WO2016140137A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2016140137A1
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laser diode
optical
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中西　裕美
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module.
  • An optical module in which a semiconductor light emitting element is arranged in a package is known (for example, see Patent Documents 1 to 4).
  • Such an optical module is used as a light source of various devices such as a display device, an optical pickup device, and an optical communication device.
  • the optical module is required to have a configuration including optical coupling components such as various lenses and pigtails in accordance with the application.
  • the downsizing of the optical module has a problem that the mounting position of these optical coupling parts is limited, and the degree of freedom of the configuration of the optical module is lowered.
  • an object is to provide an optical module capable of achieving both compactness and freedom of configuration.
  • An optical module has a light forming portion that forms light, an exit window that transmits light from the light forming portion, a protective member that is disposed so as to surround the light forming portion, and a protective member And an adapter having a light transmission path through which light from the light forming portion that passes through the emission window passes, and an optical coupling component that is connected to the adapter and receives light passing through the light transmission path.
  • the light forming unit includes a semiconductor light emitting element and a lens that converts a spot size of light emitted from the semiconductor light emitting element.
  • the optical coupling component includes an optical component and a holding member that holds the optical component. The holding member and the adapter are connected.
  • optical module it is possible to achieve both compactness and freedom of configuration.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an optical module in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of an optical module in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical module in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of an optical module according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing a structure of an optical module according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an optical module in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an optical module in Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a structure of an optical module in a third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a structure of an optical module according to a fourth embodiment.
  • the optical module of the present application has a light forming portion that forms light, an exit window that transmits light from the light forming portion, a protective member that is disposed so as to surround the light forming portion, and is connected to the protective member.
  • An adapter having a light transmission path through which light from the light forming portion that passes through the emission window passes, and an optical coupling component that is connected to the adapter and that receives light passing through the light transmission path.
  • the light forming unit includes a semiconductor light emitting element and a lens that converts a spot size of light emitted from the semiconductor light emitting element.
  • the optical coupling component includes an optical component and a holding member that holds the optical component. The holding member and the adapter are connected.
  • the optical module of the present application has a structure in which a light forming portion including a semiconductor light emitting element and a lens is surrounded by a single protective member, that is, a structure in which the semiconductor light emitting element and the lens are mounted in a single package. .
  • a single protective member that is, a structure in which the semiconductor light emitting element and the lens are mounted in a single package.
  • an additional optical coupling component pigtail, lens, etc.
  • an adapter having a light transmission path through which light from the light forming section passes is connected to the protection member, and a holding member for the optical coupling component is further connected to the adapter.
  • the protection member and the adapter may be connected by welding. By doing in this way, a protection member and an adapter can be connected firmly.
  • the holding member and the adapter may be connected by welding. By doing in this way, a holding member and an adapter can be connected firmly.
  • the light forming portion may be hermetically sealed by the protective member. By doing in this way, the lifetime of a semiconductor light emitting element can be lengthened.
  • the semiconductor light emitting element may emit infrared light.
  • the optical module can be used for sensing applications, for example.
  • the light forming unit includes a plurality of semiconductor light emitting elements, a plurality of lenses disposed corresponding to each of the plurality of semiconductor light emitting elements, and a filter for multiplexing light from the plurality of semiconductor light emitting elements. , May be included.
  • the filter for example, a wavelength selective filter, a polarization synthesis filter, or the like can be employed.
  • the plurality of semiconductor light emitting elements may include a semiconductor light emitting element that emits red light, a semiconductor light emitting element that emits green light, and a semiconductor light emitting element that emits blue light. By doing so, these lights can be combined to form light of a desired color.
  • the semiconductor light emitting element may be a laser diode. By doing in this way, the emitted light with little variation in wavelength can be obtained.
  • FIG. 2 is a view corresponding to a state in which the cap 40, the adapter 110, and the pigtail 120 of FIG. 1 are removed.
  • FIG. 3 is a view corresponding to a cross section taken along line III-III in FIGS.
  • FIG. 4 is a diagram showing a planar structure of the light forming portion and a cross section of the adapter and the pigtail in a plane parallel to the main surface of the base plate of the light forming portion.
  • the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • an optical module 1 in the present embodiment includes a stem 10 having a flat plate shape, and a light forming portion that is disposed on one main surface 10A of the stem 10 and forms light. 20, a cap 40 disposed in contact with one main surface 10 ⁇ / b> A of the stem 10 so as to cover the light forming portion 20, and the other main surface 10 ⁇ / b> B side of the stem 10 to the one main surface 10 ⁇ / b> A side. And a plurality of lead pins 51 projecting on both sides of one main surface 10A side and the other main surface 10B side.
  • the stem 10 and the cap 40 are in an airtight state by welding, for example. That is, the light forming unit 20 is hermetically sealed by the stem 10 and the cap 40.
  • a space surrounded by the stem 10 and the cap 40 is filled with a gas in which moisture is reduced (removed) such as dry air.
  • the cap 40 is formed with an emission window 41 that transmits light from the light forming unit 20.
  • the exit window 41 may have a flat plate shape whose main surfaces are parallel to each other, or may have a lens shape that collects or diffuses the light from the light forming unit 20.
  • the stem 10 and the cap 40 constitute a protective member.
  • the stem 10 and the cap 40 have a rectangular shape when seen in a plan view.
  • the optical module 1 is connected to a cap 40 which is a protective member, and has an adapter 110 having a light path 112 through which light from the light forming unit 20 that passes through the emission window 41 passes, and is connected to the adapter 110 and passes through the light path 112. It further includes a pigtail 120 as an optical coupling component on which light passing therethrough is incident.
  • the adapter 110 includes an annular main body 111.
  • 111 A of inner peripheral surfaces of the main-body part 111 have a shape corresponding to the outer peripheral surface of the cap 40 (surface extended in the direction which cross
  • a region surrounded by the inner peripheral surface 111A of the main body 111 has a rectangular shape when seen in a plan view.
  • the region surrounded by the outer peripheral surface of the main body 111 has a rectangular shape when seen in a plan view.
  • a protruding region 111B protruding in a direction (vertical direction) intersecting one main surface 10A of the stem 10 is formed.
  • a light transmission path 112 that is a through hole penetrating from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface 111A is formed.
  • the outer peripheral surface of the main body 111 corresponding to the protruding region 111B functions as an attachment surface for attaching the pigtail 120 as an optical coupling component.
  • the adapter 110 is arranged so that the inner peripheral surface 111 ⁇ / b> A of the main body 111 surrounds the outer peripheral surface of the cap 40.
  • the adapter 110 is arranged so that the light transmission path 112 is located in a region corresponding to the exit window 41.
  • the inner peripheral surface 111A of the main body 111 of the adapter 110 and the outer peripheral surface of the cap 40 are joined by welding.
  • Welding can be performed, for example, by YAG (YittriumrAluminum Garnet) laser welding.
  • the pigtail 120 includes a fiber (optical fiber waveguide) 125 and a holding member 123 that holds the fiber 125.
  • the holding member 123 includes a base part 121 having a disk shape and a main body part 122 connected to one end surface of the base part 121 and having a truncated cone shape.
  • the main body 122 is arranged with respect to the base 121 so that the central axis of the base 121 and the central axis of the main body 122 coincide.
  • a through hole penetrating the base portion 121 and the main body portion 122 in the axial direction is formed in a region including the central axis of the base portion 121 and the main body portion 122, and a fiber 125 is inserted into the through hole.
  • the fiber 125 is held by the holding member 123 by being inserted into the holding member 123 along the region including the central axis of the base portion 121 and the main body portion 122.
  • the pigtail 120 is arranged so that the end face of the fiber 125 is located in a region corresponding to the light path 112.
  • the other end surface 121B of the base part 121 of the holding member 123 and the outer peripheral surface of the main-body part 111 of the adapter 110 are joined by welding. Welding can be performed by spot welding, for example.
  • light forming portion 20 includes a base plate 60 that is a base member having a plate shape.
  • the base plate 60 has one main surface 60A having a rectangular shape when seen in a plan view.
  • the base plate 60 includes a base region 61 and a chip mounting region 62.
  • the chip mounting area 62 is formed in an area including one short side of one main surface 60A and one long side connected to the short side.
  • the thickness of the chip mounting area 62 is larger than that of the base area 61. As a result, the height of the chip mounting area 62 is higher than that of the base area 61.
  • a first chip that is an area that is thicker (higher in height) than an adjacent area in an area on the opposite side of the one short side to the side connected to the one long side.
  • a mounting region 63 is formed.
  • the second chip is an area that is thicker (higher in height) than the adjacent area in the area opposite to the side connected to the one short side of the one long side.
  • a mounting region 64 is formed.
  • a flat plate-like first submount 71 is disposed on the first chip mounting area 63.
  • a red laser diode 81 as a first semiconductor light emitting element is disposed on the first submount 71.
  • a flat plate-like second submount 72 and a third submount 73 are arranged on the second chip mounting region 64.
  • the third submount 73 is disposed on the opposite side of the connection portion between the one long side and the one short side.
  • a green laser diode 82 as a second semiconductor light emitting element is disposed.
  • a blue laser diode 83 as a third semiconductor light emitting element is disposed on the third submount 73.
  • the optical axis heights of the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83 (distance between the reference surface and the optical axis when one main surface 60A of the base plate 60 is used as a reference surface; in the Z-axis direction)
  • the distance from the reference plane is adjusted by the first submount 71, the second submount 72, and the third submount 73 to coincide with each other.
  • a first lens holding portion 77, a second lens holding portion 78, and a third lens holding portion 79, which are convex portions, are formed on the base region 61 of the heel base plate 60.
  • a first lens 91, a second lens 92, and a third lens 93 are disposed on the first lens holding unit 77, the second lens holding unit 78, and the third lens holding unit 79, respectively.
  • the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 have lens portions 91A, 92A, and 93A whose surfaces are lens surfaces.
  • the lens portions 91A, 92A, and 93A and regions other than the lens portions 91A, 92A, and 93A are integrally molded.
  • the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 may be made of glass or may be made of resin.
  • the central axes of the lens parts 91A, 92A, 93A of the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 that is, the lens
  • the optical axes of the portions 91A, 92A, 93A are adjusted to coincide with the optical axes of the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83, respectively.
  • the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 convert the spot size of light emitted from the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83, respectively.
  • the spot size is converted by the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 so that the spot sizes of the light emitted from the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83 coincide.
  • a first filter 97 and a second filter 98 are disposed on the base region 61 of the base plate 60.
  • the first filter 97 and the second filter 98 each have a flat plate shape having principal surfaces parallel to each other.
  • the first filter 97 and the second filter 98 are, for example, wavelength selective filters.
  • the first filter 97 and the second filter 98 are dielectric multilayer filters. More specifically, the first filter 97 transmits red light and reflects green light.
  • the second filter 98 transmits red light and green light, and reflects blue light. As described above, the first filter 97 and the second filter 98 selectively transmit and reflect light having a specific wavelength.
  • the first filter 97 and the second filter 98 multiplex the light emitted from the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83.
  • the first filter 97 and the second filter 98 are disposed on a first projecting region 88 and a second projecting region 89, which are convex portions formed on the base region 61, respectively.
  • the red laser diode 81, the lens portion 91 ⁇ / b> A of the first lens 91, the first filter 97, and the second filter 98 are aligned on a straight line along the light emission direction of the red laser diode 81 (X Arranged side by side in the axial direction).
  • the green laser diode 82, the lens portion 92 ⁇ / b> A of the second lens 92, and the first filter 97 are arranged along a straight line along the light emission direction of the green laser diode 82 (in the Y-axis direction).
  • the blue laser diode 83, the lens portion 93 ⁇ / b> A of the third lens 93, and the second filter 98 are arranged in a straight line along the light emission direction of the blue laser diode 83 (in the Y-axis direction). That is, the emission direction of the red laser diode 81 and the emission direction of the green laser diode 82 and the blue laser diode 83 intersect. More specifically, the emission direction of the red laser diode 81 is orthogonal to the emission directions of the green laser diode 82 and the blue laser diode 83. The emission direction of the green laser diode 82 is a direction along the emission direction of the blue laser diode 83.
  • the emission direction of the green laser diode 82 and the emission direction of the blue laser diode 83 are parallel.
  • the main surfaces of the first filter 97 and the second filter 98 are inclined with respect to the light emission direction of the red laser diode 81. More specifically, the main surfaces of the first filter 97 and the second filter 98 are inclined by 45 ° with respect to the light emission direction (X-axis direction) of the red laser diode 81.
  • the light forming unit 20 includes an electronic cooling module 30.
  • the electronic cooling module 30 is disposed between the stem 10 and the base plate 60.
  • the electronic cooling module 30 includes a heat absorbing plate 31, a heat radiating plate 32, and a semiconductor pillar 33 arranged side by side between the heat absorbing plate 31 and the heat radiating plate 32 with electrodes interposed therebetween.
  • the heat absorbing plate 31 and the heat radiating plate 32 are made of alumina, for example.
  • the endothermic plate 31 is disposed in contact with the other main surface 60 ⁇ / b> B of the base plate 60.
  • the heat radiating plate 32 is disposed in contact with one main surface 10 ⁇ / b> A of the stem 10.
  • the electronic cooling module 30 is a Peltier module (Peltier element). And by supplying an electric current to the electronic cooling module 30, the heat of the base plate 60 which contacts the heat absorption plate 31 moves to the stem 10, and the base plate 60 is cooled. As a result, temperature changes of the red laser diode 81, the green laser diode 82, the blue laser diode 83, the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 are suppressed.
  • the electronic cooling module is not an essential component in the optical module of the present application, in the present embodiment, the electronic cooling module 30 is provided, so that the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83 caused by temperature change are provided. It is possible to suppress changes in the refractive index of the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 due to changes in the wavelength of light emitted from the first lens 91 and changes in temperature.
  • the red light emitted from the red laser diode 81 and proceeds along the optical path L 1 incident on the lens portion 91A of the first lens 91, the spot size of the light conversion Is done.
  • red light emitted from the red laser diode 81 is converted into collimated light.
  • the red light whose spot size has been converted in the first lens 91 travels along the optical path L 1 and enters the first filter 97. Since the first filter 97 transmits red light, the light emitted from the red laser diode 81 further travels along the optical path L 2 and enters the second filter 98.
  • the second filter 98 is for transmitting the red light, the light emitted from the red laser diode 81 further proceeds along the optical path L 3, to the outside of the protective member through the exit window 41 of the cap 40 Exit.
  • the light formed by combining the red, green, and blue light is emitted from the emission window 41 of the cap 40.
  • the light emitted from the emission window 41 enters the fiber 125 of the pigtail 120 through the light passage 112 of the adapter 110 with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the light incident on the fiber 125 is guided to a desired location through the fiber 125 which is a waveguide.
  • the adapter 110 having the optical path 112 through which the light from the light forming unit 20 passes is connected to the cap 40, and the adapter 110 includes the pigtail 120 that is an optical coupling component.
  • a holding member 123 is connected.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the structure of the optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5 and 6 correspond to FIGS. 1 and 3 in the first embodiment.
  • optical module 1 in the present embodiment has basically the same structure as that of the first embodiment and has the same effects.
  • the optical module 1 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the structure of the adapter 110.
  • the adapter 110 of the optical module 1 in the second embodiment has a pair of protruding regions 111 ⁇ / b> B. That is, one of the stems 10 is placed in a region corresponding to one side of the main body 111 having a rectangular planar shape and a region corresponding to the other side (side parallel to one side). A protruding region 111B is formed to protrude in a direction (perpendicular direction) intersecting the main surface 10A.
  • the projecting region formed additionally includes a region for fixing the optical module 1 to another member (for example, a region connected to a stud pin), and a region for attaching a cooling member for cooling the optical module 1 (for example, it can be used as a heat sink mounting area).
  • Embodiment 3 which is another embodiment of the optical module according to the present invention will be described.
  • 7 and 8 correspond to FIGS. 3 and 4 in the above embodiment, respectively.
  • optical module 1 in the present embodiment has basically the same structure as that of the first embodiment and has the same effects.
  • the optical module 1 of the third embodiment is different from that of the first embodiment in that a lens component 130 is connected to the adapter 110 instead of the pigtail 120 as an optical coupling component.
  • the optical module 1 includes a lens component 130 as an optical coupling component that is connected to the adapter 110 and into which light passing through the light path 112 is incident.
  • the lens component 130 includes a lens 132 and a holding member 131 that holds the lens 132 so as to surround the outer peripheral surface of the lens 132.
  • the lens 132 is a collimating lens, for example.
  • the holding member 131 has a cylindrical shape, and holds the lens 132 on the inner peripheral surface thereof.
  • the lens component 130 is arranged so that the incident surface of the lens 132 is located in a region corresponding to the light path 112.
  • one end surface of the holding member 131 and the outer peripheral surface of the main body 111 of the adapter 110 are joined by welding. Welding can be performed by spot welding, for example.
  • the light emitted from the emission window 41 enters the lens 132 of the lens component 130 through the light path 112 of the adapter 110 with reference to FIGS.
  • the light incident on the lens 132 is spot-converted and emitted from the lens 132 to the outside of the optical module 1.
  • FIG. 9 is a diagram showing a planar arrangement of the light forming unit and a cross section of the adapter and pigtail in a plane parallel to the main surface of the base plate of the light forming unit in the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 4 in the first embodiment.
  • the optical module 1 in the present embodiment basically has the same structure as that of the first embodiment and has the same effects.
  • the optical module 1 of the fourth embodiment is different from that of the first embodiment in that the light forming unit 20 further includes an infrared laser diode 101 as a fourth semiconductor light emitting element.
  • the light forming unit 20 further includes an infrared laser diode 101 as a fourth semiconductor light emitting element.
  • a flat plate-like fourth submount 102 is arranged on the second chip mounting region 64 formed on the base plate 60 in the fourth embodiment.
  • the fourth submount 102 is disposed on the side opposite to the second submount 72 when viewed from the third submount 73.
  • An infrared laser diode 101 as a fourth semiconductor light emitting element is disposed on the fourth submount 102.
  • the infrared laser diode 101 emits infrared light.
  • the wavelength of infrared light emitted from the infrared laser diode 101 is not particularly limited, but the infrared laser diode 101 is, for example, 700 nm band infrared light suitable for human motion sensing, 1100 nm suitable for material sensing.
  • a band, 1700 nm band infrared light, or the like can be emitted.
  • the height of the optical axis of the infrared laser diode 101 is adjusted by the fourth submount 102 and coincides with the height of the optical axes of the red laser diode 81, the green laser diode 82 and the blue laser diode 83.
  • a fourth lens holding portion 106 that is a convex portion is formed on the fourth lens holding unit 106.
  • the fourth lens 105 has a lens portion 105A whose surface is a lens surface.
  • the lens portion 105A and a region other than the lens portion 105A are integrally molded.
  • the fourth lens 105 may be made of glass or resin. The temperature change of the fourth lens 105 is suppressed together with the first lens 91, the second lens 92, and the third lens 93 by the electronic cooling module 30 having the same configuration as that of the first embodiment.
  • the central axis of the lens portion 105A of the fourth lens 105 is adjusted by the fourth lens holding portion 106 so as to coincide with the optical axis of the infrared laser diode 101.
  • the fourth lens 105 converts the spot size of the light emitted from the infrared laser diode 101.
  • the spot size of the light emitted from the infrared laser diode 101 by the fourth lens 105 is emitted from the red laser diode 81, the green laser diode 82, and the blue laser diode 83, and is converted by the corresponding lenses. Converted to match the spot size.
  • the third filter 107 is disposed on the base region 61 of the heel base plate 60.
  • the third filter 107 has a flat plate shape having principal surfaces parallel to each other.
  • the third filter 107 is, for example, a wavelength selective filter.
  • the third filter 107 is a dielectric multilayer filter.
  • the third filter 107 transmits red light, green light, and blue light, and reflects infrared light emitted from the infrared laser diode 101.
  • the first filter 97, the second filter 98, and the third filter 107 multiplex the light emitted from the red laser diode 81, the green laser diode 82, the blue laser diode 83, and the infrared laser diode 101.
  • the third filter 107 is disposed on the third protruding region 108 that is a convex portion formed on the base region 61.
  • infrared laser diode 101, lens portion 105 ⁇ / b> A of fourth lens 105, and third filter 107 are aligned on a straight line along the light emission direction of infrared laser diode 101 (in the Y-axis direction). Arranged side by side). That is, the emission direction of the red laser diode 81 intersects with the emission directions of the green laser diode 82, the blue laser diode 83, and the infrared laser diode 101. More specifically, the emission direction of the red laser diode 81 is orthogonal to the emission directions of the green laser diode 82, the blue laser diode 83, and the infrared laser diode 101.
  • the emission direction of the infrared laser diode 101 is a direction along the emission direction of the green laser diode 82 and the blue laser diode 83. More specifically, the emission direction of the infrared laser diode 101, the emission direction of the green laser diode 82, and the emission direction of the blue laser diode 83 are parallel.
  • the main surface of the third filter 107 is inclined with respect to the light emission direction of the red laser diode 81. More specifically, the main surface of the third filter 107 is inclined by 45 ° with respect to the light emission direction (X-axis direction) of the red laser diode 81.
  • the optical module 1 operates basically in the same manner as in the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be described.
  • the infrared light emitted from the infrared laser diode 101 proceeds along the optical path L 6 incident on the lens portion 105A of the fourth lens 105, the spot size of the light is converted .
  • infrared light emitted from the infrared laser diode 101 is converted into collimated light.
  • the infrared light whose spot size has been converted in the fourth lens 105 travels along the optical path L 6 and enters the third filter 107.
  • the third filter 107 transmits red light, green light, and blue light, and reflects infrared light. Therefore, the third filter 107 is multiplexed in the same manner as in the first embodiment and passes through the third filter 107. light, green light and blue light, and infrared light reflected by the third filter 107 are multiplexed, the protective member through the exit window 41 of the cap 40 proceeds further along the optical path L 7 To the outside. With reference to FIG. 9, the light emitted from the emission window 41 enters the fiber 125 of the pigtail 120 through the light transmission path 112 of the adapter 110. The light incident on the fiber 125 is guided to a desired location through the fiber 125 which is a waveguide.
  • the optical module 1 in addition to red, green and blue light, infrared light is combined and emitted from the optical module 1. Therefore, for example, visible light for drawing and infrared light for sensing can be emitted from the single optical module 1. Accordingly, for example, the optical module 1 can be used as a light source for performing visual depiction based on the sensing result while sensing the position of a human finger.
  • the submounts 71, 72, 73, 102 are made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of the laser diodes 81, 82, 83, 101 mounted on the submounts 71, 72, 73, 102. It can be made of AlN, SiC, Si, diamond or the like.
  • the optical coupling component connected to the adapter is not limited to this, and other light such as a diffuser plate, for example. It may be a coupling part.
  • the case where light from three or four semiconductor light emitting elements having different emission wavelengths is combined has been described.
  • the number of semiconductor light emitting elements may be one or two. It may be 5 or more.
  • all the semiconductor light emitting elements included in the light forming portion when all the semiconductor light emitting elements included in the light forming portion emit visible light, and when the one emitting visible light and the one emitting infrared light are combined
  • all of the semiconductor light emitting elements included in the light forming portion may emit infrared light.
  • a laser diode is employed as the semiconductor light emitting element
  • a light emitting diode may be employed as the semiconductor light emitting element.
  • wavelength selective filters are employed as the first filter 97, the second filter 98, and the third filter 107 has been illustrated, but these filters are, for example, polarization synthesis filters. May be.
  • optical module of the present application can be applied particularly advantageously to an optical module that is required to be compact.

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Abstract

コンパクト化と構成の自由度とを両立することが可能な光モジュールを提供する。光モジュール１は、光形成部２０と、出射窓４１を有し、光形成部２０を取り囲むように配置される保護部材１０，４０と、保護部材４０に接続され、出射窓４１を透過する光形成部２０からの光が通過する通光路１１２を有するアダプタ１１０と、アダプタ１１０に接続され、通光路１１２を通過する光が入射する光結合部品１２０と、を備える。光形成部２０は、半導体発光素子８１，８２，８３と、半導体発光素子８１，８２，８３から出射される光のスポットサイズを変換するレンズ９１，９２，９３と、を含む。光結合部品１２０は、光学部品１２５と、光学部品１２５を保持する保持部材１２３と、を含む。保持部材１２３とアダプタ１１０とが接続されている。

Description

光モジュール
  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
  上述のような光モジュールの更なる普及や用途拡大のためには、光モジュールのコンパクト化が重要である。一方、光モジュールには、その用途に合わせて種々のレンズやピグテールなどの光結合部品を含む構成が求められる。しかし、光モジュールのコンパクト化は、これらの光結合部品の取り付け位置を制限し、光モジュールの構成の自由度を低下させるという問題がある。
  そこで、コンパクト化と構成の自由度とを両立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、保護部材に接続され、出射窓を透過する光形成部からの光が通過する通光路を有するアダプタと、アダプタに接続され、上記通光路を通過する光が入射する光結合部品と、を備える。光形成部は、半導体発光素子と、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レンズと、を含む。光結合部品は、光学部品と、光学部品を保持する保持部材と、を含む。そして、上記保持部材と上記アダプタとが接続されている。
  上記光モジュールによれば、コンパクト化と構成の自由度とを両立することができる。
実施の形態１における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における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における光モジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略図である。 実施の形態２における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２における光モジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略断面図である。 実施の形態３における光モジュールの構造を示す概略図である。 実施の形態４における光モジュールの構造を示す概略図である。
  ［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、保護部材に接続され、出射窓を透過する光形成部からの光が通過する通光路を有するアダプタと、アダプタに接続され、上記通光路を通過する光が入射する光結合部品と、を備える。光形成部は、半導体発光素子と、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レンズと、を含む。光結合部品は、光学部品と、光学部品を保持する保持部材と、を含む。そして、上記保持部材と上記アダプタとが接続されている。
  本願の光モジュールは、半導体発光素子およびレンズを含む光形成部が単一の保護部材により取り囲まれた構造、すなわち単一のパッケージ内に半導体発光素子およびレンズが搭載された構造を有している。このような光モジュールがコンパクト化されている場合、追加的な光結合部品（ピグテール、レンズなど）の取り付け位置が制限される。そのため、追加的な光結合部品の取り付けが困難となる場合がある。本願の光モジュールにおいては、光形成部からの光が通過する通光路を有するアダプタが保護部材に接続され、さらに当該アダプタに光結合部品の保持部材が接続されている。このように保護部材に接続されたアダプタを介して光結合部品を保持する構造を採用することにより、光モジュールのコンパクト化を大きく阻害することなく、所望の追加的な光結合部品を含む光モジュールを提供することができる。すなわち、本願の光モジュールによれば、コンパクト化と構成の自由度とを両立することができる。
  上記光モジュールにおいて、上記保護部材と上記アダプタとは溶接により接続されていてもよい。このようにすることにより、保護部材とアダプタとを強固に接続することができる。
  上記光モジュールにおいて、上記保持部材と上記アダプタとは溶接により接続されていてもよい。このようにすることにより、保持部材とアダプタとを強固に接続することができる。
  上記光モジュールにおいて、上記光形成部は、上記保護部材によりハーメチックシールされていてもよい。このようにすることにより、半導体発光素子の寿命を長くすることができる。
  上記光モジュールにおいて、上記半導体発光素子は、赤外光を出射するものであってもよい。このようにすることにより、光モジュールを、たとえばセンシング用途に使用可能なものとすることができる。
  上記光モジュールにおいて、光形成部は、複数の半導体発光素子と、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複数のレンズと、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、上記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］
  （実施の形態１）
  次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態である実施の形態１を、図を参照しつつ説明する。図２は、図１のキャップ４０、アダプタ１１０およびピグテール１２０を取り外した状態に対応する図である。また、図３は、図１および図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面に対応する図である。また、図４は、光形成部の平面的構造と光形成部のベース板の主面に平行な平面におけるアダプタおよびピグテールの断面とを示す図である。
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、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５１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。ステム１０およびキャップ４０は、平面的に見て長方形状の形状を有している。
  光モジュール１は、保護部材であるキャップ４０に接続され、出射窓４１を透過する光形成部２０からの光が通過する通光路１１２を有するアダプタ１１０と、アダプタ１１０に接続され、通光路１１２を通過する光が入射する光結合部品としてのピグテール１２０とをさらに備えている。
  図１を参照して、アダプタ１１０は、環状の本体部１１１を含む。本体部１１１の内周面１１１Ａは、キャップ４０の外周面（ステム１０の一方の主面１０Ａに交差する方向に延びる面）に対応する形状を有している。本体部１１１の内周面１１１Ａにより取り囲まれる領域は、平面的に見て長方形状の形状を有している。本体部１１１の外周面により取り囲まれる領域は、平面的に見て長方形状の形状を有している。長方形状の平面形状を有する本体部１１１の一の辺に対応する領域には、ステム１０の一方の主面１０Ａに交差する方向（垂直な方向）に突出する突出領域１１１Ｂが形成されている。突出領域１１１Ｂに対応する本体部１１１の領域には、外周面から内周面１１１Ａまで貫通する貫通孔である通光路１１２が形成されている。突出領域１１１Ｂに対応する本体部１１１の外周面は、光結合部品としてのピグテール１２０を取り付けるための取付面として機能する。本体部１１１の内周面１１１Ａがキャップ４０の外周面を取り囲むように、アダプタ１１０は配置される。通光路１１２が出射窓４１に対応する領域に位置するように、アダプタ１１０は配置される。本実施の形態において、アダプタ１１０の本体部１１１の内周面１１１Ａとキャップ４０の外周面とは、溶接により接合されている。溶接は、たとえばＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザ溶接により実施することができる。
  ピグテール１２０は、ファイバ（光ファイバ導波路）１２５と、ファイバ１２５を保持する保持部材１２３と、を含んでいる。保持部材１２３は、円盤状の形状を有するベース部１２１と、ベース部１２１の一方の端面上に接続され、円錐台状の形状を有する本体部１２２とを含んでいる。ベース部１２１の中心軸と本体部１２２の中心軸とが一致するように、ベース部１２１に対して本体部１２２が配置される。ベース部１２１および本体部１２２の中心軸を含む領域にはベース部１２１および本体部１２２を軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔にファイバ１２５が挿入されている。つまり、ファイバ１２５は、ベース部１２１および本体部１２２の中心軸を含む領域に沿って保持部材１２３に挿入されることにより、保持部材１２３によって保持されている。ファイバ１２５の端面が通光路１１２に対応する領域に位置するように、ピグテール１２０は配置される。本実施の形態において、保持部材１２３のベース部１２１の他方の端面１２１Ｂとアダプタ１１０の本体部１１１の外周面とは、溶接により接合されている。溶接は、たとえばスポット溶接により実施することができる。
  図２～図４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、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。ベース板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半導体発光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半導体発光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半導体発光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（ベース板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。
  ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第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、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９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、ガラスからなっていてもよいし、樹脂からなっていてもよい。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。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、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が一致するようにスポットサイズが変換される。
  ベース板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、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４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。
  図２を参照して、光形成部２０は、電子冷却モジュール３０を含む。電子冷却モジュール３０は、ステム１０とベース板６０との間に配置される。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３１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、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２、青色レーザダイオード８３、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３などの温度変化が抑制される。本願の光モジュールにおいて電子冷却モジュールは必須の構成ではないが、本実施の形態においては電子冷却モジュール３０を備えることにより、温度変化に起因す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から出射される光の波長の変化、および温度変化に起因する第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３の屈折率の変化などを抑制することができる。
  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および図４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Ｌ１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Ｌ１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Ｌ２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Ｌ３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って保護部材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Ｌ４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Ｌ４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Ｌ２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Ｌ２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Ｌ３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って保護部材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Ｌ５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Ｌ５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Ｌ３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Ｌ３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って保護部材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。出射窓４１から出射した光は、図３および図４を参照して、アダプタ１１０の通光路１１２を通ってピグテール１２０のファイバ１２５に入射する。そして、ファイバ１２５に入射した光は、導波路であるファイバ１２５を通って所望の場所へと導かれる。
  ここで、本実施の形態における光モジュール１においては、光形成部２０からの光が通過する通光路１１２を有するアダプタ１１０がキャップ４０に接続され、さらにアダプタ１１０に光結合部品であるピグテール１２０の保持部材１２３が接続されている。このように保護部材であるキャップ４０に接続されたアダプタ１１０を介して光結合部品を保持する構造を採用することにより、光モジュール１のコンパクト化を大きく阻害することなく、所望の追加的な光結合部品であるピグテール１２０を含む光モジュール１を構成することができる。このように、本実施の形態の光モジュール１においては、コンパクト化と構成の自由度とが両立されている。
  （実施の形態２）
  次に、本発明にかかる光モジュールの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の構造を示す概略斜視図である。また、図６は図５の線分ＶＩ－ＶＩに沿う概略断面図である。図５および図６は、上記実施の形態１における図１および図３に対応する。図５および図６ならびに図１および図３を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、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の光モジュール１では、アダプタ１１０の構造において実施の形態１の場合とは異なっている。
  具体的には、図５および図６を参照して、実施の形態２における光モジュール１のアダプタ１１０は、一対の突出領域１１１Ｂを有している。すなわち、長方形状の平面形状を有する本体部１１１の一の辺に対応する領域および一の辺に対向する他の辺（一の辺に平行な辺）に対応する領域に、ステム１０の一方の主面１０Ａに交差する方向（垂直な方向）に突出する突出領域１１１Ｂが形成されている。追加的に形成された突出領域は、光モジュール１を他の部材に対して固定するための領域（たとえばスタッドピンとの接続領域）、光モジュール１を冷却するための冷却部材を取り付けるための領域（たとえばヒートシンクの取付領域）などとして使用することができる。
  （実施の形態３）
  次に、本発明にかかる光モジュールの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７および図８は、それぞれ上記実施の形態における図３および図４に対応する。
図７および図８ならびに図３および図４を参照して、本実施の形態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３の光モジュール１では、光結合部品としてピグテール１２０に代えてレンズ部品１３０がアダプタ１１０に接続されている点において実施の形態１の場合とは異なっている。
  図７および図８を参照して、実施の形態３における光モジュール１は、アダプタ１１０に接続され、通光路１１２を通過する光が入射する光結合部品としてのレンズ部品１３０を備えている。レンズ部品１３０は、レンズ１３２と、レンズ１３２の外周面を取り囲むようにレンズ１３２を保持する保持部材１３１と、を含んでいる。レンズ１３２は、たとえばコリメートレンズである。保持部材１３１は、筒状の形状を有し、その内周面においてレンズ１３２を保持する。レンズ１３２の入射面が通光路１１２に対応する領域に位置するように、レンズ部品１３０は配置される。本実施の形態において、保持部材１３１の一方の端面とアダプタ１１０の本体部１１１の外周面とが、溶接により接合されている。
溶接は、たとえばスポット溶接により実施することができる。
  本実施の形態の光モジュール１においては、出射窓４１から出射した光は、図７および図８を参照して、アダプタ１１０の通光路１１２を通ってレンズ部品１３０のレンズ１３２に入射する。そして、レンズ１３２に入射した光は、スポット変換され、レンズ１３２から光モジュール１の外部へと出射する。
  （実施の形態４）
  次に、本発明にかかる光モジュールの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９は、実施の形態４における光形成部の平面的配置と光形成部のベース板の主面に平行な平面におけるアダプタおよびピグテールの断面とを示す図である。図９は、実施の形態１における図４に対応する図である。図９および図４を参照して、本実施の形態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４の光モジュール１においては、光形成部２０が第４半導体発光素子としての赤外レーザダイオード１０１をさらに含む点において、実施の形態１の場合とは異なっている。以下、実施の形態４において実施の形態１とは異なる点について説明する。
  図９を参照して、実施の形態４におけるベース板６０に形成された第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第４サブマウント１０２が配置されている。第３サブマウント７３から見て、第２サブマウント７２とは反対側に第４サブマウント１０２が配置される。そして、第４サブマウント１０２上には、第４半導体発光素子としての赤外レーザダイオード１０１が配置されている。赤外レーザダイオード１０１は、赤外光を出射する。赤外レーザダイオード１０１から出射される赤外光の波長は特に限定されないが、赤外レーザダイオード１０１は、たとえば人の動きのセンシングに適した７００ｎｍ帯の赤外光、物質のセンシングに適した１１００ｎｍ帯や１７００ｎｍ帯の赤外光などを出射するものとすることができる。赤外レーザダイオード１０１の光軸の高さは、第４サブマウント１０２により調整されて、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の光軸の高さと一致している。
  ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第４レンズ保持部１０６が形成されている。そして、第４レンズ保持部１０６上には、第４レンズ１０５が配置されている。
第４レンズ１０５は、表面がレンズ面となっているレンズ部１０５Ａを有している。第４レンズ１０５は、レンズ部１０５Ａとレンズ部１０５Ａ以外の領域とが一体成型されている。第４レンズ１０５は、上記第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３と同様に、ガラスからなっていてもよいし、樹脂からなっていてもよい。第４レンズ１０５は、実施の形態１の場合と同様の構成を有する電子冷却モジュール３０により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３とともにその温度変化が抑制される。第４レンズ保持部１０６により、第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａの中心軸、すなわちレンズ部１０５Ａの光軸は、赤外レーザダイオード１０１の光軸に一致するように調整されている。第４レンズ１０５は、赤外レーザダイオード１０１から出射される光のスポットサイズを変換する。第４レンズ１０５により、赤外レーザダイオード１０１から出射される光のスポットサイズが、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、それぞれに対応するレンズにより変換された光のスポットサイズに一致するように変換される。
  ベース板６０のベース領域６１上には、第３フィルタ１０７が配置される。第３フィルタ１０７は、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３フィルタ１０７は、たとえば波長選択性フィルタである。第３フィルタ１０７は、誘電体多層膜フィルタである。第３フィルタ１０７は、赤色の光、緑色の光および青色の光を透過し、赤外レーザダイオード１０１から出射される赤外光を反射する。その結果、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ１０７は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１から出射された光を合波する。第３フィルタ１０７は、ベース領域６１上に形成された凸部である第３突出領域１０８上に配置される。
  図９を参照して、赤外レーザダイオード１０１、第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａおよび第３フィルタ１０７は、赤外レーザダイオード１０１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、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１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、青色レーザダイオード８３および赤外レーザダイオード１０１の出射方向とは直交する。赤外レーザダイオード１０１の出射方向は、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の出射方向に沿った方向である。より具体的には、赤外レーザダイオード１０１の出射方向、緑色レーザダイオード８２の出射方向および青色レーザダイオード８３の出射方向は平行である。第３フィルタ１０７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３フィルタ１０７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、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。本実施の形態の光モジュール１は、実施の形態１の場合と基本的には同様に動作する。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。図９を参照して、赤外レーザダイオード１０１から出射された赤外光は、光路Ｌ６に沿って進行して第４レンズ１０５のレンズ部１０５Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤外レーザダイオード１０１から出射された赤外光がコリメート光に変換される。第４レンズ１０５においてスポットサイズが変換された赤外光は、光路Ｌ６に沿って進行し、第３フィルタ１０７に入射する。第３フィルタ１０７は赤色の光、緑色の光および青色の光を透過し、赤外光を反射するため、上記実施の形態１の場合と同様に合波され、第３フィルタ１０７を透過した赤色の光、緑色の光および青色の光と、第３フィルタ１０７で反射された赤外光とが合波され、光路Ｌ７に沿ってさらに進行してキャップ４０の出射窓４１を通って保護部材の外部へと出射する。出射窓４１から出射した光は、図９を参照して、アダプタ１１０の通光路１１２を通ってピグテール１２０のファイバ１２５に入射する。そして、ファイバ１２５に入射した光は、導波路であるファイバ１２５を通って所望の場所へと導かれる。
  本実施の形態における光モジュール１では、赤色、緑色および青色の光に加えて赤外光が合波されて光モジュール１から出射される。そのため、たとえば描画用の可視光とセンシング用の赤外光とを単一の光モジュール１から出射することができる。これにより、たとえば人の指の位置のセンシングを実施しつつ、センシングの結果の基づいた視覚描写を実施するための光源として光モジュール１を使用することができる。
  なお、ベース板６０および保護部材であるステム１０を構成する材料としては、たとえば熱伝導率の高い材料である鉄合金、または銅合金を採用することができる。また、サブマウント７１，７２，７３，１０２は、サブマウント７１，７２，７３，１０２上に搭載されるレーザダイオード８１，８２，８３，１０１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。
  上記実施の形態においては、光結合部品の一例としてピグテールおよびレンズ部品がアダプタに接続される場合について説明したが、アダプタに接続される光結合部品はこれに限られず、たとえば拡散板など他の光結合部品であってもよい。また、上記実施の形態においては、３個または４個の出射波長の異なる半導体発光素子からの光が合波される場合について説明したが、半導体発光素子は１個または２個であってもよく、５個以上であってもよい。さらに、上記実施の形態においては、光形成部に含まれる半導体発光素子が全て可視光を出射するものである場合、および可視光を出射するものと赤外光を出射するものとが組み合わされる場合について説明したが、光形成部に含まれる半導体発光素子が全て赤外光を出射するものであってもよい。また、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、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、第２フィルタ９８および第３フィルタ１０７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。
  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、請求の範囲によって規定され、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、コンパクト化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  一方の主面、１０Ｂ  他方の主面、２０  光形成部、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、４１  出射窓、５１  リードピン、６０  ベース板、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突出領域、８９  第２突出領域、９１  第１レンズ、９２  第２レンズ、９３  第３レンズ、９１Ａ　レンズ部、９２Ａ　レンズ部、９３Ａ　  レンズ部、９７  第１フィルタ、９８  第２フィルタ、１０１  赤外レーザダイオード、１０２  第４サブマウント、１０５  第４レンズ、１０５Ａ  レンズ部、１０６  第４レンズ保持部、１０７  第３フィルタ、１０８  第３突出領域、１１０  アダプタ、１１１  本体部、１１１Ａ  内周面、１１１Ｂ  突出領域、１１２  通光路、１２０  ピグテール、１２１  ベース部、１２１Ｂ  他方の主面、１２２  本体部、１２３  保持部材、１２５  ファイバ、１３０  レンズ部品、１３１  保持部材、１３２  レンズ

Claims (8)

  1.   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、
      前記保護部材に接続され、前記出射窓を透過する前記光形成部からの光が通過する通光路を有するアダプタと、
      前記アダプタに接続され、前記通光路を通過する光が入射する光結合部品と、を備え、
      前記光形成部は、
      半導体発光素子と、
      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レンズと、を含み、
      前記光結合部品は、
      光学部品と、
      前記光学部品を保持する保持部材と、を含み、
      前記保持部材と前記アダプタとが接続されている、光モジュール。
  2.   前記保護部材と前記アダプタとは溶接により接続されている、請求項１に記載の光モジュール。
  3.   前記保持部材と前記アダプタとは溶接により接続されている、請求項１または２に記載の光モジュール。
  4.   前記光形成部は、前記保護部材によりハーメチックシールされている、請求項１～３のいずれか１項に記載の光モジュール。
  5.   前記半導体発光素子は、赤外光を出射する、請求項１～４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  6.   前記光形成部は、
      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配置される複数の前記レンズと、
      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１～５のいずれか１項に記載の光モジュール。
  7.   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６に記載の光モジュール。
  8.   前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項１～７のいずれか１項に記載の光モジュール。
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