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公開番号2021190697
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211213
出願番号2021079476
出願日20210510
発明の名称光学装置
出願人株式会社リコー
代理人個人
主分類H01S 5/183 20060101AFI20211115BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】2つの反射鏡の面平行度又は発光部と反射鏡の面平行度を向上させることができる光学装置を提供する。
【解決手段】第1の反射部と、第2の反射部と、前記第2の反射部を支持する少なくとも3つの弾性支持部と、前記少なくとも3つの弾性支持部にそれぞれ設けられる圧電素子と、を有し、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記圧電素子に独立した駆動信号を供給して、前記少なくとも3つの弾性支持部を独立して弾性変形させることにより、前記第1、第2の反射部の面平行度を変化させる、ことを特徴とする光学装置。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項1】
第1の反射部と、
第2の反射部と、
前記第2の反射部を支持する少なくとも3つの弾性支持部と、
前記少なくとも3つの弾性支持部にそれぞれ設けられる圧電素子と、
を有し、
前記少なくとも3つの弾性支持部の前記圧電素子に独立した駆動信号を供給して、前記少なくとも3つの弾性支持部を独立して弾性変形させることにより、前記第1、第2の反射部の面平行度を変化させる、
ことを特徴とする光学装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記第1の反射部に対する前記第2の反射部の傾きに基づいて、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記圧電素子に独立した駆動信号を供給して、前記少なくとも3つの弾性支持部を独立して弾性変形させることにより、前記第1、第2の反射部の面平行度を向上させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
【請求項3】
発光部による光の強度に基づいて、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記圧電素子に独立した駆動信号を供給して、前記少なくとも3つの弾性支持部を独立して弾性変形させることにより、前記発光部による光の強度を向上させる、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学装置。
【請求項4】
前記第1の反射部と前記発光部が形成される第1の基板と、
前記第2の反射部と前記少なくとも3つの弾性支持部と前記圧電素子が形成される第2の基板と、
を有することを特徴とする請求項3に記載の光学装置。
【請求項5】
前記少なくとも3つの弾性支持部は、それぞれ、隣接して延在する複数のアーム部と、前記複数のアーム部の延在方向の端部どうしを接続する折り返し部と、を有し、
前記圧電素子は、それぞれ、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記複数のアーム部に設けられる、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の光学装置。
【請求項6】
前記圧電素子は、それぞれ、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記複数のアーム部の延在方向と直交する方向に並ばないように設けられる、
ことを特徴とする請求項5に記載の光学装置。
【請求項7】
前記少なくとも3つの弾性支持部の前記複数のアーム部は、それぞれ、前記圧電素子に駆動電圧を印加したときに弾性変形しない変位規定部を有する、
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の光学装置。
【請求項8】
前記変位規定部は、前記複数のアーム部のうち前記圧電素子が設けられない部位である、
ことを特徴とする請求項7に記載の光学装置。
【請求項9】
前記少なくとも3つの弾性支持部は、前記第2の反射部の周囲に離間して設けられる、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の光学装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、光学装置に関する。
続きを表示(約 2,600 文字)【背景技術】
【0002】
近年、自動車の自動運転や運転補助システムの研究が進み、センシング手段としての車載レーダが注目されている。車載レーダの中で、周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)レーダは、対象物との距離と相対速度を測定できるレーダとして、また、微弱な反射波を検波できるヘテロダイン方式を用いたレーダとして普及しており、電磁波の指向性やアンテナの小型化などの開発が進んでいる。このような中で、電磁波をレーザ光に置き換えて、指向性の向上、小型化、小電力化を目指したFMCW LiDAR(Light Detection and Ranging)の研究も進められている。FMCW LiDARの光源は波長を時間に対して掃引する必要があり、共振器長を直接変調することで波長を変えるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型チューナブルレーザが知られている。
【0003】
例えば、特許文献1には、中心波長を有する放射波長帯にわたる出力パワースペクトルと平均放射パワーでチューナブル放射光を放射するチューナブルレーザが記載されている。このチューナブルレーザは、第1および第2のミラーを含む光共振器と、第1および第2のミラーの間に介在するゲイン領域と、空隙同調領域と、波長帯にわたって透光性であり剛体の支持構造に装着される変形可能誘電メンブレンを備えた、空隙を調節するMEMS駆動機構とを備えている。MEMS駆動機構は、100〜1000MPaの範囲のメンブレン応力値を有している。MEMS駆動機構の周波数応答は、50μmよりも大きくアクチュエータ径を超えない径を有する中央板により制御されたスクイーズ膜ダンピング効果により実質的に増加したダンピングを有している。光共振器の自由スペクトル領域(FSR)は中心波長の5%を超えている。チューナブルレーザは波長帯にわたって略単一縦横モードで動作する。MEMS駆動機構は約1kHz超の6dB帯域幅の波長同調周波数応答を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第6328112号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のMEMS型チューナブルレーザでは、発光部(例えばHalf−VCSEL素子)と可動反射鏡素子(例えばMEMSミラー)の面平行度が低いと、すなわち、2つの反射鏡(第1、第2の反射鏡)の面平行度が低いと、レーザ発光の閾値電流が高くなってしまうという問題がある。とりわけ、静電引力を用いたMEMS型チューナブルレーザではこの問題が顕著となり、接合時の面平行度の精度が固定されるので、十分な発光強度が得られなくなってしまう。
【0006】
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、2つの反射鏡の面平行度又は発光部と反射鏡の面平行度を向上させることができる光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態の光学装置は、第1の反射部と、第2の反射部と、前記第2の反射部を支持する少なくとも3つの弾性支持部と、前記少なくとも3つの弾性支持部にそれぞれ設けられる圧電素子と、を有し、前記少なくとも3つの弾性支持部の前記圧電素子に独立した駆動信号を供給して、前記少なくとも3つの弾性支持部を独立して弾性変形させることにより、前記第1、第2の反射部の面平行度を変化させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、2つの反射鏡の面平行度又は発光部と反射鏡の面平行度を向上させることができる光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本実施形態のチューナブルレーザの全体構成の一例を示す図である。
Half−VCSEL素子の詳細構造の一例を示す図である。
第2の反射鏡の支持構造の一例を示す平面図である。
図3のA−A線に沿う断面図である。
図3、図4の支持構造における第2の反射鏡の駆動状態を描いた側面図である。
本実施形態のチューナブルレーザの駆動電圧と共振器長の関係を示す図である。
従来型の静電引力を用いたMEMS型チューナブルレーザの駆動電圧と共振器長の関係を示す図である。
3つの弾性支持部の圧電素子に独立した駆動信号を供給するための構成を示す機能ブロック図である。
2つの連結部に異なる電圧を印加して反射部に傾きを持たせる動作の一例を示す図である。
連結部の変位量と接続端どうしの距離を変えたときに得られる傾きとの関係の一例を示す図である。
本実施形態のチューナブルレーザによる波長掃引の一例を示す図である。
Half−VCSEL素子と第2の反射鏡の間に存在するギャップの長さと発振波長の関係を示すシミュレーション結果である。
本実施形態のチューナブルレーザの第1の変形例を示す図である。
本実施形態のチューナブルレーザの第2の変形例を示す図である。
図15Aは傾きを補正しない場合における接合された可動反射鏡素子とHalf−VCSEL素子の断面図であり、図15Bは第2の反射鏡と高速駆動用の可動反射鏡構造部を有する可動反射鏡素子とHalf−VCSEL素子を接合したときの断面図である。
図16Aは第2の反射鏡の傾き調整の一例を示す図であり、図16Bは圧電素子に印加する電圧信号の関係の一例を示す図である。
可動反射鏡素子とHalf−VCSEL素子の間の面平行度のキャリブレーションの概要の一例を示す図である。
キャリブレーション時の駆動信号源の位相とチューナブルレーザの光出力値の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1〜図18を参照して、本実施形態のチューナブルレーザ(光学装置)10について、詳細に説明する。以下の説明におけるX方向、Y方向、Z方向は、図中に描いた矢線方向を基準とする。
(【0011】以降は省略されています)

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