JPWO2019211943A1

JPWO2019211943A1 - 光モジュール

Info

Publication number: JPWO2019211943A1
Application number: JP2019538459A
Authority: JP
Inventors: 陽平塩谷; 真也伊藤; 中西　裕美; 裕美中西; 孝史京野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-03-05
Also published as: JP2023002753A; JP7173017B2; US11245245B2; US20220123520A1; US20210167573A1; WO2019211943A1; DE112019002260T5; US11616337B2

Abstract

光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部を取り囲み、光形成部を封止する保護部材と、を備える。光形成部は、電子温度調整モジュールを含むベース部材と、ベース部材上に配置される複数のレーザダイオードと、ベース部材上に配置され、上記複数のレーザダイオードからの光を合波するフィルタと、ベース部材上に配置され、フィルタにより合波された光のビーム形状を整形するビーム整形部と、ベース部材上に配置され、ビーム整形部で整形された光を走査する走査ミラーを含むＭＥＭＳと、を含む。保護部材は、ベース体と、ベース体に対して溶接された蓋部と、を含む。

Description

本開示は、光モジュールに関するものである。

本出願は、２０１８年５月２日出願の日本出願第２０１８−０８８８７６号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

複数の半導体発光素子からの光が合波される発光部と、発光部からの光を走査する走査部とを含む光モジュールが知られている（たとえば、特開２０１４−１８６０６８号公報（特許文献１）、特開２０１４−５６１９９号公報（特許文献２）および国際公開第２００７／１２０８３１号（特許文献３）参照）。

特開２０１４−１８６０６８号公報特開２０１４−５６１９９号公報国際公開第２００７／１２０８３１号

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、光形成部を取り囲み、光形成部を封止する保護部材と、を備える。光形成部は、電子温度調整モジュールを含むベース部材と、ベース部材上に配置される複数のレーザダイオードと、ベース部材上に配置され、複数のレーザダイオードからの光を合波するフィルタと、ベース部材上に配置され、フィルタにより合波された光のビーム形状を整形するビーム整形部と、ベース部材上に配置され、ビーム整形部で整形された光を走査する走査ミラーを含むＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）と、を含む。保護部材は、ベース体と、ベース体に対して溶接された蓋部と、を含む。

図１は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図２は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図３は、キャップを取り外した状態における実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図４は、キャップを取り外した状態における実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図５は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略図である。図６は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略図である。図７は、実施の形態１における光モジュールを基板上に配置した状態を示す概略平面図である。図８は、実施の形態１における光モジュールを基板上に配置した状態を示す概略断面図である。図９は、光モジュールの動作時における信号の流れを示すブロック図である。図１０は、キャップを取り外した状態における実施の形態２の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図１１は、キャップを取り外した状態における実施の形態２の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図１２は、実施の形態２における光モジュールの構造を示す概略図である。図１３は、キャップを取り外した状態における実施の形態３の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図１４は、キャップを取り外した状態における実施の形態３の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図１５は、実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略図である。図１６は、実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略図である。

［本開示が解決しようとする課題］
光モジュールにおいては、信頼性が重要である。また、光モジュールは、様々な環境温度のもとで使用される場合がある。そのため、光モジュールにおいては、温度変化に対する動作の安定性が求められている。

そこで、信頼性および温度変化に対する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することを目的の１つとする。

［本開示の効果］
本開示の光モジュールによれば、信頼性および温度変化に対する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することができる。

［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、光形成部を取り囲み、光形成部を封止する保護部材と、を備える。光形成部は、電子温度調整モジュールを含むベース部材と、ベース部材上に配置される複数のレーザダイオードと、ベース部材上に配置され、複数のレーザダイオードからの光を合波するフィルタと、ベース部材上に配置され、フィルタにより合波された光のビーム形状を整形するビーム整形部と、ベース部材上に配置され、ビーム整形部で整形された光を走査する走査ミラーを含むＭＥＭＳと、を含む。保護部材は、ベース体と、ベース体に対して溶接された蓋部と、を含む。

本開示の光モジュールは、ベース体と、ベース体に対して溶接された蓋部と、を含み、光形成部を封止する保護部材を備えている。すなわち、光形成部は、保護部材によりハーメチックシールされている。これにより、光形成部に含まれるレーザダイオード、ＭＥＭＳなどが外部環境から有効に保護され、高い信頼性が確保される。また、本開示の光モジュールのＭＥＭＳは、電子温度調整モジュールを含むベース部材上に配置されている。一般に、走査ミラーを含むＭＥＭＳにおいては、走査ミラーの光学的振れ角が温度によって変化する。本開示の光モジュールにおいては、ベース部材に含まれる電子温度調整モジュールによりＭＥＭＳの温度を適切な範囲に調整することができる。そのため、本開示の光モジュールによれば、温度変化に対する動作の安定性を向上させることができる。以上のように、本開示の光モジュールによれば、信頼性および温度変化に対する動作の安定性に優れた光モジュールを提供することができる。

上記光モジュールにおいて、上記ＭＥＭＳは圧電ＭＥＭＳであってもよい。

走査ミラーを含む圧電ＭＥＭＳは、サイズが小さく、光学的触れ角が大きいという利点を有する。一方、走査ミラーを含む圧電ＭＥＭＳは、走査ミラーの光学的振れ角の温度による変化が大きいという欠点を有する。この欠点は、本開示の光モジュールにおいては、ベース部材に含まれる電子温度調整モジュールによりＭＥＭＳの温度調整を実施することにより補うことができる。このように、圧電ＭＥＭＳは、本開示の光モジュールに含まれるＭＥＭＳとして好適である。

上記光モジュールにおいて、ビーム整形部はアパーチャ部材であってもよい。

ＭＥＭＳの走査ミラーに入射する光の進行方向に垂直な断面における形状を整形するビーム整形部としては、レンズ、プリズムなどを採用することもできる。しかし、これらの部品を採用した場合、光モジュールの製造コストが上昇するという問題がある。ビーム整形部としてアパーチャ部材を採用することにより、光モジュールの製造コストを抑制することができる。

上記光モジュールにおいて、上記複数のレーザダイオードはＡＣＣ（ＡｕｔｏＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌ）駆動により制御されてもよい。

レーザダイオードは、たとえばＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）駆動により制御することができる。ＡＰＣ駆動においては、レーザダイオードから出射された光の強度に基づいてレーザダイオードに流れる電流値を制御するため、レーザダイオードに流れる電流とレーザダイオードから出射される光の強度との関係が温度の変化によって変化した場合でも、光の強度をより確実に制御することができる。しかし、ＡＰＣ駆動を実施するためには、レーザダイオードからの光を受光素子により受光し、得られた光の強度をレーザダイオードに流す電流値の制御にフィードバックする必要がある。そのため、受光素子が必要となって、光モジュールの製造コストが上昇するという問題がある。一方、ＡＣＣ駆動においては、所望の光の強度に基づいてレーザダイオードを流れる電流値が決定され、所望の光の強度が変化しない限り、電流値が一定となるように制御される。そのため、レーザダイオードからの光を受光する受光素子を省略することができ、光モジュールの製造コストを低減することができる。しかし、温度の変化によってレーザダイオードに流れる電流とレーザダイオードから出射される光の強度との関係が変化すると、光の強度を適切に制御することが難しくなるという欠点を有する。この欠点は、本開示の光モジュールにおいては、ベース部材に含まれる電子温度調整モジュールによりレーザダイオードの温度調整を行うことにより補うことができる。

また、レーザダイオードからの光の一部を受光素子へと入射させる必要が無いため、光のロスを低減することができる。そのため、たとえばビーム整形部としてアパーチャ部材を採用した場合でも、光モジュールから出力する光の強度を十分に確保することが容易となる。このように、ＡＣＣ制御が採用されることにより、本開示の光モジュールの製造コストを低減するとともに、光のロスを低減することができる。

上記光モジュールにおいて、上記複数のレーザダイオードは、赤色の光を出射するレーザダイオード、緑色の光を出射するレーザダイオードおよび青色の光を出射するレーザダイオードを含んでいてもよい。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。

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示にかかる光モジュールの実施の形態を、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番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
まず、図１〜図６を参照して実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図２は、図１とは異なる視点から見た光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図３は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する斜視図である。図４は、図２のキャップ４０を取り外した状態に対応する斜視図である。図５は、キャップ４０を断面にて、他の部品を平面視にて示したＸ−Ｙ平面における概略図である。図６は、キャップ４０を断面にて、他の部品を平面視にて示したＸ−Ｚ平面における概略図である。

図１〜図４を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を取り囲み、光形成部２０を封止する保護部材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。つまり、光形成部２０は、保護部材２によりハーメチックシールされている。基部１０は、平板状の形状を有する。光形成部２０は、基部１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。キャップ４０は、光形成部２０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。基部１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出するように、複数のリードピン５１が基部１０に設置されている。基部１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たと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、窓４２が形成されている。窓４２には、たとえば平行平板状のガラス部材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。

図３〜図６を参照して、光形成部２０は、ベース部材４と、レーザダイオード８１，８２，８３と、フィルタ９７，９８，９９と、ビーム整形部としてのアパーチャ部材５５と、ＭＥＭＳ１２０とを含む。

ベース部材４は、電子温度調整モジュール３０と、ベース板６０と、ＭＥＭＳベース６５とを含む。電子温度調整モジュール３０は、平板状の形状を有する吸熱板３１および放熱板３２と、電極（図示しない）を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。放熱板３２が基部１０の一方の主面１０Ａに接触するように、電子温度調整モジュール３０は基部１０の一方の主面１０Ａに配置される。

吸熱板３１に接触するように、吸熱板３１上にベース板６０と、ＭＥＭＳベース６５とが配置される。ベース板６０は、板状の形状を有する。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状（正方形形状）を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０の一方の主面６０Ａは、レンズ搭載領域６１と、チップ搭載領域６２と、フィルタ搭載領域６３とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の辺を含む領域に、当該一の辺に沿って形成されている。レンズ搭載領域６１は、チップ搭載領域６２に隣接し、かつチップ搭載領域６２に沿って配置されている。フィルタ搭載領域６３は、一方の主面６０Ａの上記一の辺と向かい合う他の辺を含む領域に、当該他の辺に沿って配置されている。チップ搭載領域６２、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３は、互いに平行である。

レンズ搭載領域６１におけるベース板６０の厚みと、フィルタ搭載領域６３におけるベース板６０の厚みとは、等しい。レンズ搭載領域６１とフィルタ搭載領域６３とは同一平面に含まれる。チップ搭載領域６２におけるベース板６０の厚みは、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３に比べて大きい。その結果、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３に比べて、チップ搭載領域６２の高さ（レンズ搭載領域６１を基準とした高さ、すなわちレンズ搭載領域６１に垂直な方向における高さ）が高くなっている。

チップ搭載領域６２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、一方の主面６０Ａの上記一の辺に沿って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上に、第１レーザダイオードとしての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上に、第２レーザダイオードとしての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上に、第３レーザダイオードとしての青色レーザダイオード８３が配置されている。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の光軸の高さ（一方の主面６０Ａのレンズ搭載領域６１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、第２サブマウント７２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。

レンズ搭載領域６１上には、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型された構造を有する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ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の光軸に一致する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ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から出射される光のスポットサイズを変換する（ある投影面におけるビーム形状を所望の形状に整形する）。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、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から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、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から出射される光がコリメート光に変換される。

フィルタ搭載領域６３上には、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９が配置される。赤色レーザダイオード８１と第１レンズ９１とを結ぶ直線上に、第１フィルタ９７が配置される。緑色レーザダイオード８２と第２レンズ９２とを結ぶ直線上に、第２フィルタ９８が配置される。青色レーザダイオード８３と第３レンズ９３とを結ぶ直線上に、第３フィルタ９９が配置される。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、たとえば誘電体多層膜フィルタである。

より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第３フィルタ９９は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９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から出射された光を合波する。

アパーチャ部材５５は、吸熱板３１上に配置される。アパーチャ部材５５は、第３フィルタ９９から見て第２フィルタ９８とは反対側に配置される。アパーチャ部材５５は、平板状の形状を有する。アパーチャ部材５５は、アパーチャ部材５５を厚み方向に貫通する貫通孔５５Ａを有する。本実施の形態において、貫通孔５５Ａの延在方向に垂直な断面における形状は円形である。貫通孔５５Ａが、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９において合波された光の光路に対応する領域に位置するように、アパーチャ部材５５は配置される。貫通孔５５Ａは、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９において合波された光の光路に沿って延在する。レーザダイオード８１，８２，８３から出射された光の、光の進行方向に垂直な断面における形状は楕円形である。光の進行方向に垂直な断面において、フィルタ９７，９８，９９にて合波された光の長径よりも貫通孔５５Ａの直径が小さく、かつ貫通孔５５Ａの中心軸と合波された光の光軸が一致するように、アパーチャ部材５５は配置される。その結果、フィルタ９７，９８，９９にて合波された光の進行方向に垂直な断面における形状は、アパーチャ部材５５の貫通孔５５Ａの内径より小さな形状に整形される。

ＭＥＭＳベース６５は、三角柱（直三角柱）形状を有する。三角柱の一の側面において吸熱板３１に接触するように、ＭＥＭＳベース６５は吸熱板３１上に配置される。ＭＥＭＳベース６５の他の側面上に、走査ミラー１２１を含むＭＥＭＳ１２０が配置される。ＭＥＭＳベース６５およびＭＥＭＳ１２０は、アパーチャ部材５５から見て第３フィルタ９９とは反対側に配置される。本実施の形態において、走査ミラー１２１は円盤状の形状を有する。走査ミラー１２１が、アパーチャ部材５５において整形された光の光路に対応する領域に位置するように、ＭＥＭＳ１２０は配置される。走査ミラー１２１は、所望の方向および角度で揺動させることができる。その結果、走査ミラー１２１を含むＭＥＭＳ１２０により、アパーチャ部材５５において整形された光を走査することができる。

図５を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａおよび第１フィルタ９７は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第２フィルタ９８は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第３フィルタ９９は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。

赤色レーザダイオード８１の出射方向、緑色レーザダイオード８２の出射方向および青色レーザダイオード８３の出射方向は、互いに平行である。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９の主面は、それぞれ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の出射方向（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。

基部１０とベース板６０およびＭＥＭＳベース６５との間には、電子温度調整モジュール３０が配置されている。吸熱板３１がベース板６０およびＭＥＭＳベース６５に接触して配置される。放熱板３２は、基部１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子温度調整モジュール３０は、電子冷却モジュールであるペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。本実施の形態では、電子温度調整モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触するベース板６０およびＭＥＭＳベース６５の熱が基部１０へと移動し、ベース板６０およびＭＥＭＳベース６５が冷却される。その結果、レーザダイオード８１，８２，８３およびＭＥＭＳ１２０の温度が適切な温度範囲に調整される。これにより、たとえば自動車に搭載される場合など、温度が高くなる環境下においても光モジュール１を使用することが可能となる。また、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の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。さらに、ＭＥＭＳ１２０を適切な温度に調整することにより、温度変化に対する動作の安定性を向上させることができる。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図５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は、光路Ｌ_１に沿って進行する。この赤色の光は、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。

第１フィルタ９７は赤色の光を反射するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第３フィルタ９９に入射する。第３フィルタ９９は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、走査ミラー１２１に到達する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_２に沿って進行する。この緑色の光は、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。

第２フィルタ９８は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第３フィルタ９９に入射する。第３フィルタ９９は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した緑色の光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、走査ミラー１２１に到達する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_３に沿って進行する。この青色の光は、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_３に沿って進行し、第３フィルタ９９に入射する。

第３フィルタ９９は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した青色の光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、走査ミラー１２１に到達する。

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）が光路Ｌ_４に沿って走査ミラー１２１へと到達する。そして、図６を参照して、走査ミラー１２１が駆動されることにより合波光が走査され、光路Ｌ_１０に沿って窓４２を通ってキャップ４０の外部へと出射する合波光により文字、図形などが描画される。

上述のように、光モジュール１は、基部１０と、基部１０に対して溶接されたキャップ４０と、を含み、光形成部２０を封止する保護部材２を備えている。つまり、光形成部２０は、保護部材２によりハーメチックシールされている。これにより、光形成部２０に含まれるレーザダイオード８１，８２，８３、ＭＥＭＳ１２０などが外部環境から有効に保護され、高い信頼性が確保されている。ＭＥＭＳ１２０は、電子温度調整モジュール３０を含むベース部材４上に配置されている。そのため、電子温度調整モジュール３０によりＭＥＭＳ１２０の温度を適切に調整することが可能となり、温度変化に対する動作の安定性が向上する。以上のように、光モジュール１は、信頼性および温度変化に対する動作の安定性に優れた光モジュールとなっている。ハーメチックシールの気密性はＨｅ（ヘリウム）リークレートで１×１０^−１０（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）以下であることが好ましく、さらに１×１０^−１３（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）以下であることが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ１２０、レーザダイオード８１，８２，８３等への結露を抑制することが容易となる。また、熱伝導率の小さい電子温度調整モジュール３０上にＭＥＭＳ１２０、レーザダイオード８１，８２，８３等が配置されることにより、外気温が低下し、保護部材２の温度が露点以下となった場合でも、保護部材２に結露が発生し、ＭＥＭＳ１２０、レーザダイオード８１，８２，８３等に結露が発生することが抑制される。

ＭＥＭＳ１２０は、圧電ＭＥＭＳであることが好ましい。このようにすることにより、ＭＥＭＳ１２０のサイズを小さくするとともに、走査ミラー１２１の触れ角を大きくすることができる。

光モジュール１のレーザダイオード８１，８２，８３はＡＣＣ駆動により制御される。これにより、レーザダイオード８１，８２，８３からの光を受光する受光素子を省略することができるため、光モジュールの製造コストを低減することができる。

また、光モジュール１においては、ビーム整形部としてアパーチャ部材５５が採用されている。ビーム整形部としては、レンズ、プリズムなどを採用することもできるが、ビーム整形部としてアパーチャ部材５５を採用することにより、光モジュールの製造コストを抑制することができる。さらに、レーザダイオード８１，８２，８３はＡＣＣ駆動により制御されるため、光の強度を検知する目的でレーザダイオード８１，８２，８３からの光の一部を受光素子へと入射させる必要が無い。そのため、ビーム整形部としてのアパーチャ部材５５へと到達する光の強度が高くなるため、アパーチャ部材５５において光の強度が低下した場合でも、十分な強度の光を光モジュール１の外部へと出射させることができる。

また、光モジュール１において、走査ミラー１２１の外径は、アパーチャ部材５５により整形された光のビーム径（光の進行方向に垂直な断面における光の直径）以上である。これにより、ＭＥＭＳ１２０に到達したにもかかわらず走査ミラー１２１において走査されない光が、走査ミラー１２１以外の場所で反射し、迷光の原因となることを抑制することができる。

次に、光モジュール１の基板への配置状態の一例について図７および図８を参照して説明する。図７は、光モジュールを基板上に配置した状態を示す概略平面図である。図８は、光モジュールを基板上に配置した状態を示す概略断面図であって、図７の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図に対応する。図７および図８を参照して、光モジュール１は、たとえば所望の回路が形成されたプリント基板１０１に設置して動作させることができる。プリント基板１０１は、ヒートシンク１０７上に配置することができる。ヒートシンク１０７は、突出部１０７Ａを有する。プリント基板１０１には、突出部１０７Ａに対応する形状の切欠き部１０１Ａが形成されている。そして、突出部１０７Ａが切欠き部１０１Ａにおいてプリント基板１０１を厚み方向に貫通するように、プリント基板１０１はヒートシンク１０７上に配置される。

プリント基板１０１上には、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）を駆動するためのドライバＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）であるＬＤドライバＩＣ１０２と、ＭＥＭＳを駆動するためのドライバＩＣであるＭＥＭＳドライバＩＣ１０４と、メインＩＣ１０３とが配置される。メインＩＣ１０３は、たとえばＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）などである。切欠き部１０１Ａを取り囲むプリント基板１０１の外縁に沿って、ＬＤドライバＩＣ１０２、メインＩＣ１０３およびＭＥＭＳドライバＩＣ１０４が配置される。ＬＤドライバＩＣ１０２とＭＥＭＳドライバＩＣ１０４とは、切欠き部１０１Ａを挟むように配置される。

プリント基板１０１のＬＤドライバＩＣ１０２が配置される領域と切欠き部１０１Ａとの間には、光モジュール１のレーザダイオード８１，８２，８３の駆動に関係するリードピン５１を受け入れ可能な第１モジュールインターフェイス１０６Ａが配置されている。プリント基板１０１のＭＥＭＳドライバＩＣ１０４が配置される領域と切欠き部１０１Ａとの間には、光モジュール１のＭＥＭＳ１２０の駆動に関係するリードピン５１を受け入れ可能な第２モジュールインターフェイス１０６Ｃが配置されている。プリント基板１０１のメインＩＣ１０３が配置される領域と切欠き部１０１Ａとの間には、上記以外のリードピン５１を受け入れ可能な第３モジュールインターフェイス１０６Ｂが配置されている。そして、モジュールインターフェイス１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃに光モジュール１のリードピン５１が受け入れられるように、光モジュール１がプリント基板１０１上に設置される。リードピン５１とモジュールインターフェイス１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃとは、たとえば半田により接合される。

次に、プリント基板１０１上に配置された光モジュール１の制御方法の一例について、図７〜図９を参照して説明する。図９は、光モジュール１の動作時における信号の流れを示すブロック図である。図９を参照して、映像信号Ｓ_１がメインＩＣ１０３に入力されると、メインＩＣ１０３は、ＬＤドライバＩＣ１０２に対してビデオ信号やＡＣＣ信号などのＬＤ制御信号Ｓ_２を出力するとともに、ＭＥＭＳドライバＩＣ１０４に対してＭＥＭＳ制御信号Ｓ_４を出力する。ＬＤドライバＩＣ１０２は、ＬＤ制御信号Ｓ_２に基づいてＬＤ駆動信号Ｓ_６を出力して光モジュール１のレーザダイオード８１，８２，８３を駆動する。一方、ＭＥＭＳドライバＩＣ１０４は、ＭＥＭＳ制御信号Ｓ_４に基づいてＭＥＭＳ駆動信号Ｓ_８を出力して光モジュール１のＭＥＭＳ１２０を駆動する。このとき、ＭＥＭＳ１２０の走査ミラー１２１の光学的振れ角がモニタ素子（図示しない）により確認され、フィードバック信号Ｓ_９がＭＥＭＳドライバＩＣ１０４へと出力される。ＭＥＭＳドライバＩＣ１０４は、フィードバック信号Ｓ_９に基づいてＰＬＬ（ＰｈａｓｅｌｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）信号Ｓ_５をメインＩＣ１０３へと出力する。そして、ＰＬＬ信号Ｓ_５に含まれる情報に基づいて補正されたＭＥＭＳ制御信号Ｓ_４がメインＩＣ１０３からＭＥＭＳドライバＩＣ１０４へと出力される。破線１１０に囲まれる領域内の信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_４およびＳ_５は、デジタル信号である。破線１１５に囲まれる領域内の信号Ｓ_６、Ｓ_８およびＳ_９は、アナログ信号である。

ここで、本実施の形態における光モジュール１では、レーザダイオード８１，８２，８３およびＭＥＭＳ１２０を含む光形成部２０が保護部材２内に配置されている。そのため、上述のようにプリント基板１０１上に直接実装することが容易となり、プリント基板の削減によるコスト低減に寄与することができる。また、上述のように、レーザダイオード８１，８２，８３の駆動に関係するリードピン５１を受け入れる第１モジュールインターフェイス１０６ＡとＬＤドライバＩＣ１０２とを近接して配置することが容易となり、ＬＤドライバＩＣ１０２とレーザダイオード８１，８２，８３の駆動に関係するリードピン５１との間の線路長を短くすることができる。ＬＤドライバＩＣ１０２から光モジュール１へと出力されるＬＤ駆動信号Ｓ_６はアナログ信号であるため、ＬＤドライバＩＣ１０２と光モジュール１との間のインピーダンスが応答性に与える影響が特に大きい。本実施の形態のようにＬＤドライバＩＣ１０２とレーザダイオード８１，８２，８３の駆動に関係するリードピン５１との間の線路長を短くすることで、インピーダンスを低減し、光出力の応答性を向上させることができる。その結果、本実施の形態の光モジュール１は、画素数の増加等にも対応が容易な光モジュールとなっている。

（実施の形態２）
次に、図１０〜図１２を参照して、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図１０は、キャップを取り外した状態における実施の形態２の光モジュールの構造を示す概略斜視図であって、実施の形態１の図３に対応する。図１１は、キャップを取り外した状態における実施の形態２の光モジュールの構造を示す概略斜視図であって、実施の形態１の図４に対応する。図１２は、実施の形態２における光モジュールの構造を示す概略図であって、実施の形態１の図５に対応する。

図１０〜図１２および図３〜図５を参照して、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の光モジュール１は、レーザダイオードの制御方式において実施の形態１の場合とは異なっている。

具体的には、実施の形態２の光モジュール１の光形成部２０は、受光素子であるフォトダイオード９４を含んでいる。フォトダイオード９４は、ベース板６０の一方の主面６０Ａ上に配置されている。ベース板６０は、実施の形態１の場合に対して、フォトダイオード９４を保持する領域が追加されている。フォトダイオード９４は、受光部９４Ａを含む。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａ、第３フィルタ９９およびフォトダイオード９４の受光部９４Ａは、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。本実施の形態において、第３フィルタ９９は、赤色および緑色の光の大部分を透過するものの、一部を反射する。第３フィルタ９９は、青色の光の大部分を反射するものの、一部を透過する。

次に、実施の形態２の光モジュール１の動作について、実施の形態１と異なる部分について説明する。第３フィルタ９９に到達した赤色および緑色の光の一部は、第３フィルタ９９において反射され、光路Ｌ_５およびＬ_６に沿って進行してフォトダイオード９４の受光部９４Ａへと入射する。また、第３フィルタ９９に到達した青色の光の一部は、第３フィルタ９９を透過し、光路Ｌ_６に沿って進行してフォトダイオード９４の受光部９４Ａへと入射する。そして、フォトダイオード９４において受光された赤色、緑色および青色の光の強度の情報に基づ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に流れる電流値が調整される。すなわち、実施の形態２においては、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は、ＡＰＣ駆動により制御される。レーザダイオード８１，８２，８３の厳密な制御が必要な場合、このようにＡＣＣ駆動に代えてＡＰＣ駆動を採用してもよい。

（実施の形態３）
次に、図１３〜図１６を参照して、他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図１３は、キャップを取り外した状態における実施の形態３の光モジュールの構造を示す概略斜視図であって、実施の形態１の図３に対応する。図１４は、キャップを取り外した状態における実施の形態３の光モジュールの構造を示す概略斜視図であって、実施の形態１の図４に対応する。図１５は、実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略図であって、実施の形態１の図５に対応する。図１６は、実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略図であって、光モジュール１をＸ軸方向に沿った方向から見た図に対応する。図１６は、キャップ４０を断面にて、他の部品を平面視にて示したＹ−Ｚ平面における概略図である。

図１３〜図１６を参照して、フィルタ搭載領域６３に対応するベース板６０の他方の主面６０Ｂと基部１０の一方の主面１０Ａとは、外部に開放された空隙Ｇを挟んで対向している。空隙Ｇの高さ、すなわち、Ｚ軸方向における主面１０Ａと主面６０Ｂとの間隔は、電子温度調整モジュール３０のＺ軸方向の高さに対応する。チップ搭載領域６２およびレンズ搭載領域６１に対応するベース板６０の領域と、電子温度調整モジュール３０とが接触している。

このような構造を採用することにより、光モジュール１が配置される環境の温度が大きく変化したとしても、チップ搭載領域６２およびレンズ搭載領域６１の反り量に比べて、フィルタ搭載領域６３の反り量を低減することができる。そのため、ベース板６０上に搭載されたフィルタ９７，９８，９９が、ベース板６０の反りによって傾くことを抑制することができる。その結果、フィルタ９７，９８，９９によって合波される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からの光の光軸のずれを抑制することができる。

また、ベース板６０のレンズ搭載領域６１に対応する領域とフィルタ搭載領域６３に対応する領域との間には、一対のベース板切欠き部６９が形成されている。一方のベース板切欠き部６９は、第１レンズ９１と第１フィルタ９７との間の領域に形成されている。他方のベース板切欠き部６９は、第３レンズ９３と第３フィルタ９９との間の領域に形成されている。

このような構造を採用することにより、レンズ搭載領域６１における反りがフィルタ搭載領域６３に影響することを抑制することができる。

さらに、チップ搭載領域６２に対応するベース板６０の領域は、青色レーザダイオード８３が搭載される領域と緑色レーザダイオード８２が搭載される領域との間、および緑色レーザダイオード８２が搭載される領域と赤色レーザダイオード８１が搭載される領域との間に、チップ搭載領域６２の他の領域よりも厚みの小さい薄肉部６８を含む。薄肉部６８は、チップ搭載領域６２のＹ軸方向（レーザダイオード８１，８２，８３の光の出射方向）の全域にわたって形成されている。

このような構造を採用することにより、レンズ搭載領域６１における反り量とチップ搭載領域６２における反り量との差を低減することができる。その結果、レーザダイオード８１，８２，８３とレンズ９１，９２，９３との間の光軸のずれを抑制することができる。

このように、本実施の形態の構造を採用することにより、光モジュール１は外部の温度が大きく変動した場合でも安定して動作することが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、３個のレーザダイオードからの光が合波される場合について説明したが、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。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、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。

１光モジュール、２保護部材、４ベース部材、１０基部、１０Ａ，１０Ｂ主面、２０光形成部、３０電子温度調整モジュール、３１吸熱板、３２放熱板、３３半導体柱、４０キャップ、４２窓、５１リードピン、５５アパーチャ部材、５５Ａ貫通孔、６０ベース板、６０Ａ，６０Ｂ主面、６１レンズ搭載領域、６２チップ搭載領域、６３フィルタ搭載領域、６５ＭＥＭＳベース、６８薄肉部、６９ベース板切欠き部、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、８１赤色レーザダイオード、８２緑色レーザダイオード、８３青色レーザダイオード、９１第１レンズ、９１Ａ，９２Ａ，９３Ａレンズ部、９２第２レンズ、９３第３レンズ、９４フォトダイオード、９４Ａ受光部、９７第１フィルタ、９８第２フィルタ、９９第３フィルタ、１０１プリント基板、１０１Ａ切欠き部、１０２ＬＤドライバＩＣ、１０３メインＩＣ、１０４ＭＥＭＳドライバＩＣ、１０６Ａ第１モジュールインターフェイス、１０６Ｂ第２モジュールインターフェイス、１０６Ｃ第３モジュールインターフェイス、１０７ヒートシンク、１０７Ａ突出部、１２０ＭＥＭＳ、１２１走査ミラー。

Claims

光を形成する光形成部と、
前記光形成部を取り囲み、前記光形成部を封止する保護部材と、を備え、
前記光形成部は、
電子温度調整モジュールを含むベース部材と、
前記ベース部材上に配置される複数のレーザダイオードと、
前記ベース部材上に配置され、前記複数のレーザダイオードからの光を合波するフィルタと、
前記ベース部材上に配置され、前記フィルタにより合波された光のビーム形状を整形するビーム整形部と、
前記ベース部材上に配置され、前記ビーム整形部で整形された光を走査する走査ミラーを含むＭＥＭＳと、を含み、
前記保護部材は、
ベース体と、
前記ベース体に対して溶接された蓋部と、を含む、光モジュール。
前記ＭＥＭＳは圧電ＭＥＭＳである、請求項１に記載の光モジュール。
前記ビーム整形部はアパーチャ部材である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
前記複数のレーザダイオードはＡＣＣ駆動により制御される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
前記複数のレーザダイオードは、赤色の光を出射する前記レーザダイオード、緑色の光を出射する前記レーザダイオードおよび青色の光を出射する前記レーザダイオードを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。