(57)【要約】【課題】従来の光モジュールは、部品点数が多いため、組立が複雑化し、コスト高になるという課題があった。また、光の反射構造体を作る際に、反射面を正確に形成するための、エッチング工程が著しく困難になりコスト高な上に量産性に欠けるという課題があった。【解決手段】少ない部品で小型・薄型の光モジュールを形成でき、更に発光素子からの発光光を２分割する透明な固形媒体からなる光導波部品を、プラスチックや低融点ガラス等の一体成形部品としたことで、発光強度を一定に保つことができ、且つ簡易で量産性に富んだ光モジュールを提供することができる。【選択図】図１
2004286895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な固形媒体からなる光導波部品であって、
光を入射する第１の面と、
前記入射した光を異なる２方向に偏向する第２及び第３の面と、
前記第２の面で偏向した第１の光を出射する第４の面と、
前記第３の面で偏向した第２の光を再度偏向する第５の面と、
前記第５の面で偏向した第３の光を出射する第６の面とを有し、
前記第１の光と前記第２の光の進行方向に沿って前記固形媒体の断面積が連続的に減少していることを特徴とする光導波部品。
【請求項２】
基板上に搭載された発光素子及び受光素子と、
前記発光素子からの光を入射する第１の面と、前記入射した光を異なる２方向に偏向する第２及び第３の面と、前記第２の面で偏向した第１の光を出射する第４の面と、前記第３の面で偏向した第２の光を再度偏向する第５の面と、前記第５の面で偏向した第３の光を前記受光素子に出射する第６の面とを有し、前記第１の光と前記第２の光の進行方向に沿って前記固形媒体の断面積が連続的に減少する透明な固形媒体からなる光導波部品と
を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項２において、
更に、前記透明な固形媒体からなる光導波部品が、前記第４の面から出射する光と結合する光ファイバを固定する凹部を有すること
を特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項２又は請求項３において、
前記透明な固形媒体からなる光導波部品が出射する光の方向に複数個並列に配置され、当該複数の部品が一体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５】
請求項２乃至請求項４のいずれかにおいて、
更に、前記透明な固形媒体からなる光導波部品が、当該部品よりも低屈折率の透明な固形媒体からなる支持体を有すること
を特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信や光情報処理に用いられる光モジュールに関し、より詳しくは面発光型レーザダイオード等の発光素子に、その素子の光出力をモニタする構成を有する光伝送モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、発光素子、例えばレーザダイオードにおいては、安定した光通信や光情報処理を行なえるように、受光素子、例えばフォトダイオードを用いてレーザダイオードの出射光をモニタし、電源にフィードバックすることで、出射光を所望の値で安定して発光するようにコントロールしていた。
【０００３】
図５は、従来の光モジュールの構成例を示す図である。例えば、代表的なレーザダイオードである端面発光型レーザ３０は、図５（ａ）に示すとおり光出射面を２面持った構造であるため、一方からの出射光を信号用として光ファイバ４に入射し、他方からの出射光をモニタ用として受光素子３に入射して使用することができる。
【０００４】
この様に、モニタ用に特別に光を分岐する必要がないため、端面発光型レーザ３０を用いた場合の光モジュール構成は受光素子３例えばフォトダイオードをモニタ用の出射面の近傍に配置するだけでよい。
【０００５】
ただし、一般のフォトダイオードは受光構造が面型であるため、端面発光型レーザを基板に実装した場合、フォトダイオードを基板に対し垂直に配置する必要がある。反対に、フォトダイオードを基板に実装した場合、端面発光型レーザを基板に対し垂直に配置する必要がある。
【０００６】
このように、端面発光型レーザを用いた場合は、複雑な実装工程が必要となり、特に複数のレーザをアレイ化した光モジュールを作製する場合に問題となる。
【０００７】
一方、面発光型レーザは、従来の端面発光型レーザ３０に比べて、アレイ配置などの高集積化が可能で、基板への実装性に優れるため、大容量伝送が必要な光通信用レーザや高集積化が必要な光情報処理などに用いるキー部品として、最近注目されている。
【０００８】
面発光型レーザにおいては、一般に共振ミラーの一方がレーザダイ内に形成されているため、もう一方のミラーからの出射光のみを使用することができる。よって、出射光をモニタする場合、何らかの方法で光を分離し、受光素子であるフォトダイオードに導く必要がある。
【０００９】
光の分離方法としては、従来から、光の一部を透過し、残りの一部を反射するミラー、所謂ハーフミラーを使用する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【００１０】
すなわち、図５（ｂ）に示すとおり面発光型レーザ４０の上方に、ハーフミラー５０を４５°に設置し、一部の光を光ファイバ４などに入射するとともに、残りの一部を受光素子３に入射するものである。
【００１１】
この場合、ハーフミラー５０が必要となるだけでなく、受光素子３はハーフミラー５０からの反射光に対して直角に設置する必要があり、モジュールの組立が複雑となり、光軸合わせが困難となる。
【００１２】
また、図５（ｃ）に示すとおり、面発光型レーザ４０の前方に、ハーフミラー５０を４５°に設置し、さらにもう一つのミラー５１を設置することで、レーザ光の一部を基板１００に実装した受光素子３に入射するものも提案されている（特許文献２参照。）。この場合、受光素子３は面発光型レーザと同一基板上に設置でき、実装が比較的容易となるが、ミラーを２枚使用することや光路が長くなることでレンズ６０などの光学部品が必要になることもあり、組立が複雑となり、光軸合わせが更に困難となる。
【００１３】
また、これらの方法は信号光を基板に対し垂直に出射することから、光ファイバに信号光を入射する場合、光ファイバを基板に対して垂直に配置する必要があるため、実装性に劣るとともに、薄型の光モジュールを実現することが困難である。
【００１４】
また、実装をし易くする方法として、面発光型レーザと受光素子であるフォトダイオードとを、同一基板に実装し、面発光レーザからの出射光を反射構造体によって横方向に２分割する例があった（特許文献３参照。）。
【００１５】
この例においては、面発光型レーザから出射した光を、ハーフミラーを用いずに、金属等を蒸着したミラーで反射させ、光を２分割させる方法を採っている。そして、空気を媒体とした空間ビームとして２分割された反射光の、一方をモニタ用として、もう一方を信号光として用いる。
【００１６】
このミラーは、Ｓｉ基板等を異方性のウエットエッチング等により特定の面方位に沿って溝を形成した部品に、金属を蒸着するなどして形成される。このためハーフミラー等を用いずに薄型の反射構造体により光を分割できるため、モニタ用の受光素子を発光素子と同一基板に実装できる。
【００１７】
この様な構成としたことで、面発光レーザを用いながらも、少ない部品で空間ビームを横方向に分割することができ、薄型化も可能になるなどの特徴があった。
【００１８】
【特許文献１】ＵＳＰ５，７７１，２５４  （フロント頁）
【００１９】
【特許文献２】ＵＳＰ５，７６１，２９９  （フロント頁）
【００２０】
【特許文献３】特開２００２−７２０２５号公報（第１−５頁、図１）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
以上、述べたように、ＵＳＰ５，７７１，２５４やＵＳＰ５，７６１，２９９等のようにハーフミラー等を用いる従来の方法で出射光のモニタ手段を備えた光モジュールを実現しようとした場合、特に複数の面発光型レーザをアレイ化した光モジュールを作製する場合に、ミラーやレンズなどの部品点数が多くなる。
【００２２】
また、このことが原因で、組立が複雑化し、高コスト化につながるという課題があった。また、部品の高集積化が困難で、光モジュールの小型化の妨げとなっているという課題があった。
【００２３】
更に、特開２００２−７２０２５号公報に開示された構成では、光を分光するための反射構造体の作製が難しい。即ち、光の反射構造体を作る際に、反射面を正確に形成する必要があるため、エッチング工程が著しく困難になる。従って、コストが高くなる上に量産には向かないという課題があった。
【００２４】
そこで、本発明の目的は、少ない部品で小型・薄型の光モジュールを形成でき、更に発光素子からの発光光を２分割する透明な固形媒体からなる光導波部品をプラスチック等の一体成形部品としたことで、組立が簡易で量産性に富んだ光モジュールを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、基板上に搭載された発光素子及び受光素子と、発光素子からの光を入射する第１の面と、入射した光を異なる２方向に偏向する第２及び第３の面と、第２の面で偏向した第１の光を出射する第４の面と、第３の面で偏向した第２の光を再度偏向する第５の面と、第５の面で偏向した第３の光を受光素子に出射する第６の面とを有し、第１の光と第２の光の進行方向に沿って固形媒体の断面積が連続的に減少する透明な固形媒体からなる光導波部品とを有することを特徴とする光モジュールにある。
【００２６】
この様に第１と第２の光の進行方向に沿って固形媒体の断面積が連続的に減少する構成としたことで、第１と第２の光の集光作用が高まり、より受光素子や光ファイバとの結合効率が増大する。
【００２７】
また、本発明の他の側面は、光導波部品をプラスチック等の一体成形部品とすることで、組立が簡易になり量産性が向上することにある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００２９】
図１は、本発明の光モジュールの形態例を示す図である。図１（ａ）は、光モジュールの断面図であり、図１（ｂ）は光モジュールの斜視図である。
【００３０】
まず、基板上に発光素子２と受光素子３が実装され、透明な固形媒体からなる光導波部品１が、発光素子２と受光素子３の上に図示しない冶具により固定されている。
【００３１】
発光素子２、例えば面発光素子から出射した光は、まず透明な固形媒体からからなる光導波部品１の第１の面１０へと入射する。この時に、高い光結合を得るためには、第１の面１０の面積が発光素子の発光面積よりも大きいことが望ましい。
【００３２】
こうして、透明な固形媒体からからなる光導波部品に入射した光は、光導波部品に設けられた第２の面１１と第３の面１２で偏向される。ここで、第２の面１１で偏向された光を第１の光とし、第３の面１２で偏向された光を第２の光とする。
【００３３】
まず、第１の光は、第２の面１１から第４の面１３へと伝播する際に、透明な固形媒体からなる光導波部品の断面積が連続的に減少しているため、言い換えればテーパ状に導波路が狭まっているために集光され、光強度の減衰を抑えることができるという特徴を有している。
【００３４】
そして、光導波部品１の第４の面１３から出射された第１の光は、例えば光ファイバ４のコア部５と効率よく光結合して光信号を伝播する。この時、第４の面１３の面積が、光ファイバのコア部５の面積よりも小さいと、第４の面１３から出射された光の殆どをコア部５に入射できるため、より結合効率を上げることができる。
【００３５】
また、同様にして第２の光も第３の面１２から第５の面１４まで伝播する際に、透明な固形媒体からなる光導波部品１の断面積が連続的に減少しているため、光強度の減衰を抑えられ、第５の面１４で再度偏向され、第３の光となる。
【００３６】
そして、第３の光は光導波部品の第６の面１５から出射して、発光素子２と同じ基板に実装された受光素子３に効率よく入射して、その強度をモニタされる。この時、第６の面１５の面積が、受光素子３の受光径より小さい面積であると、第６の面から出射された光の殆どを受光部に入射できるため、より結合効率を上げることができる。そして、モニタされた光はその強度が所望の値で安定するように、面発光素子２にフィードバックされる。
【００３７】
通常は、上記した第２の面１１と第３の面１２で、分割した光の割合は、第２の面１１で偏向された第１の光が全発光光の９５％程度で、第２の面１２で偏向された第２の光は残りの５％程度である。
【００３８】
図６は、分割する光の割合を制御する方法の一例を示す図である。この例においては、第１の面１０から入射した光が、全て第２の面１１と第３の面１２に入射した場合を前提とする。図６  （ａ）においては、第２の面１１の面積１１ａと、第３の面１２の面積１２ａとが同じ面積である場合を示している。この場合は分割される光量は、同じであり５０％同士となる。
【００３９】
しかし、図６（ｂ）に示すように第２の面１１の面積１１ｂと、第３の面１２の面積１２ｂとが異なっていた場合、面積１１ｂと面積１２ｂとの比率によって分割する光の量が変わり、面積が大きいほど分割する光量が大きい。従って、図６（ｂ）に示す場合では、第２の面１１の面積が大きいので、偏向する光の量も多い。この様に、光導波部品１の第２の面１１と第３の面１２とに、全発光光が入射する場合、第２の面１１と第３の面１２との、面積の比率を変化させることによって、分割する光の量を制御することができる。モニタするための光量はそれ程多くを必要としないため、第３の面１２で偏向する光の量も少なくてよい。
【００４０】
以上の構成から、本実施の形態例における光モジュールを得ることができる。続いて、以下に本発明の実施の形態例における透明な固形媒体からなる光導波部品について詳細に説明する。この透明な固形媒体からなる光導波部品は、上記した光モジュール以外にも適用可能なものである。
【００４１】
透明な固形媒体からなる光導波部品は、プラスチック又は低融点ガラス等の材料からなり、材料が溶融した状態で、型に流し込み一体成形する。この様な形成方法を用いるため従来のように、複雑な光軸合わせや困難なエッチングなどが不要となり、極めて精密な光導波部品を容易に、且つ大量に生産することが可能である。
【００４２】
また、１つの部品でありながら、光の出射面にもしくは光の偏向面に向かって断面積が連続的に減少しているため、集光作用が働き信号光を光ファイバ等の伝送媒体に効率よく入射できるほか、モニタ用の受光素子にも効率よく入射することができる。
【００４３】
図２は、凸レンズを有する透明な固形媒体からなる光導波部品を実装した光モジュールの断面図である。図２に示す様に、この透明な固形媒体からなる光導波部品の入射面、出射面にレンズを設けることにより、更に光の結合効率を上げることができる。
【００４４】
例えば、面発光素子からの光を入射する第１の面に凸レンズ７を設けることによって入射光の結合効率を高めることができる。更に、光の出射面である第４の面に凸レンズ８を設ければ、光ファイバとの結合効率が上昇し、同じく第６の面に凸レンズ９を設ければ、受光素子３との結合効率が上昇する。
【００４５】
図３は、透明な固形媒体からなる光導波部品１を複数個並列に並べた光モジュールの斜視図である。図３に示すとおり、透明な固形媒体からなる光導波部品は、発光素子２と受光素子３が複数個並列して同一基板上に配置されたアレイ構造のものに対しても適用することが可能である。図１（ｂ）に示した透明な固形媒体からなる光導波部品１を複数組有し、その１部で互いに連結した単一の固形媒体とすることで、組立を容易にすることができる。
【００４６】
ここで、隣接した透明な固形媒体の連続部は、第１の面１０の側面とすることが望ましい。なぜなら、第１の面１０の近傍では、隣接した透明媒体と光学的につながっていても、発光素子からの入射光の広がりが少ない領域であるため、隣接した透明な固形媒体への光の漏れが発生しないためである。そして、各光導波部品の断面積が連続的に減少する光導波路部分は、くし歯状に分離していることが望ましい。
【００４７】
図４は、第２の透明な固形媒体からなる支持体を用いた光モジュールを示す図である。図４（ａ）に示すとおり、光導波部品の機械的強度を補強し、支持するため、上記した透明な固形媒体からなる光導波部品１を第１の固形媒体とするならば、その上面（図示せず）あるいは下面に第２の透明な固形媒体からなる支持体６を有していても良い。
【００４８】
ここで、第１の固形媒体と第２の固形媒体は物理的に結合された１つの部品であってもよいし、別々の部品であってもよい。しかし、第１の透明な固形媒体からなる光導波部品１の性能を維持するため、第２の透明な固形媒体からなる支持体６は、第１の透明な固形媒体よりも低屈折率であることが望ましい。
【００４９】
また、図４（ｂ）に示すとおり、この透明な固形媒体からなる光導波部品１は、光ファイバを固定するための構造体、例えば、Ｖ溝２０を形成した構造体２１を、第４の面の延長上近傍に有していてもよい。
【００５０】
または、上記した第２の透明な固形媒体からなる支持体６が、光ファイバを固定するための構造体、例えば、Ｖ溝２０を形成した構造体２１を、第４の面の延長上近傍に有していてもよい。
【００５１】
このような構成をとることで、ファイバ固定用の部品を別途用意する必要がなくなるとともに、第４の面と光ファイバとの光軸合わせが容易となる。
【００５２】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【００５３】
（付記１）透明な固形媒体からなる光導波部品であって、
光を入射する第１の面と、
前記入射した光を異なる２方向に偏向する第２及び第３の面と、
前記第２の面で偏向した第１の光を出射する第４の面と、
前記第３の面で偏向した第２の光を再度偏向する第５の面と、
前記第５の面で偏向した第３の光を出射する第６の面とを有し、
前記第１の光と前記第２の光の進行方向に沿って前記固形媒体の断面積が連続的に減少していることを特徴とする光導波部品。
【００５４】
（付記２）付記１において、
前記光導波部品が、プラスチック又は低融点ガラスの成形体であることを特徴とする光導波部品。
【００５５】
（付記３）基板上に搭載された発光素子及び受光素子と、
前記発光素子からの光を入射する第１の面と、前記入射した光を異なる２方向に偏向する第２及び第３の面と、前記第２の面で偏向した第１の光を出射する第４の面と、前記第３の面で偏向した第２の光を再度偏向する第５の面と、前記第５の面で偏向した第３の光を前記受光素子に出射する第６の面とを有し、前記第１の光と前記第２の光の進行方向に沿って前記固形媒体の断面積が連続的に減少する透明な固形媒体からなる光導波部品と
を有することを特徴とする光モジュール。
【００５６】
（付記４）付記３において、
前記第１の面、前記第４の面、及び第６の面の少なくとも一つが凸レンズ形状を有すること
を特徴とする光モジュール。
【００５７】
（付記５）付記３又は付記４において、
更に、前記透明な固形媒体からなる光導波部品が、前記第４の面から出射する光と結合する光ファイバを固定する凹部を有すること
を特徴とする光モジュール。
【００５８】
（付記６）付記３乃至付記５のいずれかにおいて、
前記透明な固形媒体からなる光導波部品が出射する光の方向に複数個並列に配置され、当該複数の部品が一体に形成されていること
を特徴とする光モジュール。
【００５９】
（付記７）付記３乃至付記６のいずれかにおいて、
更に、前記透明な固形媒体からなる光導波部品が、当該部品よりも低屈折率の透明な固形媒体からなる支持体を有すること
を特徴とする光モジュール。
【００６０】
（付記８）付記３乃至付記７のいずれかにおいて、
前記光導波部品が、プラスチック又は低融点ガラスの成形体であることを特徴とする光モジュール。
【００６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本実施の形態例での光モジュールでは同一基板上に発光素子と受光素子を搭載し、さらに１つの透明な固形媒体からなる光導波部品を配置するだけで、モニタ手段を有した光モジュールを容易に組立可能である。
【００６２】
また、発光素子、受光素子、透明な固形媒体からなる光導波部品、光ファイバの全てを基板に対して平行に配置することができ、部品の実装性に優れている。更に、高集積化が可能で、光モジュールの小型化・薄型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールの形態例を示す図である。
【図２】凸レンズを有する透明な固形媒体からなる光導波部品を実装した光モジュールの断面図である。
【図３】透明な固形媒体からなる光導波部品を複数個並列に並べた光モジュールの斜視図である。
【図４】第２の透明な固形媒体からなる支持体を用いた光モジュールを示す図である。
【図５】従来の光モジュールの構成例を示す図である。
【図６】分割する光の割合を制御する方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  透明な固形媒体からなる光導波部品
２  発光素子
３  受光素子
４  光ファイバ
５  コア部
６  第２の透明な固形媒体
７，８，９  凸レンズ
１０  第１の面
１１  第２の面
１２  第３の面
１３  第４の面
１４  第５の面
１５  第６の面
２０  Ｖ溝
２１  Ｖ溝を形成した構造体
１００  基板
【図１】
2004286895.tif 000003
【図２】
2004286895.tif 000004
【図３】
2004286895.tif 000005
【図４】
2004286895.tif 000006
【図５】
2004286895.tif 000007
【図６】
2004286895.tif 000008