JP2713941B2 - 光結合体付光電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光結合体付光電子装置およびその製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバ通信の光源および受光器として、半導体レ
ーザ装置，発光ダイオード装置およびホトダイオード装
置が使用されている。これら半導体レーザ装置，発光ダ
イオード装置およびホトダイオード装置等の光電子装置
と、光ファイバ（光ファイバケーブル）との接続には、
一般に相互に対となるレセプタクルと光コネクタ等の光
結合体が使用されている。光コネクタについては、たと
えば、特開昭57−84414号公報，特開昭55−22713号公報
や工業調査会発行「電子材料」1983年11月号、昭和58年
11月１日発行、P94〜P100に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、通信用途に用いられる光結合付光電子装置は、
光コネクタが取り付けられるレセプタクルと光電子装置
との接続を、レセプタクルに付属した取付ガイド部にお
いて光学的位置調整のうえ固定しており、その調整には
光軸方向および光軸に垂直な３次元調整を必要とするた
め調整作業が複雑となり、また、調整後の固定方法につ
いても樹脂あるいはハンダ等の限られた方法に頼らざる
を得ないという制約があった。

そして、このような光結合体付光電子装置を信頼度試
験（たとえば、高温高湿試験）した場合、樹脂の膨張あ
るいはハンダ材の変形により光電子装置と光結合体にず
れが生じ、光ファイバとの光結合に変動を発生させると
いう問題があった。

本発明の目的は、レセプタクル等の光結合体と半導体
レーザ装置，発光ダイオード装置等の光電子装置との光
結合の信頼性が高い光結合体付光電子装置およびその製
造方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになる
であろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光結合体付光電子装置にあって
は、キャップの中央にマイクロレンズを有するキャン封
止型の発光ダイオード装置（光電子装置）と、光ファイ
バケーブルを案内するレセプタクル（光結合体）と、前
記レセプタクルと前記発光ダイオード装置とを連結する
取付ガイドとからなっており、かつ前記取付ガイドとレ
セプタクルは相互に摺動可能な面を持っており、位置調
整の後に相互に固定した構造となっている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の光結合体付光電子装
置にあっては、本来３次元的位置調整を必要とする光結
合体と光電子装置相互の固定（接続）について、光軸方
向の調整を取付ガイドの長さによって決定し、光軸に垂
直な方向の調整を取付ガイドと光結合体相互の摺動によ
り行うため、三者の固定部分は密着固定が可能となる。

このため位置調整作業は容易であり、その信頼性も向
上する。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例によるレセプタクル付光電
子装置を示す斜視図、第２図は同じくレセプタクル付光
電子装置の製造工程を示すフローチャート、第３図は同
じく光電子装置と取付ガイドとの溶接状態を示す断面
図、第４図は同じく光電子装置を固定した取付ガイドと
レセプタクル本体とをレーザ溶接する状態を示す断面図
である。

本発明によるレセプタクル付光電子装置は、短・中距
離，小・中容量通信、たとえば、複合光加入システム，
光CATV（Cable tele−vision）等における発信用の光源
および受光器として用いられる。

本発明によるレセプタクル付光電子装置１は、第１図
に示されるように、光電子装置２と、図示しない光コネ
クタが取り付けられるレセプタクル３と、このレセプタ
クル３と光電子装置２を連結する管状の取付ガイド４と
からなっている。

前記光電子装置２は、周縁にフランジ13を有する金属
円板からなるステム14を有している。このステム14の内
部中央には図示しない発光ダイオードチップまたは半導
体レーザもしくはホトダイオードが内蔵されている。ま
た、ステム14にはリード５がステムを貫通して絶縁固定
されており、内蔵されたチップと電気的に接続され、電
気信号を流すことにより発光ダイオードチップまたは半
導体チップを発光させ、もしくは受けた光によりホトダ
イオードが発生する電流を取り出すことができるように
なっている。

一方、前記ステム14の主面には金属製のキャップ７が
取付けられている。このキャップ７はフランジ15を有す
る帽子形構造となっていて、フランジ15を介して、ステ
ム14に気密的に固定されている。また、キャップ７の中
央上部には、マイクロレンズ８が取り付けられている。

このような光電子装置２には管状の取付ガイド４が取
り付けられる。取付ガイド４は金属管からなり、前記光
電子装置２のキャップ７に嵌合できる大きさとなり、端
面の内周側を前記キャップ７のフランジ15に対面させる
ようになっている。そして、この取付ガイド４の一端の
第一の接続面は、リングウエルド（図では、リングウエ
ルドによる溶接部分を黒丸で示してある。）によってフ
ランジ15に固定されている（第１の接続）。なお、前記
ステム14のフランジ13がキャップ７のフランジ15よりも
外側に張り出す構造の光電子装置２に対しては、取付ガ
イド４はステム14のフランジ13にリングウエルドするよ
うにしてもよい。

他方、前記取付ガイド４の他端の第２の接続面は、光
結合体であるレセプタクル３の摺動面12に当てられレー
ザ溶接によって固定されている（第２の接続）。前記レ
セプタクル３は光コネクタのフェルール部が挿入される
円筒部９と、円筒部９の底のフェルールの突き当てる透
孔10をもった止まり部11からなっている。なお、前記第
２の接続を行う取付ガイド４の面または光結合体の面も
しくはこれらの両面に位置合わせ摺動面が形成されてい
る。

このようなレセプタクル付光電子装置１にあっては、
光電子装置が発光ダイオード装置の場合、一対のリード
５に所定の電圧を印加すると、ステム14とキャップ７か
らなるパッケージ内に配設された発光ダイオードチップ
から光６を発光する。この光６は、マイクロレンズ８お
よび透孔10を通過し、円筒部９および止まり部11によっ
てガイドされた光コネクタの光ファイバに取り込まれる
ようになっている。

つぎに、このようなレセプタクル付光電子装置１の組
立（製造）方法について説明する。レセプタクル付光電
子装置１は、第２図のフローチャートに示されるよう
に、取付ガイド選択，リングウエルド，光軸合わせ、レ
ーザ溶接なる工程を経て製造される。

最初に、取付ガイド４が選択される。取付ガイド４
は、あらかじめ相互に寸法が異なるものが複数用意され
ている。たとえば、取付ガイド４の長さ（Ｌ）に対し
て、各取付ガイド４は0.2mmの差の整数倍の違いを有す
るようになっている。すなわち、取付ガイド４群は、そ
の長さが、・・・Ｌ−0.6mm,L−0.4mm,L−0.2mm,L,L＋
0.2mm,L＋0.4mm,L＋0.6mm,・・・となっている。この取
付ガイド４の等差級数的な数値は、前記マイクロレンズ
８の焦点や、前記レセプタクル３に接続される光ファイ
バの軸方向の結合精度を考慮して決定される。したがっ
て、このレセプタクル付光電子装置１の組立にあって
は、光結合効率を最大にできる長さの取付ガイド４を、
前記取付ガイド４群の中から選択する。なお、この取付
ガイド４の両端は平坦な摺動面となっている。

つぎに、第３図に示されるように、溶接電極を兼ねる
ステージ29上に光電子装置（発光ダイオード装置）２を
載置し、この発光ダイオード装置２のキャップ７に、前
述のように選択した取付ガイド４を挿入する。取付ガイ
ド４の下端の第１の接続面は、キャップ７のフランジ15
上に重なる。そこで、もう一方の溶接電極30で前記取付
ガイド４を保持し、かつ取付ガイド４をフランジ15に押
し付け、この状態で溶接電極30とステージ29間に所定の
電圧を印加し、フランジ15と取付ガイド４とをリングウ
エルドによって固定する。このリングウエルドによる第
１の接続工程によって、フランジ15と取付ガイド４の接
触部分の母材は相互に溶け合って一体化（第３図では融
合部分を黒丸で示してある。）する。

つぎに、第４図に示されるように、取付ガイド４が取
り付けられた発光ダイオード装置２を、三次元的に移動
制御自在なステージ31上に載置する。他方、レセプタク
ル３を別の固定台33に固定する。その後、前記取付ガイ
ド４の上端面である第２の接続面が、レセプタクル３の
下部摺動面に接触する状態で前記ステージ31を移動調整
して、レセプタクル３と発光ダイオード装置２との位置
合わせを行う。具体的には発光ダイオード装置２を動作
させて発光ダイオードチップ７を発光させる。そして、
レセプタクル３に取り付けられた図示しない光ファイバ
に取り込まれる前記光６が最大となる組み合わせ位置を
求める。つぎに、前記摺動面12と取付ガイド４との接触
箇所にレーザ光32を一時的に照射して摺動面12および取
付ガイド４の母材を溶融させ、摺動面12と取付ガイド４
をレーザ溶接する（第２の接続工程）。このレーザ溶接
はスポット的な溶接であっても、あるいは前記ステージ
31上に載る発光ダイオード装置２およびレセプタクル３
を、レーザ光32に対して相対的に回転させて全周溶接す
るようにしてもよい。

なお、前記レセプタクル付光電子装置１のそれぞれの
金属部品にあっては、特に材料を特定はしてないが、一
度高精度に調整された光結合状態を熱の影響によって損
なうことがないように、光結合状態に影響を与える部品
はそれぞれ線膨張係数が一致あるいは近似したもので構
成する必要がある。また、前記取付ガイド４の第２の接
続面は平坦な摺動面となっている。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得ら
れる。

（１）本発明のレセプタクル付光電子装置にあっては、
レセプタクルと発光ダイオード装置は取付ガイドを介在
させる構造となっているが、各部の接合はそれぞれ母材
を溶かして結合させた溶接構造となっていることから、
従来のような樹脂で固定したものに比較して、接合の信
頼性が向上するという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置は、発光ダイオード装置とレセプタクルとの信頼
度が高いことから、レセプタクルに取り付けられる光フ
ィバと、発光ダイオード装置との光結合の信頼度が向上
するという効果が得られる。

（３）上記（１）により、本発明のレセプタクル付光電
子装置は、複合光加入システム、光CATV等の光通信シス
テムの光源に使用した場合、高精度に設定された発光ダ
イオード装置と光ファイバとの光結合状態を損なうこと
なく維持できることから、通信システムの信頼度が安定
するという効果が得られる。

（４）本発明によればレセプタクル付光電子装置は、発
光ダイオード装置とレセプタクルならびに取付ガイドと
からなっていることから、レセプタクル付光電子装置の
組立時、光軸方向の寸法調整は、寸法がそれぞれわずか
ずつ異なる複数の取付ガイドから選択することによって
行えるため、発光ダイオード装置とレセプタクルを三次
元的に位置調整でき、光結合効率の高いレセプタクル付
光電子装置を再現性良く製造することができるという効
果が得られる。

（５）上記（４）により、本発明によれば、組立の再現
性が高いことから、組立歩留りが向上し、製造コストの
低減が達成できるという効果が得られる。

（６）上記（１）〜（５）により、本発明によれば、光
結合の信頼度の高いレセプタクル付光電子装置を安価に
提供することができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、第５図に示
されるように、あらかじめ、キャップ７に取付ガイド４
をリングウエルドしておけば、発光ダイオード装置２の
組立におけるキャップ７の取付時、キャップ７の取り付
けと同時に取付ガイド付き発光ダイオード装置２を製造
することができる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明を、その背景となった利用分野である光通信用光源と
しての発光ダイオードチップ内蔵のレセプタクル付光電
子装置の製造技術に適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、光を発光する半導体レ
ーザチップや光を受光する受光素子を内蔵するレセプタ
クル付光電子装置の製造技術に適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

本発明の光結合体付光電子装置にあっては、光結合体
と光電子装置相互の固定につい、光軸方向の調整を取付
ガイドの長さによって決定し、光軸に垂直な方向の調整
を取付ガイドと光結合体相互の摺動により行うため、三
者の固定部は密着した状態での固定が可能となり、した
がって、その固定方法には樹脂やハンダに限らず溶接や
圧着技術を採用することができる。このため、位置調整
作業は容易であり、信頼性も高い。また、本発明にあっ
ては、レセプタクル付光電子装置の組立時適性な寸法の
取付ガイドを選択して使用するため、レセプタクルと光
電子装置とは三次元的に高精度な光結合が行え、歩留り
も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレセプタクル付光電子
装置を示す断面図、 第２図は同じくレセプタクル付光電子装置の製造工程を
示すフローチャート、 第３図は同じく光電子装置と取付ガイドとの溶接状態を
示す断面図、 第４図は同じく光電子装置を固定した取付ガイドとレセ
プタクル本体とをレーザ溶接する状態を示す断面図、 第５図は本発明の他の実施例による取付ガイド付キャッ
プを示す断面図、 １……レセプタクル付光電子装置、２……光電子装置、
３……レセプタクル、４……取付ガイド、５……リー
ド、６……出射光、７……キャップ、８……マイクロレ
ンズ、９……円筒部、10……透孔、11……止まり部、12
……摺動面、13……フランジ部、14……ステム、15……
フランジ、29……ステージ、30……溶接電極、31……ス
テージ、32……レーザ光、33……固定台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−236174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−255312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−166906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−166907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−198510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−148410（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−96610（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−9171（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステム及び該ステム上に固定された帽子形
   のキャップにより発光ダイオード、半導体レーザ又はホ
   トダイオードをキャン封止してなり且つ該キャップの上
   面にはレンズが設けられた光電子装置と、 光ファイバを案内する円筒部を有する光結合体と、 該光電子装置のキャップ上面と該光結合体の一方の面を
   対向させて結合するための金属製の管状ガイドとを含め
   て構成され、 上記管状ガイドの一方の端面と上記光電子装置の上記光
   結合体に対向する面は該管状ガイド内壁と上記キャップ
   の側面を離間させてリングウェルドされ、 リングウェルドされる夫々の面において該管状ガイドの
   外周は該光電子装置の外周より大きく、且つ 上記管状ガイドの他方の端面は上記光結合体の上記光電
   子装置に対向する面に溶接固定されていることを特徴と
   する光結合体付光電子装置。
2. 【請求項２】上記光ファイバを案内する円筒部の一端に
   は孔を備えた止まり部が設けられ、上記光結合体の上記
   光電子装置に対向する面は該止まり部側であることを特
   徴とするを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光
   結合体付光電子装置。
3. 【請求項３】上記管状ガイドは上記キャップのフランジ
   部にリングウェルドされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の光結合体付光電子装置。
4. 【請求項４】上記管状ガイドにリングウェルドされる上
   記光電子装置の部材の線膨張係数は、該管状ガイドの線
   膨張係数に一致又は近似していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の光結合
   体付光電子装置。
5. 【請求項５】ステムと上面にレンズが設けられた帽子形
   のキャップにより発光ダイオード、半導体レーザ又はホ
   トダイオードをキャン封止してなる光電子装置を用意す
   る第１の工程と、 一対の溶接電極で上記キャップを管状ガイドで嵌合させ
   て上記光電子装置のフランジ部と該管状ガイドの一方の
   端面とを押し付け且つ該溶接電極間に印加される電圧で
   該フランジ部と該管状ガイドの端面とを溶接する第２の
   工程と、 光ファイバを案内する円筒部を有する光結合体を用意す
   る第３の工程と、 上記管状ガイドの他方の端面と上記光結合体の上記円筒
   部の止まり部の孔が形成された側の面とを摺動させて上
   記光電子装置のレンズと該止まり部の孔との位置調整を
   する第４の工程と、 上記管状ガイドの他方の面と上記光結合体の止まり部の
   孔側の面とを溶接固定する第５の工程を含み、 上記レンズと上記光結合体との距離は、上記第２の工程
   において最適な長さの管状ガイドを選択することにより
   調整される こと特徴とする光結合体付光電子装置の製造方法。