JPH01196187A - 光学装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学装置及びその製造方法に関し、特に詳細に
は、光ファイバに効率よく光を入射させることのできる
光学装置及びその製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体発光素子、例えばレーザダイオードの放射
光を利用する光通信システムが発達してきた。このよう
なシステムでは、半導体発光素子の放射光を光ファイバ
等の光伝達部品に効率よく光結合する必要がある。しか
し、半導体レーザ素子から放射される光は、その発光径
が３μｍ程度で通常３０度程度の広がり角を以って放射
される。

そのため、コア径１０μｍ程度のシングルモードファイ
バに直接結合させても、十分に光ファイバのコア部に入
射せず実用に向かない。この状態を第５（ａ）図に示す
。そこで、この放射された光を集光する方法が種々考え
られている。その−例として、レーザ光が入射する光フ
ァイバの先端を加工し、レーザ光を光ファイバのコア部
に集める先球テーパファイバ法がある。この構成を第５
（ｂ）図に示す。ここで、半導体レーザチップ１から発
したレーザ光２は光ファイバ３の加工された先端４ａで
集光され、コア部４に導かれる。しかし、このように光
ファイバ３の先端を加工するのは難しく、また、半導体
レーザチップ１の発光部１ａと光フアイバ先端４ａとの
相対位置合わせにおいても、高い精度が要求されるので
実用的でない。このように、光ファイバ３の先端を加工
するのではなく第５（ｃ）図に示すように光ファイバの
先端と半導体レーザチップ１との間に球レンズ５等をお
き、半導体レーザチップ１から発した出射光２を光ファ
イバのコア部４の先端に集光させるか、半導体レーザチ
ップ１から発した光を平行ビームにする方法も知られて
いる。更に、第５（ｄ）図に示すように、上記球レンズ
５と光ファイバとの間に円筒レンズ６、例えばセルフォ
ックレンズ（商品名）を挿入し、光ファイバへの結合を
容易にする方法も知られている。第６（ａ）図に、半導
体レーザチップと球レンズとを位置決め固定する従来の
構成を示す。この図において、半導体レーザチップ１が
ベース７にダイボンディング等で固定され、円筒形レン
ズ保持体５ａがベース７にハンダ８等で固定されている
。そして、この円筒形レンズ保持体５ａの内面には、球
レンズ５が固定されている。また、この円筒形レンズ保
持体５ａを使用することなく、第６（ｂ）図に示すよう
に、直接、球レンズ５をベース７に接着剤８ａ等で固定
する方法も知られている。

〔発明の解決しようとする課題〕

先に説明した第６（ａ）図及び第６（ｂ）図に示す構成
では、半導体レーザチップと球レンズの位置決めの際、
ｘ、ｙＸｚの３方向、すなわち３次元においての位置決
めが必要となり、正確に位置決めするのが難しかった。

また、集光用の部材、すなわち、球レンズを保持した円
筒保持体や、球レンズが転がり易く、また、つかみにく
いため取扱が容易でなかった。そのため、正確な位置決
め固定を行うのが難しかった。また更に、Ｘ、Ｙ方向に
おいて正確な位置決めが出来ないと、第７図に示すよう
に、平行ビームを得ることが出来ず所望のレーザビーム
を得られない。この図においては、レーザ出射点発光ス
ポットは通常その直径が約３μｍであるので、点光源に
近似している。また、点光源Ｓ１は、球レンズに対して
ほぼ正確な位置に置かれ、点光源Ｓ２は球レンズの光軸
に対して、上方に約２０μｍずれた位置に配置しである
。また、球レンズの直径を５４０μｍとし、その屈折率
をｎ＝１．４５とし、各点光源Ｓ１及びＳ２から広がり
角３６度で光が放射した状態を示している。球レンズか
らの出射光はそれぞれａｌ、ａ２、及びｂｌ、ｂｌの光
路を通り球レンズより出射される。そして、図から判る
ように、点光源Ｓ２から出射した光は平行ビームとはな
らず広がってしまう。参考のため、出射光ｂ１に平行な
線を一点鎖線ｂ３で示す。このように、光源と球レンズ
の相対位置がほんの僅か正しい位置からずれても、球レ
ンズを通った出射光は平行にならず、また、球レンズの
中心軸に対して大きく傾いてしまう。したがって、Ｘ、
Ｙ方向においても、正確な位置決め必要となる。しかし
、従来の方法では先に述べた理由により難しかった。

本発明は上記課題を達成し、発光素子の光を光ファイバ
に正確に入射することの出来る光学発光装置を提供する
ことを目的とする。

更に本発明は、発光素子の出射光を光ファイバに正確に
入射できる光学発光装置を容易に製造することのできる
製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、本発明の光学装置は、光学能
動素子と、該光学能動素子を搭載する基体と、光学受動
素子と、該光学受動素子を保持する保持部材とを有し、
該保持部材の一面か該基体の一面に対向して当接され、
該光学能動素子から発した出射光または該光学能動素子
への入射光が該光学受動素子により集光されることを特
徴とする。

更に本発明の製造方法は、光学能動素子を基体に固定す
る工程と、光学受動素子を保持部材に固定する工程と、
該保持部材の一面を該基体の一面に対向させて当接し、
それらを相対的に移動し、該光学能動素子から発した光
を該光学能動素子を介して検知し、その検知結果に基づ
いて該保持部材を該基体に対して位置決め固定する工程
を含むことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光学発光装置では、発光素子から出射された光
を集光する受動光学素子を保持体上に固定し、その保持
体の一平面を発光素子が固定されている基体の一平面に
当接させることにより、発光素子の光軸と受動光学素子
の光軸との正確な光軸合わせを可能にしている。

また更に、本発明の光学発光装置の製造方法では、発光
素子を発光させ、受動光学素子を介してその出射光を検
知し、その検知結果にしたがって、光学受動素子と発光
素子との光軸合わせを正確にしている。また、この光軸
合わせにおいては光学受動素子を保持体に固定し、この
保持体の一平面を光学発光装置を固定した基体の一平面
に当接した状態で位置調整を行うことにより、２次元方
向のみの移動で位置調整が実行できる。

〔実施例〕

以下図面を参照し２つ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を付した要素は同一機能を有するため重複する
説明は省略する。

第１（ａ）図及び第１（ｂ）図は本発明に従う光学発光
装置の実施例の構成を示す。第１（ａ）図は、光学発光
装置の後面斜視図であり、第１（ｂ）図は光学発光装置
の前面斜視図である。これらの図において、半導体レー
サチツプ１は基体ベース７ｂにダイボンディング等によ
り固定されている。ここで使用する半導体レーサチツプ
１は発光点が小さくビーム状にレーザ光を出射する。

更ニ、この基体ベース７ｂの前平面７Ｃには、レンズ保
持板９が固定され、このレンズ保持板９には貫通孔９ａ
が設けられている。この貫通孔９ａの前面（出射方向）
には球レンズ１０が嵌め込まれ固定されている。ここで
、レンズ保持体９の材質は金属であり、貫通孔９ａはマ
イクロドリル等により０．５ｍｍの直径を有するように
形成される。更に、半導体レーザより出射されたレーザ
光が貫通孔内部及びレンズ保持体９の半導体レーサチッ
プ側の平面で反射しないようにレンズ保持体９全体は無
反射コーティングされている。そして、この球レンズ１
０の中心と半導体レーザチップ１の発光部１ａの中心軸
とが一致するように、レンズ保持体９が基体ベース７ｂ
に固定されている。

このように構成された光学発光装置では、半導体レーザ
チップ１の発光部１ａより出射されたレーザ光はレンズ
保持体９に設けられた貫通孔９ａを通り、球レンズ１０
に到達する。そして、このレーザ光は球レンズ１０によ
り集光され、平行光束にされ、光学発光装置の前面より
出射される。

以下に上記実施例の光学発光装置の製造方法を第２、第
３及び第４図を用いて説明する。

まず、半導体レーサチップ１を基体ベース７ｂの上平面
に固定する。次に、両面を研磨した金属製のレンズ保持
体９を用意し、そのほぼ中央部に所定の直径、例えば、
０．５ｍｍの貫通孔９ａをマイクロドリルで形成する。

次に、このレンズ保持体９の全面に無反射コーチイブを
施す。そして、球レンズ１０を貫通孔９ａに嵌め込み接
着剤等で固定する。次に、レンズ保持体９の球レンズ１
０が固定された面とは反対側の面を基体ベース７ｂのレ
ーザ出射側の側平面７Ｃに当接させ、球レンズ１０と半
導体レーザチップ１の発光部１ａとの位置合わせを行う
。

まず、Ｚ方向の位置合わせに関しては、調節する必要が
ない。すなわち、レンズ保持体９を基体ベース７ｂに当
接したことよりＺ方向の位置合わせは完了するからであ
る。以下その理由を説明する。第２図は第１（ａ）図及
び第１（ｂ）図の平面Ａにおける断面の拡大図を示す。

この図に示すように、レンズ保持体９の厚さをｄ１貫通
孔９ａの直径をＤ１球レしス１０の直径をＲとすると、
球レンズ１０が貫通孔９ａの端面に当接した状態では、
球レンズ１０の中心はレンズ保持体９の基体ベース７ｂ
との当接面７Ｃから測定して、以下に示す距離Ｃだけは
なれた位置に位置決めされることになる。

Ｃ＝ｄ＋（Ｒ（Ｄ／２）２）１／２ 一 このように、レンズ保持体９の厚さ、球レンズ１０の直
径及び貫通孔９ａの直径が定まれば、基体ベース７ｂの
当接面７ｃからの球レンズの位置が自動的に決定される
。したがって、半導体レーザチップ１を基体ベース７ｂ
の端面７ｃから正確に位置に固定し、レンズ保持体９と
基体ベース７ｂとを当接することにより、出射方向（Ｚ
方向）における位置決めは正確に行うことができるので
ある。

次に、Ｘ、Ｙ方向の位置合わせについて説明する。

Ｘ、Ｙ方向の位置合わせは、第４図に示す装置によって
行う。この装置では、まず、基体ベース７ｂをマイクロ
マニプレータ等の固定台１１に固定し、半導体レーザチ
ップ１に電流を流し、レーザ光を出射させる。次に、こ
の出射したレーザ光を球レンズ１０を介してテレビカメ
ラ１２等の撮像装置で検知する。この撮像装置１２では
レーザ光２を画像１２ａに示すように発光スポットとし
て検知する。ここで、画像１２ａに基づき、予め定めら
れた窓領域Ｗ（光強度分布１２ｃ及び１２ｄにおいて斜
線により示す部分）内での光強度が最大となるようにレ
ンズ保持体９を、基体ベース７ｂに当接した状態でＸＸ
Ｙ方向に移動させる。すなわち、窓領域Ｗ内をスキャン
ニングし、その光強度を積分することにより窓領域Ｗ内
の光強度を求める。例えば、第７図に示すように、半導
体レーザチップ１の発光部１ａの位置がほんの僅か球レ
ンズ１０の中心からずれたときは、ビーム径が拡がり、
その結果、窓領域Ｗ内の光強度が小さくなる。撮像装置
１２より得られた信号の解析とレンズ保持部材９のＸ１
Ｙ方向の移動調整動作の指示は、予めコンピュータにプ
ログラムしておくことにより自動化することができる。

また、レンズ保持体９の実際のＸＳＹ方向への動作はコ
ンピュータ連動型のマニュピユレータを用いることによ
って自動化することができる。

このようにして、正確にＸ１Ｙ方向において位置決めさ
れたレンズ保持体９を基体ベース７ｂに接着剤等により
固定し光学発光装置を完成する。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々の変
形例が考えられ得る。

具体的には、上記実施例では半導体レーザ、特に、通常
の端面出射型のレーザへの適用について説明しているが
、本発明の適用はこれに限定されず、面発光型半導体レ
ーザやＬＥＤにも適用可能であり、特に、発光スポット
径が小さくビーム状に光が出射する発光素子に適用する
ことができる。

また、半導体レーザ以外に光スィッチ、光変調器等、半
導体素子を作製する基板の主面と垂直な面より光を入力
あるいは出力させる素子に対しては、特に有効である。

また、上記実施例の窓領域Ｗ内での光強度を求める方法
としては上記実施例のようにスキャンニングすることに
より方法以外に、撮像画面をメツシュ状に分割し、各メ
ツシュにおける光強度を検知し、その検知結果に基づい
て、窓領域全体の光強度を知り、この結果にしたがって
、レンズ保持体９を移動調整してもよい。

また、上記実施例では、平行ビームを形成する場合につ
いて説明したが、スポット集光するようにしてもよく、
この場合には、ビーム中心強度が最大になるように、レ
ンズ保持体９を移動調整すればよい。

また、上記実施例では、レンズ保持体９に貫通孔９ａを
形成し、この貫通孔に球レンズを嵌め込んでいるが、レ
ンズ保持体の球レンズ固定部が透明であれば、単に凹部
を設け、ここに球レンズを固定するようにしてもよい。

また更に、上記実施例では、球レンズを使用してレーザ
光を平行ビームに集光しているが、球レンズに限らず光
を集光できる機能を有するものであればどのような光学
受動素子でも使用可能である。

また更に、本発明はレーザ光等を発する発光素子ばかり
でなく光を受光して電気信号を□発生する、例えば、フ
ォトダイオード等にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明の光学発光装置では、光学能動素子と光学受動素
子との位置合わせが２次元方向にのみ行えばよいように
構成されているので、簡単にかつ正確な位置合わせが可
能になり光ファイバ等へ入射効率を高くすることでき、
また、安価で製造することできる。

更に、本発明の光学発光装置の製造方法では、その製造
にあたって、実際に光を発光させ、それを検知しつつ、
光学能動素子と光学受動素子との位置合わせを行ってい
るので、正確な位置合わせが可能になり、光ファイバ等
への入射効率の高い光学発光装置を製造できる。また更
に、この位置合わせの際、光学能動素子を固定している
部材と、光学受動素子を固定している部材とを当接した
状態で位置合わせを行っているので、２次元方向のみで
の位置調整で、位置合わせが可能になる。そのため、位
置合わせが簡単になり、製造が容易になる。

以上のように、本発明に従う光学発光装置は安価で、か
つ、光ファイバ等への入射効率の高いものであるので、
本発明は光通信等のオプトエレクトロニクスの分野の技
術発展に資するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う実施例の光学発光装置の斜視図、
第２図は第１図に示す光学発光装置の一部拡大断面図、
第３図は第１図に示す光学発光装置の組み立て説明図、
第４図は第１図に示す光学発光装置における位置合わせ
装置の概略構成図、第５図は半導体レーザの出射光を光
ファイバに導くための従来例の概略構成図、第６図は第
５図に示す従来例の光学発光装置の構成図及び第７図は
半導体レーザの出射光の球レンズによる屈折状態を説明
する図である。 １・・半導体レーサチップ、１ａ・・発光部、２・・・
出射光、３・・・光ファイバ、４・・・コア部、４ａ・
・・コア先端部、５・・・球レンズ、５ａ・・円筒形レ
ンズ保持体、６・・・円筒形レンズ、７・・・ベース、
７ｂ・・・基体ベース、７Ｃ・・・当接面、９・・・レ
ンズ保持体、９ａ・・・貫通孔、１０・・・球レンズ、
１１・・・固定台、１２・・・撮像装置、１２ａ・・・
画像、ＳＬ、Ｓ２・・・点光源。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　崎　　　史　　　朗本発明（ 第 り実施例 １図 第２図 組立方法 第３図 第　　４　　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学能動素子と、該光学能動素子を搭載する基体と
   、光学受動素子と、該光学受動素子を保持する保持部材
   とを有し、該保持部材の一面が該基体の一面に対向して
   当接され、該光学能動素子から発した出射光または該光
   学能動素子への入射光が該光学受動素子により集光され
   る光学装置。 ２、光学能動素子を基体に固定する工程と、光学受動素
   子を保持部材に固定する工程と、該保持部材の一面を該
   基体の一面に対向させて、当接し、それらを相対的に移
   動し、該光学能動素子から発した出射光を該光学受動能
   動素子を介して検知し、その検知結果に基づいて該保持
   部材を該基体に対して位置決め固定する工程を含む光学
   装置の製造方法。