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JP2018041835A - 発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体 Download PDF

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JP2018041835A JP2016174918A JP2016174918A JP2018041835A JP 2018041835 A JP2018041835 A JP 2018041835A JP 2016174918 A JP2016174918 A JP 2016174918A JP 2016174918 A JP2016174918 A JP 2016174918A JP 2018041835 A JP2018041835 A JP 2018041835A
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義之 牧
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恒則 柴田
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Abstract

【課題】発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる発光素子モジュールを提供すること、原子発振器、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】第１基板と、前記第１基板と温度差を生じる第２基板と、前記第１基板に設けられた電源端子とを有するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記ペルチェ素子により温度調節される発光素子と、前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記発光素子の温度を検出する温度センサーと、ベースとリッドとを有するパッケージと、前記電源端子に電気的に接続された第１外部電極と、前記温度センサーに電気的に接続された第２外部電極と、前記発光素子に電気的に接続された第３外部電極と、を備え、前記第３外部電極は、前記第１外部電極と前記第２外部電極との間に配置されていることを特徴とする発光素子モジュール。【選択図】図４

Description

本発明は、発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体に関するものである。
発光素子の温度を制御して所定の波長の光を発振する状態を保持する目的で、ペルチェ素子を用いて発光素子の温度を調節する発光素子モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような発光素子モジュールの一例である特許文献１に記載のレーザー発光装置は、半導体レーザー素子（発光素子）と、サーミスタと、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子（ペルチェ素子）と、これらを収納しているパッケージと、を有する。ここで、半導体レーザー素子およびサーミスタは、電子冷熱素子上に設けられており、電子冷熱素子を介してパッケージの内面に取り付けられている。そして、サーミスタにより半導体レーザー素子の温度を検出しつつ、電子冷熱素子により半導体レーザー素子の温度を調整することで、半導体レーザー素子の温度を所定の温度に制御している。
特開平７−１０４３３２号公報
特許文献１に記載のレーザー発光装置では、通常、半導体レーザー素子、サーミスタおよび電子冷熱素子が、それぞれ、パッケージの外表面に設けられた端子に配線を介して接続されており、これによりパッケージの外部との電気的導通がなされる。
しかし、従来では、パッケージに設けられた端子および配線を介してサーミスタが電子冷熱素子のサーミスタとは反対側の温度の影響を受けて、サーミスタの検出温度と半導体レーザー素子の実際の温度との間のずれが大きくなってしまい、その結果、半導体レーザー素子の温度制御の精度低下を招くという問題があった。
本発明の目的は、発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる発光素子モジュールを提供すること、また、かかる発光素子モジュールを備える優れた信頼性を有する原子発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の発光素子モジュールは、第１基板と、前記第１基板と温度差を生じる第２基板と、前記第１基板に設けられた電源端子とを有するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記ペルチェ素子により温度調節される発光素子と、
前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記発光素子の温度を検出する温度センサーと、
ベースと、前記ベースに接合され、前記ペルチェ素子、前記発光素子および前記温度センサーを収納している内部空間を前記ベースとの間に形成しているリッドとを有するパッケージと、
前記ベースの外表面に設けられ、前記電源端子に電気的に接続された第１外部電極と、
前記ベースの外表面に設けられ、前記温度センサーに電気的に接続された第２外部電極と、
前記ベースの外表面に設けられ、前記発光素子に電気的に接続された第３外部電極と、を備え、
前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第３外部電極は、前記第１外部電極と前記第２外部電極との間に配置されていることを特徴とする。
このような本発明の発光素子モジュールによれば、第３外部電極が第１外部電極と第２外部電極との間に配置されていることで、第１外部電極と第２外部電極との間の距離を大きくすることができる。このため、第１外部電極と第２外部電極との間の熱の移動を低減することができるので、ペルチェ素子が有する第１基板の温度の影響を受けて温度センサーの検出温度と発光素子の実際の温度との間のずれが大きくなることを低減することができる。そのため、発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる。
本発明の発光素子モジュールでは、前記ベースの内表面に設けられ、前記電源端子および前記第１外部電極のそれぞれに電気的に接続された第１内部電極と、
前記ベースの内表面に設けられ、前記温度センサーおよび前記第２外部電極のそれぞれに電気的に接続された第２内部電極と、
前記ベースの内表面に設けられ、前記発光素子および前記第３外部電極のそれぞれに電気的に接続された第３内部電極と、を備え、
前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第３内部電極は、前記第１内部電極と前記第２内部電極との間に配置されていることが好ましい。
これにより、第１内部電極と第２内部電極との間の距離を大きくすることができる。このため、第１内部電極と第２内部電極との間の熱の移動を低減することができる。そのため、ペルチェ素子が有する第１基板の温度の影響を受けて温度センサーの検出温度と発光素子の実際の温度との間のずれが大きくなることをより低減することができる。
本発明の発光素子モジュールでは、前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第１内部電極と前記第１外部電極とは、重なる部分を有し、前記第２内部電極と前記第２外部電極とは、重なる部分を有し、前記第３内部電極と前記第３外部電極とは、重なる部分を有することが好ましい。
これにより、第１内部電極と第２内部電極との間の距離を大きくすることができる。そのため、発光素子の温度制御の精度低下をさらに効果的に低減することができる。
本発明の発光素子モジュールでは、前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記発光素子は、前記電源端子と前記温度センサーとの間に配置されていることが好ましい。
これにより、例えば、電源端子に接続されている配線と温度センサーに接続されている配線とを離間させ易くすることができる。そのため、発光素子の温度制御の精度低下をより効果的に低減することができる。
本発明の発光素子モジュールでは、前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記ベースは、四角形状の外形をなし、
前記第１外部電極および前記第２外部電極は、それぞれ、前記ベースの互いに異なる角部に配置されていることが好ましい。
これにより、第１外部電極と第２外部電極とを離間して配置することが容易である。
本発明の発光素子モジュールでは、前記ベースの外表面に接触して配置され、前記ベースを放熱する放熱部材を備えることを特徴とする。
これにより、放熱部材によりベースを放熱することができるため、第１外部電極と第２外部電極との間の熱の移動を効果的に低減することができる。
本発明の発光素子モジュールでは、前記放熱部材と前記ベースとの接触部は、前記ベースの前記第２外部電極側よりも前記第１外部電極側に偏在していることが好ましい。
これにより、ペルチェ素子が有する第１基板の温度の影響を受けて温度センサーの検出温度と発光素子の実際の温度との間のずれが大きくなることをより効果的に低減することができる。
本発明の原子発振器は、本発明の発光素子モジュールを備えることを特徴とする。
このような原子発振器によれば、発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる発光素子モジュールを備えるため、発光素子からの光の波長変動を低減し、当該光を利用して優れた発振特性を有する原子発振器を実現することができる。
本発明の電子機器は、本発明の発光素子モジュールを備えることを特徴とする。
このような電子機器によれば、発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる発光素子モジュールを備えるため、質の高い光を利用した特性の高い電子機器を実現することができる。
本発明の移動体は、本発明の発光素子モジュールを備えることを特徴とする。
このような移動体によれば、発光素子の温度制御の精度低下を低減することができる発光素子モジュールを備えるため、質の高い光を利用した特性の高い移動体を実現することができる。
本発明の実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。 図１に示す原子発振器の断面側面図である。 図２に示す原子発振器の平面図である。 図２および図３に示す原子発振器が備える発光素子モジュールの断面図である。 図４に示す発光素子モジュールの平面図である。 図４に示す発光素子モジュールの底面図である。 図４に示す発光素子モジュールが備えるリッドの平面図である。 ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。 本発明の移動体の一例を示す図である。
以下、本発明の発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．原子発振器
まず、本発明の原子発振器（本発明の発光素子モジュールを備える原子発振器）について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る原子発振器を示す概略図である。
図１に示す原子発振器１０は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象とも言う。
この原子発振器１０は、図１に示すように、発光素子モジュール１と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１と原子セルユニット２０との間に設けられている光学系ユニット３０と、発光素子モジュール１および原子セルユニット２０の作動を制御する制御ユニット５０と、を備える。以下、まず、原子発振器１０の概略について説明する。
発光素子モジュール１は、ペルチェ素子２と、発光素子３と、温度センサー４と、を備える。発光素子３は、周波数の異なる２種の光を含んでいる直線偏光の光ＬＬを出射する。また、温度センサー４は、発光素子３の温度を検出する。また、ペルチェ素子２は、発光素子３の温度を調節（発光素子３を加温または冷却）する。
光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、を備える。減光フィルター３０１は、前述した発光素子３からの光ＬＬの強度を減少させる。また、レンズ３０２は、光ＬＬの放射角度を調整する（例えば光ＬＬを平行光とする）。また、１／４波長板３０３は、光ＬＬに含まれる周波数の異なる２種の光を直線偏光から円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換する。
原子セルユニット２０は、原子セル２０１と、受光素子２０２と、ヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、を備える。
原子セル２０１は、光透過性を有し、原子セル２０１内には、アルカリ金属が封入されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる２つの基底準位と励起準位とからなる３準位系のエネルギー準位を有する。原子セル２０１には、発光素子３からの光ＬＬが減光フィルター３０１、レンズ３０２および１／４波長板３０３を介して入射する。そして、受光素子２０２は、原子セル２０１を通過した光ＬＬを受光し、検出する。
ヒーター２０３は、原子セル２０１内のアルカリ金属を加熱し、そのアルカリ金属の少なくとも一部をガス状態とする。また、温度センサー２０４は、原子セル２０１の温度を検出する。コイル２０５は、原子セル２０１内のアルカリ金属に所定方向の磁場を印加し、そのアルカリ金属原子のエネルギー準位をゼーマン分裂させる。このようにアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、前述したような円偏光の共鳴光対がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号が大きくなり、その結果、原子発振器１０の発振特性を向上させることができる。
制御ユニット５０は、温度制御部５０１と、光源制御部５０２と、磁場制御部５０３と、温度制御部５０４と、を備える。温度制御部５０１は、温度センサー２０４の検出結果に基づいて、原子セル２０１内が所望の温度となるように、ヒーター２０３への通電を制御する。また、磁場制御部５０３は、コイル２０５が発生する磁場が一定となるように、コイル２０５への通電を制御する。また、温度制御部５０４は、温度センサー４の検出結果に基づいて、発光素子３の温度が所望の温度（温度領域内）となるように、ペルチェ素子２への通電を制御する。
光源制御部５０２は、受光素子２０２の検出結果に基づいて、ＥＩＴ現象が生じるように、発光素子３からの光ＬＬに含まれる２種の光の周波数を制御する。ここで、これら２種の光が原子セル２０１内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、ＥＩＴ現象が生じる。また、光源制御部５０２は、前述した２種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される電圧制御型水晶発振器（図示せず）を備えており、この電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）の出力信号を原子発振器１０の出力信号（クロック信号）として出力する。
以上、原子発振器１０の概略について説明した。以下、図２および図３に基づいて、原子発振器１０のより具体的な構成について説明する。
図２は、図１に示す原子発振器の断面側面図である。図３は、図２に示す原子発振器の平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。
図２に示すように、原子発振器１０は、発光素子モジュール１と、原子セルユニット２０と、発光素子モジュール１を保持している光学系ユニット３０と、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０を一括して支持している支持部材４０と、発光素子モジュール１および原子セルユニット２０に電気的に接続されている制御ユニット５０と、これらを収納しているパッケージ６０と、を備えている。
発光素子モジュール１は、ペルチェ素子２と、発光素子３と、温度センサー４と、これらを収納しているパッケージ５と、放熱部材５７と、を有している。なお、発光素子モジュール１については、後に詳述する。
光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１と、レンズ３０２と、１／４波長板３０３と、これらを保持しているホルダー３０４と、を有している。ここで、ホルダー３０４は、両端が開口した柱状の貫通孔３０５を有する。この貫通孔３０５は、光ＬＬの通過領域であり、貫通孔３０５内には、減光フィルター３０１、レンズ３０２および１／４波長板３０３がこの順で配置されている。図３に示すように、減光フィルター３０１は、光軸ａを法線とする面に対して傾斜した姿勢で、図示しない接着剤等によりホルダー３０４に対して固定されている。レンズ３０２および１／４波長板３０３は、それぞれ、光軸ａ法線とする面に沿った姿勢で、図示しない接着剤等によりホルダー３０４に対して固定されている。また、貫通孔３０５の減光フィルター３０１側（図２中の左側）の端部には、発光素子モジュール１が取り付けられている。このようなホルダー３０４は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。これにより、発光素子モジュール１の放熱を効率的に行うことができる。
なお、光学系ユニット３０は、発光素子３からの光ＬＬの強度、放射角度等によっては、減光フィルター３０１およびレンズ３０２のうちの少なくとも一方を省略することができる。また、光学系ユニット３０は、減光フィルター３０１、レンズ３０２および１／４波長板３０３以外の光学素子を有していてもよい。また、減光フィルター３０１、レンズ３０２および１／４波長板３０３の配置順は、図示の順に限定されず、任意である。
原子セルユニット２０は、原子セル２０１と、受光素子２０２と、ヒーター２０３と、温度センサー２０４と、コイル２０５と、これらを収納しているパッケージ２０６と、を備える。
原子セル２０１内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、原子セル２０１内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
図示しないが、原子セル２０１は、例えば、柱状の貫通孔を有する胴体部と、その胴体部の貫通孔の両開口を封鎖して気密封止された内部空間を形成している１対の窓部と、を有する。ここで、１対の窓部のうち、一方の窓部には、原子セル２０１内へ入射する光ＬＬが透過し、他方の窓部には、原子セル２０１内から出射した光ＬＬが透過する。したがって、各窓部の構成材料としては、光ＬＬに対する透過性を有していればよく、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。一方、胴体部の構成材料としては、特に限定されず、金属材料、樹脂材料、ガラス材料、シリコン材料、水晶等が挙げられるが、加工性や各窓部との接合の観点から、ガラス材料、シリコン材料を用いるのが好ましい。また、胴体部と各窓部との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
受光素子２０２は、原子セル２０１に対して発光素子モジュール１とは反対側に配置されている。この受光素子２０２としては、原子セル２０１内を透過した光ＬＬ（共鳴光対）の強度を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）が挙げられる。
ヒーター２０３は、図示しないが、例えば、前述した原子セル２０１上に配置されているか、または、金属等の熱伝導性部材を介して原子セル２０１に接続されている。このヒーター２０３としては、原子セル２０１（より具体的には原子セル２０１内のアルカリ金属）を加熱することができれば、特に限定されないが、例えば、発熱抵抗体を有する各種ヒーター、ペルチェ素子等が挙げられる。
温度センサー２０４は、図示しないが、例えば、原子セル２０１またはヒーター２０３の近傍に配置されている。この温度センサー２０４としては、原子セル２０１またはヒーター２０３の温度を検出することができれば、特に限定されないが、例えば、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーが挙げられる。
コイル２０５は、図示しないが、例えば、原子セル２０１の外周に沿って巻回して設けられているソレノイド型のコイル、または、原子セル２０１を介して対向するヘルムホルツ型の１対のコイルである。このコイル２０５は、原子セル２０１内に光ＬＬの光軸ａに沿った方向（平行な方向）の磁場を発生させる。これにより、原子セル２０１内のアルカリ金属原子の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップをゼーマン分裂により拡げて、分解能を向上させ、ＥＩＴ信号の線幅を小さくすることができる。なお、コイル２０５が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
パッケージ２０６は、図示しないが、例えば、板状の基体と、この基体に接合されている蓋体と、を備え、これらの間に、前述した原子セル２０１、受光素子２０２、ヒーター２０３、温度センサー２０４およびコイル２０５を収納している気密空間を形成している。ここで、基体は、原子セル２０１、受光素子２０２、ヒーター２０３、温度センサー２０４およびコイル２０５を直接的または間接的に支持している。また、基体の外表面には、受光素子２０２、ヒーター２０３、温度センサー２０４およびコイル２０５に電気的に接続されている複数の端子が設けられている。一方、蓋体は、一端部が開口した有底筒状をなし、その開口が基体により塞がれている。また、蓋体の他端部（底部）には、光ＬＬに対する透過性を有する窓部２０７が設けられている。
このようなパッケージ２０６の基体および蓋体の窓部以外の部分の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、セラミックス、金属等が挙げられる。また、窓部２０７の構成材料としては、例えば、ガラス材料等が挙げられる。また、基体と蓋体との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接（レーザー溶接、電子線溶接等）等が挙げられる。また、パッケージ２０６内は、大気圧よりも減圧されていることが好ましい。これにより、簡単かつ高精度に、原子セル２０１の温度を制御することができる。その結果、原子発振器１０の特性を向上させることができる。
支持部材４０は、板状をなし、その一方の面上には、前述した原子セルユニット２０および光学系ユニット３０が載置されている。この支持部材４０は、光学系ユニット３０のホルダー３０４の下面の形状に沿った設置面４０１を有する。この設置面４０１には、段差部４０２が形成されている。この段差部４０２は、ホルダー３０４の下面の段差部と係合して、ホルダー３０４が原子セルユニット２０側（図２中右側）へ移動するのを規制する。同様に、支持部材４０は、原子セルユニット２０のパッケージ２０６の下面の形状に沿った設置面４０３を有する。この設置面４０３には、段差部４０４が形成されている。この段差部４０４は、パッケージ２０６の端面（図２中左側の端面）と係合して、パッケージ２０６が光学系ユニット３０側（図２中左側）へ移動するのを規制する。
このように、支持部材４０により原子セルユニット２０および光学系ユニット３０の相対的な位置関係を規定することができる。ここで、発光素子モジュール１がホルダー３０４に対して固定されているため、原子セルユニット２０および光学系ユニット３０に対する発光素子モジュール１の相対的な位置関係も規定されることとなる。ここで、パッケージ２０６およびホルダー３０４は、それぞれ、図示しないネジ等の固定部材により、支持部材４０に対して固定されている。また、支持部材４０は、図示しないネジ等の固定部材により、パッケージ６０に対して固定されている。また、支持部材４０は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されており、放熱性を有する。これにより、発光素子モジュール１の放熱を効率的に行うことができる。
図３に示すように、制御ユニット５０は、回路基板５０５と、回路基板５０５上に設けられている２つのコネクター５０６ａ、５０６ｂと、発光素子モジュール１に接続されているリジット配線基板５０７ａと、原子セルユニット２０に接続されているリジット配線基板５０７ｂと、コネクター５０６ａとリジット配線基板５０７ａとが接続されているフレキシブル配線基板５０８ａと、コネクター５０６ｂとリジット配線基板５０７ｂとが接続されているフレキシブル配線基板５０８ｂと、回路基板５０５を貫通している複数のリードピン５０９と、を有する。
ここで、回路基板５０５には、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ（図示せず）が設けられ、このＩＣチップが前述した温度制御部５０１、光源制御部５０２、磁場制御部５０３および温度制御部５０４として機能する。また、回路基板５０５は、前述した支持部材４０が挿通されている貫通孔５０５１を有する。また、回路基板５０５は、複数のリードピン５０９を介してパッケージ６０に対して支持されている。複数のリードピン５０９は、回路基板５０５に電気的に接続されている。
なお、回路基板５０５と発光素子モジュール１とを電気的に接続する構成、および、回路基板５０５と原子セルユニット２０とを電気的に接続する構成は、図示のコネクター５０６ａ、５０６ｂ、リジット配線基板５０７ａ、５０７ｂおよびフレキシブル配線基板５０８ａ、５０８ｂに限定されず、それぞれ、他の公知のコネクターおよび配線であってもよい。
パッケージ６０は、例えば、コバール等の金属材料で構成されており、磁気シールド性を有する。これにより、外部磁場が原子発振器１０の特性に悪影響を与えるのを低減することができる。なお、パッケージ６０内は、減圧されていてもよいし、大気圧であってもよい。
（発光素子モジュールの詳細な説明）
図４は、図２および図３に示す原子発振器が備える発光素子モジュールの断面図である。図５は、図４に示す発光素子モジュールの平面図である。図６は、図４に示す発光素子モジュールの底面図である。図７は、図４に示す発光素子モジュールが備えるリッドの平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図４中の上側を「上」、下側を「下」ともいう。また、「平面視」とは、光軸ａ方向、すなわち発光素子３とペルチェ素子２とが重なる方向から見た状態を言う。
発光素子モジュール１は、図４に示すように、ペルチェ素子２、発光素子３および温度センサー４と、これらを収納しているパッケージ５と、放熱部材５７と、を有している。パッケージ５は、ベース５１とリッド５２とを有し、ベース５１の外表面に放熱部材５７が接触して配置されている。
パッケージ５は、平面視で四角形状をなし、上面に開放する凹部５１１を有するベース５１と、凹部５１１の開口（上部開口）を塞ぐリッド５２とを有し、ベース５１とリッド５２との間に、ペルチェ素子２、発光素子３および温度センサー４を収納している気密空間である内部空間Ｓを形成している。ベース５１の底部には、凹部５１１の内外を連通する孔５８２が形成されている。この孔５８２内には、各種金属材料等で構成された封止材５９が充填されている。これにより、孔５８２は、封止されている。このような孔５８２は、内部空間Ｓを真空引きするために用いることができる。孔５８２を介して内部空間Ｓから空気を除去した後、封止材５９で孔５８２を封止する。これにより、内部空間Ｓを気密空間にすることができる。特に、内部空間Ｓ内は、減圧（真空）状態であることが好ましい。これにより、パッケージ５の外部の温度変化がパッケージ５内の発光素子３や温度センサー４等に与える影響を低減し、パッケージ５内の発光素子３や温度センサー４等の温度変動を低減することができる。なお、パッケージ５内は、減圧状態でなくともよく、また、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
ベース５１の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有し、かつ、内部空間Ｓを気密空間とするのに適した材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物系セラミックス、炭化珪素等の炭化物系セラミックス等の各種セラミックスなどを用いることができる。
また、ベース５１の凹部５１１の底面には、接地電極５８が設けられている。接地電極５８は、例えば、外部から内部空間Ｓ内への電磁波等の侵入を遮蔽する機能を有する。図４および図５に示すように、接地電極５８は、孔５８２を露出するように形成された欠損部５８１を有し、凹部５１１の底面のほぼ全域に形成されている。本実施形態では、凹部５１１の底面は、平面視で四角形状（矩形状）であり、孔５８２および欠損部５８１は、凹部５１１の底面の一方の短辺側（図５中の右側）に位置している。特に、孔５８２および欠損部５８１は、一方の短辺側の中央に位置している。
また、ベース５１は、凹部５１１の底面よりも上側に形成されている段差部５１２を有している。段差部５１２は、平面視で四角形状をなす凹部５１１の底面の外周を囲む四角形の枠状をなす。
図５に示すように、段差部５１２の上面には、２つの第１内部電極６２ａ、６２ｂ（内部電極）と、２つの第３内部電極６２ｃ、６２ｄ（内部電極）と、２つの第２内部電極６２ｅ、６２ｆ（内部電極）と、が設けられている。第１内部電極６２ａ、６２ｂおよび第２内部電極６２ｅ、６２ｆは、それぞれ、四角形の枠状をなす段差部５１２の角部に設けられている。第３内部電極６２ｃは、平面視で、第１内部電極６２ａと第２内部電極６２ｅとの間にこれらと離間して設けられている。第３内部電極６２ｄは、平面視で、第１内部電極６２ｂと第２内部電極６２ｆとの間にこれらと離間して設けられている。
図６に示すように、ベース５１の下面には、２つの第１外部電極６１ａ、６１ｂ（外部電極）と、２つの第３外部電極６１ｃ、６１ｄ（外部電極）と、２つの第２外部電極６１ｅ、６１ｆ（外部電極）と、が設けられている。第１外部電極６１ａ、６１ｂおよび第２外部電極６１ｅ、６１ｆは、それぞれ、平面視で四角形状をなすベース５１の下面の角部に設けられている。第３外部電極６１ｃは、平面視で、第１外部電極６１ａと第２外部電極６１ｅとの間にこれらと離間して設けられている。第３外部電極６１ｄは、平面視で、第１外部電極６１ｂと第２外部電極６１ｆとの間にこれらと離間して設けられている。
図５に示すように、前述した第１内部電極６２ａ、第１内部電極６２ｂ、第３内部電極６２ｃ、第３内部電極６２ｄ、第２内部電極６２ｅ、第２内部電極６２ｆ（以下、「内部電極６２ａ〜６２ｆ」ともいう）は、それぞれ、平面視で、第１外部電極６１ａ、第１外部電極６１ｂ、第３外部電極６１ｃ、第３外部電極６１ｄ、第２外部電極６１ｅ、第２外部電極６１ｆ（以下、「外部電極６１ａ〜６１ｆ」ともいう）と重なる部分を有する。また、内部電極６２ａ〜６２ｆは、それぞれ、ベース５１を貫通する図示しない貫通電極を介して外部電極６１ａ〜６１ｆに電気的に接続されている。
内部電極６２ａ〜６２ｆおよび外部電極６１ａ〜６１ｆ等の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料が挙げられる。
また、ベース５１の上端面には、枠状（環状）のシールリング５３が設けられている。このシールリング５３は、例えば、コバール等の金属材料で構成され、ろう付け等によりベース５１に対して接合されている。このようなシールリング５３を介してベース５１にシーム溶接等によりリッド５２が接合されている。
図４および図７に示すように、リッド５２は、板状をなす本体部５４と、本体部５４上に設けられている筒状の突出部５５と、突出部５５の内側に形成された孔５５１（開口）を塞いでいる窓部５６と、を有している。
本体部５４は、突出部５５を支持している第１部分５４ａと、ベース５１（より具体的にはシールリング５３を介してベース５１）に接合されている第２部分５４ｂと、第１、第２部分５４ａ、５４ｂ間を繋いでいる第３部分５４ｃと、を有している。ここで、第２、第３部分５４ｂ、５４ｃの厚さｔ２、ｔ３は、それぞれ、第１部分５４ａの厚さｔ１よりも薄くなっている。また、第２部分５４ｂの厚さｔ２および第３部分５４ｃの厚さｔ３は、互いに等しい。本実施形態では、本体部５４の厚さｔ２の外周部を平面視でシールリング５３の内周縁５３１を境界として２つの部分に分けて捉えたとき、その２つの部分のうち、外側の部分が第２部分５４ｂであり、内側の部分が第３部分５４ｃであるとも言える。また、第１部分５４ａの外周部は、第３部分５４ｃに向けて厚さが連続的に薄くなっており、これにより、第１部分５４ａの上面および下面が第３部分５４ｃの上面および下面と連続的に繋がっている。また、第１部分５４ａには、その厚さ方向に貫通している孔５４１が形成されている。この孔５４１は、発光素子３からの光ＬＬの少なくとも一部を通過させる。このような本体部５４の構成材料としては、特に限定されないが、金属材料が好適に用いられ、その中でも、ベース５１の構成材料と線膨張係数が近似する金属材料を用いることが好ましい。したがって、例えば、ベース５１をセラミックス基板とした場合には、本体部５４の構成材料としてはコバール等の合金を用いることが好ましい。
突出部５５は、その内側に、前述した本体部５４の孔５４１に連通している孔５５１と、孔５５１に対して孔５４１とは反対側で孔５５１に連通している孔５５２と、を有している。これら孔５５１、５５２は、それぞれ、発光素子３からの光ＬＬの少なくとも一部を通過させる。ここで、孔５５２の幅（径）は、孔５５１の幅（径）よりも大きくなっており、これにより、孔５５１と孔５５２との間には、段差部５５３が形成されている。この段差部５５３は、前述した本体部５４の板面５４０（上面）に対して傾斜角度θで傾斜している。また、図７に示すように、突出部５５の外周面には、円筒面に沿った１対の曲面部５５５と、この１対の曲面部５５５間に設けられている平坦な１対の平坦部５５４と、を有する。１対の平坦部５５４は、平面視で本体部５４の第１部分５４ａの外形に沿っており、これにより、前述した本体部５４の第３部分５４ｃを確保している。また、このような１対の平坦部５５４を設けることで、ベース５１とリッド５２との溶接が容易となる。また、１対の曲面部５５５を設けることで、突出部５５の必要な機械的強度を確保することができる。
このような突出部５５の構成材料としては、本体部５４の構成材料と異なっていてもよいが、本体部５４の構成材料と線膨張係数が近似する金属材料を用いることが好ましく、本体部５４の構成材料と同じであることがより好ましい。また、突出部５５は、本体部５４とは別体で形成され、公知の接合方法により接合してもよいし、金型等を用いて本体部５４と一体で（一括して）形成してもよい。
孔５５２の内部には、光ＬＬを透過する板状の部材で構成された窓部５６が設置されている。窓部５６は、前述した段差部５５３上に公知の接合法により接合され、前述した突出部５５の孔５５１の孔５５２側の開口を塞いでいる。ここで、前述したように段差部５５３が本体部５４の板面５４０に対して傾斜角度θで傾斜しているため、窓部５６の発光素子３側の面５６０も、本体部５４の板面５４０に対して傾斜角度θで傾斜している。かかる傾斜角度θは、特に限定されないが、５度以上４５度以下であることが好ましい。これにより、発光素子３からの光ＬＬが窓部５６で反射して戻り光として発光素子３に入射して発光素子３の特性に悪影響を与えることを低減することができる。この窓部５６は、発光素子３からの光ＬＬに対する透過性を有する。このような窓部５６の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料等が挙げられる。なお、窓部５６は、レンズ、減光フィルター等の光学部品であってもよい。
なお、窓部５６の発光素子３側の面５６０の傾斜方向は、図示に限定されず、例えば、図７において、窓部５６を時計まわりに３０°、６０°、９０°、１８０°、２１０°回転した状態に配置したものでもよい。
このようなリッド５２は、図４に示すように、本体部５４および突出部５５が前述した光学系ユニット３０のホルダー３０４に係合して位置決めされる。より具体的には、本体部５４の板面５４０がホルダー３０４の位置決め面３０６に当接することで、発光素子３の光軸ａ方向でのリッド５２および発光素子モジュール１の位置決めがなされる。また、突出部５５がホルダー３０４の貫通孔３０５内に挿入された状態で突出部５５の側面（より具体的には、前述した１対の曲面部５５５）が貫通孔３０５の内壁面に当接することで、発光素子３の光軸ａに対して垂直な方向でのリッド５２および発光素子モジュール１の位置決めがなされる。また、このように本体部５４および突出部５５がホルダー３０４に接触することで、金属材料で構成されている放熱性のホルダー３０４からの放熱によりリッド５２の温度を低減することもできる。
このようなパッケージ５のベース５１の下面には、放熱部材５７が接触するように配置されている。放熱部材５７は、ベース５１に接続されている第１部分５７１と、第１部分５７１に繋がり、ベース５１に対して離間している第２部分５７２と、を有する。第２部分５７２は、ベース５１の下面に沿った平板状をなす。また、第１部分５７１とベース５１との接触部は、ベース５１の第２外部電極６１ｆ、６１ｅ側よりも第１外部電極６１ａ、６１ｂ側に偏在している。このような放熱部材５７は、ベース５１を放熱する機能（ヒートシンクとしての機能）を有する。また、放熱部材５７は、ベース５１をホルダー３０４側に押し付けるように、図示しないネジまたは接着剤等によりホルダー３０４に固定されている。なお、放熱部材５７の形状は、特に限定されず、例えば、複数の放熱フィンを有するようなものであってもよい。これにより、放熱性を高めることができる。
このような放熱部材５７の構成材料としては、ベース５１の構成材料を考慮して放熱部材５７がベース５１を放熱する機能を発揮できれば如何なる材料であってもよく、例えば、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金、ステンレス、鋼等の金属材料等が挙げられる。
また、放熱部材５７の熱伝導率は、ベース５１の熱伝導率よりも高いことが好ましい。具体的には、放熱部材５７の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましく、４０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることがより好ましく、１００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることがさらに好ましい。
また、パッケージ５のベース５１の凹部５１１の底面には、接地電極５８を介してペルチェ素子２が配置されている。ペルチェ素子２は、接地電極５８に対して例えば接着剤により固定されている。ペルチェ素子２は、図４に示すように、第１基板２１（基板）と、第１基板２１に対向する第２基板２２（基板）と、第１基板２１と第２基板２２との間に設けられている接合体２３と、を有する。第１基板２１および第２基板２２は、それぞれ、金属材料、セラミックス材料等の熱伝導性に優れる材料で構成されている。また、第１基板２１の表面および第２基板２２の表面には、それぞれ、必要に応じて、絶縁膜が設けられている。このような第１基板２１の下面は、接地電極５８を介してパッケージ５のベース５１に固定され、一方、第１基板２１の上面には、図５に示すように、１対の電源端子２４、２５が設けられている。また、第２基板２２は、１対の電源端子２４、２５を露出するように設けられている。そして、１対の電源端子２４、２５は、ワイヤー配線（ボンディングワイヤー）である配線８１ａ、８１ｂを介して、パッケージ５に設けられた第１内部電極６２ａ、６２ｂに電気的に接続されている。接合体２３は、１対の電源端子２４、２５からの通電によりペルチェ効果を生じる互いに異なる２種の金属または半導体の接合体を複数含んで構成されている。
このようなペルチェ素子２は、接合体２３で生じるペルチェ効果により、第１基板２１および第２基板２２のうち、一方の基板が発熱側、他方が吸熱側となる。すなわち、第１基板２１と第２基板２２とは、温度差を生じる。ここで、ペルチェ素子２は、供給される電流の向きにより、第１基板２１が発熱側となるとともに第２基板２２が吸熱側となる状態と、第１基板２１が吸熱側となるとともに第２基板２２が発熱側となる状態と、を切り換えることができる。そのため、環境温度の範囲が広くても、発光素子３等を所望の温度（目標温度）に温度調節することができる。これにより、温度変化による悪影響（例えば、光ＬＬの波長変動）をより低減することができる。ここで、発光素子３の目標温度は、発光素子３の特性に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、３０℃以上４０℃以下程度である。発光素子３の温度をこの目標温度に保つべく、温度センサー４からの情報に基づいて、ペルチェ素子２を適時作動させ、発光素子３を加温したり、冷却したりする。
また、ペルチェ素子２は、第２基板２２の上面に設けられている金属層２６（図４中省略）を有する。この金属層２６は、例えば、アルミニウム、金、銀等の熱伝導性に優れる金属で構成されており、この金属層２６の上面には、発光素子３、温度センサー４および中継部材７１、７２が配置されている。
発光素子３は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザーである。半導体レーザーは、直流バイアス電流に高周波信号を重畳して（変調を掛けて）用いることにより、波長の異なる２種の光を出射させることができる。この発光素子３は、図示しない１対の端子を有しており、この１対の端子は、一方の端子が駆動信号用の端子であり、他方の端子が接地用の端子である。駆動信号用の端子は、配線８２ａ、中継部材７１および配線８２ｂを介して、パッケージ５に設けられた第３内部電極６２ｃに電気的に接続されている。一方、接地用の端子は、配線８２ｃ、金属層２６および配線８２ｄを介して、パッケージ５に設けられた第３内部電極６２ｄに電気的に接続されている。
温度センサー４は、例えば、サーミスタ、熱電対等の温度検出素子である。この温度センサー４は、図示しない１対の端子を有しており、この１対の端子は、一方の端子が検出信号用の端子であり、他方の端子が接地用の端子である。検出信号用の端子は、配線８３ａ、中継部材７２および配線８３ｂを介して、パッケージ５に設けられた第２内部電極６２ｅに電気的に接続されている。一方、接地用の端子は、金属層２６および配線８３ｃを介して、パッケージ５に設けられた第２内部電極６２ｆに電気的に接続されている。
配線８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８３ａ、８３ｂ、８３ｃは、それぞれ、ワイヤー配線（ボンディングワイヤー）である。ここで、配線８２ｂが複数のワイヤー配線で構成されている。これにより、配線８２ｂの電気抵抗を小さくし、発光素子３に供給する駆動信号の損失を低減することができる。同様の観点から、配線８２ｃ、８２ｄもそれぞれ複数のワイヤー配線で構成されている。
中継部材７１は、絶縁性を有する基部７１１と、基部７１１の上面に設けられている導電性の配線層７１２と、を有している。基部７１１は、例えば、セラミックス材料で構成されている。この基部７１１の下面には、図示しない金属層が接合されているとともに、この金属層がろう材等の接合材（図示せず）を介して金属層２６に接合されている。また、配線層７１２は、前述した内部電極６２ａ〜６２ｆ等と同様の材料で構成されている。また、配線層７１２は、長手形状をなし、基部７１１の上面の一部に形成されている。これにより、配線層７１２と金属層２６との間の静電容量を小さくし、発光素子３に供給する駆動信号として高周波信号を用いても、駆動信号の損失を低減することができる。また、基部７１１の大きさをある程度確保し、その結果、中継部材７１を実装しやすくすることができる。
このような中継部材７１等を経由して、発光素子３と第３内部電極６２ｃ、６２ｄとの電気的な接続を行うことにより、配線８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄもペルチェ素子２により温度調節される。そのため、かかる配線８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄの温度変動が低減され、それに伴って、発光素子３の温度変動も低減することができる。
中継部材７２は、前述した中継部材７１と同様に構成することができる。ただし、温度センサー４には高周波信号を用いないため、中継部材７２が有する配線層は、基部の上面の全域にわたって設けられていてもよい。
このような中継部材７２等を経由して、温度センサー４と第２内部電極６２ｅ、６２ｆの電気的接続を行うことにより、配線８３ａ、８３ｂ、８３ｃもペルチェ素子２により温度調節される。そのため、かかる配線８３ａ、８３ｂ、８３ｃの温度変動が低減され、それに伴って、温度センサー４の温度変動も低減することができる。すなわち、温度センサー４が第２内部電極６２ｅ、６２ｆからの熱の影響を受け難くすることができる。そのため、温度センサー４の検出精度を高めることができ、その結果、発光素子３の温度を高精度に制御することができる。
以上説明したように構成されている発光素子モジュール１は、前述したように、第１基板２１と、第１基板２１と温度差を生じる第２基板２２と、第１基板２１に設けられた電源端子２４、２５とを有するペルチェ素子２と、ペルチェ素子２の第２基板２２側に設けられ、ペルチェ素子２により温度調節される発光素子３と、ペルチェ素子２の第２基板２２側に設けられ、発光素子３の温度を検出する温度センサー４と、ベース５１と、ベース５１に接合され、ペルチェ素子２、発光素子３および温度センサー４を収納している内部空間Ｓをベース５１との間に形成しているリッド５２とを有するパッケージ５と、を有する。また、発光素子モジュール１は、ベース５１の外表面（本実施形態では下面）に設けられ、電源端子２４、２５に電気的に接続された第１外部電極６１ａ、６１ｂと、ベース５１の外表面（下面）に設けられ、温度センサー４に電気的に接続された第２外部電極６１ｅ、６１ｆと、ベース５１の外表面（下面）に設けられ、発光素子３に電気的に接続された第３外部電極６１ｃ、６１ｄと、を備える。そして、発光素子３とペルチェ素子２とが重なる方向から見て（平面視で）、第３外部電極６１ｃ、６１ｄは、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間に配置されている（図５および図６参照）。
ここで、前述したように、ペルチェ素子２が有する第１基板２１と第２基板２２との間には、温度差が生じる。そして、第１外部電極６１ａ、６１ｂは、配線８１ａ、８１ｂおよび第１内部電極６２ａ、６２ｂを介して、ペルチェ素子２が有する第１基板２１の温度の影響を受ける。これに対し、第２外部電極６１ｅ、６１ｆは、配線８３ａ、８３ｂ、８３ｃおよび第２外部電極６１ｅ、６１ｆを介して、ペルチェ素子２が有する第２基板２２の温度の影響を受ける。このため、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間には、温度差が生じる。
発光素子モジュール１では、図６に示すように、第３外部電極６１ｃ、６１ｄを第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間に配置することで、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間の距離ｄ１、ｄ２を大きくすることができる。このため、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間に温度差が生じることによる第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間の熱の移動を低減することができる。これにより、ペルチェ素子２が有する第１基板２１の温度の影響を受けて温度センサー４の検出温度と発光素子３の実際の温度との間のずれが大きくなることを低減することができる。その結果、発光素子３の温度制御の精度低下を低減することができる。
また、ベース５１の内表面（本実施形態では、凹部５１１の底面）に設けられ、電源端子２４、２５および第１外部電極６１ａ、６１ｂのそれぞれに電気的に接続された第１内部電極６２ａ、６２ｂと、ベース５１の内表面（凹部５１１の底面）に設けられ、温度センサー４および第２外部電極６１ｅ、６１ｆのそれぞれに電気的に接続された第２内部電極６２ｅ、６２ｆと、ベース５１の内表面（凹部５１１の底面）に設けられ、発光素子３および第３外部電極６１ｃ、６１ｄのそれぞれに電気的に接続された第３内部電極６２ｃ、６２ｄと、を備えている。そして、発光素子３とペルチェ素子２とが重なる方向から見て（平面視で）、第３内部電極６２ｃ、６２ｄは、第１内部電極６２ａ、６２ｂと第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間に配置されている（図５参照）。
これにより、第１内部電極６２ａ、６２ｂと第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間の距離を大きくすることができる。このため、第１内部電極６２ａ、６２ｂと第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間の熱の移動を低減することができる。そのため、ペルチェ素子２が有する第１基板２１の温度の影響を受けて温度センサー４の検出温度と発光素子３の実際の温度との間のずれが大きくなることをより低減することができる。それゆえ、発光素子３の温度制御の精度低下をさらに効果的に低減することができる。
さらに、発光素子３とペルチェ素子とが重なる方向から見て（平面視で）、第１内部電極６２ａと第１外部電極６１ａとは、重なる部分を有し、第２内部電極６２ｅと第２外部電極６１ｅとは、重なる部分を有し、第３内部電極６２ｃと第３外部電極６１ｃとは、重なる部分を有する。同様に、平面視で、第１内部電極６２ｂと第１外部電極６１ｂとは、重なる部分を有し、第２内部電極６２ｆと第２外部電極６１ｆとは、重なる部分を有し、第３内部電極６２ｄと第３外部電極６１ｄとは、重なる部分を有する（図５参照）。
これにより、第１内部電極６２ａ、６２ｂと第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間の距離を大きくすることができる。そのため、発光素子３の温度制御の精度低下をさらに効果的に低減することができる。特に、前述したように、平面視で第３内部電極６２ｃ、６２ｄが第１内部電極６２ａ、６２ｂと第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間に配置されており、内部電極６２ａ〜６２ｆが、それぞれ平面視で外部電極６１ａ〜６１ｆと重なる部分を有することで、発光素子３の温度制御の精度低下を低減する効果をより顕著に発揮することができる。
また、前述したように、発光素子３とペルチェ素子２とが重なる方向から見て（平面視で）、ベース５１は、四角形状の外形をなしている。また、第１外部電極６１ａ、６１ｂおよび第２外部電極６１ｅ、６１ｆは、それぞれ、ベース５１（本実施形態では、ベース５１の裏面）の互いに異なる角部に配置されている。同様に、第１外部電極６１ｂおよび第２外部電極６１ｆは、それぞれ、ベース５１（本実施形態では、ベース５１の裏面）の互いに異なる角部に配置されている。これにより、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとを離間して配置することが容易である。
同様に、第１内部電極６２ａ、６２ｂおよび第２内部電極６２ｅ、６２ｆは、それぞれ、凹部５１１の底面の角部に配置されている。このため、第２内部電極６２ｅ、６２ｆおよび第２外部電極６１ｅ、６１ｆとを離間して配置することも容易である。
また、発光素子３とペルチェ素子２とが重なる方向から見て（平面視で）、発光素子３は、電源端子２４、２５と温度センサー４との間に配置されている（図５参照）。
これにより、電源端子２４、２５に電気的に接続されている配線８１ａ、８１ｂと、温度センサー４に電気的に接続されている配線８３ａ、８３ｂ、８３ｃとを離間させ易くすることができる。そのため、発光素子３の温度制御の精度低下をより効果的に低減することができる。また、発光素子３が、平面視で、ベース５１の中央部に配置されていることで、発光素子３からの光ＬＬの光軸ａを光学系ユニット３０や原子セルユニット２０に対して位置合わせし易い。また、前述した第３内部電極６２ｄが、平面視で、ベース５１の長手方向における中央部に配置されている。このように、第３内部電極６２ｄが第１内部電極６２ｂと第２内部電極６２ｆとの間のスペースを利用して配置されていることで、発光素子３と第３内部電極６２ｄを接続する配線８２ｄの長さを比較的短くすることができる。これにより、発光素子３に供給する駆動信号として高周波信号を用いても、駆動信号の損失を低減することができる。なお、第３内部電極６２ｃについても同様である。
また、前述したように、発光素子モジュール１は、ベース５１の外表面（本実施形態では、下面）に接触して配置され、ベース５１を放熱する放熱部材５７を備える。これにより、放熱部材５７によりベース５１を放熱することができるため、第１外部電極６１ａ、６１ｂと第２外部電極６１ｅ、６１ｆとの間の熱の移動を効果的に低減することができる。
また、放熱部材５７とベース５１との接触部（第１部分５７１の上面）は、ベース５１の第２外部電極６１ｅ、６１ｆ側よりも第１外部電極６１ａ、６１ｂ側に偏在している（図４および図６参照）。これにより、ペルチェ素子２が有する第１基板２１の温度の影響を受けて温度センサー４の検出温度と発光素子３の実際の温度との間のずれが大きくなることをより低減することができる。
また、前述したように、パッケージ５の内部空間Ｓは、大気圧よりも減圧されていることが好ましい。これにより、パッケージ５の外部の温度変化により発光素子３の温度が変動するのを効果的に低減することができる。また、このように内部空間Ｓが減圧されている場合、ペルチェ素子２の第１基板２１の温度の影響を受ける配線８１ａ、８１ｂおよび第１内部電極６２ａ、６２ｂと、ペルチェ素子２の第２基板２２の温度の影響を受ける配線８３ａ、８３ｂ、８３ｃおよび第２内部電極６２ｅ、６２ｆとの間の熱の移動をより低減することができる。このため、ペルチェ素子２が有する第１基板２１の温度の影響を受けて温度センサー４の検出温度と発光素子３の実際の温度との間のずれが大きくなることをより効果的に低減することができる。
以上説明したような原子発振器１０は、前述したような発光素子モジュール１を備える。発光素子モジュール１を備えることにより、発光素子３の温度制御の精度低下を低減することができる。そのため、発光素子３からの光ＬＬの波長変動を低減し、光ＬＬを利用して優れた発振特性を有する原子発振器１０を実現することができる。
２．電子機器
以上説明したような発光素子モジュール１および原子発振器１０は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、本発明の電子機器について説明する。
図８は、ＧＰＳ衛星を利用した測位システムに本発明の原子発振器を用いた場合の概略構成を示す図である。
図８に示す測位システム１１００は、ＧＰＳ衛星１２００と、基地局装置１３００と、ＧＰＳ受信装置１４００とで構成されている。
ＧＰＳ衛星１２００は、測位情報（ＧＰＳ信号）を送信する。
基地局装置１３００は、例えば電子基準点（ＧＰＳ連続観測局）に設置されたアンテナ１３０１を介してＧＰＳ衛星１２００からの測位情報を高精度に受信する受信装置１３０２と、この受信装置１３０２で受信した測位情報をアンテナ１３０３を介して送信する送信装置１３０４とを備える。
ここで、受信装置１３０２は、その基準周波数発振源として前述した本発明の原子発振器１０（発光素子モジュール１）を備える電子機器である。また、受信装置１３０２で受信された測位情報は、リアルタイムで送信装置１３０４により送信される。
ＧＰＳ受信装置１４００は、ＧＰＳ衛星１２００からの測位情報をアンテナ１４０１を介して受信する衛星受信部１４０２と、基地局装置１３００からの測位情報をアンテナ１４０３を介して受信する基地局受信部１４０４とを備える。
以上のような測位システム１１００が備える「電子機器」である受信装置１３０２は、前述した発光素子モジュール１を備える。これにより、発光素子３の温度制御の精度低下を低減することができる。このため、発光素子３からの光ＬＬを利用した特性の高い受信装置１３０２を実現することができる。
なお、本発明の発光素子モジュールを備える電子機器は、前述したものに限定されず、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、携帯電話機、ディジタルスチルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、地上デジタル放送、携帯電話基地局等に適用することができる。
３．移動体
図９は、本発明の移動体の一例を示す図である。
この図において、移動体１５００は、車体１５０１と、４つの車輪１５０２とを有しており、車体１５０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪１５０２を回転させるように構成されている。このような移動体１５００には、原子発振器１０（発光素子モジュール１）が内蔵されている。
以上のような移動体１５００は、前述した発光素子モジュール１を備える。これにより、発光素子３の温度制御の精度低下を低減することができる。このため、発光素子３からの光ＬＬを利用した特性の高い移動体１５００を実現することができる。
以上、本発明の発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果を利用してセシウム等を共鳴遷移させる原子発振器に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されず、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用してルビジウム等を共鳴遷移させる原子発振器にも適用可能である。
また、前述した実施形態では、本発明の発光素子モジュールを原子発振器に用いた場合を例に説明したが、これに限定されず、発光素子を用いるあらゆるデバイスに用いることができる。例えば、本発明の発光素子モジュールは、磁気センサー、量子メモリー等にも適用可能である。
また、前述した実施形態では、ベースが平面視で四角形である場合を例に説明したが、ベースの平面視における形状はこれに限定されず、例えば、四角形以外の多角形や円形等であってもよい。
また、前述した実施形態では、ベースの下面に第１外部電極、第２外部電極および第３外部電極が設けられている場合を例に説明したが、これら第１外部電極、第２外部電極および第３外部電極は、発光素子とペルチェ素子とが重なる方向から見て、第３外部電極が第１外部電極と第２外部電極との間に配置されていれば、ベースの下面以外の外表面に設けられていてもよい。
１…発光素子モジュール、２…ペルチェ素子、３…発光素子、４…温度センサー、５…パッケージ、１０…原子発振器、２０…原子セルユニット、２１…第１基板、２２…第２基板、２３…接合体、２４…電源端子、２５…電源端子、２６…金属層、３０…光学系ユニット、４０…支持部材、５０…制御ユニット、５１…ベース、５２…リッド、５３…シールリング、５４…本体部、５４ａ…第１部分、５４ｂ…第２部分、５４ｃ…第３部分、５５…突出部、５６…窓部、５７…放熱部材、５８…接地電極、５９…封止材、６０…パッケージ、６１ａ…第１外部電極、６１ｂ…第１外部電極、６１ｃ…第３外部電極、６１ｄ…第３外部電極、６１ｅ…第２外部電極、６１ｆ…第２外部電極、６２ａ…第１内部電極、６２ｂ…第１内部電極、６２ｃ…第３内部電極、６２ｄ…第３内部電極、６２ｅ…第２内部電極、６２ｆ…第２内部電極、７１…中継部材、７２…中継部材、８１ａ…配線、８１ｂ…配線、８２ａ…配線、８２ｂ…配線、８２ｃ…配線、８２ｄ…配線、８３ａ…配線、８３ｂ…配線、８３ｃ…配線、２０１…原子セル、２０２…受光素子、２０３…ヒーター、２０４…温度センサー、２０５…コイル、２０６…パッケージ、２０７…窓部、３０１…減光フィルター、３０２…レンズ、３０３…１／４波長板、３０４…ホルダー、３０５…貫通孔、３０６…位置決め面、４０１…設置面、４０２…段差部、４０３…設置面、４０４…段差部、５０１…温度制御部、５０２…光源制御部、５０３…磁場制御部、５０４…温度制御部、５０５…回路基板、５０６ａ…コネクター、５０６ｂ…コネクター、５０７ａ…リジット配線基板、５０７ｂ…リジット配線基板、５０８ａ…フレキシブル配線基板、５０８ｂ…フレキシブル配線基板、５０９…リードピン、５１１…凹部、５１２…段差部、５３１…内周縁、５４０…板面、５４１…孔、５５１…孔、５５２…孔、５５３…段差部、５５４…平坦部、５５５…曲面部、５６０…面、５７１…第１部分、５７２…第２部分、５８１…欠損部、５８２…孔、７１１…基部、７１２…配線層、１１００…測位システム、１２００…ＧＰＳ衛星、１３００…基地局装置、１３０１…アンテナ、１３０２…受信装置、１３０３…アンテナ、１３０４…送信装置、１４００…ＧＰＳ受信装置、１４０１…アンテナ、１４０２…衛星受信部、１４０３…アンテナ、１４０４…基地局受信部、１５００…移動体、１５０１…車体、１５０２…車輪、５０５１…貫通孔、ＬＬ…光、Ｓ…内部空間、ａ…光軸、ｄ１…距離、ｄ２…距離、θ…傾斜角度、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ、ｔ３…厚さ

Claims (10)

  1. 第１基板と、前記第１基板と温度差を生じる第２基板と、前記第１基板に設けられた電源端子とを有するペルチェ素子と、
    前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記ペルチェ素子により温度調節される発光素子と、
    前記ペルチェ素子の前記第２基板側に設けられ、前記発光素子の温度を検出する温度センサーと、
    ベースと、前記ベースに接合され、前記ペルチェ素子、前記発光素子および前記温度センサーを収納している内部空間を前記ベースとの間に形成しているリッドとを有するパッケージと、
    前記ベースの外表面に設けられ、前記電源端子に電気的に接続された第１外部電極と、
    前記ベースの外表面に設けられ、前記温度センサーに電気的に接続された第２外部電極と、
    前記ベースの外表面に設けられ、前記発光素子に電気的に接続された第３外部電極と、を備え、
    前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第３外部電極は、前記第１外部電極と前記第２外部電極との間に配置されていることを特徴とする発光素子モジュール。
  2. 前記ベースの内表面に設けられ、前記電源端子および前記第１外部電極のそれぞれに電気的に接続された第１内部電極と、
    前記ベースの内表面に設けられ、前記温度センサーおよび前記第２外部電極のそれぞれに電気的に接続された第２内部電極と、
    前記ベースの内表面に設けられ、前記発光素子および前記第３外部電極のそれぞれに電気的に接続された第３内部電極と、を備え、
    前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第３内部電極は、前記第１内部電極と前記第２内部電極との間に配置されている請求項１に記載の発光素子モジュール。
  3. 前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記第１内部電極と前記第１外部電極とは、重なる部分を有し、前記第２内部電極と前記第２外部電極とは、重なる部分を有し、前記第３内部電極と前記第３外部電極とは、重なる部分を有する請求項２に記載の発光素子モジュール。
  4. 前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記発光素子は、前記電源端子と前記温度センサーとの間に配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
  5. 前記発光素子と前記ペルチェ素子とが重なる方向から見て、前記ベースは、四角形状の外形をなし、
    前記第１外部電極および前記第２外部電極は、それぞれ、前記ベースの互いに異なる角部に配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
  6. 前記ベースの外表面に接触して配置され、前記ベースを放熱する放熱部材を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
  7. 前記放熱部材と前記ベースとの接触部は、前記ベースの前記第２外部電極側よりも前記第１外部電極側に偏在している請求項６に記載の発光素子モジュール。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光素子モジュールを備えることを特徴とする原子発振器。
  9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光素子モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
  10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光素子モジュールを備えることを特徴とする移動体。
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