JP4779747B2 - Light emitting module - Google Patents
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Description
この発明は、発光モジュールに関するものである。 The present invention relates to a light emitting module.
半導体レーザ素子を有する発光モジュールのパッケージの一つに、同軸型パッケージがある。同軸型パッケージの例は、下記の特許文献1及び特許文献2に開示されている。これらの同軸型パッケージでは、レーザダイオード(以下、「LD」)の温度を制御するためにLDの周囲温度を測定する必要があり、その測定のために、LDの直近にサーミスタが設置されている。
しかし、同軸型パッケージでは、LDとケース壁面との直線距離が0.2mm程度しかないため、LDの直近にサーミスタを設置すると、必然的にサーミスタもケース壁面に接近することになる。そのため、サーミスタはパッケージ外部の温度(ケース壁面からの輻射熱)から影響を受けてしまい、LDの温度測定に誤差が生じる。LDを搭載する熱電変換素子はサーミスタによる測定温度に基づいてLDを冷却または加熱するので、温度測定の誤差はLDの過冷却または過加熱につながる。その結果、LDから発するレーザ光に波長ドリフトが発生してしまう。 However, in the coaxial package, since the linear distance between the LD and the case wall surface is only about 0.2 mm, if the thermistor is installed in the immediate vicinity of the LD, the thermistor inevitably approaches the case wall surface. Therefore, the thermistor is affected by the temperature outside the package (radiant heat from the case wall surface), and an error occurs in the temperature measurement of the LD. Since the thermoelectric conversion element equipped with the LD cools or heats the LD based on the temperature measured by the thermistor, an error in temperature measurement leads to overcooling or overheating of the LD. As a result, wavelength drift occurs in the laser light emitted from the LD.
本発明は上記に鑑みて為されたものであり、波長ドリフトが抑えられた発光モジュールを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the above, and makes it a subject to provide the light emitting module by which the wavelength drift was suppressed.
本発明は、発光モジュールに関する。この発光モジュールは、ステムと、このステムの上面に固定され、この上面と対向する上壁を有するキャップと、ステムの上面に設置され、キャップによって覆われた熱電変換素子と、この熱電変換素子上に配置された平坦な下面と、この下面からキャップの上壁に向かって延びる第1の側面と、下面に対して鈍角を成すように傾斜した第2の側面とを有するベースと、第1の側面に固定された半導体レーザ素子と、第2の側面に固定された測温素子とを備えている。第2の側面はオーバーハング部を形成し、測温素子は当該オーバーハング部によりキャップの上壁から遮蔽されている。 The present invention relates to a light emitting module. The light emitting module includes a stem, a cap fixed to the upper surface of the stem and having an upper wall facing the upper surface, a thermoelectric conversion element installed on the upper surface of the stem and covered by the cap, and the thermoelectric conversion element A base having a flat lower surface, a first side surface extending from the lower surface toward the upper wall of the cap, and a second side surface inclined so as to form an obtuse angle with respect to the lower surface, A semiconductor laser element fixed to the side surface and a temperature measuring element fixed to the second side surface are provided. The second side surface forms an overhang portion, and the temperature measuring element is shielded from the upper wall of the cap by the overhang portion.
上記のような測温素子の配置により、測温素子、ベースによってキャップの上壁から少なくとも部分的に遮蔽される。これにより、キャップの上壁から測温素子への輻射熱の伝達が抑制されるので、測温素子はLDの周囲温度を正確に測定することができる。その結果、LDの温度制御の精度が向上し、LDの波長ドリフトが減少する。 With the arrangement of the temperature measuring element as described above, the temperature measuring element and the base are at least partially shielded from the upper wall of the cap. Thereby, since transmission of the radiant heat from the upper wall of the cap to the temperature measuring element is suppressed, the temperature measuring element can accurately measure the ambient temperature of the LD. As a result, the accuracy of temperature control of the LD is improved, and the wavelength drift of the LD is reduced.
本発明によれば、波長ドリフトが抑えられた発光モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light emitting module in which wavelength drift is suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明による発光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a light emitting module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1の実施の形態に係る発光モジュール10aの一部破断斜視図である。図2は、図1に示した発光モジュール10aのII−II線に沿った断面図である。発光モジュール10aは同軸型であり、半導体レーザ素子などの電子部品を収容するCANケース30を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially broken perspective view of a
CANケース30は、ステム31及びキャップ32を有する。ステム31は円板状であり、その主面31aは、CANケース30の中心軸Xと直交している。主面31a上には、半導体レーザ素子などの電子部品が搭載されている。ステム31には、複数のリード端子33が接続されている。これらのリード端子33は、中心軸Xと平行にステム31を貫通している。
The CAN
キャップ32は、有蓋の円筒状であり、その上壁32aに設けられた開口32bには、半導体レーザ素子からのレーザ光を集光するレンズ32cが嵌め込まれている。キャップ32は、ステム31の主面31a上に固定されており、主面31a上に搭載される電子部品を覆っている。具体的には、複数の熱電変換素子21、下板22a、上板22b、フォトダイオード(以下、「PD」)23、PDキャリア24、レーザダイオード(以下、LD)25、ベース26、サーミスタ27、及びLDキャリア28が主面31a上に設置され、キャップ32によって覆われている。
The
熱電変換素子21は、ペルチェ素子とも呼ばれ、下板22aと上板22bとの間に挟まれている。下板22a及び上板22bは共に絶縁性であり、熱伝導性に優れている。下板22aは、ステム31の上面31aに固定されている。上板22bは熱電変換素子21の上面に固定されている。各熱電変換素子21は、2本のリード端子33にボンディングワイヤ等を介して接続される。各熱電変換素子21にリード端子33を介して制御電流が供給されると、熱電変換素子21上に搭載される物体から熱を奪い、又はその物体に熱を与えることができる。制御電流の方向に応じて、熱電変換素子21の下面が吸熱面又は放熱面の一方となり、上面が吸熱面又は放熱面の他方となる。
The
上板22bの上には、ベース26が搭載されている。ベース26は、台形の断面を有する柱状体であり、熱伝導性に優れた材料、例えばCuWなどの金属や、セラミックスからなる。ベース26の第1の側面26a、第2の側面26b、下面26c及び上面26dは、いずれも平坦である。図2に示されるように、第1側面26aにはLDキャリア28が固定されており、第2側面26bにはサーミスタ27が固定されている。下面26cは、ステム31の上面31aと平行であり、上板22bに接合されている。上面26dは、キャップ32の上壁32aと平行である。
A
二つの側面26a及び26bは、いずれも下面26cからキャップ32の上壁32aに向かって延びているが、第1側面26aが下面26cに対して垂直なのに対し、第2側面26bは、下面26cに対して鈍角を成すように傾斜している。このため、ベース26は、サーミスタ27の上方で突出するオーバーハング部26eを有している。
The two
LDキャリア28は、半導体レーザ素子としてLD25を搭載しており、セラミックス(例えばAlN)などの絶縁性材料からなる。LD25は、LDキャリア28を介して、ベース26の第1側面26a上に固定されている。LD25は、その光出射端面25a及び光反射端面25bが中心軸Xと直交するように配置されている。
The
LD25のアノードは、ボンディングワイヤ(図示せず)を介して、LDキャリア28上の配線パターンに接続される。同様に、LD25のカソード電極は、半田付け等によりLDキャリア28上の配線パターンに直接接合される。更に、これらの配線パターンは、それぞれボンディングワイヤ(図示せず)を介して複数のリード端子33に接続される。リード端子33を介してLD25に電流を供給すると、LD25の光出射端面25aからレーザ光が発する。
The anode of the
PD23は、LD25の光出力を測定する受光素子である。PD23は、LD25の光反射端面25bと対向する受光面23aを有する。PD23のアノード及びカソードのうち一方の電極は、ハンダ付け等によりPDキャリア24に直接接合される。PDキャリア24は下板22a上に固定されており、ボンディングワイヤ(図示せず)を介してリード端子33の一つに接続される。また、PD23の他方の電極は、ボンディングワイヤ(図示せず)を介して別のリード端子33に接続される。PD23は、LD25の光反射端面25bから漏れるレーザ光を検出し、その強度に応じた電流を、リード端子33を介して発光モジュール10aの外部へ出力する。
The
サーミスタ27は、LD25の周囲温度を測定する測温素子である。ベース26のオーバーハング部26eは、サーミスタ27をキャップ32の上壁32aから少なくとも部分的に遮蔽する。本実施形態では、サーミスタ27は、ベース26をキャップ32の上壁32aから中心軸Xと平行に見たときに、サーミスタ27がオーバーハング部26eによって完全に遮蔽されるように配置されている。
The
サーミスタ27が有する二つの電極は、それぞれボンディングワイヤ(図示せず)を介して複数のリード端子33に接続される。サーミスタ27は、LD25の周囲温度に応じてその電気抵抗値を変化させ、LD25の温度に応じた電気信号を生成し、リード端子33を介して発光モジュール10aの外部へ出力する。
The two electrodes of the
以下では、図3を参照しながら、発光モジュール10aの利点を説明する。図3(a)は、発光モジュール10aに関して、CANケース30の温度とLD25の波長ドリフトとの相関を示すグラフである。また、図3(b)は、本実施形態との比較のために用意した発光モジュールに関して、CANケースの温度とLDの波長ドリフトとの相関を示すグラフである。この比較用の発光モジュールは直方体状のベースを備えており、このベースのうちサーミスタが固定される側面は、このベースの下面及び上面に対して垂直である。このため、この比較例では、サーミスタがキャップの上壁に対して完全に露出している。なお、図3(a)及び(b)のグラフを求めるにあたって、LDの駆動電流を40mA、LDの温度を40℃に制御した。
Hereinafter, advantages of the
図3(b)に示されるように、比較例では、ケース温度が−40℃〜80℃の間で変動する間に、波長ドリフト幅が約200pmにまで達している。これに対し、本実施形態の発光モジュール10aでは、図3(a)に示すように、CANケース30の温度が−10℃〜80℃の間で変動する間、波長ドリフト幅は20pm以下に抑えられている。
As shown in FIG. 3B, in the comparative example, the wavelength drift width reaches about 200 pm while the case temperature varies between −40 ° C. and 80 ° C. On the other hand, in the
波長ドリフト幅が低減されるのは、次の理由による。発光モジュール10aでは、サーミスタ27がベース26のオーバーハング部26eによってキャップ32の上壁32aから遮蔽されているので、上壁32aからの輻射熱はベース26によって遮断及び吸収される。吸収された輻射熱は、ベース26に熱的に接続された熱電変換素子21によって冷却される。これにより、輻射熱がサーミスタ27に伝わることを抑制することができるので、サーミスタ27は、LD25の周囲温度を正確に測定することが可能になる。その結果、LD25の温度制御の精度が向上するので、図3(a)に示すように、LD25の波長ドリフトを低減することができる。
The reason why the wavelength drift width is reduced is as follows. In the
ベース26の材料に、熱伝導性に優れた金属またはセラミックスを用いることで、ベース26が吸収した輻射熱を効率良く熱電変換素子21に伝えることができる。これにより、サーミスタ27への輻射熱の伝達を良好に防ぐことができるので、より正確にLD25の温度を制御し、LD25の波長ドリフトを更に低減することができる。
By using a metal or ceramic having excellent thermal conductivity as the material of the
また、発光モジュール10aを製造するにあたっては、ベース26の形状を従来品から変更すれば足り、別途、部品を追加する必要がない。そのため、発光モジュール10aは、組立が容易であり、製造費用を抑えることもできる。
Further, in manufacturing the
(第2実施形態)
図4は、第2の実施の形態に係る発光モジュール10bの一部破断斜視図である。図5は、図4に示した発光モジュール10bのV−V線に沿った断面図である。この発光モジュール10bは、第1実施形態における台形柱状のベース26に代えて、L字柱状のベース36を有する。本実施形態の他の構成は、第1実施形態と同じである。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a partially broken perspective view of the
ベース36は、L字形の断面を有する柱状体である。ベース36の第1の側面36a、下面36c及び上面36dは、いずれも平坦であるが、第2の側面36bには、下面36cに隣接する凹部36eが設けられている。第1側面36aには、LDキャリア28が固定されている。サーミスタ27は、第2側面36bの凹部36e内に設置されている。このため、ベース36は、サーミスタ27の上方で突出するオーバーハング部36fを有している。下面36cは、ステム31の上面31aと平行であり、上板22bに接合されている。上面36dは、キャップ32の上壁32aと平行である。
The
ベース36のオーバーハング部36fは、サーミスタ27をキャップ32の上壁32aから少なくとも部分的に遮蔽する。本実施形態では、サーミスタ27は、ベース36をキャップ32の上壁32aから中心軸Xと平行に見たときに、サーミスタ27がオーバーハング部36fによって完全に遮蔽されるように配置されている。これにより、第1実施形態と同様に、上壁32aからの輻射熱がサーミスタ27に及ぼす影響を抑えることができる。その結果、サーミスタ27による温度測定が正確になるので、LD25の波長ドリフトを低減することができる。
The
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
上記実施形態では、キャップ32の上壁32aから中心軸Xと平行に見たときに、サーミスタ27がベース26または36によって完全に遮蔽されている。しかしながら、サーミスタがベースによって部分的にしか遮蔽されていなくても、上壁32aからの熱輻射がサーミスタに及ぼす影響をある程度抑制できるので、波長ドリフトを低減することは可能である。もちろん、サーミスタがベースによって完全に遮蔽されていれば、熱輻射からの影響を大きく抑制できるので、波長ドリフトをより大きく低減することができる。
In the above embodiment, the
第2実施形態では、ベース36の凹部36eが、第2側面36bのうち下面36cに隣接する端部に設けられている。しかし、この凹部36eは、第2側面36bのうち下面36c及び上面36dから離間した中間部に設けられていてもよい。
In the second embodiment, the
10a及び10b…発光モジュール、21…熱電変換素子、25…LD、26及び36…ベース、27…サーミスタ、28…LDキャリア、30…CANケース、31…ステム、32…キャップ
10a and 10b ... light emitting module, 21 ... thermoelectric conversion element, 25 ... LD, 26 and 36 ... base, 27 ... thermistor, 28 ... LD carrier, 30 ... CAN case, 31 ... stem, 32 ... cap
Claims (1)
前記ステムの上面に固定され、当該上面と対向する上壁を有するキャップと、
前記ステムの上面に設置され、前記キャップによって覆われた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子上に配置され、前記熱電変換素子に対向する下面と、当該下面から前記キャップの上壁に向かって延びる第1の側面と、前記下面に対して鈍角を成すように傾斜した第2の側面とを有するベースと、
前記第1の側面に固定された半導体レーザ素子と、
前記第2の側面に固定された測温素子と、
を備え、
前記第2の側面はオーバーハング部を形成し、前記測温素子は当該オーバーハング部により前記キャップの上壁から遮蔽されている、発光モジュール。 Stem,
A cap fixed to the upper surface of the stem and having an upper wall facing the upper surface;
A thermoelectric conversion element installed on the upper surface of the stem and covered by the cap;
A lower surface disposed on the thermoelectric conversion element and facing the thermoelectric conversion element; a first side surface extending from the lower surface toward the upper wall of the cap; and a first surface inclined at an obtuse angle with respect to the lower surface. A base having two sides;
A semiconductor laser element fixed to the first side surface;
A temperature measuring element fixed to the second side surface;
Equipped with a,
The light emitting module , wherein the second side surface forms an overhang portion, and the temperature measuring element is shielded from the upper wall of the cap by the overhang portion .
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