JP2006139094A - 光モジュール、光通信装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化が可能な光モジュールを提供すること。
【解決手段】 光伝送媒体(3)が取付けられ、当該光伝送媒体を介して光信号を授受するための光モジュール(1)であって、一方面が上記光伝送媒体の端面の法線方向と略平行になるように相対的な配置が設定される基板(10)と、上記基板の一方面側に配置される反射板(11)と、光入出射面が上記反射板へ向くようにして、上記基板と上記反射板によって挟まれた空間に配置される光素子(13)と、を含み、上記光素子から出射する上記光信号を上記反射板によって反射させて上記光伝送媒体の端面へ導き、又は上記光伝送媒体から出射する上記光信号を上記反射板によって反射させて上記光素子の上記光入出射面へ導くように構成される、光モジュールである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を用いて情報の送受信を行う光モジュールに関する。

従来の光モジュールとしては、例えば特開２００４−２４６２７９号公報（特許文献１）に開示されるものがある。当該文献に開示される光モジュールは、光素子から出射される信号光及び光伝送媒体から出射される信号光を略９０度反射させて光学的な結合を図る構造を採用することにより、光モジュールの小型化（特に透明基板の厚み方向における省スペース化）を図っている。このような光モジュールを用いることにより、小型の光通信装置（光トランシーバ）を構成することができる。

ところで、上述したような光トランシーバを各種の電子機器に搭載するために、光トランシーバに対する小型化の要望が一段と高まっている。かかる要望は、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話機などの小型の携帯用機器において顕著であり、これらの機器においては特に高さ（厚み）方向に関してサイズ縮小の要求が高い。したがって、上記従来文献に開示されるような光モジュールの更なる薄型化が望まれている。

特開２００４−２４６２７９号公報

そこで、本発明は、薄型化が可能な光モジュールを提供することを目的とする。

第１の態様の本発明は、光伝送媒体が取付けられ、当該光伝送媒体を介して光信号を授受するための光モジュールであって、一方面が上記光伝送媒体の端面の法線方向と略平行になるように相対的な配置が設定される基板と、上記基板の一方面側に配置される反射板と、光入出射面が上記反射板へ向くようにして、上記基板と上記反射板によって挟まれた空間に配置される光素子と、を含み、上記光素子から出射する上記光信号を上記反射板によって反射させて上記光伝送媒体の端面へ導き、又は上記光伝送媒体から出射する上記光信号を上記反射板によって反射させて上記光素子の上記光入出射面へ導くように構成されるものである。

かかる構成では、基板の一方面側において当該基板と反射板によって挟まれた空間に光素子を配置し、光伝送媒体との光結合を図っているので、光モジュール全体の基板方向における厚みを低減し、薄型化することが可能となる。

上述した基板としては、セラミック基板、ガラス基板、プラスチック基板など種々のものを用いることができるが、特にセラミック基板を採用することが好ましい。

これにより、必要十分な機械的強度や平坦性などの諸特性を確保しつつ基板をより薄くし、光モジュール全体の更なる薄型化が可能となる。

好ましくは、上記基板の一方面側に配置され、上記光伝送媒体の一端を支持して当該光伝送媒体と上記基板との相対的な配置を設定する機能を担うレセプタクルを更に含む。

これにより、基板と光伝送媒体との相対的配置を容易に設定することが可能となる。

また、上記反射板は、上記レセプタクルに取り付けられることが好ましい。

これにより、反射板の設置が容易となり、構成の簡素化が可能となる。

また、上記反射板はその一端が基板に当接するようにして上記レセプタクルに取り付けられ、上記光素子が配置される上記空間を上記基板、上記反射板及び上記レセプタクルによって囲まれた略閉空間とすることが好ましい。

これにより、光素子周辺の密封性を高めることができる。したがって、外界からの各種影響による光素子の劣化や損傷、あるいは光路中への異物侵入による誤動作などの不都合を回避しやすくなる。

また、上記光信号の進路上に設けられ、上記光信号を集光するレンズを更に備えることが好ましい。より具体的には、当該レンズは、上記光素子の上記光入出射面上または上記光伝送媒体の端面の近傍のいずれか、或いはそれらの両方に配置されることが好ましい。

これにより、光結合効率の向上を図ることが可能となる。

また、上記基板を貫通して設けられて当該基板の一方面側で上記光素子と電気的に接続され、当該基板の他方面側から上記光素子に対する電気信号の授受を行うために用いられる電気配線を更に含むことが好ましい。

これにより、光モジュールと外部装置（例えば回路基板）との電気的な接続を図ることが容易になる。例えば、基板の他方面側においてボールハンダ等の接続手段を介してＢＧＡ（ball grid array）などの実装方法を採用できるので、光モジュールの薄型化による利点をより有効に活用することが可能となる。

また、上記光素子の光入出射面上に設けられ、当該光素子への異物の侵入を抑制するバリア膜を更に含むことも好ましい。

これにより、水分等の異物の侵入による光素子の特性劣化を回避することが可能となる。

第２の態様の本発明は、上述した光モジュールを備える光通信装置（光トランシーバ）である。このような本発明にかかる光通信装置は、例えば、パーソナルコンピュータやいわゆるＰＤＡ（携帯型情報端末装置）など、光を伝送媒体として外部装置等との間の情報通信を行う各種の電子機器に用いることが可能である。ここで「光通信装置」とは、信号光の送信にかかる構成（発光素子等）と信号光の受信にかかる構成（受光素子等）の両方を含む装置のみならず、送信にかかる構成のみを備える装置（いわゆる光送信モジュール）や受信にかかる構成のみを備える装置（いわゆる光受信モジュール）を含む。

本発明にかかる光モジュール等を用いることにより、光通信装置の薄型化が可能となる。

第３の態様の本発明は、上述した第１の態様にかかる光モジュール、又は第２の態様にかかる光通信装置を備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、電気回路等を用いて一定の機能を実現する機器一般をいい、その構成には特に限定がないが、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（携帯型情報端末）、電子手帳など各種機器が挙げられる。本発明にかかる光モジュール等は、これらの電子機器において機器内部での情報通信や外部機器等との間における情報通信に用いることが可能である。

本発明にかかる光モジュール等を用いることにより、電子機器の薄型化が可能となる。

以下、本発明の実施の態様について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の光モジュールの構成を説明する図（斜視図）である。また、図２は、光モジュールの図１に示すII−II線方向に沿った断面図である。図１及び図２に示す光モジュール１は、光伝送媒体としてのテープファイバ３の一端部に設けられた光プラグ２が取付けられ、当該テープファイバ３を介して光信号を送受して情報通信を行うためのものであり、基板１０、反射板１１、レセプタクル１２、光素子１３、電気配線１４を含んで構成されている。この光モジュール１は、レセプタクル１２の有する断面略Ｔ字状の溝と基板１０の一方面によって画定される嵌合孔に光プラグ２が挿入されるように構成されている。光プラグ２は、テープファイバ３の一端側（ファイバ芯）を下側部材２０と上側部材２１によって挟み込んで支持するように構成されている。図１では一例として、テープファイバ３として４芯のものを用いる場合が示されている。

基板１０は、光モジュール１を構成する各要素を支持するものであり、図２に示すように、一方面がテープファイバの端面の法線方向と略平行になるように相対的配置が設定される。この基板１０としては、所要の機能が確保される限りいかなるものも採用可能であり、例えばセラミック基板、ガラス基板、プラスチック基板など種々の基板を用いることができる。特にセラミック基板は、必要十分な特性（機械的強度、平坦性など）を確保しつつ、より薄型化することが可能であり好ましい。

反射板１１は、金属膜や誘電体多層膜等からなる反射面を有し、当該反射面が光素子１２の光軸（光信号の主伝搬方向）に対して略４５度の角度をもつようにして、基板１０の一方面側に配置されている。この反射板１１は、テープファイバ３から出射し、光プラグ２の下側部材２０と一体に設けられたレンズ２２によって集光される光信号を反射させて光素子１３へ導き、又は、光素子１３から出射する光信号を反射させてテープファイバ３の端面へ導く機能を担う。本実施形態では、反射板１１をその一端が基板１０に当接するようにしてレセプタクル１２に取り付けることにより、反射板１１と基板１０とレセプタクル１２によって囲まれた略閉空間が得られるように構成している。この略閉空間に光素子１３を配置することにより光素子１３の密封性が高まる。

レセプタクル１２は、基板１０の一方面側に配置されており、光プラグ２の一端を支持し、テープファイバ３と基板１０との相対的な配置を設定する機能を担う。図示のように、本実施形態のレセプタクル１２は、テープファイバ３の一端に取り付けられた光プラグ２が装填され、当該光プラグ２と協働してテープファイバ３の一端を支持している。このレセプタクル１２は、プラスチック、ガラスなどの材料を用いて形成されている。

光素子１３は、金バンプ等を介して電気配線１４と電気的に接続されており、当該電気配線１４を介して外部から与えられる駆動信号に応じて光信号を出射し、又は入射した光信号の強度に応じて電気信号を発生する。この光素子１３は、基板１０と反射板１１によって挟まれた空間内の所定位置（本例では基板１０の一方面上）に、発光面又は受光面（光入出射面）が反射板１１の方へ向くようにして配置されている。上述したように本実施形態では、光素子１３が配置される空間は、基板１０、反射板１１及びレセプタクル１２によって囲まれた略閉空間となる。ここで、光素子１３の具体例は、光モジュール１が情報送信側に用いられるか情報受信側に用いられるかによって異なる。光モジュール１が情報送信側に用いられる場合には、光素子１３としてＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）などの発光素子が用いられる。本実施形態においては、光結合効率の低下を回避するために光信号の放射角度の小さい光素子（例えばＶＣＳＥＬの場合であればシングルモードのもの）を用いることが好ましい。また、光モジュール１が情報受信側に用いられる場合には、光素子１３としてフォトダイオードなどの受光素子が用いられる。

電気配線１４は、基板１０を貫通して設けられて当該基板１０の一方面側で光素子１３と電気的に接続されており、当該基板１０の他方面側から光素子１３に対する電気信号の授受を行うために用いられる。この電気配線１４は、銅、銀などの導電体を用いて形成される。この電気配線１４は、基板１０の他方面側においてボールハンダ１５を介して図示しない外部装置の回路基板（マザーボード）等と電気的に接続されている。すなわち本実施形態では、実装方式としてＢＧＡ（ball grid array）パッケージを採用している。

レンズ２２は、光信号の進路上であってテープファイバ３の端面の近傍に配置され、テープファイバ３の端面から出射した光信号を集光し、又は光素子１３から出射し、反射板１１によって反射された光信号を集光する機能を担う。レンズ２２は、その焦点が図示のようにテープファイバ３の端面に一致するように構成されている。このレンズ２２は、例えばガラス、プラスチック等の材料を用いて形成される。本実施形態ではこのレンズ２２は、光プラグ２と一体に設けられている。より具体的には、光プラグ２の下側部材２０は、レセプタクル１２への挿入方向の先端側に所定の切り欠き部を有しており、レンズ２２は当該切り欠き部の内側に配置されている。すなわち、光プラグ２がレセプタクル１２と基板１０によって画定される貫通孔に挿入されてその先端が反射板１１に当接する際に、レンズ２２が保護される構造となっている。このようにレンズ２２は、例えば射出成形法などを用いて下側部材２０と一体に形成することが可能である。

次に、光モジュールの他の構成例について説明する。

図３〜図５は、それぞれ、光モジュールの他の構成例を説明する断面図である。なお、図３〜図５の各図に示す各光モジュールの外観については上記図１に示したものと同様である。また、図３〜図５の各図は上記図１に示すII−II線方向の断面に対応している。なお、図３〜図５では、上述した図１及び図２に示した光モジュール１と共通する構成要素については同符号が付されており、以下ではこれらの構成要素については詳細な説明を省略する。

図３に示す構成例の光モジュール１ａは、上述した光モジュール１と比べて、光素子１３の光入出射面上に配置されるレンズ１６を追加した点が異なっている。このレンズ１６は、光信号の進路上に設けられて当該光信号を集光するものであり、より具体的には、光素子１３から出射する光信号をほぼ平行光に変換する機能を有する。このようなレンズ１６は、例えば、レンズの原料となる液滴を液滴吐出法によって光素子１３の光入出射面上に滴下し、その後に当該液滴を固化させることによって形成される。

図４に示す構成例の光モジュール１ｂは、上述した光モジュール１と比べて、光素子１３ｂとして裏面出射型ＶＣＳＥＬを用い、更に集光用のレンズ１６ｂを組み合わせた点が異なっている。本例の光素子１３ｂは、ＶＣＳＥＬを裏面側からエッチング処理して穴をあけることにより、裏面側からのレーザ出射が可能となっている。すなわち、本例における光素子１３ｂは本来の能動面を下向きにして基板１０上に実装されている。したがって、本例の光素子１３ｂではその裏面側の開口部が「光出射面」に相当する。このようなＶＣＳＥＬを光素子として採用することにより、ＶＣＳＥＬに貫通電極を形成することが不要となる利点が得られる。また、レンズ１６ｂは、光信号の進路上に設けられて当該光信号を集光するものであり、より具体的には、光素子１３ｂから出射する光信号をほぼ平行光に変換する機能を有する。このようなレンズ１６ｂは、例えば、レンズの原料となる液滴を液滴吐出法によって光素子１３ｂに設けられた穴に滴下し、その後に当該液滴を固化させることによって形成される。このような位置にレンズを形成することにより、光素子とレンズを組み合わせる場合における実装高さをより低くすることが可能となる。

図５に示す構成例の光モジュール１ｃは、上述した光モジュール１と比べて、光素子１３の光入出射面上に配置されるバリア膜１７を追加した点が異なっている。ここで、バリア膜１７は、光素子１３への異物（主として水分）の侵入を抑制する機能を担うものであり、透光性を有する厚さ数μｍの薄膜が用いられる。より具体的には、バリア膜１７としては、１×１０^-5〜１×１０^-6ｇｍ／ｍ²／日（day）程度、すなわちガラスとほぼ同じ程度の水分透過率を有する薄膜が好適に用いられる。そのようなバリア膜１７は、例えば、水分透過率の低いバリア層を当該バリア層を保護する高分子層からなる積層膜や、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）と窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を混合し、窒素と酸素の比を最適にした窒化酸化シリコン膜などを採用し得る。なお、図５では上述した図１に示した光モジュール１に対して更にバリア膜１７を追加した場合を例示したが、同様なバリア膜を図３又は図４に示した各構成の光モジュールに対して追加してもよい。例えば、図３に示した光モジュール１ａの場合であれば、光素子１３の上面であってレンズ１６よりも下側にバリア膜を形成するか、或いはレンズ１６を覆うようにしてバリア膜を形成すればよい。また、図４に示した光モジュール１ｂの場合であれば、レンズ１６ｂを覆うようにして光素子１３ｂの上面（開口部）にバリア膜を形成すればよい。

上述した各形態の光モジュールに対して、他の構成要素（例えば光素子の駆動回路等）を適宜組み合わせることにより、光通信装置（光トランシーバ）を構成することができる。また、各光モジュールを電気回路基板と組み合わせて光電気混載回路基板を構成し、各種の電子機器における回路基板間、各ユニット間あるいは外部機器等との間における情報通信に用いることが可能である。

図６は、本実施形態の光モジュール又は当該光モジュールを用いて構成される光通信装置を備える電子機器の一例であるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。図６に示すノート型（薄型）のパーソナルコンピュータ１００は、キーボード１０１を有する本体部１０２と、表示パネル１０３とを備えて構成されている。本実施形態にかかる光モジュール等は、図６に示すパーソナルコンピュータ１００の本体部１０２の内部に含まれて、当該パーソナルコンピュータ１００が外部装置との相互間で情報通信を行うために用いられる。また、本実施形態にかかる光モジュール等は、パーソナルコンピュータ１００の本体部１０２の内部において、各ユニットの相互間（例えば、ディスク装置とマザーボードとの相互間）の情報通信を行うためにも用いられ得る。

このように、本実施形態の光モジュールは、基板の一方面側において当該基板と反射板によって挟まれた空間に光素子を配置し、テープファイバの端面との光結合を図っているので、光モジュール全体の基板方向における厚みを低減し、薄型化することが可能となる。

また、本実施形態の光モジュールは、基板の一方面側において光素子、反射板及びテープファイバの端面を近接して配置させているので、光信号が通る光路の距離をより短くすることができる。これにより、光損失を低減し、光結合効率を向上させることが容易となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、光伝送媒体の一例としてテープ状に構成されたテープファイバを示しているが、これに限定する趣旨ではなく、他の光ファイバや光導波路などを光伝送媒体として用いることも可能である。

上述した実施形態では、反射板１１はレセプタクル１２に取り付けられていたが、必ずしもそのように構成する必要はなく、両者が互いに独立して配置されてもよい。また、反射板１１は必ずしも基板１０の一方面に当接している必要もない。

上述した実施形態では、テープファイバ３の一端に光プラグ２を取り付けていたが、このような光プラグ２を用いず直接的にテープファイバ３を支持するように構成してもよい。

上述した実施形態では、光素子１３と電気配線１４との間をバンプ接続していたが、これ以外の方法（例えばワイヤーボンディングなど）によって両者間の電気的接続を図ってもよい。

上述した実施形態では、光モジュール１を外部装置の回路基板等に対して実装する方法の一例としてＢＧＡパッケージを説明したが、他の実装方法、例えばＤＩＰ（dual inline package）やＳＯＰ（small outline package）などを採用してもよい。

上述した実施形態では、レンズ２２は光プラグ２と一体に成形されていたが、レンズ２２が単独の構成要素として存在してもよい。同様に、レンズ１６は、光素子１３と密着していなくてもよい。

一実施形態の光モジュールの構成を説明する図（斜視図）である。 光モジュールの図１に示すII−II線方向に沿った断面図である。 光モジュールの他の構成例を説明する断面図である。 光モジュールの他の構成例を説明する断面図である。 光モジュールの他の構成例を説明する断面図である。 電子機器の一例の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…光モジュール、２…光プラグ、３…テープファイバ、１０…基板、１１…反射板、１２…レセプタクル、１３…光素子、１４…電気配線、２２…レンズ

Claims (12)

1. 光伝送媒体が取付けられ、当該光伝送媒体を介して光信号を授受するための光モジュールであって、
   一方面が前記光伝送媒体の端面の法線方向と略平行になるように相対的な配置が設定される基板と、
   前記基板の一方面側に配置される反射板と、
   光入出射面が前記反射板へ向くようにして、前記基板と前記反射板によって挟まれた空間に配置される光素子と、
   を含み、
   前記光素子から出射する前記光信号を前記反射板によって反射させて前記光伝送媒体の端面へ導き、又は前記光伝送媒体から出射する前記光信号を前記反射板によって反射させて前記光素子の前記光入出射面へ導くように構成される、光モジュール。
2. 前記基板がセラミック基板である、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記基板の一方面側に配置され、前記光伝送媒体の一端を支持して当該光伝送媒体と前記基板との相対的な配置を設定する機能を担うレセプタクルを更に含む、請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記反射板は、前記レセプタクルに取り付けられる、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記反射板は、その一端が基板に当接するようにして前記レセプタクルに取り付けられ、
   前記光素子が配置される前記空間は、前記基板、前記反射板及び前記レセプタクルによって囲まれた略閉空間となる、請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記光信号の進路上に設けられ、前記光信号を集光するレンズを更に備える、請求項１に記載の光モジュール。
7. 前記レンズは、前記光素子の前記光入出射面上に配置される、請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記レンズは、前記光伝送媒体の端面の近傍に配置される、請求項６に記載の光モジュール。
9. 前記基板を貫通して設けられて当該基板の一方面側で前記光素子と電気的に接続され、当該基板の他方面側から前記光素子に対する電気信号の授受を行うために用いられる電気配線を更に含む、請求項１に記載の光モジュール。
10. 前記光素子の光入出射面上に設けられ、当該光素子への異物の侵入を抑制するバリア膜を更に含む、請求項１に記載の光モジュール。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の光モジュールを備える光通信装置。
12. 請求項１１に記載の光通信装置を備える電子機器。
    
    

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