(57)【要約】      （修正有）【課題】ゴミ耐性に優れる光モジュール、電子機器及び光学的接続方法を提供する。【解決手段】光モジュールは、レンズを有し、レンズと光ファイバーとが光学的に接続されている。レンズは、曲面を屈折面に含み、レンズは、凸レンズであることを特徴とし、レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている凸レンズであることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを有し、
前記レンズと光ファイバーとが光学的に接続することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記レンズは、曲面を屈折面に含むことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項３】
前記レンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項４】
前記レンズは、平凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項５】
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項６】
前記レンズは、球面の少なくとも一部を有する球面レンズであることを特徴とする請求項5記載の光モジュール。
【請求項７】
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている半球状レンズであることを特徴とする請求項5記載の光モジュール。
【請求項８】
曲面を屈折面に含むレンズを有し、
前記レンズと光ファイバーが備える球状レンズとが光学的に接続することを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている半球状レンズであることを特徴とする請求項8記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記レンズと光ファイバーとはミラーを介して光学的に接続することを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項１１】
レーザダイオード又はフォトダイオードと、
前記レーザダイオード又はフォトダイオードの上方に設けられた半球状レンズと、
前記半球状レンズの上方に設けられた45度ミラーと、
突き当てと
を有し、
前記突き当てにより位置決めすることで、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの一端を、前記45度ミラー及び前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で内部に収めることができ、
45度ミラーを介して、前記半球レンズと光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光モジュール。
【請求項１２】
レーザダイオード又はフォトダイオードと、
前記レーザダイオード又はフォトダイオードの前方に設けられた半球状レンズと、
突き当てと
を有し、
前記突き当てにより位置決めすることで、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で内部に収めることができ、
前記半球レンズと光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光モジュール。
【請求項１３】
前記光ファイバーコネクタの光ファイバーは、グレーデッドインデックス型プラスチック製光ファイバーであることを特徴とする請求項11又は12記載のレセプタクルコネクタ。
【請求項１４】
請求項1から13のいずれかに記載の光モジュールを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
レーザダイオード又はフォトダイオードと、前記レーザダイオード又はフォトダイオードの上方に設けられた半球状レンズと、前記半球状レンズの上方に設けられた45度ミラーと、突き当てとを有する光モジュールと、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの先端に配置されたボールペンレンズとの光学的接続方法であって、
前記位置決め部材により位置決めすることで、ボールペンレンズが配置された前記光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で光モジュールの内部に収め、前記半球レンズと前記光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを45度ミラーを介して光学的に接続する光学的接続方法。
【請求項１６】
レーザダイオード又はフォトダイオードと、前記レーザダイオード又はフォトダイオードの前方に設けられた半球状レンズと、位置決め部材とを有する光モジュールと、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの先端に配置されたボールペンレンズとの光学的接続方法であって、
前記位置決め部材により位置決めすることで、ボールペンレンズが配置された前記光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で光モジュールの内部に収め、前記半球レンズと前記光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光学的接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、電子機器及び光学的接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ネットワークや端末のデジタル化は急速に進展し、インターネットやデジタル放送で配信される映像・音楽・データなどを大型の高精細ディスプレイや個人のパソコンなどで楽しむ機会が増えている。このようなサービスをさらに高度化・多機能化するためには、FTTHに代表されるネットワーク・インフラとデジタルTV、パソコン間をシームレスに接続する毛細血管的ネットワークの開発と実用化が不可欠である。
【０００３】
わが国で発明されたプラスチック光ファイバー（POF）は、取り扱いが容易で、しかも高速・大容量の信号を低コストで伝送することができるため、このような毛細血管的ネットワークを実現する伝送媒体として有望視されている。既に、研究・開発では40Gbpsを超える超高速伝送が実証され、実用面では車載ネットワークや情報家電インターフェースへとその適用領域を広げている。また、大規模のマンションや病院などでもPOFネットワークの導入事例が増加している。さらに、POFネットワーク分野に加えて、光センサーやディスプレイなど、各種のオプティクス分野においても有効に活かされると期待されている。
【０００４】
このようなPOF の研究開発と普及促進を目的に、大学、POFメーカー、デバイスメーカー、総合家電、総合商社などが結集し、1994年2月にPOFコンソーシアムが設立されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】POFコンソーシアムのご案内、［平成 26 年 3 月 31 日検索］、インターネット〈URL：http://www.pof-con.org/pofconinfo.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の背景技術に鑑みてなされたものであり、ゴミ耐性に優れる光モジュールなどを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、上述の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。以下、この発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明の第1の側面は
レンズを有し、
前記レンズと光ファイバーとが光学的に接続することを特徴とする光モジュール。
にある。
【０００９】
本発明の第2の側面は
前記レンズは、曲面を屈折面に含むことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
にある。
【００１０】
本発明の第3の側面は
前記レンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
にある。
【００１１】
本発明の第4の側面は
前記レンズは、平凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
にある。
【００１２】
本発明の第5の側面は
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている凸レンズであることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
にある。
【００１３】
本発明の第6の側面は
前記レンズは、球面の少なくとも一部を有する球面レンズであることを特徴とする請求項5記載の光モジュール。
にある。
【００１４】
本発明の第7の側面は
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている半球状レンズであることを特徴とする請求項5記載の光モジュール。
にある。
【００１５】
本発明の第8の側面は
曲面を屈折面に含むレンズを有し、
前記レンズと光ファイバーが備える球状レンズとが光学的に接続することを特徴とする光モジュール。
にある。
【００１６】
本発明の第9の側面は
前記レンズは、光ファイバーと光学的に接続する方向に対して凸面が形成されている半球状レンズであることを特徴とする請求項8記載の光モジュール。
にある。
【００１７】
本発明の第10の側面は
前記レンズと光ファイバーとはミラーを介して光学的に接続することを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
にある。
【００１８】
本発明の第11の側面は
レーザダイオード又はフォトダイオードと、
前記レーザダイオード又はフォトダイオードの上方に設けられた半球状レンズと、
前記半球状レンズの上方に設けられた45度ミラーと、
突き当てと
を有し、
前記突き当てにより位置決めすることで、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの一端を、前記45度ミラー及び前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で内部に収めることができ、
45度ミラーを介して、前記半球レンズと光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光モジュール。
にある。
【００１９】
本発明の第12の側面は
レーザダイオード又はフォトダイオードと、
前記レーザダイオード又はフォトダイオードの前方に設けられた半球状レンズと、
突き当てと
を有し、
前記突き当てにより位置決めすることで、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で内部に収めることができ、
前記半球レンズと光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光モジュール。
にある。
【００２０】
本発明の第13の側面は
前記光ファイバーコネクタの光ファイバーは、グレーデッドインデックス型プラスチック製光ファイバーであることを特徴とする請求項11又は12記載のレセプタクルコネクタ。
にある。
【００２１】
本発明の第14の側面は
請求項1から13のいずれかに記載の光モジュールを有することを特徴とする電子機器。
にある。
【００２２】
本発明の第15の側面は
レーザダイオード又はフォトダイオードと、前記レーザダイオード又はフォトダイオードの上方に設けられた半球状レンズと、前記半球状レンズの上方に設けられた45度ミラーと、突き当てとを有する光モジュールと、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの先端に配置されたボールペンレンズとの光学的接続方法であって、
前記位置決め部材により位置決めすることで、ボールペンレンズが配置された前記光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で光モジュールの内部に収め、前記半球レンズと前記光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを45度ミラーを介して光学的に接続する光学的接続方法。
にある。
【００２３】
本発明の第16の側面は
レーザダイオード又はフォトダイオードと、前記レーザダイオード又はフォトダイオードの前方に設けられた半球状レンズと、位置決め部材とを有する光モジュールと、ボールペンレンズが先端に配置された光ファイバーコネクタの先端に配置されたボールペンレンズとの光学的接続方法であって、
前記位置決め部材により位置決めすることで、ボールペンレンズが配置された前記光ファイバーコネクタの一端を、前記半球状レンズとボールペンレンズとが接触しない状態で光モジュールの内部に収め、前記半球レンズと前記光ファイバーコネクタのボールペンレンズとを光学的に接続する光学的接続方法。
にある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ゴミ耐性に優れる光モジュールなどが得られる。
【００２５】
本発明のさらに他の目的、特徴又は利点は、後述する本発明の実施の形態や添付する図面に基づく詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】120Gbps光コネクタ（左レセプタクルコネクタ、右プラグコネクタ）の写真である。
【図２】本実施形態の構造の概要を示す図である。
【図３】本実施形態の構造の概要を示す図である。
【図４】本実施形態の構造の概要を示す図である。
【図５】本実施形態の構造の概要を示す図である。
【図６】10Gbps伝送用VCSEL&PDの仕様例を示す図である。
【図７】ROSA（Butt-joint）の場合を示す図である。
【図８】ROSA（ボールレンズ）の場合を示す図である。
【図９】TOSA（Butt-joint）の場合を示す図である。
【図１０】TOSA（ボールレンズ）の場合を示す図である。
【図１１】各種光モジュールの構成を示す図である。
【図１２】ピグテール型光モジュールを示す図である。
【図１３】コネクタ一体型（機器内）光モジュールを示す図である。
【図１４】コネクタ一体型（機器間）光モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
[本発明に至る経緯]
【００２９】
あたかもその場にいるような臨場感を得るために、解像度、色深度、フレームレートなどを向上させた映像技術が、ディスプレイ産業界で開発されている。日本では、8Kx4Kの解像度を持つ8K-UHDTVの試験放送が2020年に開催されるオリンピックへ向けて計画されている。
【００３０】
既存の4K-UHDTVの放送機器のインターフェースは、4K映像をHDサイズに分割し、4本の3G-SDIを用いて、総計11.88Gbpsで伝送している。8K-UHDTVの放送機器は、まだ多くないため、特定の方式はないが、4K-UHDTVと同様に考えると、16本の3G-SDIを用いて総計47.52Gbpsで伝送することが必要となる。    
【００３１】
しかしながら、放送機器に用いられるような、同軸ケーブルやガラスファイバーを使用したインターフェースは、家電機器として、サイズ、柔軟性、安全性、重量および価格において、適していない。
【００３２】
そこで、本発明者らは、8K-UHDTV映像を伝送するための120GbpsのGI型POF（グレーデッドインデックス型プラスチック製光ファイバー、Graded Index Plastic Optical Fiber）用いた家電向け伝送機器等に適する新たなインターフェースを提案してきた。ここで開発されたのは、120Gbpsの高速な光伝送方式の一つである10Gbpsの並列方式等にも適用できるユニークなボールペンレンズを使用し低価格化可能なコネクタである。
【００３３】
図1は、120Gbps光コネクタ（左レセプタクルコネクタ、右プラグコネクタ）の写真である。
【００３４】
GI型POFの端面に、コネクタ精度の緩和、端面保護、ごみ対策、静電対策などの目的のために、ボールペンの技術を用いたレンズを付けたケーブルを12本用いた120Gbpsの光インターフェース用コネクタを開発した。コネクタの形状は、HDMI  TypeAより小型で、また機器へ+5V/2Aの電源供給を可能にする電源線を含めた（HDMIは登録商標）。動作検証によって、このコネクタは、小型、軽量、安全でかつ、低価格で出来ることが、実証された。
【００３５】
【非特許文献２】H. Takizuka, T. Torikai, A. Mitsui, H. Suzuki, Y. Watanabe, T. Toma, and Y. Koike, A Study on 120Gbps GI-POF interface for 8K-UHD Video Transmission, 18th Microoptics Conference (MOC’13), Tokyo, Japan, Oct. 27 - 30, 2013
【００３６】
ここで、光モジュールについて検討してみると、これまでのガラスファイバーに対応した光モジュールしかなかった。
【００３７】
最近のPOFは、高速伝送に対応するためコア径が小さくなり（50um程度）、ガラスファイバーの代わりに用いることもできるようになったが、コンシューマ向けのインターフェースのように頻繁に抜き差しする用途の場合、POF硬度がガラスより小さいため、端面に傷が付きやすく伝送損失が増大しやすいという欠点があった。そこに、ボールペンの技術を用いたボールレンズ付きPOFが開発され、端面が保護されるとともに、ビームが拡大されることにより、嵌合精度が緩和され、ゴミにも強くなるケーブルが得られた。
【００３８】
本実施形態はこの開発をさらに大きく進めたものであり、レンズの付いたケーブルに対応した新たな光モジュール等を提案するものである。
【００３９】
[概要]
【００４０】
これまでの光モジュールの多くは、数10umの大きさのVCSEL （Vertical Cavity Surface Emitting LASER(垂直共振器面発光レーザ)）などのLD（Laser Device)やPD(Photo Detector)に直接コア径が50um程度のファイバーを近接して設置する Butt-joint と呼ばれる方式を用いて接続していた。接続の際の嵌合には精度が要求され、使用する部品の価格が高額になっていた。また接続面の大きさが数10umと小さいため、ゴミなどの影響を受けやすく、またファイバーもガラスファイバーが用いられ曲げや断線に気をつけなければならず、専ら取り扱いは、熟練者に限られていた。
【００４１】
本実施形態の光モジュールは、POFにボールペン技術を用いて安価に球状レンズを取り付けた従来にない特徴を持つケーブルに適合させている。 
本実施形態のボールペンレンズ付きGI型POFを用いた光モジュールの場合、ビーム径が拡大され、そのため嵌合精度を要求しない、安価なコネクタを用いることができ、またゴミや傷による影響を低減できる。本実施形態では、ガラスファイバーの代わりにPOFを用いることで、曲げを気にしたり、折れて刺さる心配もないため、今までビジネス用途で用いられてきた光のインターフェースを、 コンシューマ（素人）にも扱えるように配慮されている。
【００４２】
本実施形態では、半球状レンズと球状レンズと対向させて光伝送し、コンシューマ用途に適した価格や扱いやすさ（ゴミ対策やケーブル曲げに留意しなくてすむ）を考慮したインターフェースにしている。
【００４３】
特に、半球状レンズを用いた場合、球状レンズよりも焦点距離が長くなるため、コリメート径を大きくし嵌合精度を緩和したり、レンズ径を小さくしたりでき、モジュールの大きさを小型化できるという優れた利点がある。本実施形態では、ケーブル側には、ボールレンズ技術を用いた安価なボールレンズを用いる一方、光モジュールに対して半球状レンズを使用した。これにより、全体としてコストを抑えながらも小型の光モジュールを得ることに成功した。
【００４４】
[第1の光モジュールの構成]
【００４５】
45度ミラーを用いた構成について説明する。
【００４６】
図2及び図3は、本実施形態の構造の概要を示す図である。
【００４７】
本体基板上には電気コネクタ及び基板が設置されている。その基板上には、Driver, Amp  ＩＣ等、及び、光モジュールが設置されている。
【００４８】
光モジュールの内部には、LD又はPDがあり、その上方には、半球状のコリメート/集光レンズが配置されている。コリメート/集光レンズの上方には45度ミラーが設置されている。
【００４９】
光モジュール内には、全球状のボールペンレンズが先端に配置されたボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの一端が挿入されている。ボールペンレンズと45度ミラーとの間、及び、コリメート/集光レンズと45度ミラーとの間には空間が設けられている。ボールペンレンズ、45度ミラー、及び、コリメート/集光レンズは互いに接しておらず、所定の適度な距離を維持した状態にある。
【００５０】
光モジュール内には、突き当てと抜け防止ラッチとが設けられている。突き当ては、ボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの一端に接している。抜け防止ラッチは、ボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの側面付近に位置している。いずれも、光モジュール内でのボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの位置決めに寄与している。
【００５１】
基板上のLDからコリメートレンズを介し、ビーム拡大された平行光は、45度ミラーで反射し、ボールペンレンズ付きGI型POFに入射する。また、ボールペンレンズ付きGI型POFからのビーム拡大された平行光を４５度ミラーで反射し、集光レンズを介して基板上のPDに集光する。
【００５２】
45度ミラーの光学部品や取り付け精度が要求されるため価格が高くなるが、光デバイスを他の部品と同じ基板上にマウントでき、実装は簡単になるという利点がある。
【００５３】
[第2の光モジュールの構成]
【００５４】
フレキシブル基板を用いた構成について説明する。
【００５５】
図4及び図5は、本実施形態の構造の概要を示す図である。
【００５６】
本体基板上には基板との電気コネクタ、フレキシブル基板及び光モジュールが設置されている。そのフレキシブル基板上には、Driver, Amp  ＩＣ等が設置されている。フレキシブル基板は略直角に折り曲げられており、その一端は電気コネクタに接しており、他端は光モジュールに接している。
【００５７】
光モジュールの内部には、LD又はPDがあり、その前方には、半球状のコリメート/集光レンズが配置されている。
【００５８】
光モジュール内には、全球状のボールペンレンズが先端に配置されたボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの一端が挿入されている。ボールペンレンズとコリメート/集光レンズとの間には空間が設けられ、対向している。ボールペンレンズ、及び、コリメート/集光レンズは互いに接しておらず、所定の適度な距離を維持した状態にある。
【００５９】
光モジュール内には、突き当てと抜け防止ラッチとが設けられている。突き当ては、ボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの一端に接している。抜け防止ラッチは、ボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの側面付近に位置している。いずれも、光モジュール内でのボールペンレンズ付きGI型POFコネクタの位置決めに寄与している。
【００６０】
基板上のLDからコリメートレンズを介し、ビーム拡大された平行光は、そのままボールペンレンズ付きGI型POFに入射する。また、ボールペンレンズ付きGI型POFからのビーム拡大された平行光をそのまま、集光レンズを介して基板上のPDに集光するフレキシブル基板を用いる。光デバイスや他の部品をフレキシブル基板上にマウントすることにより、45度ミラーなどの光学部品が不要になる。
【００６１】
フレキシブル基板の価格は高いが、光学部品や取り付け価格を考えると45度ミラーを用いるより安くなる傾向があるという利点がある。
【００６２】
[光モジュール以外の部分について]
【００６３】
ボールレンズ付きGI型POFコネクタは、直接光モジュールに挿抜される形状で、光モジュールに挿入した際、突き当てにより適切な距離が保たれ（精度は、コリメートレンズやボールペンレンズのため要求されない）、また抜け防止ラッチによって、挿入する際のクリック感、及び適度な抜去力を加えるまで、接続が固持される。
【００６４】
LDやPDは、基板の配線によりDriver/Amp ICに接続される。
【００６５】
Driver/Amp ICは、電気コネクタによりさらにセットなどの本体基板に繋がる。
【００６６】
図1に示した、ボールペンレンズ付きGI型POFコネクタはこの例である。
【００６７】
[既存の光モジュールとの比較]
【００６８】
ガラスファイバーに球状レンズを融着したケーブルは、高価であり広くは用いられていない。
【００６９】
半球状レンズ用いた光モジュールは、VCSELからの拡散する光を集光したり、PDサイズに光を集光するために、TOSA（Transmitter Optical Sub-Assembly）/ROSA（Receiver Optical Sub-Assembly）と呼ばれるモジュールであり、一般的に使われているが高価である。
【００７０】
現在、多く用いられている接続方式は、光モジュールとファイバーの間に何も挟まない、Butt-joint と呼ばれる方式で接続されている。その場合、嵌合精度を要求されるため高価なコネクタになってしまう。また、この接続方式は、精密であるためにゴミや曲げなどに留意し、専門家によって配線される用途にのみ用いられている。
【００７１】
次に、要求される嵌合精度の違いについてのシミュレーション結果等を示す。
【００７２】
＜通常使われるＬＤ（ＶＣＳＥＬなど）とＰＤの仕様＞
【００７３】
図6は、10Gbps伝送用VCSEL&PDの仕様例を示す図である。
【００７４】
VCSEL出力のコリメートにはNA0.26以上のレンズが必要である。また、コア径55μm以上のPOFからPDへの結合にはレンズが必要である。
【００７５】
＜ROSA (Butt-joint) 既存の特性＞
【００７６】
図7は、ROSA（Butt-joint）の場合を示す図である。
【００７７】
GI型POFの仕様は次のとおりである。
【００７８】
コア径               55 μm
プロファイル      べき乗分布 (g=2)
開口数              N.A.=0.245
励振条件          全モード励振
ビーム半径       w0=27.5 μm
ビーム品質       M2=25.2
【００７９】
コア径55μm以上では、結合損失のないButt-jointは不可能である。
【００８０】
＜ROSA(ボールレンズ）本実施形態＞
【００８１】
図8は、ROSA（ボールレンズ）の場合を示す図である。
【００８２】
ここで、PDへの結合では、軸ずれの許容度は集光レンズ外径により決定される。計算では、レンズ半径が曲率に等しい場合を想定している。
【００８３】
軸ずれ方向およびレンズ間方向の位置合わせの精度が大幅に緩和される。レンズ外径は大きすぎると集光径がＰＤの受光径よりも大きくなる。 （最大曲率半径217μmで軸ずれ方向231μm、レンズ間方向1.5mmの許容度が得られる。 ）
【００８４】
＜TOSA (Butt-joint) 既存の特性＞
【００８５】
図9は、TOSA（Butt-joint）の場合を示す図である。
【００８６】
VCSELの仕様は次のとおりである。
【００８７】
ビーム半径       w0=4 μm
発散角（全角）   θ0=30°
ビーム品質       M2=3.87
【００８８】
コア径55μmの場合、横方向に50μm以下、軸方向に100μm以下の精度での位置合わせが必要である。
【００８９】
＜TOSA(ボールレンズ）本実施形態＞
【００９０】
図10は、TOSA（ボールレンズ）の場合を示す図である。
【００９１】
ここで、VCSELの結合では、軸ずれの許容度はGI型POFのNAとボールレンズレンズの焦点距離により決定される。さらなる許容度の拡大にはボールレンズを大きくする必要がある。
【００９２】
軸ずれ方向およびレンズ間方向の位置合わせの精度が大幅に緩和される。 VCSELのコリメート径をできる限り小さくすればよい（例えば曲率半径100μmで軸ずれ方向100μm、レンズ間方向2.6mmの許容度が得られる。）
【００９３】
＜ROSA(ボールレンズ）本実施形態及びTOSA(ボールレンズ）本実施形態の比較＞
【００９４】
ROSAに用いるレンズの曲率半径は、嵌合精度が0以上でかつPDの受光半径より小さいビーム径になる条件から、101um〜217umの間になる。中間の曲率半径151umとすると、軸ずれ方向100um、レンズ間方向1.5mmの許容度が得られ、その時のビーム半径は、20umとなり、PD受光半径より小さい。
【００９５】
TOSAに用いるレンズの曲率半径は、縦方向の許容度を1mm以上で、GI型POFの最大コリメートビーム半径100umより小さいビーム径になる条件から、62um〜190umの間になる。中間の曲率半径98umとすると、軸ずれ方向100um、レンズ間方向2.5mmの許容度が得られ、その時のビーム半径は、50umになる。
【００９６】
TOSA/ROSAいずれの場合も、200um以下のレンズ形状で、必要とされる嵌合精度が得られ、小型化が可能である。
【００９７】
[各種光モジュールの比較]
【００９８】
図11は、各種光モジュールの構成を示す図である。
【００９９】
図12は、ピグテール型光モジュールを示す図である。これは、Butt-joint  （ピグテール型）である。
【０１００】
図13は、コネクタ一体型（機器内）光モジュールを示す図である。これは、Butt-joint (45度ミラー又は直角曲げファイバー：機器内タイプ）である。
【０１０１】
図14は、コネクタ一体型（機器間）光モジュールを示す図である。これは、光路変換集光レンズタイプ（機器間タイプ）である。
【０１０２】
コネクタ一体型（機器間）と本実施形態（機器間）とには大きな相違点がある。それは、コリメートレンズを使用しているか否かである。コネクタ一体型（機器間）では、従来のButt-jointを用いているが、本実施形態では、嵌合精度の緩和並びに耐ゴミ性の強化のためにコリメートレンズを用いている。
【０１０３】
表に、各種光モジュール方式の比較を示す。
【０１０４】
【表１】
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【０１０５】
ここで、ケーブルとは、ファイバーにコネクタを付けたものを指している。
【０１０６】
本実施形態の光モジュールによれば、これまで専ら業務用途で用いられてきた光のインターフェースを、コンシューマ（素人）でも扱えるようにすることができるという利点がある。
【０１０７】
半球状レンズ用いた光モジュールであれば、ボールレンズを通じてGI型POFを光学的に接続することでラフに位置合わせができるようになる。光ファイバーのフッ素樹脂はホコリがつきやすいが、レンズがホコリからの保護を担うこともできる点でも優れている。また、硬い物によって傷付くのをレンズにより防ぐこともできる。
【０１０８】
なお、ガラスファイバーで同様の接続を行うと、ガラスファイバーが折れやすいが、POFを使用すれば光モジュールに嵌りやすいという利点がある。
【０１０９】
本実施形態は拡張性の点でも優れている。光モジュールは今後も多くの種類の規格が生み出されることが予想される。しかしながら、本実施形態であれば、例えば、将来、伝送経路の本数が増えて速度が上がる場合でも極めて容易に対応できる。規格の進歩にも同様の光モジュールで対応できる。このことは、本実施形態の構造はシンプルな構造にもかかわらず、いわゆる互換性を持たせることができることを示しており、新規規格の追加等の規格の変化への対応が容易になるという優れた利点をもたらしている。
【０１１０】
[コリメート/集光レンズ]
【０１１１】
上述の説明では、半球状のコリメート/集光レンズを使用する場合について説明しているが、コリメート/集光レンズについては、これに限定されるものではなく使用目的、状況等に応じて適宜変更が可能である。
【０１１２】
例えば、表面のカーブが球の一部を切り取った形をしている球面レンズ(球面設計のレンズ)だけでなく、そうでない形の非球面レンズ、又は、レンズ中央部は厚い、入射した平行光束を収束させる働きを持つ凸レンズでもよい。平面でも球面でもない曲面を屈折面に含む非球面レンズでもよい。階段状に屈折角が異なった同心円状のフレネルレンズ、ある部分の屈折率が周辺部分の屈折率よりも高くなっている屈折率分布型レンズ、トーリックレンズ、又は、トロイダルレンズでもよい。トーリック面、 対 称非球面、非対称非球面等を有するレンズでもよい。
【０１１３】
材料も、ガラスだけではなくプラスティック材料で構成するようにしてもよい。
【０１１４】
[光ファイバー]
【０１１５】
本実施形態の光ファイバーとしては、例えば、次の文献に記載された光ファイバーを利用することができる。
【０１１６】
【特許文献１】特開2011-227201
【特許文献２】特開2012-48262
【特許文献３】特開2012-220835
【０１１７】
ボールペンレンズは、例えば、ガラス材料で形成され、球形状を有するコリメータレンズである。
【０１１８】
光ファイバーは、例えば、プラスチック光ファイバーで構成され、その中心を貫通して設けられるコアと、このコアを被覆するクラッドと、このクラッドを被覆して補強する補強層とから構成されている。
【０１１９】
光ファイバーは、例えば、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバーで構成され、ファイバー軸に垂直な断面で屈折率が連続的に変化するように構成されている。また、コア及びクラッドは、例えば、Ｃ-Ｈ結合のＨをＦに置換した全フッ素置換光学樹脂で構成されている。これらのように光ファイバー13を全フッ素置換光学樹脂で構成すると共に、ＧＩ型光ファイバーで構成することにより高速且つ大容量通信を実現することができるものとなっている。
【０１２０】
例えば、上記の説明においては、コリメート/集光レンズがガラス材料で構 成 される場合等について説明しているが、コリメート/集光レンズの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。
【０１２１】
例えば、コリメート/集光レンズをプラスチック材料で構成するようにしてもよいし、その形状も球形レンズに限られない。
【０１２２】
また、プラスチック光ファイバーを光ファイバーの一例として説明しているが、光ファイバーは、プラスチック光ファイバーに限定されるものではない。ガラス光ファイバーを適用することも可能である。
【０１２３】
[権利解釈]
【０１２４】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施形態の修正又は代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１２５】
また、この発明の説明用の実施形態が上述の目的を達成することは明らかであるが、多くの変更や他の実施例を当業者が行うことができることも理解されるところである。特許請求の範囲、明細書、図面及び説明用の各実施形態のエレメント又はコンポーネントを他の１つまたは組み合わせとともに採用してもよい。特許請求の範囲は、かかる変更や他の実施形態をも範囲に含むことを意図されており、これらは、この発明の技術思想および技術的範囲に含まれる。
【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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【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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