KR100984202B1 - 광 송수신 모듈 - Google Patents

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도시끼 스가와라
마사히로 아오끼
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

프로젝터ㆍ광 전송 통신ㆍ정보 기기ㆍ생체 계측 등의 응용 분야에서, 시스템의 부품 점수 및 실장 공정수를 대폭 삭감하는, 소형화와 높은 수율을 실현 가능한 다파장 광 송수신 모듈을 제공한다. 본 복수의 광 소자가 동일 평면 위에 재치된 광 소자 탑재 기판(1)과, 광 소자로부터의 출사광을 콜리메이트하는 렌즈 어레이(9)와, 전형적으로는 투명 기판의 표리면에 파장 선택 필터 및 미러를 탑재한 파장 합분파기(2)를 준비하고, 이들 3개의 부품을 원하는 각도 위치에서 패키지(3) 내에서 실장한다. 파장 합분파기(2)의 각 파장의 광축은 기판의 두께와 각도에 의해 결정되고, 수평면의 직선 위에 나열된다. 따라서 설계에 의해 일의적으로 정해지는 이 광축에 각 소자를 배치하면, 합분파를 행할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 글래스 기판을 한번 얼라인먼트하는 것만으로 복수의 필터가 자동적으로 얼라인먼트되어, 고정밀도를 유지하면서 실장의 공정이 대폭 간략화된다.
광 소자 탑재 기판, 렌즈 어레이, 파장 합분파기, 패키지, 수광 소자, 광 디스크

Description

광 송수신 모듈{OPTICAL TRANSCEIVER MODULE}
본 발명은, 광 모듈에 관한 것으로, 특히 복수의 파장의 광을 합파하여 송신하는 다파장 광 송신 모듈 및 복수의 파장이 합파된 광을 분파하여 수신하는 광 수신 모듈의 구조에 관한 것이다.
반도체 레이저 다이오드(LD) 소자는 소형이면서 고효율의 광원으로서, 정보, 통신 등 다양한 분야에서 응용되고 있지만, 근년 복수의 발광 파장의 LD 광원을 콤팩트한 실장 형태로 제공하는 기술의 니즈가 높아지고 있다. 광 통신의 분야에서는 복수의 파장의 광을 이용하는 파장 다중 통신의 광원으로서 상기의 니즈는 종래부터 존재하였다. 이 외에, 근년 청색계의 LD가 개발되어 LD에서 발진할 수 있는 파장이 넓어졌기 때문에, 디스플레이나 광 디스크의 읽기 쓰기용의 광원으로서, 가시 영역의 파장대에서도, 다파장 광원 모듈의 요구가 높아지고 있다.
그 응용의 하나로 레이저 프로젝터의 광원이 있다. 프로젝터는, 다양한 화상 공급 장치(예를 들면 컴퓨터 등)로부터의 화상 신호에 따라서 화상을 스크린 등에 투사하여 표시하는 화상 표시 장치이다. 종래의 프로젝터로서, 주로 투과형의 액정 패널이나 반사형의 액정 패널 혹은 디지털 마이크로 미러 디바이스를 이용한 것 등이 일반적으로 알려져 있다. 한편, 레이저 프로젝터는 광원광에 레이저광을 이용하고, 레이저광을 이차원 방향으로 주사시킴으로써 화상을 표시하는 방식이며, 위에 예를 든 다른 방식과 비교하여 소형이고 색 재현성이 좋은 화상이 얻어지는 것으로 되어 있다. 프로젝터는 종래, 회의실이나 프레젠테이션 회장, 각 가정의 리빙 등, 사용 장소가 비교적 한정되어 있었다. 그러나 현재, 휴대 컴퓨터의 소형화나 휴대 전화의 고기능화 등에 의해, 각 개인이 휴대 가능한 데이터의 질ㆍ양이 비약적으로 증대되어 있어, 장소를 한정하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면 휴행 컴퓨터나 휴대 전화에 내장 가능한 초소형이며 저소비 전력의 프로젝터의 개발이 요망되고 있다. 레이저 프로젝터에 관한 것으로서는 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 것이 있다. 본 발명에서는 발광색이 서로 다른 3개의 레이저 광원으로부터 출사되는 광을 각각 서로 다른 광 주사 수단에 의해 이차원 주사하여 동기 집광시켜, 컬러 화상을 투사하는 컬러 레이저 프로젝터가 개시되어 있다. 그러나 특허 문헌 1의 발명에서는 레이저 광원과 동일한 수의 복수의 광 주사 수단이 필요하여, 소형화에는 한계가 있다.
또한, 광원에 이용하는 Red(적) Green(녹) Blue(청)의 반도체 LD 소자를 원패키지 내에 수납하고, 광원과 광학계의 소형화를 도모한 예로서 특허 문헌 2에 개시되어 있는 예가 있다. 그러나 특허 문헌 2에 기재된 발명에서는, 광원을 접근시켜 실장하는 것만으로 합파하고 있지 않기 때문에 RGB의 각 LD의 광축이 일치하지 않는다. 이 때문에, 일정한 분해능을 확보하기 위해서는, 역시 RGB의 각 파장의 광학계를 개별로 준비할 필요가 있다. 혹은 광축을 일치시키기 위해 일반적인 기 술을 사용하는 것으로 하면, 다이크로익 프리즘 등의 광학계가 필요하게 된다. 어떠한 경우에도 광 부품 점수의 삭감이나 소형화에는 한계가 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-214705호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-186243호 공보
전술한 바와 같이, 프로젝터를 비롯하여, 복수의 발광 파장의 레이저광을 합파하여 사용하는 수요가 높아지고 있다. 그러나 종래 방식인, 각각의 파장의 광원을 개별로 준비하고, 개별의 광학계를 조립하는 방식이나, 다이크로익 미러 등을 이용하여 합파하는 방법에서는 광학계가 복잡해지고, 부품 점수가 많아진다. 이 때문에 소형화나 코스트 저감에 한계가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 프로젝터ㆍ광 전송 통신ㆍ정보 기기ㆍ생체 계측 등의 응용 분야에서, 시스템의 부품 점수 및 실장 공정수를 대폭 삭감하는, 소형화와 높은 수율을 실현 가능한 다파장 광 송수신 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해, 복수의 광 소자가 동일 평면 위에 재치된 광 소자 탑재 기판과, 전형적으로는 투명 기판의 표리면에 파장 선택 필터 및 미러를 탑재한 파장 합분파기를 준비하고, 이들 2개의 부품을, 광 소자 실장면과 필터 표면이 서로 비평행한 각도로 되도록 패키지 내에서 실장한다. 광 소자 탑재 기판 위에는 사용 파장이 서로 다른 광 소자가 원하는 위치에 실장되어 있다. 광 합분파기는 평행한 한 쌍의 대향면을 갖는 광의 파장에 대해 투명한 재료로 이루어진 원하는 두께의 기판을 지지 기판으로 하고, 한 쌍의 평행한 면의 한쪽에는 적어도 1종류의 파장 선택 필터를, 다른 면에는 제1 필터에서 선택되지 않았던 파장의 광을 반사하기 위한 미러를 설치한다. 이 때 이들 필터 및 미러에는 광이 입출사하기 위한 창을 설치한다.
본 발명의 모듈의 작용을, 도 2를 참작하여 설명한다. 도 2는 본 발명을 3색의 광원을 합파하여 출사하는 모듈에 응용한 경우의 기능을 모식적으로 도시한 도면이다. 본 모듈은, 발광 소자(11, 12, 13)로부터 각각 출사된 파장 λ1, λ2, λ3의 광이 동일한 광축을 취하도록 합파하고 모듈 밖으로 출사하는 기능을 갖는다. 구체적으로는 발광 소자(13)로부터 기판과 수직 방향으로 출사한 파장 λ3의 광은, 합분파기(2)에 도달한다. 합분파기(2)는 광축에 대해 비수직한 각도, 즉 도 2의 각도 θ1(단, θ1≠2Nπ. N=0, 1, 2,…)로 실장되어 있으므로, 파장 λ3의 광은 굴절률차로 결정되는 일정한 굴절을 합분파기(2)에서 받는다. 합분파기(2) 내에서 파장 λ3의 광은 미러(8)에서 반사되어 필터(7)에 도달한다. 필터(7)의 바로 아래에는 파장 λ2의 광을 출사하는 발광 소자(12)가 설치되어 있다. 발광 소자(12 및 13)는 발광 소자(12)의 출사광의 광축과 발광 소자(13)의 출사광의 광축이 필터(7) 위 또는 미러(7) 위에서 교차하도록 LD 스템(10) 위에 실장되어 있다. 필터(7)는 λ3의 광을 반사하고 λ2의 광을 투과하는 성질을 갖는 것으로 한다. 따라서, λ2 와 λ3의 광은 합파되어 동일한 광축에서 합분파기(2) 내를 전파한다. 필터(6)에 도달하였을 때에는, 마찬가지의 구조로 λ1의 광이 합파되고, 최종적으로 λ1, λ2, λ3의 3개의 파장의 광이 합파되어 모듈 밖으로 출사된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 파장의 광축간의 치수 x, y 및 z는 글래스 기판의 두께와 각도에 의해 결정된다. 각 광축은 기판의 수평면에 일렬로, 소정의 간격을 두고 나열된다. 따라서 설계에 의해 일의적으로 정해지는 이 광축 위에 각 발광 소자를 배치하면, 각 파장의 광을 합파하여 출사할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 투명 기판의 표리에 필터나 미러를 탑재한 합분파기를 이용함으로써, 소형이며 부품 점수가 적은 광 송신 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 투명 기판을 한번 얼라인먼트함으로써, 복수의 필터가 자동적으로 얼라인먼트할 수 있으므로, 실장의 공정이 대폭 삭감된다고 하는 특징을 갖는다. 이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 파장이 서로 다른 복수의 광원으로부터의 광을 합파하는 기능을 갖는 것으로, 레이저 프로젝터 용도에는 물론 바람직하지만, 이에 한하는 것이 아니라, 파장 다중 통신의 광원, 광 디스크의 읽기 쓰기용 광원, 나아가서는 생체 계측 시스템용의 광원 등 복수의 파장(색)의 광원을 이용하는 시스템에 적용 가능하며, 장치의 소형화, 부품 점수의 삭감의 효과가 있다. 또한, 여기서는 광 송신 모듈의 예를 들어 설명하였지만, 광의 진행 방향을 반대로 하면 광 수신 모듈로서도 사용할 수 있다. 이 때, 광 합분파기(2)는 파장을 분리하는 기능을 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판의 부착 각도가 θ1인 경우, 기판 표면의 수 직 방향에 대한 파이버 혹은 광 소자(11)로부터의 광의 입사의 각도(입사각)는 θ1이며, 굴절 후의 기판 물질 내에서의 각도 θ2는 스넬의 법칙으로부터, 외부의 굴절률 n1, 기판의 굴절률 n2를 이용하여, θ2=sin-1(n1ㆍsinθ1/n2)이다.
이 때, 기판 내부에서의 다중 반사의 주기 y는, 투명 기판의 두께를 d로 하면, 2dtanθ2로 주어진다. 또한, 이 다중 반사하는 광이, 전술한 바와 같은 원리로 필터에 의해 파장 분리되어 입사 시의 광축과 수직 평면으로 출사되는 경우, 그 주기 z는 2dsinθ2ㆍcosθ1 주어진다. 주기 z는 소자 탑재 기판 위에 탑재되는 소자의 간격에 대응하므로, 적절한 소자 간격을 유지할 수 있도록 d, θ1을 선택할 필요가 있다. 소자의 사이즈(예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 광 소자의 횡폭)는 100㎛를 일반적으로 하회하는 일은 없다. 따라서, z의 값은 100㎛ 이상으로 할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 광축에서 복수의 파장의 광을 송신하는 다파장 송신 모듈 및 다파장 수신 모듈에 관하여, 부품 점수 및 실장 공정수를 대폭 삭감하여, 소형화와 높은 수율을 실현 가능한 광 모듈을 제공하는 데에 있다.
이하에 상세히 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 1, 도 3은, 본 발명의 제1 실시예인 광 모듈의 단면도이다. 도 1은 본 발명을, RGB의 3원색의 광원을 이용한 광 송신 모듈에 응용한 예이다.
도 1은 CAN 패키지(1)에 실장한 예로, 레이저 광원(11, 12, 13)을 탑재한 스템(10)이 CAN 스템(14) 위에 실장되고, 광 합분파기(2)는 CAN캡(3)에 실장되어 있다. 도 3은 도 1의 시점으로부터 90도 회전한 각도에서의 단면도이다. 레이저 소자의 바로 위에는 렌즈 어레이(9)가 실장되어 있다. 참조 부호 11, 12, 13의 각 레이저 소자의 발광 파장은 청(예를 들면 400㎚∼500㎚ 정도), 녹(예를 들면 500㎚∼580㎚ 정도), 적(예를 들면 580㎚∼750㎚ 정도)의 각각의 색에 대응하는 것으로 한다. 청색 레이저(11)에는 GaN 기판 위에 형성된 InGaN을 활성층으로 하는 반도체 레이저를 이용할 수 있다. 녹색 레이저 광원(12)으로서는, GaN 기판 위에 형성된 InGaN을 활성층으로 하는 반도체 레이저, 또는 ZnSe 기판 위에 형성된 ZnCdSe를 활성층으로 하는 반도체 레이저를 이용할 수 있다. 적색 레이저 광원(13)으로서는 GaAs 기판 위에 형성된 InGaP 또는 InGaAlP 양자웰을 활성층으로 하는 반도체 레이저를 이용할 수 있다. 이들 각 레이저 소자는 스템(10)에 소정의 간격으로 정션 다운 실장되어 있다. 이 때, 청, 녹, 적으로 발광 파장이 짧은 것부터 긴 것으로 도 1 위에 좌측으로부터 차례대로 나열하였다. CAN캡(3) 내부에는 광 합분파기(2)와 렌즈 어레이(9)의 실장을 가능하게 하기 위한 요철이 형성되어 있다. 광 합분파기(2)는 투명 글래스 기판(5)을 지지 기판으로 하고, 한쪽의 면에 제1 파장 선택 필터(6)와 파장 선택 필터(7)가 인접하여 실장되고, 이 면과 평행한 대향하는 면에 제1 미러(8)와 제2 미러(9)가 실장되어 있다. 광 합분파기의 실장은 CAN캡의 요철 에의 외형 맞춤으로 행하고, UV 경화 수지로 접착하였다. 글래스 기판의 재질은 BK(7)이고 두께는 1136㎛로 하였다. 글래스 기판은 평면에 대한 각도가 20°로 되도록 실장되어 있고, 도 2 중의 z, 즉 다중 반사의 피치의 평면 위에의 사영은 500㎛이다. 파장 선택 필터는 Ta2O5와 SiO2로 이루어지는 유전체 다층막으로 구성되어 있다. 필터(6)는 청색의 광을 투과하고, 녹ㆍ적의 광을 반사하는 성질을 갖는 필터(소위 쇼트 패스 필터)로 하였다. 필터(7)는 청ㆍ녹의 광을 투과하고, 적의 광을 반사하는 쇼트 패스 필터로 하였다. 미러(8)에는 녹ㆍ적의 파장의 광을 반사하는 Ta2O5/SiO2 다층막을 이용하였지만, 알루미늄 등의 금속을 이용할 수도 있다. 렌즈 어레이(9)는 글래스 기판 위에 3개의 렌즈가 만들어 넣어진 구조로 되어 있다. 3개의 렌즈는 각각 레이저 광원(11, 12, 13)으로부터의 출사광의 확대각을 억제하여 콜리메이트하는 기능을 갖도록 설계하였다.
투명 기판(5), 렌즈 어레이(9)의 재질은 사용하는 파장에 대해 투명하면 양호되어 한정되는 것은 아니지만, 염가이면서 가공 정밀도가 양호한 것이 바람직하다. 이 조건을 충족시키는 것으로서 본 예에서는 BK 7을 이용하였지만, 다른 글래스 재료, 유전체, 반도체를 이용하여도 물론된다.
다음으로 본 실시 형태의 동작에 관해서 설명한다. 구체적으로는 반도체 LD 소자(13)로부터 출사된 적색의 광은 합분파기(2)에 도달한다. 합분파기(2)는 광축에 대해 비수직한 각도로 실장되어 있으므로, 광은 굴절률차로 결정되는 일정한 굴절을 받은 후, 합분파기(2) 내를 전파하고, 미러(8)에서 반사되어 필터(7)에 도달 한다. 필터(7)의 바로 아래에는, 녹색의 광을 출사하는 반도체 LD 소자(12)가 실장되어 있다. 필터(7)는 적색의 광을 반사하고, 녹색의 광을 투과하는 성질을 가지므로, 적색의 광과 녹색의 광은 합파되어 동일한 광축에서 합분파기(2) 내를 전파한다. 이 합파광이 필터(6)에 도달하였을 때에는, 마찬가지의 구조로 청색의 광이 합파되고, 최종적으로 적청녹의 3원색의 광이 합파되어 모듈 밖으로 출사된다. 적ㆍ청ㆍ녹의 각각의 LD 소자의 발광 강도는 각 소자에 접속되어 있는 구동 회로에 의해 제어할 수 있다.
(실시예 2)
도 4는, 본 발명의 제2 실시예의 광 모듈의 단면도이다. 본 실시 형태는, 각 파장의 광원에 렌즈 집적형 수직 출사 LD 소자(21, 22, 23)를 이용하여 모듈을 구성한 예이다. 렌즈 집적형 수직 출사 LD 소자는 기판에 대해 수직 방향으로, 콜리메이트된 광을 출사하는 LD 소자이다.
본 실시 형태의 모듈의 기본적인 기능은 제1 실시예와 마찬가지이지만, 소자에 렌즈가 집적되어 있으므로, 모듈에는 렌즈 어레이가 내장되어 있지 않다.
(실시예 3)
도 5a, 도 5b는 본 발명의 제3 실시예의 광 모듈의 단면도이다. 본 실시 형태에서는, 적과 청의 2파장을 하나의 CAN에 넣는 광원(30)과, 녹색의 단일 파장 광원 CAN(31)을 원패키지화한 모듈이다. 적청 2파장 광원 CAN(30)의 구성은 도 5b에 도시한 바와 같으며, 제1 실시 형태가 3색(파장)을 합파하는 기능을 갖고 있었던 것에 대해 2색만을 합파하는 구성으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는 녹색 레이 저 광원에는 비선형 효과를 이용하여 1000㎚ 부근의 파장의 광을 2차 고조파로 파장 변환하여 500㎚ 부근의 파장의 광을 출사하는 구조의 레이저 모듈(31)을 이용하였다. 녹색 레이저 광원은 여기 레이저와, 여기 레이저에 의해 여기되는 고체 레이저 매질과, 고체 레이저 매질에서 발생한 광을 레이저 발진시키는 발진기와, 발진기에 의해 발진된 레이저광을 원하는 파장 레이저광으로 변환하는 파장 변환 소자(모두 도시 생략)를 구비하고 있다. 고체 레이저 매질로서, 여기서는 1064㎚의 광을 발하는 네오디뮴을 첨가한 바나듐산염(Nd:YVO2)의 결정이 채용되었지만, 1000㎚ 부근의 광을 내는 다른 결정을 이용하여도 충분하다. 또한, 파장 변환 소자로서, KTP(KTiOPO4)의 결정을 채용하였다. 이 결정은, 고체 레이저 매질에 의해 여기된 파장 1064㎚ 부근의 적외광을 받아, 그 제2 고조파인 파장 532㎚ 부근의 녹색광을 발생시키는 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 3파장 모듈(33)은 적청 2파장 모듈로부터 출사된 광과, 녹색 모듈로부터 출사된 광을, 글래스 기판(34) 위에 실장된 필터(35)에 의해 합파하고, 패키지 렌즈(36)를 통하여 외부에 출사한다.
(실시예 4)
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 제4 실시 형태의 광 모듈을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는 평면형 패키지(42)에, LD 소자가 실장되어 있지만 합분파기는 실장되어 있지 않은 CAN 패키지(40), 광 합분파기(2), 렌즈(41)가 실장되어 있다. CAN 패키지의 구성은 도 6b에 도시한 바와 같이, 스템(10) 위에 LD 소자(112, 113, 114)가 탑재된 스템(10), 렌즈 어레이(9)가 실장되어 있다.
(실시예 5)
도 7은, 본 발명의 제5 실시 형태의 광 모듈을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는 평면형 패키지(50)에, LD 소자(11, 12, 13)가 탑재된 스템(51), 렌즈 어레이(9), 파장 합분파기(2), 패키지 렌즈(41)가 실장되어 있다. 평면형 패키지(50)는 구체적으로는, 버터플라이 모듈 등을 이용할 수 있다. 도 7에 도시한 형태에서는 3파장 대응으로 되어 있지만, 파장수를 더욱 늘려도 비교적 용이하게 대응할 수 있는 것이 본 실장 형태의 특징이다.
(실시예 6)
도 8은, 본 발명의 제6 실시 형태를 도시하는 도면으로서, 본 발명을 다파장 수신 모듈에 적용한 경우의 일 형태를 도시하는 도면이다. 기본적인 구성은 실시예 1과 동일하지만, 발광 소자 대신에, 수광 소자(61, 62, 63)가 탑재되어 있다. 본 모듈의 동작은 [과제를 해결하기 위한 수단]에서 설명한 동작의 정확히 시간 반전된 동작으로 된다. 즉 패키지 렌즈를 통하여 모듈 내에 입사한, 3개의 파장이 합파된 광은 광 합분파기(2)의 필터(6, 7)에서 각각 파장 분리되어 수광 소자에 입사한다. 여기서는 실시예 1의 형태의 모듈로 수광 모듈을 구성한 예를 도시하였지만, 실시예 2 내지 5에 기재된 다른 모듈 형태로도 다파장 수신 모듈을 구성할 수 있는 것은 물론이다.
(실시예 7)
도 9는, 본 발명의 모듈을 이용하여, 레이저 프로젝터를 구성한 경우의 실시 형태를 도시하는 도면이다. 소형 레이저 프로젝터(70)에는, 적어도 청, 녹, 적 LD 소자를 구동하는 구동 회로(71, 72, 73)가 구비되고, 구동 회로로부터의 신호에 의해 모듈(1)로부터의 출력광의 각각의 색의 광의 강도, 타이밍이 제어된다. 모듈(1)로부터 출사된 광은 소형 미러(74)에 의해 반사되어 스크린(76)(프로젝터 장치 밖)에 투영된다. 소형 미러(74)의 움직임은 미러 구동 장치(75)에 의해 제어된다. 화상의 표현은 적청녹의 각 색이 강도ㆍ시간 변조된 레이저광을, 스크린 위에 고속으로 이차원 주사함으로써 행한다.
(실시예 8)
도 10은 실시예 7에 기재된 소형 레이저 프로젝터(70)를 휴대 전화에 내장한 예를 도시한 것이다. 물론, 소형 레이저 프로젝터(70)를 내장하는 장치는 휴대 전화에 한하지 않고, 모바일 컴퓨터, 휴대 게임 기기, 휴대 오디오 기기, 전자 사전 등도 바람직하다. 또한 소형 프로젝터로서 독립된 장치로 하는 것도 물론 가능하다.
(실시예 9)
도 11은 본 발명의 모듈을, 광학 디스크 판독 장치에 응용한 경우의 실시 형태를 도시한 도면이다. 다파장 모듈(80)로부터 출사된 레이저광은 회절 격자(81), 1/2 파장판(82), 빔 스플리터(83), 1/4 파장판(84), 렌즈(85)를 거쳐, 광 디스크(88) 위의 정보 기록면에 입사된다. 디스크에서 반사된 광은 빔 스플리터(83)에서 편광 분리되고, 렌즈(86)를 통하여 수광 소자(87)에 입사한다.
다파장 모듈(80)에는 CD 판독용으로서 파장 780㎚의 적색 레이저 소자가, DVD 판독용으로서 파장 650㎚의 적색 레이저 소자가, 블루레이 디스크 판독용으로 서 405㎚의 청색 레이저 소자가 탑재되어 있다. 통상은 이들 광원은 따로따로 준비되고, 다이크로익 프리즘을 이용하여 합파되지만, 본 실시 형태에서는 하나의 광원 모듈만 이용하면 되어 광학계가 대폭 간략화된다.
(실시예 10)
도 12는 본 발명의 모듈을, 뇌 기능 계측용 적외선 분광 장치(소위 뇌 토포그래피 장치)에 응용한 경우의 실시 형태를 도시한 도면이다. 본 장치의 기본적 기능은 뇌 혈관 중의 산소 농도를 레이저광의 흡수로 측정한다고 하는 것이다. 다파장 모듈(90)로부터 출사된 레이저광은 파이버(91)에 의해 프로브 홀더(93)에 유도되어 출사된다. 출사된 광은 생체 내에서 일정한 흡수를 받은 후, 프로브 홀더에 탑재된 수광 소자(92)에서 검출된다. 이 때 각 파장의 강도비로부터, 혈중 산소 농도를 측정한다. 다파장 모듈(90)의 구체적 형상은 도 12b에 도시한 바와 같다. CAN 패키지(94)에는 생체 계측에 바람직한 705㎚, 754㎚, 830㎚의 3종류의 LD 소자가 탑재되어 있다. 생체 계측에 이용하는 헤드 마운트형 프로브 홀더의 광원에 본 발명의 모듈을 이용함으로써, 장치의 코스트ㆍ사이즈를 저감할 수 있다. 또한 장치의 간이화ㆍ소형화는 피험자의 압박감을 경감시키는 효과도 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 광축에서 복수의 파장의 광을 송신하는 다파장 송신 모듈 및 다파장 수신 모듈에 관하여, 부품 점수 및 실장 공정수를 대폭 삭감하여, 데이터 프로젝터ㆍ광 전송 통신ㆍ정보 기기ㆍ생체 계측 등의 응용 분야에서, 시스템 소형화ㆍ저코스트화에서 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 RGB 3색 광원 광 송신 모듈의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 광 송신 모듈의 작용을 설명한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예인 RGB 3색 광원 광 송신 모듈의 도 1과는 다른 각도로부터 본 단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 광 모듈의 단면도로서, 발광 소자에 렌즈 집적화 수직 출사형 LD 소자를 이용한 예를 도시한 도면.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예의 광 모듈의 개요도로서, 적청 광원 패키지와 녹 광원 패키지를 조합하여 적녹청 3색 광원 모듈을 구성한 예를 도시한 도면.
도 5b는 제3 실시예에서 이용하는 적청 광 모듈의 개요도.
도 6a는 본 발명의 제4 실시예의 광 모듈의 개요도.
도 6b는 제4 실시예에서 이용하는 CAN 패키지 단면도.
도 7은 본 발명의 제5 실시예의 평면형 광 모듈의 개요도.
도 8은 본 발명의 제6 실시예의 3파장 광 수신 모듈의 개요도.
도 9는 본 발명의 광 송신 모듈을 소형 레이저 프로젝터에 응용한 경우의 구성과 동작의 모습을 도시한 도면.
도 10은 도 9에 기재된 소형 레이저 프로젝터를 휴대 전화에 조립한 예의 개념도.
도 11은 본 발명의 광 송신 모듈을 광 디스크 픽업용 광원에 응용한 경우의 구성과 동작의 모습을 도시한 도면.
도 12a는 본 발명의 광 송신 모듈을 뇌 기능 계측용 적외선 분광 장치의 광원에 응용한 경우의 구성과 동작의 모습을 도시한 도면.
도 12b는 도 12a의 뇌 기능 계측용 적외선 분광 장치에 이용하는 파이버 결합형 광 송신 모듈의 구성을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 33, 42, 50, 80, 94 : 3파장 광 모듈
2 : 파장 합분파기
3 : CAN캡
4, 41, 85, 86 : 렌즈
5, 34 : 글래스 기판
6, 7, 35 : 파장 선택 필터
8 : 미러
9 : 렌즈 어레이
10, 51 : LD 스템
11, 12, 13 : 반도체 LD 소자
14 : CAN 스템
21, 22, 23 : 렌즈 집적 수직 출사형 LD 소자
30 : 적청 2파장 광 모듈
31 : 2차 고조파 녹색 광원
40 : 3파장 광원 CAN 패키지
60 : 3파장 수신 모듈
61, 62, 63, 87 : 수광 소자
64 : 수광 소자 스템
70 : 소형 레이저 프로젝터
71, 72, 73 : LD 소자 구동 장치
74 : 소형 미러
75 : 미러 구동 장치
76 : 스크린
81 : 회절 격자
82 : 1/2 파장판
83 : 빔 스플리터
84 : 1/4 파장판
88 : 광 디스크
91 : 파이버
90 : 파이버 접속 광 모듈

Claims (12)

  1. 서로 사용 파장이 상이한, 렌즈 집적형 수직 출사형의 제1 발광 소자 및 렌즈 집적형 수직 출사형의 제2 발광 소자가 실장 기판에 탑재된 광 소자 탑재 기판과,
    적어도 제1 파장 선택 필터와, 상기 제1 파장 선택 필터에 대해 소정의 거리를 두고, 또한 평행하게 대향하여 설치된 미러를 갖는 광 합분파기와,
    상기 기판의 상기 소자 탑재면에 대해 각도 θ(단 θ≠2Nπ. N=0, 1, 2 …임)만큼 기울어진 상태에서, 상기 광 합분파기는 상기 기판 및 상기 광 합분파기를 수용하기 위한 패키지 내에 고정되고,
    상기 제1 및 제2 발광 소자는,
    상기 제1 발광 소자로부터의 제1 출사광이 상기 광 합분파기에 입사한 후, 상기 미러에서 반사하고, 또한 상기 제1 파장 선택 필터에서 반사하며,
    상기 제2 발광 소자로부터의 제2 출사광이 상기 광 합분파기에 입사한 후, 상기 제1 파장 선택 필터에 도달하고, 상기 제1 파장 선택 필터에서 반사된 상기 제1 출사광과 합파되어 상기 패키지 밖으로 출사되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광송신 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    사용 파장 λ3(단, λ1≠λ2≠λ3)의 렌즈 집적형 수직 출사형의 제3 발광 소자가 상기 광 소자 탑재 기판 위에 탑재되고,
    그 파장 선택 특성이 상기 제1 파장 선택 필터와는 상이한 제2 파장 선택 필터가, 상기 미러에 대해 소정의 거리를 두고, 또한 평행하게 대향하여 설치되고,
    상기 제1 내지 제3 발광 소자는,
    상기 제1 발광 소자로부터의 제1 출사광은,
    상기 제1 발광 소자로부터의 제1 출사광이 상기 광 합분파기에 입사한 후, 상기 미러에서 반사하고, 또한 상기 제1 파장 선택 필터에서 반사하고,
    상기 제2 발광 소자로부터의 제2 출사광이 상기 광 합분파기에 입사한 후, 상기 제1 파장 선택 필터에 도달하고, 상기 제1 파장 선택 필터에서 반사된 상기 제1 출사광과 합파되고,
    상기 합파된 제1 및 제2 출사광은 상기 미러에서 반사한 후, 상기 제2 파장 선택 필터에서 반사하고, 또한 상기 제3 발광 소자로부터의 제3 출사광은 상기 광 합분파기에 입사하고, 상기 제2 파장 선택 필터에 도달한 상기 제2 파장 선택 필터에서 반사된 상기 제1 및 제2 출사광과 합파되어 상기 패키지의 밖으로 출사되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실장 기판과 상기 광 합분파기 사이에, 투명 기판 위에 복수의 렌즈가 만들어 넣어진 렌즈 어레이가 설치되고,
    상기 렌즈 어레이의 각 렌즈는 상기 실장 기판에 탑재된 각 발광 소자와 일대일 대응하도록 렌즈의 수와 배치가 정해지고,
    각 렌즈는 대응하는 각 발광 소자로부터의 광의 확대를 적어도 억제하거나 또는 콜리메이트하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 합분파기는, 통과하는 광의 사용 파장에 대해 투과성을 갖는 재질로 이루어지는 한 쌍의 평행면을 갖는 기판과, 상기 평행면의 한쪽에 고정된 적어도 1종류의 필터와, 다른 평행면에 고정된 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 부재가 비정질 글래스, 사파이어 결정, 결정 석영 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 소자 탑재 기판, 상기 광 합분파기는 상기 패키지 내에 수용되고,
    상기 패키지는 메탈캔(CAN) 패키지이며,
    상기 패키지의 내벽에는, 상기 광 합분파기를 고정하기 위한 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 실장 기판 위에는, 제1, 제2 및 제3 발광 소자가 탑재되고, 그 발광 파장을 λ1, λ2 및 λ3으로 하고, λ1<λ2<λ3 또는 λ1>λ2>λ3일 때, 상기 광 소자는 상기 실장 기판 위에 제1, 제2 및 제3 발광 소자의 순서로 나열되어 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  9. 삭제
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자가, 각각 Red(적)광, Green(녹)광 및 Blue(청)광을 출사하는 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  11. 제2항에 있어서,
    Red(적)광, Green(녹)광 및 Blue(청)광의 3종류의 광원으로부터의 광선을 합파하여 하나의 광축에서 방출하는 광 송신 모듈로서,
    적청색 광원 패키지와, 녹색 광원 패키지와, 필터를 갖고,
    상기 녹색 광원 패키지는 2차 고조파를 이용하여 파장 변환하여 녹색의 레이저광을 방출하는 레이저 광원이며,
    상기 적청색 광원 패키지는 광 소자에 적색 레이저와 청색 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 광 송신 모듈.
  12. 삭제
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