JPH10500499A - オプトエレクトロニクスモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板（１）上に少なくとも１つの光学活性領域（４ａ）を有するオプトエレクトロニクスコンポーネント（２）が固定され、その光学活性領域（４ａ）にはレンズ基体（１０）のそれに付属するレンズ（１２ａ）が位置合わせされている。光学活性領域（４ａ）とレンズ（１２ａ）との間を一定の距離（ｂ）に設定するために、レンズ基体は完全な構成要素として、オプトエレクトロニクスコンポーネント（２）に直接当接する間隔手段（１８、１９）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 オプトエレクトロニクスモジュール 本発明は、少なくとも１つの光学活性領域を有するオプトエレクトロニクスコ ンポーネントを担持する基板と、その光学活性領域に付属する少なくとも１つの レンズを有するレンズ基体と、このレンズ基体の完全な構成要素である間隔手段 とを備えたオプトエレクトロニクスモジュールに関する。 オプトエレクトロニクスモジュールを製造する際、特に（例えばダイオードア レイの）複数の光学活性領域を結合しなければならない場合、オプトエレクトロ ニクスコンポーネント（例えばレーザダイオード）の光学活性領域を他の光学要 素（例えば光導波路）に精密に光結合することが問題となる。 ヨーロッパ特許出願公開第０５０６４３８号公報により、光学活性領域として 一直線上に間隔を置いて形成された複数の発光ダイオードと、このダイオードの 個数及び間隔に相当する個数の個々のレンズ（レンズアレイ）を担持するレンズ 担持体とを備えたいわゆるＬＥＤアレイの形態のオプトエレクトロニクスコンポ ーネントを有するモジュールが公知である。この公知のモジュールの取付け及び 調整はモジュール固有の調整装置が無いので比較的労力を要する。 簡単な取付けに関して、ヨーロッパ特許出願公開第０４２１１１８号公報には レーザダイオードを担持する基体に向かい合って固定された埋込みレンズ用担持 体が開示されている。そのために、担持体の平坦側は調整後、レーザダイオード を担持する基体の両側に固定された金属化ガラスブロック片にろう付け可能であ る。 ドイツ連邦共和国特許出願第Ｐ４３４２８４４．４号明細書には、、レーザダ イオードアレイを備えたオプトエレクトロニクスコンポーネント用及び位置決め されかつ固定されるべき個々のレンズ用の共通の担持体が記載されている。ここ では別個の補助的なレンズが担持体の窪み内に据付け可能であり、コンポーネン ト用の機械的ストッパを形成する。 公知のオプトエレクトロニクスモジュール（ヨーロッパ特許出願公開第０５２ ９９４７号公報参照）は、光学活性領域を備えた少なくとも１つのオプトエレク トロニクスコンポーネント用のろうを被覆された接触点と、第１の位置合わせ窪 みの形態の基準点とを有する基板（閉鎖板）を第１番目の板として含んでいる。 接触点上に取付けられたコンポーネントは、ろうの再液化の際ろうの表面張力を 利用して接触点に対して、従って位置合わせ窪みに対して自動的に正確に位置決 めされる。結合するべき光導波路は第２番目の板の溝内に延在し、基板側の端面 領域で終了している。この端面領域には光導波路端部の前に窪みが設けられてお り、この窪み内には別個の球レンズを据付け可能である。その端面領域には、第 １の位置合わせ窪みと協働して収容空間を形成する第２の位置合わせ窪みが形成 されている。その収容空間内には、両板のＸ−Ｙ−Ｚ方向への位置決め及び相互 位置合わせを可能にする別個の位置合わせ球を据付け可能である。光導波路のＺ 方向（軸線方向）への位置決めとレンズの調整及び位置決めとは詳細に説明され ておらず、別々に行われなければならない。公知のモジュールはそれぞれ精密に 製造されるべきでかつ公差を含みしかも個々に取扱われるべき比較的多数の個別 部品を含んでいる。 ヨーロッパ特許出願公開第０１１７６０６号公報には、発光ダイオードから放 射された光を平行光束に成形するために、各ダイオードに同心的な放物面反射鏡 面を備えた中心レンズが付属しているような発光ダイオード列用コレクタが開示 されている。このコレクタは間隔手段を介して、個々の発光ダイオードを担持す る基板上に支持されている。それによって入射及び光線束線化の割合は、一方で は発光ダイオードの全長、及び発光ダイオードと基板との間の接合長の公差に依 存し、他方では間隔手段及び基板に依存する。この種の公差は電気写真式記録装 置にコレクタを上述のように適用する際には甘受することができる。しかしなが ら、例えば光導波路内に光を入射させる場合には、少なくとも１桁少ない公差が 保証されなければならない。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８３０１１９号公報には、少なくとも１つ の光学活性領域を有するレーザチップの形態のオプトエレクトロニクスコンポー ネントが基板上に固定された冒頭で述べた種類のモジュールが開示されている。 レンズ基体は光学活性領域側の平坦状側面とこの側面の反対側に位置する凸状側 面とを有しており、その凸状側面の湾曲部は非球面レンズとして使われる。湾曲 部と平坦状側面との間の領域はレンズとして作用する凸状側面とレーザとの間の 大きな距離を必然的に前提とするが、この大きな距離は結合効率に不利に影響す る。さらに平坦状側面とレーザとの間には、反射を防止するために使われる材料 が設けられなければならない。この材料側のレーザ鏡面はこの材料との接触によ って特にしばしば起こる温度変化サイクルにより疲労して損傷を受けることがあ る。 そこで本発明の課題は、特に複数の協働する光学活性領域及びレンズを備えた 非常に高い結合効率を有するオプトエレクトロニクスモジュールを製造技術上簡 単に形成することができ、しかも調整労力を最少にすることができるようにする ことにある。 この課題は本発明によれば、冒頭で述べた種類のオプトエレクトロニクスモジ ュールにおいて、間隔手段が光学活性領域とレンズとの間の所望の内法距離を設 定するためにオプトエレクトロニクスコンポーネントに直接当接することによっ て解決される。 本発明によるモジュールでは取扱われかつ結合するべき個別部品の個数が著し く減らされている。何故ならば、間隔手段はレンズ基体の完全な構成要素である からである。精密なレンズ基体の製造によってのみ、光学活性領域とレンズとの 聞の距離に関するモジュールの光学的品質を決定する公差を有利に少なくするこ とができる。さらに本発明によるモジュールはレンズ基体用の担持体としての他 の部品を無くすことができるので有利である。本発明の他の利点は、ヨーロッパ 特許出願公開第０５２９９４７号公報による従来技術において必要な基板の表面 パターン化（位置合わせ補助手段）と、この位置合わせ補助手段に対するオプト エレクトロニクスコンポーネントの精密な位置決めとが必要とされないことにあ る。 本発明よるモジュールの優れた実施態様によれば、間隔手段は、高さが光学活 性領域とレンズとの間の所望の距離に応じて設計されたピボット状隆起部である 。この隆起部がレンズの形をしていると特に有利であり、それによりそれぞれ正 確な接触点もしくはストッパ点が規定される。 本発明によるモジュールの製造技術上優れた実施態様によれば、間隔手段はレ ンズ基体材料の形出しによって形成される。 本発明の優れた実施熊様によれば、隆起部の最高点はレンズの光軸を持つ一平 面内に位置する。これによって、隆起部とコンポーネントとの接触領域はコンポ ーネントの脚部領域に対して充分な距離を持って位置し、それにより取付け用の 溶剤残部（例えば接着剤、ろう）用の充分な自由空間が隆起部の下方に存在する ようになる。光学活性領域がコンポーネントの上側長手縁部に設けられている限 り、本発明の上述した構成は、コンポーネントが設定破損個所で細分化されるこ とによって分離される場合にも、精密な距離設定を保証する。設定破損個所から 脚部領域へ至る傷のある又は不規則な破損面はその後擾乱的に作用することはな い。 自由度及び調整労力のより一層の減少は、本発明の優れた実施態様によれば、 レンズ基体が基板上に固定されその高さがレンズが光学活性領域の高さに合うよ うに設計されることによって達成される。 本発明の特に有利な実施態様によれば、１つの列に配置された複数の光学活性 領域ど、１つの列に配置された相応する個数のレンズを有するレンズ基体とを備 えたオプトエレクトロニクスコンポーネントにおいて、間隔手段はレンズと直列 に配置される。 オプトエレクトロニクスコンポーネントが一平面に配置された複数の光学活性 領域（表面活性形二次元アレイ）を有し、レンズ基体が相応に配置された付属の レンズ（二次元レンズアレイ）を有するオプトエレクトロニクスモジュールにお いて、オプトエレクトロニクスコンポーネントの表面上に間隔手段用の少なくと も３つの一定の支持領域が設けられると特に有利である。 本発明の他の有利な実施態様によれば、支持領域が環状の特に高くされたマー クによって取囲まれることにより、レンズ基体の位置決めを特に精密でしかも取 付け容易に行うことができる。 次に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。 図１及び図２は第１の実施例の平面図及び断面図である。 図３及び図４は第２の実施例の平面図及び断面図である。 図１及び図２によれば、モジュールはオプトエレクトロニクスコンポーネント ２を担持するセラミック基板１を含んでいる。このコンポーネントは前側縁部３ のところにレーザダイオード（レーザダイオードアレイ）として形成された多数 の光学活性領域４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅを有している。なお、これらの光 学活性領域は実際にはそれらの構造化のために適当に拡大すると水平の点線とし て表すことができる。レーザダイオードはコンポーネント２の（図示されていな い）下面側電気結合部と、個々の接触点５ａ〜５ｄと、ボンディングワイヤ６ａ 〜６ｄとによって導体路７ａ〜７ｄへ個々の駆動のために結合され、列８に位置 合わせされている。光学活性領域４ｅは電気的に結合されていない。 縦長のガラス条片から一部品に形成されたレンズ基体１０は、電気的に結合さ れた光学活性領域４ａ〜４ｄの個数に応じた個数にて列１１に配置されそれぞれ 光軸１４ａ〜１４ｄを持つ屈折形又は回折形レンズ１２ａ〜１２ｄを有している 。レンズ基体１０は一部品から形成されており、その場合レンズ１２ａ〜１２ｄ を持つ列１１のところでレンズ基体材料１６を形出しすることによってピボット 状隆起部１８、１９が形成されている。これらの隆起部１８、１９の各最高点２ ０、２１はレンズの光軸１４ａ〜１４ｄを持つ一平面Ｅ内に位置している。レン ズ基体１０の背面２４に対する隆起部の高さＨ、又はレンズ１２ａ〜１２ｄに対 する隆起部の高さｈは、最高点２０、２１とレンズ１２ａ〜１２ｄの最高点との 距離が光学活性領域４ａ〜４ｄとレンズ１２ａ〜１２ｄとの間の所望の距離ｂに 相当するように設計されている。レンズ基体１０はその下面２６が同様に基板１ に固定されており、その場合基板１に対するレンズ１２ａ〜１２ｄの光軸１４ａ 〜１４ｄの高さａは光軸１４ａ〜１４ｄが光学活性領域４ａ（図２参照）に合致 するように設計されている。 それぞれの最高点２０、２１を持つ隆起部１８、１９はオプトエレクトロニク スコンポーネント２の側面３２に直接当接するので、光学活性領域４ａとレンズ １２ａとの間の距雌ｂの設定は比較的僅かな公差しか含まないことが保証される 。隆起部とコンポーネントとの聞の接触はコンポーネント２の縁部３のところで 行われ、それゆえコンポーネント２の下側脚部領域３５は距離設定を妨げること なく接着剤及び／又はろうの残部を有することができる。 モジュールの組立ては最初にコンポーネント２が基板１上に取付けられること によって行われる。接触点５ａ〜５ｄの電気的接続後、隆起部１８、１９の最高 点２０、２１がコンポーネント２に当接してレンズ基体１０の下面２６が基板表 面上に平らに載置されるように、レンズ基体１０が取付けられる。このようにし て、レンズの高さａ、軸線方向距離ｂ、ならびに全ての角度状態が規定される。 矢印Ａの方向に唯一まだ存在する自由度は受動的にすなわちオプトエレクトロニ クスコンポーネントを作動することなく決定することができる。このために光学 活性領域４ｅのストライプが特に有利な方法で使われ、このストライプに対して 隆起部１９の最高点２１は比較的簡単に位置合わせすることができる。レンズ基 体の固定は接着又はろう付けによって行うことができる。ろう付けのためにろう 付け面はプレーナ法でパターン化して設けることのできるろう付け可能な金属で 被覆される。 図３及び図４は、表面活性形フォトダイオードアレイの二次元（Ｘ−Ｙ）４× ４マトリクスとして形成された光感応形光学活性領域４２ａ〜４２ｐを個々に電 気的接続するための接触点４１を持つオプトエレクトロニクスコンポーネント４ ０を備えたオプトエレクトロニクスモジュールの第２の実施例を示す。光学活性 領域４２ａ〜４２ｐのＸ−Ｙ平面に平行に、４×４マトリクスに相応して二次元 配置されたレンズ４５ａ〜４５ｐ（レンズアレイ）を有するレンズ基体４４が設 けられている。このレンズ基体４４の各コーナー領域には間隔手段としてピボッ ト状隆起部４６ａ〜４６ｄが設けられており、これらのピボット状隆起部４６ａ 〜４６ｄはコンポーネント４０の表面４９上に一定の支持領域４８ａ〜４８ｄを それぞれ有している。隆起部４６ａ〜４６ｄは特にレンズの形に形成することが でき、それにより支持領域４８ａ〜４８ｄとのほぼ点状の接触が生ずる。第１の 実施例に関連して既に詳細に説明したように、高さ即ちそれぞれの最高点（図４ には隆起部４６ａ、４６ｂの最高点５０ａ、５０ｂが示されている）はそれぞれ の光学活性領域（例えば４２ｆ）とそれに付属するレンズ（例えば４５ｆ）との 間の所望の距離Ｂに応じて設計されている。支持領域４８ａ〜４８ｄはそれぞれ 環状マーク５２ａ〜５２ｄによって取囲まれている。これらのマークはコンポー ネント４０の表面４９上に隆起しており、、取付け時のピボット状隆起部４８ａ 〜 ４８ｄの位置決め用位置マークとして、ならびに自動的位置固定手段として使わ れる。このために、マークの高さは隆起部がこのマーク内に係止されるように選 定されている。レンズ基体はこの位置に例えば接着によって固定することができ る。別の固定方法は隆起部を金属化してレンズ基体４４をコンポーネント４０に ろう付けする方法である。マークを正確に位置決めすると、本発明のこの実施例 の場合、調整を完全になくすことができる。 レンズ基体はそれぞれ例えばガラス又はシリコンから構成することができる。 エッチング技術と組合わせたプレーナパターン化方法の他に、レンズ基体は同様 にガラス又は押形ガラスとして一部品から製造することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの光学活性領域（４ａ）を有するオプトエレクトロニクスコ ンポーネント（２）を担持する基板（１）と、その光学活性領域（４ａ）に付属 する少なくとも１つのレンズ（１２ａ）を有するレンズ基体（１０）と、このレ ンズ基体（１０）の完全な構成要素である間隔手段とを備えたオプトエレクトロ ニクスモジュールにおいて、間隔手段（１８、１９）は光学活性領域（４ａ）と レンズ（１２ａ）との間の所望の内法距離（６）を設定するためにオプトエレク トロニクスコンポーネント（２）に直接当接することを特徴とするオプトエレク トロニクスモジュール。 ２．間隔手段（１８、１９）は、高さ（Ｈ）が光学活性領域（４ａ）とレンズ（ １２ａ）との間の所望の距離に応じて設計されたピボット状隆起部であることを 特徴とする請求項１記載のモジュール。 ３．隆起部はレンズの形をしていることを特徴とする請求項２記載のモジュール 。 ４．間隔手段（１８、１９）はレンズ基体材料（１６）の形出しによって形成さ れていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のモジュール。 ５．隆起部（１８、１９）の最高点（２０、２１）はレンズ（１２ａ）の光軸（ １４ａ）を持つ一平面（Ｅ）内に位置していることを特徴とする請求項１乃至４ の１つに記載のモジュール。 ６．レンズ基体（１０）は基板（１）上に固定され、その高さはレンズ（１２ａ ）が光学活性領域（４ａ）の高さ（ａ）に合致するように設計されていることを 特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のモジュール。 ７．オプトエレクトロニクスコンポーオント（２）は１つの列（８）に配置され た複数の光学活性領域（４ａ〜４ｄ）を有し、レンズ基体（１０）は１つの列（ １１）に配置された少なくとも相応する個数のレンズ（１２ａ〜１２ｄ）を有し 、間隔手段（１８、１９）はレンズ（１２ａ〜１２ｄ）と直列に配置されている ことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のモジュール。 ８．オプトエレクトロニクスコンポーネント（４０）は一平面（Ｘ−Ｙ）に配置 された複数の光学活性領域（４２ａ〜４２ｐ）を有し、レンズ基体（１０）は相 応して配置された付属のレンズ（４５ａ〜４５ｐ）を有し、オプトエレクトロニ クスコンポーネント（４０）の表面（４９）上には間隔手段（４６ａ〜４６ｄ） 用の少なくとも３つの一定の支持領域（４８ａ〜４８ｄ）が設けられていること を特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のモジュール。 ９．支持領域（４８ａ〜４８ｄ）は環状の特に高くされたマーク（５２ａ〜５２ ｄ）によって取囲まれていることを特徴とする請求項８記載のモジュール。