(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的小型にして、外部からのノイズ光を受けにくく、良好なシールド特性を提供できる構成の光通信モジュールを実現する。【解決手段】光通信モジュール２０は、光信号送受信用の発光・受光素子及び駆動制御用等のＩＣが実装されたプリント基板を含む基板組立体１０と、発光・受光素子をカバーするモールドとを備える。モールドの表面には光信号の送受信のために回折レンズ又はフレネルレンズ等のレンズ２２、２４が成形される。これらのレンズは、モールドの面から大きく突出しないようにされ、外部からの必要とされない光が受光されにくい構造となっている。光通信モジュール７０は、その外側にシールド部材５０を備える。シールド部材５０は、一面に沿って開口部５５を備える略直方体形状を成す。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号送受信のための発光・受光素子が実装されたプリント基板と、前記発光・受光素子をカバーする樹脂モールドとを備える光通信モジュールにおいて、
送受信のための発光・受光面となる前記樹脂モールドの一面上に、前記樹脂モールドを成形してなる回折レンズ又はフレネルレンズが設けられることを特徴とする光通信モジュール。
【請求項２】
前記回折レンズ又は前記フレネルレンズは、前記一面から突出しないように成形されることを特徴とする、請求項１の光通信モジュール。
【請求項３】
更に、シールド部材を備え、該シールド部材は、一面に前記プリント基板及び前記樹脂モールドから成る本体を受容する開口部を備える略直方体形状を有し、且つ前記本体を受容するときに前記回折レンズ又は前記フレネルレンズに重なる位置に発光・受光用開口を備え、前記本体を完全に受容したとき、前記回折レンズ又は前記フレネルレンズが前記発光・受光用開口よりも内側に位置するよう構成されることを特徴とする請求項１の光通信モジュール。
【請求項４】
前記開口部は、モジュールが実装される基板に面する側に設けられることを特徴とする、請求項３の光通信モジュール。
【請求項５】
前記シールド部材は、前記光通信モジュールが回路基板に実装される際に前記光通信モジュールの姿勢を安定させることのできる支持手段を備えることを特徴とする、請求項３の光通信モジュール。
【請求項６】
前記発光素子に対応して前記回折レンズが設けられ、該回折レンズは、単一波長の光を分岐するか又は異なる波長の光を波長ごとに分岐できるパターン形状とされることを特徴とする、請求項１の光通信モジュール。
【請求項７】
前記受光素子に対応して前記回折レンズが設けられ、該回折レンズは、異なる方向から受光した同じ波長の又は波長の異なる複数の光を共通の前記受光素子に受光させることができるパターン形状とされることを特徴とする、請求項１の光通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間伝送型の光通信、又は光ファイバを利用した通信に用いられる光モジュールに関し、特に赤外線の波長域の光による光通信を行うことのできる光通信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の送受信により通信を行うためのモジュールの一例として、ＩＲトランシーバモジュールが知られている。このモジュールは比較的安価ながら、比較的短い距離の空間を結ぶ効果的な光通信を可能にする。この種の光トランシーバモジュールとしては、リードフレーム型（例えば、特許文献１中図９乃至図１１参照）と基板実装型（例えば、特許文献１中図１及び図５、特許文献２中図１乃至図７参照）の２種類が知られている。これらの両者において、光の送受信を行う部分は略共通の構成を有し、発光・受光素子、及びそれらを支持する基板を含む。発光素子としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザ、受光素子としては、ＰＩＮダイオード等が使用される。通常、基板上には他のＩＣ（集積回路チップ）が合わせて配置され、発光・受光素子と合わせて回路を構成している。各素子又はＩＣは、フリップチップ実装、或いはワイヤボンディング等の手法によって回路基板上の回路に対して電気的に接続される。
【０００３】
基板上の各素子等は、光透過性樹脂により封止されて外部から保護される。このとき、発光・受光素子は、それらの光学特性を最大限に活用するためにレンズを必要とする。通常このレンズは、光透過性樹脂を成形（モールディング）することにより一体形成される。通常の場合、レンズは樹脂成形の容易さ、設計の容易さの観点から凸型レンズとされる（例えば、特許文献１中図１又は図９参照）。しかしながら、このレンズ部分は、発光・受光素子が配置される本体部分から大きく突出するので、他の部品と組み合わせた組立モジュールを作成する際に寸法上の障害となり、また、外部からのノイズも受けやすくなる。
【０００４】
部品小型化の要請等のため、この種の光学素子のレンズに別部品としての回折素子を用いることの試みがされている（特許文献４参照）。かかる設計によれば、通信モジュール表面に突出部分は無くなるものの、回折素子を別部品として扱うという組立上の手間、或いは光学性能を一定のものにするため回折素子部品を正確に配置する難しさ等の欠点がある。
【０００５】
更に、この種の光トランシーバモジュールは、その外側にシールド部材を配置するということが多くある。シールド部材は、典型的な場合には、金属板の折り曲げ加工により形成される。シールド部材は、電磁的なノイズを最小にするべく、光の発光・受光部分を除いたモジュールの外面略全面にシールド特性を提供することが好ましい。しかしながら、上述のように従来の凸型のレンズを備えたモジュールでは、小型化の要請のために、シールド構造が突出部分を避けるような形状にする必要がある。結果として、そのシールドはモジュールの一部をカバーしない形状となり（特許文献２中図１乃至図６参照）、電磁的なノイズを受けやすい構造となってしまう。また、モジュール全てをカバーにすることも考えられはないが、比較的大寸法となってしまい、実装面積が大きくなってしまうので、実用上好ましくない（特許文献３中図４乃至図８参照）。もっとも、モジュールのうちＩＣ周辺のみを一面からシールドするのみで使用する方法もあるが（特許文献３  図１乃至３）、電磁ノイズに対して十分に保護されるものではない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９８２００号公報
【特許文献２】特開２００１−６８７２２号公報
【特許文献３】特開２００１−２６７６２７号公報
【特許文献４】特開２００１−１９６６０８号公報
【０００７】
【発明の解決すべき課題】
従って、本発明は、比較的小型にして、外部からのノイズ光を受けにくい構成の光通信モジュールを提供することを第１の目的とする。更に、本発明は、電磁ノイズの影響を受けにくい高性能の光通信モジュールを提供することを第２の目的とする。更に、本発明は、製造容易にして高性能である光通信モジュールを提供することを第３の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光信号送受信用の発光・受光素子が実装されたプリント基板と、発光・受光素子をカバーするモールドとを備える光通信モジュールにして、光信号の送受信のための発光・受光面となるモールドの一面上に、モールドを成形してなるレンズを備えた光通信モジュールを提供する。レンズは、モールド表面を加工して形成され、その表面の微細な凹凸形状を適正化することにより構成された、回折レンズ又はフレネルレンズとされる。これらのレンズは、モールドの面から大きく突出しないようにされる。従って、外部から必要とされない光は受光されにくい構造となっている。
【０００９】
光通信モジュールは、その外側に更にシールド部材を備え得る。シールド部材は、一面にプリント基板及びモールドから成るモジュール本体を受容する開口部を備え、略直方体形状を成す。更に、シールド部材は、本体を受容したときにレンズ部分に重なるよう配置される発光・受光用開口を備える。レンズ部分は、通常金属板の加工により形成されるシールド部材の内側に位置するので、機械的な損傷から保護されることとなる。
【００１０】
モジュール本体を受容するための開口部は、モジュールが実装される基板に面する側に設けられる。従って、シールドと組み立てられた光通信モジュールの完成品は、基板上に実装されて固定されたとき、開口部が基板に面することにより、基板の外側の部分でシールド部材によってカバーされない隙間部分の面積は最小とされ、十分な耐電磁ノイズ特性を有する。尚、シールド部材は、モジュールが回路基板上に実装される際に、その姿勢を安定させるために適当な支持手段を備えることができる。
【００１１】
モールドの表面に形成されるレンズの性能は、成形される凹凸形状によって決まり、レンズのパターン形状を適正なものとすることにより追加の特別な機能を持たせることもできる。一例として、発光素子に対応する回折パターンを複合的なものとし、単一の波長の光を複数の光軸に沿って進むように分岐するか、或いは異なる波長の光について波長ごとに分岐することが可能である。別の例では、受光素子に対応する回折レンズについて、そのパターンをやはり複合的なものとして加工し、異なる方向から受光した同じ波長の又は波長の異なる複数の光を共通の受光素子に受光させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる光通信モジュールについて、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の好適実施形態となる光通信モジュールの本体を表す斜視図であり、図２は、図１に示す光通信モジュールに使用される基板組立体、即ち回路基板及びその上に実装される素子及び他の集積回路を示す斜視図である。図１に示すように、光通信モジュールの本体２０は、回路基板組立体１０、及びその上に成形加工して配置される光透過性の樹脂モールド２１を含む。樹脂モールド２１の表面には、レンズ２２、２４が一体的に成形されて構成される。レンズ２２は、信号光の受光用に、レンズ２４は、信号光の発光用にそれぞれ使用される。この種の光通信モジュールでは、使われる信号光は赤外光とされる。
【００１４】
図２には、本体２０の完成前の状態で、プリント回路基板１１上に樹脂モールド２１を形成する前の状態を示している。図示されるように、プリント回路基板１１の一面には、受光素子１２、及び発光素子１４が実装され、それぞれに関連して駆動制御他の用途のためのＩＣ（集積回路）１３、１５が実装配置される。受光素子１２、発光素子１４と、各ＩＣ１３、１５との間の電気的接続のために、プリント回路基板１１の表面には適正な回路配線１８が形成され、必要な部分には、ワイヤボンディング１７による電気的相互接続が施される。尚、図２は、各要素の機能を簡易的に説明するためのものであり、回路配線１８は、その全てを示しているものではない。図１を共に参照して理解されるように、受光素子１２、発光素子１４、ＩＣ１３、１５、回路配線１８、及びワイヤボンディング１７は、その後にそれらを包囲するように配置される樹脂モールド５０によって外部から保護される。
【００１５】
回路基板組立体１０上に樹脂モールド２１が成形されるときには、受光素子１２に重なる位置に受光レンズ２２、発光素子１４に重なる位置に発光レンズ２４がそれぞれ形成される。受光レンズ２２、発光レンズ２４は、モールド表面が適当な凹凸形状となるよう成形加工することにより実現される。本実施形態では、レンズは、回折レンズ又は前記フレネルレンズとされる。モールド表面近傍の所定厚さ部分を成形加工することにより、これらのレンズが実現される。レンズが機械的に損傷を受けるのを極力防止するために、レンズ部分は、モールド表面から突出しないようにし、好ましくは一段凹んだ部分に形成される。
【００１６】
図２に示されるように、プリント回路基板１１の底端には、断面が半円形となる複数の凹溝１６が設けられ、更に、これらの凹溝１６周辺にパターン形成された導電性部分１９が設けられる。これらの凹溝１６、導電性部分１９によって基板接続部が画定される。基板接続部は、光通信モジュールの本体２０が、図示しない他の回路基板上に半田付け等の手法により実装されるとき、その回路基板とプリント回路基板１１とを電気的相互接続するために使用される。図２には、回路配線１８に接続されない導電性部分１９も示されるが、これはあくまでも例示的なものであることは、前述のとおりである。
【００１７】
図１、図２に示す実施形態では、光通信モジュールの本体２０は、光信号の送受信の方向を実装回路基板面と略平行とするものであるので、基板接続部４３はプリント回路基板３０の一端に沿って形成される。しかしながら、光信号の送受信方向は、実装回路基板面に対して所定の角度としても良い。例えば、光信号の送受信方向を実装回路基板面に直交する方向とする場合には、光通信モジュール内の回路基板は、実装回路基板と同じ面方向を向くので、実装基板との電気的な接続部は、モジュール基板の両端縁に沿って、又はモジュール基板の裏面に形成しても良い。
【００１８】
図３及び図４は、図２に示す光通信モジュールの本体２０の外側に、更にシールド部材を取り付ける型の実施形態を説明するための斜視図であり、図３は、組立前の状態を示す図、図４は、組立後の状態を示す図である。図示されるように、シールド部材５０は、一面に開口５５を有する箱体とされ、開口５５から本体２０を受容できる形状とされる（矢印Ａ１参照）。
【００１９】
シールド部材５０の一面には、受光用開口５２、発光用開口５４が形成される。シールド部材５０が本体２０を受容して、光通信モジュール７０を完成するときに、これらの開口５２、５４は、それぞれ受光レンズ２２、発光レンズ２４に重なる位置に形成され、これにより、モジュール本体２０と外部との光信号の送受信が可能となる。本体２０がシールド部材５０に受容されるときには、本体２０の底面を除く略全面がシールド部材５０により包囲されるので、良好なシールド特性が提供される。更に、底面には、凹溝１６、導電性部分１９からなる基板接続部が露出されるようにして配置されているが、シールド部材５０を含む完成品モジュール７０が、図示しない他の回路基板に実装されるとき、この底面は、他の回路基板の一面に面するので、その図示しない回路基板にも適正な接地回路を設けることで、実装された状態でシールド特性を改善することも可能である。
【００２０】
シールド部材５０は、通常は、金属板の折り曲げ加工により形成されるが、導電性材料の鋳造品等によっても製造され得る。尚、シールド部材５０には、更に、完成された光通信モジュールが実装される他の基板に適切な接地接続するための接地接続部分を設けることも可能である。この場合、接地接続部分は、リフロー工程における光通信モジュールの姿勢を維持し、且つ光通信モジュールを実装基板に強固に固定する機能を有し得る。他の場合には、シールド部材５０と回路基板組立体１０の回路基板とがまず相互に接地接続され、次にその回路基板１１の基板接続部を介して、他の回路基板との接地相互接続が行われるようにしても良い。
【００２１】
本発明により、モールド表面に加工された回折レンズによれば、その形状を複合的なものとして構成することにより、一の発光素子又は受光素子に対応する光の分岐、或いは混合を容易に実現できる。即ち、レンズの凹凸形状を適当な形に成形するのみで、光通信モジュールの送受信に関わる光信号に複数の伝播方向を決定することができる。この点は、特に比較的近い距離に置かれた複数の装置間の光通信に有益である。
【００２２】
図５には、そのような応用の一例が示される。図５に示す例では、回路基板３１上に置かれた光通信モジュール２０、７０と、他の装置に関連する２つの通信デバイス３２、３３とが、１対２の関係となる通信の例を示している。この例によれば、例えば、通信のための信号が光通信モジュール２０、７０からの出力信号であったときは、同一の信号２５、２６が同時に２つの通信デバイス３２、３３に提供される。或いは、通信のための信号が光通信モジュール２０への入力信号であったときには、異なる通信デバイス３２、３３からの信号２５、２６が同時に受信され、光通信モジュール２０、７０内の同一の検出手段により検出される。尚、これらの例において、分岐される光、或いは混合される光は、同一波長に限られず、相違する波長であっても良い。この場合、受光又は発光のレンズは、各波長の回折に対応した複合型のレンズとされる。
【００２３】
尚、図５に示す実施形態においても、光通信モジュールは、実装基板に対して交差する方向に伝播する光を送受信できる応用が考えられる。図示しないが、そのような場合には、一つの光通信モジュールは、他の１又は複数の回路基板との通信が可能となる。尚、図５中の参照番号３４は、通信デバイス３２、３３を包囲する保護カバーを示すものであり、シールド特性を有するものであることが好ましく、その形状は種々のものが考えられ得る。
【００２４】
以上のごとく、本発明の好適実施形態となる光通信モジュールについて詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであり、本発明を制限するものではなく、更に様々な変形、変更が可能である。例えば、上述の実施形態は、空間伝送の例であるが、本発明による光通信モジュールは、光ファイバの端部に結合されるファイバ結合用モジュールにも使用可能である。例えば、ファイバ結合用モジュール内に置かれる本発明の光通信モジュールは、受光側、発光側のそれぞれで単一又は複数の光ファイバとの光学的な結合が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施形態となる光通信モジュールの本体を表す斜視図である。
【図２】プリント回路基板上に樹脂モールドを形成する前の状態を示す斜視図である。
【図３】モジュール本体にシールド部材を取り付ける態様を示す斜視図である。
【図４】モジュール本体とシールド部材とを組み合わせた状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の光通信モジュールの変形例を用いた通信の応用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０          回路基板組立体
２０          光通信モジュール本体
２１          樹脂モールド
２２          受光レンズ
２３          発光レンズ
３０          プリント回路基板
５０          シールド部材
７０          シールド付光通信モジュール
【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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