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

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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