JP2018049174A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバと発光素子との位置合わせを簡単な構成で精度よく行うことができる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、光ファイバ４０を保持するフェルール１１と、レーザ光を発する発光素子２０と、発光素子が発した光が、フェルール１１で保持された光ファイバ４０内に進入するように、フェルール１１及び発光素子２０を収容する筐体３０と、を備えている。筐体３０には、当該筐体３０の一端面から他端面にかけて貫通する貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３は、筐体３０の一端面から他端面に向けて内径が段階的に減少する形状に形成されている。フェルール１１は、貫通孔３３における最も内径の小さい小径部分３３１に嵌合している。発光素子２０は、貫通孔３３における小径部分３３１よりも内径の大きい大径部分３３３に嵌合している。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を光源とする光源装置に関する。

従来、金属で形成されたパッケージ等の内部にレーザチップが搭載された発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光素子では、気密封止されたパッケージ内にレーザチップが搭載されている。レーザチップから出力されたレーザ光は、パッケージの内から外へ貫通する光学ロッドに直接導光されてパッケージ外に出力される。さらに、光学ロッドから出力された光は、光学レンズにより集光され、照射対象に照射される。

また、近年、光ファイバを用いた光伝送方式が一般化しつつあり、パッケージ内のレーザチップから出力されたレーザ光を光ファイバに導光する技術が望まれている。

特開２０１３−１４９４４９号公報

上述した従来の発光素子では、気密封止されたパッケージ内からレーザ光を直接光学ロッドに導光して光学レンズにより集光するため、レーザチップ、光学ロッドおよび光学レンズを正確に調芯する必要があった。また、レーザチップ、光学ロッドおよび光学レンズを正確に調芯するには、精密で複雑な装置構造が必要であった。したがって、光学レンズにより集光されたレーザ光を、さらに、細く柔らかい光ファイバ内へ導光することは困難であった。

そこで、本発明は、光ファイバと発光素子との位置合わせを簡単な構成で精度よく行うことができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光源装置は、光ファイバを保持するフェルールと、レーザ光を発する発光素子と、発光素子が発した光が、フェルールで保持された光ファイバ内に進入するように、フェルール及び発光素子を収容する筐体と、を備え、筐体には、当該筐体の一端面から他端面にかけて貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔は、筐体の一端面から他端面に向けて内径が段階的に減少する形状に形成されており、フェルールは、貫通孔における最も内径の小さい小径部分に嵌合しており、発光素子は、貫通孔における小径部分よりも内径の大きい大径部分に嵌合している。

本発明によれば、光ファイバと発光素子との位置合わせを簡単な構成で精度よく行うことができる。

実施の形態に係る光源装置の構成を示す外観斜視図である。 図１の光源装置の断面図である。 図２の光源装置を分解して示した分解断面図である。 変形例１に係る光源装置の断面図である。 変形例２に係る光源装置の構成を示す外観斜視図である。 図５の光源装置の断面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る照明装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る光源装置１について、図面を参照しながら説明する。

まず、光源装置１の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る光源装置の構成を示す外観斜視図である。図２は、図１の光源装置の断面図である。図３は、図２の光源装置を分解して示した分解断面図である。なお、図２及び図３においては、発光素子２０を正面図で図示している。

図１〜図３に示すように、光源装置１は、フランジ付きフェルール１０と、発光素子２０と、筐体３０とを備えている。

フランジ付きフェルール１０は、光ファイバ４０を保持する部材であり、フェルール１１と、フェルール１１が圧入されたフランジ１２とを備えている。なお、光ファイバ４０においては、フェルール１１に保持される以外の箇所の外周面が、保護用の被膜４１によって覆われている。

フェルール１１は、長尺な円柱状の部材であり、その端面の中心に軸方向に沿った貫通孔１１１が形成されている。貫通孔１１１内には光ファイバ４０が挿入されており、当該光ファイバ４０が、フェルール１１の貫通孔１１１内で接着剤で接着されることで位置決めされている。フェルール１１は、例えばジルコニア等のセラミック焼結体、ＳＵＳ等の金属で形成されている。

フランジ１２は、フェルール１１の一端部に装着された、例えば金属、樹脂からなる部材である。フランジ１２は、段階的に先細りになる形状に形成されており、その先端面の中心に軸方向に沿った貫通孔１２１が形成されている。貫通孔１２１は、先端部側が細く、基端部側が太くなるように、二段階状に形成されている。貫通孔１２１の先端部側には、被膜４１によって覆われた光ファイバ４０が挿入され、接着材によって接着されている。貫通孔１２１の基端部側には、光ファイバ４０が組み込まれたフェルール１１の先端部が圧入されている。これにより、フランジ１２はフェルール１１に一体化されている。また、フランジ１２の基端部は、フェルール１１よりも外径が大きく形成されている。具体的には、フランジ１２の基端部は、周方向に断続的に形成された鍔部１２２を備えており、この鍔部１２２がなす外径がフェルール１１の外形よりも大きく形成されている。

発光素子２０は、レーザ光を発する発光装置である。具体的には、発光素子２０は、発光部（図示省略）と、発光部を支持する基板２１と、発光部を覆うキャップ２２と、キャップ２２により保持されたレンズ２３とを一体的に備えている。

発光部は、例えば５００ｎｍ以下の短波長光を出力する半導体レーザダイオードである。

基板２１は、例えば、Ｆｅ系合金（ＳＵＳ、ＳＦ材等）、Ｎｉ系合金（コバール等）、Ｃｕ系合金（黄銅等）などの金属により形成された円板状の基板である。この基板２１には、リード端子２４が設けられている。リード端子２４は、例えば、光源装置１の外部から発光部に対して電力を与えるための端子である。

キャップ２２は、基板２１上に搭載された発光部を覆うように、基板２１に接合された金属キャップである。キャップ２２は、例えば、抵抗溶接（プロジェクション溶接）により基板２１に接合されている。キャップ２２は、例えばＦｅ系合金（ＳＵＳ、ＳＦ材等）、Ｎｉ系合金（コバール等）等の金属で構成されている。また、キャップ２２は、基板２１に接合されたときに基板２１と対向する面に開口部を有しており、当該開口部にレンズ２３が保持されている。

レンズ２３は、発光部が発したレーザ光を、フェルール１１で保持された光ファイバ４０内に集光するための集光レンズである。キャップ２２に保持されたレンズ２３は、当該レンズ２３の焦点が、発光部の光軸に対して同軸上となるように配置されている。

筐体３０は、例えば、Ｆｅ系合金（ＳＵＳ、ＳＦ材等）、Ｃｕ系合金（黄銅等）などの金属から形成されたハウジングである。筐体３０は、略円筒状に形成されており、その内部にフランジ付きフェルール１０の一部と、発光素子２０とを収容している。筐体３０の中央部の外周には、溝部３１が全周にわたって形成されている。また、筐体３０の基端部の外周には、全周にわたって突出した凸部３２が形成されている。また、筐体３０の先端面（他端面）の中心に軸方向に沿った貫通孔３３が形成されている。これにより貫通孔３３は、筐体３０の基端面（一端面）から先端面まで貫通している。貫通孔３３は、筐体３０の基端面から先端面に向けて内径が段階的に減少（単調減少）する形状に形成されている。具体的には、貫通孔３３は、先端側から順に、小径部分３３１と、中径部分３３２と、大径部分３３３とを備えている。小径部分３３１、中径部分３３２、大径部分３３３は、いずれも円柱状の孔であり、同軸上に配置されている。

小径部分３３１には、フランジ付きフェルール１０のフェルール１１が嵌合される。このため、小径部分３３１の内径は、フェルール１１が嵌合するように当該フェルール１１の外径よりもわずかに大きい。フェルール１１が小径部分３３１に嵌合することによって、フェルール１１で保持されている光ファイバ４０が、位置決めされて小径部分３３１の中心軸上に配置されることになる。また、小径部分３３１にフェルール１１を挿入して押し込むと、フランジ１２の基端部が筐体３０の先端面に当接する。これにより、フェルール１１のこれ以上の進入が規制されるので、軸方向における光ファイバ４０の位置を決めることができる。フェルール１１は、小径部分３３１に対して着脱自在となっている。これにより、フェルール１１を筐体３０から取り外して、メンテナンス作業を容易に行うことができる。なお、フェルール１１は、小径部分３３１に対して固定されていてもよい。

中径部分３３２及び大径部分３３３には、発光素子２０が収容される。具体的には、中径部分３３２には、発光素子２０のキャップ２２が収容され、大径部分３３３には、発光素子２０の基板２１が収容される。中径部分３３２の内径は、当該中径部分３３２をなす内周面がキャップ２２に触れないように、キャップ２２の外径よりも大きく形成されている。また、基板２１が大径部分３３３内においてＹＡＧレーザ溶接される場合には、大径部分３３３の内径は、基板２１の外径よりもわずかに大きい。一方、基板２１が大径部分３３３内に圧入される場合には、大径部分３３３の内径は、基板２１の外径よりもわずかに大きい。いずれにしろ基板２１が大径部分３３３に嵌合することによって、発光素子２０が、位置決めされて大径部分３３３の中心軸上に配置されることになる。つまり、小径部分３３１により位置決めされた光ファイバ４０と、大径部分３３３により位置決めされた発光素子２０とが同軸上に配置された状態となる。より具体的には、光ファイバ４０の中心軸と、キャップ２２に保持されたレンズ２３の焦点とが同軸上に配置された状態となる。

また、発光素子２０の基板２１を大径部分３３３に挿入して押し込むと、当該基板２１の主面が、大径部分３３３をなす内天面に当接する。これにより、発光素子２０のこれ以上の進入が規制されるので、軸方向における発光素子２０の位置を決めることができる。発光素子２０は、大径部分３３３に対して着脱自在となっていてもよい。これにより、発光素子２０を筐体３０から取り外して、メンテナンス作業を容易に行うことができる。なお、発光素子２０は、大径部分３３３に対して固定されていてもよい。

次に、光源装置１の製造方法について説明する。

図３に示す状態から、筐体３０には発光素子２０が取り付けられる。具体的には、筐体３０の貫通孔３３に対して基端面側から発光素子２０が挿入される。これにより、発光素子２０の基板２１が貫通孔３３の大径部分３３３に嵌合して、発光素子２０の軸方向に直交する方向の位置決めが行われる。また、基板２１の主面が大径部分の内天面に当接することで、発光素子２０の軸方向の位置決めが行われる。

次いで、筐体３０にはフランジ付きフェルール１０が取り付けられる。具体的には、筐体３０の貫通孔３３に対して先端面側からフランジ付きフェルール１０のフェルール１１が挿入される。これにより、フェルール１１が貫通孔３３の小径部分３３１に嵌合して、フェルール１１の軸方向に直交する方向の位置決めが行われる。また、フランジ付きフェルール１０のフランジ１２の基端部が筐体３０の先端面に当接することで、フェルール１０の軸方向の位置決めが行われる。これにより、光ファイバ４０の位置決めが行われる。組み立て後においては、光源装置１は、図１及び図２の状態となる。

以上のように、本実施の形態によれば、光源装置１は、光ファイバ４０を保持するフェルール１１と、レーザ光を発する発光素子２０と、発光素子２０が発した光が、フェルール１１で保持された光ファイバ４０内に進入するように、フェルール１１及び発光素子２０を収容する筐体３０と、を備えている。筐体３０には、当該筐体３０の基端面（一端面）から先端面（他端面）にかけて貫通する貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３は、筐体の基端面から先端面に向けて内径が段階的に減少する形状に形成されている。フェルール１１は、貫通孔３３における最も内径の小さい小径部分３３１に嵌合している。発光素子２０は、貫通孔３３における小径部分３３１よりも内径の大きい大径部分３３３に嵌合している。

この構成によれば、貫通孔３３における小径部分３３１にフェルール１１が嵌合しており、貫通孔３３における大径部分３３３に発光素子２０が嵌合しているので、貫通孔３３にフェルール１１と、発光素子２０とを嵌合させるだけで、軸方向における直交する方向の位置決めを行うことができる。これにより、フェルール１１に保持された光ファイバ４０と発光素子２０との位置決めを簡単な構成で精度よく行うことができる。

そして、例えば旋盤加工などの切削加工によって筐体３０を製造する場合には、筐体３０となるワークの基端面側から工具を送って大径部分３３３を形成し、ワークを持ち替えた後にワークの先端面側から工具を送って小径部分３３１を形成する場合も想定される。この場合、ワークを持ち替えることで、小径部分３３１と大径部分３３３とに位置ズレが生じるおそれがある。しかしながら、本実施の形態のように、貫通孔３３が筐体３０３の基端面から先端面に向けて内径が段階的に減少する形状に形成されていれば、工具をワークに対して一方向に送るだけで、ワークの基端面から順に、大径部分３３３、中径部分３３２、小径部分３３１を形成することができる。したがって、筐体３０の貫通孔３３の精度を高めることができ、ひいては光ファイバ４０と発光素子２０との位置決め精度も高めることができる。

また、フェルール１１には、当該フェルール１１よりも外径の大きいフランジ１２が取り付けられており、フランジ１２は、筐体３０の先端面に当接している。

この構成によれば、フランジ１２が筐体３０の先端面に当接するので、フェルール１１のこれ以上の進入が規制されて、軸方向における光ファイバ４０の位置を決めることができる。

また、フェルール１１が小径部分３３１に対して着脱自在であるので、フェルール１１を筐体３０から取り外して、メンテナンス作業を容易に行うことができる。

（変形例１）
上記実施の形態では、発光素子２０にレンズ２３が一体化されている場合を例示して説明した。しかし、この変形例１では、発光素子とレンズとが別体である場合を例示して説明する。以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図４は、変形例１に係る光源装置の断面図であり、図２に対応する図である。図４に示すように、光源装置１Ａに備わる発光素子２０ａと、レンズ２３ａとは別体である。レンズ２３ａは、発光素子２０ａの発光部の光軸上に配置されている。

筐体３０ａの貫通孔３３ａには、小径部分３３１と、中径部分３３２との間に、中間部分３３４が設けられている。この中間部分３３４は、円柱状の孔であり、小径部分３３１、中径部分３３２、大径部分３３３に対して同軸上に配置されている。中間部分３３４の内径は、小径部分３３１よりも大きく、中径部分３３２よりも小さい。つまり、中間部分３３４は、小径部分３３１と大径部分３３３との間に配置されており、大径部分３３３よりも内径が小さい。より具体的には、中間部分３３４の内径は、レンズ２３ａが嵌合するように当該レンズ２３ａの外径よりもわずかに大きい。レンズ２３ａが中間部分３３４に嵌合することによって、レンズ２３ａが位置決めされて中間部分３３４の中心軸上に配置されることになる。

前述したように、光ファイバ４０は、フェルール１１を介して小径部分３３１で位置決めされており、発光素子２０は、大径部分３３３で位置決めされている。このため、中間部分３３４で位置決めされたレンズ２３ａも、光ファイバ４０及び発光素子２０の同軸上に配置されている。

したがって、レンズ２３ａが発光素子２０ａとは別体であったとしても、簡単な構成でレンズ２３ａ、光ファイバ４０及び発光素子２０の位置決めを精度よく行うことができる。

（変形例２）
上記実施の形態では、略円筒状の筐体３０を例示して説明した。しかし、筐体の外観形状は如何様でもよい。この変形例２では、筐体の他の外観形状の一例について説明する。

図５は、変形例２に係る光源装置の構成を示す外観斜視図である。図６は、図５の光源装置の断面図である。

図５及び図６に示すように、変形例２に係る光源装置１Ｂの筐体３０ｂは、基端部から先端部にかけて段階的に減少で先細る外観形状となっている。具体的には、筐体３０ｂは、基端部側から順に、鍔部３５、本体部３６及び受け部３７を備えており、これらが同軸上に配置されている。鍔部３５は、本体部３６の全周にわたって突出した部位である。この鍔部３５に対して、貫通孔３３ｂの大径部分３３３ｂが対応している。発光素子２０の基板２１が大径部分３３３ｂに嵌合すると、当該基板２１は鍔部３５に対応した位置に配置される。

本体部３６は、円筒状の部位であり、当該本体部３６に対して、貫通孔３３ｂの中径部分３３２ｂが対応している。発光素子２０の基板２１が大径部分３３３ｂに嵌合すると、発光素子２０のキャップ２２は本体部３６に対応した位置に配置される。

受け部３７は、フランジ付きフェルール１０を受ける円筒状の部位であり、当該受け部３７に対して、貫通孔３３ｂの小径部分３３１ｂが対応している。フランジ付きフェルール１０のフェルール１１が小径部分３３１ｂに嵌合すると、当該フェルール１１は受け部３７に対応した位置に配置される。また受け部３７の先端面には、フランジ１２の基端部が当接する。これにより、フェルール１１のこれ以上の進入が規制されるので、軸方向における光ファイバ４０の位置を決めることができる。

なお、受け部３７と本体部３６との境界部分は、先端部に向けて外径が減少した曲面形状となっている。同様に、貫通孔３３ｂの中径部分３３２ｂと小径部分３３１ｂとの境界部分は、先端部に向けて内径が減少した曲面形状となっている。このような形状であるので、プレス工であっても筐体３０ｂを容易に形成することができる。なお、この筐体３０ｂを切削加工によって形成することも可能である。

（その他）
以上、本発明に係る光源装置について、上記実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。

その他、実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ 光源装置
１１ フェルール
１２ フランジ
２０、２０ａ 発光素子
２１ 基板
２３、２３ａ レンズ
３０、３０ａ、３０ｂ 筐体
３３、３３ａ、３３ｂ 貫通孔
４０ 光ファイバ
３０３ 筐体
３３１、３３１ｂ 小径部分
３３３、３３３ｂ 大径部分
３３４ 中間部分

Claims (4)

1. 光ファイバを保持するフェルールと、
   レーザ光を発する発光素子と、
   前記発光素子が発した光が、前記フェルールで保持された前記光ファイバ内に進入するように、前記フェルール及び前記発光素子を収容する筐体と、を備え、
   前記筐体には、当該筐体の一端面から他端面にかけて貫通する貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔は、前記筐体の一端面から他端面に向けて内径が段階的に減少する形状に形成されており、
   前記フェルールは、前記貫通孔における最も内径の小さい小径部分に嵌合しており、
   前記発光素子は、前記貫通孔における前記小径部分よりも内径の大きい大径部分に嵌合している
   光源装置。
2. 前記フェルールには、当該フェルールよりも外径の大きいフランジが取り付けられており、
   前記フランジは、前記筐体の他端面に当接している
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発光素子が発した光を、前記フェルールで保持された前記光ファイバ内に集光するためのレンズを備え、
   前記レンズは、前記貫通孔における前記小径部分と前記大径部分との間にある中間部分であって、前記小径部分よりも内径が大きく、前記大径部分よりも内径が小さい前記中間部分に嵌合している
   請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記フェルールは、前記小径部分に対して着脱自在である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。

Images