(57)【要約】      （修正有）【課題】平行光が出射または入射する光モジュールにおいて、光素子と光透過部材の位置決めを容易にする。【解決手段】光素子１０と、光透過性材料からなる部材であって、相手方光学部材が嵌合する嵌合部２１、および光素子から出射された第一波長の光を平行光とする、または相手方光学部材から出射された第一波長の平行光を光素子１０に入射する集束光とするレンズ部２２を有する光透過部材２０と、を備え、光透過部材２０は、第一波長よりも低波長である第二波長の可視光を照射した場合に、レンズ部２１を透過した第二波長の光が光素子１０を結像させる結像面と、嵌合部２１の先端面２１１との光軸Ｘ方向における位置が一致するような形状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、
光透過性材料からなる部材であって、相手方光学部材が嵌合する嵌合部、および前記光素子から出射された第一波長の光を平行光とする、または前記相手方光学部材から出射された第一波長の平行光を前記光素子に入射する集束光とするレンズ部を有する光透過部材と、
を備え、
前記光透過部材は、前記第一波長よりも低波長である第二波長の可視光を照射した場合に、前記レンズ部を透過した当該第二波長の光が前記光素子で反射した反射光を結像させる結像面と、前記嵌合部の先端面との光軸方向における位置が一致するような形状に形成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記嵌合部の先端は光軸を中心とする環状であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の光モジュールの製造方法であって、
前記光素子および前記光透過部材に対し前記第二波長の光を照射する段階と、
撮像装置によって前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置を観察しながら、前記光素子および前記光透過部材の少なくともいずれか一方を移動させ、前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置が所定の位置関係となる位置で前記光透過部材に対して前記光素子を位置決めする段階と、
からなる位置決め工程を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の光モジュールの製造方法であって、
前記光素子および前記光透過部材に対し前記第二波長の光を照射する段階と、
撮像装置によって前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置を観察しながら、前記光素子および前記光透過部材の少なくともいずれか一方を移動させ、環状である前記嵌合部の先端面の中心と前記結像面の中心とが一致するように前記光透過部材に対して前記光素子を位置決めする段階と、
からなる位置決め工程を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子および光を透過する材料からなる光透過部材を備えた光モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような光モジュールを製造する場合、光素子と光透過部材の位置決めを精度よく行うことが重要である。下記特許文献１に記載では、レンズを透過した光を顕微鏡で観察することにより、光素子と光透過部材の位置決めを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７１４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光モジュールの一種であって、レンズによって出射される光（通信に使用される波長の光）を平行光とする、または相手方光学部材から出射された平行光を集束光とするものが知られている。この光モジュールは、空間を伝搬する光が平行光であるため、相手方光学部材との軸方向の位置ずれが生じたときの結合損失が小さい。つまり、軸方向の位置ずれに強い光モジュールである。
【０００５】
しかし、この光モジュールは、通信に使用される波長の光を用いると空間を伝搬する光が平行光となって光素子からの反射光は結像しないため、光素子と光透過部材を位置決めすることができない。
【０００６】
本発明は、平行光が出射または入射する光モジュールにおいて、光素子と光透過部材の位置決めを容易に行うことができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明にかかる光モジュールは、光素子と、光透過性材料からなる部材であって、相手方光学部材が嵌合する嵌合部、および前記光素子から出射された第一波長の光を平行光とする、または前記相手方光学部材から出射された第一波長の平行光を前記光素子に入射する集束光とするレンズ部を有する光透過部材と、を備え、前記光透過部材は、前記第一波長よりも低波長である第二波長の可視光を照射した場合に、前記レンズ部を透過した当該第二波長の光が前記光素子で反射した反射光を結像させる結像面と、前記嵌合部の先端面との光軸方向における位置が一致するような形状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記嵌合部の先端は光軸を中心とする環状であるとよい。
【０００９】
本発明にかかる光モジュールの製造方法は、前記光素子および前記光透過部材に対し前記第二波長の光を照射する段階と、撮像装置によって前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置を観察しながら、前記光素子および前記光透過部材の少なくともいずれか一方を移動させ、前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置が所定の位置関係となる位置で前記光透過部材に対して前記光素子を位置決めする段階と、からなる位置決め工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、別の本発明にかかる光モジュールの製造方法は、前記光素子および前記光透過部材に対し前記第二波長の光を照射する段階と、撮像装置によって前記結像面と前記嵌合部の先端面の相対位置を観察しながら、前記光素子および前記光透過部材の少なくともいずれか一方を移動させ、環状である前記嵌合部の先端面の中心と前記結像面の中心とが一致するように前記光透過部材に対して前記光素子を位置決めする段階と、からなる位置決め工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる光モジュールは、第一波長よりも低波長である第二波長の可視光を照射した場合に、当該第二波長の光が前記光素子で反射した反射光を結像させる結像面と嵌合部の先端面との光軸方向における位置が一致する。つまり、第二波長の光を照射することにより、光素子からの反射光の結像面と嵌合部の先端面が同一平面上に位置することになるから、両面の相対的な位置決め行うことにより、光素子と光透過部材の位置決めをすることができる。
【００１２】
上記嵌合部の先端面が環状であれば、その環状の先端面の中心と結像面の中心とが一致するようにすることで、光素子と光透過部材の位置決めが完了する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光モジュールの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光モジュールの製造方法が含む調芯工程に用いられる調芯装置の一例を示した図である。
【図３】調芯工程において、光素子と光透過部材の位置決め前に、モニタに表示される画像を示した模式図である。
【図４】カメラとスリーブ部材が相対的に位置決めされた状態を示した模式図である。
【図５】カメラと光素子（光素子活性層）が相対的に位置決めされた状態を示した模式図である。
【図６】第一実施例にかかる光モジュールの各種寸法を示した断面図である。
【図７】第二実施例にかかる光モジュールの各種寸法を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に示す本発明の一実施形態にかかる光モジュール１は、光素子１０および光透過部材２０を備える。光素子１０は、電気信号を光信号に変換する機能および光信号を電気信号に変換する機能の少なくともいずれか一方を有する光電変換素子である。すなわち、発光素子および受光素子の少なくともいずれか一方である（発光素子と受光素子が組み合わされた受発光素子であってもよい）。光素子１０は、回路基板４０に実装されている。光素子１０の上面には光素子活性層が形成されている。この光素子活性層において電気信号が光信号に変換、または光信号が電気信号に変換される。本実施形態では、第一波長の不可視光が、光通信に使用される光（光信号）として設定されている。
【００１５】
光透過部材２０は、光透過性のある合成樹脂からなる部材である。光透過部材２０は、嵌合部２１およびレンズ部２２を有する。嵌合部２１は、相手方光学部材が嵌合可能な部分である。本実施形態における嵌合部２１は、中央に光ファイバ９１が固定された略円柱形状のフェルール９０が挿入可能な筒状の部分である。フェルール９０の先端には、平行光を集束光とする、または平行光を出射するためのレンズ部９２が形成されている。このような略円柱形状のフェルール９０が挿入される嵌合部２１の先端面２１１は環状であり、この「環」の中心軸は光軸Ｘと一致する。嵌合部２１の内側には内側に挿入されたフェルール９０のストッパとなる段差が形成されている。段差には、フェルール９０のレンズ部９２の周囲が接触する。嵌合部２１の内底面は、光が出射する出射面または入射する入射面２４である。
【００１６】
レンズ部２２は、光素子１０が発光素子である場合には、当該発光素子から出射された第一波長の光を平行光とするものである。一方、光素子１０が受光素子である場合には、相手方光学部材から出射された第一波長の平行光を当該受光素子に入射する集束光とするものである。つまり、レンズ部２２は、光素子１０と相手方光学部材に固定された光ファイバ９１等の通信要素とを光学的に接続するためのものであり、光透過部材２０と相手方光学部材との間の空間を伝搬する第一波長の光が平行光となるように設計されたものである。
【００１７】
光は、レンズ部２２を通過することにより屈折する。光の屈折率は波長によって異なる。そのため、光モジュール１に対し上記第一波長よりも波長が小さい可視光を照射した場合、レンズを通過した光が光素子活性層で反射した反射光を結像させる。本実施形態では、各部材は、第一波長よりも波長が小さい第二波長の可視光（上限波長７６０ｎｍ〜８３０ｎｍ、下限波長３６０ｎｍ〜４００ｎｍ）を照射した場合に形成される光素子活性層の結像面１１の光軸Ｘ方向における位置が、嵌合部２１の先端面２１１の光軸Ｘ方向における位置と一致するように設計されている。つまり、図１に示す面Ｙに結像するように設計されている。第一波長は約８５０ｎｍ程度であり、第二波長は約４５０ｎｍ程度に設定される。第二波長は、後述する光素子１０と光透過部材２０の位置決め工程を実施可能な（モニタ８８によって視認可能な）波長に設定される。
【００１８】
光透過部材２０における嵌合部２１が形成された側の反対側には、筒状部２３が形成されている。この筒状部２３の先端が基板４０に固定されることにより、光透過部材２０と基板４０に実装された光素子１０が所定の位置関係に位置決めされる。この筒状部２３の基板４０に対する接続方法は特定の方法に限定されるものではないが、後述する位置決めを行いやすい方法を採用することが好ましい。本実施形態では、光透過部材２０の筒状部２３の内側に金属製のシールド部材３０が固定（例えばインサート成形によって固定）され、このシールド部材３０に設けられた基板接続部３１が基板４０に形成されたスルーホール４１に挿入された状態ではんだ付けされることにより、基板４０に対して光透過部材２０が位置決めされる。すなわち、基板４０に実装された光素子１０と光透過部材２０の相対的な位置が決定する。スルーホール４１は、基板接続部３１の外形よりも大きく形成されている。これにより、基板接続部３１は、スルーホール４１にはんだ付けされる前の状態においては、スルーホール４１内において基板４０表面に平行な方向に移動可能である。
【００１９】
なお、シールド部材３０は、少なくとも光路となる部分（光軸Ｘに交差する部分に形成された開口３２）を除き、光素子１０や基板４０の一部を覆うものであるから、基板４０を介してアースに接続することにより、光素子１０に対するシールド効果を発現する。
【００２０】
以下、本発明の一実施形態にかかる光モジュール１の製造方法に用いられる調芯装置８０を説明する。図２に示すように、調芯装置８０は架台８１を備える。架台８１には、基板保持機構８３に保持された基板４０を、その平面方向に移動させる基板移動機構８２が設けられている。基板４０は、その板面が水平になり、かつ光素子１０が下方を向く姿勢で基板保持機構８３に保持される。
【００２１】
また、架台８１には、光透過部材２０を保持する光透過部材保持機構８４が設けられている。光透過部材２０は、嵌合部２１が下側に位置し、その中心軸（光軸Ｘ）が鉛直方向に一致する姿勢で、光透過部材保持機構８４に保持される。
【００２２】
さらに、架台８１には、カメラ保持機構８６によって保持されたカメラ８７を鉛直方向に移動させることができるカメラ移動機構８５が設けられている。カメラ移動機構８５は、カメラ８７を水平方向にも移動させることができる。本実施形態では、カメラ８７としてＣＣＤカメラが用いられる。
【００２３】
カメラ８７は、ケーブルを介してモニタ８８に接続されている。モニタ８８には、カメラ８７によって撮像された映像が表示される。モニタ８８には、カメラ８７と光透過部材２０の相対位置を合わせるための第一照準８８１と、カメラ８７と光素子活性層（結像面１１）の相対位置を合わせるための第二照準８８２とが表示されている。モニタ８８には、この第一照準８８１および第二照準８８２が表示される。なお、第一照準８８１および第二照準８８２を印刷した透明なシートをモニタ８８に貼付することで、モニタ８８に両照準が映し出されているかのような状態となるようにしてもよい。
【００２４】
第一照準８８１は、光透過部材２０の嵌合部２１の先端面２１１をカメラ８７で撮像したときに、モニタ８８に表示される当該先端面２１１の外縁の形状および大きさと等しい形状および大きさに形成されている。つまり、第一照準８８１は円形である。第二照準８８２は、第一照準８８１よりも小さい円形である。この第二照準８８２の中心は、第一照準８８１の中心と一致する。
【００２５】
本発明の一実施形態にかかる光モジュール１の製造方法を説明する。本製造方法は、上記調芯装置８０を用いた光素子１０と光透過部材２０の調芯工程（位置決め工程）を含むものである。調芯工程の詳細は以下の通りである。
【００２６】
まず、第二波長の可視光を図示されない光源によって照射した状態で、嵌合部２１の先端面２１１と同一の平面である平面Ｌにカメラ８７の焦点が合うように、カメラ移動機構８５によってカメラ８７を上下方向に移動させる。そうすると、モニタ８８には、第一照準８８１、第二照準８８２、嵌合部２１の先端面２１１、およびレンズを通過した第二波長の光が光素子活性層からの反射光によって平面Ｌに結像した光素子活性層の結像面１１が表示される（図３参照）。つまり、位置決めの基準となる第一照準８８１および第二照準８８２と、位置決め対象である光素子活性層の結像面１１と嵌合部２１の先端面２１１が同じ画面上に明瞭に表示される。
【００２７】
続いて、カメラ移動機構８５によってカメラ８７を水平方向に移動させ、第一照準８８１と嵌合部２１の先端面２１１の外縁とを一致させる（図４参照）。これにより、カメラ８７と光透過部材２０の相対的な位置決めを行う。
【００２８】
カメラ８７と光透過部材２０の相対的な位置決め後、基板移動機構８２によって基板４０を水平方向に移動させ、第二照準８８２に囲まれた領域内に、光素子活性層の結像面１１が位置するようにする（図５参照）。これにより、カメラ８７と光素子活性層との相対的な位置決めを行う。本実施形態では、嵌合部２１の先端面２１１が環状であるため、当該操作により、先端面２１１の中心と光素子活性層の結像面１１の中心とが略一致する。カメラ８７と光透過部材２０の相対的な位置決めは既に完了しているのであるから、この段階で光透過部材２０と光素子活性層（光素子１０）との相対的な位置決めが完了したということとなる。
【００２９】
最後に、各部材の位置を保持した状態で、光透過部材２０に固定されたシールド部材３０の基板接続部３１と、基板４０（スルーホール４１）とをはんだ付けする。これにより、光透過部材２０と光素子１０が所定の位置関係（正しい位置関係）となるように位置決めされた光モジュール１が得られる。
【００３０】
以下、具体的な実施例を用いて本発明を説明する。第一実施例は、光透過部材２０としてウルテム（Ultem1010；「ウルテム」はサビツク・イノベーテイブ・プラステイツクス・アイピー・ベー・ベーの登録商標）を用いた例である。この材料は、通信波長（第一波長λ１）を８５０ｎｍとしたときの光透過部材２０の屈折率は約１．６４であり、位置決め時に照射される可視光の波長（第二波長λ２）を４５０ｎｍとしたときの光透過部材２０の屈折率は約１．７０である（ともに２０℃での屈折率）。
【００３１】
この場合、レンズ部２２を通過した第一波長の光が平行光となり、かつ、レンズ部２２を透過した第二波長の光が光素子１０で反射した反射光を結像させる結像面と嵌合部２１の先端面２１１との光軸Ｘ方向における位置が一致するような形状に光透過部材２０を設計すると、各部材の寸法は図６に示す通り（レンズ部２２から出射面または入射面（嵌合部２１の基端）の距離を基準（１ｍｍ）とした場合）となる。なお、レンズパラメータは、曲率半径；０．４６７ｍｍ、コーニック；−０．４８５、４次係数；−２．３２３である。
【００３２】
第二実施例は、光透過部材２０としてテラリンク（住友電工ファインポリマー株式会社の登録商標）を用いた例である。この材料は、通信波長（第一波長）を８５０ｎｍとしたときの光透過部材２０の屈折率は約１．５１であり、位置決め時に照射される可視光の波長（第二波長）を４５０ｎｍとしたときの光透過部材２０の屈折率は約１．５７である（ともに２０℃での屈折率）
【００３３】
この場合、レンズ部２２を通過した第一波長の光が平行光となり、かつ、レンズ部２２を透過した第二波長の光が光素子１０で反射した反射光を結像させる結像面と嵌合部２１の先端面２１１との光軸Ｘ方向における位置が一致するような形状に光透過部材２０を設計すると、各部材の寸法は図７に示す通り（レンズ部２２から出射面または入射面（嵌合部２１の基端）の距離を基準（１ｍｍ）とした場合）となる。なお、レンズパラメータは、曲率半径；０．３６９ｍｍ、コーニック；−０．７５２、４次係数；−３．０８３である。
【００３４】
このように、レンズ部２２を通過した第一波長の光が平行光となり、かつ、レンズ部２２を透過した第二波長の光が光素子１０で反射した反射光を結像させる結像面と嵌合部２１の先端面２１１との光軸Ｘ方向における位置が一致するような形状に光透過部材２０を設計することにより、レンズ部２２を通過した第一波長（通信波長）の光が平行光となるような場合であっても、第二波長の可視光を用いることにより、光素子１０と光透過部材２０の位置決めを精度よく行うことができる。
【００３５】
また、上記実施例は、外気温が２０℃（常温）の条件下で光素子１０と光透過部材２０の位置決めを行うことを前提としたものであるが、これ以下の温度で位置決めを行うことを前提として光透過部材２０を設計してもよい。具体的には以下の通りである。
【００３６】
光透過性材料の屈折率は、温度が低くなるほど高くなる。例えば、上記第一実施例における光透過部材２０を形成するウルテムは、２０℃での屈折率が約１．６４であり、０℃では１．６４３である。この特性を利用し、光素子１０と光透過部材２０の位置決めを行う際の外気温を低くすることを前提として光透過部材２０を設計すると、レンズ部２２から嵌合部２１の先端面２１１までの距離を小さくすることができる。ただし、外気温を低くしすぎると光透過部材２０に結露が発生してしまうため注意が必要である（結露が発生しないように湿度をコントロールすれば、外気温度を大きく下げること（屈折率を大きくすること）が可能である）。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  光モジュール
１０  光素子
１１  光素子活性層の結像面
２０  光透過部材
２１  嵌合部
２１１  先端面
２２  レンズ部
４０  基板
４１  スルーホール
８０  調芯装置
８２  基板移動機構
８３  基板保持機構
８４  光透過部材保持機構
８５  カメラ移動機構
８６  カメラ保持機構
８７  カメラ
８８  モニタ
８８１  第一照準
８８２  第二照準
Ｘ  光軸
【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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