JP2015018153A - レンズ部材および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ部材が搭載される回路基板の小型化が実現可能なレンズ部材および光モジュールを提供する。【解決手段】レンズ部材６０は、回路基板２４に搭載された光素子５２および第１の電子部材５０ａを収容可能な収容部６１と、回路基板２４に搭載された状態で回路基板２４の厚さ方向において収容部６１と重なる位置に設けられた接続部６９と、を備えている。接続部６９は、レンズ部材６０の収容部６１が形成された面とは反対の面に設けられた段差部６７から構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、レンズ部材、およびレンズ部材が搭載された回路基板を有する光モジュールに関する。

近年、ネットワーク機器に用いられる光モジュールにおいて、多チャンネル化、高速化、小型化が進んでいる。多チャンネル化、高速化、小型化に対応した光モジュールの一例として、回路基板に設けられ、受光素子と発光素子とからなる光電変換部と、光電変換部に光学的に接続される光ファイバとを備える光モジュールがある（特許文献１参照）。

特開２０１１−１１２８９８号公報

このような光モジュールにおいては、光電変換部に光学的に接続される光ファイバの断線を防ぐために、光モジュール内に収容される光ファイバにある程度の余長をもたせる必要がある。そのため、光モジュールを長さ方向において小型化することが困難であった。

本発明は、レンズ部材が搭載される回路基板の小型化が実現可能なレンズ部材および光モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のレンズ部材は、
回路基板に搭載された光素子および第１の電子部材を収容可能な収容部と、
前記回路基板に搭載された状態で前記回路基板の厚さ方向において前記収容部と重なる位置に設けられた接続部と、
を備えている。

また、上記の目的を達成するために、本発明の光モジュールは、
前記光素子および前記第１の電子部材が搭載された前記回路基板と、
上記記載のレンズ部材と、
を備え、
前記厚さ方向において前記第１の電子部材と重なる位置に前記接続部が設けられている。

本発明によれば、レンズ部材が搭載される回路基板および当該回路基板を備える光モジュールの長手方向における小型化を実現することができる。

本実施形態に係る光モジュールを示す斜視図である。 図１に示す光モジュールの樹脂ハウジングを外した状態を示す斜視図である。 （ａ）は、図１に示す光モジュールの金属ハウジングを外した状態を示す図であり、（ｂ）は、従来例に係る光モジュールの金属ハウジングを外した状態を示す図である。 （ａ）は、図３（ａ）に示す基板を横から見た図であり、（ｂ）は、図３（ｂ）に示す基板を横から見た図である。 図４（ａ）の一部拡大断面図である。 変形例１の基板を横から見た図である。 変形例２の基板を横から見た図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の実施形態に係るレンズ部材は、
（１）回路基板に搭載された光素子および第１の電子部材を収容可能な収容部と、
前記回路基板に搭載された状態で前記回路基板の厚さ方向において前記収容部と重なる位置に設けられた接続部と、
を備えている。
この構成によれば、レンズ部材が搭載される回路基板の長手方向における小型化を実現することができる。

（２）前記接続部は、前記レンズ部材の前記収容部が形成された面とは反対の面に設けられた段差部から構成されていることが好ましい。
この構成によれば、レンズ部材の厚さ方向のスペースを有効利用して回路基板の小型化を図ることができる。

また、本願発明の実施形態に係る光モジュールは、
（３）前記光素子および前記第１の電子部材が搭載された前記回路基板と、
（１）または（２）に記載のレンズ部材と、
を備え、
前記厚さ方向において前記第１の電子部材と重なる位置に前記接続部が設けられている。
この構成によれば、レンズ部材のデッドスペースを有効利用することにより、レンズ部材の小型化を図ることができる。これにより、レンズ部材が搭載される回路基板の長さを短くして、光モジュールの長手方向における小型化を実現することができる。

（４）前記光素子、前記第１の電子部材および前記レンズ部材は、前記回路基板の第１の面に配置され、
前記回路基板における前記第１の面とは反対側の第２の面に前記第１の電子部材とは異なる第２の電子部材が配置されていることが好ましい。
この構成によれば、光ファイバを従来と同じ配列のままで、レンズ部材と光学的に接続させることができるため、光モジュールの組立作業性を維持することができる。

（５）さらに、一端が前記接続部と接続され、他端が光ファイバを導出する光ファイバ保持部材を備え、
前記回路基板の長手方向における前記光ファイバ保持部材の長さは、前記長手方向における前記接続部の長さ以下であることが好ましい。
この構成によれば、レンズ部材と光ファイバとの間を接続可能な光ファイバ保持部材を小型化することで、回路基板の長さをより短くすることができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示す光モジュール１は、光通信技術などにおいて信号（データ）の伝送に用いられるものであり、接続先のパソコンなどといった電子機器に電気的に接続され、入出力される電気信号を光信号に変換して光信号を伝送するものである。

図１に示すように、光モジュール１は、光ケーブル３と、コネクタモジュール５とを備えている。光モジュール１では、単芯或いは多芯の光ケーブル３の末端がコネクタモジュール５に取り付けられて構成されている。以下、必要に応じて、電気コネクタ２２側を光モジュール１の前方側とし、光ケーブル３側を後方側として説明する。

光ケーブル３は、図１および図２に示されるように、複数本（ここでは４本）の光ファイバ心線（光ファイバの一例）７と、この光ファイバ心線７を被覆する樹脂製の外被９と、光ファイバ心線７と外被９との間に介在された極細径の抗張力繊維１１と、外被９と抗張力繊維１１との間に介在された金属編組１３とを有している。光ケーブル３では、光ファイバ心線７、抗張力繊維１１、金属編組１３および外被９が、その中心から径方向の外側に向けてこの順に配置されている。

光ファイバ心線７は、コアとクラッドが石英ガラスである光ファイバ（ＡＧＦ：All Glass Fiber）、クラッドが硬質プラスチックからなる光ファイバ（ＨＰＣＦ：Hard Plastic Clad Fiber）等を用いることができる。ガラスのコア径が８０μｍの細径ＨＰＣＦを用いると、光ファイバ心線７が小径に曲げられても破断しにくい。外被９は、ノンハロゲン難燃性樹脂である例えばＰＶＣ（polyvinylchloride）から形成されている。外被９の外径は、４．２ｍｍ程度である。抗張力繊維１１は、例えばアラミド繊維であり、束状に集合された状態で光ケーブル３に内蔵されている。

金属編組１３は、例えば平角線の錫めっき導線から形成されており、編組密度が７０％以上、編み角度が４５°〜６０°である。金属編組１３の外径は、０．０５ｍｍ程度である。

コネクタモジュール５は、ハウジング２０と、ハウジング２０の前端（先端）側に設けられる電気コネクタ２２と、ハウジング２０に収容される回路基板２４（図３（ａ）参照）とを備えている。

ハウジング２０は、金属ハウジング（ハウジングの一例）２６と、樹脂ハウジング２８とから構成されている。金属ハウジング２６は、収容部材３０と、収容部材３０の後端部に連結され、光ケーブル３を固定する固定部材３２（ケーブル固定部の一例）とから構成されている。

収容部材３０は、断面が略矩形形状を呈する筒状の中空部材であり、その内部に回路基板２４等が収容されている。収容部材３０の前端側には、電気コネクタ２２が設けられ、収容部材３０の後端側には、固定部材３２が連結される。外被９を剥いだ後、光ケーブル３の光ファイバ心線７を収容部材３０の内部に挿通させるとともに、固定部材３２と金属編組１３とがはんだにより接合されることにより、収容部材３０に光ケーブル３が保持固定される。

樹脂ハウジング２８は、例えばポリカーボネートなどの樹脂材料から形成されており、金属ハウジング２６を覆っている。樹脂ハウジング２８は、外装ハウジング４４と、外装ハウジング４４と連結するブーツ４６とを有している。外装ハウジング４４は、収容部材３０の外面を覆うように設けられている。ブーツ４６は、外装ハウジング４４の後端部に連結され、金属ハウジング２６の固定部材３２を覆っている。

電気コネクタ２２は、接続対象（パソコンなど）に挿入され、接続対象と電気的に接続される部分である。電気コネクタ２２は、ハウジング２０の前端側に配置されており、ハウジング２０から前方に突出している。電気コネクタ２２は、接触子２２ａにより回路基板２４に電気的に接続されている。

回路基板２４は、金属ハウジング２６（収容部材３０）の内部に収容されている。図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、回路基板２４は、平面視で略矩形形状を呈しており、所定の厚みを有している。回路基板２４は、例えば、ガラスエポキシ基板、セラミック基板などの絶縁基板であり、その表面又は内部には、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）などにより回路配線が形成されている。回路基板２４の上面には、制御用半導体５０および受発光素子５２（光素子の一例）が搭載されている。回路基板２４は、制御用半導体５０と受発光素子５２とを電気的に接続している。

制御用半導体５０は、駆動用素子である駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０ａ（第１の電子部材の一例）や波形整形器であるＣＤＲ（Clock Data Recovery）装置５０ｂ（波形整形用素子の一例）などを含んでいる。駆動ＩＣ５０ａおよびＣＤＲ装置５０ｂは、回路基板２４の上面２４ａに配置され、電気コネクタ２２と電気的に接続されている。

受発光素子５２は、複数（ここでは２つ）の発光素子５２ａと、複数（ここでは２つ）の受光素子５２ｂとを含んで構成されている。発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂは、駆動ＩＣ５０ａの前方側に配置されている。発光素子５２ａとしては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）などを用いることができる。受光素子５２ｂとしては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）などを用いることができる。

図３（ｂ）に示す従来例に係る光モジュールにおいては、回路基板１２４上において、発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂは、駆動ＩＣ５０ａの後方側に配置されている。そして、回路基板１２４の長手方向と直交する幅方向に沿って、図３（ｂ）の上方側に２つの発光素子５２ａが配置され、図３（ｂ）の下方側に２つの受光素子５２ｂが配置されている。
一方、本実施形態に係る光モジュール１においては、回路基板２４上において、発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂは、駆動ＩＣ５０ａの前方側に配置されている。本実施形態において従来例と同様の駆動ＩＣ５０ａを用いるためには、発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂの配置を従来例の配置から反転させる必要がある。そのため、本実施形態においては、回路基板２４の幅方向に沿って、図３（ａ）の下方側に２つの発光素子５２ａが配置され、図３（ａ）の上方側に受光素子５２ｂが配置されている。

回路基板２４の上面２４ａには、受発光素子５２および駆動ＩＣ５０ａを覆うようにレンズアレイ部品６０（レンズ部材の一例）が配置されている。レンズアレイ部品６０の詳細な構成は後述する。

受発光素子５２は、光ケーブル３の光ファイバ心線７と光学的に接続されている。光ファイバ心線７の末端（前端側）にはコネクタ部品５４（光ファイバ保持部材の一例）が取り付けられており、このコネクタ部品５４がレンズアレイ部品６０の後端側に結合されている。レンズアレイ部品６０およびコネクタ部品５４を介して、光ファイバ心線７と受発光素子５２とが光学的に接続される。

上記構成を有する光モジュール１では、電気コネクタ２２から電気信号を入力し、回路基板２４の配線を介して制御用半導体５０に電気信号が入力される。制御用半導体５０に入力された電気信号は、レベルの調整やＣＤＲ装置５０ｂにより波形整形などが行われた後に、制御用半導体５０から回路基板２４の配線を介して受発光素子５２に出力される。電気信号を入力した受発光素子５２では、電気信号を光信号に変換し、発光素子５２ａから光ファイバ心線７に光信号を出射する。

また、光ケーブル３で伝送された光信号は、受光素子５２ｂに入射される。受光素子５２ｂでは、入射された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を回路基板２４の配線を介して制御用半導体５０に出力する。制御用半導体５０では、電気信号に所定の処理を施した後、電気コネクタ２２にその電気信号を出力する。

図５を用いて、レンズアレイ部品６０について説明する。図５は、図４（ａ）の一部拡大断面図である。

レンズアレイ部品６０は、例えば、透明樹脂を樹脂成形することにより形成される部品である。図５に示したように、レンズアレイ部品６０は、回路基板２４と対向する面（図５における下面）に、回路基板２４に搭載された受発光素子５２および駆動ＩＣ５０ａを収容可能な収容部６１を有している。収容部６１の外周には、脚部６２が形成されている。この脚部６２は回路基板２４側に突出するように形成されている。この脚部６２の下面が回路基板２４と当接して、レンズアレイ部品６０が回路基板２４に固定されている。脚部６２により、収容部６１内に配置された受発光素子５２および駆動ＩＣ５０ａを外部から保護している。

レンズアレイ部品６０は、さらに、素子側レンズ６３と、ファイバ側レンズ６４（図３参照）と、反射面６５とを備えている。素子側レンズ６３は、レンズアレイ部品６０の収容部６１に設けられた素子側レンズ列である。ファイバ側レンズ６４は、レンズアレイ部品６０の収容部６１が形成された面とは反対の面（図５における上面）に設けられたファイバ側レンズ列である。さらに、レンズアレイ部品６０の上面には、下方に凹んだ凹部６６が形成されている。この凹部６６の一面が反射面６５とされている。反射面６５は、素子側レンズ６３と対向する位置に設けられており、素子側レンズ６３とファイバ側レンズ６４とを光接続する。すなわち、反射面６５は、発光素子５２ａから出射されて素子側レンズ６３を透過した光をファイバ側レンズ６４側へ反射させるとともに、光ファイバ心線７から出射されてファイバ側レンズ６４を透過した光を素子側レンズ６３側へ反射させ受光素子５２ｂに入射させることができる。
なお、脚部６２により、回路基板２４と素子側レンズ６３との間において、素子側レンズ６３の焦点距離が確保されている。

図５に示したように、レンズアレイ部品６０の上面において反射面６５の後端側には、段差部６７が設けられている。段差部６７は、回路基板２４に対して垂直な垂直面６７ａと回路基板２４に対して平行な水平面６７ｂとから構成されている。垂直面６７ａには、後方側へ突出する接続片６８が設けられている。接続片６８は、コネクタ部品５４の一端と接続され、これにより、コネクタ部品５４の他端から導出された光ファイバ心線７と回路基板２４上に搭載された受発光素子５２とがレンズアレイ部品６０を介して光学的に接続される。
この段差部６７により、レンズアレイ部品６０の接続部６９が構成されている。本実施形態においては、図５に示す側断面図において、接続部６９は、回路基板２４の厚さ方向において駆動ＩＣ５０ａと重なる位置（すなわち、図５において駆動ＩＣ５０ａの上方）に配置されている。

図４（ｂ）は、従来例に係る回路基板１２４を示す。従来例に係る回路基板１２４においては、本実施形態に係る回路基板２４とは異なり、受発光素子５２よりも前端側に駆動ＩＣ５０ａが配置されている。これに対応して、レンズアレイ部品１６０の素子側レンズ１６３および当該素子側レンズ１６３と対向する位置に設けられる反射面１６５は、レンズアレイ部品１６０の上面の後方側に配置されている。また、コネクタ部品５４と接続される接続片１６８は、レンズアレイ部品１６０の後端面１６０ａから後方側へ突出している。そのため、このような従来例に係る回路基板１２４の長手方向の長さＬ２は、図４（ａ）に示す本実施形態に係る回路基板２４の長手方向の長さＬ１よりも長く設定する必要がある。

一方、本実施形態では、レンズアレイ部品６０が、回路基板２４に搭載された受発光素子５２および駆動ＩＣ５０ａを収容可能な収容部６１と、回路基板２４の厚さ方向において収容部６１と重なる位置に設けられた接続部６９と、を備えている。そのため、従来例とは異なり、接続部６９がレンズアレイ部品６０の後端面から後方側へ突出することがなく、従来例の回路基板１２４と比べて回路基板２４の長さを短くすることができる。そのため、回路基板２４が収容されるハウジング２０が短尺化され、光モジュール１の長手方向における小型化を実現することができる。

また、本実施形態においては、接続部６９は、レンズアレイ部品６０の上面に設けられた段差部６７から構成されている。そのため、レンズアレイ部品６０の厚さ方向のスペースを有効利用して、レンズアレイ部品６０の小型化を図ることができる。

また、本実施形態においては、接続部６９は、回路基板２４の厚さ方向において駆動ＩＣ５０ａと重なる位置に設けられている。レンズアレイ部品６０において、回路基板２４に搭載された受発光素子５２の上方には、受発光素子５２と光ファイバ心線７とを光学的に接続するために、素子側レンズ６３および反射面６５を設ける必要がある。しかし、レンズアレイ部品６０において駆動ＩＣ５０ａの上方側はいわゆるデッドスペースであるため、このデッドスペースを有効利用してレンズアレイ部品６０の小型化を図ることができる。

[変形例１]
図６は、変形例１の回路基板２２４を横から見た図である。
この変形例１では、回路基板２２４の上面２２４ａ（第２の面の一例）にＣＤＲ装置５０ｂが配置されている一方、受発光素子５２と駆動ＩＣ５０ａとこれらを収容するレンズアレイ部品６０は、回路基板２２４の下面２２４ｂ（第１の面の一例）に配置されている。

上記の実施形態においては、従来例に係る回路基板１２４とは異なり、受発光素子５２よりも後方側に駆動ＩＣ５０ａが配置されている。上述のように、受発光素子５２と駆動ＩＣ５０ａとの前後方向における配置が入れ替わることにより、図３（ａ），（ｂ）に示すように、発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂも回路基板２４の幅方向において従来例とは反対の位置に配置されている。これにより、発光素子５２ａと受光素子５２ｂとにそれぞれ接続される光ファイバ心線７の配列も入れ替えなければならない。そのため、上記の実施形態では、従来例とは異なる配列で光ファイバ心線７をコネクタ部品に接続させる必要がある。

しかし、変形例１のように、受発光素子５２、駆動ＩＣ５０ａおよびレンズアレイ部品６０を回路基板２２４の下面２２４ｂに配置しておけば、回路基板２２４の幅方向において発光素子５２ａおよび受光素子５２ｂの配置を従来例と同じままとすることができる。これにより、光ファイバ心線７も図３（ｂ）および図４（ｂ）に示される従来例の光モジュールと同じ配列のままでコネクタ部品５４に接続させることができ、光モジュール１の組立作業性を維持することができる。

[変形例２]
図７は、変形例２の回路基板３２４を横から見た図である。
この変形例２では、レンズアレイ部品６０と光ファイバ心線７とを連結するコネクタ部品３５４の長さ（回路基板３２４の長手方向に沿った長さ）は、回路基板３２４の長手方向におけるレンズアレイ部品６０の段差部６７（接続部６９）の長さ以下に設定されている。すなわち、コネクタ部品３５４は、レンズアレイ部品６０の接続片６８に接続された状態において、その後端面３５４ａがレンズアレイ部品６０の後端面６０ａから突出することが無いような長さで形成されている。
この構成によれば、上記の実施形態に係る回路基板２４や従来例に係る回路基板１２４よりも回路基板３２４の長さＬ３をさらに短くすることができ、光モジュール１のさらなる小型化を実現することができる。

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

１：光モジュール
３：光ケーブル
５：コネクタモジュール
７：光ファイバ心線（光ファイバの一例）
９：外被
１１：抗張力繊維
１３：金属編組
２０：ハウジング
２２：電気コネクタ
２４：回路基板
２２４ａ：回路基板の上面（第２の面の一例）
２２４ｂ：回路基板の上面（第１の面の一例）
２６：金属ハウジング
２８：樹脂ハウジング
３０：収容部材
３２：固定部材
５０：制御用半導体
５０ａ：駆動ＩＣ（第１の電子部材の一例）
５０ｂ：ＣＤＲ装置（第２の電子部材の一例、波形整形用素子の一例）
５２：受発光素子（光素子の一例）
５２ａ：発光素子
５２ｂ：受光素子
５４：コネクタ部品（光ファイバ保持部材の一例）
６０：レンズアレイ部品（レンズ部材の一例）
６１：収容部
６７：段差部
６８：接続片
６９：接続部
Ｌ１〜Ｌ３：回路基板の長さ

Claims (5)

1. 回路基板に搭載された光素子および第１の電子部材を収容可能な収容部と、
   前記回路基板に搭載された状態で前記回路基板の厚さ方向において前記収容部と重なる位置に設けられた接続部と、
   を備えているレンズ部材。
2. 前記接続部は、前記レンズ部材の前記収容部が形成された面とは反対の面に設けられた段差部から構成されている、請求項１に記載のレンズ部材。
3. 前記光素子および前記第１の電子部材が搭載された前記回路基板と、
   請求項１または請求項２に記載のレンズ部材と、
   を備え、
   前記厚さ方向において前記第１の電子部材と重なる位置に前記接続部が設けられている、光モジュール。
4. 前記光素子、前記第１の電子部材および前記レンズ部材は、前記回路基板の第１の面に配置され、
   前記回路基板における前記第１の面とは反対側の第２の面に前記第１の電子部材とは異なる第２の電子部材が配置されている、請求項３に記載の光モジュール。
5. さらに、一端が前記接続部と接続され、他端が光ファイバを導出する光ファイバ保持部材を備え、
   前記回路基板の長手方向における前記光ファイバ保持部材の長さは、前記長手方向における前記接続部の長さ以下である、請求項３または請求項４に記載の光モジュール。

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