JP6805750B2

JP6805750B2 - 光モジュール

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Publication number: JP6805750B2
Application number: JP2016227266A
Authority: JP
Inventors: 哲弥熊野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: JP2018085422A

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レーザ素子などの半導体発光素子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１〜４参照）。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。

特開２００９−９３１０１号公報特開２００７−３２８８９５号公報特開２００７−１７９２５号公報特開２００７−６５６００号公報

上記光モジュールにおいては、パッケージ内のベース部材上に半導体レーザ素子などの半導体発光素子のほか、発光素子への電力の供給路を構成する部品など、多くの部品を収納し、かつ発光素子への電力の供給路としてワイヤボンディングを実施する必要がある。上記光モジュールの製造を容易にするため、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することが求められる。また、半導体発光素子を含む部品は、ベース部材の搭載面に平行な面上に配置される場合のほか、搭載面に交差する面、たとえば直交する面に配置される場合もある。このような場合、部品の固定やワイヤボンディングは一層煩雑となり、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することが、特に強く求められる。

そこで、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化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、搭載面を有するベース部材と、ベース部材の搭載面上に配置されるブロックユニットと、を含む。ブロックユニットは、搭載面に交差する第１保持面および第２保持面を有するベースブロックと、第１保持面上に配置され、第１半導体発光素子を含む第１発光素子ユニットと、第２保持面上に配置されるワイヤポストと、を含む。第１半導体発光素子とワイヤポストとは電気的に接続される。第１保持面と第２保持面とのなす角は４５°以下である。

上記光モジュールによれば、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することができる。

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。ワイヤボンディングの状態の一例を示す概略平面図である。図４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。

［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、搭載面を有するベース部材と、ベース部材の搭載面上に配置されるブロックユニットと、を含む。ブロックユニットは、搭載面に交差する第１保持面および第２保持面を有するベースブロックと、第１保持面上に配置され、第１半導体発光素子を含む第１発光素子ユニットと、第２保持面上に配置されるワイヤポストと、を含む。第１半導体発光素子とワイヤポストとは電気的に接続される。第１保持面と第２保持面とのなす角は４５°以下である。

本願の光モジュールは、第１発光素子ユニットが、ベース部材の搭載面に交差する面（第１保持面）に配置される構造を有する。このように部品の固定やワイヤボンディングが特に煩雑となる構造を有する本願の光モジュールにおいて、ベース部材の搭載面上に、ブロックユニットが配置される。このブロックユニットの第１保持面および第２保持面上に、それぞれ第１発光素子ユニットおよびワイヤポストが配置される。そして、第１保持面と第２保持面とのなす角は４５°以下である。そのため、本願の光モジュールによれば、以下のような手順での部品の固定およびワイヤボンディングが可能となる。

まず、第１保持面および第２保持面を有するベースブロックを準備する。そして、ブロックユニットの搭載面への搭載後に他の部品とのワイヤボンディングが容易となる第２保持面上の位置にワイヤポストを配置する。また、第２保持面とのなす角が４５°以下である第１保持面上に第１発光素子ユニットを配置する。そして、ワイヤポストと第１半導体発光素子とを電気的に接続するワイヤボンディングを実施する。このとき、第１保持面と第２保持面とのなす角が４５°以下であることにより、このワイヤボンディングを容易に実施することができる。その後、互いを電気的に接続するワイヤボンディングが完了したワイヤポストと第１半導体発光素子とを含むブロックユニットを、ベース部材の搭載面上に配置する。そして、ワイヤポストと電力供給経路を構成する他の部品との電気的接続を形成するためのワイヤボンディングを実施する。このとき、ワイヤポストは、当該他の部品との電気的接続を形成するためのワイヤボンディングが容易な位置に配置されているため、このワイヤボンディングも容易に実施することができる。このようにして、部品の固定やワイヤボンディングが特に煩雑となる構造を有する光モジュールにおいて、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することができる。

以上のように、本願の光モジュールによれば、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することができる。

上記光モジュールにおいて、第１半導体発光素子は、第１半導体レーザ素子であってもよい。半導体発光素子として半導体レーザ素子を採用することにより、波長のばらつきの少ない出射光を得ることができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、ベース部材の搭載面上にブロックユニットとは離れて配置され、第１保持面上の第１半導体レーザ素子との発振波長の差が１０ｎｍ以下である第２半導体レーザ素子を含む第２発光素子ユニットと、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、をさらに含んでいてもよい。

上記ブロックユニットを採用することにより、第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向とベース部材の搭載面とのなす角を自由に設定することができる。そのため、ブロックユニットと離れて配置される他の半導体レーザ素子である第２半導体レーザ素子からの光の偏波方向と第１半導体レーザ素子からの光の偏波方向とが交差するように第１半導体レーザ素子を配置し、発振波長の差が小さい２つの半導体レーザ素子からの光を偏波合成フィルタで合波する構造を容易に達成することができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、複数の上記ブロックユニットを含んでいてもよい。このようにすることにより、パッケージ内に含まれる部品点数の多い光モジュールであっても、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することが容易となる。

［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５を参照しつつ説明する。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。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４５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、長方形状の平面形状を有する。ベース板６０の一方側の表面である搭載面６０Ａの一の長辺に対応する領域に沿って５つの半導体レーザ素子が配置される。

具体的には、上記搭載面６０Ａにおいて一の長辺の一方の端部に対応する領域に、第１チップ搭載領域６１が配置される。第１チップ搭載領域６１は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第１チップ搭載領域６１の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第１チップ搭載領域６１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、半導体発光素子（半導体レーザ素子）である第１赤色レーザダイオード５１が配置されている。

ベース板６０の第１チップ搭載領域６１から見て第１赤色レーザダイオード５１の出射方向に隣接する領域には、第１受光素子としての第１フォトダイオード９１が配置されている。第１フォトダイオード９１は、受光面９１Ａを有する。

ベース板６０の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第１チップ搭載領域６１に隣接する搭載面６０Ａ上には、第１ベースブロック６２が配置される。第１ベースブロック６２は、互いになす角が４５°以下である、より具体的には互いに平行な（互いになす角が０°である）第１保持面６２Ａと第２保持面６２Ｂとを含む階段状のブロックである。上段面が第１保持面６２Ａであり、下段面が第２保持面６２Ｂである。第１保持面６２Ａおよび第２保持面６２Ｂは、ベース板６０の搭載面６０Ａに交差する（直交する）面である。

第１保持面６２Ａ上には、平板状の第２サブマウント７２が配置されている。第１チップ搭載領域６１において第１サブマウント７１が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、交差する。第１チップ搭載領域６１において第１サブマウント７１が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、直交する。そして、第２サブマウント７２上に、半導体発光素子（半導体レーザ素子）である第２赤色レーザダイオード５２が配置されている。第１赤色レーザダイオード５１と第２赤色レーザダイオード５２との発振波長の差は１０ｎｍ以下である。第１赤色レーザダイオード５１および第２赤色レーザダイオード５２は、いずれも赤色の光（レーザ光）を出射する。

本実施の形態において、第２赤色レーザダイオード５２は、第１半導体レーザ素子（第１半導体発光素子）である。また、第２赤色レーザダイオード５２および第２サブマウント７２は、第１発光素子ユニットを構成する。本実施の形態において、第１赤色レーザダイオード５１は、第２半導体レーザ素子（第２半導体発光素子）である。また、第１赤色レーザダイオード５１および第１サブマウント７１は、第２発光素子ユニットを構成する。

第２保持面６２Ｂ上には、ワイヤポスト１０３が配置される。ワイヤポスト１０３は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、ワイヤポスト１０３は、柱状の形状を有するベース体と、ベース体の互いに交差する少なくとも２つの面にわたって形成される導体膜とを含む。第２赤色レーザダイオード５２とワイヤポスト１０３とは電気的に接続されている。また、第２保持面６２Ｂ上には、第２受光素子としての第２フォトダイオード９２が配置されている。第２フォトダイオード９２は、受光面９２Ａを有する。受光面９１Ａを含む平面と受光面９２Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９１Ａを含む平面と受光面９２Ａを含む平面とは直交する。第２フォトダイオード９２は、第２赤色レーザダイオード５２から見て、光の出射方向に隣接する領域に配置される。

第１ベースブロック６２は、第３保持面６２Ｃを含む。第３保持面６２Ｃは、第１保持面６２Ａおよび第２保持面６２Ｂに交差（直交）する面である。第３保持面６２Ｃは、ベース板６０の搭載面６０Ａに沿う（平行な）面である。第３保持面６２Ｃ上には、アイランド１０４が配置される。アイランド１０４は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、アイランド１０４は、板状の形状を有するベース体と、ベース体の表面に形成された導体膜とを含む。

第１ベースブロック６２、第２サブマウント７２、第２赤色レーザダイオード５２、ワイヤポスト１０３、第２フォトダイオード９２およびアイランド１０４は、第１ブロックユニットを構成する。

ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第２チップ搭載領域である第１ベースブロック６２から見て第１チップ搭載領域６１とは反対側に、第３チップ搭載領域６３が配置される。第３チップ搭載領域６３は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第３チップ搭載領域６３の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第３チップ搭載領域６３上には、平板状の第３サブマウント７３が配置されている。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、交差する。より具体的には、第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６２Ａを含む平面とは、直交する。そして、第３サブマウント７３上に、半導体発光素子（半導体レーザ素子）である第１緑色レーザダイオード５３が配置されている。

ベース板６０の第３チップ搭載領域６３から見て第１緑色レーザダイオード５３の出射方向に隣接する領域には、第３受光素子としての第３フォトダイオード９３が配置されている。第３フォトダイオード９３は、受光面９３Ａを有する。受光面９２Ａを含む平面と受光面９３Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９２Ａを含む平面と受光面９３Ａを含む平面とは直交する。

ベース板６０の一方の主面の一の長辺に対応する領域において、第３チップ搭載領域６３から見て第１ベースブロック６２とは反対側に隣接する搭載面６０Ａ上には、第４チップ搭載領域としての第２ベースブロック６４が配置される。第２ベースブロック６４は、互いになす角が４５°以下である、より具体的には互いに平行な（互いになす角が０°である）第１保持面６４Ａと第２保持面６４Ｂとを含む階段状のブロックである。上段面が第１保持面６４Ａであり、下段面が第２保持面６４Ｂである。第１保持面６４Ａおよび第２保持面６４Ｂは、ベース板６０の搭載面６０Ａに交差する（直交する）面である。

第１保持面６４Ａ上には、平板状の第４サブマウント７４が配置されている。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、交差する。第３チップ搭載領域６３において第３サブマウント７３が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、直交する。そして、第４サブマウント７４上に、半導体発光素子（半導体レーザ素子）である第２緑色レーザダイオード５４が配置されている。第１緑色レーザダイオード５３と第２緑色レーザダイオード５４との発振波長の差は１０ｎｍ以下である。第１緑色レーザダイオード５３および第２緑色レーザダイオード５４は、いずれも緑色の光（レーザ光）を出射する。

第２保持面６４Ｂ上には、ワイヤポスト１０１が配置される。ワイヤポスト１０１は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、ワイヤポスト１０１は、柱状の形状を有するベース体と、ベース体の互いに交差する少なくとも２つの面にわたって形成される導体膜とを含む。第２緑色レーザダイオード５４とワイヤポスト１０１とは電気的に接続されている。また、第２保持面６４Ｂ上には、第４受光素子としての第４フォトダイオード９４が配置されている。第４フォトダイオード９４は、受光面９４Ａを有する。受光面９３Ａを含む平面と受光面９４Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９３Ａを含む平面と受光面９４Ａを含む平面とは直交する。第４フォトダイオード９４は、第２緑色レーザダイオード５４から見て、光の出射方向に隣接する領域に配置される。

第２ベースブロック６４は、第３保持面６４Ｃを含む。第３保持面６４Ｃは、第１保持面６４Ａおよび第２保持面６４Ｂに交差（直交）する面である。第３保持面６４Ｃは、ベース板６０の搭載面６０Ａに沿う（平行な）面である。第３保持面６４Ｃ上には、アイランド１０２が配置される。アイランド１０２は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。より具体的には、アイランド１０２は、板状の形状を有するベース体と、ベース体の表面に形成された導体膜とを含む。

第２ベースブロック６４、第４サブマウント７４、第２緑色レーザダイオード５４、ワイヤポスト１０１、第４フォトダイオード９４およびアイランド１０２は、第２ブロックユニットを構成する。

ベース板６０の一方の主面（搭載面６０Ａ）の一の長辺に対応する領域において、第２ベースブロック６４から見て第３チップ搭載領域６３とは反対側に、第５チップ搭載領域６５が配置される。第５チップ搭載領域６５は、上記一の長辺の他方の端部に対応する領域に配置される。第５チップ搭載領域６５は、周囲の領域に比べてベース板６０の厚みが大きい直方体状の領域である。その結果、第５チップ搭載領域６５の高さは、周囲の領域に比べて高くなっている。第５チップ搭載領域６５上には、平板状の第５サブマウント７５が配置されている。第５チップ搭載領域６５において第５サブマウント７５が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、交差する。より具体的には、第５チップ搭載領域６５において第５サブマウント７５が配置される面を含む平面と、第１保持面６４Ａを含む平面とは、直交する。そして、第５サブマウント７５上に、半導体発光素子（半導体レーザ素子）である青色レーザダイオード５５が配置されている。

ベース板６０の第５チップ搭載領域６５から見て青色レーザダイオード５５の出射方向に隣接する領域には、第５受光素子としての第５フォトダイオード９５が配置されている。第５フォトダイオード９５は、受光面９５Ａを有する。受光面９４Ａを含む平面と受光面９５Ａを含む平面とは交差する。より具体的には、受光面９４Ａを含む平面と受光面９５Ａを含む平面とは直交する。

第１フォトダイオード９１、第２フォトダイオード９２、第３フォトダイオード９３、第４フォトダイオード９４および第５フォトダイオード９５は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光を直接受光する位置に設置される。本実施の形態においては、全てのレーザ素子のそれぞれに対応して受光素子が配置される。第１フォトダイオード９１および第２フォトダイオード９２は、赤色の光を受光可能なフォトダイオードである。第３フォトダイオード９３および第４フォトダイオード９４は、緑色の光を受光可能なフォトダイオードである。第５フォトダイオード９５は、青色の光を受光可能なフォトダイオードである。

第１フォトダイオード９１は、第１赤色レーザダイオード５１の出射方向において、第１赤色レーザダイオード５１と第１レンズ８１との間に配置される。第２フォトダイオード９２は、第２赤色レーザダイオード５２の出射方向において、第２赤色レーザダイオード５２と第２レンズ８２との間に配置される。第３フォトダイオード９３は、第１緑色レーザダイオード５３の出射方向において、第１緑色レーザダイオード５３と第３レンズ８３との間に配置される。第４フォトダイオード９４は、第２緑色レーザダイオード５４の出射方向において、第２緑色レーザダイオード５４と第４レンズ８４との間に配置される。第５フォトダイオード９５は、青色レーザダイオード５５の出射方向において、青色レーザダイオード５５と第５レンズ８５との間に配置される。

第１フォトダイオード９１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１レンズ支持部８１Ｂが配置される。そして、第１レンズ支持部８１Ｂ上には、第１レンズ８１が配置される。第２フォトダイオード９２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２レンズ支持部８２Ｂが配置される。そして、第２レンズ支持部８２Ｂ上には、第２レンズ８２が配置される。第３フォトダイオード９３から見て第１緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３レンズ支持部８３Ｂが配置される。そして、第３レンズ支持部８３Ｂ上には、第３レンズ８３が配置される。第４フォトダイオード９４から見て第２緑色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４レンズ支持部８４Ｂが配置される。そして、第４レンズ支持部８４Ｂ上には、第４レンズ８４が配置される。第５フォトダイオード９５から見て青色レーザダイオード５５とは反対側のベース板６０上には、平板状の第５レンズ支持部８５Ｂが配置される。そして、第５レンズ支持部８５Ｂ上には、第５レンズ８５が配置される。

第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、それぞれ表面がレンズ面となっている部分であるレンズ部８１Ａ、レンズ部８２Ａ、レンズ部８３Ａ、レンズ部８４Ａおよびレンズ部８５Ａを有している。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、レンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａとレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ支持部８１Ｂ、第２レンズ支持部８２Ｂ、第３レンズ支持部８３Ｂ、第４レンズ支持部８４Ｂおよび第５レンズ支持部８５Ｂにより、第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５のレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａの中心軸、すなわちレンズ部８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａの光軸は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５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８１、第２レンズ８２、第３レンズ８３、第４レンズ８４および第５レンズ８５により、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５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。

第１レンズ８１から見て第１赤色レーザダイオード５１とは反対側のベース板６０上には、平板状の第１フィルタ支持部８６Ｂが配置される。そして、第１フィルタ支持部８６Ｂ上には、第１フィルタ８６が配置される。第１フィルタ８６は、波長選択性フィルタである。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する。

第２レンズ８２から見て第２赤色レーザダイオード５２とは反対側のベース板６０上には、平板状の第２フィルタ支持部８７Ｂが配置される。そして、第２フィルタ支持部８７Ｂ上には、第２フィルタ８７が配置される。第２フィルタ８７は、赤色偏波合成フィルタである。

第３レンズ８３から見て第１緑色レーザダイオード５３とは反対側のベース板６０上には、平板状の第３フィルタ支持部８８Ｂが配置される。そして、第３フィルタ支持部８８Ｂ上には、第３フィルタ８８が配置される。第３フィルタ８８は、波長選択性フィルタである。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。

第４レンズ８４から見て第２緑色レーザダイオード５４とは反対側のベース板６０上には、平板状の第４フィルタ支持部８９Ｂが配置される。そして、第４フィルタ支持部８９Ｂ上には、第４フィルタ８９が配置される。第４フィルタ８９は、緑色偏波合成フィルタである。

第５レンズ８５から見て青色レーザダイオード５５とは反対側のベース板６０上には、平板状の第５フィルタ支持部９０Ｂが配置される。そして、第５フィルタ支持部９０Ｂ上には、第５フィルタ９０が配置される。第５フィルタ９０は、波長選択性フィルタである。第５フィルタ９０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。

第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０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。

図３を参照して、第１赤色レーザダイオード５１、第１フォトダイオード９１、第１レンズ８１および第１フィルタ８６は、第１赤色レーザダイオード５１の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第２赤色レーザダイオード５２、第２フォトダイオード９２、第２レンズ８２および第２フィルタ８７は、第２赤色レーザダイオード５２の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第１緑色レーザダイオード５３、第３フォトダイオード９３、第３レンズ８３および第３フィルタ８８は、第１緑色レーザダイオード５３の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。第２緑色レーザダイオード５４、第４フォトダイオード９４、第４レンズ８４および第４フィルタ８９は、第２緑色レーザダイオード５４の光の出射方向に沿う方向（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５５、第５フォトダイオード９５、第５レンズ８５および第５フィルタ９０は、青色レーザダイオード５５の光の出射方向に沿う方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。

第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０は、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光の出射方向に交差する方向、より具体的には直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って並んで配置されている。第１フィルタ８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５から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８６、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０の主面は、それぞれ第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５からの光の出射方向（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。

図２を参照して、本実施の形態の光モジュール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をさらに含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板（図示しない）と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板と放熱板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、第１赤色レーザダイオード５１、第２赤色レーザダイオード５２、第１緑色レーザダイオード５３、第２緑色レーザダイオード５４および青色レーザダイオード５５の温度上昇が抑制される。このように、レーザダイオード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。

また、図２および図３を参照して、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８５の間およびフィルタ８６〜９０の間には、アイランド１０５〜１０８が配置される。より具体的には、ベース板６０の搭載面６０Ａにおいて隣り合うレンズ８１〜８５の間からフィルタ８６〜９０の間にまで延びるように、それぞれ凹部が形成されており、当該凹部内に位置するように、アイランド１０５〜１０８が配置されている。アイランド１０５〜１０８は、たとえば絶縁体からなるベース体の表面に導体である金属が蒸着された構造を有する。

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、第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行する。このとき、第１フォトダイオード９１の受光面９１Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第１赤色レーザダイオード５１から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第１赤色レーザダイオード５１に供給される電力が調整される。第１フォトダイオード９１上を通過した赤色の光は、第１レンズ８１のレンズ部８１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第１赤色レーザダイオード５１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８１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８６に入射する。第１フィルタ８６は、赤色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は第１フィルタ８６において反射されて光路Ｌ_２に沿って進行する。そして、第１赤色レーザダイオード５１から出射された光は、第２フィルタ８７、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_３、光路Ｌ_４、光路Ｌ_５および光路Ｌ_６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。

第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光は、光路Ｌ_７に沿って進行する。このとき、第２フォトダイオード９２の受光面９２Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより第２赤色レーザダイオード５２から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第２赤色レーザダイオード５２に供給される電力が調整される。第２フォトダイオード９２上を通過した赤色の光は、第２レンズ８２のレンズ部８２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第２赤色レーザダイオード５２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２レンズ８２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_７に沿って進行し、第２フィルタ８７に入射する。第２フィルタ８７は、赤色の光のうち振動方向が横方向（Ｘ軸方向）である光を透過し、振動方向が縦方向（Ｚ軸方向）である光を反射する偏波合成フィルタである。一方、第１赤色レーザダイオード５１からの光の振動方向はＸ軸方向であり、第２赤色レーザダイオード５２からの光の振動方向はＺ軸方向である。そのため、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は第２フィルタ８７において反射されて光路Ｌ_３に合流する。その結果、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光は第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行する。そして、第２赤色レーザダイオード５２から出射された光は、第３フィルタ８８、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_４、光路Ｌ_５および光路Ｌ_６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。

第１緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光は、光路Ｌ_８に沿って進行する。このとき、第３フォトダイオード９３の受光面９３Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより第１緑色レーザダイオード５３から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第１緑色レーザダイオード５３に供給される電力が調整される。第３フォトダイオード９３上を通過した緑色の光は、第３レンズ８３のレンズ部８３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第１緑色レーザダイオード５３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３レンズ８３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_８に沿って進行し、第３フィルタ８８に入射する。第３フィルタ８８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する波長選択性フィルタである。そのため、第１緑色レーザダイオード５３から出射された光は第３フィルタ８８において反射されて光路Ｌ_４に合流する。その結果、第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光および第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光と合波され、光路Ｌ_４に沿って進行する。そして、第１緑色レーザダイオード５３から出射された光は、第４フィルタ８９および第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_５および光路Ｌ_６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。

第２緑色レーザダイオード５４から出射された緑色の光は、光路Ｌ_９に沿って進行する。このとき、第４フォトダイオード９４の受光面９４Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより第２緑色レーザダイオード５４から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて第２緑色レーザダイオード５４に供給される電力が調整される。第４フォトダイオード９４上を通過した緑色の光は、第４レンズ８４のレンズ部８４Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば第２緑色レーザダイオード５４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４レンズ８４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_９に沿って進行し、第４フィルタ８９に入射する。第４フィルタ８９は、緑色の光のうち振動方向が横方向（Ｘ軸方向）である光を透過し、振動方向が縦方向（Ｚ軸方向）である光を反射する偏波合成フィルタである。一方、第１緑色レーザダイオード５３からの光の振動方向はＸ軸方向であり、第２緑色レーザダイオード５４からの光の振動方向はＺ軸方向である。そのため、第２緑色レーザダイオード５４から出射された光は第４フィルタ８９において反射されて光路Ｌ_５に合流する。また、第４フィルタ８９は、赤色の光を透過する。その結果、第２緑色レーザダイオード５４からの緑色の光は第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光および第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光と合波され、光路Ｌ_５に沿って進行する。そして、第２緑色レーザダイオード５４から出射された光は、第５フィルタ９０を透過して光路Ｌ_６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５５から出射された青色の光は、光路Ｌ_１０に沿って進行する。このとき、第５フォトダイオード９５の受光面９５Ａに青色の光の一部が直接入射する。これにより青色レーザダイオード５５から出射された青色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて青色レーザダイオード５５に供給される電力が調整される。第５フォトダイオード９５上を通過した青色の光は、第５レンズ８５のレンズ部８５Ａ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５５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５レンズ８５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_１０に沿って進行し、第５フィルタ９０に入射する。第５フィルタ９０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波長選択性フィルタである。そのため、青色レーザダイオード５５から出射された光は第５フィルタ９０において反射されて光路Ｌ_６に合流する。その結果、青色レーザダイオード５５からの青色の光は、第１赤色レーザダイオード５１からの赤色の光、第２赤色レーザダイオード５２からの赤色の光、第１緑色レーザダイオード５３からの緑色の光および第２緑色レーザダイオード５４からの緑色の光と合波され、光路Ｌ_６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。

このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。ここで、本実施の形態の光モジュール１は、第１発光素子ユニットを構成する第２赤色レーザダイオード５２および第２サブマウント７２が、ベース板６０の搭載面６０Ａに交差する（直交する）面に配置される構造を有する。このように、光モジュール１は、部品の固定やワイヤボンディングが特に煩雑となる構造を有する。しかし、光モジュール１は、以下の手順で容易に部品の固定およびワイヤボンディングが可能となっている。

図４および図５は、第２赤色レーザダイオード５２および第２フォトダイオード９２への電力の供給路を形成するためのワイヤボンディングの一例を示す図である。図４および図５において、黒丸がボンディングのワイヤの端部、黒丸を繋ぐ直線がワイヤを示している。図４および図５を参照して、まず第１保持面６２Ａおよび第２保持面６２Ｂを有する第１ベースブロック６２を準備する。そして、第２保持面６２Ｂ上にワイヤポスト１０３および第２フォトダイオード９２を配置する。また、第１保持面６２Ａ上に第２サブマウント７２および第２赤色レーザダイオード５２を配置する。さらに、第３保持面６２Ｃ上に、アイランド１０４を配置する。

第２サブマウント７２上には、導電体である金属が蒸着された領域である第１導電部７２Ａおよび第２導電部７２Ｂが形成されている。ワイヤポスト１０３には、導電体である金属が蒸着された領域である第１導電部１０３Ａ、第２導電部１０３Ｂおよび第３導電部１０３Ｃが形成されている。第１導電部１０３Ａ、第２導電部１０３Ｂおよび第３導電部１０３Ｃは、第２保持面６２Ｂに沿う面から第３保持面６２Ｃに沿う面にまで延びるように形成されている。アイランド１０４には、導電体である金属が蒸着された領域である第１導電部１０４Ａおよび第２導電部１０４Ｂが形成されている。アイランド１０５には、導電体である金属が蒸着された領域である第１導電部１０５Ａおよび第２導電部１０５Ｂが形成されている。

次に、第１ベースブロック６２上に配置された各部品のワイヤボンディングを実施する。具体的には、図５を参照して、第２赤色レーザダイオード５２と第２サブマウント７２の第２導電部７２Ｂとを接続し、第２導電部７２Ｂとワイヤポスト１０３の第１導電部１０３Ａとを接続する。また、第２サブマウント７２の第１導電部７２Ａとワイヤポスト１０３の第２導電部１０３Ｂとを接続する。さらに、第２フォトダイオード９２とワイヤポスト１０３の第３導電部１０３Ｃとを接続する。また、図４を参照して、アイランド１０４の第１導電部１０４Ａとワイヤポスト１０３の第１導電部１０３Ａとを接続する。さらに、アイランド１０４の第２導電部１０４Ｂとワイヤポスト１０３の第２導電部１０３Ｂとを接続する。そして、このようなワイヤボンディングが実施された第１ブロックユニット（第１ベースブロック６２上にワイヤポスト１０３、第２フォトダイオード９２、第２サブマウント７２、第２赤色レーザダイオード５２およびアイランド１０４が配置された構造体）を、ベース板６０の搭載面６０Ａ上に搭載する。

次に、アイランド１０４の第１導電部１０４Ａおよび第２導電部１０４Ｂを、それぞれ隣り合うリードピン４５，４５に接続する。また、ワイヤポスト１０３の第３導電部１０３Ｃとアイランド１０５の第１導電部１０５Ａとを接続する。さらに、アイランド１０５の第１導電部１０５Ａとリードピン４５とを接続する。このとき、ワイヤポスト１０３およびアイランド１０４は、電力供給経路を構成する部品であるリードピン４５やアイランド１０５とのワイヤボンディングが容易な位置に配置されている。そのため、このワイヤボンディングも容易に実施することができる。このようにして、部品の固定やワイヤボンディングが特に煩雑となる構造を有する光モジュール１において、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化することが可能となっている。

なお、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発光ダイオードが採用されてもよい。

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説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、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、部品の固定やワイヤボンディングを簡略化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，１０Ｂ主面
２０光形成部
３０電子冷却モジュール
３２放熱板
３３半導体柱
４０キャップ
４１出射窓
４５リードピン
５１第１赤色レーザダイオード
５２第２赤色レーザダイオード
５３第１緑色レーザダイオード
５４第２緑色レーザダイオード
５５青色レーザダイオード
６０ベース板
６０Ａ搭載面
６０Ｂ主面
６１第１チップ搭載領域
６２第１ベースブロック
６２Ａ第１保持面
６２Ｂ第２保持面
６２Ｃ第３保持面
６３第３チップ搭載領域
６４第２ベースブロック
６４Ａ第１保持面
６４Ｂ第２保持面
６４Ｃ第３保持面
６５第５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
７２Ａ第１導電部
７２Ｂ第２導電部
７３第３サブマウント
７４第４サブマウント
７５第５サブマウント
８１第１レンズ
８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，８４Ａ，８５Ａレンズ部
８１Ｂ第１レンズ支持部
８２第２レンズ
８２Ｂ第２レンズ支持部
８３第３レンズ
８３Ｂ第３レンズ支持部
８４第４レンズ
８４Ｂ第４レンズ支持部
８５第５レンズ
８５Ｂ第５レンズ支持部
８６第１フィルタ
８６Ｂ第１フィルタ支持部
８７第２フィルタ
８７Ｂ第２フィルタ支持部
８８第３フィルタ
８８Ｂ第３フィルタ支持部
８９第４フィルタ
８９Ｂ第４フィルタ支持部
９０第５フィルタ
９０Ｂ第５フィルタ支持部
９１第１フォトダイオード
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ，９４Ａ，９５Ａ受光面
９２第２フォトダイオード
９３第３フォトダイオード
９４第４フォトダイオード
９５第５フォトダイオード
１０１ワイヤポスト
１０２アイランド
１０３ワイヤポスト
１０３Ａ第１導電部
１０３Ｂ第２導電部
１０３Ｃ第３導電部
１０４アイランド
１０４Ａ第１導電部
１０４Ｂ第２導電部
１０５，１０６，１０７，１０８アイランド
１０５Ａ第１導電部
１０５Ｂ第２導電部

Claims

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、
搭載面を有するベース部材と、
前記ベース部材の前記搭載面上に配置されるブロックユニットと、を含み、
前記ブロックユニットは、
前記搭載面に交差する第１保持面および第２保持面と、前記搭載面に沿う第３保持面と、を有するベースブロックと、
前記第１保持面上に配置され、第１半導体発光素子を含む第１発光素子ユニットと、
前記第２保持面上に配置されるワイヤポストと、
前記第３保持面上に配置されるアイランドと、を含み、
前記第１半導体発光素子と前記ワイヤポストとは電気的に接続され、
前記ワイヤポストと前記アイランドとはワイヤにより電気的に接続され、
前記第１保持面と前記第２保持面とのなす角は４５°以下である、光モジュール。
前記第１半導体発光素子は、第１半導体レーザ素子である、請求項１に記載の光モジュール。
前記光形成部は、
前記ベース部材の前記搭載面上に前記ブロックユニットとは離れて配置され、前記第１保持面上の前記第１半導体レーザ素子との発振波長の差が１０ｎｍ以下である第２半導体レーザ素子を含む第２発光素子ユニットと、
前記第１半導体レーザ素子からの光と前記第２半導体レーザ素子からの光とを合波する偏波合成フィルタと、をさらに含む、請求項２に記載の光モジュール。
前記光形成部は、複数の前記ブロックユニットを含む、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。