JP6161604B2 - 光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールに関する。特に、本発明は、発光素子と光伝送体とを光学的に結合するのに好適な光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールに関する。

従来、光ファイバを用いた光通信には、面発光レーザ（例えば、ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の発光素子を備えた光モジュールが用いられていた。

この種の光モジュールには、光レセプタクルと称される光モジュール部品が用いられている。この光レセプタクルは、発光素子から出射された通信情報を含む光を光ファイバの端面に結合させることによって、光ファイバを介した光送信に用いられる。

また、従来、光モジュールにおいては、温度変化に対する発光素子の出力特性の安定化または光出力の調整を目的として、発光素子から出射された光（強度や光量）をモニタ（監視）するための種々の提案がなされていた。

例えば、特許文献１においては、本発明者によってなされた発明として、光レセプタクルの一態様であるレンズアレイを備えた光モジュールの発明が提案されている。特許文献１に記載の発明においては、発光素子から出射されたレーザ光が、まず、第１のレンズ面に入射し、次いで、反射面によって光ファイバ側に向けて反射され、次いで、レンズアレイ本体の凹部内に配置された反射／透過層によって、光ファイバに向かう結合光とモニタ光とに分離される。そして、結合光は、凹部内に配置されたプリズムおよび充填材と、レンズアレイ本体とを順次経た後に、第２のレンズ面から光ファイバの端面に向けて出射される。一方、モニタ光は、レンズアレイ本体を経た後に、第３のレンズ面から受光素子に向けて出射される。

特開２０１１−１３３８０７号公報

特許文献１に記載の発明によれば、反射／透過層における反射および透過を利用して、結合光の光路を適切に確保しつつモニタ光を簡便かつ確実に取得することができる。

本発明者は、このような特許文献１に記載の発明の利点を踏まえた上で、更に、製造容易性および信頼性の向上を図るべく鋭意研究を行い、本発明をなすに至った。

本発明の目的は、発光素子の光の入射およびモニタ光の出射が行われる面と結合光の出射面とを一体的に製造する場合に比べて各光学面を簡便かつ高精度に製造するとともに、光路上への異物の付着および傷の形成を抑制することによって、製造容易性および信頼性の向上を図ることができる光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールを提供することである。

本発明は、以下の光レセプタクルおよび光モジュールに関する。

［１］発光素子および前記発光素子から出射された光をモニタするためのモニタ光を受光する受光素子を有する光電変換装置と、光伝送体との間に配置された状態で、前記発光素子と前記光伝送体とを光学的に結合可能とされた光レセプタクルであって、前記光電変換装置に対向して配置される透光性の光学ブロックと、前記光学ブロックを内包するとともに、前記光電変換装置側に向けた開口によって前記光学ブロックを前記光電変換装置側において露出させる透光性の光学ハウジングと、前記光学ハウジングと前記光学ブロックとの間に充填された透光性の充填材とを備え、前記光学ブロックは、前記発光素子からの前記光の入射および前記受光素子に向けた前記モニタ光の出射が行われる光電変換装置対向面と、前記光電変換装置対向面の反対側の面上に、前記光電変換装置対向面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記光電変換装置対向面に入射した前記発光素子の光が到達し、この到達した発光素子の光を前記光伝送体側に向けて反射させる反射面と、前記光電変換装置対向面の反対側の面上における前記反射面に対する前記発光素子の光の反射側の位置に、前記光電変換装置対向面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記反射面によって反射された前記発光素子の光が到達する傾斜光学面と、前記傾斜光学面上に配置され、前記傾斜光学面に到達した前記発光素子の光を、所定の反射率で前記モニタ光として前記光電変換装置対向面に向けて反射させるとともに所定の透過率で前記光伝送体に結合すべき結合光として前記光伝送体側に透過させる反射／透過層と、前記光電変換装置対向面の反対側の面上における前記反射面と前記傾斜光学面との間の位置に配置され、前記光学ブロックと前記光学ハウジングとを嵌合させるための光学ブロック側嵌合部とを備え、前記光学ハウジングは、前記光伝送体に対向して配置されるハウジング側壁部の内壁面上に配置され、前記結合光が入射する結合光入射面と、前記ハウジング側壁部の外壁面上に配置され、前記結合光入射面に入射した前記結合光が到達し、この到達した結合光を前記光伝送体に向けて出射させる結合光出射面と、前記光学ブロックを前記光電変換装置の反対側から遮蔽するハウジング天壁部における前記光学ブロック側嵌合部に対応する位置に配置され、前記光学ブロック側嵌合部と嵌合する光学ハウジング側嵌合部とを備え、前記充填材は、前記反射／透過層と前記結合光入射面との間に充填されている、光レセプタクル。

［２］前記反射面が、前記発光素子の光を前記結合光出射面における前記結合光の出射方向に平行な方向に反射させるように配置され、前記結合光入射面と前記結合光出射面との間の前記結合光の光路と前記結合光出射面の出射直後の前記結合光の光路とを同一直線上に配置するための前記光学ブロック、前記光学ハウジングおよび前記充填材のそれぞれの屈折率の選択ならびに必要に応じた前記傾斜光学面および前記結合光入射面の角度の選択がなされている、［１］に記載の光レセプタクル。

［３］前記光学ブロック、前記光学ハウジングおよび前記充填材のそれぞれの屈折率が、互いの屈折率差が所定値以下となるように選択されている、［２］に記載の光レセプタクル。

［４］前記充填材は、紫外線硬化型接着剤からなり、前記光学ブロックおよび前記光学ハウジングの少なくとも一方は、紫外線透過性の材料を用いて形成されている、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の光レセプタクル。

［５］前記反射面は、前記発光素子の光が臨界角よりも大きな入射角で入射し、この入射した発光素子の光を前記傾斜光学面に向けて全反射させる全反射面である、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の光レセプタクル。

［６］前記光電変換装置対向面上における前記発光素子に対応する位置に、前記発光素子の光を前記反射面に向けて入射させる第１のレンズ面が配置され、前記結合光出射面は、第２のレンズ面であり、前記光電変換装置対向面上における前記受光素子に対応する位置に、前記モニタ光を前記受光素子に向けて出射させる第３のレンズ面が配置されている、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の光レセプタクル。

［７］［１］〜［６］のいずれか１項に記載の光レセプタクルと、［１］に記載の光電変換装置とを備える光モジュール。

［１］に係る発明によれば、発光素子の光の入射およびモニタ光の出射が行われる光電変換装置対向面を光学ブロックに形成し、結合光が出射される結合光出射面を光学ハウジングに形成することによって、光電変換装置対向面および結合光出射面を簡便かつ高精度に形成することができる。その上で、光学ブロックと光学ハウジングとを嵌合部による嵌合によって簡便かつ精度良く組み合わせることができるので、寸法精度が確保された光レセプタクルを容易に製造することができる。また、光学ハウジングによって光学ブロックの反射面を遮蔽することができるので、反射面上への異物の付着および傷の形成を抑制することができる。これによって、光学性能の安定性を確保することができ、高い信頼性を得ることができる。

［２］に係る発明によれば、結合光入射面以後の結合光の光路の直線性を確保することによって、結合光入射面と結合光出射面との間の光路長に製造誤差が生じたとしても、光伝送体への結合効率に与える影響を無くすことができる。また、このような直線性が確保された結合光の光路を、反射面における発光素子の光の反射方向を好適に選択したことによって比較的簡便に設計することができる。

［３］に係る発明によれば、傾斜光学面および結合光入射面の角度によらず、反射面と傾斜光学面との間の発光素子の光の光路と結合光の光路とをほぼ同一直線上に位置させることができる。このため、製品検査の際に、光伝送体における結合光の結合位置のずれが確認された場合に、これを解消するための寸法調整を要する箇所を少なくすることができ、更なる製造の容易化に寄与することができる。

［４］に係る発明によれば、光学ブロックを光学ハウジング内に安定的かつ効率的に固定することによって、機械的強度および製造効率を向上させることができる。

［５］に係る発明によれば、反射面を容易に形成することができるので、部品点数およびコストを抑えることができる。

［６］に係る発明によれば、第１のレンズ面および第３のレンズ面を光学ブロックに形成し、第２のレンズ面を光学ハウジングに形成することによって、各レンズ面を簡便かつ高精度に形成することができる。

［７］に係る発明によれば、寸法精度が確保された光レセプタクルを容易に製造することができるとともに、反射面上への異物の付着および傷の形成を抑制することができる。

このように、本発明によれば、発光素子の光の入射およびモニタ光の出射が行われる面と結合光の出射面とを一体的に製造する場合に比べて各光学面を簡便かつ高精度に製造するとともに、光路上への異物の付着および傷の形成を抑制することによって、製造容易性および信頼性の向上を図ることができる。

本発明に係る光モジュールの概要を、本発明に係る光レセプタクルとしてのレンズアレイの縦断面図とともに示した概略構成図 図１に示すレンズアレイにおける光学ブロックの仰観斜視図 光学ブロックの下面図 光学ブロックの正面図 光学ブロックの右側面図 図１に示すレンズアレイにおける光学ハウジングの俯瞰斜視図 光学ハウジングの平面図 光学ハウジングの正面図 光学ハウジングの左側面図 光学ハウジングの下面図 本発明の変形例を示す模式図

以下、本発明に係る光レセプタクルおよび光モジュールの実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。

ここで、図１は、本実施形態における光モジュール１の概要を本実施形態における光レセプタクルとしてのレンズアレイ２の縦断面図とともに示した概略構成図である。

また、図２〜図５は、図１に示すレンズアレイ２における後述する光学ブロック３を示したものである。具体的には、図２は光学ブロック３の仰観斜視図、図３は光学ブロック３の下面図、図４は光学ブロック３の正面図、図５は図４に示す光学ブロック３の右側面図である。

さらに、図６〜図１０は、図１に示すレンズアレイ２における後述する光学ハウジング４を示したものである。具体的には、図６は光学ハウジング４の俯瞰斜視図、図７は光学ハウジング４の平面図、図８は光学ハウジング４の正面図、図９は図８に示す光学ハウジング４の左側面図、図１０は図８に示す光学ハウジング４の下面図である。

図１に戻って、本実施形態におけるレンズアレイ２は、光電変換装置７と光伝送体としての光ファイバ８との間に配置される。図１において、光電変換装置７はレンズアレイ２の下側に配置され、光ファイバ８はレンズアレイ２の左側に配置される。

［光電変換装置の具体的構成］
光電変換装置７は、半導体基板９におけるレンズアレイ２側の面（図１における上面）に、この面に対して垂直方向（図１における上方向）にレーザ光Ｌａを出射（発光）する複数の発光素子１０を有している。これらの発光素子１０は、前述したＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）を構成している。なお、図１において、各発光素子１０は、図１における紙面垂直方向に沿って配列されている。また、光電変換装置７は、半導体基板９におけるレンズアレイ２側の面であって、各発光素子１０に対する図１における左方位置に、各発光素子１０からそれぞれ出射されたレーザ光Ｌａの出力（例えば、強度や光量）をモニタするためのモニタ光Ｌｍを受光する発光素子１０と同数の複数の受光素子１４を有している。なお、受光素子１４は、発光素子１０と同方向に配列されており、互いに対応する素子１０，１４同士の間で、整列方向における位置が互いに一致している。すなわち、受光素子１４は、発光素子１０と同一ピッチで配列されている。この受光素子１４は、フォトディテクタであってもよい。また、受光素子１４は、少なくとも１つ配置するのであれば、必ずしも発光素子１０と同数配置しなくてもよく、発光素子１０よりも数を少なくしてもよい。さらに、図示はしないが、光電変換装置７には、受光素子１４によって受光されたモニタ光Ｌｍの強度や光量に基づいて発光素子１０から発光されるレーザ光Ｌａの出力を制御する制御回路が接続されている。このような光電変換装置７は、例えば、半導体基板９をレンズアレイ２に当接させた状態で、レンズアレイ２に対して対向配置される。そして、この光電変換装置７は、例えば、クランプバネ等の不図示の公知の固定手段によってレンズアレイ２に取付けられることにより、レンズアレイ２とともに光モジュール１を構成する。

［光ファイバの具体的構成］
また、本実施形態における光ファイバ８は、発光素子１０および受光素子１４と同数配設されており、図１における紙面垂直方向に沿って発光素子１０と同一ピッチで配列されている。各光ファイバ８は、互いに同寸法の例えばマルチモード方式の光ファイバ８である。各光ファイバ８の端面８ａ側の部位は、ＭＴコネクタ等の多心一括型の光コネクタ１５内に保持されている。このような光ファイバ８は、例えば、光コネクタ１５におけるレンズアレイ２側の端面をレンズアレイ２に当接させた状態で、不図示の公知の固定手段（例えば、クランプバネ等）によってレンズアレイ２に取付けられる。

そして、レンズアレイ２は、このような光電変換装置７と光ファイバ８との間に配置された状態で、各発光素子１０と各光ファイバ８の端面８ａとを光学的に結合させる。

［レンズアレイの具体的構成］
レンズアレイ２についてさらに詳述すると、図１に示すように、レンズアレイ２は、光電変換装置７に対向して配置された透光性の光学ブロック３と、この光学ブロック３を内包する透光性の光学ハウジング４と、この光学ハウジング４と光学ブロック３との間に配置された透光性の充填材５とによって構成されている。なお、図１に示すように、光学ハウジング４は、光電変換装置７側に向けた開口４Ａによって光学ブロック３を光電変換装置７側において露出させるようになっている。

〔光学ブロックの詳細〕
ここで、まず、光学ブロック３の詳細を説明すると、図１〜図５に示すように、光学ブロック３は、光学ブロック本体１７を有している。この光学ブロック本体１７は、その外形が、直方体における１つの面を挟む一対の角部を斜めに削落したような略六角柱形状に形成されている。

すなわち、図１〜図５に示すように、上端水平面１７ａ、上端左傾斜面１７ｂ、上端右傾斜面１７ｃ、下端面１７ｄ、左端面１７ｅ、右端面１７ｆ、前端面１７ｇおよび後端面１７ｈの各平面によって、光学ブロック本体１７の大まかな外形が構成される。上端水平面１７ａと下端面１７ｄとは互いに平行であり、また、左右の端面１７ｅ、１７ｆ同士、前後の端面１７ｇ、１７ｈ同士も互いに平行である。さらに、上端水平面１７ａおよび下端面１７ｄと、前後左右の端面１７ｅ〜ｈとは、互いに垂直である。

＜光電変換装置対向面について＞
このような光学ブロック本体１７の下端面１７ｄでは、図３における中央側の殆どの範囲を占める平面視略矩形状の部位１７ｄ’が、周縁部１７ｄ”よりも図１における上方に凹入された凹入平面に形成されている。この部位１７ｄ’は、発光素子１０からのレーザ光Ｌａの入射および受光素子１４に向けたモニタ光Ｌｍの出射が行われる光電変換装置対向面１７ｄ’である。

＜第１のレンズ面について＞
このような光電変換装置対向面１７ｄ’に対するレーザ光Ｌａの入射は、光電変換装置対向面１７ｄ’の平面領域を介して行ってもよいが、本実施形態においては、レーザ光Ｌａの光束径の制御により好適な手段を採用している。

すなわち、光電変換装置対向面１７ｄ’上であって、発光素子１０に対応する図１〜図４における右端部近傍位置には、発光素子１０と同数（１２個）の平面視円形状の第１のレンズ面（凸レンズ面）１１が形成されている。各第１のレンズ面１１は、発光素子１０に対応する所定の整列方向（図１、図４における紙面垂直方向、図３における縦方向）に整列するように形成されている。さらに、各第１のレンズ面１１は、互いに同寸法に形成されているとともに、発光素子１０と同一ピッチで形成されている。なお、整列方向において互いに隣位する第１のレンズ面１１同士は、それぞれの周端部が互いに接触するように形成されていてもよい。また、図１に示すように、各第１のレンズ面１１上の光軸ＯＡ（１）は、各第１のレンズ面１１にそれぞれ対応する各発光素子１０から出射されるレーザ光Ｌａの中心軸に一致することが望ましい。各第１のレンズ面１１上の光軸ＯＡ（１）は、光電変換装置対向面１７ｄ’に対して垂直であることがより好ましい。

このような各第１のレンズ面１１には、図１に示すように、各第１のレンズ面１１に対応する各発光素子１０から出射されたレーザ光Ｌａが入射する。そして、各第１のレンズ面１１は、入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａ（所定の広がり角を持った光束）を、収束（屈折）させて光学ブロック本体１７の内部へと進行させる。なお、各第１のレンズ面１１は、入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａをコリメートしてもよく、または、進行方向に向かってビーム径が漸増するような状態に収束させる（コリメートの場合よりも弱く収束させる）ようにしてもよい。レーザ光Ｌａの収束の態様については、例えば、第１のレンズ面１１のパワーや非球面係数等を選択することによって好適な態様を選択すればよい。因みに、第１のレンズ面１１においてレーザ光Ｌａをコリメートする場合よりも弱く収束させれば、後述する第２のレンズ面１２（図１参照）上に異物の付着や傷の形成が生じた場合においても、この第２のレンズ面１２上における光スポットに対する異物／傷の面積占有率を低減することができる。その結果、異物／傷が結合効率に与える影響を有効に緩和することができる。

＜反射面について＞
このようにして各第１のレンズ面１１に入射して光学ブロック本体１７の内部に進入した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａは、図１に示すように、光学ブロック本体１７の内部を、上方に向かって進行する。

ここで、図１を見れば分かるように、各第１のレンズ面１１の上方（すなわち、光学ブロック本体１７における第１のレンズ面１１の反対側の位置）には、前述した上端右傾斜面１７ｃが配置されている。この上端右傾斜面１７ｃは、光電変換装置対向面１７ｄ’の反対側の面の一部を構成している。

そして、この上端右傾斜面１７ｃには、図１に示すように、反射面１８が形成されている。

図１に示すように、反射面１８は、上方に向かうにしたがって左方に向かうような光電変換装置対向面１７ｄ’に対して所定の傾斜角を有する傾斜面である。この傾斜角は、光電変換装置対向面１７ｄ’を基準（０°）として図１における時計回りに４５°であってもよい。

このような反射面１８には、図１に示すように、各第１のレンズ面１１に入射した後の各発光素子１０からのレーザ光Ｌａが、図１における下方から入射（到達）する。

そして、反射面１８は、入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａを、図１における左方に向けて反射させる。なお、この反射面１８におけるレーザ光Ｌａの反射方向は、後述する第２レンズ面１２におけるファイバ結合光Ｌｃ（図１参照）の出射方向と平行である。

このような反射面１８は、上端右傾斜面１７ｃのみによって構成してもよく、または、上端右傾斜面１７ｃ上に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等からなる反射膜をコーティングすることによって構成してもよい。なお、反射面１８を上端右傾斜面１７ｃのみによって構成する場合には、反射面１８におけるレーザ光Ｌａの反射は全反射となる。この場合に、反射面１８に対するレーザ光Ｌａの入射角は、レーザ光Ｌａの波長に応じた光学ブロック本体１７の屈折率に対応する臨界角よりも大きな角度となる。

＜傾斜光学面について＞
このような反射面１８に対してレーザ光Ｌａの反射方向側となる図１および図４における左方位置には、前述した上端左傾斜面１７ｂが配置されている。この上端左傾斜面１７ｂは、光電変換装置対向面１７ｄ’の反対側の面の一部を構成している。

そして、この上端左傾斜面１７ｂは、本発明における傾斜光学面１７ｂである。

図１および図４に示すように、傾斜光学面１７ｂは、上方に向かうにしたがって右方に向かうような光電変換装置対向面１７ｄ’に対して所定の傾斜角を有する傾斜面である。この傾斜角は、光電変換装置対向面１７ｄ’を基準（０°）として図１における反時計回りに４５°であってもよい。

このような傾斜光学面１７ｂには、図１に示すように、反射面１８によって反射された後に光学ブロック本体１７の内部を進行した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａが右方から入射（到達）する。

＜反射／透過層について＞
このような傾斜光学面１７ｂ上には、図１および図４に示すように、厚みが薄い反射／透過層２０が配置されている。

この反射／透過層２０は、Ｎｉ、ＣｒまたはＡｌ等の単一の金属からなる単層膜もしくは互いに誘電率が異なる複数の誘電体（例えば、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２）を交互に積層することによって得られる誘電体多層膜を、傾斜光学面１７ｂ上にコーティングすることによって形成してもよい。この場合に、コーティングには、インコーネル蒸着等の公知のコーティング技術を用いることができる。このようなコーティングを用いる場合には、反射／透過層２０を、例えば、１μｍ以下の極めて薄い厚さに形成することができる。

このような反射／透過層２０には、図１に示すように、傾斜光学面１７ｂに入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａが直ちに入射する。

そして、反射／透過層２０は、入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａを、図１に示すように、所定の反射率でモニタ光Ｌｍとして光電変換装置対向面１７ｄ’（下方）に向けて反射させるとともに、所定の透過率で光ファイバ８に結合すべきファイバ結合光Ｌｃとして光ファイバ８側（左方）に透過させる。このとき、反射／透過層２０の厚みが薄いことによって、反射／透過層２０を透過するレーザ光Ｌａの屈折は無視する（直進透過とみなす）ことができる。なお、反射／透過層２０の反射率および透過率としては、レーザ光Ｌａの出力をモニタするために十分とみなされる光量のモニタ光Ｌｍを得ることができる限度において、反射／透過層２０の材料や厚み等に応じた所望の値を設定することができる。例えば、反射／透過層２０を、前述した単層膜によって形成する場合には、その厚みにもよるが、反射／透過層２０の反射率を２０％、透過率を６０％（吸収率２０％）とすることもできる。また、例えば、反射／透過層２０を、前述した誘電体多層膜によって形成する場合には、その厚みや層数にもよるが、反射／透過層２０の反射率を１０％、透過率を９０％とすることもできる。

＜第３のレンズ面について＞
このようにして反射／透過層２０によって反射された各発光素子１０に対応するモニタ光Ｌｍは、光電変換装置対向面１７ｄ’から各受光素子１４に向けて出射される。このような光電変換装置対向面１７ｄ’からのモニタ光Ｌｍの出射は、光電変換装置対向面１７ｄ’の平面領域を介して行ってもよいが、本実施形態においては、モニタ光Ｌｍの光束径および出射方向の制御により好適な手段を採用している。

すなわち、図１〜図４に示すように、光電変換装置対向面１７ｄ’上における受光素子１４に対応する左端部近傍位置には、受光素子１４と同数の平面視円形状の第３のレンズ面（凸レンズ面）１３が形成されている。各第３のレンズ面１３は、受光素子１４に対応する所定の整列方向すなわち第１のレンズ面１１の整列方向と同方向に整列するように形成されている。また、各第３のレンズ面１３は、互いに同寸法に形成されているとともに、各受光素子１４と同一ピッチで形成されている。なお、整列方向において互いに隣位する第３のレンズ面１３同士は、それぞれの周端部が互いに接触するように形成されていてもよい。

このような各第３のレンズ面１３には、図１に示すように、光学ブロック本体１７の内部側から各第３のレンズ面１３にそれぞれ対応するモニタ光Ｌｍが入射する。そして、各第３のレンズ面１３は、入射した各発光素子１０に対応するモニタ光Ｌｍを、収束させて各第３のレンズ面１３に対応する各受光素子１４に向けてそれぞれ出射させる。

＜光学ブロック側嵌合部について＞
以上のような光学ブロック３の光路上に配置された各光学要素１１、１８、１７ｂ、２０、１３に加えて、更に、光学ブロック３には、光学ハウジング４への組み付けをサポートするための手段が講じられている。

すなわち、図１〜図５に示すように、上端水平面１７ａ上（すなわち、光電変換装置対向面１７ｄ’の反対側の面上における反射面１８と傾斜光学面１７ｂとの間の位置）には、光学ブロック３と光学ハウジング４とを嵌合させるための光学ブロック側嵌合部としての略円柱形状の一対の嵌合ピン２１が、図１における紙面垂直方向（図３における縦方向）に所定の間隔を設けて凸設されている。これらの嵌合ピン２１は、上端水平面１７ａに対して垂直に形成されている。各嵌合ピン２１は、光学ブロック本体１７と同一の材料によって光学ブロック本体１７と一体的に形成してもよい。

ただし、光学ブロック側嵌合部として、嵌合ピン２１以外の構成を採用してもよい。例えば、反射面１８と傾斜光学面１７ｂとの間の光路に干渉しない限度において、光学ブロック側嵌合部として嵌合穴（有底穴）を採用してもよい。

〔光学ハウジングの詳細〕
次に、光学ハウジング４の詳細を説明する。図１、図６〜図１０に示すように、光学ハウジング４は、その外形が、枡を反転させたような形状に形成されている。

すなわち、図１、図６〜図１０に示すように、天壁部４１、左側壁部４２、右側壁部４３、前側壁部４４および後側壁部４５によって、光学ハウジング４の大まかな外形が構成される。左右の側壁部４２、４３は互いに平行であり、また、前後の側壁部４４、４５も互いに平行である。さらに、天壁部４１と前後左右の側壁部４２〜４５とは、互いに垂直である。

このような光学ハウジング４は、光学ブロック３を上方（光電変換装置７の反対側）および全側方から囲繞（遮蔽）するようにして内包する。図１に示すように、光学ブロック３を内包した（組み付けた）状態において、天壁部４１の内壁面４１ａには、光学ブロック本体１７の上端水平面１７ａが内接する。また、このとき、図１に示すように、左側壁部４２の内壁面４２ａには、光学ブロック本体１７の左端面１７ｅが内接し、さらに、右側壁部４３の内壁面４３ａには、光学ブロック本体１７の右端面１７ｆが内接する。さらに、このとき、前側壁部４４の内壁面に、光学ブロック本体１７の前端面１７ｇが内接し、また、後側壁部４５の内壁面に、光学ブロック本体１７の後端面１７ｈが内接していてもよい。さらにまた、このとき、図１に示すように、側壁部４２〜４５の下端面は、光学ブロック本体１７の下端面１７ｄにおける周縁部１７ｄ”と同一平面上に位置されていてもよい。

＜結合光入射面について＞
このような光学ハウジング４の左側壁部４２は、図１に示すように、光ファイバ８に対向して配置される。

そして、図１に示すように、左側壁部４２の内壁面４２ａにおける反射／透過層２０に対向する部位は、結合光入射面２３となる。

この結合光入射面２３には、反射／透過層２０によって透過された各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃが、図１における右方から入射する。

そして、結合光入射面２３に入射した各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃは、図１に示すように、左側壁部４２の内部を左方に向かって進行する。

＜第２のレンズ面について＞
そして、このようにして左側壁部４２の内部を進行した各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃは、左側壁部４２の外壁面４２ｂに到達する。本実施形態においては、この外壁面４２ｂ上における各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃの到達位置に、結合光出射面としての第２のレンズ面１２が配置されている。

具体的には、図１、図９および図１０に示すように、左側壁部４２の外壁面４２ｂでは、中央側の所定範囲の平面視略矩形状の部位４２ｂ’が、この部位４２ｂ’を囲む周辺側の部位４２ｂ”に対して図１における右方に凹入されている。第２のレンズ面１２は、この凹入された部位４２ｂ’上に形成されている。

図９に示すように、第２のレンズ面１２は、第１のレンズ面１１と同数かつ平面視円形状の凸レンズ面に形成されている。また、各第２のレンズ面１２は、各光ファイバ８の端面８ａの整列方向すなわち第１のレンズ面１１の整列方向と同方向に整列するように形成されている。さらに、各第２のレンズ面１２は、互いに同寸法に形成されているとともに、第１のレンズ面１１と同一ピッチで形成されている。なお、整列方向において互いに隣位する第２のレンズ面１２同士は、それぞれの周端部が互いに接触するように形成されていてもよい。また、各第２のレンズ面１２上の光軸ＯＡ（２）は、各第２のレンズ面１２に対応する各光ファイバ８の端面８ａの中心軸と同軸上に位置することが望ましい。各第２のレンズ面１２上の光軸ＯＡ（２）は、左側壁部４２の外壁面４２ｂに対して垂直であることがより好ましい。

このような各第２のレンズ面１２には、図１に示すように、左側壁部４２の内部を進行した各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃがそれぞれ入射する。

このとき、各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃの中心軸は、各第２のレンズ面１２上の光軸ＯＡ（２）と一致している。つまり、本実施形態においては、結合光入射面２３と第２のレンズ面１２との間のファイバ結合光Ｌｃの光路および第２のレンズ面１２からの出射直後のファイバ結合光Ｌｃの光路（すなわち、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路）が同一直線上に配置されている。

そして、各第２のレンズ面１２は、入射した各発光素子１０に対応するファイバ結合光Ｌｃを、収束させて各第２のレンズ面１２に対応する各光ファイバ８の端面８ａに向けてそれぞれ出射させる。

＜光学ハウジング側嵌合部について＞
以上のような光学ハウジング４の光路上に配置された各光学要素２３、１２に加えて、更に、光学ハウジング４には、光学ブロック３の組み付けをサポートするための手段が講じられている。

すなわち、図１、図６〜図１０に示すように、天壁部４１の内壁面４１ａ上における前述した一対の嵌合ピン２１に対応する位置には、光学ハウジング側嵌合部として、各嵌合ピン２１と嵌合する丸穴状の一対の嵌合穴２４が凹設されている。各嵌合穴２４の内径は、嵌合ピン２１の外径よりも僅かに大きく形成されている。また、各嵌合穴２４は、天壁部４１の内壁面４１ａに対して垂直に形成されている。

ただし、光学ハウジング側嵌合部として、嵌合穴２４以外の構成を採用してもよく、例えば、嵌合ピンを採用してもよい。

＜光学ハウジングのその他の構成について＞
更に、その他の構成として、光学ハウジング４は、図１、図６〜図１０に示すように、左側壁部４２の外壁面４２ｂにおける周辺側の部位４２ｂ”上であって、中央側の部位４２ｂ’に対して第２のレンズ面１２の整列方向における両外側の位置には、一対のファイバ位置決めピン２６が凸設されている。

これらのファイバ位置決めピン２６は、光ファイバ８をレンズアレイ２に取り付ける際に、コネクタ１５に形成された不図示の一対のファイバ位置決め穴に挿入されることによって、光ファイバ８の位置決めに用いられる。なお、ファイバ位置決め穴は、Ｆ１２形多心光ファイバコネクタの規格（IEC 61754-5、JIS C 5981）にしたがった寸法精度を満足するような互いに同寸法の丸ボス穴であることが望ましい。

〔充填材の詳細〕
次に、充填材５の詳細について説明する。図１に示すように、充填材５は、反射／透過層２０と結合光入射面２３との間に隙間無く充填されていて、反射／透過層２０と結合光入射面２３との間のファイバ結合光Ｌｃの光路を形成する。

また、充填材５は、接着剤からなり、光学ブロック３を光学ハウジング４内に安定的に接着する。

このような充填材５としては、熱硬化型接着剤（換言すれば、熱硬化性樹脂）および紫外線硬化型接着剤（換言すれば、紫外線硬化性樹脂）のいずれを採用してもよい。

なお、紫外線硬化型接着剤を採用する場合には、光学ブロック本体１７および光学ハウジング４の少なくとも一方を紫外線透過性の材料（例えば、ポリカーボネート等の樹脂材料）によって形成することが望ましい。このように構成すれば、レンズアレイ２の製造の際（光学ブロック３を光学ハウジング４に組み付ける際）に、光学ブロック３と光学ハウジング４との間に予め配置した未硬化の紫外線硬化型接着剤に対して、光学ブロック３または光学ハウジング４の外部から紫外線を効率的に照射することができるので、紫外線硬化型接着剤を迅速に硬化させることができる。

〔光学ブロック、光学ハウジング、充填材の屈折率〕
前述のように、本実施形態においては、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路が同一直線上に配置されている。このような光路の直線性は、前述のように、反射面１８におけるレーザ光Ｌａの反射方向が第２のレンズ面１２からのファイバ結合光Ｌｃの出射方向に平行となるように構成されていることに加えて、更に、以下のようにして確保される。

すなわち、本実施形態においては、光学ブロック本体１７、光学ハウジング４および充填材５のそれぞれの屈折率が、互いの屈折率差が所定値以下となるように選択されている。この所定値（屈折率差）は、例えば、０．０１であってもよい。この場合には、例えば、光学ブロック本体１７を、ＯＫＰ４（ポリカーボネート；大阪ガスケミカル株式会社）を用いて射出成形し、また、光学ハウジング４を、同様に、ＯＫＰ４（ポリカーボネート；大阪ガスケミカル株式会社）を用いて射出成形し、さらに、充填材５として、ＥＡ−Ｆ５５０３（紫外線光型接着剤（紫外線硬化性樹脂）；大阪ガスケミカル株式会社）を採用してもよい。このようにすれば、光学ブロック本体１７の屈折率（波長８５０ｎｍ）を１．５９０とし、光学ハウジング４の屈折率（波長８５０ｎｍ）を１．５９０とし、充填材５の屈折率（波長８５０ｎｍ）を１．５９６とすることができ、互いの屈折率差を０．０１以下にすることができる。

このような構成によれば、反射／透過層２０における屈折を無視すれば、充填材５への入射時におけるファイバ結合光Ｌｃの屈折および結合光入射面２３への入射時におけるファイバ結合光Ｌｃの屈折を殆ど無くすことができる。

その結果、傾斜光学面１７ｂおよび結合光入射面２３の角度によらず、反射面１８以後のレーザ光Ｌａ（Ｌｃ）の光路をほぼ同一直線上に位置させることができる。勿論、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路を同一直線上に配置することもできる。

このように屈折率を選択することで、光路設計が容易になる。また、製品検査の際に、光ファイバ８の端面８ａにおけるファイバ結合光Ｌｃの結合位置のずれが確認された場合に、これを解消するための寸法調整を要する箇所を少なくすること（例えば、反射面１８の角度調整のみで済ませること）もできる。ひいては、更なる製造の容易化に寄与することもできる。

また、結合光入射面２３と第２のレンズ面１２との間の光路長に製造誤差が生じたとしても、光ファイバ８への結合効率に与える影響を無くすことができる。さらに、このような直線性が確保されたファイバ結合光Ｌｃの光路を、反射面１８におけるレーザ光Ｌａの反射方向を好適に選択することによって比較的簡便に設計することもできる。

〔レンズアレイおよび光モジュールの主たる作用効果〕
上記構成によれば、各第１のレンズ面１１に入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａを、反射面１８における反射後に傾斜光学面１７ｂ上の反射／透過層２０によって各第２のレンズ面１２側および各第３のレンズ面１３側にそれぞれ分離し、第３のレンズ面１３側に分離されたモニタ光Ｌｍを、第３のレンズ面１３によって受光素子１４側に出射させることができるので、モニタ光Ｌｍを確実に得ることができる。

また、上記構成によれば、第１のレンズ面１１および第３のレンズ面１３を光学ブロック３側に形成し、第２のレンズ面１２を光学ハウジング４側に形成することによって、形成面が異なる第１、第３のレンズ面１１、１３と第２のレンズ面１２とを単一のレンズアレイ本体上に配置する場合に比べて、各レンズ面１１、１２、１３のそれぞれを簡便かつ高精度に形成することができる。

そして、このように個々のレンズ面１１、１２、１３を簡便かつ高精度に形成した上で、光学ブロック３と光学ハウジング４とを嵌合ピン２１および嵌合穴２４による嵌合によって簡便かつ精度良く組み合わせることができる。このため、寸法精度が確保されたレンズアレイ２を容易に製造することができる。

さらに、光学ハウジング４によって光学ブロック３の反射面１８を遮蔽することができるので、反射面１８上への異物の付着および傷の形成を抑制することができる。これによって、光学性能の安定性を確保することができ、ひいては、高い信頼性を得ることができる。

（変形例）
前述した実施形態においては、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路の直線性を確保するために、光学ブロック本体１７、光学ハウジング４および充填材５の屈折率差を所定値以下に構成しているが、これ以外の手段によっても、光路の直線性を確保することは可能である。

すなわち、光学ブロック本体１７、光学ハウジング４および充填材５の屈折率差がある程度大きい場合においても、傾斜光学面１７ｂおよび結合光入射面２３の角度を適切に設定することによって、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路の直線性を確保することができる。

図１１は、このような場合の一例を模式的に示したものである。

図１１の構成においては、充填材５の屈折率が大きいことによって、充填材５への入射時に大きな屈折が生じる。しかしながら、傾斜光学面１７ｂに対する結合光入射面２３の相対的な角度を適切に設定するとともに、光学ブロック本体１７および充填材５に対する光学ハウジング４の相対的な屈折率を適切に選択することにより、この大きな屈折を打ち消すことができるような逆方向への屈折を、結合光入射面２３への入射時に生じさせることができる。

このようにして、結合光入射面２３における屈折方向を、反射面１８と傾斜光学面１７ｂとの間のレーザ光Ｌａの光路（すなわち、第２のレンズ面１２からのファイバ結合光Ｌｃの出射方向に平行に設計された光路）に平行にすることができる。したがって、結合光入射面２３における屈折光の前方に第２のレンズ面１２の光軸ＯＡ（２）を同一直線状に配置するといった簡易な設計を行うだけで、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路の直線性を確保することができる。

このような構成は、例えば、次式を満足するように構成することによって具現化してもよい。

N2・sin〔B-A+arcsin{(N1/N2)sinA}〕=N3・sinB （１）

但し、（１）式において、Ｎ１は、光学ブロック本体１７の屈折率、Ｎ２は、充填材５の屈折率、Ｎ３は、光学ハウジング４の屈折率をそれぞれ示す。また、Ａは、図１１の縦方向に延びる基準線Ｌを基準（０°）とした傾斜光学面１７ｂの角度であり、Ｂは、基準線Ｌを基準とした結合光入射面２３の角度である。なお、基準線Ｌは、光電変換装置対向面１７ｄ’に垂直にとるようにしてもよい。

また、（１）式においては、反射面１８と傾斜光学面１７ｂとの間のレーザ光Ｌａの光路と、結合光入射面２３以後のファイバ結合光Ｌｃの光路とが、ともに基準線Ｌに垂直であることが第１の前提条件とされている。この第１の前提条件は、傾斜光学面１７ｂにおける入射角がＡ〔°〕であり、結合光入射面２３における屈折角（出射角）がＢ〔°〕であることと等価であるので、光路設計の容易化に寄与する要素となる。

さらに、（１）式においては、反射／透過層２０における屈折が、反射／透過層２０が極めて薄いため無視できることが第２の前提条件とされている。この第２の前提条件は、反射／透過層２０の屈折率がＮ１と近似できることと等価である。すなわち、反射／透過層２０の屈折率をＮとおき、反射／透過層２０における屈折角（出射角）をθとおいた場合に、光学ブロック本体１７と反射／透過層２０との界面におけるスネルの法則は、第１の前提条件を考慮すれば、Ｎ１・ｓｉｎＡ（光学ブロック本体１７側）＝Ｎ・ｓｉｎθ（反射／透過層２０側）と表される。ここで、反射／透過層２０における屈折を無視できる（第２の前提条件）ということは、θ（出射角）＝Ａ（入射角）、すなわち、光学ブロック本体１７と反射／透過層２０との界面におけるスネルの法則が、Ｎ１・ｓｉｎＡ（光学ブロック本体１７側）＝Ｎ・ｓｉｎＡ（反射／透過層２０側）と表現できるということである。そして、このような等式を満足するＮは、モニタ光Ｌｍを受光素子１４側に反射させる本発明の構成上Ａ≠０であることを考慮すれば、Ｎ１以外にない。このようにして、反射／透過層２０の屈折率をＮ１として扱うことができる。

さらにまた、（１）式においては、反射／透過層２０と充填材５との界面が、傾斜光学面１７ｂに平行であることが第３の前提条件とされている。この第３の前提条件は、第１の前提条件および第２の前提条件を考慮すれば、反射／透過層２０と充填材５との界面における入射角がＡであることと等価である。

そして、このような第１〜第３の前提条件の下で、（１）式は、次のようにして求めることができる。

すなわち、まず、反射／透過層２０と充填材５との界面においては、屈折角をθｔとした場合に、次式が近似的に成立する。

Ｎ１・ｓｉｎＡ＝Ｎ２・ｓｉｎθｔ （２）

次に、結合光入射面２３においては、入射角をθｉとした場合に、次式（スネルの法則）が成立する。

Ｎ２・ｓｉｎθｉ＝Ｎ３・ｓｉｎＢ （３）

次に、図１１に示すように、互いに相似関係にある２つの直角三角形として、△Ｐ１Ｐ２Ｐ３および△Ｐ２Ｐ４Ｐ３を仮定する。ここで、△Ｐ１Ｐ２Ｐ３の内角∠Ｐ３Ｐ１Ｐ２は、Ｂ−Ａに等しい。また、△Ｐ２Ｐ４Ｐ３の内角∠Ｐ３Ｐ２Ｐ４は、∠Ｐ４Ｐ２Ｐ５が平行線の錯角の関係によってθｔと等しくなることを考慮すれば、θｉ−θｔとなる。そして、相似関係により、内角∠Ｐ３Ｐ１Ｐ２と内角∠Ｐ３Ｐ２Ｐ４とが等しいことから、θｔとθｉとの間には、明らかに次式が成立する。

θｉ−θｔ＝Ｂ−Ａ （４）

そして、（２）〜（４）式から、θｔ、θｉを消去することによって、（１）式を導出することができる。

（１）式を満足する最も簡単な例は、光学ブロック本体１７の屈折率と光学ハウジング４の屈折率とを一致（Ｎ１＝Ｎ３）させ、傾斜光学面１７ｂと結合光入射面２３とを平行（Ａ＝Ｂ）にする場合である。

すなわち、この場合には、（１）式において、左辺のＢ−Ａが０、右辺のＮ３がＮ１、右辺のＢがＡとなるので、両辺をＮ２で除すると、次式のように変形される。

sin〔arcsin{(N1/N2)sinA}〕=(N1/N2)sinA （１）’

（１）’式の両辺はイコールであるので、簡単な例（Ｎ１＝Ｎ３、Ａ＝Ｂ）は（１）式を満足することが分かる。

ただし、本変形例は、このような簡単な例や図１１に示した構成に限定されるものではない。

本変形例によれば、光学ブロック本体１７、充填材５および光学ハウジング４に課される屈折率の制約を緩和することができるので、材料選択の自由度を広げることができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更してもよい。

例えば、前述した実施形態においては、光レセプタクルとしてレンズアレイ２を説明したが、レンズ面１１、１２、１３、光ファイバ８、発光素子１０および受光素子１４をいずれも単数ずつ備えるようにしてもよい。

また、本発明は、光導波路等の光ファイバ８以外の光伝送体を適用してもよい。

本出願は、２０１２年６月５日出願の特願２０１２−１２７９２６に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

本発明に係る光レセプタクルおよび光モジュールは、例えば光ファイバを用いた光通信に有用である。

１ 光モジュール
２ レンズアレイ
３ 光学ブロック
４ 光学ハウジング
５ 充填材
７ 光電変換装置
８ 光ファイバ
１０ 発光素子

Claims (7)

1. 発光素子および前記発光素子から出射された光をモニタするためのモニタ光を受光する受光素子を有する光電変換装置と、光伝送体との間に配置された状態で、前記発光素子と前記光伝送体とを光学的に結合可能とされた光レセプタクルであって、
   前記光電変換装置に対向して配置される透光性の光学ブロックと、
   前記光学ブロックを内包するとともに、前記光電変換装置側に向けた開口によって前記光学ブロックを前記光電変換装置側において露出させる透光性の光学ハウジングと、
   前記光学ハウジングと前記光学ブロックとの間に充填された透光性の充填材と
   を備え、
   前記光学ブロックは、
   前記発光素子からの前記光の入射および前記受光素子に向けた前記モニタ光の出射が行われる光電変換装置対向面と、
   前記光電変換装置対向面の反対側の面上に、前記光電変換装置対向面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記光電変換装置対向面に入射した前記発光素子の光が到達し、この到達した発光素子の光を前記光伝送体側に向けて反射させる反射面と、
   前記光電変換装置対向面の反対側の面上における前記反射面に対する前記発光素子の光の反射側の位置に、前記光電変換装置対向面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記反射面によって反射された前記発光素子の光が到達する傾斜光学面と、
   前記傾斜光学面上に配置され、前記傾斜光学面に到達した前記発光素子の光を、所定の反射率で前記モニタ光として前記光電変換装置対向面に向けて反射させるとともに所定の透過率で前記光伝送体に結合すべき結合光として前記光伝送体側に透過させる反射／透過層と、
   前記光電変換装置対向面の反対側の面上における前記反射面と前記傾斜光学面との間の位置に配置され、前記光学ブロックと前記光学ハウジングとを嵌合させるための光学ブロック側嵌合部と
   を備え、
   前記光学ハウジングは、
   前記光伝送体に対向して配置されるハウジング側壁部の内壁面上に配置され、前記結合光が入射する結合光入射面と、
   前記ハウジング側壁部の外壁面上に配置され、前記結合光入射面に入射した前記結合光が到達し、この到達した結合光を前記光伝送体に向けて出射させる結合光出射面と、
   前記光学ブロックを前記光電変換装置の反対側から遮蔽するハウジング天壁部における前記光学ブロック側嵌合部に対応する位置に配置され、前記光学ブロック側嵌合部と嵌合する光学ハウジング側嵌合部と
   を備え、
   前記充填材は、
   前記反射／透過層と前記結合光入射面との間に充填されている、
   光レセプタクル。
2. 前記反射面が、前記発光素子の光を前記結合光出射面における前記結合光の出射方向に平行な方向に反射させるように配置され、
   前記結合光入射面と前記結合光出射面との間の前記結合光の光路と前記結合光出射面の出射直後の前記結合光の光路とを同一直線上に配置するための前記光学ブロック、前記光学ハウジングおよび前記充填材のそれぞれの屈折率の選択ならびに必要に応じた前記傾斜光学面および前記結合光入射面の角度の選択がなされている、
   請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 前記光学ブロック、前記光学ハウジングおよび前記充填材のそれぞれの屈折率が、互いの屈折率差が所定値以下となるように選択されている、請求項２に記載の光レセプタクル。
4. 前記充填材は、紫外線硬化型接着剤からなり、
   前記光学ブロックおよび前記光学ハウジングの少なくとも一方は、紫外線透過性の材料を用いて形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光レセプタクル。
5. 前記反射面は、前記発光素子の光が臨界角よりも大きな入射角で入射し、この入射した発光素子の光を前記傾斜光学面に向けて全反射させる全反射面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光レセプタクル。
6. 前記光電変換装置対向面上における前記発光素子に対応する位置に、前記発光素子の光を前記反射面に向けて入射させる第１のレンズ面が配置され、
   前記結合光出射面は、第２のレンズ面であり、
   前記光電変換装置対向面上における前記受光素子に対応する位置に、前記モニタ光を前記受光素子に向けて出射させる第３のレンズ面が配置されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光レセプタクル。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光レセプタクルと、
   請求項１に記載の光電変換装置と、
   を備える光モジュール。
   

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