JP2001188151A - 光モジュール - Google Patents
光モジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アスペクト比が大きい半導体発光素子であっ
ても、高効率のファイバ結合を容易に且つ安価に実現で
きる、あるいは円形に近いビームウエストを有する光線
として空間を伝搬させることができるようにする。 【解決手段】 半導体発光素子１０とレンズ１２を具備
し、それらがハウジング１６で調芯保持される光モジュ
ールである。レンズは、２個のシリンドリカルレンズ部
１２ａ，１２ｂを有し、それらが光軸方向で互いに離間
した位置で且つ互いに直交配置されている。レンズは、
板状のベース部分１２ｃの両面にシリンドリカルレンズ
部を直交配置した構造として、透明材料で一体成形した
ものが好ましい。光モジュールとしては、ハウジングに
光ファイバを固定したピッグテール型、あるいは光プラ
グを着脱可能なレセプタクル型でもよいし、光ファイバ
等を接続せず光を空間に放射するタイプにも適用可能で
ある。
ても、高効率のファイバ結合を容易に且つ安価に実現で
きる、あるいは円形に近いビームウエストを有する光線
として空間を伝搬させることができるようにする。 【解決手段】 半導体発光素子１０とレンズ１２を具備
し、それらがハウジング１６で調芯保持される光モジュ
ールである。レンズは、２個のシリンドリカルレンズ部
１２ａ，１２ｂを有し、それらが光軸方向で互いに離間
した位置で且つ互いに直交配置されている。レンズは、
板状のベース部分１２ｃの両面にシリンドリカルレンズ
部を直交配置した構造として、透明材料で一体成形した
ものが好ましい。光モジュールとしては、ハウジングに
光ファイバを固定したピッグテール型、あるいは光プラ
グを着脱可能なレセプタクル型でもよいし、光ファイバ
等を接続せず光を空間に放射するタイプにも適用可能で
ある。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子と
レンズをハウジングによって調芯保持する光モジュール
に関し、更に詳しく述べると、２個のシリンドリカルレ
ンズ部をレンズの第１面（入射面）及び第２面（出射
面）に直交配置した構造のレンズを用いる光モジュール
に関するものである。この光モジュールは、特に、出射
光のアスペクト比が大きい半導体発光素子を組み込む場
合に有効な技術である。
レンズをハウジングによって調芯保持する光モジュール
に関し、更に詳しく述べると、２個のシリンドリカルレ
ンズ部をレンズの第１面（入射面）及び第２面（出射
面）に直交配置した構造のレンズを用いる光モジュール
に関するものである。この光モジュールは、特に、出射
光のアスペクト比が大きい半導体発光素子を組み込む場
合に有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】光モジュールは、半導体発光素子（例え
ばレーザダイオード等）とレンズを調芯保持した部品で
あり、様々な分野で使用されている。例えば、データ通
信を行うコンピュータシステムで用いられる光モジュー
ルは、半導体発光素子と、レンズと、それらを保持する
と共に接続相手の光プラグのフェルールを嵌合保持する
ハウジングとから構成されており、光プラグ接続時に半
導体発光素子とフェルールによって保持された光ファイ
バとがレンズを介して光学的に結合する構造になってい
る。また、ある種のバーコードリーダ用の光モジュール
は、半導体発光素子と、レンズと、それらを調芯保持す
るハウジングとから構成されており、半導体発光素子か
らの出射光を所定形状のビームウエストを有する光線と
して空間を伝搬させる構造になっている。
ばレーザダイオード等）とレンズを調芯保持した部品で
あり、様々な分野で使用されている。例えば、データ通
信を行うコンピュータシステムで用いられる光モジュー
ルは、半導体発光素子と、レンズと、それらを保持する
と共に接続相手の光プラグのフェルールを嵌合保持する
ハウジングとから構成されており、光プラグ接続時に半
導体発光素子とフェルールによって保持された光ファイ
バとがレンズを介して光学的に結合する構造になってい
る。また、ある種のバーコードリーダ用の光モジュール
は、半導体発光素子と、レンズと、それらを調芯保持す
るハウジングとから構成されており、半導体発光素子か
らの出射光を所定形状のビームウエストを有する光線と
して空間を伝搬させる構造になっている。
【０００３】光モジュールに組み込むレンズとしては、
機械加工のみによって高精度の製品を容易に安価に製造
できることから、通常、球レンズが多用されている。比
較的光出力が小さいレーザダイオードの場合には、放射
光パターンは比較的円形に近い形状であるため、球レン
ズを用いても特に大きな問題は生じない。
機械加工のみによって高精度の製品を容易に安価に製造
できることから、通常、球レンズが多用されている。比
較的光出力が小さいレーザダイオードの場合には、放射
光パターンは比較的円形に近い形状であるため、球レン
ズを用いても特に大きな問題は生じない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、大出力のレー
ザダイオードからの出射光は、発光領域の幅及び放射角
が、活性層に対する水平方向及び垂直方向で大きく異な
る（アスペクト比が大きい）。そのために、一般的な球
面の単レンズあるいは２個以上の複合レンズ系では、放
射光のアスペクト比や放射角の比率を同時に調整するこ
とができない。
ザダイオードからの出射光は、発光領域の幅及び放射角
が、活性層に対する水平方向及び垂直方向で大きく異な
る（アスペクト比が大きい）。そのために、一般的な球
面の単レンズあるいは２個以上の複合レンズ系では、放
射光のアスペクト比や放射角の比率を同時に調整するこ
とができない。
【０００５】アスペクト比が大きい出射光を、効率よく
円形断面の光ファイバに結合させたり、あるいは円形に
近いビームウエストを有する光線として空間を伝搬させ
たりする場合には、水平方向及び垂直方向の光線成分に
対してそれぞれ異なる曲率半径を有するレンズを設計す
る必要がある。これは、一般に、回転楕円面のレンズと
なる。ところが、回転楕円面のレンズは、曲面形状が複
雑で射出成形用の金型加工が難しい。
円形断面の光ファイバに結合させたり、あるいは円形に
近いビームウエストを有する光線として空間を伝搬させ
たりする場合には、水平方向及び垂直方向の光線成分に
対してそれぞれ異なる曲率半径を有するレンズを設計す
る必要がある。これは、一般に、回転楕円面のレンズと
なる。ところが、回転楕円面のレンズは、曲面形状が複
雑で射出成形用の金型加工が難しい。
【０００６】本発明の目的は、アスペクト比が大きくフ
ァイバ結合が難しい半導体発光素子であっても、高効率
な結合を容易に且つ安価に実現できる構造の光モジュー
ルを提供することである。本発明の他の目的は、アスペ
クト比が大きい半導体発光素子であっても、円形に近い
ビームウエストを有する光線として空間を伝搬させるこ
とができる光モジュールを容易に且つ安価に実現できる
構造を提供することである。本発明の更に他の目的は、
放射光パターンを水平方向及び垂直方向で自由に変える
ことができ、特に光モジュールに適した構造のレンズを
提供することである。
ァイバ結合が難しい半導体発光素子であっても、高効率
な結合を容易に且つ安価に実現できる構造の光モジュー
ルを提供することである。本発明の他の目的は、アスペ
クト比が大きい半導体発光素子であっても、円形に近い
ビームウエストを有する光線として空間を伝搬させるこ
とができる光モジュールを容易に且つ安価に実現できる
構造を提供することである。本発明の更に他の目的は、
放射光パターンを水平方向及び垂直方向で自由に変える
ことができ、特に光モジュールに適した構造のレンズを
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体発光素
子とレンズとを具備し、それらがハウジングで調芯保持
される光モジュールにおいて、前記レンズは、２個のシ
リンドリカルレンズ部を具備し、それらシリンドリカル
レンズ部が光軸方向で互いに離間した位置で且つ互いに
直交する向きで配置されている光モジュールである。
子とレンズとを具備し、それらがハウジングで調芯保持
される光モジュールにおいて、前記レンズは、２個のシ
リンドリカルレンズ部を具備し、それらシリンドリカル
レンズ部が光軸方向で互いに離間した位置で且つ互いに
直交する向きで配置されている光モジュールである。
【０００８】また本発明は、半導体発光素子とレンズを
具備し、それらがハウジングで保持されると共に該ハウ
ジングにフェルールが固定されており、前記半導体発光
素子とフェルールによって保持された光ファイバとが前
記レンズによって光学的に結合する構造の光モジュール
において、前記レンズは、２個のシリンドリカルレンズ
部を具備し、それらシリンドリカルレンズ部が光軸方向
で互いに離間した位置で且つ互いに直交する向きで配置
されている光モジュールである。
具備し、それらがハウジングで保持されると共に該ハウ
ジングにフェルールが固定されており、前記半導体発光
素子とフェルールによって保持された光ファイバとが前
記レンズによって光学的に結合する構造の光モジュール
において、前記レンズは、２個のシリンドリカルレンズ
部を具備し、それらシリンドリカルレンズ部が光軸方向
で互いに離間した位置で且つ互いに直交する向きで配置
されている光モジュールである。
【０００９】更に本発明は、半導体発光素子とレンズを
具備し、それらがハウジングで保持されると共に該ハウ
ジングで接続相手の光プラグのフェルールが嵌合保持さ
れ、光プラグ接続時に前記半導体発光素子とフェルール
によって保持された光ファイバとが前記レンズによって
光学的に結合する構造の光モジュールにおいて、前記レ
ンズは、２個のシリンドリカルレンズ部を具備し、それ
らシリンドリカルレンズ部が光軸方向で互いに離間した
位置で且つ互いに直交する向きで配置されている光モジ
ュールである。
具備し、それらがハウジングで保持されると共に該ハウ
ジングで接続相手の光プラグのフェルールが嵌合保持さ
れ、光プラグ接続時に前記半導体発光素子とフェルール
によって保持された光ファイバとが前記レンズによって
光学的に結合する構造の光モジュールにおいて、前記レ
ンズは、２個のシリンドリカルレンズ部を具備し、それ
らシリンドリカルレンズ部が光軸方向で互いに離間した
位置で且つ互いに直交する向きで配置されている光モジ
ュールである。
【００１０】これらにおいてレンズは、板状のベース部
分の両面にシリンドリカルレンズ部を直交配置した構造
をなし、透明樹脂製の一体成形品とするのが最適であ
る。それらシリンドリカルレンズ部の曲面形状は、例え
ば次の方程式、 Ｚ＝（（１／Ｒ）Ｘ2 ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）（１
／Ｒ）2 Ｘ2 ）1/2 ） 但し、Ｚは平面からの削り込み量、Ｒ及びＫは定数、Ｘ
は光軸方向とシリンドリカルレンズ部の向きの両方に対
して垂直方向のレンズ中心からの距離 で与えられる非球面とする。
分の両面にシリンドリカルレンズ部を直交配置した構造
をなし、透明樹脂製の一体成形品とするのが最適であ
る。それらシリンドリカルレンズ部の曲面形状は、例え
ば次の方程式、 Ｚ＝（（１／Ｒ）Ｘ2 ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）（１
／Ｒ）2 Ｘ2 ）1/2 ） 但し、Ｚは平面からの削り込み量、Ｒ及びＫは定数、Ｘ
は光軸方向とシリンドリカルレンズ部の向きの両方に対
して垂直方向のレンズ中心からの距離 で与えられる非球面とする。
【００１１】レンズは、板状のベース部分の両面にシリ
ンドリカルレンズ部を直交配置し、透明材料で一体成形
した構造、板状のベース部分の片面にシリンドリカルレ
ンズ部を形成した透明部材を、２個、両方のシリンドリ
カルレンズ部が互いに直交し且つベース部分同士が対向
するように組み合わせた構造などとする。このような構
造にすると、ベース部分の厚みを利用して、出射光の水
平成分及び垂直成分に関して発光点からそれぞれ異なる
距離に有効レンズ面を配置できると共に、それぞれの有
効レンズ面の曲率を独立に設計できる。そのため、自由
度の高い最適レンズ設計が可能となる。
ンドリカルレンズ部を直交配置し、透明材料で一体成形
した構造、板状のベース部分の片面にシリンドリカルレ
ンズ部を形成した透明部材を、２個、両方のシリンドリ
カルレンズ部が互いに直交し且つベース部分同士が対向
するように組み合わせた構造などとする。このような構
造にすると、ベース部分の厚みを利用して、出射光の水
平成分及び垂直成分に関して発光点からそれぞれ異なる
距離に有効レンズ面を配置できると共に、それぞれの有
効レンズ面の曲率を独立に設計できる。そのため、自由
度の高い最適レンズ設計が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る光モジュール
の一例を示す説明図である。Ａは光軸に平行な水平断面
を表しており、Ｂはハウジングのレンズホルダ部の光軸
に垂直な端面を表している。この光モジュールは、気密
封止された半導体発光素子（例えばＬＤ：レーザダイオ
ード）１０と、レンズ１２と、フェルール１４を保持す
るハウジング１６を具備し、前記半導体発光素子１０と
フェルール１４の光ファイバ１５とが前記レンズ１２に
よって光学的に結合するピッグテール型の構造である。
ここでハウジング１６は、半導体発光素子１０を保持す
るＬＤホルダ部２０と、レンズ１２を装着するレンズホ
ルダ部２２とを別部材として作製し、両者を調芯固定す
る構造になっている。なお、レンズホルダ部２２の一方
の端部には、フェルール１４を固定するためのフェルー
ル取付部２４が同軸上に一体的に突設されている。
の一例を示す説明図である。Ａは光軸に平行な水平断面
を表しており、Ｂはハウジングのレンズホルダ部の光軸
に垂直な端面を表している。この光モジュールは、気密
封止された半導体発光素子（例えばＬＤ：レーザダイオ
ード）１０と、レンズ１２と、フェルール１４を保持す
るハウジング１６を具備し、前記半導体発光素子１０と
フェルール１４の光ファイバ１５とが前記レンズ１２に
よって光学的に結合するピッグテール型の構造である。
ここでハウジング１６は、半導体発光素子１０を保持す
るＬＤホルダ部２０と、レンズ１２を装着するレンズホ
ルダ部２２とを別部材として作製し、両者を調芯固定す
る構造になっている。なお、レンズホルダ部２２の一方
の端部には、フェルール１４を固定するためのフェルー
ル取付部２４が同軸上に一体的に突設されている。
【００１３】ここで光モジュールに組み込むレンズ１２
は、２個のシリンドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを具
備し、それらが光軸方向で互いに離間した位置で且つ互
いに直交する向きで配置されている。図示の例では、レ
ンズ１２は、円板状のベース部分１２ｃの両面にシリン
ドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを直交配置した構造を
なす透明樹脂製の一体成形品である。直交配置の状況を
図２に示す。クロスハッチングを施した長方形の部分は
レンズの第１面（入射面）に位置するシリンドリカルレ
ンズ部分１２ａを表しており、破線で囲んだ長方形の部
分はレンズの第２面（出射面）に位置するシリンドリカ
ルレンズ部分１２ｂを表している。
は、２個のシリンドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを具
備し、それらが光軸方向で互いに離間した位置で且つ互
いに直交する向きで配置されている。図示の例では、レ
ンズ１２は、円板状のベース部分１２ｃの両面にシリン
ドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを直交配置した構造を
なす透明樹脂製の一体成形品である。直交配置の状況を
図２に示す。クロスハッチングを施した長方形の部分は
レンズの第１面（入射面）に位置するシリンドリカルレ
ンズ部分１２ａを表しており、破線で囲んだ長方形の部
分はレンズの第２面（出射面）に位置するシリンドリカ
ルレンズ部分１２ｂを表している。
【００１４】ＬＤホルダ部２０は金属製のほぼ筒状体
で、その一端側に薄肉構造のＬＤ取付部２０ａを有す
る。ここで半導体発光素子１０は、素子本体が気密パッ
ケージ部１０ａ内に封入され、ベース部１０ｂを貫通す
るようにリード１０ｃが設けられている構造である。気
密パッケージ部１０ａをＬＤホルダ部２０に挿入し、ベ
ース部１０ｂをＬＤ取付部２０ａに嵌め込んで周囲を溶
接により固定する。
で、その一端側に薄肉構造のＬＤ取付部２０ａを有す
る。ここで半導体発光素子１０は、素子本体が気密パッ
ケージ部１０ａ内に封入され、ベース部１０ｂを貫通す
るようにリード１０ｃが設けられている構造である。気
密パッケージ部１０ａをＬＤホルダ部２０に挿入し、ベ
ース部１０ｂをＬＤ取付部２０ａに嵌め込んで周囲を溶
接により固定する。
【００１５】レンズホルダ部２２も金属製のほぼ筒状構
造体であって、その一端側の内周にレンズ取付部を有
し、他端側にフェルール取付部２４が位置する。レンズ
取付部は内周面に段差部分を有し、他方、レンズ１２の
板状ベース部分１２ｃは大径部分と小径部分とからなる
段付き構造として、該小径部分を嵌め込むようにし、前
記段差部分にてレンズ１２の板状ベース部分１２ｃの周
囲を接着剤２６で固定するようになっている。レンズ１
２のベース部分１２ｃの外周近傍の接着代を図２で符号
３０で示す。フェルール取付部２４は薄肉の円筒形状を
なし、その内部にフェルール１４を所定の位置まで挿入
して周囲を溶接により固定するようになっている。
造体であって、その一端側の内周にレンズ取付部を有
し、他端側にフェルール取付部２４が位置する。レンズ
取付部は内周面に段差部分を有し、他方、レンズ１２の
板状ベース部分１２ｃは大径部分と小径部分とからなる
段付き構造として、該小径部分を嵌め込むようにし、前
記段差部分にてレンズ１２の板状ベース部分１２ｃの周
囲を接着剤２６で固定するようになっている。レンズ１
２のベース部分１２ｃの外周近傍の接着代を図２で符号
３０で示す。フェルール取付部２４は薄肉の円筒形状を
なし、その内部にフェルール１４を所定の位置まで挿入
して周囲を溶接により固定するようになっている。
【００１６】そして、このように部品を組み付けたＬＤ
ホルダ部２０とレンズホルダ部２２の端面同士を衝き合
わせ、半導体発光素子１０からのレーザ光を光ファイバ
１５でモニタしながら調芯し、溶接により結合するよう
にして光モジュールを組み立てる。
ホルダ部２０とレンズホルダ部２２の端面同士を衝き合
わせ、半導体発光素子１０からのレーザ光を光ファイバ
１５でモニタしながら調芯し、溶接により結合するよう
にして光モジュールを組み立てる。
【００１７】図３は本発明に係る光モジュールの他の例
を示す水平断面図である。この光モジュールは、気密封
止された半導体発光素子（例えばＬＤ：レーザダイオー
ド）１０と、レンズ１２と、それらを保持すると共に接
続相手の光プラグのフェルール（図示するのを省略す
る）を嵌合保持するハウジング３６を具備し、光プラグ
接続時に前記半導体発光素子１０とフェルールによって
保持された光ファイバとが前記レンズ１２によって光学
的に結合するレセプタクル型の構造である。
を示す水平断面図である。この光モジュールは、気密封
止された半導体発光素子（例えばＬＤ：レーザダイオー
ド）１０と、レンズ１２と、それらを保持すると共に接
続相手の光プラグのフェルール（図示するのを省略す
る）を嵌合保持するハウジング３６を具備し、光プラグ
接続時に前記半導体発光素子１０とフェルールによって
保持された光ファイバとが前記レンズ１２によって光学
的に結合するレセプタクル型の構造である。
【００１８】ここでハウジング３６は、全体がほぼ筒型
状を呈する樹脂製の一体成形品であり、一方の端部（図
３で左側の端部）３６ａで半導体発光素子１０を保持
し、内部中央寄りの部分にレンズ１２を装着する。ハウ
ジング３６の中央付近から反対側の端部にかけてはレセ
プタクル部４４となっており、このレセプタクル部４４
が、接続相手の光プラグのフェルールが丁度嵌入するボ
ア（空洞部）４５を有する部分である。
状を呈する樹脂製の一体成形品であり、一方の端部（図
３で左側の端部）３６ａで半導体発光素子１０を保持
し、内部中央寄りの部分にレンズ１２を装着する。ハウ
ジング３６の中央付近から反対側の端部にかけてはレセ
プタクル部４４となっており、このレセプタクル部４４
が、接続相手の光プラグのフェルールが丁度嵌入するボ
ア（空洞部）４５を有する部分である。
【００１９】この光モジュールに組み込むレンズ１２
は、前記実施例のレンズと同様の構造である。２個のシ
リンドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを具備し、それら
が光軸方向で互いに離間した位置で且つ互いに直交する
向きで配置されている。レンズ１２は、そのベース部分
１２ｃの外周近傍を、ハウジング３６の内周面に設けら
れている段差部分に当接し、該段差部分にてレンズの板
状ベース部分１２ｃの周囲で接着剤２６によって固定す
る。
は、前記実施例のレンズと同様の構造である。２個のシ
リンドリカルレンズ部１２ａ，１２ｂを具備し、それら
が光軸方向で互いに離間した位置で且つ互いに直交する
向きで配置されている。レンズ１２は、そのベース部分
１２ｃの外周近傍を、ハウジング３６の内周面に設けら
れている段差部分に当接し、該段差部分にてレンズの板
状ベース部分１２ｃの周囲で接着剤２６によって固定す
る。
【００２０】このようにレンズ１２を内蔵したハウジン
グ３６に半導体発光素子１０を調芯し結合する。この半
導体発光素子１０も、素子本体が気密パッケージ部１０
ａ内に封入され、ベース部１０ｂをリード１０ｃが貫通
している構造である。ハウジング３６のレセプタクル部
４４内に光プラグのフェルールを装着した状態で、半導
体発光素子１０のベース部１０ｂがハウジング３６の端
部３６ａに当接するように気密パッケージ部１０ａを挿
入し、半導体発光素子１０からのレーザ光を光プラグの
光ファイバでモニタしながら調芯し、ベース部１０ｂの
周囲を樹脂接着剤４８で固定する。
グ３６に半導体発光素子１０を調芯し結合する。この半
導体発光素子１０も、素子本体が気密パッケージ部１０
ａ内に封入され、ベース部１０ｂをリード１０ｃが貫通
している構造である。ハウジング３６のレセプタクル部
４４内に光プラグのフェルールを装着した状態で、半導
体発光素子１０のベース部１０ｂがハウジング３６の端
部３６ａに当接するように気密パッケージ部１０ａを挿
入し、半導体発光素子１０からのレーザ光を光プラグの
光ファイバでモニタしながら調芯し、ベース部１０ｂの
周囲を樹脂接着剤４８で固定する。
【００２１】本発明に係る光ファイバの更に他の例とし
ては、半導体発光素子からの出射光を光ファイバに結合
させるのではなく、空間に放射する構造がある。そのよ
うな場合には、例えば図１において薄肉円筒状のファイ
バ取付部が無い構造、あるいは図３においてレセプタク
ル部が無い構造のハウジングを用いればよい。
ては、半導体発光素子からの出射光を光ファイバに結合
させるのではなく、空間に放射する構造がある。そのよ
うな場合には、例えば図１において薄肉円筒状のファイ
バ取付部が無い構造、あるいは図３においてレセプタク
ル部が無い構造のハウジングを用いればよい。
【００２２】本発明において、ハウジングの形状、構
造、材質、接合法などは任意である。ハウジングは、上
記のようにＬＤホルダ部とレンズホルダ部との別体構造
でもよいし、あるいは一体構造でもよい。半導体発光素
子は、ＬＤホルダ部に取り付ける構造でもよいし、その
ベース部分をハウジングの端面に当接接合する構造など
でもよく、接合法に応じた適当な構造とすればよい。ま
たハウジングの材質は、金属製に限らず合成樹脂製など
でもよい。接合法は、上記のようにハウジングの材質は
構造に応じて、レーザ溶接あるいは接着のいずれかを選
ぶのが一般的であるが、場合によっては機械的な固定法
も可能である。
造、材質、接合法などは任意である。ハウジングは、上
記のようにＬＤホルダ部とレンズホルダ部との別体構造
でもよいし、あるいは一体構造でもよい。半導体発光素
子は、ＬＤホルダ部に取り付ける構造でもよいし、その
ベース部分をハウジングの端面に当接接合する構造など
でもよく、接合法に応じた適当な構造とすればよい。ま
たハウジングの材質は、金属製に限らず合成樹脂製など
でもよい。接合法は、上記のようにハウジングの材質は
構造に応じて、レーザ溶接あるいは接着のいずれかを選
ぶのが一般的であるが、場合によっては機械的な固定法
も可能である。
【００２３】一体構造のレンズは、金型を作製して透明
樹脂を射出成形することで容易に製作できる。勿論、ガ
ラス母材を使用したプレス成形でも製作できる。あるい
はレンズの第１面側と第２面側を別々に成形して組み合
わせる構造でもよい。即ち、板状のベース部分の片面に
シリンドリカルレンズ部を設けた部材を、２個、背中合
わせに（板状のベース部分同士が対向するように）組み
合わせる構造である。勿論、ベース部分同士を接着して
もよい。そのような２体物とすると、レンズ部分相互の
軸出し調芯（平面内）が必要になるが、それぞれ別個に
製造できるし、光軸方向の位置調整も可能となるため、
集光ビーム形状の調整自由度が増える利点が生じる。な
お、前記シリンドリカルレンズ部の曲面形状を表す方程
式は、ガウシアン分布の放射光に対して有用な曲面を生
成する。シリンドリカルレンズ部は、端面を垂直に切り
落とした形状でもよいが、実際の設計では図１あるいは
図３に示すように端面の突出高さを徐々にベース面まで
近づける形状にしている。
樹脂を射出成形することで容易に製作できる。勿論、ガ
ラス母材を使用したプレス成形でも製作できる。あるい
はレンズの第１面側と第２面側を別々に成形して組み合
わせる構造でもよい。即ち、板状のベース部分の片面に
シリンドリカルレンズ部を設けた部材を、２個、背中合
わせに（板状のベース部分同士が対向するように）組み
合わせる構造である。勿論、ベース部分同士を接着して
もよい。そのような２体物とすると、レンズ部分相互の
軸出し調芯（平面内）が必要になるが、それぞれ別個に
製造できるし、光軸方向の位置調整も可能となるため、
集光ビーム形状の調整自由度が増える利点が生じる。な
お、前記シリンドリカルレンズ部の曲面形状を表す方程
式は、ガウシアン分布の放射光に対して有用な曲面を生
成する。シリンドリカルレンズ部は、端面を垂直に切り
落とした形状でもよいが、実際の設計では図１あるいは
図３に示すように端面の突出高さを徐々にベース面まで
近づける形状にしている。
【００２４】半導体発光素子としては、上記レーザダイ
オードの他、発光ダイオード（ＬＥＤ）なども使用可能
である。発光ダイオードは比較的円形の放射光パターン
が多いが、逆にその円形の放射光パターンを扁平な放射
光パターンに変換したい場合にも応用でき、例えばスラ
ブ導波路などへの光結合を行うために放射光パターンを
整形するビーム変換器などとして利用可能である。
オードの他、発光ダイオード（ＬＥＤ）なども使用可能
である。発光ダイオードは比較的円形の放射光パターン
が多いが、逆にその円形の放射光パターンを扁平な放射
光パターンに変換したい場合にも応用でき、例えばスラ
ブ導波路などへの光結合を行うために放射光パターンを
整形するビーム変換器などとして利用可能である。
【００２５】
【実施例】半導体発光素子として１Ｗ級の高出力を実現
するためにチャンネル幅を約１００μｍに広げたレーザ
ダイオードを用い、該レーザダイオードとグレーデッド
インデックス型ファイバ（ＧＩ−５０／１２５：コア径
／クラッド径）を、レンズを介して光学結合させ、図１
に示すようなピッグテール型の光モジュールを作製し
た。
するためにチャンネル幅を約１００μｍに広げたレーザ
ダイオードを用い、該レーザダイオードとグレーデッド
インデックス型ファイバ（ＧＩ−５０／１２５：コア径
／クラッド径）を、レンズを介して光学結合させ、図１
に示すようなピッグテール型の光モジュールを作製し
た。
【００２６】使用したレーザダイオードのニアフィール
ドパターンは１００μｍ×３μｍ、放射角は１０度×３
０度（いずれも水平方向×垂直方向）であり、アスペク
ト比は大きい。放射光パターンをモデル化し、光線追跡
法によってレンズ設計を行った。図４はレンズの動作説
明図である。Ａは垂直方向、Ｂは水平方向を示してい
る。レンズ１２の第１面側のシリンドリカルレンズ部１
２ａは水平方向に配置され、第２面側のシリンドリカル
レンズ部１２ｂは垂直方向に配置されている。
ドパターンは１００μｍ×３μｍ、放射角は１０度×３
０度（いずれも水平方向×垂直方向）であり、アスペク
ト比は大きい。放射光パターンをモデル化し、光線追跡
法によってレンズ設計を行った。図４はレンズの動作説
明図である。Ａは垂直方向、Ｂは水平方向を示してい
る。レンズ１２の第１面側のシリンドリカルレンズ部１
２ａは水平方向に配置され、第２面側のシリンドリカル
レンズ部１２ｂは垂直方向に配置されている。
【００２７】レンズ材料としてアクリル系の透明樹脂を
用いているため、レンズの屈折率は１．５１に設定し
た。その結果、レンズ第１面の頂線は発光点からの距離
ｄ1 を２．５mmにおき、その面形状は垂直方向ビームに
対して次の非球面方程式、 Ｚ＝（（１／Ｒ）Ｘ2 ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）（１
／Ｒ）2 Ｘ2 ）1/2 ） 但し、Ｚは平面からの削り込み量、Ｘは光軸方向とシリ
ンドリカルレンズ部の向きの両方に対して垂直方向のレ
ンズ中心からの距離 においてＲ＝０．７５、Ｋ＝−１．４とした曲率を有す
るシリンドリカル面とした。またレンズ第２面の頂線は
発光点からの距離ｄ2 を６．０mmにおき、その面形状は
水平方向ビームに対して上記の非球面方程式においてＲ
＝−０．８５、Ｋ＝−１．３とした曲率を有するシリン
ドリカル面とした。
用いているため、レンズの屈折率は１．５１に設定し
た。その結果、レンズ第１面の頂線は発光点からの距離
ｄ1 を２．５mmにおき、その面形状は垂直方向ビームに
対して次の非球面方程式、 Ｚ＝（（１／Ｒ）Ｘ2 ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）（１
／Ｒ）2 Ｘ2 ）1/2 ） 但し、Ｚは平面からの削り込み量、Ｘは光軸方向とシリ
ンドリカルレンズ部の向きの両方に対して垂直方向のレ
ンズ中心からの距離 においてＲ＝０．７５、Ｋ＝−１．４とした曲率を有す
るシリンドリカル面とした。またレンズ第２面の頂線は
発光点からの距離ｄ2 を６．０mmにおき、その面形状は
水平方向ビームに対して上記の非球面方程式においてＲ
＝−０．８５、Ｋ＝−１．３とした曲率を有するシリン
ドリカル面とした。
【００２８】これらのシリンドリカル面を両面に直交配
置したレンズを、アクリル系透明樹脂を材料として射出
成形した。レンズ外径は５mm、厚さ４mm、有効レンズ領
域は２．５mm×２．５mmとした。
置したレンズを、アクリル系透明樹脂を材料として射出
成形した。レンズ外径は５mm、厚さ４mm、有効レンズ領
域は２．５mm×２．５mmとした。
【００２９】予め、レンズとフェルールをレンズホルダ
部に同軸上に固着し、他方、レーザダイオードをＬＤホ
ルダ部に固着しておき、レンズホルダ部とＬＤホルダ部
の相互間で光軸の調芯を実施した後、両者をＹＡＧレー
ザパルスにより周辺部をスポット溶接し結合した。調芯
の際は、レーザダイオードを点灯し、光ファイバからの
出射光量を光パワーメータで随時モニタし、光量が最大
となる位置関係を探索した。
部に同軸上に固着し、他方、レーザダイオードをＬＤホ
ルダ部に固着しておき、レンズホルダ部とＬＤホルダ部
の相互間で光軸の調芯を実施した後、両者をＹＡＧレー
ザパルスにより周辺部をスポット溶接し結合した。調芯
の際は、レーザダイオードを点灯し、光ファイバからの
出射光量を光パワーメータで随時モニタし、光量が最大
となる位置関係を探索した。
【００３０】このようにして製作した光モジュールの結
合効率（ファイバ結合光量／レーザダイオード全出射光
量）は８４％となり、従来の２枚系球面レンズを使用し
た場合の４５％を大きく上回った。これによって、本発
明に係る光モジュールの光学系の有効性が立証された。
また、レンズで変換されたビーム形状を測定すると、光
ファイバ端面位置で３２μｍ×１０μｍ、入射ＮＡは
０．１９×０．１６（いずれも水平方向×垂直方向）で
あり、アスペクト比が設計通り改善されていることが確
認できた。
合効率（ファイバ結合光量／レーザダイオード全出射光
量）は８４％となり、従来の２枚系球面レンズを使用し
た場合の４５％を大きく上回った。これによって、本発
明に係る光モジュールの光学系の有効性が立証された。
また、レンズで変換されたビーム形状を測定すると、光
ファイバ端面位置で３２μｍ×１０μｍ、入射ＮＡは
０．１９×０．１６（いずれも水平方向×垂直方向）で
あり、アスペクト比が設計通り改善されていることが確
認できた。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上記のように、２個のシリンド
リカルレンズ部を離間させて直交配置したレンズを組み
込んだ光モジュールであるから、出射光の水平成分及び
垂直成分に関して発光点からそれぞれ異なる距離に有効
レンズ面を配置できると共に、それぞれの有効レンズ面
の曲率を独立に設計でき、自由度の高い最適レンズ設計
が可能となる。これによって、発光素子から出射する光
を他の部材に光結合させる光モジュールにおいて、結合
効率を高くでき、また放射光パターンの整形も容易に行
える。
リカルレンズ部を離間させて直交配置したレンズを組み
込んだ光モジュールであるから、出射光の水平成分及び
垂直成分に関して発光点からそれぞれ異なる距離に有効
レンズ面を配置できると共に、それぞれの有効レンズ面
の曲率を独立に設計でき、自由度の高い最適レンズ設計
が可能となる。これによって、発光素子から出射する光
を他の部材に光結合させる光モジュールにおいて、結合
効率を高くでき、また放射光パターンの整形も容易に行
える。
【００３２】本発明で用いるレンズは、金型加工に関し
ても、精度を要求される有効レンズ領域は２次元的（蒲
鉾型）加工で済むため、曲率の小さな面も比較的加工が
容易であり、透明材料の成形、例えば透明樹脂の射出成
形などにより容易に且つ安価に量産できる。
ても、精度を要求される有効レンズ領域は２次元的（蒲
鉾型）加工で済むため、曲率の小さな面も比較的加工が
容易であり、透明材料の成形、例えば透明樹脂の射出成
形などにより容易に且つ安価に量産できる。
【図１】本発明に係る光モジュールの一例を示す説明
図。
図。
【図２】半導体発光素子側から見たレンズの正面図。
【図３】本発明に係る光モジュールの他の例を示す水平
断面図。
断面図。
【図４】レンズの動作説明図。
１０ 半導体発光素子 １２ レンズ １２ａ，１２ｂ シリンドリカルレンズ部 １２ｃ 板状のベース部 １４ フェルール １６ ハウジング ２０ ＬＤホルダ部 ２２ レンズホルダ部 ２４ フェルール取付部
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体発光素子とレンズを具備し、それ
らがハウジングで調芯保持される光モジュールにおい
て、 前記レンズは、２個のシリンドリカルレンズ部を具備
し、それらシリンドリカルレンズ部が光軸方向で互いに
離間した位置で且つ互いに直交する向きで配置されてい
ることを特徴とする光モジュール。 - 【請求項２】 半導体発光素子とレンズを具備し、それ
らがハウジングで保持されると共に該ハウジングにフェ
ルールが固定されており、前記半導体発光素子とフェル
ールによって保持された光ファイバとが前記レンズによ
って光学的に結合する構造の光モジュールにおいて、 前記レンズは、２個のシリンドリカルレンズ部を具備
し、それらシリンドリカルレンズ部が光軸方向で互いに
離間した位置で且つ互いに直交する向きで配置されてい
ることを特徴とする光モジュール。 - 【請求項３】 半導体発光素子とレンズを具備し、それ
らがハウジングで保持されると共に、該ハウジングによ
って接続相手の光プラグのフェルールが嵌合保持され、
光プラグ接続時に前記半導体発光素子とフェルールによ
って保持された光ファイバとが前記レンズによって光学
的に結合する構造の光モジュールにおいて、 前記レンズは、２個のシリンドリカルレンズ部を具備
し、それらシリンドリカルレンズ部が光軸方向で互いに
離間した位置で且つ互いに直交する向きで配置されてい
ることを特徴とする光モジュール。 - 【請求項４】 レンズは、板状のベース部分の両面にシ
リンドリカルレンズ部を直交配置した構造をなし、透明
材料からなる一体成形品である請求項１乃至３のいずれ
かに記載の光モジュール。 - 【請求項５】 レンズは、板状のベース部分の片面にシ
リンドリカルレンズ部を形成した透明部材を、２個、両
方のシリンドリカルレンズ部が互いに直交し且つベース
部分同士が対向するように組み合わせた構造をなしてい
る請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュール。 - 【請求項６】 シリンドリカルレンズ部の曲面形状が、
次の方程式 Ｚ＝（（１／Ｒ）Ｘ2 ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）（１
／Ｒ）2 Ｘ2 ）1/2 ） 但し、Ｚは平面からの削り込み量、Ｒ及びＫは定数、Ｘ
は光軸方向とシリンドリカルレンズ部の向きの両方に対
して垂直方向のレンズ中心からの距離 で与えられる非球面である請求項１乃至５のいずれかに
記載の光モジュール。 - 【請求項７】 板状のベース部分の両面にシリンドリカ
ルレンズ部を直交配置した構造をなし、全体が透明樹脂
により一体成形されていることを特徴とする放射光パタ
ーン整形用のレンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000305894A JP2001188151A (ja) | 1999-10-18 | 2000-10-05 | 光モジュール |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-295876 | 1999-10-18 | ||
| JP29587699 | 1999-10-18 | ||
| JP2000305894A JP2001188151A (ja) | 1999-10-18 | 2000-10-05 | 光モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001188151A true JP2001188151A (ja) | 2001-07-10 |
Family
ID=26560445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000305894A Pending JP2001188151A (ja) | 1999-10-18 | 2000-10-05 | 光モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001188151A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100497371B1 (ko) * | 2002-12-07 | 2005-06-28 | 삼성전자주식회사 | 광출력모듈 및 이를 채용한 광픽업장치 |
| JP2009036650A (ja) * | 2007-08-02 | 2009-02-19 | Minebea Co Ltd | 半導体リングレーザジャイロ |
| US7580601B2 (en) | 2003-11-21 | 2009-08-25 | Fujinon Corporation | Anamorphic aspherical beam focusing lens |
| JP2009194337A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 光半導体パッケージ |
| JP2013502723A (ja) * | 2009-08-20 | 2013-01-24 | ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー， エルエルシー | 高平均出力レーザ用の空間フィルタ |
| JPWO2014057666A1 (ja) * | 2012-10-10 | 2016-08-25 | 株式会社エンプラス | 光結合素子およびこれを備えた光モジュール |
| JP2018186234A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | 株式会社デンソー | 半導体レーザ装置 |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000305894A patent/JP2001188151A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100497371B1 (ko) * | 2002-12-07 | 2005-06-28 | 삼성전자주식회사 | 광출력모듈 및 이를 채용한 광픽업장치 |
| US7580601B2 (en) | 2003-11-21 | 2009-08-25 | Fujinon Corporation | Anamorphic aspherical beam focusing lens |
| JP2009036650A (ja) * | 2007-08-02 | 2009-02-19 | Minebea Co Ltd | 半導体リングレーザジャイロ |
| JP2009194337A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 光半導体パッケージ |
| JP2013502723A (ja) * | 2009-08-20 | 2013-01-24 | ローレンス リバモア ナショナル セキュリティー， エルエルシー | 高平均出力レーザ用の空間フィルタ |
| JPWO2014057666A1 (ja) * | 2012-10-10 | 2016-08-25 | 株式会社エンプラス | 光結合素子およびこれを備えた光モジュール |
| JP2018186234A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | 株式会社デンソー | 半導体レーザ装置 |
| JP6996108B2 (ja) | 2017-04-27 | 2022-01-17 | 株式会社デンソー | 半導体レーザ装置 |
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