JP2015018039A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光軸を屈曲させる機能を備えた光モジュールにおいて、結露等が発生することによる接続損失の増加を防止すること。【解決手段】光出射部材１０と、この光出射部材１０と光学的に接続される光入射部材２０と、光出射部材１０から出射された発散光を平行光化する第一レンズ部３１、この第一レンズ部３１を通過した平行光を全反射させて光軸を屈曲させる反射部３３、およびこの反射部で反射した平行光を光入射部材に入射する集束光とする第二レンズ部３２を有する光透過部材３０と、を備え、反射部３３は、光透過部材３０に反射材料を一体で形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光軸を屈曲させる機能を備えた光モジュールに関する。

下記特許文献１には光コネクタを中継する中継光コネクタが記載されている。この中継光コネクタは、出射側光ファイバからの出射光をミラーで反射させて入射側光ファイバに入射させる構成を有する。つまり、伝送される光の光軸をミラーによって屈曲させる光コネクタである。このように光軸を屈曲させる光コネクタは、自動車の光通信に使用されるもの等、配置スペースに制約がある場合に利用されることがある。

特開２００８−９６７０３号公報

このように光軸を屈曲させる光モジュールとしては、図３に示すものが公知である。かかる光モジュール１００は、光出射部材（発光素子）１０１から出射された光を、光透過部材１０２と空気との界面（反射面１０４）で全反射させることで、光出射部材と、この光出射部材の光軸に対して直交する光軸を有する光入射部材（光ファイバ１０３）とを光学的に接続する。上記反射面１０４を構成するため、光透過部材１０２には窪み１０５が形成される。

かかる光モジュールは、光透過部材１０２を構成する材料と空気との界面を反射面１０４とし、当該反射面１０４で光が全反射されるように設計されたものである。そのため、結露などが発生する（窪み１０５内に水が存在する）と、光透過部材１０２を構成する材料と水との界面が反射面となり、全反射条件を満たさなくなってしまう。特に、車載用の光モジュールなどでは、結露の発生しやすい環境下で使用されるため、接続損失の増大を招く。

本発明は、光軸を屈曲させる機能を備えた光モジュールにおいて、結露等が発生することによる接続損失の増加を防止することを目的とする。

本発明にかかる光モジュールは、光出射部材と、この光出射部材と光学的に接続される光入射部材と、前記光出射部材から出射された発散光を平行光化する第一レンズ部、この第一レンズ部を通過した平行光を全反射させて光軸を屈曲させる反射部、およびこの反射部で反射した平行光を前記光入射部材に入射する集束光とする第二レンズ部を有する光透過部材と、を備え、前記反射部は、光透過部材に反射材料を一体で形成することで構成されていることを特徴とする。

前記光出射部材は光素子であって、この光素子が実装された基板と、前記光素子を覆うように設けられ、前記基板を介してアースに接続されるシールド部と、をさらに備え、前記反射部と前記シールド部は、導電性材料で一体的に形成されているとよい。

本発明にかかる光モジュールでは、反射部が光透過部材に反射材料を一体で形成することで構成されているため、結露等が発生したとしても反射部で光が全反射する。つまり、結露等が発生することによる接続損失の増加を防止することができる。本発明にかかる光モジュールのように、光透過部材を通過する光が平行光になるように設計されるものの場合、反射部での屈折率の変化が接続損失の増加に大きく影響を与えるため、どのような環境下であっても反射部で全反射するということの意義は大きい。

また、反射部を構成する材料がそのまま基板を介してアースに接続される構成とすれば、当該材料によってシールド効果が発揮される光モジュールとすることが可能である。つまり、シールド効果を発揮する部材によって反射部を構成することで、部品点数の増加を抑制することができる。

本発明の第一実施形態にかかる光モジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明の第二実施形態にかかる光モジュールの断面を模式的に示した図である。 従来の光モジュールの断面を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態にかかる光モジュールについて図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態にかかる光モジュールは、自動車内の光通信に使用される車載用の光モジュールである。

図１に示す第一実施形態にかかる光モジュール１は、光出射部材である発光素子１０、光入射部材である光ファイバ２０、および光透過部材３０を備える。光出射部材は、信号となる光（レーザ光）を出射する部材である。本実施形態のおける光出射部材は、発光素子１０（例えばＶＣＳＥＬ）である。光出射部材である発光素子１０は、基板４０に実装されている。すなわち、発光素子１０は、基板４０に形成された回路を通じて受信した電気信号を光信号に変換して出射する。本実施形態では、発光素子１０から出射される光の光軸Ｘ１は、基板４０の平面方向に対して直交する。

発光素子１０から出射される発散光は、光透過部材３０を透過し、光ファイバ２０に入射する。光透過部材３０は、第一レンズ部３１、反射部３３、および第二レンズ部３２を有する。光透過部材３０は、少なくとも光路となる部分が光を透過する材料で形成されている。第一レンズ部３１は、発光素子１０側に向かって突出した凸レンズである。この第一レンズ部３１の光軸と発光素子１０の光軸は一致（光軸Ｘ１）している。発光素子１０から出射された発散光は、第一レンズ部３１によって平行光化される。平行光化された光は光透過部材３０内を通り、反射部３３に到達する。

反射部３３は、発光素子１０から出射された光の光軸Ｘ１に交差する面である。具体的には、発光素子１０から出射された光の光軸Ｘ１に対し４５度で交差する。かかる反射部３３は、光透過部材３０に反射材料を一体で形成することで構成されている（光透過性の材料に一体化された反射材料で構成されている）。反射材料としては、信号となる光を全反射させることができるものであればどのようなものであってもよい。後述する第二実施形態にかかる光モジュール１のように、反射部とシールド部を一体化するのであれば、導電性材料で形成する必要がある。本実施形態における反射部３３は、アルミニウムによって形成されている。反射部３３の光素子側の面（すなわち反射面）に鏡面処理等を施してもよい。反射部３３は、例えば、光透過部材３０に対しインサート成型すること等によって一体化される。

また、光透過部材３０には、ファイバ接続部３４および基板接続部３５が設けられている。ファイバ接続部３４は、光入射部材である光ファイバ２０が接続可能な構造であればどのような構成であってもよい。本実施形態では、光ファイバ２０は円柱形状のフェルール２１に固定されている。ファイバ接続部３４は、この円柱形状のフェルール２１が挿入可能な筒形状に形成されている。フェルール２１およびファイバ接続部３４のいずれか一方には、フェルール２１と第二レンズ部３２との距離、すなわち光ファイバ２０の先端と第二レンズ部３２の距離が予め設定された距離となるように位置決めする位置決め要素（図示せず）が設けられている。基板接続部３５は、光透過部材３０における基板４０に接続される部分である。当該基板接続部３５と基板４０の接続方法は公知の方法が適用できる。例えば、金属性の部材を基板接続部３５にインサートすることによって一体化し、当該部材を基板４０にはんだ付け等によって接続する手法が例示できる。

反射部３３に到達した平行光は、当該反射部３３によって全反射される。すなわち、光軸が９０度屈曲した平行光となる。反射部３３によって反射された後の平行光の光軸は、第二レンズ部３２および光ファイバ２０の光軸（軸線）と一致する（光軸Ｘ２）ように設定されている。反射部３３によって反射された後の平行光は、第二レンズ部３２に到達する。第二レンズ部３２は光ファイバ２０側に向かって突出した凸レンズである。第二レンズ部３２の光軸は、光ファイバ２０の光軸（軸線）と一致している（光軸Ｘ２）。第二レンズ部３２に到達した平行光は、第二レンズ部３２によって集束光となる。当該集束光の焦点は、光ファイバ２０の先端となるように設定されている。

このように、光出射部材である発光素子１０と、光入射部材である光ファイバ２０とは、光透過部材３０が有する第一レンズ部３１、反射部３３、第二レンズ部３２によって光学的に接続される。

以上説明した本実施形態にかかる光モジュール１によれば、反射部３３が光透過部材に反射材料を一体で形成することで構成されているため、結露等が発生したとしても反射部３３で光が全反射する。つまり、結露等が発生することによる接続損失の増加を防止することができる。本実施形態にかかる光モジュール１のように、光透過部材３０を通過する光が平行光になるように設計されるものの場合、反射部３３で屈折率が変化すると反射後の光が平行光とならずに接続損失が増加してしまうため、どのような環境下であっても反射部３３で全反射するということの意義は大きい。

図２に示す第二実施形態にかかる光モジュール２について説明する。なお、上記第一実施形態にかかる光モジュール１と同一の構成については説明を省略する。本実施形態にかかる光モジュール２は、導電性材料で形成されたシールド部材５０を備える点で第一実施形態と異なる。

かかるシールド部材５０は、シールド効果を発揮するシールド部５１および上記反射部５２を含むものである。したがって、シールド部材５０は、導電性を有し、かつ光を全反射させることが可能な材料で形成される。シールド部５１は、発光素子１０を覆う（囲む）ように設けられる。シールド部５１の端部（脚）は、基板４０に接続（例えばはんだ付け）されている。具体的には、基板４０に形成されたアース接続回路を介してアースに接続されている。本実施形態では、シールド部材５０の全体がシールド部５１を構成するということになる。かかるシールド部５１は、発光素子１０を覆うように設けられるため、その一部が受光素子１０の光軸Ｘ１に対して交差する。当該交差する部分を、発光素子１０の光軸Ｘ１に対して４５度で交差するように傾斜した形状とすることにより、当該傾斜した部分が反射部５２となる。つまり、本実施形態では、シールド部５１の一部が反射部５２を構成する。なお、シールド部材５０には、反射部５２によって反射した平行光（光ファイバ２０に向かう光）が通過する部分に貫通孔５３が形成されている。

シールド部材５０は、例えばインサート成型によって光透過部材３０と一体化される。上述したように、シールド部材５０の端部は基板４０に接続されているため、シールド部材５０は、光透過部材３０と基板４０の接続を仲介する部材でもある。

本実施形態にかかる光モジュール２は、反射部５２を構成する部材がそのまま基板４０を介してアースに接続された構成であるため、当該部材によってシールド効果がもたらされる。つまり、シールド効果を発揮する部材によって反射部５２が構成されるものであるため、部品点数の増加が抑制される。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態にかかる光モジュール１、２は、光出射部材として発光素子１０、光入射部材として光ファイバ２０を備えたものであることを説明したが、光出射部材や光入射部材はこれに限られない。例えば、光出射部材として光ファイバ、光入射部材として受光素子（フォトダイオード等）を備えた光モジュールであってもよい。

１ 光モジュール
１０ 発光素子
２０ 光ファイバ
３０ 光透過部材
３１ 第一レンズ部
３２ 第二レンズ部
３３ 反射部
４０ 基板
２ 光モジュール
５０ シールド部材
５１ シールド部
５２ 反射部

Claims (2)

1. 光出射部材と、
   この光出射部材と光学的に接続される光入射部材と、
   前記光出射部材から出射された発散光を平行光化する第一レンズ部、この第一レンズ部を通過した平行光を全反射させて光軸を屈曲させる反射部、およびこの反射部で反射した平行光を前記光入射部材に入射する集束光とする第二レンズ部を有する光透過部材と、
   を備え、
   前記反射部は、光透過部材に反射材料を一体で形成することで構成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記光出射部材または前記光入射部材は光素子であって、この光素子が実装された基板と、
   前記光素子を覆うように設けられ、前記基板を介してアースに接続されるシールド部と、
   をさらに備え、
   前記反射部と前記シールド部は、導電性材料で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。

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