特開 2024-96595 光学モジュール、画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法

(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】P2024096595

(43)【公開日】2024-07-17

(54)【発明の名称】光学モジュール、画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240709BHJP

   B81B 7/02 20060101ALI20240709BHJP

   B81C 3/00 20060101ALI20240709BHJP

   G02B 26/08 20060101ALN20240709BHJP

   G02B 27/02 20060101ALN20240709BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

B81B7/02

B81C3/00

G02B26/08 E

G02B27/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000175

(22)【出願日】2023-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】福澤 英明

(72)【発明者】

【氏名】水野 友人

(72)【発明者】

【氏名】小巻 壮

(72)【発明者】

【氏名】青柳 岳

(72)【発明者】

【氏名】アルダラン・ヘシュマティ

(72)【発明者】

【氏名】林 杰曙

【テーマコード（参考）】

2H045

2H141

2H199

3C081

【Ｆターム（参考）】

2H045AB13

2H045AB72

2H141MA12

2H141MB24

2H141MC06

2H141MD13

2H141MD16

2H141MD20

2H141MD24

2H141MD40

2H141ME01

2H141ME09

2H141ME25

2H141MF21

2H141MF28

2H141MZ03

2H141MZ16

2H141MZ22

2H141MZ24

2H141MZ28

2H199CA12

2H199CA29

2H199CA34

2H199CA42

2H199CA87

3C081AA17

3C081BA28

3C081CA05

3C081CA32

3C081DA27

3C081EA11

3C081EA39

(57)【要約】

【課題】レーザー発光素子、光学レンズ、およびミラーをそれぞれ基板に搭載した後に、光軸調整を行うことが可能な光学モジュール、およびこれを用いた画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】第１基板の一主面にレーザー発光素子が形成されたレーザー光源部と、第２基板の一主面に光走査ミラー素子が形成されたミラー部と、第３基板の一主面に光学レンズが形成されたレンズ部と、を有し、前記第１基板と前記第３基板とは、金属接合層を介して接合されており、前記レーザー発光素子から出射されたレーザー光を前記光学レンズを介して前記光走査ミラー素子で反射させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板の一主面にレーザー発光素子が形成されたレーザー光源部と、
第２基板の一主面に光走査ミラー素子が形成されたミラー部と、
第３基板の一主面に光学レンズが形成されたレンズ部と、を有し、
前記第１基板と前記第３基板とは、金属接合層を介して接合されており、
前記レーザー発光素子から出射されたレーザー光を前記光学レンズを介して前記光走査ミラー素子で反射させることを特徴とする光学モジュール。

【請求項2】

前記第２基板と前記第３基板とは、金属接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。

【請求項3】

前記金属接合層は、少なくとも金、またはスズを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。

【請求項4】

前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板は、それぞれ、シリコン基板、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、石英基板のうち、いずれか１つから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項5】

前記レーザー発光素子は、３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満の波長範囲の可視光域レーザー光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項6】

前記レーザー発光素子は、８００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の波長範囲の近赤外域レーザー光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項7】

前記レンズ部は、前記光学レンズと、前記光学レンズを支持するシリコンからなるレンズホルダと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項8】

前記光学レンズは、複数の前記レーザー発光素子からそれぞれ出射されたレーザー光を、前記光走査ミラー素子の１点に集光させるように屈折させることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項9】

前記第１基板には前記レーザー発光素子に接続される第１配線層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項10】

前記第２基板には前記光走査ミラー素子に接続される第２配線層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項11】

前記光走査ミラー素子はＭＥＭＳデバイスであり、反射角度を任意に調整可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項12】

前記レーザー光源部は複数形成され、それぞれの前記レーザー光源部を構成する前記第１基板が、前記金属接合層を介して、それぞれ前記レンズ部を構成する前記第３基板に接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項13】

前記光走査ミラー素子の鏡面部の表面は、中心点を通る断面が放物線状を成す凹面鏡であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項14】

請求項１または２に記載の光学モジュールと、
前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板とを載置する１つの共通基板と、
前記共通基板に形成され、前記レーザー発光素子および前記光走査ミラー素子を制御する集積回路と、を有することを特徴とする画像投影用光学エンジン。

【請求項15】

請求項１４に記載の画像投影用光学エンジンと、
眼鏡状のフレームと、を有し、
前記画像投影用光学エンジンは、前記フレームのテンプル部に配されることを特徴とするグラスディスプレイ。

【請求項16】

請求項１４に記載の画像投影用光学エンジンと、
検査用の検体を載置するステージと、を有し、
前記画像投影用光学エンジンから前記レーザー光を前記ステージに向けて照射させることを特徴とする検体検査装置。

【請求項17】

請求項２に記載の光学モジュールの製造方法であって、
前記第１基板と前記第３基板のうち少なくとも一方の端面、および前記第２基板と前記第３基板のうち少なくとも一方の端面に、それぞれ前記金属接合層の構成材料からなる接合材料をディップする接合材料形成工程と、
前記接合材料を挟んで前記レーザー光源部と前記レンズ部とを隣接させ、また、前記レンズ部と前記ミラー部とを隣接させて配置する配置工程と、
前記レーザー発光素子を発光させたレーザー光を前記光学レンズを介して前記光走査ミラー素子で反射させ、反射させたレーザー光を光学検出装置に入射させるとともに、前記レーザー光源部、前記レンズ部、および前記ミラー部の互いの相対位置を調整して、前記レーザー光の光軸を前記光学レンズのレンズ光軸および前記光走査ミラー素子の中心位置に合わせる調整工程と、
熱線を照射して前記接合材料を溶解し、前記第１基板と前記第２基板、および前記第２基板と前記第３基板とを、前記調整工程での調整位置でそれぞれ接合する接合工程と、
を有することを特徴とする光学モジュールの製造方法。

【請求項18】

前記熱線は、ＹＡＧレーザー装置から照射される赤外レーザー光であることを特徴とする請求項１７に記載の光学モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学モジュール、画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、および光学モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）グラス、ＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）グラスは小型のウェアラブルデバイスとして期待されている。このようなデバイスにおいて、フルカラーの可視光を発光する発光素子は、高品質な画像を描画するための中心的な素子の１つである。かかるデバイスにおいては、発光素子が例えば可視光を表現するＲＧＢの３色の各々の強度を独立に高速に変調し、所望の色で動画を表現している。

【0003】

このような発光素子として、特許文献１には可視光のレーザーを導波路に入射して、各色のレーザーチップの出射強度を電流により制御することによりカラーの動画を出射する発光素子が開示されている。また、引用文献２には、光ファイバを介して電気光学効果を有する基板に形成された導波路を有する外部変調器にレーザー光を入射して、外部変調器によりＲＧＢの３色の各々の強度を独立に変調する変調器が開示されている。

【0004】

ＡＲグラス、ＶＲグラスのようなウェアラブルデバイスにおいては、発光モジュールは通常の眼鏡型のサイズに各機能が収まるように小型化されることが普及に対するカギとなっている。こうしたウェアラブルデバイスに適用可能な小型化された発光モジュールは、発光素子から出射されたレーザー光を、導波路などを介することなくミラーによって表示面に向けて直接反射させる構成が考えられている。例えば、特許文献３では、１つの共通の基板上に、レーザー発光素子とミラーとを搭載した光学モジュールが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－８６９７６号公報

【特許文献2】特許第６７２８５９６号公報

【特許文献3】米国特許出願公開第２０２０／０１１０３３１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献３に開示された光学モジュールは、１つの共通基板上にレーザー発光素子、レンズ、およびミラーそれぞれを固着させた構成であるため、光学モジュールの製造後にレンズに入射するレーザー光の光軸位置を調整することはできなかった。このため、光学モジュールをデバイスに搭載する際に、レーザー光を表示面の所定位置に出射させるために、光学モジュールの搭載位置の調整が煩雑になるという課題があった。

【0007】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、レーザー発光素子、光学レンズ、およびミラーをそれぞれ基板に搭載した後に、光軸調整を行うことが可能な光学モジュール、およびこれを用いた画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法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】

【0008】

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）本発明の第１態様に係る光学モジュールは、第１基板の一主面にレーザー発光素子が形成されたレーザー光源部と、第２基板の一主面に光走査ミラー素子が形成されたミラー部と、第３基板の一主面に光学レンズが形成されたレンズ部と、を有し、前記第１基板と前記第３基板とは、金属接合層を介して接合されており、前記レーザー発光素子から出射されたレーザー光を前記光学レンズを介して前記光走査ミラー素子で反射させることを特徴とする。

【0009】

（２）本発明の第２態様に係る光学モジュールは、第１態様において、前記第２基板と前記第３基板とは、金属接合層を介して接合されていてもよい。

【0010】

（３）本発明の第３態様に係る光学モジュールは、第１又は第２態様において、前記金属接合層は、少なくとも金、またはスズを含んでいてもよい。

【0011】

（４）本発明の第４態様に係る光学モジュールは、第１から第３のいずれか１つの態様において、前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板は、それぞれ、シリコン基板、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、石英基板のうち、いずれか１つから構成されていてもよい。

【0012】

（５）本発明の第５態様に係る光学モジュールは、第１から第４のいずれか１つの態様において、前記レーザー発光素子は、３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満の波長範囲の可視光域レーザー光を出射してもよい。

【0013】

（６）本発明の第６態様に係る光学モジュールは、第１から第４のいずれか１つの態様において、前記レーザー発光素子は、８００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の波長範囲の近赤外域レーザー光を出射してもよい。

【0014】

（７）本発明の第７態様に係る光学モジュールは、第１から第６のいずれか１つの態様において、前記レンズ部は、前記光学レンズと、前記光学レンズを支持するシリコンからなるレンズホルダと、を有していてもよい。

【0015】

（８）本発明の第８態様に係る光学モジュールは、第１から第７のいずれか１つの態様において、前記光学レンズは、複数の前記レーザー発光素子からそれぞれ出射されたレーザー光を、前記光走査ミラー素子の１点に集光させるように屈折させてもよい。

【0016】

（９）本発明の第９態様に係る光学モジュールは、第１から第８のいずれか１つの態様において、前記第１基板には前記レーザー発光素子に接続される第１配線層が形成されていてもよい。

【0017】

（１０）本発明の第１０態様に係る光学モジュールは、第１から第９のいずれか１つの態様において、前記第２基板には前記光走査ミラー素子に接続される第２配線層が形成されていてもよい。

【0018】

（１１）本発明の第１１態様に係る光学モジュールは、第１から第１０のいずれか１つの態様において、前記光走査ミラー素子はＭＥＭＳデバイスであり、反射角度を任意に調整可能であってもよい。

【0019】

（１２）本発明の第１２態様に係る光学モジュールは、第１から第１１のいずれか１つの態様において、前記レーザー光源部は複数形成され、それぞれの前記レーザー光源部を構成する前記第１基板が、前記金属接合層を介して、それぞれ前記レンズ部を構成する前記第３基板に接合されていてもよい。

【0020】

（１３）本発明の第１３態様に係る光学モジュールは、第１から第１２のいずれか１つの態様において、前記光走査ミラー素子の鏡面部の表面は、中心点を通る断面が放物線状を成す凹面鏡であってもよい。

【0021】

（１４）本発明の第１４態様に係る画像投影用光学エンジンは、第１から第１３のいずれか１つの態様の光学モジュールと、前記第１基板、前記第２基板、および前記第３基板とを載置する１つの共通基板と、前記共通基板に形成され、前記レーザー発光素子および前記光走査ミラー素子を制御する集積回路と、を有することを特徴とする。

【0022】

（１５）本発明の第１５態様に係るグラスディスプレイは、第１４態様の画像投影用光学エンジンと、眼鏡状のフレームと、を有し、前記画像投影用光学エンジンは、前記フレームのテンプル部に配されることを特徴とする。

【0023】

（１６）本発明の第１６態様に係る検体検査装置は、第１４態様の画像投影用光学エンジンと、検査用の検体を載置するステージと、を有し、前記画像投影用光学エンジンから前記レーザー光を前記ステージに向けて照射させることを特徴とする。

【0024】

（１７）本発明の第１７態様に係る光学モジュールの製造方法は、第２態様の光学モジュールの製造方法であって、前記第１基板と前記第３基板のうち少なくとも一方の端面、および前記第２基板と前記第３基板のうち少なくとも一方の端面に、それぞれ前記金属接合層の構成材料からなる接合材料をディップする接合材料形成工程と、前記接合材料を挟んで前記レーザー光源部と前記レンズ部とを隣接させ、また、前記レンズ部と前記ミラー部とを隣接させて配置する配置工程と、前記レーザー発光素子を発光させたレーザー光を前記光学レンズを介して前記光走査ミラー素子で反射させ、反射させたレーザー光を光学検出装置に入射させるとともに、前記レーザー光源部、前記レンズ部、および前記ミラー部の互いの相対位置を調整して、前記レーザー光の光軸を前記光学レンズのレンズ光軸および前記光走査ミラー素子の中心位置に合わせる調整工程と、熱線を照射して前記接合材料を溶解し、前記第１基板と前記第２基板、および前記第２基板と前記第３基板とを、前記調整工程での調整位置でそれぞれ接合する接合工程と、を有することを特徴とする。

【0025】

（１８）本発明の第１８態様に係る光学モジュールの製造方法は、第１７態様の光学モジュールの製造方法において、前記熱線は、ＹＡＧレーザー装置から照射される赤外レーザー光であってもよい。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、レーザー発光素子、光学レンズ、およびミラーをそれぞれ基板に搭載した後に、光軸調整を行うことが可能な光学モジュール、およびこれを用いた画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施形態の光学モジュールを示す外観斜視図である。

【図2】図１に示す光学モジュールの断面図である。

【図3】本実施形態の光学モジュールの製造方法を段階的に示したフローチャートである。

【図4】本発明の第２実施形態の光学モジュールを示す外観斜視図である。

【図5】本発明の第２実施形態の光走査ミラー素子の作用を示す模式図である。

【図6】本発明の第２実施形態の他の構成の光走査ミラー素子の作用を示す模式図である。

【図7】本発明の一実施形態の画像投影用光学エンジンを示す外観斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態のグラスディスプレイを示す要部拡大斜視図である。

【図9】本発明の一実施形態の検体検査装置を示す要部拡大斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明を適用した一実施形態である光学モジュール、およびこれを用いた画像投影用光学エンジン、グラスディスプレイ、検体検査装置、光学モジュールの製造方法について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0029】

［光学モジュール：第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の光学モジュールを示す外観斜視図である。また、図２は、図１に示す光学モジュールの断面図である。
本実施形態の光学モジュール１０は、レーザー光源部１１と、ミラー部１２と、レンズ部１３と、金属接合層１４とを有している。

【0030】

レーザー光源部１１は、第１基板（サブキャリア）２１と、この第１基板２１の一主面２１ａに形成されるレーザー発光素子２３と、を有している。
第１基板２１は、シリコン（Ｓｉ）基板、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、石英（ＳｉＯ_２）基板などから構成されている。こうした第１基板２１は、ミラー部１２を構成する第２基板２２と同一の材料を用いても良く、第２基板２２とは異なる材料を用いてもよい。

【0031】

レーザー発光素子２３は、レーザー光Ｌを出射可能な素子、例えば、ＬＥＤから構成されている。レーザー発光素子２３は、レーザー光Ｌを入射させる対象物に応じて、任意の波長のレーザー光Ｌを出射することができればよい。

【0032】

例えば、レーザー発光素子２３は、波長が３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満の波長範囲の赤色レーザー光、緑色レーザー光、青色レーザー光など、可視光域のレーザー光を出射可能な可視光ＬＥＤ素子を用いることができる。また、例えば、レーザー発光素子２３は、８００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の波長範囲の近赤外域のレーザー光を出射可能な赤外線ＬＥＤ素子を用いることもできる。

【0033】

レーザー発光素子２３は、第１基板２１に対して、例えば金属層２７を介して接合されている。金属層２７は、例えば、第１金属層２７ａと、第２金属層２７ｂの２層の金属層から構成されていればよい。こうした金属層２７は、例えばスパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知の手法によって形成可能である。

【0034】

第１金属層２７ａは、例えば、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）との合金、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金、インジウム（Ｉｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金及びスズ（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）系はんだ合金（ＳＡＣ）等から構成されていればよい。第２金属層２７ｂは、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）及びニッケル（Ｎｉ）等から構成されていればよい。

【0035】

第１基板２１の一主面２１ａには、一端側がレーザー発光素子２３に接続される第１配線層２５が形成されている。第１配線層２５は、レーザー発光素子２３に駆動電流を供給するための電気配線であり、例えば、金、銀、アルミニウムなどからなる金属薄膜を所定のパターンで形成したパターン配線であればよい。こうした第１配線層２５の他端側には、第１電極（電極パッド）２８が形成されていればよい。第１電極（電極パッド）２８は、例えば、外部の駆動電源や制御用の集積回路に接続される。

【0036】

ミラー部１２は、第２基板（サブキャリア）２２と、この第２基板２２の一主面２２ａに形成される光走査ミラー素子２４と、を有している。

【0037】

第２基板２２は、シリコン（Ｓｉ）基板、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、石英（ＳｉＯ_２）基板などから構成されている。第２基板２２は、一主面２２ａに対して所定の角度、例えば４５°で傾斜した傾斜面２２ｂを有する傾斜部２２Ｓを有している。

【0038】

傾斜部２２Ｓの傾斜部２２Ｓは、傾斜面２２ｂの一部が一主面２２ａよりも厚み方向に深い位置まで広がるように形成されている。こうした傾斜部２２Ｓの傾斜面２２ｂに、光走査ミラー素子２４が載置される。なお、傾斜面２２ｂの一主面２２ａに対する傾斜角度は、例えば、１０°～７０°の範囲内であればよい。

【0039】

光走査ミラー素子（ＭＥＭＳミラー）２４は、例えば、シリコンウェーハを微細加工することによって得られるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである。本実施形態の光走査ミラー素子２４は、基体２４ａの中央に配された円形の鏡面部２４ｂと、この鏡面部２４ｂを支持する梁部２４ｃと、梁部２４ｃを屈曲させる印加電極（図示略）とを有している。鏡面部２４ｂの表面（反射面）は、例えば、平面状に形成されている。なお、鏡面部２４ｂは、本実施形態では円形に形成されているが、円形に限定されるものではなく、任意の形状、例えば矩形や多角形形状に形成されていてもよい。

【0040】

こうした光走査ミラー素子２４は、印加電極に所定の電圧を印加することによって静電力を発生させる。そして、この静電力を発生させる位置に応じて梁部２４ｃを局所的に屈曲させ、これにより、梁部２４ｃに支持された鏡面部２４ｂの角度を２次元的（水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向））に変化させる。こうした鏡面部２４ｂの角度の変化によって、鏡面部２４ｂで反射されるレーザー光Ｌの反射角度を変化させる。即ち、鏡面部２４ｂでレーザー光Ｌを走査させて、レーザー光Ｌによる表示面に任意の文字や図形を表示させることができる。

【0041】

第２基板２２の一主面２２ａには、一端側が光走査ミラー素子２４に接続される第２配線層２６が形成されている。第２配線層２６は、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの角度を変化させる駆動電流を供給するための電気配線であり、例えば、金、銀、アルミニウムなどからなる金属薄膜を所定のパターンで形成したパターン配線であればよい。こうした第２配線層２６の他端側には、第２電極（電極パッド）２９が形成されていればよい。第２電極（電極パッド）２９は、例えば、外部の駆動電源や制御用の集積回路に接続される。

【0042】

レンズ部１３は、第３基板（サブキャリア）１５と、この第３基板１５の一主面１５ａに形成される光学レンズ１６と、この光学レンズ１６を支持するレンズホルダ１７と、を有している。

【0043】

第３基板１５は、シリコン（Ｓｉ）基板、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、石英（ＳｉＯ_２）基板などから構成されている。こうした第１基板２１は、レーザー光源部１１を構成する第１基板２１や、ミラー部１２を構成する第２基板２２と同一の材料を用いても良く、第１基板２１や第２基板２２とは異なる材料を用いてもよい。

【0044】

光学レンズ１６は、例えば、レーザー発光素子２３から出射されたレーザー光Ｌを絞って、指向性をより高める凸レンズであればよい。
また、レンズホルダ１７は、例えば、全体がシリコンから形成され、光学レンズ１６の周縁部に接して光学レンズ１６を支持する。

【0045】

こうした光学モジュール１０を構成するレーザー光源部１１、レンズ部１３、およびミラー部１２は、直線上に並べて配されている。そして、レーザー光源部１１を構成する第１基板２１と、レンズ部１３を構成する第３基板１５との間、およびこの第３基板１５とミラー部１２を構成する第２基板２２との間は、互いに金属接合層１４を介して直接接合されている。即ち、レーザー光源部１１とミラー部１２とはレンズ部１３を挟んで金属接合層１４によって一体化され、光学モジュール１０を構成している。

【0046】

金属接合層１４は、第１基板２１の構成材料、第２基板２２の構成材料、および第３基板１５の構成材料に対して共に接合可能な金属材料、例えば、少なくとも金、またはスズを含む金属材料から構成される。より具体的には、金系はんだ材として、金スズはんだ（Ａｕ－Ｓｎ）、金ゲルマニウムはんだ（Ａｕ－Ｇｅ）、金シリコンはんだ（Ａｕ－Ｓｉ）などが挙げられる。また、スズ系はんだ材として、共晶はんだ（Ｓｎ－Ｐｂ）、鉛フリーはんだ（Ｓｎ－Ａｇ）、銅スズはんだ（Ｓｎ－Ｃｕ）などが挙げられる。これら金属接合層１４の構成材料は、第１基板２１、第２基板２２、第３基板１５の構成材料に応じて適宜選択されればよい。

【0047】

なお、金属接合層１４は、１層に限定されるものではない。例えば、第１基板２１と第３基板１５とが互いに異なる材料からなる場合、それぞれの基板材料の接合に最適な金属材料を用いた２層からなる金属接合層によって、第１基板２１と第３基板１５とを接合することもできる。また、例えば、第２基板２２と第３基板１５とが互いに異なる材料からなる場合、それぞれの基板材料の接合に最適な金属材料を用いた２層からなる金属接合層によって、第２基板２２と第３基板１５とを接合することもできる。あるいは、互いに異なる材料によって３層以上の金属接合層を形成することもできる。

【0048】

また、本実施形態では、第１基板２１と第３基板１５との間、および第２基板２２と第３基板１５との間を、それぞれ金属接合層１４によって接合しているが、本発明の光学モジュールは、少なくとも第１基板２１と第３基板１５との間だけが金属接合層１４によって接合されていてもよい。こうした構成では、第２基板２２と第３基板１５との間は、金属接合層１４以外の各種接着剤によって接合する構成や、第２基板２２と第３基板１５に分けずに１つの基板にして、この１つの基板上に光学レンズと光走査ミラー素子とを配する構成であってもよい。

【0049】

［光学モジュールの製造方法］
以上のような構成の第１実施形態の光学モジュールの製造方法、および第１実施形態の光学モジュールの作用、効果を説明する。
図３は、本実施形態の光学モジュールの製造方法を段階的に示したフローチャートである。

【0050】

第１実施形態の光学モジュール１０を製造する際には、まず、第１基板２１の一主面２１ａに金属層２７を介してレーザー発光素子２３を接合する。また、第１基板２１の一主面２１ａに、第１配線層２５、および第１電極２８を形成する。これにより、レーザー光源部１１を得る（レーザー光源部形成工程Ｓ１）。

【0051】

また、第２基板２２を構成する傾斜部２２Ｓの傾斜面２２ｂに、例えば接着層を介して光走査ミラー素子２４を接合する。また、第２基板２２の一主面２２ａに、第２配線層２６、および第２電極２９を形成する。これにより、ミラー部１２を得る（ミラー部形成工程Ｓ２）。

【0052】

また、第３基板１５の一主面１５ａに、光学レンズ１６を支持したレンズホルダ１７を、例えば接着層を介してを接合する。これにより、レンズ部１３を得る（レンズ部形成工程Ｓ３）。

【0053】

次に、レーザー光源部１１を構成する第１基板２１の端面、またはレンズ部１３を構成する第３基板１５の一方の端面（第１基板２１と対向する端面）のうち、少なくともいずれか一方、または両方に、金属接合層１４の構成材料からなる接合材料をディップする。また、ミラー部１２を構成する第２基板２２の端面、またはレンズ部１３を構成する第３基板１５の他方の端面（第２基板２２と対向する端面）のうち、少なくともいずれか一方、または両方に、金属接合層１４の構成材料からなる接合材料をディップする（接合材料形成工程Ｓ４）。本実施形態ではレンズ部１３を構成する第３基板１５の一方の端面、および他方の端面に接合材料をディップしている。

【0054】

次に、レーザー光源部１１とレンズ部１３とミラー部１２とを、それぞれ接合材料を挟んで隣接させて配置（仮置き）する（配置工程Ｓ５）。

【0055】

次に、レーザー発光素子２３に第１配線層２５を介して電源を接続してレーザー発光素子２３を駆動させ、レンズ部１３を構成する光学レンズ１６を介してミラー部１２を構成する光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂに向けてレーザー光Ｌを照射させる。また、鏡面部２４ｂで反射されたレーザー光Ｌを光学検出装置、例えばフォトディテクターに入射させる。そして、この状態で第１基板２１、第２基板２２、第３基板１５の互いの位置決めを行う。即ち、レーザー光Ｌの光軸が、光学レンズ１６のレンズ光軸、および光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心位置に合致するように、フォトディテクターの測定値を参照しつつ、レーザー光源部１１、レンズ部１３、およびミラー部１２の、互いの相対位置を調整する（調整工程Ｓ６）。

【0056】

本実施形態では、レーザー光源部１１の相対位置をレンズ部１３、およびミラー部１２に対して動かすことによって、レーザー発光素子２３から出射されたレーザー光Ｌの光軸を光学レンズ１６のレンズ光軸、および光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心位置に合致させている。

【0057】

そして、調整工程Ｓ６で調整された位置において、第２基板２２の一方の端面、および他方の端面に向けて、それぞれ熱線を照射して、それぞれの接合材料を溶解する。そして第１基板２１と第３基板１５の端面同士、および第２基板２２と第３基板１５の端面同士を、溶解した接合材料が冷却固化されものからなるそれぞれの金属接合層１４を介して接合する（接合工程Ｓ７）。こうした接合工程Ｓ７で用いる熱線は、例えば、ＹＡＧレーザー装置から照射される波長１０６４μｍを主体とした固体レーザー光であればよい。

【0058】

以上のような工程を経て、第１実施形態の光学モジュール１０を製造することができる。
第１実施形態の光学モジュール１０によれば、レーザー発光素子２３を載置する基板（第１基板２１）、光走査ミラー素子２４を載置する基板（第２基板２２）、および光学レンズ１６を載置する基板（第３基板１５）を、それぞれ別個の基板とし、こうした３つの基板どうしを金属接合層１４を介して接合する構成であるため、製造時に第１基板２１、第２基板２２、および第３基板１５のそれぞれの相対位置を調整して、レーザー光Ｌの光軸が、光学レンズ１６のレンズ光軸、および光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心位置にそれぞれ合致するように、レーザー光Ｌの光軸位置のアライメントを行うことができる（アクティブアライメント）。

【0059】

これにより、例えば、レーザー発光素子、光学レンズ、およびミラー素子を全て１つの共通基板に載置した従来の光学モジュールと比較して、強い光量を保ったレーザー光Ｌを、高い位置精度で照射することが可能な光学モジュール１０を得ることができる。

【0060】

また、レーザー発光素子２３を載置する基板（第１基板２１）、光走査ミラー素子２４を載置する基板（第２基板２２）、および光学レンズ１６を載置する基板（第３基板１５）を互いに別個の基板として構成するため、後述する第２実施形態の光学モジュールの製造も容易である。

【0061】

［光学モジュール：第２実施形態］
次に、第２実施形態の光学モジュールの構成を説明する。第１実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
図４は、本発明の第２実施形態の光学モジュールを示す外観斜視図である。

【0062】

第２実施形態の光学モジュール３０は、３つのレーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃをそれぞれ構成する第１基板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが、１つのレンズ部３３を構成する第３基板４５に対して、それぞれ金属接合層１４を介して接合された構成となっている。そして、レンズ部３３の第３基板４５が、１つのミラー部３２を構成する第２基板４２に対して、金属接合層１４を介して接合された構成となっている。

【0063】

レーザー光源部３１Ａを構成するレーザー発光素子４３Ａは、例えば、赤色レーザー光ＲＬを出射する赤色ＬＥＤから構成されている。また、レーザー光源部３１Ｂを構成するレーザー発光素子４３Ｂは、例えば、緑色レーザー光ＧＬを出射する緑色ＬＥＤから構成されている。更に、レーザー光源部３１Ｃを構成するレーザー発光素子４３Ｃは、例えば、青色レーザー光ＢＬを出射する青色ＬＥＤから構成されている。

【0064】

また、レンズ部３３を構成する光学レンズ４６は、外形が楕円形の非球面レンズであり、互いに異なる方向から入射する複数のレーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬを、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心に向けて集光させる。

【0065】

これらレーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからそれぞれ出射されるレーザー光は、レンズ部３３を構成する光学レンズ４６を介して、ミラー部３２を構成する光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心に向けて集光させている。そして、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの表面は、例えば、凹面状の反射面（凹面鏡）となっている。

【0066】

より詳しくは、図５に示すように、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心を通る断面が放物線状を成す凹面鏡となっている。このように、レーザー光の出射位置が互いに異なるレーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからそれぞれ出射されるレーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬは、レンズ部３３を介して光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの表面に対して、互いに異なる角度で入射する。しかしながら、本実施形態のように、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの表面を、凹面状の反射面（凹面鏡）にすることで、互いに異なる角度で入射するレーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬを、互いに平行な平行光として反射させることができる。

【0067】

これにより、レーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬのそれぞれの出射位置が異なっていても、鏡面部２４ｂの投影位置の物理的距離、位置関係が固定している限り、任意の１領域に向けて、互いに平行なレーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬを照射されるようにすることが可能となる。

【0068】

こうした第２実施形態の光学モジュール３０によれば、レーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃをそれぞれ任意のタイミングで走査させることで、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂで反射されるレーザー光ＷＬによって、任意の色調の画像、例えば、フルカラー画像を外部の表示面に表示させることができる。

【0069】

そして、こうした光学モジュール３０においても、第１基板４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが、１つの第３基板４５に対して、それぞれ金属接合層１４を介して接合された構成にすることで、光学モジュール３０の製造時に、レーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、光学レンズ４６との間で光軸位置のアライメントを行うことができる（アクティブアライメント）。これにより、３つのレーザー光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬを、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心といった１点に向けて、正確に集光させることが可能になり、鮮明でブレの無いフルカラー画像を外部の表示面に表示させることが可能になる。

【0070】

また、第２実施形態の光学モジュール３０によれば、レーザー光源部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからそれぞれ出射されるレーザー光を、光学レンズ４６を介して、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心に集光させる構成であるため、従来のように、複数のレーザー光を合波させるための光導波路ユニットなどが不要になり、コンパクトで軽量なフルカラー画像対応の光学モジュール３０を実現することができる。

【0071】

なお、第２実施形態の変形例として、図６に示すように、光走査ミラー素子２４の鏡面部２４ｂの中心を通る断面が放物線状を成す凹面鏡にすれば、Ｒ，Ｇ，Ｂ３つのレーザー光源部を２組有する構成にして、一方の組のレーザー光源部３１ａから３つのレーザー光ＲＬ１，ＧＬ１，ＢＬ１を出射させて、レンズ部３３ａを介して鏡面部２４ｂの中心付近の一領域で反射させる。また、他方の組のレーザー光源部３１ｂから３つのレーザー光ＲＬ２，ＧＬ２，ＢＬ２を出射させて、レンズ部３３ｂを介して鏡面部２４ｂの中心付近の他の一領域で反射させる構成にすることもできる。

【0072】

これにより、互いに平行なレーザー光ＲＬ１，ＧＬ１，ＢＬ１、およびＲＬ２，ＧＬ２，ＢＬ２からなる、互いに平行な２組のＲＧＢのレーザー光を、外部の表示面などに照射することができる。

【0073】

［画像投影用光学エンジン］
次に、本発明の一実施形態の画像投影用光学エンジンの構成を説明する。なお、第１実施形態の光学モジュールと同様の構成には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
図７は、本発明の一実施形態の画像投影用光学エンジンを示す外観斜視図である。

【0074】

本実施形態の画像投影用光学エンジン５０は、第１実施形態の光学モジュール１０と、集積回路５１と、共通基板５２とを有している。
集積回路５１は、レーザー光源部１１を構成するレーザー発光素子２３（図１、２を参照）の発光制御や、ミラー部１２を構成する光走査ミラー素子２４（図１、２を参照）の角度制御を行う。

【0075】

共通基板５２は、レーザー光源部１１を構成する第１基板２１、ミラー部１２を構成する第２基板２２、およびレンズ部１３を構成する第３基板１５とが載置される１つの共通の基板を成す。

【0076】

こうした画像投影用光学エンジン５０によれば、小型化されたコンパクトな形状のレーザー画像投影手段として機能する。例えば、ウェアラブルデバイスにこうした画像投影用光学エンジン５０を組み込むことで、違和感のない程度の着用感を確保しつつ、鮮明な画像投影が可能なウェアラブルデバイスを実現することができる。

【0077】

［グラスディスプレイ］
次に、本発明の一実施形態の画像投影用光学エンジンの構成を説明する。なお、前述した実施形態の画像投影用光学エンジンと同様の構成部分には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
図８は、本発明の一実施形態のグラスディスプレイを示す要部拡大斜視図である。

【0078】

本実施形態のグラスディスプレイ６０は、前述した実施形態の画像投影用光学エンジン５０と、眼鏡状のフレーム６１と、を有している。
フレーム６１を構成するテンプル部６２には、小型化された画像投影用光学エンジン５０が内蔵されている。

【0079】

こうした画像投影用光学エンジン５０は、フレーム６１を構成するフロント枠６３に支持されたグラス６４に向けて、画像光を構成するレーザー光を出射させる。グラス６４は、例えばハーフミラーであり、画像投影用光学エンジン５０から出射されたレーザー光Ｌによる画像が投影される。グラスディスプレイ６０の着用者は、グラス６４の内側面に投影された画像を直接観察することができる。

【0080】

このように、本実施形態のグラスディスプレイ６０によれば、コンパクトで軽量な画像投影用光学エンジン５０を用いることによって、スペースに制約のある眼鏡状のフレーム６１のテンプル部６２を大きく膨らませることなく、良好な装着感を維持したグラスディスプレイ６０を実現することができる。

【0081】

［検体検査装置］
次に、本発明の一実施形態の検体検査装置の構成を説明する。なお、前述した実施形態の画像投影用光学エンジンと同様の構成部分には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
図９は、本発明の一実施形態の検体検査装置を示す要部拡大斜視図である。

【0082】

本実施形態の検体検査装置７０は、前述した実施形態の画像投影用光学エンジン５０と、検査用の検体を載置するステージ７１と、を有している。
画像投影用光学エンジン５０は、検体に作用する波長のレーザー光、例えば、８００ｎｍ以上、１８００ｎｍ未満の波長範囲の近赤外域レーザー光をステージ７１に向けて出射する。ステージ７１に載置された検体Ｍは、画像投影用光学エンジン５０によって照射された近赤外域レーザー光Ｌによって、特定の反応が生じる。こうしたレーザー光による反応後の検体を分析することによって、検体を組成や病変などを分析することが可能になる。

【0083】

本実施形態の検体検査装置７０によれば、コンパクトで軽量な画像投影用光学エンジン５０を用いることによって、小型で低コストな、生体の光分析などを行う検体検査装置７０を実現することができる。

【0084】

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0085】

１０…光学モジュール
１１…レーザー光源部
１２…ミラー部
１３…レンズ部
１４…金属接合層
１５…第３基板（サブキャリア）
１６…光学レンズ
１７…レンズホルダ
２１…第１基板（サブキャリア）
２２…第２基板（サブキャリア）
２３…レーザー発光素子
２４…光走査ミラー素子（ＭＥＭＳミラー）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】