(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂頭部に貫通孔を有し、その頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中空部を有し、その円筒状中空部の開口端に鍔部を有する金属製キャップと、その金属製キャップの頂頭部の貫通孔に気密固着されたレンズとからなる光半導体用パッケージの孔部に嵌入固着されるレンズ部品において、
前記金属製キャップの円筒状中空部の外径が嵌入される光半導体用パッケージの孔部の内径に対して接合位置調整用の間隙を設けた値に決められており、且つ金属製キャップの鍔部の面に光半導体用パッケージの孔部の開口端面に固着するための気密溶接用の微小突起輪が形成してあることを特徴とするレンズ部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体のパッケージに使用される気密構造のレンズ部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光半導体モジュールは、円筒型の容器内に発光素子または受光素子のみが収納されていたが、近年、特に光通信用の光半導体モジュールでは取り扱う光ビームに高い品位が要求されるようになり、その形態が制御機能等を取り込むことが可能な箱型のものが多くなっている。図３は、光半導体モジュールの一例の断面図である。この光半導体モジュールは、光半導体として半導体レーザー１０とコリメータレンズ６を光半導体用パッケージ４（以下パッケージ４と称す）内に備えている。半導体レーザー１０は、サブキャリア１１、ベース１２を介してスペーサ１３に固定してあり、このスペーサ１３をパッケージ４の底部４ｄに固定してある。ベース１２にはレンズ系としてコリメータレンズ６を設けてある。このコリメータレンズ６は、レンズホルダ６ａに固定してあり、このレンズホルダ６ａを位置および角度調整して半導体レーザー１０の出射光が平行ビームになるようにした後、ベース１２にＹＡＧ溶接などを用いて固定している。
【０００３】
コリメータレンズ６から出射された光ビームは、パッケージ４の側面にある孔部４ａを通して外部に導かれる。この光ビームは金属製のスリーブ７に挿入されたレンズ２により集光され、フェルール８に固定された光ファイバ９に入射される。このフェルール８は、スリーブ７に挿入されＹＡＧ溶接などを用いて固定されている。
【０００４】
前記スリーブ７は、その貫通孔７ａに接着剤３で固着されたレンズ２を備えている。このスリーブ７は、半田に対して濡れ性のよい金属製のパッケージ４の孔部４ａに嵌入され、その外面を半田５を使用して気密固着されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記スリーブ７の取付位置には、その外周とその貫通孔７ａとの偏心精度、レンズ２の取付精度、パッケージ４の孔部４ａの加工精度、スリーブ７の取付精度などの多くの累積する位置ずれ要素が存在し、そのどれか一つの要素が所定の精度から外れると半導体レーザー１０から出射される光ビームの光軸２０からレンズ２以降の光学系の光軸が外れて光半導体モジュールの出力が規格から外れて不良品となる問題があり、一方各部品の加工精度および取付精度を厳しくするとコストが高くなる問題がある。
【０００６】
また、パッケージ４に半導体レーザー１０等を組みつけた後、蓋４ｆで気密構造にできない場合には、光半導体モジュールの組み立て工程は、最後の光ファイバ９の組みつけまでを一貫して行うか、またはパッケージ４の孔部４ａの内側開口面に透明な窓部材４ｅを設けねばならず、製造工程の自由度に問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の光半導体モジュールの製造上の問題点を解決し、効率の良い光半導体モジュールの製造を可能にするレンズ部品を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係るレンズ部品は、頂頭部に貫通孔を有し、その頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中空部を有し、その円筒状中空部の開口端に鍔部を有する金属製キャップと、その金属製キャップの頂頭部の貫通孔に気密固着されたレンズとからなる光半導体用パッケージの孔部に嵌入固着されるレンズ部品において、前記金属製キャップの円筒状中空部の外径が嵌入される光半導体用パッケージの孔部の内径に対して接合位置調整用の間隙を設けた値に決められており、且つ金属製キャップの鍔部の面に光半導体用パッケージの孔部の開口端面に固着するための気密溶接用の微小突起輪が形成してあることを特徴とする。
【０００９】
本発明のレンズ部品によれば、金属製キャップの円筒状中空部の外径が嵌入される光半導体用パッケージの孔部の内径に対して接合位置調整用の間隙を設けた値に決められており、且つ金属製キャップの鍔部の面に光半導体用パッケージの孔部の開口端面に固着するための気密溶接用の微小突起輪が形成してあるので、レンズ部品の金属製キャップの円筒状中空部を光半導体用パッケージの孔部に嵌入してレンズ部品を光半導体の光軸と直交する方向の所定範囲内の位置に調整した後、その鍔部の面に形成された微小突起輪を光半導体用パッケージの孔部の開口端面に当接させ光半導体用パッケージとレンズ部品との間に所定の電流を流すだけで微小突起輪を溶かして所定の取付位置に気密固着できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のレンズ部品は、その金属製キャップの頂頭部に貫通孔を有し、その貫通孔にレンズが気密固着されており、その頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中空部を有しており、その一様な外径は光半導体用パッケージ（以下再びパッケージと称す）の孔部の内径より小さく、孔部の内径との間隙を接合位置調整用として使用できる。その円筒状中空部の開口端に設けられた鍔部の面には、パッケージの孔部の開口端面に固着するための気密溶接用の微小突起輪が形成してあり、パッケージの孔部に嵌入されパッケージに収納される光半導体の光軸と直交する方向の位置が調整された後、微小突起輪がパッケージの孔部の開口端面に当接され通電されて所定の取付位置に気密固着されるものである。
【００１１】
金属製キャップとしては、通電により溶接可能な金属材料であればステンレス等の材料も使用可能であり、特に、レンズに使用される光学ガラス材料と膨張係数が近く、金属製の薄板からプレス成形などにより安価に大量生産可能な鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金（所謂コバール合金）などの材料が好ましい。金属製キャップの頂頭部の貫通孔としては、気密固着されるレンズよりも僅かに大きい口径のもの、レンズよりも僅かに小さい口径のもの、円筒状中空部の内径とほぼ同じ口径のものなどがある。この金属製キャップの頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中空部は、その長さがレンズの焦点距離、パッケージへのレンズ部品の取付形態などに従って決められ、その外径が嵌入される光半導体用パッケージの孔部の内径に対して接合位置調整用の間隙を設けた値に決められる。円筒状中空部の開口端の鍔部は、パッケージの孔部よりも大きい直径を有しており、そのパッケージ側の面には、パッケージの孔部の開口端面に固着するため溶接の際に切れ目の生じない気密溶接用の微小突起輪が形成してあり、その断面形状は、開口端面に当接する部分が尖った三角形や楔形などの形状をしていて、通電によりその先端に電流が集中して当接部が溶け易いものであることが好ましい。
【００１２】
レンズとしては、ＢＫ−７、ＴａＦ−３などの光学ガラスを球形に加工した球レンズ、球レンズを研削して金属製キャップとの接合部を円筒状に加工したドラム状レンズなどが使用可能であり、そのレンズは金属製キャップの貫通孔に低融点ガラスなどを用いた接着剤を使用して加熱処理されて気密固着される。このレンズの表面には目的に応じて反射防止膜、フィルタ等を設けてもよい。
【００１３】
光半導体用パッケージとしては、溶接に適した金属製の場合には、その所定の位置に孔部と平滑な開口端面を設けるだけでよいが、それ以外の場合、光半導体用パッケージの孔部の開口端面には、溶接に適した金属製のリング状部材をインサート射出成形や蝋着けなどにより取付けておき、リングの表面に当接したレンズ部品の微小突起輪を通電して溶かした際、レンズ部品を気密固着可能なものにしておく。
【００１４】
【実施例】
図１及び図２は、本発明に係るレンズ部品の説明図であって、１は金属製キャップを示しており、前記で説明した図３と同一部分には同一符号を付してそれぞれ示している。
【００１５】
本発明のレンズ部品は、図１に示すように、コバール合金製の金属製キャップ１の頂頭部１ａの中央に直径が１．６ｍｍの貫通孔１ｂが明けられており、その頂頭部１ａから延在してレンズ２の光軸方向の固定位置に応じた長さ４．０ｍｍの一様な外径３．６ｍｍの円筒状中空部１ｃを有し、その円筒状中空部１ｃの開口端１ｄに直径８ｍｍで厚さ１．０ｍｍの鍔部１ｅを有している。この鍔部１ｅのパッケージの孔部の開口端面に当接する側の面に気密溶接用の高さ０．１ｍｍの断面形状が楔形をした微小突起輪１ｆを形成してある。この金属製キャップ１の頂頭部１ａの貫通孔１ｂには光学ガラス材料のＢＫ−７からなる直径１．５ｍｍの球レンズ２が、低融点ガラスを主成分とする接着剤３により気密固着されている。
【００１６】
上記のレンズ部品をパッケージ４に気密溶接固着して光半導体モジュールを組み立てる場合を説明する。図２に示すように、レンズ部品の金属製キャップ１の円筒状中空部１ｃの外径は３．６ｍｍで、嵌入されているパッケージ４の孔部４ａの内径４．０ｍｍより接合位置調整用の間隙４ｃの０．４ｍｍだけ小さくしてあり、この間隙４ｃを利用して半導体レーザー１０の光軸２０と直交する方向に対してレンズ部品の取付位置が調整される。この調整の後、図１に示された金属製キャップ１の鍔部１ｅの面に形成された気密溶接用の微小突起１ｆがパッケージ４の孔部４ａの開口端面４ｂに当接され通電されて溶けて固着して溶接輪１ｇとなる。この通電によりレンズ部品の光軸２０方向の位置が所定の規格範囲内にはいり、最終的にレンズ部品は所定の取付位置に溶接され気密固着されている。このレンズ２が取り付けられたパッケージ４に半導体レーザー１０等を組みつけて蓋４ｆで密閉して気密構造とした後、半導体レーザー１０から出射される光ビームを光パワーメータを使用してモニターしながらフェルール８および光ファイバ９を備えたスリーブ７を光出力が最大になる位置に調整して、その位置にＹＡＧ溶接などを用いて固定される。
【００１７】
上記のレンズ部品をパッケージ４に固着する場合を説明する。先ず、パッケージ４を、その孔部４ａにレンズ部品が嵌入できる向きで溶接装置のステージの所定の位置に精確に固定し、金属製の開口端面４ｂにパッケージ４側のプラス電極を取付る。次いで、レンズ部品を、後に取付られる半導体レーザー１０の光軸２０の方向及び光軸２０と直交する方向に移動調整可能な移動テーブルに備えられ中央に観察孔が設けられたマイナス電極が接続された取付部に、そのレンズ２が突き出す方向に向けて鍔部１ｅの開口端１ｄ側の面を当接させて取付る。移動テーブルを操作してレンズ部品の円筒状中空部１ｃを孔部４ａに嵌入し、０．４ｍｍの接合位置調整用の間隙４ｃを利用して光半導体の光軸と直交する方向の位置を調整する。この位置調整は、レンズの中心位置を簡単な光ファイバ光学系を使用してモニターしながら行う。光軸２０と直交する方向の位置調整が終われば、移動テーブルを光軸２０方向のパッケージ４側に動かしてレンズ部品の微小突起輪１ｆを開口端面４ｂに当接させ鍛圧を加えて微小突起輪１をパッケージ４の開口端面４ｂに突き刺し、所定の条件でプラス電極とマイナス電極間に通電すると気密溶接されて固着が完了し、図２に示すような取付状態となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のレンズ部品によれば、気密構造にすることが可能なレンズ付きの光半導体用パッケージが効率良く製造できるので、光半導体モジュールの製造工程の自由度が広がり、且つ部品コストの低減が可能となる実用上優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズ部品の説明図
【図２】本発明のレンズ部品が装着された光半導体モジュールの説明図
【図３】従来の光半導体モジュールの説明図
【符号の説明】
１  金属製キャップ
１ａ  頂頭部
１ｂ  貫通孔
１ｃ  円筒状中空部
１ｄ  開口端
１ｅ  鍔部
１ｆ  微小突起輪
１ｇ  溶接輪
２  レンズ
３  接着剤
４  光半導体用パッケージ
４ａ  孔部
４ｂ  開口端面
４ｃ  接合位置調整用の間隙
４ｄ  底部
４ｅ  窓部材
４ｆ  蓋
２０  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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