(57)【要約】【課題】  高密度実装に適した面受発光型の光素子に対応し、かつ、調芯工程が簡単な光モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】  面受発光素子を搭載した光モジュールであって、段差部を持つ支持台と、支持台の高い側に載置される光伝送媒体を支持台との間に挟み込むブロック部材と、支持台の高い側に載置された光伝送媒体の端面に対応する位置に、上下方向に関して受発光し得る状態で支持台の低い側に載置される面発光素子と、を有し、光伝送媒体と面受発光素子の間で光伝送を行う。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面受発光素子を搭載した光モジュールであって、
段差部を持つ支持台と、
前記支持台の高い側に載置される光伝送媒体を前記支持台との間に挟み込むブロック部材と、
前記支持台の高い側に載置された前記光伝送媒体の端面に対応する位置に、上下方向に関して受発光し得る状態で前記支持台の低い側に載置される前記面発光素子と、を有し、
前記光伝送媒体と前記面受発光素子の間で光伝送を行うことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記支持台の高い側は、前記光伝送媒体の延長方向に沿って溝を有する請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記ブロック部材は、前記支持台の高い側に設けた溝に対応する位置に溝を有する請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記支持台に設けた溝と前記ブロック部材に設けた溝の双方にまたがる内径を持つ部材をそれらの溝の間に挟み込んで、前記支持台と前記ブロック部材を互いに位置決めする請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記部材は、光伝送媒体、又は、ガイド部材である請求項４記載の光モジュール。
【請求項６】
前記ブロック部材は、前記光伝送媒体と前記面受発光素子が光伝送を行う位置付近にて、前記光伝送媒体とともに端面加工されている請求項１乃至５のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記端面加工は、約４５度の角度を有するように加工されている請求項６記載の光モジュール。
【請求項８】
前記支持台に設けた溝は複数存在し、それらは、全て同じ深さ、又は、形状である請求項１乃至７のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項９】
前記ブロック部材に設けた溝は複数存在し、それらは、全て同じ深さ、又は、形状である請求項１乃至７のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記支持台に設けた溝と前記ブロック部材に設けた溝は、全て同じ深さ、又は、形状である請求項３乃至９のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記支持台の材料の熱膨張係数と前記受発光素子のそれは略同じである請求項１乃至１０のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１２】
前記支持台の低い側の段差部に、前記面受発光素子と電気接続するための配線が描かれている請求項１乃至１０のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１３】
前記受発光素子が前記支持台に複数配列されており、前記受発光素子のうちの幾つかは受光部品であり、前記受発光素子のうちの他の幾つかは発光部品であり、或いは、前記受発光素子のうちの幾つかの発振波長と前記受発光素子のうちの他の幾つかの発振波長は異なる請求項１乃至１２のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項１４】
前記光伝送媒体は、前記支持台と一体化されたコネクタの内部に収容されるようになっている請求項１乃至１３のいずれかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面受発光素子を搭載した光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールに使用する発光素子として、従来の端面型に加えて、近年、面型の開発が進められている。ここで「面」とは、素子を成長させるシリコンウェハの面を意味し、「端面」とは、ウェハを切断した面を意味する。図１９に、特開平１０−１６０９７５号公報に開示された、従来光モジュール７に使用されてきた端面型受発光素子の一例を示す。
【０００３】
この従来光モジュール７において、光ファイバ７０の略半分はファイバブロック７２に設けたガイド溝（Ｖ溝）７４に埋め込まれ、また、残りはシリコン基板７６に設けたガイド溝（Ｖ溝）７８に埋め込まれており、特に、光ファイバ７０の端面８４はレーザダイオード８２と向い合う位置に配置されている、つまり、端面型とされている。
【０００４】
近年開発が進められている面型受発光素子（ＶＣＳＥＬ）に関して、様々な光製品への応用が始まっている。面型は、端面型と異なり、例えば、素子検査工程が簡単で高密度のアレイ配列で製造することができ、また、発光面と電気入出力端子面を同一面あるいは裏面に作製することができるため、表面実装に非常に適したものである。また、面型受発光素子による表面実装は、工程が簡単で自動化に適した実装方法でもある。
【０００５】
このように、面型の素子は、端面型にそれに比べて多くの利点を有するが、これを基板に通常の方法で固定すると、基板面に垂直な光路が形成されてしまう。故に、この垂直光路に合わせてモジュール内で光路の方向変換を行わなければ、換言すれば、垂直光路にもかかわらず端面型の受発光素子を用いた場合は、ファイバなどの光伝送媒体が基板上に突出してしまい、高密度実装の障害となり得る。従来の端面型の構成では、光ファイバを位置ガイドとして利用して受発光素子とファイバとの間の光軸を自動的に適合させる構成としていたため、光軸に垂直な方向への自由度が低く、高さ方向の光軸調整や光路９０度変換を行うのに適したものとなっていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６０９７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、高密度実装に適した面受発光型の光素子に対応し、かつ、調芯工程が簡単な光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、面受発光素子を搭載した光モジュールであって、段差部を持つ支持台と、前記支持台の高い側に載置される光伝送媒体を前記支持台との間に挟み込むブロック部材と、前記支持台の高い側に載置された前記光伝送媒体の端面に対応する位置に、上下方向に関して受発光し得る状態で前記支持台の低い側に載置される前記面発光素子と、を有し、前記光伝送媒体と前記面受発光素子の間で光伝送を行うことを特徴とする。
【０００９】
上記光モジュールにおいて、前記支持台の高い側は、前記光伝送媒体の延長方向に沿って溝を有する。
【００１０】
上記光モジュールにおいて、前記ブロック部材は、前記支持台の高い側に設けた溝に対応する位置に溝を有する。
【００１１】
前記支持台に設けた溝と前記ブロック部材に設けた溝の双方にまたがる内径を持つ部材をそれらの溝の間に挟み込んで、前記支持台と前記ブロック部材を互いに位置決めするようにしてもよい。
【００１２】
前記部材は、光伝送媒体、又は、ガイド部材である。
【００１３】
上記光モジュールにおいて、前記ブロック部材は、前記光伝送媒体と前記面受発光素子が光伝送を行う位置付近にて、前記光伝送媒体とともに端面加工されていてもよい。
【００１４】
前記端面は、約４５度の角度を有するように加工されていてもよい。
【００１５】
上記光モジュールにおいて、前記支持台に設けた溝は複数存在し、それらは、全て同じ深さ、又は、形状であってもよい。また、上記光モジュールにおいて、前記ブロック部材に設けた溝は複数存在し、それらは、全て同じ深さ、又は、形状であってもよい。更に、前記支持台に設けた溝と前記ブロック部材に設けた溝は、全て同じ深さ、又は、形状であってもよい。
【００１６】
上記光モジュールにおいて、前記支持台の材料の熱膨張係数と前記受発光素子のそれは略同じであってもよい。
【００１７】
上記光モジュールにおいて、前記支持台の低い側の段差部に、前記面受発光素子と電気接続するための配線が描かれていてもよい。
【００１８】
上記光モジュールにおいて、前記受発光素子が前記支持台に複数配列されており、前記受発光素子のうちの幾つかは受光部品であり、前記受発光素子のうちの他の幾つかは発光部品であり、或いは、前記受発光素子のうちの幾つかの発振波長と前記受発光素子のうちの他の幾つかの発振波長は異なっていてもよい。
【００１９】
上記光モジュールにおいて、前記光伝送媒体は、前記支持台と一体化されたコネクタの内部に収容されるようになっていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易構造を持つ部品を単純な位置合わせ機構で組み合わせることによって、面受発光型の光素子を実装した光モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１乃至図１１に本発明の第一実施例による光モジュールを示す。図１は、この光モジュールの斜視図、図２は、その上面図、図３は、その側面図、図４は、その正面図、更に、図５は、図４の一部部分拡大図である。図６乃至図９は、この光モジュールを構成する部品をより詳細に示す図である。図１０は、図４の１０−１０線断面図であり、図１１は、図１０の一部部分拡大図である。
【００２２】
光モジュール１は、主に、図６、７に示した基板（支持台）１２と、図８、９に示したガイドブロック（ブロック部材）１１から成る。図６は、この基板１２の上面図、図７は、その側面図であり、図８は、このガイドブロック１１の底面図、図９は、その側面図である。これらガイドブロック１１と基板１２は、ともに現時点において存在する標準的な光部品を利用することができる。尚、以下の説明では、ファイバ１５は、ガイドブロック１１に固定されるものとして説明しているが、このファイバ１５は、ガイドブロック１１及び基板１２のいずれの側に固定されてもよい。また、ファイバ１５は、光を伝送できる媒体であればよく、リボンファイバなどであってもよい。
【００２３】
基板１２は、段差部を持つテラス構造を有する。段差部（基板若しくは支持台）の低い側３４には、受発光素子が載置される。この基板１２の段差部高さは、段差部の高い側３５に載置されるファイバ１５の高さ位置に応答して所定の高さに調整される。一般には、段差部の高い側３５に設けたファイバ１５と、基板１２の表面上に配置された受発光素子３６（ＶＩＣＳＥＬ）とが、略同じ高さになるよう調整される。ファイバ１５と受発光素子３６との間の高さ調整につき、このような簡易構造を採用したことにより、段差部の大きさやファイバ１５と受発光素子３６との間の光伝送の状態に応じて、受発光素子３６とファイバ１５の高さ調整を自由に且つ容易に実行することができる。尚、受発光素子３６は、上下方向に関して受発光し得る状態で、例えば、上方に発光し得る状態で、基板１２上にアレイ状に複数配列されてもよい。
【００２４】
段差部の高い側３５には、ファイバ１５を載置するためのＶ字の基板ファイバ溝１６と、ガイドピン１８を載置するためのＶ字の基板ガイドピン溝１７とが、それぞれ、ファイバ１５の延長方向に沿って複数並設される。これらの溝の数やピッチ間隔は特に限定されるものではない。一例として、ここでは、計４本の基板ファイバ溝１６と計２本の基板ガイドピン溝１７を設けることとしており、基板ガイドピン溝１７の間に基板ファイバ溝１６が挟み込まれるものとした。尚、ファイバ１５と受発光素子３６の間で光伝送が良好に行われるように、図６に示したように、各基板ファイバ溝１６の谷線２９は、それぞれの延長線上において、受発光素子３６の各発光点３７と１対１で対応するのがよい。
【００２５】
基板材料としては、その熱膨張係数が受発光素子３６と近いものを使うのが好ましい。このような材料を選択することにより、耐温度変化特性を向上させることもできる。例えば、受発光素子３６は、ＧａＡｓ（熱膨張係数５．７×Ｅ−６、縦ヤング率８６Ｇｐａ）でできているため、基板１２は、ＢＫ７（熱膨張係数７．１×Ｅ−６、縦ヤング率８２Ｇｐａ）やＳｉ（熱膨張係数４．２×Ｅ−６、縦ヤング率１９０Ｇｐａ）で製造するのがよい。
【００２６】
光モジュール１が組み立てられた際、ガイドブロック１１は、自身の前側底面３１と基板１２の上面全体の間にファイバ１５やガイドピン１８を挟み込む。また、ガイドブロック１１は、自身の基端側底面とファイバ支持台３２の間にファイバ１５を挟み込む。ガイドブロック１１の前側底面３１には、基板１２の基板ファイバ溝１６と基板ガイドピン溝１７に対応する位置に、Ｖ字のガイドブロックファイバ溝３０とガイドピン溝２１が、それぞれ設けてある。ファイバ１５は、ファイバ支持台３２とガイドブロック１１の間から露出位置４０付近にて被覆を剥がされ、それより先端側においては、ファイバ素線２６が現れた状態とされている。
【００２７】
図５によく示されているように、ガイドブロック１１と基板１２を組み合わせたとき、ガイドブロック１１のガイドブロックファイバ溝３０と基板１２の基板ファイバ溝１６とによって、及び、ガイドブロック１１のガイドピン溝２１と基板１２の基板ガイドピン溝１７とによって、それぞれ、ひし形断面形状の矩形穴４４、４６が形成される。
【００２８】
矩形穴４４にはファイバ素線２６が配置される。光信号エラーを防ぐため、ファイバ素線２６は、接着剤等を用いて、例えば、ガイドブロック１１のガイドブロックファイバ溝３０側に完全に固定して設けるのが好ましい。また、これらファイバ素線２６は、例えば、ガイドブロック１１のガイドブロックファイバ溝３０の窪みに完全に埋め込んだ状態で設けるのが好ましい。ファイバ素線２６の強度を十分保つには接着剤を大量に流し込む必要があり、この結果、接着剤がはみ出してしまう危険が多くなるが、はみ出した接着剤を取り除く際の端面処理等により、ファイバ素線２６を損傷させてしまう危険がある。Ｖ溝の窪みにファイバ素線２６を完全に埋め込んだ状態とすることにより、このような端面処理を排除することができ、工程を簡易化することができる。
【００２９】
矩形穴４６には、ガイドピン溝２１と基板ガイドピン溝１７の双方にまたがる内径を有したガイドピン１８が配置される。ガイドピン１８として、棒状の、例えば、樹脂製の既製品を利用することができる。例えば、ガイドピン１８の上下略半分が、それぞれ、ガイドピン溝２１や基板ガイドピン溝１７に突出するように、ガイドピン１８をそれらの溝２１、１７に挟み込むことによって、ガイドブロック１１と基板１２を容易に位置決めすることができる。更に言えば、ガイドピン１８を利用して、ガイドブロック１１と基板１２の位置を合わせしたとき、ガイドピン１８は、ガイドピン溝２１と基板ガイドピン溝１７の各Ｖ溝に挟まれ、この結果、ガイドブロックファイバ溝３０と基板ファイバ溝１６の谷線とが自動的に一致し、また、ファイバ１５の軸（谷線２９）と受発光素子３６の発光点３７とが同一線上に乗る。尚、ガイドピン１８は、ガイドピン溝２１と基板ガイドピン溝１７の間に組み込まれれば足り、ファイバ素線２６のように、必ずしも接着剤で貼り付けられる必要はない。また、接着剤を用いる場合でも、ファイバ素線２６のように多量の接着剤を用いて完全に貼り付ける必要はない。
【００３０】
矩形穴４４や４６の大きさや形状は、ガイドブロック１１のガイドピン溝２１やガイドブロックファイバ溝３０、或いは、基板１２の基板ガイドピン溝１７や基板ファイバ溝１６の深さや形状によって様々に変化させることができる。例えば、ガイドピン溝２１、ガイドブロックファイバ溝３０、基板ガイドピン溝１７、基板ファイバ溝１６の頂角を全て６０度とし、ガイドピン１８の外径を０．１２５ｍｍ、ファイバ１５のクラッド外径を０．０８ｍｍ、コア径を０．０５ｍｍ、ガイドブロック１１と基板１２の隙間の接着層を０．０１ｍｍとしてもよい。ガイドピン溝２１、ガイドブロックファイバ溝３０、基板ガイドピン溝１７、基板ファイバ溝１６の全てを同じ深さ、形状とした場合、それらを全て同じ工程で加工することができ、また、上下対称なＶ溝で本発明を実現することができ、この結果、それら相互の位置精度、或いは、寸法精度を高くすることができる。また、これらガイドピン溝２１、ガイドブロックファイバ溝３０、基板ガイドピン溝１７、基板ファイバ溝１６を、全て同じ方向に延長された状態で設けた場合、受発光素子を搭載する工程においては、素子面とガイドを同じ方向から観察しつつ、固定することができ、安価な装置でも正確な位置合わせが可能である。
【００３１】
特に図示しないが、製造途中にあって、ファイバ１５の先端はファイバブロック斜め面１９の端面から多少突出させた状態とする。突出したこれらの先端は、ファイバブロック斜め面１９の端面とともに、ファイバ１５の下側に位置付けられる受発光素子３６との間で良好な光伝送を行うことができるように、約４５度の角度に端面切断される。尚、ファイバブロック斜め面１９には、必要に応じて反射膜を設けても良い。このように、ガイドブロック１１の４５度面は、ファイバ１５を固定した後にファイバ１５とともに加工されるため、ファイバ１５（ファイバ素線２６）の心数が増加しても加工コストを抑えることができる。また、全てのファイバ１５を固定した後に端面加工がなされるため、全てのファイバ１５の４５度面がほぼ正確に一致した部品を作ることができる。
【００３２】
４５度面を有するガイドブロック１１は、上の説明からも明らかなように、ガイドピン１８を利用して基板１２に対して突き当ててガイドピン１８に垂直な面方向の位置を決定するようにして、受発光素子３６に対して容易に位置決めされ得る。また、ガイドブロック１１は、例えば、ガイドピン１８をガイドブロック１１側のガイドピン溝２１に沿って移動させることによって、ガイドピン１８の軸方向において容易に位置調整され得る。その方法は、画像認識による工程でも、受発光素子３６を駆動させて、ガイドブロック１１の一端から光を入出力させてその出力をモニタリングするアクティブな調芯であってもよい。
【００３３】
次いで、本光モジュール１の動作例を、図１１を参照して説明する。受発光素子３６から出射されファイバ素線２６へ入射される光線４２、あるいは、ファイバ素線２６から出射され受発光素子３６へ入射される光線４２は、共に、ファイバ素線２６の４５度面４８によって９０度変換されて光路変換される。更にいえば、ファイバ素線２６の端面４８は、ファイバブロック斜め面１９と同様に４５度に加工されており、例えば、基板１２側からの光は、クラッド２８を通してその面４８で反射され、コア２７内へ導光される。この点に関連して、クラッド系が薄いファイバ１５を利用することにより、発光面とファイバコアとの距離を近接させることを可能としてもよい。尚、光路変換の調整は、例えば、支持台１３の高さを調整することによって容易に且つ正確に行うことができる。こうして、受発光素子３６とファイバ素線２６の４５度面４８を、常に最適な状態で近接させることができる。このような構成により、本光モジュール１では、レンズなどの集光部品を利用せずに、高効率の光結合が可能である。また、このような構成により、光結合効率を上昇させることができる。尚、もし適当ならば、ファイバ素線２６と受発光素子３６の間に、何らかの屈折部材を介在させて光の屈折率を調節し、受発光素子３６からの光線、或いは、受発光素子３６への光線が、ファイバ素線２６の内部により有効な形で伝送されるようにしてもよい。
【００３４】
図１２乃至図１４に、本発明の第二実施例による光モジュール１Ａを示す。これらの図１２乃至１４は、第一実施例の図２、４、５に、それぞれ対応する。同様の部材は同様の参照番号で、或いは、同様の参照番号の後にアルファベット文字を付して表している。この第二実施例は、第一実施例のファイバ素線２６をガイドピンとして兼用させた場合の例である。ここでは、ファイバ素線２６は、ガイドブロック１１のガイドブロックファイバ溝３０Ａと基板１２の基板ファイバ溝１６Ａに略半分ずつ突出した状態とされ、例えば、ガイドブロック１１のガイドブロックファイバ溝３０Ａに固定されている。端面が４５度になっていること等は実施例１と同様である。ファイバ素線２６自身がガイドピンとなっているので、第一実施例よりもガイドブロック１１のファイバ素線２６と基板１２の基板ファイバ溝１６Ａの位置が正確に一致する。この結果、Ｖ溝と位置合わせをした受発光素子３６との位置精度も高くなる。
【００３５】
図１５に、本発明の第三実施例による光モジュール１Ｂを示す。この図は、第一実施形態の図１に対応する。この実施形態は、基板１２および受発光素子３６の幅を、受発光素子３６の複数のグループを設けることができる程度に広くし、個々の素子に応じて基板ファイバ溝１６、基板ガイドピン溝１７、ガイドピン溝２１、ガイドブロックファイバ溝３０を設けたものである。これにより、第一実施例の光モジュールの特性を損なうことなく、複合的なモジュールを実現できる。例えば、図１５に示した例では、受発光素子３６のグループを２つ、また、ガイドピン（図示されていない）やガイドピン溝２１を３個ずつ設けている。受発光素子３６のグループ、即ち、３４ｂ上の受発光素子３６ａと、３４ｂ上の受発光素子３６ｂは、同じ素子でもよいが、例えば、３６ａを発光部品とし、３６ｂを受光部品としてもよい。また、３４ｂの受発光素子３６ａの発振波長と、３４ｂの受発光素子３６ｂの発振波長とを、互いに異なるものとしてもよい。
【００３６】
図１６に、本発明の第四実施例による光モジュール１Ｃを示す。この図は、第一実施形態の図１に対応する。この実施例では、光モジュール１からはみ出したファイバ１５を、ファイバ支持台３２と一体化された第一及び第二コネクタ部品５０、５２の内部に収容するよう構成してある。ファイバ１５は５０の貫通穴５１を貫通し、その後、第２コネクタ部品５２のファイバ収容部５３に収容される。これら第一及び第二コネクタ部品５０、５２を設けることにより、ファイバ１５やファイバ素線２６が外部に露出してしまうことを防止することができる。
【００３７】
図１７、図１８に、本発明の第五実施例による光モジュール１Ｄを示す。図１７、図１８は、それぞれ、第一実施例の図１、図６に対応する。この第五実施例では、基板１２の段差部の低い側３４Ｄに、各受発光素子３６と電気接続するための配線３８が設けてある。この配線３８を通じて、ファイバ１５からの信号を光モジュール１Ｄの外部と信号のやりとりを行うことができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一実施例による光モジュールの斜視図である。
【図２】図１の光モジュールの上面図である。
【図３】図１の光モジュールの側面図である。
【図４】図１の光モジュールの正面図である。
【図５】図４の一部部分拡大図である。
【図６】図１の光モジュールのＶ溝基板の上面図である。
【図７】図６のＶ溝基板の側面図である。
【図８】図１の光モジュールのガイドブロックの底面図である。
【図９】図８のガイドブロックの側面図である。
【図１０】図４の１０−１０線断面図である。
【図１１】図１０の一部部分拡大図である。
【図１２】本発明の第二実施例による光モジュールの上面図である。
【図１３】図１２の光モジュールの正面図である。
【図１４】図１３の一部部分拡大図である。
【図１５】本発明の第三実施例による光モジュールの斜視図である。
【図１６】本発明の第四実施例による光モジュールの斜視図である。
【図１７】本発明の第五実施例による光モジュールの斜視図である。
【図１８】図１７の光モジュールのＶ溝基板の斜視図である。
【図１９】従来の光モジュールに用いられている端面型受発光素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  ガイドブロック
１２  Ｖ溝基板
１５  ファイバ
１６  基板ファイバ溝
１７  基板ガイドピン溝
１８  ガイドピン
１９  ファイバブロック斜め面
２１  ガイドピン溝（Ｖ溝）
２６  ファイバ素線
２７  コア
２８  クラッド
２９  谷線
３０  ガイドブロックファイバ溝（Ｖ溝）
３１  前側底面
３２  ファイバ支持台
３４  段差部（低い側）
３５  段差部（高い側）
３６  受発光素子
３７  発光点
３８  配線
４０  露出位置
４２  光線
４４  ファイバ用矩形穴
４６  ガイドピン用矩形穴
４８  ４５度面
５０  第一コネクタ部品
５１  貫通穴
５２  第二コネクタ部品
５３  ファイバ収容部
【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】
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【図１２】
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【図１３】
2006343611.tif 000015
【図１４】
2006343611.tif 000016
【図１５】
2006343611.tif 000017
【図１６】
2006343611.tif 000018
【図１７】
2006343611.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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