JP2020077773A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した信頼性を実現可能な光源装置を提供する。【解決手段】 一実施形態に係る光源装置１０は、基板１４と、上記基板に搭載されているレーザダイオード１６と、上記基板に接着剤３８によって固定されており、上記レーザダイオードからのレーザ光をコリメートするレンズ１８と、上記基板上において上記レーザ光の光路とは異なる位置に配置されており、上記レンズの温度を均一化するための温度均一化部材４４と、を備える。上記温度均一化部材は、上記レンズの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有し且つ上記基板と熱的に結合している。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置に関する。

光源装置として、レーザダイオードと、レーザダイオードからのレーザ光をコリメートするレンズとが、基板上に搭載された装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１５４１５号公報

光源装置外部の温度変化、レーザダイオードの発熱の影響などで、レーザダイオードの温度が変化すると、レーザダイオードが出力するレーザ光の光出力及び波長の少なくとも一方に変動が生じる。そのため、通常、レーザダイオードが搭載される基板は、レーザダイオードが所望の温度になるように例えば温調素子で制御されたり、ヒートシンクといった冷却部材で冷却されたりする。このような方法で、レーザダイオードの温度は安定していても、レンズ温度が不均一になる場合がある。このように、レンズ温度が不均一であると、例えばレンズの焦点距離などが設計値からズレ、光源装置の信頼性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、安定した信頼性を実現可能な光源装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る光源装置は、基板と、上記基板に搭載されているレーザダイオードと、上記基板に接着剤によって固定されており、上記レーザダイオードからのレーザ光をコリメートするレンズと、上記基板上において上記レーザ光の光路とは異なる位置に配置されており、上記レンズの温度を均一化するための温度均一化部材と、を備え、上記温度均一化部材は、上記レンズの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有し且つ上記基板と熱的に結合している。

本発明によれば、安定した信頼性を実現可能な光源装置を提供できる。

図１は、一実施形態に係る光源装置の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示した光源装置が有するカバーを外した場合の光源装置の斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面構成の概略図である。 図４は、温度均一化部材の他の例を説明するための図面である。 図５は、シミュレーションＡのシミュレーションモデルを説明するための図面である。 図６は、シミュレーションＡの結果を示すグラフである。 図７は、シミュレーションＢの結果を示すグラフである。 図８は、比較例であるシミュレーションＣのモデルを説明するための図面である。 図９は、シミュレーションＣの結果を示すグラフである。 図１０は、シミュレーションＤにおいて温度均一化部材とレンズとの距離が０ｍｍである場合のシミュレーションモデルを示す図面である。 図１１は、シミュレーションＤにおいて温度均一化部材とレンズとの距離が２ｍｍである場合のシミュレーションモデルを示す図面である。 図１２は、シミュレーションＤの結果を示す図面である。 図１３は、一つの温度均一化部材が少なくとも２つのレンズを囲んでいる例を説明するための図面である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

本開示の一側面に係る光源装置は、基板と、上記基板に搭載されているレーザダイオードと、上記基板に接着剤によって固定されており、上記レーザダイオードからのレーザ光をコリメートするレンズと、上記基板上において上記レーザ光の光路とは異なる位置に配置されており、上記レンズの温度を均一化するための温度均一化部材と、を備え、上記温度均一化部材は、上記レンズの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有し且つ上記基板と熱的に結合している。

この場合、温度均一化部材の温度は、レンズより基板の温度に近く、例えば実質的に基板と同じ温度になる。そのため、温度均一化部材によって、例えばレンズへの外部温度の影響を低減できるので、レンズの温度を均一化できる。

上記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されていてもよい。この場合、基板の温度を所望の温度に調整し易い。

一実施形態に係る光源装置は、上記基板が搭載される底板と、上記底板に固定され、上記基板、上記レーザダイオード、上記レンズ及び上記温度均一化部材を覆うカバーと、を有してもよい。

このように、基板、レーザダイオード、レンズ及び温度均一化部材が、カバーで覆われている場合、レンズにおいて基板と反対側はカバーに近い。そのため、レンズにおいて基板と反対側は、カバーを介して外部温度の影響を受けやすく、レンズの温度が不均一になりやすい。よって、温度均一化部材によって、レンズの温度が均一化できる上記光源装置の構成が有効である。

上記温度均一化部材の上記レンズと対向する第１側面と、上記レンズにおける上記第１側面と対向する第２側面とは平行であり、上記第１側面と上記第２側面との間の距離は、上記基板の板厚方向において上記レンズの上記基板から最も遠い位置と、上記カバーの上記基板側の面との最短距離以下であってもよい。温度均一化部材の上記第１側面とレンズの上記第２側面との最短距離が上記関係を満たすことによって、レンズの温度を、より均一化できる。

一実施形態に係る光源装置は、２つの温度均一化部材を含み、２つの上記温度均一化部材は、上記レンズの光軸方向からみた場合に上記レンズの両側に位置してもよい。この場合、２つの温度均一化部材で、レンズが挟まれる。よって、レンズの温度を、より均一化できる。

上記温度均一化部材は、一対の側壁と、上記一対の側壁の上記基板と反対側の端部を連結する連結壁とを有し、上記レンズは、上記温度均一化部材が有する上記一対の側壁及び上記連結壁によって囲まれていてもよい。この場合、レンズにおいて基板と反対側も温度均一化部材で覆われるので、レンズが外部温度の影響を受けにくい。その結果、レンズの温度を、より均一化できる。

一実施形態に係る光源装置は、複数の上記レーザダイオードと、複数の上記レーザダイオードから出力された複数の上記レーザ光をそれぞれコリメートする複数の上記レンズと、 複数の上記レンズでコリメートされた複数の上記レーザ光を合波する合波光学系と、を備え、複数の上記レンズのうち少なくとも２つのレンズは、上記少なくとも２つのレンズの光軸方向が平行になるように一方向に沿って配置されており、上記少なくとも２つのレンズは、上記温度均一化部材が有する上記一対の側壁及び上記連結壁によって囲まれていてもよい。

この場合、複数のレーザダイオードから出力されたレーザ光を含む合波光を出力可能である。更に、少なくとも２つのレンズに対して一つの温度均一化部材が配置されるので、複数のレンズそれぞれに温度均一化部材を配置する場合より、温度均一化部材の数を低減できる。その結果、光源装置の低コスト化を図れる。

複数の上記レーザダイオードの中心波長は互いに５０ｎｍ以上異なっていてもよい。この場合、中心波長の異なる複数のレーザ光の合波光を出力できる。光源装置が有する複数のレンズに温度不均一性が生じると、そのレンズの焦点距離が変動する場合がある。その場合、光源装置から出力された合波光を、例えばレンズなどで集光する際、合波光が有しており、中心波長の異なる複数のレーザ光間で集光位置がずれるおそれがある。これに対して、温度均一化部材によって、レンズの温度が均一化されていれば、上記集光位置のズレを防止できる。

一実施形態に係る光源装置は、複数の上記レーザダイオードと、複数の上記レーザダイオードから出力された複数の上記レーザ光をそれぞれコリメートする複数の上記レンズと、 複数の上記レンズでコリメートされた複数の上記レーザ光を合波する合波光学系と、を備え、複数の上記レーザダイオードの中心波長は互いに５０ｎｍ以上異なっていてもよい。

この場合、複数のレーザダイオードから出力された中心波長の異なるレーザ光を含む合波光を出力可能である。光源装置が有する複数のレンズに温度不均一性が生じると、そのレンズの焦点距離が変動する場合がある。その場合、光源装置から出力された合波光を、例えばレンズなどで集光する際、合波光が有しており、中心波長の異なる複数のレーザ光間で集光位置がずれるおそれがある。これに対して、温度均一化部材によって、レンズの温度が均一化されていれば、上記集光位置のズレを防止できる。

上記レンズは、樹脂又はガラスの一体成形品であってもよい。レンズが、樹脂又はガラスの一体成形品である場合、熱伝導率の影響で、レンズの温度が不均一になりやすい。よって、温度均一化部材によって、レンズの温度を均一化できる上記光源装置の構成が有効である。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及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。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１及び図２に示したように、光源装置１０は、パッケージ１２、基板１４、３つのレーザダイオード（ＬＤ）１６、３つのレンズ１８及び合波光学系２０を備える。本実施形態において、光源装置１０は光モジュールである。光源装置１０は、３つのＬＤ１６から出射される３本のレーザ光を合波光学系２０で合波し、得られた合波光Ｌをパッケージ１２から出力する。光源装置１０は、例えば、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ用の光源装置である。

パッケージ１２は、底板２２とカバー２４とを有する。カバー２４は底板２２に接合されている。底板２２とカバー２４によって、基板１４、ＬＤ１６などを収容する空間が形成されている。

底板２２は、基板１４を支持するための板部材である。底板２２は、例えばステムである。底板２２の材料は例えば金属である。本実施形態において、底板２２の材料は、Ｎｉ／Ａｕめっきを施した鉄合金である。以下、説明の便宜のため、底板２２の板厚方向をＺ方向と称し、Ｚ方向に直交する２つの方向をＸ方向及びＹ方向と称す。Ｘ方向及びＹ方向は直交している。

本実施形態では、基板１４は、温度を調節する温調素子であるＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏ―Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）２６を介して底板２２上に搭載されている。ＴＥＣ２６は、底板２２に接合されている。ＴＥＣ２６は、例えば銀（Ａｇ）ペーストで底板２２に接合される。底板２２には、パッケージ１２内のＬＤ１６、ＴＥＣ２６等への電力供給、制御信号供給などの電気的な配線のための複数のリードピンが取り付けられるが、図示を省略している。同様に、ＬＤ１６、ＴＥＣ２６等の電気配線の図示も省略している。

カバー２４は、側壁部２８と天板３０とを有する。側壁部２８は、枠状を有する。側壁部２８の平面視形状（底板２２の板厚方向からみた場合の形状）の例は、正方形又は矩形といった四角形、四角形以外の多角形及び円形を含む。側壁部２８には、合波光学系２０から出力される合波光Ｌを通す窓部３２が設けられている。窓部３２は、合波光Ｌが透過可能な窓部材３２ａを有し、窓部材３２ａは側壁部２８に形成された開口２８ａに嵌められている。カバー２４は、例えば溶接によって底板２２に接合されている。

次に、図２及び図３を利用して、基板１４と、基板１４上の構成を説明する。

基板１４は、３つのＬＤ１６、３つのレンズ１８及び合波光学系２０を支持する板部材である。基板１４は、例えば、ＡｇペーストによってＴＥＣ２６に接合されている。基板１４は、導電性材料からなる導電性基板であってもよいし、絶縁性材料からなる絶縁基板であってもよい。基板１４の平面視形状（すなわち、底板２２の厚さ方向からみた場合の形状）は、矩形又は正方形といった四角形形状である。基板１４の平面視形状が矩形である場合、基板１４の短辺の長さは例えば７ｍｍ程度であり、長辺の長さは例えば１２ｍｍである。基板１４の平面視形状が正方形である場合、基板１４の一辺の長さは、例えば、１０ｍｍ程度である。基板１４の材料の例は金属である。本実施形態において、基板１４の材料は銅である。

３つのＬＤ１６は、可視域に波長を有するレーザ光を出射する。ＬＤ１６はＬＤチップであり得る。３つのＬＤ１６のそれぞれが出力するレーザ光の中心波長は、互いに、５０ｎｍ以上異なる。

３つのＬＤ１６を区別して説明する場合には、３つのＬＤ１６をＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃとも称する。

例えば、ＬＤ１６Ａからのレーザ光の中心波長は、波長範囲６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ（赤色の波長領域）の何れかであり、ＬＤ１６Ｂからのレーザ光の中心波長は、波長範囲５００ｎｍ〜５５０ｎｍ(緑色の波長領域)の何れかであり、ＬＤ１６Ｃからのレーザ光の中心波長は、波長範囲４３５ｎｍ〜４６５ｎｍ（青色の波長領域）の何れかの波長である。ＬＤ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと、上記３つの中心波長（又は３つの波長領域）との対応関係は、例示した関係に限定されない。

本実施形態において、３つのＬＤ１６はＸ方向に並列に配置され、３つのＬＤ１６の光軸（ＬＤ１６のレーザ光の進行方向）はＹ方向に沿っている。３つのＬＤ１６の光軸は、互いに実質的に平行である。

３つのＬＤ１６のそれぞれは、対応する支持台３４を介して基板１４に搭載されている。本実施形態では、ＬＤ１６と支持台３４との間には中間板３６が配置されている。支持台３４の材料は、例えば基板１４の材料と同じである。中間板３６の材料の例は、ＬＤ１６の半導体材料と熱膨張係数が近い材料である。中間板３６の具体的な材料の例は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ及びダイヤモンドを含む。支持台３４の材料は、中間板３６の材料と同じでもよいし、中間板３６の材料が支持台３４の材料と同じでもよい。

支持台３４は、例えばＡｇペースト（導電性接着剤）によって基板１４に接合されている。支持台３４の材料が基板１４と同じ材料である場合、支持台３４は、基板１４の一部であってもよい。中間板３６も例えばＡｇペースト（導電性接着剤）によって基板１４に接合されている。ＬＤ１６は、ＡｕＳｎ半田といった半田又はＡｇペーストによって中間板３６に接合されている。

本実施形態では、基板１４の表面を基準とした場合における、３つのＬＤ１６のレーザ光出射点の高さは互いに等しくなるように支持台３４及び中間板３６の高さが設定されている。図２では、３つの支持台３４を有する実施形態を例示している。しかしながら、３つのＬＤ１６が１つの支持台３４（図２において、３つの支持台３４が連結した支持台）に搭載されていてもよい。

３つのレンズ１８は、３つのＬＤ１６に一対一に対応して配置されており、各レンズ１８は、対応するＬＤ１６からのレーザ光をコリメート(平行化)するコリメートレンズである。レンズ１８は、対応するＬＤ１６の光出射端面と光学的に結合されている。レンズ１８の焦点距離の例は、５ｍｍ未満である。

レンズ１８は、レーザ光が通過する位置にレーザ光をコリメートするレンズ機能を有するレンズ機能領域１８ａと、その周囲の保持領域１８ｂとを有する。レンズ１８は、コリメート機能を有すれば、その形状は限定されない。本実施形態において、レンズ１８の外形は直方体である。レンズ１８の外形は立方体でもよい。レンズ１８は、レンズ機能領域１８ａと保持領域１８ｂとが樹脂又はガラスによって一体成形された成形品である。レンズ１８の材料が樹脂である場合、その樹脂の例は、シクロオレフィンポリマーである。レンズ１８は、接着剤３８によって基板１４に直接固定されている。接着剤３８の例は、樹脂硬化型接着剤である。樹脂硬化型接着剤に使用される樹脂の例は、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、及び、紫外線硬化と熱硬化とを併用する樹脂を含む。

３つのレンズ１８それぞれの光軸と対応するＬＤ１６の光軸Ｃとは、互いに実質的に一致するように調整されている。よって、レンズ１８の光軸も光軸Ｃと称する場合もある。３つのレンズ１８はＸ方向に並列に配置されており、３つのレンズ１８それぞれの光軸Ｃは互いに平行である。

３つのレンズ１８を区別して説明する場合、ＬＤ１６Ａに対応するレンズ１８をレンズ１８Ａと称し、ＬＤ１６Ｂに対応するレンズ１８をレンズ１８Ｂと称し、ＬＤ１６Ｃに対応するレンズ１８をレンズ１８Ｃと称する。

合波光学系２０は、３つの波長選択性フィルタ４０を有する。波長選択性フィルタ４０は、例えばガラス基板上に形成された多層膜フィルタである。３つの波長選択性フィルタ４０は、３つのレンズ１８と一対一に対応している。よって、３つの波長選択性フィルタ４０は、３つのＬＤ１６とも一対一に対応している。３つの波長選択性フィルタ４０それぞれは、対応するＬＤ１６（及び対応するレンズ１８）の光軸Ｃ上に配置されている。

３つの波長選択性フィルタ４０を区別して説明する場合、ＬＤ１６Ａ及びレンズ１８Ａに対応する波長選択性フィルタ４０を波長選択性フィルタ４０Ａと称し、ＬＤ１６Ｂ及びレンズ１８Ｂに対応する波長選択性フィルタ４０を波長選択性フィルタ４０Ｂと称し、ＬＤ１６Ｃ及びレンズ１８Ｃに対応する波長選択性フィルタ４０を波長選択性フィルタ４０Ｃと称する。

波長選択性フィルタ４０Ａは、レンズ１８Ａによりコリメートされたレーザ光を、波長選択性フィルタ４０Ｂに向けて反射する。波長選択性フィルタ４０Ｂは、ＬＤ１６Ａが出力するレーザ光を透過するとともに、レンズ１８Ｂによりコリメートされたレーザ光を波長選択性フィルタ４０Ｃに向けて反射する。波長選択性フィルタ４０Ｃは、ＬＤ１６Ａ及びＬＤ１６Ｂが出力するレーザ光を透過するとともに、レンズ１８Ｃによりコリメートされたレーザ光を窓部３２に向けて反射する。よって、波長選択性フィルタ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを有する合波光学系２０によって、ＬＤ１６Ａ，ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃから出力される３つのレーザ光の合波光Ｌが窓部３２から出力される。

３つのレンズ１８並びに３つの波長選択性フィルタ４０は、合波光Ｌに含まれる各ＬＤ１６からのレーザ光の光軸が一致するように、光軸調整された状態で基板１４上に配置されている。

本実施形態では、基板１４上に、サーミスタ４２が配置されている。サーミスタ４２は例えばＡｇペーストで基板１４に接合される。

光源装置１０は、各レンズ１８の温度を均一化する（特に、Ｚ方向の温度を均一化する）ために、複数の温度均一化部材４４を有する。本実施形態では、図２及び図３に示したように、３つのレンズ１８それぞれに対して２つの温度均一化部材４４が配置された実施形態を説明する。３つのレンズ１８それぞれに対する２つの温度均一化部材４４の構成及び配置状態は同じであることから、一つのレンズ１８と、それに対応する２つの温度均一化部材４４を説明する。

温度均一化部材４４は、レンズ１８の熱伝導率より大きな熱伝導率を有する板部材である。本実施形態において、温度均一化部材４４は平板である。一実施形態において、温度均一化部材４４の熱伝導率は、レンズ１８の熱伝導率の１０倍以上が好ましく、５０倍以上がより好ましい。一実施形態において、温度均一化部材４４の熱伝導率は、基板１４の熱伝導率の５０％以上であることが好ましい。一実施形態において、基板１４の温度を十分伝達可能とするため、温度均一化部材４４の熱伝導率は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましい。温度均一化部材４４の材料の例は銅である。温度均一化部材４４の材料が銅である場合、温度均一化部材４４の例は銅板である。Ｘ方向からみた場合、温度均一化部材４４の平面視形状は長方形である。Ｘ方向からみた場合、温度均一化部材４４の大きさは、例えばレンズ１８の大きさとほぼ同じか、レンズ１８の大きさ以上であり得る。

２つの温度均一化部材４４は、レンズ１８の光軸方向からみて、レンズ１８の両側に配置されている。２つの温度均一化部材４４はそれぞれ独立した部材である。２つの温度均一化部材４４それぞれとレンズ１８の間の距離ｄは、レンズ１８の温度を均一化可能な距離であればよい。本実施形態では、レンズ１８は直方体であり、温度均一化部材４４は平板であるため、レンズ１８の側面（第２側面）１８ｃと、その側面１８ｃに対向する温度均一化部材４４の側面（第１側面）４４ａとは平行である。よって、距離ｄは、レンズ１８の側面１８ｃと、その側面１８ｃに対向する温度均一化部材４４の側面４４ａとの間の距離である。これは、レンズ１８が立方体の場合も同様である。基板１４の板厚方向（Ｚ方向に相当）において、基板１４を基準としてレンズ１８の基板１４から最も遠い位置（図３においてレンズ１８の上面）と、カバー２４の基板１４側の面２４ａ（図３において天板３０の内面３０ａ）との間の最短距離をＤとした場合、レンズ１８と温度均一化部材４４の間の距離ｄは、例えばＤ以下である。レンズ１８に対する天板３０からの温度の影響より温度均一化部材４４からの影響をより大きくするために、距離ｄは例えば０．４×Ｄ以下である。

温度均一化部材４４は、基板１４に熱的に結合するように、基板１４に固定されている。例えば温度均一化部材４４を基板１４に熱的に結合可能な接着剤４６によって、温度均一化部材４４は、基板１４に固定されている。接着剤４６の例は、Ａｇペースト、半田を含む。

光源装置１０は、例えば次のように製造され得る。まず、３つのＬＤ１６（ＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃ）を基板１４の所定位置に固定した後、ＴＥＣ２６を介して基板１４を底板２２に搭載する。次に、合波光学系２０から出力される３つのＬＤ１６からのレーザ光の光軸が一致するように、３つのレンズ１８、合波光学系２０（３つの波長選択性フィルタ）が光軸調整された状態で、それらを基板１４上に搭載する。

上記光軸調整は、例えば次のようにして実施され得る。

ＴＥＣ２６に基板１４を搭載する前に基板１４に固定されたＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃからレーザ光を出力し、レンズ１８Ａ、レンズ１８Ｂ及びレンズ１８Ｃによって各レーザ光がコリメート光となるように、レンズ１８Ａ、レンズ１８Ｂ及びレンズ１８Ｃの位置調整した後、それらを固定する。

その後、ＬＤ１６Ａから出力され且つレンズ１８Ａでコリメートされたレーザ光が、合波光学系２０が有する波長選択性フィルタ４０Ａによって、所望の方向（本実施形態では窓部３２の方向或いはＸ方向）に反射されるように、波長選択性フィルタ４０Ａの位置を調整した後、固定する。波長選択性フィルタ４０Ａで反射されたレーザ光を基準にして、当該レーザ光の光軸に、ＬＤ１６Ｂから出力され且つレンズ１８Ｂでコリメートされたレーザ光の光軸が一致するように、波長選択性フィルタ４０Ｂの位置を調整し、固定する。同様に、波長選択性フィルタ４０Ａで反射されたレーザ光を基準にして、当該レーザ光の光軸に、ＬＤ１６Ｃから出力され且つレンズ１８Ｃでコリメートされたレーザ光の光軸が一致するように、波長選択性フィルタ４０Ｃの位置を調整し、固定する。

このように光軸調整を行うことによって、ＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃからのレーザ光の光軸が一致した合波光Ｌが得られるように、基板１４上に、３つのレンズ１８及び合波光学系２０が搭載され得る。

次に、温度均一化部材４４を基板１４に固定した後、カバー２４を底板２２に接合することで、光源装置１０が得られる。光源装置１０において必要な配線は、製造過程において適宜実施すればよい。

光源装置１０では、温度均一化部材４４の代わりに、図４に示した温度均一化部材４８を用いてもよい。温度均一化部材４８の材料の例は、温度均一化部材４４の場合と同様である。温度均一化部材４８は、一対の側壁４８ａ，４８ｂと、側壁４８ａ，４８ｂの基板１４と反対側の端部を連結する天壁（連結壁）４８ｃと、を有する。温度均一化部材４８は、レンズ１８を、一対の側壁４８ａ，４８ｂ及び天壁４８ｃで囲むように、配置されている。温度均一化部材４８は、一対の側壁４８ａ，４８ｂが接着剤４６で基板１４に接合されることによって、基板１４に固定され得る。

温度均一化部材４８は、例えば、レンズ１８の両側に配置された温度均一化部材４４を、天壁４８ｃに相当する温度均一化部材で連結した部材に相当する。この場合、レンズ１８の両側に配置された温度均一化部材４４は、上記一対の側壁４８ａ，４８ｂに対応する。一対の側壁４８ａ，４８ｂとレンズ１８との間の距離は、例えば、レンズ１８の両側に配置された温度均一化部材４４とレンズ１８との距離ｄと同様とし得る。レンズ１８と天壁４８ｃとの間は隙間があってもよいし、無くてもよい。

光源装置１０では、３つのＬＤ１６のそれぞれから出力されたレーザ光は、対応するレンズ１８でコリメートされる。３つのレンズ１８でコリメートされたレーザ光は、合波光学系２０によって合波される。その結果、カバー２４の窓部３２から３つのレンズ１８でコリメートされたレーザ光の合波光Ｌが出力される。

基板１４は、ＴＥＣ２６に搭載されているので、ＴＥＣ２６によって基板１４の温度が調整され得る。例えば、サーミスタ４２が基板１４に搭載されている場合、サーミスタ４２の検出結果に応じて、ＴＥＣ２６によって基板１４の温度を調整可能である。通常、基板１４は、ＬＤ１６が一定の温度を維持するように調整され得る。それによって、ＬＤ１６から安定して所望の中心波長を有するレーザ光を出力可能である。

次に、温度均一化部材４４の作用効果を、温度均一化部材４４を備えない場合と比較して説明する。

温度均一化部材４４が基板１４上に配置されていない場合、レンズ１８の温度は不均一になる。特にＺ方向において温度が不均一になり易い。これは、レンズ１８の基板１４側は基板１４の温度に近い一方、レンズ１８の上側はカバー２４に近いため、カバー２４を介して外部温度の影響を受けやすいこと、及び、レンズ１８の熱伝導率の影響で、基板１４の温度がレンズ１８の上側まで伝搬しにくいことに起因すると考えられる。カバー２４の外部の温度環境の変化に応じてレンズ１８の温度が不均一になると、それに応じて例えばレンズ１８の屈折率が変化する。レンズ１８の屈折率が変化すると、レンズ１８の焦点距離が変化する。このようにレンズ１８の焦点距離が変わると、レーザ光が適切にコリメートされない。その結果、例えば、光源装置から出力される合波光Ｌをレンズで集光した際に、集光位置が所望の位置からズレやすい。特に、ＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃから出力されるレーザ光の中心波長が５０ｎｍ以上離れていると、ＬＤ１６Ａ、ＬＤ１６Ｂ及びＬＤ１６Ｃからのレーザ光の集光位置が異なり易い。よって、例えば合波光Ｌを利用して画像を表示する場合、画像品質が低下する。

これに対して、光源装置１０は、各レンズ１８に対して配置された温度均一化部材４４を備える。温度均一化部材４４の熱伝導率は、レンズ１８の熱伝導率より大きく、温度均一化部材４４は、基板１４に熱的に結合している。したがって、温度均一化部材４４の温度は全体的に基板１４と実質的に同じ温度であるか、基板１４の温度に近い温度である。そのため、温度均一化部材４４が配置されていない場合に比べて、レンズ１８の周囲温度は、基板１４と同じ温度（又は基板１４の温度に近い温度）環境である。その結果、光源装置１０の外部温度が変化しても、レンズ１８の温度を均一化できる。特に、レンズ１８の上部（天板３０側）も、基板１４の温度とほぼ同じか近い温度になる。

そのため、外部温度が変化しても、レンズ１８における上記屈折率変化を抑制でき、結果として、カバー２４の外部温度の変化によらず、レーザ光を正確にコリメートできる。このように、光源装置１０では、外部環境の温度変化の影響が抑制されるので、安定した信頼性を実現可能である。

レンズ１８の温度が均一化されていることから、３つのＬＤ１６から出力されるレーザ光の中心波長が互いに５０ｎｍ以上離れている場合において、合波光Ｌを更にレンズで集光しても集光位置が所望の位置からズレにくい。その結果、例えば合波光Ｌを利用して画像を表示する場合、高い画像品質を維持できる。

レンズ１８がカバー２４内に収容されている場合、レンズ１８において、基板１４側は基板１４の温度の影響を受ける一方、基板１４と反対側はカバー２４を介して外部温度の影響を受け易い。その結果、レンズ１８の不均一性が生じやすい。しかしながら、温度均一化部材４４を備えることで、レンズ１８の温度の均一化を図れる。

レンズ１８の両側に温度均一化部材４４が配置されている場合、レンズ１８の両側は、基板１４と実質的に同じ温度又は基板１４の温度に近い温度である。そのため、レンズ１８の温度を、より均一化できる。

図４に示したように、レンズ１８を温度均一化部材４８で囲った場合には、レンズ１８の上側も基板１４と同じ温度（又は近い温度）になるとともに、カバー２４を介して外部温度の影響を更に受けにくい。その結果、レンズ１８の温度を、より均一化できる。

温度均一化部材４４又は温度均一化部材４８によって、レンズ１８の温度を均一化できる点をシミュレーションによって検証した。シミュレーション結果を説明する。以下のシミュレーションでは、光源装置１０が有する要素に対応する要素には、光源装置１０の場合と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

［シミュレーションＡ］
シミュレーションＡでは、図５に示した光源装置をシミュレーション用のモデルＭとして採用した。図５では、カバー２４内部の構成を示すため、カバー２４の外形を破線で示している。図５に示したモデルＭの構成は、図１〜図３に例示した光源装置１０の構成と同じである。モデルＭでは、レンズ１８は直方体の部材とした。底板１１とカバー２４とで形成されるパッケージ１２内の内部ガスは空気とした。

レンズ１８の横幅（Ｘ方向の長さ）を１．６ｍｍとし、高さ（Ｚ方向の長さ）を３．２ｍｍとし、奥行き（Ｙ方向の長さ）を１．４ｍｍとした。レンズ１８の材料は樹脂を想定し、レンズ１８の熱伝導率を１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。レンズ１８の上面とカバー２４との間の距離Ｄを、１．０ｍｍとした。

レンズ１８を基板１４に固定するための接着剤３８で形成される接着剤層の厚さ（Ｚ方向の長さ）を、５０μｍとし、接着剤層の横幅（Ｘ方向の長さ）を０．８ｍｍとし、奥行き（Ｙ方向の長さ）を０．６ｍｍとした。上記接着剤３８の熱伝導率を０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。

温度均一化部材４４は、横幅が０．４ｍｍであり、高さ及び奥行きの長さがレンズ１８の場合と同じ平板とした。温度均一化部材４４の材料は銅を想定し、熱伝導率を３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。レンズ１８の両側に位置する温度均一化部材４４とレンズ１８との間の距離ｄを、０．２ｍｍとした。

温度均一化部材４４を基板１４に固定するための接着剤で形成される接着剤層の厚さ（Ｚ方向の長さ）を、５０μｍとし、接着剤層の横幅（Ｘ方向の長さ）を０．４ｍｍとし、奥行き（Ｙ方向の長さ）を１．４ｍｍとした。上記接着剤３８の熱伝導率を２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。

シミュレーションには、有限要素法を用いた。シミュレーションＡでは、３つのＬＤ１８からレーザ光を出力した状態で、カバー２４の温度を−４０℃から９０℃まで１０℃間隔で上昇させながら、サーミスタ４２の温度が４０℃になるように、ＴＥＣ２６で温度調整をする場合を仮定した。３つのＬＤ１８の合計発熱量が１Ｗであると仮定した。カバー２４の温度をー４０℃、９０℃及びそれらの間の上記１０℃間隔の温度を測定温度とし、測定温度において、サーミスタ４２の温度が４０℃になった際のレンズ１８Ｂの下部、中央及び上部での温度を、各測定温度でのレンズ１８の温度とした。

レンズ１８Ｂの「下部」の温度は、レンズ１８Ｂの中心軸上においてレンズ１８Ｂの底面（基板１４に臨む面）の位置での温度である。レンズ１８Ｂの「中央」の温度は、レンズ１８Ｂの中心軸上においてレンズ１８Ｂの底面と上面との真ん中の位置での温度である。レンズ１８Ｂの「上部」の温度は、レンズ１８Ｂの中心軸上においてレンズ１８Ｂの上面（カバー２４に臨む面）の位置での温度である。

図６は、シミュレーションＡのシミュレーション結果を示すグラフである。図６の横軸はカバー温度（℃）を示し、縦軸は、レンズ温度（℃）を示している。図６では、各測定温度における上記レンズ１８Ｂの下部、中央及び上部の温度をプロットしている。以下の説明において、図６に示した上記レンズ１８Ｂの下部、中央及び上部のそれぞれでのカバー温度に対するレンズ温度の変化を温度依存係数と称する。温度依存係数は、図６に示したフィッティング直線の傾きに相当する。

［シミュレーションＢ］
シミュレーションＢでは、図５に示したモデルＭにおいて、温度均一化部材４４を、図４に示した温度均一化部材４８に変更した点以外は、シミュレーションＡと同様の条件でシミュレーションを行った。温度均一化部材４８の材料は銅であり、熱伝導率を３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。温度均一化部材４８が有する一対の側壁４８ａ，４８ｂの配置及び基板１４への固定状態は、モデルＭで使用した、各レンズ１８に対応する一対の温度均一化部材４４の配置及び固定状態と同じである。温度均一化部材４８の天壁４８ｃの厚さを、０．４ｍｍとし、レンズ１８の上面と天壁４８ｃとの距離を０．２ｍｍとした。

図７は、シミュレーションＢのシミュレーション結果を示すグラフである。図７の横軸はカバー温度（℃）を示し、縦軸は、レンズ温度（℃）を示している。図７では、各測定温度における上記レンズ１８Ｂの下部、中央及び上部の温度をプロットしている。

［シミュレーションＣ］
シミュレーションＣでは、図８に示したように、カバー２４内側の構成において、モデルＭから温度均一化部材４４を削除した点以外は、シミュレーションＡと同様の条件でシミュレーションを行った。シミュレーションＣは、温度均一化部材を用いない場合のシミュレーションであることから、比較例に相当する。

図９は、シミュレーションＣのシミュレーション結果を示すグラフである。図９の横軸はカバー温度（℃）を示し、縦軸はレンズ温度（℃）を示している。図９では、各測定温度における上記レンズ１８Ｂの下部、中央及び上部の温度をプロットしている。

図９に示されているように、温度均一化部材を有しないモデルを使用したシミュレーションＣでも、レンズ１８の下部は、カバー２４の温度が４０℃から離れてもサーミスタ４２の温度である４０℃に近い温度を実現できる。一方、レンズ１８の中央及び上部では、カバー２４の温度が４０℃から離れるにつれて、レンズ１８の温度と４０℃との差が大きくなる。この傾向は、レンズ１８の上部でより顕著である。

これに対して、図６及び図７に示したように、温度均一化部材４４，４８を設けたシミュレーションＡ，Ｂでは、カバー２４の温度が４０℃から離れても、レンズ１８の中央及び上部におけるレンズ１８の温度と４０℃との差は、シミュレーションＣの場合より小さい。換言すれば、レンズ１８の温度が均一化されている。図６及び図７を比較すれば、温度均一化部材４８でレンズ１８を囲った場合に、レンズ１８の温度が更に均一化されていることがわかる。

レンズ１８と温度均一化部材４４との間の距離ｄが、レンズ１８とカバー２４との間の距離Ｄ以下（又は距離Ｄ未満）である場合、レンズ１８の温度を、より均一化可能である。この点を検証したシミュレーションＤを説明する。

［シミュレーションＤ］
シミュレーションＤでは、シミュレーションＡで使用したモデルＭにおいて、温度均一化部材４４とレンズ１８との間の距離ｄを０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、２ｍｍと変更した場合それぞれに対してシミュレーションＡと同様の条件でシミュレーションを行った。各距離ｄに対するシミュレーション結果に基づいて、シミュレーションＡの場合と同様に、レンズ１８Ｂの上部の温度依存係数を算出した。距離ｄが０ｍｍの場合は、図１０に示したように、各レンズ１８の両側面に温度均一化部材４４が接した状態でのシミュレーションである。距離ｄが０．２ｍｍの場合は、シミュレーションＡのモデルＭと同じであることから、シミュレーションＡの結果を使用した。距離ｄが２ｍｍの場合は、図１１に示したように、レンズ１８Ａ及びレンズ１８Ｃにおいてレンズ１８Ｂに臨む側面に接した温度均一化部材４４を、レンズ１８Ｂに対する一対の温度均一化部材４４としてシミュレーションを行った。

図１２は、シミュレーションＤの結果を示す図面である。図１２の横軸は距離ｄ［ｍｍ］を示しており、縦軸は規格化温度係数を示している。規格化温度依存係数は、シミュレーションＣの場合、すなわち、温度均一化部材を有しない場合のシミュレーションでのレンズ１８Ｂの上部での温度依存係数で、シミュレーションＤで得られた温度依存係数を規格化した場合の温度依存係数である。

シミュレーションＤでは、カバー２４とレンズ１８の上部との距離Ｄは１．０ｍｍであることから、図１２に示した結果より、距離ｄが距離Ｄ以下である場合、規格化温度依存性がより小さくなり易いことがわかる。よって、距離ｄは、距離Ｄ以下（或いは距離Ｄ未満）であることが好ましい。更に、図１２に示した結果より、距離ｄは、０．４ｍｍ以下（０．４×Ｄ以下に相当）になると規格化温度依存係数が一層小さくなり易い。すなわち、距離ｄは、０．４×Ｄ以下であれば、レンズ１８の温度が一層均一化される。これは、距離ｄが０．４×Ｄ以下であれば、レンズ１８に対する天板３０からの温度の影響より温度均一化部材４４からの影響がより大きいためと考えられる。図１２より、距離ｄは、０．２ｍｍ以下（０．２×Ｄ以下に相当）になると、規格化温度係数が急激に減少する。よって、距離ｄは、０．２×Ｄ以下が更に好ましい。

レンズ１８の材料が樹脂又はガラスである場合、熱伝導率の影響でレンズ１８の温度が不均一になり易い。よって、レンズ１８が、樹脂又はガラスで一体成形された成形品である場合に、光源装置１０の構成は有効である。樹脂の熱伝導率はガラスの熱伝導率より小さいので、レンズ１８が、樹脂で一体成形された成形品である場合に、光源装置１０の構成がより有効である。レンズ１８が樹脂製レンズである場合、レンズ１８のコストも低下する。その結果、光源装置１０の製造コストを低減可能である。

光源装置１０が小型化、すなわち、パッケージ１２が小型化される場合、レンズ１８からカバー２４（天板３０や側壁部２８）までの距離がより近づくため、レンズ１８が外部温度の影響を受けやすい。よって、例えば、より小型の光源装置に対して、光源装置１０の構成は有効である。

例えば、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ用の光源に対しては、外部温度が−３５℃〜８５℃のような温度環境の変化が想定されている。更に、そのような光源は、低コストであり且つ小型の製品であることが求められる。したがって、レンズ１８が樹脂製レンズであり、光源装置の小型化が図られていても、レンズ１８に対する外部温度の影響が抑制された光源装置１０は、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ用の光源装置に適している。

以上、本開示の種々の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

３つのＬＤの配置関係は、例えば、一つのＬＤの光軸に対して、他の２つのＬＤの光軸が実質的に直交するような配置関係でもよい。この場合、合波光学系が有する波長選択性フィルタの数は２つである。

レーザダイオード（ＬＤ）の数は１つでもよいし、４つ以上でもよい。レンズの数は、ＬＤの数に応じた数である。

光源装置は、合波光学系を備えなくてもよい。この場合、レンズによってコリメートされたレーザ光が光源装置から出力される。

光源装置は、ＴＥＣといった温調素子を備えなくてもよい。この場合、例えば、光源装置の外部に配置された温調素子を利用してレーザダイオードが搭載される基板の温度を調整してもよいし、例えば、基板を冷却部材（例えばヒートシンク）に搭載してもよい。

光源装置は、基板が搭載される底板と、底板に接合されるカバーを備えなくてもよい。この場合でも、温度均一化部材を備えることで、レンズの温度が外部温度によって不均一になることを抑制できる。

光源装置は、一つの温度均一化部材を備えていればよい。例えば、図２では、隣接する２つのレンズの間に２つの温度均一化部材が配置されている。しかしながら、隣接する２つのレンズの間には、それらの２つのレンズに対して共通の（１つの）温度均一化部材を配置してもよい。この場合でも、１つのレンズは、２つの温度均一化部材で挟まれるので、レンズの温度が均一化され易い。例えば、図１３に示した温度均一化部材５０のように、温度均一化部材５０が一対の側壁５０ａ，５０ｂと天壁（連結壁）５０ｃとを有する場合、光軸Ｃの方向が互いに平行になるように一方向に配置された複数のレンズ（少なくとも２つのレンズ）１８が、一つの上記温度均一化部材５０で囲まれてもよい。すなわち、複数のレンズ１８が一対の側壁５０ａ，５０ｂ及び天壁５０ｃで囲まれてもよい。光軸Ｃの方向が互いに平行な状態で複数のレンズ１８が一対の側壁５０ａ，５０ｂの間に配置されるように構成されている点以外は、温度均一化部材５０の構成は温度均一化部材４８の構成と同様とし得る。このような構成であっても、温度均一化部材５０で囲まれる複数のレンズ１８の周囲は基板１４の温度と実質的に同じ温度（又は近い温度）になりやすく、更に、光源装置の外部温度の影響を受けにくい。その結果、一対の側壁５０ａ，５０ｂと天壁５０ｃで囲まれる複数のレンズ１８の温度を均一化可能である。一つの温度均一化部材５０が複数のレンズ１８を囲む場合には、温度均一化部材５０の数を低減できるので、光源装置の製造コストを低減できる。

１０…光源装置、１４…基板、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…ＬＤ（レーザダイオード）、１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…レンズ、１８ｃ…側面（第２側面）、２０…合波光学系、２２…底板、２４…カバー、２４ａ…面（カバーの基板側の面）、２６…ＴＥＣ（温調素子）、３８…接着剤、４４…温度均一化部材、４４ａ…側面（第１側面）、４８…温度均一化部材、４８ａ…側壁，４８ｂ…側壁、４８ｃ…天壁（連結壁）、５０…温度均一化部材、５０ａ…側壁，５０ｂ…側壁、５０ｃ…天壁（連結壁）、Ｃ…光軸。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板に搭載されているレーザダイオードと、
   前記基板に接着剤によって固定されており、前記レーザダイオードからのレーザ光をコリメートするレンズと、
   前記基板上において前記レーザ光の光路とは異なる位置に配置されており、前記レンズの温度を均一化するための温度均一化部材と、
   を備え、
   前記温度均一化部材は、前記レンズの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有し且つ前記基板と熱的に結合している、
   光源装置。
2. 前記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されている、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基板が搭載される底板と、
   前記底板に固定され、前記基板、前記レーザダイオード、前記レンズ及び前記温度均一化部材を覆うカバーと、
   を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記温度均一化部材の前記レンズと対向する第１側面と、前記レンズにおける前記第１側面と対向する第２側面とは平行であり、前記第１側面と前記第２側面との間の距離は、前記基板の板厚方向において前記レンズの前記基板から最も遠い位置と、前記カバーの前記基板側の面との最短距離以下である、
   請求項３に記載の光源装置。
5. ２つの前記温度均一化部材を含み、
   ２つの前記温度均一化部材は、前記レンズの光軸方向からみた場合に前記レンズの両側に位置する、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光源装置。
6. 前記温度均一化部材は、一対の側壁と、前記一対の側壁の前記基板と反対側の端部を連結する連結壁とを有し、
   前記レンズは、前記温度均一化部材が有する前記一対の側壁及び前記連結壁によって囲まれている、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
7. 複数の前記レーザダイオードと、
   複数の前記レーザダイオードから出力された複数の前記レーザ光をそれぞれコリメートする複数の前記レンズと、
   複数の前記レンズでコリメートされた複数の前記レーザ光を合波する合波光学系と、
   を備え、
   複数の前記レンズのうち少なくとも２つのレンズは、前記少なくとも２つのレンズの光軸方向が平行になるように一方向に沿って配置されており、
   前記少なくとも２つのレンズは、前記温度均一化部材が有する前記一対の側壁及び前記連結壁によって囲まれている、
   請求項６に記載の光源装置。
8. 複数の前記レーザダイオードの中心波長は互いに５０ｎｍ以上異なる、
   請求項７に記載の光源装置。
9. 複数の前記レーザダイオードと、
   複数の前記レーザダイオードから出力された複数の前記レーザ光をそれぞれコリメートする複数の前記レンズと、
   複数の前記レンズでコリメートされた複数の前記レーザ光を合波する合波光学系と、
   を備え、
   複数の前記レーザダイオードの中心波長は互いに５０ｎｍ以上異なる、
   請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光源装置。
10. 前記レンズは、樹脂又はガラスの一体成形品である、
    請求項１から請求項９の何れか一項に記載の光源装置。

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