JP2017201652A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子から出射された光を誘導するレンズの配置を厳密に調整することが可能な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールは、光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、ベース部材６０と、ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、ベース部材上に搭載されるレンズ９２と、ベース部材とレンズとの間に配置され、ベース部材に対してレンズを支持する第１の支持部材１０５と、を含む。第１の支持部材は、その厚み方向に垂直な断面において、レンズに接触する領域およびベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

パッケージ内に半導体発光素子およびレンズを配置した光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１または２参照）。このような光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。

上記光モジュールにおいて、半導体発光素子から出射された光は、ベース部材上に実装されたレンズにより、スポットサイズが変換される。レンズは、紫外線硬化性樹脂などの接着剤により、ベース部材上に固定されている。

特開２０１５−２１５５３７号公報 特開２００２−２９９７４５号公報

上述のような光モジュールにおいては、レンズの光軸（レンズを通過した光の光軸）を厳密に調整することが求められる。そこで、レンズの光軸を厳密に調整することが可能な光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、ベース部材と、ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、ベース部材とレンズとの間に配置され、ベース部材に対してレンズを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第１の支持部材と、を含む。第１の支持部材は、第１の支持部材の厚み方向に垂直な断面において、レンズに接触する領域およびベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する。

上記光モジュールによれば、レンズの光軸を厳密に調整することが可能となる。

光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略平面図である。 図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。 図３の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。 第１の支持部材を構成する紫外線硬化性樹脂上にレンズを配置する工程を示す概略図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、ベース部材と、ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、ベース部材とレンズとの間に配置され、ベース部材に対してレンズを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第１の支持部材と、を含む。第１の支持部材は、第１の支持部材の厚み方向に垂直な断面において、レンズに接触する領域およびベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する。

光モジュール内部において、半導体発光素子から出射された光は、その半導体発光素子に対応するレンズにおいて、スポットサイズが変換される。光モジュールの高性能化のためには、レンズの光軸を精度よく調整することが重要である。

レンズは、たとえば紫外線硬化性樹脂などの接着剤によりベース部材上に接着されるのが一般的である。紫外線硬化性樹脂を接着剤として用いる場合、たとえば次のような手順でレンズを固定することができる。まずベース部材上に接着に必要な量の紫外線硬化性樹脂が塗布される。次に紫外線硬化性樹脂が塗布されたベース部材上に、光軸を調整しながらレンズを載置し、紫外線を照射して固定する。しかしながら、このような方法では充分な光軸の調整が難しい。

本願の光モジュールは、上述の通り、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、ベース部材とレンズとの間に配置され、ベース部材に対してレンズを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第１の支持部材と、を含む。第１の支持部材は、第１の支持部材の厚み方向に垂直な断面において、レンズに接触する領域およびベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する。紫外線硬化性樹脂を単に接着剤として用いるのではなく、くびれ部を有する程度にまで大きな厚みを有する第１の支持部材を構成する材料として用いることで、レンズの光軸調整においてレンズの高さおよび向きを充分に調整することができる。より具体的には、紫外線硬化性樹脂からなる第１の支持部材が充分な厚みを有することにより、レンズの高さおよび向きの調整の幅（自由度）が大きくなる。レンズの高さおよび向きを充分に調整したうえで、紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射してレンズを固定する。こうすることにより、充分な光軸の調整を達成することができる。以上のように、本願の光モジュールによれば、レンズの光軸を厳密に調整することができる。

上記光モジュールにおいて、ベース部材は、第１の支持部材を保持する第１の保持部を有していてもよい。第１の保持部を有することで、第１の支持部材が所定の位置に保持されやすくなる。その結果、第１の支持部材上におけるレンズの配置が容易になる。

上記光モジュールにおいて、第１の保持部は、ベース部材から突出した突出部であってもよい。第１の保持部が突出部であることにより、第１の保持部の上に載置される、硬化前の紫外線硬化性樹脂の保持性が高まる。その結果、くびれ部を有する程度にまで大きな厚みを有する第２の支持部材の形成が容易になる。

上記光モジュールにおいて、第１の支持部材の厚みは、３０μｍ以上７０μｍ以下であってもよい。第１の支持部材の厚みが３０μｍ以上であることにより、第１の支持部材に支持されるレンズの光軸調整において、レンズの高さおよび向きをより充分に調整することができる。また線膨張係数の大きい樹脂からなる第１の支持部材は、光モジュールの使用時の発熱により膨張する。第１の支持部材の厚みが７０μｍを超えると、その第１の支持部材に保持されたレンズの光軸のずれが大きくなるおそれがある。第１の支持部材の厚みが３０μｍ以上７０μｍ以下であることにより、レンズの光軸調整におけるレンズの高さおよび向きの充分な調整と、レンズの光軸のずれの抑制とを両立することができる。

上記光モジュールにおいて、上記光形成部は、上記ベース部材上に搭載される複数の上記半導体発光素子と、上記ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数の上記レンズと、上記ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含んでいてもよい。

このように、単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波可能とすることで、複数のパッケージからの光を合波する場合に比べて、光モジュールが用いられる装置のコンパクト化を達成することができる。なお、フィルタとしては、たとえば波長選択性フィルタ、偏波合成フィルタなどを採用することができる。

上記光モジュールは、ベース部材とフィルタとの間に配置され、ベース部材に対してフィルタを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第２の支持部材をさらに含んでいてもよい。第２の支持部材は、支持部材の厚み方向に垂直な断面において、フィルタに接触する領域およびベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有していてもよい。

レンズと同様にフィルタも、紫外線硬化性樹脂などの接着剤によりベース部材上に接着されるのが一般的である。しかしながら、そのような方法ではフィルタの光軸（フィルタで反射された光の光軸）を充分に調整することが難しい。これに対し、紫外線硬化性樹脂を単に接着剤として用いるのではなく、くびれ部を有する程度にまで大きな厚みを有する第２の支持部材を構成する材料として用いることで、フィルタの光軸調整において、フィルタの高さおよび向きを充分に調整することができる。

上記光モジュールにおいて、ベース部材は、第２の支持部材を保持する第２の保持部を有していてもよい。第２の保持部を有することで、第２の支持部材が所定の位置に保持されやすくなり、その結果、第２の支持部材上におけるフィルタの配置が容易になる。

上記光モジュールにおいて、第２の保持部は、ベース部材から突出した突出部であってもよい。第２の保持部が突出部であることにより、第２の保持部の上に載置される、硬化前の紫外線硬化性樹脂の保持性が高まる。その結果、くびれ部を有する程度にまで大きな厚みを有する第２の支持部材の形成が容易になる。

上記光モジュールにおいて、第２の支持部材の厚みは、３０μｍ以上７０μｍ以下であってもよい。第２の支持部材の厚みが３０μｍ以上であることにより、第２の支持部材に支持されるフィルタの光軸調整において、フィルタの高さおよび向きをより充分に調整することができる。また線膨張係数の大きい樹脂からなる第２の支持部材は、光モジュールの使用時の発熱により膨張する。第２の支持部材の厚みが７０μｍを超えると、その第２の支持部材に保持されたフィルタの光軸のずれが大きくなるおそれがある。第２の支持部材の厚みが３０μｍ以上７０μｍ以下であることにより、フィルタの光軸調整におけるフィルタの高さおよび向きの充分な調整と、フィルタの光軸のずれの抑制とを両立することができる。

上記光モジュールにおいて、上記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する半導体発光素子、緑色の光を出射する半導体発光素子、および青色の光を出射する半導体発光素子を含んでいてもよい。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。

上記光モジュールにおいて、上記半導体発光素子はレーザダイオードであってもよい。このようにすることにより、波長のばらつきの少ない出射光を得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図６を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態における光モジュール１の構造を示す概略斜視図である。図２は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。図３は、図２に対応する概略平面図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン５１とを備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。

キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。

図２および図３を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。

第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１半導体発光素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置される。そして、第２サブマウント７２上には、第２半導体発光素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３半導体発光素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（ベース板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３により調整されて一致している。

光モジュール１は、ステム１０と光形成部２０との間に、電子冷却モジュール３０を含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度上昇が抑制される。これにより、たとえば自動車に搭載される場合など、温度が高くなる環境下においても光モジュール１を使用することが可能となる。また、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。

ベース板６０のベース領域６１上には、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９は、第１の保持部である。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９は、それぞれ、ベース板６０の主面６０Ａから突出した突出部である。上記突出部は、ベース板６０の主面６０Ａに交差する側面と、その側面に接続される頂面とを有する柱体である。

ベース板６０上の第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９と、対応する第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３との間には、それぞれ第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６が配置されている。第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６は、第１の支持部材である。第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６は、それぞれエポキシ系紫外線硬化性樹脂、アクリル系紫外線硬化性樹脂などの紫外線硬化性樹脂からなる。

第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６上には、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。

ベース板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ保持部８８と、第２フィルタ保持部８９とが形成されている。第１フィルタ保持部８８と第２フィルタ保持部８９とは、第２の保持部である。第１フィルタ保持部８８と第２フィルタ保持部８９とは、それぞれベース板６０の主面６０Ａから突出した突出部である。上記突出部は、ベース板６０の主面６０Ａに交差する側面と、その側面に接続される頂面とを有する柱体である。

ベース板６０上の第１フィルタ保持部８８および第２フィルタ保持部８９と、対応する第１フィルタ９７および第２フィルタ９８との間には、それぞれ第１フィルタ支持部材１１０と、第２フィルタ支持部材１１１とが配置されている。第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１は、第２の支持部材である。第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１は、それぞれエポキシ系紫外線硬化性樹脂、アクリル系紫外線硬化性樹脂などの紫外線硬化性樹脂からなる。

第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１上には、それぞれ第１フィルタ９７および第２フィルタ９８が配置されている。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。

図３を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行して第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_２に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行して第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_２に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行して第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_３に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

［第１の保持部および第１の支持部材の構造］
次に図４を参照して、第１の保持部である第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９、ならびに第１の支持部材である第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６の構造について説明する。図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。

なお、以下においては、第１の保持部を代表して第２レンズ保持部７８についてのみ説明し、第１レンズ保持部７７および第３レンズ保持部７９についての説明は省略する。第２レンズ保持部７８に対する下記説明の内容は、第１レンズ保持部７７および第３レンズ保持部７９についても適用される。また第１の支持部材を代表して第２レンズ支持部材１０５についてのみ説明し、第１レンズ支持部材１０４および第３レンズ支持部材１０６についての説明は省略する。第２レンズ支持部材１０５に対する下記説明の内容は、第１レンズ支持部材１０４および第３レンズ支持部材１０６についても適用される。

図４を参照して、ベース板６０は、第１の保持部としての第２レンズ保持部７８を有する。第２レンズ保持部７８は、ベース板６０の主面６０Ａから突出した突出部である。第２レンズ保持部７８は、ベース板６０の主面６０Ａに交差する側面７８Ｂと、側面７８Ｂに交差する頂面７８Ａとを含む。第２レンズ保持部７８の側面７８Ｂとベース板６０の主面６０Ａとは、たとえば直交する。第２レンズ保持部７８の形状は、例えば直方体、直円柱体などの直柱体である。側面７８Ｂと頂面７８Ａとにより形成される角の角度は９０度以下であってもよい。

第２レンズ支持部材１０５は、上述の紫外線硬化性樹脂からなる。第２レンズ支持部材１０５は、厚みｔ_１を有する構造体である。第２レンズ支持部材１０５は、第２レンズ９２の光軸に垂直な断面において、第２レンズ９２の幅方向（第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａに沿った方向）の幅が小さい。この方向の両側に、第２レンズ支持部材１０５は第１くびれ部１０１を有する。この第１くびれ部１０１は、第１の支持部材である第２レンズ支持部材１０５の厚み方向に垂直な断面において、第２レンズ９２に接触する領域およびベース板６０の第２レンズ保持部７８に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部である。図４を参照して、厚み方向に垂直な断面における第２レンズ支持部材１０５の断面積は、第２レンズ支持部材１０５が第２レンズ９２に接触する領域の断面積が最も大きい。次に、第２レンズ支持部材１０５がベース板６０上の第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａに接触する領域の断面積が大きい。第２レンズ支持部材１０５の第１くびれ部１０１の断面積は、第２レンズ９２に接触する領域の断面積およびベース板６０上の第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａに接触する領域の断面積よりも小さい。

第１くびれ部１０１は、曲面から構成される。図４を参照して、第２レンズ９２の光軸に垂直な断面においては、第１くびれ部１０１は、第２レンズ９２の幅方向の両側に第１湾曲部１０１Ａと第２湾曲部１０１Ｂとを備える。第２レンズ９２の光軸に垂直な断面においては、第１湾曲部１０１Ａと第２湾曲部１０１Ｂは、第２レンズ９２の幅方向中央に向かって凹む凹部を形成している。また、図４を参照して、第２レンズ９２の光軸に垂直な断面において、第１湾曲部１０１Ａおよび第２湾曲部１０１Ｂは、それぞれ曲率が連続的に変化する曲線部を有する。

第１の支持部材としての第２レンズ支持部材１０５の厚みｔ_１は、好ましくは３０μｍ以上７０μｍ以下である。第２レンズ支持部材１０５の厚みｔ_１が３０μｍ以上であることにより、第２レンズ支持部材１０５に支持される第２レンズ９２の光軸調整において、第２レンズ９２の高さおよび向きをより充分に調整することができる。また線膨張係数の大きい樹脂からなる第２レンズ支持部材１０５は、光モジュール１の使用時の発熱により膨張する。第２レンズ支持部材１０５の厚みｔ_１が７０μｍを超えると、その第２レンズ支持部材１０５に保持された第２レンズ９２の光軸のずれが大きくなるおそれがある。したがって第２レンズ支持部材１０５の厚みｔ_１が３０μｍ以上７０μｍ以下であることにより、第２レンズ９２の光軸調整における第２レンズ９２の高さおよび向きの充分な調整と、第２レンズ９２の光軸のずれの抑制を両立することができる。第２レンズ支持部材１０５の厚みｔ_１は、より好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。厚みｔ_１が４０μｍ以上であると、第２レンズ９２の高さおよび向きをより充分に調整することができる。また厚みｔ_１が６０μｍ以下であると、第２レンズ９２の光軸のずれをより充分に抑制することができる。

このように、紫外線硬化性樹脂により、第１くびれ部１０１を有する程度にまで大きな厚みｔ_１を有する第２レンズ支持部材１０５を形成することで、第２レンズ９２の光軸調整における第２レンズ９２の高さおよび向きの調整の幅（自由度）が大きくなる。その結果、充分な光軸の調整を達成することができる。

［第２の保持部および第２の支持部材の構造］
次に図５を参照して、第２の保持部である第１フィルタ保持部８８および第２フィルタ保持部８９、ならびに第２の支持部材である第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１の構造について説明する。図５は、図３の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。

なお、以下においては、第２の保持部を代表して第１フィルタ保持部８８についてのみ説明し、第２フィルタ保持部８９についての説明は省略する。第１フィルタ保持部８８に対する下記説明の内容は、第２フィルタ保持部８９についても適用される。また第２の支持部材を代表して第１フィルタ支持部材１１０についてのみ説明し、第１フィルタ支持部材１１１についての説明は省略する。第１フィルタ支持部材１１０に対する説明の内容は、第２フィルタ支持部材１１１についても適用される。

図５を参照して、ベース板６０は、第２の保持部としての第１フィルタ保持部８８を有する。第１フィルタ保持部８８は、ベース板６０の主面６０Ａから突出した突出部である。第１フィルタ保持部８８は、ベース板６０の主面６０Ａに交差する側面８８Ｂと、側面８８Ｂに交差する頂面８８Ａとを含む。第１フィルタ保持部８８の側面８８Ｂとベース板６０の主面６０Ａとは、たとえば直交する。第１フィルタ保持部８８の形状は、例えば直方体、直円柱体などの直柱体である。側面８８Ｂと頂面８８Ａとにより形成される角の角度は９０度以下であってもよく、９０度が好ましい。

第１フィルタ支持部材１１０は、上述の紫外線硬化性樹脂からなる。第１フィルタ支持部材１１０は、厚みｔ_２を有する構造体である。第１フィルタ支持部材１１０は、第１フィルタ９７の光軸に垂直な断面において、第１フィルタ９７の幅方向（第１フィルタ保持部８８の頂面８８Ａに沿った方向）の幅が小さい。この方向の両側に、第１フィルタ支持部材１１０は第２くびれ部１０２を有する。この第２くびれ部１０２は、第２の支持部材である第１フィルタ支持部材１１０の厚み方向に垂直な断面において、第１フィルタ９７に接触する領域およびベース板６０の第１フィルタ保持部８８に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部である。図５を参照して、厚み方向に垂直な断面における第１フィルタ支持部材１１０の断面積は、第１フィルタ支持部材１１０が第１フィルタ９７に接触する領域の断面積が最も大きい。次に、第１フィルタ支持部材１１０がベース板６０上の第１フィルタ保持部８８の頂面８８Ａに接触する領域の断面積が大きい。第１フィルタ支持部材１１０の第２くびれ部１０２の断面積は、第１フィルタ９７に接触する領域の断面積およびベース板６０上の第１フィルタ保持部８８の頂面８８Ａに接触する領域の断面積よりも小さい。

第２くびれ部１０２は、曲面から構成される。図５を参照して、第１フィルタ９７の光軸に垂直な断面において、第２くびれ部１０２は、第１フィルタ９７の幅方向の両側に第３湾曲部１０２Ａと第４湾曲部１０２Ｂとを備える。第１フィルタ９７の光軸に垂直な断面においては、第３湾曲部１０２Ａと第４湾曲部１０２Ｂは、第１フィルタ９７の幅方向中央に向かって凹む凹部を形成している。また、図５を参照して、第１フィルタ９７の光軸に垂直な断面において、第３湾曲部１０２Ａおよび第２湾曲部１０２Ｂは、それぞれ曲率が連続的に変化する曲線部を有する。

第２の支持部材としての第１フィルタ支持部材１１０の厚みｔ_２は、好ましくは３０μｍ以上７０μｍ以下である。第１フィルタ支持部材１１０の厚みｔ_２が３０μｍ以上であることにより、第１フィルタ支持部材１１０に支持されるフィルタの光軸調整において、第１フィルタ９７の高さおよび向きをより充分に調整することができる。また線膨張係数の大きい樹脂からなる第１フィルタ支持部材１１０が光モジュール１の使用時の発熱により膨張するため、第１フィルタ支持部材１１０の厚みｔ_２が７０μｍを超えると、その第１フィルタ支持部材１１０に保持された第１フィルタ９７の光軸のずれが許容範囲を逸脱するおそれがある。したがって第１フィルタ支持部材１１０の厚みが３０μｍ以上７０μｍ以下であることにより、第１フィルタ９７の光軸調整における第１フィルタ９７の高さおよび向きの充分な調整と、第１フィルタ９７の光軸のずれの抑制を両立することができる。第１フィルタ支持部材１１０の厚みｔ_２は、より好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。厚みｔ_２が４０μｍ以上であると、第１フィルタ９７の高さおよび向きをより充分に調整することができる。また厚みｔ_２が６０μｍ以下であると、第１フィルタ９７の光軸のずれをより充分に抑制することができる。

このように、紫外線硬化性樹脂により、第２くびれ部１０２を有する程度にまで大きな厚みｔ_２を有する第１フィルタ支持部材１１０を形成することで、第１フィルタ９７の光軸調整におけるフィルタの高さおよび向きの調整の幅（自由度）が大きくなる。その結果、充分な光軸の調整を達成することができる。

［第１の支持部材の形成方法］
次に、第１の支持部材である第１レンズ支持部材１０４、第２レンズ支持部材１０５および第３レンズ支持部材１０６の形成方法について説明する。なお上記同様、以下においても第１の支持部材を代表して第２レンズ支持部材１０５の形成方法についてのみ説明し、第１レンズ支持部材１０４および第３レンズ支持部材１０６の形成方法についての説明は省略する。下記で説明する第２レンズ支持部材１０５の形成方法と同様の方法にて、第１レンズ支持部材１０４および第３レンズ支持部材１０６を形成することができる。

図６を参照して、まず第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａ上に、未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８を載置する。図６に示すように、載置される未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８の量は、単なる接着剤として使用される量よりも多い。すなわち、くびれ部を有する構造体としての第２レンズ支持部材１０５を形成するのに充分な量である。このとき、ベース板６０から突出した四角柱状の第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａ上に紫外線硬化性樹脂１０８を塗布すると、紫外線硬化性樹脂１０８に対して表面張力が働く。この表面張力の作用により、紫外線硬化性樹脂１０８は、第２レンズ保持部７８の頂面７８Ａから流れ落ちることなく第２レンズ保持部７８上に保持される。

次に第２レンズ９２を未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８上に配置する。第２レンズ９２をＤ１の方向に向かって紫外線硬化性樹脂１０８上に載置すると、第２レンズ９２の外周面９２Ｄに沿って紫外線硬化性樹脂１０８が拡がる。また未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８は、第２レンズ９２と第２レンズ保持部７８との間に充分な間隔が形成されるのに十分な粘度を有する。その結果、図４に示すような、第１くびれ部１０１を有する形状の第２レンズ支持部材１０５が未硬化の状態で形成される。

本実施の形態においては、第２レンズ９２を未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８上に配置した状態で、第２レンズ９２の高さや向きを調整することにより第２レンズ９２の光軸を調整することが可能である。第２レンズ９２の光軸を調整した後、紫外線硬化性樹脂１０８に紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂１０８を硬化させることにより、第２レンズ支持部材１０５上に第２レンズ９２を固定する。このように、充分な厚みを有する未硬化の紫外線硬化性樹脂１０８上にレンズ９２を配置した状態でレンズの光軸調整を行うことにより、充分な光軸の調整を達成することができる。

上記方法は、第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１を形成する場合にも適用が可能である。第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部材１１１を形成する場合においては、上記方法における第２レンズ９２の代わりに、第１フィルタ９７または第２フィルタ９８を用いればよい。

以上が本実施の形態の説明である。なお、上記サブマウント７１，７２，７３は、サブマウント７１，７２，７３上に搭載される素子等に熱膨張係数が近い材料からなるものとされ、たとえばＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ダイヤモンドなどからなるものとすることができる。また、ステム１０およびキャップ４０を構成する材料としては、たとえば熱伝導率の高い材料である鉄、銅などを採用してもよいし、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどを採用してもよい。

なお、上記実施の形態においては、３個または４個の出射波長の異なる半導体発光素子からの光が合波される場合について説明したが、半導体発光素子は１個または２個であってもよく、５個以上であってもよい。また、上記実施の形態においては、半導体発光素子としてレーザダイオード８１，８２，８３が採用される場合について説明したが、半導体発光素子として、たとえば発光ダイオードが採用されてもよい。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。

また上記実施の形態においては、第１フィルタ支持部材１１０が第２くびれ部１０２を有する場合について説明したが、第１フィルタ支持部材１１０および第２フィルタ支持部１１１はくびれ部１０２を有していなくてもよい。

またベース板６０上に設けられる第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９の形状は、ベース板６０から突出した形状に限定されない。第１フィルタ保持部８８および第２フィルタ保持部８９についても同様である。

さらにベース板６０上に設けられる第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９は省略することも可能である。同様に、第１フィルタ保持部８８および第２フィルタ保持部８９についても省略が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の光モジュールは、半導体発光素子から出射された光を誘導するレンズの配置をより厳密に調整することが求められる光モジュールに、特に有利に適用され得る。

１ 光モジュール
１０ ステム
１０Ａ 一方の主面
１０Ｂ 他方の主面
２０ 光形成部
３０ 電子冷却モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
４０ キャップ
４１ 出射窓
５１ リードピン
６０ ベース板
６０Ａ 一方の主面
６０Ｂ 他方の主面
６１ ベース領域
６２ チップ搭載領域
６３ 第１チップ搭載領域
６４ 第２チップ搭載領域
７１ 第１サブマウント
７２ 第２サブマウント
７３ 第３サブマウント
７７ 第１レンズ保持部
７８ 第２レンズ保持部
７９ 第３レンズ保持部
７８Ａ 第２レンズ保持部の頂面
７８Ｂ 第２レンズ保持部の側面
８１ 赤色レーザダイオード
８２ 緑色レーザダイオード
８３ 青色レーザダイオード
８８ 第１フィルタ保持部
８９ 第２フィルタ保持部
８８Ａ 第１フィルタ保持部の頂面
８８Ｂ 第１フィルタ保持部の側面
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９２Ｄ 第１レンズの外周面
９７ 第１フィルタ
９７Ｄ 第１フィルタ９７の外周面
９８ 第２フィルタ
１０１ 第１くびれ部
１０２ 第２くびれ部
１０１Ａ 第１湾曲部
１０１Ｂ 第２湾曲部
１０２Ａ 第３湾曲部
１０２Ｂ 第４湾曲部
１０４ 第１レンズ支持部材
１０５ 第２レンズ支持部材
１０６ 第３レンズ支持部材
１０８ 紫外線硬化性樹脂
１１０ 第１フィルタ支持部材
１１１ 第２フィルタ支持部材

Claims (11)

1. 光を形成する光形成部と、
   前記光形成部からの光を透過する出射窓を有し、前記光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備え、
   前記光形成部は、
   ベース部材と、
   前記ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、
   前記ベース部材上に搭載され、前記半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、
   前記ベース部材と前記レンズとの間に配置され、前記ベース部材に対して前記レンズを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第１の支持部材と、を含み、
   前記第１の支持部材は、前記第１の支持部材の厚み方向に垂直な断面において、前記レンズに接触する領域および前記ベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する、光モジュール。
2. 前記ベース部材は、前記第１の支持部材を保持する第１の保持部を有する、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第１の保持部は、前記ベース部材から突出した突出部である、請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記第１の支持部材の厚みは、３０μｍ以上７０μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記光形成部は、
   前記ベース部材上に搭載される複数の前記半導体発光素子と、
   前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数の前記レンズと、
   前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
6. 前記ベース部材と前記フィルタとの間に配置され、前記ベース部材に対して前記フィルタを支持する、紫外線硬化性樹脂からなる第２の支持部材をさらに含み、
   前記第２の支持部材は、前記第２の支持部材の厚み方向に垂直な断面において、前記フィルタに接触する領域および前記ベース部材に接触する領域よりも断面積が小さいくびれ部を有する、請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記ベース部材は、前記第２の支持部材を保持する第２の保持部を有する、請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記第２の保持部は、前記ベース部材から突出した突出部である、請求項７に記載の光モジュール。
9. 前記第２の支持部材の厚みは、３０μｍ以上７０μｍ以下である、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
10. 前記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する前記半導体発光素子、緑色の光を出射する前記半導体発光素子および青色の光を出射する前記半導体発光素子を含む、請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール。
11. 前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。

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