JP2019215441A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module.
複数の半導体発光素子からの光が合波される発光部と、発光部からの光を走査する走査部とを含む光モジュールが知られている(たとえば、特許文献1〜3参照)。このような光モジュールは、発光部からの光を所望の経路に沿って走査することにより、文字や図形などを描画することができる。
2. Description of the Related Art There is known an optical module including a light emitting unit that combines light from a plurality of semiconductor light emitting elements and a scanning unit that scans light from the light emitting unit (for example, see
上記のような光モジュールにおいては、光を反射するミラーを揺動させて光を走査する。光モジュールにおいては、光を走査する動作の安定性が求められている。 In the optical module as described above, light is scanned by swinging a mirror that reflects light. Optical modules are required to have stable operation for scanning light.
そこで、光を走査する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することを目的の1つとする。 Therefore, it is an object to provide an optical module having excellent stability of an operation of scanning light.
本発明に従った光モジュールは、レーザダイオードと、厚肉部を含むベース部と、ベース部に対して第一の軸を揺動軸として共振により揺動可能であってレーザダイオードから出射される光を反射するミラーを含み、ベース部に支持され、厚肉部よりも薄い薄肉部と、を含むミラー駆動機構と、ミラー駆動機構を支持する金属製のミラー駆動機構ベースと、を備える。ミラー駆動機構は、ミラー駆動機構ベースに対向する領域に配置される金属製のダイパッドを含む。ダイパッドとミラー駆動機構ベースとが接合されることにより、ミラー駆動機構がミラー駆動機構ベースに対して支持されている。 An optical module according to the present invention is capable of swinging by resonance with a laser diode, a base portion including a thick portion, and a first axis as a swing axis with respect to the base portion, and is emitted from the laser diode. A mirror driving mechanism that includes a mirror that reflects light, is supported by the base, and includes a thin portion thinner than the thick portion, and a metal mirror driving mechanism base that supports the mirror driving mechanism. The mirror driving mechanism includes a metal die pad arranged in a region facing the mirror driving mechanism base. The mirror drive mechanism is supported by the mirror drive mechanism base by joining the die pad and the mirror drive mechanism base.
上記光モジュールによれば、光を走査する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することができる。 According to the above-described optical module, it is possible to provide an optical module having excellent stability in the operation of scanning light.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、レーザダイオードと、厚肉部を含むベース部と、ベース部に対して第一の軸を揺動軸として共振により揺動可能であってレーザダイオードから出射される光を反射するミラーを含み、ベース部に支持され、厚肉部よりも薄い薄肉部と、を含むミラー駆動機構と、ミラー駆動機構を支持する金属製のミラー駆動機構ベースと、を備える。ミラー駆動機構は、ミラー駆動機構ベースに対向する領域に配置される金属製のダイパッドを含む。ダイパッドとミラー駆動機構ベースとが接合されることにより、ミラー駆動機構がミラー駆動機構ベースに対して支持されている。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. The optical module of the present application is a laser diode, a base part including a thick part, and is capable of swinging by resonance with the first axis as a swing axis with respect to the base part, and reflects light emitted from the laser diode. A mirror driving mechanism including a thin mirror portion supported by the base portion and having a thinner portion than the thick portion, and a metal mirror driving mechanism base supporting the mirror driving mechanism. The mirror driving mechanism includes a metal die pad arranged in a region facing the mirror driving mechanism base. The mirror drive mechanism is supported by the mirror drive mechanism base by joining the die pad and the mirror drive mechanism base.
一般に、共振により揺動するミラーの光学的振れ角は温度によって変化する。本願の光モジュールにおいては、ミラー駆動機構は、ミラー駆動機構ベースに対向する領域に配置される金属製のダイパッドを含む。金属製のダイパッドとミラー駆動機構ベースとが接合されることにより、ミラー駆動機構がミラー駆動機構ベースに対して支持されている。よって、金属製のダイパッドを通じてミラー駆動機構の熱をミラー駆動機構ベース側へ伝えやすくすることができる。このような光モジュールは、ミラーの温度を所望の範囲に調整することが容易となる。したがって、本願の光モジュールによれば、光を走査する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することができる。 Generally, the optical deflection angle of a mirror that fluctuates due to resonance changes with temperature. In the optical module of the present application, the mirror driving mechanism includes a metal die pad arranged in a region facing the mirror driving mechanism base. The mirror driving mechanism is supported by the mirror driving mechanism base by joining the metal die pad and the mirror driving mechanism base. Therefore, the heat of the mirror driving mechanism can be easily transmitted to the mirror driving mechanism base through the metal die pad. In such an optical module, it is easy to adjust the temperature of the mirror to a desired range. Therefore, according to the optical module of the present application, it is possible to provide an optical module having excellent stability of the operation of scanning light.
上記光モジュールにおいて、ダイパッドの材質は、銅、アルミニウムおよび金のうちの少なくとも一つを含んでもよい。銅、アルミニウムおよび金は、いずれも熱伝導率が比較的高い。よって、ダイパッドの材質としてこのような金属を用いることにより、ミラー駆動機構の熱をミラー駆動機構ベース側へ効率的に伝えることができ、光を走査する動作をより安定させることができる。 In the above optical module, the material of the die pad may include at least one of copper, aluminum, and gold. Copper, aluminum and gold all have relatively high thermal conductivities. Therefore, by using such a metal as the material of the die pad, the heat of the mirror driving mechanism can be efficiently transmitted to the mirror driving mechanism base side, and the operation of scanning light can be further stabilized.
上記光モジュールにおいて、ミラー駆動機構とミラー駆動機構ベースとは、金属を含有する接着剤により接合されていてもよい。このようにすることにより、ミラー駆動機構とミラー駆動機構ベースとを接合する部分においても、熱伝導を良くすることができる。よって、ミラー駆動機構の熱をミラー駆動機構ベース側へ効率的に伝えることができ、光を走査する動作をより安定させることができる。 In the above-mentioned optical module, the mirror driving mechanism and the mirror driving mechanism base may be joined by an adhesive containing metal. By doing so, it is possible to improve the heat conduction also at the portion where the mirror driving mechanism and the mirror driving mechanism base are joined. Therefore, the heat of the mirror driving mechanism can be efficiently transmitted to the mirror driving mechanism base side, and the light scanning operation can be further stabilized.
上記光モジュールにおいて、ミラー駆動機構ベースと接触して配置され、ミラー駆動機構の温度を調整する電子温度調整モジュールをさらに備えてもよい。このようにすることにより、ミラー駆動機構ベースを介して、ミラー駆動機構ベースによって支持されるミラー駆動機構の温度を所望の範囲に調整することが容易となる。したがって、光を走査する動作を安定させることが容易となる。 The optical module may further include an electronic temperature adjustment module that is arranged in contact with the mirror driving mechanism base and adjusts the temperature of the mirror driving mechanism. By doing so, it becomes easy to adjust the temperature of the mirror driving mechanism supported by the mirror driving mechanism base to a desired range via the mirror driving mechanism base. Therefore, it becomes easy to stabilize the operation of scanning light.
上記光モジュールにおいて、レーザダイオードから出射された光の進行方向に垂直な断面における形状を整形するビーム整形部を、さらに備えてもよい。このようにすることにより、所望の形状に整形した光をミラーによって反射させることができる。 The optical module may further include a beam shaping unit for shaping a shape in a cross section perpendicular to a traveling direction of light emitted from the laser diode. By doing so, light shaped into a desired shape can be reflected by the mirror.
上記光モジュールにおいて、レーザダイオードから出射される光を受光する受光素子を、さらに備えてもよい。このようにすることにより、受光素子により受光される光の出力に基づいて、レーザダイオードの出力を適切に調整することができる。 The optical module may further include a light receiving element that receives light emitted from the laser diode. This makes it possible to appropriately adjust the output of the laser diode based on the output of the light received by the light receiving element.
上記光モジュールにおいて、レーザダイオードから出射される光のスポットサイズを変換するレンズを、さらに備えてもよい。このようにすることにより、所望のスポットサイズを有する光を光モジュールから出射することができる。 The optical module may further include a lens that converts a spot size of light emitted from the laser diode. By doing so, light having a desired spot size can be emitted from the optical module.
上記光モジュールにおいて、レーザダイオード、ミラー駆動機構およびミラー駆動機構ベースを封止する保護部材を、さらに備えてもよい。このようにすることにより、光モジュールを構成するレーザダイオード、ミラー駆動機構およびミラー駆動機構ベースを外部環境から有効に保護することができ、高い信頼性を確保することができる。したがって、光を走査する動作をさらに安定させることができる。 In the above optical module, a protection member for sealing the laser diode, the mirror driving mechanism, and the mirror driving mechanism base may be further provided. By doing so, the laser diode, the mirror driving mechanism, and the mirror driving mechanism base constituting the optical module can be effectively protected from the external environment, and high reliability can be secured. Therefore, the operation of scanning light can be further stabilized.
上記光モジュールにおいて、複数のレーザダイオードを備え、複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタを、さらに備えてもよい。このようにすることにより、複数のレーザダイオードから出射された光を合波した光を光モジュールから出射することができる。 The optical module may further include a filter that includes a plurality of laser diodes and combines light emitted from the plurality of laser diodes. By doing so, it is possible to emit from the optical module light obtained by multiplexing the light emitted from the plurality of laser diodes.
上記光モジュールにおいて、上記複数のレーザダイオードは、赤色の光を出射するレーザダイオード、緑色の光を出射するレーザダイオードおよび青色の光を出射するレーザダイオードを含んでいてもよい。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。 In the optical module, the plurality of laser diodes may include a laser diode that emits red light, a laser diode that emits green light, and a laser diode that emits blue light. By doing so, these lights can be combined to form light of a desired color.
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明にかかる光モジュールの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。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番号を付しその説明は繰返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, an embodiment of an optical module according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1および図2を参照して、まず実施の形態1における光モジュールに備えられるミラー駆動機構の構成について説明する。図1は、実施の形態1における光モジュールに備えられるミラー駆動機構を示す図である。図2は、図1に示すミラー駆動機構を線分II−IIで切断した場合の断面図である。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the mirror driving mechanism provided in the optical module according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating a mirror driving mechanism provided in the optical module according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view when the mirror driving mechanism shown in FIG. 1 is cut along a line II-II.
図1および図2を参照して、本実施の形態におけるミラー駆動機構120は、厚肉部112を含むベース部111と、厚肉部112よりも薄い薄肉部113と、を備える。ミラー駆動機構120は、板状である。図1に示すように板厚方向から平面的に見た場合に、ベース部111の外縁114は長方形形状となっている。図1中の矢印Dで示す方向であるベース部111の短手方向の長さとしては、例えば、4.5mmが選択される。図1中の矢印Dで示す方向と直交する方向であるベース部111の長手方向の長さとしては、例えば、8mmが選択される。厚肉部112は、環状に形成されている。なお、ベース部111の外縁114の角部には、面取りが施されていてもよい。厚肉部112は、ベース部111の外縁114を含むよう配置される。ベース部111には、板厚方向に貫通する貫通孔115が形成されている。ベース部111は、厚肉部112の内縁116が位置する領域から延びる一対の突出部117a,117bを含む。一対の突出部117a,117bの厚みは、厚肉部112の厚みよりも薄い。突出部117a,117bの板厚方向の一方の面118a,118bが、厚肉部112の板厚方向の一方の面119と連なるように形成されている(特に図2参照)。なお、図1において、厚肉部112と一対の突出部117a,117bのそれぞれとの境界を破線で示している。
With reference to FIGS. 1 and 2,
薄肉部113は、ベース部111によって支持されている。具体的には、一対の突出部117a,117bから延出する一対の細い棒状の第二のヒンジ121a,121bによって支持されている。薄肉部113の外縁124の一部が、一対の第二のヒンジ121a,121bによって、一対の突出部117a,117bに連結され、支持されている。薄肉部113の厚みとしては、10μm程度である。なお、薄肉部113に生じた熱は、一対の第二のヒンジ121a,121bおよび一対の突出部117a,117bを通って厚肉部112に伝わり、放熱される。
The
突出部117aの面118aには、一対のピエゾ素子122a,122bが配置されている。ピエゾ素子122a,122bは、矢印Dの方向に間隔をあけて配置されている。ピエゾ素子122a,122bは、板厚方向から平面的に見てそれぞれ矩形状である。同様に、突出部117bの面118bには、板厚方向から平面的に見てそれぞれ矩形状である一対のピエゾ素子123a,123bが矢印Dの方向に間隔をあけて配置されている。ピエゾ素子122a,122bにそれぞれ逆位相の電圧を交互にかけ、ピエゾ素子123a,123bにもそれぞれ逆位相の電圧を交互にかけることにより、一点鎖線で示す一対の第二のヒンジ121a,121bを通る第二の軸125bを揺動軸として、薄肉部113を揺動させることができる。すなわち、薄肉部113を圧電現象により第二の軸を揺動軸として揺動させることができる。ベース部111は、薄肉部113を揺動可能に支持する支持部に相当する。ここで、薄肉部113の揺動については、例えば、非共振型で揺動させる。垂直方向となる薄肉部113の揺動の光学的振れ角は、例えば±15°である。
A pair of
薄肉部113は、ミラー126を含む。ミラー126は、ミラー駆動機構120の外部から入射された光を反射する。ミラー126は、円板状である。ミラー126の直径としては、例えば、1.2mmが選択される。ミラー126のミラー面には、例えば、アルミニウムといった金属が蒸着されている。ミラー126は、一対の細い棒状の第一のヒンジ127a,127bによって薄肉部113に含まれる支持部134に連結されている。ミラー126は、一対の第一のヒンジ127a,127bにより支持部134に支持されている。一対の第一のヒンジ127a,127が配置される領域を除いてミラー126の外縁よりも外径側には、貫通孔128が形成されている。一対の第一のヒンジ127a,127bによって仕切られる貫通孔128の一方の半円弧状の外縁129aに沿って、ピエゾ素子131aが形成されている。また、一対の第一のヒンジ127a,127bによって仕切られる貫通孔128の他方の半円弧状の外縁129bに沿って、ピエゾ素子131bが形成されている。ピエゾ素子131a,131bはそれぞれ、薄肉部113の一方の面133上に配置されている。ピエゾ素子131a,131bにそれぞれ逆位相の電圧を交互にかけることにより、一対の第一のヒンジ127a,127bを通り、第二の軸に直交する第一の軸125aを揺動軸として、ミラー126を揺動させることができる。第一の軸125aは、一点鎖線で示されている。すなわち、ベース部111に対してミラー126を圧電現象により第一の軸を揺動軸として揺動させることができる。ここで、ミラー126の揺動については、共振型で揺動させる。すなわち、ミラー126の固有振動数に合わせて振動させる。共振モードを採用することにより、高速でミラー126を揺動させることが容易となる。また、このようにすることにより、水平方向となるミラー126の揺動の光学的振れ角を大きくすることができる。光学的振れ角は、例えば±40°である。
The
次に、ミラー駆動機構120の製造方法について、簡単に説明する。まず、SOI(Silicon on Insulator)基板を準備し、その上にシリコンを含む層であるシリコン酸化膜層等を形成する。その後、フォトレジスト層の形成、反応性イオンエッチング等により、所定の箇所にピエゾ素子等を形成し、上記したミラー駆動機構120を得る。
Next, a method of manufacturing the
ミラー駆動機構120は、ダイパッド136を含む(特に図2参照)。ダイパッド136は、金属製である。好ましくは、ダイパッド136の材質は、銅、アルミニウムおよび金のうちの少なくとも一つを含む金属で構成されている。ダイパッド136は、厚肉部112のうち、面119に対して板厚方向の反対側に位置する面137上に配置される。本実施形態においては、ダイパッド136は、厚肉部112が形成されている領域において、面137を全て覆うようにして配置される。すなわち、ダイパッド136は、板厚方向から平面的に見た場合に、長方形状の外縁141と長方形状の内縁142とを含む。ダイパッド136は、例えば、上記した金属を面137上に蒸着することにより形成される。ミラー駆動機構120において、ダイパッド136は、後述するミラー駆動機構ベース65に対向する領域に配置される。
The
次に、図3から図8を参照して実施の形態1におけるミラー駆動機構120を備える光モジュールの構成について説明する。図3は、ミラー駆動機構120を備える光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図4は、図3とは異なる視点から見た光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図5は、図3のキャップ40を取り外した状態に対応する斜視図である。図6は、図4のキャップ40を取り外した状態に対応する斜視図である。図7は、キャップ40を断面にて、他の部品を平面視にて示したX−Y平面における概略図である。図8は、キャップ40を断面にて、他の部品を平面視にて示したX−Z平面における概略図である。なお、図5〜図8においても、ミラー駆動機構120の図示を簡略化している。
Next, a configuration of an optical module including the
併せて図3〜図8を参照して、本実施の形態における光モジュール1は、光を形成する光形成部20と、光形成部20を取り囲み、光形成部20を封止する保護部材2とを備える。保護部材2は、ベース体としての基部10と、基部10に対して溶接された蓋部であるキャップ40と、を含む。つまり、光形成部20は、保護部材2によりハーメチックシールされている。基部10は、平板状の形状を有する。光形成部20は、基部10の一方の主面10A上に配置される。キャップ40は、光形成部20を覆うように基部10の一方の主面10A上に接触して配置される。基部10の他方の主面10B側から一方の主面10A側まで貫通し、一方の主面10A側および他方の主面10B側の両側に突出するように、複数のリードピン51が基部10に設置されている。基部10とキャップ40とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減(除去)された気体が封入されている。キャップ40には、窓42が形成されている。窓42には、たとえば平行平板状のガラス部材が嵌め込まれている。本実施の形態において、保護部材2は、内部を気密状態とする気密部材である。これにより、光形成部20に含まれる各部材が外部環境から有効に保護され、高い信頼性を確保することができる。
3 to 8, the
光形成部20は、ベース部材4と、レーザダイオード81,82,83と、レンズ91,92,93と、受光素子としてのフォトダイオード94と、フィルタ97,98,99と、ビーム整形部としてのアパーチャ部材55と、ミラー駆動機構120とを含む。すなわち、光形成部20に含まれるミラー駆動機構120は、保護部材2により、レーザダイオード81等と共にハーメチックシールされている。
The
ベース部材4は、電子温度調整モジュール30と、レーザダイオードベース60と、ミラー駆動機構ベース65とを含む。電子温度調整モジュール30は、上記した図5等に示す通り、吸熱板31、放熱板32および半導体柱33を含む。放熱板32が基部10の一方の主面10Aに接触するように、電子温度調整モジュール30は基部10の一方の主面10Aに配置される。ミラー駆動機構ベース65およびミラー駆動機構120は、アパーチャ部材55から見て後述する第3フィルタ99とは反対側に配置される。
The
基部10とレーザダイオードベース60およびミラー駆動機構ベース65との間には、電子温度調整モジュール30が配置されている。レーザダイオードベース60の他方の主面60Bが吸熱板31に接触するように、吸熱板31上にレーザダイオードベース60が配置される。放熱板32は、基部10の一方の主面10Aに接触して配置される。電子温度調整モジュール30は、電子冷却モジュールであるペルチェモジュール(ペルチェ素子)である。本実施の形態では、電子温度調整モジュール30に電流を流すことにより、吸熱板31に接触するレーザダイオードベース60の熱が基部10へと移動し、レーザダイオードベース60が冷却される。ここで、電子温度調整モジュール30は、例えば後述するチップ搭載領域62上に配置されたサーミスタ100により検出された温度情報に基づいて温度制御を行う。その結果、レーザダイオード81,82,83の温度が適切な温度範囲に調整される。
The electronic
吸熱板31に接触するように、吸熱板31上にミラー駆動機構ベース65が配置される。ミラー駆動機構ベース65は、三角柱状(直三角柱)の形状を有する。ミラー駆動機構ベース65は、金属製である。三角柱の一の側面において吸熱板31に接触するように、ミラー駆動機構ベース65は吸熱板31上に配置される。特に図2を併せて参照して、ミラー駆動機構ベース65の他の側面138上に、ミラー126を含むミラー駆動機構120が配置される。ミラー駆動機構120とミラー駆動機構ベース65とは、金属を含有する接着剤140により接合されている。具体的には、ミラー駆動機構ベース65に対向する領域に配置されるダイパッド136の表面139とミラー駆動機構ベース65の側面138とが、金属を含有する接着剤140によって接合されている。金属を含有する接着剤140としては、例えば、銀ペーストが採用される。このようにして、ミラー駆動機構120は、ミラー駆動機構ベース65により支持されている。ミラー駆動機構120は、ミラー駆動機構ベース65を介して、電子温度調整モジュール30により温度が調整される。
The mirror
レーザダイオードベース60は、板状の形状を有する。レーザダイオードベース60は、平面的に見て長方形形状(正方形形状)を有する一方の主面60Aを有している。レーザダイオードベース60の一方の主面60Aは、レンズ搭載領域61と、チップ搭載領域62と、フィルタ搭載領域63とを含んでいる。チップ搭載領域62は、一方の主面60Aの一の辺を含む領域に、当該一の辺に沿って形成されている。レンズ搭載領域61は、チップ搭載領域62に隣接し、かつチップ搭載領域62に沿って配置されている。フィルタ搭載領域63は、一方の主面60Aの上記一の辺と向かい合う他の辺を含む領域に、当該他の辺に沿って配置されている。チップ搭載領域62、レンズ搭載領域61およびフィルタ搭載領域63は、互いに平行である。
The
レンズ搭載領域61におけるレーザダイオードベース60の厚みと、フィルタ搭載領域63におけるレーザダイオードベース60の厚みとは、等しい。レンズ搭載領域61とフィルタ搭載領域63とは同一平面に含まれる。チップ搭載領域62におけるレーザダイオードベース60の厚みは、レンズ搭載領域61およびフィルタ搭載領域63に比べて大きい。その結果、レンズ搭載領域61およびフィルタ搭載領域63に比べて、チップ搭載領域62の高さ(レンズ搭載領域61を基準とした高さ、すなわちレンズ搭載領域61に垂直な方向における高さ)が高くなっている。
The thickness of the
チップ搭載領域62上には、平板状の第1サブマウント71、第2サブマウント72および第3サブマウント73が、一方の主面60Aの上記一の辺に沿って並べて配置されている。第1サブマウント71と第3サブマウント73とに挟まれるように、第2サブマウント72が配置されている。第1サブマウント71上に、第1レーザダイオードとしての赤色レーザダイオード81が配置されている。第2サブマウント72上に、第2レーザダイオードとしての緑色レーザダイオード82が配置されている。第3サブマウント73上に、第3レーザダイオードとしての青色レーザダイオード83が配置されている。赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83の光軸の高さ(一方の主面60Aのレンズ搭載領域61を基準面とした場合の基準面と光軸との距離;Z軸方向における基準面との距離)は、第1サブマウント71、第2サブマウント72および第3サブマウント73により調整されて一致している。なお、チップ搭載領域62上において、第1サブマウント71からX方向に間隔をあけて、レーザダイオードベース60の温度を検出するサーミスタ100が配置されている。
On the
レンズ搭載領域61上には、第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93が配置されている。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93は、それぞれ表面がレンズ面となっているレンズ部91A,92A,93Aを有している。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93は、レンズ部91A,92A,93Aとレンズ部91A,92A,93A以外の領域とが一体成型されている。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93のレンズ部91A,92A,93Aの中心軸、すなわちレンズ部91A,92A,93Aの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83の光軸に一致する。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93は、それぞれ赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83から出射される光のスポットサイズを変換する(ある投影面におけるビーム形状を所望の形状に整形する)。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93により、赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93により、赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83から出射される光がコリメート光に変換される。
On the
フィルタ搭載領域63上には、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99が配置される。赤色レーザダイオード81と第1レンズ91とを結ぶ直線上に、第1フィルタ97が配置される。緑色レーザダイオード82と第2レンズ92とを結ぶ直線上に、第2フィルタ98が配置される。青色レーザダイオード83と第3レンズ93とを結ぶ直線上に、第3フィルタ99が配置される。第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99は、たとえば波長選択性フィルタである。第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99は、たとえば誘電体多層膜フィルタである。
On the
より具体的には、第1フィルタ97は、赤色の光を反射する。第2フィルタ98は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第3フィルタ99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。このように、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99は、赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83から出射された光を合波する。
More specifically, the
アパーチャ部材55は、吸熱板31上に配置される。アパーチャ部材55は、第3フィルタ99から見て第2フィルタ98とは反対側に配置される。アパーチャ部材55は、平板状の形状を有する。アパーチャ部材55は、アパーチャ部材55を厚み方向に貫通する貫通孔55Aを有する。本実施の形態において、貫通孔55Aの延在方向に垂直な断面における形状は円形である。貫通孔55Aが、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99において合波された光の光路に対応する領域に位置するように、アパーチャ部材55は配置される。貫通孔55Aは、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99において合波された光の光路に沿って延在する。レーザダイオード81,82,83から出射された光の、光の進行方向に垂直な断面における形状は楕円形である。光の進行方向に垂直な断面において、フィルタ97,98,99にて合波された光の長径よりも貫通孔55Aの直径が小さく、かつ貫通孔55Aの中心軸と合波された光の光軸が一致するように、アパーチャ部材55は配置される。その結果、フィルタ97,98,99にて合波された光の進行方向に垂直な断面における形状は、アパーチャ部材55の貫通孔55Aの内径より小さな形状に整形される。
The
図7を参照して、赤色レーザダイオード81、第1レンズ91のレンズ部91Aおよび第1フィルタ97は、赤色レーザダイオード81の光の出射方向に沿う一直線上に並んで(Y軸方向に並んで)配置されている。緑色レーザダイオード82、第2レンズ92のレンズ部92Aおよび第2フィルタ98は、緑色レーザダイオード82の光の出射方向に沿う一直線上に並んで(Y軸方向に並んで)配置されている。青色レーザダイオード83、第3レンズ93のレンズ部93Aおよび第3フィルタ99は、青色レーザダイオード83の光の出射方向に沿う一直線上に並んで(Y軸方向に並んで)配置されている。
Referring to FIG. 7,
赤色レーザダイオード81の出射方向、緑色レーザダイオード82の出射方向および青色レーザダイオード83の出射方向は、互いに平行である。第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99の主面は、それぞれ赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83の出射方向(Y軸方向)に対して45°傾斜している。
The emission direction of the
フォトダイオード94は、レーザダイオードベース60の一方の主面60A上に配置されている。フォトダイオード94は、受光部94Aを含む。青色レーザダイオード83、第3レンズ93のレンズ部93A、第3フィルタ99およびフォトダイオード94の受光部94Aは、青色レーザダイオード83の光の出射方向に沿う一直線上に並んで(Y軸方向に並んで)配置されている。本実施の形態において、第3フィルタ99は、赤色および緑色の光の大部分を透過するものの、一部を反射する。第3フィルタ99は、青色の光の大部分を反射するものの、一部を透過する。
The
次に、本実施の形態における光モジュール1の動作について説明する。図7を参照して、赤色レーザダイオード81から出射された赤色の光は、光路L1に沿って進行する。この赤色の光は、第1レンズ91のレンズ部91Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード81から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第1レンズ91においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路L1に沿って進行し、第1フィルタ97に入射する。
Next, the operation of the
第1フィルタ97は赤色の光を反射するため、赤色レーザダイオード81から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、第2フィルタ98に入射する。第2フィルタ98は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード81から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、第3フィルタ99に入射する。第3フィルタ99は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード81から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材55に到達する。アパーチャ部材55に到達した光は、アパーチャ部材55により整形され、光路L4に沿ってさらに進行し、ミラー126に到達する。
The
緑色レーザダイオード82から出射された緑色の光は、光路L2に沿って進行する。この緑色の光は、第2レンズ92のレンズ部92Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード82から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第2レンズ92においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路L2に沿って進行し、第2フィルタ98に入射する。
Green light emitted from the
第2フィルタ98は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード82から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、第3フィルタ99に入射する。第3フィルタ99は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード82から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材55に到達する。アパーチャ部材55に到達した緑色の光は、アパーチャ部材55により整形され、光路L4に沿ってさらに進行し、ミラー126に到達する。
The
青色レーザダイオード83から出射された青色の光は、光路L3に沿って進行する。この青色の光は、第3レンズ93のレンズ部93Aに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード83から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第3レンズ93においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路L3に沿って進行し、第3フィルタ99に入射する。
Blue light emitted from the
第3フィルタ99は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード83から出射された光は光路L4に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材55に到達する。アパーチャ部材55に到達した青色の光は、アパーチャ部材55により整形され、光路L4に沿ってさらに進行し、ミラー126に到達する。
The
このようにして、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光(合波光)が光路L4に沿ってミラー126へと到達する。そして、図8を参照して、ミラー126が駆動されることにより合波光が走査され、光路L10に沿って窓42を通ってキャップ40の外部へと出射する合波光により文字、図形などが描画される。
In this way, the red, green and light blue light is formed by combining (multiplexing light) reaching the
上述のように、光モジュール1は、合波光を走査するミラー駆動機構120を備えている。ミラー駆動機構120は、ミラー駆動機構ベース65に対向する領域に配置される金属製のダイパッド136を含む。ダイパッド136とミラー駆動機構ベース65とが接合されることにより、ミラー駆動機構120がミラー駆動機構ベース65に対して支持されている。よって、金属製のダイパッド136を通じてミラー駆動機構120の熱をミラー駆動機構ベース65側へ伝えやすくすることができる。このような光モジュール1は、ミラー126の温度を所望の範囲に調整することが容易となる。したがって、本願の光モジュール1によれば、光を走査する動作の安定性に優れた光モジュール1を提供することができる。
As described above, the
特に、例えば、光モジュール1が自動車に搭載される場合等、−45℃〜95℃といった広い温度範囲で使用される場合がある。このような場合においても、本実施形態においては、ミラー駆動機構ベース65を介して、ミラー駆動機構120の温度を電子温度調整モジュール30により適切に調整することが容易となり、光を走査する動作を安定させることができる。
In particular, for example, when the
本実施の形態においては、ダイパッド136の材質は、銅、アルミニウムおよび金のうちの少なくとも一つを含む。銅、アルミニウムおよび金は、いずれも熱伝導率が比較的高い。よって、ダイパッド136の材質としてこのような金属を用いることにより、ミラー駆動機構120の熱を効率的にミラー駆動機構ベース65側へ伝えることができ、光を走査する動作をより安定させることができる。
In the present embodiment, the material of
本実施の形態において、ミラー駆動機構120とミラー駆動機構ベース65とは、金属を含有する接着剤140により接合されているため、ミラー駆動機構120とミラー駆動機構ベース65とを接合する部分においても、熱伝導を良くすることができる。よって、ミラー駆動機構120の熱をミラー駆動機構ベース65側へ効率的に伝えることができ、光を走査する動作をより安定させることができる。
In the present embodiment, since the
本実施の形態においては、光モジュール1は、ミラー駆動機構ベース65と接触して配置され、ミラー駆動機構120の温度を調整する電子温度調整モジュール30を備える。したがって、ミラー駆動機構ベース65を介して、ミラー駆動機構ベース65によって支持されるミラー駆動機構120の温度を所望の範囲に調整することが容易となる。したがって、光を走査する動作を安定させることが容易となる。
In the present embodiment, the
なお、第3フィルタ99に到達した赤色および緑色の光の一部は、第3フィルタ99において反射され、光路L5およびL6に沿って進行してフォトダイオード94の受光部94Aへと入射する。また、第3フィルタ99に到達した青色の光の一部は、第3フィルタ99を透過し、光路L6に沿って進行してフォトダイオード94の受光部94Aへと入射する。そして、フォトダイオード94において受光された赤色、緑色および青色の光の強度の情報に基づいて赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83に流れる電流値が調整される。すなわち、本実施の形態においては、赤色レーザダイオード81、緑色レーザダイオード82および青色レーザダイオード83は、APC(Auto Power Control)駆動により制御することができる。このようにすることにより、レーザダイオード81,82,83の厳密な制御を行うことができる。すなわち、フォトダイオード94により受光される光の出力に基づいて、レーザダイオード81,82,83の出力を適切に調整することができる。
A part of the light of the red and green reaching the
上記光モジュール1では、レーザダイオード81,82,83から出射された光の進行方向に垂直な断面における形状を整形するビーム整形部としてのアパーチャ部材55を備えるため、所望の形状に整形した光をミラー126によって反射させることができる。
The
上記光モジュール1では、レーザダイオード81,82,83から出射される光のスポットサイズを変換するレンズ91,92,93を備えるため、所望のスポットサイズを有する光を光モジュール1から出射することができる。
Since the
上記光モジュール1では、レーザダイオード81,82,83、ミラー駆動機構120およびミラー駆動機構ベース65を封止する保護部材2を備える。したがって、光モジュール1を構成するレーザダイオード81,82,83、ミラー駆動機構120およびミラー駆動機構ベース65を外部環境から有効に保護することができ、高い信頼性を確保することができる。したがって、光を走査する動作をさらに安定させることができる。
The
上記光モジュール1では、複数のレーザダイオード81,82,83を備え、複数のレーザダイオード81,82,83から出射される光を合波するフィルタ98,99を備えるため、複数のレーザダイオード81,82,83から出射された光を合波した光を光モジュール1から出射することができる。
The
上記光モジュール1では、複数のレーザダイオード81,82,83は、赤色の光を出射する赤色レーザダイオード81と、緑色の光を出射する緑色レーザダイオード82と、青色の光を出射する青色レーザダイオード83とを含むため、これらの光を合波して、所望の色の光を形成することができる。
In the
光モジュール1においては、ビーム整形部としてアパーチャ部材55が採用されている。ビーム整形部としては、レンズ、プリズムなどを採用することもできるが、ビーム整形部としてアパーチャ部材55を採用することにより、光モジュール1の製造コストを抑制することができる。
In the
光モジュール1において、ミラー126の外径は、アパーチャ部材55により整形された光のビーム径(光の進行方向に垂直な断面における光の直径)以上としてもよい。これにより、ミラー駆動機構120に到達したにもかかわらずミラー126において走査されない光が、ミラー126以外の場所で反射し、迷光の原因となることを抑制することができる。
In the
(他の実施の形態)
上記の実施の形態において、光モジュール1の光形成部20は、受光素子であるフォトダイオード94を含むことしたが、これに限らず、フォトダイオード94を含まない構成とし、APC駆動に代えて所望の光の強度に基づいてレーザダイオードを流れる電流値を決定するACC(Auto Current Control)駆動を採用してもよい。このようにすることにより、フォトダイオード94を省略することができ、光モジュール1の製造コストを低減することができる。なお、温度の変化によってレーザダイオードに流れる電流とレーザダイオードから出射される光の強度との関係が変化すると、光の強度を適切に制御することが難しくなるという欠点を有する。この欠点は、本願の光モジュール1においては、第二の電子温度調整モジュール34によりレーザダイオードの温度調整を行うことにより補うことができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
上記実施の形態においては、3個のレーザダイオードからの光が合波される場合について説明したが、レーザダイオードは2個であってもよく、4個以上であってもよい。また、上記実施の形態においては、第1フィルタ97、第2フィルタ98および第3フィルタ99として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。
In the above embodiment, the case where light from three laser diodes is multiplexed has been described. However, the number of laser diodes may be two or four or more. Further, in the above-described embodiment, the case where wavelength selective filters are employed as the
また、上記の実施の形態においては、レーザダイオードは複数備えられる場合について説明したが、これに限らず、レーザダイオードを1つだけ備える構成としてもよい。この場合、フィルタは不要であり、必要に応じて光モジュール1の外部で他の色の光を出射するレーザダイオードの光と合波される。
Further, in the above-described embodiment, a case where a plurality of laser diodes are provided has been described. In this case, no filter is required, and the light is combined with the light of a laser diode that emits light of another color outside the
なお、上記の実施の形態においては、ダイパッド136は、厚肉部112の面137を覆うように配置されることとしたが、これに限らず、面137の一部においてダイパッド136に覆われていない領域があってもよい。また、板厚方向から平面的に見た場合に、ベース部111の内縁116よりも内側にダイパッド136が配置されていてもよい。また、ダイパッド136とミラー駆動機構ベース65とを接合する接着剤として銀ペーストを用いることとしたが、他の金属を含有する接着剤を用いることとしてもよい。
In the above embodiment, the
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、特許請求の範囲によって規定され、特許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。 It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all aspects and are not restrictive in any aspect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本願の光モジュールは、光を走査する動作の安定性に優れた光モジュールに、特に有利に適用され得る。 The optical module of the present application can be particularly advantageously applied to an optical module that is excellent in stability of an operation of scanning light.
1 光モジュール
2 保護部材
4 ベース部材
10 基部
10A,10B 主面
20 光形成部
30 電子温度調整モジュール
31 吸熱板
32 放熱板
33 半導体柱
40 キャップ
42 窓
51 リードピン
55 アパーチャ部材
55A 貫通孔
60 レーザダイオードベース
60A,60B 主面
61 レンズ搭載領域
62 チップ搭載領域
63 フィルタ搭載領域
65 ミラー駆動機構ベース
71 第1サブマウント
72 第2サブマウント
73 第3サブマウント
81 赤色レーザダイオード
82 緑色レーザダイオード
83 青色レーザダイオード
91 第1レンズ
91A,92A,93A レンズ部
92 第2レンズ
93 第3レンズ
94 フォトダイオード
94A 受光部
97 第1フィルタ
98 第2フィルタ
99 第3フィルタ
100 サーミスタ
111 ベース部
112 厚肉部
113 薄肉部
114,124,129a,129b,141 外縁
115,128 貫通孔
116,142 内縁
117a,117b 突出部
118a,118b,119,133,137,138,139 面
120 ミラー駆動機構
121a,121b 第二のヒンジ
122a,122b,123a,123b,131a,131b ピエゾ素子
125a,125b 軸
126 ミラー
127a,127b 第一のヒンジ
134 支持部
136 ダイパッド
140 接着剤
DESCRIPTION OF
Claims (10)
厚肉部を含むベース部と、前記ベース部に対して第一の軸を揺動軸として共振により揺動可能であって前記レーザダイオードから出射される光を反射するミラーを含み、前記ベース部に支持され、前記厚肉部よりも薄い薄肉部と、を含むミラー駆動機構と、
前記ミラー駆動機構を支持する金属製のミラー駆動機構ベースと、を備え、
前記ミラー駆動機構は、前記ミラー駆動機構ベースに対向する領域に配置される金属製のダイパッドを含み、
前記ダイパッドと前記ミラー駆動機構ベースとが接合されることにより、前記ミラー駆動機構が前記ミラー駆動機構ベースに対して支持されている、光モジュール。 A laser diode,
A base portion including a thick portion, and a mirror that is swingable by resonance with the first axis as a swing axis with respect to the base portion and reflects light emitted from the laser diode; And a mirror driving mechanism including a thin portion thinner than the thick portion,
A metal mirror drive mechanism base supporting the mirror drive mechanism,
The mirror driving mechanism includes a metal die pad arranged in a region facing the mirror driving mechanism base,
The optical module, wherein the mirror driving mechanism is supported by the mirror driving mechanism base by joining the die pad and the mirror driving mechanism base.
前記複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタを、さらに備える、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光モジュール。 Comprising a plurality of the laser diodes,
The optical module according to any one of claims 1 to 8, further comprising a filter that multiplexes light emitted from the plurality of laser diodes.
赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、
緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、
青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含む、請求項9に記載の光モジュール。 The plurality of laser diodes,
A red laser diode that emits red light,
A green laser diode that emits green light,
The optical module according to claim 9, comprising: a blue laser diode that emits blue light.
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