JP2009163212A - 光結合素子およびこれを備えた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができ、ひいては、製造コストの削減および生産性の向上を図ることができる光結合素子およびこれを備えた光モジュールを提供すること。
【解決手段】光結合素子１に一体形成されたファイバ位置決め用凸部１４を光ファイバ８側のファイバ位置決め用凹部１５に嵌合させることによって光ファイバ８の位置決めを行い、光結合素子１に形成された光電変換素装置位置決め用凹部１１に光電変換素装置７側の光電変換素装置位置決め用凸部１２を嵌合させることによって光電変換素装置７の位置決めを行うこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、光結合素子およびこれを備えた光モジュールに係り、特に、光電変換装置とマルチモード方式の光ファイバとを光学的に結合するのに好適な光結合素子およびこれを備えた光モジュールに関する。

近年、データ通信のさらなる高速化・大容量化にともなって、光ファイバを用いた光ファイバ通信技術の需要がさらに高まっている。

このような光ファイバ通信には、光ファイバと光電変換装置（例えば、半導体レーザやフォトディテクタ等）とが取り付けられる光結合素子が用いられており、この光結合素子は、光電変換装置の光電変換素子（発光部または受光部）に臨む面と、光ファイバの端面に臨む面とがレンズ面に形成されたものが多かった。

そして、この種の光結合素子においては、例えば、半導体レーザから出射された光を、レンズ面による光の透過および屈折を利用して光ファイバの端面に結合させることが行われていた。

また、光結合素子の中には、複数本の光ファイバ（多芯ファイバ等）に対応するために複数のレンズ面が整列されたレンズアレイ構造を有するものもあった（例えば、特許文献１参照）。

なお、このような光結合素子は、光電変換装置と光ファイバとが取り付けられることによって光モジュールを構成するようになっている。

特開２００５−３１５５６号公報

ところで、光電変換装置の発光部または受光部と光ファイバの端面との光学的な結合を適切に行って高い光結合効率を得るためには、光電変換装置と光ファイバとを光結合素子に取り付ける際に、光電変換装置および光ファイバを光結合素子の適切な位置に取り付けることが重要であった。

そこで、特許文献１においては、特許文献１の明細書の段落００４０および図１２等に記載されているように、回路基板に形成された一対の位置決め孔と、これら一対の位置決め孔にそれぞれ対応する光結合素子の一対のガイド孔とに、２本のガイドピンをそれぞれ挿通させることによって、光電変換装置（受光装置）の位置決めを行うようになっていた。

また、特許文献１においては、光コネクタに形成された一対のガイド孔と、これら一対のガイド孔にそれぞれ対応する光結合素子の一対のガイド孔とに、２本のガイドピンをそれぞれ挿通させることによって、光ファイバの位置決めを行うようになっていた。

しかしながら、特許文献１においては、光電変換装置および光ファイバの位置決めのためのに、光結合素子、光電変換装置および光ファイバとは別体の合計４本ものガイドピンを用いていたため、位置決め作業が煩雑となり、また、光モジュールの部品点数が多くなるといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができ、ひいては、製造コストの削減および生産性の向上を図ることができる光結合素子およびこれを備えた光モジュールを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光結合素子の特徴は、光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、マルチモード方式の光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む光結合素子本体の第１の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む前記光結合素子本体の第２の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面と、前記第１の面に形成され、前記光電変換装置の取り付けの際における前記光電変換装置の位置決めを行うための光電変換装置位置決め用凹部と、前記第２の面に形成され、前記光ファイバの取り付けの際における前記光ファイバの位置決めを行うためのファイバ位置決め用凸部とを備え、前記光電変換装置として、前記光電変換装置の位置決めのために前記光電変換装置位置決め用凹部に嵌合される光電変換装置位置決め用凸部を備えたものが取り付けられるように形成され、前記光ファイバとして、前記光ファイバの位置決めのために前記ファイバ位置決め用凸部に嵌合されるファイバ位置決め用凹部を備えたものが取り付けられるように形成されている点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、光結合素子に一体形成されたファイバ位置決め用凸部を光ファイバ側のファイバ位置決め用凹部に嵌合させることによって光ファイバの位置決めを行うことができるとともに、光結合素子に形成された光電変換素装置位置決め用凹部に光電変換素装置側の光電変換素装置位置決め用凸部を嵌合させることによって光電変換素装置の位置決めを行うことができるので、光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができる。

また、請求項２に係る光結合素子の特徴は、光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、マルチモード方式の光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む光結合素子本体の第１の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む前記光結合素子本体の第２の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面と、前記第１の面に形成され、前記光電変換装置の取り付けの際における前記光電変換装置の位置決めを行うための光電変換装置位置決め用凸部と、前記第２の面に形成され、前記光ファイバの取り付けの際における前記光ファイバの位置決めを行うためのファイバ位置決め用凹部とを備え、前記光電変換装置として、前記光電変換装置の位置決めのために前記光電変換装置位置決め用凸部に嵌合される光電変換装置位置決め用凹部を備えたものが取り付けられるように形成され、前記光ファイバとして、前記光ファイバの位置決めのために前記ファイバ位置決め用凹部に嵌合されるファイバ位置決め用凸部を備えたものが取り付けられるように形成されている点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、光結合素子に一体形成されたファイバ位置決め用凹部を光ファイバ側のファイバ位置決め用凸部に嵌合させることによって光ファイバの位置決めを行うことができるとともに、光結合素子に形成された光電変換素装置位置決め用凸部に光電変換素装置側の光電変換素装置位置決め用凹部を嵌合させることによって光電変換素装置の位置決めを行うことができるので、光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができる。

さらに、請求項３に係る光結合素子の特徴は、請求項１または２において、前記光電変換装置として、前記光電変換素子が複数形成されたものが取り付けられるように形成され、前記光ファイバが、前記複数の光電変換素子に対応するように複数本取り付けられるように形成され、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面が、前記複数の光電変換素子および前記複数本の光ファイバに対応するようにそれぞれ複数形成されている点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、複数の光電変換素子が形成された光電変換装置を取り付ける場合においても、少ない部品点数において簡便な位置決めを行うことができる。

さらにまた、請求項４に係る光モジュールの特徴は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合素子と、この光結合素子に対応する光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置とを備えた点にある。

そして、この請求項４に係る発明によれば、光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができる。

本発明によれば、光電変換装置および光ファイバの位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができ、ひいては、製造コストの削減および生産性の向上を図ることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る光結合素子および光モジュールの第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

ここで、図１は、本実施形態における光結合素子１を示す正面図である。また、図２は、図１の平面図である。さらに、図３は、図１の背面図である。さらにまた、図４は、図１の右側面図である。また、図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。さらに、図６は、本実施形態における光モジュール４の分解右側面図である。

本実施形態における光結合素子１は、光の発光または受光を行う光電変換素子が複数形成された光電変換装置の複数の光電変換素子のそれぞれと、これら複数の光電変換素子に対応する複数本のマルチモード方式の光ファイバのそれぞれの端面とを光学的に結合することが可能に形成されている。

すなわち、図１〜図５に示すように、本実施形態における光結合素子１は、略直方体形状に形成されており、この略直方体形状を形成する各面のうちの第１の面としての図１における前面１ａ（手前側の面）には、光電変換装置が、また、第２の面としての図１における上面１ｂには、光ファイバが、それぞれ取り付け可能とされている。

ここで、図６に示すように、本実施形態に用いる光電変換装置は、光電変換素子の一形態としての光の発光のみを行う発光部５が、半導体基板６上に所定の方向に沿って複数整列形成された垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）７とされている。なお、図６は、垂直共振器面発光レーザ７を発光部５の整列方向から見た状態の図であるため、図６には、発光部５が１個だけ示されている。実際は、複数の発光部５が、図６における紙面垂直方向に沿って整列されている。このような垂直共振器面発光レーザ７は、その発光部５を光結合素子１の前面１ａに臨ませ、かつ、発光部５の整列方向を図１における横方向に沿わせるようにして光結合素子１に取り付けられるようになっている。なお、垂直共振器面発光レーザ７は、光の放射角度の正弦の絶対値（開口数）が０．２〜０．２５程度とされていることが多い。このような垂直共振器面発光レーザ７を光結合素子１に取り付ける際の位置決めについては後述する。

また、図６に示すように、本実施形態における複数本のマルチモード方式の光ファイバ８は、その端部側の部位が多芯一括型のコネクタ９内に保持されており、このコネクタ９内において、各光ファイバ８の端面８ａは、所定の方向に沿って整列されている。このコネクタ９は、ＭＴコネクタ：Mechanically transferable splicing connector）であってもよい。なお、図６は、複数本の光ファイバ８をその整列方向から見た状態の図であるため、図６には、光ファイバ８が１本だけ示されている。実際には、複数本の光ファイバ８が、図６における紙面垂直方向に沿って整列されている。このような複数本の光ファイバ８は、それらの端面８ａを光結合素子１の上面１ｂに臨ませ、かつ、端面８ａの整列方向を図１における横方向に沿わせるようにして光結合素子１に取り付けられるようになっている。このようなマルチモード方式の光ファイバ８は、例えば、開口数が０．２、直径が５０μｍとされている場合がある。なお、複数本の光ファイバ８は、一体のケーブルを構成していてもよい。このような光ファイバ８を光結合素子１に取り付ける際における位置決めについては後述する。

図１に示すように、光結合素子１の前面１ａは、その中央の部分１ａ’が背面１ｃ側（奥側）に向かって凹入されており、この凹入された部分１ａ’には、第１のレンズ面として、レーザ７側に向かって凸とされた第１レンズ面２が、図１における横方向に沿って互いに隣接するようにして複数（図１において１２個）整列形成されている。

各第１レンズ面２は、垂直共振器面発光レーザ７の複数（図１の場合には最大１２個）の発光部５のそれぞれと、これらに対応する複数本（図１の場合には最大１２本）の光ファイバ８のそれぞれの端面８ａとを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

また、図６に示すように、各第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１は、光結合素子１への垂直共振器面発光レーザ７の取り付けの際に、発光部５における光の出射方向に対して平行になるように形成されている。

一方、光結合素子１の上面１ｂも、その中央の部分１ｂ’が下面１ｄ側に向かって凹入されており、この凹入された部分１ｂ’には、第２のレンズ面として、光ファイバ８側に向かって凸とされた第２レンズ面３が、図１における横方向に沿って互いに隣接するようにして複数（図１において１２個）整列形成されている。

各第２レンズ面３は、それぞれが、前述した複数の第１レンズ面２のそれぞれと対をなしており、対応する各第１レンズ面２とともに、垂直共振器面発光レーザ７の複数の発光部５のそれぞれと、これらに対応する複数本の光ファイバ８のそれぞれの端面８ａとを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

また、図６に示すように、各第２レンズ面３における光軸ＯＡ_２は、光結合素子１への光ファイバ８の取り付けの際に、光ファイバ８の端面８ａにおける光の入射方向に対して平行になるように形成されている。

さらに、図３および図５に示すように、光結合素子１の背面１ｃには、全反射面１０が凹入形成されており、この全反射面１０は、図６に示すように、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１および第２レンズ面３における光軸ＯＡ_２の双方に対してほぼ４５°の傾斜角を有している。この全反射面１０は、垂直共振器面発光レーザ７から出射された後に第１レンズ面２を通って光結合素子１内に入射した光を、第２レンズ面３に向かって全反射させるようになっている。そして、この第２レンズ面３に向かって全反射された光は、第２レンズ面３を通って光結合素子１から出射された後に、光ファイバ８の端面８ａに入射することになる。したがって、全反射面１０は、第１レンズ面２および第２レンズ面３とともに、垂直共振器面発光レーザ７の各発光部５と各光ファイバ８の端面８ａとをそれぞれ結ぶ光路を形成することが可能とされている。

そして、図１に示すように、本実施形態において、光結合素子１の前面１ａにおける第１レンズ面２に対する左右の外側位置には、光結合素子側の光電変換装置位置決め構造として、垂直共振器面発光レーザ７を光結合素子１に取り付ける際における垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行うための光電変換素装置位置決め用凹部としての一対の丸ボス穴状のレーザ位置決め用凹部１１が形成されている。

一方、図６に示すように、本実施形態において、垂直共振器面発光レーザ７は、その基板６における一対のレーザ位置決め用凹部１１にそれぞれ対応する位置に、光電変換装置側の光電変換装置位置決め構造として、垂直共振器面発光レーザ７を光結合素子１に取り付ける際における垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行うための光電変換素装置位置決め用凸部としての一対の円柱状のレーザ位置決め用凸部１２を有している。

レーザ位置決め用凹部１１とレーザ位置決め用凸部１２とは、垂直共振器面発光レーザ７を光結合素子１に取り付ける際に互いに嵌合されるようになっている。

また、図１に示すように、本実施形態において、光結合素子１の上面１ｂにおける第２レンズ面３に対する左右の外側位置には、複数本の光ファイバ８を光結合素子１に取り付ける際における光ファイバ８の位置決めを行うための一対の円柱状のファイバ位置決め用凸部１４が、光結合素子側の光ファイバ位置決め構造として形成されている。

一方、図６に示すように、本実施形態において、コネクタ９には、一対のファイバ位置決め用凸部１４にそれぞれ対応する位置に、光ファイバ８を光結合素子１に取り付ける際における光ファイバ８の位置決めを行うための一対の丸ボス状のファイバ位置決め用凹部１５が、光ファイバ側の光ファイバ位置決め構造として形成されている。

ファイバ位置決め用凸部１４とファイバ位置決め用凹部１５とは、光ファイバ８を光結合素子１に取り付ける際に互いに嵌合されるようになっている。

以上のような基本構成を有する光結合素子１は、金型を用いた樹脂材料の射出成形等によって一体的に形成されている。

したがって、本実施形態においては、ファイバ位置決め用凸部１４をファイバ位置決め用凹部１５に嵌合させることによって光ファイバ８の位置決めを行うことができるとともに、レーザ位置決め用凹部１１にレーザ位置決め用凸部１２を嵌合させることによって垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行うことができるので、特許文献１における４本のガイドピンを用いる場合に比べて垂直共振器面発光レーザ７および光ファイバ８の位置決めを簡便に行うことができる。

また、４本のガイドピンを要しないことにより、光結合素子１および垂直共振器面発光レーザ７からなる光モジュール４の部品点数を削減することができる。

さらに、特許文献１においては、光電変換素装置および光ファイバの位置決めのために、光結合素子における光電変換素装置に臨む表面および光結合素子における光ファイバに臨む表面の双方に、いずれもガイド孔を形成していたため、光結合素子の外観が、光電変換装置に臨む表面および光ファイバに臨む表面の双方において似通っていた。このため、誤って光結合素子における光電変換装置に臨む表面側に光ファイバを取り付け、光結合素子における光ファイバに臨む表面側に光電変換装置を取り付けてしまう虞もあり、このような場合には、光モジュールが所期の光結合効率を得ることができなくなる。特に、この種のトランシーバモジュールに用いられる小型の光結合素子においては、特許文献１のような互いに似通った面のいずれに光電変換素装置または光ファイバを取り付けるかについて誤認が生じる可能性は十分にあった。

これに対して、本実施形態においては、前面１ａにレーザ位置決め用凹部１１からなる凹形状を形成し、上面１ｂにファイバ位置決め用凸部１４からなる凸形状を形成しているため、前面１ａと上面１ｂとを外観上明らかに異ならせることができるため、垂直共振器面発光レーザ７および光ファイバ８を適切な位置に取り付けることができ、ひいては、適正な光結合効率を確保することができる。

ところで、コネクタ９に形成されたファイバ位置決め用凹部１５は、規格化された寸法によって形成されているため、光ファイバ８の位置決めは、調芯作業を要することなく、ファイバ位置決め用凹部１５とファイバ位置決め用凸部１４とを互いに嵌合させる機械的な作業だけで十分な位置決めの精度を出すことができる。

一方、垂直共振器面発光レーザ７の位置決めは、垂直共振器面発光レーザ７側の位置決め構造１１、１２の規格が定まっていないので、従来は、機械的な作業だけで位置決め精度を出すことは困難であった。

しかしながら、本実施形態においては、垂直共振器面発光レーザ７の位置決めについても、調芯作業を要することなく適切に行うための手段が講じられている。

すなわち、本実施形態における光結合素子１は、次の（１）に示す条件式を満足するようになっている。

１．２≦β≦１．４ （１）
但し、本実施形態において、（１）式におけるβは、光結合素子１における垂直共振器面発光レーザ７側の開口数ＮＡ_１と光結合素子１における光ファイバ８側の開口数ＮＡ_２との比ＮＡ_１／ＮＡ_２であり、このβの値は、第１レンズ面２と、これに対応する（同一の光路を形成する）第２レンズ面３とによって構成されるレンズの倍率とみなすことができる。

また、本実施形態における光結合素子１は、垂直共振器面発光レーザ７と相まって、次の（２）に示す条件式を満足するようになっている。

ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３＋ｄ_４＋ｄ_５≦Ｗ （２）
但し、本実施形態において、（２）式におけるｄ_１は、レーザ位置決め用凸部１２についての理想形成位置（設計位置）からの変位量であって、発光部５における光の出射方向（図６における横方向）に直交する方向への変位量（位置公差）〔μｍ〕である。この変位量としては、レーザ位置決め用凸部１２の中心点についての理想形成位置からの変位量を用いることができる。

また、本実施形態において、（２）式におけるｄ_２は、レーザ位置決め用凹部１１についての理想形状（設計形状）からの変形量であって、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１に直交する方向への変形量（形状公差）〔μｍ〕である。この変形量としては、レーザ位置決め用凹部１１の半径についての理想半径（設計上の半径）からの変動量を用いることができる。

さらに、本実施形態において、（２）式におけるｄ_３は、第１レンズ面２についての理想形成位置（設計位置）からの変位量であって、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１に直交する方向への変位量（位置公差）〔μｍ〕である。この変位量としては、第１レンズ面２の中心点についての理想形成位置からの変位量を用いることができる。

さらにまた、本実施形態において、（２）式におけるｄ_４は、垂直共振器面発光レーザ７の発光部５についての理想形成位置（設計位置）からの変位量であって、発光部５における光の出射方向（図６における横方向）に直交する方向への変位量（位置公差）〔μｍ〕である。この変位量としては、発光部５の中心点についての理想形成位置からの変位量を用いることができる。

また、本実施形態において、（２）式におけるｄ_５は、レーザ位置決め用凹部１１についての理想形成位置（設計位置）からの変位量であって、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１に直交する方向への変位量（位置公差）〔μｍ〕である。この変位量としては、レーザ位置決め用凹部１１の中心点についての理想形成位置からの変位量を用いることができる。

さらに、本実施形態において、（２）式におけるＷは、取り付け位置余裕幅である。すなわち、Ｗは、垂直共振器面発光レーザ７を、その発光部５と光ファイバ８の端面８ａとの間の光結合効率が予め設定された最大効率を示すような光結合素子１への取り付け位置から、最大効率に対する１ｄＢに相当する光結合効率の低下が示されるような取り付け位置まで第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１に直交する方向に沿って移動させたと仮定した場合における移動前の取り付け位置と移動後の取り付け位置との間の距離である。この取り付け位置余裕幅は、光結合素子１の使用可能範囲を規定するものである（以下、同様）。

そして、本実施形態における光学素子１は、垂直共振器面発光レーザ７の仕様（光放射角度等）および光ファイバ８の仕様（開口数等）に応じて結合ロスを少なくすることができるβの範囲を（１）式のように規定し、規定されたβの範囲を満足する形状を有するような理想的な（設計上の）光結合素子（以下、理想結合素子と称する）を定め、この理想結合素子に対するシミュレーションによって求められた取り付け位置余裕幅Ｗに対して（２）式の左辺を満足するように製造されるものである。また、垂直共振器面発光レーザ７についても、光結合素子１と相まって（２）式を満足するように製造されるものである。

より具体的には、βの値としては、垂直共振器面発光レーザ７の光放射角度θ_１の正弦の絶対値｜ｓｉｎθ_１｜と、光ファイバ８の開口数ＮＡ_ｆとの比｜ｓｉｎθ_１｜／ＮＡ_ｆを用いることができる。

また、図７は、理想結合素子の取り付け位置余裕幅Ｗを求めるための具体的なシミュレーション結果として、垂直共振器面発光レーザ７の発光部５と直径５０μｍのマルチモード方式の光ファイバ８の端面８ａとの間における理想結合素子を用いた光結合効率のシミュレーション結果を示したものである。

図７における縦軸は、光結合効率を、結合ロス〔ｄＢ〕として示したものであり、また、図７における横軸は、垂直共振器面発光レーザ７を、光結合効率が予め設定された設計上の最大効率となるような光結合素子１への取り付け位置（横軸の原点）から、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１に直交する方向（換言すれば、発光部５における光の出射方向に直交する方向）に沿って移動させると仮定した場合における原点からの移動幅〔μｍ〕を示したものである。なお、このシミュレーションの際における光ファイバ８の位置は、ファイバ側の位置決め構造による規格化された位置に固定されているものとする。

図７においては、第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１の軸方向をＺ軸方向と仮定した上で、垂直共振器面発光レーザ７を、Ｚ軸方向に直交し、かつ、発光部５の整列方向に平行なＸ軸方向と、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の双方に直交するＹ軸方向とに移動させている。しかし、このようなＸ軸方向およびＹ軸方向の移動に限らず、垂直共振器面発光レーザ７の移動がＺ軸方向に直交する方向に行われるのであれば、図７と同様のシミュレーション結果が得られる。

このシミュレーション結果においては、予め設定された最大効率は、光結合効率１００％からの結合ロスが約０．７５ｄＢとなる効率である。そして、光結合効率が、最大効率から結合ロス１．０ｄＢに相当する効率だけ下がる際の横軸の幅は、１６μｍであり、この幅が取り付け位置余裕幅Ｗとなる。

したがって、例えば、ｄ_１＝３μｍ、ｄ_２＝１μｍ、ｄ_３＝２μｍ、ｄ_４＝３μｍ、ｄ_５＝５μｍとなるようにすれば、図７に対応した（２）式を満足する光結合素子１および垂直共振器面発光レーザ７が製造されることになる。

そして、このようにして製造された光結合素子１に対する垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行う際には、レーザ位置決め用凹部１１とレーザ位置決め用凸部１２とを互いに嵌合させるだけで、予め設定された最大効率に対する結合ロスが１．０〔ｄＢ〕以内に収まるような高い光結合効率を実現することができる。

なお、図７のシミュレーションにおいては、垂直共振器面発光レーザ７のＺ軸方向の移動は考慮されていない。しかし、このＺ軸方向の移動に関する図８に示すシミュレーション結果によれば、光結合素子１に対する垂直共振器面発光レーザ７の取り付け位置が、最大効率（図８における結合ロス約０．７５ｄＢ）の位置（図８における横軸原点）からＺ軸方向に変位した場合であっても、変位量が１００μｍ以内であれば、最大効率とほぼ同じ光結合効率（図８における縦軸）が得られることになる。このことから、Ｚ軸方向については、垂直共振器面発光レーザ７の取り付け位置がずれることによる光結合効率への影響は少ないとみなすことができる。したがって、Ｚ軸方向への位置決めの精度は、図８の例で言えば、１００μｍ以下に納まれば、調芯を要しないとみなすことができる。このようなＺ軸方向に関する位置決めの精度は、（２）式のような式を規定して厳密な寸法管理の下に実現するようにしてもよいが、そうするまでもなく、この種の光結合素子の製造時に金型に求められる通常の寸法精度によって十分に実現することができる。

したがって、本実施形態においては、光結合素子１に対する垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行う場合には、発光部５における光の出射方向およびこれに直交する方向の調芯を要することなく、レーザ位置決め用凹部１１とレーザ位置決め用凸部１２とを嵌合させる機械的な作業だけて適切な位置決めを行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る光結合素子および光モジュールの第２実施形態について、図９を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

本実施形態における光結合素子１の基本構成は、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態における光結合素子１においては、第１実施形態よりも寸法精度を緩くして製造性を向上させる一方で、光電変換装置の調芯を要する場合があったとしても、調芯の労力を最小限に抑えるように工夫されている点で、第１実施形態とは異なっている。

すなわち、本実施形態における光結合素子１は、前述した（１）式に加えて、垂直共振器面発光レーザ７と相まって、次の（３）に示す条件式を満足するように構成されている。

ｄ_２＋ｄ_５≦２Ｗ （３）
なお、（３）式中の各変数は、第１実施形態における（２）式中の同一の文字で表された変数と同義である。

ここで、垂直共振器面発光レーザ７の調芯は、例えば、垂直共振器面発光レーザ７の各発光部５から出射された各光を、各発光部５にそれぞれ対応する各第１レンズ面２から光結合素子１内に入射させて光結合素子１内を進行させた後に、各第１レンズ面２にそれぞれ対応する各第２レンズ面３から光結合素子１外に出射させ、出射された各光を、各第２レンズ面３にそれぞれ対応するフォトディテクタの各受光部によって検出しつつ行うことになる。

この際に、フォトディテクタは、通常は、結合ロスが１５ｄＢ以内に収まる光を確実に検出することができる。

そして、図７に示すように、（３）式の右辺に示す２Ｗに対応する点における結合ロスは、ほぼ１５ｄＢになる。

また、図９に示すように、互いに隣接するレンズ面２（３）同士の中心間距離は、通常は２Ｗ（図７の場合には、約３２μｍ）よりも大きく取られる。

したがって、仮に、レーザ位置決め用凹部１１に、理想形状に対する変形および理想形成位置に対する変位が生じていたとしても、これらの総和を２Ｗ以下に納めることができれば、垂直共振器面発光レーザ７を発光部５における光の出射方向に直交する方向に調芯する際に、フォトディテクタが、受光部に本来受光されるべき光のみを確実に検出することができる。

すなわち、（３）式を満たせば、任意の一対の第１レンズ面２および第２レンズ面３を通る光が、これに隣接する他の一対の第１レンズ面２および第２レンズ面３を通る光であると誤認されることを防止することができ、これにより、例えば、１つのレンズ面２（３）の分だけ発光部５における光の出射方向に直交する方向にずれた調芯がなされるようなことを回避することができる。

この結果、複数対の第１レンズ面２および第２レンズ面３のうちの一対の第１レンズ面２および第２レンズ面３を通る光のみを検出しながら調芯を行えば済むため、垂直共振器面発光レーザ７の調芯を最小限の労力によって行うことができる。

なお、本実施形態においても、Ｚ軸方向の調芯を要しないことは、第１実施形態と同様である。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前述した各実施形態においては、光電変換装置側の位置決め構造を凸形状（レーザ位置決め用凸部１２）とし、光結合素子側の位置決め構造を凹形状（レーザ位置決め用凹部１１）としていたが、両者の凹凸形状を互いに逆転させるようにしてもよい。

また、光電変換装置として、光電変換素子としての光の受光を行う受光部を備えたフォトディテクタを用いるようにしてもよい。

さらに、図１０および図１１に示すように、必要に応じて、レーザ位置決め用凹部１１を、平面四角形（例えば、平面正方形）の角穴状に形成し、レーザ位置決め用凸部１２（図示せず）を、この角穴状のレーザ位置決め用凹部１１に嵌合する平面四角形の角柱状に形成してもよい。このような形状にレーザ位置決め用凹部１１およびレーザ位置決め用凸部１２を形成すれば、レーザ位置決め用凹部１１とレーザ位置決め用凸部１２とを互いに嵌合させた際に両者１１、１２の間に第１レンズ面２における光軸ＯＡ_１（図６参照）に直交する方向への相対的な移動が生じたとしても、移動方向をＸ軸方向およびＹ軸方向の２方向に規制することができる。したがって、垂直共振器面発光レーザ７の位置決めがさらに容易になる。なお、図１０および図１１におけるレーザ位置決め用凹部１１は、その底面が平坦面ではなく凹の曲面に形成されているが、このような構成に限る必要はなく、底面が平坦面であってもよい。

さらにまた、図１０および図１１に示すように、光ファイバ側の規格等の事情に応じて、ファイバ位置決め用凸部１４を、平面四角形の角柱状に形成し、ファイバ位置決め用凹部１５（図示せず）を、この角柱状のレーザ位置決め用凹部１１に嵌合する平面四角形の角穴状に形成してもよい。このような形状にファイバ位置決め用凸部１４およびファイバ位置決め用凹部１５を形成すれば、前述したレーザ位置決め用凹部１１およびレーザ位置決め用凸部１２の場合と同様の理由により、光ファイバ８の位置決めがさらに容易になる。なお、図１０および図１１におけるファイバ位置決め用凸部１４は、その先端部端面が平坦面ではなく凸の曲面に形成されている。

さらに、本発明は、発光部５に隣接する位置に図示しない受光部が形成された光結合素子に適用するようにしてもよい。

また、光結合素子１の前面１ａに、レーザ位置決め用凹部１１の代りに不図示のレーザ位置決め用凸部（光電変換装置位置決め用凸部）を形成し、光結合素子１の上面１ｂに、ファイバ位置決め用凸部１４の代りに不図示のファイバ位置決め用凹部を形成し、垂直共振器面発光レーザ７に、レーザ位置決め用凸部１２の代りに不図示のレーザ位置決め用凹部（光電変換装置位置決め用凹部）を備え、光ファイバ８に、ファイバ位置決め用凹部１５の代りに不図示のファイバ位置決め用凸部を備えるようにしてもよい。

このような構成においても、光結合素子１に一体形成されたファイバ位置決め用凹部を光ファイバ８側のファイバ位置決め用凸部に嵌合させることによって光ファイバ８の位置決めを行うことができるとともに、光結合素子１に形成されたレーザ位置決め用凸部に垂直共振器面発光レーザ７側のレーザ位置決め用凹部を嵌合させることによって垂直共振器面発光レーザ７の位置決めを行うことができるので、垂直共振器面発光レーザ７および光ファイバ８の位置決めを簡便に行うことができるとともに、部品点数を削減することができる。また、前面１ａと上面１ｂとを外観上明らかに異ならせることができ、垂直共振器面発光レーザ７および光ファイバ８を適切な位置に取り付けることができ、ひいては、適正な光結合効率を確保することができる。

本発明に係る光結合素子の第１実施形態を示す正面図 図１の平面図 図１の背面図 図１の右側面図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明に係り光モジュールの実施形態を示す分解図 本発明に係る光結合素子の第１実施形態において、取り付け位置余裕幅を求めるための光結合効率のシミュレーション結果を示すグラフ 本発明に係る光結合素子の実施形態において、Ｚ軸方向の調芯を要しないことを説明するためのグラフ 本発明に係る光結合素子の第２実施形態において、各レンズ面と、各発光部からの出射光の光結合効率との位置関係を説明するための説明図 本発明に係る光結合素子の実施形態における第１の変形例を示す正面図 図１０の右側面図

符号の説明

１ 光結合素子
１ａ 前面
１ｂ 上面
２ 第１レンズ面
３ 第２レンズ面
４ 光モジュール
５ 発光部
７ 垂直共振器面発光レーザ
８ 光ファイバ
８ａ 端面
１１ レーザ位置決め用凹部
１２ レーザ位置決め用凸部
１４ ファイバ位置決め用凸部
１５ ファイバ位置決め用凹部

Claims (4)

1. 光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、マルチモード方式の光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、
   前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む光結合素子本体の第１の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、
   前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む前記光結合素子本体の第２の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面と、
   前記第１の面に形成され、前記光電変換装置の取り付けの際における前記光電変換装置の位置決めを行うための光電変換装置位置決め用凹部と、
   前記第２の面に形成され、前記光ファイバの取り付けの際における前記光ファイバの位置決めを行うためのファイバ位置決め用凸部
   とを備え、
   前記光電変換装置として、前記光電変換装置の位置決めのために前記光電変換装置位置決め用凹部に嵌合される光電変換装置位置決め用凸部を備えたものが取り付けられるように形成され、
   前記光ファイバとして、前記光ファイバの位置決めのために前記ファイバ位置決め用凸部に嵌合されるファイバ位置決め用凹部を備えたものが取り付けられるように形成されていることを特徴とする光結合素子。
2. 光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、マルチモード方式の光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、
   前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む光結合素子本体の第１の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、
   前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む前記光結合素子本体の第２の面に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面と、
   前記第１の面に形成され、前記光電変換装置の取り付けの際における前記光電変換装置の位置決めを行うための光電変換装置位置決め用凸部と、
   前記第２の面に形成され、前記光ファイバの取り付けの際における前記光ファイバの位置決めを行うためのファイバ位置決め用凹部
   とを備え、
   前記光電変換装置として、前記光電変換装置の位置決めのために前記光電変換装置位置決め用凸部に嵌合される光電変換装置位置決め用凹部を備えたものが取り付けられるように形成され、
   前記光ファイバとして、前記光ファイバの位置決めのために前記ファイバ位置決め用凹部に嵌合されるファイバ位置決め用凸部を備えたものが取り付けられるように形成されていることを特徴とする光結合素子。
3. 前記光電変換装置として、前記光電変換素子が複数形成されたものが取り付けられるように形成され、
   前記光ファイバが、前記複数の光電変換素子に対応するように複数本取り付けられるように形成され、
   前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面が、前記複数の光電変換素子および前記複数本の光ファイバに対応するようにそれぞれ複数形成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の光結合素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合素子と、
   この光結合素子に対応する光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と
   を備えたことを特徴とする光モジュール。

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