JP5184708B1 - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性に優れ、他の電子部品と同時に半田リフロー接合が可能であり、光学的な位置決めが容易な光モジュールを提供する。
【解決手段】 プリズムレンズアレイ２５は、約４５°のテーパ部を有するガラス製のプリズムである。プリズムレンズアレイ２５の前面には、複数のレンズ３１が併設される。レンズ３１の併設面であって、レンズ３１の両側には、一対の突起３３が形成される。突起３３は、断面略Ｖ字状の突起であり、プリズムレンズアレイ２５の上下方向に沿って形成される。プリズム固定部１９の内面の、突起３３に対応する部位には、溝３３が設けられる。溝３３は、突起３３と嵌合可能な形態であり、例えば略Ｖ字状の溝である。
【選択図】図４

Description

本発明は、調芯が容易であり、小型・薄型・高耐熱である光モジュールに関するものである。

従来、光通信に用いられる小型トランシーバに実装可能な小型・薄型の光モジュールが開発されている。光モジュールを薄型化するためには、光素子の発光方向と光モジュールの光路とを９０°変換するためのプリズムレンズアレイ等が用いられる。

このようなプリズムレンズアレイとしては、互いに直交する２つの面と当該２面に対してほぼ４５°の角度をなす全反射面を備える樹脂成形体であって、２つの面のそれぞれに複数のコリメートレンズが一体に形成され、当該２面には、ガイドピンを挿入して光コネクタ等と接続するためのガイド孔が形成される光路変換型光結合素子がある（特許文献１）。

また、表面の法線方向に上段と下段の段差がある基板と、基板の上段面上に配置された導波路を有する光導波回路と、基板の下段面上に配置された光学素子と、光導波回路と光学素子とを光学的に結合するガラス製の反射素子とを備える光学モジュールがある（特許文献２）。

特開２００５−３１５５６号公報 特開２０１０−１６４８５６号公報

しかし、このような光モジュールは、他の電子機器とともに基板実装されて用いられる場合がある。この場合には、電子機器と基板とは半田リフローによって接合される。したがって、光モジュールには耐熱性が要求される。

しかし、特許文献１のような光路変換型光結合素子では、素子が樹脂で形成されるため、十分な耐熱性を得ることが困難である。特に、このような光学部品として用いられるためには、透明な樹脂材料が必要であるが、このような透明な樹脂材料は一般的に耐熱性が低く、また、線膨張係数も大きいため光学位置ずれ等の恐れがある。

また、特許文献２のような光学モジュールは、プリズム（レンズ）と導波路およびプリズムと光学素子の両者に対してアクティブ調芯が必要となる。したがって、調芯が困難である。また、ガラス製のプリズムレンズアレイには、特許文献１に記載されたような孔を形成することが困難であるため、ガイドピンなどの他部品を用いて位置決めを行うことも困難である。また、形状が複雑となるため、光モジュール全体をガラス製とすることも困難である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、耐熱性に優れ、他の電子部品と同時に半田リフロー接合が可能であり、光学的な位置決めが容易な光モジュールを提供することを目的とする。

前述した目的を達するために本発明は、光素子アレイが搭載される回路基板と、前記回路基板上に配置される樹脂成形体と、レンズが幅方向に併設され、光路を反射させることが可能なガラス製のプリズムレンズアレイと、を具備し、前記樹脂成形体は、前記光素子アレイに対応する部位に設けられ、前記プリズムレンズアレイを固定可能なプリズム固定部と、前記プリズム固定部に設けられ、接続される光コネクタ方向に形成される開口部と、光コネクタの位置決めを行うガイド部と、を有し、前記プリズムレンズアレイと、前記プリズム固定部の接触面には、前記プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造が形成されるとともに、前記プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされることを特徴とする光モジュールである。

前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの前記レンズの凸形状と、前記プリズム固定部の前記レンズに対応する部位に形成され、前記凸形状に対応する形状であり、前記凸形状と嵌合可能な孔であってもよい。

前記プリズム固定部の前記レンズの両側方に対応する部位には、前記レンズに接着剤が回り込むことを防止する溝が形成されてもよい。

前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの一方の面側に形成され、前記レンズの並列方向に垂直な方向に形成される断面が略Ｖ字状の突起と、前記プリズム固定部の前記突起に対応する部位に形成され、前記突起と嵌合可能な断面略Ｖ字状の溝であることが望ましい。

前記突起および前記溝は、前記レンズの両側に一対形成されることが望ましい。

前記プリズムレンズアレイの前記レンズは、前記光素子アレイ側に向けて形成されてもよい。

前記プリズムレンズアレイは、前記プリズム固定部内において、少なくとも前記プリズムレンズアレイの下面、側面およびレンズ側の前面（但し、いずれの面も光路を除く）に対して接着剤で固定されることが望ましい。

前記プリズム固定部に設置された前記プリズムレンズアレイの上部には蓋部が設けられ、前記蓋部は、前記プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有するブロックであり、前記傾斜部が前記傾斜面に接触するように前記蓋部が配置されてもよい。

前記プリズム固定部の上部には、前記プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状が形成され、前記プリズムレンズアレイと前記テーパ部または前記段差形状との接触によって前記プリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めがなされてもよい。

前記回路基板上には発熱素子が配置され、前記樹脂成形体の前記発熱素子に対応する部位には放熱部が形成され、前記放熱部には放熱ブロックが設けられ、前記発熱素子からの熱を前記放熱ブロックに伝達可能であってもよい。

本発明によれば、プリズムレンズアレイをガラス製とし、これを保持する成形体を樹脂性とすることで、半田リフロー時に光学部品であるプリズムレンズアレイが損傷を受けることがない。また、樹脂成形体は、光学部品ではないため透明樹脂とする必要がなく、耐熱性の高い樹脂やフィラーを充填した樹脂を選択することが可能である。

また、プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされ、プリズムレンズアレイとプリズム固定部との間に嵌合構造によって幅方向の位置決めがなされるため、他の部品を用いることなく、プリズムレンズアレイの位置決めが可能である。このため、光学的にパッシブアライメントを行うことができ、調芯が容易である。

特にプリズム固定部の上部に、プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状を形成することで、確実にプリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めを行うことができる。

また、嵌合構造を、レンズの凸形状と、凸形状に対応する孔とすることで、レンズの形状をプリズムレンズアレイの位置決めの嵌合構造として利用することができる。したがって、プリズムレンズアレイに他の突起等を加工する必要がない。また、この際、レンズの両側方に対応する部位に溝を形成することで、レンズに接着剤等が流れ込むことを防止することができる。

また、嵌合構造として、プリズムレンズアレイの一方の面に形成されたＶ字状突起と、プリズム固定部に形成されたＶ字状の溝であれば、ガラス製のプリズムレンズアレイに対しても、その製造性に優れ、また、Ｖ字状の突起と溝とを嵌合させるため、互いの調芯効果が大きい。

また、このような嵌合構造が、レンズの両側に一対形成されることで、確実にプリズムレンズアレイのレンズ部の位置決めを行うことができる。

また、プリズムレンズアレイは、プリズム固定部内において、少なくともプリズムレンズアレイの下面、側面およびレンズ側の前面に対して接着剤で固定されれば、プリズムレンズアレイの接着面が少なくとも全４面となり、確実にプリズムレンズアレイを固定することができる。

また、プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有する蓋部を用い、蓋部をプリズムレンズアレイ上に配置することで、プリズムレンズアレイが前面および底面に押し付けられて、確実に位置決めを行うことができるとともに、プリズムレンズアレイに異物などが侵入することがない。

また、レンズを光素子側に向けて形成することで、プリズム固定部の下面側の厚みを厚くすることができる。

また、回路基板上に発熱素子が配置され、樹脂成形体の発熱素子に対応する部位に放熱ブロックが設けられ、発熱素子からの熱を放熱ブロックに伝達可能であれば、回路基板上の発熱素子からの熱を、樹脂成形体の上面側に放熱することができる。このため、一対の光モジュールが対向するように内蔵される光モジュールパッケージにおいても、回路基板同士の間に熱が溜まることがなく、パッケージの外部に放熱することができる。

本発明によれば、耐熱性に優れ、他の電子部品と同時に半田リフロー接合が可能であり、光学的な位置決めが容易な光モジュールを提供することができる。

光モジュールパッケージ１を示す図で、（ａ）は組立斜視図、（ｂ）は分解斜視図。 光モジュール７を示す分解斜視図。 光モジュール７を示す組立斜視図。 プリズムレンズアレイ２５とプリズム固定部１９近傍の拡大図。 プリズムレンズアレイ２５がプリズム固定部１９に設置された状態の平面図。 プリズムレンズアレイ２５がプリズム固定部１９に設置された状態の突起３３および溝３５近傍の拡大図。 プリズムレンズアレイ２５がプリズム固定部１９に設置された状態の断面図であり、（ａ）は図５のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は図５のＥ−Ｅ線断面図。 各部の位置関係を示す図。 放熱部１７近傍の拡大断面図。 嵌合構造２０ａを示す図 嵌合構造２０ｂを示す図 嵌合構造２０ｃを示す図 嵌合構造２０ｄを示す図 嵌合構造２０ｅを示す図 嵌合構造２０ｆを示す図 嵌合構造２０ｇを示す図 嵌合構造２０ｇにおける、プリズムレンズアレイ２５と樹脂成形体１５との接触構造を示す図 嵌合構造２０ｈを示す図 嵌合構造２０ｉを示す図 嵌合構造２０ｊを示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、光モジュールパッケージ１を示す図であり、図１（ａ）は組立斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。なお、図１においては、光モジュールパッケージ１に接続されるコネクタおよびケーブル等は図示を省略する。

光モジュールパッケージ１は、一対のプリント基板５ａ、５ｂと、プリント基板５ａ、５ｂにそれぞれ接続される一対の光モジュール７が、ケース３ａ、３ｂ内部に配置される。一対のプリント基板５ａ、５ｂおよび光モジュール７は、例えば、光の入射側と出射側となる。

光モジュール７には、図示を省略したコネクタを介して光ケーブル等が接続される。光モジュール７は、例えば、光ケーブルからの光を光電変換する。また、光モジュール７はプリント基板５ａ、５ｂと電気的に接続される。

なお、ケース３ａ、３ｂ内部において、プリント基板５ａ、５ｂが対向するように内面側に配置され、それぞれの光モジュール７は外面側に配置される。したがって、光モジュール７で発生する熱を放熱するため、ケース３ａ、３ｂの所定の位置には、図示を省略した放熱孔を形成してもよい。

規格化された小型のパッケージでは、ケース３ａ、３ｂの内面とプリント基板５ａ、５ｂ表面との隙間としては、非常に狭い空間しか取ることができない。したがって、光モジュール７としては、この隙間に配置可能な小型・薄型のものが必要となる。

次に、光モジュール７の構成について説明する。図２は、光モジュール７を示す分解斜視図であり、図３は、組立斜視図である。光モジュール７は、主に回路基板９、樹脂成形体１５、プリズムレンズアレイ２５、蓋部２７および放熱ブロック２９等から構成される。

回路基板９は、プリント基板５ａ、５ｂと電気的に接続される。回路基板９上には、光素子アレイ１１、発熱素子１３等が配置される。光素子アレイ１１は、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの半導体レーザや、フォトダイオードアレイ等が適用される。光素子アレイ１１は、光の発光部または受光部となる。

発熱素子１３は、ＩＣチップ等の電子部品である。回路基板９では、光電変換が行われる。なお、回路基板９上には、図示を省略したコンデンサ等の他の電子部品も適宜配置される。また、回路基板９は、耐熱性を有するセラミックやＦＲ４基板等を用いることができる。

樹脂成形体１５は、樹脂製の部材であり、回路基板９とは、例えばシリカフィラー入りのエポキシ樹脂など、高耐熱性接着剤により接合される。樹脂成形体１５は、耐熱性に優れ低線膨張係数であるフィラー充填樹脂成形体であることが望ましく、例えば、一般的なＭＴコネクタ用の成形材料や、高耐熱シリカフィラー入りエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。なお、樹脂成形体１５は、高精度樹脂成形技術によって、高い寸法精度で形成されることが望ましい。

樹脂成形体１５の光素子アレイ１１上に位置する部位には、プリズム固定部１９が形成される。プリズム固定部１９の一部は、樹脂成形体１５の両面を貫通する孔である。プリズム固定部１９には、プリズムレンズアレイ２５が挿入されて固定される。プリズムレンズアレイ２５は、複数のレンズが併設されたガラス製の部材であり、高精度ガラス成形技術によって形成される。

樹脂成形体１５構成する樹脂の線膨張係数は、プリズムレンズアレイ２５を構成するガラスの線膨張係数以上であればよい。なお、プリズムレンズアレイ２５の詳細およびプリズム固定部１９へのプリズムレンズアレイ２５の固定方法については後述する。

プリズムレンズアレイ２５がプリズム固定部１９に固定された状態で、前述したコネクタとの接続方向（すなわちガイドピン２３の形成方向）には、開口部２１が設けられる。したがって、開口部２１において、樹脂成形体１５の側端面にプリズムレンズアレイ２５の一部（レンズ部）が露出し、開口部２１は光路となる。

例えば、光素子アレイ１１から出射した光は、プリズム固定部１９の底面の貫通孔を介してプリズムレンズアレイ２５に入射し、プリズムレンズアレイ２５で９０°光路が変換されて開口部２１より接続対象であるコネクタへ出射される。コネクタ側から光が入射した場合にはその逆の光路となる。

プリズムレンズアレイ２５の上部には、プリズムレンズアレイ２５を覆うように、蓋部２７が設けられる。蓋部２７は、プリズムレンズアレイ２５に異物が付着することを防止し、プリズムレンズアレイ２５の傷や汚れを防止するものである。

樹脂成形体１５の発熱素子１３上に位置する部位には、放熱部１７が形成される。放熱部１７は、樹脂成形体１５の両面に貫通する孔である。放熱部１７には、放熱ブロック２９が挿入されて固定される。放熱ブロック２９は、熱伝導性に優れる銅やアルミニウム製のブロックである。放熱ブロック２９は、発熱素子１３から発熱した熱を受熱し、光モジュール７の上面側（プリント基板と接続される側とは反対側）に放熱する部材である。したがって、光モジュールパッケージとして用いた場合に、放熱ブロック２９を介してパッケージの外部に放熱することができる。

樹脂成形体１５の端部は、図示を省略した他のコネクタとの接続部となる。接続部には、接続対象であるコネクタとの挿抜方向に一対のガイドピン２３が形成される。ガイドピン２３は、例えば樹脂成形体１５に形成された孔に挿入されて固定される。ガイドピン２３によって、コネクタと光モジュール７との位置決めを行うことができる。

次に、プリズムレンズアレイ２５の構造およびこの固定方法について説明する。図４は、嵌合構造２０を示す図であり、プリズムレンズアレイ２５およびプリズム固定部１９近傍の拡大斜視図である。プリズムレンズアレイ２５は、約４５°のテーパ部を有するガラス製のプリズムである。プリズムレンズアレイ２５の前面（固定後に開口部２１側に向く部位）には、複数のレンズ３１が併設される。なお、レンズ３１の個数等は、図示した例に限られない。

レンズ３１の形成範囲は、孔状の開口部２１よりもやや小さく、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に設置した際に、すべてのレンズ３１が開口部２１より露出する。また、開口部２１の幅は、プリズムレンズアレイ２５の幅よりも狭い。したがって、プリズムレンズアレイ２５の両側部は、開口部２１よりも両側に張り出して、プリズム固定部１９の内面と接触させることができる。

レンズ３１の併設面であって、レンズ３１の両側には、一対の突起３３が形成される。突起３３は、断面略Ｖ字状の突起であり、プリズムレンズアレイ２５の上下方向（レンズ３１の併設方向と垂直な方向）に沿って形成される。なお、突起３３は、プリズムレンズアレイ２５の上下方向の全高に渡って形成されている必要はなく、一部に形成されていればよい。

プリズム固定部１９の内面の、突起３３に対応する部位には、溝３５が設けられる。溝３５は、突起３３と嵌合可能な形態であり、例えば略Ｖ字状の溝である。溝３５は、上端縁から下方にプリズムレンズアレイ２５の挿入方向に沿って形成される。

図５は、プリズム固定部１９にプリズムレンズアレイ２５を挿入した状態の平面図であり、図３のＡ部拡大図である。また、図６は、突起３３と溝３５の嵌合構造の拡大図である。プリズムレンズアレイ２５の突起３３は、溝３５と嵌合する。ここで、図６に示すように、溝３５の開口幅は突起３３の裾幅より大きく、例えば５μｍ程度大きい。なお、溝３５の中心は、突起３３の中心から幅方向の外方にずれて形成される。したがって、一対の突起３３をそれぞれ溝３５に嵌合させた際、溝３５内での突起３３の遊びを小さくすることができる。また、溝３５は、突起３のＶ字状形状と略相似形状とすることができるため、突起３３よりもわずかに大きな溝３５を加工するのが容易である。このようにすることで、突起３３の全体を溝３５に嵌めることができる。したがって、突起３３以外の部位であって、開口部２１以外の部位において、プリズムレンズアレイ２５の前面はプリズム固定部１９の対向面（溝３５が形成される面）と面接触させることができる。

このようにすることで、ガイドピン２３の形成方向とレンズ３１の併設方向を９０°に保った状態で、確実にレンズの形成方向の位置決めを行うことができる。すなわち、突起３３と溝３５とは、プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造として機能する。なお、突起３３と溝３５の断面形状は、図示した例に限られず、Ｖ字状以外の形態であってもよい。また、突起および溝の形成位置を逆にしてもよい。

また、プリズム固定部１９の幅はプリズムレンズアレイ２５の幅より広い。したがって、プリズムレンズアレイ２５の両側部には、プリズム固定部１９の側壁との間に隙間が形成される（図中Ｃ部）。隙間には、接着剤が充填される。隙間を形成することで、接着剤の溜まり部とすることができるとともに、プリズム固定部１９の両側壁から、温度変化時にプリズムレンズアレイ２５が大きな応力を受けることがない。

図７（ａ）は、図５のＤ−Ｄ線断面図、図７（ｂ）は図５のＥ−Ｅ線断面図であり、それぞれ蓋部２７が取り付けられた状態を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、レンズ３１の凸部形成範囲よりも開口部２１が大きいため、レンズ３１全体が開口部２１より露出する。また、プリズム固定部１９のレンズ３１に対応する部位の下面には貫通孔が形成される。したがって、光素子アレイ１１からの光は貫通孔を介してプリズムレンズアレイ２５に導入され、内部で反射された後、レンズ３１を介して開口部２１より接続対象であるコネクタ側に出射される（図中矢印Ｆ）。すなわち、光素子アレイ１１、プリズムレンズアレイ２５（幅方向のレンズ３１に対応する部位）、および開口部２１が光路となる。なお、光素子アレイ１１は、ワイヤ３８によって回路基板９と接続される。

また、図７（ｂ）に示すように、レンズ３１の両側部においては、プリズム固定部１９の底面は貫通せず、プリズムレンズアレイ２５の底面との接触面となる。したがって、プリズムレンズアレイ２５の底面（すなわちレンズ３１の形成される前面と直交する面）はプリズム固定部１９の底面と面接触し、プリズムレンズアレイの高さ方向（レンズ３１の併設方向と直交する方向であって、図中Ｙ方向）の位置決めを行うことができる。

なお、プリズムレンズアレイ２５とプリズム固定部１９とは、光路を除くプリズムレンズアレイ２５の前面（レンズ３１の併設面）および底面と、側面がそれぞれ接着剤で接着される。プリズムレンズアレイ２５の前面および底面をプリズム固定部１９に接着するための接着剤としては、例えばエポキシ樹脂のような高耐熱のものが使用できる。

また、プリズムレンズアレイ２５の側面をプリズム固定部１９に接着するための接着剤としては、粘度の高い、例えば高耐熱なエポキシ樹脂にシリカフィラーを含有したものを使用することができる。また、接着剤として、熱硬化性のものを用いることもできる。この場合、例えば接着剤の硬化温度が１００℃以上であれば、１００℃以下の環境ではプリズムレンズアレイ２５は樹脂成形体１５（プリズム固定部１９）から圧縮応力を受ける。一方、樹脂成形体よりも線膨張係数の大きい接着材を用いることで、レンズに掛かる圧縮応力を緩和できるため、レンズへの負荷を低減すると共に、レンズを外れ難くできる。

プリズムレンズアレイ２５の上部には蓋部２７が被せられる。蓋部２７は、プリズムレンズアレイ２５の背面のテーパ部３７に対応するテーパ部３９を有する。すなわち、プリズムレンズアレイ２５上に蓋部２７を被せることで、テーパ部３７とテーパ部３９とを接触させることができる。

通常、プリズムレンズアレイ２５は、前述した接着剤の表面張力によって、前面側および底面側に引っ張られる。このため、プリズムレンズアレイ２５の前面および底面は、確実にプリズム固定部１９の内面と面接触させることができる。しかし、蓋部２７を用いることで、プリズムレンズアレイ２５は、前面および底面側に若干押し付けられるため、より確実にプリズムレンズアレイ２５の前面および底面を、プリズム固定部１９の内面に面接触させることができる。このように、プリズムレンズアレイ２５の前面をプリズム固定部１９の内面に接触させることでプリズムレンズアレイ２５の前後方向（レンズ３１の併設方向であって、図中Ｚ方向）の位置決めを行うことができる。なお、蓋部２７の形態は図示した例に限られず、プリズムレンズアレイ２５の防塵効果を得ることが可能であれば、板状部材であってもよい。

プリズムレンズアレイの後方隅部（断面において、プリズムレンズアレイ２５の底面とテーパ部３７との交部）は、切欠き形状が形成される。また、プリズムレンズアレイ２５の厚み（レンズ面から後端までの長さ）よりもプリズム固定部１９の対応する開口幅は広い。したがって、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に配置した状態で、プリズムレンズアレイ２５の後方には、空隙が形成される（図中Ｇ部）。

このようにプリズムレンズアレイ２５の隅部に切欠き部を形成し、設置時に空隙部を形成することで、接着剤溜まりとすることができる。したがって、接着剤が例えば光路等に意図せず広がってしまうことを防止することができる。

図８（ａ）は、プリズム固定部１９近傍の平面図である。プリズムレンズアレイ２５におけるレンズ３１の幅方向の位置（図中Ｘ方向であって、レンズ３１の併設方向）は、ガイドピン２３を基準に設定される。すなわち、ガイドピン２３のそれぞれの軸心の中点（図中Ｉ部）がレンズ３１の配置の基準となる。

これに対して、溝３５のそれぞれの中心の中点（図中Ｈ）のずれは、±５μｍ以下で設定される。すなわち、幅方向（Ｘ方向）のレンズ３１の位置精度は±５μｍ以下となる。なお、レンズ３１毎の個別の幅方向の位置ばらつきは、±２μｍ以下で設定される。

また、図８（ｂ）は、プリズム固定部１９近傍の開口部２１側から見た正面図である。プリズムレンズアレイ２５におけるレンズ３１の高さ方向の位置（図中Ｙ方向であって、レンズ３１の併設方向と垂直な方向）は、ガイドピン２３を基準に設定される。すなわち、ガイドピン２３のそれぞれの軸心を結んだ線が基準となる。

これに対して、レンズ３１のずれは、±３μｍ以下で設定される。すなわち、高さ方向（Ｙ方向）のレンズ３１の位置精度は±３μｍ以下となる。なお、レンズ３１毎の個別の高さ方向の位置ばらつきは、±２μｍ以下で設定される。

次に、放熱部について説明する。図９は、放熱部１７近傍の断面図であり、図３のＢ部近傍の拡大断面図である。前述の通り、発熱素子１３の上部に放熱部１７が設けられる。発熱素子１３上には、放熱樹脂４１を介して放熱ブロック２９が接合される。放熱樹脂４１は、高熱伝導接着剤であり、例えば引張り強さ１０ＭＰａ以下のゴム部材である。このようにすることで、発熱素子１３からの熱によって、光モジュール内の温度が上昇することを抑制することができる。

以上、本発明によれば、プリズムレンズアレイ２５と樹脂成形体１５を別体で構成し、プリズムレンズアレイ２５を樹脂成形体１５に収めることで、光コネクタに求められる機械的負荷を靱性に優れた樹脂成形体で受け、高耐熱で光学特性に優れた光モジュールを得ることができる。

また、プリズムレンズアレイ２５をガラス製とし、光路とはならない樹脂成形体１５を耐熱性樹脂で構成することで、例えば一般的な低温半田（例えば融点２２０℃のＳｎＡｇＣｕ半田等）リフローに投入することが可能になり、他電子デバイスと同時の基板実装が可能になる。したがって、安価な光モジュールの高密度実装が可能になる。

また、プリズムレンズアレイ２５をガラス製として光学系を構成することで、小型・薄型と同時に光コネクタ機能を持たせることが可能になり、光素子との良好な光学特性も得られる。また、嵌合構造として、プリズムレンズアレイ２５の両側に一対のＶ字状突起を形成することで、高い精度で位置決めを行うことができる。

また、プリズムレンズアレイ２５と樹脂成形体１５の位置決め精度が、ガイドピン基準で±５μｍで、レンズ３１単体における各レンズ中心位置の精度が±２μｍの場合、光素子とＧＩ５０/１２５-ＭＭＦの光結合損失３ｄＢの位置ずれトレランス幅は、３０μｍ以上が得られる。

また、プリズムレンズアレイ２５の前面、底面、両側面の少なくとも４面を接着剤で接着することができるため、より確実にプリズムレンズアレイ２５を保持することができる。

また、蓋部２７を設けることで、光学系であるプリズムレンズアレイ２５の防塵を行うことができる。また、蓋部２７をテーパ形状として、プリズムレンズアレイ２５のテーパ部と接触させることで、プリズムレンズアレイ２５を確実に位置決めし、保持することができる。

また、プリズムレンズアレイ２５の底面をプリズム固定部１９の底面と確実に接触させることで、プリズムレンズアレイ２５の上下方向の位置を規制することができる。また、プリズムレンズアレイ２５の前面をプリズム固定部１９の前面と確実に接触させることで、プリズムレンズアレイ２５の前後方向の位置を規制することができる。また、プリズムレンズアレイ２５の突起３３をプリズム固定部１９の溝３５と確実に嵌合させることで、幅方向の位置を規制することができる。

光モジュールの総厚を例えば２ｍｍ以下に薄型化できるため、基板上に一般的な回路基板一枚程度のスペースがあれば、本光モジュールを実装することが可能となる。また、樹脂成形体１５に光コネクタ機能を持たせているため、一般的なＭＴコネクタと同様の作業性で、光ケーブルとの光接続を実現できる。同様にプリズムレンズアレイ２５固定後の樹脂成形体１５をハンドリングできるため、アクティブアライメントを容易に実施できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図１０に示す嵌合構造２０ａとしても良い。図１０は、嵌合構造２０ａを示す図である。なお、以下の図面において、樹脂成形体１５には、ガイドピン等の記載を省略し、簡略化して示す。また、以下の説明において、嵌合構造２０と同様の機能を奏する構成には、図２〜図８等と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

嵌合構造２０ａでは、嵌合構造２０に対し、突起形状が異なる。プリズムレンズアレイ２５の前面であって、レンズ３１の両側方に断面が略矩形の突部４５が形成される。また、プリズム固定部１９の対応する部位には、凹部４７が形成される。突部４５と凹部４７は嵌合可能である。すなわち、突部４５と凹部４７とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ２５の幅方向の位置決めを行うことができる。

また、図１１に示す嵌合構造２０ｂとしても良い。嵌合構造２０ｂでは、嵌合構造２０ａに対し、さらに突起形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ２５の前面であって、レンズ３１の両側方に断面が略矩形の突部４５が上下に分離して形成される。また、プリズム固定部１９の対応する部位には、凹部４７が形成される。突部４５と凹部４７は嵌合可能である。すなわち、突部４５と凹部４７とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ２５の幅方向の位置決めを行うことができる。

また、図１２に示す嵌合構造２０ｃとしても良い。嵌合構造２０ｃでは、嵌合構造２０ｂに対し、さらに突起形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ２５の前面であって、レンズ３１の両側方に断面が略矩形の突部４５が上部に形成される。また、プリズム固定部１９の対応する部位には、凹部４７が形成される。凹部４７は、上方から所定の高さまで形成されれば良い。突部４５と凹部４７は嵌合可能である。すなわち、突部４５と凹部４７とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ２５の幅方向の位置決めを行うことができる。

また、図１３に示す嵌合構造２０ｄとしても良い。嵌合構造２０ｄでは、嵌合構造２０ａ等に対し、突部形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ２５の前面であって、レンズ３１が形成される領域全体が突部４５となる。また、プリズム固定部１９の対応する部位には、凹部４７が形成される。凹部４７は、突部４５と凹部４７は嵌合可能である。すなわち、突部４５と凹部４７とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ２５の幅方向の位置決めを行うことができる。

このように、嵌合構造２０ａ〜２０ｄも、嵌合構造２０と同様の効果を得ることができる。すなわち、プリズムレンズアレイ２５の３方向（各図のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）の位置決めを行うことができる。

また、幅方向の位置決めを行う突起３３および溝３５または突部４５および凹部４７は、プリズムレンズアレイ２５の前面側（レンズ併設面）に形成したが、プリズム固定部１９の底面側に形成してもよい。

図１４は、突起３３を下方に設けた嵌合構造２０ｅを示す図である。嵌合構造２０ｅは、プリズムレンズアレイ２５が樹脂成形体１５の前方から挿入される。すなわち、開口部２１がプリズムレンズアレイ２５のサイズに対応して形成される。プリズム固定部１９は、両側部が中央側に張り出した形状である。プリズムレンズアレイ２５の下面にはレンズ３１が形成される。すなわち、レンズ３１は、光素子側に向けて配置される。

プリズムレンズアレイ２５の下面には、前後方向に沿って突起３３が形成される。また、プリズム固定部１９の張り出した部位の上面側に溝３５が形成される。プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に挿入すると、突起３３と溝３５とが嵌合する。したがって、プリズムレンズアレイ２５の幅方向の位置（図中Ｘ方向）の位置決めが行われる。

プリズムレンズアレイ２５のテーパ部３７は、プリズム固定部１９の上面側と接触する。プリズム固定部１９の上面側には、テーパ部３７に対応した段差が形成され、プリズムレンズアレイ２５を前方側から挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側の段差と接触することで、プリズムレンズアレイ２５の前後方向（図中Ｚ方向）の位置決めがなされる。また、同時に、テーパ部３７が段差と接触することで、プリズムレンズアレイ２５は、プリズム固定部１９の下面に押し付けられて接触する。したがって、プリズムレンズアレイ２５の上下方向（図中Ｙ方向）の位置決めを行うことができる。

また、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９の前方から挿入可能とすることで、蓋部が不要となる。また、レンズ３１を下方に向けることで、プリズムレンズアレイ２５の下面と光素子との距離を離すことができる。したがって、プリズム固定部１９の底面側の厚みを厚くすることができる。したがって、製造性に優れ、剛性を高めることができる。

また、図１５に示す嵌合構造２０ｆとしても良い。嵌合構造２０ｆでは、嵌合構造２０ｅに対し、プリズム固定部１９の下面側が塞がれるとともに、孔４３が形成される。孔４３は、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に配置した状態において、レンズ３１に対応する部位に形成される。すなわち、レンズ３１の凸形状が孔４３に嵌合する。したがって、プリズムレンズアレイ２５の幅方向（図中Ｘ方向）および前後方向（図中Ｚ方向）の位置決めを行うことができる。

プリズムレンズアレイ２５のテーパ部３７は、プリズム固定部１９の上面側と接触する。プリズム固定部１９の上面側には、テーパ部３７に対応したテーパ形状が形成される。プリズムレンズアレイ２５を前方側から挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側のテーパ形状と接触する。この際、プリズムレンズアレイ２５は、プリズム固定部１９の下方に押し付けられて下面と接触する。したがって、プリズムレンズアレイ２５の上下方向（図中Ｙ方向）の位置決めを行うことができる。また、レンズ３１と孔４３とを嵌合させることで、他の嵌合構造等を加工する必要がない。

また、プリズム固定部１９の、孔４３の両側方には、溝４２が前後方向に沿って形成される。溝４２は、接着剤がレンズ３１側に流れ込むことを防止する。すなわち、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に配置した際、プリズムレンズアレイ２５の側方から、プリズムレンズアレイ２５の下面に接着剤が流れ込む場合がある。この場合に、接着剤がレンズ３１に付着することを防止することができる。

また、図１６に示すような嵌合構造２０ｇとしてもよい。嵌合構造２０ｇは、プリズムレンズアレイ２５が樹脂成形体１５の下方から挿入される。すなわち、下方の孔がプリズムレンズアレイ２５のサイズに対応して形成される。プリズム固定部１９の前面には、レンズ３１に対応した孔４３が形成される。レンズ３１と孔４３は、嵌合可能である。すなわち、レンズ３１と孔４３とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ２５の幅方向（図中Ｘ方向）および高さ方向（図中Ｙ方向）の位置決めを行うことができる。

なお、プリズムレンズアレイ２５のテーパ部３７とプリズム固定部１９の上面との接触状態は、図１７（ａ）に示すように、対応するテーパ形状であっても良く、図１７（ｂ）に示すように、対応する段差形状であっても良い。

すなわち、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側の段差またはテーパ形状と接触する。これにより、前後方向（図中Ｚ方向）の位置決めがなされる。

なお、プリズム固定部１９の、孔４３の両側方には、溝４２が上下方向に沿って形成される。これにより、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に配置した際、プリズムレンズアレイ２５の側方から接着剤が流れ込み、レンズ３１に付着することを防止することができる。

また、図１８に示すような嵌合構造２０ｈとしてもよい。嵌合構造２０ｈは、嵌合構造２０ｇに対し、ダミーレンズ４９を形成したものである。レンズ３１の両側方には、レンズ３１と同様の形状のダミーレンズ４９が形成される。ダミーレンズ４９には光が入射せず、レンズとしての機能を果たす物ではない。

プリズム固定部１９の前面には、レンズ３１が露出可能な開口部２１が形成される。開口部２１の両側方には、ダミーレンズ４９に対応する部位に孔４３が形成される。ダミーレンズ４９は孔４３に嵌合可能である。すなわち、レンズ３１と孔４３とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ２５の幅方向（図中Ｘ方向）および高さ方向（図中Ｙ方向）の位置決めを行うことができる。また、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側のテーパ形状と接触する。これにより、前後方向（図中Ｚ方向）の位置決めがなされる。

ダミーレンズ４９は、レンズ３１と同一の形状であるため、加工が容易である。また、開口部２１は、レンズ３１の形成範囲よりも大きいため、接着剤がレンズ３１に流れ込むことがない。

また、図１９に示すような嵌合構造２０ｉとしてもよい。嵌合構造２０ｉは、嵌合構造２０ｈに対し、プリズムレンズアレイ２５の挿入方向およびレンズ３１方向を変えたものである。プリズムレンズアレイ２５は、プリズム固定部１９の前方から挿入される。プリズムレンズアレイ２５は、下面側にレンズ３１が形成される。レンズ３１の両側方には、レンズ３１と同様の形状のダミーレンズ４９が形成される。

プリズム固定部１９の下面には、レンズ３１が露出可能な孔が形成される。孔の両側方には、ダミーレンズ４９に対応する部位に孔４３が形成される。ダミーレンズ４９は孔４３に嵌合可能である。すなわち、レンズ３１と孔４３とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ２５の幅方向（図中Ｘ方向）および高さ方向（図中Ｚ方向）の位置決めを行うことができる。

また、プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側のテーパ形状と接触し、下面に押し付けられる。これにより、高さ方向（図中Ｙ方向）の位置決めがなされる。

また、図２０に示すような嵌合構造２０ｊとしてもよい。嵌合構造２０ｊのように、テーパ部３７に対して、突部４５を形成してもよい。プリズムレンズアレイ２５をプリズム固定部１９に挿入すると、テーパ部３７はプリズム固定部１９の上面側のテーパ形状と接触する。

この際、プリズム固定部１９の上面側には、突部４５に対応する凹部４７が形成される。これにより、プリズムレンズアレイ２５の幅方向（図中Ｘ方向）および高さ方向（図中Ｚ方向）の位置決めを行うことができる。また、テーパ部３７がプリズム固定部１９の上面側のテーパ形状と接触すると、プリズムレンズアレイ２５がプリズム固定部１９下面に押し付けられる。したがって、プリズムレンズアレイ２５の高さ方向（図中Ｙ方向）の位置決めがなされる。

以上のように、プリズムレンズアレイ２５の幅方向、高さ方向、前後方向の位置決めが可能であれば、位置決めのための嵌合構造の配置は、適宜設定することができる。

１………光モジュールパッケージ
３ａ、３ｂ………ケース
５ａ、５ｂ………プリント基板
７………光モジュール
９………回路基板
１１………光素子アレイ
１３………発熱素子
１５………樹脂成形体
１７………放熱部
１９………プリズム固定部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ………嵌合構造
２１………開口部
２３………ガイドピン
２５………プリズムレンズアレイ
２７………蓋部
２９………放熱ブロック
３１………レンズ
３３………突起
３５………溝
３７………テーパ部
３８………ワイヤ
３９………テーパ部
４１………放熱樹脂
４２………溝
４３………孔
４５………突起
４７………突起
４９………ダミーレンズ

Claims (10)

1. 光素子アレイが搭載される回路基板と、
   前記回路基板上に配置される樹脂成形体と、
   レンズが幅方向に併設され、光路を反射させることが可能なガラス製のプリズムレンズアレイと、
   を具備し、
   前記樹脂成形体は、前記光素子アレイに対応する部位に設けられ、前記プリズムレンズアレイを固定可能なプリズム固定部と、前記プリズム固定部に設けられ、接続される光コネクタ方向に形成される開口部と、光コネクタの位置決めを行うガイド部と、を有し、
   前記プリズムレンズアレイと、前記プリズム固定部の接触面には、前記プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造が形成されるとともに、前記プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされることを特徴とする光モジュール。
2. 前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの前記レンズの凸形状と、前記プリズム固定部の前記レンズに対応する部位に形成され、前記凸形状に対応する形状であり、前記凸形状と嵌合可能な孔であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記プリズム固定部の前記レンズの両側方に対応する部位には、前記レンズに接着剤が回り込むことを防止する溝が形成されることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
4. 前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの一方の面側に形成され、前記レンズの並列方向に垂直な方向に形成される断面が略Ｖ字状の突起と、前記プリズム固定部の前記突起に対応する部位に形成され、前記突起と嵌合可能な断面略Ｖ字状の溝であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
5. 前記突起および前記溝は、前記レンズの両側に一対形成されることを特徴とする請求項４記載の光モジュール。
6. 前記プリズムレンズアレイの前記レンズは、前記光素子アレイ側に向けて形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光モジュール。
7. 前記プリズムレンズアレイは、前記プリズム固定部内において、少なくとも前記プリズムレンズアレイの下面、側面および前面（但し、いずれの面も光路を除く）に対して接着剤で固定されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光モジュール。
8. 前記プリズム固定部に設置された前記プリズムレンズアレイの上部には蓋部が設けられ、
   前記蓋部は、前記プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有するブロックであり、前記傾斜部が前記傾斜面に接触するように前記蓋部が配置されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光モジュール。
9. 前記プリズム固定部の上部には、前記プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状が形成され、前記プリズムレンズアレイと前記テーパ部または前記段差形状との接触によって前記プリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めがなされることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光モジュール。
10. 前記回路基板上には発熱素子が配置され、前記樹脂成形体の前記発熱素子に対応する部位には放熱部が形成され、前記放熱部には放熱ブロックが設けられ、前記発熱素子からの熱を前記放熱ブロックに伝達可能であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光モジュール。
    
    

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