JP2006154553A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】可とう性光導波路と光素子を組み立てて光結合する際に、アライメントの精度を確保できる上に、その作業が容易にできる光モジュールの提供。
【解決手段】この発明は、可とう性の光導波路１１を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に、その光導波路１１を所定位置に位置決めできる案内路１５を有するレセプタクル１２と、そのレセプタクル１２と接続自在であり面型発光素子１３が所定位置に搭載される基板１４とを備えている。光導波路１１、レセプタクル１２、および基板１４の組み立て時に、光導波路１１、レンズ１８、および面型発光素子１３が同一の光軸上に配置されるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光データ伝送などに使用され、光導波路と光素子とを光学的に結合する光モジュールに関するものである。

従来、光データ伝送における光送受信モジュールの光導波路と光素子、特に、チップに対して垂直に発光／受光面を持つ発光素子および受光素子との間の光結合を行う光モジュールは、光を集光するレンズおよび光の光路を曲げるミラーによって行われている（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、この光モジュールは、図７に示すように、面発光素子１を搭載する基板２と、レンズ３、反射鏡４、レンズ５、および光導波路６を光軸上にそれぞれ配置するケース７とからなる。このような構成からなる光モジュールでは、面発光素子１が発光する光が、レンズ３、反射鏡４、およびレンズ５を経て光導波路６に導かれる。

しかし、図７に示す光モジュールでは、光結合効率を著しく劣化させないためには、組み立て時に、面発光素子１、レンズ３、反射鏡４、レンズ５、および光導波路６間のアライメント（光軸合わせ）を、数μｍのオーダで行う必要がある。このため、組み立て時において、アライメントに要する工数が多くなるという不具合がある。
一方、この種の光モジュールに関連する光回路として、面型光素子と、コアが終端して加工されているフレキシブル光導波路の端部とを物理的に直接接着することで、その面発光素子とフレキシブル光導波路を光学的に結合するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、特許文献２に記載の光回路では、面発光素子とフレキシブル光導波路の端部とを物理的に直接接着するようにしているので、その接着の際の位置決めが難しい上にその作業も難しいという不具合がある。
特開２０００−５６１８１号公報 特開２００１−１８８１４６号公報

本発明の目的は、上記の点に鑑み、可とう性光導波路と光素子を組み立てて光結合する際に、アライメントの精度を確保できる上に、その作業が容易にできる光モジュールを提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、可とう性の光導波路と光素子とを光学的に結合する光モジュールであって、前記光導波路を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に前記光導波路を所定位置に位置決めできる案内路を有するレセプタクルと、前記レセプタクルと接続自在であり前記光素子が所定位置に搭載される基板とを備え、前記光導波路、前記レセプタクル、および前記基板の組み立て時に、前記光導波路と前記光素子とが同一の光軸上に配置されるようになっている。

第２の発明は、第１の発明において、前記レセプタクルは、前記光導波路を前記案内路内に挿入した際に、前記光導波路の挿入端部を前記案内路の開口部近傍に位置決めするストッパを有している。
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記レセプタクルと前記基板とを接続するとともに、その接続時に、前記光導波路と前記光素子とが同一の光軸上に配置されるように、前記レセプタクルと前記基板との接続を位置決めする接続・位置決め手段を、さらに備えている。

第４の発明は、第１、第２、または第３の発明において、前記接続・位置決め手段は、前記基板側に設けた凸部と、前記レセプタクル側に設けて前記凸部と嵌まり合う凹部と、からなる。
第５の発明は、第１乃至第４のうちのいずれかの発明において、前記案内路は、水平部と、垂直部と、前記水平部および前記垂直部を接続する湾曲部とからなり、前記湾曲部は、前記光導波路内を伝搬する光の損失が許容できる曲率からなる。

第６の発明は、第１乃至第５のうちのいずれかの発明において、前記ストッパは、前記案内路の開口であって、前記光素子と対向する側の開口に設けられ、かつ、レンズを含んでいる。
第７の発明は、第１乃至第６のうちのいずれかの発明において、前記案内路の前記湾曲部には、前記光導波路から外部に漏れる光を前記光導波路側に反射する反射鏡を配置するようにした。

第８の発明は、第１乃至第７のうちのいずれかの発明において、前記光素子は発光素子からなり、さらに、前記基板には、前記発光素子が発生する光を受けとる受光素子と、前記発光素子を駆動するドライバ回路とをそれぞれ搭載するようにし、かつ、前記発光素子が発生する光の一部を前記受光素子に導くハーフミラーを、前記光軸上に配置するようにした。

第９の発明は、第１乃至第７のうちのいずれかの発明において、前記光素子は受光素子からなり、さらに、前記基板には、前記受光素子の光電変換後の光電流を増幅するプリアンプを少なくとも搭載するようにした。
第１０の発明は、可とう性の光導波路と光素子とを光学的に結合する光モジュールであって、前記光導波路を複数並列させた可とう性の光導波路群を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に前記光導波路群を所定位置に位置決めできる案内路を有するレセプタクルと、前記レセプタクルと接続自在であり前記光素子を複数まとめた光素子アレイが所定位置に搭載される基板とを備え、前記光導波路群、前記レセプタクル、および前記基板の組み立て時に、前記光導波路群の各光導波路と前記各光導波路に対応する前記光素子アレイの各光素子とが、同一の光軸上に配置されるようになっている。

第１１の発明は、第１０の発明において、前記レセプタクルは、前記光導波路群を前記案内路内に挿入した際に、前記光導波路群の挿入端部を前記案内路の開口部近傍に位置決めするストッパを有している。
第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、前記レセプタクルと前記基板とを接続するとともに、その接続時に、前記光導波路群の各光導波路と前記各光導波路に対応する前記光素子アレイの各光素子とが、それぞれ同一の光軸上に配置されるように、前記レセプタクルと前記基板との接続を位置決めする接続・位置決め手段を、さらに備えている。

以上のような構成からなる本発明によれば、可とう性光導波路と光素子を組み立てて光結合する際に、アライメントの精度を確保できる上に、その組み立て作業を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の光モジュールの第１実施形態の構成について、図１および図２を参照して説明する。
この第１実施形態に係る光モジュールは、図１に示すように、光ファイバのような可とう性の光導波路１１が内部に挿入されて所定位置に位置決め固定されるレセプタクル１２と、このレセプタクル１２と接続自在であって光素子である面型発光素子１３を所定位置に搭載した基板１４とを備え、組み立て時に、光導波路１１、レンズ１８、および面型発光素子１３が同一の光軸上に配置されるようにしたものである。

レセプタクル１２は、図２に示すように、第１レセプタクル１２ａと、第２レセプタクル１２ｂとからなり、これらは組み立て時に、図示しない適宜な接続手段により図１に示すように一体化できるようになっている。
また、レセプタクル１２は、図１に示すように、光導波路１１を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に、その光導波路１１を図示の位置に位置決め固定させる案内路（ガイド）１５を有している。

案内路１５は、図２に示すように、第１レセプタクル１２ａ側に設けた下側溝１５ａと、第１レセプタクル１２ｂ側に設けた上側溝１５ｂとからなる。そして、両レセプタクル１２ａ、１２ｂが接続されたときに、その両溝１５ａ，１５ｂが一体となって、図１に示すような案内路１５を形成するようになっている。
さらに、案内路１５は、図１に示すように、水平部１５１と、垂直部１５２と、水平部１５１および垂直部１５２を接続する湾曲部１５３とからなる。また、湾曲部１５３は、図１に示すように、光導波路１１内を伝搬する光の損失が許容できる曲率からなる。

レセプタクル１２の下部側には、案内路１５と接続する空間部１６が形成されている。案内路１５の開口部であって、空間部１６と接続する側の開口部は、透明のガラス板などからなるストッパ１７で塞がれている。
ストッパ１７は、光導波路１１を案内路１５内に挿入したときに、その光導波路１１の挿入側端面を停止させ、その位置にその端面を位置決めするものである。従って、光導波路１１は、案内路１５内に挿入されてストッパ１７で位置決めされたときには、その案内路１５内に固定された状態になる。ストッパ１７は、面型発光素子１３側に、その面型発光素子１３が発生する光を集光するレンズ１８を含んでいる。

基板１４上の所定位置には、凸状のガイドピン１９が複数個（この例では４個）設けられている。また、レセプタクル１２には、その各ガイドピン１９と嵌まり合う凹状のガイドピン受け２０が複数個設けられている。
従って、ガイドピン１９とガイドピン受け２０とは、両者が嵌まり合うことにより、基板１４とレセプタクル１２とを容易に接続できる機能を備えている。また、組み立て時に、光導波路１１、レンズ１８、および面型発光素子１３の光軸合わせを容易かつ精度良く行うための機能をも備えている。

基板１４は、その上面側の所定位置に面型発光素子１３が搭載されている。すなわち、その面型発光素子１３は、基板１４とレセプタクル１２との接続時に、図１に示すように空間部１６内に配置されるようになっている。そして、面型発光素子１３で発生する光が、レンズ１８で集光されて光導波路１１の端面に導かれるようになっている。基板１４の下面側には、面型発光素子１３と電気的に接続する端子２１が設けられている。

次に、このような構成からなる第１実施形態の組み立て手順の一例について、図１および図２を参照して説明する。
まず、第１レセプタクル１２ａと第２レセプタクル１２ｂと適宜な接続手段（図示せず）で接続することにより、両者を一体化すると、図１に示すようなレセプタクル１２が完成する。

次に、面型発光素子１３が搭載されている基板１４の複数のガイドピン１９を、レセプタクル１２側に設けたガイドピン受け２０に嵌め込むと、図１に示すように、基板１４とレセクタプル１２とが一体に接続される。この接続時には、図１に示すように、レンズ１８と、面型発光素子１３との光軸合わせが完了する。
その後、レセプタクル１２の案内路１５内に、可とう性の光導波路１１の挿入を開始する。このときには、光導波路１１は、その先端側が案内路１５に案内されて空間部１６に向けて円滑に挿入されていく。そして、光導波路１１の挿入側の端面が、ストッパ１７まで挿入されると、そこで光導波路１１は挿入が停止されて案内部１１内に嵌まり合う状態で位置決め固定される（図１参照）。この時、光導波路１１は、レセプタクル１２の外側においてレセプタクル１２の一部に固定するのが好ましい。

以上により組み立ては終了するが、この組み立て終了時には、図１に示すように、光導波路１１、レンズ１８、および面型発光素子１１は、その各光軸の位置合わせが完了し、その精度も良い。
以上説明したように、この第１実施形態によれば、組み立て時に、その作業が容易に行える上に、光導波路１１、レンズ１８、および面型発光素子１１の各光軸の位置合わせを精度良く行える。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の構成について、図３を参照して説明する。
第１実施形態は、図１に示すように、案内路１５が湾曲部１５３を含み、この湾曲部１５３内に可とう性の光導波路１１が湾曲した状態で挿入されている。このように、光導波路１１が湾曲していると、光導波路１１はその湾曲している部分から内部を伝搬する光の一部が外部に漏れて、光損失の原因になる。

そこで、第２実施形態では、図３に示すように、案内路１５の湾曲部１５３に沿って反射鏡３１を配置し、この反射鏡３１により、光導波路１１の内部から外部に漏れる光を内部に戻すようにして光損失を低減できるようにした。
なお、この第２実施形態の他の部分の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の構成について、図４を参照して説明する。
この第３実施形態は、図４に示すように、基板１４上に、面型発光素子１３の他に、その面型発光素子１３を駆動する駆動回路４１と、その面型発光素子１３が発生する光の一部を受けるモニタ用の受光素子４２とを搭載し、光送信器の機能を持たせるようにしたものである。

このために、レセプタクル１２の下部側には、図１に示す空間部１６よりも大きな空間部４３を設けるようにした。また、図４に示すように、面型発光素子１３と光導波路１１の端面までの光路上には、レンズ１８、ストッパ１７の他に、面型発光素子１３からの光の一部を受光素子４２に導くためのハーフミラー４４を設けるようにした。この例では、ハーフミラー４４は、透明なガラス板からなるストッパ１７の一部に設けるようにしている。さらに、基板１４の裏面側には、駆動回路４１や受光素子４２と接続する端子４５を備えている。
なお、この第３実施形態の他の部分の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の構成について、図５を参照して説明する。
この第４実施形態は、図５に示すように、基板１４上に、面型受光素子５１と、面型受光素子５１が受けた光を電気に変換した光電流を増幅するプリアンプ５２と、プリアンプ５２の出力をさらに増幅するポストアンプ５３とを搭載し、光受信器の機能を持たせるようにしたものである。

このために、レセプタクル１２の下部側には、図１に示す空間部１６よりも大きな空間部５４を設けるようにした。また、図５に示すように、ストッパ１７は、光導波路１１の端面から放射される光を集光して面型受光素子５１の受光面に導くレンズ５５を含んでいる。さらに、基板１４の裏面側には、プリアンプ５２やポストアンプ５３と接続する端子５６を備えている。
なお、この第４実施形態の他の部分の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の構成について、図６を参照して説明する。
この第５実施形態は、図６に示すように、複数の可とう性の光導波路６１ａを並列に束ねた可とう性の光導波路群（光ケーブル）６１が内部に挿入されて所定位置に位置決めされるレセプタクル６２と、光素子である面型発光素子６３ａを１つにまとめた光素子アレイ６３を所定位置に搭載した基板６４と、を備えている。そして、組み立て時に、光導波路群６１の各光導波路６１ａ、各レンズ（図示せず）、および光素子アレイ６３の各面型発光素子６３ａが、それぞれ同一の光軸上に配置されるようにしたものである。

レセプタクル６２は、第１レセプタクル６２ａと、第２レセプタクル６２ｂとからなり、これらは組み立て時に、図示しない適宜な接続手段により一体化できるようになっている。
また、レセプタクル６２は、光導波路群６１を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に、その光導波路群６１を図示の位置に位置決め固定させる案内路６５を有している。案内路６５は、第１レセプタクル６２ａ側に設けた下側溝６５ａと、第１レセプタクル６２ｂ側に設けた上側溝６５ｂとからなる。そして、両レセプタクル６２ａ、６２ｂが接続されたときに、その両溝６５ａ，６５ｂが一体となって、光導波路群６１が挿入される案内路６５を形成するようになっている。

案内路６５は、図１に示す案内路１５と同様に、水平部と、垂直部と、水平部および垂直部を接続する湾曲部とからなる。また、湾曲部は、光導波路群６１の光導波路内を伝搬する光の損失が許容できる曲率からなる。
レセプタクル６２の下部側には、案内路６５と接続する空間部６６が形成されている。案内路６５の開口部であって、空間部６６と接続する側の開口部は、透明のガラス板などからなるストッパ６７で塞がれている。ストッパ６７は、光導波路群６１を案内路６５内に挿入したときに、その光導波路群６１の挿入側端面を停止させ、その位置にその端面を位置決めするものである。ストッパ６７は、光素子アレイ６３側に、その光素子アレイ６３の各面型発光素子６３ａが発生する光をそれぞれ集光する複数のレンズ（図示せず）を含んでいる。

基板６４上の所定位置には、凸状のガイドピン６９が複数個設けられている。また、レセプタクル６２には、その各ガイドピン６９と嵌まり合う凹状のガイドピン受け７０が複数個設けられている。
従って、ガイドピン６９とガイドピン受け７０とは、両者が嵌まり合うことにより、基板６４とレセプタクル６２とを容易に接続できる機能を備えている。また、組み立て時に、光導波路群６１の各光導波路６１ａ、各レンズ、および光素子アレイ６３の各面型発光素子６３ａのそれぞれの光軸合わせを容易かつ精度良く行うための機能をも備えている。

基板６４は、その上面側に光素子アレイ６３が搭載されている。その光素子アレイ６３は、基板６４とレセプタクル６２との接続時に、空間部６６内に配置されるようになっている。そして、光素子アレイ６３の各面型発光素子６３ａで発生する光が、対応するレンズで集光されて、光導波路群６１の対応する各光導波路６１ａの端面に導かれるようになっている。

次に、このような構成からなる第５実施形態の組み立て手順の一例について、図６を参照して説明する。
まず、第１レセプタクル６２ａと第２レセプタクル６２ｂと適宜な接続手段（図示せず）で接続することにより、両者を一体化すると、レセプタクル６２が完成する。
次に、光素子アレイ６３が搭載されている基板６４の複数のガイドピン６９を、レセプタクル６２側に設けたガイドピン受け７０に嵌め込むと、基板６４とレセクタプル６２とが一体に接続される。この接続時には、複数のレンズと、これに対応する光素子アレイ６３の面型発光素子６３ａとの光軸合わせが完了する。

その後、レセプタクル６２の案内路６５内に、可とう性の光導波路群６１の挿入を開始する。このときには、光導波路群６１は、その先端側が案内路６５に案内されて空間部６６に向けて円滑に挿入されていく。そして、光導波路群６１の挿入側の端面が、ストッパ６７まで挿入されると、そこで光導波路群６１は挿入が停止されて案内部６５内に挿入された状態で位置決めされる。この時、光導波路群６１は、レセプタクル６２の外側においてレセプタクル６２の一部に固定するのが好ましい。

以上により組み立ては終了するが、この組み立て終了時には、光導波路群６１の光導波路６１ａ、レンズ、および光素子アレイ６３の面型発光素子６３ａは、その各光軸の位置合わせが完了し、その精度も良い。
以上説明したように、この第１実施形態によれば、組み立て時に、その作業が容易に行える上に、光導波路群６１の各光導波路６１ａ、各レンズ、および光素子アレイ６３の各面型発光素子６３ａのそれぞれの光軸の位置合わせを精度良く行える。

本発明の第１実施形態の構成を示す断面図である。 その第１実施形態の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態の分解斜視図である。 従来の光モジュールの構成を示す断面図である。

符号の説明

１１・・・可とう性の光導波路、１２・・・レセプタクル、１３・・・面型発光素子、１４・・・基板、１５・・・案内路、１７・・・ストッパ、１８・・・レンズ、１９・・・ガイドピン、２０・・・ガイドピン受け

Claims (12)

1. 可とう性の光導波路と光素子とを光学的に結合する光モジュールであって、
   前記光導波路を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に前記光導波路を所定位置に位置決めできる案内路を有するレセプタクルと、
   前記レセプタクルと接続自在であり前記光素子が所定位置に搭載される基板とを備え、
   前記光導波路、前記レセプタクル、および前記基板の組み立て時に、前記光導波路と前記光素子とが同一の光軸上に配置されるようになっていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記レセプタクルは、前記光導波路を前記案内路内に挿入した際に、前記光導波路の挿入端部を前記案内路の開口部近傍に位置決めするストッパを有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記レセプタクルと前記基板とを接続するとともに、その接続時に、前記光導波路と前記光素子とが同一の光軸上に配置されるように、前記レセプタクルと前記基板との接続を位置決めする接続・位置決め手段を、さらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記接続・位置決め手段は、前記基板側に設けた凸部と、前記レセプタクル側に設けて前記凸部と嵌まり合う凹部と、からなることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記案内路は、水平部と、垂直部と、前記水平部および前記垂直部を接続する湾曲部とからなり、前記湾曲部は、前記光導波路内を伝搬する光の損失が許容できる曲率からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の光モジュール。
6. 前記ストッパは、前記案内路の開口であって、前記光素子と対向する側の開口に設けられ、かつ、レンズを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の光モジュール。
7. 前記案内路の前記湾曲部には、前記光導波路から外部に漏れる光を前記光導波路側に反射する反射鏡を配置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちのいずれかの請求項に記載の光モジュール。
8. 前記光素子は発光素子からなり、
   さらに、前記基板には、前記発光素子が発生する光を受けとる受光素子と、前記発光素子を駆動するドライバ回路とをそれぞれ搭載するようにし、
   かつ、前記発光素子が発生する光の一部を前記受光素子に導くハーフミラーを、前記光軸上に配置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれかの請求項に記載の光モジュール。
9. 前記光素子は受光素子からなり、
   さらに、前記基板には、前記受光素子の光電変換後の光電流を増幅するプリアンプを少なくとも搭載するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちのいずれかの請求項に記載の光モジュール。
10. 可とう性の光導波路と光素子とを光学的に結合する光モジュールであって、
    前記光導波路を複数並列させた可とう性の光導波路群を所定方向に曲げて挿入するとともに、挿入後に前記光導波路群を所定位置に位置決めできる案内路を有するレセプタクルと、
    前記レセプタクルと接続自在であり前記光素子を複数まとめた光素子アレイが所定位置に搭載される基板とを備え、
    前記光導波路群、前記レセプタクル、および前記基板の組み立て時に、前記光導波路群の各光導波路と前記各光導波路に対応する前記光素子アレイの各光素子とが、同一の光軸上に配置されるようになっていることを特徴とする光モジュール。
11. 前記レセプタクルは、前記光導波路群を前記案内路内に挿入した際に、前記光導波路群の挿入端部を前記案内路の開口部近傍に位置決めするストッパを有することを特徴とする請求項１０に記載の光モジュール。
12. 前記レセプタクルと前記基板とを接続するとともに、その接続時に、前記光導波路群の各光導波路と前記各光導波路に対応する前記光素子アレイの各光素子とが、それぞれ同一の光軸上に配置されるように、前記レセプタクルと前記基板との接続を位置決めする接続・位置決め手段を、さらに備えていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の光モジュール。

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