特許 7302313 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-26

(45)【発行日】2023-07-04

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0222 20210101AFI20230627BHJP

   H01S 5/02224 20210101ALI20230627BHJP

   H01S 5/02208 20210101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0222

H01S5/02224

H01S5/02208

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019109244

(22)【出願日】2019-06-12

(65)【公開番号】P2020202319

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-11-22

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136098

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100137246

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勝也

(72)【発明者】

【氏名】京野 孝史

(72)【発明者】

【氏名】塩谷 陽平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 真也

(72)【発明者】

【氏名】池上 隆俊

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０６９７７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０７６７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１１８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２２５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７４６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８５９３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を形成する光形成部と、
前記光形成部を収容する第１空間を規定し、前記光形成部を封止する保護部材と、を備え、
前記光形成部は、
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードからの光を走査するミラーを含み、前記ミラーが前記第１空間内に露出するように配置されるＭＥＭＳと、を含み、
前記保護部材は、平板状の基部と、キャップと、を含み、
前記キャップは、
第１部分と、
前記第１部分により一方の開口が塞がれ、環状である第２部分と、
前記第２部分の他方の開口を取り囲むとともに、前記第２部分と交差するように接続され、環状である第３部分と、
前記基部の厚さ方向に延び、前記第３部分の外周を取り囲むとともに、前記第３部分と直交するように接続され、環状である第４部分と、を含み、
前記基部と前記第４部分とが溶接され、
前記第１空間内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上である、光モジュール。

【請求項2】

前記第１空間内の圧力は、０．８気圧以下である、請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記レーザダイオードは、半導体レーザチップである、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

前記第１空間内の酸素の分圧が、０．０３気圧以上である、請求項３に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記第１空間内の水分濃度が、３０００ｐｐｍ以下である、請求項３または請求項４に記載の光モジュール。

【請求項6】

前記レーザダイオードは、赤外光を出射する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項7】

前記光形成部は、
複数の前記レーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタと、をさらに含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。

【請求項8】

前記複数のレーザダイオードは、
赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、
緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、
青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含む、請求項７に記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体発光素子からの光を出射する発光部と、発光部からの光を走査するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）とを含む光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。このような光モジュールは、発光部からの光をＭＥＭＳによって所望の経路に沿って走査することにより、文字や図形などを描画することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－３５９１号公報

【文献】特開２０１３－２００５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記光モジュールにおいては、小型化が求められている。また、上記ＭＥＭＳは、揺動することにより、発光部からの光を走査するミラーを含む。ＭＥＭＳのミラーの機械的振れ角は大きいことが望ましい。

【0005】

そこで、小型化を達成しつつ、ミラーの機械的振れ角を大き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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従った光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部を収容する第１空間を規定し、光形成部を封止する保護部材と、を備える。光形成部は、レーザダイオードと、レーザダイオードからの光を走査するミラーを含み、ミラーが第１空間内に露出するように配置されるＭＥＭＳと、を含む。第１空間内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、小型化を達成しつつ、ミラーの機械的振れ角を大き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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図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】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3】図３は、キャップを取り外した状態における実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。

【図4】図４は、キャップを取り外した状態における実施の形態１の光モジュールの構造を示す概略斜視図である。

【図5】図５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図である。

【図6】図６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図である。

【図7】図７は、実施の形態１における光モジュールの製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図8】図８は、溶接前のキャップの構造を示す概略斜視図である。

【図9】図９は、基部に対してキャップが溶接される状態を示す概略断面図である。

【図10】図１０は、基部に対してキャップが溶接される状態を示す概略断面図である。

【図11】図１１は、第１空間内の圧力とミラーの機械的振れ角との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部を収容する第１空間を規定し、光形成部を封止する保護部材と、を備える。光形成部は、レーザダイオードと、レーザダイオードからの光を走査するミラーを含み、ミラーが第１空間内に露出するように配置されるＭＥＭＳと、を含む。第１空間内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上である。

【0010】

本開示の光モジュールにおいては、第１空間に露出するミラーを含むＭＥＭＳが、保護部材によって封止されている。したがって、パーケージ内に封止されたＭＥＭＳを含む光モジュールに比べて、小型化を図ることができる。また、本開示の光モジュールにおいて、第１空間内の圧力は、大気圧よりも低い。このため、第１空間内に露出するミラーが受ける空気抵抗を抑制することができる。したがって、ミラーの機械的振れ角を大きくすることができる。一方、第１空間内の圧力が０．１５気圧未満である場合には、ミラーの機械的振れ角を増加させる効果が飽和してしまう。したがって、第１空間内の圧力は、０．１５気圧以上に設定される。このように、本開示の光モジュールによれば、小型化を達成しつつ、ミラーの機械的振れ角を大きくすることができる。

【0011】

上記光モジュールにおいては、第１空間内の圧力が、０．８気圧以下であってもよい。このように第１空間内の圧力を０．８気圧以下とすることで、ミラーの機械的振れ角をさらに大きくすることができる。

【0012】

上記光モジュールにおいては、レーザダイオードが、半導体レーザチップであってもよい。このようにすることで、光モジュールの小型化をより一層図ることができる。ここで、半導体レーザチップとは、ＣＡＮタイプのような金属製の容器内に封入されておらず、チップが第１空間内に露出した状態のレーザダイオードをいう。

【0013】

上記光モジュールにおいては、第１空間内の酸素（Ｏ_２）の分圧が、０．０３気圧以上であってもよい。レーザダイオードの端面には酸化物からなるコーティング膜が形成されている場合がある。酸素の分圧を０．０３気圧以上とすることで、上記コーティング膜からの酸素原子の脱離を抑制することができる。したがって、レーザダイオードの耐久性を向上させることができる。

【0014】

上記光モジュールにおいては、第１空間内の水分濃度が、３０００ｐｐｍ以下であってもよい。これにより、レーザダイオードの耐久性を向上させることができる。

【0015】

上記光モジュールにおいては、レーザダイオードは、赤外光を出射してもよい。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。

【0016】

上記光モジュールは、複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードから出射される光を合波するフィルタと、をさらに備えてもよい。このような構成とすることで、複数のレーザダイオードから出射された光をフィルタによって合波し、合波された光を出射することができる。

【0017】

上記光モジュールにおいて、複数のレーザダイオードは、赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含んでもよい。このような構成とすることで、所望の色の光を形成することができる。

【0018】

［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示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。

【0019】

（実施の形態１）
まず、図１～図６を参照して実施の形態１について説明する。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、図１とは異なる視点から見た光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図３は、図１のキャップ４０を取り外した状態に対応する斜視図である。図４は、図２のキャップ４０を取り外した状態に対応する斜視図である。図５は、キャップ４０を断面にて、他の部品を平面視にて示したＸ－Ｙ平面における概略図である。図６は、キャップ４０を断面にて、他の部品を平面視にて示したＸ－Ｚ平面における概略図である。

【0020】

図１～図６を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を取り囲み、光形成部２０を封止する保護部材２とを備える。保護部材２は、ベース体としての基部１０と、基部１０に対して溶接された蓋部であるキャップ４０と、を含む。つまり、光形成部２０は、保護部材２によりハーメチックシールされている。光形成部２０は、基部１０およびキャップ４０によって取り囲まれた第１空間４０Ａ内に収容されている。

【0021】

基部１０は、平板状の形状を有する。光形成部２０は、基部１０の一方の主面１０Ａ上に配置される。キャップ４０は、光形成部２０を覆うように基部１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置される。基部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ように、複数のリードピン５１が基部１０に設置されている。基部１０とキャップ４０とにより取り囲まれる第１空間４０Ａ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。第１空間４０Ａ内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上である。第１空間４０Ａの圧力は、好ましくは０．８気圧以下であり、さらに好ましくは０．２気圧以上０．４気圧以下である。第１空間４０Ａ内の圧力は、例えば質量分析計を用いて第１空間４０Ａ内に封入された気体の２０℃、１気圧における体積を測定することにより求めることができる。本実施の形態において、第１空間４０Ａ内の酸素の分圧が、０．０３気圧以上である。第１空間４０Ａ内の酸素の分圧は、例えば質量分析計を用いて測定することができる。本実施の形態において、第１空間４０Ａ内の水分濃度が、３０００ｐｐｍ以下である。第１空間４０Ａ内の水分濃度は、例えば質量分析計を用いて測定することができる。キャップ４０には、窓４２が形成されている。窓４２には、たとえば平行平板状のガラス部材が嵌め込まれている。本実施の形態において、保護部材２は、内部を気密状態とする気密部材である。

【0022】

図３～図６を参照して、光形成部２０は、ベース部材４と、レーザダイオード８１，８２，８３と、フィルタ９７，９８，９９と、アパーチャ部材５５と、ＭＥＭＳ１２０とを含む。

【0023】

ベース部材４は、電子温度調整モジュール３０と、ベース板６０と、ＭＥＭＳベース６５とを含む。電子温度調整モジュール３０は、平板状の形状を有する吸熱板３１および放熱板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。放熱板３２が基部１０の一方の主面１０Ａに接触するように、電子温度調整モジュール３０は基部１０の一方の主面１０Ａに配置される。

【0024】

吸熱板３１に接触するように、吸熱板３１上にベース板６０と、ＭＥＭＳベース６５とが配置される。ベース板６０は、板状の形状を有する。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状（正方形形状）を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０の一方の主面６０Ａは、レンズ搭載領域６１と、チップ搭載領域６２と、フィルタ搭載領域６３とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の辺を含む領域に、当該一の辺に沿って形成されている。レンズ搭載領域６１は、チップ搭載領域６２に隣接し、かつチップ搭載領域６２に沿って配置されている。フィルタ搭載領域６３は、一方の主面６０Ａの上記一の辺と向かい合う他の辺を含む領域に、当該他の辺に沿って配置されている。チップ搭載領域６２、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３は、互いに平行である。

【0025】

レンズ搭載領域６１におけるベース板６０の厚みと、フィルタ搭載領域６３におけるベース板６０の厚みとは、等しい。レンズ搭載領域６１とフィルタ搭載領域６３とは同一平面に含まれる。チップ搭載領域６２におけるベース板６０の厚みは、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３に比べて大きい。その結果、レンズ搭載領域６１およびフィルタ搭載領域６３に比べて、チップ搭載領域６２の高さ（レンズ搭載領域６１を基準とした高さ、すなわちレンズ搭載領域６１に垂直な方向における高さ）が高くなっている。

【0026】

チップ搭載領域６２上には、平板状の第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が、一方の主面６０Ａの上記一の辺に沿って並べて配置されている。第１サブマウント７１と第３サブマウント７３とに挟まれるように、第２サブマウント７２が配置されている。第１サブマウント７１上に、第１レーザダイオードとしての赤色レーザダイオード８１が配置されている。第２サブマウント７２上に、第２レーザダイオードとしての緑色レーザダイオード８２が配置されている。第３サブマウント７３上に、第３レーザダイオードとしての青色レーザダイオード８３が配置されている。本実施の形態において、レーザダイオード８１，８２，８３は、半導体レーザチップである。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（一方の主面６０Ａのレンズ搭載領域６１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。

【0027】

レンズ搭載領域６１上には、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、それぞれ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。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（ある投影面におけるビーム形状を所望の形状に整形する）。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から出射される光がコリメート光に変換される。

【0028】

フィルタ搭載領域６３上には、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９が配置される。赤色レーザダイオード８１と第１レンズ９１とを結ぶ直線上に、第１フィルタ９７が配置される。緑色レーザダイオード８２と第２レンズ９２とを結ぶ直線上に、第２フィルタ９８が配置される。青色レーザダイオード８３と第３レンズ９３とを結ぶ直線上に、第３フィルタ９９が配置される。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９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、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９は、たとえば誘電体多層膜フィルタである。

【0029】

より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第３フィルタ９９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、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９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、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９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。

【0030】

アパーチャ部材５５は、吸熱板３１上に配置される。アパーチャ部材５５は、第３フィルタ９９から見て第２フィルタ９８とは反対側に配置される。アパーチャ部材５５は、平板状の形状を有する。アパーチャ部材５５は、アパーチャ部材５５を厚み方向に貫通する貫通孔５５Ａを有する。本実施の形態において、貫通孔５５Ａの延在方向に垂直な断面における形状は円形である。貫通孔５５Ａが、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９において合波された光の光路に対応する領域に位置するように、アパーチャ部材５５は配置される。貫通孔５５Ａは、第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９において合波された光の光路に沿って延在する。レーザダイオード８１，８２，８３から出射された光の、光の進行方向に垂直な断面における形状は楕円形である。光の進行方向に垂直な断面において、フィルタ９７，９８，９９にて合波された光の長径よりも貫通孔５５Ａの直径が小さく、かつ貫通孔５５Ａの中心軸と合波された光の光軸が一致するように、アパーチャ部材５５は配置される。その結果、フィルタ９７，９８，９９にて合波された光の進行方向に垂直な断面における形状は、アパーチャ部材５５の貫通孔５５Ａの内径より小さな形状に整形される。

【0031】

ＭＥＭＳベース６５は、三角柱（直三角柱）形状を有する。三角柱の一の側面において吸熱板３１に接触するように、ＭＥＭＳベース６５は吸熱板３１上に配置される。ＭＥＭＳベース６５の他の側面上に、ミラー１２１を含むＭＥＭＳ１２０が配置される。ＭＥＭＳベース６５およびＭＥＭＳ１２０は、アパーチャ部材５５から見て第３フィルタ９９とは反対側に配置される。本実施の形態において、ミラー１２１は円盤状の形状を有する。ミラー１２１は、第１空間４０Ａに露出するように配置される。ミラー１２１が、アパーチャ部材５５において整形された光の光路に対応する領域に位置するように、ＭＥＭＳ１２０は配置される。ミラー１２１は、所望の方向および角度で揺動させることができる。その結果、ミラー１２１を含むＭＥＭＳ１２０により、アパーチャ部材５５において整形された光を走査することができる。

【0032】

図５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および第１フィルタ９７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（Ｙ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２フィルタ９８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３フィルタ９９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。

【0033】

赤色レーザダイオード８１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、互いに平行である。第１フィルタ９７、第２フィルタ９８および第３フィルタ９９の主面は、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の出射方向（Ｙ軸方向）に対して４５°傾斜している。

【0034】

基部１０とベース板６０およびＭＥＭＳベース６５との間には、電子温度調整モジュール３０が配置されている。吸熱板３１がベース板６０およびＭＥＭＳベース６５に接触して配置される。放熱板３２は、基部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、電子温度調整モジュール３０は、電子冷却モジュールであるペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。本実施の形態では、電子温度調整モジュール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の熱が基部１０へと移動し、ベース板６０およびＭＥＭＳベース６５が冷却される。その結果、レーザダイオード８１，８２，８３およびＭＥＭＳ１２０の温度が適切な温度範囲に調整される。また、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の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。さらに、ＭＥＭＳ１２０を適切な温度に調整することにより、温度変化に対する動作の安定性を向上させることができる。

【0035】

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５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Ｌ_１に沿って進行する。この赤色の光は、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Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。

【0036】

第１フィルタ９７は赤色の光を反射するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。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Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第３フィルタ９９に入射する。第３フィルタ９９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Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、ミラー１２１に到達する。

【0037】

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Ｌ_２に沿って進行する。この緑色の光は、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Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。

【0038】

第２フィルタ９８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Ｌ_４に沿ってさらに進行し、第３フィルタ９９に入射する。第３フィルタ９９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Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した緑色の光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、ミラー１２１に到達する。

【0039】

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Ｌ_３に沿って進行する。この青色の光は、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Ｌ_３に沿って進行し、第３フィルタ９９に入射する。

【0040】

第３フィルタ９９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Ｌ_４に沿ってさらに進行し、アパーチャ部材５５に到達する。アパーチャ部材５５に到達した青色の光は、アパーチャ部材５５により整形され、光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、ミラー１２１に到達する。

【0041】

このようにして、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光（合波光）が光路Ｌ_４に沿ってミラー１２１へと到達する。そして、図６を参照して、ミラー１２１が駆動されることにより合波光が走査され、光路Ｌ_１０に沿って窓４２を通ってキャップ４０の外部へと出射する合波光により文字、図形などが描画される。

【0042】

次に、本実施の形態１における光モジュール１の製造方法について説明する。図７を参照して、実施の形態１における光モジュール１の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１０）として、基部１０と、基部１０上に配置され、レーザダイオード８１，８２，８３を含む光形成部２０とを含む第１構造体を準備する工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、レーザダイオード８１，８２，８３を含む各種部品が図３および図４に基づく上記説明に従って組み合された基部１０および光形成部２０を含む第１構造体が準備される。

【0043】

次に、工程（Ｓ２０）として、基部１０に対してキャップ４０を溶接する工程が実施される。図８を参照して、溶接前のキャップ４０は、第１部分４０１と、第２部分４０２と、第３部分４０３と、第４部分４０４と、を含む。Ｚ軸方向に平面的に見て、第１部分４０１の外形形状は、角丸長方形状である。第２部分４０２は、筒状の形状を有する。第２部分４０２の一方の開口を塞ぐように第１部分４０１が接続されている。Ｚ軸方向に交差（直交）するように環状の第３部分４０３が配置される。第３部分４０３は、第２部分４０２の他方の開口を取り囲む部分に接続されている。第３部分４０３は、Ｚ軸方向に平面的に見て、第２部分４０２の外周を含むように接続されている。第３部分４０３から見て、第２部分とは反対側に環状の第４部分４０４が配置されている。第４部分４０４は、Ｚ軸方向に平面的に見て、第３部分４０３の外周を含むように接続されている。第４部分４０４は、第３部分に交差（直交）するように延びる。第４部分４０４は、主面１０Ａに溶接される部分である。

【0044】

図９を参照して、レーザダイオード８１，８２，８３およびＭＥＭＳ１２０が基部１０およびキャップ４０に取り囲まれるように、キャップ４０が基部１０上に配置される。より具体的には、溶接前のキャップ４０の第４部分４０４が、基部１０の主面１０Ａに全周に亘って接触するように配置される。

【0045】

そして、溶接前のキャップ４０と、第１構造体とが、溶接装置４３を用いて溶接される。溶接装置４３は、第１電極４１１と、第２電極４１２と、容器４１３と、を含む。第１電極４１１は直方体状の形状を有する。第１電極４１１には、キャップ４０の第１部分４０１および第２部分４０２に対応した形状を有する凹部４１１Ａが形成されている。第２電極４１２は直方体状の形状を有する。第２電極４１２には、全ての複数のリードピン５１を挿入可能な形状を有する凹部４１２Ａが形成されている。容器４１３は、第１電極４１１および第２電極を収容可能な内部空間４１３Ａを有する。容器４１３は、内部空間４１３Ａに外部から空気や酸素ガスを導入するためのバルブ４１４を含む。容器４１３には、内部空間４１３Ａの圧力を減圧するための真空ポンプ４１５が接続されている。容器４１３には、内部空間４１３Ａの圧力を計測するための圧力計４１６が接続されている。

【0046】

第１電極４１１の凹部４１１Ａにキャップ４０の第１部分４０１および第２部分４０２が挿入される。この際に、第３部分４０３と第１電極４１１とが接触するように配置される。次に、第２電極４１２の凹部４１２Ａに複数のリードピン５１が挿入される。この際に、基部１０の主面１０Ｂと第２電極４１２とが接触するように配置される。そして、第１空間４０Ａ内の圧力を圧力計４１６によって計測しながら、第１空間４０Ａ内の圧力が減圧される。第１空間４０Ａ内の圧力は、基部１０とキャップ４０とが溶接された後に大気圧よりも低く、０．１５気圧以上になるように調節される。次に、第１電極４１１を矢印Ｓ_１の向きに押圧しながら、第３部分４０３と主面１０Ａとの間に通電することにより、基部１０とキャップ４０とが溶接される。その結果、図１０に示すようにキャップ４０と基部１０との接合領域４０５が形成される。

【0047】

図８に示すようなキャップ４０は、開口部の外周領域において、主面１０Ａに対する平坦性を確保することが難しい。特にプレスによってキャップ４０を形成する場合、キャップ４０にひずみが生じやすい。そのため主面１０Ａの上に静置すると、上記外周領域の一部が基部１０から離れ、主面１０Ａと第３部分４０３との間に部分的にすき間が生じる場合がある。主面１０Ａと第３部分４０３との間に部分的にすき間が生じた状態で溶接すると溶接不良によりリークが発生する。上記のように溶接が実施されることで、基部１０とキャップ４０との間の接合不良を低減することができる。したがって、基部１０およびキャップ４０に取り囲まれた第１空間４０Ａをより確実に気密状態とすることができる。

【0048】

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、レーザダイオード８１，８２，８３およびＭＥＭＳ１２０が、保護部材２によって封止されている。したがって、小型化を図ることができる。また、第１空間４０Ａ内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上であるため、ミラー１２１が受ける空気抵抗を抑制することができる。したがって、ミラー１２１の機械的振れ角を大きくすることができる。このように、本実施の形態における光モジュール１によれば、小型化を達成しつつ、ミラー１２１の機械的振れ角を大きくすることができる。

【0049】

上記実施の形態においては、第１空間４０Ａ内の酸素の分圧が、０．０３気圧以上である。第１空間４０Ａ内の酸素の上記分圧は、容器４１３の内部空間４１３Ａに導入される気体の成分を調節しつつ、基部１０とキャップ４０とを溶接することで実現される。レーザダイオード８１，８２，８３の端面には酸化物からなるコーティング膜が形成されている場合がある。酸素の分圧を０．０３気圧以上とすることで、上記コーティング膜からの酸素原子の脱離を抑制することができる。したがって、レーザダイオード８１，８２，８３の耐久性を向上させることができる。

【0050】

上記実施の形態においては、第１空間４０Ａ内の水分濃度が、３０００ｐｐｍ以下である。第１空間４０Ａ内の上記水分濃度は、容器４１３の内部空間４１３Ａに乾燥空気などの水分が低減された気体を導入しつつ、基部１０とキャップ４０とを溶接することで実現される。水分がレーザダイオード８１，８２，８３に付着すると、レーザダイオード８１，８２，８３の熱によって、水分に含まれる有機物が分解する場合がある。分解した有機物がレーザダイオード８１，８２，８３の端面に形成されたコーティング膜に付着すると、コーティング膜が劣化し、レーザダイオード８１，８２，８３の耐久性が低下してしまう。したがって、第１空間４０Ａ内の水分濃度を３０００ｐｐｍ以下にすることで、レーザダイオードの耐久性を向上させることができる。

【0051】

上記実施の形態においては、キャップ４０の基部１０の主面１０Ａに対向する領域に窓４２が配置されている。このような構成とすることで、第２部分４０２に配置される場合に比べ、基部１０に対してキャップ４０を溶接する際に窓４２に嵌め込まれているガラス部材にかかる応力を低減することができる。したがって、第１空間４０Ａを良好な気密状態にすることができる。

【0052】

なお、上記の実施の形態においては、光モジュール１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を含む構成としたが、これに限らず、いずれか１色または２色、すなわち、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のうち１つまたは２つを含む構成であればよい。また、これらのレーザダイオードの１つに代えて、赤外光を出射する赤外レーザダイオードを用いてもよい。赤外レーザダイオードを用いる場合には、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）であってもよい。また、ＶＣＳＥＬが複数配置された素子（ＶＣＳＥＬアレイ）を用いてもよい。

【0053】

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９９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。また、レーザダイオード８１，８２，８３としてチップ状の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、レーザダイオードのチップが、たとえばＣＡＮタイプのような金属製の容器内に封入された構造を有するものを採用するようにしてもよい。

【実施例】

【0054】

上記実施の形態と同様の構造を有する光モジュールにおいて、第１空間４０Ａ内の圧力を変化させて、ＭＥＭＳ１２０のミラー１２１の機械的振れ角を大きくすることができる効果を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。

【0055】

上記実施の形態１と同様に、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ＭＥＭＳ１２０が、基部１０およびキャップ４０によって封止されている構造を採用して、光モジュール１のサンプルを作製した。ＭＥＭＳ１２０に印加される電圧は、１０Ｖである。第１空間４０Ａ内の圧力を１ａｔｍから５×１０^－５ａｔｍまで変化させた時のＭＥＭＳ１２０のミラー１２１の機械的振れ角（水平振れ角）を測定した。

【0056】

図１１は、サンプル１における上記測定結果を示す図である。横軸は第１空間４０Ａ内の圧力（ａｔｍ）を示し、縦軸はミラー１２１の機械的振れ角（°）を示す。図１１を参照して、第１空間４０Ａ内の圧力を１ａｔｍから減圧することで、ミラー１２１の機械的振れ角が増加している。また、第１空間４０Ａの圧力を０．１５ａｔｍ未満に減圧したとしても、ミラー１２１の機械的振れ角を増加させる効果は飽和している。したがって、第１空間４０Ａ内の圧力は、大気圧よりも低く、０．１５気圧以上とすることが好ましい。このように本開示の光モジュール１によれば、ミラー１２１の機械的振れ角を大きくすることができる。

【0057】

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、特許請求の範囲によって規定され、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。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本開示の光モジュールは、小型化を達成しつつ、ミラーの機械的振れ角を大きくすることが求められる場合において特に有利に適用される。

【符号の説明】

【0059】

１ 光モジュール
２ 保護部材
４ ベース部材
１０ 基部
１０Ａ，１０Ｂ，６０Ａ 主面
２０ 光形成部
３０ 電子温度調整モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
４０ キャップ
４０Ａ 第１空間
４２ 窓
４３ 溶接装置
５１ リードピン
５５ アパーチャ部材
５５Ａ 貫通孔
６０ ベース板
６１ レンズ搭載領域
６２ チップ搭載領域
６３ フィルタ搭載領域
６５ ＭＥＭＳベース
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 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
９１ 第１レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
９９ 第３フィルタ
１２０ ＭＥＭＳ
１２１ ミラー
４０１ 第１部分
４０２ 第２部分
４０３ 第３部分
４０４ 第４部分
４０５ 接合領域
４１１ 第１電極
４１１Ａ，４１２Ａ 凹部
４１２ 第２電極
４１３ 容器
４１３Ａ 内部空間
４１４ バルブ
４１５ 真空ポンプ
４１６ 圧力計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】