光学模块、图像投影用光学引擎、眼镜显示器、被检体检查装置、光学模块的制造方法

技术领域

本发明涉及光学模块、图像投影用光学引擎、眼镜显示器、被检体检查装置、及光学模块的制造方法。

背景技术

AR(Augmented ReaIity：增强现实)眼镜、VR(Virtual Reality：虚拟现实)眼镜作为小型的可穿戴器件而被期待。在这样的器件中，发出全彩色的可见光的发光元件是用于描绘高品质的图像的核心元件之一。在该器件中，发光元件例如对表现可见光的RGB三种颜色各自的强度独立且高速地进行调制，用期望的颜色表现动态图像。

作为这样的发光元件，在专利文献1中公开有一种使可见光的激光向波导入射，通过利用电流控制各种颜色的激光芯片的出射强度而出射彩色的动态图像的发光元件。另外，在引用文献2中公开有一种经由光纤向具有形成于具有电光效应的基板的波导的外部调制器入射激光，通过外部调制器独立地调制RGB三种颜色各自的强度的调制器。

在AR眼镜、VR眼镜这样的可穿戴器件中，发光模块以各功能纳入通常的眼镜型的尺寸的方式小型化成为普及的关键。能够适用于这样的可穿戴器件的小型化的发光模块考虑将从发光元件出射的激光不经由波导等而利用镜朝向显示面直接反射的结构。例如，在专利文献3中公开有一种在一个共同的基板上搭载有激光发光元件和镜的光学模块。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021－86976号公报

专利文献2：日本专利第6728596号公报

专利文献3：美国专利公开第2020/0110331号公报

发明内容

但是，专利文献3中公开的光学模块构成为在一个共同基板上设置激光发光元件和镜，且将该镜固定于形成于基板的倾斜面，因此，在光学模块的制造后不能调整向镜入射的激光的光轴位置。因此，存在如下问题：在将光学模块搭载于器件时，向显示面的规定位置出射激光，因此，光学模块的搭载位置的调整变得繁杂。

本发明是考虑这样的情况而完成的，其目的在于，提供在将激光发光元件和镜分别搭载于基板之后能够进行光轴调整的光学模块、及使用了该光学模块的图像投影用光学引擎、眼镜显示器、被检体检查装置、光学模块的制造方法。

为了解决上述问题，提供以下的技术手段。

(1)本发明的第一方式所涉及的光学模块，具有：激光光源部，其在第一基板的一个主面形成有激光发光元件；镜部，其在第二基板的一个主面形成有光扫描镜元件，所述第一基板和所述第二基板经由金属接合层接合，使从所述激光发光元件出射的激光在所述光扫描镜元件反射。

(2)本发明的第二方式的光学模块也可以是，在第一方式中，所述金属接合层至少含有金或锡。

(3)本发明的第三方式的光学模块也可以是，在第一或第二方式中，所述第一基板及所述第二基板分别由硅基板、氧化铝基板、氮化铝基板、石英基板中的任一种构成。

(4)本发明的第四方式的光学模块也可以是，在第一～第三方式中的任一方式中，所述激光发光元件出射380nm以上且小于800nm的波长范围的可见光波段激光。

(5)本发明的第五方式的光学模块也可以是，在第一～第三方式中的任一方式中，所述激光发光元件出射800nm以上且小于1800nm的波长范围的近红外波段激光。

(6)本发明的第六方式的光学模块也可以是，在第一～第五方式中的任一方式中，在所述第一基板形成有与所述激光发光元件连接的第一配线层。

(7)本发明的第七方式的光学模块也可以是，在第一～第六方式中的任一方式中，在所述第二基板形成有与所述光扫描镜元件连接的第二配线层。

(8)本发明的第八方式的光学模块也可以是，在第一～第七方式中的任一方式中，所述光扫描镜元件是MEMS器件，能够任意地调整反射角度。

(9)本发明的第九方式的光学模块也可以是，在第一～第八方式中的任一方式中，所述激光光源部形成有多个，构成各个所述激光光源部的所述第一基板经由所述金属接合层与分别构成所述镜部的所述第二基板接合。

(10)本发明的第十方式的光学模块也可以是，在第一～第九方式中的任一方式中，所述光扫描镜元件的镜面部的表面是通过中心点的截面成抛物线状的凹面镜。

(11)本发明的第十一方式所涉及的图像投影用光学引擎，具有：第一～第十方式中的任一方式的光学模块；一个共同基板，其载置所述第一基板和所述第二基板；集成电路，其形成于所述共同基板，控制所述激光发光元件及光扫描镜元件。

(12)本发明的第十二方式所涉及的眼镜显示器，具有：第十一方式的图像投影用光学引擎；眼镜状的框架，所述图像投影用光学引擎配置于所述框架的镜腿部。

(13)本发明的第十三方式所涉及的被检体检查装置，具有：第十一方式的图像投影用光学引擎；载物台，其载置检查用的被检体，使所述激光从所述图像投影用光学引擎朝向所述载物台照射。

(14)本发明的第十四方式所涉及的光学模块的制造方法，是第一～第十方式中的任一方式的光学模块的制造方法，具有：接合材料形成工序，在所述第一基板、或所述第二基板中的至少一方的端面浸渍由所述金属接合层的构成材料构成的接合材料；配置工序，使所述激光光源部和所述镜部夹着所述接合材料而相邻地配置；调整工序，使所述激光发光元件发出的激光在所述光扫描镜元件反射，使反射的激光向光学检测装置入射，并且调整所述激光光源部和所述镜部的相对位置，使所述激光的光轴对准所述光扫描镜元件的中心位置；接合工序，照射热射线来熔解所述接合材料，将所述第一基板和所述第二基板在所述调整工序中的调整位置上接合。

(15)本发明的第十五方式的光学模块的制造方法，在第十四方式中，所述热射线是从YAG激光装置照射的红外激光。

(16)本发明的第十六方式的光学模块的制造方法，在第十四或第十五方式中，在所述接合工序中，所述热射线向所述第二基板的端面照射。

根据本发明，能够提供在将激光发光元件和镜分别搭载于基板之后能够进行光轴调整的光学模块、及使用了该光学模块的图像投影用光学引擎、眼镜显示器、被检体检查装置、光学模块的制造方法。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的光学模块的外观立体图。

图2是图1所示的光学模块的截面图。

图3是阶段性地表示本实施方式的光学模块的制造方法的流程图。

图4是表示本发明的第二实施方式的光学模块的外观立体图。

图5是表示本发明的第二实施方式的光扫描镜元件的作用的示意图。

图6是表示本发明的第二实施方式的其它结构的光扫描镜元件的作用的示意图。

图7是表示本发明的一实施方式的图像投影用光学引擎的外观立体图。

图8是表示本发明的一实施方式的眼镜显示器的主要部分放大立体图。

图9是表示本发明的一实施方式的被检体检查装置的主要部分放大立体图。

符号的说明

10…光学模块

11…激光光源部

12…镜部

13…金属接合层

21…第一基板(子载体)

22…第二基板(子载体)

23…激光发光元件

24…光扫描镜元件(MEMS镜)。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本发明的一实施方式的光学模块、及使用了该光学模块的图像投影用光学引擎、眼镜显示器、被检体检查装置、光学模块的制造方法进行说明。此外，以下所示的实施方式是为了使发明的宗旨更容易理解而具体地进行说明的内容，除非另外指定，否则并非限定本发明的内容。另外，以下的说明中使用的附图为了使本发明的特征容易理解，为了方便，有时放大表示成为主要部分的部分，各构成要素的尺寸比率等不限于与实际相同。

[光学模块：第一实施方式]

图1是表示本发明的第一实施方式的光学模块的外观立体图。另外，图2是图1所示的光学模块的截面图。

本实施方式的光学模块10具有激光光源部11、镜部12、以及金属接合层13。

激光光源部11具有第一基板(子载体)21、和形成于该第一基板21的一个主面21a的激光发光元件23。

第一基板21由硅(Si)基板、氧化铝(Al

激光发光元件23由能够出射激光L的元件、例如LED构成。激光发光元件23只要能够根据入射激光L的对象物出射任意波长的激光L即可。

例如，激光发光元件23能够使用可以出射波长380nm以上且小于800nm的波长范围的红色激光、绿色激光、蓝色激光等可见光波段的激光的可见光LED元件。另外，例如，激光发光元件23也能够使用可以出射800nm以上且小于1800nm的波长范围的近红外波段的激光的红外线LED元件。

激光发光元件23例如经由金属层27接合于第一基板21。金属层27例如可以由第一金属层27a和第二金属层27b的2层的金属层构成。这样的金属层27例如能够通过溅射、蒸镀、膏体化的金属的涂布等公知的方法形成。

第一金属层27a可以由例如金(Au)和锡(Sn)的合金、锡(Sn)和铜(Cu)的合金、铟(In)和铋(Bi)的合金及锡(Sn)一银(Ag)一铜(Cu)系焊料合金(SAC)等构成。第二金属层27b可以由例如金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)及镍(Ni)等构成。

在第一基板21的一个主面21a形成有一端侧与激光发光元件23连接的第一配线层25。第一配线层25是用于向激光发光元件23供给驱动电流的电气配线，例如，可以是将由金、银、铝等构成的金属薄膜按规定的图案形成的图案配线。在这样的第一配线层25的另一端侧可以形成有第一电极(电极垫)28。第一电极(电极垫)28例如与外部的驱动电源或控制用的集成电路连接。

镜部12具有第二基板(子载体)22、和形成于该第二基板22的一个主面22a的光扫描镜元件24。

第二基板22由硅(Si)基板、氧化铝(Al

倾斜部22S形成为倾斜面22b的一部分扩展至在厚度方向上比一个主面22a深的位置。在这样的倾斜部22S的倾斜面22b载置有光扫描镜元件24。此外，倾斜面22b相对于一个主面22a的倾斜角度例如可以在10°～70°的范围内。

光扫描镜元件(MEMS镜)24例如是通过微细加工硅晶片而获得的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems(微机电系统))器件。本实施方式的光扫描镜元件24具有配置于基体24a的中央的圆形的镜面部24b、支撑该镜面部24b的梁部24c、以及使梁部24c弯曲的施加电极(省略图示)。镜面部24b的表面(反射面)例如形成为平面状。此外，镜面部24b在本实施方式中形成为圆形，但不限于圆形，也可以形成为任意的形状、例如矩形或多边形形状。

这样的光扫描镜元件24通过对施加电极施加规定的电压而产生静电力。然后，根据产生该静电力的位置使梁部24c局部弯曲，由此，使被梁部24c支撑的镜面部24b的角度二维地(水平方向(X方向)及垂直方向(Y方向))变化。根据这样的镜面部24b的角度的变化，使由镜面部24b反射的激光L的反射角度变化。即，能够利用镜面部24b使激光L扫描，在激光L的显示面显示任意的文字或图形。

在第二基板22的一个主面22a形成有一端侧与光扫描镜元件24连接的第二配线层26。第二配线层26是用于供给使光扫描镜元件24的镜面部24b的角度变化的驱动电流的电气配线，例如可以是将由金、银、铝等构成的金属薄膜按规定的图案形成的图案配线。在这样的第二配线层26的另一端侧可以形成有第二电极(电极垫)29。第二电极(电极垫)29例如与外部的驱动电源或控制用的集成电路连接。

激光光源部11和镜部12相邻地配置。再有，构成激光光源部11的第一基板21和构成镜部12的第二基板22相互经由金属接合层13直接接合。即，激光光源部11和镜部12通过金属接合层13一体化，构成光学模块10。

金属接合层13由能够相对于第一基板21的构成材料和第二基板22的构成材料均接合的金属材料、例如至少含有金、或锡的金属材料构成。更具体而言，作为金系焊料材料，可举出金锡焊料(Au－Sn)、金锗焊料(Au－Ge)、金硅焊料(Au－Si)等。另外，作为锡系焊料材料，可举出共晶焊料(Sn－Pb)、无铅焊料(Sn－Ag)、铜锡焊料(Sn－Cu)等。这些金属接合层13的构成材料可以根据第一基板21或第二基板22的构成材料适当地选择。

此外，金属接合层13不限于一层。例如，在第一基板21和第二基板22由互不相同的材料构成的情况下，也能够通过由使用了最适于各个基板材料的接合的金属材料的2层构成的金属接合层将第一基板21和第二基板22接合。或者，也能够由互不相同的材料形成3层以上的金属接合层。

[光学模块的制造方法]

对上述结构的第一实施方式的光学模块的制造方法、及第一实施方式的光学模块的作用、效果进行说明。

图3是阶段性地表示本实施方式的光学模块的制造方法的流程图。

在制造第一实施方式的光学模块10时，首先，在第一基板21的一个主面21a经由金属层27接合激光发光元件23。另外，在第一基板21的一个主面21a形成第一配线层25、及第一电极28。由此，获得激光光源部11(激光光源部形成工序S1)。

另外，在构成第二基板22的倾斜部22S的倾斜面22b例如经由粘接层接合光扫描镜元件24。另外，在第二基板22的一个主面22a形成第二配线层26、及第二电极29。由此，获得镜部12(镜部形成工序S2)。

接着，在构成激光光源部11的第一基板21、或构成镜部12的第二基板22的端面中的至少一方或两方浸渍由金属接合层13的构成材料构成的接合材料。在本实施方式中，在构成镜部12的第二基板22的端面浸渍接合材料(接合材料形成工序S3)。

接着，使激光光源部11和镜部12夹着接合材料而相邻地配置(临时配置)(配置工序S4)。

接着，在激光发光元件23经由第一配线层25连接电源而驱动激光发光元件23，朝向构成镜部12的光扫描镜元件24的镜面部24b照射激光L。另外，使由镜面部24b反射的激光L向光学检测装置、例如光电检测器入射。然后，在该状态下使第一基板21和第二基板22的相互的端面接近，参照光电检测器的测量值并调整激光光源部11和镜部12的相对位置，以使激光L的光轴与光扫描镜元件24的镜面部24b的中心位置一致(调整工序S5)。

然后，在调整工序S5中调整后的位置上，朝向第二基板22的端面照射热射线来熔解接合材料。然后，将第一基板21和第二基板22的端面彼此经由由熔解了的接合材料冷却固化而成的材料构成的金属接合层13接合(接合工序S6)。在这样的接合工序S6中使用的热射线例如可以是从YAG激光装置照射的以波长1064μm为主体的固体激光。

通过如上所述工序，能够制造第一实施方式的光学模块10。

根据第一实施方式的光学模块10，因为是将载置激光发光元件23的基板(第一基板21)和载置光扫描镜元件24的基板(第二基板22)相互作为个别的基板，经由金属接合层13将这样的基板彼此接合的结构，所以在制造时能够调整第一基板21和第二基板22的相对位置，进行激光L的光轴位置的对准(主动对准)，以使激光L的光轴与光扫描镜元件24的镜面部24b的中心位置一致。由此，例如，与将激光发光元件和镜元件载置于一个共同基板的现有的光学模块相比，能够获得可以以高的位置精度照射保持着较强的光量的激光L的光学模块10。

另外，因为是将载置激光发光元件23的基板(第一基板21)和载置光扫描镜元件24的基板(第二基板22)相互作为个别的基板的结构，所以下述的第二实施方式的光学模块的制造也容易。

[光学模块：第二实施方式]

接着，对第二实施方式的光学模块的结构进行说明。对与第一实施方式相同的结构标注相同的符号，省略重复的说明。

图4是表示本发明的第二实施方式的光学模块的外观立体图。

第二实施方式的光学模块30成为分别构成三个激光光源部31A、31B、31C的第一基板41A、41B、41C相对于构成一个镜部32的第二基板42分别经由金属接合层13接合的结构。

构成激光光源部31A的激光发光元件43A例如由出射红色激光RL的红色LED构成。另外，构成激光光源部31B的激光发光元件43B例如由出射绿色激光GL的绿色LED构成。再有，构成激光光源部31C的激光发光元件43C例如由出射蓝色激光BL的蓝色LED构成。

从这些激光光源部31A、31B、31C分别出射的激光朝向构成镜部32的光扫描镜元件24的镜面部24b的中心聚光。再有，光扫描镜元件24的镜面部24b的表面例如成为凹面状的反射面(凹面镜)。

更详细地，如图5所示，成为通过光扫描镜元件24的镜面部24b的中心的截面成抛物线状的凹面镜。这样，从激光的出射位置互不相同的激光光源部31A、31B、31C分别出射的激光RL、GL、BL以互不相同的角度相对于光扫描镜元件24的镜面部24b的表面入射。但是，如本实施方式那样，通过将光扫描镜元件24的镜面部24b的表面设为凹面状的反射面(凹面镜)，能够使以互不相同的角度入射的激光RL、GL、BL作为相互平行的平行光反射。

由此，即使激光RL、GL、BL各自的出射位置不同，只要镜面部24b的投影位置的物理距离、位置关系固定，就能够朝向任意的一区域照射相互平行的激光RL、GL、BL。

根据这样的第二实施方式的光学模块30，通过使激光光源部31A、31B、31C分别以任意的时机扫描，能够通过由光扫描镜元件24的镜面部24b反射的激光WL，在外部的显示面显示任意色调的图像、例如全彩色图像。

再有，在这样的光学模块30中，通过设为第一基板41A、41B、41C相对于一个第二基板42分别经由金属接合层13接合的结构，能够在制造光学模块30时进行激光光源部31A、31B、31C和光扫描镜元件24的光轴位置的对准(主动对准)。由此，能够使三个激光RL、GL、BL朝向光扫描镜元件24的镜面部24b的中心部准确地聚光，能够在外部的显示面显示鲜明且无晃动的全色图像。

另外，根据第二实施方式的光学模块30，因为是使从激光光源部31A、31B、31C分别出射的激光直接向光扫描镜元件24的镜面部24b的中心部聚光的结构，所以不需要像现有技术那样用于使多个激光合波的光波导单元等，能够实现紧凑且轻量的全彩色图像对应的光学模块30。

此外，作为第二实施方式的变形例，如图6所示，如果设为通过光扫描镜元件24的镜面部24b的中心的截面成抛物线状的凹面镜，则能够构成为具有两组R、G、B三个激光光源部的结构，且构成为从一组激光光源部31a出射三个激光RL1、GL1、BL1且由镜面部24b的中心附近的一区域反射，从另一组激光光源部31b出射三个激光RL2、GL2、BL2且由镜面部24b的中心附近的另一区域反射。

由此，能够向外部的显示面等照射由相互平行的激光RL1、GL1、BL1及RL2、GL2、BL2构成的相互平行的两组RGB激光。

[图像投影用光学引擎]

接着，对本发明一实施方式的图像投影用光学引擎的结构进行说明。此外，对与第一实施方式的光学模块相同的结构标注相同的符号，省略重复的说明。

图7是表示本发明一实施方式的图像投影用光学引擎的外观立体图。

本实施方式的图像投影用光学引擎50具有第一实施方式的光学模块10、集成电路51、以及共同基板52。

集成电路51进行构成激光光源部11的激光发光元件23(参照图1、图2)的发光控制、构成镜部12的光扫描镜元件24(参照图1、图2)的角度控制。

根据这样的图像投影用光学引擎50，作为小型化的紧凑形状的激光图像投影单元发挥作用。例如，通过将这样的图像投影用光学引擎50装入可穿戴器件，能够实现能够确保没有不适感的程度的穿戴感且进行鲜明的图像投影的可穿戴器件。

[眼镜显示器]

接着，对本发明一实施方式的图像投影用光学引擎的结构进行说明。此外，对与上述的实施方式的图像投影用光学引擎相同的结构部分标注相同的符号，省略重复的说明。

图8是表示本发明一实施方式的眼镜显示器的主要部分放大立体图。

本实施方式的眼镜显示器60具有上述的实施方式的图像投影用光学引擎50、和眼镜状的框架61。

在构成框架61的镜腿部62内置有小型化的图像投影用光学引擎50。

这样的图像投影用光学引擎50朝向被构成框架61的前框63支撑的眼镜64出射构成图像光的激光。眼镜64例如是半反半透镜，被投影由从图像投影用光学引擎50出射的激光L形成的图像。眼镜显示器60的佩戴人能够直接观察投影于眼镜64的内侧面的图像。

这样，根据本实施方式的眼镜显示器60，通过使用紧凑且轻量的图像投影用光学引擎50，能够实现不使在空间上受制约的眼镜状的框架61的镜腿部62大幅地鼓起且维持了良好的佩戴感的眼镜显示器60。

[被检体检查装置]

接着，对本发明一实施方式的被检体检查装置的结构进行说明。此外，对与上述的实施方式的图像投影用光学引擎相同的结构部分标注相同的符号，省略重复的说明。

图9是表示本发明一实施方式的被检体检查装置的主要部分放大立体图。

本实施方式的被检体检查装置70具有上述的实施方式的图像投影用光学引擎50、和载置检查用的被检体的载物台71。

图像投影用光学引擎50朝向载物台71出射对被检体作用的波长的激光、例如800nm以上且小于1800nm的波长范围的近红外波段激光。载置于载物台71的被检体M通过由图像投影用光学引擎50照射的近红外波段激光L，产生特定的反应。通过分析这样的激光所引起的反应后的被检体，能够对被检体的组成或病变等进行分析。

根据本实施方式的被检体检查装置70，通过使用紧凑且轻量的图像投影用光学引擎50，能够实现小型且低成本的进行生物体的光分析等的被检体检查装置70。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而提示的，并非意图限定发明的范围。该实施方式能够以其它各种方式进行实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。该实施方式及其变形，与包含于发明的范围及宗旨相同，包含于本发明及其等同的范围内。