JP6766663B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

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。従来の光モジュールとして、光半導体素子である発光素子と、発光素子を収容する保護部材と、を備えた光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記保護部材は、ベース部であるステムと、ステムに取り付けられた中空円筒状のキャップとを含む。上記のような光モジュールにおいては、発光素子が保護部材内に格納されるようにベース部とキャップとが接合される。

特開２０１５−９０９３２号公報

上記のような保護部材を備える光モジュールにおいては、光半導体素子の長寿命化を図るため、高い気密性が保護部材に付与されることが望ましい。一方、光半導体素子の光路を確保する観点から、キャップには貫通孔を形成する必要がある。

この貫通孔を、キャップの、ベース部に対する正射影の外縁に対応する領域に配置することにより、光モジュールのコンパクトな外形形状を維持しつつ、保護部材の内部に多数の部品を配置することが容易となる。また貫通孔はキャップの平板状の領域に形成することが好ましい。この場合、上記正射影の外縁の貫通孔に対応する領域に直線領域が形成されることとなる。しかし、このような形状のキャップを採用した場合、ベース部との均一な接合が得られず、高い気密性の確保が困難となる場合がある。

そこで、キャップのベース部に対する正射影の外縁に対応する領域に貫通孔を有するキャップを採用しつつ、保護部材の気密性に優れた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、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、本体部を支持する支持面を有するベース部と、光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、本体部を覆い、開口部の外周領域において支持面に接合され、本体部を収容する空間を規定するキャップとを含む。

キャップの、支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁は、貫通孔に対応する領域に配置される第１直線領域と、第１直線領域に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部とを含む。最大幅部の第１直線領域に平行な方向の幅をα１とし、第１直線領域の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。第１直線領域の一方側の端部の点と一方側に対応する側の最大幅部の外縁上の点とを結ぶ直線と、最大幅部の幅方向に沿う直線とのなす角の角度θは３０°以上である。外縁の重心から見て、外縁の形状は外に凸である。

上記光モジュールによれば、キャップのベース部に対する正射影の外縁に対応する領域に貫通孔を有するキャップを採用しつつ、保護部材の気密性に優れた光モジュールを提供することが可能となる。

実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態１のキャップの、ステムの支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁を示す平面図である。 実施の形態２の光モジュールの構造を示す概略平面図である。 実施の形態３のキャップの、ステムの支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁を示す平面図である。 実施の形態４のキャップの、ステムの支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁を示す平面図である。 実施の形態５のキャップの、ステムの支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁を示す平面図である。 実施の形態６のキャップの、ステムの支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁を示す平面図である。

［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、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、本体部を支持する支持面を有するベース部と、光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、本体部を覆い、開口部の外周領域において支持面に接合され、本体部を収容する空間を規定するキャップとを含む。

キャップの、支持面に対する接合領域の、支持面への正射影の外縁は、貫通孔に対応する領域に配置される第１直線領域と、第１直線領域に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部とを含む。最大幅部の第１直線領域に平行な方向の幅をα１とし、第１直線領域の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。第１直線領域の一方側の端部の点と一方側に対応する側の最大幅部の外縁上の点とを結ぶ直線と、最大幅部の幅方向に沿う直線とのなす角の角度θは３０°以上である。外縁の重心から見て、外縁の形状は外に凸である。

正射影の外縁に、貫通孔に対応する直線部を有するキャップは、開口部の外周領域における変形が大きくなる。具体的には、平面上に開口部の外周領域が接触するようにキャップを静置した場合、外周領域において上記平面から大きく離れた領域が存在する状態となる。このようなキャップを、開口部の外周領域が支持面に全域に渡って接触するように押し付けつつ接合すると、接合領域に大きなひずみが残存する。このようなひずみは、長期に渡って光モジュール内部の気密状態が維持されるのを阻害する。

これに対し、本願の光モジュールにおいては、上記α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。また第１直線領域の一方側の端部の点とその一方側に対応する側の最大幅部の外縁上の点とを結ぶ直線と、最大幅部の幅方向に沿う直線とのなす角の角度θは３０°以上である。すなわち、第１直線領域の長さが最大幅部の幅よりも充分に短く、かつ第１直線領域と最大幅部とが充分な距離を隔てて配置されている。また上記外縁の重心から見て、上記外縁の形状は外に凸である。このような形状を有するキャップにおいては、平面上に開口部の外周領域が接触するように静置した場合、外周領域において上記平面から大きく離れた領域が減少する。そのため、接合後のひずみが減少する。その結果、長期に渡って光モジュール内部の気密状態を維持することが可能となる。

上記外縁は第２の直線領域をさらに含んでもよい。このようにすることで、小型化に適した光モジュールを提供することができる。

上記光モジュールにおいて、光半導体素子は、半導体発光素子であってもよい。このようにすることで、光を出射する光モジュールとすることができる。

上記光モジュールにおいて、本体部は、ベース部材と、ベース部材上に搭載される複数の半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、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、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複数のレンズと、ベース部材上に搭載され、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。

上記光モジュールにおいて、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実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。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。

（実施の形態１）
まず、図１〜図３を参照して実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１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〜図３を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、光半導体素子としてのレーザダイオード８１，８２，８３を含む本体部２０と、本体部２０を取り囲む保護部材とを備える。保護部材は、ベース部としてのステム１０と、キャップ４０と、透過部材４１とを含む。ベース部としてのステム１０は平板状の形状を有する。ステム１０は本体部２０を支持する主面１０Ａを有する。キャップ４０は本体部２０を覆い、ステム１０に接合される。キャップ４０は、ステム１０に接合される領域を含む側面４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈおよび４０Ｉと、側面４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈおよび４０Ｉのステム１０に接合される領域とは反対側に接続される頂面４０Ａとを有する。貫通孔５５はキャップ４０の側面４０Ｂに形成されている。

キャップ４０は、ステム１０に接合される側の面において開口する。キャップ４０は、ステム１０に平行な平面における断面が、直方体の４角が湾曲した角丸長方形である形状を有する。キャップ４０は、開口部の外周領域において主面１０Ａに接合される。キャップ４０がステム１０に接合されることにより、本体部２０を収容する空間が規定される。

光モジュール１は、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をさらに備えている。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、本体部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、貫通孔５５を覆うように透過部材４１が低融点ガラス４２を介して固定されている。透過部材４１は、光半導体素子に対応する波長の光（レーザダイオード８１，８２，８３から出射される光）を透過する材料からなる。本実施の形態においては、光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料はガラスである。透過部材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、本体部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。

図２および図３を参照して、本体部２０は、板状の形状を有するベース部材としての基板６０を含む。基板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。基板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光半導体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光半導体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光半導体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（基板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と本体部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が基板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に接触する基板６０の熱がステム１０へと移動し、基板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。

基板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。そして、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、それぞれたとえば樹脂硬化型接着剤により接着されて第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に対して固定されている。

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により、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。

基板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置される。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば樹脂硬化型接着剤により接着されてベース領域６１に対して固定されている。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。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置される。

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、実施の形態１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の透過部材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の透過部材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の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

［キャップ４０の接合領域の形状］
次に図４を参照して、キャップの接合領域の形状について説明する。図４は、実施の形態１のキャップ４０の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０の、支持面１０Ａへの正射影の外縁１００を示す平面図である。なおキャップ４０は厚みを有するが、図４および図６〜図９に対応する各キャップにおいては外縁の形状のみを説明する。

図４を参照して、接合領域５０の、主面１０Ａへの正射影の外縁１００の形状は、長方形の四辺が湾曲した角丸長方形である。外縁１００は、第１直線領域１０１の一方側の端部の点Ｐ_１から時計回りに、第１直線領域１０１、湾曲部１０２ａ、第２直線領域１０３ａ、湾曲部１０２ｂ、第３直線領域１０６、湾曲部１０２ｃ、第２直線領域１０３ｂ、および湾曲部１０２ｄを経て再び点Ｐ_１に至る形状を有する。外縁１００は、第１直線領域１０１に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部１０４を含む。実施の形態１において、最大幅部１０４は、図４の直線Ｍ_１と直線Ｍ_２の間の領域である。また外縁１００は、第１直線領域１０１の垂直二等分線Ｂに対して線対称の形状を有する。外縁１００が線対称の形状を有するキャップ４０はひずみが生じにくい点で好ましい。

ここで最大幅部１０４の第１直線領域１０１に平行な方向の幅をα１とし、第１直線領域１０１の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。比α２／α１は好ましくは０．７以下である。また第１直線領域１０１の一方側の端部の点Ｐ_１と、その一方側に対応する側の最大幅部１０４の外縁上の点Ｐ_２とを結ぶ直線１０５と、最大幅部１０４の幅方向に沿う直線Ｍ_１とのなす角の角度θは３０°以上である。好ましくは上記角度θは４５°以上である。また上限は特に限定されないが、上記角度θは６０°以下であるのが好ましい。

さらに外縁１００の重心Ｇから見て、外縁１００の形状は外に凸である。すなわち、外縁１００はくびれや凹みを有していない。たとえば、点Ｐ_１と点Ｐ_２とを結ぶ接続線が曲線１０７のように内に凸の形状を有している場合、すなわち、点Ｐ_１と点Ｐ_２とを結ぶ直線１０５よりも内側に湾曲している場合、第１直線領域１０１と重心Ｇから見て内に凸の曲線１０７とを結ぶ点Ｐ_１において接合領域５０の外縁１００の角度が急激に変化する。また重心Ｇから見て内に凸の曲線１０７と第２直線領域１０３とを結ぶ点Ｐ_２において接合領域５０の外縁１００の角度が急激に変化する。このように、外縁１００に角度が急激に変化する特異点が存在すると、接合時にキャップ４０にひずみが生じやすく、光モジュール１内部の気密性が低下するおそれがある。

これに対し、実施の形態１に係る光モジュール１のキャップ４０においては、第１直線領域１０１と外に凸の曲線１０２とを結ぶ点Ｐ_１および曲線１０２と第２直線領域１０３とを結ぶ点Ｐ_２における角度の変化が緩やかである。そのため、キャップ４０のひずみが生じにくく、光モジュール１の内部が気密性の高い状態に保持される光モジュール１を提供することができる。

上記のような形状を有するキャップ４０を備えた光モジュール１は、接合後のキャップ４０にひずみが生じにくく、長期に渡って光モジュール１内部の気密状態が維持される。このようにすることで、キャップ４０のステム１０に対する正射影の外縁１００に対応する領域に貫通孔を有するキャップを採用しつつ、ステム１０およびキャップ４０からなる保護部材の気密性に優れた光モジュール１を提供することができる。

（実施の形態２）
次に、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２における光モジュール１の構造を示す概略平面図である。図５は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する概略平面図である。実施の形態２に係る光モジュール１は、図３に示す構造とはキャップ４０の形状は同じであるが内部の構造が異なる。

図５を参照して、実施の形態２における光モジュール１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における光モジュール１は、次の点で図３に示す実施の形態１の光モジュールと異なる。まず平板状の第１サブマウント７１および赤色レーザダイオード８１が配置されている位置が図３とは異なる。第１サブマウント７１は第１チップ搭載領域６３上の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３と同列に配置されている。第１サブマウント７１上に配置される赤色レーザダイオード８１は、赤色レーザダイオード８１の出射方向が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の出射方向と平行になるように配置されている。

また基板６０のベース領域６１上にはミラー９９が配置されている。赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、ミラー９９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（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。ミラー９９は、たとえば樹脂硬化型接着剤により接着されてベース領域６１に対して固定されている。ミラー９９は、それぞれ互いに平行な反射面と背面とを有する平板状の形状を有している。ミラーの反射面は、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（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。

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_１１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_１１に沿って進行し、ミラー９９に到達する。ミラー９９は光路Ｌ_１１に沿って進行した赤色の光を光路Ｌ_１２上へと反射する。反射された赤色の光は第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_１２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_１４および光路Ｌ_１６に沿ってさらに進行し、キャップ４０の透過部材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および青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、図３に示す光モジュール１と同様の機構により光路Ｌ_１６に沿って進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

実施の形態２に係る光モジュール１においては、実施の形態１と同様のキャップ４０を備える。このようなキャップ４０を備えることにより、実施の形態２のように本体部１０の配置を変更しても実施の形態１と同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
次に、他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３のキャップ４０１の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０１の、主面１０Ａへの正射影の外縁１１０を示す平面図である。

図１〜図３および図６を参照して、実施の形態３に係る光モジュール１は、キャップ４０１の形状がキャップ４０の形状と異なる点を除いては図１〜図３に示す実施の形態１に係る光モジュール１の構造と同じ構造を有し、同様の効果を奏する。

図６を参照して、外縁１１０は、第１直線領域１１１の一方側の端部の点Ｐ_１から時計回りに、第１直線領域１１１、湾曲部１１２ａ、第２直線領域１１３ａ、円弧部１１６、第２直線領域１１３ｂ、および湾曲部１１２ｂを経て再び点Ｐ_１に至る形状を有する。外縁１１０は、第１直線領域１１１に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部１１４を含む。実施の形態３において、最大幅部１１４は、図６の直線Ｍ_１と直線Ｍ_２の間の領域である。外縁１１０の重心Ｇから見て、外縁１１０の形状は外に凸である。

ここで最大幅部１１４の第１直線領域１１１に平行な方向の最大幅、すなわち直線Ｍ_１の長さをα１とし、第１直線領域１１１の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。比α２／α１は好ましくは０．７以下である。また第１直線領域１１１の一方側の端部の点Ｐ_１と、その一方側に対応する側の最大幅部１１４の外縁上の点Ｐ_２とを結ぶ直線１１５と、最大幅部１１４の幅方向に沿う直線Ｍ_１とのなす角の角度θは３０°以上である。

図４および図６を参照して、図４に示す実施の形態１における光モジュール１のキャップ４０の、第３の直線領域１０６およびそれに接続する２つの湾曲部１０２が、図６の実施の形態３における光モジュール１のキャップ４０１においては円弧部１１６に置き換わっている点が異なる。外縁１１０がこのような形状を有することにより、キャップ４０１のひずみが少なく、光モジュール１の内部が気密性の高い状態に保持される光モジュール１を提供することができる。

（実施の形態４）
次に、他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４のキャップ４０２の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０２の、主面１０Ａへの正射影の外縁１２０を示す平面図である。

図１〜図３および図７を参照して、実施の形態４に係る光モジュール１は、キャップ４０２の形状がキャップ４０の形状と異なる点を除いては図１〜図３に示す実施の形態１に係る光モジュール１の構造と同じ構造を有し、同様の効果を奏する。

図７を参照して、外縁１２０は、第１直線領域１２１の一方側の端部の点Ｐ_１から時計回りに、第１直線領域１２１、傾斜部１２２ａ、第２直線領域１２３ａ、傾斜部１２２ｂ、第３直線領域１２６、傾斜部１１２ｃ、第２直線領域１１３ｂ、および傾斜部１１２ｄを経て再び点Ｐ_１に至る形状を有する。外縁１２０は、第１直線領域１２１に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部１２４を含む。実施の形態４において、最大幅部１２４は、図７の直線Ｍ_１と直線Ｍ_２とで挟まれる領域である。上記外縁１２０の重心Ｇから見て、外縁１２０の形状は外に凸である。

ここで最大幅部１２４の第１直線領域１２１に平行な方向の最大幅、すなわち直線Ｍ_１の長さをα１とし、第１直線領域１２１の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。比α２／α１は好ましくは０．７以下である。また第１直線領域１１１の一方側の端部の点Ｐ_１と、その一方側に対応する側の最大幅部１１４の外縁上の点Ｐ_２とを結ぶ直線１２５と、最大幅部１２４の幅方向に沿う直線Ｍ_１とのなす角の角度θは３０°以上である。

図４および図７を参照して、実施の形態４における光モジュール１は、図４に示す湾曲部１０２が第４直線領域１２２である点において実施の形態１と異なる。この場合、傾斜部１２２ｄと点Ｐ_１および点Ｐ_２を結ぶ直線１２５とが一致する。外縁１２０がこのような形状を有することにより、キャップ４０２のひずみが少なく、光モジュール１の内部が気密性の高い状態が保持される光モジュール１を提供することができる。

（実施の形態５）
次に、他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５のキャップ４０３の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０３の、主面１０Ａへの正射影の外縁１３０を示す平面図である。

図１〜図３および図８を参照して、実施の形態５に係る光モジュール１は、キャップ４０３の形状がキャップ４０の形状と異なる点を除いては図１〜図３に示す実施の形態１に係る光モジュール１の構造と同じ構造を有し、同様の効果を奏する。

図８を参照して、外縁１３０は、第１直線領域１３１と、第１直線領域１３１の両端を接続する楕円弧部１３２とを含む形状を有する。外縁１３０は、第１直線領域１３１に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部１３４を含む。実施の形態５において、最大幅部１３４は図８の直線Ｍ_１である。外縁１３０の重心Ｇから見て、外縁１３０の形状は外に凸である。

ここで最大幅部１３４の第１直線領域１３１に平行な方向の最大幅、すなわち直線Ｍ_１の長さをα１とし、第１直線領域１３１の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。比α２／α１は好ましくは０．７以下である。また第１直線領域１３１の一方側の端部の点Ｐ_１と、その一方側に対応する側の最大幅部１３４の外縁上の点Ｐ_２とを結ぶ直線１３５と、最大幅部１３４の幅方向に沿う直線Ｍ_１とのなす角の角度θは３０°以上である。

図４および図８を参照して、実施の形態５における光モジュール１は、第１直線領域１３１の両端が楕円弧部１３２に接続されている点において実施の形態１と異なる。接合領域５０３の外縁１３０がこのような形状を有することにより、キャップ４０３のひずみが少なく、光モジュール１の内部が気密性の高い状態が保持される光モジュール１を提供することができる。

（実施の形態６）
次に、他の実施の形態である実施の形態６について説明する。図９は、実施の形態６のキャップ４０４の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０４の、主面１０Ａへの正射影の外縁１４０を示す平面図である。

図１〜図３および図９を参照して、実施の形態６に係る光モジュール１は、キャップ４０４の形状がキャップ４０の形状と異なる点を除いては図１〜図３に示す実施の形態１に係る光モジュール１の構造と同じ構造を有し、同様の効果を奏する。

図９を参照して、外縁１４０は、第１直線領域１４１と、第１直線領域１４１の両端を接続する円弧部１４２とを含む形状を有する。外縁１４０は、第１直線領域１４１に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部１４４を含む。実施の形態６において、最大幅部１４４は図９の直線Ｍ_１である。上記外縁１４０の重心Ｇから見て、外縁１４０の形状は外に凸である。

ここで最大幅部１４４の第１直線領域１４１に平行な方向の最大幅、すなわち直線Ｍ_１の長さをα１とし、第１直線領域１４１の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下である。比α２／α１は好ましくは０．７以下である。また第１直線領域１４１の一方側の端部の点Ｐ_１と、その一方側に対応する側の最大幅部１４４の外縁上の点Ｐ_２とを結ぶ直線１４５と、最大幅部１４４の幅方向に沿う直線Ｍ_１とのなす角の角度θは３０°以上である。

図４および図９を参照して、実施の形態６における光モジュール１は、第１直線領域１４１の両端が楕円弧部１４２に接続されている点において実施の形態１と異なる。外縁１４０がこのような形状を有することにより、キャップ４０４のひずみが少なく、光モジュール１の内部が気密性の高い状態が保持される光モジュール１を提供することができる。

以上が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や熱膨張率の低い材料が好ましい。鉄、銅、ニッケル、あるいはこれらを含む合金などを採用してもよいし、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどを採用してもよい。

上記実施の形態においては、光半導体素子として、３個の出射波長の異なるレーザダイオード８１，８２，８３が備え付けられた光モジュール１について説明したが、光半導体素子の種類および数は特に限定されない。また光モジュール１は、光半導体素子として、発光素子であるレーザダイオードの代わりに受光素子を備えていてもよい。また発光素子として、レーザダイオード８１，８２，８３の代わりに、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。またこれらのフィルタは省略することもできる。

またステム１０と本体部２０との間に配置される電子冷却モジュール３０についても、省略することが可能である。

また実施の形態１および実施の形態３〜実施の形態６において、キャップの接合領域の正射影の外縁の形状の例についていくつかの例を挙げたが、上述したキャップおよび接合領域の条件を満たす限り、キャップの接合領域の正射影の外縁の形状は実施の形態において例示されたものに限定されない。

また実施の形態１および実施の形態３〜実施の形態６において説明したキャップ４０，４０１，４０２，４０３，４０４の、ステム１０の主面１０Ａに対する接合領域５０，５０１，５０２，５０３，５０４の、主面１０Ａへの正射影の外縁１００，１１０、１２０，１３０，１４０は、いずれも第１直線領域１０１，１１１，１１２，１１３，１１４の垂直二等分線に対して線対称の形状を有している。本願の光モジュールにおいて、キャップの形状は特にこのような形状に限定されない。ただし、キャップのひずみが生じにくいことから、第１直線領域１０１，１１１，１１２，１１３，１１４の垂直二等分線に対して線対称の形状であることが好ましい。

上記実施の形態の光モジュールによれば、ひずみが少なく、光モジュール内部が気密性の高い状態が保持される光モジュールを提供することができる。

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、キャップのベース部に対する正射影の外縁に対応する領域に貫通孔を有するキャップを採用しつつ、保護部材の気密性に優れた光モジュールが求められる分野において、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 本体部
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
４０Ａ 頂面
４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈ，４０Ｉ 側面
４１ 透過部材
４２ 低融点ガラス
５０ 接合領域
５１ リードピン
５５ 貫通孔
６０ 基板
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
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
９０ ミラー保持部
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
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
９９ ミラー
１００ 外縁
１０１ 第１直線領域
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ 湾曲部
１０３ａ，１０３ｂ 第２直線領域
１０４ 最大幅部
１０５ 直線
１０６ 第３直線領域
１０７ 曲線
１１０ 外縁
１１１ 第１直線領域
１１２ａ，１１２ｂ 湾曲部
１１３ａ，１１３ｂ 第２直線領域
１１４ 直線
１１５ 直線
１１６ 円弧部
１２０ 外縁
１２１ 第１直線領域
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ 傾斜部
１２３ａ，１２３ｂ 第２直線領域
１２４ 最大幅部
１２５ 直線
１２６ 第３直線領域
１３０ 外縁
１３１ 第１直線領域
１３２ 楕円弧部
１３４ 最大幅部
１３５ 直線
１４０ 外縁
１４１ 第１直線領域
１４２ 円弧部
１４４ 最大幅部
１４５ 直線
４０１ キャップ
４０２ キャップ
４０３ キャップ
４０４ キャップ
５０１ 接合領域
５０２ 接合領域
５０３ 接合領域
５０４ 接合領域

Claims (6)

1. 光半導体素子を含む本体部と、
   前記本体部を取り囲む保護部材と、を備え、
   前記保護部材は、
   前記本体部を支持する支持面を有するベース部材と、
   前記光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、前記本体部を覆い、開口部の外周領域において前記支持面に接合され、前記本体部を収容する空間を規定するキャップとを含み、
   前記キャップの、前記支持面に対する接合領域の、前記支持面への正射影の外縁は、
   前記貫通孔に対応する領域に配置される第１直線領域と、
   前記第１直線領域に平行な方向の幅が最大となる領域である最大幅部とを含み、
   前記最大幅部の前記第１直線領域に平行な方向の幅をα１とし、前記第１直線領域の長さをα２とした場合に、α１に対するα２の比α２／α１が０．８以下であり、
   前記第１直線領域の一方側の端部の点と前記一方側に対応する側の前記最大幅部の前記外縁上の点とを結ぶ直線と、前記最大幅部の幅方向に沿う直線とのなす角の角度θは３０°以上であり、
   前記外縁の重心から見て、前記外縁の形状は外に凸である、光モジュール。
2. 前記外縁は第２の直線領域をさらに含む、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記光半導体素子は、半導体発光素子である、請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記本体部は、
   ベース部材と、
   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、
   前記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して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複数のレンズと、
   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３に記載の光モジュール。
5. 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４に記載の光モジュール。
6. 前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
   

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