(57)【要約】【課題】突き当てブロックにレンズホルダを溶接止めする際に、レンズホルダの回転による光軸ずれが生じないようにする。【解決手段】ケース１内に固定された一対の突き当てブロック３５、３６の一方の端面にチップ支持台がその一端面を当接させた状態で固定され、さらに、端面を突き当てブロックの他方の端面３５ｂ、３６ｂに接した状態で、チップ支持台上の光半導体素子と保持したレンズとの結合効率が高くなるように位置決めされて溶接止めされたレンズホルダ３７とを有する光半導体素子モジュールにおいて、突き当てブロック３５、３６とレンズホルダ３７は、突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂとレンズホルダ３７の端面とが、位置決めの可動範囲内において、溶接止めされるポイントＰを挟む上下の位置で接する形状に形成されている。【選択図】図３
2010278201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１）と、
前記ケース内に固定され、一方の端面と他方の端面とが互いに平行な突き当てブロック（３５、３６）と、
前記突き当てブロックの前記一方の端面に一端面を当接させた状態で固定されたチップ支持台（１３）と、
前記チップ支持台上で、且つ光軸が前記チップ支持台の前記一端面の延長面に直交する向きに固定された光半導体素子（１４）と、
前記ケース内で前記光半導体素子と光学的に結合するレンズ（２０）と、
前記レンズを保持し、該保持したレンズの光軸と直交する端面を有し、該端面を前記突き当てブロックの他方の端面に接した状態で、前記レンズの前記光半導体素子に対する結合効率が高くなるように位置決めされて溶接止めされたレンズホルダ（３７）とを有する光半導体素子モジュールにおいて、
前記突き当てブロックと前記レンズホルダは、
前記突き当てブロックの前記他方の端面とレンズホルダの前記端面とが、前記位置決めの可動範囲内において、前記溶接止めされるポイントを挟む上下の位置で接する形状に形成されていることを特徴とする光半導体素子モジュール。
【請求項２】
前記光半導体素子が半導体発光素子であり、
前記ケースの外部に光を出射するファイバ（２５）を有しており、
前記半導体発光素子から出射された光が、前記レンズにより収束されて前記ファイバに入射されることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケース内に固定された光半導体素子と、ケースの内部から外部に至る導光路と、その導光路と光半導体素子とを光学的に結合させるレンズとを有する光半導体素子モジュールに関し、特に、レンズを保持するレンズホルダの溶接固定に起因するレンズの光軸ずれを防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体素子モジュールのうち、例えば各種光学機器の光源として使用される半導体レーザモジュールは、機器組み込みに便利なように最小限度に小型化されたケース内に、半導体レーザやその半導体レーザから出射されたレーザ光を集光して、ケース内部から外部に連続するように形成された導光路の一端側に入射させるためのレンズがマウントされている。
【０００３】
このような半導体レーザモジュールでは、半導体レーザの出射光軸とレンズの光軸の平衡度を一致させるだけでなく、半導体レーザをレンズに対して最適結合効率が得られる所定距離の位置に正確に配置する必要がある。
【０００４】
この半導体レーザとレンズとの間に正確な距離を与えるために、従来では、図９〜図１１に示す構造のものが知られている。
【０００５】
即ち、上面側が開口された有底箱型のケース本体２とその上面を塞ぐカバー３によりケース１が形成されており、そのケース本体２の底面に基板１１が固定される。
【０００６】
この基板１１の上には、予め一対の突き当てブロック１５、１６が固定されており、その一対の突き当てブロック１５、１６の一方の端面１５ａ、１６ａに、チップ支持台１３がその端面１３ａを当接させた状態で固定されている。チップ支持台１３の上面には半導体レーザ１４（半導体発光素子）が固定されている。半導体レーザ１４は、その光軸がチップ支持台１３の端面１３ａの延長面と直交する向きで固定されており、半導体レーザ１４の光軸は、一対の突き当てブロック１５、１６の間を通過する。
【０００７】
突き当てブロック１５、１６の他方の端面１５ｂ、１６ｂには、横長矩形のレンズホルダ１７の裏面側の両端が当接した状態で固定されている。レンズホルダ１７の内部には、半導体レーザ１４からの光を収束して、ケース内部から外部へ連続する導光路を形成するファイバ２５の一端側に入射させるためのレンズ２０が保持されている。
【０００８】
ファイバ２５は、図示しない固定手段によりケース本体２に固定され、それらがファイバカバー２５′で覆われている。
【０００９】
レンズホルダ１７は、裏面側の両端が突き当てブロック１５、１６に当接した状態で、ファイバ２５のケース外部の他端側から出射される光の強度が最も大きくなるようにレンズ２０の光軸と直交する面内で微小（μｍのオーダー）に位置決めされ、突き当てブロック１５、１６との当接部上方からＹＡＧレーザによる溶接止めにより固定されている。なお、この位置決めは、ファイバ２５の出力光の強度を監視しながら、レンズホルダ１７を微小に移動させるように設計された専用の位置決め装置（図示せず）によってなされる。
【００１０】
このように基板１１上に固定された突き当てブロック１５、１６を前後から挟むようにしてチップ支持台１３とレンズホルダ１７を固定することにより、チップ支持台１３とレンズホルダ１７との間を突き当てブロック１５、１６の厚さ分の一定距離に保つことができ、突き当てブロック１５、１６の厚さを予めレンズ２０に対して所定長さに設定しておくことで、チップ支持台１３とレンズホルダ１７との距離を最適結合効率が得られる距離に一致させることができる。
【００１１】
しかし、上記のように、レンズホルダ１７の上面縁部と突き当てブロック１５、１６の上面縁部との間を溶接した場合、その溶接ポイントＰにおける溶融部の収縮等により、図１２のように、レンズホルダ１７が、溶接ポイントＰを中心とし、その下部側が突き当てブロック１５、１６から離間する方向に回転し、半導体レーザ１４とレンズ２０の光軸の角度ずれがずれるとともに、半導体レーザ１４とレンズ２０の距離の増大変化を招き、光の出力強度が大幅に低下する。特に、半導体レーザ１４とレンズ２０との距離の変化による出力強度の低下は著しい。
【００１２】
この問題を解決する方法として、次の特許文献１には、例えば図１３に示すように、凸型のレンズホルダ１７′の中央部１７ａでレンズ２０を保持し、そのレンズ２０の光軸とほぼ同じ高さで左右の腕部１８、１９が延びるようにし、その腕部１８、１９の上面縁部と突き当てブロック１５、１６の上面縁部との間を溶接ポイントＰとし、図１４のように、溶接により起こるレンズホルダ１７の回転の中心が、レンズ２０の光軸と同一高さの位置となるようにすることで、回転による半導体レーザ１４とレンズ２０との距離変化を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平５−２４３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、溶接によるレンズホルダ１７の回転を前提とするもので、半導体レーザ１４とレンズ２０との距離変化は抑制できるが、光軸の角度ずれによる光出力の低下は防ぐことができず、より高い光出力を得ることは困難であった。
【００１５】
本発明は、この問題を解決し、突き当てブロックにレンズホルダを溶接止めする際に、レンズホルダの回転による光軸ずれが生じないようにした光半導体素子モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光半導体素子モジュールは、
ケース（１）と、
前記ケース内に固定され、一方の端面と他方の端面とが互いに平行な突き当てブロック（３５、３６）と、
前記突き当てブロックの前記一方の端面に一端面を当接させた状態で固定されたチップ支持台（１３）と、
前記チップ支持台上で、且つ光軸が前記チップ支持台の前記一端面の延長面に直交する向きに固定された光半導体素子（１４）と、
前記ケース内で前記光半導体素子と光学的に結合するレンズ（２０）と、
前記レンズを保持し、該保持したレンズの光軸と直交する端面を有し、該端面を前記突き当てブロックの他方の端面に接した状態で、前記レンズの前記光半導体素子に対する結合効率が高くなるように位置決めされて溶接止めされたレンズホルダ（３７）とを有する光半導体素子モジュールにおいて、
前記突き当てブロックと前記レンズホルダは、
前記突き当てブロックの前記他方の端面とレンズホルダの前記端面とが、前記位置決めの可動範囲内において、前記溶接止めされるポイントを挟む上下の位置で接する形状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２の光半導体素子モジュールは、請求項１記載の光半導体素子モジュールにおいて、
前記光半導体素子が半導体発光素子であり、
前記ケースの外部に光を出射するファイバ（２５）を有しており、
前記半導体発光素子から出射された光が、前記レンズにより収束されて前記ファイバに入射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明の光半導体素子モジュールでは、突き当てブロックの端面とそれに接するレンズホルダの端面とが、位置決めの可動範囲内において、溶接止めされるポイントを挟む上下の位置、つまり異なる高さ位置で接する形状に形成されているので、溶接ポイントにおける溶融部の収縮により、その溶接ポイントより下方の位置でレンズホルダが突き当てブロックから離間する方向に回転する力が働いたとしても、溶接ポイントより上方の位置でレンズホルダと突き当てブロックが接しているためにその回転は阻止される。したがって、従来のような溶接によるレンズホルダの回転は発生せず、それによる光軸ずれも未然に防ぐことができ、位置決めのときに得られた高い結合効率を、溶接後においても維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の内部を側面から見た図
【図２】本発明の実施形態の内部を上面から見た図
【図３】実施形態の要部の斜視図
【図４】本発明の変形例を示す要部の斜視図
【図５】本発明の変形例を示す要部の斜視図
【図６】本発明の変形例を示す要部の斜視図
【図７】本発明の変形例を示す要部の斜視図
【図８】本発明の変形例を示す要部の斜視図
【図９】従来装置の内部を側面から見た図
【図１０】従来装置の内部を上面から見た図
【図１１】従来装置の要部の斜視図
【図１２】溶接によって起こるレンズホルダの回転を示す図
【図１３】別の従来装置の要部の斜視図
【図１４】図１３の構成で溶接によって起こるレンズホルダの回転を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１、図２は、本発明を適用した半導体レーザモジュール３０の内部の概略構造を示し、図３はその要部の拡大図である。
【００２１】
図１、図２に示しているように、この半導体レーザモジュール３０は、前記同様に、上面側が開口された有底箱型のケース本体２とその上面を塞ぐカバー３によりケース１が形成されており、そのケース本体２の底面に基板１１が固定される。
【００２２】
基板１１の上には、予め一対の直方体の突き当てブロック３５、３６が間隔Ｌ２を開けて固定されており、その一対の突き当てブロック３５、３６の一方の端面３５ａ、３６ａに、チップ支持台１３がその端面１３ａを当接させた状態で固定されている。チップ支持台１３の上面には半導体レーザ１４（半導体発光素子）が固定されている。半導体レーザ１４は、その光軸がチップ支持台１３の端面１３ａの延長面と直交する向きで固定されており、半導体レーザ１４の光軸は、一対の突き当てブロック３５、３６の間を通過する。なお、図示していないが、この半導体レーザ１４を含むケース内の電気部品には、ケース本体２の側面を貫通するように固定された端子が電気的に接続されているものとする。
【００２３】
突き当てブロック３５、３６の端面３５ａ、３６ａの反対側の端面３５ｂ、３６ｂにはレンズホルダ３７が溶接止めにより固定されている。
【００２４】
レンズホルダ３７は左右対称の凸型に形成され、その中央部３７ａの内部には半導体レーザ１４からの光を収束して、ケース内部から外部へ連続する導光路を形成するファイバ２５の一端に入射させるためのレンズ２０が保持されている。
【００２５】
なお、ここでは導光路としてファイバ２５を用いた例を示しているが、ケース１の側面に導光用のガラス窓を設け、レンズ２０からの光をこの窓から出射する構成であってもよい。中央部３７ａの左右の側部からは中央部３７ａより低い高さの腕部３８、３９が水平に延びている。
【００２６】
ここで、図３に示しているように、レンズホルダ３７の中央部３７ａの幅Ｌ１は、突き当てブロック３５、３６の内端間の距離（隙間）Ｌ２より十分（位置決めの可動範囲を超える量：以下同様）長く、突き当てブロック３５、３６の外端間の距離Ｌ３より十分短く設定されている。また、レンズホルダ３７の腕部３８、３９の上面３８ａ、３９ａの設計上の高さは、突き当てブロック３５、３６の上面３５ｃ、３６ｃより十分低くなるように設定されている。また、設計上のレンズ光軸は突き当てブロック３５、３６の隙間の中心を通過するものとする。
【００２７】
したがって、レンズホルダ３７の中央部３７ａの両端と腕部３８、３９が、位置決めの可動範囲を超える広い幅で突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂに接した状態を設計上の位置とし、その当接状態を維持しつつ、レンズホルダ３７をレンズ２０の光軸と直交する面内で微小（μｍのオーダー）に可動して、ファイバ２５のケース外部の他端側から出射される光の強度が最も大きくなるように位置決めし、腕部３８、３９の上面３８ａ、３９ａと突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂとの境界部分の所定位置をＹＡＧレーザ（図示せず）によって溶接止めする。
【００２８】
前記したように、この位置決めは、ファイバ２５の出力光の強度を監視しながら、レンズホルダ３７を微小に移動させるように設計された専用の位置決め装置（図示せず）によってなされる。
【００２９】
また、この場合、ＹＡＧレーザは、突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂを延長した面と、腕部３８、３９の上面３８ａ、３９ａを延長した面とで挟まれる空間からその境界部へ向かって斜めに照射されることになる。
【００３０】
このように、突き当てブロック３５、３６とレンズホルダ３７とは、位置決めの可動範囲内において、溶接ポイントＰを挟む上下の位置（ケース本体２の底面に垂直な方向に沿って溶接ポイントＰを挟む高さ位置）で接する形状となっている。
【００３１】
したがって、たとえその溶接ポイントＰにおける溶融部の収縮により、溶接ポイントＰより下方の位置でレンズホルダ３７が突き当てブロック３５、３６から離間する方向に回転する力が働いたとしても、溶接ポイントＰより上方の位置（つまりレンズホルダ３７の中央部３７ａの両端の高さ位置）でレンズホルダ３７と突き当てブロック３５、３６が接しているために、その回転は阻止される。
【００３２】
このために、従来のような溶接によるレンズホルダ３７の回転は原理的に発生せず、それによる光軸ずれも未然に防ぐことができ、位置決めのときに得られた高い結合効率を、溶接後においても維持することができる。
【００３３】
上記実施形態は、凸型のレンズホルダ３７の中央部３７ａの両端と腕部３８、３９とが突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂに接する形状とし、腕部３８、３９の上面と突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂとの境界の所定位置を溶接ポイントとすることで、その溶接ポイントＰの上下の位置で両者が接するようにしていたが、両者の形状は溶接ポイントＰの上下の位置で互いに接する形状であれば任意である。
【００３４】
例えば、図４に示すように、左右対称の台形型のレンズホルダ３７′を用い、腕部３８′、３９′の傾斜面３８ａ′、３９ａ′の中間の高さ範囲で、突き当てブロック３５、３６の端面３５ｂ、３６ｂとの境界の所定位置をＹＡＧレーザにより溶接することでも、溶接ポイントＰの上下の位置で互いに接する状態を実現することができ、溶接によるレンズホルダ３７′の回転を阻止できる。
【００３５】
また、上記した例では、レンズホルダの上面に段差や傾斜を設けていたが、図５に示すように、レンズホルダ３７″の上面を全長に渡って平坦とし、突き当てブロック３５′、３６′の上面に高段部３５ｃ′、３６ｃ′と低段部３５ｄ′、３６ｄ′を形成し、低段部３５ｄ′、３６ｄ′とレンズホルダ３７′の裏面側の両端とが接する境界部分に溶接ポイントＰを設けてもよい。
【００３６】
また、図６に示すように、突き当てブロック３５′、３６′の上面側に傾斜面３５ｅ′、３６ｅ′を形成し、その傾斜面３５ｅ′、３６ｅとレンズホルダ３７″の裏面側の両端とが接する境界部分に溶接ポイントＰを設けてもよい。その他、突き当てブロックとレンズホルダの形状は種々の変形が可能であり、対称形状でなく非対称形状であってもよい。
【００３７】
また、上記した例では、突き当てブロックとレンズホルダとが接触する部分のうち、上部側で互いに直交する面の境界部に向かって斜めにＹＡＧレーザを照射する必要があり、そのために、従来の製造システムのＹＡＧ溶接方向を変更する必要があるが、図７に示すように、凸型のレンズブロック３７と、そのレンズブロック３７の両端の段差とほぼ等しい段差をもつ突き当てブロック３５′、３６′とを用い、その段差部分がほぼ一致するように重なり合う位置を設計上の位置として微小な位置決めを行うようにすれば、その段差部分の低段部同士の境界部へ直上位置からＹＡＧレーザを照射することができ、従来の製造システムのＹＡＧ溶接方向を変更する必要がなくなる。
【００３８】
また、図８のように、両側に傾斜部をもつレンズブロック３７′と、そのレンズブロック３７の両側の傾斜とほぼ等しい角度の傾斜部をもつ突き当てブロック３５′、３６′とを用い、その傾斜部が一致するように重なり合う位置を設計上の位置として微小な位置決めを行うようにすれば、傾斜部の中間の高さの境界部へ直上位置からＹＡＧレーザを照射することができ、従来の製造システムのＹＡＧ溶接方向を変更する必要がなくなる。
【００３９】
また、上記した例では、互いに分離した左右一対の突き当てブロックを用いていたが、上記の各一対の突き当てブロックの下部同士が連結されて略凹型をなす一体の突き当てブロックであってもよく、必ずしも二つに分離したものである必要はない。
【００４０】
また、前記実施形態は、半導体レーザモジュールの構造を簡易的に示したが、実際には、発光素子を冷却するための電子冷却素子（ペルチェ素子）を基板１１の下に固定したり、レンズ２０の前あるいは後に光アイソレータを挿入したり、半導体レーザ１４のレンズ側と反対の端面からの光を受光するモニタ用の受光器をチップ支持台１３の上に設けたものであって、そのようなものにおいても上記実施形態を適用することができる。
【００４１】
また、前記実施形態は、半導体レーザモジュールの例であったが、半導体レーザ１４の代わりに半導体受光素子（フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等）をチップ支持台１３上に支持し、ケース外部からファイバ等の導光路により導かれた光をレンズ２０で収束して半導体受光素子に入射するモジュールの場合にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１……ケース、２……ケース本体、３……カバー、１１……基板、１３……チップ支持台、１４……半導体レーザ、２０……レンズ、２５……ファイバ、３５、３６……突き当てブロック、３７……レンズホルダ
【図１】
2010278201.tif 000003
【図２】
2010278201.tif 000004
【図３】
2010278201.tif 000005
【図４】
2010278201.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010278201.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010278201.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010278201.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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