JP2014022700A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、反射戻り光と発光素子との光学的結合を抑制すると共に、利便性が良く、光学的性能に優れる光モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】光を出射する発光素子１１と、光が透過する窓レンズ２と、を有してなり、窓レンズ２を透過した光が外部に出射される光モジュール１０であって、窓レンズ２が、その表面に第１のレンズ面２ａと、その裏面に第２のレンズ面２ｂと、を備え、発光素子１１と窓レンズ２との光軸が一致して設けられ、第１のレンズ面２ａが発光素子１１に面して設けられ、第１のレンズ面２ａと第２のレンズ面２ｂとの一方が凸面であり、他方が凹面であることを特徴とする光モジュール１０。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を出射する発光素子と反射戻り光との光学的結合を抑制する光モジュールに関するものである。

光通信分野において、発光素子を収容し、その出射光が透過する透光窓を備えるハウジングを有する光モジュールが用いられている。そして、透光窓は、板状のガラスからなり、ハウジングは、発光素子の出射部の酸化を防止するために、ヘリウムなどの不活性ガスが充填され気密に封止されている。

ところで、発光素子から出射された出射光は、透光窓を透過してハウジングの外部に出射される。このとき、出射光の一部が透光窓で反射され発光素子へ戻り、この反射戻り光に起因するノイズが問題になっている。

この課題を解決するための光モジュール（半導体レーザ装置）が、特許文献１に開示されている。図１２に、特許文献１に開示される光モジュールの断面略図を示す。図１２に示すように、光モジュール５００においては、発光素子である半導体レーザ５１３を収容するハウジング５１１（キャップ）の上面５１１ａに、レーザ光が透過する開口部５１１ｂが形成されている。そして、ハウジング５１１の内側面５１１ｃに開口部５１１ｂを塞ぐように、板状の板ガラス５０２（カバーガラス）が低融点ガラス５０８により固定されている。

そして、板ガラス５０２によって反射されるレーザ光が半導体レーザ５１３に戻らないように、板ガラス５０２は、半導体レーザ５１３の光軸５１５に対して、非直交に設けられている。

特開２０１１−２１６５８３号公報

図１３は、特許文献１に開示される板状のガラスがレーザ光の光路に与える影響の説明図である。図１３に示すように、光モジュール５００においては、半導体レーザ５１３から出射された拡散光５１４ａは、板ガラス５０２を透過してハウジング５１１（図１３では図示しない）の外部に出射される。その際、拡散光５１４ａの光軸５１５近傍の光束５１４ｂは、半導体レーザ５１３から出射されて板ガラス５０２に入射するまでは、光軸５１５上を、光軸５１５にほぼ平行に進行する。

ところが、板ガラス５０２は、半導体レーザ５１３の光軸５１５に対して、非直交に、すなわち板ガラス５０２の法線５０２ａと半導体レーザ５１３の光軸とは互いに傾斜するように設けられている。そのため、拡散光５１４ａが板ガラス５０２を透過すると、光束５１４ｂは、光軸５１５と法線５０２ａとの傾斜角度５０２ｂや板ガラス５０２の厚さに応じて、光軸５１５上からずれた光路５１５ａ上を、光軸５１５にほぼ平行に進行する。

光モジュール５００を光通信に用いる場合には、板ガラス５０２を透過した拡散光５１４ａは、コリメートレンズ（図示せず）を用いて平行光にされた後に、集光レンズ（図示せず）を用いて光ファイバ（図示せず）の端面に集光される。その際、光束５１４ｂが、光軸５１５上からずれた光路５１５ａ上を進行するため、ずれた光路５１５ａにコリメートレンズの光軸を合わせる必要がある。

このように、半導体レーザ５１３の光軸５１５からコリメートレンズの光軸をずらして、光路５１５ａにコリメートレンズの光軸を合わせる必要がある。そのため、特許文献１に開示される光モジュール５００は、組み立てが煩雑であるという課題があった。

また、半導体レーザ５１３から出射された拡散光５１４ａは、コリメートレンズを用いて光ファイバなどの受光部に結合させる。その際、コリメートレンズ及び光ファイバは、各々の光軸が光軸５１５からずれた光路５１５ａに一致するように、位置をずらして設置される。そのため、コリメートレンズ及び光ファイバの設置位置をずらすことを要因として、結合損失が発生するため、光学的性能が劣化するという課題があった。

本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、反射戻り光と発光素子との光学的結合を抑制すると共に、組み立てが簡便で、光学的性能に優れる光モジュールを提供することである。

光を出射する発光素子と、前記光が透過する窓レンズと、を有してなり、前記窓レンズを透過した前記光が外部に出射される光モジュールであって、前記窓レンズが、その表面に第１のレンズ面と、その裏面に第２のレンズ面と、を備え、前記発光素子と前記窓レンズとの光軸が一致して設けられ、前記第１のレンズ面が前記発光素子に面して設けられ、前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面との一方が凸面であり、他方が凹面であることを特徴とする。

本発明の光モジュールにおいては、発光素子から出射される光は、第１のレンズ面と第２のレンズ面を透過する。その際に、窓レンズでの反射で生じる反射戻り光は、第１のレンズ面と第２のレンズ面による反射光である。本発明では、第１のレンズ面と第２のレンズ面との一方が凸面であり、他方が凹面である。よって、光軸の近傍を除いて、反射戻り光の光路は、発光素子から出射される光の光路と異なるため、反射戻り光は発光素子に集光することはない。

よって、本発明によれば、反射戻り光と発光素子との光学的結合は抑制される。

本発明の光モジュールにおいては、窓レンズが凹面と凸面とのレンズ面を有している。そのため、発光素子と窓レンズとの光軸を一致させて設けても、反射戻り光と発光素子との光学的結合は抑制される。そのため、窓レンズを透過する光は、窓レンズを透過する前後において、その光軸を変化させることはなく、発光素子の光軸と略一致する光路を進行する。

そのため、本発明の光モジュールは、光軸をずらして光軸調整をする必要がないため、組み立てが簡便である。また、光軸をずらすことを要因とする結合損失の発生がないので、光学的性能に優れる。

よって、本発明によれば、反射戻り光と発光素子との光学的結合を抑制すると共に、組み立てが簡便で、光学的性能に優れる光モジュールを提供することができる。

前記光を平行光にするコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズが前記発光素子と前記窓レンズとの間に設けられると共に、前記コリメートレンズと前記窓レンズとの光軸が平行にして設けられ、前記第１のレンズ面が凸面であると共に、前記第２のレンズ面が凹面であることが好ましい。

発光素子と窓レンズとの光軸が一致して設けられ、コリメートレンズと窓レンズとの光軸は平行に設けられている。そのため、発光素子から出射される拡散光は、コリメートレンズによって平行光になり、窓レンズに入射する。そして、窓レンズによって反射される反射戻り光は平行光で、コリメートレンズに戻る時のみ発光素子に集光する。

一方、窓レンズにおいて、第１のレンズ面及び第２のレンズ面は、入射する光に対して凸面を対向させるので、窓レンズによって反射される反射戻り光は、拡散光である。そのため、窓レンズによって反射される反射戻り光は、発光素子に集光することはない。

よって、本発明によれば、反射戻り光と発光素子との光学的結合は抑制される。

発光素子と窓レンズとの光軸が一致にして設けられ、コリメートレンズと窓レンズとの光軸が平行にして設けられる。そのため、発光素子から出射される拡散光は、コリメートレンズによって平行光になり、窓レンズに入射する。そして、窓レンズに入射した平行光は、窓レンズを透過する前後において、その光軸を変化させることはなく、発光素子の光軸と一致する光路を進行する。

そのため、本発明の光モジュールを光通信に用いる場合には、発光素子の光軸と、光モジュールから出射された光を光ファイバの端面に集光させる集光レンズの光軸と、を一致させたままで光軸調整ができる。そのため、本発明の光モジュールは、光軸をずらして光軸調整する必要がないため、組み立てが簡便である。このずらすことを要因とする誤差が生じないため、光学的性能に優れる。

前記第１のレンズ面が凹面であり、前記第２のレンズ面が凸面であって、前記発光素子の出射光を平行光にするコリメートレンズが、前記発光素子と前記窓レンズとの間に設けられると共に、前記発光素子、前記コリメートレンズ、及び前記窓レンズの光軸が一致して設けられ、前記第１のレンズ面で反射した反射光が前記コリメートレンズと前記窓レンズとの間に焦点を持ち、前記焦点が、前記コリメートレンズの前記窓レンズと対向する面と前記第１のレンズ面との面間距離の中点よりも前記第１のレンズ面側に近い位置にあることが好ましい。

このような態様であれば、反射戻り光の一部をコリメートレンズの外側を通るように設けることができる。この際には、この反射戻り光の一部は、発光素子に戻ることはないので、反射戻り光と発光素子との光学的結合を更に抑制することができる。

本発明によれば、反射戻り光と発光素子との光学的結合を抑制すると共に、組み立てが簡便で、光学的性能に優れる光モジュールを提供することが可能である。

第１の実施形態における鏡筒付き窓レンズの平面略図である。 第１図に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。 第１の実施形態における光モジュールである。 第１の実施形態における反射戻り光の説明図である。 第１の実施形態における光モジュールを光通信に用いた例である。 第１の実施形態における鏡筒付き窓レンズの製造方法の説明図である。 第１の実施形態における光モジュールの変形例である。 変形例の光モジュールを光通信に用いた例である。 第２の実施形態における光モジュールである。 第２の実施形態における反射戻り光の説明図である。 第２の実施形態における第１の変形での反射戻り光の説明図である。 特許文献１に開示される光モジュールの断面略図である。 特許文献１に開示される板状のガラスがレーザ光の光路に与える影響の説明図である。

＜第１の実施形態＞
本実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１に、第１の実施形態における鏡筒付き窓レンズの平面略図を示す。図２に、第１図に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図を示す。図３に、第１の実施形態における光モジュールを示す。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜異ならせて図示している。

本実施形態の鏡筒付き窓レンズ１は、図１、図２に示すように、円筒状の鏡筒３と、平面視で円である窓レンズ２と、を有している。そして、鏡筒３は、光が通る開口部３ａを備えており、開口部３ａは、窓レンズ２に覆われている。鏡筒３は、たとえば、ステンレス鋼等を切削加工して製作される。また、窓レンズ２は、透明なガラスからなる。

窓レンズ２は、窓レンズ２の表面に、すなわち、図２に示すように、図の上側方向（Ｚ２方向）に、第１のレンズ面２ａを備えている。そして、窓レンズ２は、窓レンズ２の裏面に、すなわち、図２に示すように、図の下側方向（Ｚ１方向）に、第２のレンズ面２ｂを備えている。

本実施形態においては、第１のレンズ面２ａは、外方に突出する凸面であり、第２のレンズ面２ｂは、内方に窪んだ凹面である。第１のレンズ面２ａにおいては、外方から入射して第１のレンズ面２ａを透過した光は収束（集光）し、外方から入射して第１のレンズ面２ａで反射する光は拡散（発散）する。

また、第２のレンズ面２ｂにおいては、第１のレンズ面２ａを透過して第２のレンズ面２ｂに入射する光は、第２のレンズ面２ｂを透過する場合および反射する場合ともに、拡散する。

図２に示すように、第１のレンズ面２ａおよび第２のレンズ面２ｂは、光軸３ｈを同一とし、光軸３ｈは鏡筒３の中心軸３ｆと一致するように形成されている。すなわち、光軸３ｈは、鏡筒付き窓レンズ１の光軸でもある。

本実施形態では、鏡筒３を円筒状としたが、これに限定されるものではない。鏡筒３は、平面視で多角形である筒状構造も可能である。窓レンズ２を、平面視で円であるとしたが、これに限定されるものではない。窓レンズ２は、平面視で楕円、多角形等も可能である。

窓レンズ２が透明なガラスから形成されるとしたが、これに限定されるものではない。透明であれば、樹脂等も可能である。

窓レンズ２の外径は、たとえば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。第１のレンズ面２ａの曲率半径は、たとえば、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、第２のレンズ面２ｂの曲率半径は、たとえば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。鏡筒３の外径は、たとえば、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度である。

第１の実施形態における光モジュール１０は、図３に示すように、ハウジング１３を有し、ハウジング１３内に、図の左側から、光を出射する発光素子である半導体レーザ１１と、コリメートレンズ１２と、を収容している。そして、ハウジング１３内にヘリウムなどの不活性ガスが充填されて、鏡筒付き窓レンズ１が、ハウジング１３の図の右側の端部１３ｂに気密に固定されている。不活性ガスを充填することで、半導体レーザ１１の出射部の酸化を防いでいる。

台座１１ａが、図３に示すように、ハウジング１３内の底面１３ａの上に、固定されている。そして、半導体レーザ１１が、その出射部を図の右側方向に向けて台座１１ａの上に固定されている。

半導体レーザ１１は、図の右側方向に向けて拡散光１４ａを出射する。半導体レーザ１１から出射された拡散光１４ａは、コリメートレンズ１２によって平行光１４ｂに変えられ、平行光１４ｂは図の右側方向に進行する。

そして、平行光１４ｂの進行する先に、ハウジング１３の端部１３ｂに固定された鏡筒付き窓レンズ１が設置されている。そして、鏡筒付き窓レンズ１は、第１のレンズ面２ａを半導体レーザ１１側に向け、第２のレンズ面２ｂを外方に向けて設置されている。

本実施形態の光モジュール１０においては、図３に示すように、半導体レーザ１１およびコリメートレンズ１２は、光軸１５を一致するように、ハウジング１３内に固定されている。次に、光軸１５と鏡筒付き窓レンズ１の光軸３ｈ（図２に図示）とが一致するように、鏡筒付き窓レンズ１は、ハウジング１３に固定されている。下記では、光軸１５を光モジュール１０の光軸とする。

本実施形態の光モジュール１０においては、半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、および鏡筒付き窓レンズ１の光軸を一致させて設けているが、これに限定されるものではない。半導体レーザ１１と鏡筒付き窓レンズ１との光軸が一致して設けられ、コリメートレンズ１２と鏡筒付き窓レンズ１との光軸が平行にして設けられることも可能である。

窓レンズ２においては、平行光１４ｂが第１のレンズ面２ａに入射すると、平行光１４ｂは第１のレンズ面２ａを透過すると収束光１４ｃになる。そして、収束光１４ｃは第２のレンズ面２ｂを透過すると平行光１４ｄになる。このように、窓レンズ２の第１のレンズ面２ａと第２のレンズ面２ｂとは設けられている。

そのため、半導体レーザ１１から出射された拡散光１４ａは、コリメートレンズ１２を透過すると平行光１４ｂになり、窓レンズ２を透過すると平行光１４ｄとなり、光軸１５と平行な光路１６を進行する。その際、平行光１４ｄは、平行光１４ｄの中心を光軸１５にほぼ一致させて進行する。

本実施形態によって、反射戻り光と半導体レーザ１１との光学的結合が抑制されることを説明する。図４に、第１の実施形態における反射戻り光の説明図を示す。本実施形態においては、図４に示すように、半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、および窓レンズ２は、上述のように光軸調整がなされている。そのため、反射戻り光は、平行光でコリメートレンズ１２に戻った場合のみに、半導体レーザ１１の出射部に集光する。反射戻り光が、拡散光や収束光でコリメートレンズ１２に戻った場合には、その集光する位置、すなわち集光点１４ｇ、１４ｈは、半導体レーザ１１の出射部から外れる。

図４に示すように、平行光１４ｂが第１のレンズ面２ａで反射されて生じる反射戻り光１４ｅは、第１のレンズ面２ａが平行光１４ｂに凸面を向けているので、拡散しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｅは、拡散しながらコリメートレンズ１２に入射し、半導体レーザ１１の出射部よりも図面上左側の集光点１４ｇに集光する。すなわち、反射戻り光１４ｅは、半導体レーザ１１の出射部に集光することはなく、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

収束光１４ｃが第２のレンズ面２ｂで反射されて生じる反射戻り光１４ｆは、図４に示すように、第２のレンズ面２ｂが収束光１４ｃに凸面を向けているので、拡散しながら第１のレンズ面２ａに入射する。次に、第１のレンズ面２ａを透過すると、拡散しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｆは、拡散しながらコリメートレンズ１２に入射し、コリメートレンズ１２を透過すると、集光点１４ｇよりも図面上左側の集光点１４ｈに集光する。そのため、反射戻り光１４ｆは、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

このように、反射戻り光１４ｅ、１４ｆの光路は、光軸１５の近傍を除いて、発光素子である半導体レーザ１１から出射される光の光路と異なるため、反射戻り光１４ｅ、１４ｆは半導体レーザ１１の出射部に集光することはない。よって、本実施形態によれば、反射戻り光１４ｅ、１４ｆと半導体レーザ１１との光学的結合を抑制することができる。

本実施形態によれば、図４に示すように、コリメートレンズ１２と窓レンズ２とが平行光１４ｂで結ばれているので、コリメートレンズ１２と窓レンズ２との距離を変えても、光モジュール１０から出射される平行光１４ｄへの影響は小さい。ところが、コリメートレンズ１２と窓レンズ２との距離を変えると、集光点１４ｇ、１４ｈの位置を、図面上左右方向に移動させることができる。よって、本実施形態によれば、平行光１４ｄへの影響を抑えて、反射戻り光１４ｅ、１４ｆと半導体レーザ１１との光学的結合の調整が可能である。

図５に、第１の実施形態における光モジュールを光通信に用いた例を示す。光モジュール１０を光通信に用いる場合には、図５に示すように、集光レンズ３２によって平行光１４ｄが光ファイバ３３の端面３３ａに光学的に結合される。

本実施形態によれば、半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、及び窓レンズ２の光軸１５を一致させた状態で、すなわち、光軸１５に対して窓レンズ２を傾斜させないで、反射戻り光１４ｅ、１４ｆと半導体レーザ１１との光学的結合を抑制することができる。よって、本実施形態においては、窓レンズ２を透過した平行光１４ｄは、平行光１４ｄの中心を光軸１５にほぼ一致させて進行する。

そのため、本実施形態によれば、集光レンズ３２の光軸３５は、光モジュール１０の光軸１５に一致させた状態で、光モジュール１０と集光レンズ３２との光軸調整を行うことができる。そして、光軸１５と光軸３５とは、図５に示すように、直線状に配置させることができる。

よって、本実施形態によれば、集光レンズ３２の光軸３５を光モジュール１０の光軸１５からずらして、光軸調整をする必要がないので、組み立てが簡便である。

また、本実施形態によれば、光軸をずらして光軸調整をする必要がないので、このずらすことを要因とする誤差が生じない。そのため、半導体レーザ１１を光ファイバ３３の端面３３ａに光学的効率よく結合することができ、光学的性能に優れる。

次に、本実施形態における鏡筒付き窓レンズ１の製造方法について説明する。図６に、第１の実施形態における鏡筒付き窓レンズの製造方法の説明図を示す。

図６（ａ）に示す工程で、プレス装置５０を準備する。プレス装置５０は、胴型５３、上金型５１、下金型５２、およびヒータ５４を有して構成されている。そして、上金型５１及び下金型５２は、各々、平坦なベース面５１ｂ、５２ｂから突出する突出部５１ａ、５２ａを備えている。

上金型５１の中心軸と下金型５２の中心軸は、一致するように設けられている。そして、これらの中心軸に対して、ベース面５１ｂ、５２ｂは直交するように設けられている。

次に、図６（ｂ）に示す工程で、鏡筒３と窓素材２ｅが胴型５３内に入れられる。その際、鏡筒３は、その内周面内に突出部５２ａが挿入され、窓素材２ｅは、突出部５２ａの上に置かれる。そして、ヒータ５４によって窓素材２ｅが軟化する温度まで加熱される。

鏡筒３は、図２に示すように、鏡筒３の中心軸３ｆに直交する上面３ｇを有している。そして、鏡筒３は、上面３ｇをベース面５２ｂに当接して置かれる。そのため、鏡筒３の中心軸３ｆは、上金型５１の中心軸及び下金型５２の中心軸と、ほぼ一致している。

次に、図６（ｃ）に示す工程で、上金型５１及び下金型５２が、各々の中心軸にほぼ平行に動かされて上下から窓素材２ｅをプレスする。その結果、上金型５１及び下金型５２の形状が窓素材２ｅに転写されることで、鏡筒付き窓レンズ１が形成される。

このようにして、鏡筒付き窓レンズ１において、第１のレンズ面２ａおよび第２のレンズ面２ｂの中心軸、すなわち光軸３ｈ（図２に図示）は、鏡筒３の中心軸３ｆ（図２に図示）に一致するように形成されると共に、上面３ｇに直交するように形成される。

次に、図６（ｄ）に示す工程で、ヒータ５４の電源が切られ所定の温度まで冷却される。そして、上金型５１及び下金型５２が胴型５３から引き抜かれ、鏡筒付き窓レンズ１が上金型５１及び下金型５２から離型されることで、鏡筒付き窓レンズ１が製造される。

このように、本実施形態によれば、鏡筒３と窓素材２ｅのみを部材とし、金型を用いてプレス成型により、鏡筒付き窓レンズ１は一体成型される。本実施形態によれば、鏡筒付き窓レンズ１は、鏡筒３と窓素材２ｅのみで一体成型されるとしたが、これに限定されるものではない。ステンレス鋼等から切削加工で製作した鏡筒３と、ガラス部材からプレス成形した窓レンズ２とを低融点ガラス等の接着部材で接着することで、鏡筒付き窓レンズ１を製作することも可能である。

第１の実施形態における光モジュール１０は、図３に示すように、半導体レーザ１１や、コリメートレンズ１２を収容するハウジング１３と、上述のように製造した鏡筒付き窓レンズ１とを、ヘリウムなどの不活性ガスの雰囲気中で、固定することで製作される。

ハウジング１３には、半導体レーザ１１およびコリメートレンズ１２の光軸１５に直交する接合面１３ｃが形成されている。そして、鏡筒付き窓レンズ１には、上述のように、上面３ｇが第１のレンズ面２ａおよび第２のレンズ面２ｂの光軸３ｈに直交するように形成されている。

よって、本実施形態によれば、鏡筒付き窓レンズ１をハウジング１３に固定する際に、接合面１３ｃに上面３ｇを当接させて固定することで、半導体レーザ１１およびコリメートレンズ１２の光軸１５と鏡筒付き窓レンズ１との光軸３ｈとを、一致させることが容易に可能である。

＜変形例＞
図７に、第１の実施形態における光モジュールの変形例を示す。図８に、変形例の光モジュールを光通信に用いた例を示す。本変形例は、第１の実施形態の光モジュール１０から、コリメートレンズ１２を取り除いた場合である。すなわち、本変形例の光モジュールは、半導体レーザ１１と窓レンズ２を有して構成される。また、半導体レーザ１１と窓レンズ２とは、光軸１５を一致させている。

図７に示すように、半導体レーザ１１から出射される拡散光１８ａは、窓レンズ２を透過すると拡散光１８ｄとして、外部に出射される。この際に、拡散光１８ａが第１のレンズ面２ａ及び第２のレンズ面２ｂで反射されて生じる反射戻り光１８ｂ、１８ｃは、第１のレンズ面２ａ及び第２のレンズ面２ｂが拡散光１８ａに対して凸面を向けているので、拡散しながら半導体レーザ１１に向かって進行する。よって、反射戻り光１８ｂ、１８ｃは、半導体レーザ１１の出射部に集光することはなく、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

よって、本変形例によれば、反射戻り光１８ｂ、１８ｃと半導体レーザ１１との光学的結合を抑制することができる。

本変形例の光モジュールを、光通信に用いる場合について説明する。図７に示すように、半導体レーザ１１から出射される拡散光１８ａは、窓レンズ２を透過すると拡散光１８ｄとして、外部に出射される。そのため、図８に示すように、拡散光１８ｄを光ファイバ３３の端面３３ａに光学的に結合させるためには、拡散光１８ｄを平行光にするためのコリメートレンズ１２と、この平行光を光ファイバ３３の端面３３ａに集光するための集光レンズ３２が必要である。

その際、窓レンズ２の光軸１５に、コリメートレンズ１２及び集光レンズ３２の光軸を一致させた状態で、本変形例の光モジュールと、コリメートレンズ１２、集光レンズ３２、及び光ファイバ３３の端面３３ａとを光軸調整することができる。

よって、本変形例によれば、コリメートレンズ１２、集光レンズ３２、及び光ファイバ３３の光軸を窓レンズ２の光軸１５からずらして光軸調整する必要がないので、組み立てが簡便である。

また、本変形例によれば、光軸をずらして光軸調整をする必要がないので、このずらすことを要因とする誤差が生じない。そのため、半導体レーザ１１を光ファイバ３３の端面３３ａに光学的効率よく、すなわち結合損失を抑えて結合することができ、光学的性能に優れる。

＜第２の実施形態＞
図９に、第２の実施形態における光モジュールを示す。図１０に、第２の実施形態における反射戻り光の説明図を示す。本実施形態の光モジュール２０においては、図９に示すように、鏡筒付き窓レンズ１は、凹面である第１のレンズ面２ａを半導体レーザ１１側に向け、凸面である第２のレンズ面２ｂを外方に向けている。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、第１のレンズ面２ａと第２のレンズ面２ｂとの形状が異なることのみであり、その他に関しては、ほぼ同様である。

本実施例においては、窓レンズ２の外径は、たとえば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。第１のレンズ面２ａの曲率半径は、たとえば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であり、第２のレンズ面２ｂの曲率半径は、たとえば、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。鏡筒３の外径は、たとえば、２．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度である。

本実施形態において、反射戻り光と半導体レーザ１１との光学的結合が抑制されることを説明する。本実施形態においては、図１０に示すように、発光素子である半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、および窓レンズ２は、光軸調整がなされている。そのため、反射戻り光は、平行光でコリメートレンズ１２に戻った場合のみに、半導体レーザ１１の出射部に集光する。反射戻り光が、拡散光や収束光でコリメートレンズ１２に戻った場合には、その集光する位置、すなわち集光点１４ｍ、１４ｎは、半導体レーザ１１の出射部から外れる。

図１０に示すように、半導体レーザ１１から出射した拡散光は、コリメートレンズ１２で平行光１４ｂに変わる。そして、平行光１４ｂが第１のレンズ面２ａで反射されて生じる反射戻り光１４ｉは、第１のレンズ面２ａが平行光１４ｂに対して凹面を向けているので、収束しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｉは、収束しながらコリメートレンズ１２に入射し、コリメートレンズ１２を透過すると、コリメートレンズ１２と半導体レーザ１１の間の集光点１４ｍに集光する。そして、集光した後、拡散しながら半導体レーザ１１に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｉは、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

図１０に示すように、平行光１４ｂが第１のレンズ面２ａを透過すると、拡散しながら第２のレンズ面２ｂに向かって進行する拡散光１４ｗに変わる。そして、拡散光１４ｗが第２のレンズ面２ｂで反射されて生じる反射戻り光１４ｋは、第２のレンズ面２ｂが拡散光１４ｗに対して凹面を向けているので、収束しながら第１のレンズ面２ａに向かって進行する。次に、第１のレンズ面２ａを透過すると、収束しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｋは、収束しながらコリメートレンズ１２に入射し、集光点１４ｍよりも図面右側の集光点１４ｎに集光する。すなわち、反射戻り光１４ｋは、半導体レーザ１１の出射部に集光することはなく、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

このように、反射戻り光１４ｉ、１４ｋの光路は、光軸１５の近傍を除いて、発光素子である半導体レーザ１１から出射される光の光路と異なるため、反射戻り光１４ｉ、１４ｋは半導体レーザ１１の出射部に集光することはない。よって、本実施形態によれば、反射戻り光１４ｉ、１４ｋと半導体レーザ１１との光学的結合を抑制することができる。

本実施形態によれば、図１０に示すように、コリメートレンズ１２と窓レンズ２とが平行光１４ｂで結ばれているので、コリメートレンズ１２と窓レンズ２との距離を変えても、光モジュール２０（図９に図示）から出射される平行光１４ｄへの影響は小さい。ところが、コリメートレンズ１２と窓レンズ２との距離を変えると、集光点１４ｍ、１４ｎの位置を、図面上左右方向に移動させることができる。よって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、平行光１４ｄへの影響を抑えて、反射戻り光１４ｉ、１４ｋと半導体レーザ１１との光学的結合の調整が可能である。

本実施形態によれば、図９、図１０に示すように、半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、及び窓レンズ２の光軸１５を一致させた状態で、すなわち、光軸１５に対して窓レンズ２を傾斜させないで、反射戻り光１４ｉ、１４ｋと半導体レーザ１１との光学的結合を抑制することができる。よって、本実施形態においては、窓レンズ２を透過した平行光１４ｄは、平行光１４ｄの中心を光軸１５にほぼ一致させて進行する。

そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、光モジュール２０を光ファイバの端面に集光する集光レンズの光軸を、光モジュール２０の光軸１５に一致させた状態で、光軸調整することができる。よって、本実施形態によれば、集光レンズの光軸を光軸１５からずらして、光軸調整をする必要がないので、組み立てが簡便である。

また、本実施形態によれば、光軸をずらして光軸調整をする必要がないので、このずらすことを要因とする誤差が生じない。そのため、半導体レーザ１１を光ファイバの端面に光学的効率よく、すなわち結合損失を抑えて結合することができ、光学的性能に優れる。

集光点１４ｍ、１４ｎ等の位置や位置関係は、第１のレンズ面２ａおよび第２のレンズ面２ｂの曲率半径や、第１のレンズ面２ａと第２のレンズ面２ｂとの面間距離等によって変わる。本実施形態においては、これらの値が、図１０や図１１に示す態様になるように選ばれているが、これに限定されるものではない。

＜第１の変形例＞
図１１に、第２の実施形態における第１の変形例での反射戻り光の説明図を示す。本変形例においては、反射戻り光１４ｉが、コリメートレンズ１２の窓レンズ２と対向する面と第１のレンズ面２ａとの面間距離の中点よりも第１のレンズ面２ａ側に近い位置に焦点、すなわち集光点１４ｐを持つように、コリメートレンズ１２と窓レンズ２との間の距離が設けられている。

コリメートレンズ１２と窓レンズ２との間の距離を大きくしても、窓レンズ２から外部に出射される平行光１４ｄに与える影響は小さい。よって、本変形例においては、外部に出射される平行光１４ｄに与える影響を抑えて、コリメートレンズ１２の窓レンズ２と対向する面と第１のレンズ面２ａとの面間距離の中点よりも第１のレンズ面２ａ側に近い位置に集光点１４ｐを設けることが可能である。

第１のレンズ面２ａの曲率半径を適切に選ぶことによっても、コリメートレンズ１２の窓レンズ２と対向する面と第１のレンズ面２ａとの面間距離の中点よりも第１のレンズ面２ａ側に近い位置に集光点１４ｐを設けることは可能である。

平行光１４ｂが第１のレンズ面２ａで反射されて生じる反射戻り光１４ｉは、図１１に示すように、集光点１４ｐに集光した後、拡散しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。次に、コリメートレンズ１２を透過すると、半導体レーザ１１の出射部よりも図面上左側に位置する集光点１４ｓに集光する。すなわち、反射戻り光１４ｉは、半導体レーザ１１の出射部に集光することはなく、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

拡散光１４ｗが第２のレンズ面２ｂで反射されて生じる反射戻り光１４ｋは、収束しながら第１のレンズ面２ａに向かって進行する。次に、第１のレンズ面２ａを透過すると収束し、集光点１４ｑに集光した後、拡散しながらコリメートレンズ１２に向かって進行する。そのため、反射戻り光１４ｋは、拡散しながらコリメートレンズ１２に入射し、半導体レーザ１１の出射部よりも図面上左側に位置する集光点１４ｒに集光する。すなわち、反射戻り光１４ｋは、半導体レーザ１１の出射部に集光することはなく、拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

その際に、集光点１４ｐ及び集光点１４ｑをコリメートレンズ１２の窓レンズ２と対向する面と第１のレンズ面２ａとの面間距離の中点よりも第１のレンズ面２ａ側に近い位置に設けることにより、反射戻り光１４ｉ及び反射戻り光１４ｋは、より拡散した状態でコリメートレンズ１２に入射する。その結果、反射戻り光１４ｉ及び反射戻り光１４ｋは、より拡散した状態で半導体レーザ１１の出射部に戻る。

よって、本変形例によれば、反射戻り光１４ｉ、１４ｋと半導体レーザ１１との光学的結合を更に抑制することができる。

さらに、反射戻り光１４ｉ及び反射戻り光１４ｋを、より拡散した状態でコリメートレンズ１２に入射するように集光点１４ｐや集光点１４ｑを設けることも可能である。この場合、反射戻り光１４ｉ及び反射戻り光１４ｋの一部が、コリメートレンズ１２の外側を通過する。このように設けると、コリメートレンズ１２の外側を通過する反射戻り光１４ｉおよび反射戻り光１４ｋの一部は、半導体レーザ１１に戻ることができない。

よって、このような際には、反射戻り光１４ｉ、１４ｋと半導体レーザ１１との光学的結合を更に抑制することができる。

１ 鏡筒付き窓レンズ
２ 窓レンズ
２ａ 第１のレンズ面
２ｂ 第２のレンズ面
３ 鏡筒
３ａ 開口部
３ｆ 中心軸
３ｇ 上面
３ｈ、１５ 光軸
１０、２０ 光モジュール
１１ 半導体レーザ
１１ａ 台座
１２ コリメートレンズ
１３ ハウジング
１３ａ底面
１３ｂ 端部
１３ｃ 接合面
１４ａ、１４ｈ 拡散光
１４ｂ、１４ｄ 平行光
１４ｃ 収束光
３２ 集光レンズ
３３ 光ファイバ
３３ａ 端面

Claims (3)

1. 光を出射する発光素子と、
   前記光が透過する窓レンズと、を有してなり、前記窓レンズを透過した前記光が外部に出射される光モジュールであって、
   前記窓レンズが、その表面に第１のレンズ面と、その裏面に第２のレンズ面と、を備え、前記発光素子と前記窓レンズとの光軸が一致して設けられ、前記第１のレンズ面が前記発光素子に面して設けられ、前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面との一方が凸面であり、他方が凹面であることを特徴とする光モジュール。
2. 前記光を平行光にするコリメートレンズを有し、
   前記コリメートレンズが、前記発光素子と前記窓レンズとの間に設けられると共に、前記コリメートレンズと前記窓レンズとの光軸が平行にして設けられ、前記第１のレンズ面が凸面であると共に、前記第２のレンズ面が凹面であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第１のレンズ面が凹面であり、前記第２のレンズ面が凸面であって、前記発光素子の出射光を平行光にするコリメートレンズが、前記発光素子と前記窓レンズとの間に設けられると共に、前記発光素子、前記コリメートレンズ、及び前記窓レンズの光軸が一致して設けられ、前記第１のレンズ面で反射した反射光が前記コリメートレンズと前記窓レンズとの間に焦点を持ち、前記焦点が、前記コリメートレンズの前記窓レンズと対向する面と前記第１のレンズ面との面間距離の中点よりも前記第１のレンズ面側に近い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。

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