(57)【要約】【課題】組立てが容易であり、空間伝送を可能にする光電気変換装置を提供する。【解決手段】光電気変換装置１Ａは、表面において１本の第１溝３２と第２溝３４とが連続して形成されたサブマウント基板１２と、第１溝３２の内部に配置された内部導波路３１と、第１溝３２の先端部に設けられた光路変換用のミラー部３３とを備える。さらに、ミラー部３３と対向するようにサブマウント基板１２の表面に実装され、光信号および電気信号のうちいずれか一方を他方に変換する光素子４Ａを備える。さらに、一方の端部が内部導波路３１と同心状になるように第２溝３４に取り付けられ、他方の端部がサブマウント基板１２から突出した光ファイバ８を備える。さらに、光ファイバ８の他方の端部に同心状に設けられ、当該他方の端部から入射した光を平行光にして出射するロッドレンズ９を備える。【選択図】図２
2015138227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面において、少なくとも１本の第１溝と第２溝とが連続して形成された第１基板と、
前記第１溝の内部に配置された内部導波路と、
前記第１溝の先端部に設けられた光路変換用のミラー部と、
前記ミラー部と対向するように前記第１基板の前記表面に実装され、光信号および電気信号のうちいずれか一方を他方に変換する光素子と、
一方の端部が前記内部導波路と同心状になるように前記第２溝に取り付けられ、他方の端部が前記第１基板から突出した光ファイバと、
前記光ファイバの他方の端部に同心状に設けられ、当該他方の端部から入射した光を平行光にして出射する光平行化部材と
を備えている光電気変換装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記第１基板を搭載する第２基板をさらに備えている、
請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項３】
前記光ファイバの他方の端部は、前記第２基板の端面よりも当該第２基板の内側に位置している、
請求項２に記載の光電気変換装置。
【請求項４】
前記光ファイバの一方の端部を前記第２溝の内部に接着する透過性を有する光学接着剤をさらに備えている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項５】
前記光ファイバの一方の端部を上方から押さえる押さえ部材をさらに備えている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記第２基板の上に配置された接着剤によって、前記第２基板に対して固定されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項７】
前記光平行化部材の先端面は、前記第２基板の端面よりも当該第２基板の外側に位置している、
請求項６に記載の光電気変換装置。
【請求項８】
前記光平行化部材は、レンズで構成されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項９】
前記レンズは、光が出射または入射する先端面を有する円柱状のロッドレンズである、
請求項８に記載の光電気変換装置。
【請求項１０】
前記ロッドレンズの長さは、当該ロッドレンズに入射する光の波長における伝搬周期の１／４の長さになるように設定されている、
請求項９に記載の光電気変換装置。
【請求項１１】
前記光ファイバとしては、ＳＩ型のマルチモードファイバが用いられる、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項１２】
前記ＳＩ型のマルチモードファイバは、受信側の光ファイバとして用いられる、
請求項１１に記載の光電気変換装置。
【請求項１３】
前記第１基板には、複数の光素子が実装され、
それぞれの前記光素子は、送信側または発信側のいずれかに用いられる、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項１４】
前記第２溝の深さは、前記第１溝の深さよりも大きい、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記第１基板を搭載する第２基板と、
前記光ファイバを前記第２基板に固定する接着剤と、
前記光ファイバの一方の端部を前記第２溝の内部に接着する透過性を有する光学接着剤と、
前記光ファイバの一方の端部を上方から押さえる押さえ部材と、
をさらに備えている、
請求項１および請求項８〜１４のいずれか１項に記載の光電気変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子を備えた光電気変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電気変換装置としては、送信モジュールと受信モジュールとの間を外部導波路を介して光信号を伝送するものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
これら送信モジュールおよび受信モジュールは、それぞれ、基板と、当該基板上に実装され、電気信号と光信号との間で相互に変換する光素子とを備えている。外部導波路としては、光ファイバが用いられている。光ファイバの両端部は、送信モジュールおよび受信モジュールのそれぞれの基板に取り付けられている。
【０００４】
また、近年では、光信号を光ファイバなどの外部導波路を介さずに、送信モジュールと受信モジュールとの間の伝送を行う、いわゆる空間伝送を行うことが要望されている。そのような空間伝送を行うための技術としては、例えば、特許文献２には、光が単一のモードで伝送されるシングルモード型の光ファイバの先端に光を平行化するロッドレンズが取り付けられた構造が開示されている。この構造では、先端にロッドレンズを有する光ファイバ同士が対向して配置される。そして、一方の光ファイバの先端から出た光は、ロッドレンズによって平行化され、他方の光ファイバの先端のロッドレンズにより再度光ファイバに結合されることによって、空間伝送を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６０２２７号公報
【特許文献２】特許３２８５１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の送信モジュールと受信モジュールとの間の空間伝送を実現するには、特許文献１記載の光電気変換装置と特許文献２記載における先端にロッドレンズを有する光ファイバとを組み合わせることが考えられる。この場合、ロッドレンズを有する光ファイバを、各モジュールの基板の内部を通る光の伝送経路（内部導波路）に対して正確に中心位置が合うように、基板に取り付けることが難しいという問題がある。そのため、送信モジュールと受信モジュールとの間の空間伝送を実現する光電気変換装置の組み立ては困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、組立てが容易であり、空間伝送を可能にする光電気変換装置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】
本発明の光電気変換装置は、表面において、少なくとも１本の第１溝と第２溝とが連続して形成された第１基板と、前記第１溝の内部に配置された内部導波路と、前記第１溝の先端部に設けられた光路変換用のミラー部とを備える。さらに、光電気変換装置は、前記ミラー部と対向するように前記第１基板の前記表面に実装され、光信号および電気信号のうちいずれか一方を他方に変換する光素子を備える。さらに、光電気変換装置は、一方の端部が前記内部導波路と同心状になるように前記第２溝に取り付けられ、他方の端部が前記第１基板から突出した光ファイバを備える。さらに、光電気変換装置は、前記光ファイバの他方の端部に同心状に設けられ、当該他方の端部から入射した光を平行光にして出射する光平行化部材を備える。
【０００９】
かかる構成によれば、第１基板には、内部導波路が配置された第１溝と連続して第２溝が形成され、光ファイバの一方の端部が当該第２溝に取り付けられている。そして、光ファイバの他方の端部は、第１基板から突出し、そこには光平行化部材が同心状に取り付けられている。このような構造では、光ファイバの一方の端部を第１基板の第２溝に取り付けることにより、光ファイバおよび光平行化部材を内部導波路と同心状になるように容易に取り付けることが可能である。これにより、空間伝送を可能にする光電気変換装置を容易に組み立てることが可能になる。
【００１０】
また、上記の光電気変換装置は、空間伝送を可能にするので、送信モジュールと受信モジュールとを個別に組み立てることが可能である。さらに、光電気変換装置が光を透過可能な材質の筐体に覆われていても、筐体外部の他の光電気変換装置との光伝送を行うことが可能である。
【００１１】
さらに、光平行化部材から平行光を出射して空間伝送を行うことができるので、受信側の光の結合効率を向上させることが可能である。さらに、結合効率が向上することによって、空間伝送距離を長くすることが可能である。
【００１２】
また、少なくとも１つの前記第１基板を搭載する第２基板をさらに備えているのが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、第２基板によって、光ファイバと第１基板との結合部付近に対して下方から障害物が近づくことを防ぐことが可能になる。また、第２基板の上に複数の第１基板を搭載して、第２基板の上に複数の送信モジュールおよび受信モジュールを配置することも容易である。
【００１４】
さらに、前記光ファイバの他方の端部は、前記第２基板の端面よりも当該第２基板の内側に位置しているのが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、  第２基板によって、第１基板から突出する光ファイバの他方の端部が外部の障害物に接触することを防ぐことが可能になる。
【００１６】
さらに、前記光ファイバの一方の端部を前記第２溝の内部に接着する透過性を有する光学接着剤をさらに備えているのが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、光学接着剤によって、光ファイバの一方の端部を前記第２溝の内部に接着することによって、光ファイバを第２溝の内部に安定して固定することが可能である。しかも、光ファイバの一方の端部と内部導波路との間に光学接着剤が介在しても、光学接着剤は透過性を有するので、光の伝送に影響を与えない。
【００１８】
さらに、前記光ファイバの一方の端部を上方から押さえる押さえ部材をさらに備えているのが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、光ファイバの一方の端部は、押さえ部材によって上方から押さえられることにより、第２溝内部の所定位置（前記内部導波路と同心状になる位置）に安定して保持される。
【００２０】
さらに、前記光ファイバは、前記第２基板の上に配置された接着剤によって、前記第２基板に対して固定されているのが好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、第２基板の上に配置された接着剤によって光ファイバが第２基板に固定されるので、光ファイバが曲がるなどの変形を防ぐことが可能である。また、光ファイバの露出部を接着剤によって保護できるので、光ファイバの破損を防ぐことも可能である。
【００２２】
さらに、前記光平行化部材の先端面は、前記第２基板の端面よりも当該第２基板の外側に位置しているのが好ましい。
【００２３】
かかる構成によれば、第２基板の上に接着剤が配置された構成において、接着剤が光平行化部材の先端面に付着することを防ぐことが可能になる。
【００２４】
さらに、前記光平行化部材は、レンズで構成されているのが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、レンズによって光ファイバの他方の端部から出射される光を平行化することが可能である。
【００２６】
さらに、前記レンズは、光が出射または入射する先端面を有する円柱状のロッドレンズであるのが好ましい。
【００２７】
かかる構成によれば、円柱状のロッドレンズによって光ファイバの他方の端部から出射される光を平行化することが可能である。また、ロッドレンズは、光の波長に合わせて光を平行化させる形状に設計しやすいという利点を有する。
【００２８】
さらに、前記ロッドレンズの長さは、当該ロッドレンズに入射する光の波長における伝搬周期の１／４の長さになるように設定されているのが好ましい。
【００２９】
かかる構成によれば、ロッドレンズの長さがそこに入射する光の波長における伝搬周期の１／４の長さになるように設定されているので、ロッドレンズから出射される光を確実に平行光にすることが可能になる。なお、ロッドレンズの長さは、１／４＋ｎ／２（ｎは整数）周期分の長さであれば、ロッドレンズから出射される光を平行光にすることが可能であるので、このような態様も本発明の範囲に含まれるものとする。
【００３０】
さらに、前記光ファイバとしては、ＳＩ型のマルチモードファイバが用いられるのが好ましい。
【００３１】
かかる構成によれば、光ファイバとしてＳＩ型のマルチモードファイバを用いることにより、光が光ファイバの最大受光角（開口数）以下の角度で当該光ファイバのコアに入射されれば、光ファイバ内部において全ての光が伝搬される。そのため、他のマルチモードファイバ（例えばＧＩ型）と比較して、光の結合損失を低減することが可能である。これにより、空間伝送距離をさらに長くすることが可能である。
【００３２】
さらに、前記ＳＩ型のマルチモードファイバは、受信側の光ファイバとして用いられるのが好ましい。
【００３３】
受信側の光ファイバでは、光平行化部材を介して当該光ファイバに入射される光の発散が大きいので、上記のように受信側の光ファイバとしてＳＩ型のマルチモードファイバを用いることにより、光ファイバに入射される光の結合損失をより低減できる。もちろん送信側においても、内部導波路から光ファイバに結合する部分で同様の効果が得られるので、送信側の光ファイバとして用いてもよい。
【００３４】
さらに、前記第１基板には、複数の光素子が実装され、それぞれの前記光素子は、送信側または発信側のいずれかに用いられるのが好ましい。
【００３５】
かかる構成によれば、１つの第１基板上に複数の発信モジュールおよび受信モジュールを構成することが可能になる。その結果、２つの第１基板の間で双方向のデータ伝送が可能になる。
【００３６】
さらに、前記第２溝の深さは、前記第１溝の深さよりも大きいのが好ましい。
【００３７】
かかる構成によれば、第２溝の深さが第１溝の深さよりも大きいので、第１溝内部に配置された内部導波路の断面を拡大しなくても、第２溝内部に配置された光ファイバを内部導波路と同心状に配置することが可能である。
【００３８】
さらに、少なくとも１つの前記第１基板を搭載する第２基板と、前記光ファイバを前記第２基板に固定する接着剤とを備えているのが好ましい。しかも、前記光ファイバの一方の端部を前記第２溝の内部に接着する透過性を有する光学接着剤と、前記光ファイバの一方の端部を上方から押さえる押さえ部材と、をさらに備えているのが好ましい。
【００３９】
かかる構成によれば、光ファイバは、接着剤によって第２基板に固定される。さらに、光ファイバの一方の端部は、光学接着剤によって第２溝内部に接着されるとともに押さえ部材によって第２溝内部に上方から押さえられることにより、第２溝の内部に安定して保持される。その結果、光ファイバを内部導波路と同心状になるように安定して保持することが可能である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の光電気変換装置によれば、空間伝送を可能にする光電気変換装置を容易に組み立てることが可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る光電気変換装置の概略構成図である。
【図２】図１の発光側光電気変換部の断面図である。
【図３】図２の光ファイバの後端部が第２溝に取り付けられている状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本実施形態の受信側におけるＳＩ型の光ファイバ内部での光の伝搬状態を示す断面説明図、（ｂ）は本発明の比較例としてＧＩ型の光ファイバ内部での光の伝搬状態を示す断面説明図である。
【図５】（ａ）は本実施形態において、ある波長における伝搬周期の１／４の長さを有するロッドレンズを用いて光を平行にする様子を示す断面説明図、（ｂ）は説明例としてその波長における１伝搬周期の長さを有するロッドレンズを用いた場合の光の伝搬状態を示す断面説明図である。
【図６】本発明の変形例であるコアのみ有するロッドレンズを備えた発光側光電気変換部の断面図である。
【図７】本発明の他の変形例であるサブマウント基板上に一対の発信モジュールおよび受信モジュールが搭載された構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【図８】本発明のさらに他の変形例である発信モジュールまたは受信モジュールが搭載されたサブマウント基板がマウント基板上に複数設けられた構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【図９】本発明のさらに他の変形例である一対の発信モジュールおよび受信モジュールが搭載されたサブマウント基板がマウント基板上に複数設けられた構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【図１０】本発明のさらに他の変形例である発信モジュールまたは受信モジュールが複数搭載されたサブマウント基板がマウント基板上に設けられた構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【図１１】本発明のさらに他の変形例である発信モジュールまたは受信モジュールが複数搭載されたサブマウント基板がマウント基板上に設けられた構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【図１２】本発明のさらに他の変形例である発信モジュールまたは受信モジュールが複数搭載されたサブマウント基板がマウント基板上に設けられた構成を有する光電気変換装置の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
図１に、本発明の実施形態に係る光電気変換装置１Ａを示す。この光電気変換装置１Ａは、一対の発信モジュールおよび受信モジュールを備えている。具体的には、この光電気変換装置１Ａは、発光側光電気変換部（Ｅ／Ｏモジュールともいう）１Ａ１と、受光側光電気変換部（Ｏ／Ｅモジュールともいう）１Ａ２とを備えている。発光側光電気変換部１Ａ１は、一方（図１では左側）の配線基板２に電気コネクタ（以下、単にコネクタという）６，７同士の嵌合によって装着される。受光側光電気変換部１Ａ２は、他方（図１では右側）の配線基板２にコネクタ６，７同士の嵌合によって装着される。発光側光電気変換部１Ａ１および受光側光電気変換部１Ａ２は、それぞれ空間伝送用の光ファイバ８およびロッドレンズ９を備えている。これらの光電気変換部１Ａ１および１Ａ２は、ロッドレンズ９の先端面が向かい合うように、互いに離間して配置されている。発光側光電気変換部１Ａ１のロッドレンズ９から出射された光Ｌは、空気中を進み、受光側光電気変換部１Ａ２のロッドレンズ９に入射する。これにより、これら変換部１Ａ１、１Ａ２の間での空間伝送を可能にしている。
【００４４】
なお、本明細書では、図１の上下方向を光電気変換装置１Ａの上下方向、図１の紙面と直交する方向を光電気変換装置１Ａの左右方向という。それとともに、発光側光電気変換部１Ａ１に対しては図１の右側を前方、左側を後方といい、受光側光電気変換部１Ａ２に対しては図１の左側を前方、右側を後方という。
【００４５】
図１〜３に示されるように、発光側光電気変換部１Ａ１は、平面視で前後方向に延びる長方形状をなすマウント基板３を備え、当該マウント基板３の上には、サブマウント基板１２およびＩＣ基板５が搭載されている。なお、サブマウント基板１２は、本発明の第１基板に対応し、マウント基板３は、本発明の第２基板に対応している。
【００４６】
マウント基板３の上面３ｃの前側部には、サブマウント基板１２の下面が接着等で実装されている。このサブマウント基板１２の上面には、光信号および電気信号のうちいずれか一方を他方に変換する光素子として、電気信号を光信号に変換して発光する発光素子４Ａが実装されている。それとともに、サブマウント基板１２の上面には、発光素子４Ａと光学的に結合する内部導波路３１が形成されている。
【００４７】
具体的には、サブマウント基板１２の上面には、図２に示されるように、第１溝３２と第２溝３４とが連続して形成されている。第１溝３２および第２溝３４は、それぞれＶ字状断面を有する溝であり、第２溝３４の断面は第１溝３２の断面よりも大きい。第２溝３４は、第１溝３２よりもサブマウント基板１２の前端側に位置しており、かつ、サブマウント基板１２の前端側に開口している。内部導波路３１は、第１溝３２の内部に配置されている。そして、第１溝３２の後側の先端部（すなわち、第２溝３４と反対側の端部）には、光路変換用のミラー部３３が設けられている。ミラー部３３は、光の進む経路を略９０°変換し、例えば、下方に進む光を水平方向へ向きを変える。発光素子４Ａは、ミラー部３３と対向するようにサブマウント基板１２の上面に実装される。内部導波路３１、ミラー部３３および発光素子４Ａで囲まれた空間は、透過性を有するアンダーフィル３６が封入され、内部導波路３１、ミラー部３３および発光素子４Ａの間を光学的に結合する。アンダーフィル３６としては、透過性を有する封止剤が用いられる。
【００４８】
前記発光素子４Ａとしては、電気信号を光信号に変換する光素子であればよく、例えば、半導体レーザーであるＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）が採用されている。なお、発光素子４Ａとしては、ＬＥＤ等も採用可能である。しかし、ＬＥＤ等は指向性が弱く、内部導波路３１に光結合する割合が小さいので、光の効率に余裕があることが条件となり、その場合には低価格という点で有利である。
【００４９】
サブマウント基板１２は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の熱影響による位置変動を極力抑制する必要がある。このため、サブマウント基板１２としては、シリコン基板が採用されている。また、サブマウント基板１２は、発光素子４Ａと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、ＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されていてもよい。または、線膨張係数や熱伝導率の良い材料として窒化アルミや窒化ケイ素等のセラミックス材料でもよい。
【００５０】
ミラー部３３は、サブマウント基板１２がエッチングされることにより形成された４５°傾斜面に金やアルミニウムを蒸着することにより形成することができる。なお、４５°傾斜面は、例えば水酸化カリウム溶液による異方性エッチングにより形成することができる。
【００５１】
内部導波路３１は、サブマウント基板１２の第１溝３２の内部に沿って形成されており、発光素子４Ａが発光する光をサブマウント基板１２の上面と平行な方向に伝送する。この内部導波路３１は、屈折率の異なる２種類の樹脂から構成されている。
【００５２】
具体的には、内部導波路３１は、図３に示されるように、光を導波するコア３１ａと、このコア３１ａを周囲から覆って保持するクラッド３１ｂとで構成されている。コア３１ａは屈折率の高い樹脂からなり、クラッド３１ｂは屈折率の低い樹脂からなっている。コア３１ａおよびクラッド３１ｂのサイズは、発光素子４Ａの発散角度と後述する受光素子４Ｂの受光径等による光損失計算から決定される。なお、内部導波路３１は、樹脂以外にも石英等の光透過性のある材料であれば無機材料で構成されていてもよい。
【００５３】
さらに、サブマウント基板１２の第２溝３４の内部には、光ファイバ８の後端部８ｄが第１溝３２内部の内部導波路３１と同心状になるように取り付けられている。具体的には、光ファイバ８の後端部８ｄは、平板状の押さえ部材１０によって上方から第２溝３４の内面に押さえられ、かつ、透過性を有する光学接着剤３７によって第２溝３４の内面に接着されている。ここで、第２溝３４の深さは、第１溝３２の深さよりも深くなるように設定されているので、図３に示されるように、光ファイバ８のコア８ａは、第１溝３２内部の内部導波路３１のコア３１ａと同心状に配置される。また、光ファイバ８の後端部８ｄは、第１溝３２の底部と第２溝３４の底部とを連結する斜面３５に当接することにより、第２溝３４の延びる方向における位置決めがされている。上記のように光ファイバ８の後端部８ｄが光学接着剤３７によって第２溝３４内部に接着されることにより、光ファイバ８は内部導波路３１と光学的に結合される。
【００５４】
透過性を有する光学接着剤３７は、光ファイバ８の後端部８ｄと内部導波路３１との間の隙間を封止しながら、これらの間の光学的な結合を維持する。さらに、光学接着剤３７の一部は、第２溝３４の外部へ流出し、押さえ部材１０をサブマウント基板１２に接着する。
【００５５】
光ファイバ８は、光を導波するコア８ａと、このコア８ａを周囲から覆って保持するクラッド８ｂとで構成されている。光ファイバ８は、例えば、ガラス製のファイバが用いられる。
【００５６】
また、図２に示されるように、光ファイバ８の前端部８ｃは、サブマウント基板１２から前側（図２の右側）に突出している。これにより、ロッドレンズ９の外径が光ファイバ８の外径より大きいものであっても用いることができる。さらに、内部導波路３１とロッドレンズ９との間に光ファイバ８が介在することにより、光を出射するロッドレンズ９を発光側光電気変換部１Ａ１の前方へ突出して配置することが可能になる。
【００５７】
また、前端部８ｃは、マウント基板３の前端面３ｄよりも当該マウント基板３の内側（すなわち、後側）に位置している。
【００５８】
光ファイバ８は、さらに、マウント基板３の上に配置された接着剤１１によって、マウント基板３に対して固定されている。図２に示される接着剤１１は、サブマウント基板１２の前側において、光ファイバ８に接触する高さ以上の高さでマウント基板３の上に堆積している。これにより、光ファイバ８は、内部導波路３１と同心状になるように水平に延びた状態を維持しながら、接着剤１１によってマウント基板３に固定される。
【００５９】
さらに、光ファイバ８の前端部８ｃ側の先端面８ｅには、ロッドレンズ９が同心状に設けられている。
【００６０】
また、光ファイバ８としては、ＳＩ（ステップ・インデックス）型のマルチモードファイバが用いられる。ＳＩ型のマルチモードファイバでは、図４（ａ）に示されるように、コア８ａとクラッド８ｂとの間の屈折率分布がステップ状に変化（すなわち、急激に２段階に変化）する。そのため、光ファイバ８の最大受光角（開口数）以下の角度で当該光ファイバ８のコア８ａに入射される全ての光Ｌ３はロスなく伝搬される。
【００６１】
一方、比較例として、図４（ｂ）に示されるようにＧＩ（グレーデッド・インデックス）型のマルチモードファイバ１０８の場合には、コア１０８ａとクラッド１０８ｂとの間の屈折率分布が放物線状に変化（すなわち、クラッドに近づくにしたがって徐々に屈折率が低下する変化）する。そのため、光ファイバ１０８の最大受光角（開口数）以下の角度で当該光ファイバ１０８のコア１０８ａに入射される光Ｌ４であってもその一部がコア１０８ａの外部に漏れるものが存在する。具体的には、光ファイバ１０８の軸中心付近から入った光Ｌ４ａは光ファイバ１０８内部を伝搬するが、コア１０８ａとクラッド１０８ｂとの境界付近から入った光はコア１０８ａ内部で屈折されずにクラッド１０８ｂへと漏れる。したがって、ＳＩ型のマルチモードファイバを用いた本実施形態の光ファイバ８の方が比較例のＧＩ型の光ファイバ１０８よりも光の結合損失が低くなる。
【００６２】
とくに、受光側光電気変換部１Ａ２の光ファイバ１０８では、ロッドレンズ９を介して当該光ファイバ８に入射される光の角度が大きいため、受信側の光ファイバ８としてＳＩ型のマルチモードファイバを用いることにより、光ファイバ８に入射される光の結合損失をより低減できる。
【００６３】
ロッドレンズ９は、光ファイバ８の前端部８ｃから入射した光を平行光にして出射するレンズの一種であり、本発明の光平行化部材に対応する。
【００６４】
ロッドレンズ９は、円柱状のレンズであり、光が出射または入射する先端面９ｃを有する。ロッドレンズ９は、光ファイバ８と同様に、光を導波するコア９ａと、このコア９ａを周囲から覆って保持するクラッド９ｂとで構成され、例えば、ガラス材料で製造される。本実施形態では、光ファイバ８およびロッドレンズ９がガラス材料で製造されているので、ロッドレンズ９を光ファイバ８の先端面８ｅに直接接触して熱融着することが可能である。そのため、接着剤を介在して固着する場合と比較して短時間でずれなく融着することが可能である。
【００６５】
ロッドレンズ９としては、例えば、屈折率分布型レンズが用いられる。
【００６６】
ロッドレンズ９の光の出射端である先端面９ｃは、上記の接着剤１１に接触しないように、マウント基板３の前端面３ｄよりも当該マウント基板３の外側（すなわち、前側）に位置している。すなわち、接着剤１１が９ｃに回り込むと、ロッドレンズ９で平行化がうまく行えなくなるため、先端面９ｃはマウント基板３の外側に配置される。
【００６７】
ロッドレンズ９のコア９ａの直径は、光ファイバ８のコア８ａの直径以上になるように設定される。ここで、コア９ａの直径が大きいロッドレンズ９を設計する場合、コア９ａの直径の大きさに応じてロッドレンズ９の長さも長くなり、反対に、コア９ａの直径が小さい場合には、ロッドレンズ９の長さが短くなる。そのため、ロッドレンズ９の長さが短くなる場合でも、光ファイバ８の長さを長くすることにより、ロッドレンズ９の先端面９ｃの位置を前側に突出させることが可能である。これにより、先端面９ｃが接着剤１１に接触することをより確実に防ぐことが可能である。
【００６８】
ロッドレンズ９内での伝搬状態を説明するため、図５（ｂ）に示される入射する光の波長における１伝搬周期分の長さを有するロッドレンズ１０９を考える。この場合、光ファイバ８から出た光Ｌ２は、ロッドレンズ１０９の内部において、ロッドレンズ１０９の径方向の屈折率分布により、周期的な伝搬状態になる。ロッドレンズ１０９の長さは、ちょうど１伝搬周期分の長さに相当する。そのため、ロッドレンズ１０９から出射する光は、平行な光にならずに拡散する。一方、図５（ａ）に示される本実施形態のロッドレンズ９では、ロッドレンズ９の長さを入射する光Ｌ１の波長における伝搬周期の１／４の長さになるように設定されている。そのため、光Ｌ１が光ファイバ８からロッドレンズ９に入射したときに光Ｌ１は、ロッドレンズ９を介してちょうど平行な光となり、ロッドレンズ９の先端面９ｃから平行光として出射することが可能になる。これにより、空間伝送距離を長くすることが可能になる。
【００６９】
さらに詳細には、出射される光Ｌ１が平行な光になるように、ロッドレンズ９の長さは、１／４＋ｎ／２伝搬周期分（ｎは整数）の長さに設定されていればよく、このような態様も本発明の範囲に含まれる。
【００７０】
発光側光電気変換部１Ａ１のその他の構成は、以下の通りである。すなわち、マウント基板３の上面３ｃの後側部には、発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）５が実装されている。ＩＣ基板５は、ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣである。そして、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５は、金等のワイヤー１３でマウント基板３の配線パターン３９に接続されている（ワイヤーボンディング）。なお、ワイヤー１３や配線パターン３９は、封止樹脂１４により封止されている。また、マウント基板３の下面３ａには、コネクタ６が実装されている。さらに、マウント基板３の上面３ｃには、発光素子４Ａの駆動用電源ラインや信号ライン等の配線パターン３９が形成されている。
【００７１】
受光側光電気変換部１Ａ２の基本的な構成は、発光側光電気変換部１Ａ１と同様であるため、詳細な説明は省略するが、受光素子は、符号４Ｂで示している。
【００７２】
そして、上述したように、発光側光電気変換部１Ａ１のロッドレンズ８から平行光として出射された光Ｌは、空気中を平行状態を維持した状態で進み、受光側光電気変換部１Ａ２のロッドレンズ９に入射する。これにより、これら変換部１Ａ１、１Ａ２の間での空間伝送を可能にしている。  
【００７３】
以上のように、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、サブマウント基板１２（第１基板）には、内部導波路３１が配置された第１溝３２と連続して第２溝３４が形成され、光ファイバ８の後端部８ｄが当該第２溝３４に取り付けられている。そして、光ファイバ８の前端部８ｃは、サブマウント基板１２から突出し、そこにはロッドレンズ９が同心状に取り付けられている。このような構造では、光ファイバ８の後端部８ｄをサブマウント基板１２の第２溝３４に取り付けることにより、光ファイバ８およびロッドレンズ９を内部導波路３１と同心状になるように容易に取り付けることが可能である。これにより、空間伝送を可能にする光電気変換装置１Ａを容易に組み立てることが可能になる。
【００７４】
また、本実施形態の光電気変換装置１Ａは、空間伝送を可能にするので、送信モジュールと受信モジュールとを個別に組み立てることが可能である。さらに、光電気変換装置１Ａ（例えば、上記の発光側光電気変換部１Ａ１）が光を透過可能な材質の筐体に覆われていても、筐体外部の他の光電気変換装置（例えば、上記の受光側光電気変換部１Ａ２）との光伝送を行うことが可能である。
【００７５】
さらに、ロッドレンズ９から平行光を出射して空間伝送を行うことができるので、受信側の光の結合効率を向上させることが可能である。さらに、結合効率が向上することによって、空間伝送距離を長くすることが可能である。
【００７６】
また、本実施形態の光電気変換装置１Ａは、サブマウント基板１２を搭載するマウント基板３（第２基板）を備えている。そのため、マウント基板３によって、光ファイバ８とサブマウント基板１２との結合部付近に対して下方から障害物が近づくことを防ぐことが可能になる。また、図８〜９に示されるように、マウント基板３の上に複数のサブマウント基板１２を搭載して、マウント基板３の上に複数の送信モジュールおよび受信モジュールを配置することも容易である。
【００７７】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光ファイバ８の前端部８ｃは、マウント基板３の前端面３ｄよりも当該マウント基板３の内側に位置している。そのため、マウント基板３によって、サブマウント基板１２から突出する光ファイバ８の前端部８ｃが外部の障害物に接触することを防ぐことが可能になる。
【００７８】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光学接着剤３７によって、光ファイバ８の後端部８ｄを前記第２溝３４の内部に接着することによって、光ファイバ８を第２溝３４の内部に安定して固定することが可能である。しかも、光ファイバ８の後端部８ｄと内部導波路３１との間に光学接着剤３７が介在しても、光学接着剤３７は透過性を有するので、光の伝送に影響を与えない。
【００７９】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光ファイバ８の後端部８ｄは、押さえ部材１０によって上方から押さえられることにより、第２溝３４の内部の所定位置（すなわち、内部導波路３１と同心状になる位置）に安定して保持される。
【００８０】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、マウント基板３の上に配置された接着剤１１によって光ファイバ８がマウント基板３に固定されるので、光ファイバ８が曲がるなどの変形を防ぐことが可能である。また光ファイバ８の露出部を接着剤１１によって保護できるので、光ファイバ８の破損を防ぐことも可能である。その結果、光ファイバ８、ロッドレンズ９、および内部導波路３１が直線状に並ぶ状態を安定して維持することが可能である。また、接着剤１１の堆積量によって光ファイバ８の平行性の維持を担保することが可能である。
【００８１】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、ロッドレンズ９の先端面９ｃがマウント基板３の前端面３ｄよりも当該マウント基板３の外側に位置している。そのため、マウント基板３の上に接着剤１１が配置された構成であっても、接着剤１１がロッドレンズ９の先端面９ｃに付着することを防ぐことが可能になる。
【００８２】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光平行化部材としてロッドレンズ９などのレンズが用いられているので、当該レンズによって、光ファイバ８の前端部８ｃから出射される光を平行化することが可能である。
【００８３】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、上記のレンズが円柱状のロッドレンズ９であるので、当該ロッドレンズ９によって光ファイバ８の前端部８ｃから出射される光を平行化することが可能である。また、ロッドレンズ９は、光の波長に合わせて光を平行化させる形状に設計しやすいという利点を有する。
【００８４】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、ロッドレンズ９の長さがそこに入射する光の波長における伝搬周期の１／４の長さになるように設定されているので、ロッドレンズ９から出射される光を確実に平行光にすることが可能になる。
【００８５】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光ファイバ８としてＳＩ型のマルチモードファイバを用いることにより、光が光ファイバ８の最大受光角（開口数）以下の角度で当該光ファイバ８のコア８ａに入射されれば、光ファイバ８内部において全ての光が伝搬される。そのため、他のマルチモードファイバ（例えばＧＩ型）と比較して、光の結合損失を低減することが可能である。これにより、空間伝送距離をさらに長くすることが可能である。
【００８６】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、上記のＳＩ型のマルチモードファイバは、受信側の光ファイバ８として用いられる。受信側の光ファイバ８では、ロッドレンズ９を介して当該光ファイバ８に入射される光の発散が大きい。しかし、上記のように受信側の光ファイバ８としてＳＩ型のマルチモードファイバを用いることにより、光ファイバ８に入射される光の結合損失をより低減できる。もちろん送信側においても、内部導波路３１から光ファイバ８に結合する部分で同様の効果が得られるので、送信側の光ファイバ８として用いてもよい。
【００８７】
さらに、本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、第２溝３４の深さが第１溝３２の深さよりも大きい。そのため、第１溝３２内部に配置された内部導波路３１の断面を拡大しなくても、第２溝３４内部に配置された光ファイバ８を内部導波路３１と同心状に配置可能である。
【００８８】
本実施形態の光電気変換装置１Ａでは、光ファイバ８は、接着剤１１によってマウント基板３に固定される。さらに、光ファイバ８の後端部８ｄは、光学接着剤３７によって第２溝３４内部に接着されるとともに押さえ部材１０によって第２溝３４内部に上方から押さえられることにより、第２溝３４の内部に安定して保持される。その結果、光ファイバ８を内部導波路３１と同心状になるように安定して保持することが可能である。
【００８９】
(変形例)
上記実施形態の光電気変換装置１Ａは、コア９ａおよびクラッド９ｂを有する２層構造のロッドレンズ９を備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、図６に示されるように、コアのみで構成されたロッドレンズ１９を備えてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態の光電気変換装置１Ａは、一対の送信モジュールおよび受信モジュール、すなわち、送信モジュールを構成する発光側光電気変換部１Ａ１、および受信モジュールを構成する受光側光電気変換部１Ａ２を１個ずつ備えた構成を有している。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の他の変形例として、図７〜１２に示されるように、マウント基板３の上に複数の送信モジュールＴｘおよび受信モジュールＲｘを配置するようにしてもよい。
【００９１】
例えば、図７に示されるように、１つのサブマウント基板１２上に一対の発信モジュールＴｘおよび受信モジュールＲｘが搭載された構成を有するようにしてもよい。具体的には、サブマウント基板１２（第１基板）には、複数の光素子４Ａ、４Ｂが実装され、それぞれの光素子４Ａ、４Ｂは、送信側または発信側のいずれかに用いられる。さらに、サブマウント基板１２の上面には、複数の光素子４Ａ、４Ｂに対応して複数の第１溝３２と第２溝３４とが連続して形成される。このような構成では、２つのサブマウント基板１２の間で双方向のデータ伝送が可能になる。
【００９２】
また、さらに他の変形例として、図８に示される構成にしてもよい。すなわち、図８に示される構成では、発信モジュールＴｘが搭載された複数のサブマウント基板１２が一方のマウント基板３に搭載され、かつ、受信モジュールＲｘが搭載された複数のサブマウント基板１２が他方のマウント基板３に搭載されている。このような構成では、２つのマウント基板３の間で複数回線のデータ伝送が同時に可能になる。
【００９３】
また、さらに他の変形例として、図９に示されるように、一対の発信モジュールＴｘおよび受信モジュールＲｘが搭載された複数のサブマウント基板１２がマウント基板３に搭載された構成において、そのような２つのマウント基板３を有する構成にしてもよい。その場合、２つのマウント基板３の間で複数回線において双方向のデータ伝送が同時に可能になる。
【００９４】
また、さらに他の変形例として、図１０に示される構成にしてもよい。すなわち、図１０に示される構成では、複数の発信モジュールＴｘが搭載されたサブマウント基板１２が一方のマウント基板３に搭載され、かつ、複数の受信モジュールＲｘが搭載されたサブマウント基板１２が他方のマウント基板３に搭載されている。このような構成では、２つのサブマウント基板１２の間で複数回線のデータ伝送が同時に可能になる。
【００９５】
さらに他の変形例として、図１１〜１２に示される構成にしてもよい。すなわち、図１１〜１２に示される構成では、複数の発信モジュールＴｘおよび受信モジュールＲｘが混在して搭載されたサブマウント基板１２が一方のマウント基板３に搭載されている。さらに、上記の発信モジュールＴｘまたは発信モジュールＲｘとの間でデータ伝送可能な複数の発信モジュールＴｘおよび受信モジュールＲｘが混在して搭載されたサブマウント基板１２が他方のマウント基板３に搭載されている。このような構成では、２つのサブマウント基板１２の間で複数回線において双方向のデータ伝送が同時に可能になる。
【００９６】
なお、上記実施形態では、光平行化部材の一例として、円柱状のロッドレンズを挙げて説明しているが本発明はこれに限定されるものではなく、入射した光を平行光にして出射するものであれば、種々の態様の光平行化部材を採用することが可能である。例えば、光平行化部材として、回折光学素子なども用いることが可能である。
【００９７】
また、上記実施形態では、第１溝３２の断面形状はＶ字形状であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１溝３２の底部にフラットな部分を形成してもよい。これにより、内部導波路３１の断面形状を矩形に形成することも可能であり、光ファイバ８との光結合効率をより高めることも可能である。
【００９８】
なお、上記実施形態で延べられている光の空間伝送は、わかりやすくするために「平行光」として説明されているが、厳密には平行光のまま無限に伝搬されるのではなく、略平行光として伝搬される。また略平行光として伝搬される距離も、光平行化部材を出射後ある程度の区間に限られ、その後は徐々に発散してゆく。本発明における平行光の概念には、このような略平行光も含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９９】
１Ａ  光電気変換装置
１Ａ１  発光側光電気変換部
１Ａ２  受光側光電気変換部
３    マウント基板（第２基板）
４Ａ  発光素子（光素子）
４Ｂ  受光素子（光素子）
８  光ファイバ
９、１９  ロッドレンズ（光平行化部材）
１０  押さえ部材
１１  接着剤
１２  サブマウント基板（第１基板）
３１  内部導波路
３２  第１溝
３３  ミラー部
３４  第２溝
３７  光学接着剤
【図１】
2015138227.tif 000003
【図２】
2015138227.tif 000004
【図３】
2015138227.tif 000005
【図４】
2015138227.tif 000006
【図５】
2015138227.tif 000007
【図６】
2015138227.tif 000008
【図７】
2015138227.tif 000009
【図８】
2015138227.tif 000010
【図９】
2015138227.tif 000011
【図１０】
2015138227.tif 000012
【図１１】
2015138227.tif 000013
【図１２】
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