JP2020155771A - Optical device, lighting device, measuring device, component inspection device, robot, electronic apparatus, and movable body - Google Patents

Optical device, lighting device, measuring device, component inspection device, robot, electronic apparatus, and movable body Download PDF

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悠介 太田
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敏行 池應
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Abstract

To provide an optical device that has reduced the radiation angle of a laser beam while reducing its thickness, a lighting device, a measuring device, a component inspection device, a robot, an electronic apparatus, and a movable body.SOLUTION: An optical device 100 comprises: a plurality of surface light emitting laser elements 159 that are provided on a first surface 141a of a substrate 141 and emit light in a direction intersecting the first surface 141a; a plurality of optical elements 162 that are arranged on a second surface 141b of the substrate 141 on the opposite side of the first surface 141a corresponding to the surface light emitting laser element 159; and an antireflection structure between the substrate 141 and the plurality of optical elements 162.SELECTED DRAWING: Figure 2

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, Patent Document 1 proposes a surface emitting laser in which a microlens is formed on a substrate of a VCSEL chip.

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 Patent Document 1, it is difficult to process the microlens with high accuracy, and it is difficult to sufficiently reduce the radiation angle.

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.

第1の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。It is a top view which shows the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 反射防止構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the antireflection structure. 図3Aに示す反射防止構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the antireflection structure shown in FIG. 3A. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その4)である。It is sectional drawing (the 4) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その5)である。It is sectional drawing (the 5) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その6)である。It is sectional drawing (the 6) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その7)である。It is sectional drawing (the 7) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その8)である。It is sectional drawing (the 8) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その9)である。It is sectional drawing (9) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 1st Embodiment. 反射防止構造の他の一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the antireflection structure. 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。It is sectional drawing which shows another example of the antireflection structure shown in FIG. 5A. 反射防止構造の更に他の一例を示す平面図である。It is a top view which shows still another example of the antireflection structure. 図6Aに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図(その1)である。6 is a cross-sectional view (No. 1) showing still another example of the antireflection structure shown in FIG. 6A. 図6Aに示す反射防止構造の更に他の一例を示す断面図(その2)である。6 is a cross-sectional view (No. 2) showing still another example of the antireflection structure shown in FIG. 6A. VCSEL素子及びマイクロレンズの配列の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the arrangement of a VCSEL element and a microlens. 第2の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the manufacturing method of the optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態の第1の変形例に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 1st modification of 6th Embodiment. 第6の実施形態の第2の変形例に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on the 2nd modification of 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る光学装置を示す平面図である。It is a top view which shows the optical apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第7の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 8th Embodiment. 第9の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 9th Embodiment. 第10の実施形態に係る光学装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical apparatus which concerns on 10th Embodiment. 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。It is a figure which shows the use example of the measuring apparatus which concerns on eleventh embodiment. 第12の実施形態に係るロボットを示す図である。It is a figure which shows the robot which concerns on 12th Embodiment. 第13の実施形態に係る電子機器を示す図である。It is a figure which shows the electronic device which concerns on 13th Embodiment. 第14の実施形態に係る移動体を示す図である。It is a figure which shows the moving body which concerns on 14th Embodiment. 第15の実施形態に係る移動体を示す図である。It is a figure which shows the moving body which concerns on 15th Embodiment. 計測装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measuring apparatus.

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 optical device 100 according to the first embodiment is mounted on a mounting substrate 120, a VCSEL chip 140 mounted on the mounting substrate 120 and having a VCSEL element, and light emitted from the VCSEL element. Has an MLA 160 with a microlens 162 to which the light enters.

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 VCSEL chip 140 is located as viewed from the mounting board 120 is upward, and the direction in which the mounting board 120 is located as viewed from the VCSEL chip 140 is downward. However, the optical device 100 can be used in an upside-down state, and can be arranged at an arbitrary angle. Further, the plan view means that the object is viewed from the normal direction of the upper surface 140b of the VCSEL chip 140, and the planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the surface 140b of the VCSEL chip 140. And.

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 surface 140b of the VCSEL chip 140 is the Z direction, the direction parallel to one side of the surface 140b of the VCSEL chip 140 in the plan view is the X direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is Y. The direction.

[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 VCSEL chip 140 will be described. In the description of the structure of the VCSEL chip 140 and the method of forming the VCSEL chip 140 described later, the direction in which the mounting substrate 120 is located (−Z direction) with respect to the VCSEL chip 140 is upward.

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 elements 159 are arranged in an array on the surface 140a of the VCSEL chip 140 on the mounting substrate 120 side. Each VCSEL element 159 is monolithically manufactured on a substrate 141 such as an n-GaAs substrate, and the film configuration of each VCSEL element 159 is the same. Each VCSEL element 159 is, for example, a surface emitting laser element having an oscillation wavelength in the 940 nm band (about 940 nm ± 30 nm).

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 VCSEL element 159 includes, for example, an n-distributed Bragg reflector (DBR) 143, a spacer layer 144, an active layer 145, a spacer layer 146, and p on a substrate 141 such as an n-GaAs substrate. It has a −DBR147 and a selective oxide layer 151. The selective oxide layer 151 includes an oxidized region 151a and a non-oxidized region 151b. The refractive index of the n-GaAs substrate is about 3.5.

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 substrate 141. The n-DBR143 is, for example, a semiconductor multilayer film reflector configured by laminating a plurality of n-type semiconductor films. The n-DBR143 has, for example, a low refractive index layer made of n-Al 0.9 Ga 0.1 As and a high refractive index layer made of n-Al 0.2 Ga 0.8 As. The n-DBR143 has, for example, 30 pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer.

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 spacer layer 144 is formed on the n-DBR143. The spacer layer 144 is, for example, a non-doped AlGaInP layer.

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 active layer 145 is formed on the spacer layer 144. The active layer 145 is, for example, an active layer having a triple well structure having three quantum well layers and four barrier layers. For example, each quantum well layer is an InGaAs layer and each barrier layer is an AlGaAs layer.

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 spacer layer 146 is formed on the active layer 145. The spacer layer 146 is, for example, a non-doped AlGaInP layer.

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 spacer layer 144, the active layer 145, and the spacer layer 146 is also referred to as a resonator structure (resonator region), includes 1/2 of the adjacent composition gradient layer, and has a thickness of one wavelength (1 wavelength). It is set to have an optical thickness of λ). The active layer 145 is provided in the center of the resonator structure, which is a position corresponding to the antinode in the standing wave distribution of the electric field so that a high stimulated emission probability can be obtained.

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-DBR 147 is formed on the spacer layer 146. The p-DBR147 is, for example, a semiconductor multilayer film reflector configured by laminating a plurality of p-type semiconductor films. The p-DBR147 has, for example, a low refractive index layer made of p-Al 0.9 Ga 0.1 As and a high refractive index layer made of p-Al 0.2 Ga 0.8 As. The p-DBR147 has, for example, 20 pairs of a low refractive index layer and a high refractive index layer.

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 selective oxide layer 151 made of, for example, p-AlAs is inserted into p-DBR147 with a thickness of, for example, 30 nm. The insertion position of the selective oxide layer 151 can be, for example, within the pair of the second high refractive index layer and the low refractive index layer counting from the spacer layer 146. The selective oxide layer 151 may include layers such as a composition gradient layer and an intermediate layer above and below, and here, the layers that are actually oxidized are collectively referred to as a selective oxide layer.

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 mesa 150 corresponding to the VCSEL element 159 is formed by removing the p-DBR 147, the spacer layer 146, the active layer 145, the spacer layer 144, and a part of the n-DBR 143 by etching.

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、SiO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 layer 153 covering the mesa 150 is formed. As the material of the insulating layer 153, for example, SiN, SiON, SiO 2 and the like can be used. The insulating layer 153 is formed with an opening 154 that exposes a part of the p-DBR 147 at the top of each mesa 150 and an opening 156 that exposes a part of the n-DBR 143 at the bottom of the groove between the mesas 150. ing.

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 layer 153, a p-side electrode 155 electrically connected to the p-DBR 147 through the opening 154 is formed independently for each mesa 150. As the p-side electrode 155, for example, a laminated film in which Ti / Pt / Au are laminated in order from the p-DBR147 side can be used.

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 layer 153, an n-side electrode 157 electrically connected to the n-DBR 143 through the opening 156 is formed. As the n-side electrode 157, for example, a laminated film in which a gold germanium alloy (AuGe) / nickel (Ni) / gold (Au) is laminated in order from the n-DBR143 side can be used.

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-side electrode 157 and the n-DBR143, and a p-GaAs layer or the like may be provided between the p-side electrode 155 and the p-DBR147. P-contact layer may be provided.

[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SiO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 MLA 160 will be described. In the first embodiment, the MLA 160 has a plate-shaped base portion 161 and a plurality of microlenses 162 provided in an array at positions corresponding to each VCSEL element 159 of the base portion 161. The microlens 162 is arranged so that the optical axis passes through the light emitting region 148 of the VCSEL element 159. The material of the MLA 160 is a material through which the laser beam emitted by the VCSEL element 159 is transmitted and the refractive index is lower than the refractive index of the substrate 141. The material of MLA160 is, for example, a resin material such as an epoxy resin or an acrylic resin, or an inorganic material such as SiO 2 . Glass may be used as the inorganic material. The refractive index of MLA160 is, for example, about 1.5. Each microlens 162 is formed so that a desired beam can be formed on the radiation pattern of the VCSEL element 159. For example, the lens diameter is about 50 μm and the radius of curvature is about 70 μm. Further, for example, the height (lens thickness) of the apex of the microlens 162 from the surface 140b is about 100 μm, and the height (sag amount) from the upper surface of the base portion 161 is about 15 μm. The microlens 162 is an example of an optical element.

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 optical device 100 has an antireflection structure between the VCSEL chip 140 and the MLA 160. The antireflection structure is, for example, a sub-wavelength structure having a period smaller than the oscillation wavelength (for example, 940 nm) of the VCSEL element 159. FIG. 3A is a plan view showing an example of the antireflection structure, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of the antireflection structure shown in FIG. 3A. FIG. 3B corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3A.

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 antireflection structure 163 is provided on the MLA160-side surface (second surface) 141b (surface 140b of the VCSEL chip 140) of the substrate 141, for example, having a height of about 100 nm. Grooves 164A having a triangular cross-sectional shape are formed at a constant pitch of about 200 nm. The grooves 164A extend in the Y direction and are one-dimensionally arranged in the X direction. The pitch of the grooves 164A may be irregular.

[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Al基板又はAlN基板を含むことができる。
[Structure of Optical Device 100]
On the surface 120a of the mounting substrate 120 facing the surface 140a, an electrode to which the n-side electrode 157 is bonded (not shown) and an electrode to which the p-side electrode 155 is bonded (not shown) are formed. There is. Then, the VCSEL chip 140 is flip-chip mounted on the mounting board 120. The mounting board 120 can include, for example, an Al 2 O 3 board or an Al N board.

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 optical device 100 configured in this way, in each VCSEL element 159, the laser beam 149 is generated in the light emitting region 148 of the resonator structure (resonator region) that overlaps with the non-oxidized region 151b in a approximately plan view. , The laser beam 149 is incident on the microlens 162 from the VCSEL element 159. Since the antireflection structure 163 is formed on the surface 141b, the laser beam 149 can be incident on the microlens 162 with almost no reflection at the interface between the substrate 141 and the microlens 162. The microlens 162 reduces the emission angle of the laser beam 149 and emits the laser beam 149 as substantially parallel light.

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 antireflection structure 163 including the groove 164A is formed, excellent adhesion can be obtained between the surface 140b and the microlens 162 as compared with the case where the surface 140b is flat.

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 VCSEL element 159 is in the 940 nm band (about 940 nm ± 30 nm). This wavelength band is one of the wavelength bands absorbed by the atmosphere of the earth, and it is possible to configure a low noise system when applied to a distance measuring device or the like using laser light. Further, this wavelength band is also a wavelength band having a large absorption coefficient of the Yb: YAG solid-state laser, which enables highly efficient excitation of the Yb: YAG solid-state laser. Further, InGaAs used for the quantum well layer of the active layer 145 has a compression strain with respect to GaAs, and the VCSEL element 159 has a high differential gain. Therefore, the VCSEL chip 140 is capable of low threshold oscillation, and the light conversion efficiency of the VCSEL chip 140 is excellent. Further, since InGaAs does not contain chemically active Al, it is difficult for oxygen present in a trace amount in the reaction chamber during crystal growth to be incorporated into the active layer 145. Therefore, high reliability can be obtained.

[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 optical device 100 will be described. 4A to 4J are cross-sectional views showing a method of manufacturing the optical device 100. 4A-4J show changes in cross section along line I-I in FIG.

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(PH)、アルシン(AsH)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(CBr)を用い、n型ドーパントの原料にはセレン化水素(HSe)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 spacer layer 144, the active layer 145, and the spacer layer 146 are formed on the surface (first surface) 141a of the substrate 141 opposite to the surface 141b. It grows sequentially with p-DBR147. The p-DBR147 includes a selective oxide layer 151 (not shown) made of, for example, p-AlAs. The semiconductor laminated structure of n-DBR143, spacer layer 144, active layer 145, spacer layer 146 and p-DBR147 may be, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or molecular beam epitaxial growth (Molecular Beam). It can be produced by crystal growth by the Epitaxy (MBE) method. Here, an example using the MOCVD method is shown. As an example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI) and the like are used as group III raw materials, and phosphine (PH 3 ) and arsine (AsH 3 ) are used as group V raw materials. As an example, carbon tetrabromide (CBr 4 ) is used as the raw material for the p-type dopant, and hydrogen selenide (H 2 Se) is used as the raw material for the n-type dopant. As the substrate 141, for example, an n-GaAs substrate whose surface is a mirror-polished surface can be used.

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Cl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 mesa 150. Then, for example, by an electron cyclotron resonance (ECR) etching method using Cl 2 gas or the like, a part of the layer of the region not covered with the resist pattern of the semiconductor laminated structure is etched and shown in FIG. 4B. As such, the mesa 150 is formed. At this time, the mesa 150 is formed so that at least the selective oxide layer 151 (not shown) is exposed. After etching, the resist pattern is removed. Etching can be stopped, for example, within n-DBR143.

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 mesa 150 is formed is used as an oxidation target, and heat treatment (oxidation treatment) is performed in steam. As a result, Al (aluminum) in the selective oxide layer 151 is selectively oxidized from the outer peripheral portion of the mesa 150. Then, an unoxidized non-oxidized region 151b surrounded by the oxidized region 151a of Al is left in the central portion of the mesa 150. As a result, an oxidative constriction structure is formed that limits the path of the drive current of the light emitting portion only to the central portion of the mesa 150. The non-oxidized region 151b is a current passing region (current injection region).

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、SiO等を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4D, an optically transparent insulating layer 153 is used, for example, by using a plasma CVD method so as to continuously cover the upper surface and side surfaces of the mesa 150 and the bottom surface of the groove between the mesas 150. To form. As the material of the insulating layer 153, for example, SiN, SiON, SiO 2 and the like can be used.

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 layer 153 formed on a part of the upper surface of the mesa 150 (the portion excluding the outer peripheral portion of the upper surface of the p-DBR147) is removed to open the window. This is done to form the opening 154 (contact area). Then, the p-side electrode 155 is formed by forming a resist pattern, forming a metal film, and lifting off by a photolithography technique. In the formation of the metal film, for example, Ti, Pt and Au are sequentially laminated on the insulating layer 153 and the p-DBR147 exposed from the opening 154 by a vapor deposition method. A contact layer may be formed between the p-DBR 147 and the p-side electrode 155.

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 layer 153 formed on a part of the bottom surface of the groove between the mesas 150 is removed to open the window, and the opening 156 (contact area) is opened. Form. Then, the n-side electrode 157 is formed by forming a resist pattern, forming a metal film, and lifting off by a photolithography technique. In the formation of the metal film, for example, AuGe, Ni and Au are sequentially laminated on the n-DBR143 exposed from the opening 156 by a vapor deposition method. A contact layer may be formed between the n-DBR 143 and the n-side electrode 157.

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 surface 141b of the substrate 141 is polished. For example, from the viewpoint of handleability, the thickness of the substrate 141 is preferably about 500 μm until the formation of the p-side electrode 155 and the formation of the n-side electrode 157. On the other hand, in the product of the optical device 100, the thickness of the substrate 141 is preferably about 200 μm from the viewpoint of light loss and the like. Therefore, the surface 141b of the substrate 141 is polished after the n-side electrode 157 is formed.

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 surface 141b of the substrate 141. In the formation of the antireflection structure 163, for example, an electron beam lithography technique is used to form a fine groove 164A having a triangular cross section on the surface 141b.

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 VCSEL chip 140 can be formed.

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 surface 140b is coated with a liquid energy curable resin 165 at room temperature. As the energy curable resin 165, a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an electron beam curable resin and the like can be used. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be used.

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 mold 169 having an inverted shape of the MLA 160 is pressed against the energy curable resin 165. Then, heat, ultraviolet rays, electron beams, or the like are applied to the energy-curable resin 165, and the energy-curable resin 165 is cross-linked and cured to form an MLA 160 having a base portion 161 and a microlens 162.

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 mold 169 is removed. Then, the VCSEL chip 140 having the MLA 160 formed on the surface 140b is mounted on the mounting substrate 120.

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 optical device 100 can be manufactured.

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 microlens 162 is determined by using the mold 169. As described above, for example, the lens diameter of the microlens 162 is 50 μm and the radius of curvature is 70 μm. A mold 169 for forming a microlens 162 of such a size can be easily prepared. Therefore, according to this method, it is possible to easily manufacture a microlens 162 having high accuracy in dimensions such as lens diameter.

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 substrate 141 itself is etched to form a microlens on the surface 141b of the substrate 141, it is processed into a spherical surface with a thickness of about 600 nm. It is extremely difficult to perform high-precision spherical etching in such a thin range.

MLA160の材料にSiO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SiO膜を形成し、フォトリソグラフィによりSiO膜を加工してもよい。 When SiO 2 is used as the material of the MLA 160, for example, silanol may be applied instead of the energy-curable resin 165 and solidified by a condensation reaction using a mold 169. Further, instead of applying the energy curable resin 165, a SiO 2 film may be formed, and the SiO 2 film may be processed by photolithography.

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 antireflection structure 163 is not particularly limited, and any form may be used as long as the average refractive index gradually changes from the incident side to the emitted side of the laser beam 149. 5A is a plan view showing another example of the antireflection structure, and FIG. 5B is a cross-sectional view showing another example of the antireflection structure shown in FIG. 5A. 6A is a plan view showing still another example of the antireflection structure, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views showing still another example of the antireflection structure shown in FIG. 6A.

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 antireflection structure 163, for example, grooves 164B having a triangular cross section having a height of about 100 nm may be formed at a constant pitch of about 200 nm. The grooves 164B are formed concentrically. The center of the circle may be aligned with the optical axis of the light emitting region 148 and the microlens 162, or may be deviated from the optical axis of the light emitting region 148 and the microlens 162.

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 antireflection structure 163, for example, quadrangular pyramids 164C having a height of about 100 nm may be two-dimensionally arranged in the X direction and the Y direction. The size of the quadrangular pyramid 164C may be constant or irregular.

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HfO/SiO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 antireflection structure 163 may be composed of an antireflection film, or may include an antireflection film. The antireflection film is, for example, a laminated film in which HfO 2 / SiO 2 is laminated in order from the substrate 141 side, and has a transmittance of 99% or more for light in a predetermined wavelength region including the oscillation wavelength of 940 nm of the VCSEL element 159. Designed to do. The antireflection film can be formed by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method or the like.

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 VCSEL element 159 and the microlens 162 is not limited, and may be a staggered arrangement (triangular lattice arrangement) shown in FIG. 2 or a square arrangement (square lattice arrangement) shown in FIG.

(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 optical device 200 according to the second embodiment has an MLA 260 including a microlens 162. Unlike the MLA160, the MLA260 does not have a base for connecting the microlens 162. Each microlens 162 is formed so that a desired beam can be formed on the radiation pattern of the VCSEL element 159. For example, the lens diameter is about 60 μm and the radius of curvature is about 40 μm. The height (sag amount) of the apex of the microlens 162 from the surface 140b is about 15 μm. Other configurations are the same as in the first embodiment.

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 optical device 100 can be obtained by the optical device 200.

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 optical device 200, excellent heat resistance can be obtained. The coefficient of linear expansion differs by about 10 times between the substrate 141 and the resin used for MLA160. Therefore, even when no stress is generated between the substrate 141 and the MLA 160 at room temperature, the greater the difference in the temperature of the operating environment from the normal temperature, the greater the stress generated between the substrate 141 and the MLA 160. The larger the contact area between the substrate 141 and the MLA 160, the greater the force acting on the microlens 162. In the optical device 200, since the MLA 160 does not include a base and the microlenses 162 are formed independently of each other, the force acting on the individual microlenses 162 is smaller than the force in the optical device 100. Therefore, even if there is a temperature change, more stable operation can be realized. In particular, it is suitable for application to a sensing system used in a high temperature environment.

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 optical device 200 according to the second embodiment will be described. 9A-9B are cross-sectional views showing a method of manufacturing the optical device 200 according to the second embodiment.

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 VCSEL chip 140 is formed in the same manner as in the first embodiment.

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-curable resin 165, which is liquid at room temperature, is individually arranged on the portion of the surface 140b where the microlens 162 is to be formed. The energy curable resin 165 can be formed by a method of directly ejecting the resin material, such as an inkjet method or a dispensing method. When a small amount of the liquid energy-curable resin 165 is discharged, the energy-curable resin 165 has a spherical lens shape due to surface tension.

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-curable resin 165, and the energy-curable resin 165 is cross-linked and cured to form an MLA 260 provided with a microlens 162, as shown in FIG. 9B.

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 VCSEL chip 140 having the MLA 260 formed on the surface 140b is mounted on the mounting substrate 120.

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 optical device 200 can be manufactured.

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 microlens 162 is determined by using the surface tension of the liquid energy-curable resin 165.

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 region 148 and the microlens 162. In the first embodiment, if an misalignment occurs between the mold 169 and the substrate 141, an eccentric error may occur in the combination of all VCSEL elements 159 and the microlens 162. On the other hand, in the second embodiment, even if an eccentricity error occurs between one set of VCSEL elements 159 and the microlens 162, the influence is unlikely to affect the other set. Therefore, according to the second embodiment, it is easy to obtain higher light-collecting performance.

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 mold 169 also acts on the VCSEL chip 140, but in the second embodiment, such pressure does not occur. Since the thickness of the VCSEL chip 140 is, for example, about 100 μm to 200 μm, it may be damaged by pressure, but according to the second embodiment, such damage can be suppressed.

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 antireflection structure 163, the wettability of the energy curable resin 165 can be adjusted in the surface 141b by forming the sub-wavelength structure only in the portion where the microlens 162 is to be formed. By increasing the wettability of the portion where the microlens 162 is to be formed more than the surrounding area, it is possible to suppress the wet spread of the discharged energy-curable resin 165 and further improve the accuracy of the lens diameter of the microlens 162. ..

(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 optical device 300 according to the third embodiment, the convex portion 141c is formed on the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, and the concave portion 141d is formed around the convex portion 141c. There is. That is, a step is formed between the portion overlapping the microlens 162 in a plan view and the surrounding portion. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 200 can be obtained by the optical device 300.

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 optical device 300, the accuracy of the lens diameter of the microlens 162 can be further improved. Prior to the formation of the microlens 162, the convex portion 141c and the concave portion 141d are formed on the surface 141b. The microlens 162 can be formed in the same manner as in the second embodiment. Since the wet pinning effect is exhibited between the convex portion 141c and the concave portion 141d, the liquid energy-curable resin 165 provided on the convex portion 141c is unlikely to wet and spread to the outside of the convex portion 141c. Therefore, the planar shape of the microlens 162 can be controlled with high accuracy by the planar shape of the convex portion 141c.

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-curable resin 165 per microlens 162 is increased as compared with the second embodiment, the curvature of the energy-curable resin 165 becomes large. Therefore, it is possible to obtain a microlens 162 having a large curvature, a strong refractive power, and a high focusing efficiency.

(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 optical device 400 according to the fourth embodiment, the concave portion 141e is formed in the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, and the convex portion 141f is formed around the concave portion 141e. .. That is, a step is formed between the portion overlapping the microlens 162 in a plan view and the surrounding portion. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 200 can be obtained by the optical device 400.

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 optical device 400, the accuracy of the lens diameter of the microlens 162 can be further improved. Prior to the formation of the microlens 162, the concave portion 141e and the convex portion 141f are formed on the surface 141b. The microlens 162 can be formed in the same manner as in the second embodiment. Since the wet pinning effect is exhibited between the concave portion 141e and the convex portion 141f, the liquid energy-curable resin 165 provided in the concave portion 141e is unlikely to wet and spread to the outside of the concave portion 141e. Therefore, the planar shape of the microlens 162 can be controlled with high accuracy by the planar shape of the recess 141e.

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 optical device 400 can also obtain a microlens 162 having a high focusing efficiency as in the optical device 300.

(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 optical device 500 according to the fifth embodiment has a frame 501 surrounding the microlens 162 on the surface 141b. The material of the frame 501 is, for example, a photoresist. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 200 can be obtained by the optical device 500.

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 optical device 500, the accuracy of the lens diameter of the microlens 162 can be further improved. Prior to the formation of the microlens 162, the frame 501 is formed on the surface 141b. The frame 501 can be formed by, for example, a photolithography technique. The microlens 162 can be formed in the same manner as in the second embodiment. Since the frame 501 exerts a wet pinning effect, the liquid energy-curable resin 165 provided inside the frame 501 is unlikely to leak to the outside of the frame 501. Therefore, the planar shape of the microlens 162 can be controlled with high accuracy by the planar shape of the frame 501.

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 optical device 500 can also obtain a microlens 162 having a high focusing efficiency as in the optical device 300.

(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 optical device 600 according to the sixth embodiment has a first film 601 at a portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, and a second film 601 is surrounded by the first film 601. It has a film 602 of. The surface free energy of the first film 601 is higher than the surface free energy of the surface 140b, and the surface free energy of the second film 602 is lower than the surface free energy of the surface 140b. Therefore, due to the first film 601 and the second film 602, the surface free energy of the portion of the surface 140b (surface 141b) that overlaps the microlens 162 in a plan view is higher than the surface free energy of the surrounding portion. ing. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 200 can be obtained by the optical device 600.

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 optical device 600, the accuracy of the lens diameter of the microlens 162 can be further improved. Prior to the formation of the microlens 162, the first film 601 and the second film 602 are formed on the surface 141b. The microlens 162 can be formed in the same manner as in the second embodiment. The liquid energy-curable resin 165 provided on the first film 601 is unlikely to get wet and spread outside the first film 601. Therefore, the planar shape of the microlens 162 can be controlled with high accuracy by the planar shape of the first film 601 and the second film 602.

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-curable resin 165 on the surface 141b is larger on the second film 602 than on the first film 601. Therefore, when the amount of the energy-curable resin 165 per microlens 162 is increased as compared with the second embodiment, the curvature of the energy-curable resin 165 becomes large. Therefore, it is possible to obtain a microlens 162 having a large curvature, a strong refractive power, and a high focusing efficiency.

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 first film 601 may not be provided, and as shown in FIG. 15, the second film 602 may not be provided. FIG. 14 is a cross-sectional view showing an optical device 600A according to a first modification of the sixth embodiment. FIG. 15 is a cross-sectional view showing an optical device 600B according to a second modification of the sixth embodiment. 14 and 15 correspond to cross-sectional views taken along the line I-I in FIG.

(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 optical device 700 according to the seventh embodiment has an n-side electrode 701 around a portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed. Further, the opening 156 is not formed in the insulating layer 153, and the n-side electrode 157 is not provided. As the n-side electrode 701, for example, a laminated film in which a gold germanium alloy (AuGe) / nickel (Ni) / gold (Au) is laminated in order from the n-DBR143 side can be used. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 200 can be obtained by the optical device 700.

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 optical device 700, a voltage is applied to the VCSEL element 159 from the n-side electrode 701 and the p-side electrode 155. Therefore, the effect of miniaturization and improvement of layout can be obtained.

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-side electrode 701 has a light-shielding property with respect to the laser beam 149, it is possible to suppress the emission of stray light from the light emitting region 148.

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 recess 141d may be formed in the portion where the n-side electrode 701 is provided (see FIG. 10). As in the fourth embodiment, the convex portion 141f may be formed in the portion where the n-side electrode 701 is provided (see FIG. 11). As in the fifth embodiment, the frame 501 may be formed between the n-side electrode 701 and the microlens 162 (see FIG. 12). As in the sixth embodiment, the first film 601 may be formed on the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, and the second film 602 may be formed on the n-side electrode 701 (FIG. 6). See 13). The first film 601 may not be provided as in the first modification of the sixth embodiment (see FIG. 14), and as in the second modification of the sixth embodiment, the second modification The film 602 of No. 2 may not be provided (see FIG. 15). Further, the arrangement of the VCSEL element 159 and the microlens 162 is not limited, and may be a staggered arrangement (triangular lattice arrangement) shown in FIG. 16 or a square arrangement (square lattice arrangement) (see FIG. 7).

(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 optical device 800 according to the eighth embodiment, the concave lens structure 141g is formed on the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed. In the first embodiment, the thickness of the substrate 141 is about 200 μm, whereas in the eighth embodiment, the thickness of the substrate 141 is about 100 μm. Further, the lens diameter of the microlens 162 is 40 μm, and the radius of curvature is 50 μm. The height (sag amount) of the apex of the microlens 162 from the flat surface around the concave lens structure 141g of the surface 140b is about 3 μm. Other configurations are the same as in the first embodiment.

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 optical device 100 can be obtained by the optical device 800.

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 concave lens structure 141 g is formed, the laser beam 149 spreads in the microlens 162 as compared with the first embodiment, and the focusing efficiency by the microlens 162 can be improved. That is, according to the optical device 800, the radiation angle can be reduced.

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 optical device 800, the concave lens structure 141g is formed on the surface 141b before the antireflection structure 163 is formed, and the antireflection structure 163 is formed on the surface 141b including the concave lens structure 141g. A sub-wavelength structure may be formed as the antireflection structure 163, or an antireflection film may be formed. Then, as in the first embodiment, the treatment after the application of the energy curable resin 165, which is liquid at room temperature, is performed. A mold 169 for forming a microlens 162 having a lens diameter of 40 μm and a radius of curvature of 50 μm can also be easily prepared. Therefore, it is possible to easily manufacture a microlens 162 having high accuracy of dimensions such as lens diameter and high focusing efficiency.

(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 optical device 900 according to the ninth embodiment, the concave lens structure 141g is formed on the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, as in the eighth embodiment. Other configurations are the same as in the second embodiment.

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 optical device 900, the same effect as that of the optical device 800 and the same effect as that of the optical device 200 can be obtained.

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 optical device 900, the concave lens structure 141g is formed on the surface 141b before the antireflection structure 163 is formed, and the antireflection structure 163 is formed on the surface 141b including the concave lens structure 141g. A sub-wavelength structure may be formed as the antireflection structure 163, or an antireflection film may be formed. Then, as in the second embodiment, the treatment after the discharge of the liquid energy curable resin 165 at room temperature is performed. In this manufacturing method, 141 g of the concave lens structure can exert a pinning effect of suppressing the wet spread of the energy-curable resin 165. Therefore, the accuracy of the lens diameter of the microlens 162 can be further improved.

(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 optical device 1000 according to the tenth embodiment, the concave lens structure 141g is formed on the portion of the surface 141b where the microlens 162 is formed, as in the ninth embodiment. Other configurations are the same as in the seventh embodiment.

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 optical device 1000, the same effect as that of the optical device 900 and the same effect as that of the optical device 700 can be obtained.

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 frame 501 may be formed as in the fifth embodiment (see FIG. 12). As in the sixth embodiment, the first film 601 and the second film 602 may be formed (see FIG. 13). The first film 601 may not be provided as in the first modification of the sixth embodiment (see FIG. 14), and as in the second modification of the sixth embodiment, the second modification The film 602 of No. 2 may not be provided (see FIG. 15).

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 microlens 162.

(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 device 11 according to the eleventh embodiment can be used, for example, for visual inspection of a component 2 in a factory or the like. As shown in FIG. 26, the measuring device 11 includes, for example, a lighting unit 10 including an optical device 14 including a VCSEL chip 140 according to any one of the first to tenth embodiments, and photoelectric conversion of an optical sensor or the like. It has a light receiving element 13 composed of an element. The illumination unit 10 has a projection unit 19 that projects the light emitted by the VCSEL element 159 through the microlens 162 onto the irradiated surface 3. The projection unit 19 is mounted by an optical system that spreads the light emitted from the optical device 14 and projects the light onto the irradiated surface 3.

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 device 11 projects (irradiates) pulsed light from the lighting unit 10 onto the component 2 (detection target) on the illuminated surface 3, and receives the reflected light from the component 2 as a light receiving element (optical sensor). It is a TOF (Time Of Flight) type distance detection device that receives light at 13 and measures the distance to the component 2 based on the time required for receiving the reflected light.

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 optical device 14 of the lighting unit 10, a current is sent by the light source drive circuit 16 to control light emission. The light source drive circuit 16 transmits a signal to the signal control circuit 17 when the optical device 14 emits light.

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 optical device 14 and reflected by the component 2 is guided to the light receiving element 13 through the light receiving optical system 18 having a condensing action. The light received by the light receiving element 13 is photoelectrically converted and sent to the signal control circuit 17 as an electric signal. The signal control circuit 17 calculates the distance to the component 2 based on the time difference between the light projection (light emission signal input from the light source drive circuit 16) and the light reception (light reception signal input from the light receiving element 13). Therefore, in the measuring device 11, the light receiving element 13 functions as a detection unit that detects the light emitted from the optical device 14 and reflected by the component 2. Further, the signal control circuit 17 functions as a calculation unit that acquires information regarding the distance to the component 2 based on the signal from the light receiving element (detection unit) 13.

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 component 2 can be acquired by using the measuring device 11, it is easier to acquire information such as fine scratches, defects, and three-dimensional shapes as compared with the visual inspection by a normal camera. Further, since the measuring device 11 includes a lighting unit, it can be used even in a dark environment. Further, since the illumination unit includes the VCSEL chip 140, uniform illumination can be realized. Therefore, by using the lighting unit, the distance measurement accuracy does not deteriorate in the peripheral part of the optical sensor even if the light is irradiated to a wide angle, so that many parts 2 can be inspected at the same time, and the work efficiency is improved. You can expect it. The lighting unit is an example of a lighting device, and the optical sensor is an example of an imaging unit.

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 device 11 can be realized by providing an inspection unit for visually inspecting the object by the measuring device 11.

(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 robot 12 according to the twelfth embodiment is mounted in the immediate vicinity of the robot arm (articulated arm) 70 having articulated joints, the hand portion 71 for picking an object, and the hand portion 71. It also has a measuring device 11. The robot arm 70 includes a plurality of bendable movable portions, and changes the position and orientation of the hand portion 71 according to control.

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 device 11 is provided so that the projection direction of the light coincides with the direction in which the hand portion 71 faces, and measures the picking object 15 of the hand portion 71 as a measurement target. At the time of this measurement, the measuring device 11 irradiates the irradiation region 60 with a laser beam from the built-in optical device.

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 device 11 receives the reflected light from the irradiation region including the object 15 by the light receiving element 13, and the signal control circuit 17 generates image data (imaging), and the obtained image is obtained. Based on the information, various information about the object 15 is determined. Specifically, the information detected by the measuring device 11 includes the distance to the object 15, the shape of the object 15, the position of the object 15, and the mutual positional relationship when a plurality of objects 15 exist. And so on. Then, based on the determination result of the signal control circuit 17, the movements of the robot arm 70 and the hand unit 71 are controlled to grip and move the object 15.

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 device 11 on the robot arm 70, the picking object 15 can be measured from a short distance, which is compared with the measurement from a distance using a camera or the like. Therefore, improvement of measurement accuracy and recognition accuracy can be achieved. For example, in the field of factory automation (FA) in various assembly lines of factories, a robot 12 including a robot arm 70 is used for inspection and recognition of a part which is an object 15. By mounting the measuring device 11 on the robot 12, it becomes possible to accurately inspect and recognize parts.

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 hand unit 71, not inside the measuring device 11, but independently of the measuring device 11.

(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 smartphone 80. The smartphone 80 is equipped with a measuring device 11 and a user authentication function. The user authentication function is installed, for example, by providing dedicated hardware. In addition, the central processing unit (CPU) of the computer configuration may execute a program stored in a read-only memory (ROM) or the like to realize the authentication function. The measuring device 11 measures the shape of the face, ears, head, and the like of the user 81. Based on this measurement result, the user authentication function determines whether or not the user 81 is a person registered in the smartphone 80.

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 lighting unit 10 of the measuring device 11 mounted on the smartphone 80 toward the user 81 who uses the smartphone 80. The light reflected by the user 81 and its surroundings is received by the light receiving element 13 of the measuring device 11, and the signal control circuit 17 functioning as an image processing unit generates image data (imaging). The signal control circuit 17 determines the degree of agreement between the image information of the user 81 and the user information registered in advance, and determines whether or not the user is a registered user. Specifically, the shapes (contours and irregularities) of the face, ears, head, etc. of the user 81 can be measured and used as user information.

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 device 11 on the smartphone 80, it is possible to measure the shape of the face, ears, head, etc. of the user 81 with high accuracy, and the recognition accuracy is improved. Can be achieved. In the present embodiment, the measuring device 11 is mounted on the smartphone 80, but it may be mounted on an electronic device such as a personal computer (PC) or a printer. Further, the functional aspect is not limited to the personal authentication function, and may be used for a face-shaped scanner or the like.

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 smartphone 80 independently of the measuring device 11 instead of inside the measuring device 11.

(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 device 11 and a driving support function. The driving support function is installed, for example, by providing dedicated hardware. In addition, the CPU of the computer configuration may realize the driving support function by executing a program stored in the ROM or the like. The measuring device 11 measures the face, posture, and the like of the driver 86. Based on this measurement result, the driving support function provides appropriate support according to the situation of the driver 86.

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 lighting unit 10 of the measuring device 11 mounted on the vehicle interior 85 of the vehicle toward the driver 86 who drives the vehicle. The light reflected by the driver 86 and its surroundings is received by the light receiving element 13 of the measuring device 11, and the signal control circuit 17 generates image data (imaging). The signal control circuit 17 determines information such as the face (facial expression) and posture of the driver 86 based on the image information of the driver 86. Then, based on the determination result of the signal control circuit 17, the brakes and the steering wheels are controlled to provide appropriate driving support according to the situation of the driver 86. For example, it is possible to perform control such as automatic deceleration and automatic stop when inattentive driving or dozing driving is detected.

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 device 11 in the automobile, the face, posture, etc. of the driver 86 can be measured with high accuracy, and the state recognition accuracy of the driver 86 in the vehicle 85 is improved. Can be achieved. In the present embodiment, the measuring device 11 is mounted on the automobile, but it may be mounted on the inside of a train, the driver's seat (or the passenger seat) of an airplane, or the like. Further, as a functional aspect, it may be used not only for recognizing the state of the driver 86 such as the face and posture of the driver 86, but also for recognizing the state of passengers other than the driver 86 and the inside of the vehicle 85. Further, the driver 86 may be personally authenticated and used for vehicle security such as determining whether or not the driver is a person registered in advance as a driver of the vehicle.

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 vehicle interior 85 independently of the measuring device 11 instead of inside the measuring device 11.

(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 body 87 according to the fifteenth embodiment is, for example, an autonomous moving body. A measuring device 11 is mounted on the moving body 87, and measures the circumference of the moving body 87. Based on this measurement result, the moving body 87 determines the path of its own movement and calculates the layout of the room 89 such as the position of the desk 88.

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 device 11 mounted on the moving body 87 irradiates light toward the traveling direction of the moving body 87 and the peripheral region thereof. In the room 89, which is the moving area of the moving body 87, the desk 88 is installed in the traveling direction of the moving body 87. Of the light projected from the lighting unit 10 of the measuring device 11 mounted on the moving body 87, the light reflected by the desk 88 and its surroundings is received by the light receiving element 13 of the measuring device 11, and the photoelectrically converted electric signal is generated. It is sent to the signal control circuit 17.

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 signal control circuit 17 calculates information on the layout of the room 89, such as the distance to the desk 88, the position of the desk 88, and the surrounding conditions other than the desk 88, based on the electric signal sent from the light receiving element 13. Based on this calculated information, the signal control circuit 17 determines the movement path, movement speed, etc. of the moving body 87, and based on the judgment result, the moving body 87 travels (operation of the motor as a drive source, etc.). To control.

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 device 11 on the moving body 87, the periphery of the moving body 87 can be measured with high accuracy, and the operation of the moving body 87 can be supported. In the present embodiment, the measuring device 11 is mounted on the small moving body 87, but it may be mounted on an automobile or the like. Further, it may be used not only indoors but also outdoors, and may be used for measurement of buildings and the like.

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 body 87 independently of the measuring device 11 instead of inside the measuring device 11.

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
3 Irradiated surface 11 Measuring device 12 Robot 60 Irradiated area 70 Robot arm 80 Smartphone 87 Moving object 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 Optical device 120 Mounting board 140 VCSEL chip 141 Board 141a , 141b Surface 141c, 141f Convex 141d, 141e Concave 141g Concave lens structure 163 Anti-reflection structure 164A, 164B Groove 164C Square pyramid 165 Energy curable resin 169 type 601 First film 602 Second film

特開平5−55703号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-55703

Claims (15)

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.
前記反射防止構造は、サブ波長構造体を有することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein the antireflection structure has a sub-wavelength structure. 前記複数の光学素子は、平面視で互いに分離されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1 or 2, wherein the plurality of optical elements are separated from each other in a plan view. 前記複数の光学素子は、樹脂材料を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of optical elements include a resin material. 前記第2の面の、平面視で前記複数の光学素子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ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。 The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a step is formed between a portion of the second surface that overlaps the plurality of optical elements in a plan view and a portion surrounding the optical element. Optical device. 前記第2の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の表面自由エネルギを、その周囲の部分の表面自由エネルギより高くする膜を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学装置。 Any of claims 1 to 5, wherein the second surface has a film having a film in which the surface free energy of a portion overlapping the plurality of optical elements in a plan view is higher than the surface free energy of a portion around the second surface. The optical device according to item 1. 前記第2の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の周囲の部分を覆う遮光部材を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a light-shielding member that covers a portion of the second surface around a portion that overlaps the plurality of optical elements in a plan view. 前記第2の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分の周囲の部分を覆う導電性部材を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a conductive member that covers a portion of the second surface that covers a portion that overlaps the plurality of optical elements in a plan view. 前記第2の面の、平面視で前記複数の光学素子と重なる部分に凹レンズが形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 8, wherein a concave lens is formed on a portion of the second surface that overlaps with the plurality of optical elements in a plan view. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学装置と、
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.
請求項10に記載の照明装置と、
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.
請求項11に記載の計測装置と、
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.
請求項11に記載の計測装置と、
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.
請求項11に記載の計測装置と、
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.
請求項11に記載の計測装置と、
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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