(57)【要約】【課題】  光結合デバイスと発光素子との間の実装誤差の許容範囲が広い光送信モジュールを提供する。【解決手段】  発光素子１０３と、マルチモード光ファイバ１０５と、発光素子１０３からの光をマルチモード光ファイバ１０５に導く、クラッド部材１０８で被覆されたコア部材１０７とを備え、コア部材１０７は、光路方向に見たときの発光素子側の端面１０７ｂがマルチモード光ファイバのコア１０９の端面よりも広い。【選択図】  図１
2007003622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
マルチモード光ファイバと、
前記発光素子からの光を前記マルチモード光ファイバに導く、クラッド部材で被覆されたコア部材とを備え、
前記コア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広いこと
を特徴とする光送信モジュール。
【請求項２】
前記コア部材は、前記マルチモード光ファイバに向かって太さが連続的に縮小する部分を有するとともに、前記マルチモード光ファイバに向かって太さが拡大する部分がないこと
を特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項３】
前記コア部材は、発光素子側の端面から前記マルチモード光ファイバに向かって所定の距離だけ太さが一定の部分を有すること
を特徴とする請求項２に記載の光送信モジュール。
【請求項４】
前記コア部材における発光素子側の端面は、前記発光素子の発光面に対して略４５度傾斜しており、
発光素子の発光面から発された光がコア部材の発光素子側の端面で反射してマルチモード光ファイバ側の端面に向かうような関係位置に、発光素子とコア部材とが配されていること
を特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項５】
前記コア部材の発光素子側の端面は空気に触れていること
を特徴とする請求項４に記載の光送信モジュール。
【請求項６】
前記コア部材の発光素子側の端面に光反射部材が配設されていること
を特徴とする請求項４に記載の光送信モジュール。
【請求項７】
前記発光素子と前記コア部材とは、前記コア部材における前記発光素子側の端面と前記発光素子との光学距離が５００μｍ以内に配されており、
前記コア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面の径が１００μｍ乃至１２０μｍであること
を特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項８】
前記コア部材は、さらに、光路方向に見たときのマルチモード光ファイバ側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭いこと
を特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
【請求項９】
前記コア部材は、マルチモード光ファイバ側の端面の径が、マルチモード光ファイバのコア径の６０％乃至８０％であること
を特徴とする請求項８に記載の光送信モジュール。
【請求項１０】
２個以上の発光素子と、
当該発光素子と同数のマルチモード光ファイバと、
各発光素子からの光を各発光素子に対応するマルチモード光ファイバに導く、クラッド部材で被覆された、前記発光素子と同数のコア部材とを備え、
前記コア部材は、それぞれ、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広く、
全てのコア部材が所定ピッチで一体成形されており、
全ての発光素子が前記所定ピッチで同一チップに形成されていること
を特徴とする光送信モジュール。
【請求項１１】
受光素子と、
マルチモード光ファイバと、
前記マルチモード光ファイバからの光を前記受光素子に導く、クラッド部材で被覆されたコア部材とを備え、
前記コア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭いこと
を特徴とする光受信モジュール。
【請求項１２】
前記コア部材は、前記受光素子に向かって太さが連続的に縮小する部分を有するとともに、前記受光素子に向かって太さが拡大する部分がないこと
を特徴とする請求項１１に記載の光送信モジュール。
【請求項１３】
前記コア部材は、マルチモード光ファイバ側の端面から前記受光素子に向かって所定の距離だけ太さが一定の部分を有すること
を特徴とする請求項１２に記載の光送信モジュール。
【請求項１４】
前記コア部材における受光素子側の端面は、前記受光素子の受光面に対して略４５度傾斜しており、
マルチモード光ファイバから入射された光がコア部材の受光素子側の端面で反射して受光素子の受光面に向かうような関係位置に、受光素子とコア部材とが配されていること
を特徴とする請求項１１に記載の光受信モジュール。
【請求項１５】
前記コア部材の受光素子側の端面は空気に触れていること
を特徴とする請求項１４に記載の光受信モジュール。
【請求項１６】
前記コア部材における受光素子側の端面に光反射部材が配設されていること
を特徴とする請求項１４に記載の光送信モジュール。
【請求項１７】
前記受光素子と前記コア部材とは、前記コア部材における前記受光素子側の端面と前記受光素子との光学距離が５００μｍ以内に配されており、
前記コア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面の径が４０μｍ乃至６０μｍであること
を特徴とする請求項１１に記載の光受信モジュール。
【請求項１８】
前記コア部材は、さらに、光路方向に見たときのマルチモード光ファイバ側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広いこと
を特徴とする請求項１１に記載の光受信モジュール。
【請求項１９】
前記コア部材は、マルチモード光ファイバ側の端面の径が、マルチモード光ファイバのコア径の１２０％乃至１４０％であること
を特徴とする請求項１８に記載の光受信モジュール。
【請求項２０】
２個以上の受光素子と、
当該受光素子と同数のマルチモード光ファイバと、
各マルチモード光ファイバからの光を各マルチモード光ファイバに対応する受光素子に導く、クラッド部材で被覆された、前記受光素子と同数のコア部材とを備え、
前記コア部材は、それぞれ、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭く、
全てのコア部材が所定ピッチで一体成形されており、
全ての発光素子が前記所定ピッチで同一チップに形成されていること
を特徴とする光受信モジュール。
【請求項２１】
光送信モジュールと光受信モジュールとがマルチモード光ファイバで光結合された光送受信システムであって、
前記光送信モジュールは、
発光素子と、
前記発光素子からの光を前記マルチモード光ファイバの一端に導く、クラッド部材で被覆された第１のコア部材とを備え、
前記光受信モジュールは、
受光素子と、
前記マルチモード光ファイバの他端からの光を前記受光素子に導く、クラッド部材で被覆された第２のコア部材とを備え、
前記第１のコア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広く、
前記第２のコア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭いこと
を特徴とする光送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号通信を実現する光送信モジュール、光受信モジュール及び光送受信システムに関し、特に、光結合効率を犠牲にすることなく従来よりも製造コストを低減させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、PC内部、PC−ディスプレイ間、AV機器−ディスプレイ間、AV機器間などにおいて、高速信号伝送技術の需要が急速に高まっている。このような近距離間の信号伝送には、一般には電気信号が用いられている。しかし、電気信号は電磁輻射等の問題から5Gbps程度の伝送速度において高速化への障壁があると言われている。そこで、電気信号の代わりに光信号を用いる高速信号伝送技術が大きな注目を集めている。
【０００３】
光送受信システムでは、信号強度の損失を抑えるため、発光素子−マルチモード光ファイバ間、マルチモード光ファイバ−受光素子間における光結合効率を向上させる必要がある。そのための手段として、実装精度の向上により光軸ずれや配置ずれを抑制する技術がある。
例えば、特許文献１は、発光素子の基板主面と、マルチモード光ファイバが固定された光結合デバイスとに予め凹部と凸部とを高精度に形成しておき、当該凹部と凸部とを嵌め込むことで発光素子と光結合デバイスとの位置合わせが高精度に行われた光送信モジュールを開示している。こうすることで、発光素子と光結合デバイスとの間の実装精度が向上し、その結果、光結合効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平１０−２２３９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光送受信システムをPCやAV機器のような民生機器に利用するには、光送信モジュールの低コスト化を図ることが重要である。
しかしながら、特許文献１では、発光素子と光結合デバイスとの位置合わせのために凹部及び凸部の形成に高い精度が必要であり、その分だけ製造コストが高くつく。また、光送信モジュールだけでなく、光受信モジュールについても、受光素子と光結合デバイスとの位置合わせについて同様の課題がある。
【０００５】
本発明は、光結合効率を犠牲にすることなく、従来よりも低コストで製造可能な光送信モジュールを提供することを第１の目的とする。
本発明は、光結合効率を犠牲にすることなく、従来よりも低コストで製造可能な光受光モジュールを提供することを第２の目的とする。
本発明は、従来よりも低コストで製造可能な光送受信システムを提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の目的を達成するために、本発明に係る光送信モジュールは、発光素子と、マルチモード光ファイバと、前記発光素子からの光を前記マルチモード光ファイバに導く、クラッド部材で被覆されたコア部材とを備え、前記コア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広い。
第２の目的を達成するために、本発明に係る光受信モジュールは、受光素子と、マルチモード光ファイバと、前記マルチモード光ファイバからの光を前記受光素子に導く、クラッド部材で被覆されたコア部材とを備え、前記コア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭い。
【０００７】
第３の目的を達成するために、本発明に係る光送受信システムは、光送信モジュールと光受信モジュールとがマルチモード光ファイバで光結合された光送受信システムであって、前記光送信モジュールは、発光素子と、前記発光素子からの光を前記マルチモード光ファイバの一端に導く、クラッド部材で被覆された第１のコア部材とを備え、前記光受信モジュールは、受光素子と、前記マルチモード光ファイバの他端からの光を前記受光素子に導く、クラッド部材で被覆された第２のコア部材とを備え、前記第１のコア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広く、前記第２のコア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭い。
【発明の効果】
【０００８】
課題を解決するための手段に記載された構成によれば、発光素子側の端面が広げられているので、発光素子とコア部材との光結合効率を犠牲にせずに、これらの間の実装誤差の許容範囲を従来よりも広げることができる。一般に、実装誤差の許容範囲が広ければ、製造コストが低減する。したがって、光送信モジュールを従来よりも低コストで製造することができる。なお、コア部材は、光結合デバイスの構成の一部である。
【０００９】
また、課題を解決するための手段に記載された構成によれば、受光素子側の端面が狭められているので、受光素子とコア部材との光結合効率を犠牲にせずに、これらの間の実装誤差の許容範囲を従来よりも広げることができる。一般に、実装誤差の許容範囲が広ければ、製造コストが低減する。したがって、光受信モジュールを従来よりも低コストで製造することができる。
【００１０】
また、課題を解決するための手段に記載された構成によれば、光送受信システムは、上述した光送信モジュールと光受信モジュールとからなる。したがって、上記と同様に、光送受信システムを、従来よりも低コストで製造することができる。
また、前記コア部材は、前記マルチモード光ファイバに向かって太さが連続的に縮小する部分を有するとともに、前記マルチモード光ファイバに向かって太さが拡大する部分がないこととしてもよい。
【００１１】
上記のように太さを連続的に縮小させることで、階段状に縮小させるよりもコア部材中での信号強度の損失を減らすことができる。
また、前記コア部材は、発光素子側の端面から前記マルチモード光ファイバに向かって所定の距離だけ太さが一定の部分を有することとしてもよい。
上記のように所定の距離だけ太さを一定とすることで、コア部材全体をテーパ状にするよりもコア部材中での信号強度の損失を減らすことができる。
【００１２】
また、前記コア部材における発光素子側の端面は、前記発光素子の発光面に対して略４５度傾斜しており、発光素子の発光面から発された光がコア部材の発光素子側の端面で反射してマルチモード光ファイバ側の端面に向かうような関係位置に、発光素子とコア部材とが配されていることとしてもよい。
上記構成によれば、コア部材の発光素子側の端面にコア軸の直交方向から光が入射されたとしても、入射光をコア軸方向へと略９０度曲げることができる。したがって、基板垂直方向に光を発するように発光素子を配置したとしても基板平行方向に光を取り出せるので、マルチモード光ファイバの取り回しを容易にすることができる。
【００１３】
また、前記コア部材の発光素子側の端面は空気に触れていることとしてもよい。
上記構成によれば、端面における屈折率の比が大きいので、反射率を高めることができる。
また、前記コア部材の発光素子側の端面に光反射部材が配設されていることとしてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、条件によっては端面における反射率をさらに高めることができる。
また、前記発光素子と前記コア部材とは、前記コア部材における前記発光素子側の端面と前記発光素子との光学距離が５００μｍ以内に配されており、前記コア部材は、光路方向に見たときの発光素子側の端面の径が１００μｍ乃至１２０μｍであることとしてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、発光素子に一般的な面発光レーザを採用したとき、面発光レーザとマルチモード光ファイバとの光結合効率として−５ｄＢ以上を確保し、かつ、面発光レーザとコア部材との実装誤差の許容範囲として５０μｍ以上を確保することができる。実装誤差の許容範囲として５０μｍ以上という条件を満たすことができれば、外形認識による実装が可能となる。
【００１６】
また、前記コア部材は、さらに、光路方向に見たときのマルチモード光ファイバ側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭いこととしてもよい。
上記構成によれば、発光素子とコア部材との間だけでなく、マルチモード光ファイバとコア部材との間の実装誤差の許容範囲も広げることができる。したがって、光送信モジュールを、さらに低コストで製造することができる。
【００１７】
また、前記コア部材は、マルチモード光ファイバ側の端面の径が、マルチモード光ファイバのコア径の６０％乃至８０％であることとしてもよい。
上記構成によれば、コア部材とマルチモード光ファイバとの配置ずれによる損失を無視できるレベルまで抑制させることができる。
また、２個以上の発光素子と、当該発光素子と同数のマルチモード光ファイバと、各発光素子からの光を各発光素子に対応するマルチモード光ファイバに導く、クラッド部材で被覆された、前記発光素子と同数のコア部材とを備え、前記コア部材は、それぞれ、光路方向に見たときの発光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広く、全てのコア部材が所定ピッチで一体成形されており、全ての発光素子が前記所定ピッチで同一チップに形成されていることとしてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、上記と同様の効果に加えて、コア部材と発光素子とのセットを複数セット一括して実装することができるので実装コストをより低減することができる効果を奏することができる。
また、前記コア部材における受光素子側の端面は、前記受光素子の受光面に対して略４５度傾斜しており、マルチモード光ファイバから入射された光がコア部材の受光素子側の端面で反射して受光素子の受光面に向かうような関係位置に、受光素子とコア部材とが配されていることとしてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、コア部材を伝播した光を、コア部材の受光素子側の端面でコア軸垂直方向へと略９０度曲げることができる。したがって、基板平行方向に伝播した光を、基板垂直方向に向いた受光面で受光することができるので、マルチモード光ファイバの取り回しを容易にすることができる。
また、前記コア部材の受光素子側の端面は空気に触れていることとしてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、端面における屈折率の比が大きいので、反射率を高めることができる。
また、前記コア部材における受光素子側の端面に光反射部材が配設されていることとしてもよい。
上記構成によれば、条件によっては端面における反射率をさらに高めることができる。
【００２１】
また、前記受光素子と前記コア部材とは、前記コア部材における前記受光素子側の端面と前記受光素子との光学距離が５００μｍ以内に配されており、前記コア部材は、光路方向に見たときの受光素子側の端面の径が４０μｍ乃至６０μｍであることとしてもよい。
上記構成によれば、受光素子とマルチモード光ファイバとの光結合効率として−５ｄＢ以上を確保し、かつ、受光素子とコア部材との実装誤差の許容範囲として５０μｍ以上を確保することができる。
【００２２】
また、前記コア部材は、さらに、光路方向に見たときのマルチモード光ファイバ側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも広いこととしてもよい。
上記構成によれば、受光素子とコア部材との間だけでなく、マルチモード光ファイバとコア部材との間の実装誤差の許容範囲も広げることができる。したがって、光受信モジュールを、さらに低コストで製造することができる。
【００２３】
また、前記コア部材は、マルチモード光ファイバ側の端面の径が、マルチモード光ファイバのコア径の１２０％乃至１４０％であることとしてもよい。
上記構成によれば、コア部材とマルチモード光ファイバとの配置ずれによる損失を無視できるレベルまで抑制させることができる。
また、２個以上の受光素子と、当該受光素子と同数のマルチモード光ファイバと、各マルチモード光ファイバからの光を各マルチモード光ファイバに対応する受光素子に導く、クラッド部材で被覆された、前記受光素子と同数のコア部材とを備え、前記コア部材は、それぞれ、光路方向に見たときの受光素子側の端面が前記マルチモード光ファイバのコア端面よりも狭く、全てのコア部材が所定ピッチで一体成形されており、全ての発光素子が前記所定ピッチで同一チップに形成されていることとしてもよい。
【００２４】
上記構成によれば、上記と同様の効果に加えて、コア部材と受光素子とのセットを複数セット一括して実装することができるので実装コストをより低減することができる効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光送信モジュールの光軸断面図である。
図２は、実施の形態１に係る光送信モジュールの上面図である。
光送信モジュール１０１は、電気回路基板１０２、発光素子１０３、光結合デバイス１０４、マルチモード光ファイバ１０５及び屈折率整合ゲル１０６を備える。
【００２６】
発光素子１０３は、一般的な面発光レーザであり、基板垂直方向に光を発するように電気回路基板１０２上に配置されている。
光結合デバイス１０４は、２本のコア部材１０７及びクラッド部材１０８からなる。コア部材１０７は、発光素子１０３とマルチモード光ファイバ１０５との光路間に配されている。クラッド部材１０８は、２本のコア部材１０７を被覆している。コア部材１０７及びクラッド部材１０８の材料としては、マルチモード光ファイバのコア及びクラッドに用いられている一般的な材料が利用可能である。なお、コア部材１０７における発光素子側の端面１０７ｂは、発光素子１０３の発光面１０３ａに対して略４５度傾斜している。この構成により、発光素子１０３からの光は、端面１０７ｂにおいてコア軸１０７ａの方向に略９０度曲がり、コア部材１０７内部を伝播する。
【００２７】
マルチモード光ファイバ１０５は、コア１０９とクラッド１１０からなる一般的なマルチモードファイバであり、そのコア軸とコア部材１０７のコア軸１０７ａとが一致する関係位置に固定されている。
屈折率整合ゲル１０６は、光学距離短縮及び反射防止のために発光素子１０３と光結合デバイス１０４との光路間に配されている。
【００２８】
本発明は、コア部材１０７に主な特徴があるので、以下、コア部材１０７について詳細に説明する。
（１）コア部材１０７は、光路方向に見たときに発光素子側の端面１０７ｂがマルチモード光ファイバ１０５のコア端面よりも広いことを特徴とする。この構成により、発光素子１０３とコア部材１０７と間における実装誤差の許容範囲を従来よりも広げることができる。
（２）コア部材１０７は、光路方向に見たときにマルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃがマルチモード光ファイバ１０５のコア端面よりも狭いことを特徴とする。この構成により、コア部材１０７とマルチモード光ファイバ１０５との間における実装誤差の許容範囲を広げることができる。
（３）コア部材１０７は、発光素子側の端面１０７ｂからマルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃまで、コア軸１０７ａに沿って、第１の区間１０７ｄ、テーパ区間１０７ｅ、第２の区間１０７ｆからなる。
【００２９】
第１の区間１０７ｄは、そのコア径が発光素子側の端面１０７ｂにおけるコア径に維持されている。テーパ区間１０７ｅは、マルチモード光ファイバに向かってコア径が連続的に漸減する。第２の区間１０７ｆは、そのコア径がマルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃにおけるコア径に維持されている。テーパ区間１０７ｅのように、コア部材１０７の太さを連続的に縮小させることで、階段状に縮小させるよりもコア部材１０７における信号強度の損失を減らすことができる。また、第１の区間１０７ｄ及び第２の区間１０７ｆのように所定距離だけ太さが一定の区間を設けることで、コア部材１０７全体をテーパ状にするよりもコア部材１０７における信号強度の損失を減らすことができる。
（４）発光素子側の端面１０７ｂの径については、具体的には、コア軸１０７ａと発光素子の発光面１０３ａとの光学距離が５００μｍ以内になるように発光素子１０３とコア部材１０７とが配されている仕様の場合、コア軸方向に見たとき、１００μｍ乃至１２０μｍとなるように調整されている。
【００３０】
下限の１００μｍは、以下の２つの条件を満たすために必要である。
第１の条件：発光素子１０３とマルチモード光ファイバ１０５との間の光結合効率（実装配置ずれによる損失も含む）として、−５ｄＢ以上を確保する。
第２の条件：発光素子１０３とコア部材１０７との実装誤差の許容範囲（実装トレランス）として、５０μｍ以上を確保する。
【００３１】
特に、第２の条件は、光結合デバイス１０４の実装を外形認識によって行うために必要不可欠である。
図３は、３種類のコア径毎に光結合効率と実装誤差の許容範囲との関係を表した図である。
なお、発光素子１０３からの光の放射角は、マルチモードタイプの面発光レーザの典型値である１７度以下を想定している。図３によれば、光結合効率−５ｄＢ及び実装誤差の許容範囲５０μｍを確保するためには、コア径を１００μｍ以上にする必要性があることが分かる。
【００３２】
また、上限の１２０μｍは、光結合デバイス１０４のコスト面において定まる。すなわち、コア部材１０７の径は大きいほど成形加工が困難であるため、製造コストが増大する。したがって、低コスト化のためには、コア部材１０７の径が小さいほど望ましい。そうすると、１２０μｍ程度にするのが妥当である。
（５）マルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃの径については、具体的には、マルチモード光ファイバ１０５のコア径の６０％乃至８０％となるように調整されている。マルチモード光ファイバ１０５は、一般的なマルチモードファイバの場合、コア径が５０μｍであり、コアの偏芯が２μｍ程度である。光結合デバイス１０４とマルチモード光ファイバ１０５との間の実装精度は、図４に示すような光学ベンチ１１１を使用すれば、容易に数μｍ程度まで高精度化が可能である。仮に、最悪の実装精度を１０μｍと想定すれば、コア部材１０７とマルチモード光ファイバ１０５のコア１０９との配置ずれによる損失を無視できるレベルまで抑制させるためには、コア部材１０７のマルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃにおける径がマルチモード光ファイバ１０５のコア１０９の径の６０％乃至８０％にするのが望ましい。
【００３３】
光学ベンチ１１１は、図４に示すように、マルチモード光ファイバ位置決め溝１１２と光結合デバイス位置決め溝１１３を有する。これらの溝の精度は、光学ベンチ１１１をシリコン基板に異方性エッチングを施して作製したり、プラスチック材を精密金型により成形したりすることで、１０μｍ程度を確保することができる。
マルチモード光ファイバ１０５として石英系の直径１２５μｍのＧＩ（Grated Index）型マルチモード品であれば、現状の汎用技術で、コア径１１０μｍ弱程度までは、品質劣化させることなく大量生産することができる。１００μｍのコア径を有するＧＩ型マルチモードファイバを使用することとすると、コア部材１０７のマルチモード光ファイバ側の端面１０７ｃを６０μｍ乃至８０μｍにすれば、十分な実装トレランスを確保しつつ、損失を無視できる程度に小さくすることができる。
（６）コア部材１０７の両端における径の差は、できるだけ小さいほうが望ましい。テーパ区間１０７ｅの径の漸減の度合は、光の放射による光信号の損失及びチャンネル間のクロストークを考慮して定められる。径の差を小さくするほどテーパ区間１０７ｅが短くなるので、光結合デバイス１０４の小型化及び低コスト化に貢献できる。
【００３４】
なお、上記光結合デバイス１０４は、金型成形等の公知技術により製造することができる。
図１及び図２には本発明の特徴を明らかにするために光学部品のみを表しているが、実際の光送信モジュール１０１には図５及び図６に示すように電子部品も備えている。
図５は、実施の形態１に係る光送信モジュールの側面図である。
【００３５】
図６は、実施の形態１に係る光送信モジュールの上面図である。
光結合デバイス１０４は、光学ベンチ１１１により電気回路基板１０２に固定される。電気回路基板１０２の主面には、発光駆動素子１１４がマウントされている。発光駆動素子１１４は、電気配線１１５を介して電気信号を受け取り、当該電気信号を変調し、当該変調信号を、電気配線１１６を介して発光素子１０３に供給する。電気配線１１６と発光素子１０３の電極とはワイヤ１１７でボンディングされている。
【００３６】
次に、光送信モジュール１０１の製造方法について説明する。
ステップＳ１：電気回路基板１０２に、発光駆動素子１１４その他の電気部品を実装する。電気部品の実装精度は、線路間ショートが発生しない程度に設計されている。
ステップＳ２：電気回路基板１０２の発光素子実装位置に発光素子１０３を実装し、ワイヤリングを行う。発光素子１０３の実装精度は、特に指定しない。
【００３７】
ステップＳ３：光結合デバイス１０４を光学ベンチ１１１の光結合デバイス位置決め溝１１３に嵌め込んで固定する。
ステップＳ４：発光素子１０３に対して光結合デバイス１０４を画像認識で位置合わせをし、光学ベンチ１１１を電気回路基板１０２に固定する。発光素子１０３と光結合デバイス１０４との間の実装誤差の許容範囲を５０μｍで設計しているため、画像認識による位置合わせを採用しても実装誤差の許容範囲に収めることができる。
【００３８】
ステップＳ５：光学ベンチ１１１のマルチモード光ファイバ位置決め溝１１２にマルチモード光ファイバ１０５を嵌め込んで固定する。光学ベンチ１１１は、１０μｍ程度の誤差で精密成形されているため、溝１１２及び１１３に光結合デバイス１０４及びマルチモード光ファイバ１０５を嵌め込むだけで高精度実装を実現することができる。
ステップＳ６：発光素子１０３と光結合デバイス１０４との間のギャップに屈折率整合ゲル１０６を充填する。このとき、ゲル１０６が発光素子側の端面１０７ｂに回り込まないように注意する。
【００３９】
このように実装することで、５０μｍの実装誤差の実装装置を用意すれば、光送信モジュール１０１を容易に生産することができる。
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る光受信モジュールの光軸断面図である。
図８は、実施の形態２に係る光受信モジュールの上面図である。
【００４０】
光受信モジュール２０１は、電気回路基板２０２、受光素子２０３、光結合デバイス２０４、マルチモード光ファイバ２０５及び屈折率整合ゲル２０６を備える。
受光素子２０３は、一般的なPIN型フォトダイオードであり、基板垂直方向に受光面を向けるように電気回路基板１０２上に配置されている。
光結合デバイス２０４は、２本のコア部材２０７及びクラッド部材２０８からなる。コア部材２０７は、受光素子２０３とマルチモード光ファイバ２０５との光路間に配されている。クラッド部材２０８は、２本のコア部材２０７を被覆している。
【００４１】
マルチモード光ファイバ２０５は、コア２０９とクラッド２１０からなる一般的なマルチモードファイバであり、そのコア軸とコア部材２０７のコア軸とが一致するように光結合デバイス２０４に固着されている。このような構成により、マルチモード光ファイバ２０５からの光は、コア部材２０７を伝播して受光素子２０３に入射される。
屈折率整合ゲル２０６は、光学距離短縮及び反射防止のために受光素子２０３と光結合デバイス２０４との光路間に配されている。
【００４２】
本発明は、コア部材２０７に主な特徴があるので、以下、コア部材２０７について詳細に説明する。
（１）コア部材２０７は、光路方向に見たときに受光素子側の端面２０７ｂがマルチモード光ファイバ２０５のコア端面よりも狭いことを特徴とする。この構成により、受光素子２０３とコア部材２０７と間における実装誤差の許容範囲を従来よりも広げることができる。
（２）コア部材２０７は、光路方向に見たときにマルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃがマルチモード光ファイバ２０５のコア端面よりも広いことを特徴とする。この構成により、コア部材２０７とマルチモード光ファイバ２０５との間における実装誤差の許容範囲を従来よりも広げることができる。
（３）コア部材２０７は、受光素子側の端面２０７ｂからマルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃまで、コア軸２０７ａに沿って、第１の区間２０７ｄ、テーパ区間２０７ｅ、第２の区間２０７ｆからなる。
【００４３】
第１の区間２０７ｄは、そのコア径が受光素子側の端面２０７ｂにおけるコア径に維持されている。テーパ区間２０７ｅは、受光素子に向かってコア径が連続的に漸減する。第２の区間２０７ｆは、そのコア径がマルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃにおけるコア径に維持されている。テーパ区間２０７ｅのように、コア部材２０７の太さを連続的に縮小させることで、階段状に縮小させるよりもコア部材２０７における信号強度の損失を減らすことができる。また、第１の区間２０７ｄ及び第２の区間２０７ｆのように所定距離だけ太さが一定の区間を設けることで、コア部材２０７全体をテーパ状にするよりもコア部材２０７における信号強度の損失を減らすことができる。
（４）受光素子側の端面２０７ｂの径については、具体的には、コア軸２０７ａと受光素子の受光面２０３ａとの光学距離が５００μｍ以内になるように受光素子２０３とコア部材２０７とが配されている仕様の場合、コア軸方向に見たとき、４０μｍ乃至６０μｍとなるように調整されている。
【００４４】
図９は、３種類のコア径毎に光結合効率と実装誤差の許容範囲との関係を表した図である。
なお、受光素子２０３の受光径として８０μｍ及び１００μｍを想定している。図９によれば、同じ光結合効率であれば、コア径を小さくするほど実装誤差の許容範囲を大きくとれることが分かる。しかし、コア部材２０７の径が４０μｍよりも小さければマルチモード伝送ができなくなる。したがって、受光素子側の端面２０７ｂの径は、４０μｍ以上でなければならない。
【００４５】
一方、受光素子２０３の受光径は、光結合効率を向上させるためには大きくする必要があるが、通信速度を向上させるためには小さくする必要がある。したがって、受光径は、これらの兼ね合いで定められる。
図１０に示すように、通信速度と受光感度とには相関関係があり、通信速度を向上させるには、受光感度を向上させる必要がある。受光感度を向上させるには、電気容量を小さくする必要があり、そのためには、受光面を小さくする必要がある。電気容量は、後述する信号変換素子２１４に起因している。通常、３Ｇｂｐｓ程度の通信速度を保証する場合、受光素子２０３の受光径は、１００μｍ程度にすることができる。また、４Ｇｂｐｓであれば８０μｍ程度、１０Ｇｂｐｓであれば４０乃至５０μｍ程度となる。すなわち、通信速度の高速化には受光径を小さくしなければならない。
【００４６】
以上の点を考慮すると、受光素子２０３の受光径とコア部材２０７の受光素子側の端面の径については、通信速度に応じて最適化する必要があることがわかる。
仮に、１チャンネル当たり２．５Ｇｂｐｓ程度の通信速度を想定した場合、受光素子２０３の受光径は１００μｍ、コア部材２０７の径は４０乃至６０μｍとするのが妥当な範囲である。この範囲であれば、以下の２つの条件を満たすことができる。
【００４７】
第１の条件：発光素子１０３とマルチモード光ファイバ１０５との間の光結合効率（実装配置ずれによる損失も含む）として、−５ｄＢ以上を確保する。
第２の条件：発光素子１０３とコア部材１０７との実装誤差の許容範囲（実装トレランス）として、５０μｍ以上を確保する。
（５）マルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃの径については、具体的には、マルチモード光ファイバ２０５のコア径の１２０％乃至１４０％となるように調整されている。マルチモード光ファイバ２０５は、一般的なマルチモードファイバの場合、コア径が５０μｍであり、コアの偏芯が２μｍ程度である。光結合デバイス２０４とマルチモード光ファイバ２０５との間の実装精度は、図４に示すような光学ベンチ１１１を使用すれば、容易に数μｍ程度まで高精度化が可能である。仮に、最悪の実装精度を１０μｍと想定すれば、コア部材２０７とマルチモード光ファイバ２０５のコア２０９との配置ずれによる損失を無視できるレベルまで抑制させるためには、コア部材２０７のマルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃにおける径がマルチモード光ファイバ２０５のコア２０９の径の１２０％乃至１４０％にするのが望ましい。
【００４８】
マルチモード光ファイバ２０５として石英系の直径１２５μｍのＧＩ（Grated Index）型マルチモード品であれば、現状の汎用技術で、コア径１１０μｍ弱程度までは、品質劣化させることなく大量生産することができる。１００μｍのコア径を有するＧＩ型マルチモードファイバを使用することとすると、コア部材２０７のマルチモード光ファイバ側の端面２０７ｃを１２０μｍ乃至１４０μｍにすれば、十分な実装トレランスを確保しつつ、損失を無視できる程度に小さくすることができる。
（６）コア部材２０７の両端における径の差は、できるだけ小さいほうが望ましい。その理由は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００４９】
なお、上記光結合デバイス２０４は、金型成形等の公知技術により製造することができる。
図７及び図８には本発明の特徴を明らかにするために光学部品のみを表しているが、実際の光受信モジュール２０１には図１１及び図１２に示すように電子部品も備えている。
図１１は、実施の形態２に係る光受信モジュールの側面図である。
【００５０】
図１２は、実施の形態２に係る光受信モジュールの上面図である。
光結合デバイス２０４は、光学ベンチ１１１により電気回路基板２０２に固定される。電気回路基板２０２の主面には、信号変換素子２１４がマウントされている。信号変換素子２１４は、電気配線２１６を介して受光素子２０３から電流信号を受け取って電圧信号に変換し、当該電圧信号を、電気配線２１５を介して外部に出力する。電気配線２１６と受光素子２０３の電極とはワイヤ２１７でボンディングされている。
【００５１】
実施の形態２に係る光受信モジュールの製造方法については、実施の形態１に係る光送信モジュールの製造方法と同様であるため、説明を省略する。
実施の形態１に係る光送信モジュールと実施の形態２に係る光受信モジュールとで光送受信システムを構成することができる。
図１３は、本発明に係る光送受信システムの上面図である。
【００５２】
光送受信システムは、光送信モジュール１０１と光受信モジュール２０１とが共通のマルチモード光ファイバ２１８で光結合されてなる。
図１４は、本発明に係る光送受信システムの損失評価を比較例とともに表した図である。
通信速度を高速化するには、受光パワー（最小受光感度）を高くする必要がある。例えば、通信速度を２．５Ｇｂｐｓとすれば、一般的な受信側の信号処理ＬＳＩの性能から−１８ｄＢｍ程度の最小受光感度が必要である（図１３参照）。
【００５３】
この最小受光感度に対して、１ｄＢの余裕をみて−１７ｄＢｍの最小受光感度を保証する光送受信システムの構成を考える。ここで、マルチモード光ファイバ２１８としては、一般的なコア径５０μｍのマルチモードファイバを想定する。そうすると、光結合デバイス１０４及び２０４を実装しない場合、保証できる受光パワーは−２５ｄＢｍまで落ちてしまう（図１４（ａ）参照）。−１７ｄＢｍの目標に対して８ｄＢも不足している。一方、光結合デバイス１０４及び２０４を実装した場合、保証できる受光パワーは−１５．５ｄＢｍまで改善される（図１４（ｂ）参照）。−１７ｄＢｍの目標に対して１．５ｄＢｍのパワーマージンを生むことができる。
（実施の形態３）
図１５は、実施の形態３に係る光送信モジュールの側面図である。
【００５４】
図１６は、実施の形態３に係る光送信モジュールの上面図である。
光送信モジュール３０１は、電気回路基板３０２、発光素子３０３、光結合デバイス３０４、マルチモード光ファイバ３０５、屈折率整合ゲル３０６、サブマウント３１８を備える。
実施の形態３は、発光素子３０３が基板平行方向に光を発するようにした点が実施の形態１と異なる。発光素子３０３は、サブマウント３１８を介して電気回路基板３０２に固定されている。コア部材３０７の発光素子側の端面は、発光素子３０３の発光面に略平行になっている。
【００５５】
次に、光送信モジュール３０１の製造方法について説明する。
ステップＳ１：電気回路基板３０２に、発光駆動素子（図示せず）その他の電気部品を実装する。電気部品の実装精度は、線路間ショートが発生しない程度に設計されている。
ステップＳ２：サブマウント３１８の発光素子実装位置に発光素子３０３を実装し、ワイヤリングを行う。発光素子３０３の実装精度については、後述するように、４０μｍ程度で行う。
【００５６】
ステップＳ３：電気回路基板３０２のサブマウント実装位置にサブマウント３１８を実装する。サブマウント３１８の実装精度は、特に指定しない。電極３２０、３２１の一端は、サブマウント３１８の底面において電気配線３１６、３２２とそれぞれハンダにより接続されている。したがって、サブマウント３１８と電気回路基板３０２との間にワイヤボンディングを施す必要がない。
【００５７】
ステップＳ４：発光素子３０３に対して光結合デバイス３０４を画像認識で位置合わせをし、光結合デバイス３０４を電気回路基板３０２に直接固定する。
現状の汎用技術では、１０μｍ程度の加工精度で光結合デバイス３０４を成形することができる。したがって、光結合デバイス３０４を電気回路基板３０２の主面に直接固定すれば、コア軸３０７ａの基板垂直方向の精度を１０μｍ程度で実装することができる。そうすると、発光素子３０３のサブマウント３１８への実装精度は、基板垂直方向に４０μｍ程度の精度で実装されればよい。
【００５８】
ステップＳ５：光結合デバイス３０４のガイド溝３１９にマルチモード光ファイバ３０５を嵌め込んで固定する。ガイド溝３１９は、１０μｍ程度の誤差で精密成形されているため、ガイド溝３１９にマルチモード光ファイバ３０５を嵌め込むだけで高精度実装を実現することができる。これにより、光結合デバイス３０４とマルチモード光ファイバ３０５との間の結合損失はほとんど無視できるレベルに低減される。
【００５９】
ステップＳ６：発光素子３０３と光結合デバイス３０４との間のギャップに屈折率整合ゲル３０６を充填する。
なお、サブマウント３１８には、側面から底面にわたり電極３２０、３２１が形成されている。電極３２０、３２１が面間で途切れないようにサブマウント３１８の一部領域は面取り加工されている。
【００６０】
実施の形態３では、コア部材３０７の発光素子側の端面３０７ｂと発光素子３０３の発光面とが対面する光学構造になっている。そのため、これらの間隔を実施の形態１に比べて小さくすることができる（例えば、光学距離２００乃至３００μｍ）。図１７に示すように光学距離が短ければ、光結合効率が高まる。したがって、光結合効率を高めることにより、実装誤差の許容範囲を広くすることができる。
【００６１】
また、光結合デバイス３０４と発光素子３０３との位置合わせは、実施の形態１と同様に画像認識を用いて行う。このときの実装精度を５０μｍ以下にできれば、実施の形態１と同様の送信パワーを得ることができる。
（実施の形態４）
図１８は、実施の形態４に係る光受信モジュールの側面図である。
【００６２】
図１９は、実施の形態４に係る光受信モジュールの上面図である。
光受信モジュール４０１は、電気回路基板４０２、受光素子４０３、光結合デバイス４０４、マルチモード光ファイバ４０５、屈折率整合ゲル４０６、サブマウント４１８を備える。
光受信モジュール４０１は、電気回路基板４０２、受光素子４０３、光結合デバイス４０４、マルチモード光ファイバ４０５、屈折率整合ゲル４０６、サブマウント４１８を備える。
【００６３】
実施の形態４は、受光素子４０３が基板平行方向の光を受けるようにした点が実施の形態２と異なる。受光素子４０３は、サブマウント４１８を介して電気回路基板４０２に固定されている。コア部材４０７の受光素子側の端面は、受光素子４０３の発光面に略平行になっている。
次に、光受信モジュール４０１の製造方法について説明する。
【００６４】
ステップＳ１：電気回路基板３０２に、信号変換素子（図示せず）その他の電気部品を実装する。電気部品の実装精度は、線路間ショートが発生しない程度に設計されている。
ステップＳ２：サブマウント４１８の受光素子実装位置に受光素子４０３を実装し、ワイヤリングを行う。受光素子４０３の実装精度については、後述するように、４０μｍ程度で行う。
【００６５】
ステップＳ３：電気回路基板４０２のサブマウント実装位置にサブマウント４１８を実装する。サブマウント４１８の実装精度は、特に指定しない。電極４２０の一端は、ワイヤボンディングにより電気配線４１６に接続されている。また、電極４２１の一端は、サブマウント４１８の底面において電気配線４２２とハンダにより接続されている。
ステップＳ４：受光素子４０３に対して光結合デバイス４０４を画像認識で位置合わせをし、光結合デバイス４０４を電気回路基板４０２に直接固定する。
【００６６】
現状の汎用技術では、１０μｍ程度の加工精度で光結合デバイス４０４を成形することができる。したがって、光結合デバイス４０４を電気回路基板４０２の主面に直接固定すれば、コア軸４０７ａの基板垂直方向の精度を１０μｍ程度で実装することができる。そうすると、受光素子４０３のサブマウント４１８への実装精度は、基板垂直方向に４０μｍ程度の精度で実装されればよい。
【００６７】
ステップＳ５：光結合デバイス４０４のガイド溝４１９にマルチモード光ファイバ４０５を嵌め込んで固定する。ガイド溝４１９は、１０μｍ程度の誤差で精密成形されているため、ガイド溝４１９にマルチモード光ファイバ４０５を嵌め込むだけで高精度実装を実現することができる。これにより、光結合デバイス４０４とマルチモード光ファイバ４０５との間の結合損失はほとんど無視できるレベルに低減される。
【００６８】
ステップＳ６：受光素子４０３と光結合デバイス４０４との間のギャップに屈折率整合ゲル４０６を充填する。
なお、サブマウント４１８には、側面から底面にわたり電極４２０、４２１が形成されている。電極４２０、４２１が面間で途切れないようにサブマウント４１８の一部領域は面取り加工されている。
【００６９】
実施の形態４では、コア部材４０７の受光素子側の端面４０７ｂと受光素子４０３の受光面とが対面する光学構造になっている。そのため、これらの間隔を実施の形態２に比べて小さくすることができる（例えば、光学距離２００乃至３００μｍ）。光学距離が短ければ、光結合効率が高まる。したがって、光結合効率を高めることにより、実装誤差の許容範囲を広くすることができる。
【００７０】
また、光結合デバイス４０４と受光素子４０３との位置合わせは、実施の形態２と同様に画像認識を用いて行う。このときの実装精度を５０μｍ以下にできれば、実施の形態２と同様の受信パワーを得ることができる。
なお、上述した実施の形態３に係る光送信モジュールと実施の形態４に係る光受信モジュールとで光送受信システムを構成することができる。
【００７１】
以上、本発明に係る光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態１では、光学ベンチ１１１を用いることで、光結合デバイス１０４とマルチモード光ファイバ１０５との位置合わせを容易にしている。しかし、容易に位置合わせの精度を確保することができれば、これに限らない。例えば、図２０及び図２１に示すように、光結合デバイス５０４にマルチモード光ファイバ５０５の外径よりもわずかに大きな径のガイド溝５１９を形成してもよい。実施の形態２についても同様である。
（２）実施の形態１において、発光素子側の端面１０７ｂでは略全反射することが期待できるので、端面に特段の処理を施していない。しかし、光反射部材を配設することによりさらなる反射率の向上を図ることができる場合には、図２２及び図２３に示すように端面に光反射部材６２３を配設してもよい。光反射部材６２３としては、誘電体多層膜や金属膜が考えられる。なお、金属コーティングの際には、光路を遮ることがないように、光結合デバイス６０４の底面及びマルチモード光ファイバ６０５との接続面に金属が回りこまないように注意すべきである。実施の形態２についても同様である。
（３）実施の形態では、コア部材の断面形状が円形であるが、これに限らない。例えば、断面形状が楕円形や四角形であっても構わない。
（４）実施の形態では、２チャンネルの構成で説明しているが、これに限らない。例えば、AV機器では、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＣＬＫの４種類の信号を入出力する仕様がある。このような場合に、４チャンネルの構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光信号通信に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１に係る光送信モジュールの光軸断面図である。
【図２】実施の形態１に係る光送信モジュールの上面図である。
【図３】３種類のコア径毎に光結合効率と実装誤差の許容範囲との関係を表した図である。
【図４】光学ベンチの外形を示す三面図である。
【図５】実施の形態１に係る光送信モジュールの側面図である。
【図６】実施の形態１に係る光送信モジュールの上面図である。
【図７】実施の形態２に係る光受信モジュールの光軸断面図である。
【図８】実施の形態２に係る光受信モジュールの上面図である。
【図９】３種類のコア径毎に光結合効率と実装誤差の許容範囲との関係を表した図である。
【図１０】通信速度と最小受光感度との関係を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る光受信モジュールの側面図である。
【図１２】実施の形態２に係る光受信モジュールの上面図である。
【図１３】本発明に係る光送受信システムの上面図である。
【図１４】本発明に係る光送受信システムの損失評価を比較例とともに表した図である。
【図１５】実施の形態３に係る光送信モジュールの側面図である。
【図１６】実施の形態３に係る光送信モジュールの上面図である。
【図１７】発光素子と光結合デバイスとの間隔に対する結合効率を示す図である。
【図１８】実施の形態４に係る光受信モジュールの側面図である。
【図１９】実施の形態４に係る光受信モジュールの上面図である。
【図２０】変形例１に係る光送信モジュールの光軸断面図である。
【図２１】変形例１に係る光送信モジュールの上面図である。
【図２２】変形例２に係る光送信モジュールの光軸断面図である。
【図２３】変形例２に係る光送信モジュールの上面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１    光送信モジュール
１０２    電気回路基板
１０３    発光素子
１０４    光結合デバイス
１０５    マルチモード光ファイバ
１０６    屈折率整合ゲル
１０７    コア部材
１０８    クラッド部材
１１４    発光駆動素子
２０１    光受信モジュール
２０２    電気回路基板
２０３    受光素子
２０４    光結合デバイス
２０５    マルチモード光ファイバ
２０６    屈折率整合ゲル
２０７    コア部材
２０８    クラッド部材
２１４    信号変換素子
【図１】
2007003622.tif 000003
【図２】
2007003622.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007003622.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2007003622.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2007003622.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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