JP2020155771A - Optical device, lighting device, measuring device, component inspection device, robot, electronic apparatus, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学装置、照明装置、計測装置、部品検査装置、ロボット、電子機器及び移動体に関する。 The present invention relates to an optical device, a lighting device, a measuring device, a parts inspection device, a robot, an electronic device, and a moving body.
垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)素子は、発振波長の温度依存性が小さいことから高出力レーザ光源への応用が期待されている。また、VCSEL素子は二次元アレイ化が容易であり、レーザ光の立体的な走査に好適である。そして、複数のVCSEL素子を集積させたVCSELチップが高出力なレーザ光源や立体的なレーザ走査用の光源として開発されている。 Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) elements are expected to be applied to high-power laser light sources because they have a small temperature dependence of the oscillation wavelength. Further, the VCSEL element can be easily formed into a two-dimensional array and is suitable for three-dimensional scanning of laser light. Then, a VCSEL chip in which a plurality of VCSEL elements are integrated has been developed as a high-power laser light source or a light source for three-dimensional laser scanning.
ただし、VCSELチップでは個々のVCSEL素子から出射されるレーザ光の放射角が大きい。そこで特許文献1に、VCSELチップの基板にマイクロレンズが形成された面発光レーザが提案されている。
However, in the VCSEL chip, the emission angle of the laser beam emitted from each VCSEL element is large. Therefore,
しかしながら、特許文献1に記載の面発光レーザでは、マイクロレンズを高精度で加工することが困難であり、放射角を十分に低減することが困難である。
However, with the surface emitting laser described in
開示の技術は、薄型化しながらレーザ光の放射角をより低減することができる光学装置、照明装置、計測装置、部品検査装置、ロボット、電子機器及び移動体を提供することを目的とする。 An object of the disclosed technique is to provide an optical device, a lighting device, a measuring device, a component inspection device, a robot, an electronic device, and a moving body capable of further reducing the radiation angle of a laser beam while reducing the thickness.
開示の技術の一態様によれば、基板の第1の面上に設けられ、前記第1の面に交差する方向に光を出射する複数の面発光レーザ素子と、前記基板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に、前記面発光レーザ素子に対応して配置された複数の光学素子と、前記基板と前記複数の光学素子との間の反射防止構造と、を有する光学装置が提供される。 According to one aspect of the disclosed technique, a plurality of surface emitting laser elements provided on the first surface of the substrate and emitting light in a direction intersecting the first surface, and the first surface emitting laser element of the substrate. A plurality of optical elements arranged corresponding to the surface emitting laser element and an antireflection structure between the substrate and the plurality of optical elements are provided on a second surface opposite to the surface. Optical equipment is provided.
開示の技術によれば、薄型化しながらレーザ光の放射角をより低減することができる。 According to the disclosed technology, it is possible to further reduce the emission angle of the laser beam while reducing the thickness.
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be specifically described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。第1の実施形態は、光学装置に関する。図1は、第1の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。図2は、第1の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図2は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(First Embodiment)
First, the first embodiment will be described. The first embodiment relates to an optical device. FIG. 1 is a plan view showing an optical device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical device according to the first embodiment. FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図1及び図2に示すように、第1の実施形態に係る光学装置100は、実装基板120と、実装基板120に実装され、VCSEL素子を備えるVCSELチップ140と、VCSEL素子から出射された光が入射するマイクロレンズ162を備えたMLA160とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
以下の説明では、特に断らない限り、実装基板120から見てVCSELチップ140が位置する方向を上方とし、VCSELチップ140から見て実装基板120が位置する方向を下方とする。但し、光学装置100は天地逆の状態で用いることができ、任意の角度で配置することもできる。また、平面視とは対象物をVCSELチップ140の上側の面140bの法線方向からみることを指し、平面形状とは対象物をVCSELチップ140の面140bの法線方向からみた形状を指すものとする。
In the following description, unless otherwise specified, the direction in which the
また、各図において、VCSELチップ140の面140bの法線方向をZ方向、平面視においてVCSELチップ140の面140bの一辺に平行な方向をX方向、X方向及びZ方向に垂直な方向をY方向とする。
Further, in each drawing, the normal direction of the
[VCSELチップ140の構造]
ここで、VCSELチップ140の構造について説明する。なお、VCSELチップ140の構造についての説明、及び後述のVCSELチップ140の形成方法についての説明では、VCSELチップ140からみて実装基板120が位置する方向(−Z方向)を上方とする。
[Structure of VCSEL Chip 140]
Here, the structure of the
図1及び図2に示すように、VCSELチップ140の実装基板120側の面140aに複数のVCSEL素子159がアレイ状に配列している。各VCSEL素子159は、n−GaAs基板等の基板141上にモノリシックに作製されており、各VCSEL素子159の膜構成は同一である。各VCSEL素子159は、例えば、発振波長が940nm帯(940nm±30nm程度)の面発光レーザ素子である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
VCSEL素子159は、例えば、n−GaAs基板等の基板141上の、n−分布ブラッグ反射鏡(distributed Bragg reflector:DBR)143と、スペーサ層144と、活性層145と、スペーサ層146と、p−DBR147と、選択酸化層151とを有する。選択酸化層151は、酸化領域151aと、非酸化領域151bとを含む。n−GaAs基板の屈折率は3.5程度である。
The
n−DBR143は基板141上に形成されている。n−DBR143は、例えば複数のn型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。n−DBR143は、例えば、n−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層と、n−Al0.2Ga0.8Asからなる高屈折率層とを有する。n−DBR143は、例えば低屈折率層と高屈折率層とのペアを30有する。
The n-DBR143 is formed on the
n−DBR143の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた、例えば厚さが20nmの組成傾斜層が設けられている。上記各屈折率層の膜厚は何れも、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、発振波長をλとするとλ/4の光学厚さとなるように設定されている。なお、光学的厚さがλ/4のとき、その層の実際の厚さDは、D=λ/4n(但し、nはその層の媒質の屈折率)である。 Between each refractive index layer of n-DBR143, a composition gradient layer having a thickness of, for example, 20 nm, in which the composition is gradually changed from one composition to the other, is provided in order to reduce the electric resistance. ing. The film thickness of each of the refractive index layers is set so as to include 1/2 of the adjacent composition gradient layer and have an optical thickness of λ / 4 when the oscillation wavelength is λ. When the optical thickness is λ / 4, the actual thickness D of the layer is D = λ / 4n (where n is the refractive index of the medium of the layer).
スペーサ層144はn−DBR143上に形成されている。スペーサ層144は、例えば、ノンドープのAlGaInP層である。
The
活性層145はスペーサ層144上に形成されている。活性層145は、例えば、3層の量子井戸層と4層の障壁層とを有する3重量子井戸構造の活性層である。例えば、各量子井戸層はInGaAs層であり、各障壁層はAlGaAs層である。
The
スペーサ層146は活性層145上に形成されている。スペーサ層146は、例えば、ノンドープのAlGaInP層である。
The
スペーサ層144と活性層145とスペーサ層146とを含む部分は、共振器構造体(共振器領域)とも称され、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、その厚さが1波長(λ)の光学的厚さとなるように設定されている。なお、活性層145は、高い誘導放出確率が得られるように、電界の定在波分布における腹に対応する位置である共振器構造体の中央に設けられている。
The portion including the
p−DBR147はスペーサ層146上に形成されている。p−DBR147は、例えば複数のp型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。p−DBR147は、例えば、p−Al0.9Ga0.1Asからなる低屈折率層と、p−Al0.2Ga0.8Asからなる高屈折率層とを有する。p−DBR147は、例えば低屈折率層と高屈折率層とのペアを20有する。
The p-
p−DBR147の各屈折率層の間には、電気抵抗を低減するため、一方の組成から他方の組成へ向かって組成を徐々に変化させた、例えば厚さが20nmの組成傾斜層が設けられている。上記各屈折率層の膜厚は何れも、隣接する組成傾斜層の1/2を含んで、発振波長をλとするとλ/4の光学厚さとなるように設定されている。 Between each refractive index layer of p-DBR147, a composition gradient layer having a thickness of, for example, 20 nm, in which the composition is gradually changed from one composition to the other, is provided in order to reduce the electric resistance. ing. The film thickness of each of the refractive index layers is set so as to include 1/2 of the adjacent composition gradient layer and have an optical thickness of λ / 4 when the oscillation wavelength is λ.
p−DBR147には、例えばp−AlAsからなる選択酸化層151が例えば30nmの厚さで挿入されている。選択酸化層151の挿入位置は、例えば、スペーサ層146から数えて2つ目の高屈折率層と低屈折率層のペア内とすることができる。なお、選択酸化層151は、上下に組成傾斜層や中間層等の層を含んでいてもよく、ここでは実際に酸化される層を合わせて選択酸化層と称する。
A
p−DBR147と、スペーサ層146と、活性層145と、スペーサ層144と、n−DBR143の一部とをエッチングで除去することにより、VCSEL素子159に対応するメサ150が形成されている。
The
メサ150を覆う絶縁層153が形成されている。絶縁層153の材料としては、例えば、SiN、SiON、SiO2等を用いることができる。絶縁層153には、各メサ150の頂部でp−DBR147の一部を露出する開口部154と、メサ150間の溝の底部でn−DBR143の一部を露出する開口部156とが形成されている。
An insulating
絶縁層153上に、メサ150毎に独立して、開口部154を通じてp−DBR147に電気的に接続されたp側電極155が形成されている。p側電極155としては、例えば、p−DBR147側から順にTi/Pt/Auを積層した積層膜を用いることができる。
On the insulating
絶縁層153上に、開口部156を通じてn−DBR143に電気的に接続されたn側電極157が形成されている。n側電極157としては、例えば、n−DBR143側から順に金ゲルマニウム合金(AuGe)/ニッケル(Ni)/金(Au)を積層した積層膜を用いることができる。
On the insulating
なお、n側電極157とn−DBR143との間に、n−GaAs層等のn−コンタクト層が設けられてもよく、p側電極155とp−DBR147との間に、p−GaAs層等のp−コンタクト層が設けられてもよい。
An n-contact layer such as an n-GaAs layer may be provided between the n-
[MLA160の構造]
次に、MLA160について説明する。第1の実施形態では、MLA160は、板状の基部161と、基部161の各VCSEL素子159に対応する位置にアレイ状には設けられた複数のマイクロレンズ162とを有する。マイクロレンズ162は、光軸がVCSEL素子159の発光領域148を通るように配置されている。MLA160の材料は、VCSEL素子159が出射したレーザ光が透過し、屈折率が基板141の屈折率よりも低い材料である。MLA160の材料は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料、又はSiO2等の無機材料である。無機材料としてガラスを用いてもよい。MLA160の屈折率は、例えば1.5程度である。各マイクロレンズ162は、VCSEL素子159の放射パターンに対して所望のビーム成形を行えるように形成されており、例えば、レンズ径が50μm程度、曲率半径が70μm程度である。また、例えば、マイクロレンズ162の頂点の、面140bからの高さ(レンズ厚)は100μm程度、基部161の上面からの高さ(サグ量)は15μm程度である。マイクロレンズ162は光学素子の一例である。
[Structure of MLA160]
Next, the
光学装置100は、VCSELチップ140とMLA160との間に反射防止構造を有する。反射防止構造は、例えば、周期がVCSEL素子159の発振波長(例えば、940nm)より小さいサブ波長構造体である。図3Aは、反射防止構造の一例を示す平面図であり、図3Bは、図3Aに示す反射防止構造の一例を示す断面図である。図3Bは、図3A中のII−II線に沿った断面図に相当する。
The
例えば、図3A及び図3Bに示すように、基板141のMLA160側の面(第2の面)141b(VCSELチップ140の面140b)に、反射防止構造163として、例えば、高さが100nm程度の断面形状が三角形の溝164Aが200nm程度の一定のピッチで形成されている。溝164AはY方向に延び、X方向に一次元配列している。溝164Aのピッチが不規則でもよい。
For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, an
[光学装置100の構造]
実装基板120の、面140aに対向する面120aには、n側電極157が接合される電極(図示せず)と、p側電極155が接合される電極(図示せず)とが形成されている。そして、VCSELチップ140が実装基板120にフリップチップ実装されている。実装基板120は、例えばAl2O3基板又はAlN基板を含むことができる。
[Structure of Optical Device 100]
On the
このように構成された光学装置100では、各VCSEL素子159において、共振器構造体(共振器領域)のうち、凡そ平面視で非酸化領域151bと重なる発光領域148にてレーザ光149が発生し、VCSEL素子159からマイクロレンズ162にレーザ光149が入射する。面141bに反射防止構造163が形成されているため、レーザ光149は基板141とマイクロレンズ162との界面でほとんど反射することなくマイクロレンズ162に入射することができる。マイクロレンズ162はレーザ光149の放射角を低減し、レーザ光149を略平行光として放出する。
In the
また、溝164Aを含む反射防止構造163が形成されているため、面140bが平坦である場合と比較して、面140bとマイクロレンズ162との間に優れた密着性を得ることができる。
Further, since the
VCSEL素子159の発振波長は、上記のように、940nm帯(940nm±30nm程度)である。この波長帯は地球の大気により吸収される波長帯の1つであり、レーザ光を使用した測距装置等に応用するときに低ノイズのシステムを構成することが可能となる。また、この波長帯はYb:YAG固体レーザの吸収係数が大きい波長帯でもあり、Yb:YAG固体レーザの高効率な励起が可能となる。また、活性層145の量子井戸層に用いられるInGaAsは、GaAsに対して圧縮歪みを持ち、VCSEL素子159は高い微分利得を有する。従って、VCSELチップ140は、低閾値発振が可能であり、VCSELチップ140の光変換効率は優れている。また、InGaAsは化学的に活性なAlを含まないため、結晶成長中の反応室に微量に存在する酸素が活性層145中に取り込まれにくい。このため、高い信頼性を得ることもできる。
As described above, the oscillation wavelength of the
[光学装置100の製造方法]
次に、光学装置100の製造方法について説明する。図4A〜図4Jは、光学装置100の製造方法を示す断面図である。図4A〜図4Jは、図2中のI−I線に沿った断面の変化を示す。
[Manufacturing method of optical device 100]
Next, a method of manufacturing the
先ず、図4Aに示すように、基板141の面141bとは反対側の面(第1の面)141a上に、n−DBR143と、スペーサ層144と、活性層145と、スペーサ層146と、p−DBR147とを順次成長する。p−DBR147内には、例えばp−AlAsからなる選択酸化層151(図示せず)が含まれる。n−DBR143、スペーサ層144、活性層145、スペーサ層146及びp−DBR147の半導体積層構造体は、例えば、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法又は分子線エピタキシャル成長(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法による結晶成長によって作製することができる。ここでは、MOCVD法を用いた例を示す。一例として、III族の原料に、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)等を用い、V族の原料に、フォスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)を用いる。一例として、p型ドーパントの原料には四臭化炭素(CBr4)を用い、n型ドーパントの原料にはセレン化水素(H2Se)を用いる。基板141としては、例えば、表面が鏡面研磨面であるn−GaAs基板を用いることができる。
First, as shown in FIG. 4A, the n-DBR143, the
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、p−DBR147上に所望のメサ150の平面形状に対応するようにレジストパターン(図示せず)を形成する。そして、例えばCl2ガスを用いた電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)エッチング法等で、半導体積層構造体のレジストパターンに被覆されていない領域の一部の層をエッチングし、図4Bに示すように、メサ150を形成する。この際、メサ150は、少なくとも選択酸化層151(図示せず)が露出するように形成する。エッチング後、レジストパターンを除去する。エッチングは、例えば、n−DBR143内で停止することができる。
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the p-DBR147 using a photolithography technique so as to correspond to the desired planar shape of the
次に、図4Cに示すように、メサ150が形成された半導体積層構造体を酸化対象物として、水蒸気中で熱処理(酸化処理)を行う。この結果、メサ150の外周部から選択酸化層151中のAl(アルミニウム)が選択的に酸化される。そして、メサ150の中央部に、Alの酸化領域151aによって囲まれた酸化されていない非酸化領域151bを残留させる。これにより、発光部の駆動電流の経路をメサ150の中央部だけに制限する、酸化狭窄構造体が形成される。非酸化領域151bが電流通過領域(電流注入領域)である。
Next, as shown in FIG. 4C, the semiconductor laminated structure on which the
次に、図4Dに示すように、例えばプラズマCVD法を用いて、メサ150の上面及び側面と、メサ150間の溝の底面とを連続的に覆うように、光学的に透明な絶縁層153を形成する。絶縁層153の材料としては、例えば、SiN、SiON、SiO2等を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 4D, an optically transparent insulating
次に、図4Eに示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、メサ150の上面の一部(p−DBR147の上面の外周部を除く部分)に形成された絶縁層153を除去して窓開けを行い、開口部154(コンタクト領域)を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンの形成、金属膜の形成及びリフトオフを行うことで、p側電極155を形成する。金属膜の形成では、例えば、蒸着法により、Ti、Pt及びAuを、絶縁層153と、開口部154から露出しているp−DBR147との上に順次積層する。p−DBR147とp側電極155との間にコンタクト層を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 4E, using photolithography technology, the insulating
次に、図4Fに示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、メサ150間の溝の底面の一部に形成された絶縁層153を除去して窓開けを行い、開口部156(コンタクト領域)を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンの形成、金属膜の形成及びリフトオフを行うことで、n側電極157を形成する。金属膜の形成では、例えば、蒸着法により、AuGe、Ni及びAuを開口部156から露出しているn−DBR143上に順次積層する。n−DBR143とn側電極157との間にコンタクト層を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 4F, using photolithography technology, the insulating
次に、基板141の面141bを研磨する。例えば、ハンドリング性の観点から、p側電極155の形成やn側電極157の形成までの間、基板141の厚さは500μm程度であることが好ましい。その一方で、光学装置100の製品では、光損失等の観点から、基板141の厚さは200μm程度であることが好ましい。そこで、n側電極157の形成後に基板141の面141bを研磨する。
Next, the
次に、基板141の面141bに反射防止構造163(図3A及び図3B参照)を形成する。反射防止構造163の形成では、例えば、電子線リソグラフィ技術を用い、面141bに断面形状が三角形の微細な溝164Aを形成する。
Next, the antireflection structure 163 (see FIGS. 3A and 3B) is formed on the
このようにしてVCSELチップ140を形成することができる。
In this way, the
次に、図4Gに示すように、面140bに常温で液体のエネルギ硬化性樹脂165を塗布する。エネルギ硬化性樹脂165としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 4G, the
次に、図4Hに示すように、MLA160を反転した形状を有する型169をエネルギ硬化性樹脂165に押し当てる。そして、熱、紫外線又は電子線等をエネルギ硬化性樹脂165に付与し、エネルギ硬化性樹脂165を架橋硬化させることで、基部161とマイクロレンズ162とを備えたMLA160を形成する。
Next, as shown in FIG. 4H, a
次に、図4Iに示すように、型169を取り外す。そして、面140bにMLA160が形成されたVCSELチップ140を実装基板120に実装する。
Next, as shown in FIG. 4I, the
このようにして光学装置100を製造することができる。
In this way, the
この製造方法では、型169を用いてマイクロレンズ162の形状を定めている。上記のように、例えば、マイクロレンズ162のレンズ径が50μm、曲率半径が70μmである。このようなサイズのマイクロレンズ162を形成するための型169は容易に準備することができる。従って、この方法によれば、レンズ径等の寸法の精度が高いマイクロレンズ162を容易に製造することができる。
In this manufacturing method, the shape of the
なお、基板141自体をエッチングして基板141の面141bにマイクロレンズを形成する場合、600nm程度の厚さで球面に加工することになる。このような薄い範囲で高精度の球面のエッチングを行うことは極めて困難である。
When the
MLA160の材料にSiO2を用いる場合は、例えば、エネルギ硬化性樹脂165の塗布に代えてシラノールを塗布し、型169を用いながら縮合反応により固化させてもよい。また、エネルギ硬化性樹脂165の塗布に代えてSiO2膜を形成し、フォトリソグラフィによりSiO2膜を加工してもよい。
When SiO 2 is used as the material of the
反射防止構造163の形態は特に限定されず、レーザ光149の入射側から出射側に向けて平均屈折率が徐々に変化するような形態であればよい。図5Aは、反射防止構造の他の一例を示す平面図であり、図5Bは、図5Aに示す反射防止構造の他の一例を示す断面図である。図6Aは、反射防止構造の更に他の一例を示す平面図であり、図6B及び図6Cは、図6Aに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図である。
The form of the
例えば、図5A及び図5Bに示すように、反射防止構造163として、例えば、高さが100nm程度の断面形状が三角形の溝164Bが200nm程度の一定のピッチで形成されていてもよい。溝164Bは同心円状に形成されている。円の中心が、発光領域148及びマイクロレンズ162の光軸と揃っていてもよく、発光領域148及びマイクロレンズ162の光軸からずれていてもよい。
For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, as the
例えば、図6A、図6B及び図6Cに示すように、反射防止構造163として、例えば、高さが100nm程度の四角錐164CがX方向及びY方向に二次元配列していてもよい。四角錐164Cのサイズは一定でもよく、不規則でもよい。
For example, as shown in FIGS. 6A, 6B and 6C, as the
反射防止構造163が反射防止膜から構成されていてもよく、反射防止膜を含んでいてもよい。反射防止膜は、例えば、基板141側から順にHfO2/SiO2を積層した積層膜であり、VCSEL素子159の発振波長である940nmを含む所定の波長領域の光に対する透過率を99%以上にするように設計されている。反射防止膜は、真空蒸着法、スパッタリング法等により形成することができる。
The
VCSEL素子159及びマイクロレンズ162の配列は限定されず、図2に示す千鳥配列(三角格子状配列)でもよく、図7に示す正方配列(四角格子状配列)であってもよい。
The arrangement of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、MLAの構成の点で第1の実施形態と相違する。図8は、第2の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図8は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the MLA. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the optical device according to the second embodiment. FIG. 8 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図8に示すように、第2の実施形態に係る光学装置200は、マイクロレンズ162を備えたMLA260を有する。MLA260は、MLA160とは異なり、マイクロレンズ162を繋ぐ基部を有していない。各マイクロレンズ162は、VCSEL素子159の放射パターンに対して所望のビーム成形を行えるように形成されており、例えば、レンズ径が60μm程度、曲率半径が40μm程度である。また、マイクロレンズ162の頂点の、面140bからの高さ(サグ量)は15μm程度である。他の構成は第1の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 8, the
光学装置200によっても光学装置100と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、光学装置200では、優れた耐熱性を得ることができる。基板141とMLA160に用いられる樹脂との間では、線膨張係数が10倍程度相違する。このため、常温下で基板141とMLA160との間に応力が発生していない場合でも、使用環境の温度が常温から大きく相違するほど、基板141とMLA160との間に大きな応力が発生する。そして、基板141とMLA160との接触面積が大きいほど、マイクロレンズ162に作用する力が大きくなる。光学装置200では、MLA160に基部が含まれておらず、各マイクロレンズ162が互いに独立して形成されているため、個々のマイクロレンズ162に作用する力は、光学装置100における力よりも小さい。従って、温度変化があっても、より安定した動作を実現することができる。特に、高温環境下で使用されるセンシングシステムへの適用に好適である。
Further, in the
次に、第2の実施形態に係る光学装置200の製造方法について説明する。図9A〜図9Bは、第2の実施形態に係る光学装置200の製造方法を示す断面図である。
Next, a method of manufacturing the
この製造方法では、先ず、第1の実施形態と同様にして、VCSELチップ140を形成する。
In this manufacturing method, first, the
次に、図9Aに示すように、面140bのうち、マイクロレンズ162を形成する予定の部分に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂165を個々に配置する。エネルギ硬化性樹脂165は、例えば、インクジェット法、ディスペンス法等の、樹脂材料を直接吐出する方法により形成することができる。液体のエネルギ硬化性樹脂165を微量吐出すると、エネルギ硬化性樹脂165は表面張力により球面レンズ形状を有するようになる。
Next, as shown in FIG. 9A, the energy-
次に、熱、紫外線又は電子線等をエネルギ硬化性樹脂165に付与し、エネルギ硬化性樹脂165を架橋硬化させることで、図9Bに示すように、マイクロレンズ162を備えたMLA260を形成する。
Next, heat, ultraviolet rays, electron beams, or the like are applied to the energy-
その後、第1の実施形態と同様にして、面140bにMLA260が形成されたVCSELチップ140を実装基板120に実装する。
Then, in the same manner as in the first embodiment, the
このようにして光学装置200を製造することができる。
In this way, the
この製造方法では、液体のエネルギ硬化性樹脂165の表面張力を用いてマイクロレンズ162の形状を定めている。
In this manufacturing method, the shape of the
また、第1の実施形態と比較して、各発光領域148とマイクロレンズ162との間の光軸ずれ(偏芯誤差)を生じにくくすることができる。第1の実施形態では、型169と基板141との間にアライメントずれが生じると、すべてのVCSEL素子159とマイクロレンズ162との組み合わせに偏芯誤差が生じ得る。これに対し、第2の実施形態では、1組のVCSEL素子159とマイクロレンズ162との間に偏芯誤差が生じても、その影響は他の組に影響しにくい。このため、第2の実施形態によれば、より高い集光性能を得やすい。
Further, as compared with the first embodiment, it is possible to reduce the occurrence of optical axis deviation (eccentricity error) between each light emitting
更に、第1の実施形態では、型169からの圧力がVCSELチップ140にも作用するが、第2の実施形態では、このような圧力は生じない。VCSELチップ140の厚さは、例えば100μm〜200μm程度であるため、圧力によって破損する可能性もあるが、第2の実施形態によれば、このような破損を抑制することができる。
Further, in the first embodiment, the pressure from the
また、反射防止構造163として、マイクロレンズ162を形成する予定の部分のみにサブ波長構造体を形成することで、面141b内でエネルギ硬化性樹脂165の濡れ性を調整することができる。マイクロレンズ162を形成する予定の部分の濡れ性をその周囲よりも高めることで、吐出したエネルギ硬化性樹脂165の濡れ広がりを抑制し、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。
Further, as the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、VCSELチップの基板の構成の点で第2の実施形態と相違する。図10は、第3の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図10は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the substrate of the VCSEL chip. FIG. 10 is a cross-sectional view showing an optical device according to a third embodiment. FIG. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図10に示すように、第3の実施形態に係る光学装置300では、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に凸部141cが形成され、凸部141cの周囲に凹部141dが形成されている。つまり、平面視でマイクロレンズ162と重なる部分とその周囲の部分との間に段差が形成されている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 10, in the
光学装置300によっても光学装置200と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、光学装置300によれば、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ162の形成に先立って、面141bに凸部141c及び凹部141dを形成しておく。マイクロレンズ162は、第2の実施形態と同様の方法で形成することができる。凸部141cと凹部141dとの間に濡れのピン止め効果が発現するため、凸部141c上に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂165は、凸部141cの外側に濡れ広がりにくい。従って、凸部141cの平面形状でマイクロレンズ162の平面形状を高精度に制御することができる。
Further, according to the
また、マイクロレンズ162の1個あたりのエネルギ硬化性樹脂165の量を第2の実施形態よりも増やした場合、エネルギ硬化性樹脂165の曲率が大きくなる。このため、曲率が大きく、屈折力が強く、集光効率が高いマイクロレンズ162を得ることもできる。
Further, when the amount of the energy-
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、VCSELチップの基板の構成の点で第2の実施形態と相違する。図11は、第4の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図11は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the substrate of the VCSEL chip. FIG. 11 is a cross-sectional view showing an optical device according to a fourth embodiment. FIG. 11 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図11に示すように、第4の実施形態に係る光学装置400では、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に凹部141eが形成され、凹部141eの周囲に凸部141fが形成されている。つまり、平面視でマイクロレンズ162と重なる部分とその周囲の部分との間に段差が形成されている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 11, in the
光学装置400によっても光学装置200と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、光学装置400によれば、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ162の形成に先立って、面141bに凹部141e及び凸部141fを形成しておく。マイクロレンズ162は、第2の実施形態と同様の方法で形成することができる。凹部141eと凸部141fとの間に濡れのピン止め効果が発現するため、凹部141e内に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂165は、凹部141eの外側に濡れ広がりにくい。このため、凹部141eの平面形状でマイクロレンズ162の平面形状を高精度に制御することができる。
Further, according to the
また、光学装置400によっても、光学装置300と同様に、集光効率が高いマイクロレンズ162を得ることもできる。
Further, the
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第2の実施形態と相違する。図12は、第5の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図12は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Fifth Embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment differs from the second embodiment in the configuration around the microlens. FIG. 12 is a cross-sectional view showing an optical device according to a fifth embodiment. FIG. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図12に示すように、第5の実施形態に係る光学装置500は、面141b上に、マイクロレンズ162を囲む枠501を有する。枠501の材料は、例えばフォトレジストである。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 12, the
光学装置500によっても光学装置200と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、光学装置500によれば、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ162の形成に先立って、面141b上に枠501を形成しておく。枠501は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成することができる。マイクロレンズ162は、第2の実施形態と同様の方法で形成することができる。枠501が濡れのピン止め効果を発揮するため、枠501の内側に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂165は、枠501の外側に漏れ出しにくい。このため、枠501の平面形状でマイクロレンズ162の平面形状を高精度に制御することができる。
Further, according to the
また、光学装置500によっても、光学装置300と同様に、集光効率が高いマイクロレンズ162を得ることもできる。
Further, the
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第2の実施形態と相違する。図13は、第6の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図13は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(Sixth Embodiment)
Next, the sixth embodiment will be described. The sixth embodiment differs from the second embodiment in the configuration around the microlens. FIG. 13 is a cross-sectional view showing an optical device according to a sixth embodiment. FIG. 13 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図13に示すように、第6の実施形態に係る光学装置600は、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に第1の膜601を有し、第1の膜601の周囲に第2の膜602を有する。第1の膜601の表面自由エネルギは面140bの表面自由エネルギより高く、第2の膜602の表面自由エネルギは面140bの表面自由エネルギより低い。従って、第1の膜601及び第2の膜602により、面140b(面141b)の、平面視でマイクロレンズ162と重なる部分の表面自由エネルギは、その周囲の部分の表面自由エネルギよりも高くなっている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 13, the
光学装置600によっても光学装置200と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、光学装置600によれば、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。マイクロレンズ162の形成に先立って、面141b上に第1の膜601及び第2の膜602を形成しておく。マイクロレンズ162は、第2の実施形態と同様の方法で形成することができる。第1の膜601上に設けられた液体のエネルギ硬化性樹脂165は、第1の膜601の外側に濡れ広がりにくい。このため、第1の膜601及び第2の膜602の平面形状でマイクロレンズ162の平面形状を高精度に制御することができる。
Further, according to the
また、表面自由エネルギの相違により、液体のエネルギ硬化性樹脂165の面141bでの接触角は、第2の膜602上で第1の膜601上よりも大きくなる。従って、マイクロレンズ162の1個あたりのエネルギ硬化性樹脂165の量を第2の実施形態よりも増やした場合、エネルギ硬化性樹脂165の曲率が大きくなる。このため、曲率が大きく、屈折力が強く、集光効率が高いマイクロレンズ162を得ることもできる。
Further, due to the difference in surface free energy, the contact angle of the liquid energy-
図14に示すように、第1の膜601が設けられていなくてもよく、図15に示すように、第2の膜602が設けられていなくてもよい。図14は、第6の実施形態の第1の変形例に係る光学装置600Aを示す断面図である。図15は、第6の実施形態の第2の変形例に係る光学装置600Bを示す断面図である。図14及び図15は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
As shown in FIG. 14, the
(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態について説明する。第7の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第2の実施形態と相違する。図16は、第7の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。図17は、第7の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図17は、図16中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(7th Embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. The seventh embodiment differs from the second embodiment in the configuration around the microlens. FIG. 16 is a plan view showing an optical device according to a seventh embodiment. FIG. 17 is a cross-sectional view showing an optical device according to a seventh embodiment. FIG. 17 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図16及び図17に示すように、第7の実施形態に係る光学装置700は、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分の周囲にn側電極701を有する。また、絶縁層153に開口部156が形成されておらず、n側電極157が設けられていない。n側電極701としては、例えば、n−DBR143側から順に金ゲルマニウム合金(AuGe)/ニッケル(Ni)/金(Au)を積層した積層膜を用いることができる。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
光学装置700によっても光学装置200と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
また、光学装置700では、VCSEL素子159にn側電極701及びp側電極155から電圧が印加される。従って、小型化及びレイアウト性の向上の効果を得ることもできる。
Further, in the
また、n側電極701の材料がレーザ光149に対する遮光性を有している場合には、発光領域148からの迷光の出射を抑制することができる。
Further, when the material of the n-
第3の実施形態のように、n側電極701が設けられる部分に凹部141dが形成されていてもよい(図10参照)。第4の実施形態のように、n側電極701が設けられる部分に凸部141fが形成されていてもよい(図11参照)。第5の実施形態のように、n側電極701とマイクロレンズ162との間に枠501が形成されていてもよい(図12参照)。第6の実施形態のように、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に第1の膜601が形成され、n側電極701上に第2の膜602が形成されていてもよい(図13参照)。第6の実施形態の第1の変形例のように、第1の膜601が設けられていなくてもよく(図14参照)、第6の実施形態の第2の変形例のように、第2の膜602が設けられていなくてもよい(図15参照)。また、VCSEL素子159及びマイクロレンズ162の配列は限定されず、図16に示す千鳥配列(三角格子状配列)でもよく、正方配列(四角格子状配列)であってもよい(図7参照)。
As in the third embodiment, the
(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態について説明する。第8の実施形態は、VCSELチップの基板の構成の点で第1の実施形態と相違する。図18は、第8の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図18は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(8th Embodiment)
Next, the eighth embodiment will be described. The eighth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the substrate of the VCSEL chip. FIG. 18 is a cross-sectional view showing an optical device according to an eighth embodiment. FIG. 18 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図18に示すように、第8の実施形態に係る光学装置800では、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に凹レンズ構造141gが形成されている。第1の実施形態では、基板141の厚さが200μm程度であるのに対し、第8の実施形態では、基板141の厚さが100μm程度である。また、マイクロレンズ162のレンズ径が40μm、曲率半径が50μmである。マイクロレンズ162の頂点の、面140bの凹レンズ構造141gの周囲の平坦面からの高さ(サグ量)は3μm程度である。他の構成は第1の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 18, in the
光学装置800によっても光学装置100と同様の効果を得ることができる。
The same effect as that of the
更に、凹レンズ構造141gが形成されているため、第1の実施形態よりもレーザ光149がマイクロレンズ162内で広がり、マイクロレンズ162による集光効率を高めることができる。つまり、光学装置800によれば、放射角を低減することができる。
Further, since the
光学装置800を製造するには、反射防止構造163の形成前に凹レンズ構造141gを面141bに形成し、凹レンズ構造141gを含めて面141bに反射防止構造163を形成する。反射防止構造163としてサブ波長構造体を形成してもよく、反射防止膜を形成してもよい。そして、第1の実施形態と同様に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂165の塗布以降の処理を行う。レンズ径が40μm、曲率半径が50μmのマイクロレンズ162を形成するための型169も容易に準備することができる。従って、レンズ径等の寸法の精度が高く、集光効率が高いマイクロレンズ162を容易に製造することができる。
In order to manufacture the
(第9の実施形態)
次に、第9の実施形態について説明する。第9の実施形態は、VCSELチップの基板の構成の点で第2の実施形態と相違する。図19は、第9の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図19は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(9th embodiment)
Next, a ninth embodiment will be described. The ninth embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the substrate of the VCSEL chip. FIG. 19 is a cross-sectional view showing an optical device according to a ninth embodiment. FIG. 19 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図19に示すように、第9の実施形態に係る光学装置900では、第8の実施形態と同様に、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に凹レンズ構造141gが形成されている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 19, in the
光学装置900によれば、光学装置800と同様の効果と光学装置200と同様の効果とを得ることができる。
According to the
光学装置900を製造するには、反射防止構造163の形成前に凹レンズ構造141gを面141bに形成し、凹レンズ構造141gを含めて面141bに反射防止構造163を形成する。反射防止構造163としてサブ波長構造体を形成してもよく、反射防止膜を形成してもよい。そして、第2の実施形態と同様に、常温で液体のエネルギ硬化性樹脂165の吐出以降の処理を行う。この製造方法では、凹レンズ構造141gがエネルギ硬化性樹脂165の濡れ広がりを抑制するピン止め効果を発揮することができる。従って、マイクロレンズ162のレンズ径の精度をより向上することができる。
In order to manufacture the
(第10の実施形態)
次に、第10の実施形態について説明する。第10の実施形態は、マイクロレンズの周囲の構成の点で第9の実施形態と相違する。図20は、第10の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。図20は、図1中のI−I線に沿った断面図に相当する。
(10th Embodiment)
Next, a tenth embodiment will be described. The tenth embodiment differs from the ninth embodiment in the configuration around the microlens. FIG. 20 is a cross-sectional view showing an optical device according to a tenth embodiment. FIG. 20 corresponds to a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
図20に示すように、第10の実施形態に係る光学装置1000では、第9の実施形態と同様に、面141bのマイクロレンズ162が形成される部分に凹レンズ構造141gが形成されている。他の構成は第7の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 20, in the
光学装置1000によれば、光学装置900と同様の効果と光学装置700と同様の効果とを得ることができる。
According to the
第9の実施形態及び第10の実施形態において、第5の実施形態のように、枠501が形成されていてもよい(図12参照)。第6の実施形態のように、第1の膜601及び第2の膜602が形成されていてもよい(図13参照)。第6の実施形態の第1の変形例のように、第1の膜601が設けられていなくてもよく(図14参照)、第6の実施形態の第2の変形例のように、第2の膜602が設けられていなくてもよい(図15参照)。
In the ninth embodiment and the tenth embodiment, the
第1〜第10の実施形態において、マイクロレンズ162の上面に反射防止膜が形成されていてもよい。
In the first to tenth embodiments, an antireflection film may be formed on the upper surface of the
(第11の実施形態)
次に、第11の実施形態について説明する。第11の実施形態は、第1〜第10の実施形態のいずれかに係る光学装置を含む計測装置に関する。図21は、第11の実施形態に係る計測装置の使用例を示す図である。
(11th Embodiment)
Next, the eleventh embodiment will be described. The eleventh embodiment relates to a measuring device including an optical device according to any one of the first to tenth embodiments. FIG. 21 is a diagram showing a usage example of the measuring device according to the eleventh embodiment.
図21に示すように、第11の実施形態に係る計測装置11は、例えば、工場等における部品2の外観検査に使用することができる。図26に示すように、計測装置11は、例えば、第1〜第10の実施形態のいずれかに係る、VCSELチップ140を含む光学装置14を備えた照明ユニット10と、光学センサ等の光電変換素子からなる受光素子13とを有する。照明ユニット10は、VCSEL素子159がマイクロレンズ162を通じて出射した光を被照射面3に投影する投影部19を有する。投影部19は、光学装置14から出射した光を拡げて被照射面3に投光させる光学系より実装される。
As shown in FIG. 21, the measuring
一例として、計測装置11は、照明ユニット10から被照射面3上の部品2(検出対象)に対してパルス光を投光(照射)し、部品2からの反射光を受光素子(光学センサ)13で受光して、反射光の受光までに要した時間に基づいて部品2との距離を測定する、TOF(Time Of Flight)方式の距離検出装置である。
As an example, the measuring
照明ユニット10の光学装置14は、光源駆動回路16により電流が送られて発光が制御される。光源駆動回路16は、光学装置14を発光させたときに信号制御回路17に信号を送信する。
In the
光学装置14から投光されて部品2で反射された反射光は、集光作用を持つ受光光学系18を通して受光素子13に導光される。受光素子13で受光した光が光電変換され、電気信号として信号制御回路17に送られる。信号制御回路17は、投光(光源駆動回路16からの発光信号入力)と受光(受光素子13からの受光信号入力)の時間差に基づいて、部品2までの距離を計算する。従って、計測装置11では、受光素子13が、光学装置14から発せられて部品2で反射された光を検出する検出部として機能する。また、信号制御回路17が、受光素子(検出部)13からの信号に基づいて、部品2との距離に関する情報を取得する計算部として機能する。
The reflected light projected from the
なお、図21の例では、計測装置11を用いることによって部品2の深さ情報を取得できるため、通常のカメラによる外観検査と比べて細かい傷や欠陥、立体形状などの情報を取得しやすい。また、計測装置11が照明ユニットを備えているため、暗い環境下でも使用可能である。更に、照明ユニットはVCSELチップ140を含むため、均一照明を実現することができる。従って、照明ユニットを使用することで、広角に光を照射しても光学センサの周辺部で測距精度が低下しないため、多くの部品2の検査を同時に行うことができ、作業効率の向上が見込める。照明ユニットは照明装置の一例であり、光学センサは撮像部の一例である。
In the example of FIG. 21, since the depth information of the
計測装置11を備えた部品検査装置は、計測装置11によって対象物の外観検査を行う検査部を設けることで実現することができる。
A parts inspection device provided with the measuring
(第12の実施形態)
次に、第12の実施形態について説明する。第12の実施形態は、第11の実施形態に係る計測装置を含むロボットに関する。図22は、第12の実施形態に係るロボットを示す図である。
(12th Embodiment)
Next, a twelfth embodiment will be described. A twelfth embodiment relates to a robot including a measuring device according to the eleventh embodiment. FIG. 22 is a diagram showing a robot according to the twelfth embodiment.
図22に示すように、第12の実施形態に係るロボット12は、多関節を有するロボットアーム(多関節アーム)70と、対象物をピッキングするハンド部71と、ハンド部71の直近に搭載された計測装置11とを有する。ロボットアーム70は、それぞれ屈曲可能な複数の可動部を備え、ハンド部71の位置及び向きを、制御に従い変更する。
As shown in FIG. 22, the
計測装置11は、光の投影方向がハンド部71の向く方向に一致するように設けられ、ハンド部71のピッキングの対象物15を計測対象として計測する。計測装置11は、この計測に際して、内蔵する光学装置からレーザ光を照射領域60に照射する。
The measuring
より詳細には、計測装置11は、対象物15を含む照射領域からの反射光を受光素子13で受光して、信号制御回路17は画像データを生成し(撮像を行い)、得られた画像情報に基づいて、対象物15に関する各種情報を判断する。具体的には、計測装置11を用いて検出される情報は、対象物15までの距離、対象物15の形状、対象物15の位置、複数の対象物15が存在する場合の互いの位置関係などである。そして、信号制御回路17での判断結果に基づいて、ロボットアーム70及びハンド部71の動作を制御して、対象物15の把持や移動などを行わせる。
More specifically, the measuring
このように、第12の実施形態では、計測装置11をロボットアーム70に搭載することで、ピッキングの対象物15を近距離から計測することができ、カメラ等を用いた遠方からの計測と比較して計測精度や認識精度の向上が達成できる。例えば、工場の様々な組立てライン等におけるファクトリーオートメーション(factory automation:FA)分野においては、対象物15である部品の検査や認識等のために、ロボットアーム70を含むロボット12が利用される。ロボット12に計測装置11を搭載することにより、部品の検査や認識を精度よく行うことができるようになる。
As described above, in the twelfth embodiment, by mounting the measuring
第1〜第10の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置11の内部ではなく、計測装置11から独立して、ハンド部71の直近に搭載されていてもよい。
The optical device according to any one of the first to tenth embodiments may be mounted in the immediate vicinity of the
(第13の実施形態)
次に、第13の実施形態について説明する。第13の実施形態は、第11の実施形態に係る計測装置を搭載した電子機器に関する。図23は、第13の実施形態に係る電子機器を示す図である。
(13th Embodiment)
Next, the thirteenth embodiment will be described. The thirteenth embodiment relates to an electronic device equipped with the measuring device according to the eleventh embodiment. FIG. 23 is a diagram showing an electronic device according to a thirteenth embodiment.
第13の実施形態に係る電子機器は、例えばスマートフォン80である。スマートフォン80には計測装置11と使用者の認証機能とが搭載されている。使用者の認証機能は、例えば専用のハードウェアを設ける等して搭載されている。この他、コンピュータ構成の中央処理装置(central processing unit:CPU)が読み出し専用メモリ(read only memory:ROM)等に格納されたプログラムを実行する等して認証機能を実現するようにしてもよい。計測装置11は、使用者81の顔、耳や頭部の形状等を計測する。この計測結果に基づいて、使用者の認証機能は、使用者81がスマートフォン80に登録された者か否かを判定する。
The electronic device according to the thirteenth embodiment is, for example, a
使用者の認証を行う際には、スマートフォン80に搭載した計測装置11の照明ユニット10から、スマートフォン80を使用する使用者81へ向けて光が投射される。使用者81及びその周囲で反射された光が計測装置11の受光素子13で受光され、画像処理部として機能する信号制御回路17で画像データを生成する(撮像を行う)。使用者81の画像情報と、予め登録された使用者情報との一致度を、信号制御回路17が判断して、登録済みの使用者であるか否かを判定する。具体的には、使用者81の顔、耳、頭部などの形状(輪郭や凹凸)を測定して、使用者情報として用いることができる。
When authenticating the user, light is projected from the
このように、第13の実施形態では、計測装置11をスマートフォン80に搭載することで、高精度に使用者81の顔、耳や頭部の形状等を計測することができ、認識精度の向上が達成できる。なお、本実施形態では、計測装置11をスマートフォン80に搭載しているが、パーソナルコンピュータ(personal computer:PC)やプリンタ等の電子機器に搭載してもよい。また、機能面としても個人認証機能に限らず、顔形状のスキャナなどに用いてもよい。
As described above, in the thirteenth embodiment, by mounting the measuring
第1〜第10の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置11の内部ではなく、計測装置11から独立して、スマートフォン80等の電子機器に搭載されていてもよい。
The optical device according to any one of the first to tenth embodiments may be mounted on an electronic device such as a
(第14の実施形態)
次に、第14の実施形態について説明する。第14の実施形態は、第11の実施形態に係る計測装置を搭載した、車両等の移動体に関する。図24は、第14の実施形態に係る移動体を示す図である。
(14th Embodiment)
Next, the fourteenth embodiment will be described. The fourteenth embodiment relates to a moving body such as a vehicle equipped with the measuring device according to the eleventh embodiment. FIG. 24 is a diagram showing a moving body according to the fourteenth embodiment.
図24に示すように、第14の実施形態に係る移動体は、例えば自動車である。自動車の車内85には計測装置11と運転支援機能とが搭載されている。運転支援機能は、例えば専用のハードウェアを設ける等して搭載されている。この他、コンピュータ構成のCPUがROM等に格納されたプログラムを実行する等して運転支援機能を実現するようにしてもよい。計測装置11は、ドライバー86の顔や姿勢等を計測する。この計測結果に基づいて、運転支援機能は、ドライバー86の状況に応じた適切な支援を行う。
As shown in FIG. 24, the moving body according to the fourteenth embodiment is, for example, an automobile. The inside 85 of the automobile is equipped with a measuring
自動車の車内85に搭載した計測装置11の照明ユニット10から、自動車を運転するドライバー86へ向けて光が投射される。ドライバー86及びその周囲で反射された光が計測装置11の受光素子13で受光され、信号制御回路17で画像データを生成する(撮像を行う)。信号制御回路17が、ドライバー86の画像情報に基づいて、ドライバー86の顔(表情)や姿勢などの情報を判断する。そして、信号制御回路17の判断結果に基づいて、ブレーキや操舵輪を制御して、ドライバー86の状況に応じた適切な運転支援を行う。例えば、脇見運転や居眠り運転を検出したときの自動減速や自動停止などの制御を行うことができる。
Light is projected from the
このように、第14の実施形態では、計測装置11を自動車に搭載することで、高精度にドライバー86の顔、姿勢等を計測することができ、車内85のドライバー86の状態認識精度の向上が達成できる。なお、本実施形態では、計測装置11を自動車に搭載しているが、電車の車内や飛行機の操縦席(又は客席)等に搭載してもよい。また、機能面としてもドライバー86の顔、姿勢等のドライバー86の状態認識に限らず、ドライバー86以外の搭乗者や車内85の様子の認識等に用いてもよい。またドライバー86の個人認証を行い、車のドライバーとして予め登録された者か否かを判断するといった車のセキュリティに用いてもよい。
As described above, in the fourteenth embodiment, by mounting the measuring
第1〜第10の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置11の内部ではなく、計測装置11から独立して、車内85に搭載されていてもよい。
The optical device according to any one of the first to tenth embodiments may be mounted in the
(第15の実施形態)
次に、第15の実施形態について説明する。第15の実施形態は、第11の実施形態に係る計測装置を搭載した移動体に関する。図25は、第15の実施形態に係る移動体を示す図である。
(15th Embodiment)
Next, a fifteenth embodiment will be described. The fifteenth embodiment relates to a moving body equipped with the measuring device according to the eleventh embodiment. FIG. 25 is a diagram showing a moving body according to the fifteenth embodiment.
図25に示すように、第15の実施形態に係る移動体87は、例えば自律型の移動体である。移動体87には計測装置11が搭載されており、移動体87の周囲を計測する。この計測結果に基づいて、移動体87は自身の移動する経路の判断、及び、机88の位置等の室内89のレイアウトを算出する。
As shown in FIG. 25, the moving
移動体87に搭載された計測装置11は移動体87の進行方向及びその周辺領域に向けて光を照射する。移動体87の移動エリアである室内89において、移動体87の進行方向に机88が設置されている。移動体87に搭載した計測装置11の照明ユニット10から投射された光のうち、机88及びその周囲で反射された光が計測装置11の受光素子13で受光され、光電変換された電気信号が信号制御回路17に送られる。
The measuring
信号制御回路17では、受光素子13から送られた電気信号などに基づいて、机88との距離や机88の位置、机88以外の周辺状況など、室内89のレイアウトに関する情報を算出する。この算出された情報に基づいて、移動体87の移動経路や移動速度などを信号制御回路17が判断し、その判断結果に基づいて、移動体87の走行(駆動源であるモータの動作など)を制御する。
The
このように、第15の実施形態では、計測装置11を移動体87に搭載することで、高精度に移動体87の周辺を計測することができ、移動体87の運転の支援が行える。なお、本実施形態では、計測装置11を小型の移動体87に搭載しているが、自動車等に搭載してもよい。また、屋内だけでなく屋外で用いてもよく、建造物等の計測に用いてもよい。
As described above, in the fifteenth embodiment, by mounting the measuring
第1〜第10の実施形態のいずれかに係る光学装置が、計測装置11の内部ではなく、計測装置11から独立して、移動体87に搭載されていてもよい。
The optical device according to any one of the first to tenth embodiments may be mounted on the moving
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the embodiments are not limited to the above-described embodiments and the like, and various embodiments and the like described above are used without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be added.
3 被照射面
11 計測装置
12 ロボット
60 照射領域
70 ロボットアーム
80 スマートフォン
87 移動体
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000 光学装置
120 実装基板
140 VCSELチップ
141 基板
141a、141b 面
141c、141f 凸部
141d、141e 凹部
141g 凹レンズ構造
163 反射防止構造
164A、164B 溝
164C 四角錐
165 エネルギ硬化性樹脂
169 型
601 第1の膜
602 第2の膜
Claims (15)
前記基板の前記第1の面とは反対側の第2の面上に、前記面発光レーザ素子に対応して配置された複数の光学素子と、
前記基板と前記複数の光学素子との間の反射防止構造と、
を有することを特徴とする光学装置。 A plurality of surface emitting laser elements provided on the first surface of the substrate and emitting light in a direction intersecting the first surface, and
A plurality of optical elements arranged corresponding to the surface emitting laser element on a second surface of the substrate opposite to the first surface, and
An antireflection structure between the substrate and the plurality of optical elements,
An optical device characterized by having.
前記複数の面発光レーザ素子が前記複数の光学素子を通じて出射した光を被照射面に投影する投影部と、
を有することを特徴とする照明装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 9,
A projection unit that projects the light emitted by the plurality of surface emitting laser elements through the plurality of optical elements onto the irradiated surface.
A lighting device characterized by having.
前記被照射面に投影された前記光を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記光の画像情報に基づき前記被照射面の対象物を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする計測装置。 The lighting device according to claim 10 and
An imaging unit that captures the light projected on the irradiated surface,
A measuring means for measuring an object on the irradiated surface based on the image information of the light imaged by the imaging unit, and a measuring means.
A measuring device characterized by having.
前記計測装置によって対象物の外観検査を行う検査部と、
を有することを特徴とする部品検査装置。 The measuring device according to claim 11 and
An inspection unit that inspects the appearance of an object using the measuring device,
A parts inspection device characterized by having.
前記計測装置を装着した多関節アームと、
を有することを特徴とするロボット。 The measuring device according to claim 11 and
An articulated arm equipped with the measuring device and
A robot characterized by having.
前記計測装置による使用者の計測結果に基づいて使用者の認証を行う認証部と、
を有することを特徴とする電子機器。 The measuring device according to claim 11 and
An authentication unit that authenticates the user based on the measurement result of the user by the measuring device,
An electronic device characterized by having.
前記計測装置による計測結果に基づいて移動体の運転を支援する運転支援部と、
を有することを特徴とする移動体。 The measuring device according to claim 11 and
A driving support unit that supports the driving of a moving body based on the measurement results of the measuring device,
A moving body characterized by having.
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