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公開番号2021015874
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210212
出願番号2019129242
出願日20190711
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H01S 5/022 20210101AFI20210115BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】投影される画像の台形歪みを十分に補正可能な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール1は、レーザダイオード81,82,83と、ミラー121を含むMEMS120と、保護部材2と、を備える。保護部材2は、窓部40Aを有する第1部材と、光モジュール1によって投影される画像の台形歪みを補正するレンズ42と、を含む。レンズ42は、光が入射する表面の領域である第1の領域431と、光が出射する表面の領域である第2の領域432と、第1の領域431および第2の領域432を繋ぐ表面の領域である第3の領域433と、を有する。第3の領域433は、窓部40Aの外縁を取り囲む領域に接合される環状の接合部を含む。第3の領域433には、保護部材2およびレンズ42により取り囲まれる内部空間Rの外部に位置する凹部である第1凹部434,435が形成されている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
光モジュールであって、
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードからの光を走査するミラーを含むMEMSと、
前記レーザダイオードおよび前記MEMSを取り囲み、前記レーザダイオードおよび前記MEMSを封止する保護部材と、を備え、
前記保護部材は、
前記レーザダイオードから出射される光の外部への出射口である窓部を有する第1部材と、
前記窓部を閉塞するように配置され、前記レーザダイオードから出射されて前記ミラーに入射する光の光軸と、前記ミラーにおいて前記レーザダイオードからの光を反射する反射面とのなす角に基づいて決定される形状を有し、前記光モジュールによって投影される画像の台形歪みを補正するレンズと、を含み、
前記レンズは、前記反射面において反射された光が入射する表面の領域である第1の領域と、前記第1の領域に入射した光が出射する表面の領域である第2の領域と、前記第1の領域および前記第2の領域を繋ぐ表面の領域である第3の領域と、を有し、
前記第3の領域は、前記窓部の外縁を取り囲む領域に接合される環状の接合部を含み、
前記第3の領域には、前記保護部材および前記レンズにより取り囲まれる内部空間の外部に位置する凹部である第1凹部が形成されている、光モジュール。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記レンズの中心軸に沿う方向に平面的に見て、一対の前記第1凹部が前記中心軸を挟むように形成されている、請求項1に記載の光モジュール。
【請求項3】
前記第1凹部は、前記レンズの中心軸に垂直な平面に沿って延びる溝状の形状を有する、請求項1または請求項2に記載の光モジュール。
【請求項4】
前記第1部材は、前記窓部を取り囲み、前記レンズの中心軸に沿う方向に凹んだ表面の部分である段差部を含み、
前記段差部は、
前記段差部の一部の部分であり、環状の第1の面と、
前記第1の面の外周から前記第1の面に交差する方向に延びる第2の面と、を含み、
前記接合部は、前記第1の面に接合される、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。
【請求項5】
前記レンズの中心軸に沿う方向に平面的に見て、前記レンズの外形形状は、互いに平行な一対の第1の辺と、前記第1の辺に垂直な一対の第2の辺と、を有する長方形状を有し、
一方の前記第2の辺と、前記一方の第2の辺と対向する前記第2の面の領域との前記第1の辺に沿った方向である第1方向における最短距離と、他方の前記第2の辺と、前記他方の第2の辺と対向する前記第2の面の領域との前記第1方向における最短距離との合計が200μm以上であり、
一方の前記第1の辺と、前記一方の第1の辺と対向する前記第2の面の領域との前記第1方向に直交する第2方向における最短距離と、他方の前記第1の辺と、前記他方の第1の辺と対向する前記第2の面の領域との前記第2方向における最短距離との合計が200μm以上である、請求項4に記載の光モジュール。
【請求項6】
前記第2の領域には、前記レンズの中心軸を示す目印が形成されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光モジュール。
【請求項7】
前記接合部は、前記窓部の外縁の周方向において材料の異なる複数の接着剤により前記窓部の前記外縁を取り囲む領域に接合される、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光モジュール。
【請求項8】
複数の前記レーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタと、をさらに備える、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の光モジュール。
【請求項9】
前記複数のレーザダイオードは、
赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、
緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、
青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含む、請求項8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 8,700 文字)【背景技術】
【0002】
半導体発光素子からの光を出射する発光部と、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】
上記光モジュールによって投影される画像において、台形歪みが生ずる場合がある。そこで、台形歪みを十分に補正することが可能な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】
【0005】
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の光を走査するミラーを含むMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)と、レーザダイオードおよびMEMSを取り囲み、レーザダイオードおよびMEMSを封止する保護部材と、を備える。保護部材は、レーザダイオードから出射される光の外部への出射口である窓部を有する第1部材と、窓部を閉塞するように配置され、レーザダイオードから出射されてミラーに入射する光の光軸と、ミラーにおいてレーザダイオードからの光を反射する反射面とのなす角に基づいて決定される形状を有し、光モジュールによって投影される画像の台形歪みを補正するレンズと、を含む。レンズは、反射面において反射された光が入射する表面の領域である第1の領域と、第1の領域に入射した光が出射する表面の領域である第2の領域と、第1の領域および第2の領域を繋ぐ表面の領域である第3の領域と、を有する。第3の領域は、窓部の外縁を取り囲む領域に接合される環状の接合部を含む。第3の領域には、保護部材およびレンズにより取り囲まれる内部空間の外部に位置する凹部である第1凹部が形成されている。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、投影される画像の台形歪みを十分に補正可能な光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
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、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3は、レンズの構造を示す概略斜視図である。
図4は、レンズの構造を示す概略斜視図である。
図5は、レンズの構造を示す概略斜視図である。
図6は、キャップおよびレンズの構造を示す概略断面図である。
図7は、キャップおよびレンズの構造を示す概略断面図である。
図8は、レンズの配置状態を示す概略図である。
図9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10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11は、投影される画像の台形歪みを示す図である。
図12は、角度θ

と台形歪み量Wとの関係を示す図である。
図13は、実施の形態1における光モジュールの製造方法の概略を示すフローチャートである。
図14は、キャップにレンズを設置した状態を示す概略図である。
図15は、実施の形態2の光モジュールにおけるレンズの構造を示す概略断面図である。
図16は、実施の形態2の光モジュールにおけるレンズの構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
[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、レーザダイオードと、レーザダイオードからの光を走査するミラーを含むMEMSと、レーザダイオードおよびMEMSを取り囲み、レーザダイオードおよびMEMSを封止する保護部材と、を備える。保護部材は、レーザダイオードから出射される光の外部への出射口である窓部を有する第1部材と、窓部を閉塞するように配置され、レーザダイオードから出射されてミラーに入射する光の光軸と、ミラーにおいてレーザダイオードからの光を反射する反射面とのなす角に基づいて決定される形状を有し、光モジュールによって投影される画像の台形歪みを補正するレンズと、を含む。レンズは、反射面において反射された光が入射する表面の領域である第1の領域と、第1の領域に入射した光が出射する表面の領域である第2の領域と、第1の領域および第2の領域を繋ぐ表面の領域である第3の領域と、を有する。第3の領域は、窓部の外縁を取り囲む領域に接合される環状の接合部を含む。第3の領域には、保護部材およびレンズにより取り囲まれる内部空間の外部に位置する凹部である第1凹部が形成されている。
【0009】
本開示の光モジュールは、投影される画像の台形歪みを補正するレンズを含む。台形歪みを有効に補正するためには、光モジュールの組立てにおいて、レンズを第1部材に対して適切に設置する必要がある。しかし、レンズを設置する際に、レンズの中心軸と、第2の領域から出射される光の光軸とがずれてしまう場合がある。なお、上記の第2の領域から出射される光の光軸とは、MEMSを駆動させない状態における、第2の領域から出射される光の光軸である。このような場合、投影される画像の台形歪みの補正が不十分となる。これに対して、本開示の光モジュールのレンズの第3の領域には、内部空間の外部に位置するように第1凹部が形成されている。そのため、本開示の光モジュールにおいては、たとえば以下のようにレンズを第1部材に設置することができる。まず、レンズを第1部材に対して、ある程度設置状態を調整可能な状態で、仮に設置する。その後、保護部材によってレーザダイオードおよびMEMSを取り囲み、レーザダイオードおよびMEMSに対する第1部材の相対的な位置を確定させた後に、第1凹部を保持してレンズの第1部材に対する設置状態を調整する。レンズの中心軸と、第2の領域から出射される光の光軸とが十分な精度で一致するように調整した後、レンズを第1部材に対して完全に固定する。このようにすることで、レーザダイオードおよびMEMSに対する第1部材の設置状態の誤差を、レンズの設置状態の調整により相殺することができる。したがって、本開示の光モジュールによれば、レンズの中心軸と第2の領域から出射される光の光軸とを精度良く一致させて、投影される画像の台形歪みを十分に補正することができる。
【0010】
上記光モジュールにおいては、レンズの中心軸に沿う方向に平面的に見て、一対の第1凹部が中心軸を挟むように形成されてもよい。このようにすることで、レンズの中心軸の両側において、レンズを保持することができる。したがって、窓部に対するレンズの相対的な位置を調整することが容易となる。
【0011】
上記光モジュールにおいて、第1凹部は、レンズの中心軸に垂直な平面に沿って延びる溝状の形状を有してもよい。このようにすることにより、線状の領域においてレンズを保持して、レンズの位置を調整することができる。したがって、窓部に対するレンズの相対的な位置を調整することが容易となる。
【0012】
上記光モジュールにおいて、第1部材は、窓部を取り囲み、レンズの中心軸に沿う方向に凹んだ表面の部分である段差部を含んでもよい。段差部は、段差部の一部の部分であり、環状の第1の面と、第1の面の外周から第1の面に交差する方向に延びる第2の面と、を含んでもよい。接合部は、第1の面に接合されてもよい。このような構成とすることで、段差部に合わせてレンズが取り付けられる。したがって、レンズを第1部材に取り付けることが容易となる。
【0013】
上記光モジュールにおいて、レンズの中心軸に沿う方向に平面的に見て、レンズの外形形状は、互いに平行な一対の第1の辺と、第1の辺に垂直な一対の第2の辺と、を有する長方形状を有してもよい。一方の第2の辺と、一方の第2の辺と対向する第2の面の領域との第1の辺に沿った方向である第1方向における最短距離と、他方の第2の辺と、他方の第2の辺と対向する第2の面の領域との第1方向における最短距離との合計が200μm以上であってもよい。一方の第1の辺と、一方の第1の辺と対向する第2の面の領域との第1方向に直交する第2方向における最短距離と、他方の第1の辺と、他方の第1の辺と対向する第2の面の領域との第2方向における最短距離との合計が200μm以上であってもよい。レンズを平面的に見たときの第1の辺および第2の辺のそれぞれと、段差部における第2の面との間に、上記のような隙間を形成することで、第1方向および第2方向において、窓部に対するレンズの相対的な位置を調整することが容易となる。
【0014】
上記光モジュールの第2の領域には、レンズの中心軸を示す目印が形成されてもよい。このような構成とすることで、上記目印を視認しつつ、窓部に対するレンズの相対的な位置を調整することができる。したがって、レンズの中心軸と第2の領域から出射される光の光軸とのずれを調整することがさらに容易となる。
【0015】
上記光モジュールにおいて、接合部は、窓部の外縁の周方向において材料の異なる複数の接着剤により窓部の外縁を取り囲む領域に接合されてもよい。このようにすることで、接合部の周方向において接合状態を変化させることができる。
【0016】
上記光モジュールは、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタと、をさらに備えてもよい。このような構成とすることで、複数のレーザダイオードから出射された光をフィルタによって合波し、合波された光を出射することができる。
【0017】
上記光モジュールにおいて、複数のレーザダイオードは、赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含んでもよい。このような構成とすることで、所望の色の光を形成することができる。
【0018】
[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。
【0019】
(実施の形態1)
まず、図1〜図12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6は、図1中の線分A−Aで切断した場合の断面図である。図7は、図1中の線分B−Bで切断した場合の断面図である。図8は、Z軸方向に平面的にレンズを見た時の平面図である。図9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10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。
【0020】
特に図1、図2および図9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第1部材としてのキャップ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である内部空間R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、窓部40Aが形成されている。窓部40Aを閉塞するようにレンズ42が配置されている。本実施の形態において、レンズ42は、樹脂製である。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。
【0021】
特に図2、図9および図10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、MEMS120とを含む。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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形状が所望の形状にな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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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、ミラー121を含むMEMS120が配置される。MEMSベース65およびMEMS120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。本実施の形態において、ミラー121は円盤状の形状を有する。ミラー121は、フィルタ97,98,99によって合波された光を反射する反射面121Aを有する。その結果、ミラー121を含むMEMS120により、フィルタ97,98,99によって合波された光を走査することができる。
【0030】
特に図9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。
(【0031】以降は省略されています)

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