(57)【要約】【課題】複数の位置でくさびを用いることで、各種の光素子を低損失かつ安定して光結合させる光モジュール装置及びこの製造方法を提供する。【解決手段】第１光素子１２とこれを保持する第１部材１５と、第１光素子の近傍に置かれる第２光素子１１と、第２光素子を保持する第２部材１４とがあるとき、第１部材と第２部材との間に複数の位置においてくさび１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを設けることで、第１光素子と第２光素子との位置関係を保持することができる光モジュール装置。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光素子とこれを保持する第１部材と、
前記第１光素子の近傍に置かれる第２光素子と、前記第２光素子を保持する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持する保持手段と、
を具備することを特徴とする光モジュール装置。
【請求項２】
前記保持手段は、前記第１光素子から前記第２光素子へ照射される光が最も低損失となる位置に前記第１部材と前記第２部材とを配置し、その後、前記第１部材と前記第２部材との隙間の少なくとも複数の位置にくさびを挿入し固定することで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持することを特徴とする請求項１記載の光モジュール装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記第１光素子から照射され前記第２光素子から放射される光をセンサで検出しながら前記第１部材と前記第２部材との少なくとも一方を移動して、前記第２光素子へ照射される光が最も低損失となる位置に前記第１部材と前記第２部材とを配置し、その後、前記第１部材と前記第２部材との隙間の少なくとも複数の位置にくさびを挿入し固定することで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持することを特徴とする請求項１記載の光モジュール装置。
【請求項４】
前記第１光素子は半導体レーザであり、前記第２光素子は前記半導体レーザからレーザ光を受ける光導波路であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール装置。
【請求項５】
前記第１光素子は半導体レーザであり、前記第２光素子は前記半導体レーザからレーザ光を受けるレンズユニットであることを特徴とする請求項１記載の光モジュール装置。
【請求項６】
第１光素子とこれを保持する第１部材と、
前記第１光素子の近傍に置かれる第２光素子とこれを保持する第２部材と、
前記第１部材に接続されて複数のくさび形部材を設け、前記複数のくさび形部材で前記第２部材を挟んで固定することで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持する保持手段と、
を具備することを特徴とする光モジュール装置。
【請求項７】
第１光素子とこれを保持する第１部材と、
前記第１光素子の近傍に設けられる第２光素子とこれを保持する第２部材と、
前記第２光素子の近傍に置かれる第３光素子とこれを保持する第３部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持する第１保持手段と、
前記第２部材と前記第３部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記第２光素子と前記第３光素子との位置関係を保持する第２保持手段と、
を具備することを特徴とする光モジュール装置。
【請求項８】
第１光素子とこれを保持する第１部材と、
前記第１光素子の近傍に置かれる第２光素子と、前記第２光素子を保持する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記第１光素子と前記第２光素子との間の光路の光軸方向と平行方向に、前記第１部材と前記第２部材との間隔を制御し、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を保持する保持手段と、
を具備することを特徴とする光モジュール装置。
【請求項９】
第１光素子とこれを保持する第１部材に対し、第２光素子とこれを保持する第２部材とを配置する際に、前記第１素子と前記第２素子との間の光効率をモニタしながら前記第２部材を移動し、光効率が最適の状態となる位置に配置する工程と、
前記配置の後に、前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置に、それぞれくさびを挿入して、前記光効率が最適の状態となる位置を固定する工程と、
を有することを特徴とする光モジュール装置の製造方法。
【請求項１０】
前記固定する工程は、前記くさびを挿入し、その後、紫外線硬化樹脂を滴下した上で紫外線を照射することで前記紫外線硬化樹脂を硬化させ前記くさびを固着させることを特徴とする請求項９記載の光モジュール装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１光素子は半導体レーザであり、前記第２光素子は前記半導体レーザからレーザ光を受ける光導波路であることを特徴とする請求項９記載の光モジュール装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体レーザとこれを保持する第１部材と、前記半導体レーザの近傍に置かれ、前記半導体レーザからのレーザ光を受けるレンズユニットと、前記レンズユニットを保持する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記半導体レーザと前記レンズユニットとの位置関係を保持する保持手段とを有する光源部を有し、
前記光源部からの照射光を用いて与えられる映像情報に基づきディスプレイに映像を表示するプロジェクションテレビ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光素子同士を低損失で光結合させる光モジュール装置に関し、特にくさびを用いて光結合を保持する光モジュール装置及びこの製造方法とこれを用いたプロジェクションテレビ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ、光導波路、光ファイバ等の光素子を一体化し光モジュールとして実装する際には、各光素子どうしが低損失かつ安定に光結合されることが必要不可欠となる。各光素子を光結合する際の実装方式としては、大きく分けてアクティブアライメントと呼ばれる方式とパッシブアライメントと呼ばれる方式とがある。
【０００３】
例えば、半導体レーザと光導波路とを光結合する場合、アクティブアライメント方式では、半導体レーザを発光させ、半導体レーザから出射される光を光導波路に結合させ、光導波路からの出力光パワーをモニタしながら最適な位置を探し固定するという方法が基本となる。
【０００４】
一方、パッシブアライメント方式では、半導体レーザを搭載した基板と光導波路の保持部材のそれぞれ所定位置に予め嵌合用の凹凸部を設けておき、その機械精度のみで両者を嵌め合うことにより光結合を行う方法や、半導体レーザ及び光導波路を基板に実装する際の溶融半田のセルフアライン効果を利用して、半導体レーザ及び光導波路を所望の位置に固定する方法等がある。
【０００５】
一般に、アクティブアライメント方式では、最適位置への３次元的な位置調整が必要であり、この位置合わせ工程が高コスト化への要因となるため、パッシブアライメント方式のように実装工程の大部分が無調整化されていることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、結合を行う光素子の種類や構成によっては、パッシブアライメントを行うことが困難である場合がある。例えば、活性層幅が数１００μｍ程度、活性層厚が数μｍ程度と、活性層の水平方向と垂直方向のサイズが著しく非対称になっているＷクラスの半導体レーザの出力光をコア径数１０μｍ程度の光ファイバへと高効率に光結合させる方法として、特許第３０５９１７１号公報に示されるような、シリコーン樹脂のような軟質性材料で形成した光導波路を、半導体レーザの光出射端面及び光ファイバの光接続端面に直接突き合わせて光結合させる方法がある。この方法は、光導波路を軟質性材料で構成することにより、半導体レーザの光出射端面を傷つけることなく半導体レーザと光導波路の端面同士を直接接触させることを可能にし、それによって低損失な光結合を実現するものであるが、光導波路が軟質性であるため光導波路の外形寸法に数μｍから場合によっては数１０μｍに及ぶばらつきが生じることが避けられない。このため、この場合には上述したようなパッシブアライメント方式を適用することが現実的には非常に難しく、光モジュールとして実装することが困難となっている。又、アクティブアライメントを行う場合にも、最適位置へと調整した状態で安定した固定を簡易に行うことができない。
【０００７】
すなわち、従来技術においては、シリコーン樹脂のような軟質性の樹脂材料を用いて作製される光導波路は、その外形寸法を精度良く制御することが難しく、凹凸部の嵌合や溶融はんだのセルフアライン等のパッシブアライメント方式では、半導体レーザ又は光ファイバ等の光素子と低損失に光結合させることが困難であり、又、アクティブアライメントを行う場合にもモジュールとして安定した固定を簡易に行うことが困難である。
【０００８】
これに対して、特開平１１−９７８００号公報においては、半導体レーザモジュールにおいて、レンズ位置をくさび型スペーサで固定する技術が開示されている。これにより、くさび型スペーサを用いてレンズを最適位置に固定することができる。しかしながら、この技術ではレンズの上下位置を固定するものであり、本発明のように、様々な場合の光素子同士を光効率を最良に保って容易に光結合させることができないという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来装置の光モジュール装置においては、複数の光素子をそれぞれ保持する複数の基板同士を接続させ固定させることにより、容易に損失を抑制して光結合させることができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、複数位置でくさびを用いることで、各種の光素子を低損失かつ安定して光結合させる光モジュール装置及びこの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するべく、第１光素子とこれを保持する第１部材と、前記第１光素子の近傍に置かれる第２光素子と、前記第２光素子を保持する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間の複数の位置にくさびを設けることで、前記第１光素子と前記第２光素子との位置関係を一定の状態に保持する保持手段とを具備することを特徴とする光モジュール装置である。
【００１２】
本発明は、第１光素子、例えば半導体レーザ等と、これを保持する基板と、更に第２光素子、例えば光導波路と、これを保持する保持部材とにおいて、基板と保持部材とを、半導体レーザと光導波路との光効率が最良となるように、複数の位置においてくさびを用いて適切な間隔へ固定させるものである。これにより、各種光素子を低損失かつ安定に光結合させることができる光モジュール装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る光モジュール装置及びこの製造方法と、この光モジュール装置を光源部として設けたプロジェクションテレビ装置等の実施形態を以下に詳細に説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、半導体レーザと光導波路との各基板の間を複数のくさびにより保持する光モジュール装置を提供するものである。図１は、本発明に係る第１実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図である。
【００１５】
本発明に係る光モジュール装置は、図１の（ａ）の上面図、及び（ｂ）の側面図において、半導体レーザと光導波路とを結合し一体化したものであり、樹脂材料から成る光導波路１１と、半導体レーザ１２と、半導体レーザのマウント部材１３と、光導波路の保持部材１４と、半導体レーザを搭載した基板１５とを有している。更に、半導体レーザ１２を搭載した基板１５上に設けられたくさび形状の突起部１５ａ，１５ｂと、光導波路１１を保持する部材１４と半導体レーザを搭載した基板１５との間に挿入されたくさび１６ａ，１６ｂと、硬化した紫外線硬化型接着剤１７とを有しており、ここで、矢印Ａは主たる光の伝搬方向を示している。
【００１６】
このような本発明に係る光モジュール装置において、半導体レーザ１２の光出射端面と光導波路１１の光接続端面とは密着した状態で固定されており、光導波路の保持部材１４と、半導体レーザ１２を搭載した基板１５上に設けられたくさび形状の突起部１５ａ，１５ｂと、くさび１６ａ，１６ｂとは互いに紫外線硬化型の接着剤１７によって固定されている。ここで、くさび形状の突起部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂとは、それぞれ互いにほぼ線対称な形状であり、くさびの挿入されている位置を半導体レーザ１２を中心としてほぼ点対称に配されており、半導体レーザ動作時の発熱によって、各部材が熱膨張を生じた場合でも熱膨張による位置ずれが互いに打ち消し合う方向で働くため、大きな位置ずれを生じることなく安定した動作が実現される。
【００１７】
なお、本実施形態においては、くさびの挿入されている箇所は２ヶ所となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく光導波路の寸法や形状等に応じて挿入箇所の数を増減することができる。又、くさびの挿入位置、くさびの形状・寸法等についても、本実施形態で示したものに限定されるものではない。更に本実施形態においては、半導体レーザ１２を搭載した基板１５上にくさび形状の突起部１５ａ，１５ｂを設けているが、必ずしもこの形状に限定されるものではなく、同等の働きをもつ等価的な構造であってもかまわない。
【００１８】
又、光素子も上述したように半導体レーザと光導波路に限るものではなく、他の光素子であっても、同等の作用効果を有するものである。
【００１９】
以上、本発明の第１実施形態である光モジュール装置においては、半導体レーザ１２を搭載した基板１５と、光導波路１１を保持する部材１４とが、複数箇所のくさび形状の突起部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂにより、紫外線硬化型の接着剤１７を用いて固定されている。これにより、非常に効率的かつ容易に光素子の光結合を最適な効率で維持することができる光モジュール装置が提供されるものである。
【００２０】
＜本発明に係る光モジュールの製造方法＞
図２及び図３を用いて、第１実施形態における光モジュール装置の製造方法に関して説明する。まず、図２の（ａ）に示すように、光導波路１１を保持する部材１４を多軸制御のステージ装置Ｍを用いて位置調整することにより、基板１５上のマウント部材１３上に搭載した半導体レーザ１２の光出射端面と、保持部材１４で保持された光導波路１１の光接続端面とを突き合わせ結合させる。この際、図２の（ｂ）に示すように、半導体レーザ１２からレーザ光を照射しつつ光導波路１１から放射される光出力パワーをセンサＳ等でモニタしながら、半導体レーザ１２からの出射光が最も低損失に光導波路１１に結合されるように相互の位置関係を最適化させる。又、他の実施形態においても、位置を最適化させる際には、センサＳ等でモニタしながら対象となる光素子の位置を移動し最も低損失の位置を見つけ出すことは同様である。
【００２１】
最適化された位置となったら、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体レーザ１２が搭載された基板１５に設けられたくさび形状の突起部１５ａ，１５ｂと、光導波路の保持部材１４との間隙にくさび１６ａ，１６ｂをそれぞれ挿入する。更に、図３の（ｃ）に示すように、突起部１５ａ，１５ｂと、くさび１６ａ，１６ｂと、光導波路の保持部材１４との接触部分の近傍に紫外線硬化型の接着材１７を滴下する。ここで、光導波路１１からの出力光パワーをセンサＳ等で測定し、半導体レーザ１２との光結合が低損失に行われていることが確認できたら、この滴下した紫外線硬化型の接着材１７に紫外線照射を行い、半導体レーザ１２を搭載した基板１５と光導波路１１の保持部材１４とくさび１６ａ，１６ｂとを固定する。
【００２２】
もし、くさび１６ａ，１６ｂの挿入時に半導体レーザ１２と光導波路１１との結合部に位置ずれが生じて、光導波路１１からの出力光パワーが低下していた場合には、再び、多軸制御のステージ装置Ｍを用いて半導体レーザ１２と光導波路１１との位置調整を行い、最適位置に調整ができたところで、紫外線硬化型の接着剤への紫外線照射を行う。
【００２３】
以上のような手順を経ることにより、図１の（ａ），（ｂ）に示されるような光モジュール装置を製造することができる。なお、本実施形態においては、半導体レーザを搭載した基板１５上に、くさび形状の突起部１５ａ，１５ｂを予め設けたが、必ずしもこのような形状である必要はなく、例えば、光導波路１１の保持部材１４の突き当て面側に予めくさび形状の突起部を設けておいたとしても、同等の原理により本発明の作用効果を有することは言うまでもない。
【００２４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、半導体レーザとレンズユニットとの各基板の間を複数のくさびにより保持する光モジュール装置を提供するものである。更に、この光モジュール装置の製造方法に言及する。図４は、本発明に係る第２実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図である。
【００２５】
第２実施形態においては、図４に示すように、光導波路１１ではなく、レンズユニット３１とこれを保持する部材３４とが適用されるものである。この実施形態においては、従って、レンズユニット３１と半導体レーザ１２とは接することなく、所望の間隔を設けて固着されなければならない。第１実施形態の場合と同様に、複数箇所にくさび形状の突起部又はくさび部材を用いて固定させることで、容易にしかも高精度に光素子同士の光結合を最適な効率で維持することができる光モジュール装置を提供するものである。
【００２６】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、光ファイバと他の光素子との光結合を最適とするべく複数のくさびにより光ファイバを保持する光モジュール装置を提供するものである。図５は、本発明に係る第３実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図、図６は、断面図及び斜視図である。
【００２７】
図５の（ａ）、図５の（ｂ）に本発明の第２実施形態における光モジュール装置の概略説明用の図を示す。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は側面図、図６（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。但し、図６の（ａ）、（ｂ）においては説明に不要な部分は省略してある。
【００２８】
図５及び図６に示す光モジュール装置は、第１実施形態における光モジュール装置の光導波路出力端に、更にフェルール１９と一体になった光ファイバ１８が結合させ固定したものである。第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００２９】
図５の（ａ）、図５の（ｂ）、図６の（ａ）において、光ファイバ１８は、フェルール１９に挿入されており、一部がＬ字型の形状をもつ光導波路保持基板２０とフェルール１９との間には、一対のくさび２１ａ，２１ｂが挿入されている。これらは、紫外線硬化型の接着剤により固着されている。
【００３０】
光導波路１１と光ファイバ１８の結合及び固定方法については、第１実施形態の光導波路１１と半導体レーザ１２の結合及び固定方法と同等の方法により行われるため、説明を省略する。
【００３１】
このように第３実施形態においては、フェルール１９に挿入された光ファイバ１８を他の光素子と低損失に光結合を行い、この状態を維持するために、図６の（ｂ）に示すような一対のくさび形状の部材２１ａ，２１ｂを使用し、これにより挟み込むように固定するものである。これにより本発明に係る第３実施形態では、半導体レーザの出力光を低損失に光ファイバから取り出すことができる光結合を容易に高精度に実現する光モジュール装置を提供するものである。
【００３２】
＜第４実施形態＞
第４実施形態は、半導体レーザとレンズユニットと光ファイバとの各基板の間を複数のくさびによりそれぞれ保持する光モジュール装置を提供するものである。図７は、本発明に係る第４実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図である。
【００３３】
第４実施形態においては、第２実施形態で示した半導体レーザとレンズユニットとの各基板の間を複数のくさびにより保持する光モジュールに加えて、光ファイバ３８が挿入されたフェルール３９を保持する保持基板４０が示されている。そして、更にこの基板４０と、レンズユニットの基板３４とが、複数のくさび３６ａ，３７ａ，３６ｂ，３７ｂにより紫外線硬化樹脂３５等を用いて固定されるものである。
【００３４】
このような第４実施形態に示す光モジュール装置は、例えば、第５実施形態で後述するようなプロジェクションテレビ装置の光源部に用いられるものである。この第４実施形態においても、今までの実施形態と同様に容易な構造により高精度で強固な光結合の保持を実現するものである。
【００３５】
＜第５実施形態＞
第５実施形態は、本発明に係る光モジュール装置を光源として用いたプロジェクションテレビ装置を提供するものである。図８は、本発明に係る第５実施形態である本発明の光モジュール装置を用いたプロジェクションテレビ装置を示すブロック図である。
【００３６】
第５実施形態に係るプロジェクションテレビ装置Ｔは、図８において、第４実施形態で示した構造をもつ光源部５１と、外部から供給される映像信号に所定の処理を施して制御信号を光学エンジン５２に供給する信号処理部５３と、光源部５１から照射光が照射され、制御信号に応じて映像光を生成するＤＭＤや液晶等による光学エンジン５２と、光学エンジン５２からの映像光を受けてディスプレイ５５へと投射する投射レンズ５４とを少なくとも有している。
【００３７】
本発明に係る光モジュール装置は、複数位置においてくさびを用いることで、高精度な位置合わせと安価な製造コストとを同時に実現するものであり、例えば、第５実施形態で示したプロジェクションテレビ装置の光源部等に使用されることで、高品質の再生画像を提供するものである。
【００３８】
以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明によれば、各種光素子を結合させる際に各光素子の基板等をくさび形状の部材により複数位置で結合させることで、安定して光素子同士の光結合を最適な効率で維持することができる光モジュール装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図。
【図２】本発明に係る第１実施形態である光モジュール装置の製造工程を示す説明図。
【図３】本発明に係る第１実施形態である光モジュール装置の製造工程を示す説明図。
【図４】本発明に係る第２実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図。
【図５】本発明に係る第３実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図。
【図６】本発明に係る第３実施形態である光モジュール装置を示す断面図及び斜視図。
【図７】本発明に係る第４実施形態である光モジュール装置を示す上面図及び側面図。
【図８】本発明に係る第５実施形態である本発明の光モジュール装置を用いたプロジェクションテレビ装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…光導波路、１２…半導体レーザ、１３…半導体レーザマウント、１４，２０…光導波路保持部材、１５…基板、１５ａ，１５ｂ…くさび形状突起部、１６ａ，１６ｂ，２１ａ，２１ｂ…くさび、１７，２２…紫外線硬化型接着剤、１８…光ファイバ、１９…フェルール。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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