作为世界上最小的输出二维光束图像的半导体激光器,滨松公司确立突破了iPMSEL?(integrable Phase Modulating Surface Emitting Lasers)元件的高密度集成技术,成功开发出在2mm见方芯片上的四行四列iPMSEL阵列元件。由于它可以对芯片上每个单元进行单独控制,切换其所输出的光束图像,期待它作为光源应用于需要高精度的工业领域三维测量仪器上。

iPMSEL阵列元件

此外,也将在运动捕捉和脸部识别等应用中的提高精度。再者,由于元件的轻小,也有希望应用到医疗和工业上的小型纤维镜等设备里。 本项目的研发一部分得到日本科学技术振兴机构(JST)创新中心(COI)“有精神成长价值的感性创新中心” (JPMJCE1311)项目的支持。

iPMSEL阵列元件的放大图

研发产品概要

本研发产品是可切换输出10,000多个点、条纹、网格、字符、CG和图像等不同光束图像的iPMSEL阵列元件。 滨松公司以光子结晶垂直腔面发射激光器(※1)技术为基础,利用自主的全息设计技术和精微加工技术,成功开发了世界上最小的输出二维光束图像的半导体激光器iPMSEL元件。此前,我们一直在尝试将iPMSEL的尺寸缩小到100μm见方,在小型化的同时对每个单元进行电控,来实现不同光束图像的切换输出。

此次,我们利用iPMSEL元件的工艺技术,将每边200μm的单元以300μm间隔纵横四列排在2mm见方的芯片上,完成高密度和高精度一体成形的同时,成功开发出小型iPMSEL阵列元件。即在与以往相同的面积上将iPMSEL单元的密度提高了10倍以上,同时提高个单元的位置精度,实现了各种高精度光束图像之间的切换输出。由于采用本产品可以进行相移法(※2)等高精度测量,可作为光源应用于需要精度的工业三维测量仪器上。此外也能够提高运动捕捉和脸部识别等应用里的精度。还有,由于高密度技术带来的小型轻量化,还将应用于医疗内窥镜和工业小型纤维镜等领域。

今后,我们将继续提高元件的输出功率来实现其产品化。我们还会持续开拓iPMSEL元件的其他新的应用领域。

※1  光子晶体垂直腔面发射激光器:以京都大学野田研究室所开发二维光子晶体(按光波长尺寸排列的微型结构)为共振腔的垂直腔面发射激光器。 

※2  相移法:对于周期性输出的二维光束图像,通过解析由物体形状产生的光束失真,达到对表面三维形状进行高精度测量的一种方法。

研发背景

用相机拍摄光束照射到物体时出现的失真,可计算出物体表面的三维形状。目前,三维测量的光源主要是由垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,以下简称VCSEL)和对VCSEL发光进行处理的衍射光学元件(Diffractive Optical Element,以下简称DOE)所组成的二维光束图像光源。由于高密度iPMSEL元件仅约为VCSEL和DOE光束图像光源的十分之一,它有望作为高精度光源应用在三维测量上,因此滨松公司一直致力于iPMSEL元件和其集成技术的研发。

由VCSEL和DOE组成的图案光源(左)和iPMSEL阵列元件(右)

主要规格