JP2014197086A - 光通信用モジュール又は光通信ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを製造した製造治具等に関する履歴的な情報を示すマーキングを設けながら、そのマーキングによる光結合効率への影響を低減することが可能な光通信用モジュール及びそれを用いた光通信ユニットを提供する。
【解決手段】光通信用モジュールにおいて、レンズ２０のフランジ部２３上に設けるマーキングＭの頂点と光源又は受光素子とを結ぶ線と光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域にマーキングＭを設ける構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、光通信等に用いられ、例えば半導体レーザ等の発光を行う光源からの光を光ファイバーに結合、又は光ファイバーを通ってきた光源からの光をフォトダイオード等の受光素子に結合する光通信用モジュール又は光通信ユニットに関する。

光通信等において、光源又は受光素子を基板に組み付けたものと、光源又は受光素子と光ファイバーとの間で効率よく光結合させる光結合用のレンズとを組み付けた光通信用モジュールが用いられている。光通信用モジュールに用いられる従来の光結合用のレンズでは、主にガラスレンズをステンレス製の脚部で支持する構成が広く用いられていたが、近年、材料費や製造工程に係るコストを安くしたいという要望から、特許文献１に示すように、高精度な非球面の成形が容易で大量生産を可能とする、樹脂製の脚部一体型レンズが開発されている。

ところで、樹脂製のレンズを大量生産する場合に、製品単価を下げるために、複数のキャビティを有する成形金型を用いて同時に複数のレンズが製造される場合や、様々な要望に応えるために、形状の似た何種類かの金型を準備し、要望に合わせて製造する場合がある。ここで、同時に複数のレンズが製造される場合には成形されるレンズ間にばらつきが発生してしまうことがある。また、形状の似た何種類かの金型を用いる場合には、どの金型で成形したのかを容易に見分けることが難しいと言う問題が発生してしまうことがある。このような場合に樹脂製のレンズがどの金型を用いて製造されたのかという、製造治具等に関する履歴的な情報（具体的には、どの金型で製造したか、一度に複数のレンズを成形する場合、金型中のどのキャビティで成形したかという情報）を識別する手法として、光通信用のレンズではないが、特許文献２に記載されているような、フランジ部に半球状のマーキングを形成する方法などが知られている。

特開２００７−１８３５６５号公報 特開平１１−１６１９７号公報

ところが、本発明者が光通信用モジュールに用いられる樹脂製のレンズに対して、特許文献２に記載されているように、フランジ部にマーキングを形成したところ、光通信用モジュールとして使用する場合に、レンズの結合効率が悪くなってしまう恐れがあることが判明した。本発明者がこの問題について鋭意研究を行った結果、結合効率が悪くなってしまう原因は、光源からの光が、マーキングに当たることで予期せぬ反射を起こし、不要光となってしまうことにあると判明した。そして、不要光が発生する恐れは、光源とレンズとの間又は光ファイバーとレンズとの間に、光路を変更するようなレンズが存在せず光源からの発散光がそのままレンズに入射し、光源または光ファイバーの端部とマーキングとの位置関係が近い光通信用モジュールだからこそ発生することを見出した。ここで、光源からの光を、レンズを通して光ファイバーに収束する場合と、光ファイバーの端部から出射された光がレンズを通して受光素子に収束する場合とでは、マーキングに当たった光が不要光となるメカニズムはほぼ同様であるため、以降では説明の簡単のため、光源からの光がレンズを通して光ファイバーに収束する場合について説明するが、適宜、光源を光ファイバーの端部から出射された光と読み替えてもよい。

通常、光通信に用いられる光源からの光は指向性を持っている。とは言え、光源は指向性を有している方向から所定の角度までの範囲においては、ある程度の光の漏れが生じてしまう。光源とレンズとの間又は光ファイバーとレンズとの間に、光路を変更するようなレンズが存在しない光通信用モジュールでは、光源からの光の発散角がレンズに当たる前に変更されることはないため、光源から漏れ出た光は、そのままマーキングが形成されている部分に当たってしまい予期せぬ反射や屈折を起こし迷光（不要光）となってしまう恐れがある。また、光通信用モジュールでは、光源とマーキングとの光軸方向の距離が１〜４ｍｍと近いため、光源からの光に対するマーキングが占める立体角の割合が大きくなる、従って、多くの光量がマーキングに当たってしまうため、結果として不要光の強度が強くなりやすい。このようにして不要光の強度が高くなってしまうと、光結合効率が低下してしまい、光通信用モジュールを使用できなくなる恐れがある。なお、立体角とは、マーキングと光軸の中心とで形成される錐の頂角のことをさし、ｓｒ（ステラジアン）で表される。

ここで、受光素子が用いられる場合には光ファイバー端部を疑似的な光源とみなすことができる。また、光通信用のレンズの場合、受光素子からマーキングまでの距離と受光素子に向けて出射される光の出射点となる光ファイバー端部からマーキングまでの距離は大きく変わらないため、受光素子からマーキングまでの距離が近ければ、光ファイバー端部からマーキングまでの距離が近いことになる。従って、受光素子が用いられる場合であっても光源からマーキングまでの距離が短くなってしまう。従って、光源からの光に対するマーキングが占める立体角の割合が大きくなり、高い強度の不要光が発生してしまう恐れがある。

なお、特許文献２に記載のレンズの場合、光源からの光がコリメータレンズによって平行光になる、または微小な発散光としてレンズに当たる、或いは絞りによりレンズ部を通過しない光束の大半が遮られるため、レンズに到達する光束の大半がレンズ部に入射し、マーキングが存在する領域に入射する光はほぼゼロとなり、不要光が問題になることがない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レンズを製造した製造治具等に関する履歴的な情報を示すマーキングによる光学性能への影響を低減することが可能な光通信用モジュール及びそれを用いた光通信ユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の光通信用モジュールは、レンズと、光源又は受光素子と、前記光源又は受光素子を支持する基板と、を有する光通信用モジュールであって、
前記レンズは、レンズ部と、前記レンズ部から前記レンズ部の光軸に対して略周方向に広がるフランジ部と、前記フランジ部から前記レンズ部の略光軸方向に延在する脚部とを有し、
前記フランジ部には凸状のマーキングが設けられており、
前記レンズ部と前記フランジ部と前記脚部と前記マーキングは樹脂により一体的に成形されており、
前記脚部は前記光源又は受光素子を囲うように前記基板に接合されており、
前記マーキングは前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面上のうち、前記マーキングの頂点と前記光源又は受光素子とを結ぶ線と前記光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域に存在することを特徴とする。

光通信用モジュールにおいては、光源又は受光素子からマーキングまでの距離が近くなってしまう。ここで、受光素子が用いられる場合には光ファイバー端部を疑似的な光源とみなすことができる。また、光通信用のレンズの場合、受光素子からマーキングまでの距離と受光素子に向けて出射される光の出射点となる光ファイバー端部からマーキングまでの距離は大きく変わらないため、受光素子からマーキングまでの距離が近ければ、光ファイバー端部からマーキングまでの距離が近いことになる。従って、受光素子が用いられる場合であっても光源からマーキングまでの距離が短くなってしまう。従って、光源からの光に対するマーキングが占める立体角の割合が大きくなり、高い強度の不要光が発生してしまう恐れがあるが、本発明においては、マーキングの頂点と光源又は受光素子とを結ぶ線と光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域、即ち光源から漏れ出た光の強度が十分弱くなる領域にマーキングを設ける構成としているため、光源から漏れ出た光がマーキングに当たってしまい予期せぬ反射や屈折を起こし迷光（不要光）となってしまったとしても、不要光の強度を十分低く抑えることができるので、光結合効率に与える影響を低減できる。１０°以上であれば、マーキングによる不要光の問題を回避することができるため、レンズを小型化する際の設計の自由度も確保することができる。また、マーキングによって製造治具等に関する履歴的な情報や樹脂を注入するためのゲート位置に関する情報や、収差の方向やどの顧客向けの製品かなどの情報を示すことができる。さらにマーキングが凸状であるため、金型を加工する際にマーキングに対応する部分を凹状に掘るだけで済み、マーキングに対応する部分が幾度にもわたる成形圧力によって欠けてしまう恐れが抑制できる。加えて、マーキングとレンズ部とフランジ部と脚部は樹脂により一体的に成形されているため、後からマーキングを打つ必要がなくコストや工数が嵩まず、また、脚部も樹脂により一体的に成形しているためコストや工数を抑えることができる。従って、本願発明によれば、情報を示すためのマーキングを設けたとしても、光結合効率への影響を低減することが可能な光通信用モジュールを低コストで得ることができる。

請求項２に記載の光通信用モジュールは、請求項１に記載の発明において、前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面は、前記レンズ部の前記脚部とは反対側の光学面の頂点位置よりも前記脚部とは反対側に突出している突出面を有することを特徴とする。

フランジ部が、レンズ部の脚部とは反対側の光学面の頂点位置よりも突出している突出面を有するため、レンズを成形した後にトレー等の載置部材状に載置する際や取り扱う際にレンズ部の脚部とは反対側の面を下向きにしておいても、フランジ部の突出面がガードとなって、光学面に傷がつかない。

請求項３に記載の光通信用モジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源又は受光素子から前記マーキングまでの光軸方向の距離１〜４ｍｍであることを特徴とする光通信用モジュール。

光源又は受光素子からマーキングまでの光軸方向の距離（高さ）が１〜４ｍｍと短いため、光源からの光に対するマーキングが占める立体角の割合が大きくなり、高い強度の不要光が発生してしまう恐れがあるが、マーキングの頂点と光源又は受光素子とを結ぶ線と光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域に存在することにより、不要光の発生を十分低減できるため、光通信用モジュールとしての光結合効率が低下してしまうことを抑制できる。

請求項４に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記フランジ部の角部は、前記脚部の側且つ外周方向に傾斜しているテーパー面となっており、前記マーキングは前記テーパー面を除く領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光通信用モジュール。

テーパー面上にマーキングを設けないことにより、金型加工において、マーキングに対応する箇所を切削する際に、マーキングの形状を所望の形状にするためにテーパー面の傾きを考慮した補正を加えずに金型の加工を行うことができるため、金型加工が容易となる。また、フランジ部の角部が脚部の側且つ外周方向に傾斜しているテーパー面となっているため、光通信用モジュールを光ファイバーと勘合させるためのホルダを被せる際にテーパー面がガイドとなり、装着させやすい。さらに、テーパー面上にマーキングがないため、ホルダを被せる際に、ホルダがマーキングに当たり、マーキングが欠けてしまうことを抑制できる。なお、本明細書におけるテーパー面とは光軸方向に対して傾いている面を示す概念であり、Ｒ面などの曲面も包含している概念である。

請求項５に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面は、二つの面を有し、前記二つの面の光軸方向の位置は互いに異なっていることを特徴とする。

光源からの光軸方向における距離が遠い面にマーキングを設けた場合には、マーキングの視認性が良くなり、たとえマーキングの認識が困難になる恐れがある直径１０ｍｍ以下のレンズであってもマーキングの判別が容易となる。特に、マーキングの判別を容易にすると言う観点から、前記遠い面は光源又は受光素子から前記光軸方向に最も遠い面であることが好ましい。また、光源又は受光素子からの光軸方向における距離が近い面にマーキングを設けた場合には、前記遠い面がガードとなるため、マーキングが欠けてしまい、その破片によりレンズ部が傷つき、光結合効率が低下してしまうことや光通信用モジュール内で欠けた部分がゴミとなってしまうことなどを抑制できる。その観点から、特にマーキングの頂点位置における光軸方向の高さが前記遠い面よりも低いことが好ましい。さらに、光ファイバーとレンズとの距離を近づけたいという要望があった場合にも、マーキングがホルダに接触する恐れがなく、好ましい。なお、テーパー面における光軸方向の位置とは、光軸方向におけるテーパー面の中心位置として定義する。

請求項６に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記マーキングの高さｈは、０．００３ｍｍ≦ｈ≦０．０２０ｍｍであることを特徴とする。

マーキングの高さｈを上記下限以上とすることにより、マーキングの視認性を確保しており、マーキングの高さｈを上記上限以下とすることにより、マーキングが欠けにくくなる。また、マーキングの高さｈを０．０１０ｍｍ以下とすると、より確実にマーキングの欠けを防止できるため好ましい。

請求項７に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記マーキングは文字マーキングであることを特徴とする。

マーキングとして文字マーキングを用いることにより、読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となり、その後の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。また、マーキングが凸状であるため、その形状が複雑になり易い文字マーキングであっても、金型加工時に文字に対応する窪みを切削により作製すればすむため、加工が容易となる。なお、文字マーキングとは、文字を構成要素とする識別情報であり、図形や記号も含めることができる。

請求項８に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記マーキングの構成要素は、１辺の長さがＤの正方形領域内に収まる大きさであり、
長さＤは、０．０３ｍｍ≦Ｄ≦０．３０ｍｍであることを特徴とすることを特徴とする。

マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記下限以上とすることにより、転写性を確保できる程度に文字のサイズを大きくして、文字等がきれいに転写されずに埋もれてしまう又はつぶれてしまうことを防止することができる。また、マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記上限以下とすることにより、光源からの光に占める立体角の大きさを小さくすることができ、不要光を低減できる。

請求項９に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記マーキングは複数の凸部であることを特徴とする。

マーキングが複数存在することで、より多くの情報を表すことが可能となる。なお、一つ目のマーキングの近傍に二つ目のマーキングがあってもよく、逆に、それぞれが離れた位置に存在していても良い。

請求項１０に記載の光通信用モジュールは、請求項９に記載の発明において、前記複数の凸部のうち、少なくとも一つは異なる形状の凸部であることを特徴とする。

複数のマーキングの形状を異なる凸部とすることにより、それぞれに別の情報を持たせることができる。例えば、一つ目のマーキングには、そのレンズを製造する金型に関する情報をのせ、二つ目のマーキングには金型により形成されるキャビティに対して樹脂が流入するためのゲート位置に関する情報をのせることができる。

請求項１１に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記マーキングは、前記レンズを成形する金型に関する情報を示すことを特徴とする。

請求項１２に記載の光通信用モジュールは、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記マーキングは、樹脂を導入するためのゲート位置を示すことを特徴とする。

請求項１３に記載の光通信ユニットは、請求項１〜１２のいずれかに記載の光通信用モジュールに、前記レンズの最大外径と略等しい内径を有し、前記レンズを覆うように配され、前記基板または前記脚部と接合するホルダを組み付けてなることを特徴とする。

ホルダの内径とレンズの最大外形とが略等しいため、ホルダを基板に組み付ける際に略嵌合させて組みつけることができる。また、略嵌合させて組みつけることができるため、ホルダとレンズとの位置調整を行う工数を省くことができる。また、光ファイバーを支持するためのスリーブがホルダと一体の構造となっていてもよい。

本発明によれば、レンズを製造した製造治具等に関する履歴的な情報を示すマーキングを設けながら、そのマーキングによる光結合効率への影響を低減することが可能な光通信用モジュール及びそれを用いた光通信ユニットを提供することができる。

本実施の形態にかかる光通信ユニット１０の光軸を含む断面図である。 光通信ユニット１０の要部を分解した状態で示す斜視図である。 レンズ２０の製造工程を示す図である。 マーキングを有する高さ位置における光源からの光の強度と角度依存性の関係を示す図である。 実施例１にかかるレンズ２０の断面図である。 実施例１のレンズの上面図である。 実施例２にかかるレンズ２０の断面図である。 実施例２のレンズの上面図である。 実施例３にかかるレンズ２０の断面図である。 実施例４にかかるレンズ２０の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態にかかる光通信ユニット１０の光軸方向断面図で、図２は光通信ユニット１０の要部を分解し、光通信用モジュール４０とホルダ３０とした際の斜視図である。光通信用モジュール４０はレンズ２０と光源又は受光素子１５と、受光素子を支持する基板１２とを有している。なお、上述してきたように、以下では説明の簡単のため、１５を光源とみなして説明する。本実施の形態にかかる光通信用モジュールは、基板１２に支持されている光源１５が、レンズ２０の脚部２１に囲われており、脚部２１の端部が基板に接着材により接合されている。そして、ホルダ３０がレンズ２０を囲うように配置され、ホルダの端部が基板１２に溶着されることにより、光通信ユニット４０となっている。以下、それぞれの構成要素について詳述する。

基板（ステムとも呼ばれる）１２は、一様な厚みを有するセラミック材料で形成されており、円板状の形状をしている。また、基板１２の大きさは、光軸方向から見た際にホルダー３０の外径よりも十分大きくなっており、加えて、基板１２の表面には金メッキが施されている。そして、基板１２を貫通する給電用の棒状の端子１１を有している。基板１２の中央にはチップ搭載部１３が取り付けられ、チップ搭載部１３の側面にヒートシンク１４を介してレーザーチップ（光源１５）が取り付けられることにより、光源１５が基板１２に支持されている。光源１５は、不図示の配線を介して端子１１に接続されている。なお、基板１２の形状は円板状に限らず、多角形状や楕円形状などでもよい。

光通信に用いられる光源としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ），ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、などが用いられる。また、用いられる波長は、シングルモードの場合には一般に１３１０±１５ｎｍまたは１５５０±１５ｎｍ程度の波長が、マルチモードの場合には８５０±１５ｎｍ程度の赤外となる波長が用いられる。なお、受光素子を用いる場合にはＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などが用いられる。図４は一般的に光通信に用いられる光源について、マーキングを有する高さ位置における光源からの光の強度の角度依存性を示したもので、横軸は光源からの角度、縦軸は光の強度を示している。ここで、光源からの光の強度が最も強い方向を０°とする。通常、光源から出射された０°の光は後述するレンズ２０のレンズ部２２の光軸と略一致する。図４に示されているように光軸とのなす角度が大きくなるほど光源からの光の強度が低くなる傾向にある。とりわけ、角度が１０°より大きい領域においては光の強度が、十分小さくなるため、後述するレンズ２０のマーキングＭに当たる光量を抑えることができる。なお、角度が１０°より大きくなる領域の代わりに、０°における強度を１とした場合に強度が１／ｅ²となる角度より大きな角度となる領域にマーキングを設けてもよい。特に、光の強度が１／２ｅ²となる角度より大きな角度となる領域にマーキングを設けることで一層光の強度が小さくなるため好ましい。

図５の実施例１を参照しつつレンズ２０について以下に詳述する。

レンズ２０はレンズ部２２とレンズ部２２から光軸に対して略周方向に広がるフランジ部２３と、フランジ部２３からレンズ部２２の略光軸方向に延在する脚部２１とを有している。また、フランジ部２３は凸状のマーキングＭを有しており、レンズ部２２とフランジ部２３と脚部２１とマーキングＭは樹脂により一体的に成形されている。例えば、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出し、冷却することにより成形する射出成形方法により成形されている。マーキングとレンズ部とフランジ部と脚部は樹脂により一体的に成形されているため、後からマーキングを打つ必要がなくコストや工数が嵩まず、また、脚部も樹脂により一体的に成形しているためコストや工数を抑えることができる。なお、光通信用のレンズに用いられる樹脂としては、赤外線の透過率が良好な樹脂であれば特に制限はなく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも特に、吸湿による光学性能の変化が生じにくいという観点から、シクロオレフィン樹脂を用いることが好ましい。また、コストの観点からアクリル樹脂を使用してもよい。レンズ２０は樹脂製であるためガラスレンズに比べて、温度による影響を受けやすく、この特性が光源からマーキングに当たった光がどのような挙動を示し不要光となるのかの推測を困難にしている一因であると考えられるが、本発明によれば、マーキングに当たる光の量自体を減らすことができるため、そのような問題を無視できる。また、レンズ２０を光軸方向から見た際の形状は円形状であることが好ましいが、四角形などの多角形状や楕円形状であってもよい。また、光通信用のレンズの外形ＯＤの大きさは一般的に２〜６ｍｍであり、光軸方向の全長Ｈは３〜７ｍｍとなっている。なお、本明細書における光軸とは、レンズ部２２のうち、凸レンズの場合は最も厚い部分、又は凹レンズの場合は最も薄い部分、あるいはレンズ部２２の中心を通過する直線のことを指す。また、本明細書において略○○と記載されている場合には○○自体も含むものとする。例えば、略光軸方向とは、光軸方向そのものも含む。なお、略光軸方向という場合には、光軸からのからの傾きが２度以下までの方向を指す。

レンズ部２２は脚部側（一般に光源側）の光学面Ｓ１と、脚部とは反対側（一般に光ファイバー側）の光学面Ｓ２とを有する。レンズ形状は特に限定されないが、光通信用のレンズでは一般的に光学面Ｓ１、Ｓ２の両方が凸形状をしている両凸レンズが用いられる。また、光学面Ｓ１、Ｓ２は、両方が屈折面でもよいが、どちらか片方または両方共に温度特性を良好にするための回折構造を設けてもよい。光通信用の樹脂製レンズは様々な温度環境において用いられるため、温度変化によりレンズが膨張または収縮することにより、光学特性（特にデフォーカス特性）が変化してしまう恐れがあるが、温度特性を良好にする回折構造を設けることにより、レンズの膨張または収縮による光学特性への影響を軽減することができる。なお、回折構造を設ける場合には、有効径が大きい光学面に優先的に設けると、回折ピッチを大きくすることができ、製造容易性を高めることができる。また、回折構造を設ける場合には、光学面Ｓ２のみに設けることが好ましい。Ｓ１面に回折構造を設けるとその回折構造に起因して回折構造に入射した光の一部が散乱し、その光がマーキングに入る可能性が考えられるが、Ｓ２のみに回折構造を設ければそのようなことが起こる恐れがなくなる。さらに、光学面Ｓ１及びＳ２は下記式を満たすことが好ましい。
│ＳｇＦｍａｘ−ＳｇＦｍｉｎ│＜０．０５ （１）
但し、
ＳｇＦｍａｘ：光学面Ｓ２の最大サグ量（ｍｍ）
ＳｇＦｍｉｎ：光学面Ｓ２の最小サグ量（ｍｍ）
なお、光学面Ｓ２のサグ量とは、光学面Ｓ２と光軸との交点を通り、かつ、光軸に垂直な面を基準面としたときの、光軸方向への変位量を表わすものであり、交点と、光ファイバー側に最も近づいた位置との差が最大サグ量、交点と、光源側に最も近づいた位置との差が最小サグ量であって、範囲は光学面Ｓ２全体とする。

式（１）を満たすことにより、光学面の最も出っ張った量（ＳｇＦｍａｘ）と、最も引っ込んだ量（ＳｇＦｍｉｎ）との差が小さくなり、即ち、光学面が平面に近くなる。光学面に回折構造を設けることを考えた際に、深い曲面に回折構造を形成するような場合、回折構造を成形する転写面を有する金型の加工において、周囲の転写面の見込み角（軸線に対する傾き角）が大きくなり、工具の干渉が生じやすくなるが、光学面を平面に近づけることで、回折構造を形成しやすくなり、製造容易性を高めることができる。また、光学面が平面に近づくことにより、フランジの最も高い位置が光学面よりも高い位置に有る場合でも、そうでない場合でも、レンズの全長を小さくすることができ、小型化が可能となる。なお、「光学面」とは、光源もしくは光ファイバーから出射された光束が通過しうる範囲（有効径）の範囲内の領域を指す。なお、光通信用のレンズの一般的な有効径は光学面Ｓ１が０．５〜１．５ｍｍ程度で光学面Ｓ２が０．７〜２ｍｍ程度である。

フランジ部２３はレンズ部２２から光軸に対して略周方向に広がるように存在しており、脚部２１とは反対側又は光源より遠い側の面にマーキングを有している。フランジ部の形状はレンズの光学性能や射出成型時の歩留まりに大きな影響を与えない範囲で適宜設定されればよく、例えば、図６の実施例２や図７の実施例３に示すようにフランジ部がレンズ部の脚部とは反対側の光学面Ｓ２の頂点位置よりも光軸方向に高い位置にある突出面であってもよく、フランジ部の一部がテーパー面となっていてもよく、光軸方向の位置が異なる複数の面を有していてもよい。なお、フランジ部の光軸方向に最も高い位置を光学面Ｓ２の頂点位置よりも光軸方向に高くする場合には、フランジ部の光軸方向に最も高い位置と光学面Ｓ２の頂点位置との光軸方向の距離Δを０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍ高くするが好ましい。０．０１ｍｍ以上であることにより光学面Ｓ２を傷つける可能性が十分減り、０．１０ｍｍ以下であることにより、レンズの全長Ｈが高くなり過ぎることを抑制できる。フランジ部の角部が脚部の側且つ外周方向に傾斜しているテーパー面となっている場合には、後述のホルダ３０を被せる際にテーパー面をガイドとすることができる。また、フランジ部がレンズ部の脚部とは反対側の光学面の頂点位置よりも光軸方向に高い位置にある突出面で有る場合には、レンズを成形した後にトレー等の載置部材状に載置する際や取り扱う際にレンズ部の脚部とは反対側の面を下向きにしておいても、フランジ部の突出面がガードとなって、光学面に傷がつかないという利点がある。また、フランジ部の脚部側の面ＩＦの一部の表面粗さを１．０μｍ〜５０μｍとしてもよい。フランジ部の脚部側の面ＩＦを非鏡面とすることにより、フランジ部の脚部側の面に入射した光が散乱されやすくなるため、マーキングＭに入射する光の量を減らすことができる。なお、表面粗さは、ＪＩＳ ０６０１−１９７６（表面粗さの規格）に準拠した十点平均粗さにより測定される。

マーキングＭは、製造治具等に関する履歴的な情報（具体的には、どの金型で製造したか、一度に複数のレンズを成形する場合、金型中のどのキャビティで成形したかという情報）や金型によって形成されるキャビティに樹脂を注入するためのゲート位置に関する情報や、収差の方向やどの顧客向けの製品かなどのなんらかの情報を示すためのものである。マーキングは凸状の半球状や直方体形状であってもよく、文字状であってもよい。半球状や直方体形状である場合には、金型加工が容易となり、文字状である場合には、読み替え表等を用いることなく直接的に識別することが可能となり、その後の管理に際して識別性や作業性を高めることができる。また、マーキングが凸状であるため、その形状が複雑になり易い文字マーキングであっても、金型加工時に文字に対応する窪みを切削により作製すればすむため、加工が容易となる。なお、文字マーキングとは、文字を構成要素とする識別情報であり、図形や記号も含めることができる。また、マーキングの光軸方向の高さｈは０．０５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．００３ｍｍ≦ｈ≦０．０２０ｍｍである。マーキングの高さｈを下限以上とすることにより、マーキングの視認性を確保しており、マーキングの高さｈを上限以下とすることにより、マーキングが欠けにくくなる。さらに、マーキングの高さｈが０．０１０ｍｍ以下であると、より確実にマーキングの欠けを防止できるため好ましい。また、マーキングは複数の凸部として存在していても良く、複数のマーキングがそれぞれ異なる形状の凸部であっても良い。さらに、マーキングの構成要素の大きさは１辺の長さがＤの正方形領域内に収まる大きさであり、０．０３ｍｍ≦Ｄ≦０．３０ｍｍを満たすことが好ましい。マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記下限以上とすることにより、転写性を確保できる程度に文字のサイズを大きくして、文字等がきれいに転写されずに埋もれてしまう又はつぶれてしまうことを防止することができる。また、マーキングの構成要素を収める正方形領域を上記上限以下とすることにより、光源からの光に占める立体角の大きさを小さくすることができ、不要光を低減できる。

また、マーキングＭと光源との光軸方向の距離ＭＨは通常１〜４ｍｍ程度となっている。マーキングまでの光軸方向の距離（高さ）が１〜４ｍｍと短いため、光源からの光に対するマーキングＭが占める立体角の割合が大きくなり、高い強度の不要光が発生してしまう恐れがあるが、マーキングＭの頂点と光源とを結ぶ線と光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域にマーキングＭを設けることにより、不要光の発生を十分低減でき、光通信用モジュールとしての光結合効率が低下してしまうことを抑制できる。

マーキングＭの頂点と光源とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θが１０°以上となる領域、即ち光源から漏れ出た光の強度が十分弱くなる領域にマーキングを設けることで、光源から漏れ出た光がマーキングに当たってしまい予期せぬ反射や屈折を起こし迷光（不要光）となってしまったとしても、不要光の強度を十分低く抑えることができるので、光結合効率に与える影響を低減できる。なお、好ましくはマーキングの頂点と光源とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θが１５°以上６０°以下、さらに好ましくは２０°以上４５°以下とすることである。また、光源の位置とは光源の中心（発光点）をさすものとする。

実施例１においては、マーキングの頂点位置と光源１５とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θが１５°の位置にマーキングを設けているため、光源から漏れ出た光がマーキングに当たってしまい予期せぬ反射や屈折を起こし迷光（不要光）となってしまったとしても、不要光の強度を十分低く抑えることができるので、光結合効率に与える影響を低減できる。なお、本実施例においてはマーキングと光源との光軸方向の距離は３ｍｍであったが、前述の通りマーキングが１５度の位置にあったため、マーキングを設けていないものと比べて、光結合効率の低下はほとんど発生しなかった。

図６は図５の実施例１のレンズをレンズ上面側から見た図である。図６におけるマーキングは凸状の半球状の形状となっている。なお、図６においては、光軸を中心とした際の、射出成型をした後のゲートカット跡ＧＣとマーキングとの角度が４５°となっており、この角度によりレンズを製造した金型に関する情報を識別することができる。また、別の金型を作製する際には異なる角度にすることで金型識別をすることができる。

脚部２１はフランジ部２３から略光軸方向に延在するように存在している。脚部２１は略円筒形状をしていることが好ましいが、多角形の筒状であっても柵状であってもよい。また、通常光通信に用いられるレンズの脚部２１の光軸方向長ＨＳは１〜４ｍｍで、脚部の幅Ｗは０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。脚部の光軸方向長ＨＳに対して脚部の幅Ｗの最小値が７〜４０％程度あると、脚部の根元における強度だけでなく、脚部全体としての強度が高くなるため好ましい。さらに好ましくは、１５〜３０％とすることである。脚部の幅Ｗが上限以下であると、レンズが大きくなり過ぎず、実用に即することが可能且つ、小型化にも対応できる。

また、脚部２１は光源を囲うように存在しており、脚部２１の端部において基板１２と接合している。なお、光源を「囲う」ようにとは、脚部を光軸から見た際に脚部が設けられている領域と光軸とがなす角度（脚部が光軸から見た際に不連続である場合には角度の合計）が１８０度以上あることとする。好ましくは、３６０度全周に脚部が存在することである。実施例１〜３においては接着剤により接合している。接着剤としては、熱硬化性接着剤・熱溶融性接着剤・UV硬化性接着剤・嫌気性感圧性接着剤・エポキシ系接着剤などが挙げられるが、接着時のレンズへの影響が小さいUV硬化性接着剤やエポキシ系接着剤を用いることが好ましく、また、金属系と樹脂系に十分な接着力があり、低粘度かつ液体が広がらないチクソ性の高い接着剤を用いることが望ましい。なお、脚部２１を有しているレンズ２０は樹脂製であり、基板１２は通常金メッキがなされているため、脚部２１の端部は溶着などはされず接着剤によって取り付けられている。また、脚部２１の端部は、レンズ部２２の光軸の位置決めを行う際の取り付け基準面とされることもある。光源１５が支持された基板１２にレンズ２０の脚部２１が接合されることにより光通信用モジュールとなる。

ホルダ３０は円筒状のステンレス製となっており、レンズ２０の光軸直交方向外側に、わずかな隙間を空けて取り付けられている。ホルダ３０はレンズの最大外形と略等しい内径を有しており、ホルダ３０を取り付ける場合には光通信用モジュールの上方からホルダ３０の内周とレンズ２０の外周とが略嵌合させるようにとりつけられる。略嵌合させることにより、ホルダ３０とレンズ２０との位置調整を行う工数を省くことができる。ホルダ３０の内周とレンズ２０の外周の光軸周方向における差は０．００２ｍｍ〜０．０２０ｍｍの間であることが好ましい。０．００２ｍｍ以上であることにより、ホルダ３０をレンズ２０にスムーズに挿し込むことができ、０．０２０ｍｍ以下であることにより、ホルダ３０とレンズ２０とを略嵌合させることができる。また、レンズ２０のフランジ部の角部がテーパー面である場合には、ホルダ３０をスムーズに差し込むことが可能となる。ホルダ３０が取り付けられ、基板１２に接触した部分を溶接することによって、ホルダ３０と基板１２とが接合し、光通信ユニットとなる。なお、ホルダ３０の先端には、より小さい径の円筒状のスリーブ３１が固定され、その内部に光ファイバーＦＢが挿入されているフェルール３２が挿入されており、光ファイバーＦＢの端部はレンズ部２２に対向している。ホルダ３０とスリーブ３１が一体となっていてもよい。

以下では、光通信モジュール１０の動作を説明する。端子１１を介して給電が行われると、光源１５が発光し、その光は、他の光学素子を解することなく直接レンズに入射し、レンズ部２２を通過して、屈折面で屈折され、光ファイバー３２の端面に集光し、その後光ファイバー３２内を伝播することとなる。このとき、光源からの光のうち、漏れ出た光が、レンズ部の有効径以外の部分にもわずかに照射されている。

図３は、上述の実施例に好適なレンズの製造工程を示す図である。固定金型ＦＭは、第２の光学面Ｓ２を転写する転写面ＦＭ１と、その周囲の平らな合わせ面ＦＭ３とを有する。一方、固定金型ＦＭに対して可動である可動金型ＭＭは、主金型ＡＭと、入れ子型（副金型）ＢＭとを有する。主金型ＡＭと、入れ子型（副金型）ＢＭは一体であってもよいが、金型作製の観点から別体であることが好ましい。主金型ＡＭは、脚部２１の内外周を転写する転写面ＡＭ１と、脚部２１の端部２１ｂを転写する転写面ＡＭ５と、中央の円形開口ＡＭ２と、外部から樹脂素材を流入させるためのゲート部ＡＭ３と、合わせ面ＦＭ３に対向する平らな合わせ面ＡＭ４、とを有する。このとき、ゲート部ＡＭ３の光軸方向長の深さは1.3mmである。なお、レンズ部を含まないレンズの光軸方向の長さの最大値とゲート部の深さとの比が、2.5:1〜1.5：1であると、ゲートカットを容易に行うことができ、且つ充填効率が高くなるので好ましい。

ゲート部ＡＭ３は、可動金型ＭＭの合わせ面ＡＭ４に形成された断面矩形溝と、固定金型ＦＭとの合わせ面ＦＭ３とにより形成されているので、合わせ面ＦＭ３を単純な平面とでき、これにより金型の構造が簡素化される。ゲート部ＡＭ３は脚部２１の外周面に対応する位置に連通しており、脚部２１の内周面に対応する位置とは対向しない様に、レンズ部２２に向けて設けられている。つまり、ゲート部ＡＭ３の少なくとも一部は、転写面ＦＭ１と転写面ＢＭ１とで成形される空間（成形後のレンズ部）に対して光軸方向位置が重なっている。転写面ＡＭ１と転写面ＡＭ５とで形成される空間の一部が、脚部を成形する部分となっている。

円筒状の入れ子型ＢＭは、円形開口ＡＭ２に嵌合しており主金型ＡＭに対して可動となっていて、先端に脚部側の光学面Ｓ１を転写する転写面ＢＭ１を有する。

上述の実施例に好適なレンズの製造工程を説明すると、まず、図３（a）に示すように、合わせ面ＦＭ３、ＡＭ４を密着させるようにして、固定金型ＦＭに対して可動金型ＭＭを型締めする。かかる状態で、ゲート部ＡＭ３を介して内部のキャビティ内に溶融した樹脂素材を注入する。なお、実施例１においては吸湿性の観点からシクロオレフィン樹脂を使用した。

更に、図３（ｂ）に示すように、素材冷却後に、固定金型ＦＭに対して可動金型ＭＭを一体的に遠ざけるように変位させる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、主金型ＡＭから入れ子型ＢＭを突き出すように相対移動させる。すると、転写面ＢＭ１により成形品であるレンズ２０の光学面が押し出されるが、このときレンズ２０は式（１）、（２）の範囲内に第１の点と第２の点を有するため、脚部の根元近傍における太さが十分確保でき、主金型ＡＭから安定的に抜け出る。その後、転写面ＢＭ１から成形品を取り外すが、成形品にはゲート部ＡＭ３内で固化したゲートＧＴ’が連結されているので、図３（ｄ）に示す工程で、これをカット（Ｃ）し、切断面を研磨することでゲートカット跡ＧＣが形成される。以上によりレンズ２０を得ることができる。但し、切断面が許容できる形状である場合には研磨は必ずしも必要ではない。

図７は実施例２におけるレンズの断面図であるが、実施例２は実施例１のレンズを変形したものであり、特に説明しない部分は、実施例１と同様であるものとする。

実施例２においては、マーキングがテーパー面上にないため、金型加工において、マーキングに対応する箇所を切削する際に、マーキングの形状を所望の形状にするためにテーパー面の傾きを考慮した補正を加えずに金型の加工を行うことができるため、金型加工が容易となる。さらに、テーパー面上にマーキングがないため、光通信ユニットとして用いるために、ホルダを被せる際に、ホルダがマーキングに当たり、マーキングが欠けてしまうことを抑制できる。また、マーキングが光源からの光軸方向における距離が最も遠い面に設けられているため、マーキングの視認性が良くなり、実施例２におけるレンズの直径は３ｍｍであるが、マーキングの判別が容易となる。

図８は実施例２のレンズをレンズ上面側から見た図である。図８においてはゲートカット跡ＧＣの中心部から９０°の位置に複数の文字マーキングＭ１〜Ｍ３があり、そこからさらに９０°の位置（ゲートカット跡ＧＣから１８０°の位置）に凸状の半球状のマーキングＭ４がある。Ｍ４はゲートの位置を示すマーキングであり、Ｍ１〜Ｍ３は文字情報により金型に関する情報を示す。別の金型を作製する際には異なる文字にすることで金型識別をすることができる。なお、実施例２においてはマーキングの頂点位置と光源１５とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θはＭ１からＭ３が３０°、Ｍ４が３５°の位置にマーキングが設けられており、マーキングと光源との光軸方向の距離は２ｍｍであったが、マーキングを設けていない比較例と比べて、光結合効率の減少がほとんど見られなかった。なお、文字マーキングの場合におけるマーキングの頂点位置は文字マーキングが形成されている四角形の中心位置とする。

図９は実施例３のレンズの断面図であるが、実施例３は実施例１又は２のレンズを変形したものであり、特に説明しない部分は、実施例１又は２と同様であるものとする。

実施例３においてはマーキングがフランジ部の低い面（光軸方向における距離が光源に近い面）に設けられている。そのため、フランジ部の高い面がガードとなり、マーキングが欠けてしまい、その破片によりレンズ部が傷つき、光結合効率が低下してしまうことや光通信用モジュール内で欠けた部分がゴミとなってしまうことなどを抑制できる。さらに、光ファイバーとレンズとの距離を近づける場合にも、マーキングがホルダに接触する恐れがない。また、実施例３においてはフランジ部の脚部側の面ＩＦの一部の表面粗さを３μｍとしている。光源からマーキングに向かう光が表面粗さ３μｍとなっている領域に当たり散乱するため、マーキングＭに当たる光の量を減らすことができる。

なお、実施例３における上面図は実施例２とほぼ同様であるため割愛するが、実施例３においてはマーキングの頂点位置と光源１５とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θはＭ１からＭ３が１４°、Ｍ４が１６°の位置にマーキングが設けられており、マーキングと光源との光軸方向の距離は４ｍｍであった。実施例３においても、マーキングを設けていない比較例と比べて、光結合効率の減少がほとんど見られなかった。

図１０は実施例４のレンズの断面図であるが、実施例４は実施例１〜３のレンズを変形したものであり、特に説明しない部分は、実施例１〜３と同様であるものとする。

実施例４においてはマーキングがフランジ部の低い面（光軸方向における距離が光源に近い面）に設けられており、且つ、フランジ部の低い面はフランジ部の外周側に設けられている。そのため、マーキングの頂点と光源とを結ぶ線ＢＬと光軸とがなす角度θを大きくとることができ、マーキングに入射する光の量を顕著に低くすることができる。

なお、実施例４における上面図は実施例２とほぼ同様であるため割愛するが、実施例４においてはマーキングの頂点位置と光源１５とを結ぶ線ＢＬと光軸ＯＡとがなす鋭角の角度θはＭ１からＭ３が４５°、Ｍ４が４３°の位置にマーキングが設けられており、マーキングと光源との光軸方向の距離は３ｍｍであった。実施例４においても、マーキングを設けていない比較例と比べて、光結合効率の減少がほとんど見られなかった。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。

１０ 光通信モジュール
１１ 端子
１２ ステム
１３ チップ搭載部
１４ ヒートシンク
１５ レーザチップ
２０ レンズ
２１ 脚部
２１ａ 脚部内周面
２１ｂ 脚部端面
２２ レンズ部
３０ ホルダ
３１ スリーブ
３２ フェルール
Ａ 第１の点
ＡＭ 固定金型
ＡＭ 主金型
ＡＭ１ 転写面
ＡＭ２ 円形開口
ＡＭ３ ゲート部
ＡＭ４ 合わせ面
ＡＭ５ 転写面
Ｂ 第２の点
ＢＬ マーキングの頂点位置と光源とを結ぶ線
ＢＭ 入れ子型
ＢＭ１ 転写面
Δ フランジ部の光軸方向に最も高い位置と光学面の頂点位置との光軸方向の距離
ＦＢ 光ファイバー
ＦＭ 固定金型
ＦＭ１ 転写面
ＦＭ３ 合わせ面
ＧＴ ゲート部
Ｈ レンズ全長
ＨＳ 脚部の光軸方向長
ｈ マーキングの高さ
ＩＦ フランジ部の脚部側の面
Ｍ マーキング
ＭＭ 可動金型
ＮＩ 非干渉領域
ＯＡ 光軸
ＯＤ 外径
Ｓ１ 第１の光学面
Ｓ２ 第２の光学面
Ｗ 脚部の幅

Claims (13)

1. レンズと、光源又は受光素子と、前記光源又は受光素子を支持する基板と、を有する光通信用モジュールであって、
   前記レンズは、レンズ部と、前記レンズ部から前記レンズ部の光軸に対して略周方向に広がるフランジ部と、前記フランジ部から前記レンズ部の略光軸方向に延在する脚部とを有し、
   前記フランジ部には凸状のマーキングが設けられており、
   前記レンズ部と前記フランジ部と前記脚部と前記マーキングは樹脂により一体的に成形されており、
   前記脚部は前記光源又は受光素子を囲うように前記基板に接合されており、
   前記マーキングは前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面上のうち、前記マーキングの頂点と前記光源又は受光素子とを結ぶ線と前記光軸とがなす鋭角の角度が１０°以上となる領域に存在することを特徴とする光通信用モジュール。
2. 前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面は、前記レンズ部の前記脚部とは反対側の光学面の頂点位置よりも前記脚部とは反対側に突出している突出面を有することを特徴とする請求項１に記載の光通信用モジュール。
3. 前記光源又は受光素子から前記マーキングまでの光軸方向の距離は１〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信用モジュール。
4. 前記フランジ部の角部は、前記脚部の側且つ外周方向に傾斜しているテーパー面となっており、前記マーキングは前記テーパー面を除く領域に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光通信用モジュール。
5. 前記フランジ部の前記脚部とは反対側の面は、二つの面を有し、前記二つの面の光軸方向の位置は互いに異なっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光通信用モジュール。
6. 前記マーキングの高さｈは、０．００３ｍｍ≦ｈ≦０．０２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信用モジュール。
7. 前記マーキングは文字マーキングであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光通信用モジュール。
8. 前記マーキングの構成要素は、１辺の長さがＤの正方形領域内に収まる大きさであり、
   長さＤは、０．０３ｍｍ≦Ｄ≦０．３０ｍｍであることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光通信用モジュール。
9. 前記マーキングは複数の凸部であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光通信用モジュール。
10. 前記複数の凸部のうち、少なくとも一つは異なる形状の凸部であることを特徴とする請求項９に記載の光通信用モジュール。
11. 前記マーキングは、前記レンズを成形する金型に関する情報を示すことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光通信用モジュール。
12. 前記マーキングは、樹脂を導入するためのゲート位置を示すことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光通信用モジュール。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の光通信用モジュールに、前記レンズの最大外径と略等しい内径を有し、前記レンズを覆うように配され、前記基板または前記脚部と接合するホルダを組み付けてなることを特徴とする光通信ユニット。

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