(57)【要約】【課題】  光透過部材と光素子との位置決め精度の向上を図った光モジュールを提供する。【解決手段】  光モジュール１を組み立てる場合には、まず筐体４内の所定の位置に光素子２を配置して固定する。次に、ホルダ１９の位置を調節して、光素子２に対する光透過部材１８の位置決めを行い、ホルダ１９の筐体４への固定を実施する。このように、光素子２を筐体４内の所定部位に実装した後に、ホルダ１９を筐体４に対して固定することが可能であるため、光素子２に対する光透過部材１８の位置決めを容易に行いつつ位置決め精度の向上を図ることができる。【選択図】  図１
2007011143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光または受光する光素子と、
前記光素子を収容するパッケージと、
前記パッケージに固定され、内部に光透過部材を搭載するホルダとを備えた光モジュールであって、
前記パッケージは、方形の底面と当該底面を囲む四つの側壁面とを有し、一つの側壁面には光を透過させる開孔が設けられているパッケージ本体と、前記開孔に接続され前記一つの側壁面から延び出す筒部とを有し、
前記光素子は、前記パッケージ本体に収容され、
前記ホルダは、前記筒部に係合し、
前記筒部は先端に第１のフランジを有し、前記ホルダは第２のフランジを有し、前記第１のフランジと前記第２のフランジとがプロジェクション溶接されている、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記第１のフランジは、前記パッケージ本体から離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光透過部材は、レンズであることを特徴とする請求項２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、例えば光通信システムで用いられる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を情報伝達媒体として用いる光ＬＡＮなどの光通信システムにおいては、光ファイバ伝送路を介して光信号を伝送することによって情報を伝達する。このような光通信システムでは、伝送される光信号を受信または送信するため、光信号と電気信号とを相互に変換する光素子を備える光通信モジュールが用いられる。
【０００３】
従来、上記の光通信モジュールなどの光モジュールとして、例えば、光を発光する発光素子と、この発光素子を収容する筐体（パッケージ）とを備え、この筐体に、上記発光素子からの光を筐体外へ透過させるレンズを取付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような光モジュールでは、まず筐体にレンズを取付け、このレンズに対して発光素子の位置決めを行って発光素子を実装していた。
【特許文献１】特開２００１−１５６１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、レンズを筐体に取付けた後に、筐体内の搭載面に光素子を実装していたため、レンズと光素子との相対位置関係がばらつきやすく、レンズに対する光素子の位置精度が不十分であった。特に、搭載面と垂直な方向（高さ方向）の位置決めは、筐体、光素子、光素子を搭載する基台等の部品の高さ方向の寸法公差を吸収することが困難である。その結果、光ファイバと光素子とを光学的に結合させるときに、光ファイバと光素子との位置関係がばらつきやすかった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、光透過部材と光素子との位置決め精度の向上を図った光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による光モジュールは、光を発光または受光する光素子と、光素子を収容するパッケージと、パッケージに固定され、内部に光透過部材を搭載するホルダとを備えた光モジュールであって、パッケージは、方形の底面と当該底面を囲む四つの側壁面とを有し、一つの側壁面には光を透過させる開孔が設けられているパッケージ本体と、開孔に接続され一つの側壁面から延び出す筒部とを有し、光素子は、パッケージ本体に収容され、ホルダは、筒部に係合し、筒部は先端に第１のフランジを有し、ホルダは第２のフランジを有し、第１のフランジと第２のフランジとがプロジェクション溶接されている、ことを特徴としている。
【０００７】
このような光モジュールによれば、筒部の先端に設けられた第１のフランジと、ホルダに設けられた第２のフランジとを有し、第１のフランジと第２のフランジとがプロジェクション溶接されている。これにより、従前のように、パッケージに対して光透過部材を先に固定しなくてもよい。従って、光素子をパッケージ内に実装した後に、光透過部材を搭載するホルダをパッケージに対して固定することが可能となる。その結果、光素子に対する光透過部材の位置決めが容易となり位置決め精度を向上させることができる。
【０００８】
好ましくは、第１のフランジは、パッケージ本体から離間した位置に形成されている。この場合には、筐体と第１フランジとの間にプロジェクション溶接用の電極を配置できるため、プロジェクション溶接の際にかかる加圧力を第１フランジで確実に受けることが可能となる。これにより、第１フランジと第２フランジとの間の気密不良が起きにくく信頼性の高い溶接が可能となる。
【０００９】
好ましくは、光透過部材はレンズである。この場合には、筐体に形成された開口部をレンズで塞ぐことで、気密封止用のサファイア窓等を設けなくて済むため、コスト削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光モジュールによれば、光素子に対する光透過部材の位置決めを容易に行いつつ、位置決め精度の向上された光モジュールを提供することができる。このため、歩留まりを向上することが可能となり、光モジュールの製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による光モジュールの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の実施形態に係る発光モジュールを軸線に沿って破断した断面斜視図、図２は、図１中のパッケージ本体内を示す断面斜視図である。
【００１２】
図１に示す発光モジュール（光モジュール）１は、光送信デバイスに適用され、光を発光する発光素子（レーザダイオード、以下ＬＤという。）２と、このＬＤ２を収容するパッケージ３とを備えている。以下の説明において、ＬＤ２から発光する光の進行方向を「前方」と定め、「前」「後」等の方向を表す語を用いることとする。
【００１３】
このパッケージ３は、箱型を成しＬＤ２を収容する空間を形成するパッケージ本体４と、パッケージ本体４の図示上側の開口４ａを封止する蓋５とを有している。パッケージ本体４は、矩形（方形）の底面を構成する底壁部６と、底壁部６の前側の端部から立ち上がった壁面を構成する前壁部７と、底壁部６及び前壁部７に略直交する壁面を構成する一対の側壁部８と、この側壁部８に略直交し後側の壁面を構成する後壁部９とを備え、金属材料から形成されている。
【００１４】
パッケージ本体４の内部には、図１及び図２に示すように、上記ＬＤ２の他に、ＬＤ２を冷却するためのペルチェ素子１０と、複数の配線パターン（図示せず）が積層状態に形成された積層セラミック配線基板１１と、が設けられている。これらのペルチェ素子１０及び積層セラミック配線基板１１は、前後方向に隣接して配置され、底壁部６の上面に固定されている。
【００１５】
ペルチェ素子１０はブロック体を成し、このペルチェ素子１０の上面には、ＬＤ２が板状のヒートシンク１２を介して固定されている。本例においては、ヒートシンク１２上に、ＬＤ２を駆動させるＬＤ駆動回路１３及びサーミスタ１４も設けられている。そして、ヒートシンク１２は、例えば良熱伝導性を有する絶縁材料であるＡｌＮ等から形成され、ＬＤ２及びＬＤ駆動回路１３からの熱をペルチェ素子１０に伝達して、これらのＬＤ２及びＬＤ駆動回路１３を効率良く冷却する。
【００１６】
積層セラミック配線基板１１の上面には、ＬＤ２の後方光を受光するモニタ用受光素子（例えばフォトダイオード：ＰＤ）１５が実装されている。なお、ＬＤ駆動回路１３と積層セラミック配線基板１１とは、ワイヤーリード（図示せず）で電気的に接続されている。さらに、積層セラミック配線基板１１の後端部１１ｂは、パッケージ本体４の外部に延び出している。そして、この後端部１１ｂには、リード１６が電気的に接続されている。
【００１７】
パッケージ本体４の前壁部７には、図１及び図２に示すように、ＬＤ２からの光を通過させる開口部７ａが設けられている。前壁部７は、前方に向かって円筒部１７を有し、当該円筒部１７の内孔がパッケージ本体４に向かって開口（開孔）している。円筒部１７の先端部はフランジ（第１のフランジ）１７ａを有し、当該フランジ１７ａの先端面は、後述する様にレンズホルダ１９を固定する面となる。
【００１８】
円筒部１７内には、図１及び図３に示すように、ＬＤ２からの光を集光するレンズ１８が配置されている。このレンズ１８は、本例では球レンズを使用しているが、レンズホルダ１９により保持されて円筒部１７内に挿入される。レンズホルダ１９は、外径及び内径の異なる円筒体を軸線Ｌ方向に連続して有している。具体的には、レンズホルダ１９は、フランジ（第２のフランジ）１９ｂを挟んでパッケージ本体４の方向に延びる第１の円筒部１９ａと、フランジ１９ｂから第１の円筒部１９ａとは反対側に延びる第２の円筒部１９ｃとを備えている。当該第１の円筒部１９ａはレンズ１８を保持するレンズ保持部として機能する。
【００１９】
レンズ保持部１９ａの外径は円筒部１７の内径より小さく設定されている。そして、レンズ保持部１９ａ内の後端側に、レンズ１８が固定される。フランジ１９ｂは、フランジ１７ａに対向する固定面１９ｄを有している。この固定面１９ｄには、フランジ１７ａに向かって突出する突起部１９ｅが円環状に形成され、この突起部１９ｅが、フランジ１７ａとフランジ１９ｂとを接合するプロジェクション溶接に利用される。
【００２０】
第２の円筒部１９ｃは、図１に示すように、その外周に調芯部材２０が装着されている。調芯部材２０は、第２の円筒部１９ｃの外周上を、Ｚ（光軸）方向に摺動可能である。調芯部材２０の前端側には、光ファイバフェルールを保持するスリーブアッセンブリ２２が取り付けられている。また、調芯部材２０の前端面２０ａは、スリーブアッセンブリ２２がＸＹ（光軸に直交する）方向に摺動可能な摺動面とされている。スリーブアセンブリ２２は、ブッシュ２２ａ、スリーブ２２ｂ、スリーブカバー２２ｃ、スタブ２２ｄ、およびスタブ２２ｄの中心に挿入された結合ファイバ２２ｅで構成される。ブッシュ２２ａはスリーブ２２ｂの根元部をスタブ２２ｄとの間に保持している。換言すればブッシュ２２ａはスリーブ２２ｂの根元部において、スタブ２２ｄとスリーブカバー２２ｃとの間に挿入されている。ＬＤ２から発した光はレンズ１８により結合ファイバ２２ｅの終端に集光される。当該発光モジュール１に結合する光ファイバは、その先端にフェルールを備え、当該フェルールがスリーブ２２ｂの前方端より挿入されたスタブ２２ｄに突き当たる。フェルールの中心部にも光ファイバが挿入されており、当該光ファイバとスタブ中心の結合ファイバ２２ｅとが、スタブ２２ｄの端面とフェルールの端面が突き当たることで物理的に接触し（Physical Contact）、その結果、ＬＤ２から発した光ファイバに伝えられ当該ファイバ中を伝播する。
【００２１】
次に、発光モジュール１の組立てについて説明する。まず、図２に示すように、ＬＤ２、サーミスタ１４、ヒートシンク１２、ペルチェ素子１０、フォトダイオード１５及び積層セラミック配線基板１１をパッケージ本体４内の所定の位置に配置して固定し、必要な箇所に、ワイヤボンディングを行う。続いて、図３及び図４に示すように、レンズ１８を固定したレンズホルダ１９を、レンズ１８側から円筒部１７内に挿入する。
【００２２】
次に、パッケージ３のフランジ１７ａとレンズホルダ１９のフランジ１９ｂとをプロジェクション溶接により接合して、レンズホルダ１９をパッケージ３に固定する。
【００２３】
この工程では、先ず、図６及び図７に示すように、プロジェクション溶接するための抵抗溶接機２４にパッケージ本体４及びレンズホルダ１９をセットする。抵抗溶接機２４は、フランジ１７ａに通電するためのパッケージ側電極２５と、フランジ１９ｂに通電するためのレンズホルダ側電極２６とを備えている。
【００２４】
パッケージ側電極２５は、略円筒状を成しパッケージ本体４を収容するパッケージ収容部２７と、フランジ１７ａを保持しフランジ１７ａに通電するための一対の電極部２８を有している。パッケージ収容部２７は、中空部分の長手方向が上下方向に延びるように配置されている。パッケージ収容部２７の開口部を形成する周縁部には、電極部２８を支持するための段差面２７ａが形成されている。
【００２５】
電極部２８は半円板形状を成し、その円弧部分がパッケージ収容部２７の段差面２７ａに支持されている。一対の電極部２８は、パッケージ３の円筒部１７を両側から挟むように配置されている。電極部２８の上端面側には、円筒部１７のフランジ１７ａを支持するための段差面２８ａが形成されている。そして、電極部２８がフランジ１７ａと前壁部７との間に進入し、段差面２８ａによりフランジ１７ａを支持している。すなわち、パッケージ本体４は、前壁部７とフランジ１７ａとの間にギャップを設けることにより、当該ギャップに電極部２８が進入可能な構成とされている。
【００２６】
レンズホルダ側電極２６は、略円柱状を成し、その先端に向かって外径が細くなる円錐部２６ａを有している。レンズホルダ側電極２６の軸心には、断面が円形の貫通孔２６ｂが形成され、この貫通孔２６ｂの径は、レンズホルダ１９の第２の円筒部１９ｃが挿入可能な大きさとされている。また、円錐部２６ａの先端は、レンズホルダ１９のフランジ１９ｂを押圧する押圧面２６ｃを形成している。
【００２７】
そして、パッケージ３をパッケージ側電極２５に装着し、円筒部１７内にレンズホルダ１９を挿入した状態で、ＬＤ２とレンズ１８との位置調整を軸線Ｌに垂直な面内で行う。レンズホルダ１９のレンズ保持部１９ａの外径は、円筒部１７の内径より僅かに小さく設定されているので、両者のギャップの範囲内で光軸調芯が可能である。ＬＤ２とレンズ１８との位置調整は、例えば以下のようにして行う。すなわち、先ずＬＤ２を発光させる。次に、パッケージ３外におけるＬＤ２を臨む位置に配置された位置調整用カメラ（図示せず）を用いて、レンズ１８の中心を検出すると共にＬＤ２の発光点を観察し、レンズホルダ１９を移動させてＬＤ２とレンズ１８との位置調整を行う。
【００２８】
レンズ１８の位置決め後、レンズホルダ側電極２６によりフランジ１９ｂを下方へ加圧しながら、パッケージ側電極２５及びレンズホルダ側電極２６に電流を印加してプロジェクション溶接を実行する。このとき、図７に示すように、レンズホルダ側電極２６、フランジ１９ｂ、フランジ１７ａ、パッケージ側電極２５に電流が流れている状態となり、突起部１９ｅが溶融されて、フランジ１９ｂがフランジ１７ａに固定される。電流は抵抗溶接機の二つの電極、レンズホルダ側電極２６とパッケージ側電極２５の間にのみ流れ、パッケージ本体４及び積層セラミック配線基板１１には、電流が流れない状態となっているため、セラミック配線基板１１とパッケージ本体４との接合部分が破壊されることがない。プロジェクション溶接によりパッケージ３の気密性を確実に維持することができる。このようなプロジェクション溶接では、プロジェクションの形状、面積等にもよるが、２．３ｋＡ〜１０ｋＡの電流を流しながら加圧すると、良好に固定させることができる。
【００２９】
続いて、抵抗溶接機２４からパッケージ本体４を取外して、図５に示すように、レンズホルダ１９に調芯部材２０を接続し、更に内部に別途組立られたスリーブアッセンブリ２２を調芯部材２０に取り付ける。調芯部材２０をレンズホルダ１９の外周面上でスライドさせてＺ方向の位置調整を行い、スリーブアッセンブリ２２を調芯部材２０に対してスライドさせてＸＹ方向の位置調整を行って、ＬＤ２と光ファイバ２１ａとの光結合状態を最適にする。この状態で、レンズホルダ１９と調芯部材２０、更に調芯部材２０とスリーブアッセンブリ２２とを接合する。これらの接合は、ＹＡＧ溶接により行うと好適である。このようにして、発光モジュール１を得ることができる。蓋５の装着は、プロジェクション溶接の後に行ってもよいし、パッケージ本体４中にＬＤ２等を装着した直後に行ってもよい。
【００３０】
このような発光モジュール１によれば、パッケージ本体４内の所定の位置にＬＤ２を実装した後に、レンズ１８をパッケージ本体４に対して固定することが可能となるので、ＬＤ２とレンズ１８との位置決めを容易に行いつつ両者の位置決め精度を向上させることができる。一例として図８に示す従来の発光モジュール５１では、ＬＤ５２とレンズ５３とが同一平面上に配置されているため、Ｙ方向（高さ方向）の位置合わせが困難であった。これに対し本実施形態の発光モジュール１では、Ｙ方向の寸法誤差を吸収することが可能な構成であるため、高精度にＬＤ２とレンズ１８との位置合わせを行うことが可能である。
【００３１】
また、ＬＤ２とレンズ１８との位置決めを高精度で行えるため、位置調整用マージンを確保するためにレンズ１８の面積を大きくする必要がなくなる。これにより、レンズ１８の小型化が可能となる。
【００３２】
また、図８に示す発光モジュール５１では、サファイア窓５４を用いて、パッケージ本体５５の開口５５ａを封止する構造となっている。本実施形態の発光モジュール１では、レンズ１８及びレンズホルダ１９によりパッケージ本体４の開口部７ａを気密封止する構成であるため、従来のようなサファイア窓５４を設ける必要がなくなり、この点でも部品点数の削減を図ることができる。
【００３３】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において、ＬＤ２を備える発光モジュール１としているが、ＰＤを備える受光モジュールとしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、レンズを円筒部１７内に配置する構成としているが、光透過部材をパッケージ本体４内に配置する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る発光モジュールを軸線に沿って破断した断面斜視図である。
【図２】図１中のパッケージ本体内を示す断面斜視図である。
【図３】図１の発光モジュールの製作工程を示す断面斜視図である。
【図４】図１の発光モジュールの製作工程を示す別の断面斜視図である。
【図５】図１の発光モジュールを示す断面斜視図である。
【図６】図２のパッケージとレンズホルダとの溶接工程を示す斜視図である。
【図７】図６の溶接工程を示す断面斜視図である。
【図８】従来の発光モジュールを示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…発光モジュール（光モジュール）、２…発光素子（光素子）、４…パッケージ本体（筐体）、７…前壁部（一つの側壁面）、７ａ…開口部（開孔）、１７…円筒部、１７ａ…フランジ（第１のフランジ）、１８…レンズ（光透過部材）、１９…レンズホルダ（ホルダ）、１９ｂ…フランジ（第２のフランジ）、１９ｅ…突起部、２０…調芯部材、２２…スリーブアッセンブリ。
【図１】
2007011143.tif 000003
【図２】
2007011143.tif 000004
【図３】
2007011143.tif 000005
【図４】
2007011143.tif 000006
【図５】
2007011143.tif 000007
【図６】
2007011143.tif 000008
【図７】
2007011143.tif 000009
【図８】
2007011143.tif 000010