JP2007264411A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 従来複数の部品から構成されていた光半導体素子と光ファイバの光学的連結用部品を簡素化・小型化してコストダウンを図りつつ、光学的連結を容易にした光モジュールを提供すること。
【解決手段】 光半導体素子を実装した基板と、基板上に取り付けたレセプタクルとからなる光モジュールにおいて、基板は、複数の取付穴が形成され、レセプタクルは、取付穴に挿入する複数の突起と、光半導体素子を収容する収容凹部と、 光ファイバを挿入し、光ファイバの先端を当接する先端面を有する挿入孔と、先端面と収容凹部の間において光ファイバの先端から出射した光または光半導体素子から出射した光を反射する反射面とを透明な樹脂により一体的に成形したものであり、取付穴の内周面と、突起の外周面との間にレセプタクルの位置決め調整用のクリアランスを設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信で用いられる光モジュールに関する。

従来から、光通信を行うために、基板に実装した発光素子および／または受光素子と、光ファイバと、光ファイバを位置決め固定するレセプタクル等を主要な構成要素とする光モジュールが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、光半導体素子と光ファイバとを光結合させ、これらを基板に固定し、光半導体素子と光ファイバの先端部を覆うように透明樹脂材で封止した光モジュールが記載されている。

また、特許文献２には、電気信号を光信号に変換して光ファイバへ発信する発光素子と、発光素子を搭載しこの発光素子の搭載位置を基準として決定された位置に貫通挿入孔を有するリードフレームと、貫通挿入孔に嵌められてリードフレームの位置を相対的に固定する突起部、および、光ファイバの端部が嵌め込まれ光ファイバの位置を相対的に固定するスリーブを有し、発光素子と光ファイバとを光学的に連結するレセプタクルとを備えた光電送デバイスが記載されている。

特開２００５−２８４０１５号公報 特開２００５−０６２８４２号公報

しかし、前記した光モジュールおよび光電送デバイスは、発光素子、受光素子等の光半導体素子を、直接樹脂で封止するため、光半導体素子の放熱が十分にできないという問題を有する。

また、前記した光モジュールは、光ファイバと光半導体素子を封止する樹脂として、屈折率の小さい樹脂を選択する必要がある。しかし、かかる樹脂は、希少であり、非常に高価なため、光モジュール全体のコストが上昇するという問題がある。

さらに、前記した光モジュールは、封止樹脂の固化に伴う樹脂の収縮により、光半導体素子と光ファイバの光軸がずれるという問題がある。つまり、光ファイバの先端の位置が光軸に垂直な方向にずれると、光半導体素子からの光量または光半導体素子へ伝える光量が減るという問題が生じる。

また、光ファイバの先端の位置が光軸方向にずれると、レンズの焦点位置からずれることになるので、光半導体素子からの光量または光半導体素子へ伝える光量が減るという問題が生じる。かかる問題は、光ファイバのコアの直径が小さくなれば小さくなるほど、顕著なものとなる。

この点、前記した光電送デバイスは、基板に固定された光半導体素子に対して、レセプタクル、光電送コネクタおよびフェルールによって光ファイバが相対的に位置決めされており、光半導体素子と光ファイバの位置決めが容易にできるようになっている。

しかし、レセプタクル、フェルール、光電送コネクタ等の部品を高精度に加工することが必要であり、各部品のコストアップ、ひいては、光電送デバイスのコストアップになるという問題がある。

また、レセプタクル、フェルール、光電送コネクタ等の各部品を高精度に加工しても、各部品は加工誤差を有しているため、光電送デバイスを組み立てた場合に加工誤差が累積するという問題がある。したがって、光半導体素子と光ファイバの位置決めには限界があり、各部品の加工技術の技術水準を考慮すると、コアの直径が５０μｍ以上の光ファイバに適用される技術であると思われる。すなわち、メカ的な位置決めのみでは、コアの直径が５０μｍ以下の光ファイバには適用が困難であるという問題がある。

また、前記した光電送デバイスは、フェルールにより光ファイバと光半導体素子との位置決めをしているが、ここでの光ファイバとは、光ファイバのコアのことである。光ファイバのコアは、コアの被覆とは異なり、加工精度が高いため、フェルールにより、高精度な位置決めができるからである。
このため、光ファイバの１次被覆（および２次被覆）を光電送デバイスに対して動かないように、別途固定する器具が必要であるという問題がある。

なぜなら、光ファイバの先端におけるコアのみを光電送デバイスに固定し、光ファイバの一次被覆（および２次被覆）を固定せず、光ファイバをフリーな状態にすると、固定されたコアの部分と固定されていないコアの部分の境界で破断が生じるからである。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、従来複数の部品から構成されていた光半導体素子と光ファイバの光学的連結部品を簡素化・小型化してコストダウンを図りつつ、光学的連結に伴う作業をも容易にした光モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、光半導体素子を実装した基板と、基板上に取り付けたレセプタクルとからなる光モジュールにおいて、基板は、複数の取付穴が形成され、レセプタクルは、取付穴に挿入する複数の突起と、光半導体素子を収容する収容凹部と、 光ファイバを挿入し、光ファイバの先端を当接する先端面を有する挿入孔と、先端面と収容凹部の間において光ファイバの先端から出射した光または光半導体素子から出射した光を反射する反射面とを透明な樹脂により一体的に成形したものであり、取付穴の内周面と、突起の外周面との間にレセプタクルの位置決め調整用のクリアランスを設けることにより、光ファイバと光半導体素子の位置を微調整できる調整機能を持たせたことを特徴とする。この調整用のクリアランスは、０．１mm〜０．３mmの範囲内であることが望ましい。

そして、光半導体素子および光ファイバの対は、複数であってもよい。すなわち、基板には、複数の光半導体素子が実装され、レセプタクルには、光半導体素子の数と同数の光ファイバを挿入するための挿入孔が設けられていても良い。
この場合は、隣接する光半導体素子と光ファイバの対から来る迷光の影響を無くすために、挿入孔の先端面から光半導体素子が収容されている収容凹部に至る一の光路と、この光路に隣接する他の光路との間に溝を設けて、両光路を溝により隔絶することが望ましい。
また、この隔絶は、両光路間に、光を反射または吸収する部材を設けることにより行なっても良い。

また、光半導体素子を収容しているレセプタクルの収容凹部における光半導体素子の光軸上に、凸レンズを設けても良い。

さらに、レセプタクルに設けた反射面にミラーコーティングを施しても良く、反射面を集光ミラーにしても良い。
また、基板には、光半導体素子の動作を制御する制御素子を実装しても良い。

また、レセプタクルにおける挿入孔は、直径が異なる複数の孔を連結して形成し、この挿入孔に光ファイバを１次被覆が付いたまま挿入しても良い。さらに、挿入孔を直径が異なる複数の孔を連結して形成し、この挿入孔に、光ファイバを２次被覆および１次被覆が付いたまま挿入しても良い。

本発明により、光半導体素子と光ファイバの光学的連結用部品を簡素化・小型化してコストダウンを図りつつ、光学的連結に伴う作業を容易にした光モジュールの提供が可能となる。

以下に実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

本発明に係る第１実施例を、図１および図２を用いて説明する。
図１および図２は、本発明にかかる光モジュールの側部断面図である。

図１に示すように、光モジュール１は、光を受光して電気信号に変換する受光素子および／または電気信号に応じて光を発光する発光素子等の光半導体素子２と、この光半導体素子２を実装した基板３と、基板３に固定されたレセプタクル４とを有するものである。

このレセプタクル４は、光半導体素子２を収容する収容凹部５と、光ファイバ６を挿入する挿入孔７と、基板３に設けられた取付穴３１に挿入し、基板３にレセプタクル４を固定するための突起８と、反射面９とを有しており、これらが、透明の樹脂（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等）を用いて一体的に成形されている。

このレセプタクル６に形成された挿入孔７は、光ファイバ６の１次被覆６２の直径よりも若干大きい直径に設定された大径部と、光ファイバ６のコア６１よりも若干大きい直径に設定された小径部とが連結して形成されている。

そして、挿入孔７は、先端面７１を有しているので、光ファイバ６は、１次被覆６２が付いたまま挿入孔７に挿入し、コア６１の先端を先端面７１に突き当てることにより、光ファイバ６の光軸方向の位置決めが容易にできるようになっている。

この光ファイバ６を、表面精度が悪い１次被覆が付いたまま挿入孔７に挿入し、その後、接着剤１０によりレセプタクル４と光ファイバ６を固定すれば、光ファイバ６がレセプタクル４に強固に固定される。

すなわち、レセプタクル４は、光ファイバ６のコア６１の固定のみならず、光ファイバ６自体を固定する機能を有している。このため、光ファイバ６を固定する器具が不要であるため、光ファイバ６の位置決めに要するコストを下げることができる。しかし、本発明は、前記した従来技術のように、光ファイバ６のコア６１を直接部品に固定するものではなく、挿入孔７の内周面とコア６１の外周面の間には隙間が空いているため、コア６１の位置にバラツキが生じる。

このため、図１に示すように、基板３の取付穴３１と、レセプタクル４に形成した突起８とのクリアランスを０．１〜０．３ｍｍに設定し、このクリアランスを利用して、調整作業を行う必要がある。

本実施例では、クリアランスを０．２ｍｍに設定したので、レセプタクル４は、基板３に対して、±０．１ｍｍ位置を調整することができる。そうすると、前記した光ファイバ６のコア６１の外周面と挿入孔７の内周面の相対的な位置のバラツキを十分吸収できる。

レセプタクル４の位置を調整する作業は、光半導体素子２が受光素子である場合は、光ファイバ６の図示しない後端に発光装置を接続し、この発光装置から光ファイバ６を通って受光素子に送られてくる光の光量が最大となる位置を、受光素子２に接続した図示しない光量モニタを観察しながらレセプタクル４を動かして探すという一般的な方法を採用することができる。

また、光半導体素子２が発光素子である場合は、光ファイバ６の図示しない後端に受光装置を接続し、発光素子から光ファイバ６を通って送られてきた光の光量が最大となる位置を、受光装置に接続した光量モニタを観察しながらレセプタクル４を動かして探すという一般的な方法を採用することができる。

かかる調整作業により、光量が最大となる位置が見つかり次第、図２に示すように、突起８を加熱・溶解等することにより、レセプタクル４を基板２に強固に固定することができる。
このようにして、本発明においては、光ファイバ６をレセプタクル４に固定した後、レセプタクル４を動かすことにより、基板２に実装された光半導体素子２との位置決め調整を行うため、光ファイバ６のコア６１の直径が５０μｍ以下、具体的には直径が１０μｍコアの光ファイバであっても光モジュールとして用いることができる。

本発明の他の実施例を図３および図４を用いて詳細に説明する。
図３は、光モジュールの斜視図であり、図４は、光モジュールの平面図である。
尚、第１実施例にかかる光モジュールと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本第２実施例にかかる光モジュールにおける第１実施例との相違点は、光半導体素子２として、受光素子２２と発光素子２１を設けた点と、一方の光ファイバ６の先端（挿入孔７の先端面７１）から受光素子２２に至る光路（光の通り道）におけるレセプタクル部分と、他方の光ファイバ６の先端（挿入孔７の先端面７１）から発光素子２１に至る光路におけるレセプタクル部分の間に、溝１１を設けた点と、光ファイバの１次被覆６２のみならず２次被覆もレセプタクルの挿入孔７に挿入した点と、レセプタクルの上面から挿入孔７に至る凹溝をレセプタクルの上面に設けた点である。

図３に示すように、光モジュール１の基板３には、光半導体素子２としての受光素子２１と発光素子２２が実装され、これらは、レセプタクル４に形成された収容凹部５により、外界と断絶されている。

また、レセプタクル４には、光ファイバ６のコア６１を挿入する小径部７２、光ファイバ６の１次被覆６２を挿入する中径部７３および光ファイバ６の２次被覆６３を挿入する大径部７４が連結して形成された挿入孔７が設けられている。

そして、レセプタクル４には、光ファイバ６のコア６１の先端から発光素子２１に至る光路と、他の光ファイバ６のコア６１の先端から受光素子２２に至る光路との間において溝１１が形成されている。すなわち、挿入孔７の先端面７１から光半導体素子２が収容されている収容凹部５に至る２つの光路の略中間におけるレセプタクルの部分において、溝１１が設けられている。尚、収容凹部５に、光半導体素子２を外界から断絶する機能を持たせていることから、溝１１は、収容凹部に到達する直前までの深さで形成されている。

この溝１１は、本実施例においては、光半導体素子２が２つあり、レセプタクル４が透明樹脂で成形されているため、一方の光路において発生した迷光が、他方の光路に入り込み、他方の光路における光信号に悪影響を与える可能性があるため、これを防止するために設けたものである。

すなわち、発光素子２１から出射した光の一部が迷光となって受光素子２２に入射したり、受光素子２２に送られてきた光の一部が迷光となって発光素子２１の出射光に入り込む可能性があるが、この２つの光路間に溝１１を設けることにより、レセプタクルを構成する樹脂と屈折率が異なる空間を形成できるので、迷光の進入を効果的に防止することができる。

また、レセプタクル４には、さらに、上面から凹溝１９が設けられている。
この凹溝１９は、２本の光ファイバ６をレセプタクル４の挿入孔７へ挿入し、コア６１を挿入孔７の底部７１に突き当てた後、この凹溝１９に図示しない接着剤を充填し、レセプタクル４に光ファイバ６を強固に固定するものである。

図４に示したように、凹溝１９は、光ファイバ６の１次被覆６２を挿入する挿入孔７３と、２次被覆６３を挿入する挿入孔７４に至る深さに形成されている。そうすると、凹部１９にＵＶ接着剤を流し込み、かかるＵＶ接着剤に紫外線を当ててＵＶ接着剤を硬化させることにより、レセプタクル４に光ファイバ６の一次被覆及び２次被覆を短時間で強固に固定することができる。

本実施例で示した光ファイバ６は、メガネ形２芯光ファイバであり、レセプタクル４に、このような多芯の光ファイバ６を直接固定できる点で、光モジュール１の低コスト化を図ることができる。
尚、２つの光半導体素子２における受光量および発光量の調整方法は、第１実施例に記載したものと同じなので、説明を省略する。

本発明の他の実施例を図５を用いて詳細に説明する。
図５は、光モジュールの側部断面図である。
尚、第１実施例に係る光モジュールと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例に係る光モジュールにおける第１実施例との相違点は、レセプタクル４の反射面９に、ミラーコーティングを施した点と、光半導体素子２の光軸上における凹部５において、レンズ１２を一体的に成形した点と、突起８を基板３に固定するに際してＵＶ接着剤２０を用いた点のみである。

レセプタクル４の反射面９は、レセプタクル４を構成する樹脂と、空気との屈折率の違いにより、光ファイバ６から送られてきた光の大部分が反射し光半導体素子２に到達する。また、光半導体素子２から出射した光は、大部分が反射して光ファイバ６に入光する。

しかし、本実施例に示したように、反射面９の表面にミラーコーティング１３を施すことにより、光の反射率を高めることができる。

そして、レセプタクル４の収納凹部５における光半導体素子２の光軸上に凸レンズ１２を一体的に成形することにより、光ファイバ６から送られてきた光を光半導体素子２の受光点に集光することができる。また、逆に、光半導体素子２から出射した光を集光または平行光にして光ファイバ６に入光させることができる。

この凸レンズは、一体的に成形しなくても、別部品であっても良い。この場合は、凸レンズは、収納凹部５の上面に接着剤等で固定すれば良い。

本発明の他の実施例を図６を用いて詳細に説明する。
図６は、光モジュールの側部断面図である。
尚、第１実施例にかかる光モジュールと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかる光モジュールの第１実施例との相違点は、レセプタクル４の反射面９に、集光ミラーとなるミラーコーティング１４を施した点のみである。

つまり、反射面９における光路において、凸部を設け、この凸部の表面にミラーコーティング１４を施したものである。
かかる構成により、実施例３と同様の効果を得ることができる。

本発明の他の実施例を図７を用いて詳細に説明する。
図７は、光モジュールの側部断面図である。
尚、第１実施例にかかる光モジュールと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかる光モジュールにおける第１実施例との相違点は、光ファイバ６の１次被覆６２をコア６１の先端部近傍まで延長した点のみである。

かかる構成により、挿入孔７の加工を容易にすることができ、コア６１へ迷光が進入し難くすることができる。

本発明の他の実施例を図８を用いて詳細に説明する。
図８は、本発明にかかる光モジュールを用いた機器１８の模式図である。
尚、第１実施例にかかる光モジュール１と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかる光モジュール１における第１実施例との主な相違点は、基板３に、光半導体素子２としての受光素子の制御素子１５と、発光素子の制御素子１７を搭載し、筐体１６で全体を囲った点のみである。尚、説明を容易にするため、筐体１６は、輪郭のみ図示している。

図８に示すように、本実施例にかかる光モジュール１は、基板３が光ファイバ６とは反対方向に突出しており、この突出部に、光半導体素子２の制御素子１５、１７が実装されている。

ここで、制御素子１５および１７は、チップの状態であり、基板３に接着剤等で固定した後、ワイヤボンデイングにより、基板３の配線と電気的に接続されている。

このように、本発明にかかる光モジュール１を用いることにより、光通信に用いられる機器１８の全体を小型化することができる。
本実施例においては、筐体１５の幅および高さをそれぞれ６ｍｍに設定することができる。

したがって、本発明は、他の機能部品を基板３に実装することにより、小型光通信モジュールとして利用することができる。

本発明の他の実施例を図１０を用いて詳細に説明する。
図１０は、本発明にかかる光モジュールの斜視図である。
尚、第２実施例にかかる光モジュール１と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかる光モジュール１における第２実施例との主な相違点は、図３における溝１１の位置に、図１０に示すように、光を吸収する部材または光を反射する部材を設けた点である。

この部材は、具体的には、表面処理が施された金属板、黒色系樹脂等の不透明板や、反射防止植毛処理板であれば良い。そして、かかる不透明板等は、レセプタクル４を透明樹脂により一体成形する際に予めインサートしておいても良く、図３における溝１１を形成した後、溝１１に圧入しても良い。また、不透明板等は、光の吸収率が高いものか、逆に光を吸収せず、光を反射するものでも良い。

また、２色成形法により、図３における溝１１の位置（光路間に）不透明樹脂を充填成形しても良い。不透明樹脂としては、光の吸収率の高い黒色系樹脂が望ましい。

上述の実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び図面の記載から当事者が認識する事ができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、前記した実施例においては、光半導体素子２として、１個または２個のものを示したが、３個以上であっても良く、光ファイバ６も３本以上であっても良い。この場合は、光路が３本以上になるため、実施例２においては、レセプタクル４に溝１１を２個以上設けることになる。

また、基板３へのレセプタクル４の固定は、突起８の溶解、変形、ＵＶ接着剤に限定するものではなく、ネジによる固定であっても良い。

また、図３における溝１１に、光の吸収率が高い黒色めっきをしても良く、反射面９の表面処理を行う際に、溝１１についても同じ材料（例えば、反射用のめっき等）で同時に表面処理をしても良い。反射率を高めるための薄膜コーティングの例としては、蒸着、スパッタ、CVD等があげられる。

また、本発明は、図９に示すように、実施例６に記載した部品以外の部品、例えば、カメラ２３、カメラの制御部品２４等を基板３に実装することにより、直径が６ｍｍ程度である小型の車載カメラ、セキュリティーカメラ、内視鏡等に応用することができる。

本発明は、光通信に用いられる光モジュールに適用される。

本発明に係る光モジュールの側部断面図である（実施例１） 本発明に係る光モジュールの側部断面図である（実施例１） 本発明に係る光モジュールの斜視図である（実施例２） 本発明に係る光モジュールの平面図である（実施例２） 本発明に係る光モジュールの側部断面図である（実施例３） 本発明に係る光モジュールの側部断面図である（実施例４） 本発明に係る光モジュールの側部断面図である（実施例５） 本発明に係る光モジュールの模式図である（実施例６） 本発明に係る光モジュールの模式図である 本発明に係る光モジュールの斜視図である（実施例７）

符号の説明

１ 光モジュール
２ 光半導体素子
３ 基板
４ レセプタクル
５ 凹部
６ 光ファイバ
７ 挿入孔
８ 突起
９ 反射面
３１ 取付穴
７１ 底部

Claims (12)

1. 光半導体素子を実装した基板と、
   該基板上に取り付けたレセプタクルとからなる光モジュールにおいて、
   前記基板は、複数の取付穴が形成され、
   前記レセプタクルは、前記取付穴に挿入する複数の突起と、
   前記光半導体素子を収容する収容凹部と、
   光ファイバを挿入し、該光ファイバの先端を当接する先端面を有する挿入孔と、
   該先端面と前記収容凹部の間において光ファイバの先端から出射した光または前記光半導体素子から出射した光を反射する反射面とを透明な樹脂により一体的に成形したものであり、
   前記取付穴の内周面と、前記突起の外周面との間に前記レセプタクルの位置決め調整用のクリアランスを設けたことを特徴とする光モジュール
2. 前記基板には、前記光半導体素子が複数実装され、
   前記レセプタクルには、前記光半導体素子と同数の前記挿入孔が設けられ、
   該挿入孔の前記先端面から前記収容凹部に至る一の光路と、該光路に隣接する他の光路との間に、溝を設けた請求項１に記載の光モジュール
3. 前記基板には、前記光半導体素子が複数実装され、
   前記レセプタクルには、前記光半導体素子と同数の前記挿入孔が設けられ、
   該挿入孔の前記先端面から前記収容凹部に至る一の光路と、該光路に隣接する他の光路との間に、光を反射または吸収する部材を設けた請求項１に記載の光モジュール
4. 前記挿入凹部における前記光半導体素子の光軸上に、凸レンズを取り付けた請求項１、請求項２または請求項３に記載の光モジュール
5. 前記反射面にミラーコーティングを施した請求項１〜請求項４に記載の光モジュール
6. 前記反射面が集光ミラーである請求項５に記載の光モジュール
7. 前記基板には、さらに前記光半導体素子の制御素子を実装した請求項１〜請求項６に記載の光モジュール
8. 前記突起を融解、変形することにより、前記レセプタクルを前記基板に固定した請求項１〜７に記載の光モジュール
9. 前記突起に接着剤を塗布することにより、前記レセプタクルを前記基板に固定した請求項１〜７に記載の光モジュール
10. 前記挿入孔に前記光ファイバの１次被覆を挿入した請求項１〜請求項９に記載の光モジュール
11. 前記挿入孔は、直径が異なる複数の孔を連結して形成した請求項１０に記載の光モジュール
12. さらに、前記挿入孔に前記光ファイバの２次被覆をも挿入した請求項１１に記載の光モジュール

Images