(57)【要約】【課題】飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、光学的結合に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることができる光モジュール、及び該光モジュールを備えたコネクタを提供する。【解決手段】レセプタクル５には、前記キャンキャップ４を覆うように設けられて該キャンキャップ４とレセプタクル５を連結する接続用筒状部材６が設けられており、前記接続用筒状部材６内でかつ前記キャンキャップ４とレセプタクル５との間に位置する間隙３０内には、透明樹脂３１が充填されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光学的結合が可能なようにボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと間隔をおいて設けられたその内部に該ボールレンズと光ファイバとが光学的に結合されるように光ファイバのフェルールが保持されたレセプタクルと、を具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させる光モジュールであって、
前記レセプタクルには、前記キャンキャップを内包するように設けられて該キャンキャップとレセプタクルを連結する接続用筒状部材が設けられており、
前記接続用筒状部材内でかつ前記キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙内には、透明樹脂が充填された樹脂充填部が設けられていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記接続用筒状部材には、前記キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に透明樹脂を充填するための貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記樹脂充填部を形成する透明樹脂はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記樹脂充填部を形成する透明樹脂はアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載されて互いに平行配置された複数の光モジュールと、これら光モジュールと平行に配列された電気コネクタと、これら光モジュール及び電気コネクタを樹脂により一体化する樹脂モールド部と、から構成されることを特徴とする、光モジュールを備えたコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、飛行機などの電子回路の光ファイバ配線に使用される一芯双方向モジュールに係り、使用時の信頼性を向上させることができる光モジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に示されるモジュール筐体が知られている。このモジュール筐体は、電子部品が搭載される電子基板が金属製のベース部材内に収納され、該ベース部材の上部に、金属製のカバーが嵌合されるように構成されたものである。
【特許文献１】実開平７−２７１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、上記のようなモジュール筐体に収容される電子基板に、送信容量の増大化を図るためにメタル配線ではなく、一芯双方向モジュールからなる光モジュールが設けられることがある。この光モジュールは、発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光を結像させるボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと同一線上にかつ該ボールレンズと間隔をおいて設けられその内部に光ファイバのフェルールが保持されるレセプタクルとを具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させるものである。
【０００４】
そして、このような光モジュールを飛行機や車両などの移動体に搭載した場合には、移動体の振動により、光ファイバのフェルールとキャンキャップのボールレンズとの位置にズレが生じて光学的結合に影響が出るという問題がある。また、移動体に搭載した場合には、移動先や機内又は車内の状況によっては、高温環境又は多湿環境での使用となって内部の回路の動作に影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、光学的結合に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることができる光モジュール、及び該光モジュールを備えたコネクタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明では、発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光学的結合が可能なようにボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと間隔をおいて設けられたその内部に該ボールレンズと光ファイバとが光学的に結合されるように光ファイバのフェルールが保持されたレセプタクルと、を具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させる光モジュールであって、前記レセプタクルには、前記キャンキャップを内包するように設けられて該キャンキャップとレセプタクルを連結する接続用筒状部材が設けられており、前記接続用筒状部材内でかつ前記キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙内には、透明樹脂が充填された樹脂充填部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、キャンキャップを覆う接続用筒状部材内でかつ該キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙内に、透明樹脂が充填された樹脂充填部が設けられているので、この樹脂充填部の透明樹脂によって、光ファイバのフェルールを支持するレセプタクルと、キャンキャップのボールレンズとが同一線上に位置するように固定保持することができ、これらキャンキャップとレセプタクルとの間での光信号の送受信を良好に行うことができる。また、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に設けられた樹脂充填部の透明樹脂によって、キャンキャップとレセプタクルとの間がシールされることから、これらの間を通じて外部からキャンキャップとレセプタクルとの間隙内に水分（空気中に含まれる水蒸気も含む）が浸入することを防止することができる。すなわち、例えば、従来であれば、特に低温状態において、一旦水分がキャップ内に入ってしまい、ファイバやレンズの上に結露が発生し光学的な遮断が発生してしまうが、本発明によれば、該間隙に透明樹脂を充填するようにしたので、間隙への水分の侵入を防止し、結露による光学的な遮断を防止することができる。また、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に設けられた樹脂充填部の透明樹脂は、一般的に空気と比較して熱導電率が高いので、この導電性が良い透明樹脂を通じて、キャンキャップ内の光学回路で発生した熱を効率良くレセプタクル側に排出することができ、その結果、高温環境下で使用した場合であっても、該光学回路に支障が生じることを防止できる。
【０００８】
また、本発明では、前記接続用筒状部材に、前記キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に透明樹脂を充填するための貫通孔を形成することを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、接続用筒状部材に、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に透明樹脂を充填するための貫通孔が形成されているので、この貫通孔を通じて、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に支障無く透明樹脂を充填することができる。
【００１０】
また、本発明では、前記樹脂充填部を形成する透明樹脂をシリコーン樹脂により形成することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に設けられた樹脂充填部の透明樹脂をシリコーン樹脂により形成したので、特に高い耐熱性及び防水性を付与することができる。
【００１２】
また、本発明では、前記樹脂充填部を形成する透明樹脂をアクリル樹脂により形成することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、キャンキャップとレセプタクルとの間隙内に設けられた樹脂充填部の透明樹脂をアクリル樹脂により形成したので、特に高い透明性と強度を付与することができ、キャンキャップとレセプタクルとの間にて減衰を生じさせることなく光信号の送受信を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の光モジュールを備えたコネクタでは、互いに平行配置された複数の上記光モジュールと、これら光モジュールと平行に配列された電気コネクタと、これら光モジュール及び電気コネクタを樹脂により一体化する樹脂モールド部と、から構成されることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、上述した光モジュール及び電気コネクタを互いが平行となるように並列に配置しかつこれらを樹脂モールド部により一体化することによりコネクタを構成したので、コネクタの光モジュール部分において、上記と同様に、光学的結合、熱伝導性及び防水性に関して高い信頼性を付与することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように構成された光モジュールでは、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、光学的結合に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の光学回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１及び図２は、本発明に係わる光モジュールである。この光モジュールは、超小型の双方向光サブアセンブリ（ＭＩＣＲＯ  ＢＩ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＵＢＡＳＳＥＢＢＬＹ）であるマイクロＢＯＳＡ１によって構成される。このマイクロＢＯＳＡ１は、具体的には、集積光学回路チップであるマイクロＢＯＳＡチップ２が搭載されるステム３と、マイクロＢＯＳＡチップ２を覆って密封シールするためのボール突きレンズキャップ（以下、キャンキャップと表現する）４と、光ファイバのフェルールＦを保持する例えばＳＣ型光コネクタからなるレセプタクル５と、前記ステム３とレセプタクル５とを連結する接続用筒状部材６と、から構成されている。
【００１８】
マイクロＢＯＳＡチップ２は、図３及び図４に詳細に示されるように、ＰＤチップ（フォトダイオード）１０と、ＬＤチップ（レーザーダイオード）１１と、ＷＤＭフィルタ（波長分割多重フィルタ）１２と、シリコンマイクロレンズ１３と、を有している。ＰＤチップ１０は、ガラス基板１４を介してシリコン基板１５上に実装される。このシリコン基板１５上には、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）１６、回路基板となるセラミック基板１７とが実装されている。
【００１９】
シリコンマイクロレンズ１３はいわゆる回折レンズであって、空間結合型の一芯双方向機能をコンパクトに実現するために、符号１３Ａ・１３Ｂで示すように２箇所に配置されている。一方のシリコンマイクロレンズ１３Ａは、図４に示されるように、ＬＤチップ１１とＷＤＭフィルタ１２との間に配置されて、ＬＤチップ１１からの出射光（例えば、１３１０ｍｍの光信号）をコリメートするための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズからなる。また、他方のシリコンマイクロレンズ１３Ｂは、ＰＤチップ１０と、ＷＤＭフィルタ１２との間に配置されて、該ＷＤＭフィルタ１２からの入射光（例えば、１４９０ｍｍの光信号）を収束させてＰＤチップ１０に導くための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズからなる。図４において符号（イ）は１３１０ｍｍ出力信号の光経路を示し、符号（ロ）は１４９０ｍｍの入力信号の光経路を示している。両シリコンマイクロレンズ１３Ａ・１３Ｂは、パッシブアライメント技術により、例えばシリコン基板１５に設けられたＶ溝（図示略）に実装される。
【００２０】
ＰＤチップ１０は、例えば、真性半導体の層（ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ）をｐｎ接合の中間に置く構造からなる、いわゆるＰＩＮフォトダイオードからなる。ＰＤチップ１０は、受光面を下向きにしてフェースダウン実装されており、シリコンマイクロレンズ１３を通過した光が入射される。
【００２１】
また、キャンキャップ４は、一端が閉じた円筒状（すなわち缶状）に形成されてその開口側の縁部がステム３に結合されるキャップ１８と、該キャップ１８の閉じた側の閉塞部中央の貫通孔（図示略）に固定されたボールレンズ１９とから構成される。ここで、一般に、キャンキャップ４内は、キャンキャップ４とステム３がプロジェクション溶接されることによりその内部は水分の侵入が無いように気密封止される。ボールレンズ１９は、レセプタクル５に挿入されて結合されるシングルモード光ファイバ（図示略）とＬＤチップ１１との結像レンズとして機能し、また、該光ファイバとＰＤチップ１０との間の結像レンズとして機能する。このキャップ１８を覆うように該キャップ１８の外側に接続用筒状部材６が設けられる。
【００２２】
また、ステム３は、ステム円盤部２０と、該ステム円盤部２０の一面からほぼ垂直に延びその上面に上述したマイクロＢＯＳＡチップ２が搭載されるステム突起部２１と、該ステム円盤部２０を貫通する複数のリードピン２２と、を具備するものである。リードピン２２は、受信用のリードピン２２と、送信用のリードピン２２とからなり、これら各リードピン２２は、マイクロＢＯＳＡチップ２上の対応する部品とボンディングワイヤで接続される。
【００２３】
また、レセプタクル５は、シングルモード光ファイバと、ボールレンズ１９とを光学的に接続するためのコネクタであって、シングルモード光ファイバのフェルールＦを脱着自在に収容する筒状のスリーブ２３と、該スリーブ２３の端部に固定されたフランジ部２４と、これらスリーブ２３及びフランジ部２４の貫通孔５Ａ内に設けられた例えばジルコニアセラミック製のファイバスタブ２５とを具備する。ファイバスタブ２５は、その端部に長波長カットフィルター２５Ａを有し、光軸調整と光接続という機能を併せ持つ。
【００２４】
次に、接続用筒状部材６の内部構成について説明する。この接続用筒状部材６は、図１及び図２に示すように、レセプタクル５とキャンキャップ４とを連結しかつ該キャンキャップ４を覆うように設けられているものであって、接続用筒状部材６内でかつキャンキャップ４とレセプタクル５との間に位置する間隙３０内には、透明樹脂３１が充填された樹脂充填部３２が形成されている。接続用筒状部材６には間隙３０と外部とを連結する貫通孔３３が設けられており、この貫通孔３３を通じて間隙３０内に透明樹脂３１が注入されることで、樹脂充填部３２が形成されるようになっている。
【００２５】
なお、間隙３０に樹脂充填部３２を設ける理由としては、キャンキャップ４とレセプタクル５とを常時、軸心が同一となるように保持することによる光学的結合の改善、キャンキャップ４とレセプタクル５との間をシールすることによる光軸上の遮蔽物の侵入、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱の効率良く外部へ導電して排出する、ことにある。なお、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を外部へ排出する点について、一般的に樹脂は空気より熱伝導率が高いという特性があり（例えば、空気の熱伝導率は、０．０２４１［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるのに対して、樹脂の熱伝導率は０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度である）、この特性を利用して、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を外部へ効率良く排出して、マイクロＢＯＳＡチップ２の熱対策を施すものである。
【００２６】
また、上記接続用筒状部材６は、予め貫通孔３３が形成されたものをレセプタクル５に取り付けても良いし、該レセプタクル５に取り付けた後に、貫通孔３３を形成しても良い。しかし、レセプタクル５に取り付けた後に、接続用筒状部材６に貫通孔３３を形成する作業は、レセプタクル５とキャンキャップ４との軸心にズレを発生させて光学的結合が正常になされない恐れがあるので、予め貫通孔３３が形成された接続用筒状部材６をレセプタクル５に取り付ける方が好ましい。
【００２７】
また、間隙３０内に注入する透明樹脂３１としては例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂などがある。そして、透明樹脂３１にシリコーン樹脂を使用した場合には、特に高い耐熱性及び防水性を付与することができ、また、透明樹脂３１にアクリル樹脂を使用した場合には、特に高い透明性と強度を付与することができる。
【００２８】
以上詳細に説明したように本実施形態に光モジュールとして示したマイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４を覆う接続用筒状部材６内でかつ該キャンキャップ４とレセプタクル５との間に位置する間隙３０内に、透明樹脂３１が充填された樹脂充填部３２を形成したので、この樹脂充填部３２の透明樹脂３１によって、光ファイバのフェルールＦを支持するレセプタクル５と、キャンキャップ４のボールレンズ１９とが同一線上に位置するように固定保持することができ、これらキャンキャップ４とレセプタクル５との間での光信号の送受信を良好に行うことができる。また、上記マイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙３０に設けた樹脂充填部３２の透明樹脂３１によって、キャンキャップ４とレセプタクル５との間がシールされることから、これらの間からキャンキャップ４内に水分が浸入することが無く、多湿環境で使用した場合であってもその湿度の影響がキャンキャップ４内のマイクロＢＯＳＡチップ２内に及ぶことを防止できる。また、上記マイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙３０に設けた樹脂充填部３２の透明樹脂３１は、空気と比較して一般的に熱導電率が高いので、この導電性が良い透明樹脂３１を通じて、キャンキャップ４内のマイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を効率良くレセプタクル５側に排出することができ、その結果、高温環境下で使用した場合であっても、該マイクロＢＯＳＡチップ２の動作に支障が生じることが無い。
【００２９】
すなわち、本実施形態に光モジュールとして示したマイクロＢＯＳＡ１では、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、光学的結合に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部のマイクロＢＯＳＡチップ２に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、上記のマイクロＢＯＳＡ１では、接続用筒状部材６に、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙３０内に透明樹脂３１を充填するための貫通孔３３が形成されているので、この貫通孔３３を通じて、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙３０内に支障無く充填することができる。また、上記のマイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙３０内に充填する透明樹脂３１をシリコーン樹脂とした場合には、特に高い耐熱性及び防水性を付与することができ、また、該間隙３０内に充填する透明樹脂３１をアクリル樹脂とした場合には、特に高い透明性と強度を付与することができ、キャンキャップ４とレセプタクル５との間にて減衰を生じさせることなく光信号の送受信を行うことができる効果も奏される。
【００３１】
なお、上記実施形態では、光モジュールについて単一のマイクロＢＯＳＡ１を例に挙げているが、これに限定されず、複数のマイクロＢＯＳＡ１を一体化してなるコネクタ１００に適用しても良い。このコネクタ１００は、図５に示すように、光モジュールであるマイクロＢＯＳＡ１の複数（本例では２個）を平行となる位置関係に配列するとともに、該マイクロＢＯＳＡ１に対して電気コネクタ３４（メスコネクタとオスコネクタとからなる）も平行となる位置関係に配列した状態で、これらマイクロＢＯＳＡ１及び電気コネクタ３４を、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの樹脂モールド３５で一体に被覆することで、構成されている。そして、このようマイクロＢＯＳＡ１及び電気コネクタ３４を一体化したコネクタ１００においても、同様に、前述したマイクロＢＯＳＡ１の部分において、光学的結合、熱伝導性及び防水性に関して高い信頼性を付与することが可能となる。電気コネクタ３４は、メスコネクタとオスコネクタとから構成され、樹脂モールド３５内で連結される。
【００３２】
また、上述した実施形態において、複数のマイクロＢＯＳＡをモールド樹脂中で一体化する場合、コネクタに使用されるモールド用樹脂は、ガラス繊維やシリカ粒子等の力学的な強度を上げる素材が混入され、また、難燃性を上げるために、樹脂へ難燃性化合物が添加されている。そのためモールド樹脂は光が透過しないため、間隙３０に何も充填されていない場合には、部品同士の微細な隙間からこのモールド樹脂が侵入し、光学的な遮断を起こしてしまう。しかし、上述したように、透明樹脂３１を充填しておくことにより、モールド樹脂３５が間隙３０に侵入してしまうことを防止し、これにより光学的に遮断されることが無くなる。
【００３３】
また、上記実施形態では、接続用筒状部材６の貫通孔３３を通じて間隙３０内に透明樹脂３１を注入したが、これに限定されず、該接続用筒状部材６にスリット、隙間を設け、これらスリット、隙間を通じて、間隙３０内に透明樹脂３１を注入、充填しても良い。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る光モジュールであるマイクロＢＯＳＡを示す斜視図
【図２】図１に示すマイクロＢＯＳＡを軸線に沿って切断した正断面図
【図３】集積光学回路チップであるマイクロＢＯＳＡチップを示す斜視図
【図４】図３の要部を拡大した斜視図
【図５】光モジュールと電気コネクタの双方を備えたコネクタを示す斜視図
【符号の説明】
【００３６】
１  マイクロＢＯＳＡ（光モジュール）
２  マイクロＢＯＳＡチップ（集積光学回路チップ）
３  ステム
４  キャンキャップ
５  レセプタクル
６  接続用筒状部材
１０  ＰＤチップ（受光素子）
１１  ＬＤチップ（発光素子）
１９  ボールレンズ
３０  間隙
３１  透明樹脂
３２  樹脂充填部
３３  貫通孔
３４  電気コネクタ
３５  樹脂モールド
Ｆ  フェルール
１００  コネクタ
【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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