特開 2022-186075 発光装置および測距装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022186075

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】発光装置および測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20221208BHJP

   H01S 5/183 20060101ALI20221208BHJP

   H01S 5/02257 20210101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

H01S5/183

H01S5/02257

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094115

(22)【出願日】2021-06-04

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100122183

【弁理士】

【氏名又は名称】小澤 一郎

(72)【発明者】

【氏名】曽根 秀倫

【テーマコード（参考）】

5F173

5J084

【Ｆターム（参考）】

5F173AC52

5F173MA10

5F173MB02

5F173MC17

5F173MD82

5F173ME02

5F173ME22

5F173ME31

5F173ME62

5F173ME86

5F173MF03

5F173MF28

5F173MF40

5J084AA05

5J084AA10

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA20

5J084BA36

5J084BA39

5J084BA40

5J084BA48

5J084BA49

5J084BB02

5J084BB27

5J084BB28

5J084EA01

(57)【要約】

【課題】発光装置の側方に出射するレーザ光を抑制する新たな構成を提供する。
【解決手段】発光装置１０は、基板１２と、基板上に載置された、レーザ光を発する光源１４と、光源を囲むように設けられている枠部１２ｃと、枠部の上部開口１２ｄを覆い、レーザ光を透過させるカバー部材１６と、枠部１２ｃとカバー部材１６とを接合する接合部材１８と、を備える。接合部材１８は、レーザ光を反射する光反射物質又はレーザ光を吸収する光吸収物質を有し、カバー部材の外周側面１６ａを覆っている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
基板上に載置された、レーザ光を発する光源と、
前記光源を囲むように設けられている枠部と、
前記枠部の上部開口を覆い、前記レーザ光を透過させるカバー部材と、
前記枠部と前記カバー部材とを接合する接合部材と、を備え、
前記接合部材は、レーザ光を反射する光反射物質又はレーザ光を吸収する光吸収物質を有し、前記カバー部材の外周側面を覆っている発光装置。

【請求項2】

前記光吸収物質は、カーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記光反射物質は、金属ハンダであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項4】

前記光源は、赤外光を発することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項5】

前記光源は、ＶＣＳＥＬ素子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射され、対象物で反射されたレーザ光を受光する受光装置と、
を備える測距装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置に用いられる発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、周囲に存在する物体までの距離を測定する装置として、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）と呼ばれるシステムが考案されている。ＬｉＤＡＲは、光源から物体に向かって光を照射し、物体からの反射光を計測し、物体までの距離や方向を測定する。また、ＬｉＤＡＲに用いられる光源としてはレーザが知られている。例えば、特許文献１には、９８０ｎｍ帯の波長の光を放出する化合物半導体により構成されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－６４７４３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述のＶＣＳＥＬ素子は、カバー部材の内部をレーザ光の一部が伝播し、カバー部材の側面から側方に出射する可能性がある。そのため、ＶＣＳＥＬ素子を光源として利用する場合にグレアが発生するおそれがある。また、ＶＣＳＥＬ素子の側方に隣接して受光センサを配置したシステムでは、カバー部材の側面から側方に出射するレーザ光により受光センサの誤検知が発生するおそれがある。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところの一つは、発光装置の側方に出射するレーザ光を抑制する新たな構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光装置は、基板と、基板上に載置された、レーザ光を発する光源と、光源を囲むように設けられている枠部と、枠部の上部開口を覆い、レーザ光を透過させるカバー部材と、枠部とカバー部材とを接合する接合部材と、を備える。接合部材は、レーザ光を反射する光反射物質又はレーザ光を吸収する光吸収物質を有し、カバー部材の外周側面を覆っている。

【0007】

この態様によると、カバー部材から側方に出射するレーザ光を抑制できる。

【0008】

光吸収物質は、カーボンブラックであってもよい。これにより、カバー部材の外周側面からレーザ光が出射したとしても、接合部材が有するカーボンブラックで吸収されるため、発光装置の外部に漏れ出るレーザ光を抑制できる。

【0009】

光反射物質は、金属ハンダであってもよい。これにより、カバー部材の外周側面からレーザ光が出射したとしても、接合部材が有する金属ハンダで反射されるため、発光装置の外部に漏れ出るレーザ光を抑制できる。

【0010】

光源は、赤外光を発してもよい。これにより、全天候型のカメラの光源として利用し易くなる。

【0011】

光源は、ＶＣＳＥＬ素子を有してもよい。これにより、比較的安価でレーザ光を遠方まで照射できる発光装置を実現できる。

【0012】

本発明の他の態様は測距装置である。この測距装置は、前述の発光装置と、発光装置から出射され、対象物で反射されたレーザ光を受光する受光装置と、を備えている。

【0013】

この態様によると、発光装置のカバー部材から側方に出射するレーザ光が抑制されるため、発光装置から出射したレーザ光がそのまま受光装置に入射することで発生する受光装置の誤検知を低減できる。

【0014】

以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を製造方法、灯具や照明などの装置、発光モジュール、光源などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、発光装置の側方に出射するレーザ光を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】本実施の形態に係る測距装置の概略構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0018】

図１は、本実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す模式図である。発光装置１０は、凹部１２ａが形成された基板１２と、凹部１２ａの底部１２ｂに載置された光源１４と、光源１４を囲むように設けられている矩形の枠部１２ｃと、枠部１２ｃの上部開口１２ｄを覆うカバー部材１６と、枠部１２ｃとカバー部材１６とを接合する接合部材１８と、を備える。

【0019】

基板１２は、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムといった焼成が可能なセラミック基板が好ましい。また、本実施の形態に係る基板１２は、板状の部材の一部に凹部が形成されており、底部１２ｂと枠部１２ｃとが一部品で構成されている。また、基板１２の底部１２ｂの表面や裏面には電極パターンが形成されている。この電極パターンと光源１４の電極とが金などの給電用ワイヤ２０で結合されている。

【0020】

光源１４は、レーザ光を発する半導体発光素子であり、チップ接合材１５により基板１２の所定位置に固定されている。本実施の形態では、近赤外線から赤外線の波長の赤外光、具体的には、ピーク波長が７８０～２０００ｎｍの範囲にある赤外光を発する光源１４であり、例えば、ＶＣＳＥＬ素子が用いられる。ＶＣＳＥＬ素子を用いることで、比較的安価でレーザ光を遠方まで照射できる発光装置を実現できる。また、赤外光を発する光源１４は、全天候型のカメラの光源としての利用に適している。

【0021】

どのようなピーク波長の光を出射する半導体発光素子が好ましいかは、発光装置１０の用途によって変わり得る。例えば、後述する測距装置の受光装置と一緒に発光装置１０を用いる場合、光源１４が発するレーザ光のピーク波長が８５０～９５０ｎｍの範囲にある半導体発光素子を採用することで、受光装置が備える受光センサに比較的安価なシリコンデバイスを採用できる。なお、ピーク波長が１５００～１６００ｎｍの範囲にある光を実現できる化合物半導体発光素子を光源として用いてもよい。

【0022】

カバー部材１６は、レーザ光が透過する材料で構成されており、例えば、波長が７８０～２０００ｎｍの範囲にある光の透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上の材料が好ましい。具体的には、サファイヤ、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスといった近赤外線や赤外線に対して透光性の材料が好ましい。

【0023】

接合部材１８は、枠部１２ｃとカバー部材１６とを接合するとともに、カバー部材１６の外周側面１６ａの少なくとも一部を覆っている。好ましくは、外周側面１６ａの全体が接合部材１８に覆われているとよい。光源１４から出射したレーザ光Ｌ１は、透光性のカバー部材１６を透過する際に、一部のレーザ光Ｌ２がカバー部材１６の内部を外周側面１６ａに向かって伝播する。そこで、外周側面１６ａを覆っている接合部材１８は、レーザ光を反射する光反射物質又はレーザ光を吸収する光吸収物質を含有している。これにより、カバー部材１６から側方に出射するレーザ光を抑制できる。

【0024】

接合部材１８は、光吸収物質を母材に分散させたものであってもよい。母材は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、低融点ガラス等である。また、光吸収物質は、波長が７８０～２０００ｎｍの範囲にある光の透過率が８０％以下、好ましくは５０％以下の材料であり、例えば、カーボンブラック、酸化タングステン、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、アンチモン添加酸化スズ（ＡＴＯ：Antimony Tin Oxide)、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）等である。これにより、カバー部材１６の外周側面１６ａからレーザ光Ｌ２が出射したとしても、接合部材１８が有するカーボンブラック等で吸収されるため、発光装置１０の外部に漏れ出るレーザ光を抑制できる。

【0025】

また、接合部材１８は、光反射物質として金属ハンダを有してもよい。金属ハンダは、例えば、金スズ（Ａｕ－Ｓｎ）ハンダ、スズ銀銅（Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ）ハンダ等である。これにより、カバー部材１６の外周側面１６ａからレーザ光Ｌ２が出射したとしても、接合部材１８が有する金属ハンダで反射されるため、発光装置１０の外部に漏れ出るレーザ光を抑制できる。

【0026】

なお、図１に示す発光装置１０では、基板１２の底部１２ｂと枠部１２ｃとが一部品で構成されている。この場合、電極パターンを基板１２の底部１２ｂに形成する必要があることから、キャビティ形状（凹部）を形成してから基板を焼成する必要がある。そのため、基板焼成時の収縮により寸法精度が低下する傾向がある。

【0027】

そこで、発光装置１０の変形例として、平板状の基板を作成した後に基板の上に別部品の枠部を搭載して一体化した発光装置としてもよい。この場合、平板状の基板の材料は、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムが好ましく、枠部の材料は、窒化アルミニウムや酸化アルミニウム、シリコンが好ましい。枠部と基板を別部品とすることで、焼成後に電極パターンを形成できるので、電極パターンの寸法精度が向上する。

【0028】

（測距装置）
次に、前述の発光装置の用途の一例として測距装置について説明する。本実施の形態に係る測距装置は、光を偏向して走査を実現する光偏向デバイスとしてのＬｉＤＡＲである。図２は、本実施の形態に係る測距装置の概略構成を示す模式図である。

【0029】

図２に示す測距装置３０は、筐体３１の内部に、投光部３２と、スキャン部３４と、受光部３６とを備える。スキャン部３４は、ミラーモジュール３８と、遮光板４０と、モータ４２とを有する。ミラーモジュール３８は、光を反射する一対の偏向ミラーが両面に取り付けられた平板状の部材である。ミラーモジュール３８は、回転中心がモータ４２の回転軸Ｒに沿って固定されており、モータ４２の駆動に従って回転する。なお、スキャン部は、回転タイプのミラーモジュール３８だけでなく、揺動や振動するタイプの機構であってもよい。

【0030】

遮光板４０は、ミラーモジュール３８の上下方向の中心付近に、ミラーモジュール３８と一体、かつ、板面が回転運動の回転軸Ｒと直行するように設けられた円形かつ板状の部材である。遮光板４０には、光の透過を阻止する材料が用いられる。

【0031】

以下、ミラーモジュール３８のうち、遮光板４０より上側の反射部位を投光偏向部４０ａ、遮光板４０より下側の反射部位を受光偏向部４０ｂという。また、ミラーモジュール３８の反射面は、受光偏向部４０ｂの方が投光偏向部４０ａより幅広に形成され、受光偏向部４０ｂは、遮光板４０の直径と等しい幅に、投光偏向部４０ａは、その半分程度の幅に設定されている。

【0032】

投光部３２は、発光モジュール４４を備える。発光モジュール４４は、前述の発光装置１０とレンズ４６とが対向して配置されている。レンズ４６は、発光装置１０から発せられるレーザ光のビーム幅を絞るレンズである。発光モジュール４４は、当該発光モジュール４４から出力されるレーザ光Ｌが、直接、投光偏向部４０ａに入射されるように配置されている。

【0033】

受光部３６は、受光素子４８と、受光レンズ５０と、折り返しミラー５２とを備えている。受光素子４８は、複数のフォトダイオードがアレイ状に配置されたものである。受光レンズ５０は、受光偏向部４０ｂで反射されたレーザ光を絞るレンズである。折り返しミラー５２は、レーザ光の進行方向を変化させるミラーである。受光素子４８は、折り返しミラー５２の下部に配置される。

【0034】

折り返しミラー５２は、受光偏向部４０ｂから、受光レンズ５０を介して入射する光が受光素子４８に到達するように、光の経路を下方に略９０°屈曲させるように配置されている。受光レンズ５０は、受光偏向部４０ｂと折り返しミラー５２との間に配置される。受光レンズ５０は、受光素子４８に入射する光ビームのビーム径が、フォトダイオードの素子幅程度となるように絞る。

【0035】

本実施の形態に係る測距装置３０は、筐体３１の内部空間において、スキャン部３４の遮光板４０により、投光部３２が設置される上側の投光用空間１０１と、受光部３６が設置される下側の受光用空間１０２とに区分けされている。

【0036】

投光用空間１０１に配置されている発光モジュール４４から出射したレーザ光Ｌは、投光偏向部４０ａに入射する。投光偏向部４０ａに入射したレーザ光Ｌは、ミラーモジュール３８の回転角度に応じた方向に向けて反射し、図２の紙面から手前の方向に出射される。ミラーモジュール３８を介してレーザ光Ｌが照射される範囲が走査範囲である。

【0037】

ミラーモジュール３８の回転位置に応じた所定方向（即ち、投光偏向部４０ａからの光の出射方向）に位置する物体で反射したレーザ光Ｌ'は、受光偏向部４０ｂで反射し、受光レンズ５０及び折り返しミラー５２を介して受光素子４８で受光される。

【0038】

そして、発光モジュール４４から出射したレーザ光Ｌが物体で反射し、反射光（レーザ光Ｌ'）として受光素子４８に到達するまでの時間や、ミラーモジュール３８の回転位置の情報に基づいて、計測回路にて演算することで物体までの距離や方向が算出される。そのため、発光モジュール４４において迷光が発生し、レーザ光Ｌの一部がミラーモジュール３８で反射されずに受光用空間１０２に直接到達してしまうと、実際には存在しない物体が至近距離で検出されたり、実際に存在しない方向で物体が検出されたりすることによる、検出性能の低下が起こり得る。

【0039】

しかしながら、本実施の形態に測距装置３０は、図１に示すように、発光装置１０のカバー部材１６から側方に出射するレーザ光が抑制されるため、発光装置１０から出射したレーザ光がそのまま受光素子４８に入射することで発生する受光部３６の誤検知を低減できる。換言すると、投光用空間１０１と受光用空間１０２との間に隔壁を設けなくても、投光用空間１０１から受光用空間１０２へ迷光が向かわないようにできる。

【0040】

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 発光装置、 １２ 基板、 １２ａ 凹部、 １２ｂ 底部、 １２ｃ 枠部、 １２ｄ 上部開口、 １４ 光源、 １６ カバー部材、 １６ａ 外周側面、 １８ 接合部材、 ３０ 測距装置。

【図1】

【図2】