JP7124465B2 - ミラー駆動機構および光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ミラー駆動機構および光モジュールに関するものである。

複数の半導体発光素子からの光が合波される発光部と、発光部からの光を反射するミラーを含み、ミラーを駆動することで発光部からの光を走査するミラー駆動機構と、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。

特開２０１４－１８６０６８号公報 特開２０１４－５６１９９号公報 国際公開第２００７／１２０８３１号

半導体発光素子から出射される光は、出力等に応じて偏光角が変化してしまう場合がある。光の偏光角が変化すると、ミラー駆動機構のミラーでの反射率が変化し、光の強度が変化してしまうおそれがある。ミラーでの反射光を効率良く利用したい場合には、ミラー駆動機構に入射する光の偏光角が変化したとしても、ミラーでの反射率の変化が抑制されることが好ましい。

そこで、ミラー駆動機構から取り出される光を効率良く利用することができるミラー駆動機構を提供することを目的の１つとする。

本願のミラー駆動機構は、ベース部と、ベース部に支持され、共振により揺動可能で、入射した光を反射する反射面を有するミラーと、を備える。ミラーは、反射面に配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する偏光子を含む。

上記ミラー駆動機構によれば、ミラー駆動機構から取り出される光を効率良く利用することができる。

ミラー駆動機構の構造を示す概略平面図である。 ミラー駆動機構の構造を示す概略断面図である。 光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 キャップを取り外した状態における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略図である。 光モジュールの構造を示す概略図である。 自動車に搭載されるＨＵＤシステムの一例を示す概略図である。 光モジュールから走査される光の走査領域と、拡散板との関係を示す概略図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願のミラー駆動機構は、ベース部と、ベース部に支持され、共振により揺動可能で、入射した光を反射する反射面を有するミラーと、を備える。ミラーは、反射面に配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する偏光子を含む。

本願のミラー駆動機構では、ミラーは反射面に配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する偏光子を含む。このように偏光子を配置することで、ミラーに入射する光の偏光角が変化したとしても、特定方向の直線偏光成分の光を選択し、反射面に到達させることができる。このように特定方向の直線偏光成分の光が選択されることで、ミラーにより反射された反射光の反射率の変化を抑制することができる。このため、反射光の光の強度が調整し易くなり、反射光を効率良く利用することができる。ミラーが共振により揺動することで、ミラーを高速で揺動させて、反射光を走査することができる。以上のように、本願のミラー駆動機構によれば、ミラー駆動機構から取り出される光を効率良く利用することができる。

上記ミラー駆動機構において、偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子であってもよい。このようにすることで、光の波長に依らずに特定方向の直線偏光成分の光を選択することができる。

上記ミラー駆動機構において、偏光子は、偏光フィルムであってもよい。このように偏光フィルムを用いることで、ミラーの反射面に偏光子を配置することが容易となる。

本願の光モジュールは、レーザダイオードと、レーザダイオードから出射された光を走査する上記ミラー駆動機構と、を備える。レーザダイオードから出射された光がミラーの反射面によって反射される。

本願の光モジュールでは、ミラー駆動機構のミラーは、反射面に配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する偏光子を含む。このように偏光子を配置することで、ミラーに入射する光の偏光角が変化したとしても、特定方向の直線偏光成分の光を選択し、反射面に到達させることができる。このように特定方向の直線偏光成分の光が選択されることで、ミラーにより反射された反射光の反射率の変化を抑制することができる。このため、反射光の強度が調整し易くなり、反射光を効率良く利用することができる。ミラーが共振により揺動することで、ミラーを高速で揺動させて、反射光を走査することができる。以上のように、本願の光モジュールによれば、ミラー駆動機構から取り出される光を効率良く利用することができる。

上記光モジュールにおいて、レーザダイオードと、ミラー駆動機構と、を封止する保護部材を、さらに備えるようにしてもよい。このような構成とすることで、レーザダイオードと、ミラー駆動機構とを、外部環境から保護することができる。

上記光モジュールにおいて、レーザダイオードから出射される光のスポットサイズを変換する複数のレンズをさらに備えるようにしてもよい。このような構成とすることで、所望のスポットサイズの光を得ることができる。

上記光モジュールにおいて、複数のレーザダイオードを備え、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をさらに備えるようにしてもよい。このような構成とすることで、合波された光を走査することができる。

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第一のレーザダイオードと、緑色の光を出射する第二のレーザダイオードと、青色の光を出射する第三のレーザダイオードと、を含むようにしてもよい。このような構成とすることで、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。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかるミラー駆動機構および光モジュールの一実施の形態を、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。

まず、本発明にかかるミラー駆動機構１２０の一実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１は、実施の形態におけるミラー駆動機構の構造を示す概略平面図である。図２は、実施の形態におけるミラー駆動機構を線分ＩＩ－ＩＩで切断した場合の断面図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態におけるミラー駆動機構１２０は、ベース部１１１と、ミラー１２６と、を備える。ミラー駆動機構１２０は、板状である。ベース部１１１の外縁１１４は、板厚方向から平面的に見て、長方形状である。ベース部１１１は、外周部１１２と、中央部１１３と、第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂと、第二のヒンジ１２１ａ，１２１ｂと、ピエゾ素子１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１３１ａ，１３１ｂと、を含む。

外周部１１２は、環状の厚肉部１１２ａと、一対の突出部１１７ａ，１１７ｂと、を含む。ベース部１１１には、厚み方向に貫通する貫通孔１１５が形成されている。厚肉部１１２ａは、ベース部１１１の外縁１１４を含むように配置されている。一対の突出部１１７ａ，１１７ｂは、厚肉部１１２ａの内縁１１６が位置する領域から延びるように配置されている。一対の突出部１１７ａ，１１７ｂの厚みは、厚肉部１１２ａの厚みよりも薄い。突出部１１７ａ、１１７ｂの板厚方向の一方の面１１８ａ、１１８ｂが、厚肉部１１２ａの板厚方向の一方の面１１９と連なるように形成されている。なお、図１において、理解の容易の観点から、厚肉部１１２ａと、一対の突出部１１７ａ、１１７ｂとの境界を破線で示している。

中央部１１３と、一対の突出部１１７ａ，１１７ｂとは、一対の突出部１１７ａ，１１７ｂから延出する一対の細い棒状の第二のヒンジ１２１ａ，１２１ｂによって連結されている。すなわち、中央部１１３は、外周部１１２によって支持されている。中央部１１３は、厚肉部１１２ａよりも厚みが薄い。中央部１１３の厚みとしては、例えば、１０μｍ程度である。

突出部１１７ａの面１１８ａには、一対のピエゾ素子１２２ａ、１２２ｂが配置されている。ピエゾ素子１２２ａ、１２２ｂは、矢印Ｄ_１を示す方向に沿って間隔をあけて配置されている。ピエゾ素子１２２ａ、１２２ｂは、板厚方向から平面的に見てそれぞれ矩形状である。同様に、突出部１１７ｂの面１１８ｂには、板厚方向から平面的に見てそれぞれ矩形状である一対のピエゾ素子１２３ａ、１２３ｂが矢印Ｄ_１を示す方向に沿って間隔をあけて配置されている。ピエゾ素子１２２ａ、１２２ｂにそれぞれ逆位相の電圧を加え、ピエゾ素子１２３ａ、１２３ｂにもそれぞれ逆位相の電圧を加えることにより、一点鎖線で示す一対の第二のヒンジ１２１ａ、１２１ｂを通る第二の軸１２５ｂを揺動軸として、中央部１１３を揺動させることができる。第二の軸１２５ｂは、一点鎖線で示されている。すなわち、中央部１１３を圧電現象により第二の軸１２５ｂを揺動軸として揺動させることができる。外周部１１２は、中央部１１３を揺動可能に支持する支持部に相当する。本実施の形態において、中央部１１３の揺動は、非共振型の揺動である。

ミラー１２６は、ミラー駆動機構１２０の外部から入射した光を反射する反射面１２６ａを有する。ミラー１２６は、本体部１４１と、偏光子１４２と、を含む。本体部１４１は、円盤状である。本体部１４１は、一方側に配置される主面であり、外部から入射した光を反射する反射面１２６ａを含む。偏光子１４２は、ミラー駆動機構１２０の外部から入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する。偏光子１４２は、反射面１２６ａ上に配置されている。偏光子１４２は、本体部１４１が配置される側とは反対側において、外部から光が入射する入射面１４２ａを含む。本実施の形態において、偏光子１４２は、ワイヤーグリッド偏光子である。偏光子１４２としては、例えば、偏光フィルムを採用することができる。偏光子１４２としては、例えばトリアセチルセルロース等の樹脂フィルムの主面上に金属ナノワイヤグリッドが形成された偏光フィルムである。ワイヤが延びる方向に沿った直線偏光成分の光を反射し、ワイヤが延びる方向に直交した方向に沿った偏光成分の光を透過する。このため、ワイヤが延びる方向を調整することで、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択することができる。本実施の形態では、偏光子１４２により、入射した光のうちＰ偏光の直線偏光成分の光が選択される。

本体部１４１は、一対の細い棒状の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂにより、中央部１１３に支持されている。本体部１４１は、一対の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂにより、第二の軸１２５ｂを揺動軸として、ミラー１２６を揺動させることができる。一対の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂが配置される領域を除いて、本体部１４１の外縁よりも外径側には、貫通孔１２８が形成されている。一対の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂによって仕切られる貫通孔１２８の一方の半円弧状の外縁１２９ａに沿って、ピエゾ素子１３１ａが配置されている。また、一対の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂによって仕切られる貫通孔１２８の他方の半円弧状の外縁１２９ｂに沿って、ピエゾ素子１３１ｂが配置されている。ピエゾ素子１３１ａ，１３１ｂはそれぞれ、中央部１１３の一方の面１３３上に配置されている。ピエゾ素子１３１ａ，１３１ｂにそれぞれ逆位相の電圧を交互にかけることにより、一対の第一のヒンジ１２７ａ，１２７ｂを通り、第二の軸に直交する第一の軸１２５ａを揺動軸として、ミラー１２６を揺動させることができる。第一の軸１２５ａは、一点鎖線で示されている。すなわち、ミラー１２６を圧電現象により第一の軸１２５ａを揺動軸として揺動させることができる。中央部１１３は、ミラー１２６を揺動可能に支持する支持部に相当する。本実施の形態において、ミラー１２６の揺動は、共振型の揺動であり、ミラー１２６の固有振動数に合わせて振動させる。このようにすることで、ミラー１２６を高速で揺動させることが容易となる。

次に、ミラー駆動機構１２０の動作について説明する。ミラー１２６に入射した光は、反射面１２６ａによって反射される。第二の軸１２５ｂを揺動軸として、中央部１１３を揺動させることで、反射面１２６ａによって反射された光は、矢印Ｄ_１の方向に沿って走査される。また、第一の軸１２５ａを揺動軸として、ミラー１２６を揺動させることで、反射面１２６ａによって反射された光は、矢印Ｄ_１に垂直な方向である矢印Ｄ_２の方向に沿って走査される。このようにして、ミラー駆動機構１２０は、２次元的に光を走査することができる。

ここで、本実施の形態におけるミラー駆動機構１２０のミラー１２６は、反射面１２６ａに配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分（Ｐ偏光）の光を選択する偏光子１４２を含む。このように偏光子１４２を配置することで、ミラー１２６に入射する光の偏光角が変化したとしても、特定方向の直線偏光成分（Ｐ偏光）の光を選択し、反射面１２６ａに到達させることができる。このように特定方向の直線偏光成分（Ｐ偏光）の光が選択されることで、ミラー１２６により反射された反射光の反射率の変化を抑制することができる。このため、反射光の光の強度が調整し易くなり、反射光を効率良く利用することができる。ミラー１２６が共振により揺動することで、ミラー１２６を高速で揺動させて、反射光を走査することができる。以上のように、本実施の形態のミラー駆動機構１２０によれば、ミラー駆動機構１２０から取り出される光を効率良く利用することができる。

なお、上記実施の形態では、偏光子１４２は、ワイヤーグリッド偏光子である。このようにすることで、光の波長に依らずに特定方向の直線偏光成分の光を選択することができる。

なお、上記実施の形態では、偏光子１４２は、偏光フィルムである。このように偏光フィルムを用いることで、ミラー１２６の反射面１２６ａに偏光子１４２を配置することが容易となる。

次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を図３～図６を参照しつつ説明する。図３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４は、図３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３～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、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、ミラー駆動機構１２０と、保護部材２とを備える。保護部材２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とを取り囲み、封止されている。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。

基部１０は、平板状の形状を有する。キャップ４０は、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。

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、ミラー駆動機構ベース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。

吸熱板３１に接触するように、吸熱板３１上にベース板６０と、ミラー駆動機構ベース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。

ミラー駆動機構ベース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、ミラー駆動機構ベース６５は吸熱板３１上に配置される。ミラー駆動機構ベース６５の他の側面上に、ミラー駆動機構１２０が配置される。ミラー駆動機構ベース６５およびミラー駆動機構１２０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。

特に図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およびミラー駆動機構ベース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およびミラー駆動機構ベース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の熱が基部１０へと移動し、ベース板６０およびミラー駆動機構ベース６５が冷却される。その結果、レーザダイオード８１，８２，８３およびミラー駆動機構１２０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。

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、ミラー１２６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、ミラー１２６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、ミラー１２６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に沿ってミラー１２６へ到達する。図６を参照して、ミラー１２６へ到達した光は、ミラー１２６の反射面１２６ａによって反射される。この時に、偏光子１４２によりＰ偏光の偏光方向（Ｙ軸方向）に沿った直線偏光成分の光が選択される。そして、光は光路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。ミラー駆動機構１２０において、第二の軸１２５ｂを揺動軸として、中央部１１３を揺動すると、反射面１２６ａによって反射された光はＸ軸方向に沿って走査される。また、第一の軸１２５ａを揺動軸として、ミラー１２６を揺動すると、反射面１２６ａによって反射された光はＹ軸方向に沿って走査される。このようにして、光モジュール１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って光を走査することができる。

ここで、本願発明者らはレーザダイオード８１，８２，８３の光出力と、偏光角との関係について着目した。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の場合、光出力を増加させたとしても偏光角はほぼ一定である。これに対して、赤色レーザダイオード８１の場合、光出力を増加させると、偏光角が大きく変化する場合がある。このように偏光角が変化すると、光におけるＳ偏光の直線偏光成分と、Ｐ偏光の直線偏光成分との比率が変化し、ミラーでの反射率が変化する。その結果、赤色レーザダイオード８１から出射された光の強度は、ミラーで反射されることで変化してしまうおそれがある。このため、例えば、レーザダイオード８１，８２，８３から出射された光がミラーで反射すると、それぞれの強度比が変化し、所望の明るさや色調を有する画像が得られ難くなる場合がある。

本実施の形態における光モジュール１では、ミラー駆動機構１２０のミラー１２６は、反射面１２６ａに配置され、ミラー１２６に入射した光のうち、Ｐ偏光の直線偏光成分の光を選択する偏光子１４２を含む。このような偏光子１４２を配置することで、赤色レーザダイオード８１の光出力に応じて、偏光角が変化したとしても、赤色レーザダイオード８１から出射された光のうち、Ｐ偏光の直線偏光成分を取り出することができる。このため、赤色レーザダイオード８１から出射された光のミラー１２６での反射率の変化を抑制し、光の強度が調整し易くなる。従って、レーザダイオード８１，８２，８３を用いたとしても、レーザダイオード８１，８２，８３の強度比が調整し易くなり、所望の明るさや色調を有する画像が得られ易くなる。以上から、本実施の形態における光モジュール１によれば、ミラー駆動機構１２０から取り出される光を効率良く利用することができる。

また、本実施の形態における光モジュール１では、偏光子１４２を反射面１２６ａに配置することで、偏光子１４２を別部品として設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制し、光モジュール１の大型化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、光モジュール１は、レーザダイオード８１，８２，８３と、ミラー駆動機構１２０と、を封止する保護部材２を備える。このような構成とすることで、レーザダイオード８１，８２，８３と、ミラー駆動機構１２０とを、外部環境から保護することができる。さらに、保護部材２は、基部１０と、基部１０に対して溶接されたキャップ４０と、を含む。すなわち、レーザダイオード８１，８２，８３と、ミラー駆動機構１２０と保護部材２によりハーメチックシールされている。このような構成とすることで、レーザダイオード８１，８２，８３と、ミラー駆動機構１２０とをより確実に外部環境から保護することができる。

上記実施の形態では、光モジュール１は、レーザダイオード８１，８２，８３から出射される光のスポットサイズを変換する第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３を備える。このような構成とすることで、所望のスポットサイズの光を得ることができる。

上記実施の形態では、光モジュール１は、複数のレーザダイオードとして、赤色の光を出射する赤色レーザダイオード８１、緑色の光を出射する緑色レーザダイオード８２および青色の光を出射する青色レーザダイオード８３を含む。このような構成とすることで、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。

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。

上記実施の形態においては、レーザダイオード８１，８２，８３としてチップ状のレーザダイオードが採用される場合について説明したが、レーザダイオードのチップが、たとえば金属製の容器内に封入された構造を有するものが採用されてもよい。

次に、本実施の形態における光モジュール１を自動車に搭載されるＨＵＤ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）システムの光源として用いた場合について説明する。図７を参照して、ＨＵＤシステム３は、光モジュール１と、拡散板２１１と、拡大鏡２１３と、ウィンドシールド２１４と、を含む。光モジュール１は、Ｚ軸方向に沿って光を出射し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って光を走査し、画像を投影する。光モジュール１から投影される画像は、中間像として拡散板２１１の表面に結像される。中間像は、拡大鏡２１３によって拡大され、ウィンドシールド２１４の表示領域２１４ａに投影される。表示領域２１４ａに投影された画像は、ウィンドシールド２１４で反射されるとともに、ウィンドシールド２１４のＺ軸方向側に虚像Ｖが結像される。運転者Ｐは、Ｚ軸方向側の虚像Ｖを目視することで、ウィンドシールド２１４の虚像Ｖが位置する側に画像が表示されているように見ることができる。

図８は、光モジュール１から出射される光の走査領域と、拡散板との関係を示す概略図である。図８は、図７に示す拡散板をＺ軸方向から見た時の概略図である。図８を参照して、光モジュール１から出射される光は、ラスタースキャン方式により出射される。光モジュール１から出射される光の走査領域Ｓ_１のＹ軸方向の長さＭ_２は、拡散板２１１のＹ軸方向の長さＭ_１よりも長い。Ｚ軸方向から平面的に見て、拡散板２１１に走査された光のうち画像として得られる画面領域Ｓ_２の面積は、拡散板２１１の面積よりも小さい。

例えば、光モジュール１から走査される光の走査領域Ｓ_１において、拡散板２１１に対応する領域以外の領域Ｓ_３に、光モジュール１から出射される光を受光する受光素子２１７を配置するようにしてもよい。このような領域に、受光素子２１を配置することで、画像に影響を与えることなく、走査領域Ｓ_１を有効利用することができる。本実施の形態において受光素子２１７は、フォトダイオードである。領域Ｓ_３に受光素子２１７を配置することで、レーザダイオード８１，８２，８３からの光を受光素子２１７により受光し、得られた光の強度をレーザダイオード８１，８２，８３に流す電流値の制御にフィードバックすることができる。偏光子１４２が配置されたミラー１２６に光を入射すると、偏光子１４２により特定方向の直線偏光成分が選択される。このため、ミラー１２６によって反射された光では、光の強度が低下してしまう場合がある。上記のようなフィードバック制御することで、レーザダイオード８１，８２，８３に流す電流値を制御して、所望の光の強度に調整することができる。

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意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。

本願のミラー駆動機構は、ミラー駆動機構から取り出される光を効率良く利用することが求められるミラー駆動機構に、特に有利に適用される。

１ 光モジュール
２ 保護部材
３ ＨＵＤシステム
４ ベース部材
１０ 基部
１０Ａ，１０Ｂ，６０Ａ 主面
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，１１５，１２８ 貫通孔
６０ ベース板
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
６５ ミラー駆動機構ベース
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
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
９９ 第３フィルタ
１１１ ベース部
１１２ 外周部
１１２ａ 厚肉部
１１３ 中央部
１１４，１２９ａ，１２９ｂ 外縁
１１６ 内縁
１１７ａ，１１７ｂ 突出部
１１８ａ，１１８ｂ，１１９，１３３，１４１ａ 面
１２０ ミラー駆動機構
１２１ａ，１２１ｂ 第二のヒンジ
１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ，１３１ａ，１３１ｂ ピエゾ素子
１２５ａ 第一の軸
１２５ｂ 第二の軸
１２６ ミラー
１２６ａ 反射面
１２７ａ，１２７ｂ 第一のヒンジ
１４１ 本体部
１４２ 偏光子
１４２ａ 入射面
２１１ 拡散板
２１３ 拡大鏡
２１４ ウィンドシールド
２１４ａ 表示領域
２１７ 受光素子

Claims (7)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材上に配置されるレーザダイオードと、
   前記ベース部材上に配置され、前記レーザダイオードから出射された光を走査するミラー駆動機構と、を備え、
   前記ベース部材は、
   吸熱板と放熱板とを含む温度調整モジュールと、
   前記吸熱板の上に配置されるミラー駆動機構ベースと、を含み、
   前記ミラー駆動機構は、
   ベース部と、
   前記ベース部に支持され、共振により揺動可能で、入射した光を反射する反射面を有するミラーと、を備え、
   前記ミラーは、前記反射面に配置され、入射した光のうち特定方向の直線偏光成分の光を選択する偏光子を含み、
   前記ミラー駆動機構は、前記ミラー駆動機構ベース上に配置されている、
   光モジュール。
2. 前記偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子である、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記偏光子は、偏光フィルムである、請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記レーザダイオードと、前記ミラー駆動機構と、を封止する保護部材を、さらに備える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記レーザダイオードから出射される光のスポットサイズを変換する複数のレンズをさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 複数の前記レーザダイオードを備え、
   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をさらに備える、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記複数のレーザダイオードは、
   赤色の光を出射する第一のレーザダイオードと、
   緑色の光を出射する第二のレーザダイオードと、
   青色の光を出射する第三のレーザダイオードと、を含む、請求項６に記載の光モジュール。

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