(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを保持したレンズ筐体と、
前記レンズを保持したレンズ筐体を所定位置に支持するレンズホルダとを備えたレンズ光学系部品であって、
前記レンズホルダは、レンズホルダを所定位置に支持する支持部材と、該支持部材から前記レンズ筐体に向かって傾斜して延びる一対の脚部材とを有し、
前記一対の脚部材は、それぞれ、一対の脚部材がなす間隔が、前記支持部材と接続される下端部では支持しようとするレンズ筐体の幅と等しいか大きく設定されるとともに上端部では支持しようとするレンズ筐体の幅と等しいか小さく設定され、かつ下端部から上端部に向けて次第に小さくなるように形成されており、
前記一対の脚部材は、前記レンズ筐体と上端部で接し、前記レンズ筐体と接触する部位で溶接されていることを特徴とするレンズ光学系部品。
【請求項２】
レンズホルダの作製時におけるワイヤカットの開始点あるいは終了点に形成される突起が前記脚部材の外側面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ光学系部品。
【請求項３】
前記レンズ筐体が前記レンズホルダと溶接されている位置が、前記レンズのレンズ中心と同じ高さ位置であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ光学系部品。
【請求項４】
前記レンズ筐体と脚部材とが接する位置は、前記レンズのレンズ中心と同じ高さ位置であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレンズ光学系部品。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のレンズ光学系部品と、２つ以上の光部品とを搭載したパッケージであって、前記レンズ光学系部品は、該２つ以上の光部品の光路上に挿入されており、レンズホルダの高さを光素子の入出力部と同じ高さにしたことを特徴とするレンズ光学系部品を搭載したパッケージ。
【請求項６】
前記レンズ光学系部品のレンズホルダは、前記レンズホルダを搭載する素子キャリアと熱膨張係数が同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ光学系部品を搭載したパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ通信に使用される光モジュールに関し、詳細には、レンズを保持したレンズ筐体をレンズホルダで支持した構成を備えるレンズ光学系部品およびレンズ光学系部品を搭載した光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信においては、レーザ、フォトダイオード、光導波路といった光素子と情報を伝達するための光ファイバとを光学的に結合させた光モジュールが用いられている。このような光モジュールにおいては、光素子同士や光ファイバとの光結合が効率よく行なわれ、その結合が径時変化の少ない安定したものであることが重要である。この光結合を行なうための、レンズ、レンズ筐体、レンズホルダを光学調芯し、構成されるレンズ光学系部品としては、例えば図１に示すものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
レンズ光学系部品１５は、図１（ａ）に示すように、レンズ１を保持したレンズ筐体２が、レンズホルダ１０によって支持された構成である。レンズホルダ１０は、平板状の支持部材１２の一面に対して垂直に、一対の側板１１が並列して設けられた構成を有する。レンズ筐体２を一対の側板１１で挟んで支持するために、一対の側板１１がなす間隔はレンズ筐体２の幅Ｗよりもわずかに小さい間隔又は等しい間隔に設定されている。さらに、このレンズ光学系部品１５は、レンズ筐体２とレンズホルダ１０とが点１１ａ、１１ｂにおいて溶接固定され、レンズホルダ１０がその支持部材１２の点１２ａ、１２ｂにおいて図示しない素子キャリアに溶接固定されることによって、パッケージに組み込まれている。溶接には、ＹＡＧレーザ溶接が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３２９６７３号公報
【特許文献２】特開平０８−００５８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レンズホルダ１０は、作製精度が低いと、一対の側板１１がなす間隔がレンズ筐体２の幅Ｗと一致しないことがある。例えば、一対の側板１１がなす間隔がレンズ筐体２の幅Ｗよりも小さい場合は、図１（ｂ）に示すように、レンズ筐体２をレンズホルダ１０に挟み込むことにより、レンズホルダ１０が変形して側板１１の先端がレンズ筐体２の幅Ｗよりも開いてしまうため、溶接時の位置ズレ、あるいは溶接不良の原因となる。また、一対の側板１１がなす間隔がレンズ筐体２の幅Ｗよりも大きい場合は、図１（ｃ）に示すように、レンズ筐体２と側板１１との間にすきまができてしまい、支持できない。
【０００６】
また、図２に示すレンズホルダを備えたレンズ光学系部品１６も知られている（特許文献２）。このレンズ光学系部品１６では、レンズホルダ１４の側板１３が湾曲した形状に構成されており、この湾曲した側板１３の弾性変形によりレンズ筐体２を挟み込んで支持している。しかしながら、レンズ筐体２とレンズホルダ１４の側板１３とを溶接する点１３ａ、１３ｂが、側板１３の湾曲した部分、すなわち隠れた部分にあるので、点１３ａ、１３ｂが、レンズ筐体２と側板１３との接触面と一致させるのが容易ではなく、一致していない場合には、溶接時にレンズのズレを発生させるなどの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、レンズを保持したレンズ筐体と、前記レンズを保持したレンズ筐体を所定位置に支持するレンズホルダとを備えたレンズ光学系部品であって、前記レンズホルダは、レンズホルダを所定位置に支持する支持部材と、該支持部材から前記レンズ筐体に向かって傾斜して延びる一対の脚部材とを有し、前記一対の脚部材は、それぞれ、一対の脚部材がなす間隔が、前記支持部材と接続される下端部では支持しようとするレンズ筐体の幅と等しいか大きく設定されるとともに上端部では支持しようとするレンズ筐体の幅と等しいか小さく設定され、かつ下端部から上端部に向けて次第に小さくなるように形成されており、前記一対の脚部材は、前記レンズ筐体と上端部で接し、前記レンズ筐体と接触する部位で溶接されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレンズ光学系部品において、レンズホルダの作製時におけるワイヤカットの開始点あるいは終了点に形成される突起が前記脚部材の外側面に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレンズ光学系部品において、前記レンズ筐体が前記レンズホルダと溶接されている位置が、前記レンズのレンズ中心と同じ高さ位置であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のレンズ光学系部品において、前記レンズ筐体と脚部材とが接する位置は、前記レンズのレンズ中心と同じ高さ位置であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のレンズ光学系部品と、２つ以上の光部品とを搭載したパッケージであって、前記レンズ光学系部品は、該２つ以上の光部品の光路上に挿入されており、レンズホルダの高さを光素子の入出力部と同じ高さにしたことを特徴とするレンズ光学系部品を搭載したパッケージである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のレンズ光学系部品を搭載したパッケージにおいて、前記レンズ光学系部品のレンズホルダは、前記レンズホルダを搭載する素子キャリアと熱膨張係数が同じ材料で構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のレンズ光学系部品の構成の一例を示す図である。
【図２】従来のレンズ光学系部品の構成の他の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかるレンズ光学系部品の概略構成を示す正面図である。
【図４】レンズ筐体とレンズホルダとの寸法例を示す図である。
【図５】レンズ筐体とレンズホルダとについて許容される公差について示す図である。
【図６】レンズホルダに形成されるワイヤカットについて説明する図である。
【図７】本発明にかかるレンズ光学系部品を搭載したパッケージの要部の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
図３は、本発明のレンズ光学系部品の概略構成を示す正面図である。図３において、レンズ光学系部品１００は、レンズ１と、レンズ１を保持したレンズ筐体２と、レンズ筐体２を支持するレンズホルダ２０を備えて構成されている。レンズホルダ２０は、支持部２２と、支持部２２からレンズ筐体２に向かって傾斜して延びる一対の側板（脚ともいう）２１とを有している。
【００１７】
支持部材２２は、レンズ光学系部品１００自体を支持するための土台となる部材であり、例えば平板状の金属部材で構成される。支持部２２は、レンズ筐体２の幅方向に沿った両端の溶接部２２ａ、２２ｂにおいて、レンズ光学系部品が搭載されるキャリアに溶接固定されている。溶接は、例えばＹＡＧレーザ溶接が採用されるが、他のレーザ溶接でもよい。支持部２２は、レンズ筐体２の幅方向に沿った長さが、図３（ａ）に示すように一対の側板２１がなす間隔よりも長く突出した形状の支持部２２とすることに限らず、図３（ｂ）に示すように、一対の側板２１がなす間隔と同じとなる形状の支持部２４としてもよい。一対の側板２１がなす間隔よりも長いと、レンズホルダ２０がゆがみを生ずることを防止できる点で好ましい。
【００１８】
側板２１は、レンズ筐体２を挟んで支持する部材であり、例えば対をなす２つの平板状の金属部材で構成される。一対の側板２１は、支持部２２に接続して設けられており、支持部材と一体形成してもよいし、別部材を溶接等により接続して一体に形成してもよい。一対の側板２１は、上端において側板２１同士がなす間隔が一番小さくなるように設定されている。すなわち、図３に示すように、レンズ筐体２が挿入される入口が狭く、奥が広くなるように、一対の側板２１はそれぞれ傾斜して支持部材２２に設けられている。また、一対の側板２１の一番小さい間隔は、レンズ筐体２の幅とほぼ同じ大きさとなるように構成されている。
【００１９】
レンズ筐体２は、保持したレンズ１に光が入出力されるための開口を備え、少なくともこの開口の高さ部分に対応する幅方向（図示左右）の寸法は一定とされ、その他は任意の輪郭形状に形成することができる。レンズ筐体２は、例えば、レンズ１の厚さとほぼ同じ高さの円筒の周囲を、図３に示す形状にカットして形成される。レンズ筐体２は、その幅方向の寸法が、レンズホルダ２０の一対の側板２１の上端部分における間隔よりもわずかに大きく形成するか、または同じに形成されている。レンズ筐体２はレンズホルダ２０の一対の側板２１の間に挟みこまれて支持される。レンズ光学系部品１００では、先端に向けて次第に間隔が小さくなるレンズホルダ２０の一対の側板２１の先端部分でレンズ筐体２を挟み込む構成としたことにより、レンズ筐体２の幅とレンズホルダ２０の一対の側板２１の上端部分の間隔に所定の公差幅を許容することができる。レンズ筐体２、レンズホルダ２０はいずれも微小寸法を有するので、公差幅を許容することで製造容易となる。
【００２０】
ここで、レンズ筐体２とレンズホルダ２０との寸法例について図４を用いて説明する。図４は、レンズ光学系部品の各部の寸法例を示す図であり、（ａ）はレンズ筐体２の寸法例を示し、（ｂ）はレンズホルダ２０の寸法例を示している。レンズ筐体２は、レンズ１をはめ込み保持可能なφ４ｍｍの開口を有する筒の周囲を切り出し加工して作製することができる。レンズ筐体２の上部に形成された２ｍｍ幅の突起部分は、掴持具などによってレンズ筐体２を掴んで移動させることができるので好ましく形成される。レンズ筐体２の幅は３．６ｍｍであり、その公差は＋０ｍｍから−０．０５ｍｍの幅を有している。レンズ筐体２の高さは３．４ｍｍであり、その公差は＋０．０５ｍｍから−０．０５ｍｍの幅を有している。
【００２１】
レンズホルダ２０は、０．２５ｍｍの部材幅を有し、その高さが１．９５ｍｍである。一対の側板２１がなす間隔は、上端部分において３．６ｍｍであり、その公差は−０．０８ｍｍから−０．０４ｍｍの幅を有している。支持部２２と接続する下端部分においては３．７ｍｍである。側板２１を支持する支持部２２の長さは５．０ｍｍである。レンズ筐体２の底面の幅方向の端部は図４に示すように曲面になっているので、入口から奥に押し込まれたときにレンズホルダ２０の一対の側板２１を押し広げながらはめ込まれていき、レンズホルダ２０の側板２１は上端においてレンズ筐体２の側面と密着する。レンズホルダ２０の側板２１の上端を溶接することで、位置ズレなく固定ができる。
【００２２】
図５は、図４に示すレンズ筐体とレンズホルダの幅に関する製造公差を示す図である。図４に示すレンズ筐体２およびレンズホルダ２０には、それぞれの製品規格として、レンズ筐体２が＋０ｍｍから−０．０５ｍｍの公差幅が設定され、レンズホルダ２０が−０．０８ｍｍから−０．０４ｍｍの公差幅が設定されている。これらのレンズ筐体２およびレンズホルダ２０を用いてレンズ光学系部品を作製する場合、レンズホルダ２０の公差中心が、筐体幅の公差中心から（筐体幅の公差幅）／２を引いた値よりも小さく、筐体幅の公差中心から（筐体幅の公差幅）×３／２を引いた値よりも大きくなるように設定されることが好ましい。
【００２３】
レンズホルダ２０の公差中心が、筐体幅の公差中心から（筐体幅の公差幅）／２を引いた値よりも小さく設定されることが好ましい理由は、溶接不良が発生する可能性が全製品に対して７％以下に抑えられるからである。図５において、レンズ筐体幅の公差の分布とレンズホルダの側板間隔の公差の分布とが重なりあっている部分では、レンズ筐体幅よりもレンズホルダの側板間隔が大きくなることとなり、レンズホルダの側板２１とレンズ筐体２との間にすきまが生じてしまい、溶接不良が発生する可能性がある。よって、この重なり部分が全製品に対する７％以下としている。
【００２４】
また、レンズホルダ２０の公差中心が、筐体幅の公差中心から（筐体幅の公差幅）×３／２を引いた値よりも大きくなるように設定されることが好ましい理由は、筐体幅がレンズホルダ２０の一対の側板２１がなす間隔よりも大きくなりすぎてしまい、無理にレンズホルダ２０を押し広げてレンズ筐体２をはめ込む際にレンズホルダの変形を生じて、レンズホルダ２０の上端が拡がり、間隔が一番小さくならなくなってしまうからである。
【００２５】
レンズ筐体２はレンズホルダ２０の一対の側板２１に接する部位２１ａ、２１ｂで溶接されている。溶接は、点溶接で行われ、例えばＹＡＧレーザ溶接が採用されるが、炭酸ガスレーザなどを使用した他のレーザ溶接でもよい。レンズホルダ２０は、側板２１がなす間隔が一番小さくなっている端部でレンズ筐体２と接しており、かつ溶接されているので、作製精度が多少落ちても、溶接位置にすきまが生じることがない。
【００２６】
また、溶接される部位２１ａ、２１ｂの位置がレンズ１のレンズ中心と同じ高さとなるように調整されていることが好ましい。溶接２１ａ、２１ｂの位置が、レンズ中心と同じ高さとなるように調整されていることによって、レンズの位置合わせが正確に行える。
【００２７】
ここで、レンズ光学系部品１００の組み立てについて説明する。まず最初に、レンズ１を保持したレンズ筐体２を、レンズホルダ２０にはめ込む。はめ込みは、図３に示すように、レンズ筐体２の底面がレンズホルダ２０の支持部材２２に対向するように、レンズ筐体２をレンズホルダ２０に押し込むことによって行われる。この際、レンズ筐体２の底面がレンズホルダ２０に当接する位置までレンズ筐体２を押し込む。次に、レンズキャリア２０にはめ込まれたまま、レンズ筐体２のレンズ１を調芯し、調芯された位置を記憶する。その後、レンズホルダ２０の支持部材２２の底面をキャリアに押し付けて溶接する。さらに、レンズホルダ２０がキャリアに溶接された状態で、レンズ筐体２を上に持ち上げて、レンズ１の位置が予め記憶しておいた位置となるように調整する。レンズ位置が調整された状態となったら、レンズ筐体２とレンズホルダ２０とを溶接する。
【００２８】
ところでレンズ光学系部品１００のレンズホルダ２０は、ワイヤカット放電加工によって作製することができる。ワイヤ放電加工機では、極細のワイヤを電極とし、工作物（ワーク）を加工液中（主に水槽や油槽）に浸漬してワークと電極間に放電現象を発生させることにより、工作物を溶融除去することで、高精度・微細化加工を可能にしている。
【００２９】
レンズ光学系部品１００においては、レンズホルダ２０をワイヤカット放電加工で作成し、ワイヤカットの開始点あるいは終了点による突起２６が側板２１の外側面となるようにしている（図６（ａ））。ワイヤカット放電加工によると、ワイヤカットの開始点あるいは終了点では、加工面にワイヤ径に応じた突起部２６が作成されてしまう（図６（ｂ））。突起２６は数μｍから数十μｍの大きさとなるので、この突起２６がレンズホルダの下面、あるいは側板２１の内側面にあると素子キャリアやレンズとの間に隙間が空き、溶接時のズレや溶接エラーの原因となる（図６（ｃ））。本発明のレンズ光学系部品１００では、突起２６を形成する原因となるワイヤカットの開始点あるいは終了点を側板の外側面としているので、溶接時のズレや溶接エラーが生じない。
【００３０】
次に上記レンズ光学系部品を搭載したパッケージについて説明する。本発明にかかるレンズ光学系部品を搭載したパッケージは、所定の信号処理を行う複数の光部品を搭載しており、これらの複数の光部品の間で光接続を行なう手段としてレンズ光学系部品を搭載している。具体的には上記レンズ光学系部品１００を採用した図７に示す構成としている。
【００３１】
図７は本発明にかかるレンズ光学系部品を搭載したパッケージの要部を示す図である。レンズ光学系部品を搭載したパッケージは、図７に示すように、第１の素子キャリア３０上に、第２の素子キャリア３３を介して搭載されたレンズ光学系部品１００と、ヒートシンク３１を介して搭載された光素子３２とを備えて構成されている。光素子３２は、少なくとも、光出力または光入力を行う素子であり、例えば、レーザ、フォトダイオード、光導波路などが挙げられる。ヒートシンク３１は、光素子３２の種類によっては不要であり、その場合、光素子３２は第１の素子キャリア３０に直接搭載される。
【００３２】
第１の素子キャリア３０は、放熱性に優れた、銅−タングステン合金で形成することができる。また第２の素子キャリア３３は、溶接性に優れたコバール（鉄−ニッケル−コバルト合金）で形成することができる。第２の素子キャリア３３は、ロウ付けまたは半田付けによって第１の素子キャリアに貼り付けてある。
【００３３】
本発明にかかるレンズ光学系部品を搭載したパッケージでは、第１の素子キャリアに対し、レンズホルダの高さＨ２が、第１の素子キャリアに搭載された光素子の入出力部の位置と等しい高さＨ１となるように高さ調整されている。ＹＡＧ溶接位置となるレンズホルダ２０の高さＨ２が光軸と同じ高さ、すなわちレンズ中心位置に来ることで、溶接によりレンズにかかる応力が上部と下部および左部と右部とのそれぞれにおいて均等になる。応力が均等になり、レンズの屈折率変化も上部と下部および左部と右部とのそれぞれにおいて均等になるため、入出力光の偏波を一定に保つことができる。
【００３４】
さらに本発明に係るレンズ光学系部品を搭載したパッケージは、レンズ光学系部品１００のレンズホルダ２０を、第２の素子キャリア３３と熱膨張係数が同じ材料で構成する事が望ましい。好適な材料としてはコバールである。レンズ筐体２はガラスで作られたレンズ１と熱膨張係数を合わせる必要があるため、ＩｎＰなどの半導体素子や素子キャリアとは熱膨張係数が大きく異なる事を避けられないが、発明者が試作を繰り返して確認した結果、レンズホルダ２０を第２の素子キャリア３３と熱膨張係数が同じ材料、特にコバールで構成しておくと、温度変化時に光素子とレンズの調芯位置とのズレが発生しない事がわかっている。
【符号の説明】
【００３５】
１      レンズ
２      レンズ筐体
１００、１５  レンズ光学系部品
１０、２０、２５    レンズホルダ
１１、２１、２３    側板
１２、２２、２４    支持部
２６  突起
３０  第１の素子キャリア
３３  第２の素子キャリア
３１  ヒートシンク
３２  光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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