JP7052532B2 - Optical equipment and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical device and a method for manufacturing the same.

この種の装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この装置は、半導体レーザチップを内蔵している。半導体レーザチップは、チップキャリアの上面に搭載されている。チップキャリアの上面には、導体パターンが設けられている。半導体レーザチップは、導体パターンに電気接続されている。 As an apparatus of this type, for example, the one described in Patent Document 1 is known. This device has a built-in semiconductor laser chip. The semiconductor laser chip is mounted on the upper surface of the chip carrier. A conductor pattern is provided on the upper surface of the chip carrier. The semiconductor laser chip is electrically connected to the conductor pattern.

特開２００４－１０３９５３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-103953

上記の通り、従来のこの種の装置においては、半導体レーザチップ等の光学素子に電気接続するための、導体パターンの実装面積の関係で、装置の小型化について限界があった。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、光学装置における実装面積を可及的に小さくすることにある。 As described above, in the conventional device of this type, there is a limit to the miniaturization of the device due to the mounting area of the conductor pattern for electrical connection to the optical element such as a semiconductor laser chip. The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above. That is, an object of the present invention is to reduce the mounting area in an optical device as much as possible.

請求項１に記載の光学装置（１）は、
厚さ方向と直交する面内方向に延設された支持基板（２）と、
外部に電気接続される端子（３）と、
給電により発光する発光素子（４１）、または、受光状態に応じた電気信号を発生する受光素子（４２）であって、前記支持基板上に支持された光学素子（４）と、
前記面内方向における前記光学素子とは異なる位置にて前記支持基板上に支持された光学要素（５）と、
前記光学素子と前記端子とを電気接続する配線（６）と、
を備え、
前記支持基板は、
前記光学要素を支持する光学要素支持部（２３）と、
前記厚さ方向に前記光学要素支持部と接合された、平板状のベース部（２１）と、
を有し、
前記配線は、前記ベース部と前記光学要素支持部との間に埋設され、
前記光学要素支持部と前記光学要素とは、同一材料によって一体に形成されている。 The optical device (1) according to claim 1 is
A support substrate (2) extended in the in-plane direction orthogonal to the thickness direction, and
Terminal (3) that is electrically connected to the outside and
A light emitting element (41) that emits light by feeding power, or an optical element (4) that is a light receiving element (42) that generates an electric signal according to a light receiving state and is supported on the support substrate.
An optical element (5) supported on the support substrate at a position different from the optical element in the in-plane direction.
Wiring (6) for electrically connecting the optical element and the terminal,
Equipped with
The support substrate is
An optical element support portion (23) that supports the optical element,
A flat plate-shaped base portion (21) joined to the optical element support portion in the thickness direction, and
Have,
The wiring is embedded between the base portion and the optical element support portion .
The optical element support portion and the optical element are integrally formed of the same material .

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合、かかる参照符号は、単に、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の一例を示すものである。よって、本発明は、かかる参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。 In addition, when each element is attached with a reference reference numeral in parentheses in each column in the application document, the reference numeral simply means the correspondence between the same element and the specific configuration described in the embodiment described later. It shows an example. Therefore, the present invention is not limited to the description of the reference numeral.

実施形態に係る光学装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the optical apparatus which concerns on embodiment. 図１に示された光学装置の側面図である。It is a side view of the optical apparatus shown in FIG. 図１および図２に示された光学装置の製造方法の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of the manufacturing method of the optical apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 図１および図２に示された光学装置の製造方法の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of the manufacturing method of the optical apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 図１および図２に示された光学装置の製造方法の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of the manufacturing method of the optical apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 図１および図２に示された光学装置の製造方法の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of the manufacturing method of the optical apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 変形例に係る光学装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the optical apparatus which concerns on a modification. 図７に示された光学装置の側面図である。It is a side view of the optical apparatus shown in FIG. 7.

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがあるため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。 (Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that, if various modifications applicable to one embodiment are inserted in the middle of a series of explanations regarding the embodiment, the understanding of the embodiment may be hindered. It will be described together after the explanation.

（構成）
まず、図１および図２を参照しつつ、本実施形態に係る光学装置１の概略構成について説明する。なお、説明の便宜上、図１および図２において、図示の通りに右手系ＸＹＺ直交座標を設定するとともに、Ｚ軸正方向を「上」とし、Ｚ軸負方向を「下」とし、上下方向の寸法を「厚さ」あるいは「高さ」とする。また、或る対象物を、厚さ方向、すなわち、Ｚ軸正方向側からＺ軸負方向側に向かって見ることを、「平面視」と称する。但し、Ｚ軸負方向が重力作用方向と一致するとは限らない。 (Constitution)
First, a schematic configuration of the optical device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. For convenience of explanation, in FIGS. 1 and 2, the right-handed XYZ Cartesian coordinates are set as shown in the drawing, the Z-axis positive direction is set to "up", the Z-axis negative direction is set to "down", and the vertical direction is set. The dimensions are "thickness" or "height". Further, viewing an object in the thickness direction, that is, from the Z-axis positive direction side to the Z-axis negative direction side is referred to as "planar view". However, the negative direction of the Z axis does not always coincide with the direction of gravity action.

本実施形態に係る光学装置１は、ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ、レーザレーダ、等に適用されるものであって、レーザ光を出射可能に構成されている。この光学装置１は、支持基板２と、端子３と、光学素子４と、レンズ５と、配線６とを備えている。 The optical device 1 according to the present embodiment is applied to a head-up display, a projector, a laser radar, and the like, and is configured to be capable of emitting laser light. The optical device 1 includes a support substrate 2, a terminal 3, an optical element 4, a lens 5, and wiring 6.

支持基板２は、平面視にて略矩形状を有する板状部材であって、厚さ方向であるＺ軸方向と直交する面内方向、すなわち、ＸＹ平面と平行な方向に延設されている。本実施形態においては、支持基板２は、屈折率１．４以上の透明な合成樹脂材料（例えば屈折率１．５８５のポリカーボネート）によって形成されている。 The support substrate 2 is a plate-shaped member having a substantially rectangular shape in a plan view, and extends in an in-plane direction orthogonal to the Z-axis direction, which is the thickness direction, that is, in a direction parallel to the XY plane. .. In the present embodiment, the support substrate 2 is formed of a transparent synthetic resin material having a refractive index of 1.4 or more (for example, polycarbonate having a refractive index of 1.585).

支持基板２は、ベース部２１と、発光素子支持部２２と、光学要素支持部２３とを有している。ベース部２１と、発光素子支持部２２と、光学要素支持部２３とは、同一材料によって一体に形成されている。 The support substrate 2 has a base portion 21, a light emitting element support portion 22, and an optical element support portion 23. The base portion 21, the light emitting element support portion 22, and the optical element support portion 23 are integrally formed of the same material.

ベース部２１は、Ｚ軸方向に厚さ方向を有するとともにＸ軸方向に長手方向を有する平板状の部分であって、面内方向に延設されている。発光素子支持部２２は、ベース部２１の長手方向における一方側の端部（すなわち図中左端部）から厚さ方向に延設されている。光学要素支持部２３は、ベース部２１の長手方向における他方側の端部（すなわち図中右端部）から厚さ方向に延設されている。 The base portion 21 is a flat plate-shaped portion having a thickness direction in the Z-axis direction and a longitudinal direction in the X-axis direction, and extends in the in-plane direction. The light emitting element support portion 22 extends in the thickness direction from one end portion (that is, the left end portion in the drawing) on one side in the longitudinal direction of the base portion 21. The optical element support portion 23 extends in the thickness direction from the other end portion (that is, the right end portion in the drawing) of the base portion 21 in the longitudinal direction.

発光素子支持部２２と光学要素支持部２３とは、ベース部２１から厚さ方向における同一側（すなわちＺ軸正方向側）に突設されている。すなわち、発光素子支持部２２と光学要素支持部２３との間には、Ｚ軸負方向に向かって凹設された凹部２４が形成されている。 The light emitting element support portion 22 and the optical element support portion 23 project from the base portion 21 on the same side in the thickness direction (that is, on the Z-axis positive direction side). That is, a recess 24 recessed in the negative direction of the Z axis is formed between the light emitting element support portion 22 and the optical element support portion 23.

発光素子支持部２２は、ブロック状すなわち直方体状の部分であって、ベース部２１からの突出量が光学要素支持部２３よりも大きくなるような所定高さを有している。本実施形態においては、発光素子支持部２２は、ベース部２１と継目なく一体に形成されている。 The light emitting element support portion 22 is a block-shaped or rectangular parallelepiped portion, and has a predetermined height such that the amount of protrusion from the base portion 21 is larger than that of the optical element support portion 23. In the present embodiment, the light emitting element support portion 22 is seamlessly integrally formed with the base portion 21.

光学要素支持部２３は、略直方体状の部分であって、光学要素としてのレンズ５を支持するように設けられている。具体的には、光学要素支持部２３の直方体形状における上面には、略円柱状の接続部２５が形成されている。レンズ５は、接続部２５の上端に固定されている。すなわち、本実施形態においては、レンズ５は、接続部２５を含む光学要素支持部２３を介して、支持基板２により支持されている。 The optical element support portion 23 is a substantially rectangular parallelepiped portion, and is provided so as to support the lens 5 as an optical element. Specifically, a substantially columnar connecting portion 25 is formed on the upper surface of the rectangular parallelepiped shape of the optical element supporting portion 23. The lens 5 is fixed to the upper end of the connection portion 25. That is, in the present embodiment, the lens 5 is supported by the support substrate 2 via the optical element support portion 23 including the connection portion 25.

本実施形態においては、光学要素支持部２３とレンズ５とは、同一材料によって一体に形成されている。すなわち、光学要素支持部２３およびレンズ５は、屈折率１．４以上の透明な合成樹脂材料（例えば屈折率１．５８５のポリカーボネート）によって形成されている。 In the present embodiment, the optical element support portion 23 and the lens 5 are integrally formed of the same material. That is, the optical element support portion 23 and the lens 5 are formed of a transparent synthetic resin material having a refractive index of 1.4 or more (for example, polycarbonate having a refractive index of 1.585).

支持基板２は、図示しないケーシングに支持されつつ収容されている。外部に電気接続される端子３は、かかるケーシングに固定されている。本実施形態においては、複数の端子３、すなわち、接地端子３１、駆動端子３２、および信号出力端子３３が設けられている。 The support substrate 2 is housed while being supported by a casing (not shown). The terminal 3 electrically connected to the outside is fixed to the casing. In this embodiment, a plurality of terminals 3, that is, a ground terminal 31, a drive terminal 32, and a signal output terminal 33 are provided.

接地端子３１は、光学装置１が外部に電気接続された際に、接地されるように設けられている。駆動端子３２は、光学装置１が外部に電気接続された際に、発光素子４１の駆動電圧が印加されるように設けられている。信号出力端子３３は、受光素子４２に電気接続されることで、受光素子４２の出力信号を光学装置１の外部に出力するように設けられている。 The ground terminal 31 is provided so as to be grounded when the optical device 1 is electrically connected to the outside. The drive terminal 32 is provided so that the drive voltage of the light emitting element 41 is applied when the optical device 1 is electrically connected to the outside. The signal output terminal 33 is provided so as to output the output signal of the light receiving element 42 to the outside of the optical device 1 by being electrically connected to the light receiving element 42.

光学素子４は、光学装置１の外部との電気信号の授受に対応した光学作用を奏するように構成されている。具体的には、本実施形態においては、光学素子４として、発光素子４１と受光素子４２とが設けられている。 The optical element 4 is configured to exert an optical action corresponding to the exchange of an electric signal with the outside of the optical device 1. Specifically, in the present embodiment, the light emitting element 41 and the light receiving element 42 are provided as the optical element 4.

発光素子４１は、いわゆる半導体レーザ素子であって、給電すなわち駆動電圧の印加によりレーザ光を発光するように構成されている。発光素子４１は、発光素子支持部２２の上面に固定されることで、支持基板２に支持されている。本実施形態においては、発光素子４１は、レンズ５の光軸Ｌ上に配置されている。すなわち、発光素子４１から出射されたレーザ光がレンズ５の光軸Ｌを通過するように、発光素子支持部２２の高さを含むアラインメントが設定されている。 The light emitting element 41 is a so-called semiconductor laser element, and is configured to emit laser light by feeding power, that is, applying a driving voltage. The light emitting element 41 is supported by the support substrate 2 by being fixed to the upper surface of the light emitting element support portion 22. In the present embodiment, the light emitting element 41 is arranged on the optical axis L of the lens 5. That is, the alignment including the height of the light emitting element support portion 22 is set so that the laser light emitted from the light emitting element 41 passes through the optical axis L of the lens 5.

受光素子４２は、受光状態に応じた電気信号を発生するように構成されている。本実施形態においては、受光素子４２は、ベース部２１における凹部２４に対応する位置に固定されることで、支持基板２に支持されている。受光素子４２は、発光素子４１の出力のフィードバック制御用に設けられている。すなわち、受光素子４２は、発光素子４１から出射されたレーザ光の一部を受光することで、受光量に応じた電気信号（例えば電圧）を出力するように構成されている。 The light receiving element 42 is configured to generate an electric signal according to the light receiving state. In the present embodiment, the light receiving element 42 is supported by the support substrate 2 by being fixed at a position corresponding to the recess 24 in the base portion 21. The light receiving element 42 is provided for feedback control of the output of the light emitting element 41. That is, the light receiving element 42 is configured to output an electric signal (for example, a voltage) according to the amount of light received by receiving a part of the laser light emitted from the light emitting element 41.

本実施形態においては、図１に示されているように、受光素子４２は、平面視にて、光軸Ｌと重なる位置に配置されている。また、図２に示されているように、受光素子４２は、発光素子支持部２２と光学要素支持部２３との間に形成された凹部２４に配置されることで、側面視にて光軸Ｌと交差しない位置に設けられている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the light receiving element 42 is arranged at a position overlapping the optical axis L in a plan view. Further, as shown in FIG. 2, the light receiving element 42 is arranged in the recess 24 formed between the light emitting element support portion 22 and the optical element support portion 23, whereby the optical axis is viewed from the side. It is provided at a position that does not intersect with L.

上記の通り、レンズ５は、面内方向における発光素子４１および受光素子４２とは異なる位置にて、支持基板２上に支持されている。具体的には、本実施形態においては、発光素子４１と、受光素子４２と、レンズ５とは、この順にＸ軸正方向に配列されている。また、図１に示されているように、発光素子４１、受光素子４２、およびレンズ５は、平面視にて、光軸Ｌと重なるように配置されている。 As described above, the lens 5 is supported on the support substrate 2 at a position different from that of the light emitting element 41 and the light receiving element 42 in the in-plane direction. Specifically, in the present embodiment, the light emitting element 41, the light receiving element 42, and the lens 5 are arranged in this order in the positive direction of the X axis. Further, as shown in FIG. 1, the light emitting element 41, the light receiving element 42, and the lens 5 are arranged so as to overlap with the optical axis L in a plan view.

配線６は、端子３と、発光素子４１および受光素子４２とを電気接続するように設けられている。本実施形態においては、配線６は、ボンディングワイヤによって形成されている。具体的には、配線６として、発光素子接地線６１と、発光素子駆動線６２と、受光素子接地線６３と、受光素子信号線６４とが設けられている。 The wiring 6 is provided so as to electrically connect the terminal 3 to the light emitting element 41 and the light receiving element 42. In this embodiment, the wiring 6 is formed of a bonding wire. Specifically, as the wiring 6, a light emitting element grounding wire 61, a light emitting element driving line 62, a light receiving element grounding wire 63, and a light receiving element signal line 64 are provided.

発光素子接地線６１は、発光素子４１と接地端子３１とをワイヤボンディングにより電気接続することにより設けられている。発光素子駆動線６２は、発光素子４１と駆動端子３２とをワイヤボンディングにより電気接続することにより設けられている。受光素子接地線６３は、受光素子４２と接地端子３１とをワイヤボンディングにより電気接続することにより設けられている。受光素子信号線６４は、受光素子４２と信号出力端子３３とをワイヤボンディングにより電気接続することにより設けられている。 The light emitting element ground wire 61 is provided by electrically connecting the light emitting element 41 and the ground terminal 31 by wire bonding. The light emitting element drive line 62 is provided by electrically connecting the light emitting element 41 and the drive terminal 32 by wire bonding. The light receiving element ground wire 63 is provided by electrically connecting the light receiving element 42 and the ground terminal 31 by wire bonding. The light receiving element signal line 64 is provided by electrically connecting the light receiving element 42 and the signal output terminal 33 by wire bonding.

発光素子接地線６１および発光素子駆動線６２は、支持基板２の上方を通過するように設けられている。すなわち、発光素子接地線６１および発光素子駆動線６２は、支持基板２の内部を通過せず、レンズ５の周囲を通過するように設けられている。 The light emitting element ground wire 61 and the light emitting element drive line 62 are provided so as to pass above the support substrate 2. That is, the light emitting element ground wire 61 and the light emitting element drive line 62 are provided so as not to pass through the inside of the support substrate 2 but to pass around the lens 5.

これに対し、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４は、その一部が支持基板２内を通過するように設けられている。具体的には、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４は、ベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設されている。すなわち、光学要素支持部２３は、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４を挟んで厚さ方向にベース部２１と対向配置されつつ、ベース部２１と接合されている。 On the other hand, the light receiving element grounding wire 63 and the light receiving element signal line 64 are provided so that a part thereof passes through the support substrate 2. Specifically, the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 are embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23. That is, the optical element support portion 23 is joined to the base portion 21 while being arranged facing the base portion 21 in the thickness direction with the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 interposed therebetween.

（製造方法）
以下、図１および図２に示された光学装置１の製造方法について、図３～図６を参照しつつ説明する。 (Production method)
Hereinafter, the manufacturing method of the optical device 1 shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

まず、図３に示されているように、平板状のベース部２１とブロック状の発光素子支持部２２とを一体化した基板７２を用意する。基板７２には、発光素子４１および受光素子４２を実装するための、図示しない導体膜等が形成されている。 First, as shown in FIG. 3, a substrate 72 in which a flat plate-shaped base portion 21 and a block-shaped light emitting element support portion 22 are integrated is prepared. A conductor film (not shown) for mounting the light emitting element 41 and the light receiving element 42 is formed on the substrate 72.

次に、図４に示されているように、基板７２上に、発光素子４１および受光素子４２を実装する。すなわち、発光素子支持部２２上に、発光素子４１を実装する。また、ベース部２１上に、受光素子４２を実装する。 Next, as shown in FIG. 4, the light emitting element 41 and the light receiving element 42 are mounted on the substrate 72. That is, the light emitting element 41 is mounted on the light emitting element support portion 22. Further, the light receiving element 42 is mounted on the base portion 21.

続いて、図４に示されているように、発光素子４１および受光素子４２と端子３とを、配線６により電気接続する。具体的には、図１および図２をも併せて参照すると、接地端子３１と発光素子４１とを、ワイヤボンディングにより電気接続する。また、駆動端子３２と発光素子４１とを、ワイヤボンディングにより電気接続する。また、接地端子３１と受光素子４２とを、ワイヤボンディングにより電気接続する。また、信号出力端子３３と受光素子４２とを、ワイヤボンディングにより電気接続する。 Subsequently, as shown in FIG. 4, the light emitting element 41, the light receiving element 42, and the terminal 3 are electrically connected by wiring 6. Specifically, referring to FIGS. 1 and 2, the ground terminal 31 and the light emitting element 41 are electrically connected by wire bonding. Further, the drive terminal 32 and the light emitting element 41 are electrically connected by wire bonding. Further, the ground terminal 31 and the light receiving element 42 are electrically connected by wire bonding. Further, the signal output terminal 33 and the light receiving element 42 are electrically connected by wire bonding.

続いて、図５に示されているように、配線６の一部、すなわち、図１に示された受光素子接地線６３および受光素子信号線６４を挟んで、厚さ方向にベース部２１と対向配置されるように、光学要素支持部２３を設ける。すなわち、配線６の一部をベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設する。これにより、支持基板２を形成する。具体的には、本実施形態においては、３Ｄプリンタ９０により、ベース部２１上に光学要素支持部２３を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 5, a part of the wiring 6, that is, the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 shown in FIG. 1 are sandwiched between the base portion 21 and the base portion 21 in the thickness direction. The optical element support portion 23 is provided so as to be arranged so as to face each other. That is, a part of the wiring 6 is embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23. As a result, the support substrate 2 is formed. Specifically, in the present embodiment, the optical element support portion 23 is formed on the base portion 21 by the 3D printer 90.

続いて、図６に示されているように、光学要素支持部２３上に、光学要素としてのレンズ５を形成する。具体的には、本実施形態においては、３Ｄプリンタ９０により、接続部２５およびレンズ５を、光学要素支持部２３上に形成する。最後に、レンズ５を研磨する。 Subsequently, as shown in FIG. 6, a lens 5 as an optical element is formed on the optical element support portion 23. Specifically, in the present embodiment, the connection portion 25 and the lens 5 are formed on the optical element support portion 23 by the 3D printer 90. Finally, the lens 5 is polished.

（効果）
上記の通り、本実施形態の光学装置１においては、光学要素としてのレンズ５は、面内方向における受光素子４２とは異なる位置にて、支持基板２上に支持されている。支持基板２は、レンズ５を支持する光学要素支持部２３と、平板状のベース部２１とを有している。ベース部２１は、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４を挟んで厚さ方向に光学要素支持部２３と対向配置されつつ、光学要素支持部２３と接合されている。 (effect)
As described above, in the optical device 1 of the present embodiment, the lens 5 as an optical element is supported on the support substrate 2 at a position different from that of the light receiving element 42 in the in-plane direction. The support substrate 2 has an optical element support portion 23 that supports the lens 5 and a flat plate-shaped base portion 21. The base portion 21 is arranged to face the optical element support portion 23 in the thickness direction with the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 interposed therebetween, and is joined to the optical element support portion 23.

かかる構成においては、配線６を構成する受光素子接地線６３および受光素子信号線６４は、ベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設されている。このため、支持基板２の上面における、配線６のための実装面積が、可及的に低減され得る。したがって、かかる構成によれば、光学装置１における実装面積を可及的に小さくすることができ、以て、光学装置１の小型化が良好に図られ得る。 In such a configuration, the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 constituting the wiring 6 are embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23. Therefore, the mounting area for the wiring 6 on the upper surface of the support substrate 2 can be reduced as much as possible. Therefore, according to such a configuration, the mounting area in the optical device 1 can be made as small as possible, and thus the optical device 1 can be satisfactorily miniaturized.

本実施形態の光学装置１においては、光学要素支持部２３と、光学要素としてのレンズ５とは、同一材料によって一体に形成されている。具体的には、これらは、屈折率１．４以上の合成樹脂材料によって形成されている。 In the optical device 1 of the present embodiment, the optical element support portion 23 and the lens 5 as an optical element are integrally formed of the same material. Specifically, these are formed of a synthetic resin material having a refractive index of 1.4 or more.

かかる構成によれば、レンズ５の光学特性を良好に維持しつつ、光学要素支持部２３とレンズ５との接合が、良好に形成され得る。したがって、レンズ５が光学要素支持部２３により確実に支持され得る。また、光学要素支持部２３とレンズ５とで熱膨張量が略一致することで、温度変化に対する耐久性が向上する。さらに、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４をベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設した構造を、３Ｄプリンタ９０を用いた簡易な製造工程により実現することが可能となる。 According to such a configuration, the bonding between the optical element support portion 23 and the lens 5 can be satisfactorily formed while maintaining the optical characteristics of the lens 5 satisfactorily. Therefore, the lens 5 can be reliably supported by the optical element support portion 23. Further, since the thermal expansion amounts of the optical element support portion 23 and the lens 5 are substantially the same, the durability against temperature changes is improved. Further, a structure in which the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 are embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23 can be realized by a simple manufacturing process using a 3D printer 90. ..

本実施形態の光学装置１においては、レンズ５は、３Ｄプリンタ９０により形成された後、研磨される。このため、研磨済みのレンズ５を支持基板２に取り付ける場合とは異なり、レンズ５を光学作用に必要な最小限度の形状とすることができる。すなわち、研磨済みのレンズ５を支持基板２に取り付けるための把持部を設ける必要がない。したがって、光学装置１の小型化が良好に図られ得る。 In the optical device 1 of the present embodiment, the lens 5 is formed by the 3D printer 90 and then polished. Therefore, unlike the case where the polished lens 5 is attached to the support substrate 2, the lens 5 can have the minimum shape required for optical action. That is, it is not necessary to provide a grip portion for attaching the polished lens 5 to the support substrate 2. Therefore, the size of the optical device 1 can be satisfactorily reduced.

本実施形態の光学装置１においては、レンズ５の光軸Ｌ上に発光素子４１が配置されている。支持基板２は、発光素子４１を支持する発光素子支持部２２をさらに有している。受光素子４２は、発光素子支持部２２と光学要素支持部２３との間に形成された凹部２４に配置されている。受光素子４２は、平面視にて、光軸Ｌと重なる位置に配置されている。 In the optical device 1 of the present embodiment, the light emitting element 41 is arranged on the optical axis L of the lens 5. The support substrate 2 further has a light emitting element support portion 22 that supports the light emitting element 41. The light receiving element 42 is arranged in a recess 24 formed between the light emitting element support portion 22 and the optical element support portion 23. The light receiving element 42 is arranged at a position overlapping the optical axis L in a plan view.

かかる構成によれば、発光素子４１から発光されたレーザ光のレンズ５への伝播経路である光軸Ｌに受光素子４２が干渉することを回避しつつ、光学装置１における実装面積を可及的に小さくすることができる。したがって、光学装置１の小型化が良好に図られ得る。 According to this configuration, the mounting area in the optical device 1 can be as large as possible while avoiding the light receiving element 42 from interfering with the optical axis L, which is the propagation path of the laser light emitted from the light emitting element 41 to the lens 5. Can be made smaller. Therefore, the size of the optical device 1 can be satisfactorily reduced.

本実施形態の製造方法は、以下の手順を有する。まず、平板状のベース部２１を主体とする基板７２上に発光素子４１および受光素子４２を実装するとともに、発光素子４１および受光素子４２と端子３とを配線６により電気接続する。次に、配線６を構成する受光素子接地線６３および受光素子信号線６４を挟んで厚さ方向にベース部２１と対向配置されるように、光学要素支持部２３を設ける。すなわち、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４をベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設することで、支持基板２を形成する。続いて、光学要素支持部２３上に、光学要素としてのレンズ５を形成する。 The manufacturing method of this embodiment has the following procedure. First, the light emitting element 41 and the light receiving element 42 are mounted on the substrate 72 mainly composed of the flat plate-shaped base portion 21, and the light emitting element 41, the light receiving element 42, and the terminal 3 are electrically connected by wiring 6. Next, the optical element support portion 23 is provided so as to face the base portion 21 in the thickness direction with the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 constituting the wiring 6 interposed therebetween. That is, the support substrate 2 is formed by embedding the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 between the base portion 21 and the optical element support portion 23. Subsequently, the lens 5 as an optical element is formed on the optical element support portion 23.

かかる製造方法によれば、受光素子接地線６３および受光素子信号線６４を支持基板２内に埋設した構造が、簡易な製造工程により実現することができる。したがって、光学装置１の小型化が良好に図られ得る。 According to such a manufacturing method, a structure in which the light receiving element ground wire 63 and the light receiving element signal line 64 are embedded in the support substrate 2 can be realized by a simple manufacturing process. Therefore, the size of the optical device 1 can be satisfactorily reduced.

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。 (Modification example)
The present invention is not limited to the above embodiment. Therefore, the above embodiment can be changed as appropriate. Hereinafter, a typical modification will be described. In the following description of the modified example, only the parts different from the above-described embodiment will be described. Further, in the above-described embodiment and the modified example, the same or equal parts are designated by the same reference numerals. Therefore, in the following description of the modification, the description in the above embodiment may be appropriately incorporated with respect to the components having the same reference numerals as those in the above embodiment, unless there is a technical contradiction or a special additional explanation.

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な構成および製造方法に限定されない。例えば、光学装置１は、レーザ光を出射可能な構成に限定されない。光学要素は、レンズ５に限定されない。すなわち、例えば、レンズ５に代えて、あるいはこれとともに、ミラー、回折格子、等の他の光学要素が設けられ得る。 The present invention is not limited to the specific configuration and manufacturing method shown in the above embodiments. For example, the optical device 1 is not limited to a configuration capable of emitting a laser beam. The optical element is not limited to the lens 5. That is, for example, other optical elements such as a mirror, a diffraction grating, and the like may be provided in place of or in combination with the lens 5.

ベース部２１および発光素子支持部２２、すなわち基板７２は、シリコン等の半導体基板として形成されていてもよい。この場合、基板７２は、発光素子４１および／または受光素子４２を含む、いわゆるＳＯＩ基板として構成され得る。ＳＯＩはSilicon On Insulatorの略である。 The base portion 21, the light emitting element support portion 22, that is, the substrate 72 may be formed as a semiconductor substrate such as silicon. In this case, the substrate 72 may be configured as a so-called SOI substrate including a light emitting element 41 and / or a light receiving element 42. SOI is an abbreviation for Silicon On Insulator.

屈折率１．４以上の透明な合成樹脂材料に代えて、屈折率１．４以上の透明なガラス材料が用いられ得る。ガラス材料を用いた場合でも、３Ｄプリンタ９０によって、光学要素支持部２３およびレンズ５を形成することが可能である。 Instead of the transparent synthetic resin material having a refractive index of 1.4 or more, a transparent glass material having a refractive index of 1.4 or more can be used. Even when a glass material is used, the optical element support portion 23 and the lens 5 can be formed by the 3D printer 90.

接続部２５は、省略され得る。 The connection portion 25 may be omitted.

図１および図２における、発光素子４１の設置位置と、受光素子４２の設置位置とは、逆であってもよい。すなわち、発光素子４１が凹部２４に配置されることでレンズ５の光軸Ｌと交差しない位置に設けられる一方で、受光素子４２が光軸Ｌ上に配置されてもよい。この場合、発光素子４１から発光されたレーザ光は、屈折率１．４以上の透明な合成樹脂材料によって形成された光学要素支持部２３を通過して外部に出射される。すなわち、光学要素支持部２３は、導波路等の光学要素としての機能を有していてもよい。 The installation position of the light emitting element 41 and the installation position of the light receiving element 42 in FIGS. 1 and 2 may be opposite to each other. That is, while the light emitting element 41 is arranged in the recess 24 at a position that does not intersect the optical axis L of the lens 5, the light receiving element 42 may be arranged on the optical axis L. In this case, the laser light emitted from the light emitting element 41 passes through the optical element support portion 23 formed of a transparent synthetic resin material having a refractive index of 1.4 or more and is emitted to the outside. That is, the optical element support portion 23 may have a function as an optical element such as a waveguide.

発光素子４１および受光素子４２のうちの一方は、省略され得る。具体的には、図１および図２に示された構成において、発光素子４１が省略可能である。あるいは、図１および図２に示された構成において、受光素子４２に代えて発光素子４１が設けられ得る。この場合、発光素子支持部２２は、省略され得る。 One of the light emitting element 41 and the light receiving element 42 may be omitted. Specifically, in the configurations shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting element 41 can be omitted. Alternatively, in the configuration shown in FIGS. 1 and 2, a light emitting element 41 may be provided instead of the light receiving element 42. In this case, the light emitting element support portion 22 may be omitted.

配線６は、ボンディングワイヤとは異なる部分を有していてもよい。具体的には、図７および図８に示されているように、配線６は、銅箔等の導体薄膜によって形成された導体パターン６０１と、ボンディングワイヤ６０２とを有していてもよい。 The wiring 6 may have a portion different from that of the bonding wire. Specifically, as shown in FIGS. 7 and 8, the wiring 6 may have a conductor pattern 601 formed of a conductor thin film such as a copper foil and a bonding wire 602.

導体パターン６０１は、ベース部２１上に、所定のパターン状に形成されている。ボンディングワイヤ６０２は、光学素子４と導体パターン６０１との間、および、導体パターン６０１と端子３との間を電気接続するように設けられている。 The conductor pattern 601 is formed in a predetermined pattern on the base portion 21. The bonding wire 602 is provided so as to electrically connect between the optical element 4 and the conductor pattern 601 and between the conductor pattern 601 and the terminal 3.

この場合、導体パターン６０１における、平面視にて光学要素支持部２３に対応する領域が、ベース部２１と光学要素支持部２３との間に埋設される。また、ボンディングワイヤ６０２における、導体パターン６０１側の端部も、ベース部２１と光学要素支持部２３との間、あるいは、光学要素支持部２３内に埋設される。かかる構成によれば、支持基板２の外側に露出するボンディングワイヤ６０２の長さが、可及的に短くされ得る。 In this case, the region of the conductor pattern 601 corresponding to the optical element support portion 23 in a plan view is embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23. Further, the end portion of the bonding wire 602 on the conductor pattern 601 side is also embedded between the base portion 21 and the optical element support portion 23 or in the optical element support portion 23. According to such a configuration, the length of the bonding wire 602 exposed to the outside of the support substrate 2 can be shortened as much as possible.

かかる構成を有する光学装置１の製造方法は、上記実施形態と同様である。但し、図３に示されている基板７２には、ワイヤボンディング工程に先立ち、導体パターン６０１が形成される。 The manufacturing method of the optical device 1 having such a configuration is the same as that of the above embodiment. However, the conductor pattern 601 is formed on the substrate 72 shown in FIG. 3 prior to the wire bonding step.

上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。 It goes without saying that the elements constituting the above embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle. In addition, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, and range of components are mentioned, the specification is specified except when it is clearly stated that it is indispensable or when it is clearly limited to a specific number in principle. The present invention is not limited to the number of.

同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。各部を構成する材料についても、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の材料に限定される場合等を除き、特段の限定はない。 Similarly, except when the shape, direction, positional relationship, etc. of the components, etc. are mentioned, when it is clearly stated that it is particularly essential, or when it is limited to a specific shape, direction, positional relationship, etc. in principle. The present invention is not limited to the shape, direction, positional relationship, and the like. There are no particular restrictions on the materials that make up each part, except when it is clearly stated that they are essential or when they are clearly limited to specific materials in principle.

変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の実施形態が、互いに組み合わされ得る。同様に、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。さらに、複数の実施形態のうちの少なくとも１つと、複数の変形例のうちの少なくとも１つとが、互いに組み合わされ得る。 Modifications are also not limited to the above examples. Also, multiple embodiments may be combined with each other. Similarly, multiple variants can be combined with each other. Further, at least one of the plurality of embodiments and at least one of the plurality of variants may be combined with each other.

１ 光学装置
２ 支持基板
２１ ベース部
２３ 光学要素支持部
３ 端子
４ 光学素子
４１ 発光素子
４２ 受光素子
５ レンズ
６ 配線 1 Optical device 2 Support board 21 Base part 23 Optical element support part 3 Terminal 4 Optical element 41 Light emitting element 42 Light receiving element 5 Lens 6 Wiring

Claims (6)

光学装置（１）であって、
厚さ方向と直交する面内方向に延設された支持基板（２）と、
外部に電気接続される端子（３）と、
給電により発光する発光素子（４１）、または、受光状態に応じた電気信号を発生する受光素子（４２）であって、前記支持基板上に支持された光学素子（４）と、
前記面内方向における前記光学素子とは異なる位置にて前記支持基板上に支持された光学要素（５）と、
前記光学素子と前記端子とを電気接続する配線（６）と、
を備え、
前記支持基板は、
前記光学要素を支持する光学要素支持部（２３）と、
前記厚さ方向に前記光学要素支持部と接合された、平板状のベース部（２１）と、
を有し、
前記配線は、前記ベース部と前記光学要素支持部との間に埋設され、
前記光学要素支持部と前記光学要素とは、同一材料によって一体に形成された、
光学装置。 Optical device (1)
A support substrate (2) extended in the in-plane direction orthogonal to the thickness direction, and
Terminal (3) that is electrically connected to the outside and
A light emitting element (41) that emits light by feeding power, or an optical element (4) that is a light receiving element (42) that generates an electric signal according to a light receiving state and is supported on the support substrate.
An optical element (5) supported on the support substrate at a position different from the optical element in the in-plane direction.
Wiring (6) for electrically connecting the optical element and the terminal,
Equipped with
The support substrate is
An optical element support portion (23) that supports the optical element,
A flat plate-shaped base portion (21) joined to the optical element support portion in the thickness direction, and
Have,
The wiring is embedded between the base portion and the optical element support portion .
The optical element support portion and the optical element are integrally formed of the same material.
Optical equipment. 前記光学要素はレンズであり、
前記レンズの光軸（Ｌ）上に前記発光素子が配置された、
請求項１に記載の光学装置。 The optical element is a lens
The light emitting element is arranged on the optical axis (L) of the lens.
The optical device according to claim 1 . 前記光学要素支持部および前記光学要素は、ガラス材料または合成樹脂材料によって形成された、
請求項２に記載の光学装置。 The optical element support portion and the optical element are formed of a glass material or a synthetic resin material.
The optical device according to claim 2 . 前記光学要素支持部および前記光学要素は、屈折率１．４以上の材料によって形成された、
請求項２または３に記載の光学装置。 The optical element support portion and the optical element are made of a material having a refractive index of 1.4 or more.
The optical device according to claim 2 or 3 . 前記支持基板は、前記発光素子を支持する発光素子支持部（２２）をさらに有し、
前記光学要素支持部と前記発光素子支持部とは、前記ベース部から前記厚さ方向における同一側に突設され、
前記光学素子としての前記受光素子は、前記光学要素支持部と前記発光素子支持部との間に形成された凹部（２４）に配置され、
前記厚さ方向で見た平面視にて、前記受光素子は、前記光軸と重なる位置に配置された、
請求項２～４のいずれか１つに記載の光学装置。 The support substrate further includes a light emitting element support portion (22) that supports the light emitting element.
The optical element support portion and the light emitting element support portion are projected from the base portion to the same side in the thickness direction.
The light receiving element as the optical element is arranged in a recess (24) formed between the optical element support portion and the light emitting element support portion.
The light receiving element is arranged at a position overlapping the optical axis in a plan view seen in the thickness direction.
The optical device according to any one of claims 2 to 4 . 前記配線は、ボンディングワイヤを含む、
請求項１～５のいずれか１つに記載の光学装置。 The wiring includes bonding wires.
The optical device according to any one of claims 1 to 5 .
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