JP7176439B2

JP7176439B2 - optical module

Info

Publication number: JP7176439B2
Application number: JP2019031241A
Authority: JP
Inventors: 裕美中西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: JP2020136590A

Description

本開示は、光モジュールに関するものである。 The present disclosure relates to optical modules.

パッケージ内に半導体発光素子を配置した光モジュールが知られている（例えば、特許文献１～４参照）。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。 2. Description of the Related Art An optical module in which a semiconductor light emitting element is arranged in a package is known (see Patent Documents 1 to 4, for example). Such optical modules are used as light sources for various devices such as display devices, optical pickup devices, and optical communication devices.

特開２００９－９３１０１号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-93101 特開２００７－３２８８９５号公報JP 2007-328895 A 特開２００７－１７９２５号公報JP 2007-17925 A 特開２００７－６５６００号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-65600

光モジュールについては、その用途を広げる観点から小型化が求められている。また、光モジュールにおいては、波長の異なる複数の光を合波する構造を採用することにより、広い用途に使用することができる。そこで、波長の異なる複数の光を合波する構造において小型化を実現することができる光モジュールを提供することを目的の１つとする。 Optical modules are required to be miniaturized from the viewpoint of expanding their applications. Moreover, the optical module can be used for a wide range of purposes by adopting a structure that multiplexes a plurality of lights with different wavelengths. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical module capable of realizing miniaturization in a structure for multiplexing a plurality of lights with different wavelengths.

本開示に従った光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部により形成された光を出射する出射窓を有し、光形成部を取り囲む保護部材とを備える。光形成部は、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第１の光を出射する第１レーザダイオードと、ベース部材上に配置され、第１の光が入射する第１入射面と、第１入射面から入射した光が出射する第１出射面と、を含む第１レンズと、ベース部材上に配置され、第１の光とは波長の異なる第２の光を出射する第２レーザダイオードと、ベース部材上に配置され、第２の光が入射する第２入射面と、第２入射面から入射した光が出射する第２出射面と、を含む第２レンズと、ベース部材上に配置され、第１出射面から出射した第１の光および第２出射面から出射した第２の光が入射する第３入射面と、第３入射面から入射した第１の光および第２の光が合波されて出射する第３出射面と、を含む第３レンズと、を含む。第１レンズは、第３入射面上において第１の光を第１の形状に整形する第１メタサーフェス構造を含む。第２レンズは、第３入射面上において第２の光を第１の形状に整形する第２メタサーフェス構造を含む。第３レンズは、第３出射面から出射する第１の光の光軸と第３出射面から出射する第２の光の光軸とを一致させる第３メタサーフェス構造を含む。 An optical module according to the present disclosure includes a light-forming portion for shaping light, and a protective member surrounding the light-forming portion having an exit window for emitting the light formed by the light-forming portion. The light forming section includes a base member, a first laser diode arranged on the base member to emit first light, a first incident surface arranged on the base member to which the first light is incident, and a first laser diode. a first lens including a first emission surface for emitting light incident from one incident surface; and a second laser diode disposed on the base member for emitting second light having a wavelength different from that of the first light. a second lens disposed on the base member and including a second incident surface on which the second light is incident and a second exit surface from which the light incident from the second incident surface is emitted; and a third incident surface on which the first light emitted from the first exit surface and the second light emitted from the second exit surface are incident; and a third lens including a third exit surface from which light is combined and emitted. The first lens includes a first metasurface structure that shapes the first light into a first shape on the third incident surface. The second lens includes a second metasurface structure that shapes the second light into a first shape on the third plane of incidence. The third lens includes a third metasurface structure that matches the optical axis of the first light emitted from the third exit surface and the optical axis of the second light emitted from the third exit surface.

上記光モジュールによれば、波長の異なる複数の光を合波する構造において小型化を実現することができる。 According to the above optical module, it is possible to reduce the size of the structure for multiplexing a plurality of lights with different wavelengths.

実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。1 is an external perspective view showing the structure of an optical module according to Embodiment 1. FIG. キャップを取り外した状態の実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。2 is an external perspective view showing the structure of the optical module according to Embodiment 1 with the cap removed. FIG. キャップを取り外した状態の実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。2 is an external perspective view showing the structure of the optical module according to Embodiment 1 with the cap removed. FIG. 図２に示すキャップを取り外した状態における光モジュールを側面から見た図である。3 is a side view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed; FIG. 図２に示すキャップを取り外した状態における光モジュールを側面から見た図である。3 is a side view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed; FIG. 図２に示すキャップを取り外した状態における光モジュールの概略平面図である。3 is a schematic plan view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed; FIG. 図６中のＶＩＩで示す第１レンズの第１出射面を含む一部の領域の拡大断面図である。7 is an enlarged cross-sectional view of a partial region including the first exit surface of the first lens indicated by VII in FIG. 6; FIG. 図６中のＶＩＩＩで示す第２レンズの第２出射面を含む一部の領域の拡大断面図である。7 is an enlarged cross-sectional view of a partial region including the second exit surface of the second lens indicated by VIII in FIG. 6; FIG. 図６中のＩＸで示す第４レンズの第４出射面を含む一部の領域の拡大断面図である。7 is an enlarged cross-sectional view of a partial area including the fourth exit surface of the fourth lens indicated by IX in FIG. 6; FIG. 図６中のＸで示す第３レンズの第３出射面を含む一部の領域の拡大断面図である。7 is an enlarged cross-sectional view of a partial region including the third exit surface of the third lens indicated by X in FIG. 6; FIG. 自動車に搭載されるＨＵＤ（ＨｅａｄＵｐＤｉｓｐｌａｙ（ヘッドアップディスプレイ））システムの一例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of a HUD (Head Up Display) system mounted on an automobile; FIG. 実施の形態２における光モジュールの一部を示す概略側面図である。FIG. 11 is a schematic side view showing part of an optical module according to Embodiment 2;

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部により形成された光を出射する出射窓を有し、光形成部を取り囲む保護部材とを備える。光形成部は、ベース部材と、ベース部材上に配置され、第１の光を出射する第１レーザダイオードと、ベース部材上に配置され、第１の光が入射する第１入射面と、第１入射面から入射した第１の光が出射する第１出射面と、を含む第１レンズと、ベース部材上に配置され、第１の光とは波長の異なる第２の光を出射する第２レーザダイオードと、ベース部材上に配置され、第２の光が入射する第２入射面と、第２入射面から入射した第２の光が出射する第２出射面と、を含む第２レンズと、ベース部材上に配置され、第１出射面から出射した第１の光および第２出射面から出射した第２の光が入射する第３入射面と、第３入射面から入射した第１の光および第２の光が合波されて出射する第３出射面と、を含む第３レンズと、を含む。第１レンズは、第３入射面上において第１の光を第１の形状に整形する第１メタサーフェス構造を含む。第２レンズは、第３入射面上において第２の光を第１の形状に整形する第２メタサーフェス構造を含む。第３レンズは、第３出射面から出射する第１の光の光軸と第３出射面から出射する第２の光の光軸とを一致させる第３メタサーフェス構造を含む。ここで、メタサーフェス構造とは、光の波長よりも小さい構造であって、複数の微小な凸部および複数の微小な凹部のうちの少なくともいずれか一方から構成されている構造をいう。 [Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described. The optical module of the present disclosure includes a light forming portion that forms light, and a protective member that has an exit window through which the light formed by the light forming portion is emitted and surrounds the light forming portion. The light forming section includes a base member, a first laser diode arranged on the base member to emit first light, a first incident surface arranged on the base member to which the first light is incident, and a first laser diode. a first lens that includes a first exit surface that emits the first light incident from the first entrance surface; 2 laser diodes, a second lens disposed on a base member and including a second incident surface on which the second light is incident, and a second output surface from which the second light incident from the second incident surface is emitted. and a third light incident surface disposed on the base member, on which the first light emitted from the first light emitting surface and the second light emitted from the second light emitting surface enter; and a third lens including a third exit surface from which the light and the second light are combined and emitted. The first lens includes a first metasurface structure that shapes the first light into a first shape on the third incident surface. The second lens includes a second metasurface structure that shapes the second light into a first shape on the third plane of incidence. The third lens includes a third metasurface structure that matches the optical axis of the first light emitted from the third exit surface and the optical axis of the second light emitted from the third exit surface. Here, the metasurface structure is a structure smaller than the wavelength of light and is composed of at least one of a plurality of minute convex portions and a plurality of minute concave portions.

本開示の光モジュールによると、第１レーザダイオードから出射された第１の光は、第１メタサーフェス構造により、第３レンズの第３入射面上において第１の形状となるよう整形される。第２レーザダイオードから出射された第２の光は、第２メタサーフェス構造により、第３レンズの第３入射面上において第１の形状となるよう整形される。すなわち、第１メタサーフェス構造および第２メタサーフェス構造は、第１レーザダイオードから出射された第１の光および第２レーザダイオードから出射された第２の光を、第３入射面上において同じ形状に整形する。 According to the optical module of the present disclosure, the first light emitted from the first laser diode is shaped into the first shape on the third incident surface of the third lens by the first metasurface structure. The second light emitted from the second laser diode is shaped into the first shape on the third incident surface of the third lens by the second metasurface structure. That is, the first metasurface structure and the second metasurface structure cause the first light emitted from the first laser diode and the second light emitted from the second laser diode to have the same shape on the third incident surface. to shape.

第３入射面上において第１の形状に整形された第１の光と第２の光とは、第３出射面から出射する。この時、第３メタサーフェス構造は、第１の光の光軸と第２の光の光軸とを一致させる。よって、光モジュールは、第３出射面から第１の光の光軸と第２の光の光軸とを一致させて第１の光と第２の光を合波して出射することができる。 The first light and the second light shaped into the first shape on the third incident surface are emitted from the third exit surface. At this time, the third metasurface structure aligns the optical axis of the first light and the optical axis of the second light. Therefore, the optical module can align the optical axis of the first light and the optical axis of the second light from the third emission surface to combine the first light and the second light and emit the light. .

第１メタサーフェス構造、第２メタサーフェス構造および第３メタサーフェス構造はそれぞれ、光の屈折を利用して整形する構造ではないため、レンズを小型化することができる。また、このような光モジュールは、光を合波する際に用いられるフィルタが不要となるため、部品点数を削減することができる。したがって、このような光モジュールによれば、波長の異なる複数の光を合波する構造において小型化を実現することができる。 Since each of the first metasurface structure, the second metasurface structure, and the third metasurface structure is not a structure that uses refraction of light for shaping, the lens can be made smaller. Moreover, since such an optical module does not require a filter used when light is multiplexed, the number of parts can be reduced. Therefore, according to such an optical module, it is possible to reduce the size of the structure for multiplexing a plurality of lights with different wavelengths.

上記光モジュールにおいて、第３メタサーフェス構造は、第３出射面から出射する第１の光および第３出射面から出射する第２の光をコリメート光に変換してもよい。このようにすることにより、光モジュールからコリメート光を出射することができる。 In the above optical module, the third metasurface structure may convert the first light emitted from the third emission surface and the second light emitted from the third emission surface into collimated light. By doing so, collimated light can be emitted from the optical module.

上記光モジュールにおいて、第３メタサーフェス構造は、第３出射面に対する第１の光の光軸の角度を調整する第１の要素構造と、第３出射面に対する第２の光の光軸の角度を調整する第２の要素構造と、を含んでもよい。このようにすることにより、第１の光の光軸と第２の光の光軸とを一致させることが容易になる。 In the above optical module, the third metasurface structure includes a first element structure for adjusting the angle of the optical axis of the first light with respect to the third exit surface, and the angle of the optical axis of the second light with respect to the third exit surface. and a second element structure that adjusts the By doing so, it becomes easy to match the optical axis of the first light and the optical axis of the second light.

上記光モジュールにおいて、第１の要素構造と第２の要素構造とは、第３出射面から出射する第１の光および第２の光の光軸に沿う方向に離れて配置されてもよい。このようにすることにより、第１の要素構造と第２の要素構造とを形成することが容易になる。 In the above optical module, the first element structure and the second element structure may be arranged apart in a direction along the optical axis of the first light and the second light emitted from the third emission surface. By doing so, it becomes easier to form the first element structure and the second element structure.

上記光モジュールにおいて、第１の要素構造および第２の要素構造の少なくともいずれか一方は、第３入射面および第３出射面の少なくともいずれか一方に形成されてもよい。このようにすることにより、第３メタサーフェス構造を形成することが容易となる。 In the above optical module, at least one of the first component structure and the second component structure may be formed on at least one of the third entrance surface and the third exit surface. By doing so, it becomes easier to form the third metasurface structure.

上記光モジュールにおいて、ベース部材は、第１レーザダイオードを搭載する第１平面と、第２レーザダイオードを搭載する第２平面と、を含んでもよい。第１平面を含む仮想平面から第１レーザダイオードまでの距離と、仮想平面から第２レーザダイオードまでの距離とは、異なってもよい。このようにすることにより、第１レーザダイオードと第２レーザダイオードとを熱的に分離しやすくなる。よって、それぞれのレーザダイオードにおける出力を安定させることができる。また、第１レーザダイオードおよび第２レーザダイオードの配置の自由度を高くすることができ、より小型化の実現が容易になる。 In the above optical module, the base member may include a first plane on which the first laser diode is mounted and a second plane on which the second laser diode is mounted. The distance from the virtual plane containing the first plane to the first laser diode and the distance from the virtual plane to the second laser diode may be different. By doing so, it becomes easier to thermally separate the first laser diode and the second laser diode. Therefore, the output of each laser diode can be stabilized. In addition, the degree of freedom in arranging the first laser diode and the second laser diode can be increased, making it easier to achieve miniaturization.

上記光モジュールにおいて、光形成部は、ベース部材上に配置され、第１の光および第２の光の双方とは波長の異なる第３の光を出射する第３レーザダイオードと、ベース部材上に配置され、第３の光が入射する第４入射面と、第４入射面から入射した光が出射する第４出射面と、を含む第４レンズとを、さらに含んでもよい。第４レンズは、第３入射面上において第３の光を第１の形状に整形する第４メタサーフェス構造を含んでもよい。第３メタサーフェス構造は、第３出射面から出射する第１の光の光軸と第３出射面から出射する第４の光の光軸とを一致させてもよい。このようにすることにより、３つの波長の異なる光を合波して光モジュールから出力することができる。特に例えば第１の光を赤色の光とし、第２の光を緑色の光とし、第３の光を青色の光とすることにより、所望の色の光を形成して出力することができる。 In the above optical module, the light forming section is arranged on the base member and includes a third laser diode that emits third light having a wavelength different from that of both the first light and the second light; It may further include a fourth lens including a fourth incident surface arranged to receive the third light and a fourth exit surface from which the light incident from the fourth incident surface exits. The fourth lens may include a fourth metasurface structure that shapes the third light into the first shape on the third incident surface. The third metasurface structure may align the optical axis of the first light emitted from the third emission surface with the optical axis of the fourth light emitted from the third emission surface. By doing so, it is possible to combine light beams with three different wavelengths and output them from the optical module. In particular, by using red light as the first light, green light as the second light, and blue light as the third light, light of a desired color can be formed and output.

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の光モジュールの一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。 [Details of the embodiment of the present disclosure]
Next, one embodiment of the optical module of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts, and the description thereof will not be repeated.

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１における光モジュールの構成について説明する。図１、図２および図３は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す外観斜視図である。図２および図３は、図１に示す光モジュールにおいて、図１に示すキャップを取り外した状態に対応する図である。図２および図３は、異なる角度から光モジュールを見た状態を示している。図４および図５は、図２に示すキャップを取り外した状態における光モジュールを側面から見た図である。図４は、Ｘ軸方向に見た図であり、図５は、Ｙ軸方向に見た図である。図６は、図２に示すキャップを取り外した状態における光モジュールの概略平面図である。図６は、Ｚ軸方向に見た図であり、光モジュールを後述するベース板の板厚方向に見た図である。 (Embodiment 1)
A configuration of the optical module according to the first embodiment of the present disclosure will be described. 1, 2 and 3 are external perspective views showing the structure of the optical module according to the first embodiment. 2 and 3 are diagrams corresponding to the state in which the cap shown in FIG. 1 is removed in the optical module shown in FIG. 2 and 3 show the optical module viewed from different angles. 4 and 5 are side views of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed. 4 is a diagram viewed in the X-axis direction, and FIG. 5 is a diagram viewed in the Y-axis direction. FIG. 6 is a schematic plan view of the optical module with the cap shown in FIG. 2 removed. FIG. 6 is a view of the optical module viewed in the Z-axis direction, and is a view of the optical module viewed in the plate thickness direction of a base plate, which will be described later.

図１～図６を参照して、実施の形態１における光モジュール１は、光を形成する光形成部３０と、光形成部３０を取り囲む保護部材２と、を備える。保護部材２は、ベース体としての基部１０と、基部１０に対して溶接された蓋部であるキャップ４０と、を含む。キャップ４０には、フランジ部４３が形成されている。フランジ部４３と基部１０とが、溶接により接合されている。光形成部３０は、保護部材２によりハーメチックシールされている。すなわち、光形成部３０は、保護部材２により封止されている。基部１０は、平板状の形状を有する。キャップ４０は、光形成部３０を覆うように基部１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置される。なお、基部１０の他方の主面１０Ｂ側において、光モジュール１の電気的な導通等が確保される。 1 to 6, an optical module 1 according to the first embodiment includes a light forming portion 30 that forms light, and a protective member 2 that surrounds the light forming portion 30. As shown in FIG. The protective member 2 includes a base 10 as a base body and a cap 40 as a lid welded to the base 10 . A flange portion 43 is formed on the cap 40 . The flange portion 43 and the base portion 10 are joined by welding. The light forming section 30 is hermetically sealed by the protective member 2 . That is, the light forming section 30 is sealed with the protective member 2 . The base 10 has a plate-like shape. The cap 40 is arranged in contact with one main surface 10A of the base 10 so as to cover the light forming section 30 . Electrical continuity of the optical module 1 is ensured on the other main surface 10B side of the base portion 10 .

基部１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、例えば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。キャップ４０には、出射窓４２が形成されている。出射窓４２には、例えば平行平板状のガラス部材４１が嵌め込まれている。本実施の形態において、保護部材２は、内部を気密状態とする気密部材である。これにより、光形成部３０に含まれる各部材が外部環境から有効に保護され、高い信頼性を確保することができる。 A space surrounded by the base 10 and the cap 40 is filled with a gas such as dry air from which moisture has been reduced (removed). An exit window 42 is formed in the cap 40 . A glass member 41 in the form of a parallel plate, for example, is fitted in the exit window 42 . In the present embodiment, the protective member 2 is an airtight member that keeps the inside airtight. As a result, each member included in the light forming section 30 is effectively protected from the external environment, and high reliability can be ensured.

光形成部３０は、ベース部材４を含む。ベース部材４は、ベース板２０と、ベースブロック６０とを含む。ベースブロック６０は、ベース板２０の一方の主面２０Ａ上に配置される。ベース板２０は、ベース板２０の他方の主面２０Ｂが基部１０の一方の主面１０Ａに接触するように配置される。一方の主面２０Ａ上に、複数のパッド電極５１が設置されている。パッド電極５１は、光モジュール１の駆動電力の供給等に利用される。 The light shaping section 30 includes a base member 4 . The base member 4 includes a base plate 20 and a base block 60. As shown in FIG. Base block 60 is arranged on one main surface 20A of base plate 20 . The base plate 20 is arranged such that the other main surface 20B of the base plate 20 is in contact with the one main surface 10A of the base 10 . A plurality of pad electrodes 51 are provided on one main surface 20A. The pad electrode 51 is used for supplying power for driving the optical module 1 and the like.

光形成部３０は、第１レーザダイオードである赤色レーザダイオード８１を含む。赤色レーザダイオード８１は、第１の光として赤色の光を出射する。光形成部３０は、第２レーザダイオードである緑色レーザダイオード８２を含む。緑色レーザダイオード８２は、第２の光として緑色の光を出射する。光形成部３０は、第３レーザダイオードである青色レーザダイオード８３を含む。青色レーザダイオード８３は、第３の光として青色の光を出射する。図４に一部示すように、赤色の光、緑色の光および青色の光の出射方向に見て、赤色レーザダイオード８１から出射される赤色の光８１Ａ、緑色レーザダイオード８２から出射される緑色の光８２Ａおよび青色レーザダイオード８３から出射される青色の光８３Ａはそれぞれ、Ｚ軸方向を長軸とし、Ｙ軸方向を短軸とする楕円形状である。光形成部３０は、それぞれ板状である第１レンズ９１と、第２レンズ９２と、第３レンズ９３と、第４レンズ９４と、を含む。 The light forming section 30 includes a red laser diode 81, which is the first laser diode. The red laser diode 81 emits red light as the first light. Light shaping section 30 includes a second laser diode, green laser diode 82 . The green laser diode 82 emits green light as the second light. The light forming section 30 includes a blue laser diode 83, which is the third laser diode. The blue laser diode 83 emits blue light as the third light. As partially shown in FIG. 4, when viewed in the emission directions of red light, green light, and blue light, red light 81A emitted from red laser diode 81 and green light emitted from green laser diode 82 are shown. The light 82A and the blue light 83A emitted from the blue laser diode 83 each have an elliptical shape with a long axis in the Z-axis direction and a short axis in the Y-axis direction. The light forming section 30 includes a plate-like first lens 91, a second lens 92, a third lens 93, and a fourth lens 94, respectively.

ベースブロック６０は、ベース板２０の板厚方向に見て長方形形状を有する。ベースブロック６０は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３を搭載するチップ搭載領域６１と、第１レンズ９１，第２レンズ９２，第４レンズ９４を搭載するレンズ搭載領域６２とを含む。チップ搭載領域６１は、ベース板２０の板厚方向に見て長方形形状を有する。チップ搭載領域６１は、ベース板２０の板厚方向に見てベースブロック６０の一の長辺を含む領域に、当該一の長辺に沿って形成されている。レンズ搭載領域６２は、ベース板２０の板厚方向に見て長方形形状を有する。レンズ搭載領域６２は、チップ搭載領域６１に隣接し、かつチップ搭載領域６１に沿って配置されている。レンズ搭載領域６２は、ベース板２０の板厚方向に見てベースブロック６０の上記一の長辺と向かい合う他の長辺を含む領域に、当該他の長辺に沿って配置されている。 The base block 60 has a rectangular shape when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 . The base block 60 has a chip mounting area 61 for mounting a red laser diode 81, a green laser diode 82 and a blue laser diode 83, and a lens mounting area 62 for mounting a first lens 91, a second lens 92 and a fourth lens 94. including. The chip mounting area 61 has a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the base plate 20 . The chip mounting region 61 is formed along the one long side in a region including one long side of the base block 60 when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 . The lens mounting area 62 has a rectangular shape when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 . The lens mounting area 62 is adjacent to the chip mounting area 61 and arranged along the chip mounting area 61 . The lens mounting area 62 is arranged along the other long side in an area including the other long side facing the one long side of the base block 60 when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 .

チップ搭載領域６１上には、青色レーザダイオード８３、緑色レーザダイオード８２、赤色レーザダイオード８１がＹ軸方向に並べて搭載されている。チップ搭載領域６１において、赤色レーザダイオード８１が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みと、緑色レーザダイオード８２が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みと、青色レーザダイオード８３が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みとは、それぞれ異なる。具体的には、赤色レーザダイオード８１が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みが最も薄い。緑色レーザダイオード８２が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みが最も厚い。 A blue laser diode 83 , a green laser diode 82 , and a red laser diode 81 are mounted side by side in the Y-axis direction on the chip mounting area 61 . In the chip mounting region 61, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the red laser diode 81 is mounted, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the green laser diode 82 is mounted, and the blue laser The thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the area where the diode 83 is mounted is different. Specifically, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the red laser diode 81 is mounted is the thinnest. The thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the green laser diode 82 is mounted is the thickest.

光形成部３０は、平板状の第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３を含む。チップ搭載領域６１上には、平板状の第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が、Ｙ軸方向に並べて配置されている。第１サブマウント７１と第３サブマウント７３とに挟まれるように、第２サブマウント７２が配置されている。第１サブマウント７１は、赤色レーザダイオード８１を搭載する第１平面７１Ａを含む。第１平面７１Ａ上に、赤色レーザダイオード８１が配置されている。第２サブマウント７２は、緑色レーザダイオード８２を搭載する第２平面７２Ａを含む。第２平面７２Ａ上に、緑色レーザダイオード８２が配置されている。第３サブマウント７３は、青色レーザダイオード８３を搭載する第３平面７３Ａを含む。第３平面７３Ａ上に、青色レーザダイオード８３が配置されている。 The light forming section 30 includes a first submount 71, a second submount 72 and a third submount 73 which are flat. A flat first submount 71, a second submount 72 and a third submount 73 are arranged side by side in the Y-axis direction on the chip mounting area 61 . A second submount 72 is arranged so as to be sandwiched between the first submount 71 and the third submount 73 . First submount 71 includes a first plane 71A on which red laser diode 81 is mounted. A red laser diode 81 is arranged on the first plane 71A. A second submount 72 includes a second planar surface 72A on which a green laser diode 82 is mounted. A green laser diode 82 is arranged on the second plane 72A. The third submount 73 includes a third plane 73A on which the blue laser diode 83 is mounted. A blue laser diode 83 is arranged on the third plane 73A.

ここで、赤色レーザダイオード８１と緑色レーザダイオード８２とのＺ軸方向の位置関係について説明する。本実施形態において、Ｚ軸に垂直な方向に延び、第１平面７１Ａを含む平面を仮想平面７４として規定する。第１平面７１Ａを含む仮想平面７４から赤色レーザダイオード８１までの距離と、仮想平面７４から緑色レーザダイオード８２までの距離Ｈ_１とは、異なる。仮想平面７４は、図６中において一点鎖線で示されている。なお、仮想平面７４から赤色レーザダイオード８１までの距離は０である。このようにすることにより、赤色レーザダイオード８１と緑色レーザダイオード８２とを熱的に分離しやすくなる。よって、赤色レーザダイオード８１および緑色レーザダイオード８２のそれぞれに対する熱の影響を低減することができる。また、赤色レーザダイオード８１および緑色レーザダイオード８２の配置の自由度を高くすることができる。例えば、第１サブマウント７１と第２サブマウント７２とがＺ軸方向において互いに干渉する位置にある場合、第１サブマウント７１と第２サブマウント７２とのＺ軸方向の位置を変えて干渉を避けることができる。よって、より小型化の実現が容易になる。 Here, the positional relationship in the Z-axis direction between the red laser diode 81 and the green laser diode 82 will be described. In this embodiment, a plane extending in a direction perpendicular to the Z-axis and including the first plane 71A is defined as a virtual plane 74 . The distance from the virtual plane 74 including the _first plane 71A to the red laser diode 81 and the distance H1 from the virtual plane 74 to the green laser diode 82 are different. The virtual plane 74 is indicated by a dashed line in FIG. Note that the distance from the virtual plane 74 to the red laser diode 81 is zero. By doing so, the red laser diode 81 and the green laser diode 82 can be easily separated thermally. Therefore, the influence of heat on each of red laser diode 81 and green laser diode 82 can be reduced. Also, the degree of freedom in arrangement of the red laser diode 81 and the green laser diode 82 can be increased. For example, when the first submount 71 and the second submount 72 are positioned to interfere with each other in the Z-axis direction, the interference can be eliminated by changing the positions of the first submount 71 and the second submount 72 in the Z-axis direction. can be avoided. Therefore, miniaturization can be easily achieved.

なお、仮想平面７４から赤色レーザダイオード８１までの距離と、仮想平面７４から青色レーザダイオード８３までの距離とは、同じである。したがって、青色レーザダイオード８３と緑色レーザダイオード８２とを熱的に分離しやすくなる。よって、青色レーザダイオード８３および緑色レーザダイオード８２のそれぞれに対する熱の影響を低減することができる。また、青色レーザダイオード８３および緑色レーザダイオード８２の配置の自由度を高くすることができ、より小型化の実現が容易になる。特に本実施形態においては、発熱量の多い緑色レーザダイオード８２の位置と、赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３の位置とを変えているため、赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３への緑色レーザダイオード８２からの熱の影響をより低減することができる。 Note that the distance from the virtual plane 74 to the red laser diode 81 and the distance from the virtual plane 74 to the blue laser diode 83 are the same. Therefore, the blue laser diode 83 and the green laser diode 82 can be easily separated thermally. Therefore, the influence of heat on each of blue laser diode 83 and green laser diode 82 can be reduced. In addition, the blue laser diode 83 and the green laser diode 82 can be arranged more freely, which facilitates miniaturization. Especially in this embodiment, since the position of the green laser diode 82, which generates a large amount of heat, is changed from the position of the red laser diode 81 and the blue laser diode 83, the green laser diode 81 and the blue laser diode 83 are displaced. The influence of heat from the diode 82 can be further reduced.

赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（一方の主面２０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１および第３サブマウント７３により調整されて一致している。緑色レーザダイオード８２の光軸は、赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３の光軸よりも高く設定されている。すなわち、基準面と緑色レーザダイオード８２の光軸との距離は、基準面と赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３の光軸との距離よりも長く設定されている。 The heights of the optical axes of the red laser diode 81 and the blue laser diode 83 (the distance between the reference plane and the optical axis when one main surface 20A is used as the reference plane; the distance from the reference plane in the Z-axis direction) are 1 submount 71 and 3rd submount 73 are adjusted and matched. The optical axis of the green laser diode 82 is set higher than the optical axes of the red laser diode 81 and blue laser diode 83 . That is, the distance between the reference plane and the optical axis of the green laser diode 82 is set longer than the distance between the reference plane and the optical axes of the red laser diode 81 and the blue laser diode 83 .

赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３は、それぞれ同じ方向、具体的にはＸ軸方向に光を出射する。赤色レーザダイオード８１から出射される赤色の光の光軸Ｌ_Ｒ、緑色レーザダイオード８２から出射される緑色の光の光軸Ｌ_Ｇおよび青色レーザダイオード８３から出射される青色の光の光軸Ｌ_Ｂは、互いに平行である。 The red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83 emit light in the same direction, specifically in the X-axis direction. Optical axis L _R of red light emitted from red laser diode 81 , optical axis L _G of green light emitted from green laser diode 82 , and optical axis L _B of blue light emitted from blue laser diode 83 . are parallel to each other.

レンズ搭載領域６２上には、第４レンズ９４、第２レンズ９２、第１レンズ９１がＹ軸方向に並べて搭載されている。レンズ搭載領域６２において、第１レンズ９１が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みと、第２レンズ９２が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みと、第４レンズ９４が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みとは、それぞれ異なる。具体的には、第４レンズ９４が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みが最も薄い。第２レンズ９２が搭載される領域のベースブロック６０のＺ軸方向における厚みが最も厚い。 A fourth lens 94 , a second lens 92 , and a first lens 91 are mounted side by side in the Y-axis direction on the lens mounting area 62 . In the lens mounting region 62, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the first lens 91 is mounted, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the second lens 92 is mounted, and the fourth The thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the area where the lens 94 is mounted is different. Specifically, the thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the area where the fourth lens 94 is mounted is the thinnest. The thickness in the Z-axis direction of the base block 60 in the region where the second lens 92 is mounted is the thickest.

第１レンズ９１は、第１の光としての赤色の光が入射する平面状の第１入射面９１Ａと、第１入射面９１Ａから入射した赤色の光が出射する平面状の第１出射面９１Ｂと、を含む。第１レンズ９１は、第１入射面９１Ａと赤色レーザダイオード８１とがＸ軸方向に間隔をあけて対向するように配置される。第２レンズ９２は、第２の光としての緑色の光が入射する平面状の第２入射面９２Ａと、第２入射面９２Ａから入射した緑色の光が出射する平面状の第２出射面９２Ｂと、を含む。第２レンズ９２は、第２入射面９２Ａと緑色レーザダイオード８２とがＸ軸方向に間隔をあけて対向するように配置される。第４レンズ９４は、第３の光としての青色の光が入射する平面状の第４入射面９４Ａと、第４入射面９４Ａから入射した青色の光が出射する平面状の第４出射面９４Ｂと、を含む。第４レンズ９４は、第４入射面９４Ａと青色レーザダイオード８３とがＸ軸方向に間隔をあけて対向するように配置される。 The first lens 91 has a planar first incident surface 91A on which red light as the first light is incident, and a planar first output surface 91B from which the red light incident from the first incident surface 91A is emitted. and including. The first lens 91 is arranged such that the first incident surface 91A and the red laser diode 81 face each other with a gap in the X-axis direction. The second lens 92 has a planar second incident surface 92A on which green light as the second light is incident, and a planar second output surface 92B from which the green light incident from the second incident surface 92A is emitted. and including. The second lens 92 is arranged such that the second incident surface 92A and the green laser diode 82 face each other with a gap in the X-axis direction. The fourth lens 94 has a planar fourth incident surface 94A on which blue light as the third light is incident, and a planar fourth output surface 94B from which the blue light incident from the fourth incident surface 94A is emitted. and including. The fourth lens 94 is arranged so that the fourth incident surface 94A and the blue laser diode 83 face each other with a gap in the X-axis direction.

第３レンズ９３は、板状であって、第３レンズ９３の板厚方向に見て長方形形状を有する。第３レンズ９３は、ベース板２０の一方の主面２０Ａ上に配置される。第３レンズ９３は、ベースブロック６０と、Ｘ軸方向に間隔をあけて配置される。第３レンズ９３は、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第４レンズ９４のそれぞれと、Ｘ軸方向に間隔をあけて配置される。第３レンズ９３は、平面状の第３入射面９３Ａと、平面状の第３出射面９３Ｂと、を含む。第３レンズ９３は、第３入射面９３Ａと、第１出射面９１Ｂ、第２出射面９２Ｂおよび第４出射面９４Ｂとがそれぞれ対向するように配置される。第３レンズ９３は、第３入射面９３Ａが、第１出射面９１Ｂ、第２出射面９２Ｂおよび第４出射面９４Ｂのそれぞれと平行になるように配置される。第３入射面９３Ａには、第１出射面９１Ｂから出射された赤色の光、第２出射面９２Ｂから出射された緑色の光および第４出射面９４Ｂから出射された青色の光が入射する。第１出射面９１Ｂから出射された赤色の光、第２出射面９２Ｂから出射された緑色の光および第４出射面９４Ｂから出射された青色の光は、合波されて第３出射面９３Ｂから出射する。 The third lens 93 is plate-shaped and has a rectangular shape when viewed in the thickness direction of the third lens 93 . The third lens 93 is arranged on one main surface 20A of the base plate 20 . The third lens 93 is spaced apart from the base block 60 in the X-axis direction. The third lens 93 is spaced from each of the first lens 91, the second lens 92 and the fourth lens 94 in the X-axis direction. The third lens 93 includes a planar third entrance surface 93A and a planar third exit surface 93B. The third lens 93 is arranged such that the third entrance surface 93A faces the first exit surface 91B, the second exit surface 92B and the fourth exit surface 94B. The third lens 93 is arranged such that the third entrance surface 93A is parallel to each of the first exit surface 91B, the second exit surface 92B and the fourth exit surface 94B. Red light emitted from the first emission surface 91B, green light emitted from the second emission surface 92B, and blue light emitted from the fourth emission surface 94B enter the third incident surface 93A. The red light emitted from the first emission surface 91B, the green light emitted from the second emission surface 92B, and the blue light emitted from the fourth emission surface 94B are combined and emitted from the third emission surface 93B. emit.

次に、図７～図１０を併せて参照して、第１メタサーフェス構造９１Ｃ、第２メタサーフェス構造９２Ｃ、第４メタサーフェス構造９４Ｃおよび第３メタサーフェス構造９３Ｃを説明する。図７～図１０は、ＸＹ平面で切断した場合の概略断面図である。なお、理解の容易の観点から、図７～図１０において後述する凸部９１Ｄ等の形状を誇張して大きく図示している。 Next, the first metasurface structure 91C, the second metasurface structure 92C, the fourth metasurface structure 94C and the third metasurface structure 93C will be described with reference to FIGS. 7 to 10 as well. 7 to 10 are schematic cross-sectional views cut along the XY plane. 7 to 10, the shape of a convex portion 91D and the like, which will be described later, is exaggerated and enlarged for easy understanding.

図７は、図６中のＶＩＩで示す第１レンズ９１の第１出射面９１Ｂを含む一部の領域の拡大断面図である。図７を併せて参照して、第１レンズ９１は、第３入射面９３Ａ上において赤色レーザダイオード８１から出射される赤色の光を第１の形状９５Ａに整形する第１メタサーフェス構造９１Ｃを含む。ここで、第１メタサーフェス構造９１Ｃについて説明する。第１出射面９１Ｂには、複数の微小の凸部９１Ｄから構成される第１メタサーフェス構造９１Ｃが形成されている。凸部９１Ｄ同士の間隔Ｄ_Ｒ１は、赤色の光の波長以下である。凸部９１Ｄの基準平面９１Ｅからの突出の高さＤ_Ｒ２は、赤色の光の波長以下である。第１の形状９５Ａは、図３および図４によって示されるように、第３入射面９３Ａ上において外縁が円となる形状である。なお、上記において第１出射面９１Ｂは平面状であるとしたが、これは巨視的に見て第１出射面９１Ｂは平面状であるという意味であり、微視的に見た場合、第１メタサーフェス構造９１Ｃが形成される第１出射面９１Ｂには、図７に現れるような凸部９１Ｄが形成されている。以下図８～図１０に示す場合も同様である。 FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a partial area including the first exit surface 91B of the first lens 91 indicated by VII in FIG. Also referring to FIG. 7, the first lens 91 includes a first metasurface structure 91C that shapes the red light emitted from the red laser diode 81 into a first shape 95A on the third incident surface 93A. . Here, the first metasurface structure 91C will be described. A first metasurface structure 91C composed of a plurality of minute projections 91D is formed on the first exit surface 91B. A distance DR1 between the convex portions _91D is equal to or less than the wavelength of red light. A height DR2 of the protrusion 91D from the reference plane _91E is equal to or less than the wavelength of red light. The first shape 95A, as shown in FIGS. 3 and 4, has a circular outer edge on the third incident surface 93A. In the above description, the first emission surface 91B is planar, which means that the first emission surface 91B is planar when viewed macroscopically. Protrusions 91D appearing in FIG. 7 are formed on the first exit surface 91B on which the metasurface structure 91C is formed. The same applies to the cases shown in FIGS. 8 to 10 below.

なお、凸部９１Ｄの形状については、例えば第１レンズ９１の板厚方向に見て（Ｘ軸方向に見た場合に）、各凸部９１Ｄの外縁が円形状であってもよいし、多角形状であってもよいし、筋状に所定の長さ分だけ連なっていてもよい。以下に示す凸部９２Ｄ、凸部９４Ｄ、凸部９３Ｇ、凸部９３Ｈについても同様である。また、凸部９１Ｄ同士の間隔についても、整形する光の形状等に応じて定められる。以下に示す凸部９２Ｄ等についても同様である。第１メタサーフェス構造９１Ｃは、図６に示すベース板２０の板厚方向に見て、緑色レーザダイオード８２に近い側の端に位置する赤色の光の光路Ｒ_１が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の一方の端９５Ｂに至り、緑色レーザダイオード８２から遠い側の端に位置する赤色の光の光路Ｒ_２が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の他方の端９５Ｃに至るよう、赤色の光を整形する。この場合、第１メタサーフェス構造９１Ｃは、第３レンズ９３の板厚方向に見て、楕円形状の赤色の光を丸い円形状の赤色の光に変換する。 Regarding the shape of the projections 91D, for example, when viewed in the plate thickness direction of the first lens 91 (when viewed in the X-axis direction), the outer edge of each projection 91D may be circular or polygonal. It may have a shape, or it may be streaked for a predetermined length. The same applies to the convex portion 92D, the convex portion 94D, the convex portion 93G, and the convex portion 93H described below. Further, the interval between the convex portions 91D is also determined according to the shape of the light to be shaped. The same applies to the projections 92D and the like described below. In the first metasurface structure 91C, the optical path _R1 of the red light located at the end closer to the green laser diode 82 when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 shown in FIG. The optical path _R2 of the red light located at the far end from the green laser diode 82 leads to the other end 95C of the outer edge of the circle having the first shape 95A. So, to shape the red light. In this case, the first metasurface structure 91</b>C converts elliptical red light into round circular red light when viewed in the plate thickness direction of the third lens 93 .

図８は、図６中のＶＩＩＩで示す第２レンズ９２の第２出射面９２Ｂを含む一部の領域の拡大断面図である。図８を併せて参照して、第２レンズ９２は、第３入射面９３Ａ上において緑色レーザダイオード８２から出射される緑色の光の形状を第１の形状９５Ａに整形する第２メタサーフェス構造９２Ｃを含む。第２出射面９２Ｂには、複数の微小の凸部９２Ｄから構成される第２メタサーフェス構造９２Ｃが形成されている。凸部９２Ｄ同士の間隔Ｄ_Ｇ１は、緑色の光の波長以下である。凸部９２Ｄの基準平面９２Ｅからの突出の高さＤ_Ｇ２は、緑色の光の波長以下である。第２メタサーフェス構造９２Ｃは、図６に示すベース板２０の板厚方向に見て、青色レーザダイオード８３に近い側の端に位置する緑色の光の光路Ｇ_１が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の一方の端９５Ｂに至り、赤色レーザダイオード８１に近い側の端に位置する緑色の光の光路Ｇ_２が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の他方の端９５Ｃに至るよう、緑色の光を整形する。この場合、第２メタサーフェス構造９２Ｃは、第３レンズ９３の板厚方向に見て、楕円形状の緑色の光を丸い円形状の緑色の光に変換する。 FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a partial area including the second exit surface 92B of the second lens 92 indicated by VIII in FIG. Also referring to FIG. 8, the second lens 92 has a second metasurface structure 92C that shapes the green light emitted from the green laser diode 82 on the third incident surface 93A into a first shape 95A. including. A second metasurface structure 92C composed of a plurality of minute projections 92D is formed on the second exit surface 92B. The interval D _G1 between the convex portions 92D is equal to or less than the wavelength of green light. The height _DG2 of the protrusion 92D from the reference plane 92E is equal to or less than the wavelength of green light. In the _second metasurface structure 92C, the optical path G1 of the green light located at the end closer to the blue laser diode 83 when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 shown in FIG. The optical path G2 of the green light located at the end closer to the red laser diode 81 reaches the other end 95C of the outer edge of the circle having the _first shape 95A. So, shaping the green light. In this case, the second metasurface structure 92</b>C converts elliptical green light into round circular green light when viewed in the plate thickness direction of the third lens 93 .

図９は、図６中のＩＸで示す第４レンズ９４の第４出射面９４Ｂを含む一部の領域の拡大断面図である。図９を併せて参照して、第４レンズ９４は、第３入射面９３Ａ上において青色レーザダイオード８３から出射される青色の光の形状を第１の形状９５Ａに整形する第４メタサーフェス構造９４Ｃを含む。第４出射面９４Ｂには、複数の微小の凸部９４Ｄから構成される第４メタサーフェス構造９４Ｃが形成されている。凸部９４Ｄ同士の間隔Ｄ_Ｂ１は、青色の光の波長以下である。凸部９４Ｄの基準平面９４Ｅからの突出の高さＤ_Ｂ２は、青色の光の波長以下である。第４メタサーフェス構造９４Ｃは、図６に示すベース板２０の板厚方向に見て、緑色レーザダイオード８２から遠い側の端に位置する青色の光の光路Ｂ_１が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の一方の端９５Ｂに至り、緑色レーザダイオード８２に近い側の端に位置する赤色の光の光路Ｂ_２が、第１の形状９５Ａを有する円の外縁の他方の端９５Ｃに至るよう、青色の光を整形する。この場合、第４メタサーフェス構造９４Ｃは、第３レンズ９３の板厚方向に見て、楕円形状の青色の光を丸い円形状の青色の光に変換する。 FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a partial area including the fourth exit surface 94B of the fourth lens 94 indicated by IX in FIG. Also referring to FIG. 9, the fourth lens 94 has a fourth metasurface structure 94C that shapes the shape of the blue light emitted from the blue laser diode 83 on the third incident surface 93A into a first shape 95A. including. A fourth metasurface structure 94C composed of a plurality of minute projections 94D is formed on the fourth exit surface 94B. The interval D _B1 between the convex portions 94D is equal to or less than the wavelength of blue light. A height D _B2 of the protrusion 94D from the reference plane 94E is equal to or less than the wavelength of blue light. _In the fourth metasurface structure 94C, the optical path B1 of the blue light located at the far end from the green laser diode 82 when viewed in the plate thickness direction of the base plate 20 shown in FIG. The optical path B2 of the red light located at the end closer to the green laser diode 82 leads to the other end 95C of the outer edge of the circle having the _first shape 95A. So, to shape the blue light. In this case, the fourth metasurface structure 94</b>C converts elliptical blue light into round circular blue light when viewed in the plate thickness direction of the third lens 93 .

図１０は、図６中のＸで示す第３レンズ９３の第３出射面９３Ｂを含む一部の領域の拡大断面図である。図１０を併せて参照して、第３レンズ９３は、第３出射面９３Ｂから出射する第１の光の光軸と第３出射面９３Ｂから出射する第２の光の光軸と第３出射面９３Ｂから出射する第３の光の光軸とを一致させる第３メタサーフェス構造９３Ｃを含む。一致した光軸は、図６に示す光軸Ｌ_０である。第３メタサーフェス構造９３Ｃは、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光、第３出射面９３Ｂから出射する緑色の光および第３出射面９３Ｂから出射する青色の光を全てコリメート光に変換する。コリメート光のＹ軸方向の両端は、図６中においてそれぞれ光路の端Ｌ_１および光路の端Ｌ_２によって示される。第３メタサーフェス構造９３Ｃは、第３出射面９３Ｂに対する赤色の光の光軸の角度を調整する第１の要素構造９３Ｄと、第３出射面９３Ｂに対する緑色の光の光軸の角度を調整する第２の要素構造９３Ｅと、第３出射面９３Ｂに対する青色の光の光軸の角度を調整する第３の要素構造９３Ｆと、を含む。 FIG. 10 is an enlarged sectional view of a partial area including the third exit surface 93B of the third lens 93 indicated by X in FIG. Also referring to FIG. 10, the third lens 93 has an optical axis of the first light emitted from the third emission surface 93B, an optical axis of the second light emitted from the third emission surface 93B, and a third emission light. It includes a third metasurface structure 93C that aligns with the optical axis of the third light emitted from surface 93B. The coincident optical axis is the optical axis _L0 shown in FIG. The third metasurface structure 93C converts all of the red light emitted from the third emission surface 93B, the green light emitted from the third emission surface 93B, and the blue light emitted from the third emission surface 93B into collimated light. . Both ends of the collimated light in the Y-axis direction are indicated by optical path end L1 and optical path end L2, _respectively , in _FIG . The third metasurface structure 93C includes a first element structure 93D that adjusts the angle of the optical axis of red light with respect to the third exit surface 93B, and the angle of the optical axis of green light with respect to the third exit surface 93B. It includes a second element structure 93E and a third element structure 93F for adjusting the angle of the optical axis of the blue light with respect to the third exit surface 93B.

第３レンズ９３には、複数の微小の凸部９３Ｇ、複数の微小の凸部９３Ｈ、複数の微小の凹部９３Ｊが形成されている。第１の要素構造９３Ｄは，複数の微小の凸部９３Ｇから構成されており、第３出射面９３Ｂに対する赤色の光の光軸の角度を調整する。凸部９３Ｇ同士の間隔Ｄ_Ｒ３は、赤色の光の波長以下である。第１の要素構造９３Ｄは，第３入射面９３Ａに形成されている。凸部９３Ｇの基準平面９３Ｋからの突出の高さＤ_Ｒ４は、赤色の光の波長以下である。第２の要素構造９３Ｅは、複数の微小の凸部９３Ｈから構成されており、第３出射面９３Ｂに対する緑色の光の光軸の角度を調整する。凸部９３Ｈ同士の間隔Ｄ_Ｇ３は、緑色の光の波長以下である。第２の要素構造９３Ｅは、第３レンズ９３の内部に形成されている。凸部９３Ｈの基準平面９３Ｌからの突出の高さＤ_Ｇ４は、緑色の光の波長以下である。第３の要素構造９３Ｆは、複数の微小の凹部９３Ｊから構成されており、第３出射面９３Ｂに対する青色の光の光軸の角度を調整する。凹部９３Ｊ同士の間隔Ｄ_Ｂ３は、青色の光の波長以下である。凹部９３Ｊの基準平面９３Ｍからの凹みの深さＤ_Ｂ４は、青色の光の波長以下である。第３の要素構造９３Ｆは，第３出射面９３Ｂに形成されている。凹部９３Ｊの形状については、例えば第３レンズ９３の板厚方向に見て（Ｘ軸方向に見た場合に）、各凹部９３Ｊの外縁が円形状であってもよいし、多角形状であってもよいし、溝状に所定の長さ分だけ連なっていてもよい。 The third lens 93 is formed with a plurality of minute convex portions 93G, a plurality of minute convex portions 93H, and a plurality of minute concave portions 93J. The first element structure 93D is composed of a plurality of minute projections 93G and adjusts the angle of the optical axis of the red light with respect to the third emission surface 93B. A distance DR3 between the convex portions _93G is equal to or less than the wavelength of red light. The first element structure 93D is formed on the third incident surface 93A. A height DR4 of the projection 93G from the reference plane _93K is equal to or less than the wavelength of red light. The second element structure 93E is composed of a plurality of minute projections 93H and adjusts the angle of the optical axis of green light with respect to the third exit surface 93B. A distance D _G3 between the convex portions 93H is equal to or less than the wavelength of green light. A second element structure 93E is formed inside the third lens 93 . A height _DG4 of the protrusion 93H from the reference plane 93L is equal to or less than the wavelength of green light. The third element structure 93F is composed of a plurality of minute concave portions 93J and adjusts the angle of the optical axis of blue light with respect to the third emission surface 93B. A distance D _B3 between the concave portions 93J is equal to or less than the wavelength of blue light. A recess depth D _B4 of the recess 93J from the reference plane 93M is equal to or less than the wavelength of blue light. A third element structure 93F is formed on the third exit surface 93B. Regarding the shape of the recess 93J, for example, when viewed in the plate thickness direction of the third lens 93 (when viewed in the X-axis direction), the outer edge of each recess 93J may be circular or polygonal. Alternatively, they may be continuous for a predetermined length in a groove shape.

なお、上記した第３メタサーフェス構造９３Ｃを有する第３レンズ９３は、例えば以下のようにして製造される。まず、所定の板厚を有するガラス基板９３Ｎを準備し、ガラス基板９３Ｎの板厚方向の一方の面である基準平面９３Ｋ上にＴｉＯ_２からなる複数の微小の凸部９３Ｇを形成する。また、ガラス基板９３Ｎの板厚方向の他方の面である基準平面９３Ｌ上にＴｉＯ_２からなる複数の微小の凸部９３Ｈを形成する。次に、形成した凸部９３Ｈを埋め込むようにして、ガラス基板９３Ｎの他方の基準平面９３Ｌ上にＴａＯ_２層９３Ｐを形成する。ＴａＯ_２層９３Ｐのうちのガラス基板９３Ｎが位置する側と板厚方向の反対側となる基準平面９３Ｍにドライエッチングを施し、複数の微小の凹部９３Ｊを形成する。このようにして、第３レンズ９３に第３メタサーフェス構造９３Ｃを形成する。なお、上記した図７に示す第１レンズ９１、図８に示す第２レンズ９２および図９に示す第４レンズ９４については、例えば準備したガラス基板の板厚方向の一方の面にＴｉＯ_２からなる複数の微小の凸部を配置するようにして製造される。 The third lens 93 having the third metasurface structure 93C described above is manufactured, for example, as follows. First, a glass substrate 93N having a predetermined thickness is prepared, and a plurality of minute projections 93G made of TiO ₂ are formed on a reference plane 93K, which is one surface of the glass substrate 93N in the thickness direction. Also, a plurality of small convex portions 93H made of TiO ₂ are formed on the reference plane 93L, which is the other surface in the plate thickness direction of the glass substrate 93N. Next, a TaO ₂ layer 93P is formed on the other reference plane 93L of the glass substrate 93N so as to bury the formed protrusions 93H. A reference plane 93M, which is the opposite side in the plate thickness direction of the TaO ₂ layer 93P on which the glass substrate 93N is located, is subjected to dry etching to form a plurality of minute concave portions 93J. Thus, a third metasurface structure 93C is formed on the third lens 93. As shown in FIG. For the first lens 91 shown in FIG. 7, the _second lens 92 shown in FIG. 8, and the fourth lens 94 shown in FIG. It is manufactured by arranging a plurality of minute projections.

次に、実施の形態１における光モジュール１の動作について説明する。特に図６を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光８１Ａは、光路Ｌ_３に沿って進行する。この赤色の光は、第１レンズ９１の第１入射面９１Ａに入射する。そして、第１出射面９１Ｂから出射する。ここで、第１レンズ９１の第１出射面９１Ｂに形成された第１メタサーフェス構造９１Ｃにより、第１出射面９１Ｂから出射された赤色の光は、上記したように第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａに整形される。 Next, the operation of the optical module 1 according to Embodiment 1 will be described. Referring particularly to FIG. ₆ , red light 81A emitted from red laser diode 81 travels along optical path L3. This red light enters the first incident surface 91A of the first lens 91 . Then, the light is emitted from the first emission surface 91B. Here, the first metasurface structure 91C formed on the first emission surface 91B of the first lens 91 causes the red light emitted from the first emission surface 91B to be projected onto the third incidence surface 93A as described above. It is shaped into a first shape 95A.

第１の形状９５Ａに整形された赤色の光は、第３入射面９３Ａから第３レンズ９３に入射する。赤色の光は、第３出射面９３Ｂから出射する。この時、第３出射面９３Ｂから出射される赤色の光は、第３メタサーフェス構造９３Ｃに含まれる第１の要素構造９３Ｄにより、第３出射面９３Ｂから出射される赤色の光の光軸が、光軸Ｌ_０となるように整形される。また、第１の要素構造９３Ｄにより、第３出射面９３Ｂから出射される赤色の光がコリメート光となるように整形される。このようにして、赤色の光が第３出射面９３Ｂから出射される。 The red light shaped into the first shape 95A enters the third lens 93 through the third incident surface 93A. Red light is emitted from the third emission surface 93B. At this time, the optical axis of the red light emitted from the third emission surface 93B is shifted to , optical axis _L0 . Also, the red light emitted from the third emission surface 93B is shaped into collimated light by the first element structure 93D. Thus, red light is emitted from the third emission surface 93B.

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光８２Ａは、光路Ｌ_４に沿って進行する。この緑色の光は、第２レンズ９２の第２入射面９２Ａに入射する。そして、第２出射面９２Ｂから出射する。ここで、第２レンズ９２の第２出射面９２Ｂに形成された第２メタサーフェス構造９２Ｃにより、第２出射面９２Ｂから出射された緑色の光は、上記したように第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａに整形される。 Green light 82A emitted from green laser diode 82 travels along optical path _L4 . This green light enters the second incident surface 92A of the second lens 92 . Then, the light is emitted from the second emission surface 92B. Here, the second metasurface structure 92C formed on the second emission surface 92B of the second lens 92 causes the green light emitted from the second emission surface 92B to pass through the third incidence surface 93A as described above. It is shaped into a first shape 95A.

第１の形状９５Ａに整形された緑色の光は、第３入射面９３Ａから第３レンズ９３に入射する。このようにして、緑色の光は、赤色の光と合波される。緑色の光は、第３出射面９３Ｂから出射する。この時、第３出射面９３Ｂから出射される緑色の光は、第３メタサーフェス構造９３Ｃに含まれる第２の要素構造９３Ｅにより、第３出射面９３Ｂから出射される緑色の光の光軸が、光軸Ｌ_０となるように整形される。すなわち、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光の光軸と第３出射面９３Ｂから出射する緑色の光の光軸とを一致させる。また、第２の要素構造９３Ｅは、第３出射面９３Ｂから出射される緑色の光がコリメート光となるように整形する。このようにして、緑色の光が第３出射面９３Ｂから出射する。 The green light shaped into the first shape 95A enters the third lens 93 through the third incident surface 93A. In this way the green light is combined with the red light. Green light is emitted from the third emission surface 93B. At this time, the optical axis of the green light emitted from the third emission surface 93B is shifted to , optical axis _L0 . That is, the optical axis of the red light emitted from the third emission surface 93B and the optical axis of the green light emitted from the third emission surface 93B are aligned. Also, the second element structure 93E shapes the green light emitted from the third emission surface 93B so as to be collimated light. Thus, green light is emitted from the third emission surface 93B.

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光８３Ａは、光路Ｌ_５に沿って進行する。この青色の光は、第４レンズ９４の第４入射面９４Ａに入射する。そして、第４出射面９４Ｂから出射する。ここで、第４レンズ９４の第４出射面９４Ｂに形成された第４メタサーフェス構造９４Ｃにより、第４出射面９４Ｂから出射された青色の光は、上記したように第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａに整形される。 Blue light 83A emitted from the blue laser diode 83 travels along the optical path _L5 . This blue light enters the fourth incident surface 94A of the fourth lens 94 . Then, the light is emitted from the fourth emission surface 94B. Here, by the fourth metasurface structure 94C formed on the fourth emission surface 94B of the fourth lens 94, the blue light emitted from the fourth emission surface 94B is projected onto the third incidence surface 93A as described above. It is shaped into a first shape 95A.

第１の形状９５Ａに整形された青色の光は、第３入射面９３Ａから第３レンズ９３に入射する。このようにして、青色の光は、赤色の光および青色の光と合波される。青色の光は、第３出射面９３Ｂから出射する。この時、第３出射面９３Ｂから出射される青色の光は、第３メタサーフェス構造９３Ｃに含まれる第３の要素構造９３Ｆにより、第３出射面９３Ｂから出射される緑色の光の光軸が、光軸Ｌ_０となるように整形される。すなわち、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光の光軸および緑色の光の光軸と第３出射面９３Ｂから出射する青色の光の光軸とを一致させる。また、第３の要素構造９３Ｆは、第３出射面９３Ｂから出射される青色の光がコリメート光となるように整形する。このようにして、青色の光が第３出射面９３Ｂから出射する。 The blue light shaped into the first shape 95A enters the third lens 93 through the third incident surface 93A. In this way, blue light is combined with red light and blue light. Blue light is emitted from the third emission surface 93B. At this time, the blue light emitted from the third emission surface 93B has the optical axis of the green light emitted from the third emission surface 93B by the third element structure 93F included in the third metasurface structure 93C , optical axis _L0 . That is, the optical axis of the red light and the green light emitted from the third emission surface 93B are aligned with the optical axis of the blue light emitted from the third emission surface 93B. Further, the third element structure 93F shapes the blue light emitted from the third emission surface 93B to be collimated light. Thus, blue light is emitted from the third emission surface 93B.

このようにして、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光（合波光）が光モジュール１から出射される。出射された光は、例えば、光モジュール１外に配置されたＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）に入射する。ＭＥＭＳでは、一の方向（水平方向）および一の方向に垂直な方向（垂直方向）に高速で周期的に揺動するミラーに光を反射させて走査する。揺動するミラーによる反射により光モジュール１から出射された合波光が走査され、文字や図形が描画される。 In this way, light (multiplexed light) formed by combining the red, green, and blue lights is emitted from the optical module 1 . The emitted light enters, for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) arranged outside the optical module 1 . In the MEMS, scanning is performed by reflecting light on a mirror that periodically oscillates at high speed in one direction (horizontal direction) and in a direction perpendicular to the one direction (vertical direction). The multiplexed light emitted from the optical module 1 is scanned by reflection from the swinging mirror, and letters and figures are drawn.

上記光モジュール１によると、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、第１メタサーフェス構造９１Ｃにより、第３レンズ９３の第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａとなるよう整形される。緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、第２メタサーフェス構造９２Ｃにより、第３レンズ９３の第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａとなるよう整形される。青色レーザダイオード８３から出射された緑色の光は、第４メタサーフェス構造９４Ｃにより、第３レンズ９３の第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａとなるよう整形される。すなわち、第１メタサーフェス構造９１Ｃ、第２メタサーフェス構造９２Ｃおよび第４メタサーフェス構造９４Ｃは、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光、緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光および青色レーザダイオード８３から出射された青色の光を、第３入射面９３Ａ上において同じ形状である第１の形状９５Ａに整形する。 According to the optical module 1, the red light emitted from the red laser diode 81 is shaped into the first shape 95A on the third incident surface 93A of the third lens 93 by the first metasurface structure 91C. be. The green light emitted from the green laser diode 82 is shaped into the first shape 95A on the third incident surface 93A of the third lens 93 by the second metasurface structure 92C. The green light emitted from the blue laser diode 83 is shaped into the first shape 95A on the third incident surface 93A of the third lens 93 by the fourth metasurface structure 94C. That is, the first metasurface structure 91C, the second metasurface structure 92C, and the fourth metasurface structure 94C emit red light emitted from the red laser diode 81, green light emitted from the green laser diode 82, and blue laser light. The blue light emitted from the diode 83 is shaped into the same first shape 95A on the third incident surface 93A.

第３入射面９３Ａ上において第１の形状９５Ａに整形された赤色の光と緑色の光と青色の光とは、第３出射面９３Ｂから出射する。この時、第３メタサーフェス構造９３Ｃは、赤色の光の光軸と緑色の光の光軸と青色の光の光軸とを一致させる。よって、光モジュール１は、第３出射面９３Ｂから赤色の光の光軸と緑色の光の光軸と青色の光の光軸とを一致させて、赤色の光と緑色の光と青色の光とを合波して出射することができる。 The red light, the green light, and the blue light that have been shaped into the first shape 95A on the third incident surface 93A exit from the third exit surface 93B. At this time, the third metasurface structure 93C aligns the optical axis of red light, the optical axis of green light, and the optical axis of blue light. Therefore, the optical module 1 aligns the optical axis of the red light, the optical axis of the green light, and the optical axis of the blue light from the third emission surface 93B, and emits red light, green light, and blue light. can be multiplexed and emitted.

第１メタサーフェス構造９１Ｃ、第２メタサーフェス構造９２Ｃ、第４メタサーフェス構造９４Ｃおよび第３メタサーフェス構造９３Ｃはそれぞれ、光の屈折を利用して整形する構造ではないため、第１レンズ９１、第２レンズ９２、第３レンズ９３および第４レンズ９４をそれぞれ小型化することができる。また、このような光モジュール１は、光を合波する際に用いられるフィルタが不要となるため、部品点数を削減することができる。したがって、このような光モジュール１によれば、波長の異なる複数の光を合波する構造において小型化を実現することができる。 Since the first metasurface structure 91C, the second metasurface structure 92C, the fourth metasurface structure 94C, and the third metasurface structure 93C are not structures that shape using light refraction, the first lens 91 and the third metasurface structure 93C Each of the second lens 92, the third lens 93 and the fourth lens 94 can be made smaller. Moreover, since such an optical module 1 does not require a filter used when light is combined, the number of parts can be reduced. Therefore, according to such an optical module 1, it is possible to reduce the size of the structure for multiplexing a plurality of lights with different wavelengths.

本実施形態においては、第３メタサーフェス構造９３Ｃは、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光、第３出射面９３Ｂから出射する緑色の光および第３出射面９３Ｂから出射する青色の光をそれぞれコリメート光に変換する。したがって、光モジュール１から各色のコリメート光を出射することができる。 In this embodiment, the third metasurface structure 93C emits red light emitted from the third emission surface 93B, green light emitted from the third emission surface 93B, and blue light emitted from the third emission surface 93B. Each transforms into collimated light. Therefore, collimated light of each color can be emitted from the optical module 1 .

本実施形態において、第３メタサーフェス構造９３Ｃは、第３出射面９３Ｂに対する赤色の光の光軸の角度を調整する第１の要素構造９３Ｄと、第３出射面９３Ｂに対する緑色の光の光軸の角度を調整する第２の要素構造９３Ｅと、第３出射面９３Ｂに対する青色の光の光軸の角度を調整する第３の要素構造９３Ｆと、を含む。したがって、赤色の光の光軸と緑色の光の光軸と青色の光の光軸とを一致させることが容易になる。 In this embodiment, the third metasurface structure 93C includes a first element structure 93D for adjusting the angle of the optical axis of red light with respect to the third exit surface 93B, and the optical axis of green light with respect to the third exit surface 93B. and a third element structure 93F for adjusting the angle of the optical axis of the blue light with respect to the third exit surface 93B. Therefore, it becomes easy to match the optical axis of red light, the optical axis of green light, and the optical axis of blue light.

本実施形態において、第１の要素構造９３Ｄと第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆとは、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光、緑色の光および青色の光の光軸に沿う方向に離れて配置されている。したがって、第１の要素構造９３Ｄと第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆとを形成することが容易になる。 In this embodiment, the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F are optical axes of red light, green light, and blue light emitted from the third emission surface 93B. are spaced apart along the Therefore, it becomes easy to form the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F.

本実施形態において、第１の要素構造９３Ｄは、第３入射面９３Ａに形成されている。すなわち、第１の要素構造９３Ｄは、第３レンズ９３のうちの露出した第３入射面９３Ａに形成されている。また、第３の要素構造９３Ｆは、第３出射面９３Ｂに形成されている。すなわち、第３要素構造９３Ｆは、第３レンズ９３のうちの露出した第３出射面９３Ｂに形成されている。したがって、第１の要素構造９３Ｄ、第２の要素構造９３Ｅおよび第３の要素構造９３Ｆを全て第３レンズ９３の内部に形成するよりも容易に形成することができる。その結果、第３メタサーフェス構造９３Ｃを容易に形成することができる。なお、第１の要素構造９３Ｄ、第２の要素構造９３Ｅおよび第３の要素構造９３Ｆの配置について、光の光軸に沿う方向の順序を変えてもよい。具体的には、例えば第２の要素構造９３Ｅと第１の要素構造９３Ｄの配置を入れ替えて、第２の要素構造９３Ｅを第３入射面９３Ａに形成してもよい。また、例えば第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆの配置を入れ替えて、第２の要素構造９３Ｅを第３出射面９３Ｂに形成してもよい。すなわち、第１の要素構造９３Ｄおよび第２の要素構造９３Ｅの少なくともいずれか一方は、第３入射面９３Ａおよび第３出射面９３Ｂの少なくともいずれか一方に形成されてもよい。第３入射面９３Ａおよび第３出射面９３Ｂは共に露出した面であるため、このようにすることにより、第３メタサーフェス構造９３Ｃを形成することが容易となる。 In this embodiment, the first component structure 93D is formed on the third incident surface 93A. That is, the first component structure 93D is formed on the exposed third incident surface 93A of the third lens 93. As shown in FIG. Also, the third element structure 93F is formed on the third exit surface 93B. That is, the third element structure 93F is formed on the exposed third exit surface 93B of the third lens 93 . Therefore, it is possible to form the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F more easily than forming them all inside the third lens 93 . As a result, the third metasurface structure 93C can be easily formed. The order of the directions along the optical axis of light may be changed with respect to the arrangement of the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F. Specifically, for example, the arrangement of the second element structure 93E and the first element structure 93D may be exchanged to form the second element structure 93E on the third incident surface 93A. Further, for example, the arrangement of the second element structure 93E and the third element structure 93F may be exchanged to form the second element structure 93E on the third exit surface 93B. That is, at least one of the first component structure 93D and the second component structure 93E may be formed on at least one of the third entrance surface 93A and the third exit surface 93B. Since both the third entrance surface 93A and the third exit surface 93B are exposed surfaces, this makes it easier to form the third metasurface structure 93C.

本実施形態においては、光モジュール１は、赤色の光を出射する赤色レーザダイオード８１と、緑色の光を出射する緑色レーザダイオード８２と、青色の光を出射する青色レーザダイオード８３とを含む。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。 In this embodiment, the optical module 1 includes a red laser diode 81 that emits red light, a green laser diode 82 that emits green light, and a blue laser diode 83 that emits blue light. By doing so, these lights can be combined to form light of a desired color.

このような光モジュール１は、例えば投影距離が１ｍ程度のプロジェクタや、光源ビームを０．１ｍｍ以下に集光させることが求められる車載用のＨＵＤ（ＨｅａｄＵｐＤｉｓｐｌａｙ（ヘッドアップディスプレイ））に用いる際に有効に利用される。次に、本実施の形態における光モジュール１を自動車に搭載されるＨＵＤシステムの光源として用いた場合について説明する。図１１は、自動車に搭載されるＨＵＤシステムの一例を示す概略図である。 When such an optical module 1 is used, for example, in a projector with a projection distance of about 1 m, or in an in-vehicle HUD (Head Up Display) that requires a light source beam to be condensed to 0.1 mm or less. effectively used for Next, a case where the optical module 1 according to the present embodiment is used as a light source for a HUD system mounted on an automobile will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a HUD system mounted on an automobile.

図１１を参照して、ＨＵＤシステム３は、光モジュール１と、ＭＥＭＳ５と、拡散板２１１と、拡大鏡２１３と、フロントガラス２１４と、を含む。ＭＥＭＳ５は、一の方向（水平方向）および一の方向に垂直な方向（垂直方向）に高速で周期的に揺動するミラーを含む。光モジュール１から出射された合波光、すなわち、赤色の光と緑色の光と青色の光とが合波された合波光を、一の方向（水平方向）および一の方向に垂直な方向（垂直方向）に高速で周期的に揺動するミラーに反射させて走査し、画像を投影する。ＭＥＭＳ５から投影される画像は、中間像として拡散板２１１の表面に結像される。中間像は、拡大鏡２１３によって拡大され、フロントガラス２１４の表示領域２１４ａに投影される。表示領域２１４ａに投影された画像は、フロントガラス２１４で反射されるとともに、フロントガラス２１４の運転者Ｐから見て奥側に虚像２１５が結像される。運転者Ｐは、虚像２１５を目視することで、フロントガラス２１４の虚像２１５が位置する側に画像が表示されているように見ることができる。 Referring to FIG. 11 , HUD system 3 includes optical module 1 , MEMS 5 , diffusion plate 211 , magnifying glass 213 and windshield 214 . The MEMS 5 includes a mirror that periodically oscillates at high speed in one direction (horizontal direction) and in a direction perpendicular to the one direction (vertical direction). Combined light emitted from the optical module 1, that is, combined light obtained by combining red light, green light, and blue light, is emitted in one direction (horizontal direction) and in a direction perpendicular to the one direction (vertical direction). direction) is reflected by a mirror that oscillates periodically at high speed, scanning is performed, and an image is projected. An image projected from the MEMS 5 is imaged on the surface of the diffusion plate 211 as an intermediate image. The intermediate image is magnified by a magnifying glass 213 and projected onto a display area 214 a of a windshield 214 . The image projected on the display area 214a is reflected by the windshield 214, and a virtual image 215 is formed on the far side of the windshield 214 as seen from the driver P. By viewing the virtual image 215, the driver P can see that the image is displayed on the side of the windshield 214 where the virtual image 215 is located.

ここで、実施の形態１における光モジュール１を備えるＨＵＤシステム３では、光モジュール１の小型化が図られているため、車内スペースの有効利用を図ることができる。 Here, in the HUD system 3 including the optical module 1 according to Embodiment 1, since the size of the optical module 1 is reduced, the space inside the vehicle can be effectively used.

（実施の形態２）
実施の形態２の光モジュールは、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における光モジュールは、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードの配置において実施の形態１の場合とは異なっている。 (Embodiment 2)
The optical module of the second embodiment has basically the same structure as that of the first embodiment, and has the same effect. However, the optical module according to the second embodiment differs from that according to the first embodiment in the arrangement of the red, green, and blue laser diodes.

図１２は、実施の形態２における光モジュールの一部を示す概略側面図である。図１２は、Ｘ軸方向に見た図である。図１２を参照して、実施の形態２における光モジュールにおいて、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３は、Ｘ軸方向に見て、光軸Ｌ_０を中心とした円Ｃ上にそれぞれの出射部が配置されている。このようにすることによっても、波長の異なる複数の光を合波する構造において光モジュールの小型化を実現することができる。 FIG. 12 is a schematic side view showing part of the optical module according to the second embodiment. FIG. 12 is a diagram viewed in the X-axis direction. 12, in the optical module according to the second embodiment, red laser diode 81, green laser diode 82 and blue laser diode 83 are arranged on a circle C centered on optical axis _L0 when viewed in the X-axis direction. are arranged in the respective emitting portions. By doing so, it is also possible to reduce the size of the optical module in the structure for multiplexing a plurality of lights with different wavelengths.

（他の実施の形態）
上記の実施の形態においては、第３メタサーフェス構造９３Ｃにおいて、第１の要素構造９３Ｄと第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆとは、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光、緑色の光および青色の光の光軸に沿う方向に離れて配置されていることにしたが、これに限らない。すなわち、第１の要素構造９３Ｄと第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆとは、第３出射面９３Ｂから出射する赤色の光、緑色の光および青色の光の光軸に沿う方向に一致するよう配置されていてもよい。例えば、第３入射面９３Ａや第３出射面９３Ｂに、第１の要素構造９３Ｄと第２の要素構造９３Ｅと第３の要素構造９３Ｆとを纏めて形成することにしてもよい。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, in the third metasurface structure 93C, the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F are composed of red light emitted from the third emission surface 93B. , are separated in the direction along the optical axis of the green light and the blue light, but this is not the only option. That is, the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F are arranged along the optical axis of the red light, the green light, and the blue light emitted from the third emission surface 93B. may be arranged to match the For example, the first element structure 93D, the second element structure 93E, and the third element structure 93F may be collectively formed on the third entrance surface 93A and the third exit surface 93B.

上記の実施の形態においては、第１メタサーフェス構造９１Ｃは、第１出射面９１Ｂに形成することとしたが、これに限らず、第１入射面９１Ａに形成することにしてもよく、さらには、第１レンズ９１の内部に形成することにしてもよい。第２メタサーフェス構造９２Ｃおよび第４メタサーフェス構造９４Ｃについても同様である。 In the above embodiment, the first metasurface structure 91C is formed on the first exit surface 91B, but is not limited to this, and may be formed on the first incident surface 91A. , may be formed inside the first lens 91 . The same is true for the second metasurface structure 92C and the fourth metasurface structure 94C.

上記の実施の形態においては、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色のレーザダイオードの光が合波される場合について説明したが、これに限らず、レーザダイオードは２個であってもよく、４個以上であってもよい。 In the above embodiment, a case has been described in which lights from a red laser diode, a green laser diode, and a blue laser diode are combined, but this is not restrictive, and the number of laser diodes may be two or four. It may be one or more.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and are not restrictive in any aspect. The scope of the present disclosure is defined by the claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the meaning and range of equivalents of the claims.

本開示の光モジュールは、波長の異なる複数の光を合波する構造において小型化が求められる場合に、特に有利に適用され得る。 The optical module of the present disclosure can be applied particularly advantageously when miniaturization is required in a structure that multiplexes a plurality of lights with different wavelengths.

１光モジュール
２保護部材
３ＨＵＤシステム
４ベース部材
５ＭＥＭＳ
１０基部
１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，６０Ａ主面
２０ベース板
３０光形成部
４０キャップ
４１ガラス部材
４２出射窓
４３フランジ部
５１パッド電極
６０ベースブロック
６１チップ搭載領域
６２レンズ搭載領域
７１第１サブマウント
７２第２サブマウント
７３第３サブマウント
７４仮想平面
８１赤色レーザダイオード
８１Ａ赤色の光
８２緑色レーザダイオード
８２Ａ緑色の光
８３青色レーザダイオード
８３Ａ青色の光
９１第１レンズ
９１Ａ第１入射面
９１Ｂ第１出射面
９１Ｃ第１メタサーフェス構造
９１Ｄ，９２Ｄ，９４Ｄ，９３Ｇ，９３Ｈ凸部
９１Ｅ，９２Ｅ，９３Ｋ，９３Ｌ，９３Ｍ，９４Ｅ基準平面
９２第２レンズ
９２Ａ第２入射面
９２Ｂ第２出射面
９２Ｃ第２メタサーフェス構造
９３第３レンズ
９３Ａ第３入射面
９３Ｂ第３出射面
９３Ｃ第３メタサーフェス構造
９３Ｄ第１の要素構造
９３Ｅ第２の要素構造
９３Ｆ第３の要素構造
９３Ｊ凹部
９３Ｎガラス基板
９３ＰＴｉＯ_２層
９４第４レンズ
９４Ａ第４入射面
９４Ｂ第４出射面
９４Ｃ第４メタサーフェス構造
９５Ａ第１の形状
９５Ｂ，９５Ｃ端
２１１拡散板
２１３拡大鏡
２１４フロントガラス
２１４ａ表示領域 1 optical module 2 protective member 3 HUD system 4 base member 5 MEMS
10 Base 10A, 10B, 20A, 20B, 60A Principal surface 20 Base plate 30 Light forming part 40 Cap 41 Glass member 42 Exit window 43 Flange 51 Pad electrode 60 Base block 61 Chip mounting area 62 Lens mounting area 71 First submount 72 Second submount 73 Third submount 74 Virtual plane 81 Red laser diode 81A Red light 82 Green laser diode 82A Green light 83 Blue laser diode 83A Blue light 91 First lens 91A First incident surface 91B First emission Surface 91C First metasurface structures 91D, 92D, 94D, 93G, 93H Convex portions 91E, 92E, 93K, 93L, 93M, 94E Reference plane 92 Second lens 92A Second entrance surface 92B Second exit surface 92C Second metasurface Structure 93 Third lens 93A Third entrance surface 93B Third exit surface 93C Third metasurface structure 93D First element structure 93E Second element structure 93F Third element structure 93J Recess 93N Glass substrate 93P TiO ₂ layer 94 Third Fourth lens 94A Fourth entrance surface 94B Fourth exit surface 94C Fourth metasurface structure 95A First shape 95B, 95C Edge 211 Diffusion plate 213 Magnifying glass 214 Windshield 214a Display area

Claims

a light forming part for forming light;
a protective member that surrounds the light forming section and has an exit window for emitting light formed by the light forming section;
The light forming part is
a base member;
a first laser diode disposed on the base member and emitting a first light;
a first lens disposed on the base member and including a first incident surface on which the first light is incident and a first output surface from which the first light incident from the first incident surface is emitted; ,
a second laser diode disposed on the base member and emitting second light having a wavelength different from that of the first light;
a second lens disposed on the base member and including a second incident surface on which the second light is incident and a second output surface from which the second light incident from the second incident surface is emitted; ,
a third incident surface disposed on the base member, on which the first light emitted from the first emitting surface and the second light emitted from the second emitting surface are incident; a third lens including a third exit surface from which the incident first light and the second light are combined and emitted;
The first lens includes a first metasurface structure that shapes the first light on the third incident surface into a first shape with a circular outer edge ,
The first metasurface structure is composed of a plurality of minute protrusions arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the first light, and the height of the protrusion from a reference plane is equal to the height of the first light. is less than or equal to the wavelength of
the second lens includes a second metasurface structure that shapes the second light into the first shape on the third incident surface;
The second metasurface structure is composed of a plurality of minute protrusions arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the second light, and the height of the protrusion from the reference plane is equal to the height of the second light. is less than or equal to the wavelength of
The third lens includes a third metasurface structure that aligns an optical axis of the first light emitted from the third exit surface and an optical axis of the second light emitted from the third exit surface. fruit,
The third metasurface structure is
a first element structure for adjusting the angle of the optical axis of the first light with respect to the third exit surface;
a second element structure that adjusts the angle of the optical axis of the second light with respect to the third exit surface;
The first element structure is composed of a plurality of minute protrusions arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the first light, and the height of the protrusion from a reference plane is equal to the height of the first light. is less than or equal to the wavelength of
The second element structure is composed of a plurality of minute projections arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the second light, and the height of the projection from a reference plane is equal to the height of the second light. optical module, which is less than or equal to the wavelength of

The third metasurface structure is
2. The optical module according to claim 1, wherein said first light emitted from said third emission surface and said second light emitted from said third emission surface are converted into collimated light.

The first element structure and the second element structure are arranged apart in a direction along the optical axis of the first light and the second light emitted from the third emission surface. 3. The optical module according to claim 1 or 2 .

At least one of the first element structure and the second element structure is formed on at least one of the third entrance surface and the third exit surface. 1. The optical module according to claim 1.

The base member is
a first plane on which the first laser diode is mounted;
a second plane on which the second laser diode is mounted;
5. The distance from the virtual plane including the first plane to the first laser diode and the distance from the virtual plane to the second laser diode are different from each other, according to any one of claims 1 to 4 . optical module.

The light forming part is
a third laser diode that is arranged on the base member and that emits third light having a wavelength different from both the first light and the second light;
a fourth lens disposed on the base member and including a fourth incident surface on which the third light is incident and a fourth exit surface from which the third light incident from the fourth incident surface is emitted; further including
the fourth lens includes a fourth metasurface structure that shapes the third light into the first shape on the third incident surface;
The fourth metasurface structure is composed of a plurality of minute projections arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the third light, and the height of the projection from the reference plane is equal to that of the third light. is less than or equal to the wavelength of
the third metasurface structure includes a third element structure that adjusts the angle of the optical axis of the third light with respect to the third exit surface;
The third element structure is composed of a plurality of minute recesses arranged at intervals equal to or less than the wavelength of the third light, and the height of the protrusion from the reference plane is the same as that of the third light. is less than or equal to the wavelength,
from claim 1, wherein the third metasurface structure aligns an optical axis of the first light emitted from the third emission surface with an optical axis of the third light emitted from the third emission surface 6. The optical module according to claim 5 .