(57)【要約】【課題】  レンズの温度上昇を抑制し得る光学モジュールを提供する。【解決手段】  光学モジュールは、発光素子と受光素子の少なくとも一方を含む光学ユニットと、光学ユニットを収容する筺体と、光学ユニットの光軸上に配置されるレンズと、レンズを支持するとともに筺体に対して固定されたレンズ支持部材とを備えることが好ましい。そして、レンズ支持部材は、筺体の外部に露出しているとともに、前記筺体よりも高い伝熱性を有する。【選択図】図４
2014174496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子の少なくとも一方を含む光学ユニットと、
前記光学ユニットを収容する筺体と、
前記光学ユニットの光軸上に配置されるレンズと、
前記レンズを支持するとともに、前記筺体に対して固定されたレンズ支持部材と、
を備え、
前記レンズ支持部材は、前記筺体の外部に露出しているとともに、前記筺体よりも高い伝熱性を有することを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記レンズ支持部材は、前記筺体と比較して、熱伝導率の高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記レンズ支持部材は、断熱部材を介して、前記筺体に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記断熱部材は、前記筺体と比較して、熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記レンズ支持部材は、放熱フィンを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記放熱フィンは、前記レンズ支持部材に対して着脱可能であることを特徴とする請求項５に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記レンズは、透光性を有する放熱塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記光学ユニットを支持するとともに、前記筺体に対して固定された光学ユニット支持部材をさらに備え、
前記光学ユニット支持部材は、前記筺体の外部に露出しているとともに、前記筺体よりも高い伝熱性を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記光学ユニット支持部材は、断熱部材を介して、前記筺体に取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで開示する技術は、光信号に発信する送光モジュールや、光信号を受信する受光モジュールといった、光学モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信の一手段として、光通信が知られている。光通信では、光信号を送信する送光モジュールや、光信号を受信する受光モジュールといった、光学モジュールが用いられる。送光モジュールは、発光素子を有する送光ユニットと、送光ユニットの光軸上に配置されたコリメートレンズを有する。送光ユニットは、「ＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」とも称される。一方、受光モジュールは、受光素子を有する受光ユニットと、受光ユニットの光軸上に配置された集光レンズを有する。受光ユニットは、「ＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」とも称される。なお、送光モジュールと受光モジュールとを一体化した光学モジュール（送受光モジュール）が用いられることもある。
【０００３】
光学モジュールでは、送光ユニット又は受光ユニット（以下、光学ユニットと総称する）の発熱を受けて、レンズの温度が上昇することがある。あるいは、レンズを透過する光信号によってレンズが加熱されることがある。レンズの温度上昇は、レンズの光学特性を変化させ、通信品質の低下を招く。この問題に関連して、例えば特許文献１には、伝熱シートを使用して、レンズの温度分布を均一化する技術が提案されている。また、特許文献２には、光学ユニットに放熱フィンを設ける技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５２４０号公報
【特許文献２】特開２００６−５３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、レンズの温度分布を均一化できたとしても、レンズの温度上昇を抑制することは難しい。また、特許文献２に記載の技術では、光学ユニットの温度上昇は抑制できたとしても、レンズの温度上昇を抑制することは難しい。これらの実情を考慮し、本明細書は、レンズの温度上昇を抑制し得る光学モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する光学モジュールは、レンズを支持するレンズ支持部材が、光学モジュールの筺体の外部に露出しているとともに、筺体よりも高い伝熱性を有している。このような構成によると、レンズ支持部材が、レンズに対して放熱器としても機能することから、レンズの温度上昇を有意に抑制することができる。なお、ここでいう伝熱性とは、雰囲気への熱の伝えやすさ（即ち、放熱性）を意味する。
【０００７】
上記した技術の一実施形態として、光学モジュールは、発光素子と受光素子の少なくとも一方を含む光学ユニットと、光学ユニットを収容する筺体と、光学ユニットの光軸上に配置されるレンズと、レンズを支持するとともに筺体に対して固定されたレンズ支持部材とを備えることが好ましい。そして、レンズ支持部材は、筺体の外部に露出しているとともに、前記筺体よりも高い伝熱性を有することが好ましい。
【０００８】
レンズ支持部材は、前記筺体と比較して、熱伝導率の高い材料で形成されていることが好ましい。このような構成によると、筺体よりも伝熱性の高いレンズ支持部材を容易に実現することができる。ただし、他の実施形態として、レンズ支持部材は、筺体と比較して、単位体積あたりの表面積が大きいといった、放熱性の高い形状を有することも好ましい。あるいは、レンズ支持部材は、放熱塗料が塗布されたものであってもよい。
【０００９】
レンズ支持部材は、断熱部材を介して筺体に取り付けられていることが好ましい。光学ユニットの発する熱は、筺体及びレンズ支持部材を順に伝わって、レンズの温度を上昇させることがある。この点に関して、筺体とレンズ支持部材との間に断熱部材が介在すると、筺体からレンズ支持部材へ伝達する熱量が減少し、レンズの温度上昇を抑制することができる。ここで、断熱部材は、筺体とレンズ支持部材との境界の一部に設けられていてもよいし、当該境界の全体に亘って設けられていてもよい。ただし、後者の構成によれば、筺体とレンズ支持部材とが直接的に接触しないので、より高い断熱性を得ることができる。
【００１０】
断熱部材は、筺体と比較して、熱伝導率の低い材料で形成されていることが好ましい。このような構成によると、筺体よりも伝熱性の低い断熱部材を容易に実現することができる。ただし、他の実施形態として、断熱部材は、内部に空洞を有するなど、伝熱性の低い形状を有するものも好ましい。あるいは、断熱部材は、断熱塗料が塗布されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】送光モジュールと受光モジュールを示す図。
【図２】送光モジュールの構成を模式的に示す分解図。
【図３】受光モジュールの構成を模式的に示す分解図。
【図４】送光モジュールの構成を模式的に示す断面図。
【図５】受光モジュールの構成を模式的に示す断面図。
【図６】着脱可能な放熱器（放熱フィン）を付加した例を示す図。
【図７】送光モジュールと受光モジュールを垂直に配置した例を示す図。
【図８】送光ユニットに対して支持部材及び断熱部材を付加した送光モジュールの例を示す図。
【図９】受光ユニットに対して支持部材及び断熱部材を付加した受光モジュールの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術の一実施形態では、レンズ支持部材が、放熱フィンを有することも好ましい。このような構成によると、レンズ支持部材の伝熱性を有意に高めることができる。加えて、一例であるが、放熱フィンは、レンズ支持部材に対して着脱可能であることも好ましい。このような構成によると、放熱フィンの有無やその個数を変更して、レンズ支持部材の伝熱性を調整することができる。
【００１３】
本技術の一実施形態では、レンズに、透光性を有する放熱塗料が塗布されていることが好ましい。このような構成によると、レンズから直接的な放熱がなされ、レンズの温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００１４】
レンズの温度上昇を抑制するためには、光学ユニットの発熱を外部へ放散することも有効である。即ち、本技術の他の一側面では、光学モジュールが、光学ユニットを支持するとともに、筺体に対して固定された光学ユニット支持部材を備えることが好ましい。そして、この光学ユニット支持部材は、筺体の外部に露出しているとともに、筺体よりも高い伝熱性を有することが好ましい。このような構成によると、光学ユニットの温度上昇が抑制され、それによって、レンズの温度上昇も抑制することができる。
【００１５】
上記した実施形態では、光学ユニット支持部材が、断熱部材を介して筺体に取り付けられていることが好ましい。このような構成によると、光学ユニットから筺体へ伝わる熱が減少するので、筺体からレンズ支持部材を介してレンズに伝わる熱も減少し、レンズの温度上昇をさらに抑制することができる。この断熱部材は、前述したレンズ支持部材に対する断熱部材と同様に、筺体と比較して、熱伝導性の低い材料で形成することができる。あるいは、空洞等を有する形状によって断熱性を高めたり、断熱塗料によって断熱性を高めたりしたものであってもよい。
【００１６】
本技術の一実施形態では、レンズ支持部材によって支持するレンズに、プラスチックレンズを採用することが好ましい。プラスチックレンズは、製作コストの面で優れるが、温度に応じて光学特性が変動しやすい欠点を有する。この点に関して、本技術に係る構成によれば、レンズの温度上昇を抑制することができるので、プラスチックレンズを採用した場合でも、レンズの光学特性が比較的に安定し、通信品質の低下を防止することができる。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して、実施例の送光モジュール１２及び受光モジュール１４について説明する。送光モジュール１２及び受光モジュール１４は、光通信装置１０の送光部及び受光部としてそれぞれ用いられ、光通信装置１０に対して着脱可能に構成されている。一例として、光通信装置１０は、電子部品装着機（実装機又はチップマウンタとも称される）において、装着ヘッドを移動させる直動装置（例えばＸＹロボット）の固定部と可動部にそれぞれ搭載され、固定部と可動部との間の情報通信に用いられる。
【００１８】
光通信装置１０に装着された送光モジュール１２及び受光モジュール１４は、光通信装置１０と電気的に接続される。送光モジュール１２は、光通信装置１０から電気信号を入力し、その電気信号を光信号Ｌ１に変換して、他の光通信装置１０（図示省略）へ出力する。受光モジュール１４は、他の光通信装置１０（図示省略）から光信号Ｌ２を受信し、その光信号Ｌ２を電気信号に変換して、光通信装置１０へ出力する。送光モジュール１２と受光モジュール１４は、それらの光軸（光信号Ｌ１、Ｌ２の中心軸）が互いに平行となるように、配置されている。
【００１９】
最初に、送光モジュール１２の構成について説明する。図２、図４に示すように、送光モジュール１２は、筺体２０と、送光ユニット２２と、断熱部材２４と、第２コリメートレンズ２６と、レンズ支持部材２８と、レンズフード３０を備えている。
【００２０】
筺体２０は筒状の部材であり、その内部に送光ユニット２２を収容する。一例ではあるが、本実施例の筺体２０は、鉄を主成分とする金属材料（詳しくはステンレス鋼）で形成されている。なお、筺体２０の構成については特に限定されない。
【００２１】
送光ユニット２２は、いわゆるＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、入力された電気信号を光信号に変換して出力する。図４に示すように、送光ユニット２２は、制御部２２ａと、発光素子２２ｂと、第１コリメートレンズ２２ｃを備えている。制御部２２ａは、入力された電気信号に基づいて発光素子２２ｂを制御し、発光素子２２ｂによる光信号は、第１コリメートレンズ２２ｃを通過して外部へ出力される。第１コリメートレンズ２２ｃは、ガラスで構成されたレンズである。なお、送光ユニット２２の構成については特に限定されない。
【００２２】
第２コリメートレンズ２６は、送光ユニット２２の光軸上に配置されており、樹脂材料で形成されている。即ち、いわゆるプラスチックレンズである。第２コリメートレンズ２６は、レンズ支持部材２８に取り付けられている。送光ユニット２２が出力する光信号Ｌ１は、第２コリメートレンズ２６によってコリメートされ、外部へ出力される。
【００２３】
レンズ支持部材２８は、その中央に開口を有する板状の部材であり、その開口において第２コリメートレンズ２６を支持している。レンズ支持部材２８の上方部分及び下方部分は、筺体２０の上面及び下面からそれぞれ突出しており、筺体２０の外部に露出している。レンズ支持部材２８は、筺体２０と比較して、熱伝導率の高い材料で形成されており、筺体２０よりも高い伝熱性（放熱性）を有している。このような構成により、レンズ支持部材２８は、第２コリメートレンズ２６に対する放熱器として機能することができる（図４中の矢印Ａ参照）。一例ではあるが、本実施例のレンズ支持部材２８は、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成されている。なお、レンズ支持部材２８は、筺体２０と比較して、単位体積あたりの表面積が大きいといった、放熱性の高い形状を有するものであってもよい。あるいは、レンズ支持部材２８は、放熱塗料が塗布されたものであってもよい。この場合、レンズ支持部材２８は、筺体２０と同じ材料で形成することもできる。
【００２４】
レンズ支持部材２８は、断熱部材２４を介して筺体２０に固定されている。断熱部材２４は、筺体２０と比較して、熱伝導率の低い高い材料で形成されており、筺体２０よりも低い伝熱性を有している。それにより、送光ユニット２２の発した熱など、筺体２０の熱がレンズ支持部材２８に伝わることが抑制される（図４中の矢印Ｂ参照）。一例ではあるが、本実施例の断熱部材２４は、ガラスで形成されている。
【００２５】
上述したように、本実施例の送光モジュール１２では、第２コリメートレンズ２６にプラスチックレンズが採用されている。プラスチックレンズは、ガラスレンズと比較して、温度変化に対する光学特性の変動が大きい。そのことから、通信品質を安定させるためには、第２コリメートレンズ２６の温度上昇を抑制することが重要となる。この点に関して、本実施例の送光モジュール１２では、レンズ支持部材２８が、第２コリメートレンズ２６の放熱器として機能する。第２コリメートレンズ２６は、それを通過する光信号Ｌ１によって加熱されることがあるが、レンズ支持部材２８による放熱の効果により、第２コリメートレンズ２６の温度上昇が抑制される。
【００２６】
加えて、本実施例の送光モジュール１２では、レンズ支持部材２８が、断熱部材２４を介して筺体２０に固定されている。それにより、筺体２０からレンズ支持部材２８への熱伝達が抑制される構成となっている。それにより、送光ユニット２２の発する熱が、筺体２０及びレンズ支持部材２８を伝わって、第２コリメートレンズ２６の温度を上昇させることを抑制することができる。
【００２７】
次に、図３、図５を参照して、受光モジュール１４の構成について説明する。図２〜図５を比較して明らかなように、受光モジュール１４の構成は、送光モジュール１２の構成とよく類似している。従って、以下の説明では、送光モジュール１２との相違点を主に説明し、重複する説明は避けることとする。
【００２８】
図３、図５に示すように、受光モジュール１４は、筺体４０と、受光ユニット４２と、断熱部材４４と、第２集光レンズ４６と、レンズ支持部材４８と、レンズフード５０を備えている。ここで、筺体４０、断熱部材４４、レンズ支持部材４８及びレンズフード５０は、送光モジュール１２の筺体２０、断熱部材２４、レンズ支持部材２８及びレンズフード３０とそれぞれ同一の部材であるので、先の説明を参照するものとして、ここでは説明を省略する。
【００２９】
第２集光レンズ４６は、受光ユニット４２の光軸上に配置されており、樹脂材料で形成されている。即ち、いわゆるプラスチックレンズである。第２集光レンズ４６は、レンズ支持部材４８に取り付けられている。第２集光レンズ４６は、外部から受信する光信号Ｌ２を、受光ユニット４２に向けて集光する。
【００３０】
受光ユニット４２は、いわゆるＲＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、入力された電気信号を光信号に変換して出力する。図５に示すように、受光ユニット４２は、制御部４２ａと、受光素子４２ｂと、第１集光レンズ４２ｃを備えている。第２集光レンズ４６からの光信号Ｌ２は、第１集光レンズ４２ｃにより受光素子４２ｂへ集光される。制御部４２ａは、受光素子４２ｂが出力する信号に基づいて、電気信号を光通信装置１０（図１参照）へ出力する。第１集光レンズ４２ｃは、ガラスで構成されたレンズである。なお、受光ユニット４２の構成については特に限定されない。
【００３１】
上述したように、本実施例の受光モジュール１４では、送光モジュール１２の第２コリメートレンズ２６と同様に、第２集光レンズ４６にプラスチックレンズが採用されている。従って、送光モジュール１２と同様に、放熱器として機能するレンズ支持部材４８が、断熱部材４４を介して筺体４０に固定されている。それにより、送光モジュール１２の第２コリメートレンズ２６と同様に、第２集光レンズ４６の温度上昇が抑制される。
【００３２】
送光モジュール１２及び受光モジュール１４において、レンズ支持部材２８、４８は、板状の部材に限られず、その構成は様々に変更可能である。但し、光通信装置１０が直動装置の可動部に配置される場合は、レンズ支持部材２８、４８を板状の部材とし、その板状のレンズ支持部材２８、４８を、可動部の移動方向に対して垂直に配置するとよい。このような構成によると、可動部が移動するときに、レンズ支持部材２８、４８に多くの風が当たるので、その放熱量を増大させることができる。
【００３３】
あるいは、図６に示すように、レンズ支持部材２８、４８には、放熱器６０をさらに設けてもよい。放熱器６０の構成は特に限定されないが、例えば複数の放熱フィン６２を有するものが好ましい。図６に示す例では、複数の放熱器６０がレンズ支持部材２８、４８に対して着脱可能に構成されている。このような構成によると、放熱フィン６２の有無やその個数を変更して、レンズ支持部材２８、４８の伝熱性（放熱性）を調整することができる。
【００３４】
上述した実施例では、送光モジュール１２と受光モジュール１４が平行に配置されている。それに対して、図７に示すように、送光モジュール１２と受光モジュール１４は、偏波プリズム７０を用いることによって、それらの光軸が角度を成すように（例えば垂直となるように）配置することもできる。このように、送光モジュール１２と受光モジュール１４との位置関係は、特に限定されない。
【００３５】
送光モジュール１２において、第２コリメートレンズ２６の温度上昇を抑制するためには、送光ユニット２２の発熱を外部へ放散することも有効である。即ち、図８に示すように、送光モジュール１２は、送光ユニット２２を支持するとともに、筺体２０に対して固定された送光ユニット支持部材８０を備えることが好ましい。そして、この送光ユニット支持部材８０は、筺体２０の外部に露出しているとともに、筺体２０よりも高い伝熱性を有することが好ましい。このような構成によると、送光ユニット２２の温度上昇が抑制され、それによって、第２コリメートレンズ２６の温度上昇も抑制することができる。ここで、送光ユニット支持部材８０は、レンズ支持部材２８と同様に、その材料、形状、放熱塗料等によって、その伝熱性を高めたものとすることができる。
【００３６】
加えて、送光ユニット支持部材８０は、断熱部材８２を介して筺体２０に取り付けられていることが好ましい。このような構成によると、送光ユニット２２から筺体２０へ伝わる熱が減少するので、筺体２０からレンズ支持部材２８を介して第２コリメートレンズ２６に伝わる熱も減少し、第２コリメートレンズ２６の温度上昇をさらに抑制することができる。断熱部材８２は、レンズ支持部材２８に対する断熱部材２４と同様に、筺体２０と比較して、熱伝導性の低い材料で形成することができる。あるいは、空洞等を有する形状によって断熱性を高めたり、断熱塗料によって断熱性を高めたりしたものであってもよい。
【００３７】
上述した図８に示す送光モジュール１２の構成は、図９に示すように、受光モジュール１４にも同様に適用することができる。即ち、受光モジュール１４は、受光ユニット４２を支持するとともに、筺体４０に対して固定された受光ユニット支持部材９０を備えることが好ましい。そして、受光ユニット支持部材９０は、筺体４０の外部に露出しているとともに、筺体４０よりも高い伝熱性を有することが好ましい。加えて、受光ユニット支持部材９０は、断熱部材９２を介して筺体４０に取り付けられていることが好ましい。これらの構成によると、前述した送光モジュール１２の第２コリメートレンズ２６と同様に、第２集光レンズ４６の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３９】
例えば、送光モジュール１２及び受光モジュール１４において、第２コリメートレンズ２６及び第２集光レンズ４６には、放熱塗料を塗布することも好ましい。この場合、放熱塗料には、透光性を有するものを用いるとよい。それにより、各々のレンズ２６、４６の温度上昇を直接的に抑制することができる。その他、各々のレンズ２６、４６自体に放熱性を不備させる手法として、波長選択性熱放射材料といった放熱性能に優れたレンズ素材を採用することが考えられる。あるいは、水晶放熱板を用いることによって、放熱特性に優れたレンズ構造を実現することも考えられる。
【００４０】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０：光通信装置
１２：送光モジュール
１４：受光モジュール
２０、４２：筺体
２２：送光ユニット
２４、４４、８２、９２：断熱部材
２６：第２コリメートレンズ
２８、４８：レンズ支持部材
３０、５０：レンズフード
４２：受光ユニット
４６：第２集光レンズ
６０：放熱器
６２：放熱フィン
７０：偏波プリズム
８０：送光ユニット支持部材
９０：受光ユニット支持部材
【図１】
2014174496.tif 000003
【図２】
2014174496.tif 000004
【図３】
2014174496.tif 000005
【図４】
2014174496.tif 000006
【図５】
2014174496.tif 000007
【図６】
2014174496.tif 000008
【図７】
2014174496.tif 000009
【図８】
2014174496.tif 000010
【図９】
2014174496.tif 000011