JP2010002579A - 光学ブロック及びそれを用いた光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】双方向通信タイプで多芯接続作業や搭載する部品の位置決め作業が簡単な光学ブロックを提供する。
【解決手段】フェルールに挿入された光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学ブロック１において、光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面５５ａ，５５ｒを２面以上有し、傾斜面５５ａの少なくとも１つに凹部１２を形成し、凹部１２に光信号Ｌ１を透過または反射させ光信号Ｌ２を反射または透過させる光機能部材５７を搭載し、傾斜面５５ｒの他の少なくとも１つに光信号Ｌ１または光信号Ｌ２を反射させる反射面５５ｒを形成し、フェルールと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェルールに挿入された光ファイバと光素子とを光学的に結合する光学ブロック、及び電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換するモジュール同士を光ファイバで接続し、モジュール間において光信号を送信または受信する光伝送モジュールに関する。

近年、システム装置内および装置間、あるいは光モジュール間の信号を高速に伝送する技術である光インターコネクションの適用が広がっている。すなわち、光インターコネクションとは、光部品をあたかも電気部品のように扱って、パソコン、車両、光トランシーバなどに用いられるマザーボードや回路基板に実装する技術をいう。

このような光インターコネクションに用いられる光伝送モジュールは、ネットワーキング信号の高速化により、メディアコンバータやスイッチングハブの内部接続、ギガビットクラスのイーサネット（登録商標）信号を数十ｍの短距離で伝送する光トランシーバ、医療機器、テスト装置、ビデオシステム、高速コンピュータクラスタなどの装置内や、装置間の部品接続においても、使用される。

このため、特にサーバ用の高速インターフェース規格であるインフィニバンドで使用される光伝送モジュールには、小型化、低価格化が要求されており、これらを達成するために種々の研究・開発が盛んに行われている。

図１２に示すような従来の光伝送モジュール１２１では、プリント基板１２２に光電変換モジュール１２３を設け、その光電変換モジュール１２３の一端に光ファイバケーブルコネクタ部１２４を設け、これをハウジング１２５に収納し、そのハウジング１２５の一端部に電気プラグ部１２６を設けている。この光伝送モジュール１２１は、光ファイバケーブルコネクタ部１２４に光ファイバケーブルを接続して使用される。

特開２００４−３５５８９４号公報 特開２００６−３０９１１３号公報

しかしながら、従来の光伝送モジュール１２１は、大きさが等しい＋、−の電気信号を光信号に変換し、光伝送路となる光ファイバケーブルに伝送、あるいはこれとは逆に光ファイバケーブルから光信号を受信するものである。

つまり、従来の光伝送モジュール１２１は、１本の光ファイバについて見れば、送信あるいは受信動作しか行っていないため、特にサーバ用の高速インターフェース規格であるインフィニバンドで使用する場合に、モジュール全体が大型になる、部品が多い、高価であるといった問題がある。

特に、最近の光伝送モジュールには、１本の光ファイバで送信または受信を同時に行う双方向通信タイプが要求されてきているが、多芯は勿論のことながら単芯でも伝送速度を高速に保ちながらコンパクトにした製品はない。

このような光伝送モジュールは、フェルールに挿入された光ファイバと光素子とを光学的に結合する光学ブロックを備えるものが一般的であるが、従来の光学ブロックは、多芯を一括で接続することが難しいという問題がある。

また光学ブロックは、その光フィルタ搭載面に、光信号を透過または反射させる光フィルタを高精度に位置決めして搭載する必要があり、従来の構造では、位置決め作業に大変な手間がかかるという問題がある。

さらに、従来の光学ブロックでは、光フィルタ搭載面にゴミなどの異物があると、光フィルタが平行ずれしたり、傾いたりして光フィルタの実装ずれが起こるが、その実装ずれの検出が難しいという問題もある。

そこで、本発明の目的は、双方向通信タイプで多芯接続作業や搭載する部品の位置決め作業が簡単な光学ブロックを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、小型で安価な光伝送モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために創案された本発明は、フェルールに挿入された光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学ブロックにおいて、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の少なくとも１つに凹部を形成し、該凹部に上記光信号Ｌ１を透過または反射させ上記光信号Ｌ２を反射または透過させる光機能部材を搭載し、上記傾斜面の他の少なくとも１つに上記光信号Ｌ１または上記光信号Ｌ２を反射させる反射面を形成し、上記フェルールと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設けた光学ブロックである。

また、本発明は、フェルールに挿入された光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学ブロックにおいて、上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の少なくとも１つに段差部を形成し、該段差部に上記光信号Ｌ１を透過または反射させ上記光信号Ｌ２を反射または透過させる光機能部材を搭載し、上記傾斜面の他の少なくとも１つに上記光信号Ｌ１または上記光信号Ｌ２を反射させる反射面を形成し、上記フェルールと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設けた光学ブロックである。

上記凹部の深さ、あるいは上記段差部の段差は上記光機能部材の厚さと同等であるとよい。

複数の光信号を送信する送信用光素子アレイの配列ピッチに合わせて形成した複数個の送信用レンズからなる送信用レンズアレイ、及び複数の光信号を受信する受信用光素子アレイの配列ピッチに合わせて形成した複数個の受信用レンズからなる受信用レンズアレイを、上記送信用光素子アレイ及び上記受信用光素子アレイと対向するように上記光学ブロックの端面に形成してもよい。

さらに本発明は、複数の光信号を送信する送信用光素子アレイと、複数の光信号を受信する受信用光素子アレイと、上記送信用光素子アレイから出射する送信光及び上記受信用光素子アレイで受光する受信光の光路を変換する光学ブロックとを有する光伝送モジュールにおいて、パッケージ内に上記送信用光素子アレイと上記受信用光素子アレイを実装して光素子アセンブリを構成し、その光素子アセンブリを回路基板に接続し、その上方に、上記の光学ブロックを設けた光伝送モジュールである。

本発明によれば、双方向通信タイプで多芯接続作業や位置決め作業が簡単な光学ブロックを実現できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

まず、図５（ａ）で本発明の好適な実施形態を示す光伝送モジュールを用いた通信システムを説明する。

図５（ａ）に示すように、通信システム５１は、電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換する本実施形態に係る光伝送モジュール（多芯双方向光伝送モジュール、あるいはアクティブコネクタモジュール）５０Ａ，５０Ｂ（以下、光伝送モジュール５０ともいう）同士を、異なる波長の光信号を伝送するための光ファイバ２を複数本並列配置してなる多芯ファイバ３で接続し、電気信号を光信号に変換し、または光信号を電気信号にして光伝送モジュール５０Ａ，５０Ｂ間で送信または受信するものである。

本実施形態では、光ファイバ２としてマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を用い、これを伝送１２チャネル分として１２本並列配置してなるテープファイバを多芯ファイバ３として用いた。各光ファイバ２を伝送する異なる波長の光信号としては、一方の光伝送モジュール５０Ａ用となる波長λ１の光信号Ｌ１と、他方の光伝送モジュール５０Ｂ用となる波長λ２の光信号Ｌ２を用いた。後述する送信用光素子に用いる半導体レーザ（ＬＤ）として、波長が８５０ｎｍ近辺の光を出射する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることにより、波長λ１と波長λ２の波長間隔が２５ｎｍ（例えば、波長λ１：８２５ｎｍ、波長λ２：８５０ｎｍ）の光信号Ｌ１，Ｌ２を用いることができる。

次に、光伝送モジュール５０の全体構成を図９で説明する。

図９に示すように、光伝送モジュール５０は、多芯ファイバ３と、フェルール４と、光学ブロック（光伝送モジュール用光学ブロック）１と、光素子としての送信用光素子および受信用光素子をセラミックス製のパッケージ６内に実装して封止した光素子アセンブリ７と、その光素子アセンブリ７に搭載された送信用光素子および受信用光素子が電気的に接続される回路基板（メイン基板）８と、他端部（図９では左斜め下端部）９５が開口したモジュール用ケース９とで主に構成される。

これらのうち、送信用光素子と、受信用光素子と、多芯ファイバ３と、フェルール４と、光学ブロック１とで光学系接続構造を構成する。

フェルール４には、多芯ファイバ３が挿入される。本実施形態では、フェルール４としてＭＴ（Mechanically Transferable：多芯一括接続が可能）フェルールを用いた。

光学ブロック１は、回路基板８上に実装された光素子アセンブリ７上に搭載され、送信用光素子からの光信号をフェルール４に挿入された光ファイバ２に入射、またはフェルール４に挿入された光ファイバ２からの光信号を受信用光素子に入射し、光素子アセンブリ７と光ファイバ２とを光学的に結合する。

すなわち、光学ブロック１は、光ファイバ２から出射する光信号Ｌ１及び光ファイバ２に入射する光信号Ｌ１とは波長の異なる光信号Ｌ２の光路を変換する。

回路基板８の他端部は、その表裏面に図示しない複数個の接続端子が形成されて基板用カードエッジ部が構成される。この基板用カードエッジ部は、モジュール用ケース９の他端部に設けられる図示しないコネクタ部材の一端部に電気的に接続される。コネクタ部材の他端部は、その表裏面に複数個の接続端子が形成されてコネクタ用カードエッジ部（プラグ）９１ｐが構成される。上述した装置、例えばメディアコンバータや高速コンピュータには、カードエッジ部９１ｐと嵌合するアダプタが設けられており、上述した装置に光伝送モジュールが挿抜自在に設けられる。

モジュール用ケース９は、上部が開口した箱状の下ケース９ｄと、その開口を覆う板状の上ケース９ｕとからなり、放熱性が高いＡｌやＺｎなどの材料を用いて金属ダイカストで形成される。下ケース９ｄには、多芯ファイバ３の他端部、フェルール４、光学ブロック１、光素子アセンブリ７、回路基板８が収納される。下ケース９ｄには、ネジにより上ケース９ｕが取り付けられて固定される。

さて、第１の実施形態に係る光学ブロックを説明する。図５（ｂ）は、本実施形態に係る光学ブロックの主要部の概略上面の平面図、図５（ｃ）はその縦断面図である。ただし図５（ｂ）および図５（ｃ）では、後述する図１（ｂ）の光学ブロック１の変形例である光学ブロック１Ｔを示した。

図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、光学ブロック１Ｔのファイバ側には、多芯ファイバ３を構成する各光ファイバ２の他端面（図６に示すフェルール４の他端面）と対向する面（ファイバ側端面、あるいはファイバ側の光入出射端面）５ｆが形成されている。この光学ブロック１Ｔのファイバ側端面５ｆには、ファイバ側溝としての凹溝５２ｆが形成され、その凹溝５２ｆの凹部底面５２ｃに、多芯ファイバ３の各光ファイバ２と光学的に結合され、その配列ピッチに合わせて形成した複数個のファイバ用レンズ５３ａ，５３ｂ…からなるファイバ用レンズアレイ５４ｆが形成される。

光学ブロック１Ｔの上部ほぼ中央には、光学ブロック１Ｔのファイバ側端面５ｆ側に、光ファイバ２の光軸に対し略４５°傾斜した２面以上の傾斜面の１つである光フィルタ搭載面５５ａを有する溝状（縦断面視でほぼ台形状）のフィルタ搭載部５６が形成される。光フィルタ搭載面５５ａには、フェルール４（図６参照）に挿入された光ファイバ２に入射する光信号Ｌ１を反射し、フェルール４に挿入された光ファイバ２から出射する光信号Ｌ２を透過させる光機能部材として、１枚の光フィルタ５７が接着剤により貼り付けられて搭載される。

傾斜面（例えば、光フィルタ搭載面５５ａ）は、光ファイバ２の光軸に対し４５°傾斜することにより、光ファイバ２からの光信号Ｌ２の光路を９０°変換するものである。傾斜面の傾斜角は、４５°を中心として、光信号Ｌ１，Ｌ２の光結合損失が許容される値に適宜決定すれば良い。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示す光学ブロック１の光フィルタ搭載面５５ａには、実際に光フィルタ５７を搭載・位置決めして収容するための凹部１２が形成される。凹部１２は、光フィルタ５７が嵌合するように光フィルタ５７の外形とほぼ同じ形状となるように、プラスチック射出成形や、樹脂金型に樹脂材を流し込むことにより、光学ブロック本体１ｂと一体成形される。平らな光フィルタ搭載面５５ａを切削加工することで、凹部１２を形成してもよい。

凹部１２の左側端面１２Ｌを位置決め基準面にして光フィルタ５７を搭載することで、光フィルタ５７を正確に位置決めして光学ブロック１に実装することができる。

図２（ａ）に示すように、凹部１２の深さＤ１は光フィルタ５７の厚さｔとほぼ同じにすると良い。また凹部１２の長さＬｄ１はフィルタ長さＬｆよりも１０μｍ前後大きい寸法とする。

これは図２（ｂ）に示すように、凹部１２の底面にゴミなどの異物が無く光フィルタ５７が凹部１２に収容された場合、凹部１２の深さＤ１が光フィルタ５７の厚さｔとほぼ同じ深さであれば、光フィルタ５７は凹部１２内に収容されて光フィルタ搭載面５５ａと光フィルタ５７の上面とがほぼ一致する（つまり、光フィルタ搭載面５５ａの延長面と光フィルタ５７の上面がほぼ一致する）。

これに対し、図２（ｃ）に示すように、凹部１２の底面にゴミなどの異物ｘ１がある場合、光フィルタ５７は異物ｘ１によって浮き上がる。このとき、凹部１２の幅Ｗ１がフィルタ幅Ｗｆよりも１０μｍ前後（１０±５μｍ）大きい寸法であれば、光フィルタ５７は１辺が１〜２ｍｍ、厚さｔは１ｍｍ程度あるため、光フィルタ５７がほとんど傾斜せずに、光フィルタ搭載面５５ａに対して平行に浮き上がる。

光学ブロック１を組み立てた後は、光フィルタ搭載面５５ａの上方向の延長線上に、光フィルタの実装ずれを検知するための実装ずれ検知手段１３を位置させ、その実装ずれ検知手段１３により、光フィルタ５７の浮き上がり量ε１を検知することで、光フィルタ５７の実装状態の可否を容易に把握することができる。

実装ずれ検知手段１３としては、ＣＣＤカメラなどの撮像手段１３ａと、その撮像手段１３ａからの信号を処理して浮き上がり量を求め、求めた浮き上がり量が許容値の範囲内であるかどうかを判断するコンピュータなどの図示しない判定手段とで構成されるものを用いる。

もし、浮き上がり量ε１が許容値を超え、光フィルタ５７が許容できない（光結合損失が許容できない）浮き上がりであった場合には、光学ブロック１から光フィルタ５７を除去した後、凹部１２内、あるいは光学ブロック本体１ｂの全体をアルコールや純水でクリーニングして異物ｘ１を除去した後、再度、光フィルタ５７を樹脂などの接着剤を用いて実装固定すれば良い。

光フィルタ５７が許容値を超えて浮き上がると光信号の透過点・反射点がずれるため、光ファイバ２（図５（ｃ）参照）に光結合する際、光結合位置が光ファイバの光軸に対して大幅にずれる。この結果、光結合損失が増加することになるので、好ましくない。

光学ブロック１によれば、光フィルタ５７の位置決め作業が簡単になると共に、異物ｘ１による光フィルタ５７の実装ずれ（平行ずれ）を、実装ずれ検知手段１３によって光フィルタ５７の上端ｅ１の位置（あるいは光フィルタ搭載面５５ａからの光フィルタ５７の出っ張った部分）を検知することで、容易に実装ずれを検知することができる。このため、光フィルタ５７の実装ずれに伴う光信号の透過点・反射点のずれを検知して修正することができ、低損失な光結合系を実現できる。

一方、図１１に示す比較例の光学ブロック１１１では、光フィルタ搭載面５５ａに、光フィルタ５７を直接貼り付けて搭載するため、位置決め作業に大変な手間がかる。また、光学ブロック１１１では、仮に光フィルタ５７の実装ずれを検知する手段を用いたとしても、光フィルタ搭載面５５ａと他の面との交差線の特定しにくく、光フィルタ搭載面５５ａをずれ検知用の基準面にするのが難しいため、光フィルタ５７の実装ずれを検知することが難しい。

光学ブロック１では、図２（ｃ）の一点鎖線で示したように、光フィルタ搭載面５５ａの下方向の延長線上に実装ずれ検知手段１３を位置させてもよく、実装ずれ検知手段１３によって光フィルタ５７の下端ｅ２の位置を検知することで、光フィルタ５７の実装状態の可否を容易に把握することができる。

一方、実装ずれ検知手段１３は、図２（ｃ）の紙面に垂直方向に設けても光フィルタ５７の実装ずれを検出できる。図２（ｃ）の紙面に垂直方向の方が、検出の妨げになる部材が無いため、実装ずれ検知手段１３を設けるのには好ましい。

次に、第２の実施形態を説明する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示す第２の実施形態に係る光学ブロック３１のように、図１（ａ）および図１（ｂ）の凹部１２に代えて、光フィルタ搭載面５５ａに、光フィルタ５７を搭載・位置決めして収容するための段差部３２を形成してもよい。

段差部３２の左側端面（図３（ａ）および図３（ｂ）では下側端面）３２Ｌを位置決め基準面にして光フィルタ５７を搭載することで、光フィルタ５７を正確に位置決めして光学ブロック３１に実装することができる。

図４（ａ）に示すように、段差部３２の段差Ｄ２は光フィルタ５７の厚さｔとほぼ同じであれば、図４（ｂ）に示したように、光フィルタ５７は段差部３２に収容されて光フィルタ搭載面５５ａと光フィルタ５７の上面とがほぼ一致する（つまり、光フィルタ搭載面５５ａの延長面と光フィルタ５７の上面がほぼ一致する）。

これに対し、図４（ｃ）に示すように、段差部３２の段差近傍の底面にゴミなどの異物ｘ２があって光フィルタ５７が傾いた場合、光フィルタ５７は異物ｘ２によって浮き上がる。このとき、段差部３２の長さＬｄ２がフィルタ長さＬｆと比べて十分長いため、光フィルタ５７は、段差側が盛り上がるように傾斜して浮き上がる。

光学ブロック３１を組み立てた後は、光フィルタ搭載面５５ａの下方向の延長線上に、実装ずれ検知手段１３を位置させ、その実装ずれ検知手段１３により、光フィルタ５７のこの浮き上がり量ε２を検知することで、光フィルタ５７の実装状態の可否を容易に把握することができる。

なお、図４（ｃ）の紙面に垂直方向に実装ずれ検知手段１３を設けても良いことは、上述した通りである。

図４（ｃ）の例では、実装ずれ検知手段１３によって光フィルタ５７の下端ｅ３の位置（あるいは光フィルタ搭載面５５ａからの光フィルタ５７の出っ張った部分）を検知することで、異物ｘ２によって光フィルタ５７が傾斜していることがわかる。

逆に、図４（ｄ）に示すように、段差部３２の段差とは反対側の底面に異物ｘ３があって光フィルタ５７が傾いた場合、段差部３２の左側端面３２Ｌとは反対側から実装ずれ検知手段１３で観察すると、実装ずれ検知手段１３によって光フィルタ５７の下端ｅ３と上端ｅ４の位置を検知することで、光フィルタ５７は、段差とは反対側が盛り上がるように傾斜していることがわかる。この場合には、実装ずれ検知手段１３により、光フィルタ５７のこの浮き上がり量ε３を検知することで、光フィルタ５７の実装状態の可否を容易に把握することができる。

光フィルタ５７が傾いて浮き上がると光信号の透過点・反射点も傾いてずれる。このため、例えば、送信用光素子アレイ５９（図５（ｃ）参照）のＬＤ素子から出射した光は光フィルタ５７で反射する際、反射点が傾くと共にずれるため、光ファイバ２（図５（ｃ）参照）に光結合するとき、光結合位置が光ファイバ２の光軸に対して傾くと共にずれる。この結果、光結合損失が大幅に増加することになるので、好ましくない。

光学ブロック３１によっても、光フィルタ５７の位置決め作業が簡単になると共に、異物ｘ２，ｘ３による光フィルタ５７の実装ずれ（傾き）を容易に検知することができるため、光フィルタ５７の実装ずれに伴う光信号の透過点・反射点のずれを検知して修正することができ、低損失な光結合系を実現できる。

図５に示す光フィルタ５７は、所定波長帯域の光信号を反射し、それ以外の波長帯域の光信号を透過するものである。本実施形態では、光フィルタ５７として、波長λ１の光信号Ｌ１を反射し、波長λ２の光信号Ｌ２を透過するように、誘電体多層膜からなる光フィルタを用いた。

光フィルタ５７搭載後のフィルタ搭載部５６には、光フィルタ５７を覆うように、好ましくはフィルタ搭載部５６を充填するように、ポッティングにより、光信号Ｌ１，Ｌ２に対して透明な樹脂ｒを設けるとよい。

この透明な樹脂ｒには、ＵＶ（紫外線）硬化型、熱硬化型を用いる。樹脂の材質はエポキシ系、アクリル系、シリコーン系等である。光フィルタ５７を貼り付けるための上述した接着剤も同様の材質である。

光ファイバ２の光軸に対し略４５°傾斜した２面以上の傾斜面として、他の１つである光学ブロック１Ｔの他端面（ファイバ側とは反対側（コネクタ部材側）の端面）５ｃには、フェルール４に挿入された光ファイバ２から出射され、光フィルタ５７を透過した光信号Ｌ２を反射する反射面１５ｒが形成される。

反射面５５ｒは、光学ブロック１Ｔとは屈折率が大きく異なる物質や、光学ブロック１Ｔよりも反射率が大きい物質と接することにより、光信号Ｌ２をほぼ全反射（９５％以上反射）することができる。本実施形態では、光学ブロック１Ｔとは大きく異なる屈折率を有する物質として外気（空気）と接する構造となっているが、外気の他に、例えばＡｕなどの金属を蒸着した金属ミラーを用いても良い。

パッケージ６は、上部に開口が形成され、その開口部に臨む内底面上に、光学ブロック１Ｔに入射する光信号Ｌ１を出射する送信用光素子（例えば、ＬＤ素子）を複数個並列配置してなる（例えば、配列ピッチ２５０μｍ）送信用光素子アレイ５９と、光学ブロック１から出射する光信号Ｌ２が入射する受信用光素子（例えば、フォトダイオード（ＰＤ）素子）を複数個並列配置してなる（例えば、配列ピッチ２５０μｍ）受信用光素子アレイ６０とが搭載される。

本実施形態では、多芯ファイバ３を構成する光ファイバ２の数に応じ、送信用光素子アレイ５９として、１２個のＬＤ素子からなる面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を用い、受信用光素子アレイ６０として、１２個のＰＤ素子からなるＰＤアレイを用いた。

光学ブロック１Ｔの一端面５ｆとは異なる端面として、光学ブロック１Ｔの一端側の下面（光素子側端面、あるいは光素子側の入出射面）５ｄには、一方の光素子側溝としての凹溝５２ｔが形成される。この凹溝５２ｔの内上面には、送信用光素子アレイ５９の配列ピッチに合わせて形成した複数個（本実施形態では１２個）の送信用レンズからなる送信用レンズアレイ５４ｔが形成される。

光学ブロック１Ｔの他端側の下面５ｄには、他方の光素子側溝としての凹溝５２ｒが形成される。この凹溝５２ｒの内上面には、受信用光素子アレイ６０の配列ピッチに合わせて形成した複数個（本実施形態では１２個）の受信用レンズからなる受信用レンズアレイ５４ｒとが形成される。

送信用レンズアレイ５４ｔの各送信用レンズは、送信用光素子アレイ５９のＬＤ素子と対向するように、受信用レンズアレイ５４ｒの各受信用レンズは、受信用光素子アレイ６０の各ＰＤ素子と対向するように、光学ブロック１Ｔの下面５ｄにそれぞれ形成される。

光学ブロック１Ｔでは、凹溝５２ｔ，５２ｒの内上面にレンズアレイを形成することで、例えば、製造組立工程において、光学ブロック１Ｔをトレイなどに並べて置いたときに、レンズ面がトレイに接触しないので、レンズ面の保護が可能になり、光学ブロック１Ｔの取り扱いが容易になる。

この光学ブロック１Ｔは、プラスチック射出成形により、光信号Ｌ１，Ｌ２に対して透明な光学樹脂で一括形成される。材料に用いられる光学樹脂には、アクリル系樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）系樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）系樹脂などがある。また、材料強度や耐熱性を向上するのであれば、スーパーエンジニアリングプラスチックであるＰＥＩ（ポリエーテルイミド）が適している。本実施形態に係る光学ブロック１Ｔには、これらいずれの光学樹脂を用いてもよい。この際、光学ブロック１Ｔの材料である光学樹脂として、屈折率が１．４５〜１．６５のものを用いることができるが、光信号の損失が少なければこの屈折率に限る必要は無い。

ここで、光学ブロック１を用いた光伝送モジュール５０を、図６および図７（ａ）〜図７（ｃ）を用いてより詳細に説明する。

図６に示すように、パッケージ６の内底面上には、送信用光素子アレイ５９の各ＬＤ素子を駆動するＬＤドライバアレイ６１と、受信用光素子アレイ６０の各ＰＤ素子から受信した電気信号を増幅するプリアンプとしてのＴＩＡ（トランスインピーダンス増幅器）アレイ６２も搭載される。パッケージ６の上部には、パッケージ６内を封止するためのガラス基板６３が取り付けられる。そして、ガラス基板６３とパッケージ６は樹脂を用いて接合され、封止される。この際、パッケージ６の内面とガラス基板６３の裏面側が対向するようにガラス基板２３で封止する。

光学ブロック１は、送信用レンズアレイ５４ｔと受信用レンズアレイ５４ｒを光学ブロック１Ｔとは別体にしたものである。図６では、光学ブロック１の他端部に反射面５５ｒを形成した例を示した。

この光学ブロック１を用いる場合には、送信用光素子アレイ５９と受信用光素子アレイ６０の直上となるガラス基板６３の下面（裏面）に、送信用レンズアレイ５４ｔと受信用レンズアレイ５４ｒが一体形成された光素子側レンズアレイ６４を設ける。光素子側レンズアレイ６４も光学ブロック１と同じ材料を用いて、プラスチック射出成形により一括形成される。

光学ブロック１のファイバ側端面５ｆとフェルール４の他端面（フェルール側の光入出射面）４ｃは、それぞれ高さ方向（図６の上下方向）が光ファイバ２の光軸の法線方向と平行になるように平面に形成される。これら光学ブロック１のファイバ側端面５ｆとフェルール４の他端面４ｃは突き合わされて光学的に結合され、この状態で上側から取り付けられるＭＴクリップ６５により、光学ブロック１の他端面５ｃとフェルール４の一端面４ｆの両側から押さえられることで、光学ブロック１とフェルール４が一体固定される。

図６に示すように、セラミックスからなるパッケージ６に、送信用光素子アレイ５９、受信用光素子アレイ６０、ＬＤドライバアレイ６１、ＴＩＡアレイ６２を収納して実装し、ガラス基板６３の下面に光素子側レンズアレイ６４を接着剤で貼り付ける。次に、パッケージ６内に光素子レンズアレイ６４が実装されるように、パッケージ６にガラス基板６３を載せ、パッケージ６とガラス基板６３とを樹脂を用いて封止して、光素子アセンブリ７が得られる。光素子アセンブリ７の外径は、約１ｃｍ×１ｃｍである。この光素子アセンブリ７と光学ブロック１とで光送受信アセンブリ（ＯＳＡ）が構成される。

次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、パッケージ６の下面（裏面）には、回路基板８上に光素子アセンブリ７を搭載するための半田ボール７１が複数個格子状に並べて取り付けられる。つまり、パッケージ６はＢＧＡ（Ball Grid Array）はんだを構成する。この複数個の半田ボール７１の一部をパッケージ用グランドとし、そのパッケージ用グランドと、回路基板８上に形成した基板用グランドとを電気的に接続する。

図６において、回路基板８に光素子アセンブリ７を取り付け接続する方法としては、ＢＧＡはんだを用いる方法以外に、パッケージ６の下面と回路基板８とを導電性接着剤で接着する方法もある。

パッケージ６の下面と回路基板８とを導電性接着剤で接着する場合には、パッケージ６と回路基板８との間で各チャンネルの信号を電気的に伝送するために、パッケージ６と回路基板８との間の各チャンネルをワイヤボンディングによって電気的に接続する。従って、パッケージ６の一部にはワイヤボンディングするための領域（図示せず）が形成されている。

更に、パッケージ６の下方に位置する回路基板８の光素子アセンブリ搭載部７ｅには、パッケージ６の下面の一部を露出させる放熱用の貫通穴６６が設けられる。

貫通孔６６には熱伝導部材を充填または配設して放熱効果を高めると良い。熱伝導部材としてはシリコーン樹脂から成る熱伝導シート、またはカーボン材でも良く、あるいは熱伝導性の良い金属部材でも良い。

次に、光学ブロック１を図８により詳細に説明する。

図８に示すように、光学ブロック１は、外形がフェルール４とほぼ同形状に形成され、そのファイバ側端面５ｆには、フェルール用嵌合溝（図示せず）と機械的に嵌合する嵌合部としての嵌合突起８１，８１が形成される。

嵌合突起８１，８１とフェルール用嵌合溝（図示せず）とで互いに嵌合する結合部（接続部）が構成され、これら嵌合突起８１，８１とフェルール用嵌合溝（図示せず）とを嵌合することで、光学ブロック１のファイバ側端面５ｆとフェルール４の他端面４ｃが突き合わせ接続されて各光ファイバ２と光学ブロック１が光学的に結合される。

もちろん、光学ブロック側に嵌合部としての嵌合溝を形成し、フェルール側に被嵌合部としての嵌合突起を形成してもよい。

光学ブロック１の上縁部は、光部品あるいは電気部品を実装する実装装置（マウンタ）のコレットチャックでつかむために、四角枠状の平坦部１ｆになっている。

次に、光学ブロック１（あるいは１Ｔ）の他の作用と光伝送モジュール５０の作用を説明する。

図６に示す光伝送モジュール５０では、回路基板８からの各チャネル用となる１２個の電気信号は、送信用光素子アレイ５９で波長λ１の光信号Ｌ１にそれぞれ変換され、各光信号Ｌ１が光素子側レンズアレイ６４の送信用レンズアレイ５４ｔでコリメート光に変換され（光学ブロック１Ｔの場合は、その送信用レンズアレイ５４ｔでコリメート光に変換され）、光学ブロック１に入射される。その後、各光信号Ｌ１は、光フィルタ５７で反射され、ファイバ用レンズアレイ５４ｆで集光されて光学ブロック１から出射され、多芯ファイバ３の各光ファイバ２に入射されることで、相手側の光伝送モジュールに送信される。

また、相手側の光伝送モジュールから送信された各チャネル用の１２個の波長λ２の光信号Ｌ２は、多芯ファイバ３の各光ファイバ２から出射され、光学ブロック１のファイバ用レンズアレイ５４ｆでコリメート光に変換されて光学ブロック１に入射され、光フィルタ５７を透過し、反射面５５ｒで反射されて光学ブロック１から出射される。その後、各光信号Ｌ２は、光素子側レンズアレイ６４の受信用レンズアレイ５４ｒで集光され、次に受信用光素子アレイ６０で各チャネル用の１２個の電気信号に変換され、回路基板８に伝送されることで、相手側の光伝送モジュールからの各光信号Ｌ２が受信される。

光学ブロック１は、フェルール４と光学ブロック１の光入出射面４ｃ，５ｆを平面にしており、その光入出射面４ｃ，５ｆに形成した嵌合部によりフェルール４と光学ブロック１とを突き合わせ接続して、各光ファイバ２と光学ブロック１とを光学的に結合している。

さらに、光学ブロック１は、フェルール４に挿入される光ファイバ２として光学的接続が簡単なＭＭＦを用いており、しかも光学ブロック１の凹溝５２ｆにファイバ用レンズアレイ５４ｆを形成している。

これにより、光学ブロック１では、ファイバ用レンズ５４ｆを出射した光信号Ｌ１，Ｌ２を空間となる凹溝５２ｆを介して伝送し、各光ファイバ２とレンズ結合させる構造であるため、各光ファイバ２の他端面を直角カットだけすればよく、ＰＣ（物理的接触）研磨のような複雑で面倒な端面処理が不要であり、組立作業が簡単である。

また、光学ブロック１は、送信用光素子アレイ５９として光ファイバ２などの端面反射などによる戻り光に強いＶＣＳＥＬアレイを用いており、この点でも複雑で面倒な端面処理が不要であり、組立作業が簡単である。

これにより、光学ブロック１を用いれば、１本の光ファイバ２で双方向の同時光通信を行うタイプの光伝送モジュールに限らず、光ファイバ２を多芯化することにより伝送容量を高めた光伝送モジュール５０の組み立ても簡単になる。

この光伝送モジュール５０は、波長λ１，λ２の光信号Ｌ１，Ｌ２を１セットとして、これらを１本の光ファイバ２で送信または受信するために、多芯ファイバ３を用いており、その多芯ファイバ３からの光信号Ｌ１，Ｌ２を一括して多芯双方向通信するために光学ブロック１を備えている。

この光学ブロック１にファイバ用レンズ５４ｆ、フィルタ搭載部５６、反射面５５ｒを形成し、フィルタ搭載部５６に１枚の光フィルタ５７を搭載するだけで光伝送モジュール５０の主要部を構成できるため、従来の光伝送モジュールに比べて構成が簡単である。しかも双方向通信が可能となるため、一方向通信と比較して光ファイバ２の芯数を１／２にでき、小型で安価な光伝送モジュールを実現できる。

更に、光素子アセンブリ７のガラス基板６３の裏面に光素子側レンズアレイ６４を設け、光学ブロック６１と、焦点距離が短いマイクロレンズアレイである送信用レンズアレイ５４ｔおよび受信用レンズアレイ５４ｒとを別体にすることで、光軸ズレを緩和することができるため、光伝送モジュール５０をより低損失で高信頼性なものにできる。

ここで、樹脂材から構成される光学ブロック１の熱膨張は大きく（熱膨張係数が６０ｐｐｍ／℃）、セラミックスから構成されるパッケージ６は熱膨張が小さい（熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃）。

更に、図５（ｃ）に示した光学ブロック１Ｔのように、送信用レンズアレイ５４ｔおよび受信用レンズアレイ５４ｒが一体となった構造では、光学ブロック１Ｔをパッケージ６に実装する際、光学ブロック１Ｔの一部がパッケージ６の上縁と接続固定される構造となる（図１０参照）。

このため、温度変化によって光学ブロック１Ｔが熱膨張した場合、熱膨張の小さなパッケージ６で熱膨張の大きな光学ブロック１Ｔの熱膨張を抑えようとしても、光学ブロック１Ｔの一部がパッケージ６に接続固定される構造では、光学ブロック１Ｔの熱膨張を抑える効果は小さい。

これに対し、図６に示すように、光学ブロック１と送信用レンズアレイ５４ｔおよび受信用レンズアレイ５４ｒが別体となった構造では、光素子側レンズアレイ６４のレンズ面とは反対側の面の全面を、熱膨張が小さい（熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃）ガラス基板６３と接着固定している。

これにより、光伝送モジュール５０では、光素子側レンズアレイ６４全体がガラス基板６３と強固に接着固定されているため、光素子側レンズアレイ６４が熱により膨張しようとしても、熱膨張が小さいガラス基板６３によって光素子側レンズアレイ６４の熱膨張を抑制することができる。

この光伝送モジュール５０では、送信用光素子アレイ５９及び受信用光素子アレイ６０を実装したパッケージ６の上縁とガラス基板６３とを樹脂で封止するため、樹脂が外気に触れる面積が極めて少ない。このため、パッケージ６内に外気から水分が浸入することを低減できるので、パッケージ６内の光素子や電子デバイスの信頼性をより高めることができる。

また、光伝送モジュール５０は、フィルタ搭載部５６に光フィルタ５７を搭載し、その光フィルタ５７を覆うように光信号Ｌ１，Ｌ２に対して透明な樹脂ｒを設けているため、光フィルタ搭載面５５ａと光フィルタ５７の接合部を補強すると共に、空気中の湿気などによる光フィルタ５７の劣化などを抑制することができ、光フィルタ５７裏面からの光信号Ｌ２の不要な反射も防止できる。

更に、光フィルタ搭載面５５ａと対向する面５５ｗを光ファイバ２の光軸に対して直交する方向から傾斜させることにより、フィルタ搭載部５６に充填した樹脂ｒが光フィルタ搭載面５５ａと対向する面５５ｗから剥離した場合でも、光フィルタ搭載面５５ａと対向する面５５ｗからの反射戻り光を低減することができる。

光学ブロック１の上縁部は、平坦部１ｆになっている。一般的なコレットチャックの断面は逆漏斗状（断面視で三角形状）になっていたり、下面が平坦状になっている。このため、光学ブロック１の上縁部が平坦部１ｆなので、光学ブロック１に上方から実装装置のコレットチャックを近づけ、空気吸引すれば、コレットチャックで光学ブロック１を簡単につかんで実装できる。

上記実施形態では、送信用レンズアレイ５４ｔと受信用レンズアレイ５４ｒを光学ブロック１とは別体に構成し、光学ブロック１Ｔを用いた光伝送モジュール５０を説明したが、送信用レンズアレイ５４ｔと受信用レンズアレイ５４ｒを一体に構成した図５（ｃ）の光学ブロック１Ｔを用いて、図１０に示すような光伝送モジュール１００としてもよい。

光伝送モジュール１００では、光学ブロック１Ｔの平坦な下面の周縁と、パッケージ６の上縁とを樹脂を用いて接合し、樹脂封止した光素子アセンブリ１０７とする。

上記実施形態では、光フィルタ５７として、波長λ１の光信号Ｌ１を反射、波長λ２の光信号Ｌ２を透過するものを使用したが、波長λ１の光信号Ｌ１を透過、波長λ２の光信号Ｌ２を反射する光フィルタを用いてもよい。この場合、光学ブロック１，１Ｔの構造を変更することなく、送信用光素子アレイ５９、受信用光素子アレイ６０の配置を入れ替えればよい。

ここで、図５（ａ）に示す通信システム５１では、光伝送モジュール５０Ａが図５（ｃ）に示すように、光フィルタ５７として、波長λ１の光信号Ｌ１を反射、波長λ２の光信号Ｌ２を透過する構成である場合、光伝送モジュール５０Ｂは、光フィルタ５７として、波長λ１の光信号Ｌ１を透過し、波長λ２の光信号Ｌ２を反射する構成にし、送信用光素子アレイ５９が波長λ２の光信号を出射し、受信用光素子アレイ６０が波長λ１の光信号を受光する構成とすると良い。

このように光学ブロック１に対して、送信用光素子および受信用光素子の配置を変えずに、光フィルタの透過または反射する波長特性を変えた光伝送モジュール５０Ａ，５０Ｂを通信ペアとして用いた構成とすることにより、光伝送モジュール５０Ａ，５０Ｂを駆動する回路系の構成が共通となり、システムの構築が容易となる。

また、上記実施形態では、波長λ１，λ２の光信号Ｌ１，Ｌ２を多芯双方向通信する例で説明したが、波長が異なる３波以上の光信号を用いてもよい。この場合、光フィルタは複数枚必要になるため、これに応じて光学ブロック１，１Ｔの構成（傾斜面に形成する凹部または段差部をフィルタ数に応じて形成するなど）も適宜変更すればよい。

図５（ｃ）の実施形態では、光機能部材として、波長により光信号を透過または反射させる光フィルタ５７を用いたが、光フィルタ５７に代えてハーフミラーを用いることもできる。ハーフミラーは波長に応じて分波・合波する波長選択機能は有しないが、所定の波長の光信号の透過率または反射率を任意に設定することができる。

ハーフミラーを用いた光学ブロックは、図５（ｃ）の光学ブロック１Ｔにおいて、光フィルタ５７をハーフミラーに置き換える点を除いて同じ構成である。

なお、相手方の光伝送モジュールが波長λ１の光信号Ｌ１を送信するときは、送信用光素子アレイ５９を動作停止状態、または待機状態にしておいても良い。

また、ハーフミラーを備えた光伝送モジュールを用いた通信システムは、相手方の光伝送モジュールも同じ波長λ１の光信号のみを用いる点が、図５（ａ）の通信システム５１と相違し、その他の動作は同じである。

なお、上記したように、同じ波長λ１を用いた通信システムでは、相手方の光伝送モジュールが波長λ１の光信号Ｌ１を送信するときは、光信号Ｌ１の衝突が生じないように自身の送信用光素子アレイ５９を動作停止状態、または待機状態にしておく。

本発明は、これらの実施例には限定されず、当業者にとって想到し得る本明細書に説明された基本的教示の範囲に適正に含まれる全ての変更、および代替的構成を具体化するものとして解釈されるべきである。

図１（ｂ）は、本発明の好適な第１の実施形態を示す光学ブロックの縦断面図、図１（ａ）はその光フィルタ搭載前の状態を示す縦断面図である。 図２（ａ）は図１（ａ）の拡大図、図２（ｂ）は図１（ｂ）の拡大図、図２（ｃ）は、図１（ｂ）の光学ブロックに異物がある場合の一例を示す主要部の縦断面図である。 図３（ｂ）は、本発明の好適な第２の実施形態を示す光学ブロックの縦断面図、図３（ａ）はその光フィルタ搭載前の状態を示す縦断面図である。 図４（ａ）は図３（ａ）の拡大図、図４（ｂ）は図３（ｂ）の拡大図、図４（ｃ）および図４（ｄ）は、図３（ｂ）の光学ブロックに異物がある場合の一例を示す主要部の縦断面図である。 図５（ａ）は本発明の好適な実施形態を示す光伝送モジュールを用いた通信システムの概略図、図５（ｂ）は本実施形態に係る光学ブロックの主要部の概略平面図、図５（ｃ）はその縦断面図である。 図５（ａ）に示した光伝送モジュールのより詳細な縦断面図である。 図７（ａ）は光素子モジュールの側面図、図７（ｂ）はその裏面図、図７（ｃ）は回路基板に光素子モジュールを搭載した平面図である。 図５（ａ）に示した光伝送モジュールの光学ブロックと光素子アセンブリの斜視図である。 本実施形態に係る光伝送モジュールの全体構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る光伝送モジュールの一例を示す縦断面図である。 比較例の光学ブロックを示す縦断面図である。 従来の光伝送モジュールの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 光学ブロック
５５ａ 光フィルタ搭載面（傾斜面の１つ）
５５ｒ 反射面（傾斜面の他の１つ）
５７ 光フィルタ（光機能部材）

Claims (5)

1. フェルールに挿入された光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学ブロックにおいて、
   上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の少なくとも１つに凹部を形成し、該凹部に上記光信号Ｌ１を透過または反射させ上記光信号Ｌ２を反射または透過させる光機能部材を搭載し、上記傾斜面の他の少なくとも１つに上記光信号Ｌ１または上記光信号Ｌ２を反射させる反射面を形成し、上記フェルールと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設けたことを特徴とする光学ブロック。
2. フェルールに挿入された光ファイバから出射する１つ以上の光信号Ｌ１及びその光信号Ｌ１とは波長の異なる上記光ファイバに入射する１つ以上の光信号Ｌ２の光路を変換する光学ブロックにおいて、
   上記光ファイバの光軸に対し傾斜した傾斜面を２面以上有し、上記傾斜面の少なくとも１つに段差部を形成し、該段差部に上記光信号Ｌ１を透過または反射させ上記光信号Ｌ２を反射または透過させる光機能部材を搭載し、上記傾斜面の他の少なくとも１つに上記光信号Ｌ１または上記光信号Ｌ２を反射させる反射面を形成し、上記フェルールと対向するファイバ側端面にファイバ用レンズを設けたことを特徴とする光学ブロック。
3. 上記凹部の深さ、あるいは上記段差部の段差は上記光機能部材の厚さと同等である請求項１または２記載の光学ブロック。
4. 複数の光信号を送信する送信用光素子アレイの配列ピッチに合わせて形成した複数個の送信用レンズからなる送信用レンズアレイ、及び複数の光信号を受信する受信用光素子アレイの配列ピッチに合わせて形成した複数個の受信用レンズからなる受信用レンズアレイを、上記送信用光素子アレイ及び上記受信用光素子アレイと対向するように上記光学ブロックの端面に形成した請求項１〜３いずれかに記載の光学ブロック。
5. 複数の光信号を送信する送信用光素子アレイと、複数の光信号を受信する受信用光素子アレイと、上記送信用光素子アレイから出射する送信光及び上記受信用光素子アレイで受光する受信光の光路を変換する光学ブロックとを有する光伝送モジュールにおいて、
   パッケージ内に上記送信用光素子アレイと上記受信用光素子アレイを実装して光素子アセンブリを構成し、その光素子アセンブリを回路基板に接続し、その上方に、請求項１〜４いずれかに記載した光学ブロックを設けたことを特徴とする光伝送モジュール。

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