(57)【要約】【課題】本発明は、発光素子への反射戻り光を抑制することができると共に、製造工程が簡便かつ製造コストが安価であり、光学的性能に優れる鏡筒付き透光窓を提供することを目的とする。【解決手段】鏡筒３と、鏡筒３に保持された透光窓２と、鏡筒３を光モジュールに固定する接合部４と、を有してなる鏡筒付き透光窓１であって、透光窓２の光学基準断面２ｆが鏡筒３の中心軸３ｆに直交してなり、接合部４が光学基準断面２ｆに傾斜する傾斜面４ａを備ることを特徴とする鏡筒付き透光窓１。【選択図】図２
2014011442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡筒と、前記鏡筒に保持される透光窓と、前記鏡筒を光モジュールに固定する接合部と、を有してなる鏡筒付き透光窓であって、
前記透光窓に、前記鏡筒の中心軸に直交する光学基準断面を設定したときに、前記接合部に、前記光学基準断面に対して傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする鏡筒付き透光窓。
【請求項２】
前記接合部が、前記鏡筒の外周面に設けられ、前記外周面から外方に突出していることを特徴とする請求項１に記載の鏡筒付き透光窓。
【請求項３】
前記透光窓が、前記鏡筒に一体成型されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鏡筒付き透光窓。
【請求項４】
前記透光窓が、ガラス、あるいは樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の鏡筒付き透光窓。
【請求項５】
前記接合部が、前記外周面の全周に連設されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の鏡筒付き透光窓。
【請求項６】
鏡筒における透光窓設置部の領域において、前記鏡筒の熱容量が、前記鏡筒の周方向に略同一であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鏡筒付き透光窓。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の鏡筒付き透光窓と、光を出射する発光素子と、前記発光素子を内設すると共に、前記発光素子の光軸に直交する連結面を備えるハウジングと、を有してなる光モジュールであって、
前記鏡筒付き透光窓と前記ハウジングとが、前記傾斜面と前記連結面とを対向させて、気密に固定されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出射する光学素子と反射戻り光との光学的結合を抑制する鏡筒付き透光窓および光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において、半導体レーザ（光学素子）を収容し、その出射光が透過する透光窓を備えるハウジングを有する光モジュールが用いられている。そして、透光窓は、板状のガラスからなり、ハウジングは、半導体レーザの出射部の酸化を防止するために、ヘリウムなどの不活性ガスが充填され気密に封止されている。
【０００３】
ところで、半導体レーザから出射されたレーザ光は、透光窓を透過してハウジングの外部に出射される。このとき、レーザ光の一部が透光窓で反射し半導体レーザへ戻り、この戻り光に起因するノイズが問題になっている。
【０００４】
そのため、透光窓を構成するガラスの両面に反射防止膜を設けて、半導体レーザへの戻り光を抑制することが知られている。しかし、この方法では、反射防止膜を用いるために、材料コストや製造コストが高くなるという課題があった。
【０００５】
この課題を解決するための発光モジュール（半導体レーザ装置）が、特許文献１に開示されている。図１４に、特許文献１に開示される光モジュールの平面略図を示す。図１５に、図１４に示すＣ−Ｃ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図を示す。この発光モジュール５００においては、図１５に示すように、半導体レーザ５１３を収容するハウジング５１１（キャップ）の上面５１１ａに、レーザ光が透過する開口部５１１ｂが形成されている。そして、ハウジング５１１の内側面５１１ｃに開口部５１１ｂを塞ぐように、板状のガラス５０２（カバーガラス）が低融点ガラス５０８により固定されている。
【０００６】
また、２つの突起部５０７ａ、５０７ｂが、図１４に示すように、半導体レーザ５１３（図１５に図示）側に突出するように、開口部５１１ｂの近傍に位置するハウジング５１１の内側面５１１ｃ（図１５に図示）に形成されている。そして、２つの突起部５０７ａ、５０７ｂは、開口部５１１ｂの中心に対して対称な位置に形成されている。このようにして、ガラス５０２は、２つの突起部５０７ａ、５０７ｂに当接されることで、図１５に示すように、ハウジング５１１の内側面５１１ｃに対して傾斜するように固定されている。
【０００７】
このようにして、ガラス５０２は、半導体レーザ５１３の光軸５１５に対し非直交に設けられる。そのため、半導体レーザ５１３から出射された拡散光５１４ａは、ガラス５０２で反射しても、半導体レーザ５１３に戻ることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２１６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示される発光モジュール５００においては、図１５に示すように、ガラス５０２は、ハウジング５１１の内側面５１１ｃに傾斜するように固定されている。この固定の際に、ガラス５０２を２つの突起部５０７ａ、５０７ｂ（図１４に図示）に当接させた状態で、図１５に示すように、図面の左右方向（Ｙ方向）で低融点ガラス５０８の流入量を変えることで、ガラス５０２を傾斜させている。
【００１０】
その後、ハウジング５１１を加熱炉内に配置し、低融点ガラス５０８が軟化する温度まで加熱された後に冷却されて、ガラス５０２はハウジング５１１の内側面５１１ｃに固定される。
【００１１】
このように、特許文献１に開示される方法は、製造工程が複雑であり、製造コストが高いという課題があった。
【００１２】
ガラス５０２はハウジング５１１の内側面５１１ｃに対して傾斜している。そのため、ガラス５０２が水平面に対し傾斜しており、軟化した低融点ガラス５０８は、重力等の作用を受ける。この作用を誤差要因にして、ハウジング５１１の内側面５１１ｃに対するガラス５０２の傾斜角度５１１ｅがばらついていた。
【００１３】
また、図１５に示すように、図面の左右方向（Ｙ方向）で低融点ガラス５０８の流入量を変えることで、ガラス５０２を傾斜させていた。そのため、低融点ガラス５０８の流入量を少なくすることができなく、低融点ガラス５０８は、重力等の作用を受け易かった。
【００１４】
特許文献１に開示される発光モジュール５００においては、半導体レーザ５１３から出射される拡散光５１４ａは、ガラス５０２を透過してハウジング５１１の外部に出射される。図１６に、特許文献１における傾斜した透光窓と光の進行方向の関係を説明する図を示す。その際、拡散光５１４ａの光軸５１５近傍の光束５１４ｂは、図１６に示すように、半導体レーザ５１３から出射されガラス５０２に入射するまでは、光軸５１５上を、光軸５１５にほぼ平行に進行する。ところが、ガラス５０２の法線５０２ａが半導体レーザ５１３の光軸５１５に対して傾斜している。そのため、拡散光５１４ａがガラス５０２を透過すると、光束５１４ｂは、光軸５１５と法線５０２ａとの傾斜角度５０２ｂやガラス５０２の厚さに応じて、光軸５１５上からシフトした線５１５ａ上を、光軸５１５にほぼ平行に進行する。
【００１５】
なお、光軸５１５と法線５０２ａとの傾斜角度５０２ｂは、光軸５１５が内側面５１１ｃの法線と一致することから、内側面５１１ｃの法線とガラス５０２の法線５０２ａとのなす傾斜角度に一致する。よって、傾斜角度５０２ｂは、内側面５１１ｃに対するガラス５０２の傾斜角度５１１ｅに一致する。
【００１６】
そのため、ガラス５０２の傾斜角度５１１ｅが低融点ガラスによるガラス５０２の接合固着時の製造ばらつきに対応して、光軸５１５と法線５０２ａとの傾斜角度５０２ｂがばらついていた。その結果、特許文献１に開示される発光モジュール５００においては、ガラス５０２の傾斜角度５１１ｅの製造ばらつきに起因して、発光モジュール５００の製造歩留まりが悪くなるという課題があった。
【００１７】
そのため、プレス成型によって、低融点ガラスを使用せずにハウジング内に傾斜した板状のガラスを成型する、すなわち、一体成型したハウジング付きガラスが考えられる。しかし、ガラス素材をプレス成型する金型が傾斜していると、金型が、ガラス素材に対し同時に接触しないことや、プレスと直交する方向にもガラス素材を荷重することで、ガラスの偏りや、金型とハウジングとの間へガラス素材のはみ出しが発生することがあった。
【００１８】
ガラスの偏りがあると、屈折率が不均一となり光学的性能が劣化することがあった。また、金型とハウジングとの間へガラス素材のはみ出しが発生すると、ハウジング付きガラスを取り出す際に、板状のガラスにクラックや割れ等が発生することがあった。そのために、製品歩留りが低下し、コスト高の要因となっていた。
【００１９】
本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、発光素子への反射戻り光を抑制することができると共に、製造工程が簡便かつ製造コストが安価であり、光学的性能に優れる鏡筒付き透光窓を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の鏡筒付き透光窓は、鏡筒と、前記鏡筒に保持される透光窓と、前記鏡筒を光モジュールに固定する接合部と、を有してなる鏡筒付き透光窓であって、前記透光窓に、前記鏡筒の中心軸に直交する光学基準断面を設定したときに、前記接合部に、前記光学基準断面に対して傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の鏡筒付き透光窓は、前記接合部が備える前記傾斜面を用いて、発光素子を内設する光モジュールに固定する。その際、前記傾斜面と前記透光窓の前記光学基準断面とは互いに平行ではないので、前記傾斜面を前記発光素子の光軸に直交するように固定することにより、前記透光窓の前記光学基準断面を前記発光素子の光軸と非直交となるように、透光窓を鏡筒に設置させることができる。よって、本発明の鏡筒付き透光窓によれば、前記発光素子への反射戻り光を抑制することができる。
【００２２】
さらに本発明によれば、前記透光窓を前記鏡筒の中心軸に対して直交する平面に平行に前記鏡筒内で保持しつつ、前記傾斜面を用いて、前記透光窓の前記光学基準断面を前記発光素子の光軸と非直交となるように、透光窓を鏡筒に設置させることができる。よって、特許文献１に開示されるように、前記透光窓を２つの突起部に当接させ、かつ低融点ガラスの流入量を場所により変えて、前記透光窓の前記光学基準断面を前記発光素子の光軸と非直交にするような複雑な製造工程は不要である。よって、本発明の鏡筒付き透光窓によれば、製造工程が簡便であり、製造コストも安価である。
【００２３】
またさらに本発明によれば、前記透光窓を、前記鏡筒の内側面に対して傾斜させることなく、前記透光窓を前記鏡筒に固定することができる。そのため、前記透光窓を低融点ガラス等により前記鏡筒に固定する際に、前記透光窓と前記内側面との間に低融点ガラス等を均一に設けられ、低融点ガラス等の使用量を減らすことができ、重力等の作用も抑制できる。そのため、低融点ガラスの偏りや厚さばらつき等を低減できるので、前記光学基準断面の前記光軸に対する傾斜角度ばらつきを抑制することができる。よって、本発明の鏡筒付き透光窓は光学的性能に優れている。
【００２４】
よって、本発明によれば、発光素子への反射戻り光を抑制することができると共に、製造工程が簡便かつ製造コストが安価であり、光学的性能に優れる鏡筒付き透光窓を提供することができる。
【００２５】
前記接合部が、前記鏡筒の外周面に設けられ、前記外周面から外方に突出していることが好ましい。
【００２６】
このように、前記鏡筒は切削加工で形成することができる。その際には、前記接合部が前記鏡筒を削り出して形成されることで、前記鏡筒の熱容量が低減される。そのため、透光窓を鏡筒に固定する際や、鏡筒付き透光窓を光モジュール等に固定する際に、昇温時間を短縮することができる。よって、製造時間を短縮できるので、製造コストを安価にできる。
【００２７】
前記透光窓が前記鏡筒に一体成型されていることが好ましい。
【００２８】
本発明の鏡筒付き透光窓は、前記鏡筒と、前記鏡筒に保持される前記透光窓とからなる。よって、前記鏡筒と窓素材のみを部材とし、金型を用いてプレス成型により、前記鏡筒付き透光窓は一体成型することができる。このように、前記透光窓が前記鏡筒と一体成型されることで、接着用の低融点ガラスを用いる必要がないので、更に、製造工程を簡便にでき、製造コストも安価にできる。
【００２９】
このプレス成型の際に、前記透光窓の光入射面が前記鏡筒の前記中心軸に直交して設けられているので、前記中心軸に直交する前記金型を用いることができる。そのため、前記金型は、成形面が窓素材に対し面内でほぼ均一に接触する。また、窓素材に対して、プレスと直交する方向の荷重が抑制される。よって、窓素材の偏りや、前記金型と前記鏡筒との間へ窓素材がはみ出すことが抑制されるので、光学的性能よく成型できると共に、製造コストが安価である。
【００３０】
また、接着用の低融点ガラスを用いる必要がないことや、精密な金型を用いることができるので、前記光入射面の前記光軸に対する傾斜角度ばらつきを抑制することができるので、更に光学的性能を向上させることができる。
【００３１】
前記透光窓が、ガラス、あるいは樹脂からなることが好ましい。このような態様であれば、前記透光窓が透光性を有することが可能になる。
【００３２】
前記接合部が、前記外周面の全周に連設されていることが好ましい。このような態様であれば、鏡筒付き透光窓を前記光モジュールの開口部の全周にわたって接合することができるので、鏡筒付き透光窓と前記光モジュールとを気密に固定することができる。
【００３３】
鏡筒における透光窓設置部の領域において、前記鏡筒の熱容量が、前記鏡筒の周方向に略同一であることが好ましい。
【００３４】
前記透光窓を前記鏡筒に低融点ガラス等を用いて固定して、あるいは前記鏡筒と窓素材を用いるプレス成型により、鏡筒付き透光窓を製造することができる。その際、前記透光窓や前記窓素材が前記鏡筒内に保持されて、前記低融点ガラスや前記窓素材が軟化する温度まで加熱された後に、所定の温度まで冷却される。このようにして、前記透光窓や、前記窓素材から成型された前記透光窓が、前記鏡筒内に固定される。
【００３５】
この際、鏡筒における透光窓設置部の領域において、前記鏡筒の熱容量が、前記鏡筒の周方向に不均一であると、前記低融点ガラス等や前記窓素材の温度プロファイルは、前記周方向に異なってしまう。その結果、前記低融点ガラス等や前記透光窓の密度の不均一や、前記低融点ガラス等や前記透光窓に残留応力が生じることがある。その結果、鏡筒付き透光窓の品質が劣化することがある。
【００３６】
これに対し本発明においては、鏡筒における透光窓設置部の領域で、前記鏡筒の熱容量が、前記鏡筒の周方向に略同一であることにより、鏡筒付き透光窓の品質を向上させることができる。
【００３７】
本発明の光モジュールは、鏡筒付き透光窓と、光を出射する発光素子と、前記発光素子を内設すると共に、前記発光素子の光軸に直交する連結面を備えるハウジングと、を有してなる光モジュールであって、前記鏡筒付き透光窓と前記ハウジングとが、前記傾斜面と前記連結面とを対向させて、気密に固定されていることを特徴とする。
【００３８】
本発明の光モジュールは、前記ハウジングにおける前記発光素子の光軸に直交する前記連結面と、前記透光窓における前記光学基準断面に対して傾斜する前記傾斜面とを互いに対向させて、形成されている。そのため、前記透光窓に定義された光学基準断面は、前記発光素子の光軸と非直交となるように設けられている。よって、前記発光素子から出射された光が、前記透光窓で反射されて、前記発光素子に戻ることが抑制される。
【００３９】
本発明の光モジュールは、気密な鏡筒付き透光窓が、前記ハウジングに気密に固定されて、形成されている。そのため、本発明の光モジュールは、前記発光素子の酸化を防止するために、ヘリウムなどの不活性ガスを充填して気密に封止することが可能である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、発光素子への反射戻り光を抑制することができると共に、製造工程が簡便かつ製造コストが安価であり、光学的性能に優れる鏡筒付き透光窓を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態における鏡筒付き透光窓の平面略図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。
【図３】第１の実施形態における鏡筒付き透光窓の製造方法の説明図である。
【図４】第１の実施形態における鏡筒付き透光窓を用いた発光モジュールの断面略図である。
【図５】鏡筒付き透光窓を溶接接合により光学系に固定する説明図である。
【図６】鏡筒付き透光窓が溶接接合により固定された発光モジュールの断面略図である。
【図７】透光窓と半導体レーザとの配置概略図である。
【図８】透光窓の傾斜角度と光の進行方向の関係を説明する図である。
【図９】第１の実施形態における第１の変形例の断面略図である。
【図１０】第１の実施形態における第２の変形例の断面略図である。
【図１１】第２の実施形態における鏡筒付き透光窓の平面略図である。
【図１２】図１１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。
【図１３】第２の実施形態における鏡筒付き透光窓の製造方法の説明図である。
【図１４】特許文献１に開示される光モジュールの平面略図である。
【図１５】図１４に示すＣ−Ｃ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。
【図１６】特許文献１における傾斜した透光窓と光の進行方向の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
＜第１の実施形態＞
本実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１に、第１の実施形態における鏡筒付き透光窓の平面略図を示す。図２に、図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図を示す。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜異ならせて図示している。
【００４３】
本実施形態の鏡筒付き透光窓１は、図１および図２に示すように、円筒状の鏡筒３内に、平面視で円である板状の、すなわち円板状のガラスからなる透光窓２が内設されている。円板状である透光窓２は、光が入射する光入射面２ａと、光が出射される光出射面２ｂと、鏡筒３の内周面３ｂに接する側面２ｃと、を有してなる。
【００４４】
そして、光学基準断面２ｆは、図１および図２に示すように、側面２ｃのＺ方向の中心点を、側面２ｃの周方向に連ねる曲線を通るように、透光窓２を切断する断面と定義される。
【００４５】
そして、側面２ｃが、鏡筒３の内周面３ｂの全周において、内周面３ｂに当接されて気密に接合されている。また、光入射面２ａ、光出射面２ｂ、および光学基準断面２ｆは、鏡筒３の中心軸３ｆに直交して設けられている。本実施形態においては、光入射面２ａ、光出射面２ｂ、および光学基準断面２ｆは、互いに平行である。
【００４６】
鏡筒３は、図１および図２に示すように、その外周面３ｃに連設され、外周面３ｃから外方に突出する接合部４を有してなる。本実施形態においては、接合部４を用いて、鏡筒３を光モジュールに固定する。そして、接合部４は、透光窓２の光学基準断面２ｆに傾斜する傾斜面４ａを有してなる。すなわち、傾斜面４ａは、透光窓２の光学基準断面２ｆに対して所定の角度で傾斜している。なお、鏡筒３は、ステンレス鋼等を切削加工して形成される。
【００４７】
本実施形態では、鏡筒３を円筒状としたが、これに限定されるものではない。中心軸３ｆの方向から見た内周面３ｂ及び外周面３ｃの形状が多角形であることも可能である。また、透光窓２を円板状としたが、これに限定されるものではない。中心軸３ｆの方向から見た透光窓２の側面２ｃの形状が多角形であることも可能である。
【００４８】
透光窓２を透明なガラスからなるとしたが、これに限定されるものではない。透明であれば、樹脂等も可能である。
【００４９】
本実施形態では、透光窓２の光入射面２ａおよび光出射面２ｂは平面で設けたが、これに限定されるものではない。たとえば、光出射面２ｂが光学機能面を備えることも可能である。
【００５０】
本実施形態の鏡筒付き透光窓１では、図２に示すように、接着用の低融点ガラス等を用いることなく、透光窓２の側面２ｃが鏡筒３の内周面３ｂに当接されて、透光窓２は鏡筒３に固定されている。よって、特許文献１に開示される従来技術のように、接着用の低融点ガラス等に起因して、光入射面２ａの傾斜角度がばらつくことはない。なお、光入射面２ａの傾斜角度は、図７に示すように、光入射面の法線２ｄと光モジュールの光軸１５とのなす角度と定義する。
【００５１】
次に、本実施形態における鏡筒付き透光窓１の製造方法について説明する。図３に、第１の実施形態における鏡筒付き透光窓の製造方法の説明図を示す。
【００５２】
図３（ａ）に示す工程で、プレス装置５０を準備する。プレス装置５０は、胴型５３、上金型５１、下金型５２、およびヒータ５４を有して構成されている。そして、上金型５１及び下金型５２は、各々、平坦なベース面５１ｂ、５２ｂから突出する円柱状の突出部５１ａ、５２ａを備えている。突出部５１ａ及び突出部５２ａは、各々、平坦な下面５１ｃ及び上面５２ｃを備えている。
【００５３】
上金型５１の中心軸と下金型５２の中心軸は、一致するように設けられている。そして、これらの中心軸に対して、ベース面５１ｂ、５２ｂ、下面５１ｃ、及び上面５２ｃは直交するように設けられている。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、鏡筒３と窓素材２ｅが胴型５３内に入れられる。その際、鏡筒３は、その内周面内に突出部５２ａが挿入され、窓素材２ｅは、突出部５２ａの上面５２ｃの上に置かれる。そして、ヒータ５４によって窓素材２ｅが軟化する温度まで加熱する。
【００５５】
鏡筒３は、図２に示すように、鏡筒３の中心軸３ｆに直交する底面３ｇを有している。そして、鏡筒３は、底面３ｇをベース面５２ｂに当接して置かれる。そのため、鏡筒３の中心軸３ｆは、上金型５１の中心軸及び下金型５２の中心軸と、ほぼ一致している。
【００５６】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、上金型５１及び下金型５２が、各々の中心軸にほぼ平行に動かされて上下から窓素材２ｅをプレスする。その結果、上金型５１及び下金型５２の下面５１ｃ及び上面５２ｃの形状が窓素材２ｅに転写されることで、鏡筒付き透光窓１が形成される。
【００５７】
次に、図３（ｄ）に示す工程で、ヒータ５４の電源が切られ所定の温度まで冷却される。そして、上金型５１及び下金型５２が胴型５３から引き抜かれ、鏡筒付き透光窓１が上金型５１及び下金型５２から離型されることで、鏡筒付き透光窓１が製造される。
【００５８】
そして、鏡筒付き透光窓１において、透光窓２は、図２に示すように、その光入出射面２ａ、２ｂが鏡筒３の底面３ｇに平行になるように形成される。また、接合部４の傾斜面４ａは、底面３ｇに傾斜するように設けられているので、光入出射面２ａ、２ｂは、傾斜面４ａに対して傾斜するように形成される。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、接着用の低融点ガラスを用いることはなく、鏡筒３と窓素材２ｅのみを部材とし、金型を用いてプレス成型により、鏡筒付き透光窓１は一体成型される。よって、透光窓２が鏡筒３に一体成型されることで、接着用の低融点ガラスを用いる必要がないので、製造工程を簡便にでき、製造コストも安価にできる。
【００６０】
また、光入射面２ａおよび光出射面２ｂが、鏡筒３の中心軸３ｆに直交して設けられているので、中心軸３ｆに直交する下面５１ｃおよび上面５２ｃを備える金型５１、５２を用いてプレス成型することができる。そのため、上金型５１および下金型５２は、各々、窓素材２ｅに対しほぼ同時に接触する。また、窓素材２ｅに対して、プレスと直交する方向の荷重が抑制される。よって、窓素材２ｅの偏りや、金型５１、５２と鏡筒３との間へ窓素材２ｅがはみ出すことが抑制されるので、光学品質よく成型できると共に、製造コストが安価である。
【００６１】
また、本実施形態によれば、接着用の低融点ガラスを用いる必要がないことや、精密に形成された上金型５１及び下金型５２を用いることができる。そのため、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの傾斜角度がばらつくことが抑制される。よって、鏡筒付き透光窓１は、光学的性能に優れている。
【００６２】
本実施形態によれば、図２に示すように、光入射面２ａおよび光出射面２ｂが平面であるが、これに限定されるものではない。光入射面２ａおよび光出射面２ｂが光学機能面を有してなり、曲面であることも可能である。たとえば、光入射面２ａおよび光出射面２ｂが凸面であることや、光入射面２ａが凸面であり光出射面２ｂが平面であることも可能である。
【００６３】
このような場合においても、鏡筒３の内周面に接する側面２ｃのＺ方向の中心点を、側面２ｃの周方向に連ねる曲線を通るように、透光窓を切断する断面を、光学基準断面と定義する。この際、光学基準断面が鏡筒の中心軸に直交して設けられるので、光入射面および光出射面が曲面である鏡筒付き透光窓も、プレス成形によって製造した際に本実施形態とほぼ同様な結果が得られる。
【００６４】
次に、本実施形態における鏡筒付き透光窓１が、光モジュールに組み込まれて用いられる場合について説明する。図４に、第１の実施形態における鏡筒付き透光窓を用いた発光モジュールの断面略図を示す。
【００６５】
図４に示すように、鏡筒付き透光窓１が光学系３０に固定されることで、発光モジュール４０が形成される。光学系３０は、中空を有するハウジング１１を有し、ハウジング１１内の図面下側に台座１３ａが設けられている。そして、出射部を図面上側に向けて半導体レーザ１３が、台座１３ａに設けられている。
【００６６】
そして、ハウジング１１内であって、半導体レーザ１３から出射される拡散光１４ａが進行する前方に、コリメートレンズ１２が設けられている。拡散光１４ａは、コリメートレンズ１２を通過すると、平行光１４ｂに変換される。
【００６７】
そして、鏡筒付き透光窓１は、コリメートレンズ１２を透過した平行光１４ｂが進行する前方に位置するように、ハウジング１１に固定される。鏡筒付き透光窓１を透過した平行光１４ｂは、発光モジュール４０の外部に出射される。
【００６８】
発光モジュール４０のハウジング１１には、半導体レーザ１３の光軸１５に直交する連結面１１ａが設けられている。そして、鏡筒付き透光窓１は、傾斜面４ａを連結面１１ａに対向させて平行な状態で、ハウジング１１に固定される。そのため、透光窓２に定義された光学基準断面２ｆ、すなわち光入射面２ａは、傾斜面４ａに対して傾斜しているので、半導体レーザ１３の光軸１５と非直交となるように設けられる。よって、平行光１４ｂが、透光窓２の光入射面２ａで反射されて、半導体レーザ１３の出射部に戻ることが抑制される。
【００６９】
図４に示すように、光入射面２ａおよび光出射面２ｂに傾斜する傾斜面４ａを光軸１５に直交するように、鏡筒付き透光窓１は光学系３０に固定されるので、図２に示すように、光入射面２ａおよび光出射面２ｂは、鏡筒３の中心軸３ｆに直交して設けることができる。よって、図３に示すように、中心軸３ｆ（図２に図示）に直交する下面５１ｃおよび上面５２ｃを備える金型５１、５２を用いて、鏡筒付き透光窓１をプレス成型することができる。
【００７０】
本実施形態においては、鏡筒３とハウジング１１とは金属製であり、鏡筒３とハウジング１１とは、半田１１ｂを介して接合される。その際、傾斜面４ａと連結面１１ａとは、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で、図４に示すように、水平に配置されると共に、互いに平行に対向させられて気密に接合される。また、傾斜面４ａと連結面１１ａとの隙間は等間隔であるので、半田１１ｂは傾斜面４ａと連結面１１ａとの隙間に均一に塗布される。また、接合強度が確保できる限りにおいて、半田１１ｂの使用量を減らすことができる。よって、半田１１ｂへの重力等の作用が抑制されると共に、半田１１ｂが均一に塗布されることや、半田１１ｂの使用量を減らすことができることにより、傾斜面４ａと連結面１１ａとの平行度のばらつきは抑制される。
【００７１】
そのため、傾斜面４ａの光軸１５に対する傾斜角度のばらつきが抑制されるので、光入射面２ａの傾斜角度のばらつきが抑制される。よって、本実施形態によれば、光学的性能に優れる発光モジュール４０を可能にする。
【００７２】
また、本実施形態の発光モジュール４０によれば、鏡筒付き透光窓１とハウジング１１とで囲まれると共に、半導体レーザ１３を内設する空間は、ヘリウムなどの不活性ガスが充填されて気密に封止される。よって、半導体レーザ１３の出射部の酸化が防止される。
【００７３】
気密に封止されるとは、鏡筒付き透光窓１とハウジング１１で囲まれた空間が、密閉されて外部との気体の流通が防止されていることである。すなわち、鏡筒付き透光窓１とハウジング１１で囲まれた空間に充填されたヘリウムなどの不活性ガスが、外部の空気と置換することが防止されていることである。
【００７４】
本実施形態では、傾斜面４ａと連結面１１ａとは半田１１ｂを介して接合されるとしたが、これに限定されることはない。鏡筒３とハウジング１１とを溶接接合することも可能である。
【００７５】
図５に、鏡筒付き透光窓を溶接接合により光学系に固定する説明図を示す。この溶接接合を行う場合には、図５に示すように、あらかじめ鏡筒３の傾斜面４ａに環状突起４ｂを形成しておく。環状突起４ｂは、傾斜面４ａから突出して、鏡筒３の外周面３ｃに沿って全周に連続して形成されている。
【００７６】
そして、溶接接合は、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で、図５に示すように、鏡筒３をハウジング１１に押圧して、環状突起４ｂを連結面１１ａに接触させる。そして、電圧を鏡筒３とハウジング１１との間に印加し、電流を集中的に環状突起４ｂに流し、ジュール熱を発熱させて環状突起４ｂを溶融させる。これにより、鏡筒付き透光窓１は、ヘリウムなどの不活性ガスがハウジング１１内に充填されて、光学系３０に気密に固定される。
【００７７】
図６に、鏡筒付き透光窓が溶接接合により固定された発光モジュールの断面略図を示す。上述のように、鏡筒付き透光窓１は、光学系３０に溶接接合により固定されることで、図６に示すように、発光モジュール６０が形成される。
【００７８】
このように、溶接接合によれば、半田を介さないで傾斜面４ａと連結面１１ａを当接させて接合できるので、更に傾斜面４ａと連結面１１ａとの平行度のばらつきは抑制される。よって、発光モジュール６０の光学的性能は、更に優れる。
【００７９】
本実施形態によれば、鏡筒付き透光窓１を、半導体レーザを備える発光モジュールに固定しているが、これに限定されるものではない。受光素子を備える受光モジュールに固定することも可能である。この際には、外部の半導体レーザからの光が、鏡筒付き透光窓１に入射する場合に相当する。その場合にも、光入射面が、外部の半導体レーザの光軸に非直交となるように設けられており、本実施形態によれば、外部の半導体レーザの出射部への戻り光が抑制される。
【００８０】
図７に、透光窓と半導体レーザとの配置概略図を示す。図８に、透光窓の傾斜角度と光の進行方向の関係を説明する図を示す。
【００８１】
図７に示すように、透光窓２の光入射面２ａおよび光出射面２ｂが、半導体レーザ１３の光軸１５に対して、傾斜角度φで傾斜して配置されているとする。その際、光軸近傍の光束１４ｃは、光軸１５に平行に進行して、コリメートレンズ１２を透過して、透光窓２に入射角度φで入射する。そして、スネルの法則により、透光窓２内を、屈折角度θで進行するとする。そして、透光窓２を透過した光束１４ｃは、スネルの法則により、再び、光軸１５に平行に進行する。その際に、光束１４ｃは、光軸１５に直交する方向に、光路をシフト距離γずらして進行する。なお、傾斜角度φは、透光窓２の光入射面の法線２ｄと光軸１５とのなす角度である。
【００８２】
図８は、透光窓２が屈折率＝１．４５のガラスとし、雰囲気ガスの屈折率を１．０として計算した。図８を見ると、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの傾斜角度φが大きくなると、屈折角度θ及びシフト距離γ共に、大きくなることが分かる。そのため、傾斜角度φがばらつくと、シフト距離γがばらつくことが理解される。
【００８３】
そして、透光窓２を通過した光は、一般的に光ファイバのコアに集光されるので、シフト距離γのばらつきを小さくすることは重要である。よって、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの傾斜角度のばらつきを抑制することは、半導体レーザと光ファイバとの光学的な結合効率を高め、光学的性能を向上させる。
【００８４】
＜第１の変形例＞
図９に、第１の実施形態における第１の変形例の断面図を示す。本変形例の鏡筒３においては、図９に示すように、外周面３ｃ側から鏡筒３の下側（Ｚ１方向）部分のみを切削して、傾斜面４ａを削り出すことで、接合部４が形成されている。よって、鏡筒の外周面に連設され、外周面から外方に突出している第１の実施形態における接合部４に比べて、本変形例の鏡筒３の切削加工は簡便である。
【００８５】
ところが、第１の実施形態では、外周面３ｃ側から鏡筒３の下側（Ｚ１方向）部分及び上側（Ｚ２方向）部分を切削除去している。そのため、第１の実施形態は、本変形例に比べて、鏡筒３の肉厚が薄いため、鏡筒３の熱容量が小さい。よって、第１の実施形態は、本変形例に比べて、透光窓２を鏡筒３に固定する際や、鏡筒付き透光窓を光学系等に固定する際に、昇温時間を短縮することができる。よって、本変形例に比べて、第１の実施形態は、製造時間を短縮でき、製造コストを安価にできる。
【００８６】
＜第２の変形例＞
図１０に、第１の実施形態における第２の変形例の断面略図を示す。本変形例は、図１０に示すように、鏡筒３における透光窓設置部３ｉの領域で、鏡筒３の熱容量が、鏡筒３の周方向（図１０には図示されず）に略同一であるものである。
【００８７】
内周面３ｂのうち側面２ｃに当接する面３ｈは、鏡筒３の周方向に連接されて、鏡筒３の内周面３ｂに帯状に設けられている。この面３ｈの上下（Ｚ方向）の２つの端は、鏡筒３の周方向に連続する２つの曲線をなしている。この２つの曲線の各位置から、鏡筒３の中心軸３ｆに直交する直線を、鏡筒３の外周面３ｃまで引く。２つの曲線の各位置から鏡筒３の外周面３ｃまで引かれた直線を、鏡筒３の周方向に集めて形成される２つの面を、各々、上面、下面と名づける。そして、透光窓設置部３ｉを、前記上面と前記下面との間にある鏡筒３の領域と定義する。すなわち、透光窓設置部３ｉは、図１０に示す２つの点線に挟まれる鏡筒３の領域を、鏡筒３の周方向（図１０には図示されず）に集めて形成される領域である。
【００８８】
本変形例においては、接合部４において、傾斜面４ａと傾斜面４ａに対向する面４ｃとを平行に形成することで、鏡筒３に定義された透光窓設置部３ｉの領域で、鏡筒３の体積を、鏡筒３の周方向（図１０には図示されず）に略同一としている。また、鏡筒３は、同一の素材を切削加工によって製作しているため、鏡筒３の比熱は、鏡筒３内で均一である。よって、本変形例においては、透光窓設置部３ｉの領域で、鏡筒３の熱容量は、鏡筒３の周方向（図１０には図示されず）に略同一である。よって、本変形例における鏡筒付き透光窓の品質は良好である。
【００８９】
＜第２の実施形態＞
図１１に、第２の実施形態における鏡筒付き透光窓の平面略図を示す。図１２に、図１１に示すＢ−Ｂ線に沿って切断して矢印方向から視る断面図を示す。図１３に、第２の実施形態における鏡筒付き透光窓の製造方法の説明図を示す。
【００９０】
本実施形態の鏡筒付き透光窓１０は、図１１および図１２に示すように、鏡筒３の上側（Ｚ２方向）端部に、内周面３ｂから突出する突出部３ｄが設けられている。そして、突出部３ｄの内側に開口部３ｅが設けられ、突出部３ｄの下側面（Ｚ１方向）に鏡筒３の中心軸３ｆに直交する内側面３ａが設けられている。
【００９１】
次に、図１３を用いて、鏡筒付き透光窓１０の製造方法を説明する。図１３（ａ）に示す工程において、鏡筒３は、内側面３ａを図面上側に向けて、内側面３ａが水平になるように設置される。図１３（ｂ）に示す工程において、内側面３ａの上に、低融点ガラス８が置かれる。
【００９２】
次に、図１３（ｃ）に示す工程において、光出射面２ｂを下側に向けて、低融点ガラス８の上に透光窓２が置かれる。その際、光出射面２ｂは、内側面３ａに対向させられて、互いに平行になるように設置される。そして、図１３（ｄ）に示す工程において、低融点ガラス８が軟化する温度に加熱された後に、所定の温度まで冷却される。このようにして、透光窓２が、低融点ガラス８を介して、内側面３ａに固定される。
【００９３】
このように、光出射面２ｂと内側面３ａとは、水平に配置されると共に、互いに平行に対向させられて接合される。そのため、重力等は、光出射面２ｂと内側面３ａとの間にある低融点ガラス８に対して均一に作用する。また、重力等によって低融点ガラス８が移動することが抑制される。そのため、低融点ガラス８が、特定な箇所に偏って集まることは抑制され、光出射面２ｂと内側面３ａとの間における厚さばらつき等は低減される。そのため、光入射面２ａの傾斜角度ばらつきを抑制することができる。よって、本実施形態の鏡筒付き透光窓１０を用いる発光モジュールは、光学的性能に優れる。
【００９４】
特許文献１においては、図１５に示すように、図面上左右で低融点ガラス５０８の量を変えることで、ガラス５０２をハウジング５１１の内側面５１１ｃに傾斜させて、ガラス５０２をハウジング５１１に固定していた。
【００９５】
ガラス５０２が水平面に対して傾斜しているので、昇温時に軟化した低融点ガラス５０８は、重力の作用により、下側に偏って集まり易かった。また、ガラス５０２、ハウジング５１１、および低融点ガラス５０８は、物質間を結合する性質、すなわち親和力のあるものが選ばれている。そのため、ガラス５０２の低融点ガラス５０８に接触する面や、ハウジング５１１の内側面５１１ｃは、分子間力によって、軟化した低融点ガラス５０８を引っ張るように作用することが知られている。ガラス５０２の前記面と内側面５１１ｃとの間隔が狭くなると、この引っ張り力は効果的に作用する。そのため、この引っ張り力は、軟化した低融点ガラス５０８を、ガラス５０２の前記面と内側面５１１ｃとの間隔が狭い方向に、すなわち上側に引っ張る。
【００９６】
このため、軟化した低融点ガラス５０８には、重力や、ガラス５０２の前記面および内側面５１１ｃからの引っ張り力が作用していた。そのため、特許文献１においては、低融点ガラス５０８が偏って集まることや、その厚さがばらつくことがあった。
【００９７】
また、重力と引っ張り力とは、軟化した低融点ガラス５０８に対して、逆方向に作用する。そのため、軟化した低融点ガラス５０８が、上下方向に引っ張られて、低融点ガラス５０８内に空洞が発生することがあった。そのため、特許文献１に開示される発光モジュール５００においては、ガラス５０２と内側面５１１ｃとの間に低融点ガラス５０８が介在しない部分が発生し、気密性が損なわれることがあった。
【００９８】
第２の実施形態においては、光出射面２ｂは、内側面３ａに対向させられて、互いに平行になるように設置される。そのため、光出射面２ｂおよび内側面３ａとは、水平であると共に、光出射面２ｂと内側面３ａとの間隔は等間隔である。
【００９９】
よって、本実施形態によれば、重力や、光出射面２ｂおよび内側面３ａの引っ張り力によって、低融点ガラスが偏って集まることや、その厚さがばらつくことが抑制される。また、低融点ガラス内に空洞が発生することも抑制される。
【０１００】
このことは、図４に示すように、水平に配置すると共に、互いに平行に対向させて、鏡筒３とハウジング１１とを、半田１１ｂを介して接合する場合においても、同様に当てはまる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  鏡筒付き透光窓
２  透光窓
２ａ  光入射面
２ｂ  光出射面
２ｃ  側面
２ｄ  光入射面の法線
２ｅ  窓素材
２ｆ  光学基準断面
３  鏡筒
３ａ  内側面
３ｂ  内周面
３ｃ  外周面
３ｄ  突出部
３ｅ  開口部
３ｆ  中心軸
３ｇ  底面
４  接合部
４ａ  傾斜面
４ｂ  環状突起
８  低融点ガラス
１０  発光モジュール
１１  ハウジング
１１ａ  連結面
１１ｂ  半田
１２  コリメートレンズ
１３  半導体レーザ
１３ａ  台座
１４ａ  拡散光
１４ｂ  平行光
１４ｃ  光軸近傍の光束
１５  光軸
【図１】
2014011442.tif 000003
【図２】
2014011442.tif 000004
【図３】
2014011442.tif 000005
【図４】
2014011442.tif 000006
【図５】
2014011442.tif 000007
【図６】
2014011442.tif 000008
【図７】
2014011442.tif 000009
【図８】
2014011442.tif 000010
【図９】
2014011442.tif 000011
【図１０】
2014011442.tif 000012
【図１１】
2014011442.tif 000013
【図１２】
2014011442.tif 000014
【図１３】
2014011442.tif 000015
【図１４】
2014011442.tif 000016
【図１５】
2014011442.tif 000017
【図１６】
2014011442.tif 000018