JP2010278201A - Optical semiconductor element module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケース内に固定された光半導体素子と、ケースの内部から外部に至る導光路と、その導光路と光半導体素子とを光学的に結合させるレンズとを有する光半導体素子モジュールに関し、特に、レンズを保持するレンズホルダの溶接固定に起因するレンズの光軸ずれを防止するための技術に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor element module having an optical semiconductor element fixed in a case, a light guide path extending from the inside of the case to the outside, and a lens for optically coupling the light guide path and the optical semiconductor element, In particular, the present invention relates to a technique for preventing an optical axis shift of a lens caused by welding and fixing a lens holder that holds the lens.
光半導体素子モジュールのうち、例えば各種光学機器の光源として使用される半導体レーザモジュールは、機器組み込みに便利なように最小限度に小型化されたケース内に、半導体レーザやその半導体レーザから出射されたレーザ光を集光して、ケース内部から外部に連続するように形成された導光路の一端側に入射させるためのレンズがマウントされている。 Among the optical semiconductor element modules, for example, semiconductor laser modules used as light sources for various optical devices are emitted from the semiconductor laser and the semiconductor laser in a case that is miniaturized to a minimum for convenient incorporation into the device. A lens is mounted for condensing the laser light and making it incident on one end side of a light guide formed so as to continue from the inside of the case to the outside.
このような半導体レーザモジュールでは、半導体レーザの出射光軸とレンズの光軸の平衡度を一致させるだけでなく、半導体レーザをレンズに対して最適結合効率が得られる所定距離の位置に正確に配置する必要がある。 In such a semiconductor laser module, not only the degree of balance between the outgoing optical axis of the semiconductor laser and the optical axis of the lens is matched, but also the semiconductor laser is accurately placed at a predetermined distance at which optimum coupling efficiency can be obtained with respect to the lens. There is a need to.
この半導体レーザとレンズとの間に正確な距離を与えるために、従来では、図9〜図11に示す構造のものが知られている。 In order to provide an accurate distance between the semiconductor laser and the lens, a structure shown in FIGS. 9 to 11 is conventionally known.
即ち、上面側が開口された有底箱型のケース本体2とその上面を塞ぐカバー3によりケース1が形成されており、そのケース本体2の底面に基板11が固定される。
That is, a
この基板11の上には、予め一対の突き当てブロック15、16が固定されており、その一対の突き当てブロック15、16の一方の端面15a、16aに、チップ支持台13がその端面13aを当接させた状態で固定されている。チップ支持台13の上面には半導体レーザ14(半導体発光素子)が固定されている。半導体レーザ14は、その光軸がチップ支持台13の端面13aの延長面と直交する向きで固定されており、半導体レーザ14の光軸は、一対の突き当てブロック15、16の間を通過する。
A pair of
突き当てブロック15、16の他方の端面15b、16bには、横長矩形のレンズホルダ17の裏面側の両端が当接した状態で固定されている。レンズホルダ17の内部には、半導体レーザ14からの光を収束して、ケース内部から外部へ連続する導光路を形成するファイバ25の一端側に入射させるためのレンズ20が保持されている。
The other end surfaces 15b and 16b of the
ファイバ25は、図示しない固定手段によりケース本体2に固定され、それらがファイバカバー25′で覆われている。
The
レンズホルダ17は、裏面側の両端が突き当てブロック15、16に当接した状態で、ファイバ25のケース外部の他端側から出射される光の強度が最も大きくなるようにレンズ20の光軸と直交する面内で微小(μmのオーダー)に位置決めされ、突き当てブロック15、16との当接部上方からYAGレーザによる溶接止めにより固定されている。なお、この位置決めは、ファイバ25の出力光の強度を監視しながら、レンズホルダ17を微小に移動させるように設計された専用の位置決め装置(図示せず)によってなされる。
The
このように基板11上に固定された突き当てブロック15、16を前後から挟むようにしてチップ支持台13とレンズホルダ17を固定することにより、チップ支持台13とレンズホルダ17との間を突き当てブロック15、16の厚さ分の一定距離に保つことができ、突き当てブロック15、16の厚さを予めレンズ20に対して所定長さに設定しておくことで、チップ支持台13とレンズホルダ17との距離を最適結合効率が得られる距離に一致させることができる。
In this way, the abutting block between the chip support 13 and the
しかし、上記のように、レンズホルダ17の上面縁部と突き当てブロック15、16の上面縁部との間を溶接した場合、その溶接ポイントPにおける溶融部の収縮等により、図12のように、レンズホルダ17が、溶接ポイントPを中心とし、その下部側が突き当てブロック15、16から離間する方向に回転し、半導体レーザ14とレンズ20の光軸の角度ずれがずれるとともに、半導体レーザ14とレンズ20の距離の増大変化を招き、光の出力強度が大幅に低下する。特に、半導体レーザ14とレンズ20との距離の変化による出力強度の低下は著しい。
However, as described above, when welding is performed between the upper surface edge of the
この問題を解決する方法として、次の特許文献1には、例えば図13に示すように、凸型のレンズホルダ17′の中央部17aでレンズ20を保持し、そのレンズ20の光軸とほぼ同じ高さで左右の腕部18、19が延びるようにし、その腕部18、19の上面縁部と突き当てブロック15、16の上面縁部との間を溶接ポイントPとし、図14のように、溶接により起こるレンズホルダ17の回転の中心が、レンズ20の光軸と同一高さの位置となるようにすることで、回転による半導体レーザ14とレンズ20との距離変化を抑制する技術が開示されている。
As a method for solving this problem, the following
しかしながら、上記特許文献1の技術は、溶接によるレンズホルダ17の回転を前提とするもので、半導体レーザ14とレンズ20との距離変化は抑制できるが、光軸の角度ずれによる光出力の低下は防ぐことができず、より高い光出力を得ることは困難であった。
However, the technique disclosed in
本発明は、この問題を解決し、突き当てブロックにレンズホルダを溶接止めする際に、レンズホルダの回転による光軸ずれが生じないようにした光半導体素子モジュールを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve this problem and to provide an optical semiconductor element module in which an optical axis shift due to rotation of the lens holder does not occur when the lens holder is welded to the abutting block.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の光半導体素子モジュールは、
ケース(1)と、
前記ケース内に固定され、一方の端面と他方の端面とが互いに平行な突き当てブロック(35、36)と、
前記突き当てブロックの前記一方の端面に一端面を当接させた状態で固定されたチップ支持台(13)と、
前記チップ支持台上で、且つ光軸が前記チップ支持台の前記一端面の延長面に直交する向きに固定された光半導体素子(14)と、
前記ケース内で前記光半導体素子と光学的に結合するレンズ(20)と、
前記レンズを保持し、該保持したレンズの光軸と直交する端面を有し、該端面を前記突き当てブロックの他方の端面に接した状態で、前記レンズの前記光半導体素子に対する結合効率が高くなるように位置決めされて溶接止めされたレンズホルダ(37)とを有する光半導体素子モジュールにおいて、
前記突き当てブロックと前記レンズホルダは、
前記突き当てブロックの前記他方の端面とレンズホルダの前記端面とが、前記位置決めの可動範囲内において、前記溶接止めされるポイントを挟む上下の位置で接する形状に形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical semiconductor element module according to
Case (1),
An abutment block (35, 36) fixed in the case and having one end face and the other end face parallel to each other;
A chip support (13) fixed in a state where one end surface is in contact with the one end surface of the abutting block;
An optical semiconductor element (14) fixed on the chip support base and in an orientation in which an optical axis is orthogonal to an extended surface of the one end face of the chip support base;
A lens (20) optically coupled to the optical semiconductor element within the case;
The lens has an end face orthogonal to the optical axis of the held lens, and the end face is in contact with the other end face of the abutting block, so that the coupling efficiency of the lens to the optical semiconductor element is high. In an optical semiconductor element module having a lens holder (37) positioned and welded to be
The abutting block and the lens holder are
The other end face of the abutting block and the end face of the lens holder are formed in a shape in contact with each other at a position above and below the point to be welded within the positioning movable range. .
また、本発明の請求項2の光半導体素子モジュールは、請求項1記載の光半導体素子モジュールにおいて、
前記光半導体素子が半導体発光素子であり、
前記ケースの外部に光を出射するファイバ(25)を有しており、
前記半導体発光素子から出射された光が、前記レンズにより収束されて前記ファイバに入射されることを特徴とする。
An optical semiconductor element module according to
The optical semiconductor element is a semiconductor light emitting element;
A fiber (25) for emitting light to the outside of the case;
The light emitted from the semiconductor light emitting element is converged by the lens and incident on the fiber.
このように、本発明の光半導体素子モジュールでは、突き当てブロックの端面とそれに接するレンズホルダの端面とが、位置決めの可動範囲内において、溶接止めされるポイントを挟む上下の位置、つまり異なる高さ位置で接する形状に形成されているので、溶接ポイントにおける溶融部の収縮により、その溶接ポイントより下方の位置でレンズホルダが突き当てブロックから離間する方向に回転する力が働いたとしても、溶接ポイントより上方の位置でレンズホルダと突き当てブロックが接しているためにその回転は阻止される。したがって、従来のような溶接によるレンズホルダの回転は発生せず、それによる光軸ずれも未然に防ぐことができ、位置決めのときに得られた高い結合効率を、溶接後においても維持することができる。 As described above, in the optical semiconductor element module of the present invention, the end surface of the abutting block and the end surface of the lens holder in contact therewith are positioned above and below the point where welding is stopped within the movable range of positioning, that is, at different heights. Even if a force that rotates the lens holder away from the abutting block at a position below the welding point due to the shrinkage of the molten part at the welding point is applied, the welding point Since the lens holder and the abutting block are in contact with each other at a higher position, the rotation is prevented. Therefore, the rotation of the lens holder due to welding as in the conventional case does not occur, the optical axis shift due to this can be prevented, and the high coupling efficiency obtained at the time of positioning can be maintained even after welding. it can.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1、図2は、本発明を適用した半導体レーザモジュール30の内部の概略構造を示し、図3はその要部の拡大図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a schematic structure inside a
図1、図2に示しているように、この半導体レーザモジュール30は、前記同様に、上面側が開口された有底箱型のケース本体2とその上面を塞ぐカバー3によりケース1が形成されており、そのケース本体2の底面に基板11が固定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
基板11の上には、予め一対の直方体の突き当てブロック35、36が間隔L2を開けて固定されており、その一対の突き当てブロック35、36の一方の端面35a、36aに、チップ支持台13がその端面13aを当接させた状態で固定されている。チップ支持台13の上面には半導体レーザ14(半導体発光素子)が固定されている。半導体レーザ14は、その光軸がチップ支持台13の端面13aの延長面と直交する向きで固定されており、半導体レーザ14の光軸は、一対の突き当てブロック35、36の間を通過する。なお、図示していないが、この半導体レーザ14を含むケース内の電気部品には、ケース本体2の側面を貫通するように固定された端子が電気的に接続されているものとする。
A pair of rectangular
突き当てブロック35、36の端面35a、36aの反対側の端面35b、36bにはレンズホルダ37が溶接止めにより固定されている。
A
レンズホルダ37は左右対称の凸型に形成され、その中央部37aの内部には半導体レーザ14からの光を収束して、ケース内部から外部へ連続する導光路を形成するファイバ25の一端に入射させるためのレンズ20が保持されている。
The
なお、ここでは導光路としてファイバ25を用いた例を示しているが、ケース1の側面に導光用のガラス窓を設け、レンズ20からの光をこの窓から出射する構成であってもよい。中央部37aの左右の側部からは中央部37aより低い高さの腕部38、39が水平に延びている。
Note that, here, an example in which the
ここで、図3に示しているように、レンズホルダ37の中央部37aの幅L1は、突き当てブロック35、36の内端間の距離(隙間)L2より十分(位置決めの可動範囲を超える量:以下同様)長く、突き当てブロック35、36の外端間の距離L3より十分短く設定されている。また、レンズホルダ37の腕部38、39の上面38a、39aの設計上の高さは、突き当てブロック35、36の上面35c、36cより十分低くなるように設定されている。また、設計上のレンズ光軸は突き当てブロック35、36の隙間の中心を通過するものとする。
Here, as shown in FIG. 3, the width L1 of the central portion 37a of the
したがって、レンズホルダ37の中央部37aの両端と腕部38、39が、位置決めの可動範囲を超える広い幅で突き当てブロック35、36の端面35b、36bに接した状態を設計上の位置とし、その当接状態を維持しつつ、レンズホルダ37をレンズ20の光軸と直交する面内で微小(μmのオーダー)に可動して、ファイバ25のケース外部の他端側から出射される光の強度が最も大きくなるように位置決めし、腕部38、39の上面38a、39aと突き当てブロック35、36の端面35b、36bとの境界部分の所定位置をYAGレーザ(図示せず)によって溶接止めする。
Therefore, the design position is such that both ends of the central portion 37a of the
前記したように、この位置決めは、ファイバ25の出力光の強度を監視しながら、レンズホルダ37を微小に移動させるように設計された専用の位置決め装置(図示せず)によってなされる。
As described above, this positioning is performed by a dedicated positioning device (not shown) designed to move the
また、この場合、YAGレーザは、突き当てブロック35、36の端面35b、36bを延長した面と、腕部38、39の上面38a、39aを延長した面とで挟まれる空間からその境界部へ向かって斜めに照射されることになる。
Further, in this case, the YAG laser is moved from the space sandwiched between the surface obtained by extending the end surfaces 35b and 36b of the abutting blocks 35 and 36 and the surface obtained by extending the upper surfaces 38a and 39a of the
このように、突き当てブロック35、36とレンズホルダ37とは、位置決めの可動範囲内において、溶接ポイントPを挟む上下の位置(ケース本体2の底面に垂直な方向に沿って溶接ポイントPを挟む高さ位置)で接する形状となっている。
As described above, the abutting blocks 35 and 36 and the
したがって、たとえその溶接ポイントPにおける溶融部の収縮により、溶接ポイントPより下方の位置でレンズホルダ37が突き当てブロック35、36から離間する方向に回転する力が働いたとしても、溶接ポイントPより上方の位置(つまりレンズホルダ37の中央部37aの両端の高さ位置)でレンズホルダ37と突き当てブロック35、36が接しているために、その回転は阻止される。
Therefore, even if the force that rotates the
このために、従来のような溶接によるレンズホルダ37の回転は原理的に発生せず、それによる光軸ずれも未然に防ぐことができ、位置決めのときに得られた高い結合効率を、溶接後においても維持することができる。
For this reason, the rotation of the
上記実施形態は、凸型のレンズホルダ37の中央部37aの両端と腕部38、39とが突き当てブロック35、36の端面35b、36bに接する形状とし、腕部38、39の上面と突き当てブロック35、36の端面35b、36bとの境界の所定位置を溶接ポイントとすることで、その溶接ポイントPの上下の位置で両者が接するようにしていたが、両者の形状は溶接ポイントPの上下の位置で互いに接する形状であれば任意である。
In the above embodiment, both ends of the central portion 37a of the
例えば、図4に示すように、左右対称の台形型のレンズホルダ37′を用い、腕部38′、39′の傾斜面38a′、39a′の中間の高さ範囲で、突き当てブロック35、36の端面35b、36bとの境界の所定位置をYAGレーザにより溶接することでも、溶接ポイントPの上下の位置で互いに接する状態を実現することができ、溶接によるレンズホルダ37′の回転を阻止できる。
For example, as shown in FIG. 4, using a symmetrical
また、上記した例では、レンズホルダの上面に段差や傾斜を設けていたが、図5に示すように、レンズホルダ37″の上面を全長に渡って平坦とし、突き当てブロック35′、36′の上面に高段部35c′、36c′と低段部35d′、36d′を形成し、低段部35d′、36d′とレンズホルダ37′の裏面側の両端とが接する境界部分に溶接ポイントPを設けてもよい。
Further, in the above example, a step or an inclination is provided on the upper surface of the lens holder. However, as shown in FIG. 5, the upper surface of the
また、図6に示すように、突き当てブロック35′、36′の上面側に傾斜面35e′、36e′を形成し、その傾斜面35e′、36eとレンズホルダ37″の裏面側の両端とが接する境界部分に溶接ポイントPを設けてもよい。その他、突き当てブロックとレンズホルダの形状は種々の変形が可能であり、対称形状でなく非対称形状であってもよい。
Further, as shown in FIG. 6, inclined surfaces 35e 'and 36e' are formed on the upper surface side of the abutting blocks 35 'and 36', the inclined surfaces 35e 'and 36e and both ends of the
また、上記した例では、突き当てブロックとレンズホルダとが接触する部分のうち、上部側で互いに直交する面の境界部に向かって斜めにYAGレーザを照射する必要があり、そのために、従来の製造システムのYAG溶接方向を変更する必要があるが、図7に示すように、凸型のレンズブロック37と、そのレンズブロック37の両端の段差とほぼ等しい段差をもつ突き当てブロック35′、36′とを用い、その段差部分がほぼ一致するように重なり合う位置を設計上の位置として微小な位置決めを行うようにすれば、その段差部分の低段部同士の境界部へ直上位置からYAGレーザを照射することができ、従来の製造システムのYAG溶接方向を変更する必要がなくなる。
Moreover, in the above-described example, it is necessary to irradiate the YAG laser obliquely toward the boundary portion of the surfaces orthogonal to each other on the upper side of the portion where the abutting block and the lens holder are in contact with each other. Although it is necessary to change the YAG welding direction of the manufacturing system, as shown in FIG. 7, the
また、図8のように、両側に傾斜部をもつレンズブロック37′と、そのレンズブロック37の両側の傾斜とほぼ等しい角度の傾斜部をもつ突き当てブロック35′、36′とを用い、その傾斜部が一致するように重なり合う位置を設計上の位置として微小な位置決めを行うようにすれば、傾斜部の中間の高さの境界部へ直上位置からYAGレーザを照射することができ、従来の製造システムのYAG溶接方向を変更する必要がなくなる。
Further, as shown in FIG. 8, a
また、上記した例では、互いに分離した左右一対の突き当てブロックを用いていたが、上記の各一対の突き当てブロックの下部同士が連結されて略凹型をなす一体の突き当てブロックであってもよく、必ずしも二つに分離したものである必要はない。 In the above-described example, a pair of left and right abutting blocks separated from each other is used. However, even if the abutting blocks are formed in a substantially concave shape by connecting the lower portions of each pair of abutting blocks. Well, it doesn't have to be two separate parts.
また、前記実施形態は、半導体レーザモジュールの構造を簡易的に示したが、実際には、発光素子を冷却するための電子冷却素子(ペルチェ素子)を基板11の下に固定したり、レンズ20の前あるいは後に光アイソレータを挿入したり、半導体レーザ14のレンズ側と反対の端面からの光を受光するモニタ用の受光器をチップ支持台13の上に設けたものであって、そのようなものにおいても上記実施形態を適用することができる。
In the above embodiment, the structure of the semiconductor laser module is simply shown. In practice, however, an electronic cooling element (Peltier element) for cooling the light emitting element is fixed under the substrate 11 or the
また、前記実施形態は、半導体レーザモジュールの例であったが、半導体レーザ14の代わりに半導体受光素子(フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等)をチップ支持台13上に支持し、ケース外部からファイバ等の導光路により導かれた光をレンズ20で収束して半導体受光素子に入射するモジュールの場合にも同様に適用できる。
Moreover, although the said embodiment was an example of the semiconductor laser module, instead of the
1……ケース、2……ケース本体、3……カバー、11……基板、13……チップ支持台、14……半導体レーザ、20……レンズ、25……ファイバ、35、36……突き当てブロック、37……レンズホルダ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ケース内に固定され、一方の端面と他方の端面とが互いに平行な突き当てブロック(35、36)と、
前記突き当てブロックの前記一方の端面に一端面を当接させた状態で固定されたチップ支持台(13)と、
前記チップ支持台上で、且つ光軸が前記チップ支持台の前記一端面の延長面に直交する向きに固定された光半導体素子(14)と、
前記ケース内で前記光半導体素子と光学的に結合するレンズ(20)と、
前記レンズを保持し、該保持したレンズの光軸と直交する端面を有し、該端面を前記突き当てブロックの他方の端面に接した状態で、前記レンズの前記光半導体素子に対する結合効率が高くなるように位置決めされて溶接止めされたレンズホルダ(37)とを有する光半導体素子モジュールにおいて、
前記突き当てブロックと前記レンズホルダは、
前記突き当てブロックの前記他方の端面とレンズホルダの前記端面とが、前記位置決めの可動範囲内において、前記溶接止めされるポイントを挟む上下の位置で接する形状に形成されていることを特徴とする光半導体素子モジュール。 Case (1),
An abutment block (35, 36) fixed in the case and having one end face and the other end face parallel to each other;
A chip support (13) fixed in a state where one end surface is in contact with the one end surface of the abutting block;
An optical semiconductor element (14) fixed on the chip support base and in an orientation in which an optical axis is orthogonal to an extended surface of the one end face of the chip support base;
A lens (20) optically coupled to the optical semiconductor element within the case;
The lens has an end face orthogonal to the optical axis of the held lens, and the end face is in contact with the other end face of the abutting block, so that the coupling efficiency of the lens to the optical semiconductor element is high. In an optical semiconductor element module having a lens holder (37) positioned and welded to be
The abutting block and the lens holder are
The other end face of the abutting block and the end face of the lens holder are formed in a shape in contact with each other at a position above and below the point to be welded within the positioning movable range. Optical semiconductor element module.
前記ケースの外部に光を出射するファイバ(25)を有しており、
前記半導体発光素子から出射された光が、前記レンズにより収束されて前記ファイバに入射されることを特徴とする請求項1記載の光半導体素子モジュール。 The optical semiconductor element is a semiconductor light emitting element;
A fiber (25) for emitting light to the outside of the case;
The optical semiconductor element module according to claim 1, wherein the light emitted from the semiconductor light emitting element is converged by the lens and incident on the fiber.
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