bは、発光素子アレイ110に形成された第1金属パターン110mに接している。調整部材130a,130bは、熱硬化性エポキシ樹脂等の樹脂接合材を用いる。なお、調整部材130a,130bとして熱硬化性エポキシ樹脂を用いたが、これに限るものではなく、アクリル系樹脂など比較的表面張力の大きなものであれば良い。
また、発光素子アレイ110における固定部材130(調整部材130b)との接合面である第1金属パターン110mの外側、及びレンズアレイ120における固定部材130(調整部材130a)との接合面である第2金属パターン120mの外側には、調整部材130a,130bが濡れにくい材料140(例えば、フッ素樹脂)をコーティングする。これにより、調整部材130a,130bが液状の場合、調整部材130a,130bは第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mとだけ濡れるようになっている。
加えて、固定部材130は、調整部材130aと調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えている。応力吸収部材130cは、例えば、PI(ポリイミド)を用いる。なお、応力吸収部材130cの縁は、鋭いエッジ形状に形成されている。
調整部材130a,130bが液状の場合、調整部材130a,130bが応力吸収部材130cの両表面に濡れる。しかしながら、調整部材130a,130bは、応力吸収部材130cの縁に鋭いエッジが存在するために、応力吸収部材130cの縁に存在するエッジで止められる。
このため、調整部材130a,130bが第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mや応力吸収部材130cの縁に存在するエッジからはみ出ることがないので、調整部材130a,130bの表面張力により高精度なセルフアライメント実装ができる。また、調整部材130a,130bが液状から固体に変わる(硬化する)ことで、2次元の発光素子アレイ110と2次元のレンズアレイ120が精度良く固定される。
このように本実施の形態の光源デバイス100によれば、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する固定部材130が、レンズアレイ120に接する調整部材130aと発光素子アレイ110に接する調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えるようにした。これにより、応力吸収部材130cが発光素子アレイ110とレンズアレイ120の熱膨張差を吸収し応力緩和できるため、接合時や経時において、固定部材130、2次元の発光素子アレイ110、レンズアレイ120等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる。
(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態の光源デバイス100は、固定部材130の構造が第1の実施の形態と異なっている。以下、第3の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。
ここで、図10は第3の実施の形態にかかる固定部材130の概略構成を示す構成図である。図10に示すように、発光素子アレイ110には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第1金属パターン110mが設けられている。レンズアレイ120には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第2金属パターン120mが設けられている。このとき、第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mは、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属(例えば、Au)により形成されている。
第3の実施の形態にかかる固定部材130は、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との距離を調整する二つの調整部材130a,130bを備えている。調整部材130aは、レンズアレイ120に形成された第2金属パターン120mに接している。調整部材130bは、発光素子アレイ110に形成された第1金属パターン110mに接している。調整部材130aは、Bi系の半田を用いる。調整部材130bは、Pbフリー半田であるSn3.0Ag0.5Cuを用いる。
なお、調整部材130bは、Pbフリー半田としてSnAgCu系の半田を使用したが、これに限るものではなく、SnCu系、SnCuNiP系、Sn100%、AuSn系の半田などを使用しても良い。また、調整部材130aは、Bi系の半田を使用したが、これに限るものではなく、調整部材130bの溶融温度または硬化温度に比べて相対的に溶融温度または硬化温度が低ければ良く、In系の半田などを使用しても良い。
また、図10に示すように、調整部材130bは、調整部材130aよりも相対的に量が少ない。詳細は後述するが、溶融温度または硬化温度が高めの調整部材130bが先に硬化され、その後、溶融温度または硬化温度が低めの調整部材130aが硬化される。
ここで、固定部材130の設置手順について説明する。
初めに、発光素子アレイ110の第1金属パターン110mに調整部材130bと応力吸収部材130cとを設置して硬化する。次いで、調整部材130bよりも溶融温度または硬化温度の低い調整部材130aとレンズアレイ120を載せて硬化する。なお、調整部材130bのSnAgCu系の半田は、調整部材130aのBi系の半田よりも相対的に量が少なくなっている。
このとき調整部材130a,130bがパターンP1,P2からはみ出ることがないので、調整部材130a,130bの表面張力により高精度なセルフアライメント実装ができる。また、調整部材130a,130bが液状から固体に変わる(硬化する)ことで、2次元の発光素子アレイ110と2次元のレンズアレイ120が精度良く固定される。
このように本実施の形態の光源デバイス100によれば、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する固定部材130が、レンズアレイ120に接する調整部材130aと発光素子アレイ110に接する調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えるようにした。これにより、応力吸収部材130cが発光素子アレイ110とレンズアレイ120の熱膨張差を吸収し応力緩和できるため、接合時や経時において、固定部材130、2次元の発光素子アレイ110、レンズアレイ120等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる。
また、本実施の形態の光源デバイス100によれば、調整部材130aよりも相対的に量が少ない調整部材130bで応力吸収部材130cを先に硬化固定するため、調整部材130a,130bを同時に硬化するより安定し、その後でレンズアレイ120を実装するので、位置精度が良くなる。
(第4の実施の形態)
次に第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態の光源デバイス100は、固定部材130の構造が第1の実施の形態と異なっている。以下、第4の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。
ここで、図11は第4の実施の形態にかかる光源デバイス100を示す概略図である。具体的には、図11(a)は光源デバイス100の上面を示し、図11(b)は図11(a)における一点鎖線B−Bにおいて切断した断面を示している。また、図12は、固定部材130の概略構成を示す構成図である。
図11、図12に示すように、光源デバイス100は、発光素子アレイ110と、レンズアレイ120と、固定部材130とを有する。
図12に示すように、発光素子アレイ110には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第1金属パターン110mが設けられている。レンズアレイ120には、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属により形成されたセルフアライメント接合用の第2金属パターン120mが設けられている。このとき、第1金属パターン110m及び第2金属パターン120mは、固定部材130に対する濡れ性が良好な金属(例えば、Au)により形成されている。
第4の実施の形態にかかる固定部材130は、発光素子アレイ110とレンズアレイ120との距離を調整する二つの調整部材130a,130bを備えている。調整部材130aは、レンズアレイ120に形成された第2金属パターン120mに接している。調整部材130bは、発光素子アレイ110に形成された第1金属パターン110mに接している。調整部材130aは、Bi系の半田を用いる。調整部材130bは、Pbフリー半田であるSn3.0Ag0.5Cuを用いる。
なお、調整部材130bは、Pbフリー半田としてSnAgCu系の半田を使用したが、これに限るものではなく、SnCu系、SnCuNiP系、Sn100%、AuSn系の半田などを使用しても良い。また、調整部材130aは、Bi系の半田を使用したが、これに限るものではなく、調整部材130bの溶融温度または硬化温度に比べて相対的に溶融温度または硬化温度が低ければ良く、In系の半田などを使用しても良い。
また、図12に示すように、調整部材130bは、調整部材130aよりも相対的に量が少ない。詳細は後述するが、溶融温度または硬化温度が高めの調整部材130bが先に硬化され、その後、溶融温度または硬化温度が低めの調整部材130aが硬化される。
加えて、固定部材130は、調整部材130aと調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えている。応力吸収部材130cは、例えば、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)を用いる。なお、応力吸収部材130cは、PEEKに限るものではなく、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEKEKK(PEEK系特殊樹脂)、PTFE(フッ素樹脂)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、SI(シリコン)などの高温に耐え得る樹脂を適用することもできる。
第4の実施の形態にかかる固定部材130の応力吸収部材130cは、第1の実施の形態のように固定部材130(130−1,130−2,130−3,130−4)毎に分割されておらず、1枚の応力吸収部材130cを全ての固定部材130(130−1,130−2,130−3,130−4)で共有するものとなっている。
なお、図11に示すように、応力吸収材130cは、発光素子アレイ110からの光をレンズアレイ120に伝えるために、少なくとも発光素子アレイ110の領域110aよりも径の大きな開口部130dを有している。
応力吸収部材130cは、セルフアライメント接合用のパターンP1,P2を備えている。応力吸収部材130cは、セルフアライメント接合用のパターンP1,P2と調整部材130a,130bとを接合して固定する。パターンP1,P2は、調整部材130a,130bに対する濡れ性が良好な材料により形成されている。すなわち、調整部材130a,130bは、加熱されて液状になった場合、パターンP1,P2とだけ濡れるようになっている。
ここで、固定部材130の設置手順について説明する。
初めに、発光素子アレイ110の第1金属パターン110mに複数の調整部材130bと1枚の応力吸収部材130cとを設置し硬化する。次いで、調整部材130bよりも溶融温度または硬化温度の低い複数の調整部材130aとレンズアレイ120を載せ硬化する。なお、調整部材130bのSnAgCu系の半田は、調整部材130aのBi系の半田よりも相対的に量が少なくなっている。
このとき調整部材130a,130bがパターンP1,P2からはみ出ることがないので、調整部材130a,130bの表面張力により高精度なセルフアライメント実装ができる。また、調整部材130a,130bが液状から固体に変わる(硬化する)ことで、2次元の発光素子アレイ110と2次元のレンズアレイ120が精度良く固定される。
このように本実施の形態の光源デバイス100によれば、発光素子アレイ110とレンズアレイ120とを固定する固定部材130が、レンズアレイ120に接する調整部材130aと発光素子アレイ110に接する調整部材130bとの間に、応力吸収部材130cを備えるようにした。これにより、応力吸収部材130cが発光素子アレイ110とレンズアレイ120の熱膨張差を吸収し応力緩和できるため、接合時や経時において、固定部材130、2次元の発光素子アレイ110、レンズアレイ120等にヒビ割れや剥がれが発生することを防止することができる。
さらに、本実施の形態の光源デバイス100によれば、調整部材130aよりも相対的に量が少ない調整部材130bで1枚の応力吸収部材130cを先に硬化固定するため、個別の応力吸収部材よりも自重が大きいためさらに安定するとともに、調整部材130a,130bを同時に硬化するより安定し、その後でレンズアレイ120を実装するので、位置精度が良くなる。
1 光源装置
100 光源デバイス
110 発光素子アレイ
120 レンズアレイ
130 固定部材
130a 第2部材
130b 第1部材
130c 応力吸収部材
200 集光光学系
P1,P2 パターン
特表2013−545280号公報

Claims (12)

  1. 複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、
    前記複数の発光素子から射出された光の光路上に、前記発光素子アレイに対向して配置されるレンズアレイと、
    前記発光素子アレイと前記レンズアレイとの間に設けられ、少なくとも3箇所以上で前記発光素子アレイと前記レンズアレイとを固定する複数の固定部材と、
    少なくとも1以上の前記固定部材に設けられ、前記発光素子アレイと前記レンズアレイとの収縮差による応力の吸収効果のある応力吸収部材と、
    を備えることを特徴とする光源デバイス。
  2. 前記応力吸収部材は、前記発光素子アレイの接合面に接する第1部材と前記レンズアレイの接合面に接する第2部材との間に設けられる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光源デバイス。
  3. 前記応力吸収部材は、前記第1部材との接合面および前記第2部材との接合面に、前記第1部材および前記第2部材に対する濡れ性が良好な材料によるパターンを備える、
    ことを特徴とする請求項2に記載の光源デバイス。
  4. 前記パターンは、前記応力吸収部材の前記第1部材との接合面および前記第2部材との接合面よりも小さい面積、かつ前記応力吸収部材の縁よりも内側に設置されている、
    ことを特徴とする請求項3に記載の光源デバイス。
  5. 前記発光素子アレイにおける前記第2部材との接合面の外側、及び前記レンズアレイの前記第1部材との接合面の外側には、前記第1部材および前記第2部材が濡れにくい材料をコーティングする、
    ことを特徴とする請求項2に記載の光源デバイス。
  6. 前記応力吸収部材の縁は、鋭いエッジ形状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項5に記載の光源デバイス。
  7. 前記発光素子アレイの接合面に接する第2部材の溶融温度または硬化温度は、前記レンズアレイの接合面に接する第1部材の溶融温度または硬化温度と比較して高い、
    ことを特徴とする請求項2ないし6の何れか一項に記載の光源デバイス。
  8. 前記発光素子アレイの接合面に接する第2部材の量と、前記レンズアレイの接合面に接する第1部材の量とが異なっている、
    ことを特徴とする請求項7に記載の光源デバイス。
  9. 前記発光素子アレイの接合面に接する第2部材の量が、前記レンズアレイの接合面に接する第1部材の量と比較して少ない、
    ことを特徴とする請求項8に記載の光源デバイス。
  10. 前記応力吸収部材は、少なくとも2以上の前記固定部材で共有する、
    ことを特徴とする請求項1ないし9の何れか一項に記載の光源デバイス。
  11. 前記応力吸収部材を備えていない少なくとも2以上の前記固定部材は、所定位置において互いに近傍に配置される、
    ことを特徴とする請求項1ないし10の何れか一項に記載の光源デバイス。
  12. 請求項1ないし11の何れか一項に記載の光源デバイスと、
    前記光源デバイスから射出された光を対象物に集光する集光光学系と、
    を備えることを特徴とする光源装置。
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