(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受発光素子が設置される設置スペースと、光ファイバの一方の側に拡がる光モジュール装置の開放面を利用して前記光ファイバの長さ方向の全体に亘って形成された前記光ファイバを位置決めするための溝と、前記光ファイバの前記一方の側に拡がる前記光モジュール装置の開放面を利用して形成された、前記光ファイバの光軸及び該光ファイバの長さ方向に対して直交関係にある前記受発光素子の光軸の双方と交差し得る反射手段であって、前記受発光素子の光軸に沿って延びる穴を利用して形成された前記反射手段と、が前記受発光素子を封止した状態で一体的に形成された光モジュール装置であって、
前記設置スペースを利用して設置された前記受発光素子の光軸と、前記溝を利用して位置決めされた前記光ファイバの光軸が、前記光モジュール装置を介して軸合わせされることを特徴とする光モジュール装置。
【請求項２】
前記反射手段は、前記光ファイバの端面と前記受発光素子の受発光面の間に、形成されており、前記光ファイバの端面若しくは前記受発光素子の受発光面からの出射光を前記反射手段によって反射させることにより前記光軸同士が軸合わせされる、請求項１に記載の光モジュール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に使用される光モジュール装置及び該光モジュール装置の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換装置の一例が特許第４０２２４９８号公報に開示されている。光電変換装置を用いれば、例えば、基板上の電気信号を光ファイバへ光信号として、逆に、光ファイバの光信号を基板上へ電気信号として、基板と光ファイバの間で通信を行うことができる。
【０００３】
光と電気の間の変換を可能とするため、光電変換装置は基板上に受発光素子を含む。この受発光素子には、例えば、ＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emission Laser)やフォトダイオードが含まれる。ビクセルは、基板上の電気信号を光信号に変換して出射し、フォトダイオードは、光ファイバからの光信号を電気信号に変換する。光電変換装置では、基板に設けた受発光素子を、外部取り付け可能な光ファイバと調心させる。
【０００４】
光電変換装置における、受発光素子と光ファイバの調心、換言すれば、受発光素子の光軸と光ファイバの光軸の軸合わせは、従来、高精度に行うことが必要不可欠と考えられてきた。このため、光ファイバと受発光素子はそれぞれ別個に位置決めされ、また、それらの位置関係を調整することに多くの時間と労力が割かれてきた。
【０００５】
ところで、上記特許公報にも説明されているように、光ファイバには、１０μｍ程度の径のシングルモードファイバと、５０μｍ程度の比較的大きな径のマルチモードファイバが存在する。シングルモードファイバは、光の通り道が狭く、このため、受発光素子と光軸を高精度に軸合わせすることが必要である。従来は、このシングルモードファイバの軸合わせを考慮して、マルチモードファイバを含め、受発光素子と光ファイバの光軸は常に高精度に軸合わせされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０２２４９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、マルチモードファイバは、シングルモードファイバに比して、光の通り道が広く、その分、軸合わせの誤差を許容できる。本願出願人は、この点に初めて着目し、受発光素子と光ファイバは必ず高精度に軸合わせされねばならない、といった従来の固定観念を改め、受発光素子の光軸と光ファイバの光軸の軸合わせ作業の容易化を図ることを考えた。尚、本発明をするに至った経緯は以上の通りであり、従って、本発明はマルチモードファイバへの適用が主であるが、必ずしもシングルモードファイバに適用できないわけではなく、適当な精度が確保できれば、マルチモードファイバのみならず、シングルモードファイバにも同様の構成を適用できる。故に、本発明は、マルチモードファイバ、シングルモードファイバに限らず、いずれにも適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、受発光素子が設置される設置スペースと、光ファイバを位置決めする位置決め手段と、が一体的に形成された光モジュール装置であって、前記設置スペースを利用して設置された前記受発光素子の光軸と、前記位置決め手段を利用して位置決めされた前記光ファイバの光軸が、前記光モジュール装置を介して軸合わせされる光モジュール装置を特徴としている。
【０００９】
上記光モジュール装置において、前記光ファイバの端面と前記受発光素子の受発光面の間に、前記光モジュール装置と空気が実質的に介在してもよい。
また、上記光モジュール装置において、前記光モジュール装置と前記空気の間の、前記光モジュール装置側の境界面に、集光手段が設けられていてもよい。
【００１０】
また、上記光モジュール装置において、前記光ファイバの端面と前記受発光素子の受発光面の間に、前記光モジュール装置だけが実質的に介在してもよい。
【００１１】
更に、上記光モジュール装置において、前記光ファイバの端面と前記受発光素子の受発光面の間に、前記光モジュール装置と空気以外の埋材が実質的に介在してもよい。
上記光モジュール装置において、前記埋材は、前記光モジュール装置の屈折率に近似する屈折率を有するのが好ましい。
【００１２】
また、上記光モジュール装置において、前記光ファイバの端面と前記受発光素子の受発光面の間に、前記光ファイバの光軸及び前記受発光素子の光軸の双方と交差し得る前記光モジュール装置の一部によって形成された反射手段が設けられており、前記光ファイバ）の端面若しくは前記受発光素子の受発光面からの出射光を前記反射手段によって反射させることにより前記光軸同士が軸合わせされてもよい。
【００１３】
また、上記光モジュール装置において、前記反射手段は集光機能を有していてもよい。
【００１４】
更に、上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを案内し得る挿入孔を含んでいてもよい。
【００１５】
更にまた、上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを案内し得る、前記光モジュール装置の上面に開放して設けられたＶ溝を含んでいてもよい。
【００１６】
また、上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを前記基板に対して水平に位置決めしてもよい。
【００１７】
また、上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを前記基板に対して垂直に位置決めしてもよい。
【００１８】
更に、上記光モジュール装置において、前記光ファイバを複数並列に配して多芯としてもよい。
上記光モジュール装置において、前記受発光素子とともに基板に実装されてもよい。
また、前記光ファイバは、マルチモードファイバであるのが好ましい。
更に、前記光モジュール装置は、前記光ファイバの屈折率と同じか或いはそれに近似する屈折率を有するのが好ましい。
尚、上記光モジュール装置は光電気変換コネクタに搭載することができ、また、この光電気変換コネクタを他のコネクタと対にして光電気変換装置を構成してもよい。
【００１９】
また、本発明は、基板に受発光素子を実装するステップと、受発光素子が設置される設置スペースと、光ファイバを位置決めする位置決め手段と、が一体的に形成される光モジュール装置を、前記基板に実装された前記受発光素子を前記設置スペースに設置するような方法で前記基板に実装するステップと、前記光ファイバを前記位置決め手段を利用して位置決めするステップと、を含み、前記設置スペースを利用して設置された前記受発光素子の光軸と、前記位置決め手段を利用して位置決めされた前記光ファイバの光軸が、前記光モジュール装置を介して軸合わせされる光モジュール装置の製造方法を特徴としている。
【００２０】
上記光モジュール装置において、前記光モジュール装置を前記基板に実装するステップは、前記基板に実装された前記受発光素子の上部に、予め成形された光モジュール装置を実装するステップを含んでいてもよい。
また、上記光モジュール装置において、前記光モジュール装置を前記基板に実装するステップは、金型を用いて前記光モジュール装置を前記基板上で直接成形するステップを含んでいてもよい。
【００２１】
更に、上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを案内し得る挿入孔を含み、前記光ファイバを位置決めするステップは、前記挿入孔に前記光ファイバを挿入するステップであってもよい。
【００２２】
上記光モジュール装置において、前記位置決め手段は、前記光ファイバを案内し得る、前記光モジュール装置の上面に開放して設けられたＶ溝を含み、前記光ファイバを位置決めするステップは、前記Ｖ溝の窪みに前記光ファイバを配置するステップであって、該ステップの後に、前記Ｖ溝の上部を押さえ部材で閉じるステップを更に備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、受発光素子の光軸と光ファイバの光軸を容易に軸合わせすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態による光モジュール装置の斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態による光モジュール装置の斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態による光モジュール装置の一使用例を示す横面図である。
【図４】屈折率の問題を解決する方法を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態による光モジュール装置の斜視図である。
【図６】本発明の第二実施形態による光モジュール装置の斜視図である。
【図７】本発明の第二実施形態による光モジュール装置の製造方法を示す図である。
【図８】本発明の第二実施形態による光モジュール装置の他の製造方法を示す図である。
【図９】本発明の第三実施形態による光モジュール装置の斜視図である。
【図１０】本発明の第三実施形態による光モジュール装置の一使用例を示す横面図である。
【図１１】屈折率の問題を解決する方法を示す図である。
【図１２】本発明の第三実施形態による光モジュール装置の製造方法を示す図である。
【図１３】本発明の第三実施形態による光モジュール装置の他の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。図１、図２は、本発明の第一実施形態による光モジュール装置１０の斜視図である。これらの図は、同じ光モジュール装置１０を異なる角度で表わしたものである。
【００２６】
光モジュール装置１０は全体として略矩形である。但し、前側底部の一部は、略矩形に切り欠かれている。この切欠部は、設置スペース、例えば、受発光素子１２が設置される設置（収容）空間４２として利用される。受発光素子１２は、受発光素子１２より大きく形成された設置空間４２の適当な位置において、光モジュール１０に対して位置決めされる。
また、背面側側面から設置空間４２の側に、所定長さの直線状の丸孔２２が複数並列に設けられている。光ファイバ１５を位置決めする際、これらの各丸孔２２に各光ファイバ１５を挿入することにより、複数の光ファイバ１５を一定の方向に案内し、容易に位置決めできる。尚、既に説明したように、本願でいう光ファイバ１５には、マルチモードファイバとシングルモードファイバの双方が含まれる。丸孔２２に挿入されることにより、光ファイバ１５は光モジュール装置１０に対して（また、装置１０を実装する基板（図３等中の１１）に対しても）水平に位置決めされる。更に、複数の丸孔２２を設けることにより、多芯構造とすることができる。尚、任意であるが、挿入を容易するため、丸孔２２の入り口付近に、光ファイバ１５の誘い込み２３が設けられていてもよい。
【００２７】
光モジュール装置１０は、樹脂等の成形材料を用いて一体成形される。この結果、光モジュール装置１０に含まれる全ての部分が一体的に形成され得る。光モジュール装置１０の少なくとも一部は、光を透過させる部分として使用されることから、その全体を透明若しくは半透明材料で形成するのが好ましい。また、その材質は、光ファイバ１５から出射される光の屈折率を考慮して、光ファイバ１５の材質と同じ屈折率、或いは、それに近似する屈折率とするのが好ましい。以上の要件を満たす材料として、例えば、ＰＥＩ樹脂やＰＭＭＡ樹脂がある。
【００２８】
図３に、図１、図２に類似する光モジュール装置１０’の一使用例を横面図で示す。図３の光モジュール装置１０’は、先端側３２が閉じた状態とされている点で、図１、図２に示した光モジュール装置１０と異なるが、この点を除けば、図１等に示した光モジュール装置１０と全く同じものである。
【００２９】
光モジュール装置１０’は、基板１１に予め実装された受発光素子１２を比較的大きな設置空間４２によって内包させるような方法で基板１１に実装される。実装された光モジュール装置１０’には、その後、光ファイバ１５が後付けされる。尚、基板１１に実装された受発光素子１２は、基板１１との間で電気信号を送受信するとともに、基板１１を通じて電力の供給を受けることができる。
【００３０】
光ファイバ１５において、光信号は、丸孔２２の先端側の端面１６にて外部と送受信される。尚、光ファイバ１５における光信号の送受信は、ファイバの軸方向１９に沿って行われるため、光ファイバ１５の端面１６を４５°等にカットする必要はない。光信号の送受信が可能な程度に、通常要求される程度の精度で、軸方向１９に対して略直角の切断面を設けてやれば十分である。
【００３１】
受発光素子１２において、光信号は、上面に露出した受発光面１３にて外部と送受信される。光モジュール装置１０’において、端面１６から出射され或いは端面１６に入射される光の光軸１９と、受発光面１３から出射され或いは受発光面１３に入射される光の光軸２０は、光モジュール装置１０’を介して、換言すれば、光モジュール装置１０’の一部３１を透過した後に、互いに軸合わせされる。本装置１０’によれば、光ファイバ１５を単に丸孔２２に（手動で若しくは機械を用いて）挿入するだけで、光軸１９と光軸２０を容易に軸合わせすることができる。故に、従来のような調心作業は不要となる。
【００３２】
図３に示す例（図１等も同様である）において、光ファイバ１５の端面１６と受発光素子１２の受発光面１３は、互いに直交関係にある点に注意していただきたい。この結果、光軸１９と光軸２０を軸合わせするために、端面１６と受発光面１３の間で、光の向きを略９０度曲げてやる必要がある。例えば、端面１６と受発光面１３の間に設けた、光軸１９、２０の双方と略直角に交差し得る反射手段２６を利用して、光の向きを変えることもできる。この反射手段２６も、他の部分と同様に、モジュール装置の一部として一体成形され得る。尚、図３等において反射手段２６の上方に垂直に延びる縦穴２８は、一体成形を行う際の金型を抜くための穴である。縦穴２８を別材料で覆うと、反射手段２６の表面に異物が付着して反射特性が劣化することを容易に防ぐことができる。
【００３３】
反射手段２６に集光機能を付加することもできる。端面１６若しくは受発光面１３からの出射光は発散し易いが、これらの間に設けた反射手段２６に集光機能を付加することによって発散を防止することもできる。集光機能を付加するため、例えば、反射手段２６を、出射光の衝突側を窪ませた凹球面状のミラー（プリズム）として形成してもよい。凹球面形状とすることで、端面１６若しくは受発光面１３からの出射光を所望とする位置に焦合させることができる。焦合位置を適当に調整すれば、受発光素子１２の実装ズレをある程度許容することもできる。
【００３４】
何らの処理も施さなければ、端面１６と受発光面１３の間３１には、光モジュール装置１０’の他、空気が介在し得る。例えば、端面１６と反射手段２６の間３１ａでは、端面１６と丸孔２２の先端部の隙間に空気が介在し、同様に、受発光面１３と反射手段２６の間３１ｂでは、受発光面１３と光モジュール装置１０’の隙間に設置空間４２の空気が介在し得る。空気の屈折率（屈折率≒１）と樹脂のそれ（屈折率＞１）は大きく異なることから、空気が介在することによって空気の境界面における屈折率差は大となり、反射損失の問題が生じ得る。
【００３５】
上記の問題を解決するため、端面１６と丸孔２２の先端部の隙間に介在する空気については、例えば、丸孔２２に光ファイバ１５を挿入する際に、光ファイバ１５の端面１６に屈折率整合剤を塗布し、或いは、光ファイバ１５の端面１６と丸孔２２の先端部の隙間を屈折率が整合しているジェルで封止することで、屈折率の調節を図ることができる。
【００３６】
また、受発光面１３と光モジュール装置１０’の隙間に介在する空気については、例えば、光モジュール装置１０と空気の間の、光モジュール装置１０側の境界面に、光モジュール装置を変形することによって形成された集光手段４４を設けることで、光の結合効率の向上を図ることができる。このような集光手段４４として、図３の例では、特に、設置空間側を隆起させた凸球面形状のミラーを用いている。
【００３７】
図４に示す構成を用いて、上記の問題を解決することもできる。図４は、図３と同様の方法で図１、図２に類似する光モジュール装置１０”の一使用例を示した横面図である。端面１６と丸孔２２の先端部の隙間については、図３に示した構成と同様に、丸孔２２に光ファイバ１５を挿入する際に、光ファイバ１５の端面１６に屈折率整合剤を塗布し、或いは、端面１６と丸孔２２の先端部の隙間をジェルで封止することで、屈折率の調節を図っている。これに対し、受発光面１３と光モジュール装置１０”の隙間については、端面１６と丸孔２２の先端部との隙間と同様に、それらの間を屈折率整合剤やジェルで封止することで、つまり、光モジュール装置の屈折率に近似する屈折率を有する埋材で埋めることによって、屈折率の調節を図っている。結果的に、図４に示す例では、端面１６と受発光面１３の間３１に、光モジュール装置だけが実質的に介在するものとなっている。
【００３８】
上記のように、屈折率整合剤やジェルを付与することなく、当初から隙間に空気を介在させない方法がある。例えば、基板１１上に配置した金型を用いて、光モジュール装置を受発光素子１２の上部で直接成形するといった方法が考えられる。この方法によって得られる装置は、図４に示した装置１０”と実質的に同様の構成となる。この製造方法については後述する。
【００３９】
図５、図６に、本発明の第二実施形態による光モジュール装置１０Ａを示す。これらの図は、第一実施形態の図１、図２にそれぞれ対応している。図５、図６において、図１、図２の部材と同様の部材には、図１、図２の参照番号と同じ参照番号を付している。第二実施形態では、光ファイバを位置決めするために、図１等に示した丸孔２２に代えて、Ｖ溝２４を使用しているが、Ｖ溝２４及びこれに関連する構成を除けば、図１等に示した構成と全く同じものと考えてよい。光モジュール装置１０Ａの上面には段部３４が設けられており、下段のアクセス可能に開放された表面には、光ファイバ１５を案内し得るＶ溝２４が形成されている。これらのＶ溝２４に沿って光ファイバ１５を案内する方法で、光ファイバ１５を容易に位置決めすることができるようになっている。
【００４０】
図７を参照して、図５、図６に示した第二実施形態による光モジュール装置１０Ａの製造方法の一例を説明する。ステップ（ａ）において、受発光素子１２を基板１１に実装する。次いで、ステップ（ｂ）において、基板１１に実装された受発光素子１２の上部に、予め成形された光モジュール装置１０Ａを実装する。このとき、光モジュール装置１０Ａは、基板１１に実装された受発光素子１２を、光モジュール装置１０Ａの設置空間４２に内包させるような方法で実装する。その後、ステップ（ｃ）、（ｄ）において、基板１１に実装された光モジュール装置１０ＡのＶ溝２４に、光ファイバ１５を上方から位置決めする。光ファイバ１５は、Ｖ溝２４の窪みに沿って最適な位置に位置決めされる。この処理により、端面１６における光の光軸（１９）と受発光面１３における光軸（２０）は、光モジュール装置１０Ａを介して容易に軸合わせされる。最後に、ステップ（ｅ）において、開放された上部を、押さえ部材（蓋）１８で閉じると同時に、Ｖ溝２４によって位置決めされた光ファイバ１５を固定する。尚、押さえ部材１８を固定する際、受発光素子１２と光ファイバ１５の境界部分は、整合剤やジェルによって封止するのが好ましい。これにより、屈折率整合を行って、受発光素子１２への戻り光による誤動作を防止することができる。尚、特に図示しないが、Ｖ溝２４ではなく、図１、図２に示した丸孔２２を位置決め手段として使用した場合は、ステップ（ｃ）、（ｄ）において、光ファイバ１５は丸孔２２に挿入されることになる。
【００４１】
図８を参照して、図５、図６に示した第二実施形態による光モジュール装置１０Ａの他の製造方法を説明する。先ず、ステップ（ａ）において、受発光素子１２を基板１１に実装する。次いで、ステップ（ｂ）において、基板１１に実装された受発光素子１２を上部から覆うように金型２１を配し、この金型２１に樹脂を流し込む。この結果、光モジュール装置１０Ａは基板１１上に直接成形される。明らかなように、この場合は、光モジュール装置１０Ａと受発光素子１２の間に実質的に空気は介在し得ず、従って、屈折率整合剤やジェルを用いることなく、光モジュール装置１０Ａと受発光素子１２を容易に且つ完全に封止することができる。その後のステップ（ｃ）乃至（ｅ）における処理は、図７と同様である。
【００４２】
図９、図１０に、本発明の第三実施形態による光モジュール装置１０Ｂを示す。これらの図は、第一実施形態の図２、図３にそれぞれ対応する。図９、図１０において、図２、図３の部材と同様の部材には、図２、図３の参照番号と同じ参照番号を付している。この実施形態では、光ファイバ１５は、丸孔２２を利用して、基板１１に対して垂直に位置決めされる。この場合、図１０に示されるように、光軸１９、２０は、ともに垂直であるから、第一実施形態のように反射手段２６を要せずに、端面１６と受発光面１３の位置を調整するだけで互いに軸合わせされる。その他の構成については、図１等に示した実施形態と同様である。
【００４３】
図１１は、第一実施形態における図４に対応する図であって、空気の介在による屈折率の影響を補償した光モジュール装置１０Ｂ’の構成例を示す図である。詳細については、図４を参照して説明した通りである。
【００４４】
図１２、図１３に、図９、図１０に示した第三実施形態による光モジュール装置１０Ｂの製造方法を例示する。図１２は、第二実施形態における図７に対応する図、図１３は、第二実施形態における図８に対応する図であり、その詳細は図７、図８で説明した通りである。図１２に示す例では、特に、ステップ（ｂ）に示されるように、基板１１に実装された受発光素子１２の上部に、予め成形された光モジュール装置１０Ｂが実装されるのに対し、図１３に示す例では、特に、ステップ（ｂ）に示されるように、基板１１に実装された受発光素子１２の上部に金型２１Ｂが配され、この金型２１Ｂに樹脂を流し込むことによって光モジュール装置１０Ｂが基板１１上に直接成形される。尚、第三実施形態では、光ファイバ１５は基板１１に対して垂直に位置決めされるため、位置決め手段は、図７に示したようなＶ溝（２４）ではなく、丸孔２２が好ましい。各光ファイバ２２は、丸孔２２それぞれに対して、垂直に挿入され、位置決めされ得る。
【００４５】
尚、特に図示しないが、本願発明の光モジュール装置１０は、端子、レーザーダイオードドライバ或いはトランスインピーダンスアンプのような種々のＩＣや、離れた端子への配線を可能にする信号中継用部品、その他の部品とともに、コネクタに搭載されることにより、光電気変換コネクタを構成し得る。更に、このような光電気変換コネクタをプラグコネクタとして、レセプタクルコネクタと対にして使用することにより、光電気変換装置を構成することもできる。当業者であればこのような応用的使用も容易であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
光電変換装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  光モジュール装置
１１  基板
１２  受発光素子
１３  受発光面
１５  光ファイバ
１６  端面
１９  光軸
２０  光軸
２１  金型
２２  挿入孔（丸孔）
２４  Ｖ溝
２６  反射手段
４２  設置空間
４４  集光手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005457913.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005457913.tif 000014