JP6958122B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

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

ベース部材上に複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子から出射される光を受けて合波するフィルタとが設けられる場合がある。複数の半導体発光素子から出射される光は、フィルタによって合波され、出力される。半導体発光素子から出射される光は発散光である。このため、フィルタによって合波された光は、ベース部材によって光の一部の進行が阻害され、減光してしまうおそれがある。そうすると、光モジュールから出力される光の量は低下することになる。

そこで、出力される光の量を多くすることができる光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本願の光モジュールは、光を形成する光形成部を備える。光形成部は、ベース部材と、複数の半導体発光素子と、フィルタと、を含む。ベース部材は、保持面を有する。複数の半導体発光素子は、保持面上に搭載され、波長または偏光方向が異なる光を出射する。フィルタは、保持面上に搭載され、複数の半導体発光素子から出射される発散光を直接受けて合波する。保持面には、合波された発散光の光路に対応する領域に、保持面の外周の一部を含むように凹部が設けられている。半導体発光素子は、凹部の外側に位置する。

上記光モジュールによれば、出力される光の量を多くすることができる光モジュールを提供することができる。

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第１の変形例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第２の変形例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平面図である。

［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。

（１）本願の光モジュールは、光を形成する光形成部を備える。光形成部は、ベース部材と、複数の半導体発光素子と、フィルタと、を含む。ベース部材は、保持面を有する。複数の半導体発光素子は、保持面上に搭載され、波長または偏光方向が異なる光を出射する。フィルタは、保持面上に搭載され、複数の半導体発光素子から出射される発散光を直接受けて合波する。保持面には、合波された発散光の光路に対応する領域に、保持面の外周の一部を含むように凹部が設けられている。半導体発光素子は、凹部の外側に位置する。

本願の光モジュールは、ベース部材に備えられ、半導体発光素子およびフィルタを搭載する保持面に、保持面の外周の一部を含むように凹部が設けられている。凹部は、合波された発散光の光路に対応する領域に設けられている。半導体発光素子は、凹部の外側に位置するように設けられている。このような凹部により、半導体発光素子から出射されフィルタによって合波された発散光のベース部材による光の進行の阻害を抑制することができる。そうすると、合波された発散光の減光が抑制され、出力される光の量を多くすることができる。

このように、本願の光モジュールによれば、出力される光の量を多くすることができる。

（２）上記光モジュールにおいては、凹部を構成する面は、合波された発散光の光路の外側に位置してもよい。このようにすることで、半導体発光素子から出射されフィルタによって合波された発散光の凹部を構成する面による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。従って、出力される光の量をより多くすることができる。

（３）上記光モジュールにおいては、凹部を構成する面にフィルタが搭載されてもよい。このようにすることで、半導体発光素子から出射されフィルタによって合波された発散光のベース部材による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

（４）上記光モジュールにおいては、凹部を構成する面は、半導体発光素子が搭載される搭載面から連なる側壁面と、側壁面の搭載面が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面とから構成されおり、複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面と、底面とは平行に配置され、底面上にフィルタが搭載されてもよい。このような底面上にフィルタが設けられることで、複数の半導体発光素子から出射される発散光をより容易に合波することができる。

（５）上記光モジュールにおいては、複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向において、凹部を構成する面と、合波された発散光の光軸との距離は、保持面の外周に近付くにしたがって長くなるようにしてもよい。このような凹部の構成は、フィルタによって合波された発散光の光路に対応する。このため、半導体発光素子から出射されフィルタによって合波された発散光のベース部材による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

（６）上記光モジュールにおいては、凹部を構成する面は、複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向における合波された発散光の光軸との距離が、保持面の外周に向って長くなるように連続的に傾斜している面を含んでもよい。このようにすることで、フィルタによって合波された発散光の光路に対応して、凹部を構成する面と合波された発散光の光軸との距離を長くすることができる。

（７）上記光モジュールにおいては、凹部を構成する面は、複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向における合波された発散光の光軸との距離が、保持面の外周に向って長くなるように多段状に設けられた面を含んでもよい。このようにすることで、フィルタによって合波された発散光の光路に対応して、凹部を構成する面と合波された発散光の光軸との距離を長くすることができる。

（８）上記光モジュールにおいては、複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向から平面的に見て、合波された発散光の光軸に垂直な方向における凹部の幅は、保持面の外周に近付くにしたがって大きくなるようにしてもよい。このような凹部の形状は、フィルタによって合波された発散光の光路に対応する形状となる。このため、半導体発光素子から出射されフィルタによって合波された発散光のベース部材による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

（９）上記光モジュールにおいては、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むようにしてもよい。フィルタは、第１フィルタと、第１フィルタとは異なる第２フィルタと、を含むようにしてもよい。第１フィルタおよび第２フィルタは、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から出射される光を合波する。このようにすることで、３つ半導体発光素子から出射される波長の異なる３つの光を合波することができる。

（１０）上記光モジュールにおいては、複数の半導体発光素子は、同一の波長で偏光方向が異なる光を出射する複数の半導体発光素子を含み、フィルタは、複数の半導体発光素子から出射される偏光方向の異なる光を合波するようにしてもよい。このように同一波長の光が合波されることで、光モジュールを高出力にすることができる。

（１１）上記光モジュールにおいては、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で、波長のばらつきが小さい出射光を得ることができる。

（１２）上記光モジュールにおいては、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をさらに備えてもよい。このような構成とすることで、半導体発光素子を大気中の水分や塵から保護しつつ、合波された発散光を得ることができる。

（１３）上記光モジュールにおいては、出射窓に設置され、合波された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もよい。このようにすることで、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。

（１４）上記光モジュールにおいては、レンズはコリメートレンズであるようにしてもよい。このようにすることで、複数の光が適切に合波された平行光を得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本願の光モジュールの一実施の形態を、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）
図１は、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。図２は、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。図２は、図１に示す光モジュールからキャップを取り外した状態に対応する図である。図３は、実施の形態１における光モジュールの概略断面図である。図３は、実施の形態１における光モジュールを図２中のＩＩＩ−ＩＩＩで示すＺ軸方向に沿う平面で切断した場合の断面図である。

図１、図２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、ステム１０と、光を形成する光形成部２０と、複数のリードピン５１と、キャップ４０と、を備えている。ステム１０は、円盤状の形状を有する。光形成部２０は、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。リードピン５１は、ステム１０の一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する。キャップ４０は、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は、中空円筒状の形状を有する。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出射窓４１が形成されている。出射窓４１には、光モジュール１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して球レンズ４３が配置されている。球レンズ４３は、コリメートレンズである。球レンズ４３は、例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、保持面６０Ａを有している。保持面６０Ａは、Ｙ軸方向から平面的に見て矩形状の形状を有する。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の主面１０Ａに固定されている。保持面６０Ａは、ステム１０の一方の主面１０Ａに対して交差する（より具体的には直交する）搭載面６５を含む。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６５は、Ｘ−Ｚ平面に沿う。なお、以下の説明において、主面１０Ａに垂直な方向をＺ軸方向、搭載面６５および主面１０Ａに平行な方向をＸ軸方向、搭載面６５に垂直な方向をＹ軸方向とする。

搭載面６５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レーザダイオード８１から出射される光は、発散光である。第１サブマウント７１および第１レーザダイオード８１は、Ｙ軸方向から平面的に見て第１レーザダイオード８１からの光が保持面６０Ａの一の辺に沿って出射されるように配置される。より具体的には、第１レーザダイオード８１からの光は、Ｚ軸方向に沿って出射される。

搭載面６５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レーザダイオード８２から出射される光は、発散光である。第２サブマウント７２および第２レーザダイオード８２は、Ｙ軸方向から平面的に見て第２レーザダイオード８２からの光が保持面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。より具体的には、第２レーザダイオード８２からの光は、Ｘ軸方向に沿って出射される。

搭載面６５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レーザダイオード８３から出射される光は、発散光である。第３サブマウント７３および第３レーザダイオード８３は、Ｙ軸方向から平面的に見て第３レーザダイオード８３からの光が保持面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。より具体的には、第３レーザダイオード８３からの光は、Ｘ軸方向に沿って出射される。

第１レーザダイオード８１は、Ｚ軸方向に光を出射する。このため、第１レーザダイオード８１から出射される光の光軸は、Ｚ軸方向に沿って配置される。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軸方向に光を出射する。このため、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から出射される光の光軸は、Ｘ軸方向に沿って配置される。以上から、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。また、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、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６５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。

光形成部２０は、第１フィルタ９１と、第２フィルタ９２と、を含む。第１フィルタ９１は、第１レーザダイオード８１の出射した光と第２レーザダイオード８２の出射した光とが交差する位置に対応する保持面６０Ａ上の領域に配置される。第２フィルタ９２は、第１レーザダイオード８１の出射した光と第３レーザダイオード８３の出射した光とが交差する位置に対応する保持面６０Ａ上の領域に配置される。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。第１フィルタ９１および第２フィルタ９２の主面は、Ｚ軸方向およびＸ軸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軸方向（第１レーザダイオード８１の出射方向）およびＸ軸方向（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。

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Ｌ_１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Ｌ_２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Ｌ_３に沿ってさらに進行する。

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Ｌ_４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Ｌ_２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Ｌ_２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Ｌ_３に沿ってさらに進行する。

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Ｌ_５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Ｌ_３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同軸に合波され、光路Ｌ_３に沿って進行する。

上記のように合波された光は、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１に配置された球レンズ４３を通って光モジュール１の外部へと出射する。なお、合波された光の光軸は、Ｚ軸方向に沿って配置される。キャップ４０の出射窓４１からは、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ととなる。

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に直接到達する。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に直接到達する。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に直接到達する。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。

保持面６０Ａには、保持面６０Ａの第１フィルタ９１が搭載されている領域を避けて、第１フィルタ９１により合波された光の出射方向側の所定の位置からベースブロック６０のステム１０の主面１０Ａが位置する側とは反対側に位置する端部６１にまで至る凹部６２が設けられている。凹部６２は、Ｙ軸方向に凹むように設けられている。凹部６２は、保持面６０Ａの外周６０Ｂの一部を含むように設けられている。凹部６２は、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された光の光路に対応する領域に設けられる。より具体的には、凹部６２は、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された光の光路に沿って設けられている。凹部６２は、Ｙ軸方向から平面的に見て、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された光の光路と交差する保持面６０Ａの外周６０Ｂを含むように設けられている。凹部６２を構成する面６２１は、搭載面６５から連なる側壁面６３と、側壁面６３の搭載面６５が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面６４とから構成されている。

Ｙ軸方向から平面的に見て、凹部６２は、保持面６０Ａの外周６０Ｂに近付くにしたがって、Ｘ軸方向の幅が大きくなるテーパ状の形状を有する。Ｙ軸方向から平面的に見て、合波された光の光路のＸ軸方向の幅よりも凹部６２のＸ軸方向の幅は大きく設けられている。

図４は、実施の形態１における光モジュール１の概略断面図である。図４は、実施の形態１における光モジュール１を図２中のＹ−Ｚ平面に沿う平面で切断した場合の断面図である。図４を参照して、発散光である合波された光の光路Ｓの外縁は、外縁Ｓ_１と外縁Ｓ_２とによって示される。凹部６２は、合波された光の光路Ｓの外縁Ｓ_１およびＳ_２よりも外側に位置するように設けられている。より具体的には、凹部６２の底面６４は、合波された光の光路Ｓの外縁Ｓ_１およびＳ_２よりも外側に位置するように設けられている。なお、側壁面６３についても、合波された光の光路Ｓの外縁Ｓ_１およびＳ_２よりも外側に位置する。

このように、実施の形態１の光モジュール１は、ベースブロック６０に備えられ、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とを搭載する保持面６０Ａに、保持面６０Ａの外周６０Ｂの一部を含むように凹部６２が設けられている。凹部６２は、合波された発散光の光路に対応する領域に設けられている。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は、凹部６２の外側に位置するように設けられている。このような凹部６２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から出射され第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光のベースブロック６０による光の進行の阻害を抑制することができる。そうすると、合波された発散光の減光が抑制され、出力される光の量を多くすることができる。このように、実施の形態１の光モジュール１によれば、出力される光の量が多くなる。

上記実施の形態では、凹部６２を構成する面６２１は、合波された発散光の光路Ｓの外側に位置する。このようにすることで、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から出射され第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光の凹部６２を構成する面６２１による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。従って、出力される光の量をより多くすることができる。

上記実施の形態では、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から出射される光の光軸を含む面（Ｘ−Ｚ平面）に垂直な方向（Ｙ軸方向）から平面的に見て、合波された発散光の光軸に垂直な方向（Ｘ軸方向）における凹部６２の幅は、保持面６０Ａの外周６０Ｂに近付くにしたがって大きくなる。このような凹部６２の形状は、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光の光路Ｓに対応する形状となる。このため、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から出射され第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光のベースブロック６０による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

上記実施の形態では、凹部６２を構成する面６２１に第２フィルタ９２が搭載されている。このようにすることで、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から出射され第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光のベースブロック６０による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

上記実施の形態では、凹部６２を構成する面６２１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が搭載される搭載面６５から連なる側壁面６３と、側壁面６３の搭載面６５が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面６４とから構成されている。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から出射される光の光軸を含む面（Ｘ−Ｚ平面）と、底面６４とは平行に配置されており、底面６４上に第２フィルタ９２が設けられている。このような底面６４に第２フィルタ９２が設けられることで、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から出射される発散光をより容易に合波することができる。

上記実施の形態では、半導体発光素子はレーザダイオードであるため、波長のばらつきが小さい出射光を得ることができる。

上記実施の形態では、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１を有し、光形成部２０を取り囲むように配置されるキャップ４０をさらに備えるため、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を大気中の水分や塵から保護しつつ、合波された発散光を得ることができる。

上記実施の形態では、出射窓４１に設置され、合波された発散光のスポットサイズを変換する球レンズ４３、をさらに備えるため、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。

上記実施の形態では、球レンズ４３はコリメートレンズであるため、複数の光が適切に合波された平行光を得ることができる。

上記実施の形態では、底面６４に第２フィルタ９２が配置される構成としたが、これに限らず、第２フィルタ９２は、凹部６２の外側の保持面６０Ａ上に搭載されるようにしてもよい。

上記実施の形態では、第１フィルタ９１は、凹部６２の外側に位置する構成としたが、これに限らず、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２は、底面６４上に搭載されるようにしてもよい。このようにすることで、第１フィルタ９１によって合波された発散光のベースブロック６０による光の進行の阻害をさらに抑制することができる。

上記実施の形態では、凹部６２は、合波された光の光路のＸ軸方向の幅よりも凹部６２のＸ軸方向の幅は大きく設けられている構成としたが、これに限らず、例えばＹ軸方向から平面的に見て、凹部６２のＸ軸方向の幅は、合波された光の光路のＸ軸方向の幅と一致するように設けてもよい。

また、上記実施形態においては、出射窓４１にコリメートレンズとして球レンズ４３が配置されている例を説明したが、光モジュール１はコリメートレンズなどのレンズを有していなくてもよい。例えば出射窓４１には球レンズ４３の代わりに平板ガラスが配置されていてもよい。また光モジュール１から出射される光の進行経路上にある、光モジュール１とは別の部材にコリメートレンズを配置することもできる。また上記光モジュールにおいては、集光位置を無限遠として設計してもよい。この場合、集光位置を無限遠として設計するために、コリメートレンズ以外の構造を採用してもよい。

上記実施形態においては、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から出射される光は、それぞれ波長の異なる複数の色であったが、これらのレーザダイオードのうち任意の２つまたは３つが同一の波長を有する同色の色を出射するものであってもよい。

また、これらのレーザダイオードのうち任意の２つまたは３つが同一の波長で偏光方向が異なる光を出射するものであってもよい。例えば、任意の２つのレーザダイオードについて、偏光方向が垂直に交差するように配置してもよい。この場合、フィルタとしては２つのレーザダイオードから出射される偏光方向の異なる光を合波するフィルタを用いるとよい。すなわち、フィルタは偏波合成フィルタを含む構成としてもよい。このように同一波長の光が合波されることで、光モジュールを高出力にすることができる。

次に変形例について説明する。図５は、実施の形態１における光モジュール１の第１の変形例を示す概略断面図である。図５を参照して、凹部６２を構成する面６２１は、Ｙ軸方向における合波された発散光の光軸Ｔとの距離が、外周６０Ｂに向って長くなるように連続的に傾斜している面を含む。より具体的には、凹部６２を構成する面６２１は、搭載面６５から連なる側壁面６３と、傾斜面６４４と、を含む。傾斜面６４４は、Ｚ軸方向に対して連続的に傾斜するテーパ面である。Ｙ軸方向における傾斜面６４４と合波された発散光の光軸Ｔとの距離Ｄ_１は、外周６０Ｂに向って長くなる。このようにすることで、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から出射され第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光の光路Ｓに対応して、凹部６２を構成する面６２１と合波された発散光の光軸Ｔとの距離を長くすることができる。

図６は、実施の形態１における光モジュール１の第２の変形例を示す概略断面図である。図６を参照して、凹部６２を構成する面６２１は、Ｙ軸方向における合波された発散光の光軸Ｔとの距離が、外周６０Ｂに向って長くなるように多段状に設けられた面を含む。より具体的には、凹部６２を構成する面６２１は、搭載面６５から連なる側壁面６３と、側壁面６３の搭載面６５が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面６４とから構成される。底面６４は、第一の面６４１と、第二の面６４２と、第三の面６４３とを含む。第一の面６４１および第二の面６４２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から出射される光の光軸を含む面（Ｘ−Ｚ平面）に平行に配置されている。第二の面６４２は、第一の面６４１よりも保持面６０Ａの外周６０Ｂ側に位置する。第三の面６４３は、第一の面６４１と、第二の面６４２とを繋ぐように配置される。第三の面６４３は、第一の面６４１および第二の面６４２に交差する（直交する）ように配置される。なお、第２フィルタ９２は、第二の面６４２上に搭載されている。

Ｙ軸方向における合波された発散光の光軸Ｔと第二の面６４２との距離Ｄ_３は、合波された発散光の光軸Ｔと第一の面６４１との距離Ｄ_２よりも大きくなるように構成される。すなわち、第一の面６４１と、第二の面６４２とは、段差状に設けられている。この場合、凹部６２を構成する面６２１は２段からなる面を含む。このような構成によっても、第１フィルタ９１および第２フィルタ９２によって合波された発散光の光路Ｓに対応して、凹部６２を構成する面６２１と合波された発散光の光軸Ｔとの距離を長くすることができる。また、Ｘ−Ｚ平面に平行な第二の面６４２に第２フィルタ９２が搭載されることで、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から出射される発散光をより容易に合波することができる。なお、上記変形例においては、凹部６２を構成する面６２１は２段からなる面を含む構成としたが、これに限らず、３段以上の多段状に設けられた面を含む構成としてもよい。

（実施の形態２）
次に、本願の光モジュール１の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、ステムと、ベース部材と、レーザダイオードおよびフィルタの数とを除いて、実施の形態１と同様の構成を有する。すなわち、実施の形態２においては、ステムおよびベース部材の構造と、レーザダイオードおよびフィルタの数が、実施の形態１の場合と異なっている。以下、実施の形態１の場合とは異なる点について主に説明する。

図７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。図８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。図８は、図７に示す光モジュールからキャップを取り外した状態に対応する図である。図９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平面図である。

図７および図８を参照して、本実施の形態における光モジュール１００は、ステム１１０と、光を形成する光形成部１２０と、キャップ１４０と、複数のリードピン１５１とを備えている。ステム１１０は、矩形平板状の形状を有する。光形成部１２０は、ステム１１０の一方の主面１１０Ａ上に配置されている。キャップ１４０は、光形成部１２０を覆うようにステム１１０の一方の主面１１０Ａ上に接触して配置される。リードピン１５１は、ステム１１０の他方の主面１１０Ｂ側から一方の主面１１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１１０Ａ側および他方の主面１１０Ｂ側の両側に突出する。光形成部１２０は、実施の形態１の場合と同様に、ステム１１０とキャップ１４０とによりハーメチックシールされている。キャップ１４０には、光形成部１２０からの光を透過する出射窓１４１が形成されている。

図８を参照して、光形成部１２０は、ベース部材であるベース板１６０を含む。ベース板１６０は、Ｚ軸方向から平面的に見て、長方形状の形状を有する。ベース板１６０は、保持面１６０Ａを有する。保持面１６０Ａは、Ｚ軸方向から平面的に見て、矩形状の形状を有する。ベース板１６０の保持面１６０Ａが位置する側とは反対側の面は、ステム１１０の主面１１０Ａに固定されている。保持面１６０Ａは、搭載面６９を含む。搭載面６９は、ステム１０の主面１１０Ａと平行な面である。搭載面６９およびステム１１０の主面１１０Ａは、いずれもＸ−Ｙ平面に沿う。なお、以下の説明において、主面１１０Ａに垂直な方向をＺ軸方向、ベース板１６０のＺ軸方向から見た時の長辺方向をＸ軸方向、ベース板１６０のＺ軸方向から見た時の短辺方向をＹ軸方向とする。

図８および図９を参照して、搭載面６９上には、平板状の第１サブマウント７１と、平板状の第２サブマウント７２と、第１フィルタ９１とが搭載されている。第１サブマウント７１上には、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、Ｘ軸方向に光を出射する。第１レーザダイオード８１は、赤色の光を出射する。第２サブマウント７２上には、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、Ｙ軸方向に光を出射する。第２レーザダイオード８２は、緑色の光を出射する。

第１フィルタ９１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の主面は、Ｘ軸方向およびＹ軸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の主面は、Ｘ軸方向（第１レーザダイオード８１の出射方向）およびＹ軸方向（第２レーザダイオード８２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から出射された光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９１に入射する。第２レーザダイオード８２から出射された光は、光路Ｌ_２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において合波された光は、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ１４０の出射窓１４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。なお、合波された光の光軸は、Ｘ軸方向に沿って配置されている。

図８および図９を参照して、ベース板１６０は、保持面１６０Ａの外周１６０Ｂの一部を含むように凹部６６が設けられている。凹部６６は、Ｚ軸方向に凹むように設けられている。凹部６６は、保持面１６０Ａの１つの隅を含むように設けられている。凹部６６は、合波された光の光路に対応する領域に設けられる。より具体的には、凹部６６は、合波された光の光路に沿って設けられている。凹部６６は、Ｚ軸方向から平面的に見て、合波された光の光路と交差する保持面１６０Ａの外周１６０Ｂを含むように設けられている。凹部６２を構成する面６２１は、搭載面６９から連なる側壁面６７と、側壁面６７の搭載面６５が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面６８とから構成されている。

凹部６６は、Ｚ軸方向から平面的に見て、矩形状の形状を有する。Ｚ軸方向から平面的に見て、合波された光の光路のＹ軸方向の幅よりも凹部６６のＹ軸方向の幅は大きく設けられている。

第１レーザダイオード８１および第２レーザダイオード８２は、凹部６６の外側に位置するように設けられている。第１フィルタ９１は、底面６８上に搭載されている。

上記実施の形態２の構造を有する光モジュール１００によっても、実施の形態１と同様に、出力される光の量が多くなる。

上記実施の形態では、凹部６６は、合波された光の光路のＹ軸方向の幅よりも凹部６６のＹ軸方向の幅は大きく設けられている構成としたが、これに限らず、Ｚ軸方向から平面的に見て、凹部６６のＹ軸方向の幅は、合波された光の光路のＹ軸方向の幅と一致するように設けてもよい。

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、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。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、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどを採用してもよい。

上記実施の形態の構造は、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、２個または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、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。またこの場合においても、これらの半導体発光素子のうち任意の２つ以上が同一の波長を有する同色の色を出射するものであってもよい。

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意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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、出力される光の量を多くすることが求められる光モジュールに、特に有利に適用される。

１，１００ 光モジュール
１０，１１０ ステム
１０Ａ，１１０Ａ 主面
１０Ｂ，１１０Ｂ 主面
２０，１２０ 光形成部
４０，１４０ キャップ
４１，１４１ 出射窓
４３ 球面レンズ
５１，１５１ リードピン
６０ ベースブロック
６０Ａ 保持面
６０Ｂ 外周
６１ 端部
６２ 凹部
６２１ 面
６３ 側壁面
６４ 底面
６４１ 第一の面
６４２ 第二の面
６４３ 第三の面
６４４ 傾斜面
６５ 搭載面
６６ 凹部
６７ 側壁面
６８ 底面
６９ 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
１６０ ベース板
１６０Ａ 保持面
１６０Ｂ 外周
Ｓ 光路
Ｔ 光軸

Claims (13)

1. 光を形成する光形成部を備える光モジュールであって、
   前記光形成部は、
   保持面を有するベース部材と、
   前記保持面上に搭載され、波長または偏光方向が異なる光を出射する複数の半導体発光素子と、
   前記保持面上に搭載され、前記複数の半導体発光素子から出射される発散光を直接受けて合波するフィルタと、を含み、
   前記保持面には、前記複数の半導体発光素子から出射される光の全種類が合波された前記発散光の光路に対応する領域に、前記保持面の外周の一部を含むように凹部が設けられており、
   前記半導体発光素子は、前記凹部の外側に位置し、
   前記複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向において、前記凹部を構成する面と、合波された前記発散光の光軸との距離は、前記保持面の外周に近付くにしたがって長くなる、光モジュール。
2. 前記凹部を構成する面は、合波された前記発散光の光路の外側に位置する、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記凹部を構成する面に前記フィルタが搭載されている、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記凹部を構成する面は、前記半導体発光素子が搭載される搭載面から連なる側壁面と、前記側壁面の搭載面が位置する側とは反対側に位置する端部から連なる底面とから構成されており、
   前記複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面と、前記底面とは平行に配置され、
   前記底面上に前記フィルタが搭載されている、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記凹部を構成する面は、前記複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向における合波された前記発散光の光軸との距離が、前記保持面の外周に向って長くなるように連続的に傾斜している面を含む、請求項１に記載の光モジュール。
6. 前記凹部を構成する面は、前記複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向における合波された前記発散光の光軸との距離が、前記保持面の外周に向って長くなるように多段状に設けられた面を含む、請求項１に記載の光モジュール。
7. 前記複数の半導体発光素子から出射される光の光軸を含む面に垂直な方向から平面的に見て、合波された前記発散光の光軸に垂直な方向における前記凹部の幅は、前記保持面の外周に近付くにしたがって大きくなる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 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み、
   前記フィルタは、第１フィルタと、前記第１フィルタとは異なる第２フィルタと、を含み、
   前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、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から出射される光を合波する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記複数の半導体発光素子は、同一の波長で偏光方向が異なる光を出射する複数の前記半導体発光素子を含み、
   前記フィルタは、複数の前記半導体発光素子から出射される偏光方向の異なる光を合波する、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。
11. 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をさらに備える、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
12. 前記出射窓に設置され、合波された前記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１１に記載の光モジュール。
13. 前記レンズはコリメートレンズである、請求項１２に記載の光モジュール。

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