WO2019159827A1 - 光モジュール - Google Patents

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陽平 塩谷
古川 将人
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住友電気工業株式会社
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    • H01S5/4012Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • This disclosure relates to an optical module.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-025771 filed on Feb. 16, 2018, and incorporates all the content described in the above Japanese application.
  • An optical module in which a semiconductor light emitting element is arranged in a package is known (for example, see Patent Documents 1 to 4).
  • Such an optical module is used as a light source of various devices such as a display device, an optical pickup device, and an optical communication device.
  • An optical module includes a first semiconductor light emitting element having a first emission part that emits first light and a second emission part that emits second light having a wavelength different from that of the first light.
  • a base plate having a second surface located on the opposite side of the plate thickness direction of the one surface, and a support base for supporting the base plate in contact with a part of the second surface.
  • the base plate includes a filter mounting area for mounting the filter, a lens mounting area for mounting the first lens and the second lens, and a semiconductor light emitting element mounting area for mounting the first semiconductor light emitting element and the second semiconductor light emitting element. . There is a gap between the area of the second surface corresponding to the filter mounting area and the support base.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing the structure of an optical module according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an external perspective view showing the structure of the optical module according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed.
  • FIG. 4 is a side view of the optical module in a state where the cap shown in FIG. 3 is removed.
  • 5 shows a support plate and a base plate at high temperature (95 ° C.) in an optical module provided with the gap, the first cutout, the second cutout, etc. provided in the optical module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view exaggeratingly showing a state in which warpage has occurred due to a difference in thermal expansion coefficient.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing the structure of an optical module according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an external perspective view showing the structure of the optical module according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the optical axis deviation and temperature in the case shown in FIG.
  • FIG. 7 is a simulation result of the deviation of the ray angle in the Z-axis direction in each member when the temperature of the optical module provided with the gap, the first notch, the second notch, etc. shown in FIG. It is a graph which shows.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the deviation of the optical axis and the temperature when the optical module shown in FIGS. 1 to 4 is used.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a display device including the optical module according to Embodiment 1.
  • FIG. 10 is a plan view of the display device shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an optical module according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an optical module according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of an optical module according to Embodiment 5.
  • FIG. 15 is a side view of the optical module shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of an optical module according to the sixth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an optical module according to the seventh embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a display device including the optical module according to the eighth embodiment.
  • FIG. 19 is a plan view of a display device including the optical module according to Embodiment 8 shown in FIG. 20 is a cross-sectional view of a display device including the optical module according to Embodiment 8 shown in FIG.
  • An optical module includes a first semiconductor light emitting element having a first emission part that emits first light and a second emission part that emits second light having a wavelength different from that of the first light.
  • a semiconductor light emitting element a first lens that converts the first light emitted from the first emission part into a collimated beam; and a second lens that converts the second light emitted from the second emission part into a collimated beam;
  • a base plate having a second surface located on the opposite side of the plate thickness direction of the one surface, and a support base for supporting the base plate in contact with a part of the second surface.
  • the base plate includes a filter mounting area for mounting the filter, a lens mounting area for mounting the first lens and the second lens, and a semiconductor light emitting element mounting area for mounting the first semiconductor light emitting element and the second semiconductor light emitting element. . There is a gap between the area of the second surface corresponding to the filter mounting area and the support base.
  • the inventors combine and output the light axes emitted from a plurality of semiconductor light emitting elements at a certain temperature, for example, room temperature. It has been noted that if there is a change in the environmental temperature, it is difficult to accurately match the optical axes of a plurality of combined lights. Specifically, for example, when the environment in which the optical module is installed becomes high temperature, each member constituting the optical module is thermally expanded. Then, warpage occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the members, and for example, even if the optical axes of a plurality of lights are aligned at room temperature, they are combined as a result due to the influence of the warpage.
  • the optical axes of a plurality of lights will shift.
  • the optical axis is deviated, the image quality is impaired when the optical module is used for video applications.
  • light coupling efficiency is deteriorated and brightness is reduced. Therefore, the inventors have intensively studied and realized that the optical axis of the light to be combined is matched with high accuracy even in a wide temperature range for the optical module according to the present disclosure.
  • the lens position is adjusted so that the optical axis of the second light emitted from the element coincides with the optical axis of the second lens.
  • the first light and the second light are multiplexed by the filter.
  • the second surface corresponding to the filter mounting region and the support base can be separated.
  • the warpage amount of the filter mounting region can be reduced more than the warpage amount of the semiconductor light emitting element mounting region and the lens mounting region. Therefore, the inclination of the filter mounted on the base plate due to the warp of the base plate can be suppressed, and the optical axis of the first light and the optical axis of the second light combined by the filter can be reduced. Deviation can be suppressed. As a result, the optical axes of light combined within a wide temperature range can be matched with high accuracy.
  • a notch may be provided between the lens mounting area and the filter mounting area of the base plate.
  • the thickness of the base plate in the semiconductor light emitting element mounting region is thicker than the thickness of the base plate in the lens mounting region, and the thickness of the base plate in the filter mounting region is thicker than the thickness of the base plate in the lens mounting region. May be.
  • the lens mounting area includes a thick area in at least a part of an area other than the area where the first lens is mounted and the area where the second lens is mounted.
  • the base plate may be thicker than the region where the second lens is mounted and the region where the second lens is mounted.
  • the relative deviation of the optical axes of the first semiconductor light emitting element and the first lens and the second semiconductor light emitting element and the second lens can be suppressed, and the optical axis of the light combined within a wide temperature range can be reduced. It can be matched with high accuracy.
  • the region of the second surface corresponding to the lens mounting region and the support base may be opposed to each other with a gap open to the outside. Furthermore, a notch may be provided between the semiconductor light emitting element mounting region and the lens mounting region.
  • the emission direction of the first light and the emission direction of the second light are parallel and perpendicular to the emission direction of the first light when viewed in plan from the thickness direction of the base plate.
  • a 2nd output part may be located on the straight line which passes along a 1st output part.
  • the supporting base is disposed in contact with the second surface of the base plate, and the electronic cooling module that adjusts the temperature of at least one of the first semiconductor light emitting element and the second semiconductor light emitting element. May be included. By comprising in this way, the temperature of at least any one of a 1st semiconductor light-emitting device and a 2nd semiconductor light-emitting device can be adjusted efficiently.
  • both the first semiconductor light emitting element and the second semiconductor light emitting element may be semiconductor lasers.
  • each material can be selected so that the difference in coefficient of thermal expansion between each member of the base plate, the support base, and the electronic cooling module is reduced.
  • Embodiment 1 The optical module 1 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the optical axis is indicated by a broken line.
  • an optical module 1A according to Embodiment 1 is disposed on a support base 10 including a support plate 11 having a flat plate shape, and one main surface 12A of the support plate 11, A light forming unit 13 as a light forming unit for forming light, a cap 14 arranged in contact with one main surface 12A of the support plate 11 so as to cover the light forming unit 13, and the other of the support plate 11 A plurality of lead pins 16 penetrating from the main surface 12B side to the one main surface 12A side and projecting on both the main surface 12A side and the other main surface 12B side are provided.
  • the support plate 11 and the cap 14 are brought into an airtight state by welding, for example.
  • the light forming portion 13 is hermetically sealed by the support plate 11 and the cap 14.
  • a space surrounded by the support plate 11 and the cap 14 is filled with a gas in which moisture is reduced (removed) such as dry air.
  • the cap 14 is formed with an exit window 15 on which a glass AR (Anti Reflection) coat that transmits light from the light forming unit 13 is applied.
  • the support plate 11 when viewed planarly (when viewed from the Z-axis direction), has a rectangular shape with rounded corners.
  • the cap 14 also has a rectangular shape with rounded corners when viewed in plan.
  • the area of the support plate 11 is larger than the area of the cap 14.
  • the support plate 11 is made of, for example, iron or an iron-nickel-cobalt alloy.
  • the thermal expansion coefficient of iron is 12.6 (ppm / ° C.), for example, and the thermal conductivity is 75 (W / (m ⁇ K)).
  • the thermal expansion coefficient of the iron-nickel-cobalt alloy is, for example, 5.2 (ppm / ° C.), and the thermal conductivity is 17 (W / (m ⁇ K)).
  • the light forming unit 13 includes a base plate 20 having a plate shape.
  • the base plate 20 is made of, for example, copper, iron-nickel-cobalt alloy, or AlN (aluminum nitride).
  • the thermal expansion coefficient of copper is, for example, 14.3 (ppm / ° C.), and the thermal conductivity is 398 (W / (m ⁇ K)).
  • the thermal expansion coefficient of AlN is, for example, 4.6 (ppm / ° C.), and the thermal conductivity is 170 (W / (m ⁇ K)).
  • the material of the support plate 11 is an iron-nickel-cobalt alloy
  • the material of the base plate 20 is copper and an iron-nickel-cobalt alloy, or copper.
  • AlN the material of the region located on the third submount 33 side to be described later than the broken line shown in FIG. 4 is copper, and the region located on the TEC 70 side to be described later than the broken line.
  • the material is iron-nickel-cobalt alloy or AlN.
  • AlN is employed.
  • the base plate 20 has one main surface 21A as a first surface having a rectangular shape when seen in a plan view. Moreover, the base plate 20 has the other main surface 21B located in the other side of the plate
  • the direction in which the long side of the base plate 20 extends is the same as the direction in which the long side of the support plate 11 extends (X-axis direction).
  • the direction in which the short side of the base plate 20 extends is the same as the direction in which the short side of the support plate 11 extends (Y-axis direction).
  • the base plate 20 includes a semiconductor light emitting element mounting area 22 on which a plurality of semiconductor light emitting elements can be mounted, a lens mounting area 23 on which a plurality of lenses can be mounted, and a filter mounting area 24 on which a plurality of filters can be mounted.
  • Each of the semiconductor light emitting element mounting region 22, the lens mounting region 23, and the filter mounting region 24 has a rectangular shape when seen in a plan view.
  • the thickness of the semiconductor light emitting element mounting area 22 is larger than both the thickness of the lens mounting area 23 and the thickness of the filter mounting area 24.
  • the height of the semiconductor light emitting element mounting region 22 is higher than the height of the lens mounting region 23 and the height of the filter mounting region 24.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22, the lens mounting region 23, and the filter mounting region 24 are arranged in the order indicated by the arrow Y.
  • a flat plate-like first submount 31, a flat plate-like second submount 32, and a flat plate-like third submount 33 are formed on the semiconductor light emitting element mounting region 22 .
  • a blue laser diode 41 which is a first semiconductor laser as a first semiconductor light emitting element, is disposed on the first submount 31 .
  • the blue laser diode 41 emits blue light as the first light from the first emitting portion 41A.
  • a green laser diode 42 as a second semiconductor laser as a second semiconductor light emitting element is disposed on the second submount 32.
  • the green laser diode 42 emits green light as the second light from the second emitting portion 42A.
  • a red laser diode 43 which is a third semiconductor laser as a third semiconductor light emitting element, is disposed on the third submount 33.
  • the red laser diode 43 emits red light as third light from the third emitting portion 43A.
  • the blue light emitted from the blue laser diode 41, the green light emitted from the green laser diode 42, and the red light emitted from the red laser diode 43 each have an emission direction in the Y-axis direction. Parallel.
  • the second emission part 42A and the third emission part 43A are perpendicular to the emission direction of blue light (Y-axis direction) when viewed in the thickness direction (Z-axis direction) of the base plate 20, and the first emission part
  • the second injection part 42A and the third injection part 43A are located on a straight line 30 passing through 41A.
  • the straight line 30 is shown with the dashed-dotted line in FIG.
  • the first emission part 41A, the second emission part 42A, and the third emission part 43A are included in the same plane (XZ plane) perpendicular to the emission direction of the blue light, the green light, and the red light. It becomes.
  • a thermistor 17 that measures the temperature of the light forming unit 13 is mounted on the semiconductor light emitting element mounting region 22. The thermistor 17 is attached to the side of the first submount 31 with an interval.
  • a first lens 51, a second lens 52, and a third lens 53 are arranged.
  • the first lens 51, the second lens 52, and the third lens 53 have lens portions 51A, 52A, and 53A, each of which has a lens surface.
  • the central axes of the lens portions 51A, 52A, and 53A of the first lens 51, the second lens 52, and the third lens 53, that is, the optical axes of the lens portions 51A, 52A, and 53A, respectively, are blue laser diode 41, green laser diode 42, And it is adjusted to coincide with the optical axis of the red laser diode 43. In this case, for example, 25 ° C.
  • the first lens 51, the second lens 52, and the third lens 53 convert light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43, respectively, into a collimated beam.
  • the first lens 51, the second lens 52, and the third lens 53 are each fixed to the lens mounting region 23 by, for example, an ultraviolet curable adhesive.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are arranged in the filter mounting area 24.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are each fixed to the filter mounting region 24 by, for example, an ultraviolet curable adhesive.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are, for example, wavelength selective filters.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are dielectric multilayer filters. Specifically, the first filter 61 transmits red light and green light, and reflects blue light.
  • the second filter 62 transmits red light and reflects green light.
  • the third filter 63 reflects red light.
  • the main surfaces of the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are inclined in the emission direction of light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43, respectively.
  • the main surfaces of the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 are in the emission direction of the light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43, respectively. It is inclined 45 ° with respect to it.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 multiplex the light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43.
  • the support base 10 includes an electronic cooling module (hereinafter also referred to as a TEC (Thermo-Electric Cooler)) 70.
  • the support base 10 includes a support plate 11 and a TEC 70.
  • the TEC 70 is disposed between a part of the base plate 20 and the support plate 11.
  • the TEC 70 is a so-called thermoelectric cooler, and includes a plurality of columnar semiconductor pillars 73 that are arranged side by side between the heat absorbing plate 71, the heat radiating plate 72, and the heat absorbing plate 71 and the heat radiating plate 72 with electrodes interposed therebetween.
  • the heat absorbing plate 71 and the heat radiating plate 72 are made of alumina, for example.
  • the semiconductor pillar 73 is made of, for example, BiTe.
  • the thermal expansion coefficient of alumina is, for example, 7.7 (ppm / ° C.), and the thermal conductivity is 36 (W / (m ⁇ K)).
  • BiTe has a thermal expansion coefficient of, for example, 15.0 (ppm / ° C.), and a thermal conductivity of 1.55 (W / (m ⁇ K)).
  • the heat absorbing plate 71 is disposed in contact with a part of the other main surface 21B of the base plate 20. In this case, the surface facing the main surface 21B of the endothermic plate 71 and the main surface 21B are joined by Ag paste.
  • the heat radiating plate 72 is disposed in contact with a part of one main surface 12A of the support plate 11.
  • the TEC 70 is a Peltier module (Peltier element). And by supplying an electric current to TEC70 and flowing an electric current, the heat
  • the second surface corresponding to the filter mounting region 24, that is, the region of the other main surface 21B and the support base 10, specifically, one main surface 12A of the support plate 11 are opened to the outside. Opposite each other with the gap 18 therebetween.
  • the height of the gap 18, that is, the distance between the main surface 12 ⁇ / b> A and the main surface 21 ⁇ / b> B in the Z-axis direction corresponds to the height of the TEC 70 in the Z-axis direction.
  • the gap 18 is opened in one direction in the Y-axis direction and in both directions in the X-axis direction. In this case, both the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23 are in contact with the TEC 70.
  • a first notch 19A and a second notch 19B are provided between the lens mounting area 23 and the filter mounting area 24.
  • the first cutout 19A is a blue laser diode extending along the X-axis direction from the short side 20C on one side of the rectangular base plate 20 where the blue laser diode 41 is located when the base plate 20 is viewed in the thickness direction. 41 and the green laser diode 42 are provided.
  • the second notch 19B is a red laser that extends along the X-axis direction from the short side 20D on the other side of the rectangular base plate 20 where the red laser diode 43 is located when the base plate 20 is viewed in the thickness direction. A portion between the diode 43 and the green laser diode 42 is provided.
  • the lens mounting area 23 and the filter mounting area 24 of the base plate 20 are connected to each other at the connection portion 19C located between the first notch 19A and the second notch 19B in the X-axis direction. It is.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 has a blue laser between a region 41B where the blue laser diode 41 which is the first semiconductor light emitting element is mounted and a region 42B where the green laser diode 42 which is the second semiconductor light emitting element is mounted. It includes a first thin region 25A where the base plate 20 is thinner than the region 41B where the diode 41 is mounted and the region 42B where the green laser diode 42 is mounted.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 has a green laser between a region 42B where the green laser diode 42 which is the second semiconductor light emitting element is mounted and a region 43B where the red laser diode 43 which is the third semiconductor light emitting element is mounted.
  • a region 42B where the diode 42 is mounted and a second thin region 25B where the base plate 20 is thinner than the region 43B where the red laser diode 43 is mounted are included. Both the first thin region 25A and the second thin region 25B are provided so as to reduce the height of the semiconductor light emitting element mounting region 22 in the Z-axis direction.
  • the first thin region 25 ⁇ / b> A and the second thin region 25 ⁇ / b> B are provided across the entire region in the Y-axis direction in the semiconductor light emitting element mounting region 22.
  • the air gap 18 is formed between the region of the other main surface 21 ⁇ / b> B that is the second surface corresponding to the filter mounting region 24 and the one main surface 12 ⁇ / b> A of the support plate 11. Therefore, the other main surface 21b, which is the second surface corresponding to the filter mounting region 24, and the support base 10, in this case, the support plate 11 can be separated from each other. As a result, even if the temperature of the environment in which the optical module 1A is disposed changes greatly, the warpage amount of the filter mounting region 24 can be reduced more than the warpage amounts of the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23.
  • the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 mounted on the base plate 20 can be prevented from tilting due to the warp of the base plate 20, and the first filter 61, the second filter A shift between the optical axis of the first light, the optical axis of the second light, and the optical axis of the third light combined by the filter 62 and the third filter 63 can be suppressed.
  • the optical axes of light combined within a wide temperature range can be matched with high accuracy.
  • the optical module 1A uses the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43 as semiconductor lasers, and is multiplexed while suppressing the deviation of the optical axis within a wide temperature range.
  • the optical axes of blue light, green light, and red light can be matched with high accuracy.
  • a first cutout 19A and a second cutout 19B are provided between the lens mounting area 23 and the filter mounting area 24. Therefore, the influence of the warp in the lens mounting area 23 can be reduced with respect to the filter mounting area 24. Therefore, the inclination of the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 can be further suppressed, and the optical axes of the light combined within a wide temperature range can be matched with high accuracy.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 is a region where the blue laser diode 41 is mounted between a region 41B where the blue laser diode 41 is mounted and a region 42B where the green laser diode 42 is mounted.
  • the first thin region 25A having the base plate 20 thinner than the region 42B on which the 41B and the green laser diode 42 are mounted is included.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 includes a region 42B where the green laser diode 42 is mounted and a red laser diode 43 between the region 42B where the green laser diode 42 is mounted and the region 43B where the red laser diode 43 is mounted. It includes a second thin region 25B in which the base plate 20 is thinner than the region 43B to be mounted.
  • the emission direction of blue light and the emission direction of green light are parallel. Then, when seen in a plan view from the thickness direction (Z-axis direction) of the base plate 20, it is perpendicular to the blue light emission direction (Y-axis direction) and is on the straight line 30 passing through the first emission part 41A.
  • the two emission parts 42A and the third emission part 43A are located. Then, the influence of the warp in the semiconductor light emitting element mounting region 22 on the green light emitted from the second emission part 42A with respect to the blue light emitted from the first emission part 41A can be reduced.
  • emitted from the 2nd output part 42A can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress the deviation of the optical axis of the blue light from the optical axis of the green light and the deviation of the optical axis of the red light from the optical axis of the green light.
  • the optical module 1A may be used in a wide temperature range such as ⁇ 40 ° C. to 105 ° C., for example.
  • FIG. 5 shows the optical module 201 provided with the optical module 1A shown in FIG. 2 and the like, which is not provided with the gap 18, the first notch 19A, the second notch 19B, etc., and is supported at a high temperature (95 ° C.). It is a schematic perspective view which exaggerates and shows the state which the board 202 and the base board 203 generate
  • the support base 204 provided in the optical module 201 includes a support plate 202 and a TEC 205.
  • the TEC 205 is bonded to the base plate 203 and the support plate 202 with, for example, silver paste.
  • the TEC 205 is attached to the entire surface of the other main surface 206B of the base plate 203. Since the TEC 205, the base plate 203, and the support plate 202 are made of different materials, the TEC 205, the base plate 203, and the support plate 202 warp at a high temperature of 95 ° C., for example, as shown in FIG.
  • the regions where the first filter 207, the second filter 208, and the third filter 209 are mounted are also inclined.
  • the optical axis of blue light, the optical axis of green light, and the optical axis of red light reflected by the first filter 207, the second filter 208, and the third filter 209 are adjusted at room temperature. It will deviate from the position.
  • the warpage of the base plate 203 in the region where the first filter 207, the second filter 208, and the third filter 209 are mounted is reduced, and the first filter 207, the second filter 208, and the third filter 209 are mounted. It is desirable to reduce the change in the radius of curvature of main surface 206A in the region to be processed.
  • the regions where the two lenses 222 and the third lens 223 are mounted are warped, that is, the regions where the blue laser diode 211, the green laser diode 212, and the red laser diode 213 are mounted, and the first lens 221, Even if the change in the radius of curvature of the main surface 206A in the region where the second lens 222 and the third lens 223 are mounted is slightly larger, the deviation between the optical axis of the blue laser diode 211 and the optical axis of the first lens 221 is green.
  • Deviation between the optical axis of the laser diode 212 and the optical axis of the second lens 222, and red If there is no large each deviation between the optical axis and the optical axis of the third lens 223 over The diode 213, the influence of the deviation of the optical axis of the multiplexed light being becomes small.
  • the change is preferably as small as possible.
  • the vertical axis represents the optical axis deviation (°)
  • the horizontal axis represents the temperature (° C.) detected by the thermistor 17.
  • the graph shown in FIG. 6 shows the deviation of the optical axis in the horizontal direction of the blue light with respect to the reference green light.
  • the optical axis shift at 25 ° C. is 0 °
  • the optical axis shift exceeds 0.01 ° at 35 ° C. to 40 ° C. It can be seen that the deviation of the color from the optical axis increases. In such a situation, the optical axes of the light combined in a wide temperature range cannot be matched with high accuracy.
  • the vertical axis indicates the light beam angle (°)
  • the horizontal axis indicates each case of a laser diode, a lens, and a filter.
  • a circle mark indicates a red color
  • a square mark indicates a green color
  • a triangle mark indicates a blue color.
  • FIG. 7 shows the deviation of the light beam angle in the Z-axis direction with respect to the light beam angle of 0 ° when the temperature is 25 ° C.
  • the light beam angles of blue, green, and red are slightly shifted, but all are shifted to the negative side, and the difference in the degree of shift in each color is small. .
  • the difference between blue and green is small, but the difference from red is large.
  • the difference in the deviation of each light beam is further increased. That is, the amount of deviation of the ray angle in each color is greatly different. Even if the filter is inclined, the light transmitted through the filter has little effect on the deviation of the optical axis. Therefore, it is required to suppress the inclination of the filter as much as possible.
  • the optical module 1A according to Embodiment 1 of the present application shown in FIGS. 1 to 4 is as follows.
  • the vertical axis represents the optical axis deviation (°)
  • the horizontal axis represents the temperature (° C.) detected by the thermistor 17.
  • the graph shown in FIG. 8 corresponds to the graph shown in FIG. That is, the graph shown in FIG. 8 shows the deviation of the optical axis in the horizontal direction of the blue light with respect to the reference green light.
  • the optical axis shift is slightly increased due to the temperature rise, but the ambient temperature is about 100 ° C.
  • the deviation of the optical axis is ⁇ 0.01 ° or less. If the deviation of the optical axis is within this range, a high-quality image with suppressed color deviation in the pixel can be realized when the image is drawn by scanning with a MEMS mirror using an optical module. Therefore, in the optical module according to the embodiment of the present application, a high-quality image can be obtained in a wide temperature range. Also, within this deviation range, when the combined light is coupled to a single mode optical fiber with a single lens, the influence on the light coupling efficiency is small. Therefore, in the optical module according to the embodiment of the present application, high coupling efficiency to a single mode optical fiber can be realized in a wide temperature range.
  • the warpage of the filter mounting area 24 in the optical module 1A can be suppressed to 0.5 ⁇ m or less. The amount of warpage can be measured by, for example, an optical three-dimensional shape measuring instrument or a stylus type measuring instrument.
  • Such an optical module 1A shown in FIGS. 1 to 4 can be applied to a display device.
  • display device 101 using optical module 1 ⁇ / b> A according to Embodiment 1 is arranged in a rectangular parallelepiped package 102 (shown by a broken line in FIG. 9) and package 102.
  • the angle of the optical module 1A, the plate-like base frame 103, the shaping lens 104, the beam splitter 105, the three mirrors 106A, 106B, 106C, and the monitor photodiode 107 are periodically changed back and forth.
  • a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror 108 The light 111 emitted from the optical module 1A is indicated by a broken line.
  • the package 102 is provided with an output exit window 109 for output.
  • the base frame 103 includes a wall portion 110 formed by bending a part of a rectangular plate-shaped member.
  • the base frame 103 is disposed inside the package 102.
  • the optical module 1 ⁇ / b> A, the shaping lens 104, the beam splitter 105, the three mirrors 106 ⁇ / b> A, 106 ⁇ / b> B, 106 ⁇ / b> C, and the MEMS mirror 108 are disposed on the main surface 103 ⁇ / b> A of the base frame 103.
  • the monitor photodiode 107 is provided on the wall portion 110.
  • the shaping lens 104 is arranged at a position where the light emitted from the optical module 1A passes, and the aspect ratio of the light is adjusted.
  • a beam splitter 105 is disposed at a position where the light that has passed through the shaping lens 104 is irradiated. A part of the light divided by the beam splitter 105 is incident on the monitor photodiode 107 and the amount of light is monitored. The angle of light is changed by the three mirrors 106A to 106C arranged on the base frame 103, and is incident on the MEMS mirror 108. Then, the incident light is reflected by the MEMS mirror 108 and is emitted from the emission window 109.
  • the angle of the MEMS mirror 108 is moved at high speed in the horizontal and vertical directions, and the outputs of the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43 are modulated in accordance with the movement of the MEMS mirror 108, so that a full color image is obtained. Can be displayed.
  • the display device 101 having such a configuration includes the optical module 1A capable of matching the optical axes of light combined within a wide temperature range with high accuracy, the display device 101 performs high-accuracy display within a wide temperature range. be able to.
  • the optical module 1A can perform display with higher accuracy because the deviation of the optical axis is ⁇ 0.01 ° or less as described above.
  • the optical module 1A includes one blue laser diode 41 that emits blue light, one green laser diode that emits green light, and one red laser diode 43 that emits red light. Although it was set as a structure, you may comprise as follows not only this.
  • the optical module 1B includes a blue laser diode 41 that emits blue light, a green laser diode 42 that emits green light, a red laser diode 43 that emits red light, and an infrared laser diode that emits infrared light. 44.
  • the infrared laser diode 44 is provided on the side of the blue laser diode 41 opposite to the side where the green laser diode 42 is located in the X-axis direction.
  • the infrared laser diode 44 emits infrared light as the fourth light from the fourth emitting portion 44A.
  • a fourth lens 54 is further arranged.
  • the fourth lens 54 has a lens portion 54A whose surface is a lens surface.
  • the central axis of the lens portion 54A of the fourth lens 54 that is, the optical axis of the lens portion 54A is adjusted to coincide with the optical axes of the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43, respectively.
  • the fourth lens 54 converts light emitted from the infrared laser diode 44 into a collimated beam.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 includes a region 41B where the blue laser diode 41 is mounted and an infrared laser diode between the region 41B where the blue laser diode 41 is mounted and the region 44B where the infrared laser diode 44 is mounted.
  • the base plate 20 includes a third thin region 25C in which the thickness of the base plate 20 is smaller than that of the region 44B where 44 is mounted.
  • a fourth filter 64 is arranged in the filter mounting area 24, a fourth filter 64 is arranged.
  • the fourth filter 64 is, for example, a wavelength selective filter, and is a dielectric multilayer filter. Specifically, the fourth filter 64 transmits red light, green light, and blue light, and reflects infrared light.
  • the main surface of the fourth filter 64 is inclined in the emission direction of the light emitted from the infrared laser diode 44.
  • the first filter 61, the second filter 62, the third filter 63, and the fourth filter 64 combine the light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, the red laser diode 43, and the infrared laser diode 44. To wave. With such a configuration, the optical axes of the combined light can be matched with high accuracy.
  • the optical module 1C includes one blue laser diode 41 that emits blue light, two green laser diodes 42 and 45 that emit green light, and two red laser diodes 43 and 46 that emit red light. .
  • the green laser diode 45 emits green light as the fifth light from the fifth emitting portion 45A.
  • the red laser diode 46 emits red light as sixth light from the sixth emitting portion 46A.
  • the lens mounting area 23 includes a lens portion 55A, a fifth lens 55 having the same configuration as the second lens 52, and a lens portion 56A, and a sixth lens 56 having the same configuration as the third lens 53. Has been placed.
  • a half-wave plate 26A is provided at a position between the green laser diode 45 and the fifth lens 55.
  • a half-wave plate 26B is provided at a position between the red laser diode 46 and the sixth lens 56.
  • the semiconductor light emitting element mounting region 22 is a first thin wall having a thickness of the base plate 20 smaller than the regions 41B to 43B, 45B, and 46B, with a space in the X-axis direction between the regions 41B to 43B, 45B, and 46B.
  • the region 25A, the second thin region 25B, the third thin region 25C, and the fourth thin region 25D are included.
  • a fifth filter 65 and a sixth filter 66 are arranged in the filter mounting area 24 .
  • Each of the fifth filter 65 and the sixth filter 66 is, for example, a polarization selective and wavelength selective filter, and is a dielectric multilayer filter.
  • Light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diodes 42 and 45, and the red laser diodes 43 and 46 is polarized. These polarized light is, for example, the TE mode, and is polarized near the X-axis direction in FIG.
  • Light emitted from the green laser diode 45 is incident on the half-wave plate 26A and light emitted from the red laser diode 46 is incident on the half-wave plate 26B, and the polarization is rotated by 90 degrees.
  • the fifth filter 65 transmits red light and p-polarized green light, and reflects s-polarized green light.
  • the sixth filter 66 transmits p-polarized red light and reflects s-polarized red light.
  • the main surfaces of the fifth filter 65 and the sixth filter 66 are inclined with respect to the emission direction of the light emitted from the green laser diode 45 and the red laser diode 46.
  • Light emitted from the blue laser diode 41, the green laser diode 42, and the red laser diode 43 enters the first filter 61, the second filter 62, and the third filter 63 as p-polarized light, respectively.
  • the first filter 61, the second filter 62, the third filter 63, the fourth filter 64, the fifth filter 65, and the sixth filter 66 are the blue laser diode 41, the green laser diodes 42 and 45, and the red laser diode 43. , 46 are combined. Such a configuration may be adopted.
  • the optical module 1D includes a blue laser diode 41 that emits blue light, two green laser diodes 42 and 45 that emit green light, and two red laser diodes 43 and 46 that emit red light.
  • An infrared laser diode 44 for irradiating light is provided.
  • the fourth lens 54 shown in the second embodiment, the fifth lens 55 having the same configuration as the second lens 52 shown in the third embodiment, and the sixth lens having the same configuration as the third lens 53 are provided.
  • a lens 56 is arranged.
  • a half-wave plate 26A is provided at a position between the green laser diode 45 and the fifth lens 55.
  • a half-wave plate 26B is provided at a position between the red laser diode 46 and the sixth lens 56.
  • the first thin region 25A and the second thin region 25B each having a smaller thickness of the base plate 20 than the regions 41B to 46B are spaced between the regions 41B to 46B in the X-axis direction.
  • the third thin region 25C, the fourth thin region 25D, and the fifth thin region 25E are included.
  • a fourth filter 64, a fifth filter 65, and a sixth filter 66 are arranged in the filter mounting area 24. With such a configuration, the optical axes of the combined light can be matched with high accuracy.
  • the optical module 1E is configured not to include the TEC 70 as compared with the optical module 1A shown in the first embodiment.
  • the support base 10 provided in the optical module 1 ⁇ / b> E includes a support plate 11 and a bulging portion 29.
  • the bulging portion 29 has a shape in which, on the base plate 20, a part of the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23 on the side of the main surface 21 ⁇ / b> B on the semiconductor light emitting element mounting region 22 side are bulged. .
  • the boundary between the bulging portion 29 and the base plate 20 is indicated by a broken line in FIG.
  • the main surface 29 ⁇ / b> A of the bulging portion 29 and the main surface 12 ⁇ / b> A of the support plate 11 are in contact with each other.
  • the optical module 1E may have such a configuration in which the TEC 70 is not provided. Even with this configuration, the optical axes of the combined light can be matched with high accuracy.
  • the optical module 1F has a configuration in which the filter mounting region 24 is thicker than the optical module 1A shown in the first embodiment. That is, the thickness of the base plate 20 in the filter mounting area 24 is configured to be thicker than the thickness of the base plate 20 in the lens mounting area 23. With this configuration, the rigidity of the base plate 20 in the filter mounting region 24 can be increased, and the amount of warpage of the base plate 20 in the filter mounting region 24 can be reduced. Therefore, the inclination of the first filter, the second filter, and the third filter can be further suppressed, and the optical axes of the light combined within a wide temperature range can be matched with high accuracy.
  • the optical module 1G has a configuration in which part of the lens mounting region 23 is thicker than the optical module 1A shown in the first embodiment. That is, the lens mounting area 23 is at least a part of the area other than the area where the first lens 51 is mounted, the area where the second lens 52 is mounted, and the area where the third lens 53 is mounted, specifically, The first lens 51 is mounted in a region on both sides in the X-axis direction of the region where the first lens 51 is mounted and a region on both sides in the X-axis direction of the region where the third lens 53 is mounted.
  • a fourth thick region 28D The first thick region 28A to the fourth thick region 28D have a rectangular shape that is long in the Y-axis direction when viewed in plan from the plate thickness direction of the base plate 20. Specifically, the first thick region 28A to the fourth thick region 28D extend to a portion where the semiconductor light emitting element mounting region 22 is provided. With this configuration, the rigidity of the base plate 20 in the first thick region 28A to the fourth thick region 28D in the lens mounting region 23 can be increased, and the amount of warpage can be reduced.
  • the warpage amounts of the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23 can be made approximately the same. Therefore, it is possible to suppress the relative deviation of the optical axes of the blue laser diode 41 and the first lens 51, the green laser diode 42 and the second lens 52, and the red laser diode 43 and the third lens 53, and a wide temperature range.
  • the optical axes of the light combined within can be matched with high accuracy.
  • positioning, etc. are arbitrarily defined according to a use environment.
  • the display device 121 includes an optical module 1H, a package 122, a plate-like base frame 123, a shaping lens 124, a beam splitter 125, two mirrors 126A and 126B, a monitor photodiode 127, an aperture 128, A MEMS mirror 129 capable of changing the angle by reciprocating periodically and a lens 120 are provided.
  • the light 119 emitted from the optical module 1H is indicated by a broken line.
  • the package 122 is provided with an output exit window 130 for output.
  • the base frame 123 has a rectangular shape.
  • the base frame 123 is disposed inside the package 122.
  • the optical module 1H, the shaping lens 124, the beam splitter 125, the two mirrors 126A and 126B, the monitor photodiode 127, the aperture 128, and the MEMS mirror 129 are disposed on the main surface 123A of the base frame 123.
  • a shaping lens 124 is disposed at a position where the light emitted from the optical module 1H passes, and the aspect ratio of the light is adjusted.
  • a beam splitter 125 is disposed at a position where the light that has passed through the shaping lens 124 is irradiated. A part of the light divided by the beam splitter 125 is incident on the monitor photodiode 127 via the lens 120, and the amount of light is monitored.
  • the angle of light is changed by the two mirrors 126 ⁇ / b> A and 126 ⁇ / b> B arranged on the base frame 123, the stray light is eliminated by the aperture 128, and is incident on the MEMS mirror 129. Then, the light incident by the MEMS mirror 129 is reflected and emitted from the emission window 130.
  • the range of the video displayed by the display device 121 is indicated by a region S.
  • the optical module 1H includes so-called CAN type laser diodes 131, 132, and 133.
  • the laser diode 131 emits blue light
  • the laser diode 132 emits green light
  • the laser diode 133 emits red light.
  • the optical module 1H includes a first lens 141, a second lens 142, and a third lens 143 that convert light from the laser diodes 131 to 133, which are semiconductor light emitting elements, into a collimated beam.
  • the optical module 1H includes a first filter 151, a second filter 152, and a third filter 153.
  • the first filter 151 reflects blue light and transmits green light and red light.
  • the second filter 152 reflects green light and transmits red light.
  • the third filter 153 reflects red light.
  • the laser diodes 131 to 133, the first lens 141 to the third lens 143, and the first filter 151 to the third filter 153 are attached to a base plate 160 included in the optical module 1H.
  • the laser diodes 131 to 133 are respectively attached to wall portions 161, 162, and 163 that extend in the thickness direction of the base plate 160 provided on the base plate 160.
  • a gap is provided between each of the wall portions 161, 162, and 163.
  • the first filter 151 to the third filter 153 are mounted in a filter mounting region 174 that is a region in one main surface 160A of the base plate 160 that is the first surface of the base plate 160.
  • the first lens 141 to the third lens 143 are mounted in a lens mounting region 173 that is a region in the main surface 160A of the base plate 160.
  • the laser diodes 131 to 133 attached to the walls 161 to 163 are mounted on the main surface 160A in the semiconductor light emitting element mounting region 172.
  • the optical module 1H includes a TEC170.
  • the TEC 170 is disposed between the base plate 160 and the base frame 123 and the package 122.
  • a part of the package 122 and the TEC 170 constitute a support base 171.
  • the region of the other main surface 160B of the base plate 160, which is the second surface corresponding to the filter mounting region 174, and the support base 171 face each other with the gap 18 therebetween.
  • the display device 121 having such a configuration includes the optical module 1H that can match the optical axes of light combined within a wide temperature range with high accuracy, the display device 121 performs high-precision display within a wide temperature range. be able to.
  • a laser semiconductor is used as the semiconductor light emitting element.
  • the present invention is not limited to this.
  • a light emitting diode may be used as the semiconductor light emitting element.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a case where two colors are combined and output.
  • the base plate 20 is provided with the first notch 19A and the second notch 19B.
  • the present invention is not limited to this, and only one of them may be provided.
  • the shape and width of the first notch 19A that is, the distance between the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23, the amount of dents from the short sides 20C and 20D, and the like depend on the use environment and the material of each member. It is determined arbitrarily. Further, the number and shape of the thin regions included in the semiconductor light emitting element mounting region 22 of the base plate 20 are arbitrarily determined according to the use environment, the material of each member, and the like.
  • a gap may be provided between the region of the second surface of the base plate 20 corresponding to the lens mounting region 23 and the support base 10. Further, the region of the second surface of the base plate 20 and the support base 10 may face each other with a gap therebetween. Furthermore, a notch may be provided between the semiconductor light emitting element mounting region 22 and the lens mounting region 23.
  • Optical module 10 171, 204 Support base 11, 202 Support plate 12A, 12B, 21A, 21B, 160A, 160B, 206A, 206B Main surface 13 light Forming part 14 Cap 15, 109, 130 Exit window 16 Lead pin 17 Thermistor 18 Air gap 19A First notch 19B Second notch 19C Connection parts 20, 160, 203 Base plates 20A, 20C, 20D Sides 22, 172 Mounted on semiconductor light emitting element Regions 23, 173 Lens mounting region 24, 174 Filter mounting region 25A First thin region 25B Second thin region 25C Third thin region 25D Fourth thin region 25E Fifth thin region 26A, 26B 1/2 wavelength plate 28A First thickness Meat region 28B Second thick region 28C Third thick region 28D Fourth thick region 29 bulging portion 30 straight line 31 first submount 32 second submount 33 third submount 34 fourth submount 35 fifth submount 36 sixth submount 41, 211 blue laser diode 41A first emitting portion

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Abstract

光モジュールは、第一半導体発光素子と、第二半導体発光素子と、第一レンズと、第二レンズと、第一の光と第二の光とを合波するフィルタと、第一半導体発光素子、第二半導体発光素子、第一レンズ、第二レンズ、およびフィルタを搭載する第一の面と、第一の面の板厚方向の反対側に位置する第二の面とを有するベース板と、第二の面の一部と接触してベース板を支持する支持基体とを備える。ベース板は、フィルタを搭載するフィルタ搭載領域を含む。フィルタ搭載領域に対応する第二の面の領域と支持基体との間に、空隙を有する。

Description

光モジュール
 本開示は、光モジュールに関する。本出願は、2018年2月16日出願の日本出願2018-025771号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 パッケージ内に半導体発光素子を配置した光モジュールが知られている(例えば、特許文献1~4参照)。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。
特開2009-93101号公報 特開2007-328895号公報 特開2007-17925号公報 特開2007-65600号公報
 本開示の光モジュールは、第一の光を出射する第一出射部を有する第一半導体発光素子と、第一の光と波長の異なる第二の光を出射する第二出射部を有する第二半導体発光素子と、第一出射部から出射された第一の光をコリメートビームに変換する第一レンズと、第二出射部から出射された第二の光をコリメートビームに変換する第二レンズと、第一の光と第二の光とを合波するフィルタと、第一半導体発光素子、第二半導体発光素子、第一レンズ、第二レンズ、およびフィルタを搭載する第一の面と、第一の面の板厚方向の反対側に位置する第二の面とを有するベース板と、第二の面の一部と接触してベース板を支持する支持基体とを備える。ベース板は、フィルタを搭載するフィルタ搭載領域と、第一レンズおよび第二レンズを搭載するレンズ搭載領域と、第一半導体発光素子および第二半導体発光素子を搭載する半導体発光素子搭載領域とを含む。フィルタ搭載領域に対応する第二の面の領域と支持基体との間に、空隙を有する。
図1は、一実施形態に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。 図2は、一実施形態に係る光モジュールの構造を示す外観斜視図である。 図3は、図2に示すキャップを取り外した状態における光モジュールの平面図である。 図4は、図3に示すキャップを取り外した状態における光モジュールの側面図である。 図5は、図2等に示す光モジュールに設けられている空隙、第一切り欠き、第二切り欠き等が設けられていない光モジュールにおいて、高温時(95℃)に支持板、およびベース板が熱膨張率の差により反りが発生した状態を誇張して示す概略斜視図である。 図6は、図5に示す場合の光軸のずれと温度との関係を示すグラフである。 図7は、図5に示す空隙、第一切り欠き、第二切り欠き等が設けられていない光モジュールの温度を95℃とした場合の各部材におけるZ軸方向の光線角度のずれのシミュレーション結果を示すグラフである。 図8は、図1~図4に示す光モジュールを用いた場合の光軸のずれと温度との関係を示すグラフである。 図9は、実施の形態1に係る光モジュールを含む表示装置の構成を示す概略斜視図である。 図10は、図9に示す表示装置の平面図である。 図11は、実施の形態2に係る光モジュールの構成を示す図である。 図12は、実施の形態3に係る光モジュールの構成を示す図である。 図13は、実施の形態4に係る光モジュールの構成を示す図である。 図14は、実施の形態5に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。 図15は、図14に示す光モジュールの側面図である。 図16は、実施の形態6に係る光モジュールの構成を示す図である。 図17は、実施の形態7に係る光モジュールの構成を示す図である。 図18は、実施の形態8に係る光モジュールを備える表示装置の構成を示す概略斜視図である。 図19は、図18に示す実施の形態8に係る光モジュールを備える表示装置の平面図である。 図20は、図18に示す実施の形態8に係る光モジュールを備える表示装置の断面図である。
 [本開示の実施形態の説明]
 最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の光モジュールは、第一の光を出射する第一出射部を有する第一半導体発光素子と、第一の光と波長の異なる第二の光を出射する第二出射部を有する第二半導体発光素子と、第一出射部から出射された第一の光をコリメートビームに変換する第一レンズと、第二出射部から出射された第二の光をコリメートビームに変換する第二レンズと、第一の光と第二の光とを合波するフィルタと、第一半導体発光素子、第二半導体発光素子、第一レンズ、第二レンズ、およびフィルタを搭載する第一の面と、第一の面の板厚方向の反対側に位置する第二の面とを有するベース板と、第二の面の一部と接触してベース板を支持する支持基体とを備える。ベース板は、フィルタを搭載するフィルタ搭載領域と、第一レンズおよび第二レンズを搭載するレンズ搭載領域と、第一半導体発光素子および第二半導体発光素子を搭載する半導体発光素子搭載領域とを含む。フィルタ搭載領域に対応する第二の面の領域と支持基体との間に、空隙を有する。
 発明者らは、複数の光を合波して出力する光モジュールにおいて、ある温度、例えば、室温で複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を合わせて合波して出力した場合でも、環境温度に変化があれば、合波された複数の光の光軸の高精度な一致が困難であることに着目した。具体的には、例えば、光モジュールが設置される環境が高温になった場合には、光モジュールを構成する各部材が熱膨張する。そして、各部材間の熱膨張率の相違に起因して反りが発生し、例えば、室温の状態で複数の光の光軸を合わせていたとしても、この反りの影響で結果として合波される複数の光の光軸がずれることとなる。光軸がずれると、映像の用途として光モジュールを用いた場合、画質が損なわれてしまうこととなる。また、照明や医療の用途として光モジュールを用いる場合、光の結合効率の悪化や明るさの低減を招いてしまうこととなる。そこで、発明者らは鋭意検討を行い、本開示に係る光モジュールについて、広い温度範囲内においても、合波される光の光軸を高精度に一致させることを実現した。
 本開示の光モジュールにおいては、所定の温度、例えば、室温(約25℃)で第一半導体発光素子から出射される第一の光の光軸と第一レンズの光軸、および第二半導体発光素子から出射される第二の光の光軸と第二レンズの光軸が一致するよう、レンズ位置が調整される。そして、フィルタによって第一の光と第二の光とを合波する。ここで、フィルタ搭載領域に対応する第二の面の領域と支持基体との間に、空隙を有するため、フィルタ搭載領域に対応する第二の面と支持基体とを離隔させることができる。そうすると、光モジュールが配置される環境の温度が大きく変化したとしても、半導体発光素子搭載領域、およびレンズ搭載領域の反り量よりもフィルタ搭載領域の反り量を低減させることができる。したがって、ベース板上に搭載されたフィルタについて、ベース板の反りに起因する傾きを抑制することができ、フィルタによって合波される第一の光の光軸と第二の光の光軸とのずれを抑制することができる。その結果、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、ベース板の、レンズ搭載領域とフィルタ搭載領域との間には、切り欠きが設けられていてもよい。このように構成することにより、フィルタ搭載領域に対して、レンズ搭載領域における反りの影響を低減させることができる。したがって、さらにフィルタの傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、半導体発光素子搭載領域におけるベース板の厚みは、レンズ搭載領域におけるベース板の厚みよりも厚く、フィルタ搭載領域におけるベース板の厚みは、レンズ搭載領域におけるベース板の厚みよりも厚くしてもよい。このように構成することにより、フィルタ搭載領域におけるベース板の剛性を高くして、フィルタ搭載領域におけるベース板の反り量を低減することができる。したがって、さらにフィルタの傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、レンズ搭載領域は、第一レンズが搭載される領域および第二レンズが搭載される領域以外の領域の少なくとも一部に厚肉領域を含み、厚肉領域は、第一レンズが搭載される領域および第二レンズが搭載される領域よりもベース板の厚みが厚い構成でもよい。このように構成することにより、レンズ搭載領域のうち、厚肉領域のベース板の剛性を高くして、反り量を低減することができる。したがって、第一レンズが搭載された領域に対する第二レンズが搭載された領域の相対的な位置のずれを抑制することができる。また、半導体発光素子搭載領域とレンズ搭載領域の反り量を同程度にすることができる。したがって、第一半導体発光素子と第一レンズおよび第二半導体発光素子と第二レンズの光軸の相対的なずれを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、レンズ搭載領域に対応する第二の面の領域と支持基体とは、外部に開放された空隙を挟んで対向してもよい。さらに、半導体発光素子搭載領域とレンズ搭載領域との間には、切り欠きが設けられていてもよい。このように構成することにより、半導体発光素子搭載領域に対して、レンズ搭載領域における反りの影響を低減させることができる。したがって、さらにレンズの傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、第一の光の出射方向と前記第二の光の出射方向とは、平行であり、ベース板の板厚方向から平面的に見て、第一の光の出射方向に垂直であって、第一出射部を通る直線上に、第二出射部が位置してもよい。このように構成することにより、第一出射部から出射される第一の光に対する第二出射部から出射される第二の光への半導体発光素子搭載領域における反りによる影響を低減することができる。したがって、第一の光の光軸に対する第二の光の光軸のずれを抑制することができる。
 上記光モジュールにおいて、支持基体は、ベース板の第二の面と接触して配置され、第一半導体発光素子および第二半導体発光素子のうちの少なくともいずれか一方の温度を調整する電子冷却モジュールを含んでもよい。このように構成することにより、第一半導体発光素子および第二半導体発光素子のうちの少なくともいずれか一方の温度を効率的に調整することができる。
 上記光モジュールにおいて、第一半導体発光素子および第二半導体発光素子は、共に半導体レーザであってもよい。このように構成することにより、光モジュールとして半導体レーザを利用する際に、広い温度範囲内で光軸のずれを抑制して、合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 上記光モジュールにおいて、ベース板と支持基体、電子冷却モジュールの各部材間の熱膨張率差が小さくなるように、それぞれの材質を選択することができる。このように構成することにより、熱膨張率差に起因する反りを小さくすることができ、広い温度範囲内で光軸のずれを抑制して、合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 [本開示の実施形態の詳細]
 次に、本開示の一実施形態に係る光モジュールを、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
 (実施の形態1)
 実施の形態1に係る光モジュール1を、図1~図4を参照しつつ説明する。図3において、光軸は破線で示している。
 図1~図4を参照して、実施の形態1における光モジュール1Aは、平板状の形状を有する支持板11を含む支持基体10と、支持板11の一方の主面12A上に配置され、光を形成する光形成ユニットとしての光形成部13と、光形成部13を覆うように支持板11の一方の主面12A上に接触して配置されるキャップ14と、支持板11の他方の主面12B側から一方の主面12A側まで貫通し、一方の主面12A側、および他方の主面12B側の両側に突出する複数のリードピン16とを備える。支持板11とキャップ14とは、例えば、溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部13は、支持板11とキャップ14とによりハーメチックシールされている。支持板11とキャップ14とにより取り囲まれる空間には、例えば乾燥空気等の水分が低減(除去)された気体が封入されている。キャップ14には、光形成部13からの光を透過するガラス製のAR(Anti Reflection)コートが施された出射窓15が形成されている。なお、平面的に見て(Z軸方向から見た場合に)、支持板11は、四隅の角が丸められた長方形形状である。キャップ14についても、平面的に見て四隅の角が丸められた長方形形状である。そして、支持板11の面積の方がキャップ14の面積よりも大きく構成されており、キャップ14を支持板11上に接触して配置させた際に、支持板11の外周がキャップ14の外周からフランジ状に突出している。なお、支持板11は、例えば鉄、または鉄-ニッケル-コバルト合金からなっている。なお、鉄の熱膨張率は、例えば、12.6(ppm/℃)であり、熱伝導率は、75(W/(m・K))である。また、鉄-ニッケル-コバルト合金の熱膨張率は、例えば、5.2(ppm/℃)であり、熱伝導率は、17(W/(m・K))である。
 光形成部13は、板状の形状を有するベース板20を含む。ベース板20は、例えば銅、鉄-ニッケル-コバルト合金、またはAlN(窒化アルミニウム)からなっている。なお、銅の熱膨張率は、例えば、14.3(ppm/℃)であり、熱伝導率は、398(W/(m・K))である。また、AlNの熱膨張率は、例えば、4.6(ppm/℃)であり、熱伝導率は、170(W/(m・K))である。上記した支持板11、およびベース板20の材質の組み合わせとしては、例えば、支持板11の材質を鉄-ニッケル-コバルト合金とし、ベース板20の材質を銅と鉄-ニッケル-コバルト合金、または銅とAlNとすることが挙げられる。この場合、ベース板20の材質の一例として、図4で示す破線よりも後述する第三サブマウント33側に位置する領域の材質については、銅とし、破線よりも後述するTEC70側に位置する領域の材質については、鉄-ニッケル-コバルト合金、またはAlNとする。特に高い熱伝導率が求められる場合には、AlNが採用される。なお、ベース板20については、単一の部材から構成されていてもよいし、複数の部材を接合等して組み合わせて一体とするよう構成してもよい。
 ベース板20は、平面的に見て、長方形形状を有する第一の面としての一方の主面21Aを有している。また、ベース板20は、第二の面として一方の主面21Aの板厚方向の反対側に位置する他方の主面21Bを有している。ベース板20の長辺が延びる方向は、支持板11の長辺が延びる方向と同じである(X軸方向)。ベース板20の短辺が延びる方向は、支持板11の短辺が延びる方向と同じである(Y軸方向)。ベース板20は、複数の半導体発光素子を搭載可能な半導体発光素子搭載領域22と、複数のレンズを搭載可能なレンズ搭載領域23と、複数のフィルタを搭載可能なフィルタ搭載領域24とを含む。半導体発光素子搭載領域22、レンズ搭載領域23、およびフィルタ搭載領域24はそれぞれ、平面的に見て長方形形状を有する。半導体発光素子搭載領域22の厚みは、レンズ搭載領域23の厚み、およびフィルタ搭載領域24の厚みの双方と比較して大きくなっている。その結果、半導体発光素子搭載領域22の高さは、レンズ搭載領域23の高さ、およびフィルタ搭載領域24の高さよりも高くなっている。なお、本実施形態においては、矢印Yで示す向きの順に、半導体発光素子搭載領域22、レンズ搭載領域23、フィルタ搭載領域24が配置されている。
 半導体発光素子搭載領域22上には、平板状の第一サブマウント31、同じく平板状の第二サブマウント32、同じく平板状の第三サブマウント33が形成されている。第一サブマウント31上には、第一半導体発光素子としての第一半導体レーザである青色レーザダイオード41が配置されている。青色レーザダイオード41は、青色の光を第一の光として第一出射部41Aから出射する。第二サブマウント32上には、第二半導体発光素子としての第二半導体レーザである緑色レーザダイオード42が配置されている。緑色レーザダイオード42は、緑色の光を第二の光として第二出射部42Aから出射する。第三サブマウント33上には、第三半導体発光素子としての第三半導体レーザである赤色レーザダイオード43が配置されている。赤色レーザダイオード43は、赤色の光を第三の光として第三出射部43Aから出射する。青色レーザダイオード41から出射される青色の光と、緑色レーザダイオード42から出射される緑色の光と、赤色レーザダイオード43から出射される赤色の光とは、出射方向がそれぞれY軸方向であって平行である。第二出射部42Aおよび第三出射部43Aが、ベース板20の板厚方向(Z軸方向)に見て、青色の光の出射方向(Y軸方向)に垂直であって、第一出射部41Aを通る直線30上に第二射出部42Aおよび第三射出部43Aが位置する。なお、直線30は、図3において、一点鎖線で示している。この場合、第一出射部41A、第二出射部42A、第三出射部43Aは、青色の光、緑色の光、および赤色の光の出射方向に垂直な同じ面(XZ平面)に含まれることとなる。なお、半導体発光素子搭載領域22上には、光形成部13の温度を測定するサーミスタ17が搭載されている。サーミスタ17は、第一サブマウント31の横に間隔をあけて取り付けられている。
 レンズ搭載領域23には、第一レンズ51、第二レンズ52、および第三レンズ53が配置されている。第一レンズ51、第二レンズ52、および第三レンズ53は、それぞれ表面がレンズ面となっているレンズ部51A、52A、53Aを有している。第一レンズ51、第二レンズ52、第三レンズ53のレンズ部51A、52A、53Aの中心軸、すなわちレンズ部51A、52A、53Aの光軸は、それぞれ青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43の光軸に一致するように調整されている。この場合、光軸の調整時における光モジュール1Aの雰囲気の温度としては、例えば25℃が選択される。第一レンズ51、第二レンズ52、および第三レンズ53は、それぞれ青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43から出射される光をコリメートビームに変換する。第一レンズ51、第二レンズ52、および第三レンズ53はそれぞれ、例えば紫外線硬化接着剤によってレンズ搭載領域23に固定される。
 フィルタ搭載領域24には、第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63が配置されている。第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63はそれぞれ、例えば紫外線硬化接着剤によってフィルタ搭載領域24に固定される。第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63は、例えば波長選択性フィルタである。また、第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63は、誘電体多層膜フィルタである。具体的には、第一フィルタ61は、赤色の光、および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。第二フィルタ62は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第三フィルタ63は、赤色の光を反射する。第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63の主面は、それぞれ青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43から出射される光の出射方向に傾斜している。具体的には、第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63の主面は、それぞれ青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43から出射される光の出射方向に対して45°傾斜している。その結果、第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63は、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43から出射される光を合波する。
 支持基体10は、電子冷却モジュール(以下、TEC(Thermo-Electric Cooler)と称する場合もある。)70を含む。具体的には、支持基体10は、支持板11と、TEC70とから構成されている。TEC70は、ベース板20の一部と支持板11との間に配置される。TEC70は、いわゆる熱電クーラーであり、吸熱板71と、放熱板72と、電極を挟んで吸熱板71と放熱板72との間にそれぞれ間隔をあけて並べて配置される複数の柱状の半導体柱73とを含む。吸熱板71、および放熱板72は、例えばアルミナからなっている。また、半導体柱73は、例えばBiTeからなっている。なお、アルミナの熱膨張率は、例えば、7.7(ppm/℃)であり、熱伝導率は、36(W/(m・K))である。また、BiTeの熱膨張率は、例えば、15.0(ppm/℃)であり、熱伝導率は、1.55(W/(m・K))である。吸熱板71は、ベース板20の他方の主面21Bの一部に接触して配置される。この場合、吸熱板71の主面21Bに対向する面と主面21BとがAgペーストにより接合されている。放熱板72は、支持板11の一方の主面12Aの一部に接触して配置される。TEC70は、ペルチェモジュール(ペルチェ素子)である。そして、TEC70に電流を供給して電流を流すことにより、吸熱板71に接触するベース板20の熱が支持板11側へと移動し、ベース板20が冷却される。その結果、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43の温度上昇を抑制することができる。すなわち、このTEC70を設けることにより、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43の温度を効率的に調整することができる。
 ここで、フィルタ搭載領域24に対応する第二の面、すなわち、他方の主面21Bの領域と支持基体10、具体的には、支持板11の一方の主面12Aとは、外部に開放された空隙18を挟んで対向する。空隙18の高さ、すなわち、Z軸方向における主面12Aと主面21Bとの間隔は、TEC70のZ軸方向の高さに相当する。空隙18は、Y軸方向の一方の向き、およびX軸方向の双方の向きに開放されている。この場合、半導体発光素子搭載領域22、およびレンズ搭載領域23の双方と、TEC70とが接触している状態である。
 また、レンズ搭載領域23とフィルタ搭載領域24との間には、第一切り欠き19Aおよび第二切り欠き19Bが設けられている。第一切り欠き19Aは、ベース板20を板厚方向に見て矩形状のベース板20のうちの青色レーザダイオード41が位置する一方側の短辺20CからX軸方向に沿って、青色レーザダイオード41と緑色レーザダイオード42との間まで設けられている。第二の切り欠き19Bは、ベース板20を板厚方向に見て矩形状のベース板20のうちの赤色レーザダイオード43が位置する他方側の短辺20DからX軸方向に沿って、赤色レーザダイオード43と緑色レーザダイオード42との間まで設けられている。すなわち、ベース板20のうちのレンズ搭載領域23とフィルタ搭載領域24とは、X軸方向における第一切り欠き19Aと第二切り欠き19Bとの間に位置する接続部19Cにおいて接続されている構成である。
 半導体発光素子搭載領域22は、第一半導体発光素子である青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bと第二半導体発光素子である緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bとの間に、青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bおよび緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bよりもベース板20の厚みの薄い第一薄肉領域25Aを含む。半導体発光素子搭載領域22は、第二半導体発光素子である緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bと第三半導体発光素子である赤色レーザダイオード43が搭載される領域43Bとの間に、緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bおよび赤色レーザダイオード43が搭載される領域43Bよりもベース板20の厚みの薄い第二薄肉領域25Bを含む。第一薄肉領域25Aおよび第二薄肉領域25Bは共に、半導体発光素子搭載領域22のZ軸方向の高さを減ずるように設けられている。第一薄肉領域25Aおよび第二薄肉領域25Bは、半導体発光素子搭載領域22のうち、Y軸方向の全域に亘って設けられている。
 このような構成の光モジュール1Aによれば、フィルタ搭載領域24に対応する第二の面である他方の主面21Bの領域と支持板11の一方の主面12Aとの間に、空隙18を有するため、フィルタ搭載領域24に対応する第二の面である他方の主面21bと支持基体10、この場合、支持板11とを離隔させることができる。そうすると、光モジュール1Aが配置される環境の温度が大きく変化したとしても、半導体発光素子搭載領域22、およびレンズ搭載領域23の反り量よりもフィルタ搭載領域24の反り量を低減させることができる。したがって、ベース板20上に搭載された第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63について、ベース板20の反りに起因する傾きを抑制することができ、第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63によって合波される第一の光の光軸と第二の光の光軸と第三の光の光軸とのずれを抑制することができる。その結果、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。この場合、光モジュール1Aは、半導体レーザとして青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43を利用しており、広い温度範囲内で光軸のずれを抑制して、合波される青光の光、緑色の光、および赤色の光の光軸を高精度に一致させることができる。
 また、光モジュール1Aにおいては、レンズ搭載領域23とフィルタ搭載領域24との間には、第一切り欠き19Aおよび第二切り欠き19Bが設けられている構成である。したがって、フィルタ搭載領域24に対して、レンズ搭載領域23における反りの影響を低減させることができる。したがって、さらに第一フィルタ61、第二フィルタ62、および第三フィルタ63の傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 また、光モジュール1Aにおいて、半導体発光素子搭載領域22は、青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bと緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bとの間に、青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bおよび緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bよりもベース板20の厚みの薄い第一薄肉領域25Aを含む。半導体発光素子搭載領域22は、緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bと赤色レーザダイオード43が搭載される領域43Bとの間に、緑色レーザダイオード42が搭載される領域42Bおよび赤色レーザダイオード43が搭載される領域43Bよりもベース板20の厚みの薄い第二薄肉領域25Bを含む。したがって、青色レーザダイオード41と第一レンズ51、緑色レーザダイオード42と第二レンズ52、赤色レーザダイオード43と第三レンズ53の光軸の相対的なずれを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 なお、光モジュール1Aにおいて、青色の光の出射方向と緑色の光の出射方向とは平行である。そして、ベース板20の板厚方向(Z軸方向)から平面的に見て、青色の光の出射方向(Y軸方向)に垂直であって、第一出射部41Aを通る直線30上に第二出射部42Aおよび第三出射部43Aが位置する。そうすると、第一出射部41Aから出射される青色の光に対する第二出射部42Aから出射される緑色の光への半導体発光素子搭載領域22における反りによる影響を低減することができる。また、第二出射部42Aから出射される緑色の光に対する第三出射部43Aから出射される赤色の光への半導体発光素子搭載領域22における反りによる影響を低減することができる。したがって、緑色の光の光軸に対する青色の光の光軸のずれ、および緑色の光の光軸に対する赤色の光の光軸のずれを抑制することができる。
 次に光モジュール1Aにおける光軸のずれの抑制について、さらに詳細に説明する。光モジュール1Aは、例えば、-40℃~105℃といった広い温度範囲で使用される場合がある。図5は、図2等に示す光モジュール1Aに設けられている空隙18、第一切り欠き19A、第二切り欠き19B等が設けられていない光モジュール201において、高温時(95℃)に支持板202、およびベース板203が熱膨張率の差により反りが発生した状態を誇張して示す概略斜視図である。図5を参照して、光モジュール201に備えられる支持基体204は、支持板202、およびTEC205を含む。TEC205は、例えば、銀ペーストによりベース板203、および支持板202に接着されている。この場合、TEC205は、ベース板203の他方の主面206Bの全面に貼付されている。TEC205、ベース板203、および支持板202はそれぞれ材質が異なるため、材質の熱膨張の相違に起因して、95℃といった高温時に、例えば、図5に示すように反ることとなる。すなわち、光モジュール201が配置される環境の温度変化、具体的には、光モジュール201が配置される環境における温度上昇に伴い、ベース板203の長辺方向、および短辺方向に反ることとなる。ここで、第一フィルタ207、第二フィルタ208、および第三フィルタ209が搭載されている領域もそれぞれ傾くこととなる。その結果、第一フィルタ207、第二フィルタ208、および第三フィルタ209のそれぞれによって反射される青色の光の光軸、緑色の光の光軸、および赤色の光の光軸が、室温で調整した位置からずれることとなる。したがって、第一フィルタ207、第二フィルタ208、および第三フィルタ209が搭載される領域のベース板203の反りを小さくして、第一フィルタ207、第二フィルタ208、および第三フィルタ209が搭載される領域における主面206Aの曲率半径の変化を小さくすることが望まれる。なお、第一半導体発光素子である青色レーザダイオード211、第二半導体発光素子である緑色レーザダイオード212、第三半導体発光素子である赤色レーザダイオード213が搭載される領域、および第一レンズ221、第二レンズ222、第三レンズ223が搭載される領域については、反りがあっても、すなわち、青色レーザダイオード211、緑色レーザダイオード212、赤色レーザダイオード213が搭載される領域、および第一レンズ221、第二レンズ222、第三レンズ223が搭載される領域における主面206Aの曲率半径の変化が多少大きくなろうとも、青色レーザダイオード211の光軸と第一レンズ221の光軸とのずれ、緑色レーザダイオード212の光軸と第二レンズ222の光軸とのずれ、および赤色レーザダイオード213の光軸と第三レンズ223の光軸とのずれがそれぞれ大きくなければ、合波される光の光軸のずれへの影響は小さいものとなる。もちろん、青色レーザダイオード211、緑色レーザダイオード212、赤色レーザダイオード213が搭載される領域、および第一レンズ221、第二レンズ222、第三レンズ223が搭載される領域における主面206Aの曲率半径の変化もできるだけ小さいことが好ましい。
 図6において、縦軸は、光軸のずれ(°)を示し、横軸はサーミスタ17によって検出された温度(℃)を示す。図6に示すグラフは、基準とする緑色の光に対する青色の光の水平方向の光軸のずれを示している。
 図6を参照して、25℃の時の光軸のずれが0°であっても、35℃~40℃で光軸のずれが0.01°を越え、温度上昇に伴い、基準とする色の光軸に対するずれが大きくなっていくことが把握できる。このような状況であれば、広い温度範囲内において合波される光の光軸を高精度に一致させることができないこととなる。
 図7において、縦軸は光線角度(°)を示し、横軸は、レーザダイオード、レンズ、フィルタの各場合を示す。丸印が赤色の場合を示し、四角印が緑色を示し、三角印が青色を示す。なお、図7は、温度が25℃の場合の光線角度を0°とした場合に対するZ軸方向の光線角度のずれを示している。
 図7を参照して、レーザダイオードの出射時においては、青色、緑色、赤色のいずれも若干光線角度がずれているが、いずれもマイナス側にずれており、各色におけるずれの程度の差は小さい。そして、レンズを通過した各光線においては、青色と緑色との差は小さいが、赤色との差が大きくなっている。そして、フィルタを通過した各光線においては、それぞれの光線のずれの差がさらに大きくなっている。すなわち、各色における光線角度のずれの量が大きく異なっている。なお、フィルタが傾いていても、フィルタを透過する光については、光軸のずれへの影響は少ない。したがって、フィルタの傾きをできるだけ抑制することが求められる。
 上記した図1~図4に示す本願の実施の形態1に係る光モジュール1Aにおいては、以下の通りとなる。図8において、縦軸は、光軸のずれ(°)を示し、横軸はサーミスタ17によって検出された温度(℃)を示す。図8に示すグラフは、図6に示すグラフに対応する。すなわち、図8に示すグラフは、基準とする緑色の光に対する青色の光の水平方向の光軸のずれを示している。図8を参照して、図1~図4に示す実施の形態1に係る光モジュール1Aによれば、温度上昇により若干光軸のずれが大きくなっているが、雰囲気の温度が100℃程度に上昇したとしても、あるいは-40℃程度に低下したとしても、光軸のずれは±0.01°以下である。光軸のずれがこの範囲内であれば、光モジュールを利用してMEMSミラーなどでスキャニングして映像を描画する際に、画素内での色ずれを抑制した高画質の映像を実現できる。よって、本願の実施形態に係る光モジュールにおいて、広い温度範囲において高画質の映像とすることができる。また、このずれの範囲内であれば、合波された光をシングルモードの光ファイバに単一レンズで結合した際に、光の結合効率への影響が小さい。よって、本願の実施形態に係る光モジュールにおいて、広い温度範囲においてシングルモードの光ファイバへの高い結合効率を実現することができる。なお、光モジュール1Aにおけるフィルタ搭載領域24の反りは、0.5μm以下に抑えることができる。反り量は、例えば光学式の3次元形状測定器や、触針式の形状測定器で測定することができる。
 このような図1~図4に示す光モジュール1Aを、表示装置に適用することができる。
 図9、および図10を参照して、実施の形態1に係る光モジュール1Aを用いた表示装置101は、直方体形状のパッケージ102(図9において破線で示される)と、パッケージ102内に配置される光モジュール1Aと、板状のベースフレーム103と、整形レンズ104と、ビームスプリッタ105と、三つのミラー106A,106B、106Cと、モニターフォトダイオード107と、周期的に角度を往復して変えることができるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー108とを備える。なお、光モジュール1Aから出射される光111を破線で示している。パッケージ102には、出力用の出射窓109が設けられている。ベースフレーム103は、矩形状の板状部材の一部を折り曲げて形成される壁部110を含む。ベースフレーム103は、パッケージ102の内側に配置される。光モジュール1A、整形レンズ104、ビームスプリッタ105、三つのミラー106A,106B、106C、MEMSミラー108は、ベースフレーム103の主面103A上に配置される。モニターフォトダイオード107は、壁部110に設けられる。光モジュール1Aから出射された光が通過する位置に整形レンズ104が配置され、光の縦横比が整えられる。そして、整形レンズ104を通過した光が照射される位置にビームスプリッタ105が配置される。ビームスプリッタ105により分けられた光の一部がモニターフォトダイオード107に入射され、光量等が監視される。ベースフレーム103上に配置された三つのミラー106A~106Cにより光の角度が変えられ、MEMSミラー108に入射される。そして、MEMSミラー108により入射された光が反射され、出射窓109から出射される。MEMSミラー108の角度を水平、および垂直方向に高速に動かし、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43の出力をMEMSミラー108の動きに合わせて変調することで、フルカラーの映像を表示することができる。
 このような構成の表示装置101は、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる光モジュール1Aを備えるため、広い温度範囲内で高精度な表示を行うことができる。特に光モジュール1Aは、光軸のずれが上記した通り±0.01°以下であるため、より高精度な表示を行うことができる。
 (実施の形態2)
 実施の形態1において、光モジュール1Aは、青色の光を照射する青色レーザダイオード41、緑色の光を照射する緑色レーザダイオード42、および赤色の光を照射する赤色レーザダイオード43をそれぞれ一つずつ備える構成としたが、これに限らず、以下のように構成してもよい。
 図11を参照して、実施の形態2に係る光モジュール1Bを、主に実施の形態1との相違点について説明する。光モジュール1Bは、青色の光を照射する青色レーザダイオード41、緑色の光を照射する緑色レーザダイオード42、および赤色の光を照射する赤色レーザダイオード43、赤外の光を照射する赤外レーザダイオード44を備える。赤外レーザダイオード44は、X軸方向において青色レーザダイオード41のうち、緑色レーザダイオード42が位置する側と反対側に設けられる。赤外レーザダイオード44は、赤外の光を第四の光として第四出射部44Aから出射する。
 レンズ搭載領域23には、さらに第四レンズ54が配置されている。第四レンズ54は、表面がレンズ面となっているレンズ部54Aを有している。第四レンズ54のレンズ部54Aの中心軸、すなわちレンズ部54Aの光軸は、それぞれ青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、および赤色レーザダイオード43の光軸に一致するように調整されている。第四レンズ54は、赤外レーザダイオード44から出射される光をコリメートビームに変換する。半導体発光素子搭載領域22は、青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bと赤外レーザダイオード44が搭載される領域44Bとの間に、青色レーザダイオード41が搭載される領域41Bおよび赤外レーザダイオード44が搭載される領域44Bよりもベース板20の厚みの薄い第三薄肉領域25Cを含む。
 フィルタ搭載領域24には、第四フィルタ64が配置されている。第四フィルタ64は、例えば波長選択性フィルタであって、誘電体多層膜フィルタである。具体的には、第四フィルタ64は、赤色の光、および緑色の光、青色の光を透過し、赤外の光を反射する。第四フィルタ64の主面は、赤外レーザダイオード44から出射される光の出射方向に傾斜している。第一フィルタ61、第二フィルタ62、第三フィルタ63、および第四フィルタ64は、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、赤色レーザダイオード43、および赤外レーザダイオード44から出射される光を合波する。このような構成とすることにより、合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 (実施の形態3)
 図12を参照して、実施の形態3に係る光モジュール1Cを、主に実施の形態1との相違点について説明する。光モジュール1Cは、青色の光を照射する一つの青色レーザダイオード41、緑色の光を照射する二つの緑色レーザダイオード42、45、および赤色の光を照射する二つの赤色レーザダイオード43、46を備える。緑色レーザダイオード45は、緑色の光を第五の光として第五出射部45Aから出射する。また、赤色レーザダイオード46は、赤色の光を第六の光として第六出射部46Aから出射する。
 レンズ搭載領域23には、レンズ部55Aを有し、第二レンズ52と同様の構成の第五レンズ55、およびレンズ部56Aを有し、第三レンズ53と同様の構成の第六レンズ56が配置されている。レンズ搭載領域23には、緑色レーザダイオード45と第五レンズ55との間の位置に1/2波長板26Aが設けられている。レンズ搭載領域23には、赤色レーザダイオード46と第六レンズ56との間の位置に1/2波長板26Bが設けられている。半導体発光素子搭載領域22は、領域41B~43B、45B、46Bの間に、X軸方向に間隔をあけて、領域41B~43B、45B、46Bよりもそれぞれベース板20の厚みの薄い第一薄肉領域25A、第二薄肉領域25B、第三薄肉領域25Cおよび第四薄肉領域25Dを含む。
 フィルタ搭載領域24には、第五フィルタ65、および第六フィルタ66が配置されている。第五フィルタ65、および第六フィルタ66はそれぞれ、例えば偏光選択性および波長選択制フィルタであって、誘電体多層膜フィルタである。青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、45、赤色レーザダイオード43、46から出射される光は偏光している。これらの偏光は例えばTEモードであり、図12のX軸方向近傍に偏光している。1/2波長板26Aには緑色レーザダイオード45から、1/2波長板26Bには赤色レーザダイオード46から出射される光が入射し、偏光が90度回転する。すなわち図12のXY平面に垂直な方向近傍に偏光された光となって出射される。第五フィルタ65は、赤色の光、およびp偏光の緑色の光を透過し、s偏光の緑色の光を反射する。第六フィルタ66は、p偏光の赤色の光を透過し、s偏光の赤色の光を反射する。第五フィルタ65、および第六フィルタ66のそれぞれ主面は、緑色レーザダイオード45、赤色レーザダイオード46から出射される光の出射方向に対して傾斜している。青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、赤色レーザダイオード43から出射される光は、それぞれ第一フィルタ61、第二フィルタ62、第三フィルタ63にp偏光として入射する。緑色レーザダイオード45、赤色レーザダイオード46から出射される光は、それぞれ第五フィルタ65、第六フィルタ66にs偏光として入射する。したがって、第一フィルタ61、第二フィルタ62、第三フィルタ63、第四フィルタ64、第五フィルタ65、および第六フィルタ66は、青色レーザダイオード41、緑色レーザダイオード42、45、赤色レーザダイオード43、46から出射される光を合波する。このような構成としてもよい。
 (実施の形態4)
 図13を参照して、実施の形態4に係る光モジュール1Dを、主に実施の形態1~実施の形態3との相違点について説明する。光モジュール1Dは、青色の光を照射する青色レーザダイオード41、緑色の光を照射する二つの緑色レーザダイオード42、45、および赤色の光を照射する二つの赤色レーザダイオード43、46、赤外の光を照射する赤外レーザダイオード44を備える。
 レンズ搭載領域23には、実施の形態2に示す第四レンズ54、実施の形態3に示す第二レンズ52と同様の構成の第五レンズ55、および第三レンズ53と同様の構成の第六レンズ56が配置されている。レンズ搭載領域23には、緑色レーザダイオード45と第五レンズ55との間の位置に1/2波長板26Aが設けられている。レンズ搭載領域23には、赤色レーザダイオード46と第六レンズ56との間の位置に1/2波長板26Bが設けられている。半導体発光素子搭載領域22は、領域41B~46Bの間に、X軸方向に間隔をあけて、領域41B~46Bよりもそれぞれベース板20の厚みの薄い第一薄肉領域25A、第二薄肉領域25B、第三薄肉領域25C、第四薄肉領域25Dおよび第五薄肉領域25Eを含む。
 フィルタ搭載領域24には、第四フィルタ64、第五フィルタ65、および第六フィルタ66が配置されている。このような構成とすることにより、合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 (実施の形態5)
 図14~図15を参照して、実施の形態5に係る光モジュール1Eを、主に実施の形態1との相違点について説明する。
 光モジュール1Eは、実施の形態1に示す光モジュール1Aと比較して、TEC70を備えない構成である。光モジュール1Eに備えられる支持基体10は、支持板11と、膨出部29とを含む。膨出部29は、ベース板20において、半導体発光素子搭載領域22、およびレンズ搭載領域23のうちの半導体発光素子搭載領域22側の一部の主面21B側の部分を膨出した形状である。膨出部29とベース板20との境界については、図15において、破線で示されている。ベース板20のうちの膨出部29の主面29Aと支持板11の主面12Aとが接した状態である。光モジュール1Eとして、TEC70を設けないこのような構成としてもよい。このような構成とすることによっても、合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 (実施の形態6)
 図16を参照して、実施の形態6に係る光モジュール1Fを、主に実施の形態1との相違点について説明する。
 光モジュール1Fは、実施の形態1に示す光モジュール1Aと比較して、フィルタ搭載領域24の厚みが厚い構成である。すなわち、フィルタ搭載領域24におけるベース板20の厚みは、レンズ搭載領域23におけるベース板20の厚みよりも厚く構成されている。このように構成することにより、フィルタ搭載領域24におけるベース板20の剛性を高くして、フィルタ搭載領域24におけるベース板20の反り量を低減することができる。したがって、さらに第一フィルタ、第二フィルタ、および第三フィルタの傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 (実施の形態7)
 図17を参照して、実施の形態7に係る光モジュール1Gを、主に実施の形態1との相違点について説明する。
 光モジュール1Gは、実施の形態1に示す光モジュール1Aと比較して、レンズ搭載領域23の一部の厚みが厚い構成である。すなわち、レンズ搭載領域23は、第一レンズ51が搭載される領域、第二レンズ52が搭載される領域および第三レンズ53が搭載される領域以外の領域の、少なくとも一部、具体的には、第一レンズ51が搭載される領域のX軸方向における両側部側の領域および第三レンズ53が搭載される領域のX軸方向における両側部側の領域に、第一レンズ51が搭載される領域、第二レンズ52が搭載される領域および第三レンズ53が搭載される領域よりもベース板20の厚みの厚い第一厚肉領域28A、第二厚肉領域28B、第三厚肉領域28Cおよび第四厚肉領域28Dを含む。第一厚肉領域28A~第四厚肉領域28Dは、ベース板20の板厚方向から平面的に見てY軸方向に長い矩形状である。具体的には、第一厚肉領域28A~第四厚肉領域28Dは、半導体発光素子搭載領域22が設けられている部分まで延びている。このように構成することにより、レンズ搭載領域23のうち、第一厚肉領域28A~第四厚肉領域28Dにおけるベース板20の剛性を高くして、反り量を低減することができる。したがって、第一レンズ51が搭載された領域に対する第二レンズ52が搭載された領域、および第三レンズ53が搭載された領域の相対的な位置のずれを抑制することができる。また、半導体発光素子搭載領域22とレンズ搭載領域23の反り量を同程度にすることができる。したがって、青色レーザダイオード41と第一レンズ51、緑色レーザダイオード42と第二レンズ52、および赤色レーザダイオード43と第三レンズ53の光軸の相対的なずれを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。なお、レンズ搭載領域23の一部の厚みが厚い構成については、使用環境等に応じて、その数や大きさ、配置等が任意に定められる。
 (実施の形態8)
 図18~図20を参照して、実施の形態8に係る光モジュール1Hおよび光モジュール1Hを備える表示装置121を説明する。表示装置121は、光モジュール1Hと、パッケージ122と、板状のベースフレーム123と、整形レンズ124と、ビームスプリッタ125と、二つのミラー126A、126Bと、モニターフォトダイオード127と、アパーチャ128と、周期的に角度を往復して変えることができるMEMSミラー129と、レンズ120とを備える。なお、光モジュール1Hから出射される光119を破線で示している。パッケージ122には、出力用の出射窓130が設けられている。ベースフレーム123は、矩形状である。ベースフレーム123は、パッケージ122の内側に配置される。光モジュール1H、整形レンズ124、ビームスプリッタ125、二つのミラー126A、126B、モニターフォトダイオード127、アパーチャ128、およびMEMSミラー129は、ベースフレーム123の主面123A上に配置される。光モジュール1Hから出射された光が通過する位置に整形レンズ124が配置され、光の縦横比が整えられる。そして、整形レンズ124を通過した光が照射される位置にビームスプリッタ125が配置される。ビームスプリッタ125により分けられた光の一部がレンズ120を介してモニターフォトダイオード127に入射され、光量等が監視される。ベースフレーム123上に配置された二つのミラー126A、126Bにより光の角度が変えられ、アパーチャ128によって迷光が排除され、MEMSミラー129に入射される。そして、MEMSミラー129により入射された光が反射され、出射窓130から出射される。表示装置121によって表示される映像の範囲は、領域Sによって示されている。
 光モジュール1Hは、いわゆるCANタイプのレーザダイオード131、132、133を含む。レーザダイオード131は、青色の光を照射し、レーザダイオード132は、緑色の光を照射し、レーザダイオード133は、赤色の光を照射する。また、光モジュール1Hは、半導体発光素子であるレーザダイオード131~133からの光をコリメートビームに変換する第一レンズ141、第二レンズ142、および第三レンズ143を含む。また、光モジュール1Hは、第一フィルタ151、第二フィルタ152、および第三フィルタ153を含む。第一フィルタ151は、青色の光を反射し、緑色の光、および赤色の光を透過する。第二フィルタ152は、緑色の光を反射し、赤色の光を透過する。第三フィルタ153は、赤色の光を反射する。レーザダイオード131~133、第一レンズ141~第三レンズ143、第一フィルタ151~第三フィルタ153は、光モジュール1Hに含まれるベース板160に取り付けられる。ここで、レーザダイオード131~133はそれぞれ、ベース板160に設けられたベース板160の板厚方向に延びる壁部161、162、163に取り付けられている。壁部161、162、163のそれぞれの間には、隙間が設けられている。第一フィルタ151~第三フィルタ153は、ベース板160の第一の面であるベース板160の一方の主面160A内の領域であるフィルタ搭載領域174に搭載される。第一レンズ141~第三レンズ143は、ベース板160の主面160A内の領域であるレンズ搭載領域173に搭載される。なお、この場合、主面160Aには、壁部161~163に取り付けられたレーザダイオード131~133が半導体発光素子搭載領域172において搭載されることとなる。
 光モジュール1Hは、TEC170を含む。TEC170は、ベース板160、およびベースフレーム123とパッケージ122との間に配置される。パッケージ122の一部とTEC170が、支持基体171を構成する。ここで、フィルタ搭載領域174に対応する第二の面であるベース板160の他方の主面160Bの領域と支持基体171とは、空隙18を挟んで対向する。
 このような構成の表示装置121は、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる光モジュール1Hを備えるため、広い温度範囲内で高精度な表示を行うことができる。
 (変形例)
 なお、上記の実施の形態においては、半導体発光素子としてレーザ半導体を用いることとしたが、これに限らず、例えば、半導体発光素子として発光ダイオードを用いることとしてもよい。
 また、上記の実施の形態においては、3色以上の色を合波して出力することとしたが、これに限らず、2色の色を合波して出力する場合にも適用される。
 なお、上記の実施の形態においては、ベース板20に第一切り欠き19A、および第二切り欠き19Bを設けることとしたが、これに限らず、いずれか一方のみを設けることとしてもよい。第一切り欠き19Aの形状、幅、すなわち、半導体発光素子搭載領域22とレンズ搭載領域23との間隔、短辺20C、20Dからの凹み量等については、使用環境や各部材の材質等に応じて任意に定められる。また、ベース板20の半導体発光素子搭載領域22に含まれる薄肉領域についても、その数や形状等については、使用環境や各部材の材質等に応じて任意に定められる。
 また、上記の実施の形態において、レンズ搭載領域23に対応するベース板20の第二の面の領域と支持基体10との間に空隙を有しても良い。また、ベース板20の第二の面の領域と支持基体10とは空隙を挟んで対向してもよい。さらに、半導体発光素子搭載領域22とレンズ搭載領域23との間には、切り欠きが設けられていてもよい。このように構成することにより、半導体発光素子搭載領域22に対して、レンズ搭載領域23における反りの影響を低減させることができる。したがって、さらにレンズの傾きを抑制することができ、広い温度範囲内で合波される光の光軸を高精度に一致させることができる。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,201 光モジュール
10,171,204 支持基体
11,202 支持板
12A,12B,21A,21B,160A,160B,206A,206B 主面
13 光形成部
14 キャップ
15,109,130 出射窓
16 リードピン
17 サーミスタ
18 空隙
19A 第一切り欠き
19B 第二切り欠き
19C 接続部
20,160,203 ベース板
20A、20C、20D 辺
22,172 半導体発光素子搭載領域
23,173 レンズ搭載領域
24,174 フィルタ搭載領域
25A 第一薄肉領域
25B 第二薄肉領域
25C 第三薄肉領域
25D 第四薄肉領域
25E 第五薄肉領域
26A,26B 1/2波長板
28A 第一厚肉領域
28B 第二厚肉領域
28C 第三厚肉領域
28D 第四厚肉領域
29 膨出部
30 直線
31 第一サブマウント
32 第二サブマウント
33 第三サブマウント
34 第四サブマウント
35 第五サブマウント
36 第六サブマウント
41,211 青色レーザダイオード
41A 第一射出部
41B、42B、43B、44B、45B 領域
42,45,212 緑色レーザダイオード
42A 第二射出部
43,46,213 赤色レーザダイオード
43A 第三射出部
44 赤外レーザダイオード
51,141,221 第一レンズ
52,142,222 第二レンズ
53,143,223 第三レンズ
54 第四レンズ
55 第五レンズ
56 第六レンズ
54A、55A、56A レンズ部
61,151,207 第一フィルタ
62,152,208 第二フィルタ
63,153,209 第三フィルタ
64 第四フィルタ
65 第五フィルタ
66 第六フィルタ
70,170,205 TEC
71 吸熱板
72 放熱板
73 半導体柱
101,121 表示装置
102,122 パッケージ
103 ベースフレーム
103A 主面
104,124 整形レンズ
105,125 ビームスプリッタ
106A,106B,106C,126A,126B ミラー
107,127 モニターフォトダイオード
108,129 MEMSミラー
110,161,162,163 壁部
111,119 光
120 レンズ
128 アパーチャ
131,132,133 レーザダイオード

Claims (8)

  1. 第一の光を出射する第一出射部を有する第一半導体発光素子と、
     前記第一の光と波長の異なる第二の光を出射する第二出射部を有する第二半導体発光素子と、
     前記第一出射部から出射された前記第一の光をコリメートビームに変換する第一レンズと、
     前記第二出射部から出射された前記第二の光をコリメートビームに変換する第二レンズと、
     前記第一の光と前記第二の光とを合波するフィルタと、
     前記第一半導体発光素子、前記第二半導体発光素子、前記第一レンズ、前記第二レンズ、および前記フィルタを搭載する第一の面と、前記第一の面の板厚方向の反対側に位置する第二の面とを有するベース板と、
     前記第二の面の一部と接触して前記ベース板を支持する支持基体とを備え、
     前記ベース板は、
     前記フィルタを搭載するフィルタ搭載領域と、
     前記第一レンズおよび前記第二レンズを搭載するレンズ搭載領域と、
     前記第一半導体発光素子および前記第二半導体発光素子を搭載する半導体発光素子搭載領域とを含み、
     前記フィルタ搭載領域に対応する前記第二の面の領域と前記支持基体との間に空隙を有する、光モジュール。
  2. 前記ベース板の、前記レンズ搭載領域と前記フィルタ搭載領域との間には、切り欠きが設けられている、請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記半導体発光素子搭載領域における前記ベース板の厚みは、前記レンズ搭載領域における前記ベース板の厚みよりも厚く、
     前記半導体発光素子搭載領域は、前記第一半導体発光素子が搭載される領域と前記第二半導体発光素子が搭載される領域との間に、前記第一半導体発光素子が搭載される領域および前記第二半導体発光素子が搭載される領域よりも前記ベース板の厚みの薄い薄肉領域を含む、請求項1または請求項2に記載の光モジュール。
  4. 前記半導体発光素子搭載領域における前記ベース板の厚みは、前記レンズ搭載領域における前記ベース板の厚みよりも厚く、
     前記フィルタ搭載領域における前記ベース板の厚みは、前記レンズ搭載領域における前記ベース板の厚みよりも厚い、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の光モジュール。
  5. 前記レンズ搭載領域は、前記第一レンズが搭載される領域および前記第二レンズが搭載される領域以外の領域の少なくとも一部に厚肉領域を含み、
    前記厚肉領域は、前記第一レンズが搭載される領域および前記第二レンズが搭載される領域よりも前記ベース板の厚みが厚い、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の光モジュール。
  6. 前記第一の光の出射方向と前記第二の光の出射方向とは、平行であり、
     前記ベース板の板厚方向に見て、前記第一の光の出射方向に垂直であって、前記第一出射部を通る直線上に、前記第二出射部が位置する、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の光モジュール。
  7. 前記支持基体は、
     前記ベース面の前記第二の面と接触して配置され、前記第一半導体発光素子および前記第二半導体発光素子のうちの少なくともいずれか一方の温度を調整する電子冷却モジュールを含む、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の光モジュール。
  8. 前記第一半導体発光素子および前記第二半導体発光素子は、共に半導体レーザである、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の光モジュール。
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