JP2021114556A - Light-emitting device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、発光装置およびその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.
半導体レーザーの一種として、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等の面発光レーザーが知られている。一般に、面発光レーザーを利用した発光装置では、基板の表面または裏面に複数の発光素子が2次元アレイ状に設けられる。 As a kind of semiconductor laser, a surface emitting laser such as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is known. Generally, in a light emitting device using a surface emitting laser, a plurality of light emitting elements are provided on the front surface or the back surface of a substrate in a two-dimensional array.
上記のような発光装置では例えば、複数の発光素子から出射された光を、所望の形状の光(例えば平行光)に成形することが必要とされる。この場合、光を好適に成形するためにはどのように成形すればよいかが問題となる。 In a light emitting device as described above, for example, it is required to form light emitted from a plurality of light emitting elements into light having a desired shape (for example, parallel light). In this case, the problem is how to mold the light in order to mold it favorably.
そこで、本開示は、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能な発光装置およびその製造方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a light emitting device capable of suitably molding light from a plurality of light emitting elements and a method for manufacturing the same.
本開示の第1の側面の発光装置は、基板と、前記基板の第1面側に設けられた複数の発光素子と、前記基板の第2面側に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズと、前記第1レンズの表面に設けられた膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズとを備える。これにより、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能となり、例えば、第1および第2レンズと後述する第3レンズにより光を好適にコリメートすることが可能となる。 The light emitting device on the first side surface of the present disclosure is provided on the substrate, a plurality of light emitting elements provided on the first surface side of the substrate, and is provided on the second surface side of the substrate, and emits light from the plurality of light emitting elements. One or more first lenses into which the light is incident, and one or more second lenses provided on a film provided on the surface of the first lens and in which light that has passed through the first lens is incident. Be prepared. As a result, the light from the plurality of light emitting elements can be suitably molded, and for example, the light can be suitably collimated by the first and second lenses and the third lens described later.
また、この第1の側面において、前記第2レンズは、前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズとを含んでいてもよい。これにより、複数の発光素子からの光をより精密に成形することが可能となる。 Further, on the first side surface, the second lens is provided on a first film provided on the surface of the first lens, and is provided with one or more front lenses to which light passing through the first lens is incident. It may include one or more rear-stage lenses provided on the second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens. This makes it possible to more precisely mold the light from the plurality of light emitting elements.
また、この第1の側面の発光装置はさらに、前記膜から離隔された材料により形成され、前記第1および第2レンズを通過した光が入射する第3レンズを備えていてもよい。これにより例えば、第1、第2レンズ、および第3レンズにより光を好適にコリメートすることが可能となる。 Further, the light emitting device on the first side surface may further include a third lens formed of a material separated from the film and incident with light passing through the first and second lenses. This makes it possible, for example, to preferably collimate light with the first, second, and third lenses.
また、この第1の側面において、前記第1レンズは、前記基板の一部として、前記基板の前記第2面に設けられていてもよい。これにより、基板の加工により第1レンズを簡単に形成することが可能となる。 Further, on the first side surface, the first lens may be provided on the second surface of the substrate as a part of the substrate. This makes it possible to easily form the first lens by processing the substrate.
また、この第1の側面において、前記第1レンズは、凹レンズ、凸レンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これにより、光の利用目的に合わせて適切なレンズで光を成形することが可能となる。 Further, in this first aspect, the first lens may include at least one of a concave lens, a convex lens, and a binary lens. This makes it possible to mold the light with an appropriate lens according to the purpose of using the light.
また、この第1の側面において、前記第2レンズは、凹レンズ、凸レンズ、フラットレンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これにより、光の利用目的に合わせて適切なレンズで光を成形することが可能となる。 Further, in the first aspect, the second lens may include at least one of a concave lens, a convex lens, a flat lens, and a binary lens. This makes it possible to mold the light with an appropriate lens according to the purpose of using the light.
また、この第1の側面の発光装置はさらに、前記第1レンズの表面に設けられた反射防止膜を備えていてもよい。これにより、第1レンズで光が反射してしまうことを抑制することが可能となる。 Further, the light emitting device on the first side surface may further include an antireflection film provided on the surface of the first lens. This makes it possible to suppress the reflection of light by the first lens.
また、この第1の側面の発光装置はさらに、前記第1レンズ間における前記基板の前記第2面に設けられた無機膜を備えていてもよい。これにより、例えば光が第1レンズ以外の部分を通過することを抑制することが可能となる。 Further, the light emitting device on the first side surface may further include an inorganic film provided on the second surface of the substrate between the first lenses. This makes it possible to prevent light from passing through a portion other than the first lens, for example.
また、この第1の側面において、前記基板は、ガリウム(Ga)およびヒ素(As)を含む半導体基板でもよい。これにより、基板を発光装置に適したものとすることが可能となる。 Further, in the first aspect, the substrate may be a semiconductor substrate containing gallium (Ga) and arsenic (As). This makes it possible to make the substrate suitable for a light emitting device.
また、この第1の側面において、前記複数の発光素子から出射された光は、前記基板内を前記第1面から前記第2面へと透過し、前記第1レンズに入射してもよい。これにより、光が基板を透過して発光装置から照射される構造を実現することが可能となる。 Further, on the first side surface, the light emitted from the plurality of light emitting elements may pass through the substrate from the first surface to the second surface and enter the first lens. This makes it possible to realize a structure in which light passes through the substrate and is emitted from the light emitting device.
また、この第1の側面において、前記基板の前記第1面は、前記基板の表面でもよく、前記基板の前記第2面は、前記基板の裏面でもよい。これにより、発光装置を裏面照射型とすることが可能となる。 Further, on the first side surface, the first surface of the substrate may be the front surface of the substrate, and the second surface of the substrate may be the back surface of the substrate. This makes it possible to make the light emitting device a back-illuminated type.
また、この第1の側面の発光装置はさらに、前記基板の前記第1面側に前記複数の発光素子を介して設けられ、前記複数の発光素子を駆動する駆動装置を備えていてもよい。これにより、例えば発光素子が設けられた基板を駆動装置上に積載することが可能となる。 Further, the light emitting device on the first side surface may be further provided on the first surface side of the substrate via the plurality of light emitting elements, and may include a driving device for driving the plurality of light emitting elements. As a result, for example, a substrate provided with a light emitting element can be loaded on the drive device.
また、この第1の側面において、前記駆動装置は、前記複数の発光素子を個々の発光素子ごとに駆動させてもよい。これにより、複数の発光素子から出射される光をより精密に制御することが可能となる。 Further, in the first aspect, the driving device may drive the plurality of light emitting elements for each individual light emitting element. This makes it possible to more precisely control the light emitted from the plurality of light emitting elements.
本開示の第2の側面の発光装置の製造方法は、基板の第1面側に複数の発光素子を形成し、前記基板の第2面側に、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズを形成し、前記第1レンズの表面に設けられた膜に、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズを形成することを含む。これにより、複数の発光素子からの光を好適に成形することが可能となり、例えば、第1および第2レンズと後述する第3レンズにより光を好適にコリメートすることが可能となる。 In the method of manufacturing the light emitting device on the second side surface of the present disclosure, a plurality of light emitting elements are formed on the first surface side of the substrate, and the light emitted from the plurality of light emitting elements is emitted on the second surface side of the substrate. This includes forming one or more incident first lenses and forming one or more second lenses on which light passing through the first lens is incident on a film provided on the surface of the first lens. .. As a result, the light from the plurality of light emitting elements can be suitably molded, and for example, the light can be suitably collimated by the first and second lenses and the third lens described later.
また、この第2の側面において、前記第2レンズは、前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズとを含んでいてもよい。これにより、複数の発光素子からの光をより精密に成形することが可能となる。 Further, on the second side surface, the second lens is provided on a first film provided on the surface of the first lens, and is provided with one or more front lenses to which light passing through the first lens is incident. It may include one or more rear-stage lenses provided on the second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens. This makes it possible to more precisely mold the light from the plurality of light emitting elements.
また、この第2の側面の発光装置の製造方法はさらに、前記膜から離隔された材料により形成され、前記第1および第2レンズを通過した光が入射する第3レンズを配置することを含んでいてもい。これにより例えば、第1、第2レンズ、および第3レンズにより光を好適にコリメートすることが可能となる。 Further, the method for manufacturing the light emitting device on the second side surface further includes arranging a third lens which is formed of a material separated from the film and in which light passing through the first and second lenses is incident. You can go out. This makes it possible, for example, to preferably collimate light with the first, second, and third lenses.
また、この第2の側面において、前記第1レンズは、前記基板の前記第2面を加工することで、前記基板の一部として形成されてもよい。これにより、基板の加工により第1レンズを簡単に形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the first lens may be formed as a part of the substrate by processing the second surface of the substrate. This makes it possible to easily form the first lens by processing the substrate.
また、この第2の側面において、前記第1レンズは、凹レンズ、凸レンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これにより、光の利用目的に合わせて適切なレンズで光を成形することが可能となる。 Further, in the second aspect, the first lens may include at least one of a concave lens, a convex lens, and a binary lens. This makes it possible to mold the light with an appropriate lens according to the purpose of using the light.
また、この第2の側面において、前記第2レンズは、凹レンズ、凸レンズ、フラットレンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含んでいてもよい。これにより、光の利用目的に合わせて適切なレンズで光を成形することが可能となる。 Further, in the second aspect, the second lens may include at least one of a concave lens, a convex lens, a flat lens, and a binary lens. This makes it possible to mold the light with an appropriate lens according to the purpose of using the light.
また、この第2の側面において、前記第1レンズの前記凹レンズは、前記基板の前記第2面に凸部を形成し、前記凸部を凹部に加工することで形成されてもよい。これにより、凹レンズを凸部から凹部への加工により形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the concave lens of the first lens may be formed by forming a convex portion on the second surface of the substrate and processing the convex portion into a concave portion. This makes it possible to form a concave lens by processing from a convex portion to a concave portion.
また、この第2の側面において、前記凸部は、前記基板の前記第2面上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜をパターニングし、パターニングされた前記レジスト膜をベークし、ベークされた前記レジスト膜のパターンを前記基板に転写することで形成されてもよい。これにより、凹レンズを形成可能な凸部を、レジスト膜の処理を通じて形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the convex portion forms a resist film on the second surface of the substrate, patterns the resist film, bake the patterned resist film, and is baked. It may be formed by transferring the pattern of the resist film to the substrate. This makes it possible to form a convex portion on which a concave lens can be formed through the treatment of a resist film.
また、この第2の側面において、前記凹部は、前記凸部上にマスク層を形成し、前記マスク層をエッチングして前記マスク層から前記凸部を露出させ、前記マスク層をさらに前記凸部と共にエッチングすることで形成されてもよい。これにより、凸部から容易に凹部を形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the concave portion forms a mask layer on the convex portion, the mask layer is etched to expose the convex portion from the mask layer, and the mask layer is further subjected to the convex portion. It may be formed by etching with. This makes it possible to easily form a concave portion from the convex portion.
また、この第2の側面において、前記第1レンズの前記凸レンズは、前記基板の前記第2面に凸部を形成することで形成されてもよい。これにより、例えば凸レンズを少ない工程数で形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the convex lens of the first lens may be formed by forming a convex portion on the second surface of the substrate. This makes it possible to form, for example, a convex lens with a small number of steps.
また、この第2の側面において、前記凸部は、前記基板の前記第2面上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜をパターニングし、パターニングされた前記レジスト膜をベークし、ベークされた前記レジスト膜のパターンを前記基板に転写することで形成されてもよい。これにより、凸レンズを、レジスト膜の処理を通じて形成することが可能となる。 Further, on the second side surface, the convex portion forms a resist film on the second surface of the substrate, patterns the resist film, bake the patterned resist film, and is baked. It may be formed by transferring the pattern of the resist film to the substrate. This makes it possible to form a convex lens through the treatment of a resist film.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の測距装置の構成を示すブロック図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device according to the first embodiment.
図1の測距装置は、発光装置1と、撮像装置2と、制御装置3とを備えている。図1の測距装置は、発光装置1から発光された光を被写体に照射し、被写体で反射した光を撮像装置2により受光して被写体を撮像し、撮像装置2から出力された画像信号を用いて制御装置3により被写体までの距離を測定(算出)する。発光装置1は、撮像装置2が被写体を撮像するための光源として機能する。
The distance measuring device of FIG. 1 includes a
発光装置1は、発光部11と、駆動回路12と、電源回路13と、発光側光学系14とを備えている。撮像装置2は、イメージセンサ21と、画像処理部22と、撮像側光学系23とを備えている。制御装置3は、測距部31を備えている。
The
発光部11は、被写体に照射するためのレーザー光を発光する。本実施形態の発光部11は、後述するように、2次元アレイ状に配置された複数の発光素子を備え、各発光素子は、VCSEL構造を有している。これらの発光素子から出射された光が、被写体に照射される。また、本実施形態の発光部11は、LD(Laser Diode)チップ41と呼ばれるチップ内に設けられている。
The
駆動回路12は、発光部11を駆動する電気回路である。電源回路13は、駆動回路12の電源電圧を生成する電気回路である。本実施形態の測距装置は例えば、測距装置内のバッテリから供給される入力電圧から電源回路13により電源電圧を生成し、この電源電圧を用いて駆動回路12により発光部11を駆動する。また、本実施形態の駆動回路12は、LDD(Laser Diode Driver)基板42と呼ばれる基板内に設けられている。
The
発光側光学系14は、種々の光学素子を備えており、これらの光学素子を介して発光部11からの光を被写体に照射する。同様に、撮像側光学系23は、種々の光学素子を備えており、これらの光学素子を介して被写体からの光を受光する。
The light emitting side
イメージセンサ21は、被写体からの光を撮像側光学系23を介して受光し、この光を光電変換により電気信号に変換する。イメージセンサ21は例えば、CCD(Charge Coupled Device)センサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサである。本実施形態のイメージセンサ21は、上記の電子信号をA/D(Analog to Digital)変換によりアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号としての画像信号を画像処理部22に出力する。また、本実施形態のイメージセンサ21は、フレーム同期信号を駆動回路12に出力し、駆動回路12は、フレーム同期信号に基づいて、発光部11をイメージセンサ21におけるフレーム周期に応じたタイミングで発光させる。
The
画像処理部22は、イメージセンサ21から出力された画像信号に対し種々の画像処理を施す。画像処理部22は例えば、DSP(Digital Signal Processor)などの画像処理プロセッサを備えている。
The
制御装置3は、図1の測距装置の種々の動作を制御し、例えば、発光装置1の発光動作や、撮像装置2の撮像動作を制御する。制御装置3は例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備えている。
The
測距部31は、イメージセンサ21から出力され、画像処理部22により画像処理を施された画像信号に基づいて、被写体までの距離を測定する。測距部31は、測距方式として例えば、STL(Structured Light)方式またはToF(Time of Flight)方式を採用している。測距部31はさらに、上記の画像信号に基づいて、測距装置と被写体との距離を被写体の部分ごとに測定して、被写体の3次元形状を特定してもよい。
The
図2は、第1実施形態の測距装置の構造の例を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the distance measuring device of the first embodiment.
図2のAは、本実施形態の測距装置の構造の第1の例を示している。この例の測距装置は、上述のLDチップ41およびLDD基板42と、実装基板43と、放熱基板44と、補正レンズ保持部45と、1つ以上の補正レンズ46と、配線47とを備えている。
FIG. 2A shows a first example of the structure of the distance measuring device of the present embodiment. The distance measuring device of this example includes the above-mentioned
図2のAは、互いに垂直なX軸、Y軸、およびZ軸を示している。X方向とY方向は横方向(水平方向)に相当し、Z方向は縦方向(垂直方向)に相当する。また、+Z方向は上方向に相当し、−Z方向は下方向に相当する。−Z方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。 A in FIG. 2 shows the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are perpendicular to each other. The X and Y directions correspond to the horizontal direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the vertical direction (vertical direction). Further, the + Z direction corresponds to the upward direction, and the −Z direction corresponds to the downward direction. The −Z direction may or may not exactly coincide with the direction of gravity.
LDチップ41は、放熱基板44を介して実装基板43上に配置され、LDD基板42も、実装基板43上に配置されている。実装基板43は、例えばプリント基板である。本実施形態の実装基板43には、図1のイメージセンサ21や画像処理部22も配置されている。放熱基板44は例えば、AlN(窒化アルミニウム)基板などのセラミック基板である。
The
補正レンズ保持部45は、LDチップ41を囲むように放熱基板44上に配置されており、LDチップ41の上方に1つ以上の補正レンズ46を保持している。これらの補正レンズ46は、上述の発光側光学系14(図1)に含まれている。LDチップ41内の発光部11(図1)から発光された光は、これらの補正レンズ46により補正された後、被写体(図1)に照射される。図2のAは、一例として、補正レンズ保持部45に保持された2つの補正レンズ46を示している。
The correction
配線47は、実装基板41の表面、裏面、内部などに設けられており、LDチップ41とLDD基板42とを電気的に接続している。配線47は例えば、実装基板41の表面や裏面に設けられたプリント配線や、実装基板41を貫通するビア配線である。本実施形態の配線47はさらに、放熱基板44の内部または付近を通過している。
The
図2のBは、本実施形態の測距装置の構造の第2の例を示している。この例の測距装置は、第1の例の測距装置と同じ構成要素を備えているが、配線47の代わりにバンプ48を備えている。
FIG. 2B shows a second example of the structure of the distance measuring device of the present embodiment. The ranging device of this example has the same components as the ranging device of the first example, but includes
図2のBでは、LDD基板42が放熱基板44上に配置され、LDチップ41がLDD基板42上に配置されている。このようにLDチップ41をLDD基板42上に配置することにより、第1の例の場合に比べて、実装基板44のサイズを小型化することが可能となる。図2のBでは、LDチップ41が、LDD基板42上にバンプ48を介して配置されており、バンプ48によりLDD基板42と電気的に接続されている。
In B of FIG. 2, the
以下、本実施形態の測距装置については、図2のBに示す第2の例の構造を有しているとして説明する。ただし、以下の説明は、第2の例に特有の構造についての説明を除き、第1の例の構造を有する測距装置にも適用可能である。 Hereinafter, the distance measuring device of the present embodiment will be described as having the structure of the second example shown in B of FIG. However, the following description is also applicable to the distance measuring device having the structure of the first example, except for the description of the structure peculiar to the second example.
図3は、図2のBに示す測距装置の構造を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the distance measuring device shown in FIG. 2B.
図3は、発光装置1内のLDチップ41とLDD基板42の断面を示している。図3に示すように、LDチップ41は、基板51と、積層膜52と、複数の発光素子53と、複数のアノード電極54と、複数のカソード電極55とを備えている。また、LDD基板42は、基板61と、複数の接続パッド62とを備えている。なお、図3では、後述する第1レンズ71等の図示は省略されている(図4を参照)。
FIG. 3 shows a cross section of the
基板51は、例えばGaAs(ガリウムヒ素)基板などの半導体基板である。図3は、−Z方向を向いている基板51の表面S1と、+Z方向を向いている基板51の裏面S2とを示している。表面S1は、本開示の第1面の例である。裏面S2は、本開示の第2面の例である。
The
積層膜52は、基板51の表面S1に積層された複数の層を含んでいる。これらの層の例は、n型半導体層、活性層、p型半導体層、光反射層、光の射出窓を有する絶縁層などである。積層膜52は、−Z方向に突出した複数のメサ部Mを含んでいる。これらのメサ部Mの一部が、複数の発光素子53となっている。
The
複数の発光素子53は、積層膜52の一部として、基板52の表面S1側に設けられている。本実施形態の各発光素子53は、VCSEL構造を有しており、光を+Z方向に出射する。各発光素子53から出射された光は、図3に示すように、基板51内を表面S1から裏面S2へと透過し、基板51から上述の補正レンズ46(図2)に入射する。このように、本実施形態のLDチップ41は、裏面照射型のVCSELチップとなっている。
The plurality of
アノード電極54は、発光素子53の下面に形成されている。カソード電極55は、発光素子53以外のメサ部Mの下面に形成されており、メサ部M間にある積層膜52の下面まで延びている。各発光素子53は、そのアノード電極54と対応するカソード電極55との間に電流が流れることで光を出射する。
The
上述のように、LDチップ41は、LDD基板42上にバンプ48を介して配置されており、バンプ48によりLDD基板42と電気的に接続されている。具体的には、LDD基板42に含まれる基板61上に接続パッド62が形成されており、接続パッド62上にバンプ48を介してメサ部Mが配置されている。各メサ部Mは、アノード電極54またはカソード電極55を介してバンプ62上に配置されている。基板61は、例えばSi(シリコン)基板などの半導体基板である。
As described above, the
LDD基板42は、発光部11を駆動する駆動回路12を含んでいる(図1)。図4は、この駆動回路12に含まれる複数のスイッチSWを模式的に示している。各スイッチSWは、バンプ62を介して、対応する発光素子53と電気的に接続されている。本実施形態の駆動回路12は、これらのスイッチSWを個々のスイッチSWごとに制御(オンオフ)することができる。よって、駆動回路12は、複数の発光素子53を個々の発光素子53ごとに駆動させることができる。これにより、例えば測距に必要な発光素子53のみ発光させるなど、発光部11から出射される光を精密に制御することが可能となる。このような発光素子53の個別制御は、LDD基板42をLDチップ41の下方に配置することにより、各発光素子53を対応するスイッチSWと電気的に接続しやすくなったことで実現可能となっている。LDD基板42は、本開示の駆動装置の例である。
The
図4は、第1実施形態の発光装置1の構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the
図4は、発光装置1内のLDチップ41の断面を示している。LDチップ41は、上述のように、基板51と、積層膜52と、複数の発光素子53と、複数のアノード電極54と、複数のカソード電極55とを備え、さらにレンズ膜56を備えている。ただし、図4では、アノード電極54およびカソード電極55の図示が省略されている。
FIG. 4 shows a cross section of the
本実施形態のLDチップ41は、基板51の表面S1側に複数の発光素子53を備えると共に、基板51の裏面S2側に複数の第1レンズ71を備えている。これらの第1レンズ71は、発光素子53と同様に、2次元アレイ状に配置されている。本実施形態の第1レンズ71は、発光素子53と1対1で対応しており、各第1レンズ71が、1つの発光素子53の+Z方向に配置されている。図4はさらに、これらの第1レンズ71の表面に設けられたレンズ膜56に設けられ、これらの第1レンズ71を通過した光が入射する第2レンズ72と、基板51およびレンズ膜56の上方に配置された上述の補正レンズ46とを示している。
The
本実施形態の第1レンズ71は、基板51の一部として、基板1の裏面S2に設けられている。具体的には、本実施形態の第1レンズ71は、基板51を裏面S2から加工することで形成されている。本実施形態によれば、基板51の加工により第1レンズ71を簡単に形成することが可能となる。図4では、第1レンズ71は凹レンズとなっている。なお、第1レンズ71は、補正レンズ46と同様に、基板51の一部ではなくてもよいし、基板51の裏面S2から離れて基板51の上方に配置されていてもよい。
The
本実施形態の第2レンズ72は、レンズ膜56の一部として、レンズ膜56の表面(上面)に設けられている。レンズ膜56は、基板51と異なる材料で形成されており、例えば、発光素子53からの光に対して透明で、基板51と異なる屈折率を有する材料で形成されている。レンズ膜56の例は、SiO2膜(酸化シリコン膜)、SiON膜(酸窒化シリコン膜)、SiN膜(窒化シリコン膜)、SiOC膜(酸炭化シリコン膜)、SiC膜(炭化シリコン膜)、アモルファスSi(シリコン)膜などの無機膜や、有機膜である。図4では、第2レンズ72は凸レンズとなっている。
The
本実施形態の補正レンズ46は、基板51やレンズ膜56の上方に配置されており、基板51やレンズ膜56から離隔された材料により形成されている。補正レンズ46は、本開示の第3レンズの例である。
The
複数の発光素子53から出射された光は、基板51内を表面S1から裏面S2へと透過し、複数の第1レンズ71に入射する。本実施形態では、各発光素子53から出射された光が、対応する第1レンズ71に入射する。これらの第1レンズ71を通過した光は、図4に示すように、第2レンズ72を介して補正レンズ46に入射する。図4では、第1および第2レンズ71、72が、発光素子53からの光を拡散および集束させ、補正レンズ46が、第1および第2レンズ71、72からの光をコリメートして平行光にしている。補正レンズ46を通過した光は、被写体(図1)に照射される。
The light emitted from the plurality of
図4はさらに、補正レンズ46の光学中心(中心軸)Cを示している。図4では、基板51の表面S1がZ方向に垂直になっており、補正レンズ46の光学中心CがZ方向に平行になっている。本実施形態では、上述の複数の第1レンズ71のXY平面内の面積が、均一となっているが、不均一であってもよい。
FIG. 4 further shows the optical center (center axis) C of the
本実施形態によれば、複数の第1レンズ71上に第2レンズ72が設けられることで、補正レンズ46の収差を低減することが可能となる。理由は、第2レンズ72により、光学中心Cから遠い第1レンズ71から出射される光の拡がりが、光学中心Cに近い第1レンズ71から出射される光の拡がりに比べて抑えられ、補正レンズ46が第1レンズ71からの光をコリメートしやすくなるからである。これにより、高解像度の撮像装置2(図1)を実現することが可能となる。
According to the present embodiment, by providing the
仮に第1レンズ71上に第2レンズ72を設けないことにすると、光学中心Cから遠い第1レンズ71から出射される光の拡がりが、光学中心Cに近い第1レンズ71から出射される光の拡がりと同程度になる。その結果、補正レンズ46が、本実施形態の場合に比べて、第1レンズ71からの光をコリメートしにくくなり、補正レンズ46で収差が生じてしまう。具体的には、補正レンズ46の端部付近から出射される光の平行性が悪くなり、画像の端部にぼやけやゆがみが生じてしまう。一方、本実施形態によれば、補正レンズ46が第1レンズ71からの光をコリメートしやすくなり、補正レンズ46の収差を低減することが可能となる。
If the
なお、上述の作用は、第1レンズ71が、凹レンズ以外のレンズの場合にも得ることができ、第2レンズ72が、凸レンズ以外のレンズの場合にも得ることができる。このような構成の詳細については後述する。
The above-mentioned effect can be obtained even when the
図5は、第1実施形態の発光装置1の構造の例を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing an example of the structure of the
図5のAは、本実施形態の発光装置1の構造の第1の例を示している。図5のAでは、21個の第1レンズ71が、基板51の裏面S2に2次元アレイ状に配置されており、具体的には、正方格子状に配置されている。図5のAではさらに、これら21個の第1レンズ71上に第2レンズ72が配置されている。
FIG. 5A shows a first example of the structure of the
図5のBは、本実施形態の発光装置1の構造の第2の例を示している。図5のBでは、9個の第1レンズ71が、基板51の裏面S2に2次元アレイ状に配置されており、具体的には、正方格子状に配置されている。図5のAではさらに、これら9個の第1レンズ71上に第2レンズ72が配置されている。
FIG. 5B shows a second example of the structure of the
このように、第2レンズ72が覆う第1レンズ71の個数は、図5のAの例では21個となっており、図5のBの例では9個となっているが、その他の個数でもよい。また、本実施形態の発光装置1の第1レンズ71は、第2レンズ72で覆われた第1レンズ71だけでなく、第2レンズ72で覆われていない第1レンズ71も含んでいてもよい。また、第1レンズ71や第2レンズ72の配置は、図5のAやBに示す配置以外でもよい。
As described above, the number of the
以下、図6から図12を参照し、本実施形態の変形例の発光装置1について説明する。
Hereinafter, the
図6および図7は、第1実施形態の変形例の発光装置1の構造を示す断面図である。
6 and 7 are cross-sectional views showing the structure of the
図6のAでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72も凹レンズとなっている。図6のAの第2レンズ72によれば、図4の場合とは異なり、光学中心Cから遠い第1レンズ71から出射される光を、光学中心Cに近い第1レンズ71から出射される光よりも拡げることができる。これにより、補正レンズ46が第1レンズ71からの光をコリメートしやすくなる。図6のAの構造は例えば、この構造が図4の構造に比べて光を補正レンズ46によりコリメートしやすい場合に採用される。これは、後述する他の変形例についても同様である。
In A of FIG. 6, the
図6のBでは、第1レンズ71が凸レンズとなっており、第2レンズ72も凸レンズとなっている。図7のAでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72が凸レンズとなっている。図7のBでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72がフラットレンズとなっている。凹レンズは凹型の表面を有し、凸レンズは凸型の表面を有するのに対し、フラットレンズは平坦な表面を有している。第1レンズ71の上方にフラットレンズが存在する状態は、第1レンズ71の上方にレンズが存在しない状態ということもできる。本実施形態の発光装置1は、図6のB、図7のA、または図7のBに示す構造を有していてもよい。
In B of FIG. 6, the
図7のAでは、第2レンズ72が、基板51に設けられた一部の第1レンズ71のみを覆っている。そして、第1レンズ71と第2レンズ72とを通過した光と、第1レンズ71のみを通過した光が、補正レンズ46に入射している。このような構造によれば、複数の第1レンズ71を通過した光の光路を、光が第2レンズ72に入射する位置によって変化させることができるだけでなく、光が第2レンズ72に入射するか否かの違いによっても変化させることができる。
In A of FIG. 7, the
図7のBでも、第2レンズ72が、基板51に設けられた一部の第1レンズ71のみを覆っている。そして、第1レンズ71と第2レンズ72とを通過した光と、第1レンズ71のみを通過した光が、補正レンズ46に入射している。本変形例の第2レンズ72はフラットレンズであるため、光が第2レンズ72に入射するか否かが、図7のAの場合に比べて、光の光路に大きく影響する。
Also in B of FIG. 7, the
図8は、第1実施形態の別の変形例の発光装置1の構造を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the
図8のAでは、第1レンズ71がバイナリレンズとなっており、第2レンズ72は凸レンズとなっている。本変形例のバイナリレンズには例えば、凹レンズや凸レンズに比べて基板51の一部として作りやすいという利点がある。
In A of FIG. 8, the
図8のBに示す発光装置1は、複数の第1レンズ71と、複数の第2レンズ72とを備えている。本変形例では、第1レンズ71は凹レンズとなっており、第2レンズ72はバイナリレンズとなっている。本変形例は例えば、異なる種類の複数の第1レンズ71と複数の第2レンズ72とを上下に重ねたい場合に採用される。本変形例のバイナリレンズには例えば、凹レンズや凸レンズに比べてレンズ膜56の一部として作りやすいという利点がある。
The
図9は、第1実施形態の別の変形例の発光装置1の構造を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the
図9のAに示す発光装置1は、図4に示す発光装置1と同様に、基板51に設けられた複数の第1レンズ71と、第1レンズ71の表面に設けられたレンズ膜56に設けられた第2レンズ72とを備えている。図9のAに示す発光装置1はさらに、第2レンズ72の表面に設けられたレンズ膜57に設けられ、第1および第2レンズ71、72を通過した光が入射するさらなる第2レンズ73を備えている。第2レンズ72、73はそれぞれ、本開示の前段レンズおよび後段レンズの例である。図9のAに示す発光装置1はさらに、基板51およびレンズ膜56、57の上方に配置された上述の補正レンズ46を備えているが(図4参照)、その図示は省略する。補正レンズ46の図示を省略することは、後述する他の変形例についても同様である。
Similar to the
本変形例の第2レンズ73は、レンズ膜57の一部として、レンズ膜57の表面(上面)に設けられている。レンズ膜57は、レンズ膜56と異なる材料で形成されており、例えば、発光素子53からの光に対して透明で、レンズ膜56と異なる屈折率を有する材料で形成されている。レンズ膜57の例は、SiO2膜(酸化シリコン膜)、SiON膜(酸窒化シリコン膜)、SiN膜(窒化シリコン膜)、SiOC膜(酸炭化シリコン膜)、SiC膜(炭化シリコン膜)、アモルファスSi(シリコン)膜などの無機膜や、有機膜である。図9のAでは、第2レンズ73は凸レンズとなっている。
The
なお、本変形例の補正レンズ46は、基板51やレンズ膜56、57の上方に配置されており、基板51やレンズ膜56、57から離隔された材料により形成されている。本変形例では、複数の第1レンズ71を通過した光が、第2レンズ72、73を介して補正レンズ46に入射する。補正レンズ46を通過してコリメートされた光は、被写体(図1)に照射される。
The
本変形例によれば、第2レンズ72だけでなく、第2レンズ73により光の光路を変化させることで、より精密な光路の調整が可能となる。また、本変形例によれば、補正レンズ46の機能の一部を第2レンズ73に担わせることで、補正レンズ46の構造や材料の選択の自由度を高めることが可能となる。なお、本変形例の発光装置1は、第2レンズ72、73という2段の第2レンズを備えているが、3段以上の第2レンズを備えていてもよい。これは、後述する他の変形例についても同様である。
According to this modification, more precise adjustment of the optical path is possible by changing the optical path of light not only by the
図9のBでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72が凸レンズとなっており、第2レンズ73が凹レンズとなっている。図9のCでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72が凹レンズとなっており、第2レンズ73が凸レンズとなっている。図9のDでは、第1レンズ71が凹レンズとなっており、第2レンズ72が凹レンズとなっており、第2レンズ73が凹レンズとなっている。本実施形態の発光装置1は、図9のB、図9のC、または図9のDに示す構造を有していてもよい。
In B of FIG. 9, the
図10は、第1実施形態の別の変形例の発光装置1の構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the
図10のAに示す発光装置1は、複数の第1レンズ71と、第2レンズ72と、複数の第2レンズ73とを備えている。同様に、図10のBに示す発光装置1も、複数の第1レンズ71と、第2レンズ72と、複数の第2レンズ73とを備えている。一方、図10のCに示す発光装置1は、第1レンズ71と、第2レンズ72と、複数の第2レンズ73とを備えている。同様に、図10のDに示す発光装置1も、第1レンズ71と、第2レンズ72と、複数の第2レンズ73とを備えている。このように、これらの3段のレンズのうち、どの段のレンズを複数設けてもよいし、どの段のレンズを1個だけ設けてもよい。
The
図11は、第1実施形態の別の変形例の発光装置1の構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the
図11のAに示すLDチップ41は、図4に示すLDチップ41と同様に、基板51とレンズ膜56とを備えているが、レンズ膜56の図示は省略されている。図11のAに示すLDチップ41はさらに、基板51の裏面S2に形成された反射防止膜74を備えており、基板51上に反射防止膜74を介して不図示のレンズ膜56が形成されている。反射防止膜74は、各第1レンズ71の表面を覆っている。本変形例の反射防止膜74は、1層以上の無機酸化膜または無機窒化膜を含んでおり、例えば、SiO2膜(酸化シリコン膜)、SiON膜(酸窒化シリコン膜)、SiN膜(窒化シリコン膜)、SiOC膜(酸炭化シリコン膜)、SiC膜(炭化シリコン膜)、TiO2膜(酸化チタン膜)、TiN膜(窒化チタン膜)、TiON膜(酸窒化チタン膜)、Al2O3(酸化アルミニウム膜)、Nb2O5膜(酸化ニオブ膜)、ZrO2膜(酸化ジルコニウム膜)、Ta2O5膜(酸化タンタル膜)のうちの1つ以上を含んでいる。
The
本変形例によれば、基板51の裏面S2に反射防止膜74を形成することで、第1レンズ71などで光が反射することを抑制することが可能となる。基板51がGaAs基板である場合には、GaAs基板の反射率が高いことから、基板51の裏面S2に反射防止膜74を形成することが望ましい。なお、反射防止膜74は、レンズ膜56の表面に形成されていてもよいし、レンズ膜57が存在している場合にはレンズ膜57の表面に形成されていてもよい。
According to this modification, by forming the
図11のBに示すLDチップ41は、図4に示すLDチップ41と同様に、基板51とレンズ膜56とを備えているが、レンズ膜56の図示は省略されている。図11のBに示すLDチップ41はさらに、第1レンズ71間における基板51の裏面S2に形成された無機膜75を備えており、基板51上に無機膜75を介して不図示のレンズ膜56が形成されている。よって、各第1レンズ71は、無機膜75から露出しており、不図示のレンズ膜56に接している。本変形例の無機膜75は例えば、SiO2膜、SiON膜、SiN膜、SiOC膜、SiC膜、W(タングステン)膜、Ti膜、Au(金)膜、Al膜のうちの1つ以上を含んでいる。
The
本変形例によれば、第1レンズ71間における基板51の裏面S2に無機膜75を形成することで、例えば光が第1レンズ71以外の部分を通過することを抑制することが可能となる。この場合の無機膜75は、遮光膜でもよいし、基板51からの光を基板51に戻しやすいその他の膜でもよい。なお、無機膜75は、レンズ膜56の表面に形成されていてもよいし、レンズ膜57が存在している場合にはレンズ膜57の表面に形成されていてもよい。
According to this modification, by forming the
図12は、図11のBに示す発光装置1の構造の例を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing an example of the structure of the
図12のAでは、第1レンズ71の領域を除き、基板51の裏面S2全体に無機膜75が形成されている。これにより、例えば光が第1レンズ71以外の部分を通過することを効果的に抑制することが可能となる。
In A of FIG. 12, the
図12のBでは、無機膜75内に、基板51の裏面S2を露出させる開口部E1が形成されている。この開口部E1は例えば、第1レンズ71とその他の光学素子との位置を合わせるためのアライメントマークとして使用可能である。
In B of FIG. 12, an opening E1 for exposing the back surface S2 of the
図12のCでは、基板51の端部付近の領域E2において、基板51の裏面S2に無機膜75が形成されていない。光が第1レンズ71以外の部分を通過することを無機膜75により抑制する場合、発光素子53や第1レンズ71から遠く離れた領域には、必ずしも無機膜75を形成しなくてもよい。よって、図12のCでは、基板51の端部付近の領域E2に無機膜75が形成されていない。
In C of FIG. 12, the
なお、無機膜75は、基板51の裏面S2において、場所によって異なる膜を含んでいてもよい。例えば、無機膜75は、基板51の端部付近の領域では1種類の膜を含み、その他の領域では2種類の膜を含んでいてもよい。これにより、図12のCの無機膜75と同様の機能を実現することが可能となる。
The
図13および図14は、第1実施形態の発光装置1の製造方法を示す断面図である。
13 and 14 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the
まず、基板51の表面S1に積層膜52や発光素子53などを形成した後、基板51の裏面S2にレジスト膜81を形成し、リソグラフィによりレジスト膜81をパターニングする(図13のA)。その結果、基板の裏面S2に、複数のレジスト部P1と開口部P2とを含むレジスト膜81が形成される。これらのレジスト部P1は、発光素子53の上方に形成される。
First, a
次に、パターニングされたレジスト膜81のリフローベークを行う(図13のB)。その結果、レジスト膜81が、表面張力で丸くなった複数のレジスト部P3を含むレジスト膜82に変化する。このレジスト膜82は、複数のレジスト部P3と開口部P4とを含んでいる。
Next, reflow baking of the patterned resist
次に、ベークされたレジスト膜82のレジスト部(レジストパターン)P3を、ドライエッチングにより基板51に転写する(図13のC)。その結果、基板51の裏面S2がドライエッチングにより加工され、ドライエッチング前のレジスト部P3と同様の形状を有する複数の凸部83が、基板51の裏面S2に形成される。
Next, the resist portion (resist pattern) P3 of the baked resist
次に、これらの凸部83を覆うように、基板51の裏面S2上にハードマスク層84を形成する(図14のA)。ハードマスク層84は、例えばSOG(Spin On Glass)膜である。
Next, a
次に、ハードマスク層84を、ドライエッチングにより徐々に除去していく(図14のB)。その結果、ドライエッチングによりハードマスク層84から凸部83が露出し、その後のドライエッチングによりハードマスク層84が凸部83と共に除去されていき、凸部83が凹部、すなわち、凹レンズ(第1レンズ71)に変化する。このようにして、基板51の裏面S2に複数の第1レンズ71が形成される。ドライエッチングは例えば、BCl3ガスやCl2ガスなどの塩素系ガスを用いて行われる(Bはボロン、Clは塩素を表す)。塩素系ガスと共に、O2(酸素)ガス、N2(窒素)ガス、またはAr(アルゴンガス)を用いてもよい。この工程の詳細は、図15を参照して後述する。
Next, the
次に、基板51上にレンズ膜56を形成する(図14のC)。このようにして、複数の第1レンズ71上に第2レンズ72が形成される。レンズ膜56の表面に第2レンズ72を形成する方法としては、様々な方法が採用可能である。例えば、第2レンズ72が凹レンズの場合には、本方法における第1レンズ71と同じ方法により、第2レンズ72を形成可能である。また、第2レンズ72が凸レンズの場合には、図16に示す方法における第1レンズ71と同じ方法により、第2レンズ72を形成可能である。また、第2レンズ72がバイナリレンズの場合には、図17に示す方法における第1レンズ71と同じ方法により、第2レンズ72を形成可能である。また、第2レンズ72がフラットレンズの場合には、平坦な表面を有するレンズ膜56を形成した後、一部の第1レンズ71がレンズ膜56から露出されるようにレンズ膜56を加工することで、第2レンズ72を形成可能である。なお、第2レンズ72は、その他の方法で形成してもよい。
Next, the
図15は、図14のBに示す工程の詳細を説明するための断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the details of the process shown in FIG. 14B.
図15のAは、ハードマスク層84で覆われた凸部83を示している。ハードマスク層84をドライエッチングにより徐々に除去していくと、ハードマスク層84から凸部83が露出する(図15のB)。その後のドライエッチングでは、基板51(GaAs基板)とハードマスク層84(SOG膜)とのエッチングレートの違いにより、凸部83はハードマスク層84よりも速いエッチングレートでエッチングされていく(図15のC)。その結果、凸部83の上端に凹部85が形成され、その凹部85のサイズが徐々に大きくなり、最終的に凸部83が除去され、凸部83が除去された位置に凹部85、すなわち、凹レンズ(第1レンズ71)が形成される。このようにして、図14のBに示す工程が進行する。
FIG. 15A shows a
本実施形態ではその後、これらの第1レンズ71の上方に、第2レンズ72を介して上述の補正レンズ46が配置される(図4参照)。このようにして、図4に示す発光装置1が製造される。
In the present embodiment, the
図16は、第1実施形態の変形例の発光装置1の製造方法を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the
まず、基板51の表面S1に積層膜52や発光素子53などを形成した後、基板51の裏面S2にレジスト膜81を形成し、リソグラフィによりレジスト膜81をパターニングする(図16のA)。その結果、基板の裏面S2に、複数のレジスト部P1と開口部P2とを含むレジスト膜81が形成される。これらのレジスト部P1は、発光素子53の上方に形成される。
First, a
次に、パターニングされたレジスト膜81のリフローベークを行う(図16のB)。その結果、レジスト膜81が、表面張力で丸くなった複数のレジスト部P3を含むレジスト膜82に変化する。このレジスト膜82は、複数のレジスト部P3と開口部P4とを含んでいる。
Next, reflow baking of the patterned resist
次に、ベークされたレジスト膜82のレジスト部(レジストパターン)P3を、ドライエッチングにより基板51に転写する(図16のC)。その結果、基板51の裏面S2がドライエッチングにより加工され、ドライエッチング前のレジスト部P3と同様の形状を有する複数の凸部、すなわち、凸レンズ(第1レンズ71)が、基板51の裏面S2に形成される。
Next, the resist portion (resist pattern) P3 of the baked resist
本実施形態ではその後、これらの第1レンズ71の上方に、第2レンズ72を介して上述の補正レンズ46が配置される(図6のB参照)。このようにして、図6のBに示す発光装置1が製造される。
In the present embodiment, the
このように、凸レンズ(第1レンズ71)は、ハードマスク層84を用いた工程を行わずに形成することができるため、凹レンズ(第1レンズ71)よりも簡単に形成することができる。
As described above, since the convex lens (first lens 71) can be formed without performing the step using the
図17は、第1実施形態の別の変形例の発光装置1の製造方法を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the
まず、基板51の表面S1に積層膜52や発光素子53などを形成した後、基板51の裏面S2にレジスト膜81を形成し、リソグラフィによりレジスト膜81をパターニングする(図17のA)。その結果、基板の裏面S2に、複数のレジスト部P1と開口部P2とを含むレジスト膜81が形成される。これらのレジスト部P1は、発光素子53の上方に形成される。各レジスト部P1は、バイナリレンズの形状を有している。
First, a
次に、パターニングされたレジスト膜81のレジスト部(レジストパターン)P1を、ドライエッチングにより基板51に転写する(図17のB)。その結果、基板51の裏面S2がドライエッチングにより加工され、ドライエッチング前のレジスト部P1と同様の形状を有する複数のバイナリレンズ(第1レンズ71)が、基板51の裏面S2に形成される。
Next, the resist portion (resist pattern) P1 of the patterned resist
次に、基板51上にレンズ膜56とレンズ膜57とを順に形成する(図17のC)。このようにして、複数の第1レンズ71上に第2レンズ72、73が形成される。レンズ膜56の表面に第2レンズ72を形成する方法としては、上述のように、様々な方法が採用可能である。これらの方法は、レンズ膜57の表面に第2レンズ73を形成する際にも適用可能である。図17のCの工程は、第1レンズ71がバイナリレンズ以外のレンズである場合にも適用可能である。なお、本変形例のレンズ膜57は、レンズ膜56の表面に第2レンズ72が形成された後に形成される。
Next, the
本実施形態ではその後、これらの第1レンズ71の上方に、第2レンズ72、73を介して上述の補正レンズ46が配置される。このようにして、第1レンズ71、第2レンズ72、およびさらなる第2レンズ72を備える発光装置1が製造される。
In the present embodiment, the
このように、バイナリレンズ(第1レンズ71)は、ハードマスク層84やベークされたレジスト膜82を用いた工程を行わずに形成することができるため、凹レンズや凸レンズよりも簡単に形成することができる。ただし、液浸露光装置のような新型の露光装置を用いずに、旧式の露光装置を用いてレジスト膜81をパターニングする場合には、一般にバイナリレンズよりも凹レンズや凸レンズの方が簡単に形成できる。
As described above, the binary lens (first lens 71) can be formed without performing the process using the
なお、図13のAから図14のCに示す方法は、別の方法に置き換えることも可能である。以下、このような方法の2つの例について説明する。 The method shown in FIGS. 13A to 14C can be replaced with another method. Two examples of such a method will be described below.
図18は、図13のAから図14のCに示す方法と別の方法1を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a
まず、基板51の上面(裏面S2)上にハードマスク層91を形成し、ハードマスク層91に開口部92を形成する(図18のA)。ハードマスク層91は例えば、SiO2膜である。この方法では、ハードマスク層91に複数の開口部92を形成するが、図18のAは、これらの開口部92のうちの1つを示している。
First, the
次に、ハードマスク層91の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化する(図18のA)。この際、開口部92内に露出した基板51の上面がCMPによりリセスされていく「ディッシング」という現象が起こる。その結果、開口部92内の基板51の上面(裏面S2)に凹部、すなわち、凹レンズ(第1レンズ71)が形成される。より具体的にいうと、ハードマスク層91の複数の開口部92内の基板51の裏面S2に複数の凹レンズ(第1レンズ71)が形成される。
Next, the upper surface of the
その後、ハードマスク層91を除去し、基板51の上方にレンズ膜56を介して補正レンズ46を配置する。このようにして、図4に示す発光装置1が製造される。
After that, the
図19は、図13のAから図14のCに示す方法と別の方法2を示す断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a
まず、基板51の上面(裏面S2)上に第1ハードマスク層93を形成し、第1ハードマスク層93上に第2ハードマスク層94を形成し、第2ハードマスク層94に小さい開口部95を形成する(図19のA)。第1ハードマスク層93は例えば、カーボン膜などの有機膜である。第2ハードマスク層94は例えば、SiO2膜である。この方法では、第2ハードマスク層94に複数の開口部95を形成するが、図19のAは、これらの開口部95のうちの1つを示している。
First, the first
次に、第2ハードマスク層94をマスクとする等方性エッチングにより、第1ハードマスク層93を加工する(図19のB)。その結果、開口部95内に露出した第1ハードマスク層93が等方的にリセスされていき、第1ハードマスク層93内に凹部96が形成される。
Next, the first
次に、第2ハードマスク層94を除去する(図19のC)。次に、第1ハードマスク層93の凹部96を、ドライエッチングにより基板51に転写する(図19のD)。その結果、基板51の裏面S2がドライエッチングにより加工され、凹部96と同様の形状を有する凹部、すなわち、凹レンズ(第1レンズ71)が、基板51の裏面S2に形成される。より具体的にいうと、複数の凹部96と同様の形状を有する複数の凹レンズ(第1レンズ71)が、基板51の裏面S2に形成される。
Next, the second
その後、基板51の上方にレンズ膜56を介して補正レンズ46を配置する。このようにして、図4に示す発光装置1が製造される。
After that, the
以上のように、本実施形態の発光装置1は、複数の発光素子53の上方に1つ以上の第1レンズ71を備え、これらの第1レンズ71の上方に1つ以上の第2レンズ72を備えている。よって、本実施形態によれば、補正レンズ46の収差を低減しつつ、複数の発光素子53から第1および第2レンズ71、72を介して補正レンズ46に入射した光をコリメートできるなど、複数の発光素子53からの光を好適に成形することが可能となる。これにより、例えば高解像度の撮像装置2を実現することが可能となる。
As described above, the
なお、本実施形態の発光装置1は、測距装置の光源として使用されているが、その他の態様で使用されてもよい。例えば、本実施形態の発光装置1は、プリンタなどの光学機器の光源として使用されてもよいし、照明装置として使用されてもよい。
Although the
以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、2つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, these embodiments may be implemented with various modifications without departing from the gist of the present disclosure. For example, two or more embodiments may be combined and implemented.
なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。 The present disclosure may also have the following structure.
(1)
基板と、
前記基板の第1面側に設けられた複数の発光素子と、
前記基板の第2面側に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズと、
前記第1レンズの表面に設けられた膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズと、
を備える発光装置。
(1)
With the board
A plurality of light emitting elements provided on the first surface side of the substrate, and
One or more first lenses provided on the second surface side of the substrate and into which light emitted from the plurality of light emitting elements is incident.
One or more second lenses provided on a film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens, and
A light emitting device equipped with.
(2)
前記第2レンズは、
前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、
前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズと、
を含む(1)に記載の発光装置。
(2)
The second lens is
One or more pre-stage lenses provided on a first film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens.
One or more rear-stage lenses provided on a second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens.
The light emitting device according to (1).
(3)
さらに、前記膜から離隔された材料により形成され、前記第1および第2レンズを通過した光が入射する第3レンズを備える、(1)に記載の発光装置。
(3)
The light emitting device according to (1), further comprising a third lens formed of a material separated from the film and incident with light passing through the first and second lenses.
(4)
前記第1レンズは、前記基板の一部として、前記基板の前記第2面に設けられている、(1)に記載の発光装置。
(4)
The light emitting device according to (1), wherein the first lens is provided on the second surface of the substrate as a part of the substrate.
(5)
前記第1レンズは、凹レンズ、凸レンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含む、(1)に記載の発光装置。
(5)
The light emitting device according to (1), wherein the first lens includes at least one of a concave lens, a convex lens, and a binary lens.
(6)
前記第2レンズは、凹レンズ、凸レンズ、フラットレンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含む、(1)に記載の発光装置。
(6)
The light emitting device according to (1), wherein the second lens includes at least one of a concave lens, a convex lens, a flat lens, and a binary lens.
(7)
さらに、前記第1レンズの表面に設けられた反射防止膜を備える、(1)に記載の発光装置。
(7)
The light emitting device according to (1), further comprising an antireflection film provided on the surface of the first lens.
(8)
さらに、前記第1レンズ間における前記基板の前記第2面に設けられた無機膜を備える、(4)に記載の発光装置。
(8)
The light emitting device according to (4), further comprising an inorganic film provided on the second surface of the substrate between the first lenses.
(9)
前記基板は、ガリウム(Ga)およびヒ素(As)を含む半導体基板である、(1)に記載の発光装置。
(9)
The light emitting device according to (1), wherein the substrate is a semiconductor substrate containing gallium (Ga) and arsenic (As).
(10)
前記複数の発光素子から出射された光は、前記基板内を前記第1面から前記第2面へと透過し、前記第1レンズに入射する、(1)に記載の発光装置。
(10)
The light emitting device according to (1), wherein the light emitted from the plurality of light emitting elements is transmitted through the substrate from the first surface to the second surface and is incident on the first lens.
(11)
前記基板の前記第1面は、前記基板の表面であり、前記基板の前記第2面は、前記基板の裏面である、(1)に記載の発光装置。
(11)
The light emitting device according to (1), wherein the first surface of the substrate is the surface of the substrate, and the second surface of the substrate is the back surface of the substrate.
(12)
さらに、前記基板の前記第1面側に前記複数の発光素子を介して設けられ、前記複数の発光素子を駆動する駆動装置を備える、(1)に記載の発光装置。
(12)
The light emitting device according to (1), further comprising a driving device provided on the first surface side of the substrate via the plurality of light emitting elements to drive the plurality of light emitting elements.
(13)
前記駆動装置は、前記複数の発光素子を個々の発光素子ごとに駆動させる、(12)に記載の発光装置。
(13)
The light emitting device according to (12), wherein the driving device drives the plurality of light emitting elements for each individual light emitting element.
(14)
基板の第1面側に複数の発光素子を形成し、
前記基板の第2面側に、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズを形成し、
前記第1レンズの表面に設けられた膜に、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズを形成する、
ことを含む発光装置の製造方法。
(14)
A plurality of light emitting elements are formed on the first surface side of the substrate, and a plurality of light emitting elements are formed.
One or more first lenses into which the light emitted from the plurality of light emitting elements is incident is formed on the second surface side of the substrate.
A film provided on the surface of the first lens forms one or more second lenses into which light that has passed through the first lens is incident.
A method of manufacturing a light emitting device including that.
(15)
前記第2レンズは、
前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、
前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズと、
を含む(14)に記載の発光装置の製造方法。
(15)
The second lens is
One or more pre-stage lenses provided on a first film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens.
One or more rear-stage lenses provided on a second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens.
The method for manufacturing a light emitting device according to (14).
(16)
さらに、前記膜から離隔された材料により形成され、前記第1および第2レンズを通過した光が入射する第3レンズを配置することを含む、(14)に記載の発光装置の製造方法。
(16)
The method for manufacturing a light emitting device according to (14), further comprising arranging a third lens formed of a material separated from the film and incident with light passing through the first and second lenses.
(17)
前記第1レンズは、前記基板の前記第2面を加工することで、前記基板の一部として形成される、(14)に記載の発光装置の製造方法。
(17)
The method for manufacturing a light emitting device according to (14), wherein the first lens is formed as a part of the substrate by processing the second surface of the substrate.
(18)
前記第1レンズは、凹レンズ、凸レンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含む、(14)に記載の発光装置の製造方法。
(18)
The method for manufacturing a light emitting device according to (14), wherein the first lens includes at least one of a concave lens, a convex lens, and a binary lens.
(19)
前記第2レンズは、凹レンズ、凸レンズ、フラットレンズ、およびバイナリレンズの少なくともいずれかを含む、(14)に記載の発光装置の製造方法。
(19)
The method for manufacturing a light emitting device according to (14), wherein the second lens includes at least one of a concave lens, a convex lens, a flat lens, and a binary lens.
(20)
前記第1レンズの前記凹レンズは、前記基板の前記第2面に凸部を形成し、前記凸部を凹部に加工することで形成される、(18)に記載の発光装置の製造方法。
(20)
The method for manufacturing a light emitting device according to (18), wherein the concave lens of the first lens is formed by forming a convex portion on the second surface of the substrate and processing the convex portion into a concave portion.
(21)
前記凸部は、前記基板の前記第2面上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜をパターニングし、パターニングされた前記レジスト膜をベークし、ベークされた前記レジスト膜のパターンを前記基板に転写することで形成される、(20)に記載の発光装置の製造方法。
(21)
The convex portion forms a resist film on the second surface of the substrate, patterns the resist film, bake the patterned resist film, and transfers the pattern of the baked resist film to the substrate. The method for manufacturing a light emitting device according to (20), which is formed by the above-mentioned method.
(22)
前記凹部は、前記凸部上にマスク層を形成し、前記マスク層をエッチングして前記マスク層から前記凸部を露出させ、前記マスク層をさらに前記凸部と共にエッチングすることで形成される、(20)に記載の発光装置の製造方法。
(22)
The concave portion is formed by forming a mask layer on the convex portion, etching the mask layer to expose the convex portion from the mask layer, and further etching the mask layer together with the convex portion. The method for manufacturing a light emitting device according to (20).
(23)
前記第1レンズの前記凸レンズは、前記基板の前記第2面に凸部を形成することで形成される、(18)に記載の発光装置の製造方法。
(23)
The method for manufacturing a light emitting device according to (18), wherein the convex lens of the first lens is formed by forming a convex portion on the second surface of the substrate.
(24)
前記凸部は、前記基板の前記第2面上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜をパターニングし、パターニングされた前記レジスト膜をベークし、ベークされた前記レジスト膜のパターンを前記基板に転写することで形成される、(23)に記載の発光装置の製造方法。
(24)
The convex portion forms a resist film on the second surface of the substrate, patterns the resist film, bake the patterned resist film, and transfers the pattern of the baked resist film to the substrate. The method for manufacturing a light emitting device according to (23), which is formed by the above-mentioned method.
1:発光装置、2:撮像装置、3:制御装置、
11:発光部、12:駆動回路、13:電源回路、14:発光側光学系、
21:イメージセンサ、22:画像処理部、23:撮像側光学系、31:測距部、
41:LDチップ、42:LDD基板、43:実装基板、44:放熱基板、
45:補正レンズ保持部、46:補正レンズ、47:配線、48:バンプ、
51:基板、52:積層膜、53:発光素子、54:アノード電極、
55:カソード電極、56:レンズ膜、57:レンズ膜、
61:基板、62:接続パッド、71:第1レンズ、72:第2レンズ、
73:第2レンズ、74:反射防止膜、75:無機膜、81:レジスト膜、
82:レジスト膜、83:凸部、84:ハードマスク層、85:凹部、
91:ハードマスク層、92:開口部、93:第1ハードマスク層、
94:第2ハードマスク層、95:開口部、96:凹部
1: Light emitting device, 2: Imaging device, 3: Control device,
11: Light emitting part, 12: Drive circuit, 13: Power supply circuit, 14: Light emitting side optical system,
21: Image sensor, 22: Image processing unit, 23: Imaging side optical system, 31: Distance measuring unit,
41: LD chip, 42: LDD board, 43: mounting board, 44: heat dissipation board,
45: Correction lens holder, 46: Correction lens, 47: Wiring, 48: Bump,
51: Substrate, 52: Laminated film, 53: Light emitting element, 54: Anode electrode,
55: Cathode electrode, 56: Lens film, 57: Lens film,
61: Substrate, 62: Connection pad, 71: First lens, 72: Second lens,
73: 2nd lens, 74: Antireflection film, 75: Inorganic film, 81: Resist film,
82: resist film, 83: convex part, 84: hard mask layer, 85: concave part,
91: hard mask layer, 92: opening, 93: first hard mask layer,
94: 2nd hard mask layer, 95: opening, 96: recess
Claims (24)
前記基板の第1面側に設けられた複数の発光素子と、
前記基板の第2面側に設けられ、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズと、
前記第1レンズの表面に設けられた膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズと、
を備える発光装置。 With the board
A plurality of light emitting elements provided on the first surface side of the substrate, and
One or more first lenses provided on the second surface side of the substrate and into which light emitted from the plurality of light emitting elements is incident.
One or more second lenses provided on a film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens, and
A light emitting device equipped with.
前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、
前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズと、
を含む請求項1に記載の発光装置。 The second lens is
One or more pre-stage lenses provided on a first film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens.
One or more rear-stage lenses provided on a second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens.
The light emitting device according to claim 1.
前記基板の第2面側に、前記複数の発光素子から出射された光が入射する1つ以上の第1レンズを形成し、
前記第1レンズの表面に設けられた膜に、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の第2レンズを形成する、
ことを含む発光装置の製造方法。 A plurality of light emitting elements are formed on the first surface side of the substrate, and a plurality of light emitting elements are formed.
One or more first lenses into which the light emitted from the plurality of light emitting elements is incident is formed on the second surface side of the substrate.
A film provided on the surface of the first lens forms one or more second lenses into which light that has passed through the first lens is incident.
A method of manufacturing a light emitting device including that.
前記第1レンズの表面に設けられた第1膜に設けられ、前記第1レンズを通過した光が入射する1つ以上の前段レンズと、
前記前段レンズの表面に設けられた第2膜に設けられ、前記前段レンズを通過した光が入射する1つ以上の後段レンズと、
を含む請求項14に記載の発光装置の製造方法。 The second lens is
One or more pre-stage lenses provided on a first film provided on the surface of the first lens and incident with light passing through the first lens.
One or more rear-stage lenses provided on a second film provided on the surface of the front-stage lens and incident with light passing through the front-stage lens.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 14.
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