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公開番号2020201453
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201217
出願番号2019110317
出願日20190613
発明の名称光モジュール
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 26/10 20060101AFI20201120BHJP(光学)
要約【課題】外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールは、レーザダイオードから出射される光を走査するミラー駆動機構110と、ミラー駆動機構110を支持する台座65Aと、を備える。ミラー駆動機構110は、貫通孔115C,115Dが形成されているベース部111と、板状であって、貫通孔115C,115D内に配置され、レーザダイオードから出射される光を反射する反射面126Aおよび反射面126Aと板厚方向の反対側に位置する裏面126Bを含むミラー126と、貫通孔115C,115Dを取り囲むベース部111の内壁面129A,129Bとミラー126の外縁130とを接続する接続部118A,118Bと、を含む。台座65Aは、ベース部111が取り付けられる第1面141Aを含む。第1面141Aの、裏面126Bに対向する領域には、穴151Aが形成されている。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項1】
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードから出射される光を走査するミラー駆動機構と、
前記ミラー駆動機構を支持する台座と、を備え、
前記ミラー駆動機構は、
貫通孔が形成されているベース部と、
板状であって、前記貫通孔内に配置され、前記レーザダイオードから出射される光を反射する反射面および前記反射面と板厚方向の反対側に位置する裏面を含むミラーと、
前記貫通孔を取り囲む前記ベース部の内壁面と前記ミラーの外縁とを接続する接続部と、を含み、
前記台座は、前記ベース部が取り付けられる第1面を含み、
前記第1面の、前記裏面に対向する領域には、穴が形成されている、光モジュール。
続きを表示(約 430 文字)【請求項2】
前記第1面は、
前記穴を規定する平面状の底壁面と、
前記穴を規定し、前記底壁面の外縁から立ち上がる側壁面と、を含み、
前記ミラーの反射面の外縁を含む仮想平面である第1仮想平面と前記底壁面を含む第2仮想平面とのなす角度は、5度以上である、請求項1に記載の光モジュール。
【請求項3】
前記穴を規定する壁面は、曲面を含む、請求項1に記載の光モジュール。
【請求項4】
前記穴を規定する壁面の少なくとも一部には、凹凸が形成されている、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。
【請求項5】
前記台座は、前記穴を規定する壁面を覆い、前記レーザダイオードから出射される光の反射を防止する反射防止膜をさらに含む、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。
【請求項6】
前記穴は、前記台座を貫通している、請求項1に記載の光モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、光モジュールに関するものである。
続きを表示(約 8,900 文字)【背景技術】
【0002】
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(例えば、特許文献1〜3参照)。このような光モジュールは、発光部からの光を所望の経路に沿って走査することにより、文字や図形などを描画することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−186068号公報
特開2014−56199号公報
国際公開第2007/120831号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
光モジュール内で発生した迷光が光モジュールの外部へ出射されると、描画に影響を与えるおそれがある。
【0005】
そこで、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる光モジュールを提供することを目的の1つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従った光モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射される光を走査するミラー駆動機構と、ミラー駆動機構を支持する台座と、を備える。ミラー駆動機構は、貫通孔が形成されているベース部と、板状であって、貫通孔内に配置され、レーザダイオードから出射される光を反射する反射面および反射面と板厚方向の反対側に位置する裏面を含むミラーと、貫通孔を取り囲むベース部の内壁面とミラーの外縁とを接続する接続部と、を含む。台座は、ベース部が取り付けられる第1面を含む。第1面の、裏面に対向する領域には、穴が形成されている。
【発明の効果】
【0007】
上記光モジュールによれば、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
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7は、ミラー駆動機構を示す概略平面図である。
図8は、ミラー駆動機構を図7に示す線分VIII−VIIIで切断した場合の概略断面図である。
図9は、ミラー駆動機構を台座に取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
図10は、実施の形態2における光モジュールに含まれる台座にミラー駆動機構を取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
図11は、実施の形態3における光モジュールに含まれる台座にミラー駆動機構を取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
図12は、実施の形態4における光モジュールに含まれる台座にミラー駆動機構を取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
図13は、実施の形態5における光モジュールに含まれる台座にミラー駆動機構を取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
図14は、実施の形態6における光モジュールに含まれる台座にミラー駆動機構を取り付けた状態のミラー駆動機構および台座の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[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。本開示に係る光モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射される光を走査するミラー駆動機構と、ミラー駆動機構を支持する台座と、を備える。ミラー駆動機構は、貫通孔が形成されているベース部と、板状であって、貫通孔内に配置され、レーザダイオードから出射される光を反射する反射面および反射面と板厚方向の反対側に位置する裏面を含むミラーと、貫通孔を取り囲むベース部の内壁面とミラーの外縁とを接続する接続部と、を含む。台座は、ベース部が取り付けられる第1面を含む。第1面の、裏面に対向する領域には、穴が形成されている。
【0010】
本開示の光モジュールにおいては、第1面の、裏面に対向する領域には、穴が形成されている。そのため、光モジュール内において発生した迷光が、ベース部の内壁面とミラーの外縁との隙間を通過しても、ミラーにおいて反射された光の光路と近い光路に沿って迷光が進行することを抑制することができる。その結果、迷光が光モジュールの外部へ出射するおそれを低減することができる。したがって、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる。
【0011】
上記光モジュールにおいて、第1面は、穴を規定する平面状の底壁面と、穴を規定し、底壁面の外縁から立ち上がる側壁面と、を含んでもよい。ミラーの反射面の外縁を含む仮想平面である第1仮想平面と底壁面を含む第2仮想平面とのなす角度は、5度以上であってもよい。このようにすることにより、ミラーの反射面と穴を規定する底壁面とのなす角度を大きく異ならせて、ミラーにおいて反射された光の光路と近い光路に沿って迷光が進行することをより抑制することができる。したがって、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる。
【0012】
上記光モジュールにおいて、穴を規定する壁面は、曲面を含んでもよい。曲面によって反射される迷光の反射光は、拡散光となりやすい。よって、ミラーの反射光により描画された画像の中に迷光が入り込んだとしても、狭い領域に迷光が集中しないので、迷光として認識しにくくすることができる。したがって、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる。
【0013】
上記光モジュールにおいて、穴を規定する壁面には、凹凸が形成されていてもよい。このようにすることにより、迷光が穴を規定する壁面によって乱反射することになる。よって、ミラーの反射光により描画された画像の中に迷光が入り込んだとしても、狭い領域に迷光が集中しないので、迷光として認識しにくくすることができる。したがって、外部に出射される光に対する迷光の影響を低減することができる。
【0014】
上記光モジュールにおいて、台座は、穴を規定する壁面を覆い、レーザダイオードから出射される光の反射を防止する反射防止膜をさらに含んでもよい。このようにすることにより、穴を規定する壁面によって迷光が反射することを抑制することができる。したがって、外部に出射される光への迷光の影響を低減することができる。
【0015】
上記光モジュールにおいて、穴は、台座を貫通していてもよい。このようにすることにより、迷光を台座によって反射しにくくすることができる。したがって、外部に出射される光への迷光の影響を低減することができる。
【0016】
[本開示の実施形態の詳細]
次に、本開示の光モジュールの一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
【0017】
(実施の形態1)
まず、実施の形態1における光モジュールの構成について説明する。図1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の後述するキャップ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。なお、図3〜図6において、後述するミラー駆動機構の図示を簡略化している。
【0018】
図1〜図6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、例えば乾燥空気などの水分が低減(除去)された気体が封入されている。キャップ40には、窓42が形成されている。窓42には、例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。これにより、光形成部20に含まれる各部材が外部環境から有効に保護され、高い信頼性を確保することができる。
【0019】
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、レンズ91,92,93と、受光素子としてのフォトダイオード94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、レーザダイオード81,82,83から出射される光を走査するミラー駆動機構110とを含む。アパーチャ部材55は、レーザダイオード81,82,83から出射される光の進行方向に垂直な断面におけるレーザダイオード81,82,83から出射される光の形状を整形する。レーザダイオード81,82,83から出射される光は合波されて、窓42から光モジュール1の外部へ出射される。光形成部20に含まれるミラー駆動機構110は、保護部材2により、レーザダイオード81等と共にハーメチックシールされている。
【0020】
ベース部材4は、第1の電子温度調整モジュール30と、第2の電子温度調整モジュール34と、レーザダイオードベース60と、台座65Aとを含む。第1の電子温度調整モジュール30は、吸熱板31、放熱板32および半導体柱33を含む。吸熱板31および放熱板32は、例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、第1の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。台座65Aは、直三角柱の形状を有する。台座65Aは、ミラー駆動機構110を支持する。台座65Aは、ミラー駆動機構110において発生した熱を逃がすヒートシンクとしての機能を有する。台座65Aおよびミラー駆動機構110は、アパーチャ部材55から見て後述する第3フィルタ99とは反対側に配置される。
【0021】
基部10と台座65Aとの間には、第1の電子温度調整モジュール30が配置されている。吸熱板31が台座65A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。第1の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、第1の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に接触する台座65Aの熱が基部10へと移動し、台座65Aが冷却される。
【0022】
第2の電子温度調整モジュール34も第1の電子温度調整モジュール30と同様に、平板状の形状を有する吸熱板35および放熱板36と、電極(図示しない)を挟んで吸熱板35と放熱板36との間に並べて配置される半導体柱37とを含む。第2の電子温度調整モジュール34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。吸熱板35および放熱板36は、例えばアルミナからなっている。放熱板36が基部10の一方の主面10Aに接触するように、第2の電子温度調整モジュール34は基部10の一方の主面10Aに配置される。第2の電子温度調整モジュール34は、第1の電子温度調整モジュール30とX方向に間隔をあけて配置される。すなわち、第1の電子温度調整モジュール30と第2の電子温度調整モジュール34とは、それぞれ別個に温度調整が可能である。なお、第1の電子温度調整モジュール30と第2の電子温度調整モジュール34とを一体化してもよい。この場合、温度調整に関わる制御機構が簡易になる。
【0023】
基部10とレーザダイオードベース60との間には、第2の電子温度調整モジュール34が配置されている。吸熱板35がレーザダイオードベース60に接触して配置される。放熱板36は、基部10の一方の主面10Aに接触して配置される。本実施の形態では、第2の電子温度調整モジュール34に電流を流すことにより、吸熱板35に接触するレーザダイオードベース60の熱が基部10へと移動し、レーザダイオードベース60が冷却される。
【0024】
吸熱板35に接触するように、吸熱板35上にレーザダイオードベース60が配置される。レーザダイオードベース60は、板状の形状を有する。レーザダイオードベース60は、板厚方向に見て長方形形状(正方形形状)を有する一方の主面60Aを有している。レーザダイオードベース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。
【0025】
レンズ搭載領域61におけるレーザダイオードベース60の厚みと、フィルタ搭載領域63におけるレーザダイオードベース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におけるレーザダイオードベース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。
【0026】
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。なお、チップ搭載領域62上において、第1サブマウント71からX方向に間隔をあけて、レーザダイオードベース60の温度を検出するサーミスタ100が配置されている。上記した第2の電子温度調整モジュール34は、レーザダイオードベース60上に配置されたサーミスタ100により検出された温度情報に基づいて温度制御を行う。その結果、レーザダイオード81,82,83の温度が適切な温度範囲に調整される。
【0027】
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、それぞれ表面にレンズ面を有している。第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93の中心軸、すなわち第1レンズ91、第2レンズ92および第3レンズ93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。ここで、光のスポットサイズが一致するとは、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から出射される光のスポットサイズが完全に一致することのみならず、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ほぼ一致することを含む。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。
【0028】
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、例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、例えば誘電体多層膜フィルタである。
【0029】
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。
【0030】
アパーチャ部材55は、吸熱板35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の延びる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を構成する壁面は、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びている。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の内径に一致した形状に整形される。ここで、アパーチャ部材55の貫通孔55Aの内径に一致した形状については、アパーチャ部材55の貫通孔55Aの内径に完全に一致した形状のみならず、アパーチャ部材55の貫通孔55Aの内径にほぼ一致した形状を含む。
(【0031】以降は省略されています)

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