JP7183821B2

JP7183821B2 - 光源装置及び測距装置

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Publication number: JP7183821B2
Application number: JP2019011446A
Authority: JP
Inventors: 康介新村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN113330330A; JP2020118606A; US20210351327A1; WO2020153334A1

Description

本開示は光源装置及び測距装置に関する。

光源チップを備える光源装置が特許文献１に開示されている。

特許第５３９１７５３号公報

光源装置として、光源チップと、ケースと、基板と、を備えるものがある。光源チップはケースに収容される。ケースは基板に取り付けられる。上記の光源装置は、光源チップが発生する熱を十分に放熱することが困難であった。光源チップが発生する熱を十分に放熱できないと、光源チップの温度が上昇する。その結果、光源チップの光出力が低下したり、光源チップが劣化したりする。本開示の１つの局面は、光源チップの温度上昇を抑制できる光源装置及び測距装置を提供することにある。

本開示の１つの局面は、光源チップ（２１）と、前記光源チップを収容するケース（３３）と、前記ケースが取り付けられる基板（２５）と、前記基板の少なくとも一部を覆う電磁シールド板（２７）と、前記ケース及び前記電磁シールド板に当接する熱伝導部材（２９）と、を備える光源装置（７）である。

本開示の１つの局面である光源装置は、光源チップから、光源装置の外部への放熱経路として、第１放熱経路と、第２放熱経路とを備える。第１放熱経路は、ケース、熱伝導部材、及び電磁シールド板を順次通る放熱経路である。第２放熱経路は、ケース、及び基板を順次通る放熱経路である。

本開示の１つの局面である光源装置は、第１放熱経路と、第２放熱経路とを備えることにより、光源チップの温度上昇を抑制することができる。その結果、本開示の１つの局面である光源装置は、光源チップの光出力低下及び劣化を抑制できる。

測距装置１の構成を表すブロック図である。光源装置７の構成を表す分解斜視図である。図２におけるIII-III断面での光源装置７の断面図である。光源ユニット２３のうち、メタルリッド３７を除く部分の平面図である。光源チップ駆動回路１９、光源ユニット２３、及び基板２５の側断面図である。第１放熱経路６３及び第２放熱経路６５を表す説明図である。第２実施形態における光源ユニット２３の構成を表す側断面図である。第２実施形態における本体部５５の構成を表す平面図である。第２実施形態におけるケース３３の構成を表す平面図である。

本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
１．測距装置１の構成
測距装置１の構成を図１に基づき説明する。測距装置１は、例えば、車両に搭載される。測距装置１は、測距装置１から対象物３までの距離を測定する。対象物３は、例えば、車両の周囲に存在する物標である。

測距装置１は、制御部５と、光源装置７と、照射光学系９と、受光光学系１１と、フォトダイオード（以下ではＰＤとする）１３と、増幅部１５と、測距部１７と、を備える。光源装置７は、光源チップ駆動回路１９と、光源チップ２１と、を備える。

測距装置１は、以下のようにして、測距装置１から対象物３までの距離を測定する。制御部５は、光源チップ駆動回路１９に発光制御信号を送る。光源チップ駆動回路１９は、発光制御信号に応じて、光源チップ２１に光源チップ駆動電流を流す。光源チップ駆動電流が流れると、光源チップ２１は照射光４９を照射する。照射光４９は、照射光学系９を経て、対象物３に到達する。照射光４９の波長は、例えば、８５０～９５０ｎｍである。

対象物３は、照射光４９を反射して反射光を生じさせる。反射光は、受光光学系１１を経て、ＰＤ１３に到達する。ＰＤ１３は、反射光に応じてＰＤ出力信号を生成する。増幅部１５は、ＰＤ出力信号を増幅し、受光信号を生成する。制御部５は、増幅部１５に対し、ＰＤ出力選択信号を送る。測距部１７は、受光信号に基づき、測距データを生成する。制御部５は、測距データを受信する。制御部５は、発光制御信号を送った時刻と、測距データを受信した時刻との時間差に基づき、測距装置１から対象物３までの距離を算出する。

２．光源装置７の構成
光源装置７の構成を、図２～図５に基づき説明する。図２、図３に示すように、光源装置７は、光源ユニット２３と、基板２５と、電磁シールド板２７と、熱伝導部材２９と、光源チップ駆動回路１９と、を備える。

図４、図５に示すように、光源ユニット２３は、光源チップ２１と、ケース３３と、を備える。光源チップ２１は、例えば、レーザダイオードである。
ケース３３は、光源チップ２１を収容する。図５に示すように、ケース３３は、本体部３５と、メタルリッド３７と、出射窓３９と、裏面電極パッド４０と、複数の表面電極パッド４５と、ビア４６と、を備える。図４及び図５に示すように、本体部３５は、セラミックから成る箱状部材である。本体部３５は、第１開口部４１及び第２開口部４３において開口している。

裏面電極パッド４０は、本体部３５の外周面のうち、基板２５に対向する部分に形成されている。複数の表面電極パッド４５は、本体部３５に形成されている。それぞれの表面電極パッド４５は、本体部３５の外側に位置する第１部４５Ａと、本体部３５の内部に位置する第２部４５Ｂと、を備える。第２部４５Ｂと光源チップ２１とは、複数のワイヤ４７により接続している。ビア４６の一方の端部は光源チップ２１に接し、ビア４６の他方の端部は裏面電極パッド４０に接する。

メタルリッド３７は、金属から成る板状部材である。メタルリッド３７は、第１開口部４１を塞いでいる。出射窓３９は、透明なガラスから成る板状部材である。出射窓３９は、第２開口部４３を塞いでいる。光源チップ２１が照射する照射光４９は、出射窓３９を通り、図１に示す照射光学系９に向かう。ケース３３の内部は密閉されており、不活性ガスが充填されている。

図２に示すように、光源ユニット２３、及び光源チップ駆動回路１９は、基板２５に取り付けられている。図５に示すように、光源ユニット２３のうち、裏面電極パッド４０が基板２５に当接している。

図５に示すように、基板２５は、その表面に導電層５１を備える。導電層５１は、例えば、グランドである。光源チップ駆動回路１９及び光源チップ２１は導電層５１と電気的に接続している。光源チップ駆動回路１９と第１部４５Ａとは、複数のワイヤ５３により接続している。よって、光源チップ駆動回路１９と光源チップ２１とは、ビア４６、導電層５１、ワイヤ５３、表面電極パッド４５、及びワイヤ４７を介して電気的に接続している。

電磁シールド板２７は金属から成る部材である。図２に示すように、電磁シールド板２７は、本体部５５と、側面部５７と、フランジ部５８と、を備える。本体部５５は、矩形の板状部材である。側面部５７は、本体部５５の４辺にそれぞれ設けられている。側面部５７は、本体部５５の板厚方向に延びている。フランジ部５８は、互いに対向する２つの側面部５７に設けられている。それぞれのフランジ部５８は、側面部５７の下端から外側に向かって延びている。側面部５７の下端とは、側面部５７における基板２５の側の端部である。フランジ部５８は基板２５と当接する。フランジ部５８及び基板２５にはそれぞれ孔６０が形成されている。その孔６０に締結部を刺し通すことで、フランジ部５８は基板２５に固定される。電磁シールド板２７は、光源チップ駆動回路１９等が発生するノイズをシールドする。

図３に示すように、本体部５５は、基板２５の一部を覆っている。基板２５の一部を覆うとは、基板２５の板厚方向から見たとき、基板２５の一部と重なることを意味する。基板２５のうち、本体部５５が覆う部分に、光源ユニット２３、及び光源チップ駆動回路１９が取り付けられている。光源ユニット２３、及び光源チップ駆動回路１９は、基板２５と本体部５５とに挟まれている。

図３に示すように、熱伝導部材２９は、光源ユニット２３と、本体部５５との間に取り付けられている。熱伝導部材２９は、ケース３３及び本体部５５に当接している。熱伝導部材２９は、ケース３３のうち、メタルリッド３７と、本体部３５との両方に当接している。

熱伝導部材２９は、固体であってもよいし、ペースト状であってもよい。熱伝導部材２９が固体である場合、熱伝導部材２９の形状は特に限定されない。熱伝導部材２９の形状として、例えば、角柱状、円柱状、板状等が挙げられる。

熱伝導部材２９が固体である場合、熱伝導部材２９の材質として、例えば、シリコン、熱伝導性フィラーを含む樹脂組成物等が挙げられる。熱伝導性フィラーとして、例えば、セラミックフィラー等が挙げられる。熱伝導部材２９がペースト状である場合、熱伝導部材２９の材質として、例えば、シリコーン等が挙げられる。シリコーンは、シロキサン結合による主骨格を持つ合成高分子化合物である。

熱伝導部材２９の外周面は黒色である。熱伝導部材２９の外周面では、光源チップ２１が照射する照射光４９に対する反射率が５％以下である。例えば、照射光４９の波長が８５０～９５０ｎｍである場合、熱伝導部材２９の外周面では、波長が８５０～９５０ｎｍの照射光４９に対する反射率が５％以下である。図３に示すように、熱伝導部材２９は、照射光４９の照射範囲５９の外に位置する。照射範囲５９とは、照射光４９が照射される範囲である。

３．光源装置７及び測距装置１が奏する効果
（１Ａ）ケース３３は基板２５に取り付けられている。また、光源装置７は、熱伝導部材２９を備える。熱伝導部材２９はケース３３及び電磁シールド板２７に当接する。

そのため、図３及び図６に示すように、光源装置７は、光源チップ２１から、光源装置７の外部６１への放熱経路として、第１放熱経路６３と、第２放熱経路６５とを備える。なお、図６におけるＰは、光源チップ２１の発熱量を表す。

第１放熱経路６３は、本体部３５、メタルリッド３７、熱伝導部材２９、及び電磁シールド板２７を順次通る放熱経路を備える。また、第１放熱経路６３は、本体部３５、熱伝導部材２９、及び電磁シールド板２７を順次通る放熱経路も備える。第２放熱経路６５は、本体部３５、裏面電極パッド４０、及び基板２５を順次通る放熱経路を備える。また、第２放熱経路６５は、ビア４６、裏面電極パッド４０、及び基板２５を順次通る放熱経路も備える。

光源装置７は、第１放熱経路６３と、第２放熱経路６５とを備えることにより、光源チップ２１の温度上昇を抑制することができる。その結果、光源装置７は、光源チップ２１の光出力低下及び寿命劣化を抑制できる。

（１Ｂ）熱伝導部材２９の外周面は黒色である。そのため、照射光４９に起因する迷光が熱伝導部材２９に入射した場合でも、熱伝導部材２９は迷光を反射し難い。その結果、光源装置７における迷光を抑制できる。

（１Ｃ）熱伝導部材２９の外周面では、照射光４９に対する反射率が５％以下である。そのため、照射光４９に起因する迷光が熱伝導部材２９に入射した場合でも、熱伝導部材２９は迷光を反射し難い。その結果、光源装置７における迷光を抑制できる。

（１Ｄ）熱伝導部材２９は、照射範囲５９の外に位置する。そのため、熱伝導部材２９が照射光４９を遮ることを抑制できる。
（１Ｅ）測距装置１は光源装置７を備える。そのため、測距装置１は、前記（１Ａ）～（１Ｄ）の効果を奏する。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、本体部５５のうち、ケース３３に対向する面は平坦であった。また、前述した第１実施形態では、ケース３３のうち、本体部５５に対向する面は平坦であった。これに対し、第２実施形態では、図７～図９に示すように、本体部５５が堤部６７を備え、ケース３３が堤部６９を備える点で、第１実施形態と相違する。

堤部６７は、本体部５５の下面７１のうち、照射方向Ａの側の位置に形成されている。下面７１とは、本体部５５の表面のうち、ケース３３に対向する面である。照射方向Ａとは、照射光４９が進む方向である。堤部６７は、ケース３３の方向に突出している。

堤部６９は、ケース３３の上面７３のうち、照射方向Ａの側の位置に形成されている。上面７３とは、ケース３３の表面のうち、本体部５５に対向する面である。堤部６９は、本体部５５の方向に突出している。図７に示すように、堤部６７及び堤部６９は、熱伝導部材２９よりも、照射範囲５９の側にある。熱伝導部材２９が照射範囲５９の方向に移動しようとした場合、堤部６７及び堤部６９に当接することにより、照射範囲５９の方向に移動し難い。

２．光源装置７及び測距装置１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２Ａ）光源装置７は、堤部６７及び堤部６９を備える。そのため、熱伝導部材２９が照射範囲５９の方向に移動することを抑制できる。その結果、光源装置７は、熱伝導部材２９が照射光４９を遮ることを一層抑制できる。

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）本体部３５の材質は、セラミック以外の材質であってもよい。セラミック以外の材質として、例えば、樹脂等が挙げられる。

（２）メタルリッド３７の代わりに、金属以外の材質から成る部材を使用してもよい。金属以外の材質として、例えば、樹脂等が挙げられる。

（３）熱伝導部材２９の外周面の一部又は全部は、黒色でなくてもよい。熱伝導部材２９の外周面の一部又は全部において、照射光４９に対する反射率は５％を超えていてもよい。
（４）光源装置７は、測距装置１以外の用途に使用してもよい。測距装置１以外の用途として、例えば、画像形成装置等が挙げられる。

（５）第２実施形態において、光源装置７は、堤部６７及び堤部６９のうちの一方を備えていなくてもよい。この場合も、光源装置７は、堤部６７、又は堤部６９により、熱伝導部材２９が照射方向Ａに移動することを抑制できる。

（６）熱伝導部材２９と、電磁シールド板２７とは一体であってもよい。熱伝導部材２９は、電磁シールド板２７の一部であってもよい。熱伝導部材２９とメタルリッド３７とは一体であってもよい。熱伝導部材２９はメタルリッド３７の一部であってもよい。

（７）光源チップ駆動回路１９は、ケース３３の内部に収容されていてもよい。
（８）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（９）上述した光源装置７の他、当該光源装置７を構成要素とするシステム、制御部５としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、光源装置７の放熱方法、光源装置７の放熱構造等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…測距装置、７…光源装置、１９…光源チップ駆動回路、２１…光源チップ、２３…光源ユニット、２５…基板、２７…電磁シールド板、２９…熱伝導部材、３３…ケース、３７…メタルリッド、４９…照射光、５５…本体部、５９…照射範囲、６３…第１放熱経路、６５…第２放熱経路、６７、６９…堤部

Claims

光源チップ（２１）と、
前記光源チップを収容するケース（３３）と、
前記ケースが取り付けられる基板（２５）と、
前記基板の少なくとも一部を覆う電磁シールド板（２７）と、
前記ケース及び前記電磁シールド板に当接する熱伝導部材（２９）と、
を備え、
前記熱伝導部材は、前記ケースと、前記電磁シールド板との間に取り付けられており、
前記熱伝導部材の外周面の少なくとも一部は黒色であり、
前記ケースは、前記基板と前記電磁シールド板とに挟まれている光源装置（７）。
請求項１に記載の光源装置であって、
前記熱伝導部材の外周面の少なくとも一部では、前記光源チップが照射する光に対する反射率が５％以下である光源装置。
請求項１又は２に記載の光源装置であって、
前記熱伝導部材は、前記光源チップが照射する光の照射範囲（５９）の外に位置する光源装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の光源装置であって、
前記ケースの表面のうち、前記電磁シールド板に対向する表面に、前記電磁シールド板の方向に突出する堤部をさらに備え、
前記堤部は、前記熱伝導部材よりも、前記光源チップが照射する光の照射方向の側の位置にあり、
前記熱伝導部材が前記照射方向に移動しようとした場合、前記熱伝導部材は前記堤部に当接する光源装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置を備える測距装置（１）。