(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、発光素子から出射された光を略平行光とする第１光学部品と、第１光学部品によって略平行光とされた光を集光させる第２光学部品と、第２光学部品によって集光された光が入射される光ファイバとを備えた光モジュールの組立方法において、
第２光学部品によって集光された光の強度分布に基づいて当該光の集光角度を測定し、その集光角度が光ファイバの受光角近傍或いはそれ以下となるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整することを特徴とする光モジュール組立方法。
【請求項２】
請求項１記載の光モジュール組立方法において、第２光学部品によって集光された光の集光角度が、当該光の最大強度の１／２となる強度（半値全幅）の位置における光強度角度になるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整することを特徴とする光モジュール組立方法。
【請求項３】
請求項２記載の光モジュール組立方法において、第２光学部品によって集光された光の集光角度が、水平方向半値全幅で３°〜８°、垂直方向半値全幅で４°〜８°になるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整することを特徴とする光モジュール組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュール組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＤモジュールでは、発光素子（ＬＤ）から出射された光を如何に効率良く光ファイバに入射させる（結合させる）かが重要である。しかし、発光素子から出射された光は広がりを持っているため、そのままでは光ファイバに効率良く入射させることはできない。そこで、発光素子から出射された光を第１レンズによって平行光とし、その平行光を第２レンズによって集光させて光ファイバに入射させるのが一般的である。そこで従来は、第１レンズを透過した光をFFP光学測定装置などによって観察し、その光が完全な平行光となるように該第１レンズと発光素子との間の間隔を調整してから、第１レンズと光ファイバとの間に第２レンズを配置してＬＤモジュールを組立てていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光モジュールの組立方法には次のような課題があった。
従来の光モジュール組立方法では、第２レンズによって集光された光の集光角と、光ファイバの受光角との関係についてあまり考慮されていなかった。しかも、発光素子には個体差があるので、出射光の広がり角度は夫々の発光素子ごとに若干異なる。従って、第１レンズを透過した光を完全な平行光にしたとしても、第２レンズによって集光された光の集光角度が光ファイバの受光角と一致せず、効率的な光結合が実現できる光モジュールを安定して製造することが困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本件出願の光モジュール組立方法の一つは、発光素子と、発光素子から出射された光を略平行光とする第１光学部品と、第１光学部品によって略平行光とされた光を集光させる第２光学部品と、第２光学部品によって集光された光が入射される光ファイバとを備えた光モジュールの組立方法において、第２光学部品によって集光された光の強度分布に基づいて当該光の集光角度を測定し、その集光角度が光ファイバの受光角近傍或いはそれ以下となるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整するものである。
【０００６】
【０００７】
本件出願の光モジュール組立方法の他の一つは、請求項１記載の光モジュール組立方法において、第２光学部品によって集光された光の集光角度が、当該光の最大強度の１／２となる強度（半値全幅）の位置における光強度角度になるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整するものである。
【０００８】
本件出願の光モジュール組立方法の他の一つは、請求項２記載の光モジュール組立方法において、第２光学部品によって集光された光の集光角度が、水平方向半値全幅で３°〜８°、垂直方向半値全幅で４°〜８°になるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整するものである。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の光モジュール組立方法の実施形態の一例を説明する。
（１）図１に示すように、発光素子（例えば、ＬＤ）１の出射端面２の手前に、該発光素子１から出射された光を略平行光とするための第１光学部品（例えば、レンズ）３を配置し、これを透過した光が略平行光となるように位置調整する。尚、発光素子１は図示されていないベース上に固定されている。また、ベースと発光素子１との間には、ＡlＮやダイヤモンドを主用構成要素とする放熱機構が介在している場合もある。
（２）図２に示すように、前記第１光学部品３の手前に、該第１光学部品３を透過した光を集光させて、後に配置される光ファイバに入射させるための第２光学部品（例えば、レンズ）４を配置固定する。このとき、発光素子１から第２光学部品４までの距離は、完成した光モジュールの全長とほぼ同一としておくことが望ましい。
（３）図３に示すように、前記第２光学部品４を透過して集光された光をFFP測定装置５によって観察して、その集光角度を測定する。ここでFFP測定装置５とは、光の広がり角度及び光軸の情報（角度の情報を含む）を観察像の形状や大きさの情報として出力可能な測定装置である。具体的には、例えば図４に示すように、被測定光源Ａがその前側焦点位置付近に配置されるコリメータレンズ系Ｂと、コリメータレンズ系Ｂの後側焦点面上に生じた被測定光源Ａの強度分布像を再結像させるリレーレンズ系Ｃと、前記再結像された像を撮影するテレビジョン撮像装置Ｄと、同撮像装置Ｄの出力を出力する出力装置Ｅを備えている。前記コリメータレンズ系Ｂの焦点面（撮像面）上の照度分布は被測定光源Ａの角度強度分布に比例する。即ち、被測定光源ＡのFFP（Far Field Pattern）そのものがコリメータレンズ系Ｂの焦点面上に出来ていることになる。従って、リレーレンズ系Ｃによって再結像された像は発光点を中心として半球面上のスクリーンに投影された放射角度分布と相似であって、機械走査方式を二次元的に行ったことと等価になる。FFP測定装置とは、かかる原理を利用して光の放射角度の二次元分布を直接測定可能としたものである。このようなFFP測定装置の一例として浜松ホトニクス株式会社製の光学測定装置（型番Ａ３２６７−０５、−０６、−０７、−１１）がある。本発明の光モジュール組立方法では、第２光学部品４を透過した光を図３に示すFFP測定装置５によって観察し、同装置５によって検出された角度強度分布のピーク位置に基づいて第２光学部品４によって集光された光の集光角度を測定する。尚、FFP測定装置のさらに詳細な説明については特公平３−４８５８号公報等に開示されている。
（４）図５（ａ）に示すように、第１光学部品３を光軸方向（図中の矢印方向）へ移動させて、発光素子１と第１光学部品３との間の間隔を調整し、調整された位置に第１光学部品３を固定する。具体的には、第２光学部品４を透過した光の集光角度βが後に該第２光学部品４の手前に配置される光ファイバ６の受光角α近傍、或いはそれ未満となるように、発光素子１と第１光学部品３との間の間隔を調整する。または、図５（ｂ）に示すように、第２光学部品４を透過した光の集光角度βが前記光ファイバ６の受光角αと一致するように、発光素子１と第１光学部品３との間の間隔を調整する。ここで、第２光学部品４を透過した光の集光角度βとは、その光の強度が最大強度の１／２となる位置における角度を意味する。例えば、第２光学部品４を透過した光が図６に示すグラフのような強度分布を示す場合、最大強度Ｐ１の１／２の強度Ｐ２を示す位置における角度を意味する。本明細書では、この位置における集光角度を特に半値全幅と称する。半値全幅は、発光素子１の活性層に対して水平な方向及び垂直な方向において一致した値となるのが理想的である。しかし、実際の光では夫々の方向において異なった値となる場合が多い。そこで、前記活性層に対して水平な方向における半値全幅を特に水平方向半値全幅、垂直な方向における半値全幅を特に垂直方向半値全幅と称する。従って、第２光学部品４を透過した光の集光角度を水平方向半値全幅及び垂直方向半値に基づいて詳細に規定することにより、さらに効率的な光結合効率を実現することができる。尚、第１光学部品３を透過した光が平行光（スポット径が光軸方向の異なる二以上の位置において同一である光）となる位置よりも発光素子１側に該第１光学部品３を移動させると、同第１光学部品３を透過した光は第２光学部品４に近づくに連れてスポット径が次第に拡大する光となる。逆に前記位置よりも第２光学部品４側に該第１光学部品３を移動させると、同第１光学部品３を透過した光は第２光学部品４に近づくに連れてスポット径が次第に縮小する光となる。
（５）図７に示すように、前記第２光学部品４の手前に光ファイバ６を配置固定し、該第２光学部品４によって集光された光が光ファイバ６の入射端面７から同ファイバ６に入射されるようにする。
【００１２】
以上によって、発光素子１から出射された光はその広がり角度に拘らず、常に光ファイバ６の受光角とほぼ同一か、それよりも小さい角度に集光されて同ファイバ６に入射され、非常に効率的な光結合が実現される。
【００１３】
図８、図９は前記第２光学部品４によって集光された光の集光角度と、その光の光ファイバへの結合効率との関係を測定した結果を表すグラフである。図８は縦軸に結合効率、横軸に集光角度（水平方向半値全幅）をとったものである。図９は縦軸に結合効率、横軸に集光角度（垂直方向半値全幅）をとったものである。尚、測定に用いた光ファイバの受光角は６°、モードフィールド径は約１０μmであり、光波長は約１４８０ｎｍである。図８、図９に示すグラフから分かるように、水平方向半値全幅を３°〜８°、垂直方向半値全幅を４°〜８°に設定することにより、８０％以上の光結合効率が維持される。また、光の断面は完全な真円でないので多少のばらつきはあるが、集光角度が受光角＋２°の範囲内にあれば８０％以上の光結合効率を十分に維持できることがわかった。即ち、集光角度を必ずしも受光角以下としなくても、８０％以上の光結合効率が維持される。尚、集光角度を際限なく低減すると、光の焦点における光の直径が大きくなりすぎ、光がコアに入射しきれなくなる。図８、図９に示すグラフにおいて、集光角度が小さくなると光結合効率が８０％を下回っているのは、この影響があるものと思われる。よって集光角度の下限値は、集光された光の直径がコア直径を越えないように決定されることが望ましい。以上の結果から、集光角度（水平方向半値全幅及び垂直方向半値全幅）は受光角近傍（例えば±２°）とすることが最適である。
【００１４】
（実施形態２）
本発明の光モジュール組立方法の実施形態の他例を説明する。本実施形態に示す光モジュール組立方法の基本構成は前記実施形態１に示すものと同一である。但し、前記実施形態１では、発光素子から出射された光を略平行光とするための第１光学部品と、第１光学部品を透過した光を集光させるための第２光学部品を所望位置に配置固定したのに対し、本実施形態では発光素子から出射された光を集光させるための光学部品のみを所望位置に配置固定する点が異なる。具体的には次のようにして光モジュールを組立てる。
【００１５】
（１）図１０に示すように、発光素子（例えば、ＬＤ）１０の出射端面２０の手前に、該発光素子１０から出射された光を集光させて、後に配置される光ファイバに入射させるための光学部品（例えば、レンズ）４０を配置する。
（２）前記光学部品４０を透過して集光された光を前記と同様のFFP測定装置５によって観察して、その集光角度を測定する。
（３）図１１（ａ）に示すように、光学部品４０を光軸方向（図中の矢印方向）へ移動させて、発光素子１０と該光学部品４０との間の間隔を調整し、調整された位置に該光学部品４０を固定する。具体的には、光学部品４０を透過した光の集光角度βが後に該光学部品４０の手前に配置される光ファイバ６０の受光角αよりも小さくなるように、発光素子１０と光学部品４０との間の間隔を調整する。または、図１１（ｂ）に示すように、光学部品４０を透過した光の集光角度βが前記光ファイバ６０の受光角αと一致するように、発光素子１０と光学部品４０との間の間隔を調整する。
（５）前記光学部品４０の手前に光ファイバ６０を配置固定し、該光学部品４０によって集光された光が光ファイバ６０の入射端面７０から同ファイバ６０に入射されるようにする。
【００１６】
本実施形態においても、集光角度（水平方向半値全幅及び垂直方向半値全幅）を受光角近傍（例えば±２°）とすることが最適である。
【００１７】
【発明の効果】
本件出願の光モジュール組立方法の一つは、発光素子と、発光素子から出射された光を集光させる１つ以上の光学部品と、光学部品によって集光された光が入射される光ファイバとを備えた光モジュールの組立において、光学部品によって集光された光の集光角度が光ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下となるように、発光素子といずれかの光学部品との間の間隔を調整するものである。従って、次のような効果を有する。
（１）発光素子から出射された光の広がり角度に拘らず、光ファイバに入射される光の集光角度が同ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下となる。従って、発光素子から出射された光が高効率で光ファイバに結合する光モジュールを安定して製造することができる。
（２）光ファイバに入射される直前の光の集光角度に基づいて発光素子と光学部品との間の間隔が調整される。従って、発光素子のバラツキや光学部品のバラツキに拘らず、光ファイバに入射される光の集光角度を常に該光ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下に合わせ込むことができる。
（３）光学部品の光学特性が異なっても、光ファイバに入射される光の集光角度を容易に同ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下に合わせ込むことができる。
【００１８】
本件出願の光モジュール組立方法の他の一つは、光学部品によって集光された光の強度分布に基づいて該光の集光角度を測定し、その集光角度が光ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下となるように、発光素子と光学部品との間の間隔を調整するものである。従って、前記効果に加えて次のような効果をも有する。
（１）光学部品によって集光された光の集光角度をその光のFFPに基づいて容易且つ正確に測定できる。従って、発光素子と光学部品との間の間隔調整が容易且つ正確となる。
【００１９】
本件出願の光モジュール組立方法の他の一つは、第２光学部品によって集光された光の強度分布に基づいて該光の集光角度を測定し、その集光角度が光ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下となるように、発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整するものである。従って、前記効果に加えて次のような効果をも有する。
（１）第１光学部品を透過した後の光の強度分布と、第２光学部品を透過した後の光の強度分布とでは、後者の方が強度分布の割合が大きい。従って、第２光学部品を透過した光の強度部分に基づいて得られた角度情報に従って発光素子と第１光学部品との間の間隔を調整すれば、第１光学部品を透過した後の光の強度部分に基づいて得られた角度情報に基づいて同様の調整をする場合に比べて調整が容易且つ正確となる。
【００２０】
本件出願の光モジュール組立方法の他の一つは、光学部品によって集光された光の集光角度が、水平方向半値全幅で３°〜８°、垂直方向半値で４°〜８°になるように、発光素子と光学部品との間の間隔を調整するものである。従って、前記効果がより一層確実となる。
【００２１】
本件出願の光モジュールの一つは、発光素子と、発光素子から出射された光を集光させる１つ以上の光学部品と、光学部品によって集光された光が入射される光ファイバとを備えた光モジュールであって、光学部品によって集光された光の集光角度が光ファイバの受光角近傍、或いはそれ以下となるように、発光素子といずれかの光学部品との間の間隔が調整されている。従って、発光素子から出射された光の広がり角度に拘らず、その光が高効率で光ファイバに結合可能な光モジュールが実現される。
【００２２】
本件出願の光モジュールの一つは、光学部品によって集光された光の集光角度が、水平方向半値全幅で３°〜８°、垂直方向半値で４°〜８°になるように、発光素子と光学部品との間の間隔が調整されている。従って、前記効果がより一層確実となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１に示す光モジュール組立方法を構成する工程のうち、発光素子の手前に第１光学部品を配置する工程の説明図。
【図２】  実施形態１に示す光モジュール組立方法を構成する工程のうち、第１光学部品に手前に第２光学部品を配置する工程の説明図。
【図３】  実施形態１に示す光モジュール組立方法を構成する工程のうち、第２光学部品を透過した光をFFP測定装置によって観察する工程の説明図。
【図４】  FFP測定装置の一例を示す説明図。
【図５】  （ａ）は第２光学部品を透過した光の集光角度が光ファイバの受光角よりも小さくなるように、発光素子と第１光学部品との位置関係を調整した状態を示す説明図、（ｂ）は第２光学部品を透過した光の集光角度が光ファイバの受光角と一致するように、発光素子と第１光学部品との位置関係を調整した状態を示す説明図。
【図６】  第２光学部品を透過した光の強度分布とFFPの関係の一例をグラフ化した図。
【図７】  実施形態１に示す光モジュール組立方法を構成する工程のうち、第２光学部品の手前に光ファイバを配置する工程の説明図。
【図８】  光学部品によって集光された光の集光角度と、光ファイバへの結合効率との関係を測定した結果を表すグラフであって、縦軸に結合効率、横軸に集光角度（水平方向半値全幅）をとったものを示す図。
【図９】  光学部品によって集光された光の集光角度と、光ファイバへの結合効率との関係を測定した結果を表すグラフであって、縦軸に結合効率、横軸に集光角度（垂直方向半値全幅）をとったものを示す図。
【図１０】  実施形態２に示す光モジュール組立方法を構成する工程のうち、発光素子の手前に光学部品を配置し、その光学部品を透過した光をFFP測定装置によって観察する工程の説明図。
【図１１】  （ａ）は光学部品を透過した光の集光角度が光ファイバの受光角よりも小さくなるように、発光素子と光学部品との位置関係を調整した状態を示す説明図、（ｂ）は光学部品を透過した光の集光角度が光ファイバの受光角と一致するように、発光素子と光学部品との位置関係を調整した状態を示す説明図。
【符号の説明】
１、１０  発光素子
２、２０  発光素子の出射端面
３        第１光学部品
４        第２光学部品
５        FFP測定装置
６、６０  光ファイバ
４０      光学部品
【図１】
0004785022.tif 000002
【図２】
0004785022.tif 000003
【図３】
0004785022.tif 000004
【図４】
0004785022.tif 000005
【図５】
0004785022.tif 000006
【図６】
0004785022.tif 000007
【図７】
0004785022.tif 000008
【図８】
0004785022.tif 000009
【図９】
0004785022.tif 000010
【図１０】
0004785022.tif 000011
【図１１】
0004785022.tif 000012