Title:
Optisches Modul
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein optisches Modul umfasst ein Übertragungselement. Das Übertragungselement ist an einem Abdeckelement befestigt, um ein Durchgangsloch zu bedecken. Unter der Annahme, dass die Höhe eines Punktes auf einer ersten Fläche in einem Zustand, in dem das Übertragungselement von dem Abdeckelement abgenommen ist, Null beträgt und die Richtung zur Außenseite des optischen Moduls eine positive Richtung ist, ist das Ausmaß einer Verkrümmung, die eine Differenz zwischen der Verschiebung am Mittelpunkt und der Verschiebung an einem Standardpunkt darstellt, auf der ersten Fläche, der einem Bezugspunkt auf dem Projektionsbild entspricht, der um einen bestimmten Abstand von dem Schwerpunkt entfernt ist, zwischen einer ersten geodätischen Linie und einer zweiten geodätischen Linie unterschiedlich ist, wobei die Verschiebung eine Höhe des einen Punktes in einer Richtung der optischen Achse in einem Zustand ist, in dem das Übertragungselement an dem Abdeckelement befestigt ist. Das Übertragungselement ist mit dem Abdeckelement an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche verbunden.




Inventors:
Kyono, Takashi (Hyogo, Itami-shi, JP)
Nakanishi, Hiromi (Hyogo, Itami-shi, JP)
Ijiri, Hideyuki (Hyogo, Itami-shi, JP)
Shibata, Kaoru (Hyogo, Itami-shi, JP)
Application Number:
DE102017211609A
Publication Date:
01/11/2018
Filing Date:
07/07/2017
Assignee:
Sumitomo Electric Industries, Ltd. (Osaka, JP)
International Classes:



Foreign References:
JP2007324412A2007-12-13
Attorney, Agent or Firm:
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB, 80802, München, DE
Claims:
1. Optisches Modul, umfassend:
ein Hauptelement mit einer optischen Halbleitervorrichtung; und
ein Schutzelement, das das Hauptelement umgibt,
wobei das Schutzelement umfasst:
ein Basiselement, das das Hauptelement stützt,
ein Abdeckelement, das ein Durchgangsloch aufweist, das Hauptelement bedeckt und mit dem Basiselement verbunden ist, und
ein Übertragungselement, das an dem Abdeckelement befestigt ist, um das Durchgangsloch zu bedecken, und das aus einem Material gebildet ist, das Licht mit einer Wellenlänge entsprechend der optischen Halbleitervorrichtung überträgt,
wobei das Übertragungselement eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist, in die Licht eintritt oder Licht austritt,
wobei in einem Fall, in dem eine erste Achse und eine zweite Achse, die orthogonal zueinander sind, an einem Schwerpunkt eines Projektionsbildes liegen, das durch Projizieren des Übertragungselements auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Moduls erhalten wird, eine geodätische Linie auf der der ersten Achse entsprechenden ersten Fläche als erste geodätische Linie definiert ist, eine geodätische Linie auf der der zweiten Achse entsprechenden ersten Fläche als zweite geodätische Linie definiert ist und ein dem Schwerpunkt entsprechender Punkt auf der ersten Fläche als ein Mittelpunkt definiert ist, wenn eine Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche in einem Zustand, in dem das Übertragungselement von dem Abdeckelement abgenommen ist, Null beträgt und eine Richtung zu einer Außenseite des optischen Moduls eine positive Richtung ist, ist das Ausmaß einer Verkrümmung, die eine Differenz zwischen einer Verschiebung am Mittelpunkt und einer Verschiebung an einem Standardpunkt ist, auf der ersten Fläche, der einem Bezugspunkt auf dem Projektionsbild entspricht, der um einen bestimmten Abstand von dem Schwerpunkt entfernt ist, zwischen der ersten geodätischen Linie und der zweiten geodätischen Linie unterschiedlich, wobei die Verschiebung eine Höhe des einen Punktes in einer Richtung der optischen Achse in einem Zustand ist, in dem das Übertragungselement an dem Abdeckelement befestigt ist, und
wobei das Übertragungselement mit dem Abdeckelement an der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche verbunden ist.

2. Optisches Modul nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement aus Glas gebildet ist.

3. Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Abdeckelement eine Seitenfläche aufweist, die einen mit dem Basiselement verbundenen Bereich und eine Oberseite aufweist, die mit der Seitenfläche in einem Bereich, der dem mit dem Basiselement verbundenen Bereich gegenüberliegt, verbunden ist, und
wobei das Durchgangsloch in der Seitenfläche vorgesehen ist.

4. Optisches Modul nach Anspruch 3, wobei das Abdeckelement die Form eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds mit einer Öffnung an einer Fläche aufweist.

5. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Maximalwert eines Verkrümmungsgrads in einem Bereich auf der ersten Fläche, der einem Bereich auf dem Projektionsbild entspricht und einen Radius von 300 μm vom Schwerpunkt des Projektionsbildes aufweist, 0,03 μm oder mehr und 0,15 μm oder weniger beträgt.

6. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie als auch der Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie positiv oder negativ sind.

7. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie oder der Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie positiv ist, und der andere negativ ist.

8. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Übertragungselement mit dem Abdeckelement verbunden ist, indem ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt dazwischen angeordnet ist,

9. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in dem Übertragungselement eine Fläche eines Verbindungsbereichs, der ein mit dem Abdeckelement verbundener Bereich ist, 60% oder mehr einer Fläche einer den Verbindungsbereich aufweisenden Oberfläche beträgt, wobei die Oberfläche die ersten Fläche oder die zweite Fläche ist.

10. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in dem Übertragungselement eine Fläche eines Verbindungsbereichs, der ein mit dem Abdeckelement verbundener Bereich ist, 80% oder weniger einer Fläche einer den Verbindungsbereich aufweisenden Oberfläche beträgt, wobei die Oberfläche die ersten Fläche oder die zweite Fläche ist.

11. Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die optische Halbleitervorrichtung eine Laserdiode ist.

Description:
HINTERGRUND DER ERFINDUNGGegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Optische Module werden als Lichtquellen für verschiedene Vorrichtungen verwendet, wie beispielsweise Anzeigevorrichtungen, optische Abtastvorrichtungen und optische Kommunikationsvorrichtungen. Es gibt bekannte optische Module mit einer lichtemittierenden Vorrichtung, die Laserlicht erzeugt, und einem Schutzelement, das die lichtemittierende Vorrichtung aufnimmt (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2007-324412). Das Schutzelement umfasst ein Übertragungselement, das Laserlicht überträgt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein optisches Modul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Hauptelement mit einer optischen Halbleitervorrichtung und ein Schutzelement, das das Hauptelement umgibt. Das Schutzelement umfasst ein Basiselement, ein Abdeckelement und ein Übertragungselement. Das Basiselement stützt das Hauptelement. Das Abdeckelement hat ein Durchgangsloch, bedeckt das Hauptelement und ist mit dem Basiselement verbunden. Das Übertragungselement ist an dem Abdeckelement befestigt, um das Durchgangsloch zu bedecken, und aus einem Material gebildet, das Licht mit einer Wellenlänge entsprechend der optischen Halbleitervorrichtung überträgt. Das Übertragungselement weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, in die Licht eintritt oder Licht austritt. In dem Fall, in dem eine erste Achse und eine zweite Achse, die orthogonal zueinander sind, an einem Schwerpunkt eines Projektionsbildes angeordnet sind, das durch Projizieren des Übertragungselements auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Moduls erhalten wird, eine geodätische Linie auf der der ersten Achse entsprechenden ersten Fläche als erste geodätische Linie definiert ist, eine geodätische Linie auf der der zweiten Achse entsprechenden ersten Fläche als zweite geodätische Linie definiert ist und ein dem Schwerpunkt entsprechender Punkt auf der ersten Fläche als ein Mittelpunkt definiert ist, wenn eine Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche in einem Zustand, in dem das Übertragungselement von dem Abdeckelement abgenommen ist, Null beträgt und eine Richtung zu einer Außenseite des optischen Moduls eine positive Richtung ist, ist das Ausmaß einer Verkrümmung, die eine Differenz zwischen einer Verschiebung am Mittelpunkt und einer Verschiebung an einem Standardpunkt darstellt, auf der ersten Fläche, der einem Bezugspunkt auf dem Projektionsbild entspricht, der um einen bestimmten Abstand von dem Schwerpunkt entfernt angeordnet ist, zwischen der ersten geodätischen Linie und der zweiten geodätischen Linie unterschiedlich, wobei die Verschiebung eine Höhe des einen Punktes in einer Richtung der optischen Achse in einem Zustand ist, in dem das Übertragungselement an dem Abdeckelement befestigt ist. Das Übertragungselement ist an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche mit dem Abdeckelement verbunden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines optischen Moduls darstellt.

2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Struktur eines optischen Moduls darstellt.

3 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur eines optischen Moduls.

4 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine Struktur einer Seitenfläche eines Abdeckelements mit einem Durchgangsloch darstellt.

5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie V-V in 4 und Pfeilrichtung.

6 zeigt ein Projektionsbild eines Übertragungselements.

7 zeigt schematisch eine erste Fläche des Übertragungselements.

8 zeigt eine schematische Ansicht zur Beschreibung einer Verschiebung und eines Verkrümmungsgrads.

9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Zustands, in dem das Übertragurgselement von der Struktur in 5 getrennt ist.

10 zeigt ein Beispiel eines Messergebnisses eines Oberflächenprofils des Übertragungselements unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts.

11 zeigt ein Flussdiagramm des Messergebnisses der Höhe auf einer ersten geodätischen Linie des Übertragungselements.

12 zeigt ein Flussdiagramm des Messergebnisses der Höhe auf einer zweiten geodätischen Linie des Übertragungselements.

13 zeigt ein Beispiel des Messergebnisses eines Oberflächenprofils des Übertragungselements unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts.

14 zeigt schematisch die Form der ersten geodätischen Linie.

15 zeigt schematisch die Form der zweiten geodätischen Linie.

16 zeigt ein Beispiel des Messergebnisses eines Oberflächenprofils des Übertragungselements unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts.

17 zeigt schematisch die Form der ersten geodätischen Linie.

18 zeigt schematisch die Form der zweiten geodätischen Linie.

19 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verkrümmungsgrad des Übertragungselements und dem Vorhandensein oder dem Fehlen von Rissen auf dem Übertragungselement darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENTechnisches Problem

In bekannten optischen Modulen ist das Übertragungselement, das Laserlicht überträgt, an ein Schutzelement befestigt. Jedoch treten bei einem solchen Übertragungselement Risse und hin und wieder Schwierigkeiten auf.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein optisches Modul bereitzustellen, in dem das Auftreten von Rissen in einem Übertragungselement unterdrückt werden kann.

Vorteilhafter Effekt

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Modul bereitgestellt, in dem Risse in einem Übertragungselement unterdrückt werden können.

Beschreibung der Ausführungsformen

Zunächst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben. Das optische Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Hauptelement mit einer optischen Halbleitervorrichtung und ein Schutzelement, das das Hauptelement umgibt. Das Schutzelement umfasst ein Basiselement, ein Abdeckelement und ein Übertragungselement. Das Basiselement stützt das Hauptelement. Das Abdeckelement weist ein Durchgangsloch auf, bedeckt das Hauptelement und ist mit dem Basiselement verbunden. Das Übertragungselement ist an dem Abdeckelement befestigt, um das Durchgangsloch abzudecken, und aus einem Material gebildet, das Licht mit einer Wellenlänge entsprechend der optischen Halbleitervorrichtung überträgt.

Das Übertragungselement weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, in die Licht eintritt und Licht austritt. In dem Fall, in dem eine erste Achse und eine zweite Achse, die orthogonal zueinander sind, an einem Schwerpunkt eines Projektionsbildes liegen, das durch Projizieren des Übertragungselements auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Moduls erhalten wird, eine geodätische Linie auf der der ersten Achse entsprechenden ersten Fläche als erste geodätische Linie definiert ist, eine geodätische Linie auf der der zweiten Achse entsprechenden ersten Fläche als zweite geodätische Linie definiert ist und ein dem Schwerpunkt entsprechender Punkt auf der ersten Fläche als ein Mittelpunkt definiert ist, wenn eine Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche in einem Zustand, in dem das Übertragungselement von dem Abdeckelement abgenommen ist, Null beträgt und eine Richtung zu einer Außenseite des optischen Moduls eine positive Richtung ist, ist das Ausmaß einer Verkrümmung, die eine Differenz zwischen einer Verschiebung am Mittelpunkt und einer Verschiebung an einem Standardpunkt ist, auf der ersten Fläche, der einem Bezugspunkt auf dem Projektionsbild entspricht, der um einen bestimmten Abstand von dem Schwerpunkt entfernt ist, zwischen der ersten geodätischen Linie und der zweiten geodätischen Linie unterschiedlich, wobei die Verschiebung eine Höhe des einen Punktes in einer Richtung der optischen Achse in einem Zustand ist, in dem das Übertragungselement an dem Abdeckelement befestigt ist. Das Übertragungselement ist an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche mit dem Abdeckelement verbunden.

In dem obigen optischen Modul sind das Basiselement und das Abdeckelement, das das Schutzelement bildet, derart miteinander verbunden, dass das Hauptelement in dem Schutzelement untergebracht ist. Hierin wird das Abdeckelement mit dem Basiselement verbunden, während sich zu einem gewissen Grad dessen ursprüngliche Form verformt. Die Verformung des Abdeckelements bewirkt eine Verzerrung, und auch das Übertragungselement, das an dem Abdeckelement befestigt ist, wird verformt.

Als Ergebnis von Untersuchungen, die von den Erfindern durchgeführt wurden, wurde festgestellt, dass bei ungleichmäßiger Verformung des Übertragungselements das Übertragungselement leicht bricht. Jedoch ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Verformung des Übertragungselements die Form des Abdeckelements eingeschränkt. Die Position des Durchgangslochs, das in dem Abdeckelement gebildet ist, an das das Übertragungselement befestigt werden soll, ist ebenfalls beschränkt. Dies beeinträchtigt den Grad der Gestaltungsfreiheit der optischen Module. Um den Freiheitsgrad bei der Gestaltung von optischen Modulen aufrechtzuerhalten, bilden sich vorzugsweise selbst dann keine Risse in dem Übertragungselement, wenn eine ungleichmäßige Verformung auf das Übertragungselement einwirkt. Als Ergebnis von Untersuchungen, die von den vorliegenden Erfindern durchgeführt wurden, wurde zur Behebung des Problems herausgefunden, dass das Auftreten von Rissen in dem Übertragungselement selbst dann unterdrückt werden kann, wenn eine ungleichmäßige Verformung auf das Übertragungselement wirkt, indem das Übertragungselement an einer geeigneten Position mit dem Abdeckelement verbunden wird.

Gemäß dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Übertragungselement eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, in die Licht eintritt oder Licht ausgegeben wird. In dem Fall, in dem eine erste Achse und eine zweite Achse, die orthogonal zueinander sind, an einem Schwerpunkt eines Projektionsbildes, das durch Projizieren des Übertragungselements auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Moduls erhalten wird, angeordnet werden, eine geodätische Linie auf der ersten Fläche entsprechend der ersten Achse als eine erste geodätische Linie definiert ist, eine geodätische Linie auf der ersten Fläche entsprechend der zweiten Achse als eine zweite geodätische Linie definiert ist und ein Punkt auf der ersten Fläche entsprechend dem Schwerpunkt als ein Mittelpunkt definiert ist, unterscheidet sich der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie von dem Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie. Das heißt, das Übertragungselement wird in nicht-konzentrischer Weise ungleichmäßig verformt.

Gemäß dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungselement an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche mit dem Abdeckelement verbunden. Somit wird eine Rissbildung in dem Übertragungselement unterdrückt, obwohl das Übertragungselement eine ungleichmäßige Verformung aufweist.

Das Übertragungselement kann aus Glas gebildet sein. Ist das Übertragungselement aus Glas gebildet, kann ein Übertragungselement mit einer hohen Widerstandsfähigkeit und hohen Luftdichtigkeit (Abdichtungseigenschaft) bereitgestellt werden.

Das Abdeckelement weist eine Seitenfläche auf, die einen mit dem Basiselement verbundenen Bereich und eine Oberseite aufweist, die mit der Seitenfläche in einem Bereich verbunden ist, der dem mit dem Basiselement verbundenen Bereich gegenüberliegt. Das Durchgangsloch kann in der Seitenfläche ausgebildet sein. Wird ein Durchgangsloch in der Seitenfläche des Abdeckelements mit einer solchen Form ausgebildet, weist das Übertragungselement tendenziell eine ungleichförmige Verformung auf. Das optische Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in geeigneter Weise verwendbar, wenn das Abdeckelement eine derartige Struktur aufweist.

Das Abdeckelement kann eine hohle rechteckige Parallelepipedform mit einer Öffnung an einer Fläche aufweisen. Das Abdeckelement mit einer solchen Form ist geeignet, um die Größe des optischen Moduls zu verringern.

Der Höchstwert des Verkrümmungsgrads in einem Bereich auf der ersten Fläche, der einem Bereich auf einem Projektionsbild entspricht und einen Radius von 300 μm von dem Schwerpunkt des Projektionsbilds aufweist, beträgt 0,03 μm mehr und 0,15 μm oder weniger. Liegt der Höchstwert des Verkrümmungsgrads innerhalb des obigen Bereichs, können Risse in dem Übertragungselement mit höherer Zuverlässigkeit unterdrückt werden.

Gemäß dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sowohl der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie als auch der Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie positiv oder negativ sein. Dieser Zustand betrifft einen Zustand, in dem das Übertragungselement gleichförmig konvex oder konkav ist. in diesem Zustand kann das Auftreten von Rissen in dem Übertragungselement noch zuverlässiger unterdrückt werden.

Gemäß dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie oder der Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie positiv sein, und der andere negativ sein. In diesem Zustand wird das Übertragungselement beispielsweise zu einer Sattelform verformt. In diesem Zustand kann die Luftdichtigkeit (Abdichtungseigenschaft) des optischen Moduls verbessert werden.

Das Übertragungselement kann mit dem Abdeckelement verbunden werden, indem ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt dazwischen angeordnet wird. Wird das Übertragungselement unter Verwendung eines Glases mit einem niedrigen Schmelzpunkt mit dem Abdeckelement verbunden, kann das Übertragungselement auf einfache Weise an das Abdeckelement befestigt und zudem eine hohe Luftdichtigkeit (Abdichtungseigenschaft) erzielt werden.

In dem Übertragungselement beträgt eine Fläche eines Verbindungsbereichs, der ein mit dem Abdeckelement verbundener Bereich ist, 60% oder mehr einer Fläche einer den Verbindungsbereich aufweisenden Oberfläche, wobei die Oberfläche die erste Fläche oder die zweite Fläche ist. Ist der Flächenanteil des Verbindungsbereichs höher als oder gleich dem obigen Wert, können Risse in dem Übertragungselement mit höherer Zuverlässigkeit unterdrückt werden.

In dem Übertragungselement beträgt eine Fläche eines Verbindungsbereichs, der ein mit dem Abdeckelement verbundener Bereich ist, 80% oder weniger einer Fläche einer den Verbindungsbereich aufweisenden Oberfläche, wobei die Oberfläche die erste Fläche oder die zweite Fläche ist. Ist der Flächenanteil des Verbindungsbereichs niedriger als oder gleich dem obigen Wert, ist ein Bereich, durch den Licht in das Abdeckelement gelangt, hinreichend groß.

Gemäß dem optischen Modul kann die optische Halbleitervorrichtung eine Laserdiode sein. Somit kann Licht mit geringer Wellenlängenschwankung emittiert werden.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen

Im Nachfolgenden wird ein optisches Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Struktur eines optischen Moduls 1 gemäß dieser Ausführungsform. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem ein Abdeckelement 40 in 1 abgenommen ist. 3 zeigt eine schematische Draufsicht, die der schematischen perspektivischen Ansicht in 2 entspricht. In den nachfolgenden Zeichnungen werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und auf eine wiederholte Beschreibung desselben verzichtet.

Gemäß 1 und 2 umfasst ein optisches Modul 1 gemäß dieser Ausführungsform ein Hauptelement 20, das Laserdioden 81, 82 und 83 umfasst, die als optische Halbleitervorrichtungen dienen, und ein Schutzelement, das das Hauptelement 20 umgibt. Das Schutzelement umfasst ein Unterteil 10, das als Basiselement dient, ein Abdeckelement 40 und ein Übertragungselement 41. Das als Basiselement dienende Unterteil 10 weist eine flache Plattenform auf und hält das Hauptelement 20. Das Abdeckelement 40 hat ein Durchgangsloch 55. Das Abdeckelement 40 bedeckt das Hauptelement 20 und ist mit dem Unterteil 10 verbunden. Das Abdeckelement 40 weist Seitenflächen 40B und 40C mit einem an das Unterteil 10 verbundenen Bereich und eine Oberseite 40A, die mit den Seitenflächen 40B und 40C in einem Bereich verbunden ist, der dem mit dem Unterteil 10 verbundenen Bereich gegenüberliegt, auf. Das Durchgangsloch 55 ist an der Seitenfläche 40B des Abdeckelements 40 ausgebildet. Des Abdeckelement 40 weist eine hohle rechteckige Parallelepipedform mit einer Öffnung auf der Seite, auf der das Abdeckelement 40 mit dem Unterteil 10 verbunden ist, auf. Das optische Modul 1 umfasst ferner mehrere Anschlussstifte 51, die sich durch das Unterteil 10 zur Seite einer Hauptfläche 10A, von der Seite der anderen Hauptfläche 10B, derart erstrecken, dass sie von sowohl der einen Hauptfläche 10A als auch der anderen Hauptfläche 1013 vorstehen. Das Unterteil 10 und das Abdeckelement 40 sind beispielsweise miteinander verschweißt, um einen hermetisch abgedichteten Zustand zu bilden. Das heißt, das Hauptelement 20 ist durch das Unterteil 10 und das Abdeckelement 40 hermetisch abgedichtet. Ein von dem Unterteil 10 und dem Abdeckelement 40 umgebender Raum ist mit einem Gas, wie beispielsweise Trockenluft, gefüllt, dessen Feuchtigkeitsgehalt verringert ist (die Feuchtigkeit wird entfernt).

Ein Übertragungselement 41 ist an das Abdeckelement 40 befestigt, um das Durchgangsloch 55 abzudecken. Das Übertragungselement 41 ist aus einem Material gebildet, das Lichtstrahlen mit Wellenlängen entsprechend den optischen Halbleitervorrichtungen überträgt (Lichtstrahlen, die aus den Laserdioden 81, 82 und 83 emittiert werden). In dieser Ausführungsform ist das Material, das die Lichtstrahlen mit Wellenlängen entsprechend den optischen Halbleitervorrichtungen überträgt, Glas. Das Übertragungselement 41 kann eine flache Plattenform, bei der die Hauptflächen parallel zueinander verlaufen, oder eine Linsenform, in der Licht von dem Hauptelement 20 gesammelt oder gestreut wird, aufweisen.

Gemäß 2 und 3 umfasst das Hauptelement 20 ein plattenförmiges Substrat 60. Das Substrat 60 umfasst eine Hauptfläche 60A, die in Draufsicht eine rechteckige Form aufweist. Das Substrat 60 umfasst einen Basisbereich 61 und einen Chip-Befestigungsbereich 62. Der Chip-Befestigungsbereich 62 ist ein Bereich, der eine kurze Seite der einen Hauptfläche 60A und eine lange Seite, die mit der einen kurzen Seite verbunden ist, aufweist. Der Chip-Befestigungsbereich 62 weist eine höhere Dicke als der Basisbereich 61 auf. Folglich ist der Chip-Befestigungsbereich 62 größer als der Basisbereich 61. Der Chip-Befestigungsbereich 62 umfasst einen ersten Chip-Befestigungsbereich 63 auf einer Seite gegenüber der Seite, an der die kurze Seite mit der einen langen Seite verbunden ist. Die erste Chip-Befestigungsbereich 63 weist eine höhere Dicke (größer) als der benachbarte Bereich auf. Der Chip-Befestigungsbereich 62 umfasst auch einen zweiten Chip-Befestigungsbereich 64 auf einer Seite gegenüber der Seite, an der die eine lange Seite mit der einen kurzen Seite verbunden ist. Der zweite Chip-Befestigungsbereich 64 weist eine höhere Dicke (größer) als der benachbarte Bereich auf.

Eine erste Zusatzhalterung 71 mit einer flachen Plattenform ist auf dem ersten Chip-Befestigungsbereich 63 angeordnet. Eine rote Laserdiode 81, die als eine erste optische Halbleitervorrichtung dient, ist auf der ersten Zusatzhalterung 71 angeordnet. Eine zweite Zusatzhalterung 72 und eine dritte Zusatzhalterung 73, die jeweils eine flache Plattenform aufweisen, sind auf dem zweiten Chip-Befestigungsbereich 64 angeordnet. Die dritte Zusatzhalterung 73 ist weiter weg von dem Verbindungsabschnitt zwischen der einen langen Seite und der einen kurzen Seite als die zweite Zusatzhalterung 72 angeordnet. Eine grüne Laserdiode 82, die als eine zweite optische Halbleitervorrichtung dient, ist auf der zweiten Zusatzhalterung 72 vorgesehen. Eine blaue Laserdiode 83, die als eine dritte optische Halbleitervorrichtung dient, ist auf der dritten Zusatzhalterung 73 vorgesehen. Die Höhen der optischen Achsen der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 (die Abstände zwischen jeder optischen Achse und einer Bezugsfläche, die die eine Hauptfläche 60A des Substrats 60 ist, d. h. die Abstände von der Bezugsfläche in der Z-Achsenrichtung) sind unter Verwendung der ersten Zusatzhalterung 71, der zweiten Zusatzhalterung 72 und der dritten Zusatzhalterung 73 gleich eingestellt.

Das optische Modul 1 umfasst ein elektronisches Kühlmodul 30 zwischen dem Unterteil 10 und dem Hauptelement 20. Das elektronische Kühlmodul 30 umfasst eine Wärmeabsorptionsplatte 31, eine Wärmeableitungsplatte 32 und Halbleitersäulen 33, die zwischen auf der Wärmeabsorptionsplatte 31 und der Wärmeableitungsplatte 32 vorgesehenen Elektroden angeordnet sind. Die Wärmeabsorptionsplatte 31 und die Wärmeableitungsplatte 32 sind beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildet. Die Wärmeabsorptionsplatte 31 ist so angeordnet, dass sie mit der anderen Hauptfläche 60B des Substrats 60 in Kontakt ist. Die Wärmeableitungsplatte 32 ist derart angeordnet, dass sie mit der einen Hauptfläche 10A des Unterteils 10 in Kontakt ist. In dieser Ausführungsform ist das elektronische Kühlmodul 30 ein Peltier-Modul (Peltier-Vorrichtung). Indem ein elektrischer Strom durch das elektronische Kühlmodul 30 geleitet wird, bewegt sich die Wärme in dem Substrat 60, das in Kontakt mit der Wärmeabsorptionsplatte 31 ist, zu dem Unterteil 10, das das Substrat 60 kühlt. Folglich wird ein Temperaturanstieg in der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 unterdrückt. Somit kann das optische Modul 1 in einer Hochtemperaturumgebung, wie beispielsweise im Umfeld von Automobilen, verwendet werden. Ferner kenn durch Aufrechterhalten der Temperaturen der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 innerhalb geeigneter Bereiche Licht mit einer gewünschten Farbe genau erzeugt werden.

Ein erstes Linsenhalteelement 77, ein zweites Linsenhalteelement 78 und ein drittes Linsenhalteelement 79 sind auf dem Basisbereich 61 des Substrats 60 ausgebildet. Eine erste Linse 91, eine zweite Linse 92 und eine dritte Linse 93 sind jeweils auf dem Linsenhalteelement 77, dem zweiten Linsenhalteelement 78 und dem dritten Linsenhalteelement 79 angeordnet. Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 sind über einen Klebstoff, wie beispielsweise einem Harz-härtbaren Kleber, jeweils an das erste Linsenhalteelement 77, das zweite Linsenhalteelement 78 und das dritte Linsenhalteelement 79 befestigt.

Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 umfassen Linseneinheiten 91A, 92A und 93A, die jeweils eine Linsenfläche aufweisen. In der ersten Linse 91, der zweiten Linse 92 und der dritten Linse 93 sind die Linseneinheiten 91A, 92A und 93A und andere Bereiche als die Linseneinheiten 91A, 92A und 93A jeweils einstückig ausgebildet. Die Mittelachsen der Linseneinheiten 91A, 92A und 93A der ersten Linse 91, der zweiten Linse 92 und der dritten Linse 93, d. h. die optischen Achsen der Linseneinheiten 91A, 92A und 93A, durch das erste Linsenhalteelement 77, das zweite Linsenhalteelement 78 und das dritte Linsenhalteelement 79 werden derart eingestellt, dass sie mit den optischen Achsen der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 übereinstimmen. Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 sind ausgebildet, die Größe der Lichtstrahlenflecke umzuwandeln, die jeweils aus der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 emittiert werden.

Ein erster Filter 97 und ein zweiter Filter 98 sind auf dem Basisgebiet 61 des Substrats 60 angeordnet. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 sind über ein Kühlmodul, wie beispielsweise einen Harz-härtbaren Kleber, an den Basisbereich 61 befestigt. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 weisen jeweils eine flache Plattenform auf, die parallel zueinanderliegeride Hauptflächen umfasst. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 sind beispielsweise Wellenlängenauswahlfilter. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 sind dielektrische Mehrschichtfilmfilter. Genauer gesagt überträgt der erste Filter 97 rotes Licht und reflektiert grünes Licht. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 übertragen oder reflektieren wahlweise Licht mit einer bestimmten Wellenlänge. Folglich multiplexen der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 Lichtstrahlen, die aus der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 emittiert werden. Der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 sind jeweils auf einem ersten Vorsprungbereich 88 und einem zweiten Vorsprungbereich 89 vorgesehen, die auf dem Basisbereich 61 gebildete Vorsprünge sind.

In 3 sind die rote Laserdiode 81, die Linseneinheit 91A der ersten Linse 91, der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 in einer geraden Linie in der Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 (in der X-Achsenrichtung) angeordnet. Die grüne Laserdiode 82, die Linseneinheit 92A der zweiten Linse 92 und der erste Filter 97 sind in einer geraden Linie in der Lichtemissionsrichtung der grünen Laserdiode 82 (in der Y-Achsenrichtung) angeordnet. Die blaue Laserdiode 83, die Linseneinheit 93A der dritten Linse 93 und der zweite Filter 98 sind in einer geraden Linie in der Lichtemissionsrichtung der blauen Laserdiode 83 (in der Y-Achsenrichtung) angeordnet. Mit anderen Worten schneidet die Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 die Lichtemissionsrichtungen der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83. Genauer gesagt ist die Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 orthogonal zu den Lichtemissionsrichtungen der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83. Die Lichtemissionsrichtung der grünen Laserdiode 82 ist gleich wie die Lichtemissionsrichtung der blauen Laserdiode 83. Genauer gesagt sind die Lichtemissionsrichtung der grünen Laserdiode 82 und die Lichtemissionsrichtung der blauen Laserdiode 83 parallel zueinander. Die Hauptflächen des ersten Filters 97 und des zweiten Filters 98 sind bezogen auf die Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 geneigt. Genauer gesagt sind die Hauptflächen des ersten Filters 97 und des zweiten Filters 98 um 45° bezogen auf die Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 (X-Achsenrichtung) geneigt.

Im Nachfolgenden wird ein Betrieb des optischen Moduls 1 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. In 3 bewegt sich rotes Licht, das aus der roten Laserdiode 81 emittiert wird, entlang eines optischen Pfades L1 und dringt in die Linseneinheit 91A der ersten Linse 91 ein, so dass eine Fleckengröße des Lichts umgewandelt wird. Insbesondere wird beispielsweise rotes Licht, das aus der roten Laserdiode 81 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt. Das rote Licht, dessen Fleckengröße in der ersten Linse 91 umgewandelt wurde, bewegt sich entlang des optischen Pfades L1 und tritt in den ersten Filter 97 ein.

Da der erste Filter 97 rotes Licht überträgt, bewegt sich das aus der roten Laserdiode 81 emittierte Licht weiter entlang des optischen Pfades L2 und dringt in den zweiten Filter 98 ein. Da der zweite Filter 98 rotes Licht überträgt, bewegt sich das aus der roten Laserdiode 81 emittierte Licht weiter entlang eines optischen Pfades L3 und wird durch das Übertragungselement 41 des Abdeckelements 40 zur Außenseite des optischen Moduls 1 ausgegeben.

Grünes Licht, das aus der grünen Laserdiode 82 emittiert wird, bewegt sich entlang eines optischen Pfades L4 und dringt in die Linseneinheit 92A der zweiten Linse 92 ein, so dass die Fleckengröße des Lichts umgewandelt wird. Insbesondere wird beispielsweise das aus der grünen Laserdiode 82 emittierte grüne Licht in kollimiertes Licht umgewandelt. Das grüne Licht, dessen Fleckengröße in der zweiten Linse 92 umgewandelt wurde, bewegt sich entlang des optischen Pfades L4 und dringt in den ersten Filter 97 ein. Da der erste Filter 97 grünes Licht reflektiert, wird das aus der grünen Laserdiode 82 emittierte Licht in den optischen Pfad L2 eingekoppelt. Folglich wird das grüne Licht mit dem roten Licht gemultiplext und bewegt sich entlang des optischen Pfades L2 und dringt in den zweiten Filter 98 ein. Da der zweite Filter 98 grünes Licht überträgt, bewegt sich das aus der grünen Laserdiode 82 emittierte Licht weiter entlang des optischen Pfades L3 und wird durch das Übertragungselement 41 des Abdeckelements 40 zur Außenseite des optischen Moduls 1 ausgegeben.

Blaues Licht, das aus der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, bewegt sich entlang eines optischen Pfades L5 und dringt in die Linseneinheit 93A der dritten Linsen 93 ein, so dass die Fleckengröße des Lichts umgewandelt wird. Insbesondere wird beispielsweise blaues Licht, das aus der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt. Das blaue Licht, dessen Fleckengröße in der dritten Linse 93 umgewandelt wird, bewegt sich entlang des optischen Pfades L5 und dringt in den zweiten Filter 98 ein. Da der zweite Filter 98 blaues Licht reflektiert, wird das aus der blauen Laserdiode 83 emittierte Licht in den optischen Pfad L3 eingekoppelt. Folglich wird das blaue Licht mit dem roten Licht und dem grünen Licht gemultiplext und bewegt sich entlang des optischen Pfades L3 und wird durch das Übertragungselement 41 des Abdeckelements 40 zur Außenseite des optischen Moduls 1 ausgegeben.

Strukturen des Abdeckelements 40 und des Übertragungselements 41

Im Nachfolgenden werden die Strukturen des Abdeckelements 40 und des Übertragungselements 41 mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer Struktur des Abdeckelements 40, wenn die Seitenfläche 40B in Draufsicht betrachtet wird. 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 4 in Pfeilrichtung. Bezug nehmend auf 4 und 5 umfasst das Abdeckelement 40 das Durchgangsloch 55 in der Seitenfläche 40B. Das Übertragungselement 41 ist an das Abdeckelement 40 mit einem dazwischen angeordneten Glas mit niedrigem Schmelzpunkt 42 befestigt, um das Durchgangsloch 55 zu bedecken. Das Übertragungselement 41 weist eine zweite Fläche 41B, in die von den Laserdioden 81, 82 und 83 emittierten Lichtstrahlen eindringen, und eine erste Fläche 41A, aus der die Lichtstrahlen, die in die zweite Fläche 41B eingedrungen sind, zur Außenseite des optischen Moduls 1 ausgegeben werden, auf. Die zweite Fläche 41B des Übertragungselements 41 ist mit dem Abdeckelement 40 verbunden. Aufgrund der Verbindung des Abdeckelements 40 mit dem Unterteil 10, das als ein Basiselement dient, verformt sich das Abdeckelement 40 aus seiner ursprünglichen Form. Die Verformung des Abdeckelements 40 bewirkt eine Verformung und eine Verkrümmung des Übertragungselements 41.

Die Fläche eines Verbindungsbereichs, durch den das Übertragungselement 41 mit dem Abdeckelement 40 verbunden ist, beträgt 60% oder mehr der Fläche der zweiten Oberfläche 41B, die den Verbindungsbereich aufweist. Die Fläche des Verbindungsbereichs beträgt 80% oder weniger der Fläche der zweiten Oberfläche 41B, die den Verbindungsbereich aufweist. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer hohen Beständigkeit des Übertragungselements 41 beträgt die Fläche des Verbindungsbereichs vorzugsweise 70% oder mehr der Fläche der zweiten Oberfläche 41B, die den Verbindungsbereich aufweist. Unter dem Gesichtspunkt der Bildung eines hinreichend großen Bereichs, durch den das emittierte Licht hindurchtritt, beträgt die Fläche des Verbindungsbereichs vorzugsweise 75% oder weniger der Fläche der zweiten Oberfläche 41B, die den Verbindungsbereich aufweist.

Im Nachfolgenden werden der Schwerpunkt G, die erste Achse 102, die zweite Achse 104, der Mittelpunkt C, die erste geodätische Linie 106 und die zweite geodätische Linie 108 eines Projektionsbilds (orthografische Projektion) 100, das durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird, mit Bezug auf die 6 und die 7 beschrieben. 6 zeigt das Projektionsbild 100 des Übertragungselements 41. 7 zeigt schematisch die erste Fläche 41A des Übertragungselements 41. In 6 ist der Schwerpunkt G des Projektionsbilds 100, das durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird, dargestellt. Der Schwerpunkt G ist ein Punkt auf dem Projektionsbild 100, das durch Projizieren eines Mittelpunktes C in 7 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird. Das heißt, der Mittelpunkt C ist ein Punkt auf der ersten Fläche 41A, der dem Schwerpunkt G entspricht.

Die erste Achse 102 und die zweite Achse 104 schneiden einander orthogonal am Schwerpunkt G. Die erste Achse 102 ist eine gerade Linie auf dem Projektionsbild 100, das durch Projizieren einer ersten geodätischen Linie 106 der ersten Fläche 41A auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird. Das heißt, die erste geodätische Linie 106 entspricht der ersten Achse 102. Die zweite Achse 104 ist eine gerade Linie auf dem Projektionsbild 100, die durch Projizieren einer zweiten geodätischen Linie 108 der ersten Fläche 41A auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird. Das heißt, die zweite geodätische Linie 108 entspricht der zweiten Achse 104.

Die Bezeichnung ”geodätische Linie” betrifft hierin eine gekrümmte Linie, die den Mindestabstand zwischen zwei beliebigen Punkten auf einer Krümmungsfläche bildet. Wenn das Übertragungselement 41 eine flache Plattenform mit parallel zueinander angeordneten Hauptflächen aufweist, sind die geodätischen Linie 106 und 108 auf den Hauptflächen gerade Linien. Hierin stimmen die erste geodätische Linie 106 mit der ersten Achse 102 und die zweite geodätische Linie 108 mit der zweiten Achse 104 überein. Weist das Übertragungselement 41 die erste Fläche 41A mit einer gekrümmten Flächenform auf, wie in 7 gezeigt, sind die erste geodätische Linie 106 und die zweite geodätische Linie 108 gekrümmte Linien. Die erste geodätische Linie 106 und die zweite geodätische Linie 108 schneiden einander am Mittelpunkt C auf der ersten Oberfläche 41A.

Im Nachfolgenden werden die Bezugspunkte R1 und R2 und die Standardpunkte S1 und S2 mit Bezug auf die 6 und die 7 beschrieben. In 6 und 7 betrifft ein Bezugspunk einen Punkt auf dem Projektionsbild 100, der durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird, wobei der Punkt um einen bestimmten Abstand D von dem Schwerpunkt G des Projektionsbilds 100 entfernt angeordnet ist. In 6 und 7 ist ein Bezugspunkt auf der ersten Achse 102 durch den Bezugspunkt R1 dargestellt. Ein Bezugspunkt auf der zweiten Achse 104 ist durch den Bezugspunkt R2 dargestellt. Der Bezugspunkt R1 ist ein Punkt auf dem Projektionsbild 100, der durch Projizieren des Standardpunkts Si der ersten Fläche 41A auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird. Das heißt, der Standardpunkt S1 entspricht dem Bezugspunkt R1. Der Bezugspunkt R2 ist ein Punkt auf dem Projektionsbild 100, der durch Projizieren des Standardpunkts S2 der ersten Fläche 41A auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse des optischen Moduls 1 erhalten wird. Das heißt, der Standardpunkt S2 entspricht dem Bezugspunkt R2.

Verschiebung und Verkrümmungsgrad

Im Nachfolgenden wird die Verschiebung und der Verkrümmungsgrad mit Bezug auf 8 beschrieben. Die Verschiebung betrifft unter der Annahme, dass die Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche 41A in einem Zustand, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 abgenommen ist, Null beträgt und die Richtung zur Außenseite des optischen Moduls 1 eine positive Richtung ist, eine Höhe des einen Punktes in der optischen Achsenrichtung in einem Zustand, in dem das Übertragungselement 41 an das Abdeckelement 40 befestigt ist. Die Verschiebung wird insbesondere mit Bezug auf 8 beschrieben. Ein Zustand A, der durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, ist ein Zustand, in dem das Übertragungselement 41 an das Abdeckelement 40 befestigt ist. Der Zustand B, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, ist ein Zustand, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 abgenommen ist.

Bezug nehmend auf 8 ist der Standardpunkt S1A ein Punkt, der auf der ersten Fläche 41A des Übertragungselements 41 in einem Zustand A angeordnet ist und der dem Bezugspunkt R1 entspricht. Der Standardpunkt S1B ist ein Punkt, der auf der ersten Fläche 41A des Übertragungselements 41 in dem Zustand B angeordnet ist und der dem Bezugspunkt R1 entspricht. Der Mittelpunkt CA ist ein Punkt, der auf der ersten Fläche 41A des Übertragungselements 41 in dem Zustand A angeordnet ist und dem Schwerpunkt G entspricht. Der Mittelpunkt CB ist ein Punkt, der auf der ersten Fläche 41A des Übertragungselements 41 in dem Zustand B angeordnet ist und dem Schwerpunkt G entspricht. Die optische Achse L ist eine optische Achse des optischen Moduls 1. In 8 sind eine erste Fläche 41A1 in dem Zustand A und eine erste Fläche 41A2 in dem Zustand B dargestellt. Ferner sind die zweite Fläche 41B1 in dem Zustand A und die zweite Fläche 41B2 in dem Zustand B dargestellt.

In dieser Ausführungsform betrifft die Verschiebung unter der Annahme, dass die Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche 41A in einem Zustand, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 abgenommen ist, Null beträgt und die Richtung zur Außenseite des optischen Moduls 1 eine positive Richtung ist, eine Höhe des einen Punktes in der optischen Achsenrichtung L in einem Zustand, in dem das Übertragungselement 41 an das Abdeckelement 40 befestigt ist. In 8 ist die Verschiebung am Mittelpunkt C als eine Höhe Δdc des Mittelpunktes CA in dem Zustand A ausgedrückt, in dem das Übertragungselement 41 an das Abdeckelement 40 befestigt ist, unter der Annahme, dass die Höhe des Mittelpunktes CB in dem Zustand B, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 gelöst ist, Null beträgt. Die Verschiebung am Standardpunkt S1 ist als eine Höhe ΔdS1 des Standardpunkts S1A in dem Zustand A ausgedrückt, unter der Annahme, dass die Höhe des Standardpunkts S1B in dem Zustand B Null beträgt.

Der Verkrümmungsgrad ist als eine Differenz W zwischen der Verschiebung Δdc am Mittelpunkt C und der Verschiebung ΔdS1 am Standardpunkt S1 ausgedrückt.

In Wirklichkeit kann die Verschiebung und der Verkrümmungsgrad durch das nachfolgende Verfahren gemessen werden. Zunächst wird das Oberflächenprofil des Übertragungselements 41 in dem Zustand A, in dem das Übertragungselement 41 an das Abdeckelement 40 befestigt ist, wie in 5 gezeigt, untersucht und die Höhe eines jedes Punktes in einem bestimmten Bereich der ersten Fläche 41A1 gemessen. Unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts kann das Oberflächenprofil des Übertragungselements 41 überprüft und die Höhe gemessen werden. Nach der Messung kann eine vorläufige Markierung so angebracht werden, dass der Punkt C auf der ersten Fläche 41A1, der dem Schwerpunkt G entspricht, der in Draufsicht in der optischen Achsenrichtung des optischen Moduls 1 gebildet wird, identifiziert werden kann.

Anschließend wird das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 durch ein Abtrennungsverfahren wie beispielsweise das zuvor beschriebene physikalische Verfahren oder thermische Verfahren, entfernt. Das Übertragungselement 41 ist von dem Abdeckelement 40 lösbar. 9 zeigt eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Übertragungselement 41 in der Struktur in 5 abgenommen ist. Das Übertragungselement 41 kann durch ein physikalisches Verfahren abgenommen werden, wie beispielsweise durch ein Verfahren, bei dem ein Teil des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt zerbrochen wird. Wahlweise kann das Übertragungselement 41 durch ein thermisches Verfahren abgenommen werden, wie beispielsweise durch ein Verfahren, bei dem die Temperatur auf eine Temperatur erhöht wird, bei der das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt schmilzt, aber das Übertragungselement 41 nicht verformt wird.

In dem Zustand B, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40, wie in 8 gezeigt, abgenommen ist, wird die Höhe eines jeden Punktes in einem bestimmten Bereich der ersten Fläche 41A2 in der gleichen zuvor beschriebenen Weise gemessen. Anschließend wird die Verschiebung unter der Annahme, dass die Höhe eines Punktes auf der ersten Fläche 41A in dem Zustand B, Null beträgt, als eine Höhe des einen Punktes in der optischen Achsenrichtung L in dem Zustand berechnet.

Ist das Übertragungselement eine flache Platte, kann auf die Messung der Höhe in dem Zustand B, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 abgenommen ist, verzichtet werden, Die Höhe in dem Zustand B, in dem das Übertragungselement 41 von dem Abdeckelement 40 abgenommen ist, wird über der gesamten ersten Fläche 41A als Null betrachtet. Daher wird auf die Messung der Höhe in dem Zustand B verzichtet und der Verkrümmungsgrad direkt aus der Untersuchung des Oberflächenprofils und des Messergebnisses der Höhe in dem Zustand A, in dem das Übertragungselement 41 mit dem Abdeckelement 40 verbunden ist, berechnet.

Der zuvor beschriebene bestimmte Bereich kann beispielsweise auf einen Bereich der ersten Fläche 41A festgelegt werden, der einem Bereich auf dem Projektionsbild 100 mit einem Radius von 300 μm von dem Schwerpunkt G des Projektionsbilds 100 entspricht, das durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse L des optischen Moduls 1 erhalten wird.

Der maximale Verkrümmungsgrad in dem Bereich der ersten Fläche 41A, der einem Bereich auf dem Projektionsbild 100 entspricht und einen Radius von 300 μm von dem Schwerpunkt G aufweist, beträgt beispielsweise 0,03 μm oder mehr und 0,15 μm oder weniger. Eine geodätische Linie, die den höchsten Verkrümmungsgrad aufweist, kann als die erste geodätische Linie 106 definiert werden. Zwischen der ersten geodätischen Linie 106 und der zweiten geodätischen Linie 108 ist der Verkrümmungsgrad unterschiedlich. Dies bedeutet, dass die Verformung des Übertragungselements 41 ungleichmäßig ist (nicht konzentrisch). Der höchste Verkrümmungsgrad beträgt vorzugsweise 0,05 μm oder mehr im Hinblick auf die Verbesserung der Luftdichtigkeit (Abdichtungseigenschaft), Der höchste Verkrümmungsgrad beträgt vorzugsweise 0,13 μm oder weniger im Hinblick auf die Unterdrückung einer Rissbildung in dem Übertragungselement 41.

10 zeigt ein Beispiel des Messergebnisses des Oberflächenprofils des Übertragungselements 41 unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts. In 10 sind Konturlinien 121 und 123 auf dem Projektionsbild 100 dargestellt, die durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse L des optischen Moduls erhalten werden. Der Punkt G ist ein Schwerpunkt des Projektionsbilds 100. In 10 sind zudem die erste Achse 102, die der ersten geodätischen Linie 106 entspricht, und die zweite Achse 104, die der zweiten geodätischen Linie 108 entspricht, dargestellt. In 10 ist ein Bereich 120 mit einer negativen Höhe außerhalb der Konturlinie 121 in der radialen Richtung dargestellt. Die Höhe nimmt in radialer Richtung nach innen von dem Bereich 120 in Richtung des Schwerpunkts G in der Reihenfolge eines Bereichs 122 und eines Bereichs 124 zu.

11 zeigt ein Flussdiagramm, das das Messergebnis der Höhe auf der ersten geodätischen Linie des Übertragungselements 41 darstellt. Durch fortlaufendes Messen der Hohe des Übertragungselements 41 auf der ersten Fläche 41A entlang der ersten geodätischen Linie 106, wird eine durchgehende gekrümmte Linie, die in 11 dargestellt ist, gezeichnet. Diese gekrümmte Linie entspricht einem Oberflächenprofil der ersten Fläche 41A in einer Schnittansicht des Übertragungselements 41 entlang der ersten geodätischen Linie 106. 12 zeigt ein Flussdiagramm, das das Messergebnis der Höhe auf der zweiten geodätischen Linie 108 des Übertragungselements 41 darstellt. Durch fortlaufendes Messen der Höhe des Übertragungselements 41 auf der ersten Fläche 41A entlang der zweiten geodätischen Linie 108, wird eine durchgehende gekrümmte Linie, die in 12 gezeigt ist, gezeichnet. Diese gekrümmte Linie entspricht einem Oberflächenprofil der ersten Fläche 41A in einer Schnittansicht des Übertragungselements 41 entlang der zweiten geodätischen Linie 108. In der vertikalen Achse in 11 und 12 ist die Richtung zur Außenseite des optischen Moduls 1 entlang der optischen Achse L eine positive Richtung. In 11 und 12 kann der Verkrümmungsgrad aus der Differenz der Höhe zwischen dem Mittelpunkt C auf der ersten Fläche 41A, der dem Schwerpunkt G des Projektionsbilds entspricht, das durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse L des optischen Moduls 1 erhalten wird, und einen Punkt (beispielsweise Standardpunkt S1) auf der ersten Fläche 41A, der einem Punkt (beispielsweise Bezugspunkt R1) auf dem Bezugsbild 300 μm im Radius von dem Schwerpunkt G entspricht, bestimmt werden. Erstreckt sich das Profil in 11 und 12 konkav nach unten, ist der Verkrümmungsgrad positiv. Erstreckt sich das Profil konkav nach oben, ist der Verkrümmungsgrad negativ.

13 zeigt ein Beispiel des Messergebnisses des Oberflächenprofils des Übertragungselements 41, das durch das zuvor beschriebene Verfahren unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts gemessen wird. Ein Bereich 130 weist eine negative Höhe auf. Die Höhe nimmt in radialer Richtung nach innen von dem Bereich 130 in Richtung des Schwerpunkts G in der Reihenfolge eines Bereichs 132 und eines Bereichs 134 zu. 14 zeigt schematisch die Form der ersten geodätischen Linie 106. 15 zeigt schematisch die Form der zweiten geodätischen Linie 108. Erstreckt sich das Profil in 14 und 15 konkav nach unten, ist der Verkrümmungsgrad positiv. Erstreckt sich das Profil konkav nach oben, ist der Verkrümmungsgrad negativ. In 14 und 15 weist das Übertragungselement 41 in 13 einen positiven Verkrümmungsgrad auf sowohl der geodätischen Linie als auch der geodätischen Linie 108 auf.

16 zeigt ein weiteres Beispiel des Messergebnisses des Oberflächenprofils des Übertragungselements 41, das durch das zuvor beschriebene Verfahren unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts gemessen wird. Ein Bereich 140 weist eine negative Höhe auf. Die Höhe eines Bereichs 144, der den Schwerpunkt G aufweist, ist höher als jene des Bereichs 140, aber kleiner als jene des Bereichs 142. Der Bereich 142 hat die größte Höhe aller Bereiche in 16. 17 zeigt schematisch die Form der ersten geodätischen Linie 106. 18 zeigt schematisch die Form der zweiten geodätischen Linie 108. Erstreckt sich das Profil in 17 und 18 konkav nach unten, ist der Verkrümmungsgrad positiv. Verläuft das Profil konkav nach oben, ist der Verkrümmungsgrad negativ. In 17 und 18 hat das Übertragungselement 41 in 16 amen positiven Verkrümmungsgrad der geodätischen Linie 106, jedoch einen negativen Verkrümmungsgrad der geodätischen Linie 108. Das heißt, das Übertragungselement 41 in 16 verformt sich zu einer Sattelform.

Diese Ausführungsform wurde zuvor beschrieben. Die Zusatzhalterungen 71, 72 und 73 sind aus einem Material gebildet, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe demjenigen der Vorrichtungen und dergleichen, die auf den Zusatzhalterungen 71, 72 und 73 montiert sind, aufweist. Beispielsweise können die Zusatzhalterungen 71, 72 und 73 aus AIN, SiC, Si oder Diamant gebildet sein. Das Unterteil 10 und das Abdeckelement 40 sind vorzugsweise aus zum Besispiel einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet. Das Unterteil 10 und das Abdeckelement 40 können beispielsweise aus Eisen, Kupfer, Nickel oder einer Legierung desselben, oder aus AIN, CuW oder CuMo gebildet sein.

In der obigen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem das Übertragungselement 41 mit der zweiten Fläche 41B verbunden ist. Jedoch kann das Übertragungselement 41 auch mit der ersten Fläche 41A verbunden sein. Zudem wurde auch der Fall beschrieben, bei dem ein Glas mit niedrigem Schmelzpunkt 42 als Verbindungselement verwendet wird, wobei jedoch andere Verbindungselemente oder Klebemittel verwendet werden können.

In der obigen Ausführungsform wurde das optische Modul 1 beschrieben, das als optische Halbleitervorrichtungen die drei Laserdioden 81, 82 und 83 aufweist, die Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. Jedoch sind die Arten und die Anzahl der optischen Halbleitervorrichtungen nicht besonders eingeschränkt. Das optische Modul 1 kann Lichtempfangsvorrichtungen als optische Halbleitervorrichtungen, anstelle der Laserdioden, die als Lichtemissionsvorrichtungen dienen, umfassen. Ferner können beispielsweise lichtemittierende Dioden als Lichtemissionsvorrichtungen anstelle der Laserdioden 81, 82 und 83 verwendet werden. In der obigen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, bei dem die Wellenlängenauswahlfilter als der erste Filter 97 und der zweite Filter 98 verwendet werden. Jedoch können diese Filter beispielsweise Polarisationssynthetisierungsfilter sein. Je nach Bedarf können diese Filter weggelassen werden.

Wie zuvor beschrieben unterscheidet sich in dem optischen Modul gemäß dieser Ausführungsform der Verkrümmungsgrad zwischen der ersten geodätischen Linie und der zweiten geodätischen Linie. Des heißt, das Übertragungselement wird ungleichmäßig in einer nicht konzentrischen Weise verformt.

In dem optischen Modul gemäß dieser Ausführungsform ist das Übertragungselement an der ersten Fläche oder der zweiten Fläche mit dem Abdeckelement verbunden. Somit wird trotz der Tatsache, dass das Übertragungselement in dem optischen Modul eine ungleichförmige Verformung aufweist, eine Rissbildung in dem Übertragungselement unterdrückt.

Beispiele

Es wurde ein optisches Bodenflächenträgermodul bereitgestellt, in dem ein Übertragungselement mit einem Abdeckelement verbunden wurde, und das Vorhandensein oder Fehlen einer Verkrümmung und einer Rissbildung auf dem Übertragungselement überprüft. Zum Vergleich wurde ein optisches Seitenflächenvergleichsmodul bereitgestellt, indem ein Übertragungselement mit einem Abdeckelement an einer Seitenfläche (Umfangsfläche) des Übertragungselements verbunden wurde, und das Vorhandensein oder Fehlen einer Verkrümmung und einer Rissbildung auf dem Übertragungselement in der gleichen Weise überprüft. Ferner wurde das Vorhandensein oder das Fehlen von Leckagen im optischen Modul überprüft.

Die Überprüfung wurde wie folgt durchgeführt.

Verkrümmungsgrad des Übertragungselements

Der Verkrümmungsgrad des Übertragungselements 41 in einem Bereich der ersten Fläche 41A, der einen Bereich mit einem Radius von 300 μm von dem Schwerpunkt G auf dem Projektionsbild 100, das durch Projizieren des Übertragungselements 41 auf eine Ebene senkrecht zu der optischen Achse L des optischen Moduls 1 erhalten wird, entspricht, wurde unter Verwendung eines dreidimensionalen optischen Oberflächenmessgeräts (hergestellt von Canon Inc.) gemessen. In diesem Beispiel wurden die erste geodätische Linie und die zweite geodätische Linie derart festgelegt, dass eine geodätische Linie mit einem maximalen Verkrümmungsgrad unter den geodätischen Linien, die den Mittelpunkt C durchlaufen, als eine erste geodätische Linie definiert wurde.

Überprüfung der Rissbildung auf dem Übertragungselement

Das Vorhandensein oder Fehlen von Rissen auf dem Übertragungselement wurde unter Verwendung eines stereoskopischen Mikroskops nach einem Haltbarkeitstest eines Übertragungsfensters überprüft. Der Haltbarkeitstest wurde wie folgt durchgeführt. Zunächst wurden 50 Zyklen (1 Zyklus = 1 Stunde) eines –40°C/85°C Wärmezyklustests wiederholt durchgeführt. Anschließend wurde ein Hochtemperatur-/Feuchtigkeitsbelastungstest bei 85°C/85% für 50 Stunden durchgeführt.

Vorhandensein oder Fehlen von Leckagen

Das Vorhandensein oder Fehlen von Leckagen wurde mit einem Heliumlecktest beurteilt (akzeptables Kriterium: Leckrate < 1 × 10–10 Pa·m3/s).

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Auswertungsergebnisse. In der Tabelle bezieht sich die Nr. 1 auf das Vergleichsbeispiel, die Nr. 2 auf das erste Beispiel und die Nr. 3 auf das zweite Beispiel. Die Auswertung wurde an 13 Proben von jeweils dem Vergleichsbeispiel, dem ersten Beispiel und dem zweiten Beispiel durchgeführt. In der Tabelle ist der Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie und der Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie aus einem Durchschnitt der 13 Proben gebildet.

19 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verkrümmungsgrad und der Häufigkeit einer Rissbildung in dem Übertragungselement darstellt. In dem Diagramm in 19 zeigt die Horizontalachse den Verkrümmungsgrad (μm) auf der ersten geodätischen Linie. Die Vertikalachse stellt den Verkrümmungsgrad (μm) auf der zweiten geodätischen Linie dar. Hinsichtlich der aufgetragenen Daten ist eine Gruppe 201 eine Datengruppe des Vergleichsbeispiels. Eine Gruppe 202 ist eine Datengruppe des ersten Beispiels und eine Gruppe 203 ist eine Datengruppe des zweiten Beispiels. Eine gestrichelte 204 ist eine hypothetische Linie, die den Fall angibt, bei dem der Verkrümmungsgrad in der ersten Achsenrichtung und der Verkrümmungsgrad in der zweiten Achsenrichtung gleich sind. Die aufgetragenen Datenpunkte auf der gestrichelten Linie 204 geben an, dass die Verformung des Übertragungselements in konzentrischer Weise gleichförmig verteilt ist. Eine Erhöhung des Abstands zwischen den aufgetragenen Datenpunkten und der gestrichelten Linie 204 gibt eine größere Verformung und Ungleichmäßigkeit an. Tabelle

Nr.123Anzahl der Tests131313Verbindungszustand des ÜbertragungselementsSeitenflächenträgerBodenflächenträgerBodenflächenträgerVerkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie0,077 μm0,048 μm0,095 μmVerkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie0,030 μm0,012 μm–0,034 μm Anzahl der Häufigkeit einer Rissbildung auf dem Übertragungselement3/130/130/13Häufigkeit des Bestehens des Lecktests10/1312/1313/13

Mit Bezug auf 19 und die Tabelle wurden, wie in der Datengruppe 201 des Vergleichsbeispiels gezeigt, in 3 von den 13 Proben in dem optischen Modul, in dem das Übertragungselement an der Seitenfläche des Übertragungselements mit dem Abdeckelement verbunden wurde, Risse (x Markierungen in 19) beobachtet. In dem Fall, in dem das Übertragungselement mit dem Abdeckelement an der Seitenfläche des Übertragungselements verbunden ist, kann, wie zuvor beschrieben, eine Rissbildung auftreten, wenn die Verkrümmung des Übertragungselements ungleichmäßig ist. Ferner wurde in 3 der 13 Proben eine Leckage beobachtet.

Im Gegensatz dazu wurden mit Bezug auf die Tabelle und 19, wie in der Datengruppe 202 des ersten Beispiels gezeigt, keine Risse im Übertragungselement in irgendeiner Probe in dem optischen Modul des ersten Beispiels beobachtet, in dem das Übertragungselement an der Fläche, an der Licht eintritt, mit dem Abdeckelement verbunden wurde.

Das optische Modul des zweiten Beispiels wurde derart gebildet, dass die Schweißbedingungen des Basiselements und des Abdeckelements im Vergleich zu jenen des ersten Elements verändert wurden. Insbesondere wurde die Schweißspannung erhöht, um die Verbindung zu verstärken. Die Datengruppe 203 des zweiten Beispiels in 19 ist im Diagramm unten rechts in Form von Punkten dargestellt. Wie in 19 gezeigt, ist die Datengruppe 203 entfernt von der gestrichelten Linie 204 in Richtung einer unteren rechten Position angeordnet. Das heißt, das Übertragungselement des zweiten Beispiels wies eine stark verformte Form auf. Ferner hatte das Übertragungselement des zweiten Beispiels einen positiven Verkrümmungsgrad der ersten geodätischen Linie, jedoch einen negativen Verkrümmungsgrad der zweiten geodätischen Linie (siehe Tabelle und 19). Dies zeigte, dass das Übertragungselement des optischen Moduls des zweiten Beispiels eine stark verformte Sattelform aufwies. Trotz der stark verformten Form wurde keine Rissbildung auf dem Übertragungselement des zweiten Beispiels, wie in der Tabelle gezeigt, beobachtet, Ferner nahm in dem optischen Modul des zweiten Beispiels die Verformung des Übertragungselements durch die Verstärkung der Verbindung zu, aber es verbesserte sich die Luftdichtigkeit. Folglich wurde in allen Testproben eine Leckage unterdrückt (siehe Tabelle).

In den Übertragungselementen des ersten und zweiten Beispiels betrug die Fläche des Verbindungsbereichs, der ein Bereich ist, der mit dem Abdeckelement verbunden ist, 74% der Fläche einer Oberfläche des Übertragungselements, das den Verbindungsbereich aufweist. Weist der Verbindungsbereich eine solche Fläche auf, ist die Haftfläche hinreichend groß, wodurch eine Rissbildung noch zuverlässiger verhindert wird. Ferner traten durch Verwenden einer solcher Verbindung keine Schwierigkeiten hinsichtlich der mechanischen Zuverlässigkeit, wie beispielsweise ein Ablösen des Übertragungselements von dem Abdeckelement, auf.

Aus den obigen Ergebnissen konnte bestätigt werden, dass selbst dann, wenn die Verformung des Übertragungselements ungleichmäßig war, eine Rissbildung in dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden konnte. Es konnte zudem bestätigt werden, dass selbst dann, wenn die Verformung des Übertragungselements durch Ändern der Schweißbedingungen zunahm, eine Rissbildung in dem Übertragungselement in dem optischen Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden konnte.

Die hierin offenbarten Ausführungsformen und Beispiele dienen in jeglicher Hinsicht als Beispiele und sollen in keinerlei Hinsicht als beschränkend erachtet werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche definiert. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Äquivalente der Ansprüche und alle Modifikationen innerhalb der Ansprüche umfassen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • JP 2007-324412 [0002]