(57)【要約】【課題】狭い空間においても容易に発光素子とレンズとの調芯を精度よく行うことが可能な光モジュールを提供する。【解決手段】角型ガラスレンズおよび角型ガラスレンズの対向する２辺と接して角型ガラスレンズを保持する、紫外線を透過する柱状の構造部材からなる角型ガラスレンズ部品と、サブマウント上に搭載された半導体レーザとを備えた、角型ガラスレンズの中心が半導体レーザの光軸の位置に一致するように、角型ガラスレンズおよび角型ガラスレンズ部品を位置決めして紫外線硬化型接着剤で固定した。【選択図】図５
2019020623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角型レンズと、
前記角型レンズの光軸に垂直な対向する２辺と接して前記角型レンズを所望の位置に、前記２辺と平行な方向に移動可能に保持する２つの柱からなる構造部材と
を備えた、ことを特徴とする角型レンズ部品。
【請求項２】
前記所望の位置に保持した状態で前記角型レンズおよび前記構造部材を接着剤で固定した、ことを特徴とする請求項１に記載の角型レンズ部品。
【請求項３】
前記構造部材は紫外線を透過する材料であり、前記接着剤は紫外線硬化型接着剤である、ことを特徴とする請求項２に記載の角型レンズ部品。
【請求項４】
前記構造部材の熱膨張係数は、前記角型レンズ部品を搭載する部材の熱膨張係数と同程度である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の角型レンズ部品。
【請求項５】
ヒートシンク上に固定された請求項１乃至４のいずれかに記載の角型レンズ部品と、
前記ヒートシンク上に固定されたサブマウント上に搭載された発光素子と
を備え、
前記角型レンズの下面と前記ヒートシンクの上面とは接しておらず、
前記角型レンズの中心が前記所望の位置である前記発光素子の光軸の位置に一致するように、前記角型レンズおよび前記角型レンズ部品が位置決めされている、ことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
角型ガラスレンズの底面が２つのガラス柱の底面に対し上方に位置するように、前記２つのガラス柱の底面を揃え、前記角型ガラスレンズの対向する２辺に接して前記２つのガラス柱を配置する第１の工程と、
前記２つのガラス柱と前記角型ガラスレンズとを一体の状態で保持し位置合わせを行い、前記２つのガラス柱をヒートシンクに固定する第２の工程と、
前記２つのガラス柱に挟まれた前記角型ガラスレンズを引き抜き、前記角型ガラスレンズと前記２つのガラス柱との接触面に接着剤を塗布し、前記角型ガラスレンズを前記２つのガラス柱の間に挿入し、前記角型ガラスレンズの前記２つのガラス柱の長手方向の位置合わせを行い、前記角型ガラスレンズを前記２つのガラス柱に固定する第３の工程と
を有する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野で用いられる光モジュール及びその製造方法に関し、より具体的には、角型レンズ部品とそれを用いた光モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子を内蔵する光通信用光モジュールには、コリメータレンズやフォーカスレンズなどのレンズも搭載されている。レンズは、発光素子からの光に作用し、発光素子と光ファイバや平面型光導波路（ＰＬＣ）との間の接続損失を抑制する。近年の光モジュールパッケージ（ＰＫＧ）の小型化の流れの中で、搭載するレンズに対しても小型化の要求が高まっている。
【０００３】
図１は、現在一般的に用いられている凸型のレンズを示す図である。図１に示す凸型レンズ１００は、ＳＵＳ材の凸型形状の筐体１０２と、筐体１０２に圧入したレンズ１０４とを備える。凸型レンズ１００（レンズ１０４を保持するレンズ筐体１０２）は、サドル１０６に支持されてコバール材のマウント１０８平面上に設けられている。サドル１０６をコバール材のマウント１０８平面上で摺動させることにより発光素子とレンズ１００との間の作動距離や水平方向を調整することができ、空間１０７が増減するように凸型形状の筐体１０２をサドル１０６内で上下させることによりレンズ１００の垂直方向を調整することができる。凸型レンズ１００はＳＵＳ材の凸型形状の筐体１０２を、サドル１０６にＹＡＧ溶接することにより固定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レンズ筐体１０２の形状やサドル１０６の形状に起因して、これらの部品は大型化し、凸型レンズ１００および凸型レンズ１００を備えた光モジュールパッケージの小型化が難しいという問題があった。また、価格も高いという問題があった。
【０００５】
最近では光モジュールの小型化の要求のため、外周にＳＵＳ部品の構造体が無い、ガラス材のみで形成した角型バルクレンズが用いられている。図２（ａ）は、ガラス材のみで形成した角型バルクレンズ（単に、ガラスレンズともいう。）２００を示す図である。ガラスレンズ２００には、レンズを包む筐体がなく、レンズ自身が角型に成型されている。そのため、ガラスレンズ２００は、幅が１ｍｍ程度と非常に小さく、小型の光モジュールに用い易い。図２（ａ）に示す例では、ガラスレンズ２００の形状は、縦横１．２ｍｍの正方形である。ただし、このガラスレンズ２００は、ＹＡＧ溶接用の筐体を持たないため、ＹＡＧ溶接等の固定方法が使えない。ＹＡＧ溶接の代替として、接着剤や半田などがガラスレンズ２００を固定するために用いられる。
【０００６】
しかし、図２（ａ）の角型バルクレンズ２００には中心の高さを調整する機能はない。そのため、発光素子を動作させ、受光強度が最大となるように角型バルクレンズ２００を位置調整することはできない。角型バルクレンズ２００の搭載は、レンズの形状寸法を厳密に管理することに加えて、発光デバイス（素子）の厚さやその素子を搭載する基板部品の厚さを精密に管理制御することで、設定の高さに作製されたレンズを用いるか、あるいは、図２（ｂ）に示したようにガラスレンズ２００の下に厚さを何種類にも変えた高さ調整用スペース板２０２などを用いることによって高さを調整して行っている。ガラスレンズ２００は例えばコバール材のマウント１０８平面上に搭載される。
【０００７】
しかし、素子を搭載する基板部品の製造精度や素子の厚さ制御の精度により、各ロット間などの組み合わせによっては、素子やガラスレンズを所望の光ビーム位置に調整することができず、歩留まりが低下する場合も少なくない。また、そういった光ビーム位置のズレに伴う光結合効率の劣化を許容するようにデバイスのスペック自体が決められているケースもあり、光ビーム位置のズレは小型光デバイスの性能向上の障害となっている。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型光モジュールに搭載される光学レンズにおいて、狭い空間においても容易に発光素子とレンズとの調芯を精度よく行うことが可能で、小型化に伴う結合効率の低下や歩留まりの低下を抑制する光モジュールとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、一実施態様は、角型レンズ部品である。角型レンズ部品は、角型レンズと、角型レンズの光軸に垂直な対向する２辺と接して角型レンズを所望の位置に、当該２辺と平行な方向に移動可能に保持する２つの柱からなる構造部材とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、別の実施態様は、光モジュールである。光モジュールは、上記の角型レンズ部品と、サブマウント上に搭載された発光素子とを備え、角型レンズの中心が所望の位置である発光素子の光軸の位置に一致するように、角型レンズおよび角型レンズ部品が位置決めされていることを特徴とする。
【００１１】
さらに別の実施態様は、光モジュールの製造方法であり、角型ガラスレンズの底面が２つのガラス柱の底面に対し上方に位置するように、２つのガラス柱の底面を揃え、角型ガラスレンズの対向する２辺に接して２つのガラス柱を配置する第１の工程と、２つのガラス柱と角型ガラスレンズとを一体の状態で保持し位置合わせを行い、２つのガラス柱をヒートシンクに固定する第２の工程と、２つのガラス柱に挟まれた角型ガラスレンズを引き抜き、角型ガラスレンズと２つのガラス柱との接触面に接着剤を塗布し、角型ガラスレンズを２つのガラス柱の間に挿入し、角型ガラスレンズの２つのガラス柱の長手方向の位置合わせを行い、角型ガラスレンズを２つのガラス柱に固定する第３の工程とを有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、小型光モジュールに搭載される光学レンズにおいて、狭い空間においても容易に発光素子とレンズとの調芯を精度よく行うことが可能で、小型化に伴う結合効率の低下や歩留まりの低下を抑制する光モジュールとその製造方法を提供するが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的な凸型のレンズを示す図である。
【図２】（ａ）はガラス材のみで形成した角型バルクレンズを示す図であり、（ｂ）は調整用スペース板を介してマウントに搭載された角型バルクレンズを示す図である。
【図３】一実施形態の角型ガラスレンズ部品を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、角型ガラスレンズ部品を光モジュールのヒートシンクに搭載する工程を説明するための図である。
【図５】一実施形態の光モジュールを示す図であり、（ａ）は光モジュールの側面図であり、（ｂ）は光モジュールの角型ガラスレンズ部品の側面図および正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は、同一または類似する要素を示し、繰り返しの説明は省略する。本願発明は、以下に示す数値や材料の例に限定されるものではなく、一般性を失うことなく他の数値や材料およびこれらの組み合わせによっても実施することができる。
【００１５】
図３は、本実施形態の角型ガラスレンズ部品の例である。角型ガラスレンズ部品は、角型バルクレンズ（ガラスレンズ）２００と、２つのガラス柱３００を備える。２つのガラス柱３００は、ガラスレンズ２００の対向する２辺に接して設けられ、ガラスレンズ２００を所望の位置に保持し、一体となっている。
【００１６】
本実施形態の角型バルクレンズ（ガラスレンズ）２００は、所望の位置に保持され、ガラスレンズの対向する２つの辺に設けられたガラス柱３００にＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）で固定されている。
【００１７】
ガラス柱３００は、ＵＶ光が透過できる材料で、搭載する光モジュールのヒートシンクと同程度の熱膨張係数の材料が選択される。例えば、ヒートシンクが窒化アルミ（ＡｌＮ：熱膨張係数４×１０-6／℃）の場合、熱膨張係数が１０-6オーダーの光学ガラスが選択される。通常のレンズの熱膨張係数は６×１０-6〜７×１０-6／℃であることを考慮すると、ヒートシンクが窒化アルミの場合、ガラス柱３００の熱膨張係数は、４×１０-6／℃以上であれば実質的に問題とならない。実効的に実績があり、価格的にも安価で入手が容易な白板ガラス（熱膨張係数９．４×１０-6／℃）をガラス柱３００として選択することができる。ガラス柱３００は、周辺材料との整合性から熱膨張係数が６×１０-6〜７×１０-6／℃程度になるガラス硝材（例えば、Ｎ−ＢＫ７（熱膨張係数７．６×１０-6／℃）やＫ−ＢＫ７（熱膨張係数６．３×１０-6／℃）など）でも良い。ヒートシンクが窒化アルミの場合、窒化アルミの熱膨張に対する適合性の点から、ガラス柱３００の熱膨張係数は４．０×１０-6〜９．０×１０-6／℃程度の範囲にあるガラス硝材が望ましい。
【００１８】
ガラス柱３００はガラスレンズ２００に対しても同程度の熱膨張係数である必要がある。本実施形態のガラスレンズ２００の熱膨張係数は６．６×１０-6／℃であり、ガラス柱３００とガラスレンズ２００との整合性は非常に良い。
【００１９】
実装の容易さから、ガラス柱とガラスレンズの厚さと高さはそれぞれ同じサイズに設定するのが良い。
【００２０】
ＵＶ光を透過する材料のガラス柱３００を用いることで、ガラスレンズ２００を所望の位置に保持して固定する際に、ガラス柱３００側からＵＶ光を照射してＵＶ接着剤を硬化させることができる。
【００２１】
本実施形態では、ガラスレンズ２００の固定にＵＶ接着剤が用いられているが、ガラスレンズ２００を位置決めする時間を確保できれば、熱硬化型接着剤が用いられてもよい。熱硬化型接着剤が用いられる場合には、ガラス柱３００はＵＶ光を透過しない材料であってもよい。
【００２２】
図４は、本実施形態の角型ガラスレンズ部品を光モジュールのヒートシンクに搭載する工程を説明する図である。
【００２３】
まず、図４を参照すると、（ａ）に示すように、２つのガラス柱３００は接着せずガラスレンズ２００の両側（対向する２辺）に配置し、ガラスレンズの前面および後面がガラス柱３００の前面および後面と完全に重なるようにセットする。この際、ガラスレンズ２００はガラス柱３００に対し浮かせた状態となるようにセットする。例えば、凸形状のレンズ設置台４０２の凸部分にガラスレンズ２００を配置し、ガラスレンズ２００の対向する２辺に接してガラス柱３００を配置することで、ガラスレンズ２００をガラス柱３００に対し浮かせた状態でセットすることができる。これは、ガラスレンズの下に空間を設け、ガラス柱をヒートシンク４０４に接着する際に、接着剤がガラスレンズ２００の底面に付着しないようにするためである。
【００２４】
次に、実装用アーム４００で、２つのガラス柱３００を両側から挟み、ガラス柱３００とガラスレンズ２００は密着されて一体の状態で保持される（ガラス柱３００を介してガラスレンズ２００は保持される）。図４（ａ）は、実装用アーム４００で２つのガラス柱３００を両側から挟んで、レンズ設置台４０２から離した状態を示す。
【００２５】
ガラスレンズ２００とガラス柱３００は一体の状態で、発光素子が搭載された光モジュールのヒートシンク４０４の表面の所定の位置で、光軸方向（ｚ軸方向）、水平方向（ｘ軸方向）を微調整後、ガラス柱３００はヒートシンクに固定される（図４（ｂ））。ＵＶ接着剤４０６は、ヒートシンク４０４のレンズ柱設置場所に予め塗布しておき、ガラス柱３００の位置を調整後、ＵＶ照射しガラス柱３００はヒートシンク４０４に固定される。
【００２６】
次に、実装用アーム４０８を用いて、ガラス柱３００に挟まれたガラスレンズ２００を引き抜き、ガラスレンズ２００とガラス柱３００の間にＵＶ接着剤が塗布される。その後、実装用アーム４０８を用いて、ガラスレンズ２００をガラス柱３００の間に戻し、ガラスレンズ２００の垂直方向（ｙ軸方向）を微調整する。ガラスレンズ２００の中心と光モジュールに搭載された発光素子５０４の光軸が一致する位置でガラスレンズ２００を保持した状態で、ＵＶ光を照射し、ガラスレンズ２００をガラス柱３００に固定する（図４（ｃ））。ガラス柱３００に挟まれて接着固定されたガラスレンズ２００の下面はヒートシンク４０４に接触しておらず、ガラス柱３００の底面（接着面）に対して上方に位置している。
【００２７】
以上のように、ガラスレンズ２００とガラス柱３００とが一体となった角型ガラスレンズ部品を用いることで、光軸方向（ｚ軸方向）、水平方向（ｘ軸方向）及び垂直方向（ｙ軸方向）の調芯を精度よく行うことができ、小型化に伴う結合効率の低下や歩留まりの低下を抑制することができる。角型ガラスレンズ部品はガラスレンズ２００の両側面を２つのガラス柱３００の側面で挟む構成となっている。ヒートシンク４０４には２つのガラス柱３００のみが接着固定され、ガラスレンズ２００はヒートシンク４０４に直接固定されておらず、ヒートシンク４０４上面（ガラス柱３００の接着面）とそれに対向するガラスレンズ２００の下面との間には空間があり、両者は接触していない。
【００２８】
図５（ａ）は、本実施形態の光モジュールの側面図である。図５（ａ）に示す光モジュール５００は、図３，４を参照して説明した角型ガラスレンズ部品（角型バルクレンズ（ガラスレンズ）２００とガラス柱３００）と、サブマウント５０２上に搭載された発光素子（例えば、半導体レーザ）５０４とを備える。ガラス柱３００およびサブマウント５０２は、例えば、光モジュール５００のヒートシンク４０４の搭載面に、所望の位置（角型レンズの中心が半導体レーザの光軸の位置に一致する位置）に位置決めされて設置され、固定される。
【００２９】
光モジュール５００の製造方法は、まず、発光素子５０４を、オートコリメータなどを用いて位置合わせを行い、サブマウント５０２上の所定の場所に設置固定される。次に、ガラスレンズ２００とガラス柱３００とは一体の状態で、実装用アーム４００を用いて光モジュール５００のヒートシンク４０４の所定の場所に運ばれる（図４（ｂ））。発光素子５０４やガラスレンズ２００などの実装光部品は予め設定された位置に自動的に実装用アーム４００で運ばれる。発光素子５０４を動作させ、ガラスレンズ２００を透過する発光素子５０４の出力光をビームプロファイラ５０６でモニタしながら、ガラスレンズ２００の位置を高精度に調整し、ガラス柱３００をヒートシンク４０４に接着固定する。この時には、ガラスレンズ２００の光軸方向（ｚ軸方向）と水平方向（ｘ軸方向）が調整される。続いて、実装用アーム４０８を用いて固定されたガラス柱３００の間からガラスレンズ２００を抜いた状態で、ガラス柱３００とガラスレンズ２００との接触面にＵＶ接着剤４０６が塗布される。ＵＶ接着剤４０６は、ガラス柱３００の接触面またはガラスレンズ２００側の接触面の少なくとも一方に塗布される。その後、実装用アーム４０８を用いてガラスレンズ２００をガラス柱３００の間の所定の位置まで挿入し、発光素子５０４の光をビームプロファイラ５０６でモニタしながら、ガラスレンズ２００の垂直方向（ｙ軸方向）の位置を調整する。光軸とガラスレンズ２００の中心が一致する位置で、接着剤４０６にＵＶ光を照射し、ガラスレンズ２００をガラス柱３００に固定する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、狭い空間においても容易に発光素子とレンズとの調芯を精度よく行うことが可能で、小型化に伴う結合効率の低下や歩留まりの低下を抑制する光モジュールとその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００  凸型レンズ
１０２  レンズ筐体
１０４  レンズ
１０６  サドル
１０７  空間
１０８  マウント
２００  角型バルクレンズ（ガラスレンズ）
２０２  スペース板
３００  ガラス柱
４００，４０８  実装用アーム
４０２  レンズ設置台
４０４  ヒートシンク
４０６  ＵＶ接着剤
５００  光モジュール
５０２  サブマウント
５０４  発光素子
５０６  ビームプロファイラ
【図１】
2019020623.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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