JP2017125943A - 光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブル - Google Patents

光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブル Download PDF

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Abstract

【課題】 光の損失が低減された光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルを提供する。
【解決手段】 光電変換モジュール１は、光の受光または発光を行う受発光部２５と有する光電変換素子２０と、光電変換素子２０に一方の端部が固定される光ファイバ３０と、光ファイバ３０の一方の端部と光電変換素子２０とを固定すると共に、表面の所定領域４２で光を反射して光ファイバ３０のコア３１と受発光部２５とを光学的に結合する光透過樹脂４１と、を備え、光ファイバ３０の一方の端部におけるクラッド３２の外周面は、光電変換素子２０における受発光部２５が露出する素子面２１に接触している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、高い効率で光電変換を行う場合に好適な光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルに関する。
光電変換モジュールとして、光エネルギーと電気エネルギーとの変換を行う光電変換素子と光ファイバとが互いに固定され、光電変換素子と光ファイバとの間で光が伝搬するものがある。この光電変換モジュールでは、光信号から電気信号に信号が変換されたり、電気信号から光信号に信号が変換されたりする。このような光電変換モジュールの例として、光ファイバがレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）に固定されレーザーダイオードから出射する光を光ファイバで伝搬するものや、光ファイバがフォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）に固定され、光ファイバから出射する光がフォトダイオードで受光されるものを挙げることができる。
下記特許文献１には、このような光モジュールが記載されている。下記特許文献１に記載の光モジュールは、光電変換素子である光半導体素子上に光ファイバが所定の間隔をあけて配置され、光半導体素子と光ファイバとの間に透明な樹脂が充填され、光ファイバが光半導体に固定されている。この透明な樹脂は、光半導体素子の受発光部と光ファイバの端面との間にも充填されると共に、光ファイバの長手方向及び受発光面に垂直な方向のそれぞれに対して傾斜する傾斜面を有している。この透明な樹脂は、当該傾斜面で光を反射し、光半導体素子の受発光部と光ファイバのコアとを光学的に結合する光結合部とされる。従って、光半導体素子の受発光部から出射する光は当該光結合部を介して光ファイバのコアに入射し、光ファイバのコアから出射する光は当該光結合部を介して光半導体素子の受発光部に入射する。
国際公開第ＷＯ２０１１／０８３８１２号
上記特許文献１に記載の光モジュールでは、光結合部が樹脂で形成されることにより、低コストで高効率な光伝送をすることができる。しかし、光の損失がより低減された光電変換モジュールが求められている。
そこで、本発明は、光の損失が低減された光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルを提供することを目的とする。
本発明の光電変換モジュールは、光の受光または発光を行う受発光部を有する光電変換素子と、前記光電変換素子に一方の端部が固定される光ファイバと、前記光ファイバの前記一方の端部と前記光電変換素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記受発光部とを光学的に結合する光透過樹脂と、を備え、前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記光電変換素子における前記受発光部が露出する素子面に接触していることを特徴とするものである。
このような光電変換モジュールによれば、光電変換素子に固定される光ファイバの一方の端部のクラッドの外周面が素子面に接触しているため、上記特許文献１のように光ファイバと光電変換素子とが離間している場合と比べて、光透過樹脂内において、光ファイバのコアと受発光部との間の光路の長さを短くすることができる。光電変換素子が発光素子である場合、発光素子から出射した光は広がりを持つため、光ファイバまでの光路長を短くすることで光の広がりを抑え、光ファイバのコアに結合する光量を増やすことができる。また、光ファイバから出射する光も同様に広がるため、光電変換素子が受光素子である場合、受光素子までの光路長を短くすることで光の広がりを抑えられ、受光素子に結合する光量を増やすことができる。つまり、光ファイバのコアと光電変換素子の受発光部とにおける光の結合損失を抑えることができる。従って、本発明の光電変換モジュールによれば、光の損失を低減することができる。
また、上記のように光電変換素子に固定される光ファイバの一方の端部のクラッドの外周面が素子面に接触しているため、上記特許文献１に記載の光電変換モジュールのように光ファイバと光電変換素子とが離間している場合と比べて、光ファイバの端部が動きづらく、特に素子面に垂直な方向に光ファイバの端部が動くことが抑制される。光ファイバの端部が動くことは、光ファイバのコアと光電変換素子の受発光部とにおける光の結合損失の増加につながり易いという懸念がある。また、高温環境下では光透過樹脂の粘度が低下する傾向があるため光ファイバの端部の動きによる光の結合損失の増加が大きくなり易い。しかし、本発明の光電変換モジュールでは光ファイバの端部が上記のように動きづらいため、受発光面と光ファイバのコアとの光学的結合が安定し、コアと受発光部とにおける光の結合損失の増加を抑制することができる。
また、上記のように光電変換素子に固定される光ファイバの一方の端部のクラッドの外周面が素子面に接触しているため、光電変換モジュールは、上記特許文献１に記載の光電変換モジュールように光ファイバと光電変換素子とが離間している場合と比べて、低背化を実現することができる。
また、前記光ファイバの端面と前記受発光部の中心位置との前記光ファイバの長手方向における距離が、前記素子面から前記コアの中心までの距離と等しくされることが好ましい。
このように光ファイバが光電変換素子に配置されることで、光透過樹脂内を伝搬する光の光路長を短くすることができ、光ファイバのコアと光電変換素子の受発光部とにおける光の結合損失をより低減することができる。
また、前記光透過樹脂の前記光を反射する前記表面の所定領域は、前記受発光部に垂直な方向に対して４０度以上５０度以下の傾きとされることが好ましい。
上記範囲の角度で光を反射してコアと受発光面とが光学的に結合する場合、上記範囲外の角度で光を反射してコアと受発光部とが光学的に結合する場合と比べ、光ファイバのコアと光電変換素子の受発光部とにおける光の結合損失を十分に低減できることが見出された。また、上記範囲の角度で光が反射される場合、光ファイバの先端の位置が長手方向にずれる場合であっても、コアと受発光部との光の結合損失が大きくなることを抑えることができることが見出された。従って、上記のような構成とされることで、光の損失をより低減することができる。
また、前記受発光部は複数とされると共に、前記光ファイバ及び前記光透過樹脂をそれぞれ複数備え、複数の前記光ファイバは、被覆樹脂で纏められると共に、前記一方の端部において前記クラッドが露出するよう前記被覆樹脂から所定の長さ口出しされ、それぞれの前記光透過樹脂は、それぞれの前記光ファイバの前記一方の端部を前記光電変換素子に個別に固定すると共に、表面の所定領域で光を反射してそれぞれの前記光ファイバのコアとそれぞれの前記受発光部とを個別に光学的に結合し、それぞれの前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記素子面に接触していることが好ましい。
この光電変換モジュールでは、上記のように複数の光ファイバが纏められた多芯光ファイバが用いられる。このような多芯光ファイバが用いられる場合であっても、上記のように、それぞれの光ファイバが素子面に接触し、それぞれの光透過樹脂がそれぞれの光ファイバのコアと受発光面とを個別に光学的に接続する。従って、この光電変換モジュールでは、多芯光ファイバを用いつつ光の損失を低減することができる。また、この光電変換モジュールによれば、光ファイバの端部の動きが抑制されるため、コアと受発光部との光の結合損失の増加を抑制でき、また、低背化を実現することができる。なお、受発光部が複数とされる形態としては、複数の光電変換素子を備える形態と、光電変換素子が複数の受発光部を有する形態とを挙げることができる。
また、本発明のアクティブ光ケーブルは、光を発光する発光部を有する発光素子と、光を受光する受光部を有する受光素子と、前記発光素子に一方の端部が固定され、前記受光素子に他方の端部が固定される光ファイバと、前記光ファイバの前記一方の端部と前記発光素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記発光部とを光学的に結合する第１光透過樹脂と、前記光ファイバの前記他方の端部と前記受光素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記受光部とを光学的に結合する第２光透過樹脂と、を備え、前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記発光素子の前記発光部が露出する発光素子面に接触し、前記光ファイバの前記他方の端部におけるクラッドの外周面は、前記受光素子の前記受光部が露出する受光素子面に接触していることを特徴とするものである。
このアクティブ光ケーブルは、発光素子と光ファイバと第１光透過樹脂とを有する上記の光電変換モジュールと、受光素子と光ファイバと第２光透過樹脂とを有する上記の光電変換モジュールを含んでいる。つまり、本アクティブ光ケーブルは、光の送信と受信を行う一組の上記光電変換モジュールを含んでいる。このようなアクティブ光ケーブルでは、それぞれの光電変換モジュールにおいて光の損失を低減することができるため、効率の良い光通信を行うことができる。また、このようなアクティブ光ケーブルは、それぞれの光電変換モジュールにおいて光ファイバの端部の動きが抑制され、コアと受発光部との光の結合損失の増加を抑制できるため、安定した光通信を行うことができる。また、このようなアクティブ光ケーブルは、それぞれの光電変換モジュールが、低背化を実現することができるため、小型化を実現することができる。
以上のように、本発明によれば、光の損失が低減された光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルが提供される。
本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図である。 図１の光電変換モジュールの断面図である。 図２の光ファイバの端部及び光電変換素子の拡大図である。 光ファイバのクラッドの外径Ｄ１と光ファイバの長手方向に沿った光ファイバの端面と受発光部の中心位置との距離Ｄ２との比と、光ファイバと受発光部との間で生じる光の結合損失の増加量との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態のアクティブ光ケーブルを示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図である。 本発明の第２実施形態のアクティブ光ケーブルを示す平面図である。
以下、本発明に係る光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
＜光電変換モジュール＞
まず、本実施形態の光電変換モジュールについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図であり、図２は、図１の光電変換モジュールの断面図である。
図１、図２に示すように、本実施形態の光電変換モジュール１は、基板１０と、光電変換素子２０と、光ファイバ３０と、光透過樹脂４１と、固定樹脂４５とを主な構成として備える。
基板１０は、本実施形態ではプリント配線板であり、基板本体１１と、基板本体１１上に形成される端子１２及びランド１３，１４とを備える。基板本体１１は、ガラスエポキシやセラミック等の絶縁体から成る板状の部材である。また、端子１２及びランド１３，１４は、銅めっき等の導電体から成り、ランド１３は、光電変換素子２０の信号用の端子と接続されるためのランドであり、ランド１４は、光電変換素子２０のグランド端子と接続されるためのランドであり、端子１２は、外部の機器と接続される端子である。一方の端子１２とランド１３、及び他方の端子１２とランド１４とは、それぞれ図示しない配線や他の電子部品を介して互いに電気的に接続されている。
基板１０上には光電変換素子２０が固定されている。光電変換素子２０は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等から成る基体にＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）等から成る受発光部２５が設けられる素子で光半導体素子と呼ばれる場合がある。光電変換素子２０は、光信号から電気信号への変換を行う受光素子または電気信号から光信号への変換を行う発光素子とされる。光電変換素子２０はこのように受光や発光を行うため、光電変換素子２０の所定の面である素子面２１からは受発光部２５の受発光面２６が露出している。受発光部２５は光の受光または発光を行う。
光電変換素子２０が受光素子である例としては、フォトダイオード等を挙げることができ、この場合、受発光部２５は受光部とされ、素子面２１は受光素子面とされ、受光部は受光素子面から露出する。また、光電変換素子２０が発光素子である例としては、レーザーダイオード等を挙げることができ、この場合、受発光部２５は発光部とされ、素子面２１は発光素子面とされ、発光部は発光素子面から露出する。
なお、本実施形態では、光電変換素子２０は１つの受発光部２５を有している。また、光電変換素子２０は、素子面２１には信号用の端子２３が形成されており、素子面２１と反対側には図示せぬグランド端子が形成されている。端子２３と基板１０のランド１３とは、ワイヤ配線１５を介して電気的に接続され、図示せぬグランド端子と基板のランド１４とが電気的に接続されている。ワイヤ配線１５は、導電性の配線であり、例えば、金、アルミニウム、銅等の金属から成る。なお、本実施形態とは異なるが、グランド端子が素子面２１に形成される場合もあり、この場合当該グランド端子と電気的に接続されるランドがランド１３とは別に設けられ、当該グランド端子と当該ランドとがワイヤ配線等で電気的に接続される。
また、光電変換素子２０の素子面２１上には、光ファイバ３０が固定されている。光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１の外周面を囲むクラッド３２とクラッド３２の外周面を被覆する保護層３３とを有する。コア３１の屈折率はクラッド３２の屈折率よりも高くされる。このような光ファイバとしては、コア３１及びクラッド３２が石英から形成される石英系光ファイバや、コア３１及びクラッド３２がプラスチックから形成されるプラスチック光ファイバや、コアが石英から形成されクラッドがプラスチックから形成されるポリマークラッド光ファイバ等を挙げることができる。なお、保護層３３は、例えば光硬化樹脂等から形成される。
光ファイバ３０は、例えば、複数のモードの光を伝搬するマルチモードファイバとされる。クラッド３２の外径は特に限定されないが、例えば１２５μｍとされ、コア３１の直径は、マルチモードファイバの場合、例えば５０μｍとされる。なお、光ファイバ３０は、基本モードの光のみを伝搬するシングルモードファイバであっても良く、この場合、コア３１の直径は、例えば１０μｍとされる。
光ファイバ３０は、光電変換素子２０に固定される側の一方の端部において、保護層３３からクラッド３２が露出するように所定の長さ口出しされている。また、本実施形態では、光ファイバ３０の端面は長手方向に垂直とされる。図２に示すようにこの長さを口出し長Ｌとすると、口出し長Ｌは、例えば、１０μｍ以上１５ｍｍ以下とされることが好ましく、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とされることがより好ましい。クラッド３２が口出しされた光ファイバ３０の一方の端部は、クラッド３２の外周面が光電変換素子２０の素子面２１に接するように光電変換素子２０上に配置されている。また、光ファイバ３０は、素子面２１を平面視する場合に、光ファイバ３０のコア３１の中心軸が受発光部２５の中心を通り、少なくとも受発光面２６の中心が露出するように配置されている。
光ファイバ３０の一方の端部が光電変換素子２０上に配置された状態において、光ファイバ３０の保護層３３は、固定樹脂４５により基板１０に固定されている。固定樹脂４５は、硬質な樹脂であり、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂またはこれらを混合または合成した樹脂等の光硬化樹脂とされる。この固定樹脂４５により、光ファイバ３０の位置が動くことが抑制される。
また、光電変換素子２０上に配置された光ファイバ３０の一方の端部は、光透過樹脂４１で光電変換素子２０に固定されている。光透過樹脂４１は、光ファイバ３０を伝搬する光を透過する樹脂から構成される。このような樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂またはこれらを混合または合成した樹脂等の光硬化樹脂を挙げることができる。
なお、光透過樹脂４１は、固定樹脂４５よりも軟質であることが好ましい。仮に、光透過樹脂４１が固定樹脂４５よりも硬質である場合、光電変換モジュール１に振動等が加わり、固定樹脂が変形して光ファイバ３０の端部が動くと、当該端部の動きによる応力が光電変換素子２０にかかり、光電変換素子２０に損傷を与える懸念がある。しかし、上記のように光透過樹脂４１が固定樹脂４５よりも軟質であれば、固定樹脂４５が変形する場合に、当該変形により光ファイバ３０の端部が動くことがあっても、光ファイバ３０の端部の動きを光透過樹脂４１が吸収することができ、光電変換素子２０に損傷を与えることを抑制することができる。
次に、光ファイバ３０と受発光部２５との位置関係や、光透過樹脂４１の形状等について詳細に説明する。
図３は、図２に示す光ファイバ３０の端部及び光電変換素子２０の拡大図である。図３において破線で光軸を示すように、光ファイバ３０と受発光部２５との間を伝搬する光は、光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射して伝搬する。この光透過樹脂４１の表面の所定領域４２は、上記のように光を反射するよう、光ファイバ３０の端面におけるコア３１と所定の傾斜角度で対向し、かつ、受発光部２５と所定の傾斜角度で対向する。従って、この光透過樹脂４１の表面の所定領域４２は反射部と理解することができる。
また、光ファイバ３０のクラッドの外径をＤ１とすると、上記のようにクラッド３２の外周面が素子面２１に接触しているため、素子面２１から光ファイバ３０のコア３１の中心までの距離はＤ１／２となる。また、光ファイバ３０の長手方向に沿った光ファイバ３０の端面と受発光部２５の中心位置との距離をＤ２とする。この場合、本実施形態では、距離Ｄ１／２と距離Ｄ２とが等しくされている。このように、距離Ｄ１／２と距離Ｄ２とが等しくされているため、光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射して光ファイバ３０と受発光部２５との間を伝搬する光の光路長を最小とすることができる。
図４は、上記の外径Ｄ１と距離Ｄ２との比と、光ファイバ３０と受発光部２５との間で生じる光の結合損失の増加量の関係を示す図である。ここで、受発光部２５の受発光面２６に垂直な方向に対する光を反射する上記所定領域４２の角度をθとする。図４では、この角度θ毎に上記関係を示している。
図４に示すように、角度θが４５度の場合であって、Ｄ１／Ｄ２が０．５の場合に光の結合損失が最も小さくなっている。Ｄ１／Ｄ２が０．５ということは、光ファイバ３０の端面と受発光部２５の中心位置との光ファイバ３０の長手方向における距離Ｄ２が、素子面２１から光ファイバ３０のコア３１の中心までの距離Ｄ１／２と等しいことを意味する。また、角度θが４５度の場合であっても、光ファイバ３０の端面の位置が光ファイバ３０の長手方向に沿ってずれて、Ｄ１／Ｄ２が０．５からずれると、光の結合損失が大きくなる。ただし、角度θが４５度の場合にＤ１／Ｄ２が０．５から０．１程度ずれる場合であっても、光の結合損失の増加量は１ｄＢ未満と十分に小さい。このＤ１／Ｄ２が０．１程度ずれるということは、上記のようにクラッドの外径が１２５μｍである場合に、２０μｍ程度づれることになる。
また、θが４０度の場合、Ｄ１／Ｄ２が約０．６において、光の結合損失が最も小さく、上記の角度θが４５度でＤ１／Ｄ２が０．５の場合における光の結合損失との違いは、概ね０．７ｄＢである。ただし、Ｄ１／Ｄ２が０．５であっても、Ｄ１／Ｄ２が０．６の場合と光の結合損失は然程変わらない。また、Ｄ１／Ｄ２が０．５から０．１程度ずれる場合であっても、光の結合損失の増加量は１ｄＢ未満であり、光の結合損失は十分に抑えられる。また、θが５０度の場合、Ｄ１／Ｄ２が約０．３５において、光の結合損失が最も小さく、上記の角度θが４５度でＤ１／Ｄ２が０．５の場合における光の結合損失との違いは、概ね０．７ｄＢである。ただし、Ｄ１／Ｄ２が０．５であっても、Ｄ１／Ｄ２が０．３５の場合と光の結合損失は然程変わらない。また、Ｄ１／Ｄ２が０．５から０．１程度ずれる場合であっても、光の結合損失の増加量は１ｄＢ未満であり、光の結合損失は十分に抑えられる。つまり、θが４０度以上５０度以下であれば、Ｄ１／Ｄ２が０．５から０．１程度でずれる場合、すなわちＤ１／Ｄ２が０．４〜０．６程度であれば、光の結合損失を十分に小さく抑えられる。一方、図４から明らかなように、θが３５度や５５度の場合には、上記の角度θが４５度でＤ１／Ｄ２が０．５の場合における光の結合損失よりも５ｄＢ近く増加している。
なお、光透過樹脂４１を形成する例としては、光ファイバ３０の端部をクラッド３２が光電変換素子２０の素子面２１上に配置された状態で、光透過樹脂４１となる樹脂を滴下して硬化することが挙げられる。この際、滴下する樹脂の量や粘度等をコントロールすることで、θがコントロールされた光透過樹脂４１を形成することができる。
次に光電変換モジュール１の動作について説明する。
光電変換モジュール１の光電変換素子２０が発光素子の場合、光電変換モジュール１の端子１２に入力する電気信号に基づき、光電変換素子２０の端子２３に電気信号が入力し、受発光部２５から光が出射する。受発光部２５から出射する光は、光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射し、光ファイバ３０のコア３１に入射し、コア３１を一方の端部がから他方の端部に向かって伝搬する。
一方、光電変換モジュール１の光電変換素子２０が受光素子の場合、光ファイバ３０の一方の端部から光が出射すると、コア３１から出射する光は、光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射し、受発光部２５で受光される。受発光部２５で光が受光されると、光電変換素子２０の端子２３から電気信号が出力し、当該電気信号に基づく電気信号が光電変換モジュール１の端子１２から出力する。
以上説明したように、本実施形態の光電変換モジュール１は、光ファイバ３０の一方の端部におけるクラッド３２の外周面が光電変換素子２０における受発光部２５が露出する素子面２１に接触している。従って、光ファイバ３０と光電変換素子２０とが離間している場合と比べて、光透過樹脂４１内における光ファイバ３０のコア３１と受発光部２５との間の光路の長さを短くすることができる。従って、光ファイバ３０のコア３１と光電変換素子２０の受発光部２５とにおける光の結合損失を抑えることができるので、本実施形態の光電変換モジュール１によれば、光の損失を低減することができる。
また、光ファイバ３０の一方の端部におけるクラッド３２の外周面が素子面２１に接触しているため、光ファイバ３０と光電変換素子２０とが離間している場合と比べて、光ファイバ３０の端部が動きづらく、特に素子面２１に垂直な方向に光ファイバ３０の端部が動くことが抑制される。光ファイバ３０の端部が動くことは、コア３１と受発光部２５とにおける光の結合損失の増加につながり易く、特に素子面２１に垂直な方向に光ファイバ３０が動くことは光の結合損失がより増加する懸念がある。また、高温環境下では光透過樹脂の粘度が低下する傾向があるため光ファイバの端部の動きによる光の結合損失がより増加し易い。しかし、本実施形態の光電変換モジュール１では光ファイバ３０の端部が上記のように動きづらいため、受発光面２６と光ファイバ３０のコア３１との光学的結合が安定し、光の結合損失の増加を抑制することができる。
また、光ファイバ３０の一方の端部におけるクラッド３２の外周面が光電変換素子２０の素子面２１に接触しているので、光電変換モジュール１は、光ファイバ３０と光電変換素子２０とが離間している場合と比べて、低背化を実現することができる。
＜アクティブ光ケーブル＞
次に、本実施形態のアクティブ光ケーブルについて説明する。
図５は、本実施形態のアクティブ光ケーブルを示す平面図である。図５に示すように、本実施形態のアクティブ光ケーブルＡＣ１は光電変換モジュール１Ａと光電変換モジュール１Ｂとを備える。これら光電変換モジュール１Ａと光電変換モジュール１Ｂとは、共通の光ファイバ３０を用いている。
光電変換モジュール１Ａは、上記の光電変換モジュール１の光電変換素子２０が発光素子２０Ａとされるモジュールである。つまり、光電変換モジュール１Ａは、発光モジュールとされる。
発光素子２０Ａは、光電変換モジュール１の光電変換素子２０の受発光部２５に相当する発光部２５Ａを有し、光電変換モジュール１の素子面２１は発光素子２０Ａの発光素子面２１Ａに対応する。光ファイバ３０の一方の端部は、発光素子２０Ａに固定されている。具体的には、光ファイバ３０の一方の端部が光電変換モジュール１の光ファイバ３０の一方の端部と同様に口出しされている。そして、口出しされた一方の端部におけるクラッド３２の外周面が発光素子２０Ａの発光素子面２１Ａに接触して、当該一方の端部は、光電変換モジュール１の光ファイバ３０の一方の端部が光透過樹脂４１により光電変換素子２０に固定されるのと同様にして、光電変換モジュール１の光透過樹脂４１と同様の構成とされる第１光透過樹脂４１Ａにより固定されている。
また、光電変換モジュール１Ｂは、上記の光電変換モジュール１の光電変換素子２０が受光素子２０Ｂとされるモジュールである。つまり、光電変換モジュール１Ｂは、受光モジュールとされる。
受光素子２０Ｂは、光電変換モジュール１の光電変換素子２０の受発光部２５に相当する受光部２５Ｂを有し、光電変換モジュール１の素子面２１は受光素子２０Ｂの受光素子面と２１Ｂに対応する。光ファイバ３０の他方の端部は、受光素子２０Ｂに固定されている。具体的には、光ファイバ３０の他方の端部が光電変換モジュール１の光ファイバ３０の一方の端部と同様に口出しされている。そして、口出しされた他方の端部におけるクラッド３２の外周面が受光素子２０Ｂの受光素子面２１Ｂに接触して、当該他方の端部は、光電変換モジュール１の光ファイバ３０の一方の端部が光透過樹脂４１により光電変換素子２０に固定されるのと同様にして、光電変換モジュール１の光透過樹脂４１と同様の構成とされる第２光透過樹脂４１Ｂにより固定されている。
上記構成のアクティブ光ケーブルＡＣ１では、光電変換モジュール１Ａの端子１２に入力する電気信号に基づき、発光素子２０Ａの端子２３に電気信号が入力し、発光部２５Ａから光が出射する。発光部２５Ａから出射する光は、第１光透過樹脂４１Ａの表面の所定領域で反射し、光ファイバ３０のコア３１に入射する。そして、光は光ファイバ３０の一方の端部から他方の端部に向かってコア３１を伝搬する。他方の端部におけるコア３１から出射する光は、第２光透過樹脂４１Ｂの表面の所定領域で反射し、受光部２５Ｂで受光される。受光部２５Ｂで光が受光されると、受光素子２０Ｂの端子から電気信号が出力し、当該電気信号に基づく電気信号が光電変換モジュール１Ｂの端子１２から出力する。
以上説明したように、このようなアクティブ光ケーブルＡＣ１では、それぞれの光電変換モジュール１Ａ，１Ｂにおいて、光電変換モジュール１と同様に光の損失を低減することができる。従って、効率の良い光通信を行うことができる。また、このようなアクティブ光ケーブルＡＣ１は、それぞれの光電変換モジュール１Ａ，１Ｂにおいて光ファイバ３０の端部の動きが、光電変換モジュール１と同様に抑制され、光ファイバ３０のコア３１と光電変換素子２０の受発光部２５とにおける光の結合損失の増加を抑制できるため、安定した光通信を行うことができる。また、このようなアクティブ光ケーブルＡＣ１は、それぞれの光電変換モジュール１Ａ，１Ｂが、光電変換モジュール１と同様に低背化を実現することができるため、小型化を実現することができる。
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図６、図７を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
＜光電変換モジュール＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図である。
本実施形態の光電変換モジュール２は、第１実施形態の光電変換素子２０の代わりに光電変換素子２２が用いられ、第１実施形態の光ファイバ３０の代わりに多芯光ファイバ３５が用いられる点において、第１実施形態の光電変換モジュール１と異なる。
光電変換素子２２は、第１実施形態の受発光部２５と同様の受発光部２５を複数備え、受発光部２５の数に基づいた数の端子２３を備える点において第１実施形態の光電変換素子２０と異なる。それぞれの端子２３は、基板１０に設けられる端子２３の数に対応した数設けられるそれぞれのランド１３とワイヤ配線１５により電気的に接続される。なお、本実施形態の基板１０には、ランド１３に対応した数の端子１２が設けられている。
多芯光ファイバ３５は、第１実施形態と同様の光ファイバ３０を複数備え、複数の光ファイバ３０は、平面状に並べられて被覆樹脂３６で一体に纏められている。多芯光ファイバ３５の一方の端部において、それぞれの光ファイバ３０は、被覆樹脂３６及び保護層３３から第１実施形態の光ファイバ３０と同様に口出しされている。この口出しの長さを口出し長とすると、口出し長は、例えば、１０μｍ以上１５ｍｍ以下とされることが好ましく、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とされることがより好ましい。
口出しされたそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部は、第１実施形態の光ファイバ３０の一方の端部が光電変換素子２０の素子面２１上に配置されるのと同様にして、光電変換素子２２の素子面２１上に配置されている。配置されたそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部は、それぞれの受発光部２５と一対一に対応しており、各光ファイバ３０のそれぞれのコア３１の中心線が、各受発光部２５の中心と概ね重なるように位置される。
光電変換素子２２上にそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部が配置された状態で、それぞれの光ファイバ３０の一方の端部は、第１実施形態の光ファイバ３０の一方の端部が光透過樹脂４１で固定されるのと同様にして、各光ファイバ３０と一対一に配置され互いに離間する複数の光透過樹脂４１により、光電変換素子２２に固定されている。
なお、多芯光ファイバ３５は被覆樹脂３６が固定樹脂４５により基板１０に固定されている。
ところで、多芯光ファイバ３５をファイバカッターで切断すると、それぞれの光ファイバ３０の端面の位置が、ピーク・ツー・ピークで光ファイバ３０の長手方向に２０μｍ程度ずれる場合がある。ここで、クラッド３２の外径が一般的な１２５μｍである場合、上記のように、２０μｍのずれは、上記のＤ１／Ｄ２が±０．１ずれることに相当する。また、上記のように、光透過樹脂４１の光が反射する表面の所定領域の角度θが、光電変換素子面に垂直な線に対し４０度以上５０度以下であれば、Ｄ１／Ｄ２が±０．５から±０．１程度ずれる場合であってもコア３１と受発光部２５との光の結合損失を十分に小さく抑えられる。従って、それぞれの光透過樹脂４１の所定領域の傾き角度θが、光電変換素子面に垂直な線に対し４０度以上５０度以下とされることで、上記のようにそれぞれの光ファイバ３０の端面の位置が、光ファイバ３０の長手方向に２０μｍ程度ずれても、コア３１と受発光部２５との光の結合損失の増加を抑制することができる。なお、このように光ファイバ３０の端面の位置が光ファイバ３０の長手方向にずれる場合、端面のずれに合わせて、それぞれの光透過樹脂４１の位置を光ファイバ３０の長手方向にずらすことが好ましい。
このような光電変換モジュール２では、光電変換素子２２が発光素子の場合、光電変換モジュール２の端子１２に入力する電気信号に基づき、第１実施形態の光電変換モジュール１と同様にして、それぞれの受発光部２５から光が出射する。それぞれの受発光部２５から出射する光は、それぞれの光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射し、それぞれの光ファイバ３０のコア３１に入射し、それぞれのコア３１を一方の端部から他方の端部に向かって伝搬する。
一方、光電変換モジュール２の光電変換素子２０が受光素子の場合、それぞれの光ファイバ３０の一方の端部から光が出射すると、それぞれのコア３１から出射する光は、それぞれの光透過樹脂４１の表面の所定領域４２で反射し、それぞれの受発光部２５で受光される。それぞれの受発光部２５で光が受光されると、第１実施形態の光電変換モジュール１と同様にして、電気信号が光電変換モジュール１の端子１２から出力する。
以上説明したように本実施形態の光電変換モジュール２では、多芯光ファイバ３５が用いられる場合であっても、それぞれの光ファイバ３０のクラッド３２の外周面が素子面２１に接触し、それぞれの光透過樹脂４１がそれぞれの光ファイバ３０のコア３１とそれぞれの受発光部２５とを個別に光学的に接続する。従って、この光電変換モジュール２では、多芯光ファイバ３５を用いつつ光の損失を低減することができる。また、この光電変換モジュール２によれば、第１実施形態の光ファイバ３０の端部の動きが抑制されることと同様にそれぞれの光ファイバ３０の端部の動きが抑制される。従って、光ファイバ３０のコア３１と光電変換素子２０の受発光部２５とにおける光の結合損失の増加を抑制でき、また、第１実施形態の光電変換モジュール１と同様に低背化を実現することができる。
＜アクティブ光ケーブル＞
次に、本実施形態のアクティブ光ケーブルについて説明する。
図７は、本実施形態のアクティブ光ケーブルを示す平面図である。図７に示すように、本実施形態のアクティブ光ケーブルＡＣ２は光電変換モジュール２Ａと光電変換モジュール２Ｂとを備える。これら光電変換モジュール２Ａと光電変換モジュール２Ｂとは、共通の多芯光ファイバ３５を用いている。
光電変換モジュール２Ａは、上記の光電変換モジュール２の光電変換素子２２が発光素子２２Ａとされるモジュールである。つまり、光電変換モジュール２Ａは、発光モジュールとされる。
発光素子２２Ａは、光電変換モジュール２の光電変換素子２２の複数の受発光部２５に相当する複数の発光部２５Ａを有し、光電変換モジュール２の素子面２１は発光素子２２Ａの発光素子面２１Ａに対応する。また、それぞれの光ファイバ３０の一方の端部は、発光素子２２Ａに固定されている。具体的には、それぞれの光ファイバ３０の一方の端部が光電変換モジュール２のそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部と同様に口出しされている。そして、口出しされたそれぞれの一方の端部におけるクラッド３２の外周面が発光素子２２Ａの発光素子面２１Ａに接触して、当該一方の端部は、光電変換モジュール２のそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部がそれぞれの光透過樹脂４１により光電変換素子２２に固定されるのと同様にした状態で、光電変換モジュール２の複数の光透過樹脂４１と同様の構成とされる複数の第１光透過樹脂４１Ａにより固定されている。
また、光電変換モジュール２Ｂは、上記の光電変換モジュール２の光電変換素子２２が受光素子２２Ｂとされるモジュールである。つまり、光電変換モジュール２Ｂは、受光モジュールとされる。
受光素子２２Ｂは、光電変換モジュール２の光電変換素子２２の複数の受発光部２５に相当する複数の受光部２５Ｂを有し、光電変換モジュール２の素子面２１は受光素子２２Ｂの受光素子面２１Ｂに対応する。また、それぞれの光ファイバ３０の他方の端部は、受光素子２２Ｂに固定されている。具体的には、それぞれの光ファイバ３０の他方の端部が光電変換モジュール２のそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部と同様に口出しされている。そして、口出しされたそれぞれの他方の端部におけるクラッド３２の外周面が受光素子２２Ｂの受光素子面２１Ｂに接触して、当該他方の端部は、光電変換モジュール２のそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部がそれぞれの光透過樹脂４１により光電変換素子２０に固定されるのと同様にして、光電変換モジュール１の複数の光透過樹脂４１と同様の構成とされる複数の第２光透過樹脂４１Ｂにより固定されている。
上記構成のアクティブ光ケーブルＡＣ２では、光電変換モジュール２Ａの端子１２に入力する電気信号に基づき、第１実施形態のアクティブ光ケーブルＡＣ１と同様にして、それぞれの発光部２５Ａから光が出射する。それぞれの発光部２５Ａから出射するそれぞれの光は、それぞれの第１光透過樹脂４１Ａの表面の所定領域４２で反射し、それぞれの光ファイバ３０のコア３１に入射する。そして、それぞれの光はそれぞれの光ファイバ３０の一方の端部から他方の端部に向かってコア３１を伝搬する。他方の端部におけるそれぞれのコア３１から出射する光は、それぞれの第２光透過樹脂４１Ｂの表面の所定領域４２で反射し、それぞれの受光部２５Ｂで受光される。それぞれの受光部２５Ｂで光が受光されると、第１実施形態のアクティブ光ケーブルＡＣ１と同様にして、電気信号が光電変換モジュール２Ｂの端子１２から出力する。
以上説明したように、このようなアクティブ光ケーブルＡＣ１では、それぞれの光電変換モジュール１Ａ，１Ｂにおいて、それぞれの光ファイバ３０とそれぞれの発光素子２２Ａやそれぞれの受光素子２２Ｂとの間において、光電変換モジュール２と同様に光の損失を低減することができる。従って、効率の良い光通信を行うことができる。また、このようなアクティブ光ケーブルＡＣ２は、それぞれの光電変換モジュール２Ａ，２Ｂにおいてそれぞれの光ファイバ３０の端部の動きが光電変換モジュール２と同様に抑制され、コア３１と受発光部２５とにおける光の結合損失の増加を抑制できる。従って、安定した光通信を行うことができる。また、アクティブ光ケーブルＡＣ２は、それぞれの光電変換モジュール１Ａ，１Ｂが、光電変換モジュール２と同様に低背化を実現することができるため、小型化を実現することができる。
以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、上記第２実施形態で、それぞれの光ファイバ３０は、保護層３３を有し、保護層３３が被覆樹脂３６で被覆されていたが、保護層３３は必須の構成では無い。
また、第２実施形態では、光電変換素子２２が複数の受光部２５Ｂを有する形態とされた。しかし、受発光部が複数である形態は第２実施形態に限らない。このような形態としては、例えば、光電変換モジュールが第１実施形態と同様の光電変換素子２０を複数備える形態を挙げることができる。この場合、第２実施形態と同様に複数の光透過樹脂４１を備え、光透過樹脂４１のそれぞれが、それぞれの光ファイバ３０の一方の端部をそれぞれの光電変換素子２０に個別に固定すると共に、表面の所定領域４２で光を反射してそれぞれの光ファイバ３０のコア３１とそれぞれの受発光部２５とを個別に光学的に結合するようにすればよい。また、第２実施形態の多芯光ファイバ３５が備える光ファイバ３０の数は上記実施形態と異なっていても良い。
以上説明したように、本発明によれば、光の損失が低減された光電変換モジュール、及び、アクティブ光ケーブルが提供され、自動車用、家電用、その他の分野における部品等として利用することができる。
１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，２Ｂ・・・光電変換モジュール
１０・・・基板
１５・・・ワイヤ配線
２０，２２・・・光電変換素子
２０Ａ，２２Ａ・・・発光素子
２０Ｂ，２２Ｂ・・・受光素子
２１・・・素子面
２１Ａ・・・発光素子面
２１Ｂ・・・受光素子面
２５・・・受発光部
２５Ａ・・・発光部
２５Ｂ・・・受光部
２６・・・受発光面
３０・・・光ファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３３・・・保護層
３５・・・多芯光ファイバ
３６・・・被覆樹脂
４１・・・光透過樹脂
４１Ａ・・・第１光透過樹脂
４１Ｂ・・・第２光透過樹脂
ＡＣ１，ＡＣ２・・・アクティブ光ケーブル

Claims (5)

  1. 光の受光または発光を行う受発光部を有する光電変換素子と、
    前記光電変換素子に一方の端部が固定される光ファイバと、
    前記光ファイバの前記一方の端部と前記光電変換素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記受発光部とを光学的に結合する光透過樹脂と、
    を備え、
    前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記光電変換素子における前記受発光部が露出する素子面に接触している
    ことを特徴とする光電変換モジュール。
  2. 前記光ファイバの端面と前記受発光部の中心位置との前記光ファイバの長手方向における距離が、前記素子面から前記コアの中心までの距離と等しくされる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
  3. 前記光透過樹脂の前記光を反射する前記表面の所定領域は、前記受発光部に垂直な方向に対して４０度以上５０度以下の傾きとされる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
  4. 前記受発光部が複数とされると共に、前記光ファイバ及び前記光透過樹脂をそれぞれ複数備え、
    複数の前記光ファイバは、被覆樹脂で纏められると共に、前記一方の端部において前記クラッドが露出するよう前記被覆樹脂から所定の長さ口出しされ、
    それぞれの前記光透過樹脂は、それぞれの前記光ファイバの前記一方の端部を前記光電変換素子に個別に固定すると共に、表面の所定領域で光を反射してそれぞれの前記光ファイバのコアとそれぞれの前記受発光部とを個別に光学的に結合し、
    それぞれの前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記素子面に接触している
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換モジュール。
  5. 光を発光する発光部を有する発光素子と、
    光を受光する受光部を有する受光素子と、
    前記発光素子に一方の端部が固定され、前記受光素子に他方の端部が固定される光ファイバと、
    前記光ファイバの前記一方の端部と前記発光素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記発光部とを光学的に結合する第１光透過樹脂と、
    前記光ファイバの前記他方の端部と前記受光素子とを固定すると共に、表面の所定領域で光を反射して前記光ファイバのコアと前記受光部とを光学的に結合する第２光透過樹脂と、
    を備え、
    前記光ファイバの前記一方の端部におけるクラッドの外周面は、前記発光素子の前記発光部が露出する発光素子面に接触し、前記光ファイバの前記他方の端部におけるクラッドの外周面は、前記受光素子の前記受光部が露出する受光素子面に接触している
    ことを特徴とするアクティブ光ケーブル。


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