(57)【要約】【課題】実装時の歩留まりを高くすることにより、安定して生産することを可能とした光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供する。【解決手段】光並列伝送モジュール１は、発光素子アレイ１０を気密的に封止したカンパッケージ１１と、光ファイバアレイ２０を保持固定した光ファイバコネクタ２１と、光素子アレイ１０と光ファイバアレイ２０とを光学的に結合する単一の球レンズ３０を保持固定した鏡筒３１とにより構成されている。【選択図】図１
2007304267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子アレイと、
光ファイバアレイと、
前記光素子アレイの各素子に共通に設けられ、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとを光学的に結合するレンズとを備えたことを特徴とする光並列伝送モジュール。
【請求項２】
前記光素子アレイは、密閉容器に収容され、
前記レンズは、前記密閉容器に嵌合する鏡筒内に保持されてなることを特徴とする請求項１に記載の光並列伝送モジュール。
【請求項３】
前記鏡筒は、前記光ファイバアレイを保持するコネクタを位置決めする位置決め部を有してなることを特徴とする請求項２に記載の光並列伝送モジュール。
【請求項４】
前記光素子アレイと前記光ファイバアレイは、結像関係となるように保持されてなることを特徴とする請求項１に記載の光並列伝送モジュール。
【請求項５】
上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光並列伝送モジュールを送受信器として用いてなることを特徴とする光並列伝送システム。
【請求項６】
前記光素子アレイは、発光素子アレイであり、前記光ファイバアレイに対する結像関係を拡大光学系とした構成を有し、
前記光素子アレイは、受光素子アレイであり、前記光ファイバアレイに対する結像関係を縮小光学系とした構成を有してなることを特徴とする請求項５に記載の光並列伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子アレイと光ファイバアレイとを光学的に結合させる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムに係わり、特に、実装時における歩留まりの向上を図ることができるとともに、安定して生産することができる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信分野においても、必要とされるデータ伝送容量の増大、及び通信の高速化などに伴い光並列データ伝送技術が要求されてきている。
【０００３】
この光並列データ伝送技術においては、一般に、システム全体の小型化を図るため、アレイ状の光素子とリボン光ファイバのようなアレイ状の導光路とにより光並列伝送モジュールが構成されている。この光並列伝送モジュールでは、光素子アレイと導光路アレイとの間で高い光結合効率を得ることと、湿気などによって劣化し易い光素子アレイを気密封止することが必要となる。
【０００４】
この種の従来の光並列伝送モジュールとして、例えば、半導体レーザアレイと光ファイバアレイとをレンズアレイを介して結合させた構造の光半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
上記特許文献１に記載された光半導体モジュールは、半導体レーザアレイとレンズアレイとを同一のパッケージ内に配置固定している。レンズアレイは、パッケージの端部窓材として使用されており、レンズアレイ外周部とパッケージの接合部を、はんだあるいは低融点ガラス等の気密封止材で固定している。このような半導体レーザアレイ及びレンズアレイを組み込んだパッケージと、光ファイバアレイを組み込んだパッケージとが光伝達関係にあるように脱着自在に固定されている。
【特許文献１】特開平５−３２３１５９号公報（図１〜図４及びその説明箇所）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された光半導体モジュールは、レンズアレイのピッチが半導体レーザアレイのピッチと同一の寸法に設定されており、半導体レーザアレイ１ピッチごとに１個のレンズで集光させるようになっている。
【０００７】
そのレンズ１個の大きさは、約２５０μｍ程度である。このため、高い精度で接続して光結合効率を高めるのには、半導体レーザアレイ及びレンズアレイ間の間隔を約２００〜３００μｍ程度の間隔寸法に設定することが必要となる。これに伴い、光素子アレイとリード端子とを電気的に接続するワイヤボンディングのループ高さを低くしなければならなくなるという実装に対する制約が増えるという問題点がある。
【０００８】
また、レンズアレイのレンズの光軸と水平な方向に数μｍ以下の配列精度（実装密度）で半導体レーザアレイを実装する必要があり、実装時の歩留まりを低下させるという問題点がある。
【０００９】
また、この従来の光半導体モジュールでは、半導体レーザアレイ及びレンズアレイ間の間隔が狭くなり、光出力の有無を検出するモニタＰＤ等をレンズアレイと同一のパッケージ内に収納することが困難になるという問題点をも有している。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解消するためになされたものであり、実装時の歩留まりを高くすることにより、安定して生産することを可能とした光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供する。
【００１２】
［１］光素子アレイと、光ファイバアレイと、前記光素子アレイの各素子に共通に設けられ、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとを光学的に結合するレンズとを備えたことを特徴とする光並列伝送モジュール。
【００１３】
上記構成によると、光並列伝送モジュールの組立時間の短縮と歩留まりを向上させ、安定して生産することができる。歩留まりと生産性を向上させることで、光並列伝送モジュールの低コスト化や光接続機構の小型化を容易にかつ確実に達成することができる。
【００１４】
［２］上記［１］記載の構成にあって、前記光素子アレイは、密閉容器に収容され、前記レンズは、前記密閉容器に嵌合する鏡筒内に保持されてなることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、光素子アレイを湿気などにより劣化することを防止することができる。
【００１５】
［３］上記［２］記載の構成にあって、前記鏡筒は、前記光ファイバアレイを保持するコネクタを位置決めする位置決め部を有してなることを特徴としている。上記［２］の作用効果に加えて、光素子アレイ及び光ファイバアレイ間の光の接続を簡単にかつ確実に行うことができるようになる。
【００１６】
［４］上記［１］記載の構成にあって、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイは、結像関係となるように保持されてなることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、発光素子アレイの放射角を小さくすることができるようになり、光結合損失を低減することができるとともに、安定して高い光伝送効率を得ることができるようになる。
【００１７】
［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の光並列伝送モジュールを送受信器として用いてなることを特徴とする光並列伝送システムにある。
【００１８】
上記構成によると、結合損失の増加（結合効率の低下）を防止することを可能とし、複数の光素子アレイがユニット化された光並列伝送システムを構成することができる。
【００１９】
［６］上記［５］記載の構成にあって、光素子アレイが発光素子アレイであり、光ファイバアレイに対する結像関係を拡大光学系とした構成を有し、光素子アレイが受光素子アレイであり、光ファイバアレイに対する結像関係を縮小光学系とした構成を有してなることを特徴としている。上記［５］の作用効果に加えて、発光素子アレイにおける各素子のコア径よりも受光素子アレイの各素子の受光面でのビーム径を小さくすることができるようになり、受光素子アレイにおける受光径の小さい素子に対しても、高い光結合効率が得られる。また、位置ずれに対するトレランスを向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、実装時の歩留まりを高くすることにより、安定して生産することを可能とした光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図１は、本発明に係わる第１の実施の形態である単一のレンズを用いた送信側の光並列伝送モジュールの一構成例を概略的に示す断面図、図２は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図であり、図３は、光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。なお、この第１の実施の形態にあっては、送信側の光並列伝送モジュールを例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば受信側の光並列伝送モジュールに好適に使用することができることは勿論である。
【００２３】
図１において、符号１は、送信側の光並列伝送モジュールを示している。この光並列伝送モジュール１の基本構成は、図１に示すように、送信側の光素子アレイである発光素子アレイ１０と、複数本の光ファイバを内包する光リボンファイバアレイ（光ファイバアレイ）２０と、発光素子アレイ１０及び光ファイバアレイ２０を光学的に結合する単一の球レンズ３０とを有している。
【００２４】
また、送信側の光並列伝送モジュール１は、発光素子アレイ１０を気密的に封止したカンパッケージ１１と、単一の球レンズ３０を保持固定した鏡筒３１と、光ファイバアレイ２０を保持固定した光ファイバコネクタ２１とからなる３つの構成部品により構成されている。
【００２５】
次に、カンパッケージ１１、鏡筒３１及び光ファイバコネクタ２１について具体的に説明する。
【００２６】
（カンパッケージ）
カンパッケージ１１は、図１に示すように、円板状の金属ステム１２と、金属ステム１２上に図示しないマウントを介して位置決め固定された発光素子アレイ１０とを有している。この第１の実施の形態にあっては、発光素子アレイ１０としては、２５０μｍピッチの１×４ＶＣＳＥＬアレイ（表面発光型半導体レーザ）が使用されている(以下「ＶＣＳＥＬアレイ１０」という。)。なお、送信側の光素子アレイとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光ＬＥＤ、共振器形ＬＥＤ、端面発光型レーザダイオードなどを使用することができる。
【００２７】
カンパッケージ１１の一構成部品である金属ステム１２上には、円筒状の金属キャップ１３が外方に突出する円環状のフランジを介して気密に固着されている。金属ステム１２と金属キャップ１３とにより囲まれた内部には、密閉空間３が形成されている。その密閉空間３内には、例えば、窒素ガス等の不活性ガスが封入された状態で封止されている。金属キャップ１３の筒部内には、鏡筒３１の筒部と同心円状に形成された開口部１３ａを有している。
【００２８】
この開口部１３ａの底部の一部には、内周面から中心に向かう円形状の開口窓部１３ｂが形成されている。この開口窓部１３ｂには、円板形をなすカバーガラス１５が低融点ガラス、エポキシ樹脂などにより固着されている。この開口窓部１３ｂは、ＶＣＳＥＬアレイ１０から照射されたレーザ光を透過する透過窓としての機能を有している。
【００２９】
金属ステム１２のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図示しない外部装置と電気的に接続する５リードピン１４，…，１４が突設されている。各リードピン１４は、所定の間隔をおいて電気的に絶縁された状態で配されている。各リードピン１４の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。１×４  ＶＣＳＥＬアレイの構成として、ｐ側を個別電極とし、ｎ側を共通電極とした場合は、最低でもアレイ数＋１の外部電極が必要となる。
【００３０】
なお、カンパッケージ１１としては、例えば、金属ステム１２と金属キャップ１３とを一体に形成した密閉容器であってもよいことは勿論である。
【００３１】
（鏡筒）
金属ステム１２の金属キャップ１３に外嵌固定された鏡筒３１は、図１及び図２に示すように、絶縁性の樹脂材からなる筒状の直方体形状をなしており、金属ステム１２の金属キャップ１３に接着剤にて固着されている。なお、鏡筒３１が金属材料からなる場合は、ＹＡＧ溶接により固着することができる。
【００３２】
鏡筒３１の筒部内は、金属ステム１２の金属キャップ１３を内嵌固定する大径の円形開口部３１ａと、この円形開口部３１ａの内周面から中心に向かう小径の円形開口部３１ｂとを有する段部形状をなしている。鏡筒３１の大径の円形開口部３１ａは、球レンズ３０及びＶＣＳＥＬアレイ１０間の位置関係を調整することができる深さ寸法に設定されている。鏡筒３１の小径の円形開口部３１ｂの内部には、球レンズ３０が保持固定されている。鏡筒３１の金属ステム１２と反対側の端部開口面には、光ファイバコネクタ２１を位置決め固定する位置決め部である一対のガイド孔３１ｃ，３１ｃが穿設されている。ガイド孔３１ｃは、球レンズ３０及び光ファイバコネクタ２１間の位置関係を調整することができる深さ寸法に設定されている。
【００３３】
球レンズ３０は、図１及び図２に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に対して共通のレンズとして設けられており、金属ステム１２の軸心と一致させた状態で配されている。球レンズ３０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチ、ビット数及び放射角などに応じてレンズによるケラレが生じない大きさに設定することが肝要である。図示例にあっては、直径が４ｍｍであり、焦点距離が３ｍｍである単一の球レンズ３０が使用されている。単一の球レンズ３０に収差の問題がある場合は、単一の球レンズ３０に代えて、非球面レンズや複合レンズ系などの他のレンズを使用することができる。
【００３４】
（光ファイバコネクタ）
鏡筒３１に取り付けられる光ファイバコネクタ２１の一端側には、図１及び図２に示すように、一対のガイドピン２１ａ，２１ａが鏡筒３１のガイド孔３１ｃと対応する位置に突設されている。
【００３５】
光ファイバコネクタ２１の他端側には、複数本の２５０μｍピッチの光ファイバを内包する光リボンファイバ２０が接続されている。光リボンファイバ２０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光面が光ファイバの光軸と略同一方向となるように配される。この第１の実施の形態では、光リボンファイバ２０の複数本の光ファイバは、光ファイバコネクタ２１の一端側の結合面に露出されており、２５０μｍピッチの間隔をもって一列状態で保持されている。
【００３６】
（光学素子の位置関係）
次に、ＶＣＳＥＬアレイ１０、光ファイバアレイ２０及び単一の球レンズ３０の光学素子の位置関係について、図３を参照して具体的に説明する。
【００３７】
図３は、光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。
【００３８】
鏡筒３１の筒部内に保持固定された球レンズ３０の設置位置は、図３に示すように、鏡筒３１に取り付けた光ファイバコネクタ２１の光ファイバアレイ２０の入射端面から球レンズ３０の主点Ｏまでの間の距離（Ｘ２＋ｆ）、及びカンパッケージ１１に収納したＶＣＳＥＬアレイ１０から球レンズ３０の主点Ｏまでの間の距離（Ｘ１＋ｆ）を、球レンズ３０の焦点距離ｆの２倍の距離（例えば、６ｍｍ）にそれぞれ設定されている。球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１は、球レンズ３０の焦点距離ｆと同一の間隔寸法に設定されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置の像側焦点から光ファイバアレイ２０の入射端面までの間の距離Ｘ２も球レンズ３０の焦点距離ｆと等しい間隔寸法に設定されている。光ファイバアレイ２０の入射端面は、球レンズ３０の結像位置に配されている。
【００３９】
この第１の実施の形態によれば、物体と像の倍率ｍは、ｍ＝ｆ／Ｘ＝ｆ／ｆ＝１（等倍結像）となるように構成されている。これにより、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチＰ１と、ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置でのビームスポットのピッチＰ２とが等しくなるとともに、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光スポット径と、ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置でのビームスポットのビーム径とは等しくなる。光ファイバアレイ１０の入射端面は、上述したように、球レンズ３０の結像位置に配されているので、光ファイバアレイ１０と光接続されることとなる。
【００４０】
（光学素子の位置調整）
ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子の光軸調整を行う際に、各素子の光出力をファイバ端でモニタしながら、あるいは受信側の光並列伝送モジュールの各素子の光電流をモニタしながら行うアクティブアライメントにより、カンパッケージ１１に鏡筒３１を固着することができる。この場合は、ＶＣＳＥＬアレイ１０をカンパッケージ１１に実装する位置精度を、一般的なダイボンド工程において実装した場合に実現できる精度である±５０μｍ程度の実装位置のずれに緩和することができる。
【００４１】
なお、上記のごとく構成された光並列伝送モジュール１の構造、形状及び構成部材は、図示例に限定されるものではないことは勿論である。
【００４２】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）光並列伝送モジュール１の組立時間の短縮と歩留まりを向上させ、安定して生産することができるようになり、光並列伝送モジュール１の低コスト化や光接続機構の小型化を達成することができる。
（ロ）ＶＣＳＥＬアレイ１０を湿気などにより劣化することを防止することができる。
（ハ）ＶＣＳＥＬアレイ１０及び光ファイバアレイ２０間の光の接続を簡単にかつ確実に行うことができるようになる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図４は、本発明に係わる第２の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図４（ａ）は、送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図、図４（ｂ）は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線の矢視断面図である。
【００４４】
これらの図において上記第１の実施の形態と大きく異なるところは、球レンズ３０に代えて、中心軸に対して垂直な平面部３２ａ，３２ａが形成された部分加工球レンズ３２を有する点、カンパッケージ１１に代えて、セラミックパッケージ１６を有している点にある。なお、これらの図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４において、符号３２は、屈折率が略均一なガラス製の部分加工球レンズを示している。セラミックパッケージ１６に外嵌固定された鏡筒３１の大径の開口部３１ｂ内には、単一の部分加工球レンズ３２が保持固定されている。この第２の実施の形態にあっても、単一の部分加工球レンズ３２をＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に共通のレンズとして使用することができる。
【００４６】
鏡筒３１は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、樹脂材からなる細長い扁平筒状の直方体形状をなしている。鏡筒３１のセラミックパッケージ１６と反対側の端部開口面には、図示しない光ファイバコネクタを位置決め固定する一対のガイド孔３１ｃ，３１ｃが形成されている。セラミックパッケージ１６内には、図示しないマウントを介して位置決め固定されたＶＣＳＥＬアレイ１０が配されている。この第２の実施の形態にあっては、２５０μmピッチの１×１２ＶＣＳＥＬアレイが使用されている。セラミックパッケージ１６とＶＣＳＥＬアレイ１０から照射されたレーザ光を透過する細長いカバーガラス１５とにより囲まれた密閉空間３内には、例えば、窒素ガスが充填される。
【００４７】
セラミックパッケージ１６のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図４（ａ）に示すように、外部装置と電気的に接続するための例えば１４個（共通電極を２箇所とった場合）の電極１７，…，１７が設けられている。各電極１７は、所定の間隔をもって電気的に絶縁された状態で配されている。各電極１７の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。
【００４８】
鏡筒３１の大径の開口部３１ｂ内に保持固定された部分加工球レンズ３２は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０の出射端面（発光点）と略同一方向となるように配された円弧面部と、中心軸に対して垂直な平面部３２ａ，３２ａとを有している。部分加工球レンズ３２の各平面部３２ａは、ＶＣＳＥＬアレイ１０の出射端面の配列方向と直交する方向にそれぞれ形成されている。部分加工球レンズ３２の外郭形態は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子の配列方向に対して、水平方向よりも垂直方向の長さを短い寸法に設定されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光点の配列方向に対しては、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチ及びビット数などに応じて、レンズによるケラレが発生しないような大きさに設定することが肝要である。この第２の実施の形態においては、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光点の配列方向と垂直な方向については、ビット数に関わらず１ビットの放射光に対するレンズのケラレが発生しないように構成することができる。
【００４９】
図５は、部分加工球レンズ３２の作製方法を説明するための概略説明図である。同図において、図示を省略した回転する研削ホイールが、同じく図示しない加工装置に対して垂直方向に上下動可能に配される。部分加工球レンズ３２を作製するにあたっては、球レンズの一部を研削する。定法に従い加工装置に回転駆動可能に把持された球レンズを回転させ、回転する球レンズの両側面を研削ホイールにて、図５に示す斜線部分を研削する。そして、一対の研削面を光が散乱しない鏡面に研磨することにより、中心軸に対して垂直な一対の平面部３２ａ，３２ａを有する部分加工球レンズ３２を作製することができる。
【００５０】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
（イ）光並列伝送モジュールの小型化や薄型化を達成することができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図６は、本発明に係わる第３の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図６は、送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。同図において上記各実施の形態と大きく異なるところは、光入出力の有無を検出するモニタＰＤ１８をカンパッケージ１１内に収納している点にある。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
【００５２】
図６において、符号１８はモニタＰＤを示している。この第３の実施の形態にあっても、カンパッケージ１１の円板状の金属ステム１２上には、サブマウント１９を介して位置決め固定されたＶＣＳＥＬアレイ１０が搭載されている。金属ステム１２上には、円筒状の金属キャップ１３が外方に突出する円環状のフランジを介して気密に固着されている。
【００５３】
この金属キャップ１３の頂部は、図６に示すように、鏡筒３１の筒部と同心円状に形成されており、軸線に対して斜めに横断して切断した開口窓部１３ｂを有している。この開口窓部１３ｂの開口端面は、開口窓部１３ｂの対面方向から見てほぼ楕円形状をなしている。この開口窓部１３ｂには、楕円形状をなすカバーガラス１５がエポキシ樹脂などにより固着されている。このカバーガラス１５には、図示しない５０％の透過率を有するフィルタがコーティングされている。
【００５４】
金属ステム１２の金属キャップ１３に外嵌固定された鏡筒３１の筒部内には、図６に示すように、単一の球レンズ３０が保持固定されている。この球レンズ３０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に共通に設けられている。金属ステム１２のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図示しない外部装置と電気的に接続するための６本（モニタPDの出力端子が最低一本は必要となる）のリードピン１４，…，１４が所定の間隔をおいて電気的に絶縁された状態で配されている。各リードピン１４の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。
【００５５】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
（イ）ＶＣＳＥＬアレイ１０及びカバーガラス１５間の間隔を大きい寸法に設定することができるようになり、カバーガラス１５による反射光をモニタＰＤ１８へ入射させ易くすることができる。
（ロ）金属キャップ１３の頂部が、軸線に対して斜めに横断して切断した斜め金属キャップとして形成されているので、モニタＰＤ１８への入射光量を増加させることができる。
（ハ）カバーガラス１５にコーティングしたフィルタは、モニタＰＤ１８への入射光量を増加させることができるとともに、送信側の光並列伝送モジュール１からの光出力を抑えることができるようになり、レーザの安全性を確保するとともにレーザーの安定動作を行うことが可能となる。
【００５６】
［第４の実施の形態］
（受信側の光並列伝送モジュールの構成）
図７は、本発明に係わる第４の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図７は、受信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。同図において上記各実施の形態と大きく異なるところは、中心軸に対して垂直な一対の平面部３２ａ，３２ａが形成された部分加工球レンズ３２と光接続する光素子アレイを受信側の光並列伝送モジュールに適用している点にある。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。
【００５７】
図７において、符号２は、受信側の光並列伝送モジュールを示している。この光並列伝送モジュール２の基本構成は、受光素子アレイであるフォトダイオード（ＰＤ）アレイ４０と、図示しない光ファイバコネクタの光ファイバアレイとを光学的に結合する単一の部分加工球レンズ３２とにより構成されている。この部分加工球レンズ３２を収納した鏡筒３１及び光ファイバコネクタの構成は、上記各実施の形態と変わるところはない。
【００５８】
光入射側のＰＤパッケージ４１内には、サブマウント４２を介してフォトダイオード（ＰＤ）アレイ４０が実装されるとともに、駆動用ＩＣ４３が実装されている。ＰＤアレイ４０、駆動用ＩＣ４３及びＰＤパッケージ４１の各電極が、ボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。このＰＤアレイ４０は、印加されたバイアス電圧に基づき受光面に対して照射された光の光量に応じた電気的な変換信号に変換する光電変換素子であり、単一の部分加工球レンズ３２を介して光ファイバコネクタの光ファイバアレイからの入射光を受光するようになっている。ＰＤの出力電流は、駆動用ＩＣ４３に入力されて電気信号に変換され、複数の電極４４，…，４４から図示しない外部装置へと出力される。
【００５９】
（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）ＰＤアレイ４０及び駆動用ＩＣ４３間の間隔寸法が短く設定できることで、ＳＮ比の改善、電磁波放射やイミュニティ耐性（電磁波妨害耐性）の改善、実装面積の縮小などを達成することができる。
【００６０】
［第５の実施の形態］
（光並列伝送システムの構成）
図８は、本発明に係わる第５の実施の形態である光並列伝送モジュールを用いた光並列伝送システムの一構造例を示している。図８は、光並列伝送システムの構成を概略的に示す概略説明図である。この第５の実施の形態では、受信側の光並列伝送モジュール２のＰＤパッケージ４１は、送信側の光並列伝送モジュール１のカンパッケージ１１と同一の外郭形態をなしている。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。
【００６１】
図８において、符号１００は、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２とが光ファイバアレイ２０を介して信号を送受信する光並列伝送システムを示している。
【００６２】
この光並列伝送システム１００では、送信側の光並列伝送モジュール１のリードピン１４に電気信号を印加すると、カンパッケージ１１内に実装されたＶＣＳＥＬアレイ１０が光信号を出射し、鏡筒３１内に実装された単一の球レンズ３０により集光されて、光ファイバコネクタ２１の光ファイバアレイ２０を介して受信側の光並列伝送モジュール２へと導かれる。
【００６３】
一方、ＰＤパッケージ４１内に実装されたＰＤアレイ４０では、光ファイバアレイ２０から入力した光信号を出射し、鏡筒３１内の単一の球レンズ３０により集光されて、ＰＤパッケージ４１内に実装された駆動用ＩＣ４３に入力されて電気信号に変換され、リードピン１４から図示しない外部装置へと出力される。
【００６４】
（光学素子の位置関係）
次に、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合について、図９を参照して具体的に説明する。
【００６５】
図９は、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合状態を示す模式図である。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。
【００６６】
一般に、レンズによる結像関係における物体と像の大きさの関係は、レンズの焦点距離をｆとし、レンズの物体側焦点から物体までの間の距離をＸ１とし、像側焦点から像までの間の距離をＸ２とすると、Ｘ１×Ｘ２＝ｆ２の寸法関係が成り立つ。物体と像の倍率ｍは、m=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係となっている。レンズの物体側焦点から物体までの間の距離Ｘ１がレンズの焦点距離ｆよりも短い場合には、像の大きさは、物体よりも大きくなる（ｍ＞１、拡大光学系）。これとは逆に、レンズの物体側焦点から物体までの間の距離Ｘ１がレンズの焦点距離ｆよりも長い場合には、像の大きさが、物体よりも小さくなる（ｍ＜１、縮小光学系）。
【００６７】
ここで、光並列伝送システムの構成においては、ＶＣＳＥＬアレイが物体側であり、ＰＤアレイは像側であると見なすことができる。この第５の実施の形態によれば、光並列伝送システム１００は、図９に示すように、送信側の光素子アレイであるＶＣＳＥＬアレイ１０側に拡大光学系を形成しており、受信側の光素子アレイであるＰＤアレイ４０側に縮小光学系を形成している。これにより、光ファイバアレイ２０のピッチよりも小さいピッチの光素子アレイ１０，４０との結合が可能となる。
【００６８】
この第５の実施の形態によると、送信側の光並列伝送モジュール１のＶＣＳＥＬアレイ１０側では、球レンズ３０の焦点距離ｆと、光ファイバアレイ２０の端面から球レンズ３０の像側焦点までの間の距離Ｘ２とが、図９（ａ）に示すように、Ｘ２＝２ｆの関係を有している。球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１とは、Ｘ１＝ｆ／２の関係を有している。
【００６９】
送信側の光並列伝送モジュール１では、球レンズ３０が、光ファイバアレイ２０の端面から球レンズ３０の像側焦点までの間の距離Ｘ２をＸ２＝２ｆとなるように鏡筒３１内に配置されるとともに、球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１をＸ１＝ｆ／２となるように鏡筒３１内に配置されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光は、光ファイバアレイ２０の端面と光結像されることとなる。物体と像の倍率ｍ=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係に基づき算出すると、このときの倍率ｍは、ｍ＝２となる。これにより、ピッチＰ１が１２５μｍであるＶＣＳＥＬアレイ１０で、ピッチＰ２が２５０μｍである光ファイバアレイ２０と光学的に接続することができる。
【００７０】
一方、受信側の光並列伝送モジュール２のＰＤアレイ４０側では、図９（ｂ）に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０側とは逆の関係となっており、球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の物体側焦点からＰＤアレイ４０までの間の距離Ｘ１とが、Ｘ１＝２ｆの関係を有している。球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の像側焦点からＰＤアレイ４０の受光面までの間の距離Ｘ２とは、Ｘ２＝ｆ／２の関係を有している。
【００７１】
受信側の光並列伝送モジュール２では、球レンズ３０が、球レンズ３０の物体側焦点からＰＤアレイ４０までの間の距離Ｘ１をＸ１＝２ｆとなるように鏡筒３１内に配置されるとともに、球レンズ３０の像側焦点からＰＤアレイ４０の受光面までの間の距離Ｘ２をＸ２＝ｆ／２となるように鏡筒３１内に配置されている。これにより、光ファイバアレイ２０からの出射光は、ＰＤアレイ４０の受光面で結像される。物体と像の倍率ｍ=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係に基づき算出すると、このときの倍率ｍは、ｍ＝０．５となるので、ピッチＰ２が２５０μｍである光ファイバアレイ２０で、ピッチＰ１が１２５μｍであるＰＤアレイ４０に光学的に接続することができる。
【００７２】
上記構成によると、ＶＣＳＥＬアレイ１０の１ビットの発光スポット径、放射角に対して光ファイバアレイ２０の端面でのビーム径（コア径）、放射角は、それぞれ２倍、０．５倍となる。ＰＤアレイ４０の受光面でのビーム径は、光ファイバアレイ２０の端面でのビーム径の０．５倍となる。
【００７３】
ところで、光並列伝送では、コア径５０μｍ、ＮＡ（開口数）＝０．２（最大受光角θ＝１１．６°）のＧＩマルチモードファイバが一般的に用いられる。ＶＣＳＥＬアレイ１０の１ビットの発光スポット径は、５〜２０μｍであり、その放射角は、全角で１０〜３０°である。この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００によると、光ファイバアレイ２０の入射端面では、ビーム径は１０〜４０μｍとなり、入射角は５〜１５°となり、ＮＡのミスマッチによる結合損失を改善することができる。倍率ｍを大きくし過ぎると、ビーム径の違いによる結合損失が増加することとなるので、倍率ｍは、ｍ＝１〜２を満足させることが好適である。
【００７４】
また、１Ｇｂｐｓ以上の伝送速度に用いられるＰＤアレイの受光径は、４０〜１００μｍであり、ＰＤアレイの受光面でのビーム径は、光ファイバアレイの出射端面でのビーム径（コア径）の１／２（２５μｍ）であるので、この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００によると、光結合効率あるいは位置ずれに対するトレランスを改善することができるようになる。ＰＤアレイ４０側では、倍率を小さく設定することが、光結合効率や位置ずれトレランスを向上させるという点では望ましいが、倍率を小さく設定するのには、光学系、すなわちモジュールサイズが大きくなるので、倍率ｍとしては、ｍ＝０．５〜１を満足させることが好適である。
【００７５】
この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００では、送信側の光ファイバアレイ２０に対する結像関係を拡大光学系に形成することができる。拡大光学系の横倍率（像の高さ）は１〜２を満足させることが好適である。受信側の光ファイバアレイ２０に対する結像関係を縮小光学系に形成することができる。縮小光学系の横倍率（像の高さ）としては、０．５〜１を満足させることが好適である。
【００７６】
（第５の実施の形態の効果）
上記第５の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）ピッチを小さくすることで材料費や加工費を低減することができるようになり、チップサイズの小さい光素子アレイ１０，４０を使用することができるようになる。
（ロ）結合損失の増加（結合効率の低下）を防止することを可能とした光並列伝送モジュール１００によって、複数の光素子アレイ１０，４０がユニット化された光並列伝送システムをも得ることができる。
【００７７】
なお、本発明に係わる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムは、上記各実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係わる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムは、ホームネットワークやＬＡＮなどの短距離光通信、大中距離光通信、高速通信(ギガビット)などの各種の光通信機器や光通信システムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態である単一のレンズを用いた送信側の光並列伝送モジュールの一構成例を概略的に示す断面図である。
【図２】光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図である。
【図３】光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態である送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図、（ｂ）は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図、（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線の矢視断面図である。
【図５】部分加工球レンズ３２の作製方法を説明するための概略説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態である送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態である受信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態である光並列伝送システムの構成を概略的に示す概略説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）はぞれぞれ図８に示す送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
１                送信側の光並列伝送モジュール
２                受信側の光並列伝送モジュール
３                密閉空間
１０              ＶＣＳＥＬアレイ
１１              カンパッケージ
１２              金属ステム
１３              金属キャップ
１３ａ            開口部
１３ｂ            開口窓部
１４              リードピン
１５              カバーガラス
１６              セラミックパッケージ
１７，４４        電極
１８              モニタＰＤ
１９，４２        サブマウント
２０              光ファイバアレイ
２１              光ファイバコネクタ
２１ａ            ガイドピン
３０              球レンズ
３１              鏡筒
３１ａ，３１ｂ    円形開口部
３１ｃ            ガイド孔
３２              部分加工球レンズ
３２ａ            平面部
４０              ＰＤアレイ
４１              ＰＤパッケージ
４３              駆動用ＩＣ
１００            光並列伝送システム
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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