CN111066213B - 光模块的制造方法 - Google Patents

Abstract

激光元件(3)射出激光。透镜盖(4)覆盖于激光元件(3)。透镜(5)内置于透镜盖(4)，透镜(5)使激光汇聚或平行化。在透镜(5)的上表面设置有与激光的光轴(6)垂直的平坦面(7)。

Description

光模块的制造方法

技术领域

本发明涉及将内置了透镜的透镜盖覆盖于激光元件的光模块及其制造方法。

背景技术

在将用于使激光汇聚或平行化的透镜设置于搭载了半导体激光器等激光元件的封装件的情况下，存在向封装件直接搭载透镜的方法、将内置了透镜的透镜盖覆盖于激光元件的方法等(例如，参照专利文献1)。在这种情况下，使成为激光的中心的光轴与透镜的中心位置对齐这一做法对减小光束的发散角、使光束笔直地射出是重要的。

因此，作为将内置了透镜的透镜盖覆盖于激光元件的方法，存在被称为主动对准的方法，即，在使激光元件发光的状态下临时设置透镜，一边观察来自透镜的出射图案的扩散和倾斜一边使透镜微动而在最佳的位置处进行固定。但是，由于使激光元件发光，因此制造装置变得复杂。并且，由于需要交替反复进行出射图案的确认和透镜的位置移动，因此制造上需要大量的时间。

作为避免该问题的方法，考虑以下的方法。首先，使光向激光器的端面垂直地照射，根据其反射光来识别发光点位置。接下来，向透镜的上表面照射光，根据其反射光来确认透镜的中心位置。然后，使透镜盖左右移动，使发光点位置与透镜的中心位置对准。

专利文献1：日本特开2011-75318号公报

发明内容

透镜的上表面具有连续变化的凸的曲面形状。因此，照射到透镜中心的光被垂直地反射，但照射到透镜中心以外的光被向外侧反射。其结果，反射光的强度在透镜中心部最强，越远离透镜中心部越弱。由于透镜的上表面形状连续变化，因此反射光强度分布连续变化。需要以该反射强度分布的某个特定的强度为阈值而求出亮部和暗部，将呈圆形的亮部的中心位置识别为透镜中心位置。

但是，由于透镜表面的凹凸或透镜的角度偏离等，亮部的形状容易成为畸变后的形状而没有成为完美的圆形。因此，有时无法准确地识别透镜的中心位置，而在发光点中心与透镜中心没有对齐的状态下进行组装。在这种情况下，就从透镜通过的激光而言，光束扩散变大，或光束出射方向偏离，使系统的特性大幅劣化。

本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到能够降低发光点位置与透镜中心位置的偏离的光模块及其制造方法。

本发明涉及的光模块的特征在于，具有：激光元件，其射出激光；透镜盖，其覆盖于所述激光元件；以及透镜，其内置于所述透镜盖，使所述激光汇聚或平行化，在所述透镜的上表面设置有与所述激光的光轴垂直的平坦面。

发明的效果

在本发明中，在透镜的上表面设置有与激光的光轴垂直的平坦面。如果朝向透镜的上表面而照射识别光，则来自平坦面的反射光一律以相同的强度射入至摄像机的中心位置。另一方面，来自平坦面以外的反射光射入至从摄像机的中心偏离的位置。由此，由摄像机通过来自平坦面的反射识别的圆形的亮点的亮度与其周边区域的亮度不连续。因此，亮点被清楚地映照于摄像机，因此能够高精度地识别透镜的中心作为亮点的中心。由此，能够降低激光元件的发光点位置与透镜的中心位置的偏离。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的光模块的剖面图。

图2是表示实施方式1涉及的光模块的制造方法的剖面图。

图3是表示实施方式1涉及的光模块的制造方法的剖面图。

图4是表示对比例涉及的准直透镜的形状和激光的光路的图。

图5是表示实施方式1涉及的透镜的形状和激光的光路的图。

图6是表示实施方式2涉及的光模块的透镜的俯视图。

图7是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的俯视图及侧视图。

图8是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的变形例1的俯视图及侧视图。

图9是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的变形例2的俯视图及侧视图。

图10是表示实施方式4涉及的光模块的透镜内置盖的剖面图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式涉及的光模块及其制造方法进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1涉及的光模块的剖面图。在封装件1设置有载体2，在载体2设置有激光元件3。激光元件3射出激光。透镜盖4覆盖于激光元件3。将使激光汇聚或者平行化的透镜5内置于透镜盖4。在形成该透镜内置盖的情况下，将透镜材料放入至透镜盖4内而使其变为高温，将模具从上下按压于已变得柔软的透镜材料，得到所希望的形状的透镜5。在透镜5的上表面设置有与激光的光轴6垂直的平坦面7。

图2及图3是表示实施方式1涉及的光模块的制造方法的剖面图。首先，如图2所示，向激光元件3的出射端面垂直地照射识别光8，用摄像机10对其反射光9进行拍摄。如此，由于从激光元件3的出射端面部分最强地反射出反射光，因此能够通过摄像机10识别激光元件3的端面形状。如果知道了激光元件3的端面形状，则可知发光点位置位于何处。

接下来，如图3所示，朝向内置于透镜盖4的透镜5的上表面而照射识别光11，根据其反射光12的形状来识别透镜5的中心位置。由于透镜5的顶点部分是与识别光11垂直的平坦面7，因此来自该平坦面7的反射光12一律以相同的强度射入至摄像机10的中心位置。另一方面，来自平坦面7以外的反射光12射入至从摄像机10的中心偏离的位置。由此，由摄像机10通过来自平坦面7的反射识别的圆形的亮点的亮度与其周边区域的亮度不连续。因此，亮点被清楚地映照于摄像机10，因此能够高精度地识别透镜5的中心作为亮点的中心。

然后，通过使透镜盖4左右移动，从而使激光元件3的发光点位置与透镜5的中心位置对准。在该位置将透镜盖4熔接于封装件1。由此，能够降低激光元件3的发光点位置与透镜5的中心位置的偏离。其结果，能够得到光束扩散以及光束的出射方向偏离小的光模块。

图4是表示对比例涉及的准直透镜的形状和激光的光路的图。透镜5的上表面呈使得激光平行地射出的形状。因此，无论从激光元件3的发光点射出的激光射入至透镜5的哪个位置，激光都从透镜5的上表面与光轴平行地射出。

图5是表示实施方式1涉及的透镜的形状和激光的光路的图。从透镜5的正中心位置及除了平坦面7以外的区域通过的激光如实线所示，成为与光轴平行的出射光。但是，在透镜5的正中心位置以外从平坦面7通过的激光如虚线所示，相对于光轴以若干的倾斜度射出。但是，透镜5的平坦面7只要是能够以摄像机10的分辨率识别且充分获取了与除了平坦面7以外之间的角度差的大小即可。该大小为几百微米左右就足够了。另一方面，透镜5的上表面处的激光的扩散变为大于或等于几毫米，透镜5的平坦面7的影响非常小。另外，在例如投影机用途的情况下，如果相对于光轴的平行度为小于或等于±几度，则向最终对光进行导波的积分棒导入全部光量，所以平坦面7处的微小的角度偏离完全不会成为问题。

例如，使激光元件3的发光点中心与透镜5的上表面之间的距离为3mm，透镜5的平坦面7的半径为0.12mm，透镜5的折射率为1.8。在这种情况下，根据菲涅尔定律，从透镜5的平坦面7的最外周部分透过的激光的相对于光轴的偏离角度θ为sin^-1(1/1.8×0.12/3)＝1.06°。

另外，在对光进行汇聚的情况下或要求更严格的平行度的情况下，通过增大焦距、进一步减小平坦面7的尺寸等设计，也能够得到所希望的特性。

此外，在本实施方式中，对透镜5内置于透镜盖4的情况进行了说明，但即使透镜5是未内置于透镜盖4的独立透镜，也是相同的。在这种情况下，独立地使透镜5移动，通过粘接剂等而固定于封装件1。

实施方式2.

图6是表示实施方式2涉及的光模块的透镜的俯视图。该图是从激光出射侧观察透镜5的图。在透镜5的上表面的中心位置设置有与激光的光轴垂直的平坦面7a。以仅与该平坦面7a的外周的一部分接触的方式设置有平坦面7b。因此，将平坦面7a、7b组合后的形状在以透镜5的上表面的中心为旋转中心的旋转方向上呈各向异性。

透镜盖的组装方法与实施方式1相同，与实施方式1同样地能够高精度地识别透镜5的中心。另外，能够通过来自平坦面7a、7b的反射光而容易地识别透镜5的旋转方向。此外，平坦面只要是能够识别透镜5的旋转方向的形状，则可以是任意形状。例如，即使平坦面为椭圆形，也能够识别透镜5的旋转方向。

在为了激光的整形而将平面形状在上下方向和左右方向上不同的非对称透镜用作透镜5的情况下，本实施方式特别有效。在这种情况下，通过进行透镜5的旋转方向与激光元件3的旋转方向之间的相对位置对准，从而能够得到光束扩散以及特别是光束的出射方向偏离小的半导体激光器。

实施方式3.

图7是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的俯视图及侧视图。在激光的垂直方向和水平方向的扩散角不同的情况下，从透镜5的上表面位置通过的激光的光斑13成为椭圆形状。在透镜5的上表面，在椭圆形状的光斑13的两侧存在激光实质上不通过的区域。在该区域设置有与激光的光轴垂直的平坦面7。但是，不限于此，只要在激光实质上不通过的除了透镜顶点以外的区域设置平坦面7即可。平坦面7为将透镜5的外周的曲面切去后的形状。

透镜盖的组装方法与实施方式1相同。照射到透镜5的识别光在平坦面7被强烈反射，平坦面7的平面形状由摄像机识别。根据该形状，能够高精度地识别透镜5的中心位置和旋转方向。该平坦面7存在于具有透镜效果的透镜5的曲面而非透镜5外，由此能够更高精度地识别透镜5的中心位置和旋转方向。

另外，透镜盖4支撑透镜5的外周，透镜5以圆形形状从透镜盖4露出。因此，为了能够从上表面观察透镜盖4而通过识别光确认平坦面7，优选平坦面7位于透镜5的圆形形状的内侧。

图8是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的变形例1的俯视图及侧视图。在该变形例中，平坦面7从透镜5的外周的曲面突出。在这种情况下，也能够得到上述效果。

图9是表示实施方式3涉及的光模块的透镜的变形例2的俯视图及侧视图。在该变形例中，在椭圆形状的光斑13的长度方向上，平坦面7比光斑13窄。因此，更容易识别透镜5的中心和旋转方向。

此外，平坦面7只要能够识别透镜5的中心和旋转方向，则可以是任意形状。例如，平坦面7不限于是矩形，也可以是朝向透镜5的中心而前端变细的三角形形状等。由此，更容易识别透镜5的中心和旋转方向。

实施方式4.

图10是表示实施方式4涉及的光模块的透镜内置盖的剖面图。在透镜5的上表面的中心位置设置有凹面14。其它结构与实施方式1相同，透镜盖4的组装方法也与实施方式1相同。照射到透镜5的中心的识别光在透镜5的上表面被反射。此时，来自凹面14的反射光在摄像机10的位置处汇聚，反射光的亮点成为更亮且更小的光斑而被识别。由此，更容易识别透镜5的中心位置。

标号的说明

3激光元件，4透镜盖，5透镜，7、7a、7b平坦面，11识别光，12反射光，14凹面

Claims (5)

1.一种光模块的制造方法，其特征在于，

该光模块具有：

激光元件，其射出激光；

透镜盖，其覆盖于所述激光元件之上；以及

透镜，其安装于所述透镜盖内，使所述激光汇聚或平行化，

在所述透镜的上表面设置有与所述激光的光轴垂直的平坦面，

在对所述光模块进行制造时具有如下工序：

向所述激光元件的出射端面垂直地照射识别光，用摄像机对其反射光进行拍摄，通过所述摄像机识别所述激光元件的端面形状来确定所述激光元件的发光点位置；

朝向所述透镜的所述上表面照射识别光，根据其反射光的形状来识别所述透镜的中心位置；以及

左右移动所述透镜盖，使确定出的所述激光元件的所述发光点位置与识别出的所述透镜的所述中心位置对准。

2.根据权利要求1所述的光模块的制造方法，其特征在于，

所述平坦面的形状在以所述透镜的所述上表面的中心为旋转中心的旋转方向上呈各向异性。

3.根据权利要求1或2所述的光模块的制造方法，其特征在于，

所述平坦面设置于所述透镜的所述上表面的中心位置。

4.根据权利要求1或2所述的光模块的制造方法，其特征在于，

所述平坦面设置于所述透镜的所述激光实质上不通过的区域。

5.一种光模块的制造方法，其特征在于，

该光模块具有：

激光元件，其射出激光；

透镜盖，其覆盖于所述激光元件之上；以及

透镜，其安装于所述透镜盖内，使所述激光汇聚或平行化，

在所述透镜的上表面的中心位置设置有凹面，

在对所述光模块进行制造时具有如下工序：

向所述激光元件的出射端面垂直地照射识别光，用摄像机对其反射光进行拍摄，通过所述摄像机识别所述激光元件的端面形状来确定所述激光元件的发光点位置；

朝向所述透镜的所述上表面照射识别光，根据其反射光的形状来识别所述透镜的中心位置；以及

左右移动所述透镜盖，使确定出的所述激光元件的所述发光点位置与识别出的所述透镜的所述中心位置对准。

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