(57)【要約】      （修正有）【課題】外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は、開口部が形成された筐体１０と、筐体１０の内部に形成される収容空間Ｒ内に固定される光学部品４１〜４６と、筐体１０の開口部を塞ぐ蓋部材２０と、蓋部材２０と筐体１０との間に形成され、筐体１０の収容空間Ｒを外部空間Ｑから封止する封止樹脂３０とを備える。筐体１０は、蓋部材２０を下方から支持する蓋支持部１５を有する。筐体１０の蓋支持部１５上で収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積は、外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積よりも大きい。【選択図】図１
2020052307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された筐体と、
前記筐体の内部に形成される収容空間内に固定される少なくとも１つの光学部品と、
前記筐体の前記開口部を塞ぐ蓋部材と、
前記蓋部材と前記筐体との間に形成され、前記筐体の前記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂と
を備え、
前記筐体は、前記蓋部材を下方から支持する蓋支持部を有し、
前記筐体の前記蓋支持部上で前記収容空間に露出する前記封止樹脂の面積は、前記外部空間に露出する前記封止樹脂の面積よりも大きい、
光モジュール。
【請求項２】
前記蓋部材は、前記筐体の前記蓋支持部に向かって前記封止樹脂の内部に突出する突起を有する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記筐体の前記蓋支持部は、前記蓋部材に向かって前記封止樹脂の内部に突出する突起を有する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記封止樹脂が接触する前記蓋支持部の面又は前記蓋支持部に対向し、前記封止樹脂が接触する前記蓋部材の面は、前記封止樹脂が接触する前記筐体の他の面及び前記蓋部材の面よりも粗い、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記蓋部材は、その中央部が凸状となるように湾曲し、
前記筐体の前記蓋支持部は、前記蓋部材の外周部を下方から支持するように構成される、
請求項１に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記筐体の前記蓋支持部は、前記筐体の中央部に向かって高さが次第に低くなる傾斜面を有する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光学部品は、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射された光を伝搬する光ファイバと、
前記発光素子から出射された光を前記光ファイバに光結合させるレンズと
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに係り、特に筐体内部の収容空間に光部品を固定した光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内部に光学部品が収容された筐体に蓋部材を取り付けた光モジュールが知られている。このような光モジュールにおいては、接着材を用いて光学部品を筐体に固定することが多いが、この接着材が水分を吸収して膨張すると光学部品の位置がずれて光モジュールの光学特性が悪化することが考えられる。このため、筐体と蓋部材との間を透湿性の低い封止樹脂で封止することで、外部空間から筐体の収容空間に湿気が入りにくい構造とした光モジュールが開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような従来の光モジュールにおいては、外部空間から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制することだけを考慮して封止樹脂が設計されているため、一度筐体の収容空間に湿気が入ってしまうと、封止樹脂の存在によってこの湿気が外部空間に出にくくなり、結果的に接着材の吸湿膨張を引き起こすことが考えられる。このような問題は、例えば極地方や砂漠、宇宙空間など、外気が極端に乾燥している環境においてはより顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４３８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュール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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュールが提供される。この光モジュールは、開口部が形成された筐体と、上記筐体の内部に形成される収容空間内に固定される少なくとも１つの光学部品と、上記筐体の上記開口部を塞ぐ蓋部材と、上記蓋部材と上記筐体との間に形成され、上記筐体の上記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂とを備える。上記筐体は、上記蓋部材を下方から支持する蓋支持部を有する。上記筐体の上記蓋支持部上で上記収容空間に露出する上記封止樹脂の面積は、上記外部空間に露出する上記封止樹脂の面積よりも大きい。
【０００７】
このような構成によれば、筐体の蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の面積が外部空間に露出する面積よりも大きくなっているので、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすい。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などを抑制することができる。
【０００８】
上記蓋部材は、上記筐体の上記蓋支持部に向かって上記封止樹脂の内部に突出する突起を有していてもよい。あるいは、上記筐体の上記蓋支持部が、上記蓋部材に向かって上記封止樹脂の内部に突出する突起を有していてもよい。このような蓋部材の突起又は蓋支持部の突起によって、筐体の収容空間に露出する封止樹脂の部分の高さを確保することが可能となり、筐体の収容空間に露出する封止樹脂の面積を外部空間に露出する面積よりも大きくすることができる。
【０００９】
また、上記封止樹脂が接触する上記蓋支持部の面又は上記蓋支持部に対向し、上記封止樹脂が接触する上記蓋部材の面を、上記封止樹脂が接触する上記筐体の他の面及び上記蓋部材の面よりも粗くしてもよい。このようにすることで、収容空間に近い蓋支持部の面又はこれに対向する蓋部材の面に凹凸が形成されるので、筐体の収容空間に露出する封止樹脂の部分の高さを確保することができる。また、蓋支持部の面又はこれに対向する蓋部材の面と封止樹脂との間の接触面積が増えるので、アンカー効果によって封止樹脂をより強固に粗面に固着することができる。
【００１０】
上記蓋部材は、その中央部が凸状となるように湾曲していてもよく、上記筐体の上記蓋支持部は、上記蓋部材の外周部を下方から支持するように構成されていてもよい。この場合には、蓋支持部上の封止樹脂の厚さが筐体の中央部に向かうにつれて大きくなるため、蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の面積を外部空間に露出する面積よりも大きくすることができる。したがって、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすくなり、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができる。
【００１１】
上記筐体の上記蓋支持部は、上記筐体の中央部に向かって高さが次第に低くなる傾斜面を有していてもよい。この場合には、蓋支持部上の封止樹脂の厚さが筐体の中央部に向かうにつれて大きくなるため、蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の面積を外部空間に露出する面積よりも大きくすることができる。したがって、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすくなり、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができる。
【００１２】
上記少なくとも１つの光学部品は、光を出射する発光素子と、上記発光素子から出射された光を伝搬する光ファイバと、上記発光素子から出射された光を上記光ファイバに光結合させるレンズとを含んでいてもよい。この場合には、これらの光部品が収容されている収容空間から湿気が外部空間に出ていきやすいため、収容空間内での結露を抑制することができる。このため、結露によるレンズの曇りによって出力パワーが低下することを抑制することができ、また湿気を外部空間に出すための暖気運転の時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筐体の蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の面積が外部空間に露出する面積よりも大きくなっているので、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすい。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態における光モジュールの変形例を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第５の実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る光モジュールの実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図７においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態における光モジュール１を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態における光モジュール１は、開口部が形成された筐体１０と、筐体１０の開口部を塞ぐ蓋部材２０とを有している。筐体１０は、平板状の基部１２と、基部１２のそれぞれの縁部からＺ方向に延びる側壁１４とを有している。
【００１７】
筐体１０と蓋部材２０とによって、筐体１０の内部に光学部品を収容する収容空間Ｒが形成されている。本実施形態の光モジュール１は半導体レーザモジュールとして構成されており、光モジュール１の収容空間Ｒには、光学部品として、レーザ光を出射する半導体レーザ素子４１と、レーザ光を伝搬する光ファイバ４２を保持するフェルール４３の一部と、フェルール４３が載置されるフェルール載置台４４と、レーザ光を光ファイバ４２に光結合させるレンズ４５，４６とが収容されている。
【００１８】
筐体１０の側壁１４は、蓋部材２０を下方から支持する蓋支持部１５と、蓋支持部１５の外側で＋Ｚ方向に延びる外壁１６とを含んでいる。蓋支持部１５は、Ｚ方向において蓋部材２０の外周部２０Ａに対向しており、外壁１６は、蓋部材２０の周囲を取り囲むように配置されている。側壁１４の蓋支持部１５及び外壁１６と蓋部材２０の外周部２０Ａとの間には、筐体１０の収容空間Ｒを外部空間Ｑから封止する封止樹脂３０が形成されている。この封止樹脂３０によって、蓋部材２０と側壁１４との間の隙間が塞がれて収容空間Ｒが密閉されるとともに、蓋部材２０が筐体１０に固定される。このような封止樹脂３０としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などを用いることができる。
【００１９】
図１に示すように、蓋部材２０の外周部２０Ａには、筐体１０の側壁１４の蓋支持部１５に向かって封止樹脂３０の内部に突出する突起２２が形成されている。この突起２２は、蓋部材２０の外周部２０Ａの周方向の一部にのみ形成してもよく、あるいは蓋部材２０の外周部２０Ａの全周にわたって形成してもよい。このような突起２２により、図２に示すように、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の部分のＺ方向に沿った高さが確保される。この結果、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ1を外部空間Ｑに露出する面積Ｓ2よりも大きくすることができる。これによって、以下に述べるように、外部空間Ｑの湿気が筐体１０の収容空間Ｒに入ることを抑制しつつ、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに排出しやすくすることができる。
【００２０】
時間ｔにおける光モジュール１の収容空間Ｒの湿度ｗin（ｔ）は、外部空間Ｑの湿度が光モジュール１の収容空間Ｒの湿度よりも高い場合には、以下の式で表すことができる。
【数１】
2020052307.tif 000003
ここで、ｗoutは外部空間Ｑの湿度、ｗinitは収容空間Ｒの初期湿度、Ｔoutは外部空間Ｑの温度、Ｔinは収容空間Ｒの温度、Ｃ1は外部空間Ｑから収容空間Ｒに向かう方向の透湿速度係数である。
【００２１】
上記透湿速度係数Ｃ1は以下の式で表される。
【数２】
2020052307.tif 000004
ここで、ＮAはアボガドロ定数、ｋBはボルツマン定数、Ｍは水のモル質量、Ｐは封止樹脂３０の透湿係数、Ａ1は外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積、ｄは湿気が浸透する方向における封止樹脂３０の長さ、Ｖinは収容空間Ｒの体積である。
【００２２】
一方、光モジュール１の収容空間Ｒの湿度が外部空間Ｑの湿度よりも高い場合においては、時間ｔにおける光モジュール１の収容空間Ｒの湿度ｗin（ｔ）は、以下の式により表すことができる。
【数３】
2020052307.tif 000005
【００２３】
Ｃ2は収容空間Ｒから外部空間Ｑに向かう方向の透湿速度係数であり、以下の式で表される。
【数４】
2020052307.tif 000006
ここで、Ａ2は収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積である。
【００２４】
上記式（１）から（４）から、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ａ2が外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積Ａ1よりも大きければ、光モジュール１の収容空間Ｒから外部空間Ｑに向けて湿気が透過しやすいということがわかる。したがって、本実施形態のように、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ1を外部空間Ｑに露出する面積Ｓ2よりも大きくすることで、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに出しやすくすることができる。
【００２５】
このように、本実施形態では、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ1が外部空間Ｑに露出する面積Ｓ2よりも大きくなっているため、封止樹脂３０によって外部空間Ｑの湿気が筐体１０の収容空間Ｒに入ることを抑制できるとともに、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに排出しやすくなる。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュール１を置いた場合においても、筐体１０内部の収容空間Ｒの湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などが抑制される。
【００２６】
また、本実施形態の光モジュール１のような半導体レーザモジュールの場合には、半導体レーザ素子４１、光ファイバ４２、レンズ４５，４６などの光学部品が収容されている収容空間Ｒから湿気を外部空間Ｑに排出しやすいため、収容空間Ｒ内での結露を抑制することができる。このため、結露によるレンズ４５，４６の曇りによって光モジュール１の出力パワーが低下することを抑制することができる。また、湿気を外部空間Ｑに排出するための暖気運転の時間を短縮することができる。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施形態における光モジュール１０１を模式的に示す断面図である。上述した第１の実施形態においては、蓋部材２０の外周部２０Ａに突起２２を形成した例を説明したが、本実施形態では、筐体１０の側壁１４の蓋支持部１５に、蓋部材２０の外周部２０Ａに向かって封止樹脂３０の内部に突出する突起１２２が形成されている。この突起１２２は、蓋支持部１５の周方向の一部にのみ形成してもよく、あるいは蓋支持部１５の全周にわたって形成してもよい。
【００２８】
このような突起１２２により、第１の実施形態における突起２２と同様に、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の部分のＺ方向に沿った高さを確保することができる。この結果、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積を外部空間Ｑに露出する面積よりも大きくすることができる。これによって、外部空間Ｑの湿気が筐体１０の収容空間Ｒに入ることを抑制しつつ、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに排出しやすくすることができる。
【００２９】
図４は、本発明の第３の実施形態における光モジュール２０１を模式的に示す断面図である。本実施形態では、筐体１０の側壁１４の蓋支持部１５の上面２２２の面粗さを外壁１６の内面１６Ａの面粗さよりも粗くしている。換言すれば、封止樹脂３０が筐体１０の側壁１４に接触する面のうち、筐体１０の収容空間Ｒに近い側の蓋支持部１５の上面２２２が、外部空間Ｑに近い側の外壁１６の内面１６Ａよりも粗くなっている。例えば、このような光モジュール２０１においては、筐体１０の全面をめっきすることがあるが、そのような場合には、蓋支持部１５の上面２２２のみめっきをしないことによって上面２２２の面粗さを粗くすることができる。あるいは、蓋支持部１５の上面２２２にレーザ照射等を行うことによりめっきを除去し、上面２２２の面粗さを粗くすることができる。
【００３０】
このように、封止樹脂３０が筐体１０の側壁１４に接触する面のうち、筐体１０の収容空間Ｒに近い側の蓋支持部１５の上面２２２の面粗さを外部空間Ｑに近い側の外壁１６の内面１６Ａの面粗さよりも粗くすることで、蓋支持部１５の上面２２２に凹凸が形成されるので、上述の第２の実施形態と同様に、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の部分のＺ方向に沿った高さを確保することができる。したがって、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積を外部空間Ｑに露出する面積よりも大きくすることができる。また、蓋支持部１５の上面２２２の面粗さを粗くすることにより、蓋支持部１５と封止樹脂３０との間の接触面積が増えるので、アンカー効果によって封止樹脂３０をより強固に蓋支持部１５に固着することができる。
【００３１】
本実施形態では、蓋支持部１５の上面２２２の面粗さを粗くした例を説明したが、例えば、封止樹脂３０が蓋部材２０の外周部２０Ａに接触する面のうち、蓋支持部１５に対向する面（下面）２０Ｂ（図４参照）の面粗さを外部空間Ｑに近い側の側面２０Ｃ（図４参照）の面粗さよりも粗くしてもよい。
【００３２】
図５は、本発明の第４の実施形態における光モジュール３０１を模式的に示す断面図である。本実施形態における光モジュール３０１は、平板状の蓋部材２０に代えて中央部分が＋Ｚ方向に凸となるよう湾曲した蓋部材３２０を有している。また、筐体１０は外壁１６を有しておらず、蓋部材３２０の外周部３２０Ａが封止樹脂３０を介して蓋支持部１５上に支持されている。
【００３３】
このような構成によれば、蓋部材３２０がその中央部が凸状となるように湾曲しているため、蓋支持部１５上の封止樹脂３０は、図５に示すように、筐体１０の中央部に向かうにつれてＺ方向の厚さが大きくなる。したがって、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ301が、外部空間Ｑに露出する面積Ｓ302よりも大きくなり、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに出しやすくなる。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュール３０１を置いた場合においても、筐体１０内部の収容空間Ｒの湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などが抑制される。
【００３４】
なお、図５に示す構造において、第１の実施形態と同様に、図６に示すように、筐体１０の側壁１４に、蓋部材３２０の周囲を取り囲む外壁１６を設けてもよい。この場合には、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ301が、外壁１６と蓋部材３２０の外周部３２０Ａとの間で外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ303よりも大きくなるように外壁１６と蓋部材３２０の外周部３２０Ａとの間の距離を調整する。
【００３５】
図７は、本発明の第５の実施形態における光モジュール４０１を模式的に示す断面図である。本実施形態における光モジュール４０１においては、筐体１０は外壁１６を有しておらず、蓋部材３２０の外周部３２０Ａが封止樹脂３０を介して蓋支持部１５上に支持されている。この蓋支持部１５は、筐体１０の中央部に向かってＺ方向の高さが次第に低くなる傾斜面４２２を有している。
【００３６】
このような構成によれば、蓋支持部１５の傾斜面４２２の高さが、筐体１０の中央部に向かって次第に低くなっているため、蓋支持部１５上の封止樹脂３０は、図７に示すように、筐体１０の中央部に向かうにつれてＺ方向の厚さが大きくなる。したがって、筐体１０の収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ｓ301が、外部空間Ｑに露出する面積Ｓ302よりも大きくなり、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに出しやすくなる。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュール３０１を置いた場合においても、筐体１０内部の収容空間Ｒの湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などが抑制される。
【００３７】
上述した実施形態では、本発明に係る光モジュールを半導体レーザモジュールに適用した例を説明したが、これに限られるものではなく、内部の収容空間を外部空間から封止する必要のある任意の光モジュールに本発明を適用することができる。
【００３８】
本明細書において使用した用語「上面」、「下面」、「下方」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、装置の相対的な位置関係によって変化するものである。
【００３９】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１      光モジュール
１０      筐体
１２      基部
１４      側壁
１５      蓋支持部
１６      外壁
２０      蓋部材
２０Ａ    外周部
２２      突起
３０      封止樹脂
４１      半導体レーザ素子
４２      光ファイバ
４３      フェルール
４４      フェルール載置台
４５，４６      レンズ
１０１，２０１，３０１，４０１      光モジュール
１２２      突起
３２０      蓋部材
３２０Ａ    外周部
４２２      傾斜面
Ｑ      外部空間
Ｒ      収容空間
【図１】
2020052307.tif 000007
【図２】
2020052307.tif 000008
【図３】
2020052307.tif 000009
【図４】
2020052307.tif 000010
【図５】
2020052307.tif 000011
【図６】
2020052307.tif 000012
【図７】
2020052307.tif 000013