(57)【要約】【課題】比較的大型でありながら、その筐体に十分な強度が確保された光学モジュールを提供する。【解決手段】光学モジュールは、光学系と、この光学系を密閉空間内に収容する筐体３を有している。筐体３は、光学系を支持する光学系支持部材１と、光学系支持部材１と共に密閉空間を規定する閉塞部材２を有している。光学系支持部材１と閉塞部材２はレーザー溶接によって互いに接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系を密閉空間内に収容する筐体を有し、
前記筐体は、前記光学系を支持する光学系支持部材と、前記光学系支持部材と共に前記密閉空間を規定する閉塞部材を有しており、前記光学系支持部材と前記閉塞部材は、レーザー溶接によって互いに接合されている、光学モジュール。
【請求項２】
前記レーザー溶接によって形成された接合部は、前記筐体の外側面に露出し、互いに向かい合っている前記光学系支持部材と前記閉塞部材の対向面に沿って延びている、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記対向面は互いに接触している、請求項２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学系は、電気信号によって駆動されるデバイスを含んでおり、
前記筐体は、前記電気信号を前記デバイスに前記筐体の外部から供給するための電気信号供給手段を有している、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記電気信号供給手段は貫通電極基板を有している、請求項４に記載の光学モジュール。
【請求項６】
光学モジュールは波長選択スイッチである、請求項５に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記貫通電極基板はアルミナセラミックス製である、請求項５または請求項６に記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記筐体の材質は、大気中で酸化腐食しない物質である、請求項４〜請求項７のいずれかひとつに記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記筐体の材質は線膨張係数が７〜９ｐｐｍ／℃である、請求項８に記載の光学モジュール。
【請求項１０】
前記筐体の材質はチタンである、請求項９に記載の光学モジュール。
【請求項１１】
前記筐体と前記貫通電極基板の接合剤はロウ材である、請求項８〜請求項１０のいずれかひとつに記載の光学モジュール。
【請求項１２】
前記接合剤は半田である、請求項１１に記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許第２８９２８８９号明細書は光半導体モジュールを開示している。この光半導体モジュールでは、複数の光学素子を収容したケースにシーム溶接によってふたを接合することにより、複数の光学素子を気密封止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８９２８８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの機能を有することが要求される光学モジュールでは、筐体の外形は必然的に大型化する傾向にあり、また、光学系への精度要求も高まる傾向にある。
【０００５】
波長選択スイッチのコアモジュールのような高精度な光学系を搭載した光学モジュールにおいて、気密封止された筐体内の圧力が変化すると、筐体内の気体の屈折率が変化し、筐体内に収容された光学系の光学特性が劣化してしまう。つまり、筐体は、容易に変形しないことが望まれる。このため、筐体の構成要素たとえばケースとふたは、いずれも比較的肉厚であることが必要である。また、ケースは、光学系を収容するために広い開口を有している必要がある。
【０００６】
波長選択スイッチのコアモジュールのような比較的大型の光学モジュールにおいて、筐体の構成要素たとえばケースとふたの接合に、背景技術で説明したシーム溶接を適用するためには、ケースとふたのいずれかに薄肉部を設ける必要がある。しかし、筐体の構成要素の一部に薄肉部を設けた構成では、十分な強度を筐体に、特に筐体の構成要素間の接合部において、確保することが難しい。
【０００７】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、比較的大型でありながら、その筐体に十分な強度が確保された光学モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による光学モジュールは、光学系と、前記光学系を密閉空間内に収容する筐体を有している。前記筐体は、前記光学系を支持する光学系支持部材と、前記光学系支持部材と共に前記密閉空間を規定する閉塞部材を有している。前記光学系支持部材と前記閉塞部材は、レーザー溶接によって互いに接合されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的大型でありながら、その筐体に十分な強度が確保された光学モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る光学モジュールの断面の概要を示している。
【図２】図１の光学系支持部材と閉塞部材の接合構造を示している。
【図３】図２に示した光学系支持部材と閉塞部材の接合構造に代えて適用可能な別の接合構造を示している。
【図４】図３と同じ接合構造に対して、図３とは異なる条件のレーザー溶接によって形成された接合部を示している。
【図５】図３の接合構造に似ているが、図３とは異なる別の接合構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
一実施形態に係る光学モジュールの断面の概要を図１に示す。この光学モジュールは、光通信モジュールの一種である波長選択スイッチである。波長選択スイッチは、波長多重された信号光を波長毎にスイッチングする光学系を有している。この光学系は、信号光を入出力するための光ファイバアレイ４１と、光ファイバアレイ４１から入力された信号光を平行光にするコリメータ４２（コリメータ４２は二つの光学素子から構成される）と、信号光を波長毎に異なる角度に分散させる分光素子４３と、分散された各波長の信号光を集光するための集光レンズ４４と、信号光の経路を折り曲げるミラー４５と、集光された各波長の信号光の反射方向を独立に制御するための光偏向器アレイ４６を有している。
【００１３】
光偏向器アレイ４６は、光学素子であるとともに、電気信号によって駆動されるデバイスでもある。光偏向器アレイ４６は、複数の偏向ミラーを備えており、各偏向ミラーの傾きは、電気信号に従って独立に制御可能である。
【００１４】
光ファイバアレイ４１は複数の光ファイバ４１１を有している。光ファイバアレイ４１の一本の光ファイバ４１１から入力される信号光は複数の波長成分で既定された光信号を多重している。分光素子４３は、コリメータ４２を介して入射する多重化光信号を、それぞれの波長成分毎の個別の光信号に分離する。分離された各光信号は、光偏向器アレイ４６の各光信号に対応した偏向ミラーに入射する。光偏向器アレイ４６で反射された各光信号は、行きと逆の経路を辿り、光ファイバアレイ４１の入力時と異なる光ファイバ４１１に結合される。光偏向器アレイ４６において、各光ビームの反射方向が変更されることによって、結合される出力先の光ファイバ４１１が切り替えられ得る。
【００１５】
光学モジュールはまた、この光学系を密閉空間内に収容する筐体３を有している。筐体３は、光学系を支持する光学系支持部材１と、光学系支持部材１と共に密閉空間を規定する閉塞部材２を有している。光学系支持部材１と閉塞部材２はレーザー溶接によって互いに接合されている。光学系支持部材１は、箱状の外形を有しており、箱の底部を構成する基台部１１と、箱の周囲部を構成する側壁部１２を有している。また閉塞部材２は、箱状の光学系支持部材１の開口を塞ぐ平板状の部材で構成されている。ここでは、便宜上、光学系支持部材１は、基台部１１と側壁部１２に分けて説明しているが、基台部１１と側壁部１２は、別部材であっても、一体部材であってもよい。
【００１６】
前述の光学系を構成する複数の光学素子はいずれも、光学ベース５に固定されており、光学ベース５は、ダンパ６を介して光学系支持部材１の基台部１１に固定されている。
【００１７】
波長選択スイッチのような光学モジュールは、長期信頼性を有することが要求されることから、筐体３の内部の雰囲気が純度の高い所望のガス（窒素、アルゴンなどの不活性ガス）で気密封止される必要がある。このため、光ファイバアレイ４１の光ファイバ４１１群や、光偏向器アレイ４６に電気信号を供給するケーブル群も、気密性を保ったまま筐体３の外部に引き出される必要がある。
【００１８】
光ファイバアレイ４１の光ファイバ４１１群は、筐体３の光学系支持部材１の側壁部１２（基台部１１でもよい）に設けられた貫通口１３に通され、光ファイバ４１１群と貫通口１３の間のすき間が、半田等の封止剤１３１を用いて封止される。ここでは、便宜上、光ファイバアレイ４１の光ファイバ４１１群を通す貫通口１３は、筐体３の光学系支持部材１に設けられているが、筐体３の閉塞部材２に設けられてもよい。
【００１９】
光偏向器アレイ４６に電気信号を供給するケーブル群は、貫通電極基板７を介して、筐体３の外部に引き出される。貫通電極基板７は、筐体３の光学系支持部材１の側壁部１２や基台部１１に設けられた貫通口１４に取り付けられ、貫通電極基板７と貫通口１４の間のすき間が、（図示しない）半田等のロウ材を用いて封止される。貫通電極基板７は、ケーブル群７１によって光偏向器アレイ４６に電気的に接続される。貫通電極基板７はまた、（図示しない）ケーブル群７１によって筐体３の外部の電気回路に電気的に接続される。ここでは、便宜上、貫通電極基板７が取り付けられる貫通口１４は、筐体３の光学系支持部材１に設けられているが、筐体３の閉塞部材２に設けられてもよい。別の見方をすれば、筐体３は、電気信号を光偏向器アレイ４６に筐体３の外部から気密性を保って供給するための電気信号供給手段を有しており、この電気信号供給手段が貫通電極基板７によって構成されている。
【００２０】
光学系支持部材１と閉塞部材２のレーザー溶接と、光ファイバ４１１群やケーブル群の封止が完了した後に、筐体３の光学系支持部材１に設けられた気体置換用貫通口１５から筐体３の内部空間を真空に引き、所望のガス（窒素やアルゴンなどの不活性ガス）を充填し、その後、半田等の封止剤１５１を用いて封止する。これにより、前述した接合時または封止時に発生する不要なガスが所望のガスで置換される。その結果、気密封止された密閉空間が筐体３の内部に形成される。ここでは、便宜上、気体置換用貫通口１５は、筐体３の光学系支持部材１に設けられているが、筐体３の閉塞部材２に設けられてもよい。
【００２１】
ガスの置換によって、光学素子などにガスが付着して光学特性を劣化させることを防ぐことができる。また、接合時などに生じる熱による筐体３の内部の気体の体積膨張に起因する圧力変化を回避することができる。筐体３の内部の気体の体積膨張による圧力変化は、波長選択スイッチのような光学系に高い精度が要求されるモジュールにおいては、無視できない光学特性劣化を発生させる。
【００２２】
光学系支持部材１と閉塞部材２は、レーザー溶接によって互いに接合されて、光学系を収容する密閉空間を規定する。より詳しくは、光学系支持部材１と閉塞部材２は、図２に示すように、互いに向かい合っている光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面の近傍の部位に、筐体３の外側の側方から対向面にほぼ平行にレーザー光を全周にわたって照射することによって互いに接合される。その結果、レーザー溶接によって形成された接合部１６は、筐体３の外側面に露出し、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面に沿って延びている。図２の例では、光学系支持部材１と閉塞部材２は互いにつきあわされており、したがって、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面は互いに接触している。また、接合部１６は、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面と筐体３の外側面の両方に垂直な断面において、レーザーが照射された筐体３の外側面から内側に向かって先細りした形状となっている。
【００２３】
このように、光学系支持部材１と閉塞部材２をレーザー溶接によって接合しているため、波長選択スイッチのような比較的大きなモジュールにおいて、光学系を内包した後の気密封止（接合）時の熱影響が回避されるとともに、十分な強度が筐体３に確保される。
【００２４】
光学系支持部材１と閉塞部材２を気密封止（接合）する他の手法には半田接合や抵抗溶接といった手法もあるが、半田接合では、筐体３内部への熱影響が避けられず、また抵抗溶接では、光学系支持部材１または閉塞部材２のいずれかを薄肉構成にする必要があり強度確保に難がある。
【００２５】
ここではレーザー溶接の継ぎ手形態をつきあわせとしているが、筐体３の開口部と板厚の関係から、充分な強度が確保できるという判断ができるような組み合わせであれば、継ぎ手形態は、つきあわせに限らず、突き通しなどでも構わない。
【００２６】
光学系支持部材１と閉塞部材２の接合にレーザー溶接を用いることから、光学系支持部材１と閉塞部材２の材質は、大気中で酸化腐食しない物質、例えばチタンなどであることが望ましい。これは、以下の理由による。
【００２７】
光学系支持部材１と閉塞部材２の材質が大気中で酸化腐食する物質である場合には、溶接の前後のいずれかにおいて防錆処理（例えばＮｉ、Ａｕメッキなど）を施すことが必要である。溶接前に防錆処理を施した場合、防錆処理が溶接不良を引き起こす可能性が高く、一方、溶接後に別途、防錆処理を施すことは難しい。
【００２８】
また、貫通電極基板７は一般にアルミナセラミックス製であり、チタンは、線膨張係数が７〜９ｐｐｍ／℃程度であり、アルミナセラミックスとの線膨張係数差が小さい。このため、光学系支持部材１と貫通電極基板７を半田等で容易につけることが可能となり、貫通電極基板７の取り付け（封止）の信頼性も高いものとなる。ここでは、便宜上、筐体３と貫通電極基板７の間の接合剤がロウ材の一種である半田である例をあげたが、接合剤は、半田に限らず、他のロウ材であってもよい。たとえば、半田と比較して、より高温処理が必要となるロウ材であっても、光学系支持部材１と貫通電極基板７の線膨張係数差が小さいことから、両者の間に緩衝構造等を作りこまなくても両者を容易に接合することが可能である。
【００２９】
図３は、図２に示した光学系支持部材１と閉塞部材２の接合構造に代えて適用可能な別の接合構造を示している。この接合構造では、基台部１１の上端部の内側に全周にわたってへこみ段部が形成されており、このへこみ段部に、閉塞部材２が実質的に隙間なく落とし込まれている。つまり、閉塞部材２は、へこみ段部によって支持されており、閉塞部材２の外側面は、基台部１１の上端面とほぼ同一平面上に位置している。
【００３０】
光学系支持部材１と閉塞部材２はレーザー溶接によって互いに接合される。レーザー溶接は、互いに向かい合っている光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面の近傍の部位に、筐体３の外側の上方から対向面にほぼ平行にレーザー光を全周にわたって照射することによっておこなわれる。図３の例においても、レーザー溶接によって形成された接合部１６は、筐体３の外側面に露出し、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面に沿って延びている。また、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面は互いに接触している。さらに、接合部１６は、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面と筐体３の外側面の両方に垂直な断面において、レーザーが照射された筐体３の外側面から内側に向かって先細りした形状となっている。
【００３１】
この例では、レーザー光を筐体３に上方から照射してレーザー溶接をおこなうので、溶接装置と筐体３の間の相対移動を比較的容易におこなえる。
【００３２】
レーザー溶接は、条件を変更することによって、溶接部における光学系支持部材１と閉塞部材２の溶け込み具合を容易に変えることが可能であり、したがって、形成される接合部１６の断面形状を、光学系支持部材１と閉塞部材２の接合構造に応じて変えることができる。
【００３３】
たとえば、図４は、図３と同じ接合構造に対して、図３とは異なる条件のレーザー溶接によって形成された接合部１６を示している。この例では、レーザー溶接は、レーザー光の照射領域を狭くしておこなわれており、その結果、細くて深い断面形状の接合部１６が形成されている。これにより、レーザー溶接の際に、光学系支持部材１と閉塞部材２の接合部の周辺への熱の影響を少なく抑えられる。
【００３４】
図５は、図３の接合構造に似ているが、図３とは異なる別の接合構造を示している。この例では、互いに向き合っている光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面の間にすき間が存在している。つまり、光学系支持部材１と閉塞部材２の対向面は互いに離れている。この例では、レーザー溶接は、レーザー光の照射領域を広くしておこなわれており、その結果、広くて浅い断面形状の接合部１６が形成されている。これにより、両者間にすき間の空いた光学系支持部材１と閉塞部材２であっても強固に接合される。
【００３５】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００３６】
１…光学系支持部材、２…閉塞部材、３…筐体、５…光学ベース、６…ダンパ、７…貫通電極基板、１１…基台部、１２…側壁部、１３…貫通口、１４…貫通口、１５…気体置換用貫通口、１６…接合部、４１…光ファイバアレイ、４２…コリメータ、４３…分光素子、４４…集光レンズ、４５…ミラー、４６…光偏向器アレイ、７１…ケーブル群、１３１…封止剤、１５１…封止剤、４１１…光ファイバ。
【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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