JP2016085405A - レンズモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】組立等の作業を効率よく行うことのできるレンズモジュールを提供する。【解決手段】前部31、後部32、上部33及び下部34を有し、光ファイバFと光素子18とを光学的に結合させるレンズモジュール30である。レンズモジュール30は、後部32に位置しており、光ファイバFと光信号の授受を行う第1入出射部37と、下部34に位置しており、光素子18との光信号の授受を行う第2入出射部38と、第1入出射部37と第2入出射部38とを光学的に接続する反射面35と、反射面35の上方に位置しており、上部33と一体に構成された屋根部36とを備えている。【選択図】図3

Description

本発明は、レンズモジュールに関するものである。
特許文献1には、横方向の光軸を有する光ファイバと縦方向の光軸を有する光素子とを結合するレンズモジュールが記載されている。このレンズモジュールは、光ファイバから出射された光を下方向に反射させる反射面と、反射面の下方に位置するレンズとを備えている。また、このレンズモジュールは蓋体を備えており、蓋体が反射面を上から覆うことによって反射面が保護されている。
特許第5250691号公報
上述したようなレンズモジュールでは、ファイバを接着固定して実装した後に蓋体を搭載する必要があり、作業工数が多く、製造コストが高いという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの増加を抑えつつ反射面を保護できるレンズモジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一側面に係るレンズモジュールは、前部、後部、上部及び下部を有し、光導波部材と光素子とを光学的に結合させるレンズモジュールであって、後部に位置しており、光導波部材と光信号の授受を行う第1入出射部と、下部に位置しており、光素子との光信号の授受を行う第2入出射部と、第1入出射部と第2入出射部とを光学的に接続する反射面と、反射面の上方に位置しており、上部と一体に構成された屋根部と、を備えている。
本発明によれば、製造コストの増加を抑えつつ反射面を保護できるレンズモジュールを提供できる。
図1は、実施形態に係るレンズモジュールを備えた光モジュールを示す分解斜視図である。 図2は、光ケーブルを示す断面図である。 図3は、実施形態に係るレンズモジュールが基板に実装された状態を示す図である。 図4は、レンズモジュールの製造方法を示す図である。 図5は、レンズモジュールの製造方法を示す図である。 図6は、レンズモジュールの製造方法を示す図である。 図7は、変形例に係るレンズモジュールを示す図である。 図8は、変形例に係るレンズモジュールの製造方法を示す図である。
[本発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。(1)本発明の一側面に係るレンズモジュールは、前部、後部、上部及び下部を有し、光導波部材と光素子とを光学的に結合させるレンズモジュールであって、後部に位置しており、光導波部材と光信号の授受を行う第1入出射部と、下部に位置しており、光素子との光信号の授受を行う第2入出射部と、第1入出射部と第2入出射部とを光学的に接続する反射面と、反射面の上方に位置しており、上部と一体に構成された屋根部と、を備えている。
本発明の一側面に係るレンズモジュールでは、反射面を屋根部で覆うことができ、反射面が上方に開放されないので、反射面にゴミ等を付着しにくくすることができる。従って、反射面における光損失を抑制できる。また、このレンズモジュールは、屋根部が上部と一体に構成されているので、レンズモジュールの製造コストの増加を抑えることができる。
(2)上記のレンズモジュールにおいて、反射面は、下部が開放された空間部内に配置されていてもよい。このように下部が開放された空間部を備える場合、基板上にレンズモジュールを搭載することによって空間部を塞ぐことができる。従って、空間部内にゴミ等が入りにくくなるので、基板への実装後に反射面へゴミ等が付着することを防止することができる。
(3)上記のレンズモジュールにおいて、空間部は、反射面と前部との間に設けられており、空間部には、光素子と光素子を駆動させる駆動回路とが収容されてもよい。このように光素子と駆動回路とが空間部内に収容されることにより、光素子及び駆動回路にゴミ等を付着しにくくすることができる。
(4)上記のレンズモジュールにおいて、空間部は、反射面の上方側に位置する反射面上空間と、反射面の下方側に位置する下方空間部と、を有しており、反射面上空間の前後方向の長さは、下方空間部の前後方向の長さよりも小さくてもよい。これにより、反射面を形成するための金型を下方に容易に引き抜くことができる。すなわち、反射面を形成する金型を前方にスライドさせた後に下側に引き抜くことが簡単に行える。従って、レンズモジュールを容易に製造可能な構成とすることができる。
(5)上記のレンズモジュールにおいて、屋根部は、空間部内のガスを置換するための開口部を備えてもよい。これにより、レンズモジュールを基板に実装した後に、光モジュール全体をチャンバー内に配置してガスパージを行うことにより、空間部内をガス置換させることができる。そして、開口部を塞ぐことによって、空間部内に不活性ガスを充填させる作業を容易に行うことができる。従って、環境変化による影響を受けにくい光モジュールを提供することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るレンズモジュールの具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、光モジュール1を示す分解斜視図である。光モジュール1は、レンズモジュール30を有するコネクタモジュール10と、光ケーブル2とを備えている。光モジュール1は、パーソナルコンピュータ等の電子機器に接続される。コネクタモジュール10は光ケーブル2の端部に接続されている。光モジュール1は、光ケーブル2における光信号を電気信号に変換して電子機器に出力するとともに、電子機器から入力された電気信号を光信号に変換して光ケーブル2に出力する。
以下では、図1の矢印に示されるように、電子機器と光モジュール1との接続方向を前後方向とする。電子機器側を前方向、光ケーブル2側を後方向とする。また、前後方向に直交する水平方向(左右方向)及び垂直方向(上下方向)を適宜参照して説明を行う。これらの方向は、単に説明の便宜上のものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
光ケーブル2は4本の光ファイバ(光導波部材)Fを含んでいる。光ケーブル2の端部には端末固定部20が取り付けられている。端末固定部20の内部には光ケーブル2から引き出された光ファイバFが通されており、光ファイバFは更に端末固定部20から前方に引き出されている。また、端末固定部20の前方には光コネクタ21が取り付けられており、端末固定部20から引き出された光ファイバFは光コネクタ21に導入されている。
図2は、光ケーブル2の断面図である。図2に示されるように、光ケーブル2は、4本の光ファイバFと、4本の光ファイバFをテープ状に一体化させるテープ樹脂22と、テープ樹脂22を覆うように配置された抗張力体23と、抗張力体23を覆う外被24とを備えている。4本の光ファイバFのうち、2本の光ファイバFは送信用として機能し、残り2本の光ファイバFは受信用として機能する。送信用の光ファイバFで伝送される光信号の方向と、受信用の光ファイバFで伝送される光信号の方向とは、互いに逆方向となっている。本実施形態において、光ファイバFはマルチモード光ファイバである。なお、光ファイバFをテープ樹脂22によって一体化させずに光ケーブル内に配置してもよい。
光ファイバFは、光信号を伝送するコアと、コアを覆うクラッドと、クラッドを覆う被覆樹脂とを備えている。コア及びクラッドはガラス製であってもよいし樹脂製であってもよい。また、光ファイバFは、コア及びクラッドの両方をガラス製としたAGF(All glass fiber)、コア及びクラッドの両方が樹脂製であるプラスチック光ファイバ、又はコアがガラス、クラッドが樹脂であるHPCF(Hard Plastic Clad Fiber)のいずれであってもよい。なお、光ファイバFをHPCFとした場合には、光ファイバFを曲げに強くすることができるので好ましい。
抗張力体23は、ケブラー又はアラミド等の繊維状の樹脂材料を編み込んで形成されている。抗張力体23は、光ケーブル2に引っ張りが加わったときに延びにくいように構成されている。抗張力体23は、光ケーブル2内の光ファイバFに加わる衝撃を緩和させる機能を有する。
外被24は、樹脂材料で構成されている。外被24は、抗張力体23を収容するカバーとして機能する。外被24を構成する樹脂材料としては、抗張力体23を収容するのに好適な材料であれば適宜選択することが可能である。
コネクタモジュール10は、搭載面13aを有する基板13を備える。搭載面13aには、光素子18と、光素子18を駆動する駆動IC17と、信号処理IC19と、レンズモジュール30とが搭載されている。基板13の前端には電気コネクタ12が取り付けられている。光素子18、駆動IC17、信号処理IC19、電気コネクタ12は、搭載面13aに形成された配線パターンを介して互いに電気的に接続される。コネクタモジュール10は、基板13を収容する金属ハウジング14と、金属ハウジング14を包囲する樹脂ハウジング15とを更に備える。
光素子18は、光信号を電気信号に変換する受光素子であるPD(Photo Diode)、又は電気信号を光信号に変換する発光素子であるLD(Laser Diode)若しくはVCSEL(Vertical CavitySurface Emitting LASER)が挙げられる。
信号処理IC19は、CDR(Clock Data Recovery)装置である。信号処理IC19は、電気信号を増幅させて波形の成形を行ったり、複数の電気信号の波形を揃えるイコライザ機能を有する。
電気コネクタ12は、外部の電子機器との電気的なインターフェースとして機能する。電気コネクタ12は、金属ハウジング14の前端側に配置される。
外部の電子機器から電気コネクタ12に入力された電気信号は、信号処理IC19で信号処理される。信号処理IC19で処理された電気信号は、発光素子18によって光信号に変換される。光素子18によって変換された光信号は、レンズモジュール30を介して光ファイバFに出力される。
一方、光ファイバFからレンズモジュール30に入力された光信号は、受光素子18によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、信号処理IC19で信号処理された後、電気コネクタ12を介して外部の電子機器に出力される。
金属ハウジング14は、基板13上の各部品から発生する熱を外部に放出させる。金属ハウジング14は、カバー14aと、断面が略U字状を成すベースプレート14bとを有する。カバー14aとベースプレート14bとによって基板13が収容される空間が形成される。
金属ハウジング14は、熱伝導率が高い金属材料によって構成されている。金属ハウジング14の伝導率は、好ましくは100W/m・K以上である。金属ハウジング14は、例えば、鋼(Fe系)、ブリキ(錫めっき銅)、ステンレス、銅、真鍮又はアルミニウムによって構成されている。
樹脂ハウジング15は、金属ハウジング14を覆う。樹脂ハウジング15は、例えばポリカーボネート等の樹脂で構成されている。
基板13の裏面には放熱シート16が搭載される。放熱シート16には、駆動IC17、光素子18及び信号処理IC19から放出された熱が基板13を介して伝えられる。放熱シート16は金属ハウジング14に当接しており、上述したように金属ハウジング14は樹脂ハウジング15に覆われている。これにより、放熱シート16から金属ハウジング14を介して樹脂ハウジング15に伝達された熱は、電気コネクタ12を経て外部の電子機器側に伝達されると共に光ケーブル2側にも伝達される。このように熱が分散して伝達されるので、樹脂ハウジング15の温度が過度に高くなることを抑制することができる。
図3は、レンズモジュール30が搭載された状態を示す図である。図1及び図3に示されるように、コネクタモジュール10は、搭載面13aを有する基板13を備える。
レンズモジュール30は、駆動IC17及び光素子18を覆うように基板13の搭載面13aに搭載されている。レンズモジュール30は、前部31と、後部32と、上部33と、下部34とを備えている。
レンズモジュール30の後部32には、光ファイバFとの光信号の授受を行うインターフェースを構成する光ファイバF側の第1入出射部37が設けられている。レンズモジュール30の下部34には、光素子18との光信号の授受を行うインターフェースを構成する光素子18側の第2入出射部38が設けられている。また、光ファイバFの前方且つ光素子18の上方には、第1入出射部37と第2入出射部38とを光学的に接続させる反射面35が設けられている。反射面35の上方には、レンズモジュール30の上部33と一体に構成された屋根部36が設けられている。
光ファイバF側の第1入出射部37は、レンズモジュール30の後部32から前方に凹むように形成された凹部37aと、凹部37a内に形成された第1レンズ37bとを含んでいる。光素子18側の第2入出射部38は、反射面35の下方に位置する平面38aと、平面38aに形成された第2レンズ38bとを含んでいる。第1レンズ37bと第2レンズ38bとが反射面35を介して光学的に接続されることによって、第1入出射部37と第2入出射部38とが光学的に接続される。光ファイバF側の第1レンズ37bは、凹部37a内に設けられることによって、光コネクタ21の端部に固定された光ファイバFの端部から離間した位置に設けられる。また、光コネクタ21が後部32の後端面32aに当接することによって、第1レンズ37bは凹部37a内に密閉される。
光ファイバFから前方に出射された光は、第1レンズ37bによってコリメートされる。第1レンズ37bによってコリメートされた光は、反射面35で反射され、当該光の光軸が下方に向けられる。このように反射面35で反射された光は、第2レンズ38bによって集光され、受光素子18に結合される。一方、発光素子18から上方に向けて出射された光は、第2レンズ38bによってコリメートされる。第2レンズ38bによってコリメートされた光は、反射面35で反射され、当該光の光軸が後方に向けられた後、第1レンズ37bによって集光されて光ファイバFに結合される。
なお、本実施形態では光ファイバF側の第1レンズ37bと光素子18側の第2レンズ38bとを備える例について説明しているが、第1レンズ37b及び第2レンズ38bの一方のみを備えていてもよい。特に、第1レンズ37bを備えていない場合には、光コネクタ21の前端を後部32に当接させて空気界面を無くした状態で光ファイバFと光素子18とを結合させることができる。これにより、界面におけるフレネル反射を抑制することができ、光学損失を低減することが可能となる。
レンズモジュール30は、下部34が開放された空間部39を備えている。空間部39は、上方空間部39aと、下方空間部39bと、反射面上空間39cを含む。
上方空間部39aは、空間部39における、反射面35の上方側の空間のうち、段差部Dの前面D1と前部31の後面Eの間の空間である。上方空間部39aの前後方向の長さL1は、段差部Dの前面D1と前部31の後面Eとの間の距離である。
下方空間部39bは、空間部39における、反射面35の下方側の空間であり、反射面35と連続して形成された後壁B2と、前部31の後面Eの間の空間である。下方空間部39bの前後方向の長さL3は、後壁B2と前部31の後面Eとの間の距離である。
反射面上空間39cは、空間部39における、反射面35の上方側の空間であり、段差部Dの前面D1より後方側の空間である。反射面上空間39cの前後方向の長さL2は、前面D1と、段差部Dの後方側の面D2との間の距離である。
長さL1と長さL3はほぼ等しくなるようにされている。また、長さL2は、長さL1及び長さL3より小さくなるようにされている。
また、空間部39には、反射面35、第2入出射部38、光素子18及び駆動IC17が配置される。レンズモジュール30の下部34における空間部39を有しない部分は、搭載面13aに密着した状態で接着されている。これにより、反射面35、第2入出射部38、光素子18及び駆動IC17が外方に開放されない構成が実現されている。
次に本実施形態に係るレンズモジュール30を製造する方法について図4〜図6を参照して説明する。レンズモジュール30は、樹脂の射出成形によって形成される。レンズモジュール30を構成する樹脂材料としては、光の通信波長に対して透明なもの(透過率90%以上)であり、例えばPEI(ポリエーテルイミド)が挙げられる。以下では、反射面35、屋根部36及び空間部39を形成するための金型A及び金型Bについて説明する。
金型Aは、反射面35及び反射面35の上方部分を形成する後部A1と、矩形状の前部A2とを備えている。金型Bは、反射面35の前方における空間部39、すなわち、段差部Dの前面、屋根部36の下面及び前部31の後面で囲まれた空間部39の領域を形成する金型である。金型Bは、金型Aを収容すると共に金型Aの後部A1を後方に突出させることが可能な空間B1を内部に備えている。
まず、図4に示されるように、金型Bから金型Aの後部A1を後方に突出させる。このとき、金型Aの前部A2の後端面を金型Bの後壁B2に当接させることにより、金型Bの空間B1に樹脂が入らないようにする。この状態で樹脂を充填させて硬化させることにより、レンズモジュール30を形成させる。次に、図5に示されるように、金型Bの空間B1内に金型Aの後部A1を前方移動させ、金型A全体が金型Bに収容された状態とする。そして、図6に示されるように、金型Bを下方に抜くことによってレンズモジュール30の空間部39を形成することができる。
上述したように、レンズモジュール30では、上方空間部39aの前後方向の長さL1が下方空間部39bの前後方向の長さL3とほぼ等しくなっており、反射面上空間39cの前後方向の長さL2は長さL1及び長さL3よりも小さい。長さL1〜L3がこのような関係になっていることにより、反射面35を形成するための金型A及び金型Bを下方に容易に引き抜くことができる。すなわち、反射面35を形成する金型Aを前方にスライドさせた後に下側に引き抜くことが簡単に行える。従って、レンズモジュール30を容易に製造可能な構成とすることができる。
次に、本実施形態のレンズモジュール30によって得られる効果について説明する。
レンズモジュール30では、反射面35を屋根部36で覆うことができ、反射面35が上方に開放されないので、反射面35にゴミ等を付着しにくくすることができる。従って、反射面35における光損失を抑制できる。また、レンズモジュール30は、屋根部36が上部33と一体に構成されているので、レンズモジュール30の製造コストの増加を抑えることができる。
また、レンズモジュール30は下部34が開放された空間部39を備えているので、基板13上にレンズモジュール30を搭載することによって空間部39を塞ぐことができる。従って、空間部39内にゴミ等が入りにくくなるので、基板13への実装後に反射面35へゴミ等が付着することを防止することができる。
また、光素子18と駆動IC17とが下方空間部39b内に収容されることにより、光素子18及び駆動IC17にゴミ等を付着しにくくすることができる。
また、空間部39は、反射面35の上方側に位置する反射面上空間39cと、反射面35の下方側に位置する下方空間部39bと、を有しており、反射面上空間39cの前後方向の長さL2は、下方空間部39bの前後方向の長さL3よりも小さい。これにより、反射面35を形成するための金型A及び金型Bを下方に容易に引き抜くことができる。すなわち、反射面35を形成する金型Aを前方にスライドさせた後に下側に引き抜くことが簡単に行える。従って、レンズモジュール30を容易に製造可能な構成とすることができる。また、長さL2が上方空間部39aの前後方向の長さL1より小さく、長さL2が長さL3と同等か小さくなるようにされている。これにより、さらに容易に金型A及び金型Bを下方に引き抜くことができる。
図7は、変形例に係るレンズモジュール40を示す図である。図7に示されるように、レンズモジュール40が上記実施形態のレンズモジュール30と異なる点は、屋根部36に、上下に貫通する開口部41が形成されていることである。また、レンズモジュール40において、空間部39には不活性な封止ガス(不活性ガス)が充填されており、この状態で開口部41が図示しない封止部材によって封止されている。封止ガスは、窒素又はアルゴンである。また、封止部材は、エポキシ等の樹脂からなる接着剤である。
図7に示されるような構成を製造するには、レンズモジュール40を用意し、基板13上にレンズモジュール40を実装してレンズモジュール40の下部34を全周に亘って基板13に接着させる。このようにレンズモジュール40を基板13に実装した後に、コネクタモジュール10全体をチャンバー内に配置してガスパージを行うことにより、空間部39内をガス置換させることができる。そして、開口部41を封止部材で塞ぐことによって、空間部39内に封止ガスを充填させる作業を容易に行うことができる。
また、レンズモジュール40では、空間部39内が不活性な封止ガスで充填されているので、環境変化による影響を受けにくい光モジュール1を提供可能となる。すなわち、不活性な封止ガスを充填させることにより、例えば光モジュール1全体の温度低下時に水蒸気が凝縮して結露を引き起こし結露水が反射面35や光素子18に付着する事態を阻止することができる。このように、ゴミ以外の要因による光学特性の劣化も防止することができる。
図8は、別の変形例に係るレンズモジュール50及びレンズモジュール50の製造方法を示す図である。レンズモジュール50は、前方に開放される空間部59を備えている。このレンズモジュール50は、一つの金型Cで形成可能である。金型Cは反射面35と反射面35の上方部分とを形成する後部C1を備えている。レンズモジュール50では、樹脂を充填させ硬化させた後に金型Cを前方に引き抜くことによって空間部59及び反射面35を形成することができる。
このように、レンズモジュール50では、金型Cを抜く方向が前方のみとなるため、レンズモジュール50の製造を一層容易に行うことができる。また、空間部59は、レンズモジュール50を基板13に実装した後も開放されたままとなるが、従来の上方に反射面が開放されている例と比較すると、開放される部分を狭くすることができる。従って、ゴミ等が入りにくいレンズモジュール50とすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に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変形が可能である。例えば、上記実施形態において、光ケーブル2は4本の光ファイバFを含んでいた。しかし、光ファイバFの数及び配置態様は上記実施形態に限定されず、例えば、光ファイバFの本数を1〜3本又は5本以上としてもよい。
1…光モジュール、2…光ケーブル、10…コネクタモジュール、12…電気コネクタ、13…基板、13a…搭載面、14…金属ハウジング、14a…カバー、14b…ベースプレート、15…樹脂ハウジング、16…放熱シート、17…駆動IC(駆動回路)、18…光素子、19…信号処理IC、20…端末固定部、21…光コネクタ、22…テープ樹脂、23…抗張力体、24…外被、30,40,50…レンズモジュール、31…前部、32…後部、32a…後端面、33…上部、34…下部、35…反射面、36…屋根部、37…第1入出射部、37a…凹部、37b…第1レンズ、38…第2入出射部、38a…平面、38b…第2レンズ、39,59…空間部、39a…上方空間部、39b…下方空間部、39c…反射面上空間、41…開口部、A,B,C…金型、A1…後部、A2…前部、B1…空間、B2…後壁、C1…後部、D…段差部、F…光ファイバ、L1,L2…長さ。

Claims (5)

  1. 前部、後部、上部及び下部を有し、光導波部材と光素子とを光学的に結合させるレンズモジュールであって、
    前記後部に位置しており、前記光導波部材と光信号の授受を行う第1入出射部と、
    前記下部に位置しており、前記光素子との光信号の授受を行う第2入出射部と、
    前記第1入出射部と前記第2入出射部とを光学的に接続する反射面と、
    前記反射面の上方に位置しており、前記上部と一体に構成された屋根部と、
    を備えたレンズモジュール。
  2. 前記反射面は、前記下部が開放された空間部内に配置されている、
    請求項1に記載のレンズモジュール。
  3. 前記空間部は、前記反射面と前記前部との間に設けられており、
    前記空間部には、前記光素子と前記光素子を駆動させる駆動回路とが収容される、
    請求項2に記載のレンズモジュール。
  4. 前記空間部は、前記反射面の上方側に位置する反射面上空間と、前記反射面の下方側に位置する下方空間部と、を有しており、
    前記反射面上空間の前後方向の長さは、前記下方空間部の前後方向の長さよりも小さい、
    請求項3に記載のレンズモジュール。
  5. 前記屋根部は、前記空間部内のガスを置換するための開口部を備える、
    請求項2〜4のいずれか一項に記載のレンズモジュール。
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