JPS61236174A - 微小発光源モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光ファイバの固定に溶接を用い、光ファイ
バと微小発光源とを光結合した微小発光源モジュールに
関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来の微小発光源モジュールの部分断面側面図
である。図中、１は、例えば半導体レーザチップや発光
ダイオードチップのような光電変換によ導光を発生する
半導体チップからなる光源チップ、２は光源チップ１か
ら射出した光を導光する光ファイバ、２Ａは光ファイバ
２の入力端としてのファイバ端、３は光ファイバ２の端
部を被覆しているスリーブ、４はスリーブ３を装着して
いるホルダである。また、５は光源チップ１から出力さ
れた光を光ファイバ２のファイバ端２Ａに集光するため
に用いる集光レンズで、ファイバ端２Ａと光源チップ１
との間に配置され、例えば集光レンズ５としてはその先
端を球状に加工したＧＲＩＮ（屈折率集束型）レンズを
用いた場合を示す。

６は集光レンズ５を保持しているレンズホルダ、７は光
源チップ１を中央部で固設している基板、８は光源チッ
プ１を覆うように基板７上に固設され且つレンズホルダ
６を上部に固設しているキャップ、８Ａは透光性部材か
らなる窓である。なお、窓８Ａはキャップ８の一部で、
キャップ８の上部を形成している。

９Ａ　、　９Ｂ、９Ｃは基板７を貫通し、光源チップ１
に配線されている電極である。

１０は微小光源部で、光源チップ１と基板７とキャップ
８と電極９Ａ〜９Ｃとから構成されている。

微小光源部１０としては例えば半導体レーザや発光ダイ
オードが挙げられる。１１は微小光源部１０を装着して
いる筒状のマウント、１２はホルダ４とマウン）１１と
を溶接で固定した溶接部である。

本例では溶接部１２はホルダ４とマウント１１との突き
合せ周面上の数個所の位置でＹＡＧレーザによる溶接を
行なった場合を示す。

次に動作について説明する。

従来の微小発光源モジュールは、まず光源チップ１から
射出する光を集光レンズ５によってファイバ端２人に集
光させて光ファイバ２へ入射させる。この入射光は光フ
アイバ２内を伝搬して出力端から射出するので、光源チ
ップ１からの光を光ファイバ２から効率良く取シ出すこ
とを可能にした。

この微小発光源モジュールでは、微小光源部１０から集
光レンズ５を介した光の集光点の位置が個々に異なるの
で、微小発光源モジュールの組み立てにおける光ファイ
バ２の固定方法は次に述べるように行なわれる。マウン
ト１１に装着した微小光源部１０と光ファイバ２とホル
ダ４との３者を第６図のようにマウント１１とホルダ４
とを突き合せて配置し、スリーブ３はホルダ４の孔の中
に配置して各々を不図示の周知の治具で保持する。

次に、光源チップ１を発光させて光ファイバ２の出力端
の光パワーをモニタしながら、その光パワーが最大とな
るようにスリーブ３をホルダ４の孔の中で上下動させる
。この調整と共に、マウント１１をホルダ４との突き合
せ面内で動かして微小光源部ｌＯからの光の集光位置へ
ファイバ端２人を合せるように調整する。この調整によ
シ上述の光パワーが最大となった位置でスリーブ３をホ
ルダ４に固着し、さらにホルダ４とマウント１１との突
き合せ面周上の数点の溶接部１２でＹＡＧレーザ溶接に
よシホルダ４をマウント１１に固定する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

後述するように、溶接直前では、ホルダ４とマウント１
１との突き合せ面での密着が完全であること好ましい。

しかし、ホルダ４とマウント１１との密着を良くするた
めに両者を強い力で押しつけると、ホルダ４とマウント
１１との位置調整が困難となる。このため、ホルダ４と
マウント１１とを位置調整用に容易に動かせなくする力
で両者を互いに強く押しつけることはできず、位置調整
後においてもホルダ４とマウント１１との突き合せ面に
数μｍ〜数十μｍの隙間が生じる。このように、ホルダ
４とマウント１１との密着が完全でない状態で両者の溶
接が行なわれる。

ところで、微小発光源モジュールの組み立て時において
、ホルダ４とマウン）１１とを溶接によシ固定する場合
に、溶接によりそれらに作用する力は、第６図において
ホルダ４とマウン）１１との突き合せ面に対して直角方
向であって、ホルダ４とマウント１１とを互いに引き寄
せる力が主である。この力は組立治具によるホルダ４及
びマウント１１の保持力を上まわる程非常に大きい。

従って、溶接が行なわれると上述の溶接によって働くホ
ルダ４とマウント１１との間への作用力によυ上述の隙
間が小さくなシ、溶接後のホルダ４とマウント１１との
位置関係が変化する。このホルダ４とマウント１１との
位置関係の変化が生じると、ホルダ４に既に固定されて
いる光ファイバ２のファイバ端２Ａの位置も微小光源部
１０からの光の集光点からずれるので光の損失が増加す
る。特にシングルモードファイバ用微小発光源モジュー
ルでは光軸に直角な方向へのファイバ端ハのずれに対す
る許容量が小さいので、ホルダ４とマウント１１との突
き合せ面の密着の度合いの変化によシ生じるファイバ端
２Ａの光軸に対して直角な方向へのずれを小さくする必
要がある０このずれの大きさに対するホルダ４とマウン
ト１１との突き合せ面の密着の度合いの変化による影響
は後述するようにファイバ端２人の位置と、ホルダ４の
マウント１１に対する突き当て面との距離が大きい程大
きくなる。

従来の微小発光源モジュールは上述のように構成されて
いるので、ホルダ４に対するスリーブ３の固定位置は個
々の微小発光源モジュールで若干異なる０このため、フ
ァイバ端２Ａと上述の基準面とに隔夛が生じる。この結
果、ホルダ４とマウント１１との溶接接合したときの位
置ずれにより生じる光の損失はホルダ４とマウント１１
との突き合せ面の密着の度合いの影響を大きく受ける。

従って、１ｒｆＩＣシングルモ一ドファイバ用微小発光
源モジュールでは、部品の加工精度及び治具の精度に高
精度が必要となり、光の低損失な微小発光源モジュール
を得ることが困難であるなどの問題点があった。

この発明は上述せる問題点を解消するためになされたも
ので、溶接によって光ファイバを光源側に接続固定して
も、光源側からの光の集光点が光ファイバのファイバ端
の好適な位置に必らず位置することができ、組み立て精
度上信頼性が高く且つ光源側からの光を効率良く光フア
イバ内に入出力することが可能な微小発光源モジュール
を得ることを目的とする。また、この発明の別の発明は
上述の目的に加えて、光源側の集光レンズを光軸方向に
摺動可能にならしめることによシ、よシ小を化した微小
発光源モジニールを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る微小発光源モジュールは、半導体からな
る微小光源を有して発光々を集光する光源手段を光軸方
向にマウント内部で摺動可能にし、光ファイバを保持す
るホルダの突き当て面と光ファイバの入力端面とをほぼ
同一平面上に配置し、ホルダとマウントとを溶Ｖ：接合
し、光源手段と光ファイバとを光結合したものである。

また、この発明に係る微小発光源モジュールは、半導体
からなる微小光源を有する微小光源部をマウントに固定
し、微小光源部からの光を集光する集光レンズをレンズ
移動手段で光軸方向に移動可能にし、ホルダのマウント
に対する突き当て面と光ファイバの入力端面とをほぼ同
一平面上に配置し、ホルダとマウントとを溶接接合し、
集光レンズを介して微小光源部と光ファイバとを光結合
したものである。

〔作　用〕

この発明における微小発光源モジュールは、光源手段を
マウント内で光軸方向に摺動調整し、光源手段からの光
の集光点を予めホルダとマウントとの突き合せ面を含む
面に位置づけ、ホルダとマウントとを突き合せて溶接接
合することによりホルダのマウントに対する突き合せ面
が接合面迄移動しても、突き合せ面と光ファイバの入力
端面とをほぼ同一平面上に配置しであるので光ファイバ
の入力端面が光源手段の光軸に対して直角な方向に移動
することがほとんどなく、光源手段からの光を効率良く
光ファイバに入力することができる。

また、この発明における微小発光源モジュールは、集光
レンズを光軸方向に摺動調整して光源部からの光の集光
点を予めホルダとマウントとの突き合せ面を含む面に位
置づけ、ホルダとマウントとを突き合せて溶接接合する
ことにょシホルダのマウントに対する突き合せ面が接合
面迄移動しても、ホルダの突き合せ面と光ファイバの入
力端面とをほぼ同一平面上に配置しであるので光ファイ
バの入力端面は集光レンズ側の光軸に対して直角な方向
の移動がほとんどなく、微小光源部からの光を集光レン
ズを介して効率良く光ファイバに入力することができる
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の微小発光源モジュールの詳細な一実
施例を示す。図中、第６図と同符号を符した部分の構成
は従来例と同じなので説明を省略する。１３は段差を有
する基板で、絶縁部材からなシ、その最外周面は滑らか
な面となっている。

基板１３には従来例と同じく光源チップ１１キヤツプ８
及び電極９Ａ〜９Ｃを固設している。１４は微小光源部
で、光源チップ１、キャップ８、電極９Ａ〜９Ｃ及び基
板１３から構成されている。また、１８は光源手段で、
集光レンズ５、レンズホルダ６及び微小光源部１４とか
ら構成されている。１５は２段の筒形状をなしたマウン
ト、１５Ａはマウント１５の滑らかな内壁面である。基
板１３の最外周面はマウント１５の内壁面１５Ａに接し
ているので、微小光源部１４を含む光源手段１８をマウ
ント１５内で図示矢印の光軸方向に摺動させることが可
能となっている。

１６はマウント１５の下部に設けられたネジ孔、１７は
ネジ孔に螺合するネジである。マウント１５のホルダ４
との突き轟て面は研磨を施こしである。

また、ホルダ４のマウント１５との突き当て面はファイ
バ２のファイバ端２Ａと共に研磨を施こしである。従っ
て、ホルダ４のマウント１５に対する突き当て面とファ
イバ端２Ａとはほぼ同一平面上に配置されている。

上述のように構成された微小発光源モジュールの組み立
て時におけるファイバ２の固定方法を次に説明する。

予め光ファイバ２をスリーブ３を介してホルダ４に装着
し、ホルダ４のマウント１５に対する突き当て面とファ
イバ端２Ａとをほぼ同一平面上に位置させる。この際そ
のホルダ４の突き当て面とファイバ端２Ａとを研磨で一
諸に形成することが好ましい。次に、光源手段１８を内
壁１５Ａに沿って光軸方向に摺動させ、光源チップ１か
らの光の集光点がマウント１５とホルダ４との突き合せ
面を含む平面に位置するように調整する。この調整後、
ネジ孔１６内のネジ１７を締めて微小光源部１４をマウ
ント１５内にネジ止めして固定する。

なお、光の集光点の位置調整の場合に、光の集光点がマ
ウント１５とホルダ４との突き合せ面に位置したことを
確認する方法としては例えば次のような方法がある。ホ
ルダ４の代シに摺シガ２ス板をマウン）１５の上部の突
き幽て面に突き当てる。光源チップ１からの光はこの摺
りガラス板に投影する。この投影像をテレビジョンカメ
ラで拡大撮儂してテレビジョンの画像としてモニタし、
投影像の径が最小となった時を光源手段１８の位置調整
完了とする。また、この他にも光源チップｌからの光の
集光位置が基板１３０基準位置からどの位の距離がある
かを予め測定しておき、光源手段１８をマウント１５内
で光軸方向に移動させる都度、光源手段１００の位置を
測定し上述のような位置調整を行なってもよい。

このように光源手段１・８を装着したマウント１５とホ
ルダ４とを第１図のごとく突き合せて配置し、各々を不
図示の周知の治具で保持する。次に、光源チップｌを発
光させて光ファイバ２の出力端の光パワーをモニタしな
がら、その光パワーが最大となるようにマウント１５又
はホルダ４をマウント１５とホルダ４との突き合せ面内
で動かす。その光パワーが最大となった位置でホルダ４
をマウント１５に溶接して固定する。

なお、本実施例の微小発光源モジュールでは、ホルダ４
とマウント１５との溶接による固定にＹＡＧレーザ溶接
を用いた。また、光源手段１８をマウント１５の適切な
位＆に固定することは、集光レンズ５の集魚深度の深さ
から集光レンズ５とファイバ端２人との距離に対する許
容量が比較的大きいために容易に実現可能である。

微小発光源モジュールにおいて、ホルダ４とマウント１
５とを突き合せて溶接接合したときのファイバ端２Ａの
中心の位置のずれ量は、ホルダ４とマウント１５の突き
合せ面の密着の度合いをパラメータとしてホルダ４の溶
接接合面となる端面とファイバ端２Ａの中心との距離即
ちファイバ端２人の中心の位置との関係をモデル化して
求めると次のようになる。

第２図は、ホルダ４とマウント１５とを突き合せて溶接
接合する場合の２次元モデルを示す図でア）、直線Ｘ　
Ｉ　Ｘｓは、マウント１５のホルダ４に対する突き合せ
面となるマウント１５の上面でマウン）Ｉ５とホルダ４
の溶接接合後の接合面を含む基準面、４Ａは、溶接前の
ホルダ４の位置、４Ｂは、溶接後のホルダ４の位置であ
る。αは、ホルダ４とマウント１５とを突き合せて組み
立て治具に保持したときの両者の突き合せ面の密着が悪
いために生じる隙間を表わす角度、直線０１Ｂｔ及び０
１Ｂ３は、溶接前後のホルダ４に装着されている光フア
イバ２０光軸をそれぞれ示し、ＡＩ及びＡ！は、溶接前
後のホルダ４へ装着された光ファイバ２のファイバ端２
Ａの中心を示す。なお、ここで光ファイバ２の光軸とホ
ルダ４の中心線が一致するとした。また、ｄ及びｔは溶
接前後におけるファイバ端２人の中心のずれにおいて、
上述の基準面テテのずれ量及び基準面Ｘ５Ｘｓとの距離
のずれ量をそれぞれ示す。また、上述の基準面Ｘ＊　Ｘ
ｓに対して不図示の光源側の光軸及びファイバ２０光軸
Ｏｍ　Ｂ　ｍは直交する０以上からずれ量ｄ及びｔは次
式で表される。

ｄ　”　ｒ　−ｒｃｏｓ　ｆｆ　＋　ｈｄｎｆｆ　　　
　−・＝　（１）ｔ　＝＝　ｈｃＯ３ａ　＋　ｒｄｒα
−ｈ　　　　・・・・・（２）但し、ｒはホルダ４のマ
ウント１５に対する突き当て面の半径で、ｒ　＝Ｃ＊　
Ｉｈ＝ＣｘＢｓ＝ＣｓＢｘ＝ＣｓＢｓ。

ｈはホルダ４のマウント１５に対する突き当て面の中心
位置からファイバ端２Ａの中心迄の距離でファイバ端２
Ａの中心の位置を示し、ｈ＝ＡＩＢ、　＝ＡｓＢ雪とす
る０ 上記（１）式及び（２）式を用いて、微小発光源モジエ
ールにおける一例として、ｒ＝５ｍの場合について、フ
ァイバ端面２人の中心の位置りに対するファイバ端２Ａ
の中心のずれ量ｄ及びｔの関係を求めたグラフを第３図
及び＄４図にそれぞれ示す。なお、αが０．１０　、０
．３０　、０．５０　ｆ）場合ノホルダ４とマウント１
５の最大隙間は各々１７μｍ−５２μｍ、８７μｍであ
る。第３図から溶接によるファイバ端２人の中心のずれ
の成分αはファイバ端２人の中心の位置りに大きく依存
し、シングルそ−ドファイバ用微小発光源モジュールで
要求されるずれ成分ｄを１μｍ以下に抑える為には、フ
ァイバ端２Ａの中心の位置りは１００μｍ以下にする必
要があることがわかる。

又、第４図から溶接によるファイバ端２Ａの中心のずれ
の成分りはファイバ端２人の中心位置ｈＫはほとんど依
存せずいづれも５０μｍ以下であるので、この発明の微
小発光源モジュールにおいては、溶接の影響は寸法制度
上殆ど問題とならない。

従って、第１図に示した微小発光源モジュールでは部品
の加工精度及び治具の精度を一般に容易に実現可能な程
度とした場合に、光ファイバ２の固定をホルダ４とｉラ
ント１５との溶接接合で行なう際の、２アイパｉ２Ａの
基準面ＸｌＸ１内のずれ量を許容の約１／Ｊｍ以下にで
きる。

第５図は、この発明に係る微小発光源モジュールの他の
実施例を示す０但し、ホルダ４のマウント１１に対する
突き当て面とファイバ端２Ａとは研磨が施こされ、はぼ
同一平面内に配置されている。また、マウント１１のホ
ルダ４に対する突き当て面も同様に研磨を施こしである
。

１９Ａは集光レンズ５を直接保持しているレンズホルダ
、１９Ｂはレンズホルダ１９Ａの外周面と接してレンズ
ホルダ１９Ａを保持する外筒である。レンズホルダ１９
Ａの外周面と外筒１９Ｂの内壁面とは滑らかであシ、レ
ンズホルダ１８Ａは図示矢印の光軸方向に摺動可能とな
っている。１９はレンズ移動手段で、レンズホルダ１９
Ａと外筒１９Ｂとから構成されている。また、外筒１９
Ｂはキャップ８上に固設されている。

次に、本実施例の微小発光源モジュールの組み立て方法
について説明する。レンズホルダ１９Ａを集光レンズ５
と共に光軸方向に上下動させて、集光レンズ５による光
源チップ１からの光の集光点がホルダ４とマウント１１
との突き合せ面を含む平面に位置するように調整する。

その他の組み立て方法については第１図で上述した実施
例と同様なので説明を省略する。

本実施例によれば、将に光源チップｌからの光の集光点
がマウント１１とホルダ４の突き合せ面にくるように集
光レンズ５を調整するｖ４整量は、第一図に示したマウ
ント摺動部で光源手段１８を摺動調整する場合の調整量
に比べて大幅に小さくできるので、第１図に示した微小
発光源モジュールよシ小型の微小発光源モジュールを得
られる。

なお、上述の実施例では、微小発光源モジュール、特に
シングルモードファイバ用微小発光源モジュールにおい
て、ホルダーとマウントをＹＡＧレーザ溶接による溶接
接合を行なって組み立てる場合について説明したが、こ
れに限らず、スポット溶接やＣｏｔレーザ溶接も利用で
きる。

また、上述の第１図及び第５図に示した実施例では説明
を簡単にするためにファイバ端２人は研磨面のままとし
たが、ファイバ端２人からのフレネル反射光が光源チッ
プ１に戻ることＫよシ光源チップ１の動作が不安定にな
ることは良く知られている。この不安定さを避けるため
に、ファイバ端面２Ａ上に反射防止膜を設けるか、ある
いは光入力側の片面に反射防止膜を設けた石英ガラス板
等を装着するなどの方法を用いることが好ましい。

〔発明の効果〕

以上のように１この発明によれば、微小光源部をマウン
ト内で光軸方向に移動可能とし、光ファイバを保持して
いるホルダのマウントに対する突き尚て面と光ファイバ
の入力端とをほぼ同一平面上に配置するように構成した
ので、ホルダとマウントとの溶接接合による光ファイバ
の入力端の移動を最小限にすることができ、部品配置の
精度上信頼性が高くでき、また、光源からの光を効率よ
く低損失士光ファイバに入出力するものが得られる効果
がある。

また、この発明によれば、集光レンズを光軸方向に移動
可能とすることにより微小光源部からの光の集光点の位
置調整を可能とし、光ファイバを保持シテいるホルダの
マウントに対す突き尚て面と光ファイバの入力とをほぼ
同一平面上に配置するように構成したので、ホルダとマ
ウントとの溶接接合による光ファイバの入力端の移動を
最小限にすることができ、部品配置のＮ庇上信頼性が高
くでき、また、光源からの光を効率よく低損失で光ファ
イバに入出力することができ、よシ小型のものが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施による微小発光源モジュール
を示す部分断面側面図、第２図はホルダとマウントとを
突き合せて溶接接合する場合の２次元モデルを示す説明
図、第３図及び第４図はファイバ端の中心の位置に対す
る基準面内でのファイバ端の中心のずれ量及びファイバ
端の中心と基準面との距離のずれ量の関係をそれぞれ示
す説明図、第５図はこの発明の他の実施例による微小発
光源モジュールを示す部分断面側面図、第６図は従来の
微小発光源モジュールを示す部分、断面側面図である。 図において、１は光源チップ（微小光源）、２は光ファ
イバ、２Ａはファイバ端、４はホルダ、５は集光レンズ
、１０は微小光源部、１１．１５はマウント、１２は溶
接部、１８は光源手段、１９はレンズ移動手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体の微小光源部を有してその発光々を集光す
   る光源手段と、この光源手段をその光軸方向に内部で摺
   動可能にしたマウントと、上記光源手段に光結合された
   光ファイバと、上記マウントに対する突き当て面と同一
   平面上に上記光ファイバの入力端面を配置して上記光フ
   ァイバを保持すると共に上記マウントに溶接接合された
   ホルダとを備えた微小発光源モジュール。
2. （２）上記光ファイバの入力端面上に光反射防止膜を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小
   発光源モジュール。
3. （３）光の入力側に光反射防止膜を設けた光透過性の良
   好な透明板を上記光ファイバの入力端面上に設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小発光源モ
   ジュール。
4. （４）半導体の微小光源を有する微小光源部と、この微
   小光源部からの光を集光する集光レンズと、上記微小光
   源部上に設けられて上記集光レンズをその光軸方向に移
   動させるレンズ移動手段と、上記微小光源部を固設した
   マウントと、上記集光レンズを介して上記微小光源部に
   光結合された光ファイバと、上記マウントに対する突き
   当て面と同一平面上に上記光ファイバの入力端面を配置
   して上記光ファイバを保持すると共に上記マウントに溶
   接接合されたホルダとを備えた微小発光源モジュール。
5. （５）上記光ファイバの入力端面上に光反射防止膜を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小
   発光源モジュール。
6. （６）光の入力側に光反射防止膜を設けた光透過性の良
   好な透明板を上記光フアイバの入力端面上に設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小発光源モ
   ジュール。