JP5767752B2 - 導光装置、製造方法、及び、ｌｄモジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置に関する。また、そのような導光装置の製造方法、及び、そのような導光装置を備えたＬＤモジュールに関する。

ＬＤ（Laser Diode）素子（半導体レーザ素子）から出射されたレーザビームを光ファイバに結合するために、ＬＤモジュールが広く用いられている。このようなＬＤモジュールにおいて、複数のＬＤ素子の各々から出射されたレーザビームを光ファイバに導く導光装置として、特許文献１に記載のマイクロ光学装置が知られている。

図１４は、特許文献１に記載のマイクロ光学装置１０の斜視図である。マイクロ光学装置１０は、図１４に示したように、基板１１、ＬＤバー１２、円柱レンズ１３、第１の鏡列１４、及び第２の鏡列１５を備えている。

ＬＤバー１２は、ｘ軸に沿って並んだ複数のＬＤ素子を備えており、各ＬＤ素子からｚ軸正方向にレーザビームを出射する。各ＬＤ素子からｚ軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面に平行な第１の平面内でｘ軸に沿って並ぶ。

なお、各ＬＤ素子から出射されたレーザビームの伝搬方向は、ｚ軸正方向を中心に±θｘ方向に分散している。このため、マイクロ光学装置１０においては、ＬＤバー１２の出射端面に対向するように配置された円柱レンズ１３によって、各ＬＤ素子から出射されたレーザビームをコリメートする（伝播方向をｚ軸正方向に収斂させる）構成が採用されている。

第１の鏡列１４は、ＬＤバー１２を構成する各ＬＤ素子に対向する鏡面１４ａが一体化されたものである。各ＬＤ素子からｚ軸正方向に出射されたレーザビームは、そのＬＤ素子に対向する鏡面１４ａによって、ｙ軸正方向に反射される。また、第２の鏡列１５は、第１の鏡列１４を構成する各鏡面１４ａに対向する鏡面１５ａが一体化されたものである。各鏡面１４ａにてｙ軸正方向に反射されたレーザビームは、その鏡面１４ａに対向する鏡面１５ａによって、ｘ軸正方向に反射される。

なお、ｘ軸正方向側から数えてｉ＋１番目のＬＤ素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面１４ａ，１５ａは、ｘ軸正方向側から数えてｉ番目のＬＤ素子から出射されたレーザビームを反射する鏡面１４ａ，１５ｂよりもｚ軸負方向側に配置される。このため、各鏡面１５ａにてｘ軸正方向に反射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ平面と平行な第２の平面であって、上述した第１の平面よりもｙ軸正方向側に位置する第２の平面内でｚ軸に沿って並ぶ。

このように、マイクロ光学装置１０は、ＬＤバー１２を構成する各ＬＤ素子から出射されたｚ軸正方向に伝搬するレーザビームからなる第１のビーム束を、第２の鏡列１５を構成する各鏡面１５ａにて反射されたｘ軸方向に伝播するレーザビームからなる第２のビーム束に変換する機能を有している。マイクロ光学装置１０から出力される第２のビーム束（以下、「出力ビーム束」と記載）は、例えば、不図示のレンズによって光ファイバの入射端面上に集束される。

日本国公開特許公報「特開平８−２７１８３２号」（公開日：１９９６年１０月１８日） 日本国公開特許公報「特開２００４−２５２４２８号」（公開日：２００４年９月９日）

しかしながら、従来のマイクロ光学装置１０においては、各ＬＤ素子から出射されるレーザビームの伝搬方向にばらつき（非一様な傾き）がある場合、出力ビーム束を構成する各レーザビームの伝搬方向にばらつきが生じることを免れない。各ＬＤ素子から出射されるレーザビームを反射する鏡面１４ａ，１５ａが鏡列１４，１５として一体化されているので、出力ビーム束を構成するレーザビームの伝搬方向を個別に調整することができないためである。出力ビーム束を構成する各レーザビームの伝搬方向のばらつきは、出力ビーム束を光ファイバの入射端面に集束することを困難にし、高出力化及び高効率化を妨げる要因となる。

このような問題は、マルチチップＬＤモジュールにおいて特に顕著である。ここで、マルチチップＬＤモジュールとは、それぞれ１つのＬＤ素子を備えた複数のＬＤチップを光源とするＬＤモジュールのことを指す。各ＬＤチップを個別に実装する必要のあるマルチチップＬＤモジュールにおいて、各ＬＤチップから出射されるレーザビームの伝搬方向にばらつきが生じ易いことは明らかであろう。

なお、各ＬＤ素子から出射されるレーザビームの伝搬方向の傾きが一様な場合、鏡列１４の傾きを調整することによって、出力ビーム束を構成する各レーザビームを所定の方向に伝搬させることができる。しかしながら、鏡列１４の傾きを維持することは、以下の理由により困難である。

すなわち、鏡列１４を傾けた状態で基板１１に接着するためには、鏡列１４と基板１１との間に介在する接着層の厚みを不均一にする必要がある。このため、接着層を硬化する際に不均一な硬化収縮が起こり、鏡列１４の傾きが変化してしまう。また、接着層を硬化させた後も、温度上昇／温度低下に伴って不均一な熱膨張／熱収縮が起こり、鏡列１４の傾きが変化してしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、入力ビームの伝搬方向に非一様又は一様な傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することが可能な導光装置を実現することにある。また、そのような導光装置を用いて、高出力化及び高効率化が可能なＬＤモジュールを実現することにある。

本発明に係る導光装置は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、各入力ビームに対応する２連ミラーであって、他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離された２連ミラーを備えており、各入力ビームに対応する２連ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された第２ミラーとにより構成されており、上記第１ミラーは、入力ビームを反射する第１反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が４５°となる第１反射面を有しており、上記第２ミラーは、上記第第１反射面にて反射された入力ビームを反射する第２反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が１３５°となる第２反射面を有している、ことを特徴とする。

上記の構成においては、各入力ビームを反射する第１反射面が特定の平面上に載置された第１ミラーに設けられ、第１反射面にて反射された入力ビームを反射する第２反射面が第１ミラー上に載置された第２ミラーに設けられている。このため、第１ミラー及び第２ミラーをそれぞれ回動させることによって、出力ビームの伝搬方向を自由に調整することができる。例えば、入力ビームの伝搬方向に傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、第１ミラー及び第２ミラーをそれぞれ摺動させることによって、出力ビームの光軸位置も自由に調整することができる。

しかも、上記の構成においては、各入力ビームに対応する２連ミラーが他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離されている。したがって、各出力ビームの伝搬方向の調整を互いに独立に行うことができる。したがって、入力ビームの伝搬方向にばらつきがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、各出力ビームの光軸位置の調整も互いに独立に行うことができる。

上記導光装置を備えたＬＤモジュールも本発明の範疇に含まれる。

上記導光装置を備えることによって、高出力化及び高効率化が可能なＬＤモジュールを実現することができる。

本発明によれば、入力ビームの伝搬方向に非一様又は一様な傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することが可能な導光装置を実現することができる。また、このような導光装置を用いることによって、高出力化及び高効率化が可能なＬＤモジュールを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＤモジュールの構成を示す上面図である。 図１に示すＬＤモジュールが備える単位光学系の構成を示す斜視図である。 図１に示すＬＤモジュールが備える２連ミラーの構成を示す斜視図である。 図３に示す２連ミラーが備える第１ミラー及び第２ミラーの微小回転が出力ビームの伝搬方向の微小回転を引き起こすことを説明するための図である。 図６に示す調整方法を実施する際のＬＤモジュールの構成を示す上面図である。 図３に示す２連ミラーが備える第１ミラー及び第２ミラーの向き及び位置を調整する調整方法を示すフローチャートである。 （ａ）は、図６に示すフローチャートに含まれる第１ミラー回動工程を実施する前の２連ミラーの状態を例示する上面図（上段）及び正面図（下段）である。（ｂ）は、第１ミラー回動工程を実施した後の２連ミラーの状態を例示する上面図（上段）及び正面図（下段）である。 （ａ）は、図６に示すフローチャートに含まれる第２ミラー回動工程を実施する前の２連ミラーの状態を例示する上面図（上段）及び側面図（下段）である。（ｂ）は、第２ミラー回動工程を実施した後の２連ミラーの状態を例示する上面図（上段）及び側面図（下段）である。 （ａ）は、図６に示すフローチャートに含まれる第１ミラー摺動工程を実施する前の２連ミラーの状態を例示する側面図である。（ｂ）は、第１ミラー摺動工程を実施した後の２連ミラーの状態を例示する側面図である。 （ａ）は、図６に示すフローチャートに含まれる第２ミラー摺動工程を実施する前の２連ミラーの状態を例示する正面図である。（ｂ）は、第２ミラー摺動工程を実施した後の２連ミラーの状態を例示する正面図である。 図６に示す調整方法を実施する際に調整目標とされる出力ビームの配置を示す図である。 図１に示すＬＤモジュールの第１の変形例を示す上面図である。 図１に示すＬＤモジュールの第２の変形例を示す上面図である。 従来のマイクロ光学装置の構成を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るＬＤモジュールについて、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。

〔ＬＤモジュールの構成〕
本実施形態に係るＬＤモジュール１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ＬＤモジュール１の構成を示す上面図である。

ＬＤモジュール１は、Ｎ個（本実施形態においてはＮ＝１０）のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたレーザビームを光ファイバＯＦに結合するためのものである。なお、本実施形態においては、ＬＤモジュール１が備えるＬＤチップの個数Ｎを１０とするが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ＬＤモジュール１が備えるＬＤチップの個数Ｎは、２以上の任意の整数であり得る。

ＬＤモジュール１は、図１に示すように、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０の他に、Ｎ個のＦ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０と、Ｎ個のＳ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０と、Ｎ個の２連ミラーＭ１〜Ｍ１０と、基板Ｂと、Ｆ軸集光レンズＦＬと、Ｓ軸集光レンズＳＬとを備えている。ＬＤチップＬＤ１〜Ｌ１０、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０、２連ミラーＭ１〜Ｍ１０、Ｆ軸集光レンズＦＬ、及びＳ軸集光レンズＳＬは、何れも、直接、又は、不図示のマウントを介して基板Ｂ上に載置される。

ＬＤモジュール１においては、基板Ｂ、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０、及び２連ミラーＭ１〜Ｍ１０が、従来のマイクロ光学装置１０（図１４参照）に相当する導光装置を構成する。この導光装置は、従来のマイクロ光学装置１０と同様、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０から出射されたｚ軸正方向に伝搬するレーザビーム（以下、「入力ビーム」とも記載する）からなる入力ビーム束を、ｘ軸負方向に伝搬するレーザビーム（以下、「出力ビーム」とも記載する）からなる出力ビーム束に変換する機能を有する。

この出力ビーム束の光路上には、Ｆ軸集光レンズＦＬとＳ軸集光レンズＳＬとが配置される。Ｆ軸集光レンズＦＬは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、ビーム間隔が光ファイバＯＦの入射端面において最小になる（好ましくは０になる）ように屈折させる。また、Ｓ軸集光レンズＳＬは、出力ビーム束を構成する各出力ビームを、ｙ軸方向のビーム径が光ファイバＯＦの入射端面において最小になる（好ましくは０になる）ように集束させる。

ＬＤモジュール１は、図１に示すように、ＬＤチップＬＤｉと、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉと、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉと、２連ミラーＭｉとからなる光学系を単位として構成されている。図１においては、ＬＤチップＬＤ１と、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣ１と、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣ１と、２連ミラーＭ１とからなる単位光学系Ｓ１を例示している。

〔単位光学系の構成〕
ＬＤモジュール１が備える単位光学系Ｓｉの構成ついて、図２を参照して説明する。図２は、単位光学系Ｕｉの構成を示す斜視図である。単位光学系Ｕｉは、図２に示すように、ＬＤチップＬＤｉと、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉと、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉと、２連ミラーＭｉとにより構成される。

ＬＤチップＬＤｉは、活性層がｚｘ平面と平行になるように、かつ、出射端面がｚ軸正方向を向くように、基板Ｂ上に載置される。このため、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームは、伝搬方向がｚ軸正方向、Ｆ軸がｙ軸と平行、Ｓ軸がｘ軸と平行になる。

なお、図１に示したように、Ｎ個のＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０は、ｘ軸に沿って並べられる。このため、各ＬＤチップＬＤｉからｚ軸正方向に出射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面に平行な第１の平面内でｘ軸に沿って平行に並ぶことになる。

ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームの光路上には、Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉとＳ軸コリメートレンズＳＡＣｉとが配置される。Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉは、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームのＦ軸方向の広がりをコリメートするためのものであり、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉは、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームのＳ軸方向の広がりをコリメートするためのものである。Ｆ軸コリメートレンズＦＡＣｉ及びＳ軸コリメートレンズＳＡＣｉを透過したレーザビームは、伝搬方向がｚ軸正方向に収斂されたコリメートビームとなる。なお、ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームのＳ軸方向の広がりが十分に小さい場合、Ｓ軸コリメートレンズＳＡＣｉは省略しても構わない。

ＬＤチップＬＤｉから出射されるレーザビームの光路上には、更に、２連ミラーＭｉが配置される。２連ミラーＭｉは、基板Ｂ上に載置された第ｉミラーＭｉ１と、第１ミラーＭｉ１上に載置された第２ミラーＭｉ２とにより構成される。第１ミラーＭｉ１は、ＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をｚ軸正方向からｙ軸正方向に変換するためのものでり、「跳ね上げミラー」と呼ばれることもある。また、第２ミラーＭｉ１は、第１ミラーＭｉ１にて反射されたレーザビームを反射し、その伝搬方向をｙ軸正方向からｘ軸負方向に変換するためのものであり、「折り返しミラー」と呼ばれることもある。

なお、図１に示したように、ｘ軸負方向側から数えてｉ＋１番目のＬＤチップＬＤｉ＋１から出射されたレーザビームを反射する２連ミラーＭｉ＋１は、ｘ軸正方向側から数えてｉ番目のＬＤチップＬＤｉから出射されたレーザビームを反射する２連ミラーＭｉよりもｚ軸負方向側に配置される。このため、各２連ミラーＭｉにてｘ軸負方向に反射されたレーザビームの光軸は、ｚｘ面と平行な第２の平面であって、上述した第１の平面よりもｙ軸正方向側に位置する第２の平面内でｚ軸に沿って並ぶことになる。

〔２連ミラーの構成〕
ＬＤモジュール１が備える２連ミラーＭｉの構成ついて、図３を参照して説明する。図３は、２連ミラーＭｉの構成を示す斜視図である。２連ミラーＭｉは、図３に示すように、第１ミラーＭｉ１と、第２ミラーＭｉ２とにより構成される。

第１ミラーＭｉ１は、少なくとも下面Ａ１と、下面Ａ１と平行な上面Ｂ１と、反射面Ｓ１とを有する多面体状の構造物である。反射面Ｓ１と下面Ａ１とが成す角は、図３に示すように４５°である。

第１ミラーＭｉ１は、下面Ａ１が基板Ｂの上面に当接するように、基板Ｂ上に載置される（図２参照）。これにより、第１ミラーＭｉ１の反射面Ｓ１の法線ベクトル（反射面Ｓ１から第１ミラーＭｉ１の外部に向かう外向き法線ベクトル）と、基板Ｂの上面（ｚｘ面）の法線ベクトル（上面から基板Ｂの外部に向かう外向き法線ベクトル）との成す角が４５°になる。また、第１ミラーＭｉ１の向きは、反射面Ｓ１の法線がｙｚ面と平行になるように決められる。これにより、第１ミラーＭｉ１の反射面Ｓ１は、ｚ軸負方向から入射したレーザビームをｙ軸正方向に反射する。

第２ミラーＭｉ２は、少なくとも下面Ａ２と、反射面Ｓ２とを有する多面体状の構造体である。反射面Ｓ２と下面Ａ２との成す角は、図３に示すように４５°である。

第２ミラーＭｉ２は、下面Ａ２が第１ミラーＭｉ１の上面Ｂ１に当接するように、第１ミラーＭｉ１上に載置される。これにより、第２ミラーＭｉ２の反射面Ｓ２の法線ベクトル（反射面Ｓ２から第２ミラーＭｉ２の外部に向かう外向き法線ベクトル）と、基板Ｂの上面（ｚｘ面）の法線ベクトル（上面から基板Ｂの外部に向かう外向き法線ベクトル）との成す角が１３５°になる。また、第２ミラーＭｉ２の向きは、反射面Ｓ２の法線がｘｙ面と平行になるように決められる。これにより、第２ミラーＭｉ２の反射面Ｓ２は、ｙ軸負方向から入射したレーザビームをｘ軸負方向に反射する。

ＬＤモジュール１においては、各２連ミラーＭｉを構成する第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーＭｉ２の向きを調整することによって、出力ビームの伝搬方向をｘ軸負方向に一致させることができる。ｙ軸を回転軸として第１ミラーＭｉ１を微小回転させると、ｚ軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向が微小回転し、ｙ軸を回転軸として第２ミラーＭｉ２を微小回転させると、ｙ軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向が微小回転するためである。

また、ＬＤモジュール１においては、各２連ミラーＭｉを構成する第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーＭｉ２の位置を調整することによって、出力ビームの光軸をｘｚ面と平行な平面内に等間隔で並べることができる。第１ミラーＭｉ１をｚ軸正方向／負方向に並進させると、出力ビームの光軸がｚ軸正方向／負方向に並進し、第２ミラーＭｉ２をｘ軸正方向／負方向に並進させると、出力ビームの光軸がｙ軸正方向／負方向に並進するためである。

なお、本実施形態においては、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向をｘ軸負方向と一致させることを第１の調整目標としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、出力ビームを構成する各出力ビームの伝搬方向を特定の方向と一致させることができれば十分であり、該特定の方向は、ｘ軸負方向に限定されない。

また、本実施形態においては、出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をｚｘ面と平行な平面内に等間隔で並べることを第２の調整目標としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、出力ビームを構成する各出力ビームの光軸を特定の平面内に等間隔で並べることができれば十分であり、該特定の平面は、ｚｘ面と平行な平面に限定されない。

〔ミラーの微小回転が出力ビームの回転を引き起こす理由〕
第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーＭｉ２の微小回転が出力ビームの微小回転を引き起こす理由について、図４を参照して説明する。

第１の反射面Ｓ１に入射する入射光（入力ビーム）の方向ベクトルをＬとすると、第１の反射面Ｓ１から出射する反射光の方向ベクトルＬ’は、以下のように表すことができる。ここで、ｎ１は、第１の反射面Ｓ１の法線ベクトルであり、（Ｌ・ｎ１）は、方向ベクトルＬと法線ベクトルｎ１との内積である。

Ｌ’＝Ｌ−２（Ｌ・ｎ１）ｎ１ ・・・（１）
同様に、第２の反射面Ｓ２に入射する入射光の方向ベクトルをＬ’とすると、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光（出力ビーム）の方向ベクトルＬ”は、以下のように表すことができる。ここで、ｎ２は、第２の反射面Ｓ２の法線ベクトルであり、（Ｌ’・ｎ２）は、方向ベクトルＬ’と法線ベクトルｎ２との内積である。

Ｌ”＝Ｌ’−２（Ｌ’・ｎ２）ｎ２ ・・・（２）
したがって、第１の反射面Ｓ１に入射する入射光の方向ベクトルがＬであるとき、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光の方向ベクトルＬ”は、以下のように表すことができる。

Ｌ”＝Ｌ−２（Ｌ・ｎ１）ｎ１−２｛（Ｌ・ｎ２）−２（Ｌ・ｎ１）（ｎ１・ｎ２）｝ｎ２ ・・・（３）
ところで、第１ミラーＭｉ１を、ｙ軸を回転軸としてθｙ＝θ１だけ回転させると、第１の反射面Ｓ１の法線ベクトルｎ１は、ｎ１＝（１／２）^１／２（０，１，−１）からｎ１＝（１／２）^１／２（−ｓｉｎθ１，１，−ｃｏｓθ１）へと変化する。また、第２ミラーＭｉ２を、ｙ軸を回転軸としてθｙ＝θ２だけ回転させると、第２の反射面Ｓ２の法線ベクトルｎ２は、ｎ２＝（１／２）^１／２（−１，−１，０）からｎ２＝（１／２）^１／２（−ｃｏｓθ２，−１，ｓｉｎθ２）へと変化する。

このとき、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光の方向ベクトルＬ”＝（Ｌ”ｘ，Ｌ”ｙ，Ｌ”ｚ）の各成分は、（３）式に従って以下のように与えられる。

Ｌ”ｘ＝ｓｉｎ２θ１・ｃｏｓθ２・ｓｉｎθ２
−ｃｏｓθ１・ｓｉｎθ１・ｓｉｎ２θ２−ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２…（４）
Ｌ”ｙ＝ｓｉｎ２θ１・ｓｉｎθ２＋ｃｏｓθ１・ｓｉｎθ１・ｃｏｓθ２ …（５）
Ｌ”ｚ＝ｓｉｎ２θ１・ｃｏｓ２θ２
＋ｃｏｓθ１・ｓｉｎθ２（１−ｓｉｎθ１・ｃｏｓθ２） …（６）
θ１及びθ２が十分に小さい場合、ｓｉｎθ１≒θ１、ｃｏｓθ≒１、ｓｉｎθ２≒θ２、ｃｏｓθ２≒１という近似が可能である。これらの近似値を式（４）〜（６）に代入して２次以上の微小量（θ１^２、θ２^２、θ１×θ２など）を無視すると、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光の方向ベクトルＬ”を近似する以下の式が得られる。

Ｌ”≒（−１，θ１，θ２） ・・・（７）
（７）式によれば以下のことが分かる。すなわち、第１ミラーＭｉ１を、ｙ軸を回転軸としてθｙ＝θ１だけ微小回転させると、図４に示すように、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光の方向ベクトルＬ”が、ｚ軸を回転軸としてθｚ＝θ１だけ微小回転する。また、第２ミラーＭｉ２を、ｙ軸を回転軸としてθｙ＝θ２だけ微小回転させると、図４に示すように、第２の反射面Ｓ２から出射する反射光の方向ベクトルＬ”が、ｙ軸を回転軸としてθｙ＝θ２だけ微小回転する。

〔ミラーの向き及び位置の調整方法〕
第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーＭｉ２の向き及び位置の調整方法について、図５〜図１１を参照して説明する。図５は、本調整方法を実施する際のＬＤモジュール１の構成を示す上面図である。図６は、本調整方法の流れを示すフローチャートである。図７〜図１０は、本調整方法に含まれる各工程を説明する図である。図１１は、本調整方法において調整目標とされる出力ビームの配置を示す図である。

本調整方法は、図５に示すように、光モニタ装置ＯＭを用いて実施される。光モニタ装置ＯＭは、入射するレーザビームの向き及び位置を検出するためのものであり、本調整方法を実施する際に出力ビーム束の光路上に配置される。また、本調整方法は、下面に接着材を塗布した第１ミラーＭｉ１を基板Ｂ上に載置し、下面に接着材を塗布した第２ミラーＭｉ２を第１ミラーＭｉ１上に載置した状態で実施される。これらの接着材は、本調整方法を実施した後に紫外線等によって硬化される。

本調整方法は、図６に示すように、第１ミラー回動工程Ｔ１と、第２ミラー回動工程Ｔ２と、第１ミラー摺動工程Ｔ３と、第２ミラー摺動工程Ｔ４とを、各２連ミラーＭｉについて繰り返すことにより実現される。

第１ミラー回動工程Ｔ１は、ｙ軸を回転軸として第１ミラーＭｉ１を微小回転させることによって、ｚ軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向を微小回転させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置ＯＭにより検出された出力ビームの傾き（ｚ軸を回転軸とする回転による傾き）が最小（好ましくは０）になるよう、回転ステージを用いて第１ミラーＭｉ１を微小回転（ｙ軸を回転軸とする回転）させる工程である。

図７（ａ）は、第１ミラー回動工程Ｔ１を実施する前の２連ミラーＭｉの状態を例示する上面図（上段）及び正面図（下段）である。図７（ｂ）は、第１ミラー回動工程Ｔ１を実施した後の２連ミラーＭｉの状態を例示する上面図（上段）及び正面図（下段）である。図７（ａ）の下段に示すように、出力ビームの伝播方向がｚ軸を回転軸としてｘ軸方向からΔθｚだけ微小回転してしまっている場合、図７（ａ）の上段に示すように、ｙ軸を回転軸として第１ミラーＭｉ１を微小回転させる。これにより、出力ビームの伝播方向が図７（ｂ）の下段に示すように、ｘ軸負方向に一致する。

第２ミラー回動工程Ｔ２は、ｙ軸を回転軸として第２ミラーＭｉ２を微小回転させることによって、ｙ軸を回転軸として出力ビームの伝搬方向を微小回転させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置ＯＭにより検出された出力ビームの傾き（ｙ軸を回転軸とする回転による傾き）が最小（好ましくは０）になるよう、回転ステージを用いて第２ミラーＭｉ２を微小回転（ｙ軸を回転軸とする回転）させる工程である。

図８（ａ）は、第２ミラー回動工程Ｔ２を実施する前の２連ミラーＭｉの状態を例示する上面図（上段）及び側面図（下段）である。図８（ｂ）は、第２ミラー回動工程Ｔ２を実施した後の２連ミラーＭｉの状態を例示する上面図（上段）及び側面図（下段）である。図８（ａ）の上段に示すように、出力ビームの伝播方向がｙ軸を回転軸としてｘ軸方向からΔθｙだけ微小回転してしまっている場合、図８（ａ）の上段に示すように、ｙ軸を回転軸として第２ミラーＭｉ２を微小回転させる。これにより、出力ビームの伝播方向が図８（ｂ）の上段に示すように、ｘ軸負方向に一致する。

第１ミラー回動工程Ｔ１及び第２ミラー回動工程Ｔ２を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向をｘ軸負方向と一致させるという第１の調整目標が達成される。

第１ミラー摺動工程Ｔ３は、ｚ軸と平行に第１ミラーＭｉ１を並進させることによって、ｚ軸と平行に出力ビームの光軸を並進させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置ＯＭにより検出された出力ビームのｚ座標が所定の調整目標値となるよう、位置制御ステージを用いてｚ軸と平行に第１ミラーＭｉ１を並進させる工程である。

図９（ａ）は、第１ミラー摺動工程Ｔ３を実施する前の２連ミラーＭｉの状態を例示する側面図である。図９（ｂ）は、第１ミラー摺動工程Ｔ３を実施した後の２連ミラーＭｉの状態を例示する側面図である。図９（ａ）に示すように、出力ビームの光軸がｚ軸正方向にΔｚだけずれている場合、第１ミラーＭｉ１をｚ軸負方向に並進させる。これにより、出力ビームの光軸のｚ軸方向のずれが、図９（ｂ）に示すように解消される。

第２ミラー摺動工程Ｔ４は、ｘ軸と平行に第２ミラーＭｉ２を並進させることによって、ｙ軸と平行に出力ビームの光軸を並進させる工程である。より具体的に言うと、光モニタ装置ＯＭにより検出された出力ビームのｙ座標が所定の調整目標値となるよう、位置制御ステージを用いてｘ軸と平行に第２ミラーＭｉ２を並進させる工程である。

図１０（ａ）は、第２ミラー摺動工程Ｔ４を実施する前の２連ミラーＭｉの状態を例示する正面図である。図１０（ｂ）は、第２ミラー摺動工程Ｔ４を実施した後の２連ミラーＭｉの状態を例示する正面図である。図１０（ａ）に示すように、出力ビームの光軸がｙ軸正方向にΔｙだけずれている場合、第２ミラーＭｉ２をｘ軸正方向に並進させる。これにより、出力ビームの光軸のｙ軸方向のずれが、図１０（ｂ）に示すように解消される。

第１ミラー摺動工程Ｔ３及び第２ミラー摺動工程Ｔ４を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をｚｘ面と平行な平面内に等間隔で並べるという第２の調整目標が達成される。

出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸をｚｘ面と平行な平面内に等間隔で並べることを第２の調整目標とする場合、第１ミラー摺動工程Ｔ３及び第２ミラー摺動工程Ｔ４において参照される調整目標値は、図１１に示すように定めればよい。すなわち、光モニタ装置ＯＭの受光面において、各出力ビームのビームスポットＬｉがｚ軸上に等間隔に並ぶように定めればよい。

なお、第１ミラー摺動工程Ｔ３及び第２ミラー摺動工程Ｔ４は、図６に示した通り、第１ミラー回動工程Ｔ１及び第２ミラー回動工程Ｔ２を実施することによって、出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向を平行化した後で実施することが好ましい。ただし、第１ミラー回動工程Ｔ１及び第２ミラー回動工程Ｔ２の実施順序、並びに、第１ミラー摺動工程Ｔ３及び第２ミラー摺動工程Ｔ４の実施順序は、図６に示したものに限定されない。すなわち、第２ミラー回動工程Ｔ２を実施した後に第１ミラー回動工程Ｔ１を実施する構成を採用してもよいし、第２ミラー摺動工程Ｔ４を実施した後に第１ミラー摺動工程Ｔ３を実施する構成を採用してもよい。

また、第１ミラーＭｉ１の基板Ｂへの固定、及び、第２ミラーＭｉ２の第１ミラーＭｉ１への固定に接着剤を用いる場合、これを以下のように行うことが好ましい。すなわち、第１ミラーＭｉ１の下面と基板Ｂの上面との間、及び、第２ミラーＭｉ２の下面と第１ミラーＭｉ１の上面との間に接着剤を塗布した後、第１ミラー回動工程Ｔ１、第２ミラー回動工程Ｔ２、第１ミラー摺動工程Ｔ３、及び第２ミラー摺動工程Ｔ４を実施する。ただし、これらの工程を実施している間、及び、これらの工程を実施し終えてから接着剤の硬化が完了するまでの間、第１ミラーＭｉ１の下面と基板Ｂの上面とが平行になり、かつ、第２ミラーＭｉ２の下面と第１ミラーＭｉ１の上面とが平行になる状態を保つ。これにより、第１ミラーＭｉ１の下面と基板Ｂの上面との間に形成される接着剤層、及び、第２ミラーＭｉ２の下面と第１ミラーＭｉ１の上面との間に形成される接着剤層の厚みを均一化することができる。

基板Ｂの上面と第１ミラーＭｉ１の下面との間に形成される接着剤層の厚みが均一であれば、この接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、各所における膨張量又は収縮量が同一になる。このため、この接着材層が膨張又は収縮した場合でも、第１ミラーＭｉ１は、基板Ｂの上面に直交する方向（接着剤層の厚み方向）に平行移動するだけであり、基板Ｂの上面と第１ミラーＭｉ１の下面との平行性が損なわれることはない。同様に、第１ミラーＭｉ１の上面と第２ミラーＭｉ２の下面との間に形成された接着剤層の厚みが均一であれば、この接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、第２ミラーＭｉ２は、第１ミラーＭｉ１の上面に直交する方向に平行移動するだけであり、第１ミラーＭｉ１の上面と第２ミラーＭｉ２の下面と平行性が損なわれることはない。したがって、これらの接着剤層の厚みが均一であれば、これらの接着剤層が収縮又は膨張した場合でも、出力ビームの伝播方向が傾いたり出力ビームの光軸の配置が崩れたりするといった事態の発生を回避することができる。なお、これらの接着剤層に生じ得る収縮又は膨張としては、接着剤を硬化する際に生じ得る硬化収縮や、接着剤を硬化した後に生じ得る熱膨張、熱収縮、膨潤などが想定される。

また、基板Ｂの上面と第１ミラーＭｉ１の下面との間に形成される接着剤層の厚み、及び、第１ミラーＭｉ１の上面と第２ミラーＭｉ２の下面との間に形成された接着剤層の厚みは、要求される接着力を担保し得る範囲で、できるだけ薄くすることが好ましい。これらの接着剤層の厚みが薄くなるほど、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合に生じる厚みの変化量が小さくなり、その結果、基板Ｂの上面と第１ミラーＭｉ１の下面との平行性、及び、第１ミラーＭｉ１の上面と第２ミラーＭｉ２の下面と平行性が保たれ易くなるからである。特に、これらの接着剤層の厚みは、それぞれ、２連ミラーＭｉの寸法公差（より具体的には、第１ミラーＭｉ１及び第２ミラーの厚みの公差）、及び、基板Ｂの公差（より具体的には、基板Ｂの厚みの公差）よりも小さいことが好ましい。この場合、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合に生じる厚みの変化量も、２連ミラーＭｉの寸法公差、及び、基板Ｂの寸法公差を下回る（通常、接着剤層の厚みの変化量は、接着剤層の厚み自体よりも小さい）。したがって、これらの接着剤層が膨張又は収縮した場合でも、接着剤層の厚みが均一であるか否かに依らず、基板Ｂの上面と第１ミラーＭｉ１の下面との平行性、及び、第１ミラーＭｉ１の上面と第２ミラーＭｉ２の下面との平行性が設計において許容された程度を下回ることはない。

〔変形例〕
なお、本実施形態においては、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０をｘ軸に沿って配置する構成を示したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、図１２に示すように、ＬＤチップＬＤｉから２連ミラーＭｉまでの光路長が一定になるよう、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０を斜めに配置してもよい。この場合、図１２に示すように、基板Ｂのサイズを小型化することが可能になる。

また、図１３に示すように、ＬＤチップＬＤｉからＦ軸集光レンズＦＬまでの光路長が一定になるよう、ＬＤチップＬＤ１〜ＬＤ１０を斜めに配置してもよい。この場合、Ｆ軸集光レンズＬに入射するレーザビームのビーム径が一様になるため、出力ビーム束をより精度良く集束させることができる。

〔まとめ〕
以上のように、本実施形態に係る導光装置は、複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、各入力ビームに対応する２連ミラーであって、他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離された２連ミラーを備えており、各入力ビームに対応する２連ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された第２ミラーとにより構成されており、上記第１ミラーは、入力ビームを反射する第１反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が４５°となる第１反射面を有しており、上記第２ミラーは、上記第第１反射面にて反射された入力ビームを反射する第２反射面であって、その法線と上記特定の平面の法線との成す角が１３５°となる第２反射面を有している、ことを特徴とする。

上記の構成においては、各入力ビームを反射する第１反射面が特定の平面上に載置された第１ミラーに設けられ、第１反射面にて反射された入力ビームを反射する第２反射面が第１ミラー上に載置された第２ミラーに設けられている。このため、第１ミラー及び第２ミラーをそれぞれ回動させることによって、出力ビームの伝搬方向を自由に調整することができる。例えば、入力ビームの伝搬方向に傾きがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、第１ミラー及び第２ミラーをそれぞれ摺動させることによって、出力ビームの光軸位置も自由に調整することができる。

しかも、上記の構成においては、各入力ビームに対応する２連ミラーが他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離されている。したがって、各出力ビームの伝搬方向の調整を互いに独立に行うことができる。したがって、入力ビームの伝搬方向にばらつきがあっても、出力ビームの伝搬方向を所定の方向に調整することができる。また、各出力ビームの光軸位置の調整も互いに独立に行うことができる。

本実施形態に係る導光装置においては、各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの向きが、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、凸レンズなどによって精度良く集束することが可能な出力ビーム束を得ることができる。

本実施形態に係る導光装置においては、各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの位置が、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、より精度良く集束することが可能な出力ビーム束を得ることができる。

上記導光装置を製造する製造方法も本実施形態の範疇に含まれる。

各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの向きを、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整する工程を含めることによって、或いは、各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの位置を、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整する工程を更に含めることによって、精度良く集束することが可能な出力ビーム束を生成する導光装置を製造することができる。

上記導光装置を備えたＬＤモジュールも本実施形態の範疇に含まれる。

上記導光装置を備えることによって、高出力化及び高効率化が可能なＬＤモジュールを実現することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、ＬＤモジュールに好適に利用することができる。特に、ＬＤチップを光源とするＬＤモジュールに好適に利用することができる。

１ ＬＤモジュール
ＬＤ１〜ＬＤ１０ ＬＤチップ
ＦＡＣ１〜ＦＡＣ１０ Ｆ軸コリメートレンズ
ＳＡＣ１〜ＳＡＣ１０ Ｓ軸コリメートレンズ
Ｍ１〜Ｍ１０ ２連ミラー
Ｍｉ１ 第１ミラー
Ｓ１ 反射面（第１反射面）
Ｍｉ２ 第２ミラー
Ｓ２ 反射面（第２反射面）
Ｂ 基板
ＦＬ Ｆ軸集光レンズ
ＳＬ Ｓ軸集光レンズ

Claims (11)

1. 複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、
   各入力ビームに対応する２連ミラーであって、他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離された２連ミラーを備えており、
   各入力ビームに対応する２連ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された、該第１ミラーとは別体の第２ミラーであって、該第１ミラーに接着固定された第２ミラーとにより構成されており、
   上記第１ミラーは、第１ミラーの外部から入射する入力ビームを第１ミラーの外部に反射する第１反射面であって、その法線ベクトルと上記特定の平面の法線ベクトルとの成す角が４５°となる第１反射面を有しており、
   上記第２ミラーは、第２ミラーの外部から入射する、上記第１反射面にて反射された入力ビームを第２ミラーの外部に反射する第２反射面であって、その法線ベクトルと上記特定の平面の法線ベクトルとの成す角が１３５°となる第２反射面を有している、ことを特徴とする導光装置。
2. 各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの向きは、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されている、ことを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの位置は、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、ことを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
4. 上記特定の平面と上記第１ミラーの下面とは、これらの面の間に形成された厚みが均一な接着剤層によって接着されており、
   上記第１ミラーの上面と上記第２ミラーの下面とは、これらの面の間に形成された厚みが均一な接着剤層によって接着されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の導光装置。
5. 上記特定の平面と上記第１ミラーの下面との間に形成された接着剤層の厚み、及び、上記第１ミラーの上面と上記第２ミラーの下面との間に形成された接着剤層の厚みは、上記２連ミラーの寸法公差よりも小さい、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導光装置。
6. 請求項１に記載の導光装置を製造する製造方法であって、
   各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの向きを、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整する工程を含んでいる、ことを特徴とする製造方法。
7. 各入力ビームに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの位置を、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整する工程を更に含んでいる、ことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
8. 複数のＬＤ素子と、上記複数のＬＤ素子の各々から出射されたレーザビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置とを備えたＬＤモジュールにおいて、
   上記導光装置は、各ＬＤ素子に対応する２連ミラーであって、他のＬＤ素子に対応する２連ミラーから分離された２連ミラーを備えており、
   各ＬＤ素子に対応する２連ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラー上に載置された、該第１ミラーとは別体の第２ミラーであって、該第１ミラーに接着固定された第２ミラーとにより構成されており、
   上記第１ミラーは、対応するＬＤ素子から出射され、第１ミラーの外部から入射するレーザビームを第１ミラーの外部に反射する第１反射面であって、その法線ベクトルと上記特定の平面の法線ベクトルとの成す角が４５°となる第１反射面を有しており、
   上記第２ミラーは、第２ミラーの外部から入射する、上記第１反射面にて反射されたレーザビームを第２ミラーの外部に反射する第２反射面であって、その法線ベクトルと上記特定の平面の法線ベクトルとの成す角が１３５°となる第２反射面を有している、ことを特徴とするＬＤモジュール。
9. 上記出力ビーム束を光ファイバの入射端面に集束する集束レンズを更に備えおり、
   各ＬＤに対応する２連ミラーについて、第１ミラー及び第２ミラーの向きは、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの伝搬方向が特定の方向に一致するように調整されており、第１ミラー及び第２ミラーの位置は、上記出力ビーム束を構成する各出力ビームの光軸が特定の平面内に等間隔で並ぶように調整されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載のＬＤモジュール。
10. 複数の入力ビームからなる入力ビーム束を複数の出力ビームからなる出力ビーム束に変換する導光装置において、
    各入力ビームに対応する２連ミラーであって、他の入力ビームに対応する２連ミラーから分離された２連ミラーを備えており、
    各入力ビームに対応する２連ミラーは、特定の平面上に載置された第１ミラーと、該第１ミラーの上面上に載置された、該第１ミラーとは別体の第２ミラーであって、該第１ミラーに接着固定された第２ミラーとにより構成されており、
    上記第１ミラーは、第１ミラーの外部から入射する入力ビームを第１ミラーの外部に反射する第１反射面であって、その法線ベクトルと上記特定の平面の法線ベクトルとの成す角が４５°となる第１反射面を有しており、
    上記第２ミラーは、第２ミラーの外部から入射する、上記第１反射面にて反射された入力ビームを第２ミラーの外部に反射する第２反射面であって、その法線ベクトルと上記第１ミラーの上記上面の法線ベクトルとの成す角が１３５°となる第２反射面を有している、ことを特徴とする導光装置。
11. 請求項１０に記載の導光装置を備えていることを特徴とするＬＤモジュール。

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