(57)【要約】【課題】透過部材の割れを抑制できる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は透過部材４１を含む。透過部材４１はキャップ４０の貫通穴５５を覆うようにキャップ４０に固定される。透過部材４１がキャップ４０から取り外された状態における第１の面４１Ａ内の一の点の高さを０とし、光モジュール１の外部に向かう側を正としたときの、透過部材４１がキャップ４０に固定された状態における上記一の点の光軸Ｌ方向の高さである変位量の、中心点Ｃにおける値Δｄｃと、重心Ｇから所定の距離Ｄ離れた投影像１００上の点である参照点に対応する第１の面４１Ａ上の点である基準点における値Δｄｓとの差である反り量Ｗが、第１の測地線１０６上の値と第２の測地線１０８上の値とで異なる。透過部材４１は、第１の面４１Ａまたは第２の面４１Ｂにおいてキャップ４０と接合されている。【選択図】図５
2018006714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子を含む本体部と、
前記本体部を取り囲む保護部材と、を備える光モジュールであって、
前記保護部材は、
前記本体部を支持するベース部と、
貫通穴を有し、前記本体部を覆い、前記ベース部に接合されるキャップと、
前記貫通穴を覆うように前記キャップに固定され、前記光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料からなる透過部材と、を含み、
前記透過部材は、光が入射または出射する第１の面および第２の面を有し、
前記光モジュールの光軸と垂直に交わる平面に投影した前記透過部材の投影像の重心で互いに直交する第１の軸および第２の軸を設定し、前記第１の軸に対応する前記第１の面上の測地線を第１の測地線とし、前記第２の軸に対応する前記第１の面上の測地線を第２の測地線とし、前記重心に対応する前記第１の面上の点を中心点とした場合において、前記透過部材が前記キャップから取り外された状態における前記第１の面内の一の点の高さを０とし、前記光モジュールの外部に向かう側を正としたときの、前記透過部材が前記キャップに固定された状態における前記一の点の前記光軸方向の高さである変位量の、前記中心点における値と、前記重心から所定の距離離れた前記投影像上の点である参照点に対応する前記第１の面上の点である基準点における値との差である反り量が、前記第１の測地線上の値と前記第２の測地線上の値とで異なり、
前記透過部材は、前記第１の面または前記第２の面において前記キャップと接合される、光モジュール。
【請求項２】
前記透過部材を構成する材料はガラスである、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記キャップは、前記ベース部に接合される領域を含む側面と、前記側面の前記ベース部に接合される領域とは反対側に接続される頂面とを有し、
前記貫通穴は、前記側面に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記キャップは一の面において開口する中空直方体状の形状を有する、請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記投影像の前記重心から半径３００μｍ以内の前記投影像上の領域に対応する前記第１の面の領域内における前記反り量の最大値は０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第１の測地線上の反り量および前記第２の測地線上の反り量はいずれも正の値であるか、またはいずれも負の値である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記第１の測地線上の反り量および前記第２の測地線上の反り量のうちいずれか一方は正の値であり、他方は負の値である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記透過部材は、前記キャップに対して低融点ガラスを介して接合されている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記透過部材において、前記キャップに接合される領域である接合領域の面積は、前記第１の面または第２の面のうち前記接合領域を有する側の面の面積の６０％以上である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記透過部材において、前記キャップに接合される領域である接合領域の面積は、前記第１の面または第２の面のうち前記接合領域を有する側の面の面積の８０％以下である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記光半導体素子はレーザダイオードである、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。従来の光モジュールとして、レーザ光を発生する発光素子と、発光素子を収容する保護部材と、を備えた光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。保護部材は、レーザ光を透過する透過部材を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような光モジュールにおいては、保護部材にレーザ光を透過する透過部材が取り付けられている。しかしながら、この透過部材が割れて不具合が発生する場合があった。
【０００５】
そこで本発明においては、透過部材の割れを抑制できる光モジュールを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った光モジュールは、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、ベース部と、キャップと、透過部材とを含む。ベース部は本体部を支持する。キャップは貫通穴を有し、本体部を覆い、ベース部に接合される。透過部材は貫通穴を覆うようにキャップに固定され、光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料からなる。透過部材は、光が入射または出射する第１の面および第２の面を有する。光モジュールの光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材の投影像の重心で互いに直交する第１の軸および第２の軸を設定し、第１の軸に対応する第１の面上の測地線を第１の測地線とし、第２の軸に対応する第１の面上の測地線を第２の測地線とし、上記重心に対応する第１の面上の点を中心点とした場合において、透過部材がキャップから取り外された状態における第１の面内の一の点の高さを０とし、光モジュールの外部に向かう側を正としたときの、透過部材がキャップに固定された状態における一の点の光軸方向の高さである変位量の、中心点における値と、重心から所定の距離離れた投影像上の点である参照点に対応する第１の面上の点である基準点における値との差である反り量が、第１の測地線上の値と第２の測地線上の値とで異なる。透過部材は、第１の面または第２の面においてキャップと接合される。
【発明の効果】
【０００７】
上記光モジュールによれば、透過部材の割れを抑制できる光モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光モジュールの構造を示す概略斜視図である。
【図２】光モジュールの構造を示す概略斜視図である。
【図３】光モジュールの構造を示す概略平面図である。
【図４】貫通穴を有するキャップの側面の構造を示す概略平面図である。
【図５】図４の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。
【図６】透過部材の投影像を示す図である。
【図７】透過部材の第１の面を示す模式図である。
【図８】変位量と反り量を説明するための模式図である。
【図９】図５の構造において透過部材を離脱させた状態を示す概略断面図である。
【図１０】３次元光学プロファイラによる透過部材の表面形状の測定結果の一例を示した図である。
【図１１】透過部材の第１の測地線上の高さの測定結果を示すチャートである。
【図１２】透過部材の第２の測地線上の高さの測定結果を示すチャートである。
【図１３】３次元光学プロファイラによる透過部材の表面形状の測定結果の一例を示した図である。
【図１４】第１の測地線の形状を示す概略図である。
【図１５】第２の測地線の形状を示す概略図である。
【図１６】３次元光学プロファイラによる透過部材の表面形状の測定結果の一例を示した図である。
【図１７】第１の測地線の形状を示す概略図である。
【図１８】第２の測地線の形状を示す概略図である。
【図１９】透過部材の反り量と透過部材の割れの発生の有無との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、ベース部と、キャップと、透過部材とを含む。ベース部は本体部を支持する。キャップは貫通穴を有し、本体部を覆い、ベース部に接合される。透過部材は貫通穴を覆うようにキャップに固定され、光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料からなる。
【００１０】
透過部材は、光が入射または出射する第１の面および第２の面を有する。光モジュールの光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材の投影像の重心で互いに直交する第１の軸および第２の軸を設定し、第１の軸に対応する第１の面上の測地線を第１の測地線とし、第２の軸に対応する第１の面上の測地線を第２の測地線とし、重心に対応する第１の面上の点を中心点とした場合において、透過部材がキャップから取り外された状態における第１の面内の一の点の高さを０とし、光モジュールの外部に向かう側を正としたときの、透過部材がキャップに固定された状態における上記一の点の光軸方向の高さである変位量の、中心点における値と、重心から所定の距離離れた上記投影像上の点である参照点に対応する第１の面上の点である基準点における値との差である反り量が、第１の測地線上の値と第２の測地線上の値とで異なる。透過部材は、第１の面または第２の面においてキャップと接合される。
【００１１】
上記のような光モジュールにおいては、本体部が保護部材内に格納されるように、保護部材を構成するベース部とキャップとが接合される。このとき、キャップは元の形状から幾分変形した状態でベース部材上に接合される。キャップの変形による歪みにより、キャップに固定された透過部材にも歪みが生じる。
【００１２】
本発明者らの検討によれば、透過部材内の歪みが不均一な場合に透過部材は割れやすいことが判明した。しかしながら透過部材の歪みを均一にするにはキャップの形状に制限が生じる。また透過部材が固定されるキャップの貫通穴を形成する位置も限定される。その結果、光モジュールの設計の自由度が損なわれる。光モジュールの設計の自由度を維持するためには、透過部材に生じる歪みが不均一であっても透過部材が割れないことが好ましい。その課題を解決すべく本発明者らが検討した結果、透過部材の歪みが不均一であっても適切な位置でキャップに対して接合することにより、透過部材の割れが抑制されることがわかった。
【００１３】
本願の光モジュールにおいて、透過部材は光が入射または出射する第１の面および第２の面を有する。光モジュールの光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材の投影像の重心で互いに直交する第１の軸および第２の軸を設定し、第１の軸に対応する第１の面上の測地線を第１の測地線とし、第２の軸に対応する第１の面上の測地線を第２の測地線とし、重心に対応する第１の面上の点を中心点とした場合において、第１の測地線上の反り量と第２の測地線上の反り量とが異なる。すなわち、透過部材は非同心円状の不均一な状態に歪んでいる。
【００１４】
本願の光モジュールにおいて、透過部材は第１の面または第２の面においてキャップと接合されている。これにより、透過部材は不均一な歪みを有しているにも関わらず、透過部材の割れが抑制される。
【００１５】
透過部材を構成する材料はガラスであってもよい。透過部材がガラスからなることにより、高い耐久性と気密性（シール性）を有する透過部材を得ることができる。
【００１６】
キャップは、ベース部材に接合される領域を含む側面と、側面のベース部に接合される領域とは反対側に接続される頂面とを有していてもよい。また貫通穴は、その側面に形成されていてもよい。このような形状のキャップの側面に貫通穴が形成されている場合、透過部材の歪みが不均一になりやすい。このような構造のキャップを有する場合に本願の光モジュールは好適である。
【００１７】
キャップは一の面において開口する中空直方体状の形状を有していてもよい。このような形状のキャップは、光モジュールを小型化するのに好適である。
【００１８】
上記重心から半径３００μｍ以内の投影像上の領域に対応する第１の面の領域内における反り量の最大値は０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下であってもよい。反り量の最大値がこの範囲内であれば、透過部材の割れをより確実に抑制することができる。
【００１９】
本願の光モジュールにおいては、第１の測地線上の反り量および第２の測地線上の反り量はいずれも正の値であるか、またはいずれも負の値であってもよい。この状態は、透過部材が一様に凸状または凹状の状態であることを意味する。このような状態であれば、透過部材の割れをより確実に抑制することができる。
【００２０】
本願の光モジュールにおいては、第１の測地線上の反り量および第２の測地線上の反り量のうちいずれか一方は正の値であり、他方は負の値であってもよい。この状態においては、透過部材が例えば鞍型に歪んでいる。このような状態にすることにより、光モジュールの気密性（シール性）を高めることができる。
【００２１】
透過部材は、キャップに対して低融点ガラスを介して接合されていてもよい。低融点ガラスにより接合することで、透過部材をキャップに対して容易に固定することができ、併せて気密性（シール性）を確保することができる。
【００２２】
透過部材において、キャップに接合される領域である接合領域の面積は、第１の面または第２の面のうち接合領域を有する側の面の面積の６０％以上であってもよい。上記接合面の面積の比率が上記数値以上であれば、透過部材の割れをより確実に抑制することができる。
【００２３】
透過部材において、キャップに接合される領域である接合領域の面積は、第１の面または第２の面のうち接合領域を有する側の面の面積の８０％以下であってもよい。上記接合面の面積の比率が上記数値以下であれば、キャップ内の光が通過すべき領域を充分に確保することができる。
【００２４】
上記光モジュールにおいて、上記光半導体素子はレーザダイオードであってもよい。このようにすることにより、波長のばらつきの少ない出射光を得ることができる。
【００２５】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態における光モジュール１の構造を示す概略斜視図である。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。図３は、図２に対応する概略平面図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２６】
図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、光半導体素子としてのレーザダイオード８１，８２，８３を含む本体部２０と、本体部２０を取り囲む保護部材とを備える。保護部材は、ベース部としてのステム１０と、キャップ４０と、透過部材４１から構成される。ベース部としてのステム１０は平板状の形状を有し、本体部２０を支持する。キャップ４０は貫通穴５５を有する。またキャップ４０は本体部２０を覆い、ステム１０に接合される。キャップ４０は、ステム１０に接合される領域を含む側面４０Ｂ，４０Ｃと、側面４０Ｂ，４０Ｃのステム１０に接合される領域とは反対側に接続される頂面４０Ａとを有する。貫通穴５５はキャップ４０の側面４０Ｂに形成されている。キャップ４０は、ステム１０に接合される側の面において開口する中空直方体状の形状を有している。光モジュール１は、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン５１をさらに備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、本体部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。
【００２７】
キャップ４０には、貫通穴５５を覆うように透過部材４１が固定されている。透過部材４１は、光半導体素子に対応する波長の光（レーザダイオード８１，８２，８３から出射される光）を透過する材料からなる。本実施の形態においては、光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料はガラスである。透過部材４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、本体部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。
【００２８】
図２および図３を参照して、本体部２０は、板状の形状を有する基板６０を含む。基板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。基板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。
【００２９】
第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１光半導体素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置される。そして、第２サブマウント７２上には、第２光半導体素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３光半導体素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（基板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３により調整されて一致している。
【００３０】
光モジュール１は、ステム１０と本体部２０との間に、電子冷却モジュール３０を含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１が基板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触する基板６０の熱がステム１０へと移動し、基板６０が冷却される。その結果、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度上昇が抑制される。これにより、たとえば自動車に搭載される場合など、温度が高くなる環境下においても光モジュール１を使用することが可能となる。また、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。
【００３１】
基板６０のベース領域６１上には、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。そして、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９上には、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれたとえば樹脂硬化型接着剤により接着されて第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９に対して固定されている。
【００３２】
第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。
【００３３】
ベース板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置される。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば樹脂硬化型接着剤により接着されてベース領域６１に対して固定されている。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置される。
【００３４】
図３を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。
【００３５】
次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ１に沿って進行して第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ２に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００３６】
緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ４に沿って進行して第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ４に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ２に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００３７】
青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ５に沿って進行して第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ５に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ３に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ３に沿って進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。
【００３８】
［キャップ４０および透過部材４１の構造］
次に図４および図５を参照して、キャップ４０および透過部材４１の構造について説明する。図４は、側面４０Ｂ側から平面視したキャップ４０の構造を示す概略平面図である。図５は、図４の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。図４および図５を参照して、キャップ４０は側面４０Ｂ内に貫通穴５５を有する。透過部材４１は、その貫通穴５５を覆うようにキャップ４０に対して低融点ガラス４２を介して固定されている。透過部材４１は、レーザダイオード８１，８２，８３からの光が入射する第２の面４１Ｂと、第２の面４１Ｂに入射した光が光モジュール１の外部へ出射する第１の面４１Ａとを有する。透過部材４１の第２の面４１Ｂはキャップ４０と接合される。ベース部としてのステム１０と接合されることによりキャップ４０は当初の形状に対して変形している。そのキャップ４０の変形に伴い、透過部材４１に歪みや反りが生じている。
【００３９】
透過部材４１において、キャップ４０に接合される領域である接合領域の面積は、接合領域を有する第２の面４１Ｂの面積の６０％以上である。また上記接合領域の面積は、接合領域を有する第２の面４１Ｂの面積の８０％以下である。透過部材４１の耐久性確保の観点から、上記接合領域の面積は、接合領域を有する第２の面４１Ｂの面積の７０％以上が好ましい。また出射光の通過領域確保の観点から、上記接合領域の面積は、接合領域を有する第２の面４１Ｂの面積の７５％以下が好ましい。
【００４０】
次に図６および図７を参照して、光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像（正射影）１００の重心Ｇと、第１の軸１０２と、第２の軸１０４と、中心点Ｃと、第１の測地線１０６と、第２の測地線１０８とについて説明する。図６は透過部材４１の投影像１００を示す図である。図７は透過部材４１の第１の面４１Ａを示す模式図である。図６には光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像１００の重心Ｇが示されている。重心Ｇは図７に示す中心点Ｃを光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した投影像１００上の点に相当する。すなわち、中心点Ｃは重心Ｇに対応する第１の面４１Ａ上の点である。
【００４１】
第１の軸１０２と第２の軸１０４とは重心Ｇで互いに直交する。第１の軸１０２は、第１の面４１Ａ上の第１の測地線１０６を光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した投影像１００上の直線に相当する。すなわち、第１の測地線１０６は、第１の軸１０２に対応する。また第２の軸１０４は、第１の面４１Ａ上の第２の測地線１０８を光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した投影像１００上の直線に相当する。すなわち、第２の測地線１０８は、第２の軸１０４に対応する。
【００４２】
ここで「測地線」とは、曲面上の任意の２点を結ぶ最短距離を与える曲線をいう。主面が互いに平行な平板状の形状を透過部材４１が有している場合、その主面における測地線１０６および１０８は直線となる。このとき、第１の測地線１０６と第１の軸１０２とは一致する。また第２の測地線１０８と第２の軸１０４とは一致する。また図７のように、表面に曲面形状の第１の面４１Ａを透過部材４１が有する場合、第１の測地線１０６および第２の測地線１０８は曲線状になる。また第１の測地線１０６と第２の測地線１０８とは第１の面４１Ａ上の中心点Ｃにおいて交差する。
【００４３】
次に図６および図７を参照して、参照点Ｒ１、Ｒ２および基準点Ｓ１、Ｓ２について説明する。図６および図７を参照して、参照点とは、光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像１００上の、その投影像１００の重心Ｇから所定の距離Ｄ離れた位置にある点である。図６および図７においては、第１の軸１０２上に存在する参照点を参照点Ｒ１として示している。また第２の軸１０４上に存在する参照点を参照点Ｒ２として示している。参照点Ｒ１は、第１の面４１Ａ上の基準点Ｓ１を光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した投影像１００上の点に相当する。すなわち、基準点Ｓ１は参照点Ｒ１に対応する。また参照点Ｒ２は、第１の面４１Ａ上の基準点Ｓ２を光モジュール１の光軸と垂直に交わる平面に投影した投影像１００上の点に相当する。すなわち、基準点Ｓ２は参照点Ｒ２に対応する。
【００４４】
［変位量および反り量について］
次に、図８を参照して変位量および反り量について説明する。変位量とは、透過部材４１がキャップ４０から取り外された状態における第１の面４１Ａ内の一の点の高さを０とし、光モジュール１の外部に向かう側を正としたときの、透過部材４１がキャップ４０に固定された状態における上記一の点の光軸方向の高さである。図８を参照して変位量を具体的に説明する。実線で表される状態Ａは、透過部材４１がキャップ４０に固定された状態を示す。状態Ｂ（破線）で表される状態Ｂは、透過部材４１がキャップ４０から取り外された状態を示す。
【００４５】
図８を参照して、基準点Ｓ１Ａは状態Ａにおける透過部材４１の第１の面４１Ａ上にある、参照点Ｒ１に対応する点である。基準点Ｓ１Ｂは状態Ｂにおける透過部材４１の第１の面４１Ａ上にある、参照点Ｒ１に対応する点である。中心点ＣＡは状態Ａにおける透過部材４１の第１の面４１Ａ上にある、重心Ｇに対応する点である。中心点ＣＢは状態Ｂにおける透過部材４１の第１の面４１Ａ上にある、重心Ｇに対応する点である。光軸Ｌは光モジュール１の光軸である。図８においては、上記状態Ａにおける第１の面４１Ａ１と、上記状態Ｂにおける第１の面４１Ａ２とが示されている。さらに上記状態Ａにおける第２の面４１Ｂ１と、上記状態Ｂにおける第２の面４１Ｂ２とが示されている。
【００４６】
本実施の形態において、変位量とは、透過部材４１がキャップ４０から取り外された状態における第１の面４１Ａ内の一の点の高さを０とし、光モジュール１の外部に向かう側を正としたときの、透過部材４１がキャップ４０に固定された状態における上記一の点の光軸Ｌの方向の高さである。図８において、中心点Ｃにおける変位量の値は、透過部材４１がキャップ４０から取り外された状態Ｂにおける中心点ＣＢの高さを０としたときの、透過部材４１がキャップ４０に固定された状態Ａにおける中心点ＣＡの高さΔｄｃとして表される。また基準点Ｓ１における変位量の値は、上記状態Ｂにおける基準点Ｓ１Ｂの高さを０としたときの、上記状態Ａにおける基準点Ｓ１Ａの高さΔｄＳ１として表される。また反り量は、中心点Ｃにおける変位量の値Δｄｃと、基準点Ｓ１における変位量の値ΔｄＳ１との差Ｗとして表される。
【００４７】
実際には、変位量および反り量は次のような手順にしたがって測定することができる。まず図５に示すような透過部材４１がキャップ４０に固定された状態Ａで透過部材４１の表面形状を観察し、第１の面４１Ａ１の所定の領域内の各点の高さを測定する。透過部材４１の表面形状の観察および高さの測定には３次元光学プロファイラを用いることができる。測定後、光モジュール１の光軸方向から平面視した平面形状の重心Ｇに対応する第１の面４１Ａ１上の点Ｃが識別できるように、一時的な印を付しておいてもよい。
【００４８】
次に、上述した物理的な方法または熱的な方法などの離脱手段により、透過部材４１をキャップ４０から離脱させる。透過部材４１は、キャップ４０から離脱させることが可能である。図９は、図５の構造において透過部材４１を離脱させた状態を示す概略断面図である。透過部材４１は低融点ガラスの一部を破壊して離脱させるなどの物理的な方法で離脱させてもよい。あるいは低融点ガラスが融解するが透過部材４１は変形しない程度の温度まで加熱して透過部材４１を離脱させるなどの熱的な方法で離脱させてもよい。
【００４９】
図８に示すように、透過部材４１をキャップ４０から離脱させた状態Ｂにおいて上記同様に第１の面４１Ａ２の所定の領域内の各点の高さを求める。その後、上記状態Ｂにおける第１の面４１Ａ内の一の点の高さを０としたときの、上記状態Ａにおける上記一の点の光軸Ｌの方向の高さである変位量を算出する。
【００５０】
ここで透過部材が平板の場合、透過部材４１をキャップ４０から離脱させた状態Ｂにおける高さの測定は省略することもできる。透過部材４１をキャップ４０から離脱させた状態Ｂでの高さは第１の面４１Ａの全面においてゼロとみなすことができる。したがって状態Ｂでの高さ計測を省略し、キャップ４０に接合された状態Ａでの表面形状の観察および高さの測定の結果から、直接反り量を算出することもできる。
【００５１】
なお上記所定の領域は、たとえば光モジュール１の光軸Ｌと垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像１００の重心Ｇから半径３００μｍ以内の、投影像１００上の領域に対応する第１の面４１Ａの領域内と設定することができる。
【００５２】
上記重心Ｇから半径３００μｍ以内の、投影像１００上の領域に対応する第１の面４１Ａの領域内における反り量の最大値は、たとえば０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である。この反り量の最大値を有する測地線を第１の測地線１０６と設定してもよい。反り量は、第１の測地線１０６と第２の測地線１０８とで異なる。これは、透過部材４１の歪みが不均一（非同心円状）であることを意味する。上記反り量の最大値は、気密性（シール性）向上の観点から、０．０５μｍ以上が好ましい。また上記反り量の最大値は、透過部材４１の割れ抑制の観点から、０．１３μｍ以下が好ましい。
【００５３】
図１０は、３次元光学プロファイラによる透過部材４１の表面形状の測定結果の一例を示した図である。図１０においては、透過部材４１を光モジュール１の光軸Ｌと垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像１００上に等高線１２１および１２３が示されている。点Ｇは投影像１００上の重心である。さらに図１０には第１の測地線１０６に対応する第１の軸１０２と、第２の測地線１０８に対応する第２の軸１０４が示されている。図１０においては、等高線１２１を境界として半径方向外側に、高さが負である領域１２０が示されている。領域１２０から半径方向内側に重心Ｇに向かって領域１２２、領域１２４の順に上記高さが高くなっている。
【００５４】
図１１は、透過部材４１の第１の測地線上の高さの測定結果を示すチャートである。第１の測地線１０６に沿って透過部材４１の第１の面４１Ａの高さを連続的に計測すると、図１１に示すような連続した曲線が得られる。この曲線は、透過部材４１を第１の測地線１０６に沿って切断した断面図における第１の面４１Ａの表面形状に相当する。また図１２は透過部材４１の第２の測地線１０８上の高さの測定結果を示すチャートである。第２の測地線１０８に沿って透過部材４１の第１の面４１Ａの高さを連続的に計測すると、図１２に示すような連続した曲線が得られる。この曲線は、透過部材４１を第２の測地線１０８に沿って切断した断面図における第１の面４１Ａの表面形状に相当する。なお図１１および図１２の縦軸は、光軸方向Ｌに沿って光モジュール１の外部に向かう側が正である。図１１および図１２において反り量は、光モジュール１の光軸Ｌと垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像の重心Ｇに対応する第１の面４１Ａ上の中心点Ｃと、重心Ｇから例えば半径３００μｍ離れた投影像上の地点（例えば参照点Ｒ１）に対応する第１の面４１Ａ上の点（例えば基準点Ｓ１）の、高さの差から求めることができる。また反り量は、図１１および図１２のプロファイルが上に凸の場合を正、下に凸の場合を負とする。
【００５５】
図１３は、上述の手順にしたがって測定された、３次元光学プロファイラによる透過部材４１の表面形状の測定結果の一例を示した図である。領域１３０は高さが負の領域である。領域１３０から重心Ｇまで半径方向内側に向かうに連れて領域１３２、領域１３４の順に高くなる。図１４は第１の測地線１０６の形状を示す概略図である。図１５は第２の測地線１０８の形状を示す概略図である。図１４および図１５において、反り量は、プロファイルが上に凸の場合が正、下に凸の場合が負である。図１４および図１５を参照して、図１３に示す透過部材４１は、測地線１０６上の反り量と、測地線１０８上の反り量とがいずれも正の例である。
【００５６】
図１６は、上述の手順にしたがって測定された、３次元光学プロファイラによる透過部材４１の表面形状の測定結果の別の一例を示した図である。領域１４０は高さが負の領域である。重心Ｇを含む領域１４４は領域１４０よりも高いが、領域１４２よりは低い領域である。領域１４２は図１６に示された領域の中で最も高い領域である。図１７は第１の測地線１０６の形状を示す概略図である。図１８は第２の測地線１０８の形状を示す概略図である。図１７および図１８においても、反り量は、プロファイルが上に凸の場合が正、下に凸の場合が負である。図１７および図１８を参照して、図１６に示す透過部材４１においては、測地線１０６上の反り量が正である。これに対し、測地線１０８上の反り量は負である。すなわち図１６に示す透過部材４１は鞍型の形状に歪んでいる。
【００５７】
以上が本実施の形態の説明である。なお、上記サブマウント７１，７２，７３は、サブマウント７１，７２，７３上に搭載される素子等に熱膨張係数が近い材料からなるものとされ、たとえばＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ダイヤモンドなどからなるものとすることができる。また、ステム１０およびキャップ４０を構成する材料としては、たとえば熱伝導率の高い材料や熱膨張率の低い材料が好ましい。鉄、銅、ニッケル、あるいはこれらを含む合金などを採用してもよいし、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどを採用してもよい。
【００５８】
上記実施の形態においては、透過部材４１が第２の面４１Ｂにおいて接合されている例について説明したが、透過部材４１は第１の面４１Ａにおいて接合されていてもよい。また接合部材として低融点ガラス４２を適用した例を説明したが、他の接合材や接着剤を適用することもできる。
【００５９】
上記実施の形態においては、光半導体素子として、３個の出射波長の異なるレーザダイオード８１，８２，８３が備え付けられた光モジュール１について説明したが、光半導体素子の種類および数は特に限定されない。また光モジュール１は、光半導体素子として、発光素子であるレーザダイオードの代わりに受光素子を備えていてもよい。また発光素子として、レーザダイオード８１，８２，８３の代わりに、たとえば発光ダイオードが採用されてもよい。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。また必要に応じてこれらのフィルタは省略することもできる。
【００６０】
上記で説明した通り、本実施の形態の光モジュールにおいて、上記反り量が第１の測地線と第２の測地線とで異なる。すなわち、透過部材は非同心円状の不均一な状態に歪んでいる。
【００６１】
本実施の形態の光モジュールにおいて、透過部材は第１の面または第２の面においてキャップと接合されている。これにより、光モジュールにおいて透過部材が不均一な歪みを有しているにも関わらず、透過部材の割れが抑制される。
【実施例】
【００６２】
光を入射する面で透過部材をキャップと接合した底面支持型の光モジュールを準備し、透過部材の反りと割れの有無とを確認した。比較として透過部材の側面（外周面）で透過部材をキャップと接合した側面支持型の比較用光モジュールを準備し、同様に透過部材の反りと割れの有無とを確認した。さらに光モジュールのリーク（ｌｅａｋ：漏れ）の有無を確認した。
【００６３】
評価は以下のようにして行った。
（透過部材の反り量）
３次元光学プロファイラ（キヤノン株式会社製）を使用して、光モジュール１の光軸Ｌと垂直に交わる平面に投影した透過部材４１の投影像の重心Ｇから半径３００μｍ以内の、投影像１００上の領域に対応する第１の面４１Ａの領域内における透過部材４１の反り量を測定した。本実施例においては、中心点Ｃを通過する測地線上の反り量のうち最大の反り量を有する測地線が第１の測地線となるように第１の測地線と第２の測地線を設定した。
【００６４】
（透過部材の割れの観察）
透過窓の耐久性試験の後に実体顕微鏡で透過部材上の割れの有無を観察した。耐久性試験は以下のように行った。まず−４０℃／８５℃のヒートサイクル試験を５０サイクル（１サイクル＝１時間）繰り返した。その後８５℃／８５％の高温高湿放置試験を５０時間実施した
【００６５】
（リークの有無）
リーク（漏れ）の有無はＨｅリーク検査で判定した（合格基準：リークレート＜１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒）。
【００６６】
各項目の評価結果を表１に示す。表１において、Ｎｏ．１は比較例である。またＮｏ．２は第１の実施例、Ｎｏ．３は第２の実施例である。比較例、第１の実施例、第２の実施例の各１３サンプルに対して評価を行った。
【００６７】
透過部材の反り量と割れの発生頻度の関係を示すグラフを図１９に示す。図１９のグラフにおいて、横軸は第１の測地線上の反り量（単位：μｍ）を表す。縦軸は第２の測地線上の反り量（単位：μｍ）を表す。またプロットされたデータのうち、群２０１は比較例のデータ群である。また群２０２は第１の実施例にかかるデータ群、群２０３は第２の実施例にかかるデータ群である。破線２０４は第１軸方向の反り量と第２軸方向の反り量が同一な場合を示す仮想線である。破線２０４上にプロットされた状態は、透過部材の歪みが同士円状に均一に分布していることを示す。この破線２０４からプロットされる位置が遠くなればなるほど歪みが大きく、かつ不均一であることを示す。
【００６８】
【表１】
2018006714.tif 000003
図１９を参照して、比較例のデータ群２０１に示すように、透過部材の側面で透過部材をキャップと接合した光モジュールにおいては、１３サンプル中３つのサンプルで割れ（図１９における×印）が確認された。このように透過部材の側面で透過部材をキャップと接合した場合、透過部材の反りが不均一になると割れが発生する場合がある。また１３サンプルのうち３つのサンプルでリークの発生が確認された。
【００６９】
これに対し、図１９の第１の実施例のデータ群２０２に示すように、光を入射する面で透過部材をキャップと接合した第１の実施例１にかかる光モジュールにおいては透過部材の割れはいずれのサンプルにおいても確認できなかった。
【００７０】
第２の実施例の光モジュールは、第１の実施例と比較してベース部とキャップの溶接条件を変更したものである。具体的には、溶接電圧を増加させて、接合を強化したものである。第２の実施例にかかるデータ群２０３はグラフの右下側に点在した。図１９に示すように、データ群２０３は破線２０４から右下方に離れた位置にある。すなわち、第２の実施例にかかる透過部材は大きく歪んだ形状を有していた。また第２の実施例にかかる透過部材は、第１の測地線上の反り量が正の値であるのに対し、第２の測地線上の反り量は負の値であった（表１、図１９参照）。これは第２の実施例の光モジュールの透過部材が鞍型の大きく歪んだ形状を有していることを示している。そのように歪みが大きいにも関わらず、第２の実施例の透過部材において割れは確認できなかった。さらに第２実施例にかかる光モジュールのように、接合を強化すると透過部材の歪みは大きくなるが、気密性が高められ、全ての試験サンプルにおいてリークが抑制できた。
【００７１】
なお上記第１および第２の実施例にかかる透過部材において、キャップに接合される領域である接合領域の面積は、透過部材の接合領域を有する側の面の面積の７４％であった。接合領域の面積がこのような値の場合、十分に接着面積が広いため、割れがより確実に抑制された。またこのように接合することで、透過部材のキャップからの脱離のような、機械的信頼性に関する不具合も生じなかった。
【００７２】
以上の結果から、本願の光モジュールにおいては透過部材の反りが不均一であっても割れが抑制できることが確認された。また接合条件を変更して透過部材の歪みがより大きくなった場合でも、本願の光モジュールにおいては透過部材の割れが抑制できることが確認された。
【００７３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本願の光モジュールは、透過部材の割れの抑制が求められる場面において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７５】
１  光モジュール
１０  ステム
１０Ａ  一方の主面
１０Ｂ  他方の主面
２０  本体部
３０  電子冷却モジュール
３１  吸熱板
３２  放熱板
３３  半導体柱
４０  キャップ
４０Ａ  頂面
４０Ｂ，４０Ｃ  側面
４１  透過部材
４１Ａ，４１Ａ１，４１Ａ２  第１の面
４１Ｂ，４１Ｂ１，４１Ｂ２  第２の面
４２  低融点ガラス
５１  リードピン
５５  貫通穴
６０  基板
６０Ａ  一方の主面
６０Ｂ  他方の主面
６１  ベース領域
６２  チップ搭載領域
６３  第１チップ搭載領域
６４  第２チップ搭載領域
７１  第１サブマウント
７２  第２サブマウント
７３  第３サブマウント
７７  第１レンズ保持部
７８  第２レンズ保持部
７９  第３レンズ保持部
８１  赤色レーザダイオード
８２  緑色レーザダイオード
８３  青色レーザダイオード
８８  第１フィルタ保持部
８９  第２フィルタ保持部
９１  第１レンズ
９２  第２レンズ
９３  第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ  レンズ部
９７  第１フィルタ
９８  第２フィルタ
１００  投影像
１０２  第１の軸
１０４  第２の軸
１０６  第１の測地線
１０８  第２の測地線
１１０  透過部材接合部
１１２  透過部材接合部
１２０  領域
１２１  等高線
１２２  領域
１２３  等高線
１２４  領域
１２５  グラフ
１２６  チャート
１２７  グラフ
１２８  チャート
１３０，１３２，１３４  領域
１４０，１４２，１４４  領域
２０１  比較例のデータ群
２０２  第１の実施例のデータ群
２０３  第２の実施例のデータ群
２０４  破線
【図１】
2018006714.tif 000004
【図２】
2018006714.tif 000005
【図３】
2018006714.tif 000006
【図４】
2018006714.tif 000007
【図５】
2018006714.tif 000008
【図６】
2018006714.tif 000009
【図７】
2018006714.tif 000010
【図８】
2018006714.tif 000011
【図９】
2018006714.tif 000012
【図１０】
2018006714.tif 000013
【図１１】
2018006714.tif 000014
【図１２】
2018006714.tif 000015
【図１３】
2018006714.tif 000016
【図１４】
2018006714.tif 000017
【図１５】
2018006714.tif 000018
【図１６】
2018006714.tif 000019
【図１７】
2018006714.tif 000020
【図１８】
2018006714.tif 000021
【図１９】
2018006714.tif 000022