JP3779049B2

JP3779049B2 - 光モジュールとその製造方法、並びに、光学的反射部材とその位置決め方法及び装置

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Publication number: JP3779049B2
Application number: JP32464597A
Authority: JP
Inventors: 豊森山; 宗作澤田; 誠司熊谷
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: JPH10213724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信において使用される、受光素子、発光素子等の半導体素子が内蔵された光モジュールに関し、特に、光ファイバと該半導体素子間を光学的にかつ高精度に結合させる構造を備えた光モジュール及びその製造方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
信号光の伝送媒体である光ファイバと、受光素子、発光素子等の半導体素子とが光学的に結合された従来の光モジュールでは、係る半導体素子とともに、該光ファイバ端面と半導体素子間の光路中に配置された集光レンズや平面反射面をも透明樹脂で一体的に封止することにより、該光ファイバと半導体素子との光学的な結合状態を維持する構造が一般的に採用されている。なお、従来の光モジュールとしては、例えば特開昭６３−０９０８６６号公報に、信号光の伝送媒体である光ファイバ端面から出射され集光レンズを介して到達した光を平面反射面で反射させて受光素子の受光面に入射させる構造の光受信モジュールが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光モジュールでは、受光素子等の半導体素子とともに集光レンズ及び平面反射鏡を透明樹脂で一体的に封止した構造が採用されているが、このような構造では集光レンズと平面反射鏡及び半導体素子の光軸合わせを実現する必要があり、封止樹脂の外形に対して十分に高い精度で半導体素子の位置を設定した上で樹脂封止しなければならない。しかしながら、このような半導体素子の位置決め精度の向上を図ることは極めて困難であり、光通信分野に適用される光モジュールの製造には適さないという課題があった。
【０００４】
加えて、従来の光モジュールでは、比較的高精度が要求されない分野、例えば受光素子に入射する光束が比較的広くかつ受光素子の受光面積が大きくとも許容される分野では適用可能であったが、光通信分野での適用に際しては、光ファイバのコア径が僅か数μｍ程度しかなく、かつ受光素子の受光面積も数百μｍ平方程度しか確保できないため、極めて高い調芯精度が要求される。したがって、従来の技術を適用して光通信用の光モジュールを製造した場合、十分な調芯精度が得られないために光ファイバと半導体素子間の光結合効率が低下したり、仕様不適合となって生産性の向上を阻害する等の弊害を引き起こす可能性があった。
【０００５】
また近年、光ファイバ通信の通信速度は、ギガヘルツ帯の通信速度に及ぶに至り、より高い調芯精度が得られる光モジュールの開発が要請されている。
【０００６】
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバと半導体素子間の高い光学的結合効率を維持しながら従来よりもはるかに調芯調整が容易な構造を備え、部品点数の低減化等が実現可能な光モジュール及びその製造方法を提供するとともに、該光モジュールに適用される特殊形状の構成部品、該構成部品の位置決め方法及び位置決め装置をそれぞれ提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光モジュールは、半導体素子を収納し、該半導体素子を搭載する搭載面を有するハウジングと、ハウジングの側壁から所定方向に伸び、光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを収納した状態で支持するスリーブと、ハウジングに収納され、光ファイバと半導体素子とを光学的に結合する部材であって、曲面形状の反射面を有する光学的反射部材とを備える。ここで、上記半導体素子には、少なくとも発光素子と受光素子が含まれる。よって、当該光モジュールには、発光素子が搭載され、該発光素子の発光面と光ファイバの光入射端面とが光学的に結合された光送信モジュールと、受光素子が搭載され、該受光素子の受光面と光ファイバの光出射端面とが光学的に結合された光受信モジュールとが含まれる。
【０００８】
特に、上記光学的反射部材の反射面は、仮想的に定義される回転楕円体の一部形状に一致する凹面形状であることが好ましい。また、このような特殊形状の反射面を有する光学的反射部材は、高い調芯精度を得るため、該回転楕円体の第１焦点に光ファイバのコア出射端面が一致するとともに、該回転楕円体の第２焦点に上記半導体素子の主面（発光素子における発光面あるいは受光素子における受光面）とが一致するよう、ハウジング内の所定位置に設置される。
【０００９】
この構成により、当該光モジュールが光受信モジュールである場合、光ファイバの光出射端面から信号光束が所定の広がり角で出射されても、該光出射端面が上記第１の焦点に一致している限り、上記反射面の何れかの部分で反射されて常に受光素子の受光面に到達して受光される。逆に、当該光モジュールが光送信モジュールである場合、発光素子の発光面から所定の広がり角で出射された光も上記反射面の作用により光ファイバの光入射端面に到達する。なお、上記コア端面を含む光ファイバの端面は、該光ファイバの光軸に対して所定角度傾いている。
【００１０】
また、上記光学的反射部材は、樹脂成型部材、ガラス成型部材、金属材を切削加工することにより形成された金属部材のいずれであってもよいが、何れの場合も、その反射面は金属材料によりコートされる。
【００１１】
さらに、この発明に係る光モジュールは、光通信分野にも適用可能な光学部品であるため、当該光モジュールに適用される光学的反射部材には、高精度の位置決めを可能にする種々の構造を備えている。
【００１２】
すなわち、この発明に係る光学的反射部材は、上記ハウジングの搭載面と向かい合うべき下面と、この下面と対向する上面と、上面から下面に向かって伸びた１又は２以上の凹み（係合溝）を備える。特に、この凹みは当該光学的反射部材を高精度に位置決めするために重要な機能を有し、この凹みが２つ設けられた場合にはピンセットで挟むことができ、当該光学的反射部材の取扱いを容易するという効果が得られる。
【００１３】
また、上記凹みの形状は、該凹みの開口部の面積よりも該凹みの底面の面積が小さくなるようテーパー状の側面によって定義される。さらに、当該光学的反射部材は、下面がハウジングの搭載面から所定距離離間するよう、該下面から該搭載面に向って伸びた複数の突起を備えるのが好ましい。この構成によりハウジングの搭載面と下面との接着面積を減少させることができ、当該光学的反射部材とハウジングとの相対的な位置関係を容易に調整することができる（当該光学的反射部材の位置決め工程）。
【００１４】
当該光学的反射部材の具体的な位置決めは、以下のステップを順次実行することにより行われる。すなわち、ハウジング（搭載面にはすでに半導体素子が搭載されている）のスリーブ内に、光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを挿入し、光学的反射部材を、凹面形状の反射面で半導体素子を覆った状態で、接着機能を有する樹脂が付着された該光学的反射部材の所定部位が、該樹脂を介してハウジングの搭載面と当接するよう、該ハウジング内に設置し、光ファイバから出力される信号光強度をモニタリングしながら（光送信モジュールの場合）、あるいは半導体素子から出力される電気信号をモニタリングしながら（光受信モジュールの場合）、ハウジングと光学的反射部材との相対的な位置関係を調整する。
【００１５】
なお、このように位置決めされた光学的反射部材とハウジングとは、該部材とハウジングの搭載面との間にある樹脂を硬化させることにより接着される。また、この光学的反射部材の位置決め工程では、フェルールの位置決めは行われないため、該フェルールは、その先端に所定の補助部材が装着された状態で、スリーブ内の所定位置に設置される。
【００１６】
以上のような光学的反射部材の位置決めを行う位置決め装置は、ハウジングを所定位置に設置する支持台と、光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを支持する支持機構と、当該光学的反射部材をハウジングの搭載面に圧し当て、該光学的反射部材との相対的な位置関係を固定する構造を有する固定部材（カンチレバー）と、ハウジングと光学的反射部材との相対的な位置関係を調整する駆動機構と、を備える。
【００１７】
ここで、光学的反射部材は、反射面で半導体素子を覆った状態で、接着機能を有する樹脂が付着された該光学的反射部材の所定部位が、該樹脂を介して前記ハウジングの搭載面と当接するよう、該ハウジング内に設置されている。また、上記駆動機構は、ハウジングが設置された支持台を、第１の基準軸（Ｘ軸）に沿って移動させるＸステージと、該支持台を第１の基準軸と直交する第２の基準軸（Ｙ軸）に沿って移動させるＹステージと、そして、該支持台を第１及び第２の基準軸と直交する第３の基準軸（Ｚ軸）を中心に回転させるθステージとを備える。
【００１８】
さらに、上記カンチレバーの先端には、光学的反射部材の上面に設けられた凹みに挿入されるべきテーパー形状の突起が設けられており、この突起が光学的反射部材の凹みに係合させることにより該光学的反射部材を固定している。
【００１９】
次に、この発明に係る光モジュールの製造方法において、フェルールのスリーブへの取付けは、該光学的反射部材の位置決め及び接着固定作業が完了した後に、以下のように行われる。まず、側面の所定部位に紫外線硬化樹脂が塗布されたフェルールは、複数の貫通孔が設けられたスリーブ内に挿入された状態で調芯作業が行われる。その後、該フェルールの側面と該スリーブの内壁との隙間に紫外線を照射することにより、該スリーブの内壁と該フェルールの側面とが接着される（仮止工程）。続いて、スリーブの貫通孔のうち一部の貫通孔に二液混合型エポキシ樹脂を注入し残りの貫通孔に一液型エポキシ樹脂を注入し、常温にて該二液混合型エポキシ樹脂を硬化させることにより、該一部の貫通孔から露出している該フェルールの側面と該スリーブとが接着される。最後に、残りの貫通孔に注入された一液型エポキシ樹脂を加熱し、該一液型エポキシ樹脂を硬化させることにより、該残りの貫通孔から露出している該フェルールの側面と該スリーブとが接着される。
【００２０】
以上の工程を経たフェルールとスリーブとは、少なくとも硬化課程の異なる３種類の接着剤によって固定されており、接着工程中の位置ずれを効果的に抑える効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光モジュール及びその製造方法等の各実施形態を図１〜図１２を参照しながら説明する。なお、各図において、同一部分には同一の番号を付して重複する説明は省略する。また、当該光モジュールは、半導体受光素子が適用された光受信モジュールと半導体発光素子が適用された光送信モジュールとを含むが、これら各モジュールは適用される半導体素子の種類を除いて基本的な構成は同じでるため、以下この明細書では光受信モジュールについてのみ説明する。
【００２２】
図１は、この発明に係る光受信モジュールの概略構造を説明するための組み立て工程図であり、図２は、図１の組み立て工程を経て得られた、この発明に係る光受信モジュールの外観を示す斜視図である。
【００２３】
この発明に係る光受信モジュールは、図１に示されたように、半導体素子として受光素子を収納し、該半導体素子を搭載する搭載面を有するハウジング２を備えている。このハウジング２の側壁にはフェルール２６を収納した状態で支持するスリーブ２２が設けられている。また、該ハウジング２の底部には絶縁部材３１によって複数のリード端子を備えている。
【００２４】
さらに、上記光学的反射部材１２とハウジング２の底部（受光素子の搭載面）とは所定の接着剤により接着され、ハウジング２の開口部分と蓋２０も所定の接着剤により接着される。また、フェルール２６もスリーブ２２内に挿入された状態で接着固定されている。なお、スリーブ２２には、図１に示されたように、フェルール接着用の複数の貫通孔２２０が該スリーブ２２の伸びる方向に沿って複数列設けられている。
【００２５】
次に、この発明に係る光受信モジュールの内部構造について説明する。図３は、図２の光モジュールの内部構造を示す断面図であって、（ａ）は図２中のI−I線に沿って示された断面図、（ｂ）は図２中のII−II線に沿って示された断面図、（ｃ）は図２中のIII−III線に沿って示された断面図である。また、図４は、この発明に係る光学的反射部材の構造を示す斜視図である。
【００２６】
これら図３（ａ）〜（ｃ）に示された各断面図において、樹脂成型された矩形状のハウジング２の内側底面４ａには、ＰＩＮフォトダイオード等の受光素子６とその受光素子６から出力される電気信号を増幅するための前置増幅回路８が、共に半導体チップ（ベアチップ）の状態で固着されている。ハウジング２の底面には、受光素子６及び前置増幅回路８へ電源を供給するための電源供給用リード端子１０ａ、１０ｂ、前置増幅回路８の出力信号を外部へ出力するための信号出力用リード端子、グランド用リード端子１０ｃ、１０ｄ等の複数のリード端子が設けられ、これらのリード端子と受光素子６及び前置増幅回路８間がワイヤーボンディングにて配線されている。複数のリード端子のうち、特に電源供給用リード端子１０ａ、１０ｂやグランド用リード端子１０ｃ、１０ｄやは幅広に形成されており、インピーダンス及びインダクタンスの低減等を図ることにより、高周波特性の劣化や高周波発振等の不安定動作の発生を未然に防止している。
【００２７】
ハウジング２の側壁にはフランジ２３１によって定義される所定内径の光入射窓１６が形成され、ハウジング２の内側端面に固着された透明の部材１８（例えばサファイヤ窓）にて光入射窓１６が覆われている。また、ハウジング２の外側端面には、光入射窓１６に対応した筒状のスリーブ２２が取り付けられ、このスリーブ２２内に、光ファイバ２４の先端に取り付けられたフェルール２６が挿入されている。
【００２８】
受光素子６及び前置増幅回路８の上方には、図４に示されたように、樹脂成型された略矩形状の光学的反射部材１２が設置され、その四隅に設けられた下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがハウジング２の他の内側底面４ｂ（搭載面に含まれる）に接着剤等で固着されている。なお、この光学的反射部材１２の上面には、ピンセット等による取扱いを可能にし、該光学的反射部材１２自身の位置決めに寄与する２つの係合溝１２０ａ、１２０ｂが設けられている。
【００２９】
光学的反射部材１２の受光素子６に対向する面には、回転楕円体の一部形状に一致した凹面形状の反射面１４が形成されている。そして、この光学的反射部材１２は、回転楕円体の一方の焦点Ａに受光素子６の受光面が一致し、他の焦点Ｂにフェルール２６に受容された光ファイバ２４の光出射端面（コア端面を含む）が一致するよう配置される（図５（ｂ）参照）。
【００３０】
そして、ハウジング２の上端開口は、蓋２０により塞がれ、これにより、該ハウジング２の内部は上記光学的反射部材１２が所定位置に固定された状態で機密封止される。
【００３１】
ここで、光学的反射部材１２の反射面１４と受光素子６及び光ファイバ２４の光出射端面との位置決めは、例えば、次のようにして行われている。ハウジング２とは別個に形成された光学的反射部材１２を該ハウジング２の内部に挿入し、回転楕円体の一方の焦点Ａに受光素子６の受光面を一致させ、他の焦点Ｂに光ファイバ２４におけるコアの光出射端面を一致させるようにして、相互の位置を調整した上で光学的反射部材１２をハウジング２の内側底端面４ｂに接着剤等で固着することにより、位置決めが行われている。なお、この位置決め工程では、光学的反射部材１２をハウジング２内に搭載した後であっても、フェルール２６に受納された光ファイバ２４の光出射端面の位置を光軸Ｐの方向に微調整することにより、光ファイバ２４の光出射端面を焦点Ｂと一致せることが可能となっている。
【００３２】
係る構造を有する光受信モジュールにおいて、焦点Ｂに一致した光ファイバ２４の光出射端面より所定の広がり角で出射される信号光束ｈνは、光入射孔１６及び窓部材１８を通過して反射面１４に到達する。そして、反射面１４で反射されてた信号光束ｈνは集光され受光素子６の受光面に到達する。ここで、受光素子６の受光面が焦点Ａに、光ファイバ２４の出射端面が焦点Ｂに一致しているので、光出射端面から出射される信号光束ｈνの出射方向が様々に異なって反射面１４での反射位置が異なったとしても、常に受光素子６の受光面に到達する。したがって、本質的に精度の高い調芯機構が実現され、また光ファイバ２４の光出射端面の向きの調整が容易な調芯機構が実現されている。
【００３３】
また、光ファイバ２４の光出射端面は、その端面での反射光が同一光軸上に戻らないようにするために、図５（ａ）に示されたように、光軸Ｐに対して所定角度ψ₁（例えば、ψ₁＝８°）だけ斜め研磨されている。この斜カットされた光出射端面から出射される信号光束ｈνは光ファイバ２４の光軸Ｐに対して研磨角度ψ₁の１／２の角度ψ₂（例えば、ψ₂＝４°）で曲げられる。このため、光ファイバ２４の光出射端面が光軸Ｐに対して回転した場合、回転依存性のために、信号光束ｈνは回転方向θにおける何れの方向へ出射するかが不確定となる。かかる場合には、従来の平面反射鏡にて光束を反射させる構造を有する光受信モジュールでは、出射光束が受光素子の受光面からずれて光結合効率の低下を招来したり、また極めて高精度の微調整が必要になる等の問題を招来するが、この実施形態に係る光受信モジュールは、図５（ｂ）に示されたように、光ファイバ２４の光出射端面が焦点Ｂに一致している限り、出射光束ｈνの出射方向が様々に異なったとしても、反射面１４の何れかの位置で反射されて常に焦点Ａに位置する受光素子６の受光面に到達するので、上述の回転依存性の影響を無視することができ、光ファイバ２４の回転方向θの調整が不要となる。
【００３４】
また、光学的反射部材１２は、ハウジング２とは別個に形成されているため、該ハウジング２内の所定位置に設置された後であっても、接着固定されない限り取り付け位置の微調整を容易に行うことができる。さらに、この様な構成では、複数の光学素子を組み合わせて精度のよい調芯機構を実現する必要が無く、単一の光学的反射部材１２により本質的に優れた調芯機構を実現することができるため、部品点数を削減することができるとともに、調整箇所の低減化、実装面積の縮小化、実装コストの低減化、調芯コストの低減化等を実現することができる。
【００３５】
なお、図４に示された光学的反射部材１２は、受光素子６と反射面１４との間に一定の隙間を設けるために、四隅に下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設けられているが、かかる構造に限定されるものではない。要は、光学的反射部材１２の下端が受光素子６及び前置増幅回路８に衝突しない程度の隙間が得られる構造であればよい。例えば、受光素子６と前置増幅回路８を固着するための内側底面４ａよりも光学的反射部材１２を固着するための内側底面４ｂを高い位置にする段差構造にして、この高い位置の内側底面４ｂ上に光学的反射部材１２を搭載する構造にすれば、下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを削除することができる。
【００３６】
また、この実施形態では、樹脂成型による光学的反射部材１２について述べたが、ガラスを溶融成型して成るガラス成型部材にて実現したり、金属材を切削加工して形成してもよい。そして、ガラス成型部材や金属材を切削加工して形成される光学的反射部材１２は、金属によるロウ付け等によりハウジング２の内側底端に固着される。
【００３７】
加えて、上記の樹脂成型された光学的反射部材１２の反射面１４、ガラス材を溶融成型して成る光学的反射部材の反射面、金属材を切削加工して得られる光学的反射部材の反射面の何れも、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の光を反射する金属を蒸着又はスパッタリング等にてコーティングされる。ただし、現在光通信で利用されている信号光波長帯（１．３μｍないし１．５μｍ）に対する反射効率を考慮すると、アルミニウム（反射率約８０％）よりも金（反射率約９８％）又は銀（反射率約９９％）を用いることが好ましい。また、上記反射面の腐食等を考慮して長期安定性を図る場合には、銀よりも金又はアルミニウムを適用することが好ましい。また、コーティングによる付着性を考慮すれば、アルミニウムを適用することが好ましい。
【００３８】
次に、上述された光学的反射部材１２の位置決め動作を具体的に実現する位置決め装置について説明する。
【００３９】
図６は、上記光学的反射部材１２をハウジング２内の所定位置に設置するための位置決め装置の構造を示す平面図及び側面図である。この位置決め装置は、１つの基台５００を備え、この基台５００上に、光学的反射部材１２を該基台５００に対して静止した状態に維持するための第１の機構と、該静止している光学的反射部材１２に対して相対的にハウジング２（光ファイバ２４の先端に取り付けられたフェルール２６がスリーブ２２内に仮固定されている）を移動させるための第２の機構が設置されている。
【００４０】
第１の機構は、ベース５１０、ベース５１０上に設置されたステージ５１１、ステージ５１１上に設置された支持部５１２、及び支持部５１２により支持された移動可能なカンチレバー５１４を備えている。支持部５１２にはリニアガイド５１３が図中のＺ軸に沿って取り付けられており、カンチレバー５１４は該リニアガイド５１３に移動可能な状態で取り付けられている。また、カンチレバー５１４の先端部分には、光学的反射部材１２を基台５００に対して相対的に静止させるため、光学的反射部材１２の係合溝１２０ａ、１２０ｂにそれぞれはまる突起５１６ａ、５１６ｂを備えている。なお、図中の５１３は、カンチレバー５１４を図中の矢印Ｓ２で示された方向に沿って（リニアガイド５１３に沿って）移動させるための制御用ハンドルである。
【００４１】
一方、第２の機構は、ハウジング２を光学的反射部材１２に対して相対的に移動させるための駆動機構５０、該駆動機構５０により駆動されフェルール２６を支持する上部ステージ５５７を備えている。この上部ステージ５５７上には、固定ボルト５５６により支持台５５２が固定されている。支持台５５２は、ハウジング２を所定部位に設置するための位置決め構造を備えており、該ハウジング２は固定部材５５３によって支持台５５２に押し当てられる。また、このハウジング２の設置位置は、位置調節ボルト５５５によって図中のＹ軸方向に調節される。一方、フェルール２６は把持部５５４に固定されている。この把持部５５４は該フェルール２６を把持した状態で、位置調節機構５５０によって支持されており、該位置調節機構５５０は位置調節ボルト５５１の制御により図中のＹ軸方向に沿って把持部５５４を移動させる。なお、この実施例では、上記把持部５５４と位置調節機構５５０によりフェルール支持機構が構成されている。
【００４２】
駆動機構５０は、さらに図中のＸ軸方向に沿って（リニアガイド５２２に沿って）移動可能なＸステージ５２０、Ｘステージ５２０上に搭載され図中のＹ軸方向に沿って移動可能なＹステージ５３０、及びＹステージ５３０上に搭載され図中のＺ軸を中心に回転可能なθステージ５４０から構成されている。なお、このＺステージ５４０上には上部ステージ５５７が設置されており、Ｘステージ５２０、Ｙステージ５３０、θステージ５４０は、それぞれハンドル５２１、５３１、５４１により制御される。
【００４３】
図７は、図６に示された位置決め装置の支持台５５２へのハウジング２の設置状態を説明するための図である。支持台５５２は支持板５５２ｂと支持板５５２ｂ上に設けられた、切欠部及びハウジング２から伸びる各リード端子と電気的に接触するための配線パターン５６３を有するプリント基板５５２ａから構成されている。そして、支持板５５２ｂの主平面と該プリント基板５５２ａの切欠部で定義される段差部５６１に該ハウジング２の底部に取り付けられているベース部分（絶縁部材３１及び電極板３２）がはめ込まれる。さらに、ハウジング２は、リード端子１０ｃ、１０ｄで基準柱５６２を挟んだ状態で、位置調節ボルト５５５によりベース部分が基準柱５６１に押し当てられることにより、位置決めされる。なお、図７には示されていないが、電気的な接触状態を維持するため、ハウジング２から伸びる各リード端子は固定部材５５３により、プリント基板５５２ａ上の対応する配線パターン５６３に押しつけられる。
【００４４】
一方、図８（ａ）に示されたように、把持部５５４に把持されたフェルール２６には、光ファイバ２４の光出射端面がスリーブ２２内の所定位置に設置されるよう、補助部材２６０が取り付けられている。位置調節機構５５０が該把持部５５４を図中の矢印Ｓ４で示された方向に移動させることにより、補助部材２６０が取り付けられたフェルール２６は開口２３０からスリーブ２２内に挿入される（図８（ｂ）参照）。なお、この補助部材２６０は所定強度を得るべく円筒形状の金属管で構成されている。
【００４５】
実際にフェルール２６は、図８（ｂ）に示されたように、光入射窓１６を定義するフランジ２３１と補助部材２６０の端面２６２とが当接するまでスリーブ２２内に挿入される。この補助部材２６０の先端（端面２６２を含む）はフェルール２６の先端よりも前方に伸びており、この補助部材２６０の端面２６２がフランジ２３１と当接した状態で、該フェルール２６に支持された光ファイバ２４の光出射端面と光入射孔１６との間に、設計上最適な距離が定義される。
【００４６】
さらに、光学的反射部材１２は、図９（ａ）に示されたように、下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の接着機能を有する樹脂が塗布された状態で、ハウジング２内に設置される。このとき、光学的反射部材１２には係合溝１２０ａ、１２０ｂが設けられているため、ピンセットにより取扱うことができ、容易にハウジング２内に設置することができる。
【００４７】
続いて、ハウジング２は位置調節ボルト５５５の先端が図中の矢印Ｓ５で示された方向に移動することにより支持台５５２の所定位置に設置され、把持部５５４によって把持されたフェルール２６は補助部材２６０とともに、位置調節機構５５０が図中の矢印Ｓ４で示された方向に該把持部５５４を移動させることにより、スリーブ２２内に挿入される。また、カンチレバー５１４が図中の矢印Ｓ３で示された方向に移動することにより、先端部分の突起５１６ａ、５１６ｂは、光学的反射部材１２の係合溝１２０ａ、１２０ｂにそれぞれはまり込む。
【００４８】
以上のような設置工程を経て、当該位置決め装置が図９（ｂ）に示されたような状態になることにより、光学的反射部材１２は基台５００に対して静止した状態となる。また、ハウジング２は駆動機構５０により該光学的反射部材１２に対して相対的に移動可能となる。図９（ｂ）に示された状態において、光学的反射部材１２の位置決めは、光ファイバ２４から該光学的反射部材１２の反射面１４を介して受光素子６（ＰＤ）の受光面に信号光を出射させ、該受光素子６の出力をモニタリングしながら行われる。すなわち、駆動機構５０によりハウジング２の位置を変えながら（光学的反射部材１２とハウジング２との相対的な位置を変えながら）、受光素子６からの出力が最大となる光学的反射部材１２とハウジング２との相対的な位置関係を決定するのである。
【００４９】
そして、該受光素子６からの出力信号が最大となる位置で光学的反射部材１２の下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのそれぞれに塗布されていた樹脂を硬化させることにより、該光学的反射部材１２の位置決めが完了する。
【００５０】
ここで、光学的反射部材１２とカンチレバー５１４の先端部分の構造について、より詳細に説明する。図１０は、光学的反射部材１２の構造を示す図であり、図１０は、カンチレバー５１４の先端部分の構造を示す図である。
【００５１】
図１１からも分かるように、当該光学的反射部材１２にはハウジング２の受光素子６の搭載面（面４ａ、４ｂを含む）に向い合った底面から該搭載面に向って伸びた下端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設けられている。また、該底面と対向しカンチレバー５１４の先端部分と向い合った上面には、該上面から底面に向って伸びる係合溝１２０ａ、１２０ｂが設けられている。これら各係合溝１２０１ａ、２０ｂは、上面から底面に向って徐々にその開口面積が小さくなった形状である。
【００５２】
一方、図１１からも分かるように、カンチレバー５１４の先端部分には光学的反射部材１２に向いた面５１４ａから垂直方向に伸びたテーパー形状の突起５１６ａ、５１６ｂが設けられている。
【００５３】
光学的反射部材１２に設けられた係合溝１２０ａ、１２０ｂと、カンチレバー５１４の先端部分に設けられた突起５１６ａ、５１６ｂを、以上のような形状にすることにより、該各突起５１６ａ、５１６ｂのそれぞれが対応する係合溝１２０ａ、１２０ｂにはまり易くなる。
【００５４】
なお、この光学的反射部材１２の位置決めが完了した時点では、フェルール２６とスリーブ２２は接着固定されていない。したがって、次にフェルール２６とスリーブ２２との接着方法を、図１２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、フェルールを複数の貫通孔が設けられたスリーブへ取り付けるための各接着工程を説明するための図である。
【００５５】
まず、図１２（ａ）に示されたように、フェルール２６の側面に紫外線硬化樹脂２６１が塗布された状態で、該フェルール２６が複数の樹脂注入用貫通孔２２０が設けられたスリーブ２２内に挿入される。なお、紫外線硬化樹脂２６１はフェルール２６の長手方向に沿って塗布されており、該樹脂塗布部分と該複数の貫通孔２２０がずれるように、該フェルール２６がスリーブ２２内に挿入される。また、スリーブ２２に設けられた複数の貫通孔２２０は、該スリーブ２２の長手方向に沿ってそれぞれ並べられた貫通孔２２０ａ、２２１ａ、２２２ａの組と、貫通孔２２０ｂ、２２１ｂ、２２２ｂの組と、貫通孔２２０ｃ、２２１ｃ、２２２ｃの組から構成されている。
【００５６】
続いて、光ファイバ２４の調芯作業が行われるが、この調芯作業は所定の装置を利用してフェルール２６をそれぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って微調整することにより行われる。なお、この作業ではフェルール２６の回転調整（光ファイバ２４の光軸を中心にフェルールを回転させる）を行ってもよい。これは、この発明に係る光受信モジュール１００が回転楕円体形状の一部に一致した反射面を有する光学的反射部材１２を備えているので、光ファイバ２４の端面の角度変化は、該光ファイバ２４と受光素子６との光結合効率への影響しにくいからである。
【００５７】
以上のように調芯作業が完了すると、挿入されたフェルール２６とスリーブ２２との隙間に紫外線を照射して、フェルール２６の側面とスリーブ２２の内壁に存在する紫外線硬化樹脂２６１を硬化させることにより、該フェルール２６とスリーブ２２とを仮止めする。
【００５８】
次に、図１２（ｂ）に示されたように、スリーブ２２に設けられた複数の貫通孔のうち貫通孔２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃのそれぞれに二液混合型（樹脂＋硬化材）のエポキシ樹脂２２５を注入し、常温で該二液混合型エポキシ樹脂２２５を硬化させる。
【００５９】
さらに、図１２（ｃ）に示されたように、スリーブ２２に設けられた複数の貫通孔のうち貫通孔２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃと、貫通孔２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃのそれぞれに一液型のエポキシ樹脂２２６を注入し、約９０゜程度まで加熱することにより該一液型エポキシ樹脂２２６を硬化させる。
【００６０】
この実施形態では３種類の接着材料を利用してフェルール２６とスリーブ２２との接着を行っているが、一般に、一液型エポキシ樹脂の方が接着信頼性は高い。また、紫外線硬化樹脂と一液型エポキシ樹脂だけでは、該一液型エポキシ樹脂の熱硬化時に、仮止めのために先に硬化された紫外線硬化樹脂の一部が軟化してしまい、すでに調芯作業が終了しているフェルール２６の位置ずれが発生する可能性がある。そこで、この実施形態では、まず二液混合型エポキシ樹脂を常温硬化させることによりフェルール２６の固定位置を決定した後に、信頼性のある一液型エポキシ樹脂を熱硬化させる。これにより、仮止め用の紫外線硬化樹脂がたとえ軟化したとしても、二液混合型エポキシ樹脂の作用によりフェルール２６の位置ずれは防止できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の光モジュールによれば、回転楕円体の形状に合わせた反射面を有する光学的反射部材を有し、一方の焦点に光ファイバーの光出射端面を一致させ、他方の焦点に受光素子の受光面を一致させるよう該光学的反射部材を設置するするので、光ファイバの光出射端面から出射する信号光束の方向が異なっても、常に受光素子の受光面に到達させることができる。この結果、本質的に調芯精度が優れており、調芯調整が容易であり、光ファイバーの回転角の調整が不要であり、かつ部品点数を低減することができ、実装コスト及び調整コストの削減を図ることができる等の優れた効果を発揮する光モジュールを提供することができる。
【００６２】
また、上記光学的反射部材には、１又は２以上の係合溝が設けられているので、該光学的反射部材の取扱いが容易になりかつ該光学的反射部材の位置決めも高精度に行うことができる。
【００６３】
さらに、光ファイバの先端に取り付けられたフェルールとスリーブとは、互いに異なる３種類の接着剤を利用して接着固定されるので、接着仕業中のフェルールの位置ずれを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光モジュールの概略構造を説明するための組み立て工程図である。
【図２】図１の組み立て工程を経て得られた、この発明に係る光モジュールの外観を示す斜視図である。
【図３】図２の光モジュールの内部構造を示す断面図であり、（ａ）は図２中のI−I線に沿って示された断面図、（ｂ）は図２中のII−II線に沿って示された断面図、及び（ｃ）は図２中のIII−III線に沿って示された断面図である。
【図４】この発明に係る光学的反射部材の構造を示す斜視図である。
【図５】この発明に係る光モジュールの機能を説明するための図であり、（ａ）は光ファイバ端面の形状を説明するための図、（ｂ）は光ファイバと半導体素子間の調芯機能を説明するための図である。
【図６】この発明に係る光モジュールに適用される特殊形状の光学的反射部材を所定位置に設置するための位置決め装置の構造を示す平面図及び側面図である。
【図７】図６に示された位置決め装置の支持台への当該光モジュールの設置状態を説明するための図である。
【図８】図６に示された位置決め装置における、スリーブへのフェルールの装着動作を説明するための図である。
【図９】図６に示された位置決め装置における、光学的反射部材の固定動作を説明するための図である。
【図１０】この発明に係る光学的反射部材の構造を示す図である。
【図１１】カンチレバーの先端部分の構造を示す図である。
【図１２】フェルールを複数の貫通孔が設けられたスリーブへ取り付けるための各接着工程を説明するための図である。
【符号の説明】
２…ハウジング、６…半導体素子（受光素子）、１２…光学的反射部材、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…下端部、１４…反射面、２２…スリーブ、２４…光ファイバ、２６…フェルール、５０…駆動機構、１２０ａ、１２０ｂ…凹み（係合溝）、２２０…貫通孔、２２５…二液混合型エポキシ樹脂、２２６…一液エポキシ樹脂、２６１…紫外線硬化樹脂、５１４…カンチレバー、５１ａ６、５１６ｂ…突起。

Claims

上端開口を有するとともに、半導体素子が搭載された底部と側壁によって規定される空間内に該半導体素子を収納したハウジングと、
前記ハウジングの側壁から該ハウジングの外側に向かって伸び、かつ光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを収納した状態で支持するスリーブであって、その軸方向に沿って複数の貫通孔が設けられており、該貫通孔が設けられていない内壁と該フェルールの側面とが紫外線硬化樹脂により接着された後に、該貫通孔のうち一部の貫通孔から露出している該フェルールの側面とが二液混合型エポキシ樹脂により接着され、そして、該貫通孔のうち残りの貫通孔から露出している該フェルールの側面とが一液型エポキシ樹脂により接着されているスリーブと、
前記上端開口を介して前記ハウジング内に収納された状態で、該ハウジングの側壁においてその先端が保持された前記光ファイバと該ハウジングの底部に搭載された前記半導体素子とを光学的に結合する光学的反射部材であって、該光ファイバと該半導体素子との間に位置し、かつ仮想的に定義される回転楕円体の側面の一部形状に一致する凹面形状の反射面を有するとともに、該回転楕円体の第１焦点に該反射面と向かい合った前記光ファイバのコア端面が一致し、該回転楕円体の第２焦点に前記半導体素子の該反射面と向かい合った主面とが一致するよう、該半導体素子を該反射面が覆った状態で前記ハウジング内に接着固定された光学的反射部材と、を備えた光モジュール。
前記光学的反射部材は、前記ハウジングの底部と向かい合うべき下面と、前記下面と対向する上面と、前記上面から前記下面に向かって伸びた凹みを備えたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
前記凹みは、開口部の面積よりも当該凹みの底面の面積が小さくなるようテーパー形状であることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
前記光学的反射部材は、前記下面から前記底部に向って伸びた複数の突起を備えたことを特徴とする請求項２又は３記載の光モジュール。
前記光学的反射部材は、樹脂成型部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光モジュール。
前記光学的反射部材は、ガラス成型部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光モジュール。
前記光学的反射部材は、金属材を切削加工することにより形成された金属部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光モジュール。
前記光学的反射部材の反射面は、金属材料によりコーティングされていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項記載の光モジュール。
請求項１〜８のいずれか一項記載の光モジュールの光学的反射部材を前記ハウジング内の所定位置に設置するための位置決め方法であって、
上端開口を有する前記ハウジングのスリーブ内に、前記光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを挿入し；
前記光学的反射部材を、前記反射面で前記半導体素子を覆った状態で、接着機能を有する樹脂が付着された該光学的反射部材の所定部位が、該樹脂を介して前記ハウジングに当接するよう、前記上端開口を介して該ハウジング内に設置し；そして、
前記光ファイバから出力される信号光強度をモニタリングしながら、あるいは前記半導体素子から出力される電気信号をモニタリングしながら、前記ハウジングと前記光学的反射部材との相対的な位置関係を調整する、ことを特徴とする位置決め方法。
前記フェルールの先端に、該フェルールを前記スリーブ内の所定位置に設置するための補助部材を装着し、該フェルールを該スリーブ内に挿入することを特徴とする請求項９記載の位置決め方法。
請求項１記載の光モジュールの光学的反射部材を前記ハウジング内の所定位置に設置するための位置決め装置であって、
上端開口を有する前記ハウジングを所定位置に設置する支持台と、
前記光ファイバの先端に取り付けられたフェルールを支持する支持機構と、
前記反射面で前記半導体素子を覆った状態で、接着機能を有する樹脂が付着された前記光学的反射部材の所定部位が、該樹脂を介して前記ハウジングに当接するよう、前記上端開口を介して該光学的反射部材を前記ハウジングに圧し当て、該光学的反射部材との相対的な位置関係を固定する構造を有する固定部材と、
前記ハウジングと前記光学的反射部材との相対的な位置関係を調節する駆動機構と、を備えたことを特徴とする位置決め装置。
前記駆動機構は、前記支持台を第１の基準軸に沿って移動させるＸステージと、該支持台を前記第１の基準軸と直交する第２の基準軸に沿って移動させるＹステージと、該支持台を前記第１及び第２の基準軸と直交する第３の基準軸を中心に回転させるθステージと、を備えることを特徴とする請求項１１記載の位置決め装置。
請求項１〜８記載の光モジュールの製造方法であって、
側面の所定部位に紫外線硬化樹脂が塗布された前記フェルールを、複数の貫通孔が設けられた前記ハウジングのスリーブ内に挿入し、該フェルールの側面と該スリーブの内壁との隙間に紫外線を照射することにより、該貫通孔が設けられていない該スリーブの内壁と該フェルールの側面とを接着する第１工程と、
前記スリーブの貫通孔のうち一部の貫通孔に二液混合型エポキシ樹脂を注入し該スリーブの貫通孔のうち残りの貫通孔に一液型エポキシ樹脂を注入し、常温にて該二液混合型エポキシ樹脂を硬化させることにより、該一部の貫通孔から露出している該フェルールの側面と該スリーブとを接着する第２工程と、
前記残りの貫通孔に注入された一液型エポキシ樹脂を加熱し、該一液型エポキシ樹脂を硬化させることにより、該残りの貫通孔から露出している該フェルールの側面と該スリーブとを接着する第３工程と、を備えた光モジュールの製造方法。