JPH0894314A - Optical displacement sensor - Google Patents

Optical displacement sensor

Info

Publication number
JPH0894314A
JPH0894314A JP6229776A JP22977694A JPH0894314A JP H0894314 A JPH0894314 A JP H0894314A JP 6229776 A JP6229776 A JP 6229776A JP 22977694 A JP22977694 A JP 22977694A JP H0894314 A JPH0894314 A JP H0894314A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
emitting laser
surface emitting
cavity surface
vertical cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6229776A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sakae Hashimoto
栄 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP6229776A priority Critical patent/JPH0894314A/en
Publication of JPH0894314A publication Critical patent/JPH0894314A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/17Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/0014Measuring characteristics or properties thereof
    • H01S5/0028Laser diodes used as detectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02218Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234Resin-filled housings; the housings being made of resin
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers
    • H01S5/141External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide an ultra-compact optical displacement sensor where an optical element is accurately and easily positioned. CONSTITUTION: A resin layer 203 of polyimide is provided on the surface of a vertical resonator type surface emitting laser 202. A metal film 204 such as aluminum and an insulation film 205 such as silicon oxide are supported on the resin layer 203. The upper portion of the window part of the vertical resonator type surface emitting laser 202 is hollow and a mirror 206 is displaced according to the outer force when a pressure-sensing element 222 provided on it receives the outer force. A light reception element 207 such as photodiode is mounted to the reverse side of the vertical resonator type surface emitting laser 202 via an n-type electrode 221 and an insulation film 220. The vertical resonator type surface emitting laser 202 and a light reception element 207 are connected to LD and PD power supplies 208 via an electrical wiring 209. The light reception element 207 is connected to an operation device 210.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザーやミラ
ー、受光素子等により構成された光学式変位センサーに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement sensor including a semiconductor laser, a mirror, a light receiving element and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

<従来例1>垂直共振器型面発光レーザーを光源に用い
た光学的変位センサーで、光の干渉を利用したものとし
ては、一例が、本出願人による特願平5−198318
に提案されている。その基本構成を図12(A)に示
す。
<Prior art example 1> An example of an optical displacement sensor using a vertical cavity surface emitting laser as a light source and utilizing interference of light is one example of Japanese Patent Application No. 5-198318 filed by the present applicant.
Has been proposed to. The basic structure is shown in FIG.

【0003】この光学式変位センサーは、図12(A)
に示すように、垂直共振器型面発光レーザーチップ50
1を実装したシリコン基板502とフォトダイオード5
05を設けたミラー503とが弾性体504を介して互
いに向き合う位置に組み合わされた構成となっている。
This optical displacement sensor is shown in FIG.
As shown in FIG.
1 mounted on a silicon substrate 502 and a photodiode 5
05 and the mirror 503 are combined with each other at a position facing each other via the elastic body 504.

【0004】ミラー503は外力を受けると弾性体50
4のヤング率に応じて変位し、図12(B)のような光
の干渉によるパルス状の波形が得られる。この波形の一
周期がλ/2(λ=1μmの場合、0.5μm)に相当
するため、ミラー503の変位は高精度に検出される。 <従来例2>垂直共振器型面発光レーザーを光源に用い
た光学的変位センサーで、面発光レーザーのビーム広が
り角が任意に設定できることを利用したものとしては、
一例が、本出願人による特願平6ー59339に提案さ
れている。その基本構成を図13(A)に示す。
When the mirror 503 receives an external force, the elastic body 50
4 is displaced according to the Young's modulus, and a pulse-like waveform due to light interference as shown in FIG. 12B is obtained. Since one cycle of this waveform corresponds to λ / 2 (0.5 μm when λ = 1 μm), the displacement of the mirror 503 can be detected with high accuracy. <Prior art example 2> An optical displacement sensor using a vertical cavity surface emitting laser as a light source, which utilizes that the beam divergence angle of the surface emitting laser can be arbitrarily set,
An example is proposed in Japanese Patent Application No. 6-59339 by the present applicant. The basic structure is shown in FIG.

【0005】この光学式変位センサーでは、図13
(A)に示すように、垂直共振器型面発光レーザー60
1がヒートシンク602を介して、単体のフォトダイオ
ード603が形成されたシリコン基板604の傾斜部に
固定されている。さらに、シリコン基板604はスペー
サー605を介して接着等により筐体618に固定され
ている。ミラー支持棒用ガイド穴609を通る支持棒6
08とこれに連結された外部ミラー611と対象の取付
部612からなる構成体は、弾性体610により垂直方
向に移動可能に支持されている。垂直共振器型面発光レ
ーザー601は、通し穴606を通る電気配線607を
介してLD駆動電源617に接続され、定電流が供給さ
れるようになっている。フォトダイオード603は、通
し穴613を通る電気配線614を介して受光系電源6
15と演算装置611に接続されていて、受光系電源6
15から駆動電流が供給され、出力信号を演算装置61
1に供給するようになっている。
In this optical displacement sensor, FIG.
As shown in (A), a vertical cavity surface emitting laser 60.
1 is fixed via a heat sink 602 to an inclined portion of a silicon substrate 604 on which a single photodiode 603 is formed. Further, the silicon substrate 604 is fixed to the housing 618 by adhesion or the like via a spacer 605. Support bar 6 passing through guide hole 609 for mirror support bar
The structure including the 08, the external mirror 611 connected thereto, and the target mounting portion 612 is movably supported in the vertical direction by the elastic body 610. The vertical cavity surface emitting laser 601 is connected to an LD drive power source 617 via an electric wiring 607 passing through a through hole 606 and is supplied with a constant current. The photodiode 603 is connected to the light receiving system power source 6 via an electric wiring 614 passing through the through hole 613.
15 and the arithmetic unit 611 and connected to the light receiving system power source 6
A drive current is supplied from 15 and an output signal is output from the arithmetic unit 61.
It is designed to supply one.

【0006】垂直共振器型面発光レーザー601から射
出された光ビームは、外部ミラー611で反射され、フ
ォトダイオード603に入射する。フォトダイオード6
03の出力と垂直共振器型面発光レーザー601と外部
ミラー611の間の距離zとの間には例えば図13
(B)に示す関係があり、演算装置616においてフォ
トダイオード603の出力に基づき距離zが求められ
る。 <従来例3>半導体レーザーを光源に用いて、両端面か
ら射出される光ビームを交差させ、光干渉位置に回折格
子を配置し、その変位を検出する、いわゆるエンコーダ
としては、一例がたとえば特開平3−291523に開
示されている。その基本構成を図14(A)に示す。
The light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser 601 is reflected by the external mirror 611 and is incident on the photodiode 603. Photodiode 6
13 and the distance z between the vertical cavity surface emitting laser 601 and the external mirror 611, for example, as shown in FIG.
There is a relationship shown in (B), and the arithmetic unit 616 obtains the distance z based on the output of the photodiode 603. <Prior Art Example 3> An example of a so-called encoder that uses a semiconductor laser as a light source, intersects light beams emitted from both end faces, arranges a diffraction grating at an optical interference position, and detects the displacement thereof is a special example. It is disclosed in Kaihei 3-291523. The basic structure is shown in FIG.

【0007】このエンコーダーでは、図14(A)に示
すように、半導体基板701の上に、二本の光ビームを
反対向きに射出する半導体レーザー702と、その光ビ
ームを案内する光導波路703と、光導波路703の射
出光を集光するレンズ704が形成されている。レンズ
704から射出された二本の光ビームが交差する位置に
は回折格子705が配置されている。半導体基板701
の上には更に回折光の干渉位置にフォトダイオード70
6が形成されている。
In this encoder, as shown in FIG. 14A, a semiconductor laser 702 for emitting two light beams in opposite directions, and an optical waveguide 703 for guiding the light beams are provided on a semiconductor substrate 701. A lens 704 that collects the light emitted from the optical waveguide 703 is formed. A diffraction grating 705 is arranged at a position where the two light beams emitted from the lens 704 intersect. Semiconductor substrate 701
On top of that, the photodiode 70
6 is formed.

【0008】半導体レーザー702の両端面から射出さ
れた二本の光ビームは、光導波路703を伝搬し、レン
ズ704により回折格子705に集光され、回折格子7
05で回折された光は互いに干渉し合い、図14(B)
に示すような回折格子705の移動による強度変化の波
形がフォトダイオード706で検出される。
The two light beams emitted from both end surfaces of the semiconductor laser 702 propagate through the optical waveguide 703 and are condensed on the diffraction grating 705 by the lens 704, and the diffraction grating 7
The lights diffracted at 05 interfere with each other, and FIG.
The photodiode 706 detects the waveform of the intensity change due to the movement of the diffraction grating 705 as shown in FIG.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

<従来例1の課題>図12に示した光学式変位センサー
は、小型で高精度な変位センサーを構成するが、以下の
ような問題点を抱えている。
<Problem of Conventional Example 1> The optical displacement sensor shown in FIG. 12 constitutes a small and highly accurate displacement sensor, but has the following problems.

【0010】垂直共振器型面発光レーザー501を装着
したシリコン基板502に、弾性体504を実装し、そ
の上にミラー503を取り付ける際に、垂直共振器型面
発光レーザー501の表面とミラー503を高精度で平
行にする必要があり、位置決めに手間がかかる。また、
垂直共振器型面発光レーザー501の外側に弾性体50
4を設ける空間が必要なため、装置の大型化を招くとと
もに、変位センサーの微細領域への応用範囲を狭めてい
る。
When the elastic body 504 is mounted on the silicon substrate 502 on which the vertical cavity surface emitting laser 501 is mounted and the mirror 503 is mounted thereon, the surface of the vertical cavity surface emitting laser 501 and the mirror 503 are separated from each other. Since it is necessary to make them parallel with high accuracy, it takes time to position them. Also,
An elastic body 50 is provided outside the vertical cavity surface emitting laser 501.
Since the space for providing 4 is required, the size of the device is increased and the application range of the displacement sensor to the fine region is narrowed.

【0011】本発明は、光学要素が高い精度で容易に位
置決めされた超小型の光学式変位センサーを提供するこ
とを目的とする。 <従来例2の課題>また、図13に示した光学式変位セ
ンサーは、構成が簡単なため小型の変位センサーを提供
するが、以下のような問題点を抱えている。
An object of the present invention is to provide a microminiature optical displacement sensor in which optical elements are easily positioned with high accuracy. <Problem of Conventional Example 2> Further, although the optical displacement sensor shown in FIG. 13 provides a small displacement sensor because of its simple structure, it has the following problems.

【0012】垂直共振器型面発光レーザー601をシリ
コン基板604に装着する際、シリコン基板604に形
成された斜面に高精度で位置合わせする必要があり、位
置決めに手間がかかる。同様に、シリコン基板604を
筐体618への取り付ける際や外部ミラー611と対象
の取付部612を垂直に設置する際にも高精度に位置合
わせする必要があり、位置決めに手間がかかる。また、
シリコン基板604の外側に筐体618を設けているた
め、装置の大型化を招くとともに、変位センサーの微細
領域への応用範囲を狭めている。
When the vertical cavity surface emitting laser 601 is mounted on the silicon substrate 604, it is necessary to align the inclined surface formed on the silicon substrate 604 with high precision, which is troublesome in positioning. Similarly, when the silicon substrate 604 is attached to the housing 618 or when the external mirror 611 and the target attachment portion 612 are installed vertically, it is necessary to perform highly accurate alignment, which requires time and effort for positioning. Also,
Since the housing 618 is provided on the outer side of the silicon substrate 604, the size of the device is increased and the application range of the displacement sensor to the fine area is narrowed.

【0013】本発明は、光学要素が高い精度で容易に位
置決めされた超小型の光学式変位センサーを提供するこ
とを目的とする。 <従来例3の課題>また、図14に示した光学式変位セ
ンサーは、各光学素子が同一基板上に一体的に形成され
ているため、各光学素子間に位置ずれが生じ得ない小型
で高精度の変位センサーを構成するが、以下のような問
題点を持っている。
It is an object of the present invention to provide a microminiature optical displacement sensor in which optical elements are easily positioned with high accuracy. <Problem of Conventional Example 3> Further, in the optical displacement sensor shown in FIG. 14, since each optical element is integrally formed on the same substrate, the optical displacement sensor is small in size in which no positional deviation can occur between the optical elements. Although it constitutes a highly accurate displacement sensor, it has the following problems.

【0014】通常の半導体レーザーは射出端面に劈開面
を用いるが、この変位センサーでは、半導体レーザー7
02は光導波路703やレンズ704と一体的に形成さ
れるため、その端面707はドライエッチングにより形
成される。この端面707と光導波路703の間隔は狭
いため、端面保護が非常に難しく、特にアルミニウムを
含む化合物半導体材料を用いた半導体レーザーでは通電
による端面劣化により安定な発振が得られない。同様の
ことは、フォトダイオード706についても言える。ま
た、ビームを絞るためのレンズ704を半導体基板70
1の上に一体的に成形するため、レンズ形状に高い制御
性が要求され、工程も複雑となる。本発明は、半導体レ
ーザーの射出端面の保護が不要で集光用のレンズも不要
な超小型で高精度な光学式変位センサーを提供すること
を目的とする。
A normal semiconductor laser uses a cleavage plane at the emitting end surface. In this displacement sensor, the semiconductor laser 7 is used.
Since 02 is integrally formed with the optical waveguide 703 and the lens 704, its end face 707 is formed by dry etching. Since the distance between the end face 707 and the optical waveguide 703 is narrow, it is very difficult to protect the end face, and particularly in a semiconductor laser using a compound semiconductor material containing aluminum, stable oscillation cannot be obtained due to end face deterioration due to energization. The same applies to the photodiode 706. Further, a lens 704 for narrowing the beam is provided on the semiconductor substrate 70.
Since it is integrally formed on the lens 1, high controllability is required for the lens shape, and the process becomes complicated. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultra-compact and highly accurate optical displacement sensor that does not require protection of the emitting end face of a semiconductor laser and does not require a condenser lens.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の光学式変位センサーは、従来例1の課題に解決するた
めのもので、半導体基板上に形成された垂直共振器型面
発光レーザーと、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓
を有する面に射出窓を避けて設けられたミラー離間支持
層と、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓に平行に所
定の間隔を空けて配置されたミラー層と、ミラー離間支
持層によって支持された、ミラー層を外力に対して変位
可能に支持するミラー支持層と、ミラー層の変位に応じ
て変化する光強度を検出する受光素子とを備えている。
An optical displacement sensor according to the present invention as set forth in claim 1 is intended to solve the problem of the conventional example 1, and is a vertical cavity surface emitting device formed on a semiconductor substrate. The laser, the mirror separation support layer provided on the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser while avoiding the emission window, and a predetermined interval in parallel with the emission window of the vertical cavity surface emitting laser. A mirror layer disposed, a mirror support layer supported by the mirror separation support layer, the mirror support layer supporting the mirror layer so as to be displaceable with respect to an external force, and a light receiving element detecting the light intensity that changes according to the displacement of the mirror layer. Is equipped with.

【0016】請求項2に記載の本発明の光学式変位セン
サーは、従来例2の課題に解決するためのもので、半導
体基板上に形成された垂直共振器型面発光レーザーと、
垂直共振器型面発光レーザーの電流ブロック層内に形成
された受光素子と、垂直共振器型面発光レーザーの射出
窓と受光素子の受光部を有する面に射出窓と受光部を避
けて設けられたミラー離間支持層と、垂直共振器型面発
光レーザーの射出窓に対して所定の角度で所定の間隔を
空けて配置された、垂直共振器型面発光レーザーから射
出された光ビームを受光素子へ向けて反射するミラー層
と、ミラー離間支持層によって支持された、ミラー層を
外力に対して変位可能に支持するミラー支持層とを備え
ている。
An optical displacement sensor according to a second aspect of the present invention is to solve the problem of the second conventional example, and includes a vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate.
The light receiving element formed in the current blocking layer of the vertical cavity surface emitting laser, and the light emitting element of the vertical cavity surface emitting laser and the light receiving section of the light receiving element are provided on the surface having the light receiving section while avoiding the emission window and the light receiving section. And a light receiving element for emitting a light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser, which is arranged at a predetermined angle with respect to the emission surface of the vertical cavity surface emitting laser and the mirror spacing support layer. And a mirror support layer that is supported by the mirror spacing support layer and that supports the mirror layer so as to be displaceable with respect to an external force.

【0017】請求項3に記載の本発明は、従来例3の課
題に解決するためのもので、回折格子を多数備えたスケ
ールと、二つの可干渉光をスケールに入射し、その回折
光を互いに干渉させ、干渉光の強度変化を検出する装置
本体とのいずれか一方を移動物体に取り付けて移動物体
の移動量に比例した信号を出力する変位センサーにおい
て、二本の光ビームを反対方向に射出する、半導体基板
上に形成された垂直共振器型面発光レーザーと、垂直共
振器型面発光レーザーの射出窓を有する表面と裏面の各
々に射出窓を避けて設けられたミラー離間支持層と、垂
直共振器型面発光レーザーの射出窓に対して所定の角度
で配置された、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓か
ら射出された二本の光ビームを回折格子に同じ位置に向
けて反射するミラー膜と、各ミラー離間支持層に支持さ
れた、各ミラー膜を支持するミラー支持層と、回折格子
により生じる二本の光ビームの回折光の干渉位置に配置
された受光素子とを備えている。
The present invention according to claim 3 is to solve the problem of the prior art example 3, in which a scale having a large number of diffraction gratings and two coherent light beams are incident on the scale, and the diffracted light beams are In a displacement sensor that outputs a signal proportional to the amount of movement of a moving object by attaching either one of the device body that interferes with each other and the change in the intensity of the interference light to the moving object and outputs two signals in opposite directions. A vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate to be emitted, and a mirror separation support layer provided on each of a front surface and a back surface having an emission window of the vertical cavity surface emitting laser while avoiding the emission window. , Two light beams emitted from the emission window of the vertical cavity surface emitting laser, which are arranged at a predetermined angle with respect to the emission window of the vertical cavity surface emitting laser, are directed to the same position on the diffraction grating. Mira to reflect The film includes a film, a mirror support layer supported by each mirror separation support layer and supporting each mirror film, and a light receiving element arranged at an interference position of diffracted light of two light beams generated by a diffraction grating. .

【0018】[0018]

【作用】請求項1に記載の本発明の光学式変位センサー
は、たとえば、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓を
有する面に、ミラー離間支持層となるポリイミド等の樹
脂層を形成し、その上にミラー層となるアルミニウム等
の金属膜を形成し、さらにその上にミラー支持層となる
酸化珪素等の絶縁膜を形成した後、垂直共振器型面発光
レーザーの射出窓とその周辺部の上にある樹脂層をウエ
ットエッチング等により選択的に除去して、垂直共振器
型面発光レーザーの射出窓を有する面と金属膜の間を部
分的に中空にし、所定位置に受光素子を設けて作製され
る。受光素子を設ける位置としては、垂直共振器型面発
光レーザーの共振器部に対向した位置にあたる、半導体
基板の裏面やミラー層の裏側があげられる。これによ
り、垂直共振器型面発光レーザーのビーム射出面とミラ
ー層の表面とが高い精度で平行に配置されると共に全体
の構成も超小型となる。
According to the optical displacement sensor of the present invention as set forth in claim 1, for example, a resin layer such as polyimide serving as a mirror separation supporting layer is formed on the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser. After forming a metal film such as aluminum to be a mirror layer on it and further forming an insulating film such as silicon oxide to be a mirror support layer on it, an emission window of the vertical cavity surface emitting laser and its peripheral portion By selectively removing the resin layer on the top by wet etching, etc., a part between the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and the metal film is made hollow, and the light receiving element is provided at a predetermined position. It is made by. Examples of the position where the light receiving element is provided include the back surface of the semiconductor substrate and the back surface of the mirror layer, which is a position facing the resonator portion of the vertical cavity surface emitting laser. As a result, the beam emitting surface of the vertical cavity surface emitting laser and the surface of the mirror layer are arranged in parallel with high accuracy, and the entire structure becomes extremely small.

【0019】請求項2に記載の本発明の光学式変位セン
サーは、たとえば、垂直共振器型面発光レーザーの射出
窓と受光素子の受光部を有する面に、ミラー離間支持層
となるポリイミド等の樹脂層を形成し、イオンビームエ
ッチング等により樹脂層にV字状の凹部を形成し、その
上にミラー層となるアルミニウム等の金属膜を形成し、
さらにその上にミラー支持層となる酸化珪素等の絶縁膜
を形成した後、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓と
受光素子とその周辺部の上にある樹脂層をウエットエッ
チング等により選択的に除去して、垂直共振器型面発光
レーザーの射出窓を有する面と金属膜の間を部分的に中
空にして作製される。これにより、ミラー層の表面が垂
直共振器型面発光レーザーのビーム射出面に対して所定
の角度に高い精度で配置されると共に全体の構成も超小
型となる。
The optical displacement sensor of the present invention as set forth in claim 2 is, for example, made of polyimide or the like serving as a mirror separation support layer on the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and the light receiving portion of the light receiving element. A resin layer is formed, a V-shaped concave portion is formed in the resin layer by ion beam etching or the like, and a metal film such as aluminum to be a mirror layer is formed thereon,
Further, after forming an insulating film such as silicon oxide as a mirror support layer on it, the emission window of the vertical cavity surface emitting laser, the light receiving element and the resin layer on the periphery thereof are selectively etched by wet etching or the like. Then, the surface of the vertical cavity surface emitting laser having the emission window and the metal film are partially hollowed. As a result, the surface of the mirror layer is arranged at a predetermined angle with respect to the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser with high accuracy, and the entire structure becomes extremely small.

【0020】請求項3に記載の本発明の光学式変位セン
サーは、たとえば、垂直共振器型面発光レーザーの表面
と裏面に、ミラー離間支持層となるポリイミド等の樹脂
層を形成し、イオンビームエッチング等により各樹脂層
にV字状の凹部を形成し、各樹脂層の上にミラー層とな
るアルミニウム等の金属膜をそれぞれ形成し、さらに各
金属膜の上にミラー支持層となる酸化珪素等の絶縁膜を
形成した後、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓と金
属膜の間にある樹脂層を除去して作製される。垂直共振
器型面発光レーザーの両射出端面は、通常の半導体レー
ザーと異なってビームの放射角を自由に設計できるた
め、レーザーの射出側にレンズを配置する必要がない。
また、通常の半導体レーザーにおいては端面に保護膜を
積層する必要があるが、垂直共振器型面発光レーザーの
両射出端面は全面をGaAsのように通電劣化の殆どな
い材料で構成できるため保護膜を形成する必要がない。
In the optical displacement sensor of the present invention as defined in claim 3, for example, a resin layer such as a polyimide serving as a mirror separation supporting layer is formed on the front surface and the back surface of a vertical cavity surface emitting laser, and an ion beam is formed. A V-shaped recess is formed in each resin layer by etching or the like, a metal film such as aluminum to be a mirror layer is formed on each resin layer, and silicon oxide to be a mirror support layer is further formed on each metal film. After forming an insulating film such as, for example, the resin layer between the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and the metal film is removed. Unlike the conventional semiconductor laser, the emission angles of the beams can be freely designed at both emission end faces of the vertical cavity surface emitting laser, so that it is not necessary to dispose a lens on the emission side of the laser.
In addition, in a normal semiconductor laser, it is necessary to stack a protective film on the end face, but since both emission end faces of the vertical cavity surface emitting laser can be entirely composed of a material such as GaAs which hardly deteriorates by conduction, a protective film is formed. Need not be formed.

【0021】[0021]

【実施例】ここで、本発明による光学式変位センサーの
実施例について説明する前に、各実施例において用いら
れる製造方法について説明する。まず、最も基本的な製
造方法について図1を参照して説明する。
EXAMPLES Before describing the examples of the optical displacement sensor according to the present invention, the manufacturing method used in each example will be described. First, the most basic manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0022】工程1[図1(A1)(A2)]:基板1
01の上に絶縁膜等のマスク102を形成し、フォトリ
ソグラフィー等により二箇所に矩形の窓108を形成す
る。図1(A1)におけるA2−A2線での断面を図1
(A2)に示す。図1(A2)において、y1 とy2 と
tはxに比べて十分大きく設定する。
Step 1 [FIG. 1 (A1) (A2)]: Substrate 1
A mask 102 of an insulating film or the like is formed on 01, and rectangular windows 108 are formed at two locations by photolithography or the like. A cross section taken along line A2-A2 in FIG.
It shows in (A2). In FIG. 1 (A2), y1, y2 and t are set sufficiently larger than x.

【0023】工程2[図1(B1)(B2)]:ウェッ
トエッチング等により矩形の窓108に挟まれた領域の
下側を完全に除去する。たとえばGaAs等の化合物半
導体材料を(りん酸:過酸化水素水:水)等のエッチン
グ液でエッチングを行なう。エッチングが進行して行く
と、図1(B2)に示すように、やがて矩形の窓108
に挟まれた部分103の下側は完全に中空の状態にな
り、矩形の窓108に挟まれた部分103が基板上のマ
スク102のみで支持された構造となる。
Step 2 [FIG. 1 (B1) (B2)]: The lower side of the region sandwiched by the rectangular windows 108 is completely removed by wet etching or the like. For example, a compound semiconductor material such as GaAs is etched with an etching solution such as (phosphoric acid: hydrogen peroxide solution: water). As the etching progresses, as shown in FIG. 1B2, a rectangular window 108 is eventually formed.
The lower side of the portion 103 sandwiched between the two is completely hollow, and the portion 103 sandwiched by the rectangular window 108 is supported only by the mask 102 on the substrate.

【0024】このようにして製造された構造体は、矩形
の窓108に挟まれた部分103は下向きの力が加わる
と、材料の形状とヤング率により変位する。図1(C
1)(C2)は、図1(B1)(B2)の変形例とし
て、矩形の窓を四箇所に設け、十字型の梁を形成した構
造を示している。この構造は、特定方向に対するねじれ
の影響を受け難く、マスク104は基板のエッチング面
105と平行位置を保ったまま、上下方向に変位する。
In the structure manufactured in this way, the portion 103 sandwiched by the rectangular windows 108 is displaced by the shape and Young's modulus of the material when a downward force is applied. Figure 1 (C
1) (C2) shows a structure in which rectangular windows are provided at four places and cross-shaped beams are formed as a modification of FIGS. 1 (B1) and (B2). This structure is not easily affected by twisting in a specific direction, and the mask 104 is displaced in the vertical direction while maintaining the position parallel to the etching surface 105 of the substrate.

【0025】上述の変形例として、前述の矩形の窓に挟
まれた部分の下面に任意の角度で傾斜したミラーを備え
た構造体を製造する方法について図2を参照して説明す
る。 工程1[図2(A)]:たとえばGaAs等の半導体基
板106の上にポリイミド等の樹脂107を数十〜数百
μm塗布する。
As a modification of the above, a method of manufacturing a structure having a mirror inclined at an arbitrary angle on the lower surface of the portion sandwiched by the rectangular windows will be described with reference to FIG. Step 1 [FIG. 2 (A)]: A resin 107 such as polyimide is applied on the semiconductor substrate 106 such as GaAs for several tens to several hundreds of μm.

【0026】工程2[図2(B)]:樹脂107をイオ
ンビームエッチング等により任意の角度で斜め方向に溝
部109を形成する。 工程3[図2(C)]:反対側からもイオンビームエッ
チングで任意の角度で斜め方向に溝部を形成し、V字形
状の凹部を形成する。
Step 2 [FIG. 2 (B)]: A groove portion 109 is formed in the resin 107 in an oblique direction at an arbitrary angle by ion beam etching or the like. Step 3 [FIG. 2 (C)]: A groove is formed in an oblique direction at an arbitrary angle by ion beam etching from the opposite side to form a V-shaped recess.

【0027】工程4[図2(D)]:アルミニウム等の
金属膜110を蒸着等により形成し、その上に酸化珪素
等の絶縁膜111をスパッタ等により形成する。 工程5[図2(E)]:レジスト等のエッチングマスク
112を塗布し、フォトリソグラフィー等により二箇所
に矩形の窓113を形成する。
Step 4 [FIG. 2D]: A metal film 110 of aluminum or the like is formed by vapor deposition or the like, and an insulating film 111 of silicon oxide or the like is formed thereon by sputtering or the like. Step 5 [FIG. 2E]: An etching mask 112 such as a resist is applied, and rectangular windows 113 are formed at two locations by photolithography or the like.

【0028】工程6[図2(F)]:絶縁膜111と金
属膜110をドライエッチングで垂直にエッチングし、
エッチングマスク112を剥離する。 工程7[図2(G)]:樹脂107をウェットエッチン
グにより選択的に除去して、矩形の窓に挟まれた任意の
角度を有するミラー114が形成される。
Step 6 [FIG. 2 (F)]: The insulating film 111 and the metal film 110 are vertically etched by dry etching,
The etching mask 112 is peeled off. Step 7 [FIG. 2G]: The resin 107 is selectively removed by wet etching to form a mirror 114 having an arbitrary angle and sandwiched by rectangular windows.

【0029】このようにして製造された構造体は、ミラ
ー114に下向きの力が加わると、材料の形状とヤング
率に応じて変位する。ミラー114の傾斜角度を任意に
設定することにより、所望の方向に光ビームを反射させ
ることができる。
When a downward force is applied to the mirror 114, the structure thus manufactured is displaced according to the shape of the material and the Young's modulus. By setting the inclination angle of the mirror 114 arbitrarily, the light beam can be reflected in a desired direction.

【0030】これまで説明してきた製造方法を用いた実
施例を以下に示す。 <第一実施例>本発明の第一実施例の光学式変位センサ
ーを図3に示す。垂直共振器型面発光レーザー202の
p型電極201の表面の周縁部にポリイミド等の樹脂層
203が設けられている。この樹脂層203により、ミ
ラーとして用いるアルミニウム等の金属膜204とその
上に形成された酸化珪素等の絶縁膜205が支持されて
いる。垂直共振器型面発光レーザー202の窓部の上部
は中空になっていて、金属膜204と絶縁膜205に形
成した窓に挟まれた部分にあたるミラー206は、その
上に設けた感圧子222が外力を受けた際にその外力に
応じて変位する構造となっている。垂直共振器型面発光
レーザー202の裏面にはn型電極221と絶縁膜22
0を介してフォトダイオード等の受光素子207が取り
付けられている。垂直共振器型面発光レーザー202と
受光素子207は、電気配線209を介して、これらに
電力を供給するLD及びPD電源208に接続されてい
る。また、受光素子207はその出力を受ける演算装置
210に接続されている。
An example using the manufacturing method described so far is shown below. <First Embodiment> FIG. 3 shows an optical displacement sensor according to a first embodiment of the present invention. A resin layer 203 made of polyimide or the like is provided on the peripheral portion of the surface of the p-type electrode 201 of the vertical cavity surface emitting laser 202. The resin layer 203 supports a metal film 204 such as aluminum used as a mirror and an insulating film 205 such as silicon oxide formed thereon. The upper portion of the window of the vertical cavity surface emitting laser 202 is hollow, and the mirror 206, which is a portion sandwiched between the windows formed in the metal film 204 and the insulating film 205, has the pressure sensitive element 222 provided thereon. When an external force is applied, it is displaced according to the external force. On the back surface of the vertical cavity surface emitting laser 202, an n-type electrode 221 and an insulating film 22 are provided.
A light receiving element 207 such as a photodiode is attached via 0. The vertical cavity surface emitting laser 202 and the light receiving element 207 are connected to an LD and PD power source 208 that supplies electric power to them through an electric wiring 209. Further, the light receiving element 207 is connected to the arithmetic unit 210 which receives the output.

【0031】この光学式変位センサーによる変位検出は
図12に示した従来例と同様にして行なわれる。すなわ
ち、感圧子222が外力を受けると、ミラー206がこ
れを構成している弾性体のヤング率に応じて変位し、受
光素子207からは図12(B)と同様の光の干渉によ
るパルス状の波形が出力される。演算装置210におい
て出力変動回数をカウントすることにより変位が求めら
れる。この波形の一周期はλ/2(λ=1μmの場合、
0.5μm)に相当するため、その変位は高精度に求め
られる。
Displacement detection by this optical displacement sensor is carried out in the same manner as in the conventional example shown in FIG. That is, when the pressure-sensitive element 222 receives an external force, the mirror 206 is displaced according to the Young's modulus of the elastic body forming the pressure-sensitive element 222, and the light receiving element 207 emits a pulse shape due to light interference similar to FIG. 12B. The waveform of is output. The displacement is obtained by counting the number of output fluctuations in the arithmetic unit 210. One cycle of this waveform is λ / 2 (when λ = 1 μm,
Since it corresponds to 0.5 μm), its displacement is required with high accuracy.

【0032】このように本実施例によれば、高精度で超
小型の光学式変位センサーが得られる。次に、本実施例
の光学式変位センサーの製造方法について、図4を用い
て説明する。
As described above, according to this embodiment, a highly precise and ultra-compact optical displacement sensor can be obtained. Next, a method of manufacturing the optical displacement sensor of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0033】工程1[図4(A)]:n型半導体基板2
11にn型半導体多層ミラー層212と活性層213と
p型半導体多層ミラー層214を積層する。 工程2[図4(B)]:垂直共振器型面発光レーザー2
02の共振器部を残して、p型半導体多層ミラー層21
4と活性層213とn型半導体ミラー層212を除去
し、その部分にポリイミド等の樹脂215で埋め込み、
その上にp型電極216を形成し、フォトリソグラフィ
ーにより射出窓を開ける。埋め込みは樹脂215の代わ
りに半導体材料を用いてもよい。
Step 1 [FIG. 4 (A)]: n-type semiconductor substrate 2
11, the n-type semiconductor multilayer mirror layer 212, the active layer 213, and the p-type semiconductor multilayer mirror layer 214 are laminated. Step 2 [FIG. 4 (B)]: Vertical cavity surface emitting laser 2
02, the p-type semiconductor multilayer mirror layer 21 is left.
4, the active layer 213 and the n-type semiconductor mirror layer 212 are removed, and a resin 215 such as polyimide is embedded in the portion.
A p-type electrode 216 is formed thereon, and an emission window is opened by photolithography. For filling, a semiconductor material may be used instead of the resin 215.

【0034】工程3[図4(C)]:ポリイミド等の樹
脂層203とアルミニウム等の金属膜層204と酸化珪
素等の絶縁膜層205を順次形成する。 工程4[図4(D)]:絶縁膜層205と金属膜層20
4をフォトリソグラフィーによりパターニングして窓を
形成し、ウェットエッチングにより樹脂層203を選択
的に除去し、ミラー206と共振器部の間を中空状態と
する。この工程は、前述した図1に関する工程に相当し
ている。
Step 3 [FIG. 4C]: A resin layer 203 such as polyimide, a metal film layer 204 such as aluminum, and an insulating film layer 205 such as silicon oxide are sequentially formed. Step 4 [FIG. 4 (D)]: insulating film layer 205 and metal film layer 20
4 is patterned by photolithography to form a window, and the resin layer 203 is selectively removed by wet etching to leave a space between the mirror 206 and the resonator portion. This step corresponds to the step relating to FIG. 1 described above.

【0035】工程5[図4(E)]:n型半導体基板2
11の裏面にn型電極221と絶縁膜220を所定の形
状に形成した後、フォトダイオード等の受光素子207
をボンディング等により接着して、上述した本実施例の
光学式変位センサーが完成する。
Step 5 [FIG. 4 (E)]: n-type semiconductor substrate 2
After the n-type electrode 221 and the insulating film 220 are formed in a predetermined shape on the back surface of 11, the light receiving element 207 such as a photodiode
Are bonded by bonding or the like to complete the optical displacement sensor of this embodiment described above.

【0036】本実施例では、受光素子207は、垂直共
振器型面発光レーザー202の裏面に実装されている
が、ミラー206に設けてもよい。あるいは、n型半導
体基板中にフォトダイオードを形成して構成してもよ
い。 <第二実施例>本発明の第二実施例の光学式変位センサ
ーを図5に示す。フォトダイオード301とp型電極3
02と303が形成された垂直共振器型面発光レーザー
304の表面にポリイミド等の樹脂層305が形成され
ており、その上にミラー306として用いるアルミニウ
ム等の金属膜307が形成され、さらにその上に酸化珪
素等の絶縁膜308が形成されている。垂直共振器型面
発光レーザー304の窓部の上は中空の状態になってい
て、絶縁膜308と金属膜307を貫通する二つの窓に
挟まれた部分であるミラー306は外力に対して変位す
る構造となっている。ミラー306は、垂直共振器型面
発光レーザー304の窓部の上方が一定の傾斜角を有す
る形状となっている。このミラー306は、断面形状が
左右対象なので、上下方向に変位する際のねじれは少な
い。垂直共振器型面発光レーザー304とフォトダイオ
ード301は、電気配線310を介して、これらに電力
を供給するLD及びPD電源309に接続されている。
In the present embodiment, the light receiving element 207 is mounted on the back surface of the vertical cavity surface emitting laser 202, but it may be provided on the mirror 206. Alternatively, the photodiode may be formed in the n-type semiconductor substrate. <Second Embodiment> FIG. 5 shows an optical displacement sensor according to a second embodiment of the present invention. Photodiode 301 and p-type electrode 3
A resin layer 305 such as polyimide is formed on the surface of the vertical cavity surface emitting laser 304 on which 02 and 303 are formed, and a metal film 307 such as aluminum used as the mirror 306 is formed on the resin layer 305, and further thereon. An insulating film 308 of silicon oxide or the like is formed on. The window portion of the vertical cavity surface emitting laser 304 is in a hollow state, and the mirror 306 which is a portion sandwiched by two windows penetrating the insulating film 308 and the metal film 307 is displaced with respect to an external force. It has a structure that The mirror 306 has a shape in which an upper part of the window of the vertical cavity surface emitting laser 304 has a constant inclination angle. Since the cross-sectional shape of the mirror 306 is symmetrical, there is little twist when it is displaced in the vertical direction. The vertical cavity surface emitting laser 304 and the photodiode 301 are connected to an LD and PD power source 309 that supplies electric power to them through an electric wiring 310.

【0037】この光学式変位センサーによる変位検出は
図13に示した従来例と同様にして行なわれる。ミラー
306は、外力を受けると、これを構成している弾性体
のヤング率に応じて変位する。垂直共振器型面発光レー
ザー304から射出された光ビームは、ミラー306で
反射され、フォトダイオード301に入射する。フォト
ダイオード301の出力と、垂直共振器型面発光レーザ
ー304からミラー306を経由してフォトダイオード
301に至るまでの距離zとの間には図13(B)と同
様の関係があり、フォトダイオード301の出力を演算
装置311により演算することによって、垂直共振器型
面発光レーザー304とミラー306間の距離z''を求
められる。垂直共振器型面発光レーザー304のビーム
広がり内にフォトダイオード301の受光領域が常に含
まれる場合は変位の方向も検出できる。
The displacement detection by this optical displacement sensor is carried out in the same manner as in the conventional example shown in FIG. When the mirror 306 receives an external force, the mirror 306 is displaced according to the Young's modulus of the elastic body forming the mirror. The light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser 304 is reflected by the mirror 306 and enters the photodiode 301. The output of the photodiode 301 and the distance z from the vertical cavity surface emitting laser 304 to the photodiode 301 via the mirror 306 have the same relationship as in FIG. 13B. The distance z ″ between the vertical cavity surface emitting laser 304 and the mirror 306 can be obtained by calculating the output of 301 by the arithmetic unit 311. If the light receiving area of the photodiode 301 is always included in the beam spread of the vertical cavity surface emitting laser 304, the direction of displacement can also be detected.

【0038】以下、本実施例の光学式変位センサーの製
造方法について、図6と図7を用いて説明する。 工程1[図6(A)]:n型半導体基板311にn型半
導体多層ミラー層312と活性層313とp型半導体多
層ミラー層314を順に積層する。
The method of manufacturing the optical displacement sensor of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 and 7. Step 1 [FIG. 6 (A)]: The n-type semiconductor multilayer mirror layer 312, the active layer 313, and the p-type semiconductor multilayer mirror layer 314 are sequentially stacked on the n-type semiconductor substrate 311.

【0039】工程2[図6(B)]:垂直共振器型面発
光レーザー304の共振器部を残して、p型半導体多層
ミラー層314と活性層313とn型半導体ミラー層3
12を除去し、薄いp型半導体層315とn型半導体層
316の順に埋め込みを行なう。
Step 2 [FIG. 6B]: The p-type semiconductor multilayer mirror layer 314, the active layer 313, and the n-type semiconductor mirror layer 3 are left, leaving the cavity portion of the vertical cavity surface emitting laser 304.
12, the thin p-type semiconductor layer 315 and the thin n-type semiconductor layer 316 are buried in this order.

【0040】工程3[図6(C)]:埋め込み層の一部
に不純物拡散等によりp型領域317を形成し、フォト
ダイオードを作製する。 工程4[図6(D)]:このような構造体の上に酸化珪
素等の絶縁膜319を形成し、フォトダイオードのp型
領域から短絡することなく電極を取り出せるようにパタ
ーニングした後、p電極318を積層し、フォトリソグ
ラフィーにより垂直共振器型面発光レーザー304の射
出窓とフォトダイオード301の受光窓を形成する。絶
縁膜319の厚さは3000オングストローム程度で、
後の工程でこの上に設ける樹脂層(数十〜数百μm)に
比べて二桁以上小さい値であり、最終的に形成されるミ
ラーの傾斜に影響を与えるおそれはない。
Step 3 [FIG. 6C]: A p-type region 317 is formed in a part of the buried layer by impurity diffusion or the like to manufacture a photodiode. Step 4 [FIG. 6D]: An insulating film 319 of silicon oxide or the like is formed on such a structure, and after patterning so that the electrode can be taken out from the p-type region of the photodiode without short circuit, p The electrodes 318 are stacked and the emission window of the vertical cavity surface emitting laser 304 and the light receiving window of the photodiode 301 are formed by photolithography. The thickness of the insulating film 319 is about 3000 angstroms,
The value is smaller by two digits or more than the resin layer (several tens to several hundreds of μm) provided thereon in a later step, and there is no fear of affecting the inclination of the finally formed mirror.

【0041】工程5[図7(A)]:ポリイミド等の樹
脂層321を形成した後、これをイオンビームエッチン
グ等により任意の角度でV字状にエッチングする。 工程6[図7(B)]:アルミニウム等の金属膜322
と酸化珪素等の絶縁膜323を形成し、裏面にn型電極
324を積層し、フォトリソグラフィーにより射出窓を
形成する。
Step 5 [FIG. 7 (A)]: After forming the resin layer 321 such as polyimide, this is etched into a V shape at an arbitrary angle by ion beam etching or the like. Step 6 [FIG. 7 (B)]: Metal film 322 of aluminum or the like
An insulating film 323 of silicon oxide or the like is formed, an n-type electrode 324 is laminated on the back surface, and an emission window is formed by photolithography.

【0042】工程7[図7(C)]:絶縁膜層323と
金属膜層322をフォトリソグラフィーによりパターニ
ングして窓を形成した後、ウェットエッチングにより樹
脂層305を選択的に除去して、垂直共振器型面発光レ
ーザー304の共振器部とフォトダイオードの上部を中
空状態にする。これにより外力に対して変位するミラー
306を形成され、本実施例の光学式変位センサーが完
成する。
Step 7 [FIG. 7 (C)]: The insulating film layer 323 and the metal film layer 322 are patterned by photolithography to form a window, and then the resin layer 305 is selectively removed by wet etching to form a vertical line. The cavity of the cavity surface emitting laser 304 and the upper portion of the photodiode are made hollow. As a result, the mirror 306 that is displaced with respect to the external force is formed, and the optical displacement sensor of this embodiment is completed.

【0043】本実施例の具体的な寸法の一例を図8に示
す。この例では、垂直共振器型面発光レーザーの開口数
(2r)を10μm、フォトダイオードの受光領域径を
5μm、ミラーの傾斜角(ミラーに立てた法線が鉛直方
向に対してなす角)を30°に設定している。この設定
においては、垂直共振器型面発光レーザーとフォトダイ
オードの中心間距離は45μmであり、ミラーと射出面
の距離(図5のZ'')は30μm、その変位幅は10μ
mまで設定できる。 <第三実施例>本発明の第三実施例の光学式変位センサ
ーを図9に示す。p型電極401の形成された垂直共振
器型面発光レーザー402の表面にポリイミド等の樹脂
層403が形成されており、その上にミラーとして用い
るアルミニウム等の金属膜405と酸化珪素等の絶縁膜
406が形成されている。同様に、垂直共振器型面発光
レーザー402の裏面にもポリイミド等の樹脂層407
が形成されており、その上にミラーとして用いるアルミ
ニウム等の金属膜409と酸化珪素等の厚い絶縁膜41
0が形成されている。垂直共振器型面発光レーザー40
2の表面側は、金属膜409と絶縁膜410により構成
されるミラー404が一定の傾斜角を有する庇状にせり
出た形状となっている。垂直共振器型面発光レーザー4
02の裏面側も同様に、金属膜409と絶縁膜410に
より構成されるミラー408が一定の傾斜角を有する庇
状にせり出た形状となっている。回折格子416に面す
る側の基板側面にはフォトダイオード等の受光素子41
2が設けられている。その反対側の基板側面にはn型電
極領域411が形成されている。垂直共振器型面発光レ
ーザー402と受光素子412は、電気配線415を介
して、これらに電力を供給するLD電源413とPD電
源414に接続されている。垂直共振器型面発光レーザ
ー402の両端面から射出される光ビームの交差位置に
回折格子416が配置される。
FIG. 8 shows an example of specific dimensions of this embodiment. In this example, the numerical aperture (2r) of the vertical cavity surface emitting laser is 10 μm, the light receiving area diameter of the photodiode is 5 μm, and the tilt angle of the mirror (the angle made by the normal to the mirror with respect to the vertical direction) is set. It is set at 30 °. In this setting, the distance between the centers of the vertical cavity surface emitting laser and the photodiode is 45 μm, the distance between the mirror and the emission surface (Z ″ in FIG. 5) is 30 μm, and the displacement width is 10 μm.
You can set up to m. <Third Embodiment> FIG. 9 shows an optical displacement sensor according to a third embodiment of the present invention. A resin layer 403 of polyimide or the like is formed on the surface of the vertical cavity surface emitting laser 402 having the p-type electrode 401 formed thereon, and a metal film 405 of aluminum or the like used as a mirror and an insulating film of silicon oxide or the like are used thereon. 406 is formed. Similarly, a resin layer 407 such as polyimide is also formed on the back surface of the vertical cavity surface emitting laser 402.
Is formed, and a metal film 409 made of aluminum or the like used as a mirror and a thick insulating film 41 made of silicon oxide or the like are formed thereon.
0 is formed. Vertical cavity surface emitting laser 40
The surface side of 2 has a shape in which a mirror 404 composed of a metal film 409 and an insulating film 410 projects like an eaves having a constant inclination angle. Vertical cavity surface emitting laser 4
Similarly, the back surface side of 02 also has a shape in which a mirror 408 composed of a metal film 409 and an insulating film 410 projects like an eaves having a constant inclination angle. The light receiving element 41 such as a photodiode is provided on the side surface of the substrate facing the diffraction grating 416.
Two are provided. An n-type electrode region 411 is formed on the opposite side surface of the substrate. The vertical cavity surface emitting laser 402 and the light receiving element 412 are connected to an LD power supply 413 and a PD power supply 414 which supply electric power to them, through an electric wiring 415. Diffraction gratings 416 are arranged at the intersections of the light beams emitted from both end surfaces of the vertical cavity surface emitting laser 402.

【0044】垂直共振器型面発光レーザー402の両端
面から射出された二本の光ビームは、ミラー404と4
08で反射された後、回折格子406で回折され、互い
に干渉し合い、その干渉光の強度変化が受光素子412
で検出され、図14(B)に示したものと同じ波形が得
られる。この波形に基づいて、回折格子406の移動量
が求められる。
The two light beams emitted from both end faces of the vertical cavity surface emitting laser 402 are mirrors 404 and 4.
After being reflected by 08, the light is diffracted by the diffraction grating 406 and interferes with each other.
Then, the same waveform as that shown in FIG. 14B is obtained. The movement amount of the diffraction grating 406 is obtained based on this waveform.

【0045】以下、本実施例の光学式変位センサーの製
造方法について図10と図11を用いて説明する。 工程1[図10(A)]:n型半導体基板417にn型
半導体多層ミラー層418と活性層419とp型半導体
多層ミラー層420を積層する。
The method of manufacturing the optical displacement sensor of this embodiment will be described below with reference to FIGS. Step 1 [FIG. 10 (A)]: The n-type semiconductor multilayer mirror layer 418, the active layer 419, and the p-type semiconductor multilayer mirror layer 420 are laminated on the n-type semiconductor substrate 417.

【0046】工程2[図10(B)]:垂直共振器型面
発光レーザー402の共振器部を残して、p型半導体多
層ミラー層420と活性層419とn型半導体ミラー層
418を除去し、ポリイミド等の樹脂421で埋め込
み、その上にp型電極422を形成し、フォトリソグラ
フィーにより射出窓を開ける。埋め込みは、ポリイミド
等の樹脂421に代えて、半導体材料を用いて行なって
もよい。
Step 2 [FIG. 10 (B)]: The p-type semiconductor multilayer mirror layer 420, the active layer 419, and the n-type semiconductor mirror layer 418 are removed, leaving the resonator portion of the vertical cavity surface emitting laser 402. , A resin 421 such as polyimide is embedded, a p-type electrode 422 is formed thereon, and an emission window is opened by photolithography. The filling may be performed using a semiconductor material instead of the resin 421 such as polyimide.

【0047】工程3[図10(C)]:ポリイミド等の
樹脂層423を形成し、イオンビームエッチング等によ
り任意の角度でV字状にエッチングする。 工程4[図10(D)]:アルミニウム等の金属膜42
4と酸化珪素等の絶縁膜425を形成し、絶縁膜425
と金属膜424をフォトリソグラフィーによりパターニ
ングする。
Step 3 [FIG. 10 (C)]: A resin layer 423 made of polyimide or the like is formed and etched into a V shape at an arbitrary angle by ion beam etching or the like. Step 4 [FIG. 10 (D)]: Metal film 42 of aluminum or the like
4 and an insulating film 425 of silicon oxide or the like are formed, and the insulating film 425
The metal film 424 is patterned by photolithography.

【0048】工程5[図11(A)]:裏面側に対して
も同様に、ポリイミド等の樹脂層426を形成し、イオ
ンビームエッチング等により任意の角度でV字状にエッ
チングする。続いて、アルミニウム等の金属膜424と
酸化珪素等の絶縁膜425を積層し、絶縁膜428と金
属膜427をフォトリソグラフィーによりパターニング
する。
Step 5 [FIG. 11 (A)]: Similarly, a resin layer 426 made of polyimide or the like is formed on the back surface side, and is etched into a V shape at an arbitrary angle by ion beam etching or the like. Then, a metal film 424 made of aluminum or the like and an insulating film 425 made of silicon oxide or the like are stacked, and the insulating film 428 and the metal film 427 are patterned by photolithography.

【0049】工程6[図11(B)]:ウェットエッチ
ングにより樹脂層423と426を選択的に除去し、p
型電極422が露出した状態にする。 工程7[図11(C)]:n型半導体基板417の(図
の右側の)側面にn型電極411を設け、垂直共振器型
面発光レーザー402から射出した光ビームが回折して
入射する側面にフォトダイオード等の受光素子412を
設けて、本実施例の光学式変位センサーが完成する。
Step 6 [FIG. 11B]: The resin layers 423 and 426 are selectively removed by wet etching, and p
The mold electrode 422 is exposed. Step 7 [FIG. 11 (C)]: An n-type electrode 411 is provided on the side surface (on the right side of the figure) of the n-type semiconductor substrate 417, and the light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser 402 is diffracted and incident. A light receiving element 412 such as a photodiode is provided on the side surface to complete the optical displacement sensor of this embodiment.

【0050】以上、実施例に基づいて本発明について説
明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨の範囲内において種々多くの変形や
応用が可能である。
The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the gist of the present invention. .

【0051】1.(第一実施例に対応) (構成)半導体基板上に形成された垂直共振器型面発光
レーザーと、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓を有
する面に射出窓を避けて設けられたミラー離間支持層
と、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓に平行に所定
の間隔を空けて配置されたミラー層と、ミラー離間支持
層によって支持された、ミラー層を外力に対して変位可
能に支持するミラー支持層と、ミラー層の変位に応じて
変化する光強度を検出する受光素子とを備えている光学
式変位センサー。 (作用)このような光学式変位センサーは半導体技術を
用いて作製される。たとえば、垂直共振器型面発光レー
ザーの射出窓を有する面に、ミラー離間支持層となるポ
リイミド等の樹脂層を形成し、その上にミラー層となる
アルミニウム等の金属膜を形成し、さらにその上にミラ
ー支持層となる酸化珪素等の絶縁膜を形成した後、垂直
共振器型面発光レーザーの射出窓とその周辺部の上にあ
る樹脂層をウエットエッチング等により選択的に除去し
て、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓を有する面と
金属膜の間を部分的に中空にし、所定位置に受光素子を
設けて作製される。受光素子を設ける位置としては、垂
直共振器型面発光レーザーの共振器部に対向した位置に
あたる、半導体基板の裏面やミラー層の裏側があげられ
る。 (効果)このような光学式変位センサーは、半導体技術
を用いて作られるので、垂直共振器型面発光レーザーの
ビーム射出面とミラー層の表面とが高い精度で平行に配
置されるとともに、全体の構成も超小型なものとなる。
1. (Corresponding to the first embodiment) (Structure) A vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate and a mirror provided on a surface having an emission window of the vertical cavity surface emitting laser while avoiding the emission window. A separation support layer, a mirror layer arranged at a predetermined interval in parallel to the emission window of a vertical cavity surface emitting laser, and a mirror layer supported by the mirror separation support layer and capable of being displaced by an external force An optical displacement sensor comprising: a mirror support layer that supports the light-receiving element; (Operation) Such an optical displacement sensor is manufactured using semiconductor technology. For example, on a surface having an emission window of a vertical cavity surface emitting laser, a resin layer such as a polyimide serving as a mirror separation supporting layer is formed, and a metal film such as aluminum serving as a mirror layer is formed on the resin layer. After forming an insulating film such as silicon oxide serving as a mirror support layer on the top, the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and the resin layer on the periphery thereof are selectively removed by wet etching or the like, The vertical cavity surface emitting laser is manufactured by partially hollowing out the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and providing a light receiving element at a predetermined position. Examples of the position where the light receiving element is provided include the back surface of the semiconductor substrate and the back surface of the mirror layer, which is a position facing the resonator portion of the vertical cavity surface emitting laser. (Effect) Since such an optical displacement sensor is manufactured by using semiconductor technology, the beam emitting surface of the vertical cavity surface emitting laser and the surface of the mirror layer are arranged in parallel with high accuracy, and The configuration of is also very small.

【0052】2.(第二実施例に対応) (構成)半導体基板上に形成された垂直共振器型面発光
レーザーと、垂直共振器型面発光レーザーの電流ブロッ
ク層内に形成された受光素子と、垂直共振器型面発光レ
ーザーの射出窓と受光素子の受光部を有する面に射出窓
と受光部を避けて設けられたミラー離間支持層と、垂直
共振器型面発光レーザーの射出窓に対して所定の角度で
所定の間隔を空けて配置された、垂直共振器型面発光レ
ーザーから射出された光ビームを受光素子へ向けて反射
するミラー層と、ミラー離間支持層によって支持され
た、ミラー層を外力に対して変位可能に支持するミラー
支持層とを備えている光学式変位センサー。 (作用)このような光学式変位センサーは半導体技術を
用いて作製される。たとえば、垂直共振器型面発光レー
ザーの射出窓と受光素子の受光部を有する面に、ミラー
離間支持層となるポリイミド等の樹脂層を形成し、イオ
ンビームエッチング等により樹脂層にV字状の凹部を形
成し、その上にミラー層となるアルミニウム等の金属膜
を形成し、さらにその上にミラー支持層となる酸化珪素
等の絶縁膜を形成した後、垂直共振器型面発光レーザー
の射出窓と受光素子とその周辺部の上にある樹脂層をウ
エットエッチング等により選択的に除去して、垂直共振
器型面発光レーザーの射出窓を有する面と金属膜の間を
部分的に中空にして作製される。 (効果)このような光学式変位センサーは、半導体技術
を用いて作られるので、ミラー層の表面が垂直共振器型
面発光レーザーのビーム射出面に対して所定の角度に高
い精度で配置されるとともに、全体の構成も超小型なも
のとなる。
2. (Corresponding to the second embodiment) (Structure) Vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate, light receiving element formed in the current blocking layer of the vertical cavity surface emitting laser, and vertical cavity Mirror separation support layer provided on the surface having the emission window of the die surface emitting laser and the light receiving portion of the light receiving element and avoiding the emission window and the light receiving portion, and a predetermined angle with respect to the emission window of the vertical cavity surface emitting laser The mirror layer, which is arranged with a predetermined space between the mirror layer and reflects the light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser toward the light receiving element, and the mirror layer, which is supported by the mirror separation supporting layer, is applied to the external force. An optical displacement sensor having a mirror support layer which is supported so as to be displaceable with respect to the mirror. (Operation) Such an optical displacement sensor is manufactured using semiconductor technology. For example, a resin layer such as polyimide serving as a mirror separation support layer is formed on a surface having an emission window of a vertical cavity surface emitting laser and a light receiving portion of a light receiving element, and a V-shaped resin layer is formed on the resin layer by ion beam etching or the like. After forming a concave portion, forming a metal film such as aluminum as a mirror layer on the concave portion, and further forming an insulating film such as silicon oxide as a mirror supporting layer on the concave portion, emitting a vertical cavity surface emitting laser. The window, the light receiving element, and the resin layer on the periphery of the window are selectively removed by wet etching or the like to partially hollow the surface having the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and the metal film. It is made by. (Effect) Since such an optical displacement sensor is manufactured by using semiconductor technology, the surface of the mirror layer is arranged at a predetermined angle with high accuracy with respect to the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser. At the same time, the overall configuration will be ultra-compact.

【0053】3.(第三実施例に対応) (構成)回折格子を多数備えたスケールと、二つの可干
渉光をスケールに入射し、その回折光を互いに干渉さ
せ、干渉光の強度変化を検出する装置本体とのいずれか
一方を移動物体に取り付けて移動物体の移動量に比例し
た信号を出力する変位センサーにおいて、二本の光ビー
ムを反対方向に射出する、半導体基板上に形成された垂
直共振器型面発光レーザーと、垂直共振器型面発光レー
ザーの射出窓を有する表面と裏面の各々に射出窓を避け
て設けられたミラー離間支持層と、垂直共振器型面発光
レーザーの射出窓に対して所定の角度で配置された、垂
直共振器型面発光レーザーの射出窓から射出された二本
の光ビームを回折格子に同じ位置に向けて反射するミラ
ー膜と、各ミラー離間支持層に支持された、各ミラー膜
を支持するミラー支持層と、回折格子により生じる二本
の光ビームの回折光の干渉位置に配置された受光素子と
を備えている光学式変位センサー。 (作用)このような光学式変位センサーは半導体技術を
用いて作製される。たとえば、垂直共振器型面発光レー
ザーの表面と裏面に、ミラー離間支持層となるポリイミ
ド等の樹脂層を形成し、イオンビームエッチング等によ
り各樹脂層にV字状の凹部を形成し、各樹脂層の上にミ
ラー層となるアルミニウム等の金属膜をそれぞれ形成
し、さらに各金属膜の上にミラー支持層となる酸化珪素
等の絶縁膜を形成した後、垂直共振器型面発光レーザー
の射出窓と金属膜の間にある樹脂層を除去して作製され
る。 (効果)射出端面の保護が不要で、集光用レンズも不要
な、小型で高精度な光学式変位センサーが得られる。
3. (Corresponding to the third embodiment) (Structure) A scale provided with a large number of diffraction gratings, and an apparatus main body for injecting two coherent lights into the scale and causing the diffracted lights to interfere with each other to detect the intensity change of the interference light A vertical resonator type surface formed on a semiconductor substrate, which emits two light beams in opposite directions, in a displacement sensor in which one of the two is attached to a moving object and outputs a signal proportional to the amount of movement of the moving object. A light emitting laser, a mirror separation support layer provided on each of a front surface and a back surface having an emission window of a vertical cavity surface emitting laser while avoiding the emission window, and a predetermined for the emission window of the vertical cavity surface emitting laser. The mirror film that reflects the two light beams emitted from the emission window of the vertical cavity surface emitting laser at the same angle to the diffraction grating toward the same position, and is supported by each mirror separation support layer. , Each mirror An optical displacement sensor comprising a mirror support layer for supporting a film and a light receiving element arranged at an interference position of diffracted light of two light beams generated by a diffraction grating. (Operation) Such an optical displacement sensor is manufactured using semiconductor technology. For example, a resin layer such as a polyimide serving as a mirror separation supporting layer is formed on the front and back surfaces of a vertical cavity surface emitting laser, and a V-shaped recess is formed in each resin layer by ion beam etching or the like, and each resin is formed. After forming a metal film such as aluminum to be a mirror layer on each layer, and further forming an insulating film such as silicon oxide to be a mirror support layer on each metal film, emission of a vertical cavity surface emitting laser It is manufactured by removing the resin layer between the window and the metal film. (Effect) It is possible to obtain a compact and highly accurate optical displacement sensor that does not require protection of the exit end face and does not require a condenser lens.

【0054】4.(第一実施例と第二実施例に対応) (構成)前項1または前項2において、ミラー層とミラ
ー支持層が、十字形状の梁の構造となっていて、その中
心部が垂直共振器型面発光レーザーの射出窓に対向する
よう設けられている光学式変位センサー。 (作用)十字形状の梁構造となっているため、ねじれが
生じ難い。 (効果)ねじれが生じ難いので、外力の検出精度が向上
する。
4. (Corresponding to the first and second embodiments) (Structure) In the above item 1 or 2, the mirror layer and the mirror support layer have a cross-shaped beam structure, and the central portion thereof is a vertical resonator type. An optical displacement sensor installed to face the emission window of a surface emitting laser. (Operation) Since it has a cross-shaped beam structure, twisting is unlikely to occur. (Effect) Since twisting is unlikely to occur, the accuracy of external force detection is improved.

【0055】5.(第一実施例に対応) (構成)前項1において、受光素子が、垂直共振器型面
発光レーザーの基板裏面内部に形成されたフォトダイオ
ードである光学式変位センサー。 (作用)フォトダイオードは、垂直共振器型面発光レー
ザーの基板となっている半導体基板の裏面に対して不純
物拡散等の半導体製造技術を適用することにより作製さ
れる。 (効果)受光素子が半導体基板に一体的に形成されるの
で、さらに小型の光学式変位センサーが得られる。
5. (Corresponding to the first embodiment) (Structure) The optical displacement sensor according to the above 1, wherein the light receiving element is a photodiode formed inside the back surface of the substrate of the vertical cavity surface emitting laser. (Operation) The photodiode is manufactured by applying a semiconductor manufacturing technique such as impurity diffusion to the back surface of the semiconductor substrate which is the substrate of the vertical cavity surface emitting laser. (Effect) Since the light receiving element is integrally formed on the semiconductor substrate, a smaller optical displacement sensor can be obtained.

【0056】6.(第二実施例に対応) (構成)前項2において、ミラー層とミラー支持層の梁
の断面形状が左右対象となっている光学式変位センサ
ー。 (作用)ミラー層とミラー支持層の梁の断面形状が左右
対象たとえばV字状となっているので、ねじれが生じ難
い。 (効果)ねじれが生じ難いので、外力の検出精度が向上
する。
6. (Corresponding to the second embodiment) (Structure) The optical displacement sensor according to the above item 2, wherein the cross-sectional shapes of the beams of the mirror layer and the mirror support layer are symmetrical. (Function) Since the cross-sectional shapes of the beams of the mirror layer and the mirror support layer are symmetrical with each other, for example, V-shaped, twisting is unlikely to occur. (Effect) Since twisting is unlikely to occur, the accuracy of external force detection is improved.

【0057】7.(第二実施例に対応) (構成)前項2において、受光素子の受光部が常に垂直
共振器型面発光レーザーの光ビーム内に位置している光
学式変位センサー。 (作用)受光素子の出力は変位の方向と量に応じて変化
する。 (効果)変位の方向も検出できる。
7. (Corresponding to the second embodiment) (Structure) The optical displacement sensor according to the above item 2, wherein the light receiving portion of the light receiving element is always positioned in the light beam of the vertical cavity surface emitting laser. (Operation) The output of the light receiving element changes depending on the direction and amount of displacement. (Effect) The direction of displacement can also be detected.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、垂直
共振器型面発光レーザーのビーム射出面とミラー層の表
面とが高い精度で平行に配置された超小型の光学式変位
センサーが得られる。これにより、弾性体の取り付ける
際の作業性の悪さや位置精度の悪さ、さらに装置の大型
化といった諸問題が回避される。
According to the present invention described in claim 1, a microminiature optical displacement sensor in which the beam emitting surface of a vertical cavity surface emitting laser and the surface of a mirror layer are arranged in parallel with high accuracy. Is obtained. As a result, various problems such as poor workability when mounting the elastic body, poor position accuracy, and further increase in size of the device are avoided.

【0059】請求項2に記載の本発明によれば、ミラー
層の表面が垂直共振器型面発光レーザーのビーム射出面
に対して所定の角度に高い精度で配置された超小型の光
学式変位センサーが得られる。これにより、弾性体の取
り付ける際の作業性の悪さや位置精度の悪さ、さらに装
置の大型化といった諸問題が回避される。
According to the second aspect of the present invention, the surface of the mirror layer is arranged at a predetermined angle with respect to the beam emission surface of the vertical cavity surface emitting laser with a high degree of accuracy, and the optical displacement is very small. The sensor is obtained. As a result, various problems such as poor workability when mounting the elastic body, poor position accuracy, and further increase in size of the device are avoided.

【0060】請求項3に記載の本発明によれば、ビーム
の放射角が自由に設計できることにより集光用レンズが
不要で、射出端面を通電劣化の殆どない材料で構成でき
ることにより射出端面の保護が不要な、小型で高精度な
光学式変位センサーが得られる。
According to the third aspect of the present invention, since the radiation angle of the beam can be freely designed, a condenser lens is not required, and the exit end face can be made of a material with almost no deterioration due to electrical conduction, thereby protecting the exit end face. A compact, high-precision optical displacement sensor that does not require is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例において用いられる基本的な製
造方法を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic manufacturing method used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例において用いられる別の基本的
な製造方法を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining another basic manufacturing method used in the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一実施例の光学式変位センサーを示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an optical displacement sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図4】図3の光学式変位センサーの製造工程を説明す
るための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical displacement sensor of FIG.

【図5】本発明の第二実施例の光学式変位センサーを示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an optical displacement sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5の光学式変位センサーの製造工程を説明す
るための図で、最初の工程を示した図である。
FIG. 6 is a view for explaining a manufacturing process of the optical displacement sensor of FIG. 5, showing a first step.

【図7】図5の光学式変位センサーの製造工程を説明す
るための図で、図6に続く工程を示した図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical displacement sensor of FIG. 5, showing the process following FIG. 6;

【図8】図5の光学式変位センサーの具体的な寸法の一
例を示す図である。
8 is a diagram showing an example of specific dimensions of the optical displacement sensor of FIG.

【図9】本発明の第三実施例の光学式変位センサーを示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an optical displacement sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図10】図9の光学式変位センサーの製造工程を説明
するための図で、最初の工程を示した図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical displacement sensor of FIG. 9, showing a first step.

【図11】図9の光学式変位センサーの製造工程を説明
するための図で、図10に続く工程を示した図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical displacement sensor of FIG. 9, which is a diagram showing a process following FIG. 10.

【図12】垂直共振器型面発光レーザーを光源に使用し
た従来の光学式変位センサー(従来例1)を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a conventional optical displacement sensor (conventional example 1) using a vertical cavity surface emitting laser as a light source.

【図13】垂直共振器型面発光レーザーを光源に使用し
た従来の光学式変位センサー(従来例2)を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a conventional optical displacement sensor (conventional example 2) using a vertical cavity surface emitting laser as a light source.

【図14】干渉を利用して回折格子の移動量を検出する
いわゆるエンコーダとして知られた従来の光学式変位セ
ンサー(従来例3)を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a conventional optical displacement sensor (conventional example 3) known as an encoder that detects the amount of movement of a diffraction grating by utilizing interference.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

202…垂直共振器型面発光レーザー、203…樹脂
層、204…金属膜、205…絶縁膜、207…受光素
子。
202 ... Vertical cavity surface emitting laser, 203 ... Resin layer, 204 ... Metal film, 205 ... Insulating film, 207 ... Light receiving element.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された垂直共振器型面
発光レーザーと、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓
を有する面に射出窓を避けて設けられたミラー離間支持
層と、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓に平行に所
定の間隔を空けて配置されたミラー層と、ミラー離間支
持層によって支持された、ミラー層を外力に対して変位
可能に支持するミラー支持層と、ミラー層の変位に応じ
て変化する光強度を検出する受光素子とを備えている光
学式変位センサー。
1. A vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate, a mirror spacing support layer provided on a surface having an emission window of the vertical cavity surface emitting laser while avoiding the emission window, and a vertical direction. A mirror layer arranged at a predetermined interval in parallel with the emission window of the cavity surface emitting laser; and a mirror support layer supported by the mirror spacing support layer and supporting the mirror layer so as to be displaceable with respect to an external force. , An optical displacement sensor including a light receiving element that detects a light intensity that changes according to the displacement of the mirror layer.
【請求項2】半導体基板上に形成された垂直共振器型面
発光レーザーと、垂直共振器型面発光レーザーの電流ブ
ロック層内に形成された受光素子と、垂直共振器型面発
光レーザーの射出窓と受光素子の受光部を有する面に射
出窓と受光部を避けて設けられたミラー離間支持層と、
垂直共振器型面発光レーザーの射出窓に対して所定の角
度で所定の間隔を空けて配置された、垂直共振器型面発
光レーザーから射出された光ビームを受光素子へ向けて
反射するミラー層と、ミラー離間支持層によって支持さ
れた、ミラー層を外力に対して変位可能に支持するミラ
ー支持層とを備えている光学式変位センサー。
2. A vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate, a light receiving element formed in a current blocking layer of the vertical cavity surface emitting laser, and an emission of the vertical cavity surface emitting laser. A mirror separating support layer provided on the surface having the window and the light receiving portion of the light receiving element while avoiding the emission window and the light receiving portion,
A mirror layer, which is arranged at a predetermined angle with respect to the emission window of the vertical cavity surface emitting laser and is spaced at a predetermined interval, and reflects the light beam emitted from the vertical cavity surface emitting laser toward the light receiving element. An optical displacement sensor comprising: and a mirror support layer, which is supported by the mirror separation support layer and supports the mirror layer so as to be displaceable with respect to an external force.
【請求項3】回折格子を多数備えたスケールと、二つの
可干渉光をスケールに入射し、その回折光を互いに干渉
させ、干渉光の強度変化を検出する装置本体とのいずれ
か一方を移動物体に取り付けて移動物体の移動量に比例
した信号を出力する変位センサーにおいて、 二本の光ビームを反対方向に射出する、半導体基板上に
形成された垂直共振器型面発光レーザーと、垂直共振器
型面発光レーザーの射出窓を有する表面と裏面の各々に
射出窓を避けて設けられたミラー離間支持層と、垂直共
振器型面発光レーザーの射出窓に対して所定の角度で配
置された、垂直共振器型面発光レーザーの射出窓から射
出された二本の光ビームを回折格子に同じ位置に向けて
反射するミラー膜と、各ミラー離間支持層に支持され
た、各ミラー膜を支持するミラー支持層と、回折格子に
より生じる二本の光ビームの回折光の干渉位置に配置さ
れた受光素子とを備えている光学式変位センサー。
3. A scale provided with a large number of diffraction gratings and a device body for injecting two coherent light beams into the scale and causing the diffracted light beams to interfere with each other to detect a change in the intensity of the interference light beam. In a displacement sensor that is attached to an object and outputs a signal proportional to the amount of movement of a moving object, a vertical cavity surface emitting laser formed on a semiconductor substrate that emits two light beams in opposite directions, and a vertical resonance Of the vertical cavity surface emitting laser and the mirror spacing support layers provided on the front surface and the back surface of the vertical cavity surface emitting laser, avoiding the exit window, and arranged at a predetermined angle with respect to the exit window of the vertical cavity surface emitting laser. , A mirror film that reflects two light beams emitted from an emission window of a vertical cavity surface emitting laser toward the diffraction grating toward the same position, and each mirror film supported by each mirror separation support layer Mira -An optical displacement sensor including a support layer and a light receiving element arranged at an interference position of diffracted light of two light beams generated by a diffraction grating.
JP6229776A 1994-09-26 1994-09-26 Optical displacement sensor Withdrawn JPH0894314A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6229776A JPH0894314A (en) 1994-09-26 1994-09-26 Optical displacement sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6229776A JPH0894314A (en) 1994-09-26 1994-09-26 Optical displacement sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0894314A true JPH0894314A (en) 1996-04-12

Family

ID=16897501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6229776A Withdrawn JPH0894314A (en) 1994-09-26 1994-09-26 Optical displacement sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0894314A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100920640B1 (en) * 2007-12-26 2009-10-08 주식회사 포스코 Apparatus for measuring winding shape of wire coil
JP2010526315A (en) * 2007-05-07 2010-07-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Laser sensor for self-mixing interferometer with wide detection range
CN102681024A (en) * 2012-05-24 2012-09-19 北京北奥东华激光技术有限公司 Continuous reflection type laser detection device
CN114754714A (en) * 2022-06-15 2022-07-15 常州莫森智能科技有限公司 Monocrystalline silicon size measuring machine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010526315A (en) * 2007-05-07 2010-07-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Laser sensor for self-mixing interferometer with wide detection range
CN103840369A (en) * 2007-05-07 2014-06-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 Laser sensor for self-mixing interferometry with increased detection range
US9397476B2 (en) 2007-05-07 2016-07-19 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor for self-mixing interferometry having a vertical external cavity surface emission laser (VECSEL) as the light source
US10502547B2 (en) 2007-05-07 2019-12-10 Philips Photonics Gmbh Laser sensor for self-mixing interferometry having a vertical external cavity surface emission laser (VECSEL) as the light source
KR100920640B1 (en) * 2007-12-26 2009-10-08 주식회사 포스코 Apparatus for measuring winding shape of wire coil
CN102681024A (en) * 2012-05-24 2012-09-19 北京北奥东华激光技术有限公司 Continuous reflection type laser detection device
CN114754714A (en) * 2022-06-15 2022-07-15 常州莫森智能科技有限公司 Monocrystalline silicon size measuring machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6486467B1 (en) Optical detector for measuring relative displacement of an object on which a grated scale is formed
JP2514343B2 (en) Optical device and optical waveguide coupling device
US7355720B1 (en) Optical displacement sensor
US6581465B1 (en) Micro-electro-mechanical systems ultra-sensitive accelerometer
US6763718B1 (en) Micro-electro-mechanical systems ultra-sensitive accelerometer with independent sensitivity adjustment
CN103582830B (en) The manufacture method of optics and optics
JPH0210876A (en) Apparatus for optical coupling between optical transmitter and photodetector of integrated circuit
SE517341C2 (en) Integrated wavelength monitor for laser light
US20060193356A1 (en) Die level optical transduction systems
JPH0894314A (en) Optical displacement sensor
JP2003166856A (en) Optical encoder
JP2002357748A (en) Light path converting reflective body, mounting structure thereof and optical module
JP3884112B2 (en) Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH0766383A (en) Semiconductor laser device
JPH11261111A (en) Light-emitting device equipped with monitoring mechanism
JPH0810496B2 (en) Optical head manufacturing method
JPH08145780A (en) Vibration sensor
JP2005164871A (en) Substrate for mounting optical semiconductor element and manufacturing method therefor
JP3454870B2 (en) Optical displacement sensor
JP2000028316A (en) Integrated micro displacement gauge
JP2005017468A (en) Interference detector and detecting method
Miyajima et al. Optical micro encoder using a vertical-cavity surface-emitting laser
CN115728512B (en) Optical fiber acceleration sensor and method for forming optical fiber acceleration sensor
JPH07270120A (en) Displacement sensor
JP3393049B2 (en) Speed measuring device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020115