JP2004151416A - 光学素子ユニット - Google Patents
光学素子ユニット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004151416A JP2004151416A JP2002317140A JP2002317140A JP2004151416A JP 2004151416 A JP2004151416 A JP 2004151416A JP 2002317140 A JP2002317140 A JP 2002317140A JP 2002317140 A JP2002317140 A JP 2002317140A JP 2004151416 A JP2004151416 A JP 2004151416A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical element
- optical
- element unit
- solder
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
【課題】構造が簡素化された光学素子ユニットを提供する。
【解決手段】ベース部２２には半導体レーザ４１がサブマウント３２を介して固定され、半導体レーザ４１により基準光軸５が決定される。固定部２２１にはＵ型の断面形状を有する溝２２２が形成されており、溝２２２にはんだ３１が付与されて溶融され、支持アーム６１に支持されたコリメータレンズ４２が溝２２２へと移動する。半導体レーザ４１から出射された光ビームはコリメータレンズ４２を介して撮像部７へと導かれ、光ビームの状態を示す画像が取得される。画像に基づいてコリメータレンズ４２が基準光軸５に対して位置決めされ、ベース部２２との間にはんだ３１を介在させつつベース部２２と非接触の状態で固定される。これにより、コリメータレンズ４２が基準光軸５に対して高精度に位置決めされた光学素子ユニット１１の構造を簡素化することができる。
【選択図】 図４
【解決手段】ベース部２２には半導体レーザ４１がサブマウント３２を介して固定され、半導体レーザ４１により基準光軸５が決定される。固定部２２１にはＵ型の断面形状を有する溝２２２が形成されており、溝２２２にはんだ３１が付与されて溶融され、支持アーム６１に支持されたコリメータレンズ４２が溝２２２へと移動する。半導体レーザ４１から出射された光ビームはコリメータレンズ４２を介して撮像部７へと導かれ、光ビームの状態を示す画像が取得される。画像に基づいてコリメータレンズ４２が基準光軸５に対して位置決めされ、ベース部２２との間にはんだ３１を介在させつつベース部２２と非接触の状態で固定される。これにより、コリメータレンズ４２が基準光軸５に対して高精度に位置決めされた光学素子ユニット１１の構造を簡素化することができる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子ユニット（すなわち、光学素子の組み立て部品であり、例えば、光ファイバの組み立て部品や光通信用デバイス等）において、微小な光学素子を所定の光軸に対して位置決めして固定する（いわゆる、アライメントであり、位置および姿勢を調整する）手法として、光学素子を保持部材の接触面に当接させつつ１または２方向に移動して位置決めし、はんだや接着剤（例えば、紫外線硬化樹脂を含む接着剤）を周囲に充填して固定したり、あるいは、ＹＡＧレーザ等の高エネルギのパルス光を照射するレーザ融着やガラスパウダを用いるガラス融着等により固定することが従来より行われている。
【０００３】
例えば、光源等に利用される半導体レーザでは、出射する光ビームの広がり角が大きいため（例えば、数１０度）、一般的には、コリメータレンズを組み合わせることにより光ビームが平行光とされる。具体的には、図１に示すように半導体レーザ９１を固定した保持部材９２に接触面９２ａを設け、コリメータレンズ９３が固定された調整補助部材９４が接触面９２ａに当接するように挿入される。そして、調整補助部材９４を図１中の矢印９５の方向に移動することで光ビームの平行度を調整するコリメート調整が行われ、調整補助部材９４と保持部材９２とが固定される。
【０００４】
また、光ファイバ通信等の光ファイバを用いるアプリケーションに利用されるマルチチャンネルの光ファイバコネクタ（例えば、通信容量を増加するためのマルチチャンネル伝送に使用される。）や、レーザ走査型の画像出力装置等の光源ユニット等では複数の光ファイバが１次元または２次元に高精度に配列される。光ファイバを配列するには、図２に示すようにＶ型の断面形状を有する溝９６がセラミックスにより形成された保持部材９７にダイヤモンドカッタ等を用いて配列形成される。そして、光ファイバ９８が溝９６の側面９６ａに当接しつつ位置決めされた後、固定される。
【０００５】
なお、関連する技術としては以下の文献に記載されたものがある。
【０００６】
【非特許文献１】
「光技術コンタクト」，社団法人日本オプトメカトロニクス協会，平成８年１２月２０日，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１２（１９９６），ｐ．６１９−６２７，６３６−６４０
【非特許文献２】
「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」，株式会社オプトロニクス社，平成１１年４月１０日，Ｎｏ．４（１９９９），ｐ．１２９−１３３，１４０−１４９
【非特許文献３】
「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」，株式会社オプトロニクス社，平成１１年７月１０日，Ｎｏ．７（１９９９），ｐ．１４９−１５５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１に示す例において、コリメータレンズ９３は矢印９５の方向にのみ移動可能であり、他の方向に関する位置または姿勢は各部材の加工精度等により決定されるため、半導体レーザ９１の光ビームの出射角が微小にずれている等、微調整が必要とされる場合であっても調整することが困難である。また、調整の自由度を上げようとすると、複雑な構造となってしまうため、製造コストの上昇等の弊害が生じる。
【０００８】
図２に示す例では、一般的に、温度変化等の影響が少ないセラミックスが保持部材９７として使用されるが、セラミックスは高価である上に加工コストも高くなってしまう。さらに、この手法では、複雑な配列に対応することが困難である。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学素子が高精度に位置決めされた光学素子ユニットの構造を簡素化することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光学素子ユニットであって、所定の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、前記ベース部と非接触にて前記基準光軸に対して位置決めされた光学素子と、前記光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだとを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子ユニットであって、前記ベース部が前記基準光軸を決定する他の光学素子に対して固定された部位である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子がコリメータレンズである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光学素子ユニットであって、前記他の光学素子が半導体発光素子である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子がマイクロレンズアレイに含まれるレンズである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２または５に記載の光学素子ユニットであって、前記他の光学素子が光導波路素子である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子が光ファイバである。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、光学素子ユニットであって、複数の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、前記ベース部と非接触にて前記複数の基準光軸に対してそれぞれが位置決めされた複数の光学素子と、各光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記各光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだとを備える。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光学素子ユニットであって、前記複数の光学素子のそれぞれが光ファイバである。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の光学素子ユニットであって、前記複数の基準光軸のそれぞれがマイクロレンズアレイにより決定される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３（ａ）ないし（ｃ）は本発明に係る光学素子ユニットの基本構成を示す図である。図３（ａ）に示す第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａにおいて、所定の光軸５（すなわち、光学素子が位置決めされる際の基準となる軸であり、以下、「基準光軸５」という。）が相対的に固定されたベース部２の上方に基準光軸５に対して位置決めされた光学素子４が位置する。ベース部２と光学素子４との間には、はんだ３が介在し、光学素子４がベース部２に対して非接触にて固定される。光学素子４が位置決めされる際には、支持部６により支持されつつ、互いに直交する３軸方向（すなわち、図３（ａ）中のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向）に移動可能とされ、さらに、各軸に平行な回動軸（以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を向く回動軸をそれぞれα，β，γ軸と呼ぶ。）を中心として回動可能とされる。これにより、光学素子４は基準光軸５に対して位置決めされる。
【００２１】
図３（ｂ）に示す第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂでは、２つの光学素子４のうち一方に相対的に固定された（すなわち、一方の光学素子４により決定される）基準光軸５に対して他方の光学素子４が位置決めされつつ、互いに非接触にてはんだ３を介して固定される。また、図３（ｃ）に示す第３の基本構成に係る光学素子ユニット１ｃでは、基準光軸５が相対的に固定されたベース部２の上方に基準光軸５に対してそれぞれ位置決めされた複数の光学素子４が位置し、各光学素子４は、はんだ３を介在させてベース部２に対して非接触にて固定される。光学素子ユニット１ｂ，１ｃが製作される場合には、６軸の自由度を有する支持部６により各光学素子４が位置決めされる。
【００２２】
なお、第２の基本構成は、一方の光学素子４により他方の光学素子４の位置決めの基準となる基準光軸５が決定され、一方の光学素子４の一部が第１の基本構成におけるベース部２に相当すると捉えると、第２の基本構成は第１の基本構成の応用であるといえる。また、第３の基本構成においても、基準光軸５を決定する一方の光学素子４が固定されたベース部２に対して他方の光学素子４が位置決めされると捉えた場合、第３の基本構成は第１の基本構成の応用であるといえる。
【００２３】
図４は本発明の第１の実施の形態に係る光学素子ユニット１１を製作する様子を示す図である。光学素子ユニット１１は、コリメータレンズ４２が半導体レーザ４１に対して位置決めされつつ固定されることにより製作され、コリメータレンズ４２により半導体レーザ４１からの出射光が平行光とされる。以下、光学素子ユニット１１を半導体レーザモジュール１１と呼ぶ。
【００２４】
図５は半導体レーザモジュール１１を製作する工程の流れを示す図である。以下、図４を参照しながら図５に沿って半導体レーザモジュール１１の製作工程および構造について説明する。
【００２５】
ベース部２２には、図４中の（Ｙ）方向に突出する固定部２２１が設けられ、固定部２２１にはＵ型の断面形状を有する溝２２２が形成される。光ビームを出射する半導体レーザ４１は、はんだ３２を介して板状のサブマウント２１に固定され、サブマウント２１は、はんだ３３（好ましくは、融点がはんだ３２より低いもの）を介してベース部２２に固定される。このとき、半導体レーザ４１の光ビームを出射する面が固定部２２１に対向するように配置される。半導体レーザ４１の取り付けにより、半導体レーザ４１が出射する光ビームに対応する基準光軸５がベース部２２に対して決定されることとなる（ステップＳ１１）。
【００２６】
続いて、ベース部２２とは別の場所でコリメータレンズ４２がはんだ６０を介して支持アーム６１により支持される（ステップＳ１２）。コリメータレンズ４２はガラスにより形成されるが、はんだ６０を介して支持アーム６１の先端に固定するために外周面に金等の金属が予め蒸着されている（いわゆる、メタライズされている）。なお、支持アーム６１は図４中のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動、および、α，β，γ軸（すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を向く軸）を中心とする回動が可能とされる。
【００２７】
固定部２２１の溝２２２には、粉末のはんだ３１（例えばボールはんだやクリームはんだなど）が付与される。はんだ３１は融点がはんだ３２，３３，６０の融点よりも低いもの（例えば、融点が１４０度のもの）が利用され、ベース部２２は図示省略のヒータによりはんだ３１の融点まで加熱される。はんだ３１が溶融すると、支持アーム６１によりコリメータレンズ４２が溝２２２へと移動する（ステップＳ１３）。
【００２８】
半導体レーザ４１には、図示省略の半導体レーザ駆動部が電気的に接続され、半導体レーザ駆動部の制御により半導体レーザ４１から光ビームがコリメータレンズ４２（すなわち、図４中の（−Ｚ）方向）に向けて出射される。光ビームはコリメータレンズ４２を介してベース部２２の（−Ｚ）方向に位置する撮像部７（例えば、ＣＣＤカメラ）へと導かれる。撮像部７では、コリメータレンズ４２から導出される光ビームの状態を示す画像が取得され（ステップＳ１４）、取得された画像に基づいて支持アーム６１がコリメータレンズ４２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動し、光ビームが基準光軸５に沿うようにコリメータレンズ４２の位置および姿勢が調整される（ステップＳ１５）。
【００２９】
このとき、コリメータレンズ４２は、基準光軸５に対して位置決めされるだけでなく、画像中の明るい領域の大きさに基づいて光ビームの平行度（いわゆる、コリメート性）が確認され、所望のコリメート性が確保されるように位置決めされる。また、必要に応じてステップＳ１４およびＳ１５が繰り返される。
【００３０】
図６は製作途上の半導体レーザモジュール１１を（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。図６に示すように、位置決めされたコリメータレンズ４２はベース部２２と非接触の状態とされており、コリメータレンズ４２とベース部２２との間には、はんだ３１が介在する。続いて、ヒータによる加熱が停止され、自然冷却によりはんだ３１の温度が低下し、硬化が開始される（ステップＳ１６）。
【００３１】
各部材の温度が低下すると、収縮によりコリメータレンズ４２の基準光軸５に対する相対的な位置が移動するが、はんだ３１の硬化中においても撮像部７ではコリメータレンズ４２から導出される光ビームの画像が取得されるとともに（ステップＳ１７）、コリメータレンズ４２の位置が確認され（ステップＳ１８）、基準光軸５に対する相対移動に追従してコリメータレンズ４２が位置決めされる（ステップＳ１９）。ステップＳ１７〜Ｓ１９は、はんだ３１の硬化が終了するまで繰り返され（ステップＳ２０）、これにより、コリメータレンズ４２の基準光軸５に対する相対的な位置および姿勢が維持される。はんだ３１が硬化すると、支持アーム６１が図示省略のアームヒータにより加熱され、はんだ６０が融解される。そして、支持アーム６１をコリメータレンズ４２から分離することにより（ステップＳ２１）、半導体レーザモジュール１１が完成する。
【００３２】
以上のように、半導体レーザモジュール１１は、コリメータレンズ４２が基準光軸５に対して高精度に位置決めされ、半導体レーザ４１に対して固定された部位であるベース部２２に非接触の状態ではんだ３１により固定される。その結果、半導体レーザモジュール１１は方向性およびコリメート性に優れた適切な光ビームを出射することができるとともに、構造の簡素化（および小型化）が実現される。
【００３３】
なお、半導体レーザモジュール１１は、図３（ａ）ないし（ｃ）の基本構成のうち第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａに対応している。すなわち、半導体レーザ４１を固定することでベース部２２に固定された基準光軸５に対してコリメータレンズ４２が位置決めされる。また、半導体レーザ４１（または、半導体レーザ４１が固定されたサブマウント２１）がベース部２２に対して想定される基準光軸に対して位置決めされ、はんだを介在させてベース部２２と非接触にて固定されてもよく、その場合、半導体レーザモジュールは図３（ｃ）の第３の基本構成に係る光学素子ユニット１ｃに対応する。
【００３４】
図７は、上述の半導体レーザモジュール１１が利用された光学ヘッド８を示す図である。光学ヘッド８は、複数チャンネルの光源ユニット８１を有し、光源ユニット８１から出射される光ビームは両側テレセントリック光学系を形成するレンズ群８２を介して感光材料等が位置する露光領域へと照射される。光源ユニット８１は、半導体レーザモジュール１１を支持するモジュール支持部８１１、半導体レーザモジュール１１の駆動を制御する半導体レーザ駆動制御部８１２、および、半導体レーザモジュール１１の温度を調整する温度調整部８１３を有し、モジュール支持部８１１に配列形成された複数の穴に半導体レーザモジュール１１がそれぞれはめ込まれる。
【００３５】
光学ヘッド８では半導体レーザモジュール１１を利用することにより、複数チャンネルの光ビームを適切に出射できる小型の光学ヘッド８が実現され、画像記録装置（例えば、ラスタ走査型画像記録装置）の小型化および高精度な描画が実現される。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る光学素子ユニット１２を示す図である。図８に示す光学素子ユニット１２（例えば、マッハツェンダー型変調器）は、光ファイバ４３、リチウムナイオベート（ＬＮ）等の誘電体材料やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料により形成された光導波路素子４４、複数のレンズ４５１が配列形成されたマイクロレンズアレイ４５、および、ベース部２３を有し、外部の光源（例えば、半導体レーザ）に接続された光ファイバ４３から光ビームが光導波路素子４４へと導入される。光ビームは光導波路素子４４において分岐され、マイクロレンズアレイ４５に含まれるレンズ４５１へとそれぞれ導出され、変調された光が所定の位置へと導かれる。
【００３７】
図９は、光学素子ユニット１２を（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。光学素子ユニット１２では、光ファイバ４３が光導波路素子４４に対して位置決めされた後に、マイクロレンズアレイ４５が位置決めされる。以下、図５の製作工程の流れに準じて光学素子ユニット１２の製作工程および構造について詳述する。
【００３８】
光導波路素子４４は１つの光導入口４４１に対して複数の光導出口４４２を有し、ベース部２３に固定される。これにより、光導波路素子４４の光導入口４４１の向きに対応する基準光軸５ａがベース部２３に対して決定される（ステップＳ１１）。続いて、先端部がメタライズされた（または、金属製スリーブが設けられた）光ファイバ４３が支持アーム６１によりはんだ６０を介して別の場所で支持される（ステップＳ１２）。ベース部２３上において光導波路素子４４の光導入口４４１側には、はんだ３１ａが付与され、ベース部２３がはんだ３１ａの融点まで加熱されることによりはんだ３１ａが溶融される。そして、支持アーム６１により光ファイバ４３が光導入口４４１へと移動する（ステップＳ１３）。
【００３９】
製作途上において光ファイバ４３には別途設けられた光源から光を導入することが可能とされており、光ファイバ４３へと導入された光ビームは、光導入口４４１から光導波路素子４４の内部へと導かれ、分岐された光が複数の光導出口４４２からそれぞれ導出される。導出された光は、第１の実施の形態と同様に、撮像部（図示省略）により受光され、画像が取得される（ステップＳ１４）。支持アーム６１は取得された画像が示す光の明るさや分布に基づいて、光ファイバ４３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動し、光の状態を示す画像が所定の状態となるように（すなわち、光ファイバ４３の先端部が基準光軸５ａに沿うように）光ファイバ４３の先端部を位置決めする（ステップＳ１５）。このとき、光ファイバ４３とベース部２３との間は、はんだ３１ａが介在する状態となっている。
【００４０】
続いて、ベース部２３の加熱を停止することにより、はんだ３１ａの硬化が開始されるとともに（ステップＳ１６）、冷却による基準光軸５ａの相対移動に追従して光ファイバ４３の位置決めが繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１ａが硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６１が加熱されてはんだ６０が溶融し、光ファイバ４３から分離される（ステップＳ２１）。
【００４１】
光ファイバ４３がベース部２３に固定されると、続いて、マイクロレンズアレイ４５が別の場所で支持アーム６２の把持部６２１にて把持される（ステップＳ１２）。なお、マイクロレンズアレイ４５の位置決めの基準となる複数の基準光軸５ｂは、光導波路素子４４の複数の光導出口４４２の向きに対応することから、光導波路素子４４がベース部２３に固定された時点で既に複数の基準光軸５ｂが決定されている（ステップＳ１１に相当）。
【００４２】
そして、ベース部２３の光導出口４４２側（すなわち、（−Ｚ）側）の側面２３１にはんだ３１ｂが付与されつつベース部２３がはんだ３１ｂの融点まで加熱され、マイクロレンズアレイ４５が支持アーム６２により側面２３１へと移動する（ステップＳ１３）。マイクロレンズアレイ４５の各レンズ４５１間の距離は各光導出口４４２間の距離と等しくされており、各レンズ４５１が各光導出口４４２に対応する位置にてマイクロレンズアレイ４５が保持される。なお、マイクロレンズアレイ４５のベース部２３に対向する面はメタライズされており、はんだ３１ｂはその融点がはんだ３１ａの融点よりも低いものが使用される。
【００４３】
光導波路素子４４の光導出口４４２より導出される複数の光は、それぞれレンズ４５１を介して撮像部へと導かれ、複数の光に対応する画像が取得される（ステップＳ１４）。支持アーム６２は取得された画像に基づいて、マイクロレンズアレイ４５を互いに直交する３方向に移動するとともに互いに直交する３軸を中心として回動し、導出される複数の光がそれぞれ基準光軸５ｂに沿うようにマイクロレンズアレイ４５が位置決めされる（ステップＳ１５）。このとき、マイクロレンズアレイ４５とベース部２３との間は、はんだ３１ｂが介在する状態とされる。そして、はんだ３１ｂの硬化が開始され（ステップＳ１６）、マイクロレンズアレイ４５が基準光軸５ｂに対する相対移動に追従して位置決めされる（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１ｂが硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６２によるマイクロレンズアレイ４５の把持が解除される（ステップＳ２１）。
【００４４】
以上のように、光学素子ユニット１２では、光ファイバ４３およびマイクロレンズアレイ４５が、はんだ３１ａ，３１ｂを介して非接触にてベース部２３に固定されつつ、光導波路素子４４が決定する基準光軸５ａ，５ｂに対して高精度にそれぞれ位置決めされる。その結果、光が効率よく導入され、分岐した光を適切な方向に出射することができる光学素子ユニット１２の構造を簡素化することができる。なお、光学素子ユニット１２は、ベース部２３と光ファイバ４３との関係では第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａ（図３（ａ））に対応し、ベース部２３、光ファイバ４３および光導波路素子４４を一体的に捉えた場合、光導波路素子４４とマイクロレンズアレイ４５との関係では第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂ（図３（ｂ））に対応している。
【００４５】
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る光学素子ユニット１３を示す図である。図１０に示す光学素子ユニット１３では、複数の半導体レーザ４１のそれぞれがマイクロレンズアレイ４６のレンズ４６１に対応する位置に固定され、複数チャンネルの光源ユニットとなっている。
【００４６】
図１１は、光学素子ユニット１３の縦断面図であり、光学素子ユニット１３の一部のみを示している。以下、図１０および図１１を参照しながら図５に準じて光学素子ユニット１３の製作工程および構造について説明を行う。
【００４７】
光学素子ユニット１３では、製作の際の基準となる複数の基準光軸５がマイクロレンズアレイ４６のレンズ４６１の光軸に対応している（すなわち、図５中のステップＳ１１は不要とされる。）。半導体レーザ４１は予めサブマウント２１に固定され、サブマウント２１は補助板２４に固定される。続いて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能、かつ、α，β，γ軸を中心として回動可能な支持アーム６２により補助板２４が把持される（ステップＳ１２）。マイクロレンズアレイ４６の一方の面４６２はメタライズされており、支持アーム６２により半導体レーザ４１が補助板２４とともに１つのレンズ４６１に対応する位置へと移動する（ステップＳ１３）。
【００４８】
そして、補助板２４と主面４６２との間にはんだ３１が付与されつつ、補助板２４が支持アーム６２を介してはんだ３１の融点まで加熱される。これにより、図１１に示すように補助板２４とマイクロレンズアレイ４６との間にはんだ３１が介在する状態とされる。
【００４９】
半導体レーザ４１は図示省略の半導体レーザ駆動部へと電気的に接続され、半導体レーザ駆動部の制御により半導体レーザ４１から光ビームが出射される。光ビームはレンズ４６１を介して撮像部（図示省略）へと導かれ、光ビームの状態に対応する画像が取得される（ステップＳ１４）。
【００５０】
支持アーム６２は取得された画像に基づいて、半導体レーザ４１を移動および回動し基準光軸５に対して半導体レーザ４１が位置決めされる（ステップＳ１５）。このとき、マイクロレンズアレイ４６と補助板２４とは非接触の状態とされ、補助板２４の加熱を停止することにより、はんだ３１の硬化が開始され（ステップＳ１６）、第１の実施の形態と同様に、半導体レーザ４１の位置決めが基準光軸５の相対移動に追従して繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１が硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６２による補助板２４の把持が解除される（ステップＳ２１）。
【００５１】
ステップＳ１２〜ステップＳ２１の工程が、複数の基準光軸５のそれぞれに対して繰り返され、複数の半導体レーザ４１がマイクロレンズアレイ４６に固定される。
【００５２】
以上のように、光学素子ユニット１３では、複数の半導体レーザ４１がそれぞれマイクロレンズアレイ４６の複数のレンズ４６１が決定する複数の基準光軸５に対して高精度に位置決めされつつ、はんだ３１を介してマイクロレンズアレイ４６に非接触にて固定される。これにより、複数チャンネルの光源ユニットである光学素子ユニット１３において、光ビームの出射方向を高精度に決定することができるとともに構造を簡素化することができる。なお、光学素子ユニット１３では、マイクロレンズアレイ４６が複数の基準光軸５を決定しつつ半導体レーザ４１を支持するベースとなっており、マイクロレンズアレイ４６の各レンズと半導体レーザ４１とは、図３（ｂ）の第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂに対応する。
【００５３】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る光学素子ユニット１４を製作する様子を示す図である。光学素子ユニット１４は、光通信用等の半導体レーザに接続された複数の光ファイバ４３がベース部２３上に高精度に配列されたものである。以下、光学素子ユニット１４をファイバアレイ１４と呼び、図１２を参照しながら図５に準じてファイバアレイ１４を製作する流れおよびファイバアレイ１４の構造上の特徴について言及する。
【００５４】
まず、ベース部２３が撮像部７に正対して配置され、ベース部２３に対して想定される複数の基準光軸５が決定される（ステップＳ１１）。続いて、先端部がメタライズされた（または、先端部に金属製スリーブが設けられた）光ファイバ４３がはんだ６０を介して支持アーム６１により支持される（ステップＳ１２）。支持アーム６１はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動可能とされ、支持アーム６１により光ファイバ４３がベース部２３上方の複数の基準光軸５のうちの１つに対応する位置近傍へと移動する（ステップＳ１３）。
【００５５】
図１３は、製作途上のファイバアレイ１４を（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。図１３に示すように、ベース部２３には、はんだ３１が付与されており、ベース部２３をはんだ３１の融点まで加熱することによりはんだ３１を溶融し、光ファイバ４３とベース部２３との間にはんだ３１が介在する状態とされる。ここで、光ファイバ４３のコアから光ビームが出射され、撮像部７にて取得される光ビームの画像に基づいて支持アーム６１が移動し、光ファイバ４３の中心軸が基準光軸５に位置決めされる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。続いて、ベース部２２の加熱を停止してはんだ３１の硬化が開始される（ステップＳ１６）。撮像部７において、光ビームの画像を確認しながら、基準光軸５の相対移動に追従して光ファイバ４３の位置決めが繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。
【００５６】
はんだ３１が硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６１が加熱されて光ファイバ４３から分離される（ステップＳ２１）。そして、ステップＳ１２〜Ｓ２１が繰り返されることにより、次の光ファイバ４３が次の基準光軸５に対して位置決めされる。このようにして、ベース部２３上に複数の光ファイバ４３が高精度に配列される。なお、一度溶融し固化したはんだ３１は、直前に溶融された温度より高温にしなければ再溶融しないことが経験的に判っており、ベース部２３を加熱する温度を管理することで、複数の光ファイバ４３をベース部２３に固定することができる。
【００５７】
また、上記説明におけるステップＳ１８において基準光軸５の移動は既に取り付けられている光ファイバ４３からの光に基づいて検出されてもよく、別途設けられた検出器により検出されてもよい。
【００５８】
以上のように、ファイバアレイ１４は、ベース部２３に相対的に固定された複数の基準光軸５に対してそれぞれ高精度に位置決めされた複数の光ファイバ４３が、はんだ３１を介在させてベース部２３と非接触にて固定される。これにより、方向性に優れた複数の光ビーム（すなわち、出射角度が適切に調整された複数の光ビーム）を出射するファイバアレイ１４の構造を簡素化することができ、製作コストを削減することができる。なお、各光ファイバ４３とベース部２３とは、第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａに対応している。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００６０】
光学素子は、基準光軸に対して位置決めされることに加えて、光学素子から導出される光の状態が所望の状態（例えば、コリメート調整がされた状態）となるように位置決めされてもよい。
【００６１】
光学素子ユニットが有する光学素子は、必ずしもコリメータレンズ、マイクロレンズアレイに含まれるレンズ、光ファイバ、半導体レーザまたは光導波路素子である必要はなく、他の光学素子（例えば、数１０ｎｍ〜数μｍの位置決め精度が要求される微小な光学素子）であってもよい。また、基準光軸５を決定する光学素子は半導体レーザ、光導波路素子またはマイクロレンズアレイに含まれるレンズ以外の光学素子であってもよく、例えば、光を出射する光学素子としては、発光ダイオード等、半導体レーザとは異なる種類の半導体発光素子であってもよい。
【００６２】
複数の光学素子が位置決めされる光学素子ユニットにおいて、光学素子が配列される態様は上記実施の形態に限定されない。本発明に係る光学素子ユニットでは、光学素子の位置および姿勢を自在に決定することが可能であるため（すなわち、多くの自由度にて調整が可能であるため）、光学素子を複雑に配列することも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、光学素子ユニットの構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学素子ユニットを示す断面図である。
【図２】従来の光学素子ユニットを示す斜視図である。
【図３】（ａ）ないし（ｃ）は光学素子ユニットの基本構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図５】光学素子ユニットを製作する工程の流れを示す図である。
【図６】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図７】光学ヘッドを示す斜視図である。
【図８】第２の実施の形態に係る光学素子ユニットを示す斜視図である。
【図９】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１１】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１２】第４の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１３】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ，１１〜１４ 光学素子ユニット
２，２２，２３ ベース部
３，３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３３，６０ はんだ
４ 光学素子
５，５ａ，５ｂ 基準光軸
４１ 半導体レーザ
４２ コリメータレンズ
４３ 光ファイバ
４４ 光導波路素子
４５，４６ マイクロレンズアレイ
４５１，４６１ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子ユニット（すなわち、光学素子の組み立て部品であり、例えば、光ファイバの組み立て部品や光通信用デバイス等）において、微小な光学素子を所定の光軸に対して位置決めして固定する（いわゆる、アライメントであり、位置および姿勢を調整する）手法として、光学素子を保持部材の接触面に当接させつつ１または２方向に移動して位置決めし、はんだや接着剤（例えば、紫外線硬化樹脂を含む接着剤）を周囲に充填して固定したり、あるいは、ＹＡＧレーザ等の高エネルギのパルス光を照射するレーザ融着やガラスパウダを用いるガラス融着等により固定することが従来より行われている。
【０００３】
例えば、光源等に利用される半導体レーザでは、出射する光ビームの広がり角が大きいため（例えば、数１０度）、一般的には、コリメータレンズを組み合わせることにより光ビームが平行光とされる。具体的には、図１に示すように半導体レーザ９１を固定した保持部材９２に接触面９２ａを設け、コリメータレンズ９３が固定された調整補助部材９４が接触面９２ａに当接するように挿入される。そして、調整補助部材９４を図１中の矢印９５の方向に移動することで光ビームの平行度を調整するコリメート調整が行われ、調整補助部材９４と保持部材９２とが固定される。
【０００４】
また、光ファイバ通信等の光ファイバを用いるアプリケーションに利用されるマルチチャンネルの光ファイバコネクタ（例えば、通信容量を増加するためのマルチチャンネル伝送に使用される。）や、レーザ走査型の画像出力装置等の光源ユニット等では複数の光ファイバが１次元または２次元に高精度に配列される。光ファイバを配列するには、図２に示すようにＶ型の断面形状を有する溝９６がセラミックスにより形成された保持部材９７にダイヤモンドカッタ等を用いて配列形成される。そして、光ファイバ９８が溝９６の側面９６ａに当接しつつ位置決めされた後、固定される。
【０００５】
なお、関連する技術としては以下の文献に記載されたものがある。
【０００６】
【非特許文献１】
「光技術コンタクト」，社団法人日本オプトメカトロニクス協会，平成８年１２月２０日，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１２（１９９６），ｐ．６１９−６２７，６３６−６４０
【非特許文献２】
「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」，株式会社オプトロニクス社，平成１１年４月１０日，Ｎｏ．４（１９９９），ｐ．１２９−１３３，１４０−１４９
【非特許文献３】
「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」，株式会社オプトロニクス社，平成１１年７月１０日，Ｎｏ．７（１９９９），ｐ．１４９−１５５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１に示す例において、コリメータレンズ９３は矢印９５の方向にのみ移動可能であり、他の方向に関する位置または姿勢は各部材の加工精度等により決定されるため、半導体レーザ９１の光ビームの出射角が微小にずれている等、微調整が必要とされる場合であっても調整することが困難である。また、調整の自由度を上げようとすると、複雑な構造となってしまうため、製造コストの上昇等の弊害が生じる。
【０００８】
図２に示す例では、一般的に、温度変化等の影響が少ないセラミックスが保持部材９７として使用されるが、セラミックスは高価である上に加工コストも高くなってしまう。さらに、この手法では、複雑な配列に対応することが困難である。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光学素子が高精度に位置決めされた光学素子ユニットの構造を簡素化することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光学素子ユニットであって、所定の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、前記ベース部と非接触にて前記基準光軸に対して位置決めされた光学素子と、前記光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだとを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子ユニットであって、前記ベース部が前記基準光軸を決定する他の光学素子に対して固定された部位である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子がコリメータレンズである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光学素子ユニットであって、前記他の光学素子が半導体発光素子である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子がマイクロレンズアレイに含まれるレンズである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２または５に記載の光学素子ユニットであって、前記他の光学素子が光導波路素子である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２に記載の光学素子ユニットであって、前記光学素子が光ファイバである。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、光学素子ユニットであって、複数の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、前記ベース部と非接触にて前記複数の基準光軸に対してそれぞれが位置決めされた複数の光学素子と、各光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記各光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだとを備える。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光学素子ユニットであって、前記複数の光学素子のそれぞれが光ファイバである。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の光学素子ユニットであって、前記複数の基準光軸のそれぞれがマイクロレンズアレイにより決定される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３（ａ）ないし（ｃ）は本発明に係る光学素子ユニットの基本構成を示す図である。図３（ａ）に示す第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａにおいて、所定の光軸５（すなわち、光学素子が位置決めされる際の基準となる軸であり、以下、「基準光軸５」という。）が相対的に固定されたベース部２の上方に基準光軸５に対して位置決めされた光学素子４が位置する。ベース部２と光学素子４との間には、はんだ３が介在し、光学素子４がベース部２に対して非接触にて固定される。光学素子４が位置決めされる際には、支持部６により支持されつつ、互いに直交する３軸方向（すなわち、図３（ａ）中のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向）に移動可能とされ、さらに、各軸に平行な回動軸（以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を向く回動軸をそれぞれα，β，γ軸と呼ぶ。）を中心として回動可能とされる。これにより、光学素子４は基準光軸５に対して位置決めされる。
【００２１】
図３（ｂ）に示す第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂでは、２つの光学素子４のうち一方に相対的に固定された（すなわち、一方の光学素子４により決定される）基準光軸５に対して他方の光学素子４が位置決めされつつ、互いに非接触にてはんだ３を介して固定される。また、図３（ｃ）に示す第３の基本構成に係る光学素子ユニット１ｃでは、基準光軸５が相対的に固定されたベース部２の上方に基準光軸５に対してそれぞれ位置決めされた複数の光学素子４が位置し、各光学素子４は、はんだ３を介在させてベース部２に対して非接触にて固定される。光学素子ユニット１ｂ，１ｃが製作される場合には、６軸の自由度を有する支持部６により各光学素子４が位置決めされる。
【００２２】
なお、第２の基本構成は、一方の光学素子４により他方の光学素子４の位置決めの基準となる基準光軸５が決定され、一方の光学素子４の一部が第１の基本構成におけるベース部２に相当すると捉えると、第２の基本構成は第１の基本構成の応用であるといえる。また、第３の基本構成においても、基準光軸５を決定する一方の光学素子４が固定されたベース部２に対して他方の光学素子４が位置決めされると捉えた場合、第３の基本構成は第１の基本構成の応用であるといえる。
【００２３】
図４は本発明の第１の実施の形態に係る光学素子ユニット１１を製作する様子を示す図である。光学素子ユニット１１は、コリメータレンズ４２が半導体レーザ４１に対して位置決めされつつ固定されることにより製作され、コリメータレンズ４２により半導体レーザ４１からの出射光が平行光とされる。以下、光学素子ユニット１１を半導体レーザモジュール１１と呼ぶ。
【００２４】
図５は半導体レーザモジュール１１を製作する工程の流れを示す図である。以下、図４を参照しながら図５に沿って半導体レーザモジュール１１の製作工程および構造について説明する。
【００２５】
ベース部２２には、図４中の（Ｙ）方向に突出する固定部２２１が設けられ、固定部２２１にはＵ型の断面形状を有する溝２２２が形成される。光ビームを出射する半導体レーザ４１は、はんだ３２を介して板状のサブマウント２１に固定され、サブマウント２１は、はんだ３３（好ましくは、融点がはんだ３２より低いもの）を介してベース部２２に固定される。このとき、半導体レーザ４１の光ビームを出射する面が固定部２２１に対向するように配置される。半導体レーザ４１の取り付けにより、半導体レーザ４１が出射する光ビームに対応する基準光軸５がベース部２２に対して決定されることとなる（ステップＳ１１）。
【００２６】
続いて、ベース部２２とは別の場所でコリメータレンズ４２がはんだ６０を介して支持アーム６１により支持される（ステップＳ１２）。コリメータレンズ４２はガラスにより形成されるが、はんだ６０を介して支持アーム６１の先端に固定するために外周面に金等の金属が予め蒸着されている（いわゆる、メタライズされている）。なお、支持アーム６１は図４中のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動、および、α，β，γ軸（すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を向く軸）を中心とする回動が可能とされる。
【００２７】
固定部２２１の溝２２２には、粉末のはんだ３１（例えばボールはんだやクリームはんだなど）が付与される。はんだ３１は融点がはんだ３２，３３，６０の融点よりも低いもの（例えば、融点が１４０度のもの）が利用され、ベース部２２は図示省略のヒータによりはんだ３１の融点まで加熱される。はんだ３１が溶融すると、支持アーム６１によりコリメータレンズ４２が溝２２２へと移動する（ステップＳ１３）。
【００２８】
半導体レーザ４１には、図示省略の半導体レーザ駆動部が電気的に接続され、半導体レーザ駆動部の制御により半導体レーザ４１から光ビームがコリメータレンズ４２（すなわち、図４中の（−Ｚ）方向）に向けて出射される。光ビームはコリメータレンズ４２を介してベース部２２の（−Ｚ）方向に位置する撮像部７（例えば、ＣＣＤカメラ）へと導かれる。撮像部７では、コリメータレンズ４２から導出される光ビームの状態を示す画像が取得され（ステップＳ１４）、取得された画像に基づいて支持アーム６１がコリメータレンズ４２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動し、光ビームが基準光軸５に沿うようにコリメータレンズ４２の位置および姿勢が調整される（ステップＳ１５）。
【００２９】
このとき、コリメータレンズ４２は、基準光軸５に対して位置決めされるだけでなく、画像中の明るい領域の大きさに基づいて光ビームの平行度（いわゆる、コリメート性）が確認され、所望のコリメート性が確保されるように位置決めされる。また、必要に応じてステップＳ１４およびＳ１５が繰り返される。
【００３０】
図６は製作途上の半導体レーザモジュール１１を（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。図６に示すように、位置決めされたコリメータレンズ４２はベース部２２と非接触の状態とされており、コリメータレンズ４２とベース部２２との間には、はんだ３１が介在する。続いて、ヒータによる加熱が停止され、自然冷却によりはんだ３１の温度が低下し、硬化が開始される（ステップＳ１６）。
【００３１】
各部材の温度が低下すると、収縮によりコリメータレンズ４２の基準光軸５に対する相対的な位置が移動するが、はんだ３１の硬化中においても撮像部７ではコリメータレンズ４２から導出される光ビームの画像が取得されるとともに（ステップＳ１７）、コリメータレンズ４２の位置が確認され（ステップＳ１８）、基準光軸５に対する相対移動に追従してコリメータレンズ４２が位置決めされる（ステップＳ１９）。ステップＳ１７〜Ｓ１９は、はんだ３１の硬化が終了するまで繰り返され（ステップＳ２０）、これにより、コリメータレンズ４２の基準光軸５に対する相対的な位置および姿勢が維持される。はんだ３１が硬化すると、支持アーム６１が図示省略のアームヒータにより加熱され、はんだ６０が融解される。そして、支持アーム６１をコリメータレンズ４２から分離することにより（ステップＳ２１）、半導体レーザモジュール１１が完成する。
【００３２】
以上のように、半導体レーザモジュール１１は、コリメータレンズ４２が基準光軸５に対して高精度に位置決めされ、半導体レーザ４１に対して固定された部位であるベース部２２に非接触の状態ではんだ３１により固定される。その結果、半導体レーザモジュール１１は方向性およびコリメート性に優れた適切な光ビームを出射することができるとともに、構造の簡素化（および小型化）が実現される。
【００３３】
なお、半導体レーザモジュール１１は、図３（ａ）ないし（ｃ）の基本構成のうち第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａに対応している。すなわち、半導体レーザ４１を固定することでベース部２２に固定された基準光軸５に対してコリメータレンズ４２が位置決めされる。また、半導体レーザ４１（または、半導体レーザ４１が固定されたサブマウント２１）がベース部２２に対して想定される基準光軸に対して位置決めされ、はんだを介在させてベース部２２と非接触にて固定されてもよく、その場合、半導体レーザモジュールは図３（ｃ）の第３の基本構成に係る光学素子ユニット１ｃに対応する。
【００３４】
図７は、上述の半導体レーザモジュール１１が利用された光学ヘッド８を示す図である。光学ヘッド８は、複数チャンネルの光源ユニット８１を有し、光源ユニット８１から出射される光ビームは両側テレセントリック光学系を形成するレンズ群８２を介して感光材料等が位置する露光領域へと照射される。光源ユニット８１は、半導体レーザモジュール１１を支持するモジュール支持部８１１、半導体レーザモジュール１１の駆動を制御する半導体レーザ駆動制御部８１２、および、半導体レーザモジュール１１の温度を調整する温度調整部８１３を有し、モジュール支持部８１１に配列形成された複数の穴に半導体レーザモジュール１１がそれぞれはめ込まれる。
【００３５】
光学ヘッド８では半導体レーザモジュール１１を利用することにより、複数チャンネルの光ビームを適切に出射できる小型の光学ヘッド８が実現され、画像記録装置（例えば、ラスタ走査型画像記録装置）の小型化および高精度な描画が実現される。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る光学素子ユニット１２を示す図である。図８に示す光学素子ユニット１２（例えば、マッハツェンダー型変調器）は、光ファイバ４３、リチウムナイオベート（ＬＮ）等の誘電体材料やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料により形成された光導波路素子４４、複数のレンズ４５１が配列形成されたマイクロレンズアレイ４５、および、ベース部２３を有し、外部の光源（例えば、半導体レーザ）に接続された光ファイバ４３から光ビームが光導波路素子４４へと導入される。光ビームは光導波路素子４４において分岐され、マイクロレンズアレイ４５に含まれるレンズ４５１へとそれぞれ導出され、変調された光が所定の位置へと導かれる。
【００３７】
図９は、光学素子ユニット１２を（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。光学素子ユニット１２では、光ファイバ４３が光導波路素子４４に対して位置決めされた後に、マイクロレンズアレイ４５が位置決めされる。以下、図５の製作工程の流れに準じて光学素子ユニット１２の製作工程および構造について詳述する。
【００３８】
光導波路素子４４は１つの光導入口４４１に対して複数の光導出口４４２を有し、ベース部２３に固定される。これにより、光導波路素子４４の光導入口４４１の向きに対応する基準光軸５ａがベース部２３に対して決定される（ステップＳ１１）。続いて、先端部がメタライズされた（または、金属製スリーブが設けられた）光ファイバ４３が支持アーム６１によりはんだ６０を介して別の場所で支持される（ステップＳ１２）。ベース部２３上において光導波路素子４４の光導入口４４１側には、はんだ３１ａが付与され、ベース部２３がはんだ３１ａの融点まで加熱されることによりはんだ３１ａが溶融される。そして、支持アーム６１により光ファイバ４３が光導入口４４１へと移動する（ステップＳ１３）。
【００３９】
製作途上において光ファイバ４３には別途設けられた光源から光を導入することが可能とされており、光ファイバ４３へと導入された光ビームは、光導入口４４１から光導波路素子４４の内部へと導かれ、分岐された光が複数の光導出口４４２からそれぞれ導出される。導出された光は、第１の実施の形態と同様に、撮像部（図示省略）により受光され、画像が取得される（ステップＳ１４）。支持アーム６１は取得された画像が示す光の明るさや分布に基づいて、光ファイバ４３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動し、光の状態を示す画像が所定の状態となるように（すなわち、光ファイバ４３の先端部が基準光軸５ａに沿うように）光ファイバ４３の先端部を位置決めする（ステップＳ１５）。このとき、光ファイバ４３とベース部２３との間は、はんだ３１ａが介在する状態となっている。
【００４０】
続いて、ベース部２３の加熱を停止することにより、はんだ３１ａの硬化が開始されるとともに（ステップＳ１６）、冷却による基準光軸５ａの相対移動に追従して光ファイバ４３の位置決めが繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１ａが硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６１が加熱されてはんだ６０が溶融し、光ファイバ４３から分離される（ステップＳ２１）。
【００４１】
光ファイバ４３がベース部２３に固定されると、続いて、マイクロレンズアレイ４５が別の場所で支持アーム６２の把持部６２１にて把持される（ステップＳ１２）。なお、マイクロレンズアレイ４５の位置決めの基準となる複数の基準光軸５ｂは、光導波路素子４４の複数の光導出口４４２の向きに対応することから、光導波路素子４４がベース部２３に固定された時点で既に複数の基準光軸５ｂが決定されている（ステップＳ１１に相当）。
【００４２】
そして、ベース部２３の光導出口４４２側（すなわち、（−Ｚ）側）の側面２３１にはんだ３１ｂが付与されつつベース部２３がはんだ３１ｂの融点まで加熱され、マイクロレンズアレイ４５が支持アーム６２により側面２３１へと移動する（ステップＳ１３）。マイクロレンズアレイ４５の各レンズ４５１間の距離は各光導出口４４２間の距離と等しくされており、各レンズ４５１が各光導出口４４２に対応する位置にてマイクロレンズアレイ４５が保持される。なお、マイクロレンズアレイ４５のベース部２３に対向する面はメタライズされており、はんだ３１ｂはその融点がはんだ３１ａの融点よりも低いものが使用される。
【００４３】
光導波路素子４４の光導出口４４２より導出される複数の光は、それぞれレンズ４５１を介して撮像部へと導かれ、複数の光に対応する画像が取得される（ステップＳ１４）。支持アーム６２は取得された画像に基づいて、マイクロレンズアレイ４５を互いに直交する３方向に移動するとともに互いに直交する３軸を中心として回動し、導出される複数の光がそれぞれ基準光軸５ｂに沿うようにマイクロレンズアレイ４５が位置決めされる（ステップＳ１５）。このとき、マイクロレンズアレイ４５とベース部２３との間は、はんだ３１ｂが介在する状態とされる。そして、はんだ３１ｂの硬化が開始され（ステップＳ１６）、マイクロレンズアレイ４５が基準光軸５ｂに対する相対移動に追従して位置決めされる（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１ｂが硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６２によるマイクロレンズアレイ４５の把持が解除される（ステップＳ２１）。
【００４４】
以上のように、光学素子ユニット１２では、光ファイバ４３およびマイクロレンズアレイ４５が、はんだ３１ａ，３１ｂを介して非接触にてベース部２３に固定されつつ、光導波路素子４４が決定する基準光軸５ａ，５ｂに対して高精度にそれぞれ位置決めされる。その結果、光が効率よく導入され、分岐した光を適切な方向に出射することができる光学素子ユニット１２の構造を簡素化することができる。なお、光学素子ユニット１２は、ベース部２３と光ファイバ４３との関係では第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａ（図３（ａ））に対応し、ベース部２３、光ファイバ４３および光導波路素子４４を一体的に捉えた場合、光導波路素子４４とマイクロレンズアレイ４５との関係では第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂ（図３（ｂ））に対応している。
【００４５】
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る光学素子ユニット１３を示す図である。図１０に示す光学素子ユニット１３では、複数の半導体レーザ４１のそれぞれがマイクロレンズアレイ４６のレンズ４６１に対応する位置に固定され、複数チャンネルの光源ユニットとなっている。
【００４６】
図１１は、光学素子ユニット１３の縦断面図であり、光学素子ユニット１３の一部のみを示している。以下、図１０および図１１を参照しながら図５に準じて光学素子ユニット１３の製作工程および構造について説明を行う。
【００４７】
光学素子ユニット１３では、製作の際の基準となる複数の基準光軸５がマイクロレンズアレイ４６のレンズ４６１の光軸に対応している（すなわち、図５中のステップＳ１１は不要とされる。）。半導体レーザ４１は予めサブマウント２１に固定され、サブマウント２１は補助板２４に固定される。続いて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能、かつ、α，β，γ軸を中心として回動可能な支持アーム６２により補助板２４が把持される（ステップＳ１２）。マイクロレンズアレイ４６の一方の面４６２はメタライズされており、支持アーム６２により半導体レーザ４１が補助板２４とともに１つのレンズ４６１に対応する位置へと移動する（ステップＳ１３）。
【００４８】
そして、補助板２４と主面４６２との間にはんだ３１が付与されつつ、補助板２４が支持アーム６２を介してはんだ３１の融点まで加熱される。これにより、図１１に示すように補助板２４とマイクロレンズアレイ４６との間にはんだ３１が介在する状態とされる。
【００４９】
半導体レーザ４１は図示省略の半導体レーザ駆動部へと電気的に接続され、半導体レーザ駆動部の制御により半導体レーザ４１から光ビームが出射される。光ビームはレンズ４６１を介して撮像部（図示省略）へと導かれ、光ビームの状態に対応する画像が取得される（ステップＳ１４）。
【００５０】
支持アーム６２は取得された画像に基づいて、半導体レーザ４１を移動および回動し基準光軸５に対して半導体レーザ４１が位置決めされる（ステップＳ１５）。このとき、マイクロレンズアレイ４６と補助板２４とは非接触の状態とされ、補助板２４の加熱を停止することにより、はんだ３１の硬化が開始され（ステップＳ１６）、第１の実施の形態と同様に、半導体レーザ４１の位置決めが基準光軸５の相対移動に追従して繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。はんだ３１が硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６２による補助板２４の把持が解除される（ステップＳ２１）。
【００５１】
ステップＳ１２〜ステップＳ２１の工程が、複数の基準光軸５のそれぞれに対して繰り返され、複数の半導体レーザ４１がマイクロレンズアレイ４６に固定される。
【００５２】
以上のように、光学素子ユニット１３では、複数の半導体レーザ４１がそれぞれマイクロレンズアレイ４６の複数のレンズ４６１が決定する複数の基準光軸５に対して高精度に位置決めされつつ、はんだ３１を介してマイクロレンズアレイ４６に非接触にて固定される。これにより、複数チャンネルの光源ユニットである光学素子ユニット１３において、光ビームの出射方向を高精度に決定することができるとともに構造を簡素化することができる。なお、光学素子ユニット１３では、マイクロレンズアレイ４６が複数の基準光軸５を決定しつつ半導体レーザ４１を支持するベースとなっており、マイクロレンズアレイ４６の各レンズと半導体レーザ４１とは、図３（ｂ）の第２の基本構成に係る光学素子ユニット１ｂに対応する。
【００５３】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る光学素子ユニット１４を製作する様子を示す図である。光学素子ユニット１４は、光通信用等の半導体レーザに接続された複数の光ファイバ４３がベース部２３上に高精度に配列されたものである。以下、光学素子ユニット１４をファイバアレイ１４と呼び、図１２を参照しながら図５に準じてファイバアレイ１４を製作する流れおよびファイバアレイ１４の構造上の特徴について言及する。
【００５４】
まず、ベース部２３が撮像部７に正対して配置され、ベース部２３に対して想定される複数の基準光軸５が決定される（ステップＳ１１）。続いて、先端部がメタライズされた（または、先端部に金属製スリーブが設けられた）光ファイバ４３がはんだ６０を介して支持アーム６１により支持される（ステップＳ１２）。支持アーム６１はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動、および、α，β，γ軸を中心として回動可能とされ、支持アーム６１により光ファイバ４３がベース部２３上方の複数の基準光軸５のうちの１つに対応する位置近傍へと移動する（ステップＳ１３）。
【００５５】
図１３は、製作途上のファイバアレイ１４を（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向を向いて見たときの様子を示す図である。図１３に示すように、ベース部２３には、はんだ３１が付与されており、ベース部２３をはんだ３１の融点まで加熱することによりはんだ３１を溶融し、光ファイバ４３とベース部２３との間にはんだ３１が介在する状態とされる。ここで、光ファイバ４３のコアから光ビームが出射され、撮像部７にて取得される光ビームの画像に基づいて支持アーム６１が移動し、光ファイバ４３の中心軸が基準光軸５に位置決めされる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。続いて、ベース部２２の加熱を停止してはんだ３１の硬化が開始される（ステップＳ１６）。撮像部７において、光ビームの画像を確認しながら、基準光軸５の相対移動に追従して光ファイバ４３の位置決めが繰り返される（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。
【００５６】
はんだ３１が硬化すると（ステップＳ２０）、支持アーム６１が加熱されて光ファイバ４３から分離される（ステップＳ２１）。そして、ステップＳ１２〜Ｓ２１が繰り返されることにより、次の光ファイバ４３が次の基準光軸５に対して位置決めされる。このようにして、ベース部２３上に複数の光ファイバ４３が高精度に配列される。なお、一度溶融し固化したはんだ３１は、直前に溶融された温度より高温にしなければ再溶融しないことが経験的に判っており、ベース部２３を加熱する温度を管理することで、複数の光ファイバ４３をベース部２３に固定することができる。
【００５７】
また、上記説明におけるステップＳ１８において基準光軸５の移動は既に取り付けられている光ファイバ４３からの光に基づいて検出されてもよく、別途設けられた検出器により検出されてもよい。
【００５８】
以上のように、ファイバアレイ１４は、ベース部２３に相対的に固定された複数の基準光軸５に対してそれぞれ高精度に位置決めされた複数の光ファイバ４３が、はんだ３１を介在させてベース部２３と非接触にて固定される。これにより、方向性に優れた複数の光ビーム（すなわち、出射角度が適切に調整された複数の光ビーム）を出射するファイバアレイ１４の構造を簡素化することができ、製作コストを削減することができる。なお、各光ファイバ４３とベース部２３とは、第１の基本構成に係る光学素子ユニット１ａに対応している。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００６０】
光学素子は、基準光軸に対して位置決めされることに加えて、光学素子から導出される光の状態が所望の状態（例えば、コリメート調整がされた状態）となるように位置決めされてもよい。
【００６１】
光学素子ユニットが有する光学素子は、必ずしもコリメータレンズ、マイクロレンズアレイに含まれるレンズ、光ファイバ、半導体レーザまたは光導波路素子である必要はなく、他の光学素子（例えば、数１０ｎｍ〜数μｍの位置決め精度が要求される微小な光学素子）であってもよい。また、基準光軸５を決定する光学素子は半導体レーザ、光導波路素子またはマイクロレンズアレイに含まれるレンズ以外の光学素子であってもよく、例えば、光を出射する光学素子としては、発光ダイオード等、半導体レーザとは異なる種類の半導体発光素子であってもよい。
【００６２】
複数の光学素子が位置決めされる光学素子ユニットにおいて、光学素子が配列される態様は上記実施の形態に限定されない。本発明に係る光学素子ユニットでは、光学素子の位置および姿勢を自在に決定することが可能であるため（すなわち、多くの自由度にて調整が可能であるため）、光学素子を複雑に配列することも可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、光学素子ユニットの構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学素子ユニットを示す断面図である。
【図２】従来の光学素子ユニットを示す斜視図である。
【図３】（ａ）ないし（ｃ）は光学素子ユニットの基本構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図５】光学素子ユニットを製作する工程の流れを示す図である。
【図６】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図７】光学ヘッドを示す斜視図である。
【図８】第２の実施の形態に係る光学素子ユニットを示す斜視図である。
【図９】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１１】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１２】第４の実施の形態に係る光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【図１３】光学素子ユニットを製作する様子を示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ，１１〜１４ 光学素子ユニット
２，２２，２３ ベース部
３，３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３３，６０ はんだ
４ 光学素子
５，５ａ，５ｂ 基準光軸
４１ 半導体レーザ
４２ コリメータレンズ
４３ 光ファイバ
４４ 光導波路素子
４５，４６ マイクロレンズアレイ
４５１，４６１ レンズ
Claims (10)
- 光学素子ユニットであって、
所定の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、
前記ベース部と非接触にて前記基準光軸に対して位置決めされた光学素子と、
前記光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだと、
を備えることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項１に記載の光学素子ユニットであって、
前記ベース部が前記基準光軸を決定する他の光学素子に対して固定された部位であることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項２に記載の光学素子ユニットであって、
前記光学素子がコリメータレンズであることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項２または３に記載の光学素子ユニットであって、
前記他の光学素子が半導体発光素子であることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項２に記載の光学素子ユニットであって、
前記光学素子がマイクロレンズアレイに含まれるレンズであることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項２または５に記載の光学素子ユニットであって、
前記他の光学素子が光導波路素子であることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項１または２に記載の光学素子ユニットであって、
前記光学素子が光ファイバであることを特徴とする光学素子ユニット。 - 光学素子ユニットであって、
複数の基準光軸が相対的に固定されたベース部と、
前記ベース部と非接触にて前記複数の基準光軸に対してそれぞれが位置決めされた複数の光学素子と、
各光学素子と前記ベース部との間に介在し、前記各光学素子を前記ベース部に対して固定するはんだと、
を備えることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項８に記載の光学素子ユニットであって、
前記複数の光学素子のそれぞれが光ファイバであることを特徴とする光学素子ユニット。 - 請求項８に記載の光学素子ユニットであって、
前記複数の基準光軸のそれぞれがマイクロレンズアレイにより決定されることを特徴とする光学素子ユニット。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002317140A JP2004151416A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | 光学素子ユニット |
| US10/662,526 US7085079B2 (en) | 2002-10-31 | 2003-09-16 | Optical element module, and apparatus and method for fixing optical element |
| US11/073,721 US7058276B2 (en) | 2002-10-31 | 2005-03-08 | Optical element module, and apparatus and method for fixing optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002317140A JP2004151416A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | 光学素子ユニット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004151416A true JP2004151416A (ja) | 2004-05-27 |
Family
ID=32460603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002317140A Pending JP2004151416A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | 光学素子ユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004151416A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9703169B2 (en) | 2013-01-31 | 2017-07-11 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| JP2021086050A (ja) * | 2019-11-28 | 2021-06-03 | 京セラ株式会社 | 光導波路モジュール |
| CN117761844A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-26 | 武汉华工正源光子技术有限公司 | 光引擎、光模块及适用于光芯片耦合的光学系统和fa结构 |
-
2002
- 2002-10-31 JP JP2002317140A patent/JP2004151416A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9703169B2 (en) | 2013-01-31 | 2017-07-11 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| JP2021086050A (ja) * | 2019-11-28 | 2021-06-03 | 京セラ株式会社 | 光導波路モジュール |
| CN117761844A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-26 | 武汉华工正源光子技术有限公司 | 光引擎、光模块及适用于光芯片耦合的光学系统和fa结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7058276B2 (en) | Optical element module, and apparatus and method for fixing optical element | |
| US20170371113A1 (en) | Optical axis alignment method, optical axis alignment apparatus and method for manufacturing optical device | |
| JPH10332990A (ja) | 発光素子と光ファイバーのカップリング構造 | |
| CN101142534A (zh) | 曝光设备和曝光方法 | |
| KR101405868B1 (ko) | 레이저 장치의 제조 방법 | |
| JP2013231937A (ja) | 光学装置およびその製造方法 | |
| JP4453969B2 (ja) | 半田ボールの接合方法および接合装置 | |
| JP2014138021A (ja) | 調芯装置及びそれを用いた調芯方法 | |
| US6853505B2 (en) | Optical module apparatus, projection television and method of fabricating optical module apparatus | |
| JP3256489B2 (ja) | 光結合構造、光デバイス、それらの製造方法及び製造装置 | |
| JP2011513774A (ja) | 光伝送装置の製造方法及び光伝送装置 | |
| JPH0980273A (ja) | 光学装置 | |
| US7163343B2 (en) | Optical module aligned after assembly | |
| JP2007065437A (ja) | ファイバーコリメータ | |
| JP2004151416A (ja) | 光学素子ユニット | |
| JP2019203926A (ja) | 接続装置 | |
| JP2004157304A (ja) | 光学素子固定装置および光学素子固定方法 | |
| JP3317104B2 (ja) | 光束分解プリズム | |
| JP2006064885A (ja) | 光モジュールおよびその製造方法 | |
| KR102328180B1 (ko) | 라이다 모듈용 기판의 접합 방법 | |
| JP4475841B2 (ja) | 光モジュール | |
| US20230019700A1 (en) | Optical fibers fusion-splicing to waveguides | |
| JP2019056719A (ja) | 光通信モジュールの製造方法、光通信モジュールの製造装置、及び光通信モジュール | |
| JP2004087774A (ja) | 半導体レーザへのレンズ組み付け方法 | |
| KR102064838B1 (ko) | 광섬유 융착접속기 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050303 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060508 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071024 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080201 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080401 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080804 |