WO2017188097A1 - 光モジュール - Google Patents

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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.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-93101
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-328895
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-17925. No.
  • Patent Document 4 JP-A-2007-65600
  • An optical module includes a light forming portion that forms light, and a protective member that has an exit window that transmits light from the light forming portion and is disposed so as to surround the light forming portion.
  • the light forming section is mounted on the base member, the plurality of semiconductor light emitting elements mounted on the base member and emitting light of different wavelengths, and mounted on the base member, and directly receives the divergent light from the plurality of semiconductor light emitting elements.
  • a filter that multiplexes coaxially.
  • 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. 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 cross-sectional view showing the structure of an optical module in Embodiment 4.
  • 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. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an optical module in Embod
  • Miniaturization of the optical module is important for further spread of optical modules and expansion of applications. Further, in an optical module, there is a demand for, for example, emitting light of a plurality of colors from one optical module by combining and emitting light having different wavelengths. However, there is a problem in that miniaturization of the optical module is hindered when a structure capable of combining and emitting lights having different wavelengths is employed.
  • an object is to provide an optical module that can combine and emit light having different wavelengths while achieving miniaturization.
  • optical module of the present disclosure it is possible to provide an optical module that can combine and emit light having different wavelengths while achieving downsizing.
  • the optical module of the present application includes a light forming portion that forms light, and a protective member that has an exit window that transmits light from the light forming portion and is disposed so as to surround the light forming portion.
  • the light forming section is mounted on the base member, the plurality of semiconductor light emitting elements mounted on the base member and emitting light of different wavelengths, and mounted on the base member, and directly receives the divergent light from the plurality of semiconductor light emitting elements.
  • a filter that multiplexes coaxially.
  • the optical module of the present application light from a plurality of semiconductor light emitting elements that emit light of different wavelengths is coaxially multiplexed in a filter. Thereby, lights having different wavelengths can be combined and emitted from the optical module.
  • the filter the divergent light from the semiconductor light emitting element is multiplexed. That is, in the filter, light from a plurality of semiconductor light emitting elements is coaxially multiplexed without being converted into collimated light by the lens. Therefore, it is not necessary to arrange a lens between the semiconductor light emitting element and the filter. As a result, downsizing can be achieved.
  • the filter for example, a wavelength selective filter, a polarization synthesis filter, or the like can be employed.
  • divergent light emitted from the semiconductor element may be transmitted through the filter without being passed through the lens, or reflected by the filter.
  • Such a configuration can be employed in the optical module.
  • the optical module may further include a lens that is installed in the exit window and converts a spot size of divergent light from the plurality of semiconductor light emitting elements that are coaxially multiplexed. By doing in this way, the light of a desired spot size can be obtained, maintaining a compact shape.
  • the lens installed on the exit window may be a spherical lens.
  • the spherical lens is suitable as a lens installed on the exit window.
  • the optical module may further include a holding member that is installed on the protection member and holds an optical component on which light emitted from the emission window is incident. By doing so, it is possible to easily attach an optical component such as a lens or an optical fiber waveguide while maintaining a compact shape.
  • the optical module may further include an optical component that is held by the holding member.
  • the optical component may be an optical fiber waveguide.
  • the optical component may be a lens. Such a configuration can be employed in the optical module.
  • 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 of FIG. 1 is removed.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • an optical module 1 includes a stem 10 having a disk shape and a light forming portion 20 that is disposed on one main surface 10A of the stem 10 and forms light. And a plurality of lead pins 51 arranged in contact with one main surface 10A of the stem 10 so as to cover the light forming portion 20 and projecting on both sides of the one main surface 10A side and the other main surface 10B side.
  • the stem 10 and the cap 40 are welded, for example, by a technique such as YAG (Yittrium Aluminum Garnet) laser welding, resistance welding, or the like, and are in an airtight state. That is, the light forming unit 20 is hermetically sealed by the stem 10 and the cap 40.
  • the 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 and dry nitrogen.
  • the cap 40 is formed with an emission window 41 that is a through hole that transmits light from the light forming unit 20.
  • a transmission plate 42 that has a flat plate shape (disk shape) whose main surfaces are parallel to each other and transmits light formed in the light forming unit 20 is disposed.
  • the transmission plate 42 is made of glass, for example.
  • the stem 10 and the cap 40 constitute a protective member.
  • the light forming unit 20 includes a base block 60 which is a base member having a semi-cylindrical shape.
  • the base block 60 has a mounting surface 60A having a rectangular shape.
  • the base block 60 is fixed to one main surface 10A of the stem 10 at the bottom surface having a semicircular shape. More specifically, the mounting surface 60 ⁇ / b> A is disposed vertically so as to intersect the one main surface 10 ⁇ / b> A of the stem 10.
  • One main surface 10A and the other main surface 10B of the stem 10 are along the XY plane.
  • the mounting surface 60A is along the XZ plane.
  • a flat plate-like first submount 71 is disposed on the mounting surface 60A.
  • a first laser diode 81 is disposed on the first submount 71.
  • the first laser diode 81 emits red light.
  • the first submount 71 and the first laser diode 81 are arranged such that light from the first laser diode 81 is emitted along one side of the mounting surface 60A.
  • a flat plate-like second submount 72 is disposed on the mounting surface 60A.
  • a second laser diode 82 is disposed on the second submount 72.
  • the second laser diode 82 emits green light.
  • the second submount 72 and the second laser diode 82 are arranged such that light from the second laser diode 82 is emitted along another side that intersects the one side of the mounting surface 60A.
  • the second submount 72 and the second laser diode 82 are arranged such that light from the second laser diode 82 is emitted in a direction (perpendicular direction) intersecting with the light from the first laser diode 81.
  • a flat plate-like third submount 73 is disposed on the mounting surface 60A.
  • a third laser diode 83 is disposed on the third submount 73.
  • the third laser diode 83 emits blue light.
  • the third submount 73 and the third laser diode 83 are arranged such that light from the third laser diode 83 is emitted along the other side of the mounting surface 60A.
  • the third submount 73 and the third laser diode 83 are arranged so that light from the third laser diode 83 is emitted in a direction (perpendicular direction) intersecting with the light from the first laser diode 81.
  • the light from the third laser diode 83 is in a direction along the light from the second laser diode 82 (a direction parallel to the light from the second laser diode 82). It arrange
  • first laser diode 81, second laser diode 82, and third laser diode 83 are adjusted by the first submount 71, the second submount 72, and the third submount 73 to coincide with each other.
  • the first laser diode 81 emits light in the Z direction.
  • the second laser diode 82 and the third laser diode 83 emit light in the X direction.
  • the light emission direction of the first laser diode 81 and the light emission direction of the second laser diode 82 and the third laser diode 83 intersect each other.
  • the light emission direction of the first laser diode 81 is orthogonal to the light emission directions of the second laser diode 82 and the third laser diode 83.
  • the main surfaces of the submount 71 are parallel to each other.
  • the first filter 91 is disposed in a region on the mounting surface 60A corresponding to the position where the light emitted from the first laser diode 81 and the light emitted from the second laser diode 82 intersect.
  • the second filter 92 is disposed in a region on the mounting surface 60A corresponding to the position where the light emitted from the first laser diode 81 and the light emitted from the third laser diode 83 intersect.
  • the first filter 91 and the second filter 92 each have a flat plate shape having principal surfaces parallel to each other.
  • the first filter 91 and the second filter 92 are, for example, wavelength selective filters.
  • the first filter 91 and the second filter 92 are dielectric multilayer filters.
  • the first filter 91 transmits red light and reflects green light.
  • the second filter 92 transmits red light and green light, and reflects blue light.
  • the first filter 91 and the second filter 92 selectively transmit and reflect light having a specific wavelength.
  • the first filter 91 and the second filter 92 multiplex the light emitted from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83.
  • the main surfaces of the first filter 91 and the second filter 92 are inclined with respect to the Z direction and the X direction. More specifically, the main surfaces of the first filter 91 and the second filter 92 are in the Z direction (the emission direction of the first laser diode 81) and the X direction (the emission direction of the second laser diode 82 and the third laser diode 83). ) With an inclination of 45 °.
  • the light emitted from the first laser diode 81 reaches the first filter 91 and the second filter 92 without passing through the lens.
  • the light emitted from the second laser diode 82 reaches the first filter 91 and the second filter 92 without passing through the lens.
  • the light emitted from the third laser diode 83 reaches the second filter 92 without passing through the lens. That is, no lens is disposed between the first laser diode 81 and the first filter 91. Further, no lens is disposed between the second laser diode 82 and the first filter 91. Further, no lens is disposed between the third laser diode 83 and the second filter 92. Light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 reaches the emission window 41 without passing through the lens.
  • the red light emitted from first laser diode 81 travels along optical path L ⁇ b> 1 and enters first filter 91. Since the first filter 91 transmits red light, the light emitted from the first laser diode 81 further travels along the optical path L 2 and enters the second filter 92. The second filter 92 for transmitting the red light, the light emitted from the first laser diode 81 further proceeds along the optical path L 3, a transparent plate 42 disposed on the exit window 41 of the cap 40 The light passes through and is emitted to the outside of the optical module 1.
  • the green light emitted from the second laser diode 82 travels along the optical path L 4 and enters the first filter 91.
  • the first filter 91 for reflecting green light, the light emitted from the second laser diode 82 joins the optical path L 2.
  • green light are multiplexed to a red light and a coaxial, along the optical path L 2 progresses, is incident on the second filter 92.
  • the second filter 92 for transmitting the green light, the light emitted from the second laser diode 82 is further advanced along the optical path L 3, a transparent plate 42 disposed on the exit window 41 of the cap 40 The light passes through and is emitted to the outside of the optical module 1.
  • the blue light emitted from the third laser diode 83 travels along the optical path L 5 and enters the second filter 92.
  • the second filter 92 for reflecting the blue light, the light emitted from the third laser diode 83 joins the optical path L 3.
  • the blue light is combined with red light and green light, along the optical path L 3 proceeds through the transmission plate 42 disposed on the exit window 41 of the cap 40 of the optical module 1 to the outside And exit.
  • the light formed by combining the red, green and blue lights is emitted from the emission window 41 of the cap 40.
  • the light emitted from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 is divergent light.
  • the first filter 91 and the second filter 92 coaxially multiplex the light reaching the first filter 91 and the second filter 92 without passing through the lens. That is, the first filter 91 and the second filter 92 directly receive the divergent light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 and multiplex them coaxially.
  • first, first submount 71, second submount 72 and third submount 73, first laser diode 81, second laser diode 82 and third laser diode are mounted on mounting surface 60A of base block 60. 83 is fixed and an electrical connection is formed.
  • the first filter 91 and the second filter 92 are held on an area in the mounting surface 60A where the first filter 91 and the second filter 92 are to be installed using an adhesive made of, for example, an ultraviolet curable resin. .
  • the first filter 91 and the second filter 92 are held by the adhesive force of the adhesive, but are not completely fixed.
  • the first laser diode 81 is made to emit light with a reference lens disposed on the side opposite to the stem 10 when viewed from the base block 60. Thereby, the light (diverging light) from the first laser diode 81 is converted into collimated light by the reference lens.
  • the first laser diode 81 converted into collimated light is received by, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera, and the received position is set as a reference point.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the energization to the first laser diode 81 is stopped and the second laser diode 82 is energized to emit light.
  • the light from the second laser diode 82 is converted into collimated light by the reference lens and then received by the CCD camera.
  • the first filter 91 is adjusted so that the light from the second laser diode 82 matches the reference point.
  • the energization to the second laser diode 82 is stopped and the third laser diode 83 is energized to emit light.
  • the light from the third laser diode 83 is converted into collimated light by the reference lens and then received by the CCD camera.
  • the second filter 92 is adjusted so that the light from the third laser diode 83 matches the reference point.
  • the first filter 91 and the second filter 92 are fixed by irradiating the ultraviolet curable resin, which is an adhesive, with ultraviolet rays and curing.
  • the positions and orientations of the first filter 91 and the second filter 92 are adjusted so that divergent light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 are coaxially combined. Is done. Thereafter, the cap 40 is attached to the stem 10.
  • the light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 that emits light of different wavelengths is coaxial in the first filter 91 and the second filter 92. To be combined. As a result, light having different wavelengths can be multiplexed and light of a desired color can be emitted from the optical module 1. Further, in the first filter 91 and the second filter 92, the divergent light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 is multiplexed.
  • the optical module 1 of the present embodiment is an optical module that can combine and emit light having different wavelengths while achieving downsizing.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical module in the second embodiment. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 of 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 according to the second embodiment is different from that according to the first embodiment in that a lens is disposed at the exit window 41.
  • a spherical lens 43 is installed as a collimating lens in the exit window 41.
  • the divergent light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 that are coaxially combined in the first filter 91 and the second filter 92 is converted into collimated light by the spherical lens 43. And emitted from the optical module 1.
  • an optical module can be used as compared with the case where a lens is arranged on the mounting surface 60A so as to correspond to each of the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83. Collimated light can be emitted from the optical module 1 while downsizing the optical module 1.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical module according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 of 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 according to the third embodiment is installed on the cap 40 that is a protective member, and serves as a holding member for holding the optical fiber waveguide 101 as an optical component on which light emitted from the emission window 41 enters.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the base body 44 and the fiber holding member 45 are further provided.
  • the base body 44 has a hollow cylindrical shape.
  • the base body 44 is attached to the outer wall of the cap 40 so that the hollow portion 44 ⁇ / b> A corresponds to the emission window 41 at one end face.
  • the fiber holding member 45 has a truncated cone shape having a through hole 45A so as to include the central axis.
  • the fiber holding member 45 is attached to the end surface of the bottom surface opposite to the side connected to the cap 40 so that the through hole 45A corresponds to the hollow portion 44A of the base body 44.
  • the optical fiber waveguide 101 is held by the fiber holding member 45 by inserting the optical fiber waveguide 101 into the through hole 45A.
  • a spherical lens 49 is installed in the exit window 41 as a condenser lens.
  • the diverging light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 that are coaxially combined in the first filter 91 and the second filter 92 is collected by the spherical lens 49, The light enters the optical fiber waveguide 101.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical module in the fourth embodiment. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the 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 fourth embodiment is installed in a cap 40 that is a protective member, and serves as a holding member for holding the aspherical lens 102 as an optical component on which light emitted from the emission window 41 enters.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that a base body 46 and a lens holding member 47 are further provided.
  • the base body 46 has a hollow cylindrical shape.
  • the base body 46 is attached to the outer wall of the cap 40 so that the hollow portion 46 ⁇ / b> A corresponds to the emission window 41 at one end surface.
  • the lens holding member 47 has a hollow cylindrical shape.
  • the lens holding member 47 is attached to an end surface of one end surface opposite to the side connected to the cap 40 so that the hollow portion 47A corresponds to the hollow portion 46A of the base body 46.
  • the divergent light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 that are coaxially combined in the first filter 91 and the second filter 92 is collimated by the aspherical lens 102. Converted. By adopting such a structure, it is possible to obtain collimated light adjusted to a desired color while miniaturizing the optical module 1.
  • the submount is made of a material having a thermal expansion coefficient close to that of an element mounted on the submount.
  • the submount is made of AlN (aluminum nitride), SiC (silicon carbide), Si (silicon), diamond, or the like.
  • the stem and the cap for example, iron, copper or the like having a high thermal conductivity may be adopted, AlN (aluminum nitride), CuW (copper tungsten), CuMo (copper molybdenum). Etc. may be adopted.
  • the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 are arranged such that the first laser diode 81, the second laser diode 81 and the third laser diode 83 are arranged when a lens is disposed at the exit window 41 or outside the exit window 41. It is preferable that the light beams from the second laser diode 83 and the third laser diode 83 are arranged so as to have the same spot size or in the same focal position. More specifically, the refractive index is large (short wavelength) so that the light from the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 is converted into the same spot size by the lens.
  • the first laser diode 81, the second laser diode 82, and the third laser diode 83 are arranged so that the length of the optical path from the diode 81 to the lens is shorter than the length of the optical path from the second laser diode 82 to the lens. It is preferred that
  • Embodiments 1 to 4 are examples of the structure of the optical module of the present application.
  • the case where the light from the three laser diodes is combined has been described.
  • the light from the two laser diodes may be combined, or from four or more laser diodes. May be combined.
  • the case where a laser diode is employed as an example of the semiconductor light emitting element has been described.
  • a light emitting diode may be employed as the semiconductor light emitting element.
  • 1 optical module 10 stem, 10A, 10B main surface, 20 light forming part, 40 cap, 41 exit window, 42 transmission plate, 43 spherical lens, 44 base body, 44A hollow part, 45 fiber holding member, 45A through hole, 46 base body, 46A hollow portion, 47 lens holding member, 47A hollow portion, 49 spherical lens, 51 lead pin, 60 base block, 60A mounting surface, 71 first submount, 72 second submount, 73 third submount, 81 1st laser diode, 82 2nd laser diode, 83 3rd laser diode, 91 1st filter, 92 2nd filter, 101 optical fiber waveguide, 102 aspherical lens.

Abstract

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、ベース部材と、ベース部材上に搭載され、異なる波長の光を出射する複数の半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、複数の半導体発光素子からの発散光を直接受けて同軸に合波するフィルタと、を含む。

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。
　本出願は、２０１６年４月２５日出願の日本出願第２０１６－０８６７２１号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　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、特開２００９－９３１０１号公報（特許文献１）、特開２００７－３２８８９５号公報（特許文献２）、特開２００７－１７９２５号公報（特許文献３）および特開２００７－６５６００号公報（特許文献４）参照）。
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
　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、ベース部材と、ベース部材上に搭載され、異なる波長の光を出射する複数の半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子からの発散光を直接受けて同軸に合波するフィルタと、を含む。
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４における光モジュールの構造を示す概略断面図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　光モジュールの更なる普及や用途拡大のためには、光モジュールの小型化が重要である。また、光モジュールにおいては、波長の異なる光を合波して出射することにより、たとえば複数の色の光を一の光モジュールから出射することに対する要求がある。しかし、波長の異なる光を合波して出射可能な構造を採用すると、光モジュールの小型化が妨げられるという問題がある。
　そこで、小型化を達成しつつ波長の異なる光を合波して出射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。
　［本開示の効果］
　本開示の光モジュールによれば、小型化を達成しつつ波長の異なる光を合波して出射可能な光モジュールを提供することができる。
　［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、ベース部材と、ベース部材上に搭載され、異なる波長の光を出射する複数の半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子からの発散光を直接受けて同軸に合波するフィルタと、を含む。
　本願の光モジュールでは、異なる波長の光を出射する複数の半導体発光素子からの光がフィルタにおいて同軸に合波される。これにより、波長の異なる光を合波して光モジュールから出射することができる。また、フィルタでは、半導体発光素子からの発散光が合波される。つまり、フィルタにおいては、複数の半導体発光素子からの光がレンズによってコリメート光に変換されることなく同軸に合波される。そのため、半導体発光素子とフィルタとの間にレンズを配置する必要がない。その結果、小型化を達成することができる。このように、本願の光モジュールによれば、小型化を達成しつつ波長の異なる光を合波して出射可能な光モジュールを提供することができる。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、半導体素子から出射された発散光は、レンズを介さずに上記フィルタを透過し、または上記フィルタによって反射されてもよい。上記光モジュールにおいては、このような構成を採用することができる。
　上記光モジュールは、上記出射窓に設置され、同軸に合波された上記複数の半導体発光素子からの発散光のスポットサイズを変換するレンズをさらに備えていてもよい。このようにすることにより、コンパクトな形状を維持しつつ、所望のスポットサイズの光を得ることができる。
　上記光モジュールにおいて、上記出射窓に設置されるレンズは、球面レンズであってもよい。球面レンズは、出射窓に設置されるレンズとして好適である。
　上記光モジュールは、上記保護部材に設置され、上記出射窓から出射した光が入射する光学部品を保持するための保持部材をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、コンパクトな形状を維持しつつ、レンズ、光ファイバ導波路などの光学部品の取り付けを容易とすることができる。
　上記光モジュールは、上記保持部材に保持される光学部品をさらに備えていてもよい。この光学部品は、光ファイバ導波路であってもよい。また、この光学部品は、レンズであってもよい。上記光モジュールにおいては、このような構成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］
　次に、本発明にかかる光モジュールの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。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。
　（実施の形態１）
　まず、図１～図３を参照して実施の形態１について説明する。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。また、図３は、図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面図である。
　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、円盤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、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ＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）レーザ溶接、抵抗溶接などの手法により溶接され、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、乾燥窒素などの水分が低減（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貫通孔である出射窓４１が形成されている。出射窓４１には、主面が互いに平行な平板状の形状（円盤状の形状）を有し、光形成部２０において形成された光を透過する透過板４２が配置されている。透過板４２は、たとえばガラスからなっている。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。
　図２を参照して、光形成部２０は、半円柱状の形状を有するベース部材であるベースブロック６０を含む。ベースブロック６０は、長方形形状を有する搭載面６０Ａを有している。ベースブロック６０は、半円形状を有する底面において、ステム１０の一方の主面１０Ａに固定されている。搭載面６０Ａは、ステム１０の一方の主面１０Ａに対して交差するように、より具体的には垂直に配置される。ステム１０の一方の主面１０Ａおよび他方の主面１０Ｂは、Ｘ－Ｙ平面に沿う。搭載面６０Ａは、Ｘ－Ｚ平面に沿う。
　図２および図３を参照して、搭載面６０Ａ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レーザダイオード８１が配置されている。第１レーザダイオード８１は、赤色の光を出射する。第１サブマウント７１および第１レーザダイオード８１は、第１レーザダイオード８１からの光が搭載面６０Ａの一の辺に沿って出射されるように配置される。
　搭載面６０Ａ上には、平板状の第２サブマウント７２が配置されている。そして、第２サブマウント７２上に、第２レーザダイオード８２が配置されている。第２レーザダイオード８２は、緑色の光を出射する。第２サブマウント７２および第２レーザダイオード８２は、第２レーザダイオード８２からの光が搭載面６０Ａの上記一の辺に交差する他の辺に沿って出射されるように配置される。第２サブマウント７２および第２レーザダイオード８２は、第２レーザダイオード８２からの光が、第１レーザダイオード８１からの光と交差する方向（直交する方向）に出射されるように配置される。
　搭載面６０Ａ上には、平板状の第３サブマウント７３が配置されている。そして、第３サブマウント７３上に、第３レーザダイオード８３が配置されている。第３レーザダイオード８３は、青色の光を出射する。第３サブマウント７３および第３レーザダイオード８３は、第３レーザダイオード８３からの光が搭載面６０Ａの上記他の辺に沿って出射されるように配置される。第３サブマウント７３および第３レーザダイオード８３は、第３レーザダイオード８３からの光が、第１レーザダイオード８１からの光と交差する方向（直交する方向）に出射されるように配置される。第３サブマウント７３および第３レーザダイオード８３は、第３レーザダイオード８３からの光が、第２レーザダイオード８２からの光に沿った方向（第２レーザダイオード８２からの光に平行な方向）に出射されるように配置される。
　第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３の光軸の高さ（搭載面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｙ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。第１レーザダイオード８１は、Ｚ方向に光を出射する。第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３は、Ｘ方向に光を出射する。第１レーザダイオード８１の光の出射方向と第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３の光の出射方向とは交差する。より具体的には、第１レーザダイオード８１の光の出射方向と第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３の光の出射方向とは直交する。第３レーザダイオード８３の設置面である第３サブマウント７３の主面、第２レーザダイオード８２の設置面である第２サブマウント７２の主面および第１レーザダイオード８１の設置面である第１サブマウント７１の主面は、互いに平行である。
　第１レーザダイオード８１を出射した光と第２レーザダイオード８２を出射した光とが交差する位置に対応する搭載面６０Ａ上の領域に、第１フィルタ９１が配置される。第１レーザダイオード８１を出射した光と第３レーザダイオード８３を出射した光とが交差する位置に対応する搭載面６０Ａ上の領域に、第２フィルタ９２が配置される。第１フィルタ９１および第２フィルタ９２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９１および第２フィルタ９２は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９１および第２フィルタ９２は、誘電体多層膜フィルタである。
　第１フィルタ９１は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９２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９１および第２フィルタ９２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９１および第２フィルタ９２は、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３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９１および第２フィルタ９２の主面は、Ｚ方向およびＸ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９１および第２フィルタ９２の主面は、Ｚ方向（第１レーザダイオード８１の出射方向）およびＸ方向（第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３の出射方向）に対して４５°傾斜している。
　第１レーザダイオード８１から出射される光は、レンズを通過することなく第１フィルタ９１および第２フィルタ９２に到達する。第２レーザダイオード８２から出射される光は、レンズを通過することなく第１フィルタ９１および第２フィルタ９２に到達する。第３レーザダイオード８３から出射される光は、レンズを通過することなく第２フィルタ９２に到達する。すなわち、第１レーザダイオード８１と第１フィルタ９１との間には、レンズは配置されない。また、第２レーザダイオード８２と第１フィルタ９１との間には、レンズは配置されない。さらに、第３レーザダイオード８３と第２フィルタ９２との間には、レンズは配置されない。第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの光は、レンズを通過することなく出射窓４１に到達する。
　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、第１フィルタ９１に入射する。第１フィルタ９１は赤色の光を透過するため、第１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９２に入射する。そして、第２フィルタ９２は赤色の光を透過するため、第１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に配置された透過板４２を通って光モジュール１の外部へと出射する。
　第２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、第１フィルタ９１に入射する。第１フィルタ９１は緑色の光を反射するため、第２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同軸に合波され、光路Ｌ２に沿って進行し、第２フィルタ９２に入射する。そして、第２フィルタ９２は緑色の光を透過するため、第２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に配置された透過板４２を通って光モジュール１の外部へと出射する。
　第３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、第２フィルタ９２に入射する。第２フィルタ９２は青色の光を反射するため、第３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に配置された透過板４２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、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３から出射される光は発散光である。そして、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２は、レンズを通ることなく第１フィルタ９１および第２フィルタ９２に到達した光を同軸に合波する。すなわち、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２は、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光を直接受けて同軸に合波する。
　第１フィルタ９１および第２フィルタ９２の位置および向きは、たとえば以下のように調整することができる。図３を参照して、まずベースブロック６０の搭載面６０Ａに第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ならびに第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３が固定され、電気的接続が形成される。次に、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２が設置されるべき搭載面６０Ａ内の領域上に、たとえば紫外線硬化樹脂からなる接着剤を用いて第１フィルタ９１および第２フィルタ９２が保持される。この時点では、接着剤の粘着力により第１フィルタ９１および第２フィルタ９２が保持されているものの、完全に固定されている状態とはなっていない。
　次に、ベースブロック６０から見てステム１０とは反対側にリファレンスレンズを配置した状態で第１レーザダイオード８１に通電して発光させる。これにより、第１レーザダイオード８１からの光（発散光）がリファレンスレンズによりコリメート光に変換される。そして、コリメート光に変換された第１レーザダイオード８１を、たとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラで受光し、受光した位置を基準点とする。
　次に、第１レーザダイオード８１への通電を停止するとともに、第２レーザダイオード８２に通電して発光させる。第２レーザダイオード８２からの光は、リファレンスレンズによりコリメート光に変換されたうえで、ＣＣＤカメラによって受光される。そして、第２レーザダイオード８２からの光が上記基準点に一致するように第１フィルタ９１が調整される。
　次に、第２レーザダイオード８２への通電を停止するとともに、第３レーザダイオード８３に通電して発光させる。第３レーザダイオード８３からの光は、リファレンスレンズによりコリメート光に変換されたうえで、ＣＣＤカメラによって受光される。そして、第３レーザダイオード８３からの光が上記基準点に一致するように第２フィルタ９２が調整される。その後、接着剤である紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されて硬化されることにより、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２が固定される。以上のようにして、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光を同軸に合波するように第１フィルタ９１および第２フィルタ９２の位置および向きが調整される。その後、キャップ４０がステム１０に取り付けられる。
　本実施の形態の光モジュール１においては、異なる波長の光を出射する第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの光が第１フィルタ９１および第２フィルタ９２において同軸に合波される。これにより、波長の異なる光を合波して、所望の色の光を光モジュール１から出射することができる。また、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２では、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光が合波される。つまり、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２においては、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの光がレンズによってコリメート光に変換されることなく同軸に合波される。そのため、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３と第１フィルタ９１および第２フィルタ９２との間にレンズを配置する必要がない。その結果、小型化を達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は、小型化を達成しつつ波長の異なる光を合波して出射可能な光モジュールとなっている。
　（実施の形態２）
　次に、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４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断面図である。図４は、上記実施の形態１の図３に対応する断面図である。図４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における光モジュール１は、出射窓４１にレンズが配置される点において実施の形態１の場合とは異なっている。
　図４を参照して、実施の形態２の光モジュール１においては、出射窓４１に、コリメートレンズとして球面レンズ４３が設置される。これにより、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２において同軸に合波された第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光は、球面レンズ４３によってコリメート光に変換されて光モジュール１から出射する。このような構造を採用することにより、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３のそれぞれに対応するように搭載面６０Ａ上にレンズを配置する場合に比べて、光モジュール１を小型化しつつ、光モジュール１からコリメート光を出射させることができる。
　（実施の形態３）
　次に、さらに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５は、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。図５は、上記実施の形態１の図３に対応する断面図である。図５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３における光モジュール１は、保護部材であるキャップ４０に設置され、出射窓４１から出射した光が入射する光学部品しての光ファイバ導波路１０１を保持するための保持部材としてのベース体４４およびファイバ保持部材４５をさらに備える点において実施の形態１の場合とは異なっている。
　図５を参照して、ベース体４４は、中空円筒状の形状を有している。ベース体４４は、一方の端面において、中空部分４４Ａが出射窓４１に対応するようにキャップ４０の外壁に取り付けられている。ファイバ保持部材４５は、中心軸を含むように貫通孔４５Ａを有する円錐台状の形状を有している。ファイバ保持部材４５は、貫通孔４５Ａがベース体４４の中空部分４４Ａに対応するように、底面においてベース体４４のキャップ４０に接続される側とは反対側の端面に取り付けられている。貫通孔４５Ａに光ファイバ導波路１０１が挿入されることにより、光ファイバ導波路１０１がファイバ保持部材４５に保持されている。また、出射窓４１に、集光レンズとして球面レンズ４９が設置される。これにより、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２において同軸に合波された第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光は、球面レンズ４９によって集光され、光ファイバ導波路１０１に入射する。このような構造を採用することにより、光モジュール１を小型化しつつ、所望の色に調整された光を光ファイバ導波路１０１に入射させることができる。
　（実施の形態４）
　次に、さらに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６は、実施の形態４における光モジュールの構造を示す概略断面図である。図６は、上記実施の形態１の図３に対応する断面図である。図６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４における光モジュール１は、保護部材であるキャップ４０に設置され、出射窓４１から出射した光が入射する光学部品しての非球面レンズ１０２を保持するための保持部材としてのベース体４６およびレンズ保持部材４７をさらに備える点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６を参照して、ベース体４６は、中空円筒状の形状を有している。ベース体４６は、一方の端面において、中空部分４６Ａが出射窓４１に対応するようにキャップ４０の外壁に取り付けられている。レンズ保持部材４７は、中空円筒状の形状を有している。レンズ保持部材４７は、中空部分４７Ａがベース体４６の中空部分４６Ａに対応するように、一方の端面においてベース体４６のキャップ４０に接続される側とは反対側の端面に取り付けられている。中空部分４７Ａに挿入されることにより、コリメートレンズとしての非球面レンズ１０２が外周面においてレンズ保持部材４７に保持される。これにより、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２において同軸に合波された第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの発散光は、非球面レンズ１０２によってコリメート光に変換される。このような構造を採用することにより、光モジュール１を小型化しつつ、所望の色に調整されたコリメート光を得ることができる。
　なお、上記サブマウントは、サブマウント上に搭載される素子等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（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ（珪素）、ダイヤモンドなどからなるものとすることができる。また、ステムおよびキャップ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、銅などを採用してもよいし、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＣｕＭｏ（銅モリブデン）などを採用してもよい。
　また、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３は、出射窓４１に、または出射窓４１の外側にレンズを配置した場合に、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの光が同一のスポットサイズとなるように、または焦点位置が一致するように配置されることが好ましい。より具体的には、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３からの光が、レンズによって同一のスポットサイズに変換されるように、屈折率の大きい（波長の短い）光を出射する第３レーザダイオード８３からレンズまでの光路の長さが第２レーザダイオード８２からレンズまでの光路の長さよりも長く、屈折率の小さい（波長の長い）光を出射する第１レーザダイオード８１からレンズまでの光路の長さが、第２レーザダイオード８２からレンズまでの光路の長さよりも短くなるように、第１レーザダイオード８１、第２レーザダイオード８２および第３レーザダイオード８３が配置されることが好ましい。
　上記実施の形態１～４の構造は、本願の光モジュールの構造の一例である。上記実施の形態においては、３個のレーザダイオードからの光が合波される場合について説明したが、２個のレーザダイオードからの光が合波されてもよいし、４個以上のレーザダイオードからの光が合波されてもよい。また、上記実施の形態では、半導体発光素子の一例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、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。
　１　光モジュール、１０　ステム、１０Ａ，１０Ｂ　主面、２０　光形成部、４０　キャップ、４１　出射窓、４２　透過板、４３　球面レンズ、４４　ベース体、４４Ａ　中空部分、４５　ファイバ保持部材、４５Ａ　貫通孔、４６　ベース体、４６Ａ　中空部分、４７　レンズ保持部材、４７Ａ　中空部分、４９　球面レンズ、５１　リードピン、６０　ベースブロック、６０Ａ　搭載面、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、８１　第１レーザダイオード、８２　第２レーザダイオード、８３　第３レーザダイオード、９１　第１フィルタ、９２　第２フィルタ、１０１　光ファイバ導波路、１０２　非球面レンズ。

Claims (10)

  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、を備え、
    　前記光形成部は、
    　ベース部材と、
    　前記ベース部材上に搭載され、異なる波長の光を出射する複数の半導体発光素子と、
    　前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子からの発散光を直接受けて同軸に合波するフィルタと、を含む、光モジュール。
  2. 　前記半導体発光素子から出射された発散光は、レンズを介さずに前記フィルタを透過し、または前記フィルタによって反射される、請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記出射窓に設置され、同軸に合波された前記複数の半導体発光素子からの発散光のスポットサイズを変換するレンズをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
  4. 　前記出射窓に設置されるレンズは、球面レンズである、請求項３に記載の光モジュール。
  5. 　前記保護部材に設置され、前記出射窓から出射した光が入射する光学部品を保持するための保持部材をさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  6. 　前記保持部材に保持される前記光学部品をさらに備える、請求項５に記載の光モジュール。
  7. 　前記光学部品は光ファイバ導波路である、請求項６に記載の光モジュール。
  8. 　前記光学部品はレンズである、請求項６に記載の光モジュール。
  9. 　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１～請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
  10. 　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～請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール。
     
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