TWI641867B - 光模組及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

雷射元件(3)射出雷射光。透鏡蓋(4)被蓋在雷射元件(3)。透鏡(5)被內建於透鏡蓋(4)，並使雷射光聚光或變成平行。在透鏡(5)的上面，被設置對雷射光之光軸(6)垂直的平坦面(7)。

Description

光模組及其製造方法
本發明係有關於一種將內建透鏡之透鏡蓋蓋在雷射元件的光模組及其製造方法。
在搭載了半導體雷射等之雷射元件的封裝，設置用以對雷射光聚光或變成平行光之透鏡的情況，有將透鏡直接搭載於封裝的方法、將內建了透鏡之透鏡蓋蓋在雷射元件的方法等(例如，參照專利文獻1)。在此情況，使成為雷射光之中心的光軸與透鏡的中心位置一致，這在使光束擴散變小、筆直地射出光束上是重要。
因此，作為將內建了透鏡之透鏡蓋蓋在雷射元件的方法，有被稱為主動對準的方法，該方法係在使雷射元件發光之狀態暫時設置透鏡，一面觀察來自透鏡之射出圖案的擴散與傾斜一面使透鏡微動，在最佳的位置固定。可是，因為使雷射元件發光，所以製造裝置變得複雜。進而，因為需要確認射出圖案與交互地重複透鏡位置的移動，所以製造耗時。
作為避免之的方法，想到以下的方法。首先，將光垂直地照射於雷射的端面，再從其反射光識別發光點位置。接著，將光照射於透鏡的上面，再從其反射光確認透鏡的中心 位置。然後，使透鏡蓋左右地移動，將發光點位置與透鏡的中心位置對準。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2011-75318號公報
透鏡的上面具有連續地變化之凸的曲面形狀。因此，照射於透鏡中心的光係垂直地被反射，但是照射於透鏡中心以外的光係被反射至外側。結果，反射光的強度係透鏡中心部最強，愈遠離透鏡中心部變成愈弱。因為透鏡的上面形狀係連續地變化，所以反射光強度分布係連續地變化。需要將此反射光強度分布之某特定的強度作為臨限值，求得亮部與暗部後，將成為圓形之亮部的中心位置識別為透鏡的中心位置。
可是，由於透鏡表面之凹凸或透鏡的角度偏差等，亮部的形狀作法不會成為漂亮的圓形，而易成為變形的圓形。因此，無法正確地識別透鏡的中心位置，而有在發光點中心與透鏡之中心不一致的狀態被組裝的情況。在此情況，通過了透鏡的雷射光係光束擴散變大，或光束射出方向偏移，而使系統的特性大為變差。
本發明係為了解決如上述所示之課題而開發的，其目的在於得到一種可減少發光點位置與透鏡的中心位置之偏差的光模組及其製造方法。
本發明之光模組係特徵為包括：射出雷射光之雷射元件；被蓋在該雷射元件之透鏡蓋；以及透鏡，係被內建於該透鏡蓋，並使該雷射光聚光或變成平行；在該透鏡的上面，被設置對該雷射光之光軸垂直的平坦面。
在本發明，在透鏡的上面被設置對雷射光之光軸垂直的平坦面。朝向透鏡的上面照射識別光時，來自平坦面的反射光係一律地以相同的強度射入相機的中心位置。另一方面，來自平坦面以外的反射光係射入偏離相機之中心的位置。因此，根據來自平坦面的反射以相機所識別之圓形之亮點的亮度、與其周邊區的亮度成為不連續。因此，因為相機清楚地拍攝亮點，所以作為亮點的中心，可高精度地識別透鏡的中心。因此，可減少雷射元件之發光點位置與透鏡之中心位置的偏差。
3‧‧‧雷射元件
4‧‧‧透鏡蓋
5‧‧‧透鏡
7、7a、7b‧‧‧平坦面
11‧‧‧識別光
12‧‧‧反射光
14‧‧‧凹面
第1圖係表示第1實施形態之光模組的剖面圖。
第2圖係表示第1實施形態之光模組之製造方法的剖面圖。
第3圖係表示第1實施形態之光模組之製造方法的剖面圖。
第4圖係表示比較例之視準鏡的形狀與雷射光之光路的圖。
第5圖係表示第1實施形態之透鏡的形狀與雷射光之光路 的圖。
第6圖係表示第2實施形態之光模組之透鏡的上視圖。
第7圖係表示第3實施形態之光模組之透鏡的上視圖及側視圖。
第8圖係表示第3實施形態之光模組的透鏡之第1變形例的上視圖及側視圖。
第9圖係表示第3實施形態之光模組的透鏡之第2變形例的上視圖及側視圖。
第10圖係表示第4實施形態之光模組的透鏡內建蓋的剖面圖。
參照圖面，說明本發明之實施形態的光模組及其製造方法。對相同或對應之構成元件附加相同的符號，並有省略重複之說明的情況。
第1實施形態
第1圖係表示第1實施形態之光模組的剖面圖。副安裝座2被設置於封裝1，雷射元件3被設置於副安裝座2。雷射元件3係射出雷射光。透鏡蓋4被蓋在雷射元件3。使雷射光聚光或變成平行光的透鏡5被內建於透鏡蓋4。在形成此透鏡內建蓋的情況，將透鏡材料裝入透鏡蓋4內並設定成高温，在將模組從上下壓在變軟的透鏡材料，而得得到所要之形狀的透鏡5。在透鏡5的上面，被設置對雷射光之光軸6垂直的平坦面7。
第2圖及第3圖係表示第1實施形態之光模組之 製造方法的剖面圖。首先，如第2圖所示，將識別光8垂直地照射於雷射元件3的射出端面，再以相機10拍攝其反射光9。於是，因為反射光從雷射元件3的射出端面部分最強烈地反射，所以能以相機10識別雷射元件3的端面形狀。只要得知雷射元件3的端面形狀，就知道發光點位置位於何處。
接著，如第3圖所示，朝向在透鏡蓋4所內建之透鏡5的上面照射識別光11，再從其反射光12的形狀識別透鏡5的中心位置。因為透鏡5的頂點部分是對識別光11垂直的平坦面7，所以來自此平坦面7的反射光12係一律地以相同的強度射入相機10的中心位置。另一方面，來自平坦面7以外的反射光12係被射入偏離相機10之中心的位置。因此，因來自平坦面7的反射而以相機10所識別之圓形之亮點的亮度、與其周邊區域的亮度成為不連續。因此，因為相機10清楚地拍攝亮點，所以作為亮點的中心，可高精度地識別透鏡5的中心。
而且，藉由左右地驅動透鏡蓋4，將雷射元件3之發光點位置與透鏡5的中心位置對準。在該位置將透鏡蓋4焊接於封裝1。藉此，可減少雷射元件3之發光點位置與透鏡5之中心位置的偏差。結果，可得到光束擴散及光束之射出方向偏差小的光模組。
第4圖係表示比較例之視準鏡的形狀與雷射光之光路的圖。透鏡5的上面係成為雷射光平行地射出的形狀。因此，即使從雷射元件3的發光點所射出之雷射光射入透鏡5的任何位置，雷射光係都從透鏡5的上面對光軸平行地被射出。
第5圖係表示第1實施形態之透鏡的形狀與雷射光之光路的圖。通過透鏡5之完全中心位置及平坦面7以外之區域的雷射光係如以實線所示，成為對光軸平行的射出光。可是，在透鏡5之完全中心位置以外的位置通過平坦面7的雷射光係如以虛線所示，成為對光軸稍微傾斜地射出。可是，透鏡5的平坦面7係只要是能以相機10的解析度識別，且可充分地取得與平坦面7以外之角度差的大小即可。此大小係約數百微米就足夠。另一方面，在透鏡5的上面之雷射光的擴散係成為數毫米以上，透鏡5之平坦面7的影響係很小。又，例如在投影器用途的情況，只要對光軸之平行度是±數度以下，因為最終全光量被取入對光導波之積分器桿，所以在平坦面7之微小的角度偏差係絲毫不成問題。
例如，當作雷射元件3之發光點中心與透鏡5之上面的距離是3mm，透鏡5之平坦面7的半徑是0.12mm，透鏡5的折射率是1.8。在此情況，透過透鏡5之平坦面7之最外周部分的雷射光之與光軸的偏差角度θ係根據菲涅耳定律，是sin-1(1/1.8×0.12/3)=1.06°。
又，在對光聚光的情況或被要求更嚴密之平行度的情況，亦藉由使焦距變長、使平坦面7之尺寸變成更小等的設計，可得到所要之特性。
此外，在本實施形態，說明了將透鏡5內建於透鏡蓋4的情況，但是在透鏡蓋4未內建透鏡5之單體亦一樣。在此情況，使透鏡5單體移動，並以黏著劑等固定於封裝1。
第2實施形態
第6圖係表示第2實施形態之光模組之透鏡的上視圖。第6圖係從雷射射出側觀察透鏡5的圖。在透鏡5之上面的中心位置，被設置對雷射光之光軸垂直的平坦面7a。以與此平坦面7a之外周的僅一部分接觸的方式設置平坦面7b。因此，將平坦面7a、7b組合的形狀係在以透鏡5之上面的中心為轉動中心的轉向具有異方性。
透鏡蓋的組裝方法係與第1實施形態一樣，與第1實施形態一樣地可高精度地識別透鏡5的中心。又，根據來自平坦面7a、7b的反射光可易於識別透鏡5的轉向。此外，平坦面係只要是可識別透鏡5之轉向的形狀，任何的形狀都可。例如，即使平坦面是橢圓形，亦可識別透鏡5的轉向。
在為了雷射光之整形，而將變成平面形狀在上下方向與左右方向相異的非對稱透鏡用作透鏡5的情況，本實施形態係特別有效。在此情況，藉由進行透鏡5之轉向與雷射元件3之轉向的相對位置對準，可得到光束擴散及尤其光束之射出方向偏差小的半導體雷射。
第3實施形態
第7圖係表示第3實施形態之光模組之透鏡的上視圖及側視圖。在雷射光之垂直方向與水平方向的擴散角相異的情況，通過透鏡5的上面位置之雷射光的光點13成為橢圓形。在透鏡5的上面，在橢圓形之光點13的兩側，雷射光實質上不通過的區域存在。對雷射光之光軸垂直的平坦面7被設置於此區域。但，不限定為此，只要將平坦面7設置於雷射光實質上不通過之透鏡頂點以外的區域即可。平坦面7係成為切 掉透鏡5之外周之曲面的形狀。
透鏡蓋的組裝方法係與第1實施形態一樣。照射於透鏡5的識別光係被平坦面7強烈地反射，而被相機識別平坦面7的平面形狀。從該形狀可高精度地識別透鏡5的中心位置與轉向。藉由此平坦面7不是位於透鏡5外，而位於具有透鏡效應之透鏡5的曲面，可更高精度地識別透鏡5的中心位置與轉向。
又，透鏡蓋4支撐透鏡5的外周，透鏡5係成圓形地從透鏡蓋4露出。因此，為了作成從上面觀察透鏡蓋4並能以識別光確認平坦面7，平坦面7係位於透鏡5之圓形的內側較佳。
第8圖係表示第3實施形態之光模組的透鏡之第1變形例的上視圖及側視圖。在本變形例，平坦面7係從透鏡5之外周的曲面突出。在此情況，亦可得到上述之效果。
第9圖係表示第3實施形態之光模組的透鏡之第2變形例的上視圖及側視圖。在此變形例，在橢圓形之光點13的長度方向，平坦面7比光點13更窄。藉此，更易識別透鏡5的中心與轉向。
此外，平坦面7係只要可識別透鏡5的中心與轉向，任何的形狀都可。例如，平坦面7係不限定為矩形，亦可是往透鏡5之中心前端變細的三角形等。藉此，更易識別透鏡5的中心與轉向。
第4實施形態
第10圖係表示第4實施形態之光模組的透鏡內建 蓋的剖面圖。凹面14被設置於透鏡5之上面的中心位置。其他的構成係與第1實施形態一樣，透鏡蓋4之組裝方法亦與第1實施形態一樣。照射於透鏡5之中心的識別光係在透鏡5的上面被反射。在此時來自凹面14的反射光係在相機10的位置被聚光，反射光的亮點係成為更亮且小的光點而被識別。藉此，更易識別透鏡5之中心位置。

Claims (5)

  1. 一種光模組，其特徵為包括：射出雷射光之雷射元件；被蓋在該雷射元件之透鏡蓋；以及透鏡，係被內建於該透鏡蓋，並使該雷射光聚光或變成平行；在該透鏡的上面，被設置對該雷射光之光軸垂直的平坦面；該平坦面係被設置於該透鏡之該上面的中心位置。
  2. 一種光模組，其特徵為包括：射出雷射光之雷射元件；被蓋在該雷射元件之透鏡蓋；以及透鏡，係被內建於該透鏡蓋，並使該雷射光聚光或變成平行；在該透鏡的上面，被設置對該雷射光之光軸垂直的平坦面；該平坦面的形狀係在以該透鏡之該上面的中心為轉動中心的轉向具有異方性。
  3. 一種光模組，其特徵為包括：射出雷射光之雷射元件；被蓋在該雷射元件之透鏡蓋；以及透鏡，係被內建於該透鏡蓋，並使該雷射光聚光或變成平行；凹面被設置於該透鏡之上面的中心位置。
  4. 一種光模組之製造方法，其特徵為：在製造包括射出雷射光之雷射元件、被蓋在該雷射元件之透鏡蓋、以及被內建於該透鏡蓋並使該雷射光聚光或變成平行之透鏡、在該透鏡的上面被設置對該雷射光之光軸垂直的平坦面的光模組時，朝向該透鏡的該上面照射識別光，從該反射光的形狀識別該透鏡的中心位置，並將該雷射元件的發光點位置與該透鏡的中心位置對準。
  5. 一種光模組之製造方法，其特徵為：在製造包括射出雷射光之雷射元件、被蓋在該雷射元件之透鏡蓋、以及被內建於該透鏡蓋並使該雷射光聚光或變成平行之透鏡、凹面被設置於該透鏡之上面的中心位置的光模組時，朝向該透鏡的該上面照射識別光，從該反射光的形狀識別該透鏡的中心位置，並將該雷射元件的發光點位置與該透鏡的中心位置對準。
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