(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または２以上の光電変換素子および前記光電変換素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子を含む光電変換装置と、１または２以上の光伝送体との間に配置され、前記光電変換素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、
前記光電変換素子から出射された光を入射させるか、前記光伝送体の端面から出射され、内部を通る光を前記光電変換素子に向けて出射させる、１または２以上の第１光学面と、
前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるか、前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる、１または２以上の第２光学面と、
前記第１光学面および前記第２光学面の間の光の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記検出素子に向かうモニター光と前記光伝送体の端面に向かう信号光とに分離させるか、前記第２光学面で入射した光の少なくとも一部を前記第１光学面側に向けて透過させる光分離部と、
前記光分離部で分離されたモニター光を前記検出素子に向けて出射させる、１または２以上の第３光学面と、
前記光伝送体の端面を、前記第２光学面に対向して配置させるための固定部と、
を有し、
前記光分離部は、前記第１光学面で入射した光の光軸に対する傾斜面である分割反射面と、前記光軸に対する垂直面である分割透過面とをそれぞれ１つずつ含み、かつ前記分割反射面および前記分割透過面が前記分割反射面の傾斜方向である第１の方向に配列されている分離ユニットを複数含み、
複数の前記分離ユニットは、前記第１光学面で入射し、前記分割透過面を透過する光が進行する方向に向かうにつれて、前記第３光学面に近づく方向に配列されており、
複数の前記分割反射面は、前記第１光学面で入射した光の一部を前記第３光学面に向けて反射させ、
複数の前記分割透過面は、前記第１光学面または前記第２光学面で入射した光の一部を透過させ、
前記固定部は、前記第２光学面から出射された信号光が、当該第２光学面の焦点よりも遠い位置で前記光伝送体の端面に到達するように、前記光伝送体を固定し、
前記第２光学面で入射した光の前記光分離部における光束径は、前記分割透過面より小さい、
光レセプタクル。
【請求項２】
前記第１光学面および前記光分離部の間の光の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記光分離部に向かって反射させるか、前記光分離部を透過した光を前記第１光学面に向かって反射させるための反射面をさらに有する、請求項１に記載の光レセプタクル。
【請求項３】
基板と、前記基板上に配置された１または２以上の光電変換素子と、前記基板上に配置され、前記光電変換素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子とを有する光電変換装置と、
請求項１または請求項２に記載の光レセプタクルと、
を有する、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光レセプタクルおよびこれを有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、面発光レーザー（例えば、ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子を備えた光モジュールが使用されている。光モジュールは、発光素子から出射された通信情報を含む光を、光伝送体の端面に入射させる光レセプタクルを有する。
【０００３】
また、光モジュールには、温度変化に対する発光素子の出力特性の安定化や光出力の調整を目的として、発光素子から出射された光の強度や光量を監視（モニター）するための検出素子を有するものがある。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、発光素子および検出素子が配置された光電変換装置と、発光素子と光伝送体の端面とを光学的に接続させる光レセプタクルとを有する光モジュールが記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載の光モジュールは、光電変換装置および光レセプタクルを有する。光レセプタクルは、発光素子から出射された光を入射させる第１光学面と、内部を通る光を光伝送体の端面に集光するように出射する第２光学面と、第１光学面で入射した光を第２光学面に向けて反射する反射面と、反射面で反射した光を受光素子に向かうモニター光および光伝送体の端面に向かう信号光に分離する光分離部と、モニター光を検出素子に向けて出射させる第３光学面とを有する。また、光分離部は、反射面で反射した光の光軸に対する傾斜面であり、反射面で反射した光の一部を検出素子に向けて反射させる分割反射面と、光軸に対する垂直面であり、反射面で反射した光の他の一部を第２光学面へ向けて透過させる分割透過面と、光軸に対する平行面である分割段差面とを有する。
【０００６】
特許文献１に記載の光モジュールでは、発光素子から出射され、第１光学面で入射した光は、光分離部に向けて反射面で反射する。反射面で反射した光は、光分離部によって信号光およびモニター光に分離される。光分離部で分離されたモニター光は、検出素子の受光面に向けて第３光学面から出射される。一方、光分離部で分離された信号光は、光伝送体の端面に向けて第２光学面から出射される。このように、特許文献１には、発光素子から出射された光を光伝送体の端面に結合させる光レセプタクルを有する発信側の光モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１３７５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の光モジュールを、受信側の光モジュール、または発信側および受信側兼用の光モジュールとして使用することも考えられる。たとえば、すべての発光素子をフォトディテクターなどの受光素子に換えることにより、特許文献１に記載の光モジュールを受信側の光モジュールとして使用することができる。また、一部の発光素子を受光素子に換えることにより、特許文献１に記載の光モジュールを発信側および受信側兼用の光モジュールとして使用することもできる。これらの場合、光伝送体の端面から出射された光は、第２光学面、光分離部、反射面および第１光学面を通って、受光素子に到達することになる。
【０００９】
このように、特許文献１に記載の光モジュールを受信側の光モジュールとしても使用する場合、第２光学面で入射した光は、光分離部を通ることになる。このとき、第２光学面で入射した光は、光分離部によって、受光素子に向かう光と、検出素子の反対方向に向かう光（受光素子および検出素子のいずれにも向かわない光）とに分離されてしまう。このため、特許文献１に記載の光モジュールを受信側としても使用する場合、光伝送体の端面から出射された光の光量に対して、受光素子の受光面に到達する光の光量が著しく減少してしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、光分離部を有する光レセプタクルであって、受信用に用いた場合であっても、受光素子に到達する光の光量の減少を抑制することができる光レセプタクルを提供することである。また、本発明の目的は、光レセプタクルを有する光モジュールを提供することでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光レセプタクルは、１または２以上の光電変換素子および前記光電変換素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子を含む光電変換装置と、１または２以上の光伝送体との間に配置され、前記光電変換素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、前記光電変換素子から出射された光を入射させるか、前記光伝送体の端面から出射され、内部を通る光を前記光電変換素子に向けて出射させる、１または２以上の第１光学面と、前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるか、前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる、１または２以上の第２光学面と、前記第１光学面および前記第２光学面の間の光の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記検出素子に向かうモニター光と前記光伝送体の端面に向かう信号光とに分離させるか、前記第２光学面で入射した光の少なくとも一部を前記第１光学面側に向けて透過させる光分離部と、前記光分離部で分離されたモニター光を前記検出素子に向けて出射させる、１または２以上の第３光学面と、前記光伝送体の端面を、前記第２光学面に対向して配置させるための固定部と、を有し、前記固定部は、前記第２光学面から出射された信号光が、当該第２光学面の焦点よりも遠い位置で前記光伝送体の端面に到達するように、前記光伝送体を固定し、前記第２光学面で入射した光の前記光分離部における光束径は、前記第２光学面における光の光束径より小さい。
【００１２】
本発明に係る光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された１または２以上の光電変換素子と、前記基板上に配置され、前記光電変換素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子とを有する光電変換装置と、本発明に係る光レセプタクルと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発信および受信の両方において光電変換素子（発光素子または受光素子）と光伝送体の端面とを効率よく光学的に結合できる、光分離部を有する光レセプタクル、およびそれを有する光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光モジュールの断面図である。
【図２】図２Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す図である。
【図３】図３Ａ、Ｂは、光分離部の構成を示す図である。
【図４】図４Ａ、Ｂは、光モジュールにおける発信側の光の光路図である。
【図５】図５Ａ、Ｂは、光モジュールにおける受信側の光の光路図である。
【図６】図６Ａ、Ｂは、光伝送体に到達する光のシミュレーション結果である。
【図７】図７Ａ、Ｂは、受光素子に到達する光のシミュレーション結果である。
【図８】図８Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光モジュールの断面図である。
【図９】図９Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る光レセプタクルの構成を示す図である。
【図１０】図１０Ａは、光モジュールにおける発信側の光の光路図である。図１０Ｂは、光モジュールにおける受信側の光の光路図である。
【図１１】図１１Ａ、Ｂは、変形例に係る光分離部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
（光モジュールの構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光モジュール１００の断面図である。図１Ａには、光モジュール１００の発信側の領域における光路を示しており、図１Ｂには、光モジュール１００の受信側の領域における光路を示している。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、光レセプタクル１４０内の光路を示すために光レセプタクル１４０の断面へのハッチングを省略している。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、光モジュール１００は、光電変換素子（発光素子１２２および／または受光素子１２３）を含む基板実装型の光電変換装置１２０と、光レセプタクル１４０と、を有する。光モジュール１００は、光レセプタクル１４０に複数の光伝送体１６０がフェルール１６２を介して接続されて使用される。光伝送体１６０の種類は、特に限定されず、光ファイバー、光導波路などが含まれる。本実施の形態では、複数の光伝送体１６０は、一定間隔で１列に配列されている複数の光ファイバーである。光ファイバーは、シングルモード方式であってもよいし、マルチモード方式であってもよい。なお、光伝送体１６０は、２列以上に配列されていてもよい。
【００１８】
光電変換装置１２０は、基板１２１と、４個の発光素子１２２と、４個の受光素子１２３と、４個の検出素子１２４と、を有する。基板１２１は、例えばフレキブシル基板である。基板１２１上には、４個の発光素子１２２、４個の受光素子１２３および４個の検出素子１２４が配置されている。
【００１９】
発光素子１２２は、基板１２１上に配置されており、発光素子１２２が配置された基板１２１の設置部に対して垂直方向にレーザー光を出射する。発光素子１２２の数は、特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１２２の数は、４個である。また、発光素子１２２の位置も特に限定されない。本実施の形態では、４個の発光素子は、一定間隔で１列に配列されている。発光素子１２２は、例えば垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である。なお、光伝送体１６０が２列以上に配列されている場合は、発光素子１２２も同じ列数で配列されてもよい。
【００２０】
受光素子１２３は、基板１２１の発光素子１２２が配置されている面と同一面上に配置されており、光伝送体１６０の端面１２６からの受信光Ｌｒを受光する。受光素子１２３の数は、特に限定されない。本実施の形態では、受光素子１２３の数は、４個である。また、受光素子１２３の位置も特に限定されない。本実施の形態では、４個の受光素子１２３は、一定間隔で１列に配列されている。受光素子１２３は、例えばフォトディテクターである。また、本実施の形態では、４個の発光素子１２２および４個の受光素子１２３は、一定間隔で１列に配列されている。なお、詳細は後述するが、発光素子１２２の発光面１２５および受光素子１２３の受光面１２７は、同一平面上に配置されていなくてもよい。
【００２１】
検出素子１２４は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌの出力（例えば、強度や光量）を監視するためのモニター光Ｌｍを受光する。検出素子１２４は、例えばフォトディテクターである。検出素子１２４の数は、特に限定されない。本実施の形態では、検出素子１２４の数は、４個である。４個の検出素子１２４は、４個の発光素子１２２に対応して１列に配列されている。
【００２２】
光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０の基板１２１上に配置されている。光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０と光伝送体１６０との間に配置された状態で、発光素子１２２の発光面１２５または受光素子１２３の受光面１２７と、複数の光伝送体１６０の端面１２６とをそれぞれ光学的に接続させる。以下、光レセプタクル１４０の構成について詳細に説明する。
【００２３】
（光レセプタクルの構成）
図２Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光レセプタクル１４０の構成を示す図である。図２Ａは、光レセプタクル１４０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、正面図であり、図２Ｄは、背面図である。
【００２４】
図１および図２Ａ〜Ｄに示されるように、光レセプタクル１４０は、略直方体形状の部材である。光レセプタクル１４０は、透光性を有し、発光素子１２２の発光面１２５から出射された出射光Ｌを光伝送体１６０の端面１２６に向けて出射させるとともに、光伝送体１６０からの受信光Ｌｒを受光素子１２３の受光面１２７に向けて出射させる。光レセプタクル１４０は、複数の第１光学面１４１、光分離部１４２、透過面１４３、複数の第２光学面１４４、複数の第３光学面１４５および固定部１４６を有する。光レセプタクル１４０は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。また、例えば、光レセプタクル１４０は、射出成形により製造される。
【００２５】
第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌを屈折させて光レセプタクル１４０の内部に入射させる一方、光伝送体１６０からの受信光Ｌｒを屈折させて光レセプタクル１４０から受光素子１２３に向けて出射させる光学面である。本実施の形態では、第１光学面１４１の形状は、発光素子１２２に向かって凸状の凸レンズ面である。第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌをコリメート光に変換させる。また、本実施の形態では、複数（１２個）の第１光学面１４１は、光レセプタクル１４０の背面に、発光素子１２２の発光面１２５または受光素子１２３の受光面１２７とそれぞれ対向するように長辺方向に１列に配列されている。また、第１光学面１４１の平面視形状は、円形である。第１光学面１４１で入射した光は、光分離部１４２に向かって進行する。なお、光電変換素子（発光素子１２２および受光素子１２３）が２列以上に配列されている場合は、第１光学面１４１も同じ列数で配列される。なお、本実施の形態では、図２Ｄにおいて、１２個の第１光学面１４１のうち、図示左端側の４個の第１光学面１４１を発信側の第１光学面１４１とし、右端側の４個の第１光学面１４１を受信側の第１光学面として使用している。すなわち、図示左端から４個の発信側の第１光学面１４１には、発光素子１２２からの出射光Ｌが入射し、図示右端から４個の受信側の第１光学面１４１から内部を通った受信光Ｌｒが出射する。このように本実施の形態に係る光レセプタクル１４０では、１２個の第１光学面１４１を等分し、かつ基板１２１に対する垂直面を中心として一方の領域は発信側として機能し、他方の領域は受信側として機能する。
【００２６】
光分離部１４２は、第１光学面１４１で入射した所定の光束径の出射光（コリメート光）Ｌを検出素子１２４に向かうモニター光Ｌｍと、第２光学面（光伝送体１６０の端面１２６）に向かう信号光Ｌｓとに分離させる一方、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの少なくとも一部を透過させる。光分離部１４２は、複数の面からなる領域であり、光レセプタクル１４０の天面側に配置されている。
【００２７】
図３は、光分離部１４２の構成を示す図である。図３Ａは、光分離部１４２の斜視図であり、図３Ｂは、光分離部１４２の光路を示す部分拡大断面図である。図３Ｂでは、光レセプタクル１４０内の光路を示すために光レセプタクル１４０の断面へのハッチングを省略している。
【００２８】
図３に示されるように、光分離部１４２は、複数の分離ユニット１４７を有する。分離ユニット１４７の数は、特に限定されないが、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌが到達する領域内に４〜６ユニット配置されている。分離ユニット１４７は、分割反射面１４８および分割透過面１４９をそれぞれ１つずつ含む。すなわち、光分離部１４２は、複数の分割反射面１４８と、複数の分割透過面１４９とを有する。以下の説明では、分割反射面１４８の傾斜方向を第１の方向Ｄ１と称する（図１Ａ、Ｂおよび図３Ａ、Ｂに示される矢印Ｄ１参照）。分割反射面１４８および分割透過面１４９は、それぞれ第１の方向Ｄ１に分割されている。
【００２９】
分割反射面１４８は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸に対する傾斜面である。分割反射面１４８は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの一部を第３光学面１４５に向けて反射させる。本実施の形態では、分割反射面１４８は、光レセプタクル１４０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１４４（光伝送体１６０）に近づくように傾斜している。分割反射面１４８の傾斜角は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸に対して４５°である。分割反射面１４８は、第１の方向Ｄ１に分割されており、所定の間隔で配置されている。分割反射面１４８は、第１の方向Ｄ１において互いに平行に配置されている。
【００３０】
分割透過面１４９は、分割反射面１４８と異なる位置に形成された、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸および第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの光軸に対する垂直面である。分割透過面１４９は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの一部を透過させ、光レセプタクル１４０の外部に出射させる（図１Ａ参照）。また、分割透過面１４９は、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの少なくとも一部を、第１光学面１４１側に透過させる。分割透過面１４９も、第１の方向Ｄ１に分割されており、所定の間隔で配置されている。複数の分割透過面１４９は、第１の方向Ｄ１において互いに平行に配置されている。
【００３１】
１つの分離ユニット１４７内において、分割反射面１４８および分割透過面１４９は、この順番で第１の方向（天面から底面に向かう方向）Ｄ１に配列されている。分割反射面１４８および分割透過面１４９の間には、稜線１５１が形成される。第１の方向Ｄ１において隣接する複数の稜線１５１は、互いに平行に配置されている。分割透過面１４９および分割段差面１５０のなす角度のうち小さい角度は、１３５°である。また、分割反射面１４８および（隣の分離ユニット１４７の）分割透過面１４９のなす角度のうち小さい角度は１３５°である。光分離部１４２において、複数の分離ユニット１４７は、第１の方向Ｄ１に配列されている。
【００３２】
図３Ｂに示されるように、分割反射面１４８には、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの一部の光が、臨界角より大きな入射角で内部入射する。分割反射面１４８は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの一部の光を第３光学面１４５に向けて反射させて、モニター光Ｌｍを生成する。一方、分割透過面１４９は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの一部の光を透過させ、光伝送体１６０の端面１２６に向かう信号光Ｌｓを生成する。このとき、分割透過面１４９は出射光Ｌに対して垂直面であるため、信号光Ｌｓは屈折しないで出射する。
【００３３】
信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、所望の光量の信号光Ｌｓを得つつ、発光素子１２２から出射された光Ｌの強度や光量を監視することができるモニター光Ｌｍを得ることができれば、特に限定されない。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝６：４〜８：２であることが好ましい。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝７：３であることがさらに好ましい。
【００３４】
透過面１４３は、光レセプタクル１４０の天面側に配置されており、光分離部１４２で出射された信号光Ｌｓを光レセプタクル１４０内に再度入射させる。また、透過面１４３は、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒを出射させる。本実施の形態では、透過面１４３は、光分離部１４２で分離された信号光Ｌｓの光軸および第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの光軸に対する垂直面である。これにより、光伝送体１６０の端面１２６に向かう信号光Ｌｓを屈折させることなく光レセプタクル１４０内に再度入射させることができる。また、光分離部１４２に向かう受信光Ｌｒを屈折させることなく光レセプタクル１４０外に出射させることができる。
【００３５】
第２光学面１４４は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌを光伝送体１６０の端面１２６に向けて出射させる一方、光伝送体１６０の端面１２６から出射された受信光Ｌｒを屈折させて光レセプタクル１４０の内部に入射させる光学面である。本実施の形態では、複数の第２光学面１４４は、光レセプタクル１４０の正面に、光伝送体１６０の端面１２６とそれぞれ対向するように長辺方向に１列に配列されている。第２光学面１４４の形状は、光伝送体１６０の端面に向かって凸状の凸レンズ面である。これにより、第１光学面１４１で入射され、光分離部１４２で分離された信号光Ｌｓを集光させて、光伝送体１６０の端面１２６に効率良く接続させることができる。また、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒも収束させることとなる。なお、光伝送体１６０が２列以上に配列されている場合は、第２光学面１４４も同じ列数で配列される。
【００３６】
第３光学面１４５は、光レセプタクル１４０の底面側に、検出素子１２４と対向するように配置されている。本実施の形態では、第３光学面１４５は、検出素子１２４に向かって凸状の凸レンズ面である。第３光学面１４５は、光分離部１４２で分離されたモニター光Ｌｍを収束させて検出素子１２４に向けて出射させる。これにより、モニター光Ｌｍを検出素子１２４に効率良く結合させることができる。第３光学面１４５の中心軸は、検出素子１２４の受光面（基板１２１）に対して垂直であることが好ましい。
【００３７】
固定部１４６は、フェルール１６２に保持された光伝送体１６０の端面１２６を光レセプタクル１４０の所定の位置に固定する。当該固定部１４６は、第２光学面１４４から出射した信号光Ｌｓが、当該第２光学面１４４の焦点よりも遠い位置で光伝送体１６０の端面１２６に到達するように、光伝送体１６０を固定する。固定部１４６は、光レセプタクル１４０の正面に配置されており、位置決め用凹部１５２および位置決め用穴１５３を有する。位置決め用凹部１５２は、光レセプタクル１４０の正面の中央部分に配置されている。また、位置決め用凹部１５２の底部には、複数の第２光学面１４４が配置されている。位置決め用凹部１５２の平面視形状は、特に限定されない。位置決め用凹部１５２の平面視形状は、フェルール１６２の平面視形状と相似形状である。位置決め用凹部１５２には、フェルール１６２を位置決めするための段部１５４が配置されている。段部１５４は、位置決め用凹部１５２の内壁からその内部に向かう方向に突出するように形成されている。また、位置決め用穴１５３は、位置決め用凹部１５２の長辺方向の外側両端部に、フェルール１６２の位置決め突起（図示省略）に対応して配置されている。光レセプタクル１４０の位置決め用穴１５３には、フェルール１６２の位置決め用突起が挿入される。このように、光レセプタクル１４０の位置決め用穴１５３に対して、フェルール１６２の位置決め用突起が挿入されるとともに、フェルール１６２の端面が段部１５４に当接することで、フェルール１６２（光伝送体１６０の端面１２６）が光レセプタクル１４０に位置決め固定される。
【００３８】
本実施の形態に係る光レセプタクル１４０および光モジュール１００は、第２光学面１４４の焦点ｆと、光伝送体１６０の端面１２６との位置関係に一つの特徴を有する。すなわち、前述した位置決め用凹部１５２が光伝送体１６０の端面１２６を、第２光学面１４４の焦点ｆに対してどの位置に位置決めするかが重要である。そこで、第２光学面１４４の焦点ｆと、光伝送体１６０の端面１２６との位置関係について詳細に説明する。
【００３９】
図４Ａは、実施の形態１に係る光モジュール１００における発信側の出射光Ｌの光路を示した図であり、図４Ｂは、光伝送体１６０の近傍における出射光Ｌの光路図である。なお、図４では、発光素子１２２、第１光学面１４１、光分離部１４２、第２光学面１４４、光伝送体１６０のみを示している。
【００４０】
図１Ａおよび図４Ａに示されるように、実施の形態１に係る光モジュール１００の発信側の領域では、発光素子１２２から出射された出射光Ｌは、第１光学面１４１で光レセプタクル１４０に入射される。このとき、出射光Ｌは、第１光学面１４１によってコリメート光に変換される。光レセプタクル１４０に入射した出射光Ｌは、光分離部１４２によって、検出素子１２４に向かうモニター光Ｌｍと、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓに分離される。検出素子１２４に向かって分離されたモニター光Ｌｍは、第３光学面１４５から出射されて、検出素子１２４に到達する。一方、光伝送体１６０に向かって透過した光は、第２光学面１４４から出射されて、光伝送体１６０の端面１２６に到達する。
【００４１】
図４Ｂに示されるように、光分離部１４２で分離された信号光Ｌｓは、第２光学面１４４で収束しながら光伝送体１６０の端面１２６に向かって出射される。出射された信号光Ｌｓは、第２光学面１４４の焦点ｆを通過した後に光伝送体１６０の端面１２６に到達する。すなわち、前述した位置決め用凹部１５２は、第２光学面１４４から出射された信号光Ｌｓが第２光学面１４４の焦点ｆよりも遠い位置で光伝送体１６０の端面１２６に到達するように、光伝送体１６０の端面１２６を位置決めする。なお、第２光学面１４４から出射された信号光Ｌｓの光束径は、焦点ｆに近づくにつれて徐々に小さくなり、焦点ｆを通過すると徐々に大きくなる。よって、光伝送体１６０の端面１２６は、焦点ｆを通過した信号光Ｌｓの光束径がコアの端面内に収まる程度の位置に配置されることが好ましい。これにより、発光素子１２２から出射され、光分離部１４２で分離された信号光Ｌｓの利用効率を低下させることがない。
【００４２】
次に、実施の形態１に係る光モジュール１００の受信側での受信光Ｌｒの光路について説明する。図５Ａは、実施の形態１に係る光モジュール１００の受信側の領域における受信光Ｌｒの光路を示した図であり、図５Ｂは、光分離部１４２の近傍における受信光Ｌｒの光路図である。なお、図５では、受光素子１２３、第１光学面１４１、光分離部１４２、第２光学面１４４、光伝送体１６０のみを示している。
【００４３】
図１Ｂおよび図５Ａに示されるように、本実施の形態に係る光モジュール１００の受信側の領域では、光伝送体１６０の端面１２６から出射された受信光Ｌは、第２光学面１４４で光レセプタクル１４０に入射する。光レセプタクル１４０に入射した光は、光分離部１４２に向かうにつれて光束径が小さくなる。すなわち、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの光分離部１４２における光束径は、第２光学面１４４における受信光Ｌｒの光束径より小さい。ここで、光レセプタクル１４０の内部を通ってきた信号光Ｌｓ（コリメート光）が光伝送体１６０の端面に集光されるように（光伝送体１６０の端面１２６における光束径が最小となるように）光伝送体１６０の端面を位置決めすると、光伝送体１６０の端面１２６から出射された受信光Ｌｒは、第２光学面１４４でコリメート光に変換される。しかし、本実施の形態に係る光レセプタクル１４０では、光伝送体１６０の端面１２６を第２光学面１４４の焦点ｆより離れて配置することで、光伝送体１６０の端面１２６から出射され、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒを収束させることができる。これにより、光分離部１４２の分割反射面１４８で反射してしまう受信光Ｌｒの光量を少なくすることができる。
【００４４】
なお、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの光分離部１４２における光束径に対する、第２光学面１４４における受信光Ｌｒの光束径の割合は、前述の要件を満たせば特に限定されない。受信光Ｌｒを効率的に受光素子１２３に到達させる観点から、分割透過面１４９に到達する受信光Ｌｒの光量は、分割反射面１４８に到達する受信光Ｌｒの光量より多いことが好ましい。言い換えると、第２光学面１４４で入射し、光分離部１４２に到達したときの受信光Ｌｒの照射スポット（光束）において、分割透過面１４９の面積は、分割反射面１４８の面積より多いことが好ましい。これにより、光分離部１４２を透過する受信光Ｌｒの割合を高めることができ、受信光Ｌｒの利用効率が著しく低下することがない。
【００４５】
なお、本実施の形態では、第２光学面１４４で入射した光は、１つの分割透過面１４９（図５Ｂ参照）を透過している。すなわち、本実施の形態では、第２光学面１４４で入射した受信光Ｌｒの光分離部１４２における光束径は、分割透過面１４９より小さい。これにより、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒの全てを受光素子１２３に導くことができる。前述したように、光分離部１４２において、受信光Ｌｒの光束径を小さくする方法は、特に限定されない。たとえば、レンズ径を大きく（小さく）したり、曲率を小さく（大きく）したりすることで、光分離部１４２における受信光Ｌｒの光束径を小さくすることができる。また、第１光学面１４１、光分離部１４２および第２光学面１４４間の距離を変えたりすることで、光分離部１４２における受信光Ｌｒの光束径を小さくすることができる。
【００４６】
（シミュレーション１）
シミュレーション１では、発信側の領域における第２光学面１４４および光伝送体１６０の端面１２６間の距離と、光伝送体１６０の端面１２６に到達する信号光の光量との関係についてシミュレーションした。図６は、シミュレーションの結果を示す図である。図６Ａは、光伝送体１６０の端面１２６の位置と、光伝送体１６０の端面１２６に到達する信号光の光量との関係を示すグラフである。横軸は、第２光学面１４４の焦点ｆに対する光伝送体１６０の端面１２６の位置（オフセット距離）を示す。縦軸は、オフセット距離が０ｍｍの場合の光伝送体１６０の端面１２６に到達する信号光Ｌｓの光量に対する、光伝送体１６０の端面１２６に到達する信号光Ｌｓの光量の相対値（ｄｂ）を示す。図６Ｂは、図６Ａの一点鎖線で示される位置（焦点ｆから０．１７５ｍｍ遠くに離れた位置）における光伝送体１６０の端面１２６での光度分布である。また、図６Ｂでは、５０μｍ×５０μｍの領域を測定領域としている。本シミュレーションでは、発光素子１２２と第１光学面１４１との距離を０．２８ｍｍとし、第１光学面１４１と光分離部１４２の中心との距離を１．０２ｍｍとし、光分離部１４２の中心と第２光学面１４４との距離を２．８ｍｍとし、第２光学面１４４と光伝送体１６０との距離を０．４３ｍｍとした。
【００４７】
図４Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、第２光学面１４４の焦点ｆ近傍では、信号光Ｌｓの光量が一定に保たれていることが分かる。これは、光伝送体１６０の端面１２６に信号光Ｌｓの照射スポット（光束）が収まっていることを示している。また、第２光学面１４４の焦点ｆから光伝送体１６０の端面１２６が大きく離れると、受光する信号光Ｌｓの光量が少なくなることが分かる。これは、第２光学面１４４の端面１２６に信号光Ｌｓの照射スポット（光束）が収まっておらず、信号光Ｌｓが光伝送体１６０の端面１２６外にも到達していることを示している。本シミュレーションでは、第２光学面１４４の焦点ｆから０．２ｍｍ遠くに離れてもよいことが分かる。
【００４８】
（シミュレーション２）
シミュレーション２では、光伝送体１６０の端面１２６が第２光学面１４４の焦点ｆから０．１７５ｍｍ遠くに離れた位置（図６Ａの一点鎖線の位置）に固定されている場合における、第１光学面１４１および受光素子１２３の端面１２６間の距離と、受光素子１２３の受光面１２７に到達する受信光の光量との関係についてシミュレーションした。光伝送体１６０の端面１２６を第２光学面１４４の焦点ｆから０．１７５ｍｍ離れた位置に設定したのは、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒの光束径が光分離部１４２で最小径となる条件だからである。図７は、シミュレーションの結果を示す図である。図７Ａは、受光素子１２３の受光面１２７の位置と、受光素子１２３の受光面１２７に到達する受信光の光量との関係を示すグラフである。横軸は、第１光学面１４１の焦点ｆに対する受光素子１２３の受光面１２７の位置（オフセット距離）を示す。縦軸は、オフセット距離が０ｍｍの場合の受光素子１２３の受光面１２７に到達する受信光Ｌｒの光量に対する、受光素子１２３の受光面１２７に到達する信号光Ｌｓの光量の相対値（ｄｂ）を示す。図７Ｂは、図７Ａの一点鎖線で示される位置における受光素子１２３の受光面１２７での光度分布である。また、図７Ｂでは、７０μｍ×７０μｍの領域を測定領域としている。
【００４９】
図５Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、第１光学面１４１の焦点ｆ近傍では、受光する光の光量が一定に保たれていることが分かる。これは、受光素子１２３の受光面１２７に受信光Ｌｒの照射スポット（光束）が収まっていることを示している。また、受光素子１２３の受光面１２７の位置から受光素子１２３の受光面１２７が大きく離れると、受光する受信光Ｌｒの光量が少なくなることが分かる。これは、受光素子１２３の受光面１２７に受信光Ｌｒの照射スポット（光束）が収まっておらず、受信光Ｌｒが受光素子１２３の受光面１２７に到達していないことを示している。このように、光分離部１４２における受信光Ｌｒの光束径が最小となる条件では、受光素子１２３の受光面１２７における光束径は、最小とはならないが、直径７０μｍ（１０Ｇｂｐｓなどの高速通信用の受光素子１２３の受光面１２７）の範囲内に収まる。なお、第１光学面１４１から出射された受信光Ｌｒが受光素子１２３の受光面１２７に収まらなかった場合には、受光素子１２３の受光面１２７の高さを調整すればよい。
【００５０】
シミュレーション１およびシミュレーション２の結果に示されるように、光分離部１４２において受信光Ｌｒの光束径が最小となるように光伝送体１６０の端面１２６の位置を調整しても、光伝送体１６０から出射される受信光Ｌｒを適切に受光素子１２３の受光面１２７に到達させることができる範囲が存在することが分かる。
【００５１】
（効果）
以上のように、実施の形態１に係る光モジュール１００は、発光素子１２２から出射され、光レセプタクル１４０の内部に入射させた出射光Ｌを、光レセプタクル１４０から出射させる第２光学面１４４の焦点ｆを過ぎた位置で、光伝送体１６０の端面１２６に到達させている。また、光伝送体１６０の端面１２６から出射した受信光Ｌｒは、第２光学面１４４で収束しながら、光分離部１４２に向かって入射する。光レセプタクル１４０の内部に入射した受信光Ｌｒの大部分は、光分離部１４２（分割透過面１４９）を透過して、第１光学面１４１から出射する。よって、光モジュール１００は、発信側および受信側として用いる場合であっても、光伝送体１６０に到達する発信側の出射光Ｌの光量を維持しつつ、光伝送体１６０から出射され、受光素子１２３に到達する光の光量の減少を抑制することができる。
【００５２】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る光モジュール２００は、光電変換装置２２０および光レセプタクル２４０の構成が実施の形態１に係る光レセプタクル１４０と異なる。そこで、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
（光モジュールの構成）
図８は、本発明の実施の形態２に係る光モジュール２００の断面図である。図８Ａには、光モジュール２００の発信側の領域における光路を示しており、図８Ｂには、光モジュール２００の受信側の領域における光路を示している。図８では、光レセプタクル２４０内の光路を示すために光レセプタクル２４０の断面へのハッチングを省略している。
【００５４】
図８に示されるように、実施の形態２に係る光モジュール２００は、光電変換装置２２０および光レセプタクル２４０を有する。光電変換装置２２０は、基板２２１と、４個の発光素子１２２と、４個の受光素子１２３と、４個の検出素子１２４と、を有する。基板２２１は、例えば平板形状である。発光素子１２２、受光素子１２３および検出素子１２４は、基板２２１の一方の面上に配置されている。
【００５５】
（光レセプタクルの構成）
図９Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る光レセプタクル２４０の構成を示す図である。図９Ａは、光レセプタクル２４０の平面図であり、図９Ｂは、底面図であり、図９Ｃは、正面図である。
【００５６】
図９Ａ〜Ｃに示されるように、実施の形態２に係る光レセプタクル２４０は、複数の第１光学面１４１、反射面２４１、光分離部１４２、透過面１４３、複数の第２光学面１４４、複数の第３光学面１４５および固定部１４６を有する。
【００５７】
第１光学面１４１および第３光学面１４５は、光レセプタクル２４０の底面側に配置されている。また、第２光学面１４４は、光レセプタクル２４０の正面に配置されている。
【００５８】
反射面２４１は、光レセプタクル２４０の天面側に形成された傾斜面である。反射面２４１は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌを光分離部１４２に向かって反射させるとともに、光分離部１４２を透過した受信光Ｌｒを第１光学面１４１に向かって反射させる。反射面２４１は、光レセプタクル２４０の底面から天面に向かうにつれて、光伝送体１６０に近づくように傾斜している。本実施の形態では、反射面２４１の傾斜角度は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸に対して４５°である。反射面２４１には、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌが、臨界角より大きな入射角で内部入射する一方、光分離部１４２で透過した受信光Ｌｒが臨界角より大きな入射角で内部入射する。これにより、反射面２４１は、入射した出射光Ｌを基板２２１の表面に沿う方向に全反射させるとともに、受信光Ｌｒを基板２２１の表面に対して垂直な方向に全反射させる。
【００５９】
図１０Ａは、実施の形態２に係る光モジュール２００における発信側の出射光Ｌの光路を示した図であり、図１０Ｂは、実施の形態２に係る光モジュール２００の受信側の受信光Ｌｒの光路を示した図である。なお、図１０では、発光素子１２２（受光素子１２３）、第１光学面１４１、反射面２４１、光分離部１４２、第２光学面１４４、光伝送体１６０のみを示している。
【００６０】
図１０Ａに示されるように、実施の形態２に係る光モジュール２００の発信側では、発光素子１２２から出射された出射光Ｌは、第１光学面１４１で光レセプタクル２４０に入射する。光レセプタクル２４０に入射した出射光Ｌは、反射面２４１によって光分離部１４２に向かって反射される。反射面２４１で反射された出射光Ｌは、光分離部１４２によって、検出素子１２４に向かうモニター光Ｌｍと、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓに分離する。検出素子１２４に向かって分離されたモニター光Ｌｍは、第３光学面１４５から出射されて、検出素子１２４に到達する。一方、光伝送体１６０に向かって透過した光は、第２光学面１４４から出射されて、光伝送体１６０の端面１２６に到達する。
【００６１】
図１０Ｂに示されるように、本実施の形態に係る光モジュール２００の受信側では、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒは、第２光学面１４４で光レセプタクル２４０に入射する。光レセプタクル２４０に入射した受信光Ｌｒは、光分離部１４２に向かうにつれて光束径が小さくなり、光分離部１４２（分割透過面１４９）を透過する。光分離部１４２（分割透過面１４９）を透過した受信光Ｌｒは、反射面２４１で第１光学面１４１に向かって反射される。反射面２４１で反射された受信光Ｌｒは、第１光学面１４１から出射され、受光素子１２３の受光面１２７に到達する。
【００６２】
（効果）
以上のように、実施の形態２に係る光モジュール２００は、実施の形態１に係る光モジュール２００と同様の効果を有する。また、発光素子１２２、受光素子１２３および検出素子１２４が同一平面上に配置されているため、光モジュール２００を小型化することができる。
【００６３】
なお、図１１Ａに示されるように、光分離部２４２の光分離ユニット２４７は、分割反射面１４８および分割透過面１４９に加え、分割反射面１４８および分割透過面１４９の間に配置された分割段差面２５０を有していてもよい。この場合、分割段差面２５０は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸に平行な面であり、分割反射面１４８および分割透過面１４９を接続している。複数の分割段差面２５０は、第１の方向Ｄ１において互いに平行に配置されている。
【００６４】
また、図１１Ｂに示されるように、光分離部３４２の光分離ユニット３４７は、マトリックス状となるように第１の方向Ｄ１および第１の方向Ｄ１に直交する第２の方向Ｄ２において交互に配置されていてもよい。ここで「第２の方向」とは、分割反射面２４８に沿い、かつ第１の方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２である（図１１に示される矢印Ｄ２参照）。
【００６５】
また、上記各実施の形態の光レセプタクル１４０、２４０において、反射面２４１および分割反射面１４８上に、光反射率が高い金属（例えば、Ａｌ,Ａｇ,Ａｕなど）の薄膜などの反射膜を形成してもよい。部品点数の削減を優先させたい場合には、実施の形態１および実施の形態２のように、全反射面のみを利用した構成を採用することが好ましい。
【００６６】
実施の形態１、２に係る光レセプタクル１４０、２４０では、第１光学面１４１が入射した光をコリメート光に変換したが、第１光学面１４１は入射した出射光Ｌをコリメート光以外の光に変換してもよい。具体的には、内部に入射した入射光Ｌを徐々に光束径が大きくなるように変換してもよいし、光束径が徐々に小さくなるように変換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る光レセプタクルおよび光モジュールは、光伝送体を用いた光通信に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００  光モジュール
１２０、２２０  光電変換装置
１２１、２２１  基板
１２２  発光素子
１２３  受光素子
１２４  検出素子
１２５  発光面
１２６  端面
１２７  受光面
１４０、２４０  光レセプタクル
１４１  第１光学面
１４２、２４２、３４２  光分離部
１４３  透過面
１４４  第２光学面
１４５  第３光学面
１４６  固定部
１４７  分離ユニット
１４８  分割反射面
１４９  分割透過面
１５１  稜線
１５２  位置決め用凹部
１５３  位置決め用穴
１５４  段部
１６０  光伝送体
１６２  フェルール
２４１  反射面
２４７  光分離ユニット
２５０  分割段差面
ｆ  焦点
Ｌ  出射光
Ｌｍ  モニター光
Ｌｓ  信号光
Ｌｒ  受信光
【図１】
0006461509.tif 000002
【図２】
0006461509.tif 000003
【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】
0006461509.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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