JP5589740B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換装置に関するものであり、詳しくは、光信号を電気信号に変換する光電変換素子、および、電気信号を光信号に変換する光電変換素子の少なくともいずれか一方を備える光電変換装置に関するものである。

光信号を電気信号に変換する光電変換素子（フォトダイオードなどの半導体受光素子）、および、電気信号を光信号に変換する光電変換素子（発光ダイオードなどの半導体発光素子）の少なくともいずれか一方を備える光電変換モジュールが知られている。例えば特許文献１には、この種の光電変換モジュールとして、光電変換素子が、光透過性を有する材料で形成されたホルダと称される部材に取り付けられた構成が記載されている。光電変換素子が取り付けられたホルダには、集光レンズ部が形成されており、この集光レンズ部を介して光電変換素子と、（光電変換モジュールに係合する光コネクタ用フェルールに固定された）光ファイバとが光学的に接続される。

特開２００４−２３９９９７号公報

特許文献１に記載されるように、この種の光電変換モジュールのホルダは、その先端側が筒状に形成されている。この筒状の部分は、光ファイバが固定された光コネクタ用フェルール（相手方フェルール）が係合する係合代となる部分であるが、光電変換モジュールの軸線方向における小型化を阻害する一因であった。

また、ホルダは、光透過性を有する必要がある（一般的には透明な樹脂で成形される）ため、成形精度を向上させるための充填材（フィラー）を材料中に混入させることができない。したがって、一般的な樹脂成形品などと比較し、光電変換モジュールのホルダの高い成形精度を確保することは難しい。

上記実情に鑑み、本発明は、軸線方向における小型化、および、成形精度向上を実現できる光電変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる光電変換装置は、光透過性を有する材料で成形されたホルダおよびこのホルダに取り付けられた光電変換素子を有する光電変換モジュールと、前記光電変換素子と光学的に接続される光ファイバが固定された光コネクタ用フェルールと、を備える光電変換装置であって、前記ホルダは、先端側に突出した軸状の軸状突起部と、光軸がこの軸状突起部の軸線と一致し、前記光コネクタ用フェルールに固定された光ファイバと前記光電変換素子とを光学的に接続する集光レンズ部と、を有し、前記光コネクタ用フェルールには、光軸方向における内底面から先端面までの長さが前記軸状突起部の突出長さと略同じに設定された、当該軸状突起部に係合する筒状の筒状係合部と、この筒状係合部の内側の空間に連なる光ファイバ位置決め孔と、が形成されるとともに、前記光ファイバの先端が前記筒状係合部の前記内底面と略面一となって前記筒状係合部の内側の空間に臨むように前記光ファイバが前記光ファイバ位置決め孔内に固定されていることを要旨とする。

また、前記筒状係合部の内径は、前記軸状突起部の外径よりも小さく設定されており、前記筒状係合部には、光軸方向に延びるスリットが形成されているとよい。

この場合、前記軸状突起部の外周面がテーパに形成されるとともに、前記筒状係合部の内周面が前記軸状突起部の外周面と略同じ角度のテーパに形成されていればよい。

本発明にかかる光電変換装置は、光コネクタ用フェルールが係合する部分として、先端側に突出した軸状の軸状突起部を有し、この軸状突起部の先端から集光レンズ部までが、ホルダ内を透過する光信号の光路となる。つまり、軸線方向で見ると、ホルダにおける光コネクタ用フェルールが係合する部分も光路として利用されるから、光電変換モジュール（ホルダ）が軸線方向に小さくなる。

また、軸状突起部を光コネクタ用フェルールと係合する部分とすることで、ホルダの体積が小さくなり、ホルダ成形時における収縮量などが小さくなる。つまり、ホルダの成形精度を向上させることができる。

そして、光電変換装置において、軸状突起部の外周面と、光コネクタ用フェルールの筒状係合部の内周面とを略同じ角度のテーパに形成することによって、両者が係合すると当該テーパ面同士が密着した状態となるようにすれば、光電変換モジュールと光コネクタ用フェルールとが係合した際における軸ずれ（光軸ずれ）を抑制することができる。つまり、接続損失の小さい光電変換装置とすることができる。

本発明の一実施形態にかかる光電変換モジュールの断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光電変換装置の断面図である。 図１および図２に示した光電変換モジュールと従来型の光電変換モジュールとを比較して示した断面図である。 図２に示した本発明の一実施形態にかかる光電変換装置の変形例である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、光電変換モジュール１における先端（前）側とは、光コネクタ用フェルール３０に係合する側のことをいい、後端側とはその反対側をいうものとする。同様に、光コネクタ用フェルール３０における先（前）端側とは、光電変換モジュール１に係合する側のことをいい、後端側とはその反対側をいうものとする。また、単に軸線方向とは光ファイバ９０の軸線方向（図１〜図４における左右方向）をいう。

図１に示す本発明の一実施形態にかかる光電変換モジュール１は、光透過性を有する材料で成形されたホルダ１０と、このホルダ１０に取り付けられた光電変換素子２０と、を備える。

ホルダ１０は、例えばアクリル樹脂などの透明な合成樹脂材料によって一体成形される。このホルダ１０は、先端側に形成された軸状突起部１１と、軸状突起部１１よりも後端側に形成された集光レンズ部１２と、この集光レンズ部１２を囲むように形成された光電変換素子取付部１３と、を有する。

軸状突起部１１は、ホルダ１０の前側端面１０１から先端側に突出した軸状（本実施形態では断面円形）の突起である。この軸状突起部１１に、詳細を後述する光コネクタ用フェルール３０が係合される。軸状突起部１１の軸線は、集光レンズ部１２の中心を通る直線、すなわち集光レンズ部１２の光軸と一致している。軸状突起部１１は、ホルダ１０内を通過する光（拡散光）が、軸状突起部１１の側面から漏れないような太さであって、光コネクタ用フェルール３０の筒状係合部３１の内径（内側の空間の径）のよりわずかに大きい直径に（寸法公差分、軸状突起部１１の方が大きくなるように）形成されている。また、軸状突起部１１は、光コネクタ用フェルール３０の筒状係合部３１の内側の空間と略同じ長さに形成されている。

集光レンズ部１２は、ホルダ１０の後端側に突出した凸レンズ（非球面レンズ）である。光電変換素子取付部１３は、凸レンズの周囲から後端側に突出した円筒状の壁部であり、その内側に光電変換素子２０が取り付けられている。なお、この光電変換素子取付部１３の構成は一例である。所定位置に光電変換素子２０を取り付けることができる構成であればよい。

光電変換素子２０は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子（フォトダイオードなどの半導体受光素子）、あるいは、電気信号を光信号に変換する光電変換素子（発光ダイオードなどの半導体発光素子）である。また、その両方を備える光電変換素子パッケージであってもよい（本発明における「光電変換素子」には、このような光電変換素子パッケージを含む）。光電変換素子２０は、その表面の位置が、上記集光レンズ部１２の焦点位置と一致するように取り付けられている。すなわち、集光レンズ部１２を介して、光電変換素子２０と光電変換モジュール１に係合される光コネクタ用フェルール３０に固定された光ファイバ９０とが光学的に接続されることになる。

次に、本発明の一実施形態にかかる光電変換装置２について説明する。図２に示す光電変換装置２は、上記光電変換モジュール１と、この光電変換モジュール１に係合する光コネクタ用フェルール３０とを備える。

光コネクタ用フェルール３０には、最も先端側に位置する筒状係合部３１と、この筒状係合部３１の後端側に位置する光ファイバ位置決め孔３２と、この光ファイバ位置決め孔３２の後端側に位置する光ファイバ固定孔３３と、外周面において開口する接着剤注入孔３４と、が形成されている。

筒状係合部３１は、内側に軸状突起部１１が係合する筒状（本実施形態では断面円形）の部分である。詳しくは、軸状突起部１１との突き合わせ面の周縁から先端側に延びる、断面が円形である筒状の側壁が形成された部分である。かかる筒状係合部３１の内側の空間に軸状突起部１１が入り込む。

筒状係合部３１の側壁には、軸線方向に延びるスリットが形成されている。したがって、軸線方向と直交する平面で筒状係合部３１を切断した断面は、略「Ｃ」形状となる。このスリットにより、筒状係合部３１の側壁は外側に拡がりやすくなる。筒状係合部３１の内周は、筒状係合部３１に係合される軸状突起部１１の直径よりもわずかに小さく形成されており、軸状突起部１１が挿入されることによって筒状係合部３１の側壁はわずかに押し拡げられた状態となる。したがって、挿入された軸状突起部１１は、筒状係合部３１の側壁の弾性力によって内側に締め付けられ、筒状係合部３１の内側でがたつくことなく保持される。これにより、光コネクタ用フェルール３０に固定された光ファイバ９０と、集光レンズ部１２（光電変換素子２０）との光軸ずれが抑えられる。

光ファイバ位置決め孔３２は、筒状係合部３１の内側の空間に連なって形成された貫通孔である。光ファイバ９０は、この光ファイバ位置決め孔３２に挿入されることによって径方向に位置決めされる。光ファイバ固定孔３３は、光ファイバ位置決め孔３２に連なり、コネクタ用フェルールの後端面に開口が位置する貫通孔である。また、接着剤注入孔３４は、この光ファイバ固定孔３３に連なって形成されており、接着剤注入孔３４の開口は、光コネクタ用フェルール３０の外周面に位置する。光ファイバ９０は、光ファイバ固定孔３３の開口から、光ファイバ９０が光ファイバ位置決め孔３２まで（光ファイバ９０の先端が筒状係合部３１の内底面と面一となるまで）挿入され、接着剤注入孔３４より注入された接着剤により、光コネクタ用フェルール３０に固定されている。

このような構成を有する光コネクタ用フェルール３０の筒状係合部３１に、光電変換モジュール１の軸状突起部１１が係合されることによって、光コネクタ用フェルール３０に固定された光ファイバ９０と、光電変換モジュール１が有する光電変換素子２０とが光学的に接続される。すなわち、図示されない外部機器より光ファイバ９０を通じて伝送された光信号は、ホルダ１０の集光レンズ部１２によって集光され、光信号を電気信号に変換する光電変換素子２０によって電気信号に変換される。あるいは、電気信号を光信号に変換する光電変換素子２０から出射された光は、ホルダ１０の集光レンズ部１２によって集光され、光信号として光ファイバ９０を通じて図示されない外部機器まで伝送される。

このような構成を有する本実施形態にかかる光電変換モジュール１や、この光電変換モジュール１と光コネクタ用フェルール３０を備える光電変換装置２によれば、次のような作用効果が奏される。

光電変換モジュール１は、前側端面１０１から突出した軸状突起部１１を有し、この軸状突起部１１に、光コネクタ用フェルール３０の筒状係合部３１が係合する。光ファイバ９０は、筒状係合部３１の内側の空間に臨むように光コネクタ用フェルール３０に固定されている。したがって、ホルダ１０内を通過する光信号の光路は、軸状突起部１１の先端から集光レンズ部１２までとなる。つまり、軸線方向で見ると、ホルダ１０における軸状突起部１１は、１）光コネクタ用フェルール３０が係合する係合代、２）光信号を伝送する光路、の両方を構成するから、光電変換モジュール１全体の大きさを軸線方向に小さくできる。

具体的には、図３に示すように、本実施形態における光電変換モジュール１（図３（ａ））のホルダ１０内における光信号の光路と、上記特許文献１に示したような従来型の光電変換モジュール（図３（ｂ）に示すような、光コネクタ用フェルール３０と係合する筒状の部分を形成した構成）のホルダ１０内における光信号の光路の軸線方向長さＸを同じに設定した場合、軸状突起部１１が光コネクタ用フェルール３０との係合代を兼ねている分、本実施形態における光電変換モジュール１の方が軸線方向における長さが小さくなる。

また、図３に示すように、本実施形態における光電変換モジュール１と従来型の光電変換モジュールとを比較すると、光コネクタ用フェルール３０との係合部分を軸状に形成した本実施形態における光電変換モジュール１の方が、ホルダ１０の体積を小さくできるから、成形時における収縮量が小さく成形精度に優れる。したがって、成形精度を高めるための充填材（フィラー）を用いることができないため成形精度を確保することが困難であるという、光透過性を有する材料で成形されたホルダ１０特有の問題の影響を低減することができる。

以上説明した本実施形態にかかる光電変換装置２の変形例（光電変換装置２ａ）として、例えば次のような構成が考えられる。なお、上述した光電変換装置２と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図４は、この変形例にかかる光電変換装置２ａの断面図である。光電変換モジュール１ａのホルダ１０ａに形成された軸状突起部１１ａは、その外周面がテーパ（テーパ面１１１ａ）に形成されている。一方、光コネクタ用フェルール３０ａの筒状係合部３１ａも、その内周面がテーパ（テーパ面３１１ａ）に形成されている。両テーパ面１１１ａ、３１１ａのテーパ角度は、略同じに設定されており、光電変換モジュール１ａと、光コネクタ用フェルール３０ａが係合すると、軸状突起部１１ａのテーパ面１１１ａと筒状係合部３１ａのテーパ面１１１ａが密着する。

このように、ホルダ１０ａが有する軸状突起部１１ａの外周面と、光コネクタ用フェルール３０ａが有する筒状係合部３１ａの内周面とを略同じ角度のテーパ形状とすれば、両者が係合したとき、テーパ面１１１ａ、３１１ａ同士が密着した状態となるから、光軸ずれ（軸線方向と直交する方向のずれ）が小さくなる。つまり、接続損失の小さい光電変換装置２ａとすることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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改変が可能である。

例えば、上記光電変換装置２（２ａ）において、軸状突起部１１（１１ａ）の先端と、筒状係合部３１（３１ａ）の内底面との間には、光学的な悪影響がない程度の小さな空間が存在していてもよい。

また、上記実施形態では、ホルダ１０（１０ａ）の後端側（軸状突起部１１（１１ａ）と光電変換素子２０との間）に集光レンズ部１２が形成されていることを説明したが、軸状突起部１１（１１ａ）の先端に集光レンズ部１２を形成してもよい。

また、上記実施形態では、軸状突起部１１（１１ａ）は断面円形に形成されていることを説明したが、ホルダ１０（１１ａ）の前側端面１０１から軸状に突出した形状であれば、その断面形状は円形に限られず、適宜変更可能である。その形状に合わせて、軸状突起部１１（１１ａ）が係合する光コネクタ用フェルール３０（３０ａ）の筒状係合部３１（３１ａ）の断面形状（内側の空間の形状）を変更すればよい。

１ 光電変換用モジュール
２（２ａ） 光電変換装置
１０（１０ａ） ホルダ
１１（１１ａ） 軸状突起部
１１１ａ （軸状突起部の）テーパ面
１２ 集光レンズ部
２０ 光電変換素子
３０（３０ａ） 光コネクタ用フェルール
３１（３１ａ） 筒状係合部
３１１ａ （筒状係合部の）テーパ面
９０ 光ファイバ

Claims (3)

1. 光透過性を有する材料で成形されたホルダおよびこのホルダに取り付けられた光電変換素子を有する光電変換モジュールと、前記光電変換素子と光学的に接続される光ファイバが固定された光コネクタ用フェルールと、を備える光電変換装置であって、
   前記ホルダは、先端側に突出した軸状の軸状突起部と、光軸がこの軸状突起部の軸線と一致し、前記光コネクタ用フェルールに固定された光ファイバと前記光電変換素子とを光学的に接続する集光レンズ部と、を有し、
   前記光コネクタ用フェルールには、光軸方向における内底面から先端面までの長さが前記軸状突起部の突出長さと略同じに設定された、当該軸状突起部に係合する筒状の筒状係合部と、この筒状係合部の内側の空間に連なる光ファイバ位置決め孔と、が形成されるとともに、前記光ファイバの先端が前記筒状係合部の前記内底面と略面一となって前記筒状係合部の内側の空間に臨むように前記光ファイバが前記光ファイバ位置決め孔内に固定されていることを特徴とする光電変換装置。
2. 前記筒状係合部の内径は、前記軸状突起部の外径よりも小さく設定されており、
   前記筒状係合部には、光軸方向に延びるスリットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記軸状突起部の外周面がテーパに形成されるとともに、
   前記筒状係合部の内周面が前記軸状突起部の外周面と略同じ角度のテーパに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

Images