(57)【要約】【課題】１本のプラスチック光ファイバで全二重方式の通信が可能であり、安価で小型の光通信モジュールを提供する。【解決手段】一本のプラスチック光ファイバ２を伝送媒体として光通信を行う光通信モジュールにおいて、光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光９を集光して受光素子５に結合させる受信光学系と、発光素子４およびその発光素子から出射される送信光８を集光して光ファイバに結合させる送信光学系とを有し、受信光学系または送信光学系で反射された受信光のうち、光ファイバの端に照射される光が、その光ファイバの開口数で規定される角度より大きい角度で光ファイバに再入射するように設定した。【選択図】　　　　図１
2004053648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行う光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して前記光ファイバに結合させる送信光学系とを有し、
前記受信光学系または前記送信光学系で反射された前記受信光のうち、前記光ファイバの端に照射される光が、その光ファイバの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）で規定される角度より大きい角度で前記光ファイバに再入射するように設定したことを特徴とする、光通信モジュール。
【請求項２】
一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行う光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して前記光ファイバに結合させる送信光学系とを有し、
前記送信光学系において、前記送信光が照射されない部分であって、前記受信光が照射される部分に、光吸収体が配置されたことを特徴とする、光通信モジュール。
【請求項３】
前記送信光学系は発光素子から出射された送信光を集光する集光部と、該集光部と一体成形加工によって一体化され、前記光ファイバの端面に対向する位置に配置された受信光発散部とを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記受信光発散部は、前記光ファイバの光軸に対して所定の傾斜角度をもって傾斜した傾斜面であることを特徴とする、請求項３に記載の光通信モジュール。
【請求項５】
一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行う光通信モジュールにおいて、
該光ファイバから出射される受信光を受光して電気信号に変換する受光素子を有し、前記受光素子の表面において、受光面の周辺部に前記受信光を吸収する遮光膜を配置したことを特徴とする、光通信モジュール。
【請求項６】
前記遮光膜が形成された受光素子を樹脂により覆い、その樹脂の屈折率と前記遮光膜の屈折率との差が、前記遮光膜の屈折率の±２０％以内の範囲の屈折率であることを特徴とする、請求項５に記載の光通信モジュール。
【請求項７】
前記樹脂により前記光ファイバから出射された受信光を前記受光面に集光させる受信光学系を形成したことを特徴とする、請求項６に記載の光通信モジュール。
【請求項８】
前記遮光膜は前記受光素子の受光面の周囲において、その厚みが受光面側に向って薄くなるテーパ部を有することを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項９】
前記遮光膜は着色された感光性レジストにより形成されたことを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１０】
前記遮光膜は感光性ポリイミドにより形成されたことを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１１】
一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行う光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して前記光ファイバに結合させる送信光学系とを有し、
前記送信光学系は、光学部材を備え、その光学部材は、前記光ファイバの端に対面する位置に配置され、前記送信光を前記光ファイバの端に向けるプリズムと、そのプリズムよりも前記発光素子に近い位置に位置し、前記送信光を集光する送信レンズとを一体化して、これらプリズムおよび送信レンズと一体成形加工によって形成されていることを特徴とする、光通信モジュール。
【請求項１２】
前記プリズムの前記光ファイバの端に対面する表面は、前記光ファイバが前記光通信モジュールに向って延びる方向に直交する面に対して、前記光ファイバの開口数で規定される角度の半分以上の傾斜角度で傾いていることを特徴とする、請求項１１に記載の光通信モジュール。
【請求項１３】
前記光学部材において、前記光ファイバの端に対面する表面の前記プリズム以外の部分に、該光ファイバの端から出射される受信光を前記受光素子の方向に反射する反射面を有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の光通信モジュール。
【請求項１４】
前記プリズムの表面と前記反射面との境界部分は、前記光ファイバの端に向って尖った分水嶺状となっていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１５】
前記光ファイバの端に対面する前記プリズムの表面の、前記送信光が通過する部分以外の部分に、光を吸収する光吸収体が配置されていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の光通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光信号を同時に双方向に送受信することのできる光通信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、光通信リンクの構成を示す概略図である。光通信リンク１０３は、伝送するデータ信号に基づき、伝送に適した変調光を伝送するための光ファイバ１０２と、光ファイバ１０２の両端に、別個に、光学的に結合するように接続された光通信モジュール１０１とを備えている。
【０００３】
光通信リンク３はその通信形態により、いくつかの種類に分類できる。大きく分けると、次の３つの分類の仕方がある。
（ａ１）　光ファイバ２が単数（一芯）である場合と複数である場合
（ａ２）　信号を双方向に通信する場合と片方向に通信する場合
（ａ３）　信号を同時に（全二重）通信する場合と半二重で通信する場合
上記を組合わせて、たとえば、一芯全二重通信方式により光通信が行われる場合もある。
【０００４】
複数の光ファイバを用いた全二重通信方式では、従来から、光通信モジュールの小型化が困難であることや、伝送距離が長くなるのに伴い光ファイバのコストが高くなるという問題があった。このため、一本の光ファイバを用いて、全二重方式の光通信を行うことができる一芯全二重方式に対応した光通信モジュールが提案されている。特に、近年のプラスチック光ファイバ（以下ＰＯＦ：Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ）の低損失化・広帯域化に伴い、家庭内通信や電子機器間通信への応用が進んでいる。ＰＯＦはその口径が約１ｍｍと大口径であるため、光通信モジュールとの結合が容易であり、光ファイバと光通信モジュールとを、互いに簡易に抜き差しできる光通信リンクを得ることができる。
【０００５】
一本の光ファイバにより全二重通信を行う光通信モジュールでは、送信・受信を同一の光ファイバで行うので、送信光と受信光との混信を防止することが重要となる。受信光に送信光が混信する主な原因としては、次のものが従来より知られている。
（ｂ１）　送信光が光ファイバに入射する時に光ファイバ端面で反射する場合（以下、近端反射と表記）
（ｂ２）　光ファイバを伝播した送信光が光ファイバより出射する時に光ファイバ端面で反射する場合（以下、遠端反射と表記）
（ｂ３）　光通信モジュール内での内部散乱光による場合（以下、内乱光と表記）
上記の混信の原因は、光ファイバの端面形状や光通信モジュールの光学系の工夫により対処できることが知られている（たとえば、特開平８−２９２３２９号公報、特開平１１−３５２３６４号公報、特開平１１−２３７５３５号公報）。
【０００６】
一例として、図８に示す光通信モジュール１について説明すると、以下の通りである。発光素子１０４から放射される送信光１０８は、送信光学系の送信レンズ１０６により集光され、光ファイバ１０２に結合する。一方、光ファイバ１０２から放射される受信光１０９は受信光学系の受信レンズ１０７により集光されて受光素子１０５に結合される。送信光学系と受信光学系の間には遮光板１１２が配置されており、上記（ｂ１）近端反射と（ｂ３）内乱光とによる混信が防止される。また、光ファイバ１０２の端面は球面形状に加工されており、端面での反射方向が変化するため、（ｂ２）遠端反射による混信が低減される。したがって、一本の光ファイバ１０２により双方向に全二重での光通信が可能となる。
【０００７】
一方、受光素子で反射した光や、光ファイバのクラッドを伝搬した光が受光素子に結合することで伝送特性に悪影響を及ぼすことを防止する方法については、既に開示されている（特開平６−３２４２３２号公報）。上記方法では、図９に示すように、受信レンズ１０７と受光素子１０５との間に受光素子１０５の受光面１２１の径より小さい絞り１１３を配置する。クラッドを伝播した光は、光ファイバ１０２の外周を伝搬するので受光素子１０５の外周側に集光される。このため、クラッドを伝播した光は、絞り１１３によって遮光され、受光素子１０５に結合しない。また、受光素子１０５の受光面１２１の外周に照射されるはずの受信光１０９も、絞り１１３により遮光される。このため、乱反射した受信光１０９が受光素子１０５に結合することを防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光ファイバとして口径の大きいＰＯＦを用いる場合、従来は問題とならなかった新たな混信原因が発生することがわかった。これは、（ｂ４）通信相手の光通信モジュールから反射すること（以下、相手モジュール反射と表記）により発生する。すなわち、光通信モジュールの一部で反射した光が、再び光ファイバに結合し、光ファイバを伝播して通信相手の光通信モジュールにまで到達することにより発生する。この相手モジュール反射による混信は、従来主流であった石英光ファイバではほとんど問題にならなかった。これは、石英光ファイバはその口径が数１０μｍから１００μｍ以下と小さいことから、光通信モジュールの一部で反射した光が再び光ファイバに結合しにくいこと、および、受信光が出射する面積が小さいことから、出射光の取扱いが容易であることによる。
【０００９】
しかし、光ファイバにＰＯＦを用いる場合、ＰＯＦはその口径が約１ｍｍと大きいので、光通信モジュールの一部で反射された光が再び光ファイバに結合しやすくなる。また、広い面積から受信光が出射されることから、この受信光が照射される範囲が広くなり、その制御が困難となる。このため、相手モジュール反射が大きくなり、混信の原因となる。
【００１０】
また、上記特開平６−３２４２３２号公報に開示されている方法は、相手モジュール反射を低減するものではなく、光通信モジュール１０１内で散乱した受信光１０９やクラッド伝搬光を受信することを防止するものである。このため、絞り１１３を挿入することにより、この絞り１１３での反射が相手モジュール反射の原因となり、相手モジュール反射が増加する。また、このように絞りを配置する場合には、絞り１１３の配置スペースが必要となる。このため、光通信モジュール１０１の小型化が困難となる。また、受光素子１０５の受光面１２１に位置合わせて絞り１１３を配置する必要がある。このため、高精度の組立てが必要となり、生産コストが高くなるという問題がある。さらにまた、この方法は受信のみの配置であり、当然、全二重通信に対応できるものではない。全二重通信を行う光通信モジュールでは、送信部の一部にも受信光が照射されるため、この部分からの反射も問題となる。
【００１１】
本発明は、光ファイバとしてＰＯＦを用いた場合に問題となる相手モジュール反射を低減でき、一本のプラスチック光ファイバにより全二重方式の双方向通信が可能な、安価で小型の光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信モジュールは、一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行ない、該光ファイバから出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して光ファイバに結合させる送信光学系とを有する。この光通信モジュールは、光ファイバから出射され、受信光学系または送信光学系で反射された受信光のうち、光ファイバの出射端に照射される光が、その光ファイバの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）で規定される角度より大きい角度で光ファイバに再入射するように設定している。
【００１３】
上記の構成によれば、送信光学系や受信光学系で反射された受信光が原因となる相手モジュール反射を低減することができる。また、光ファイバに反射光が入射してもよいため、光学系の配置自由度が増し、光通信モジュールの小型化が容易となるという効果を奏する。なお、光ファイバの開口数ＮＡは、ｎを媒体の屈折率とし、θｍａｘを光ファイバのコア中を伝播できる最大の入射角度とすると、ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθｍａｘで表される。今の場合、媒体は空気なのでｎはほぼ１に等しいので、ＮＡ＝ｓｉｎθｍａｘと表すことができる。光ファイバの端面での入射角がθｍａｘより大きくなると、光ファイバのコアとその周囲のクラッドとの界面で全反射が生じなくなり、コア中を光が伝播できない。上記の本発明では、この原理に基づき、反射され、光ファイバの出射端に照射される光があったとしても、上記θｍａｘより大きい入射角度で光ファイバに入射させることにより、コア中の光の伝搬を阻止しようというものである。
【００１４】
上記とは別の本発明の光通信モジュールは、一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行なう。この光通信モジュールは、光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して前記光ファイバに結合させる送信光学系とを有する。そして、送信光学系において、送信光が照射されない部分であって、受信光が照射される部分に、光吸収体が配置されている。
【００１５】
上記の構成によれば、光吸収部により受信光の大半を吸収することができるため、送信光学系に照射される受信光が減少し、ひいては相手モジュール反射を低減することができる。また、送信光を阻止しないため高い送信効率を得ることができるという効果を奏する。
【００１６】
また、送信光学系は、発光素子から出射された送信光を集光する集光部と、該集光部と一体成形加工によって一体化され、光ファイバの端面に対向する位置に配置された受信光発散部とを有するのがよい。
【００１７】
上記の構成によれば、受信光が主に照射される箇所に受信光発散部を形成しているため、反射された受信光は光ファイバに結合しにくくなり相手モジュール反射を低減することができる。また、集光部と受信光発散部を一体成形加工により一体形成することにより、受信光が照射して反射する面が少なくなり、相手モジュール反射を低減できるという効果を奏する。
【００１８】
また、受信光発散部は、光ファイバの光軸に対して所定の傾斜角度をもって傾斜した傾斜面であるのがよい。
【００１９】
上記の構成によれば、傾斜面の角度を最適化することで傾斜面で反射された受信光は光ファイバの開口数より大きい角度で光ファイバに入射させることが容易となり、簡易な構成で相手モジュール反射を低減できるという効果を奏する。
【００２０】
本発明のさらに別の光通信モジュールは、一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行なう。この光通信モジュールは、該光ファイバから出射される受信光を受光して電気信号に変換する受光素子を有し、受光素子の表面において、受光面の周辺部に受信光を吸収する遮光膜を配置している。
【００２１】
上記の構成によれば、反射率が高い受光面の外周からの反射を大幅に低減することが可能となり、相手モジュール反射を低減できる。また、半導体プロセスにより遮光膜を形成できることから低価格であり、さらに薄膜であることから小型とすることができる。
【００２２】
上記の遮光膜が形成された受光素子を樹脂により覆い、その樹脂の屈折率と遮光膜の屈折率との差が遮光膜の屈折率の±２０％以内の範囲の屈折率とするのがよい。
【００２３】
上記の構成によれば、遮光膜面からの反射率を低減することができ、相手モジュール反射を低減することができるという効果を奏する。
【００２４】
上記の樹脂により、光ファイバから出射された受信光を受光面に集光させる受信光学系を形成するのがよい。
【００２５】
上記の構成によれば、樹脂モールド部と受信光学系を一体に形成していることから、両者の界面がなく、界面での反射が生じない。また受信光学系の形状を工夫することにより受信光学系に照射された受信光は発散させ、相手モジュール反射を低減することができる。さらにまた、受信光学系を小型にすることができるという効果を奏する。
【００２６】
また、遮光膜は受光素子の受光面の周囲において、その厚みが受光面側に向って薄くなるテーパ部を有するのがよい。
【００２７】
上記の構成によれば、樹脂を受光面に導きやすくなり生産性が高くなる。遮光膜により受信光を遮ることがなく、受信効率を高くすることができるという効果を奏する。
【００２８】
また、上記の遮光膜は着色された感光性レジストにより形成されるのがよい。上記の構成によれば、遮光膜を半導体プロセスにより、高精度に簡易に大量生産することができ、小型で高性能であり、安価に遮光膜を形成することができる。
【００２９】
また、遮光膜は感光性ポリイミドにより形成されるのがよい。
上記の構成によれば、遮光膜を半導体プロセスにより、高精度に簡易に大量生産することができ、小型で高性能であり、安価に遮光膜を形成することができる。また、感光性ポリイミドはポリイミド自体の色により受信光を吸収するため、別途、顔料等を加える必要がなく、装置を汚染する可能性が少ないことから、作製プロセスの自由度を増すことができる効果を奏する。
【００３０】
本発明のその他の光通信モジュールは、一本のプラスチック光ファイバを伝送媒体として光通信を行なう。この光通信モジュールは、光ファイバの端に対面して、該光ファイバの端から出射される受信光を集光して受光素子に結合させる受信光学系と、発光素子およびその発光素子から出射される送信光を集光して光ファイバに結合させる送信光学系とを有する。そして、送信光学系は、光学部材を備え、その光学部材は、光ファイバの端に対面する位置に配置され、発信光を光ファイバの端に向けるプリズムと、そのプリズムよりも発光素子に近い位置に位置し、送信光を集光する送信レンズとを一体化して、これらプリズムおよび送信レンズと一体成形加工によって形成されている。
【００３１】
この構成により、部品点数を減らし、高精度の位置合わせの工数を減らし、また、界面の減少により反射光を減らすことができる。
【００３２】
また、プリズムの光ファイバの端に対面する表面は、光ファイバが光通信モジュールに向って延びる方向に直交する面に対して、光ファイバの開口数で規定される角度の半分以上の傾斜角度で傾いているのがよい。
【００３３】
この構成により、受信光がプリズム表面で反射して光ファイバの端に照射されても、光ファイバのコアを伝搬する光とはならない。すなわち、クラッド／コア界面で全反射せず、クラッドに屈折して入射され、コア内を光ファイバの他端にまで届かない。
【００３４】
また、上記の光学部材において、光ファイバの端に対面する表面のプリズム以外の部分に、該光ファイバの端から出射される受信光を受光素子の方向に反射する反射面を有するのがよい。
【００３５】
この構成によっても、部品点数を減らし、高精度の位置合わせ工数を減らすことができる。
【００３６】
また、上記のプリズムの表面と反射面との境界部分は、光ファイバの端に向って尖った分水嶺状となっているのがよい。
【００３７】
この構成により、受信光が反射して光ファイバの端に戻る量を減らすことができる。すなわち、プリズム表面は上記の傾斜角度が大きくとられ、反射面は反射光を受光素子に向わせ、その境界部は分水嶺状なので、光ファイバの端に戻る光を少なくすることができる。
【００３８】
また、光ファイバの端に対面するプリズムの表面の、発信光が通過する部分以外の部分に、光を吸収する光吸収体が配置されているのがよい。
【００３９】
この構成により、大きな送信出力を維持しながら、プリズム面に入射する受信光の反射を大きく抑制することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態について、図１に基づいて説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態における光通信モジュールをあらわす概略図である。光通信モジュール１は、データ信号に基づく変調光である送信光８を生成する発光素子４と、光ファイバ２からの受信光９を受光してデータ信号を生成するための受光素子５とを有している。光通信モジュール１は、さらに、発光素子４から出射される送信光８を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ６と、光ファイバ２から出射される受信光９を受光素子５が配置されている方向に反射する反射ミラー１２と、受信光９を集光して受光素子５に結合させる受信レンズ７とを有している。送信レンズ６、および反射ミラー１２は共に光学部材１０に形成されている。
【００４２】
発光素子４は放熱特性に優れたサブマウント１６上に配置されている。サブマウント１６には発光素子４の光量を測定するためのモニターフォトダイオード１５が配置されており、発光素子４の光量を一定に保っている。サブマウント１６および発光素子４は、送信ステム１７上に配置されている。受光素子５の近傍には受光素子５の信号を電流・電圧変換するためのプリアンプ１９が配置されている。受光素子５およびプリアンプ１９は、ともに樹脂モールド２０により外気から封止され、受信リードフレーム１８上に配置されている。受信レンズ７は、樹脂モールド２０と一体成形加工により形成されている。送信ステム１７および受信リードフレーム１８は、それぞれ図示していない回路に電気的に接続されている。
【００４３】
発光素子４により生成された送信光８は、発光素子４の放射角にしたがって放射状に発散する。その後、送信レンズ６で任意の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に変換されて集光され、光学部材１０を通過して、光ファイバ２に結合する。光ファイバ２から出射される受信光９は反射ミラー１２により受光素子５の方向に反射されると共に、曲率を有する反射ミラー１２により集光されて受信レンズ７に入射する。そして、受信レンズ７によりさらに集光されて受光素子５に結合する。このように、送信光８と受信光９とを光ファイバ２の口径内で空間的に分離することにより、一本の光ファイバ２により双方向に通信することが可能となる。
【００４４】
送信光８は、光学部材１０のプリズム１１で屈折され、光ファイバ２の外周部より光ファイバ２に入射する。送信光８の一部は、光ファイバ２の端面で反射される（近端反射）。光学部材１０のプリズム１１の先端にも形成されている反射ミラー１２は、その一部が光ファイバ２に接触するか、または、数十〜数百μｍ離れた位置に配置されている。このため、光ファイバ２の端面で反射された送信光８は反射ミラー１２のこの部分により遮光されて、受光素子５方向に入射することがなくなり近端反射を防止することができる。
【００４５】
また、発光素子４から放射された送信光８のうち、送信レンズ６の外周を通過した光（内乱光１４）も反射ミラー１２により遮光されるため、受光素子５に結合しない。光通信モジュール１内で散乱した光も反射ミラー１２により遮光されているため、内乱光による混信を防止することができる。すなわち、反射ミラー１２は、図８の従来技術で示した遮光板１１２と同様の働きを有し、近端反射または内乱光による混信を防止すると共に、受信光９を集光して効率良く受光素子５に結合させる働きを有している。反射ミラー１２は薄膜であるため、上記遮光板のように受信光９を遮る面積が大きくなく、受信光９を効率良く利用することができる。
【００４６】
さらに、図１を参照して、光ファイバ２の端面は球面形状に加工されており、遠端反射を低減することができる。光ファイバ２の端面形状は、他に傾斜形状や円錐形状等にしてもよい。光ファイバ２を伝搬してきた受信光９が光ファイバ２の端面で反射されるとき、その反射方向を変えて、光ファイバ２のＮＡより大きい角度になるように設定することにより、遠端反射を低減することができる。
【００４７】
本実施例においては、送信光学系とは送信レンズ６とプリズム１１、光学部材１０のことを言い、受信光学系とは集光ミラー１２と受信レンズ７、光学部材１０のことを言う。また、後述するように受信光発散部はプリズム１１である。
【００４８】
次に相手モジュール反射による混信の防止原理を説明する。
光通信モジュール１で相手モジュール反射が生じるのは、送信部からの反射と受信部からの反射の２つに大別される。
【００４９】
送信部では、図２に示すように、プリズム１１、送信レンズ６、発光素子４、サブマウント１６等から反射した受信光９が、再び光ファイバ２に結合することが原因となり相手モジュール反射が生じる。これらで反射した受信光９が光ファイバ２に入射しないように、あるいは入射しても光ファイバ２の開口数より大きい角度で入射するように設定することが好ましい。特に光ファイバ２から近い位置に配置されている部材の方が、反射光が光ファイバ２に入射しやすいので注意が必要となる。
【００５０】
たとえば、プリズム１１では、光ファイバ２の近傍に配置されているため反射光が光ファイバ２に入射しないようにすることは困難である。しかし、プリズム１１の傾斜角度を最適化することにより、受信光９の反射光が光ファイバ２に入射しても、結合しないようにすることができる。すなわち、反射光が光ファイバ２の開口数より大きな角度で光ファイバ２に入射するようにすればよい。そのためには、プリズム１１の傾斜角度α（図３参照）を光ファイバ２のＮＡの半分、またはＮＡ程度以上に大きく設定することが好ましい。たとえば、ＮＡ０．３の光ファイバ２を用いる場合、開口数を角度に換算すると１７．５度である。このとき、傾斜角度αは、８°以上、好ましくは１７．５°以上とすればよい。また、プリズム１１は、送信レンズ６および光学部材１０とともに一体成形加工によって一体化して形成する方が好ましい。プリズム１１を送信レンズ６および光学部材１０と別体で配置した場合、各部の空気との界面で反射が生じるため、相手モジュール反射の原因となる要素が増加する。上記のように、プリズム１１の傾斜角度αを大きくする方法では、光ファイバ２に反射光が入射してもよいため、光学系の配置自由度が増し、光通信モジュール１の小型化が容易となる。
【００５１】
プリズム１１以外の送信部による反射は、光ファイバ２から離れた位置であるため影響は少ないが、無視することはできない。これらの反射による相手モジュール反射を低減するために、本発明では、図１に示すように、プリズム１１の送信光８が通過しない位置に光吸収部２６を形成している。光吸収部２６はプリズム１１と同じ形状で形成されているため、傾斜角度αを共有する。このため、光吸収部２６で反射された受信光９は、先述したように、光ファイバ２に結合しにくくなり、相手モジュール反射となりにくい。また、送信光８が通過する面積は、受信光９が照射される面積に比べ小さい。このため、受信光９の大半は、光吸収部２６により吸収されて、その背後に配置されている送信レンズ６や発光素子４等に照射される受信光９を大幅に低減することができる。さらに、送信光８が通過する部分を通過した受信光９は、送信レンズ６や発光素子４に照射され、反射するが、その反射光の大半は光吸収部２６に照射されるため光ファイバ２に結合せず、相手モジュール反射を低減することができる。また、プリズム１１を光ファイバ２の近傍に配置させることにより、送信光８がより集光された状態となるため、送信光８の通過面積を小さくすることができる。このため、送信光学系に入射し、光吸収部材２６の開口部を通過する受信光９を少なくすることができる。また、送信光８を阻止しないため、高い送信効率を得ることができる。
【００５２】
次に、受信部からの反射による相手モジュール反射について説明する。受信部では受信光学系（反射ミラー１２、受信レンズ７）や受光素子５からの反射が相手モジュール反射の原因となる。受信光学系に関しては、送信光学系と同様に、その形状により反射光が光ファイバ２に入射しないようにするか、または、入射しても光ファイバ２の開口数以上とすることで、光ファイバ２に結合しないようにできる。しかし、受信部では送信部と異なり、受信光９を受光素子５で効率良く受信する必要があるため、送信部のように途中に光吸収部２６を配置することはできない。
【００５３】
このため、受光素子５に照射される受信光９の光量が多くなり、受信部ではこの受光素子５からの反射が相手モジュール反射に与える影響が大きくなる。受光素子５の受光面２１は、通常、たとえば、窒化シリコン等の薄膜により反射防止コートを行うことで受信光９の反射を防止し、受光効率を向上させている。このため、受光面２１に入射した受信光９の相手モジュール反射への影響を小さくすることができる。しかし、通信速度が速くなる程、受光素子５の浮遊容量を小さくする必要があり、受光面２１の面積は直径が約数１００μｍと小さくなる。一方、光ファイバ２としてＰＯＦを用いる場合、その口径が約１ｍｍと大きい。このため、受信光９を受光素子５の受光面２１のみに１００％結合させることは困難である。また、１００％結合させるためには、受信光学系が複雑となり、光通信モジュールのコスト増や大型化につながってしまう。さらに、ＰＯＦを用いた光通信リンク３では、簡易に光通信モジュール１に抜き差しできることが特徴である。その立場に立つと、許容公差を比較的大きく設定する必要があり、受信光９の集光位置のずれも大きくなる。このため、受信光９の一部は、受光素子５の受光面２１の外周部に照射される場合が多くなる。そして、条件を変えて実験を行った結果、この受光面２１の外周部に照射された受信光９が相手モジュール反射への影響が大きいことを確認した。以下に、この対策について説明する。
【００５４】
図４は、受光素子５の一例を示した概略図である。受光素子５は、一般に、受信光９を受光する受光面２１と、その周囲に形成されたリング電極２２と、パット電極２３と、空乏層２４と、これらの外周に形成されたパッシベーション膜２５とから構成されている。受光面２１は、前述したように反射防止コートがなされており、受信光９の反射が低減される。しかし、パッシベーション膜２５は一般にアルミニウム等で形成されており、その表面での反射率は約８０％と高い。前述したように、光ファイバ２にＰＯＦを用いる場合は、受信光９が受光面２１の外周部であるパッシベーション膜２５に照射しやすく、かつ、この部分の反射率が高い。このために、この部分で反射された受信光９は、相手モジュール反射に与える影響が大きいことを確認した。
【００５５】
本発明は、このパッシベーション膜２５を覆う遮光膜１３を配置したことを特徴の一つとしている。この遮光膜１３は、着色レジストやポリイミド等、使用される波長領域に対して吸収率の高い薄膜で形成されている。膜厚は数μｍから数１０μｍで、使用する材料の吸収率により選定される。すなわち、遮光膜１３に照射された受信光９は、その表面で一部が反射されるが、パッシベーション膜２５に比べ反射率が低い。上記受信光９は、遮光膜１３により吸収されるため、その下にあるパッシベーション膜２５まではほとんど到達しない。このため、この部分に照射される受信光９に起因する相手モジュール反射を低減することができる。
【００５６】
さらに、受光素子５は樹脂モールド２０によって覆い、かつ遮光膜１３の屈折率は樹脂モールド２０の屈折率と同等に設定することが好ましい。たとえば、遮光膜１３に屈折率１．７のポリイミドを用いた場合、樹脂モールド２０がなく、表面が空気と接触する場合は、フレネル反射により約７％の反射が生じるが、屈折率１．５の樹脂材料により樹脂モールド２０を形成することにより、遮光膜１３の表面での反射が約０．４％に低減される。遮光膜１３と樹脂モールド２０に用いる材料の屈折率は遮光膜１３表面での反射が１％以下となるように選定することが好ましい。あるいは、遮光膜１３と樹脂モールド２０の屈折率の差を遮光膜１３の屈折率に対して±２０％以内にすることが好ましい。
【００５７】
さらにまた、樹脂モールド２０により受信レンズ７を一体に形成することが好ましい。受信光９は受光素子５に照射される前に、樹脂モールド２０に照射される。このため、たとえば樹脂モールド２０の屈折率が１．５の場合、約４％の反射が生じ、相手モジュール反射の原因となる。受信レンズ７を樹脂モールド２０と一体に形成することにより、受信レンズ７で反射した受信光９は受信レンズ７の形状により発散して反射されるため、再び光ファイバ２に結合しにくくなり、相手モジュール反射を低減することが可能となる。また、受信レンズ７の表面はＡＲコードを行い、反射率を低減させてもよい。
【００５８】
更にまた、反射ミラー１２で反射された受信光９がすべて、受信レンズ７に照射されるように、反射ミラー１２の形状を設定することが好ましい。先述したように、受信モールド２０の受信レンズ７以外に照射された受信光９は発散されずに反射されることから相手モジュール反射の原因となりやすい。受信レンズ７は直径約１ｍｍ程度の半球形状のレンズであり、約１ｍｍのＰＯＦから出射される受信光９をこの受信レンズ７に集光させることは比較的容易である。すなわち、集光ミラー１２により直接受光素子５の受光面に集光することは困難であるが、受信レンズ７を介することで、受信効率を向上させることが可能となる。この受信レンズ７は前述したように、相手モジュール反射を低減させるために、受信光９を発散させる方向に反射させる形状とすることが好ましい。
【００５９】
さらにまた、遮光膜１３の受光面２１との境界部は、図５に示すように、テーパ部２７を形成することが好ましい。テーパ部２７は、受光面２１の外周から内周方向に向けて遮光膜１３が薄くなるように形成する。このようにテーパ部２７を形成することにより、モールド樹脂２０を形成する時に、モールド樹脂２０と受光面２１との間に空気が入りにくくなり、歩留まりよくモールド樹脂２０を形成することができる。また、受信光９を受光面２１に集光する場合に、遮光膜１３が障害となって受信効率が低下することを防止することもできる。
【００６０】
次に、遮光膜１３の形成方法について図６を基に説明する。まず、図６（ａ）に示すように、受光素子５が複数形成されたウエハーに、スピンコート法等により感光性ポリイミド等の遮光膜１３の材料を塗布する。次に、任意のマスクパターンにより露光と現像とを行ない、遮光膜１３のパターニングを行なう（図６（ｂ））。次に、遮光膜１３の焼成を行う。焼成による収縮で遮光膜１３の受光面２１側の境界部に、テーパ部２７が形成される（図６（ｃ））。このように、パターニング後に焼成を行うことにより、簡易にテーパ部２７を形成することが可能となる。また、半導体プロセスにより大量生産が可能であり、低コストで作製することができる。
【００６１】
遮光膜１３は、上述の作製方法のように、感光性を有する材料で作製することが好ましい。より具体的には、感光性ポリイミドや黒色の顔料等によって着色されたレジストを使用することが好ましい。たとえば、波長６５０ｎｍにおける透過率は、感光性ポリイミド（ＨＤ−６０００：日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社製）２０μｍ膜厚で１０％、着色レジスト（ＣＲ２００ＢＫ：ＪＳＲ社製）１．５μｍ膜厚で１％であった。遮光膜１３の透過率は、使用する波長領域において、１０％以下であることが好ましい。パッシベーション膜２５で反射された受信光９は、再び遮光膜１３を通過して戻るため、１０％でも実質の透過率は１％となり、これ以下であれば十分な吸収性能が得られる。遮光膜１３の膜厚は、必要な透過率によって決定される。また、受光素子５の作製プロセスによっては顔料成分が他のプロセスを汚染して悪影響を及ぼす場合があるため、この場合は、顔料成分を含まない感光性ポリイミドを使用することが好ましい。
【００６２】
次に、実際に相手モジュール反射率を測定した結果について説明する。上述した手段と同様の手段を用い、相手モジュール反射率を測定した。
（１）　光ファイバ２から出射される受信光９の光量に対して、相手モジュール反射率は０．５％であった。送信部と受信部との内訳は、それぞれ０．２％と０．３％であった。
（２）　受光素子５に遮光膜１３を形成しなかった場合は、受信部の相手モジュール反射率が０．３％から０．８％に増加した。
（３）　遮光膜１３として上述した感光性ポリイミド（２０μｍ厚）と着色レジスト（１．５μｍ厚）の２種類で実験を行った。両者とも受信部の相手モジュール反射が０．３％であり、同等の値が得られた。
（４）　プリズム１１の角度を２０°から０°に変更したところ、相手モジュール反射率は０．２％から１％に増加した。
（５）　光吸収部２６を形成しなかった場合、送信部の相手モジュール反射率は０．２％から０．３％に増加した。すなわち、光吸収部の有用性を確認することができた。
【００６３】
以上のように、上述した方法により相手モジュール反射を低減することが可能であった。
【００６４】
次に、図１で示した光通信モジュール１の各構成部材について説明する。
光ファイバ２としては、たとえばＰＯＦが用いることができる。ＰＯＦはコアがＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈａＡｃｒｙｌａｔｅ）やポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックからなり、クラッドは上記のコアより屈折率の低いプラスチックで構成されている。このような光ファイバ２では、石英光ファイバに比べそのコアの径を約２００μｍから約１ｍｍと大きくすることが容易である。このため、光通信モジュール１との結合調整が容易であり、安価な双方向光通信リンク３を得ることができる。本実施例で示したように、送信光８と受信光９とを空間的に分離する場合、コア径は１ｍｍ程度のものを使用することが好ましい。
【００６５】
また、コアが石英ガラスよりなり、クラッドがポリマーで構成されたＰＣＦを用いてもよい。ＰＣＦはＰＯＦに比べると価格が高いが、伝送損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴がある。このため、ＰＣＦを伝送媒体とすることにより長距離での通信やより高速での通信を行うことができる双方向光通信リンク３を得ることができる。コア径が数１００μｍ以上である場合に、相手モジュール反射による混信が問題となるため、そのような光ファイバ２を使用する場合には本発明は有効である。
【００６６】
発光素子４としては、半導体レーザや、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。発光素子４の波長としては、使用する光ファイバ２の伝送損失が少ない波長で、かつ安価であることが好ましい。たとえば、光ファイバ２としてＰＯＦを用いる場合、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）等に用いられるために量産効果のある、波長６５０ｎｍの半導体レーザ等を用いることができる。また、発光素子４の後部には、モニター用フォトダイオード１４が配置されており、発光素子４の光量を一定に保つようにしている。
【００６７】
受光素子５としては、受光した変調光の強弱を電気信号に変換し、発光素子４の波長域で感度の高いフォトダイオードを使用し、たとえば、シリコンを材料とするＰＩＮフォトダイオードや、アバランシェフォトダイオード等を用いる。
【００６８】
光学部材１０は、ＰＭＭＡまたはポリカーボネート等のプラスチックを材料とし、射出成形等により作製される。そして、反射ミラー１２の反射面となる側にアルミニウムや金等といった反射率の高い金属薄膜が蒸着法等により形成されている。反射ミラー１２は、光学部材１０の下側から蒸着することにより、マスク等によるパターニングを行なうことなしに簡単に形成することができる。光学部材１０には、送信光８を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ６と、送信光８を屈折させて光ファイバ２に入射させるプリズム１１と、図示していないが、発光素子５や受光素子４との位置合わせに使用する位置決め用の凹凸部とが形成されている。
【００６９】
このように、一つの光学部材１０に多数の機能を持たせることにより、構成部材の数を大幅に低減できると共に、組立て時の公差を低減できるため、低コストで小型な光通信モジュール１を得ることが可能となる。
【００７０】
以上のように、本実施例で示した光通信モジュール１を用いることにより、近端反射、遠端反射、相手モジュール反射、および、迷光による内乱光による混信を防止でき、一本の光ファイバ２により全二重方式の双方向光通信が可能となる。また、低コストで小型であり、かつ、簡易に製造可能な光通信モジュール１を得ることができる。
【００７１】
本実施の形態は一例であり、この構造に限定されるものではない。本発明は送信光学系と受信光学系の形状、および、受光素子への遮光膜の形成により相手モジュール反射を低減したことが特長である。上記した本実施の形態で説明した以外の光学系を用いても同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、光ファイバ２の両端に送受信機能を有した光通信モジュール１を配置した全二重通信の場合を示したが、分岐した光ファイバ２を用い、一つの送信機に対し複数の受信機を有するＰＴＯＭＰ（Ｐｏｉｎｔ　ＴＯ　ＭｕｌｔｉＰｏｉｎｔ）型の通信においても同様の混信防止の効果を得ることができる。
【００７３】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の光通信モジュールを用いることにより、光ファイバとしてＰＯＦを用いた場合に問題となる相手モジュール反射を低減でき、一本のプラスチック光ファイバにより全二重方式の双方向通信が可能な、安価で小型の光通信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における光通信モジュールの構成を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施の形態における光通信モジュールの送信部に起因する相手モジュール反射を説明する概略図である。
【図３】本発明の実施の形態のプリズム部において、相手モジュール反射を低減する方法を説明する概略図である。
【図４】本発明の実施の形態における受光素子の構造を説明する概略図である。
【図５】本発明の実施の形態における遮光膜の形状を説明する概略図である。
【図６】本発明の実施の形態における遮光膜の形成方法を説明する概略図であり、（ａ）は、受光素子が複数形成されたウエハーに、遮光膜の材料を塗布した状態を示す図であり、（ｂ）は遮光膜のパターニングを行なった状態を示す図であり、（ｃ）は、焼成による収縮で遮光膜に、テーパ部が形成された状態を示す図である。
【図７】一般的な光通信リンクを表す概略図である。
【図８】従来の光通信モジュールの構成例を表す概略図である。
【図９】従来の光通信モジュールの他の構成例を表す概略図である。
【符号の説明】
１　光通信モジュール、２　光ファイバ、３　光通信リンク、４　発光素子、５　受光素子、６　送信レンズ、７　受信光反射ミラー、８　送信光、９　受信光、１０　光学部材、１１　プリズム、１２　反射ミラー、１３　遮光膜、１４内乱光、１５　モニタフォトダイオード、１６　サブマウント、１７　送信ステム、１８　受信リードフレーム、１９　プリアンプ、２０　樹脂モールド、２１　受光面、２２　リング電極、２３　パット電極、２４　空乏層、２５　パッシベーション層、２６　光吸収体、２７　テーパ部。
【図１】
2004053648.tif 000003
【図２】
2004053648.tif 000004
【図３】
2004053648.tif 000005
【図４】
2004053648.tif 000006
【図５】
2004053648.tif 000007
【図６】
2004053648.tif 000008
【図７】
2004053648.tif 000009
【図８】
2004053648.tif 000010
【図９】
2004053648.tif 000011