JP6532236B2 - 光レセプタクルおよび光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光レセプタクルおよびこれを有する光モジュールに関する。

従来、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、面発光レーザー（例えば、ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子を備えた光モジュールが使用されている。光モジュールは、発光素子から出射された通信情報を含む光を、光伝送体の端面に入射させる光レセプタクルを有する。

また、光モジュールには、温度変化に対する発光素子の出力特性の安定化や光出力の調整を目的として、発光素子から出射された光の強度や光量を監視（モニター）するための検出素子を有するものがある。

たとえば、特許文献１には、発光素子および検出素子が配置された光電変換装置と、発光素子と光伝送体の端面とを光学的に接続させる光レセプタクルとを有する光モジュールが記載されている。

図１は、特許文献１に記載の光モジュール１０の構成を模式的に示す断面図である。図１に示されるように、特許文献１に記載の光モジュール１０は、光電変換装置２０と、樹脂製の光レセプタクル３０とを有する。光レセプタクル３０は、発光素子２１から出射された光を入射させる第１光学面３１と、内部を通る光を光伝送体２２の端面２３に集光するように出射する第２光学面３２と、第１光学面３１で入射した光を光伝送体２２側に反射する反射面３３と、反射面３３で反射した光を検出素子２４側に向かうモニター光Ｌｍおよび光伝送体２２側に向かう信号光Ｌｓに分離する光分離部３４と、モニター光Ｌｍを検出素子２４に向けて出射させる第３光学面３５とを有する。また、光分離部３４は、光レセプタクル３０に形成された凹部３６の内面の一部として形成されている。

特許文献１に記載の光モジュール１０では、発光素子２１から出射され、第１光学面３１で入射した光は、光分離部３４に向けて反射面３３で反射する。反射面３３で反射した光は、光分離部３４によって信号光Ｌｓおよびモニター光Ｌｍに分離される。光分離部３４で分離されたモニター光Ｌｍは、検出素子２４の受光面に向けて第３光学面３５から出射される。一方、光分離部３４で分離された信号光Ｌｓは、光分離部３４を透過して光レセプタクル３０の外部に出射される。そして、凹部３６の内面の他の一部である入射面３７から再び光レセプタクル３０に入射する。入射面３７で入射した信号光Ｌｓは、光伝送体２２の端面２３に向けて第２光学面３２から出射される。

特開２０１３−１３７５０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光モジュール１０では、発光素子２１から出射された光は、光レセプタクル３０（樹脂）と空気との間の複数の界面を透過して光伝送体２２に到達する。このとき、発光素子２１から出射された光の一部は、界面において反射されてしまう。また、光レセプタクル３０内を進行する光は、光レセプタクル３０を構成する樹脂によって少しずつ吸収されてしまうため、光レセプタクル３０内の信号光Ｌｓの光路が長いと、信号光Ｌｓの損失が問題となる。よって、特許文献１に係る光モジュール１０には、発光素子２１から出射された光の利用効率を向上させる余地がある。また、特許文献１に係る光モジュール１０には、小型化する余地もある。

そこで、本発明の目的は、小型化しつつ、発光素子から出射された光の利用効率を向上させることができる光レセプタクルを提供することである。また、本発明の目的は、この光レセプタクルを有する光モジュールを提供することでもある。

本発明に係る光レセプタクルは、１または２以上の光伝送体と、１または２以上の光電変換素子、および前記光電変換素子よりも前記光伝送体から離れた位置に配置され、前記光電変換素子から出射された光を監視するための１または２以上の検出素子を含む光電変換装置との間に配置され、前記光電変換素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、前記光電変換素子から出射された光を入射させるか、前記光伝送体の端面から出射され、前記光レセプタクルの内部を通る光を前記光電変換素子に向けて出射させる、１または２以上の第１光学面と、前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるか、前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる、１または２以上の第２光学面と、前記第１光学面および前記第２光学面の間の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面側に向かう信号光と前記信号光の進行方向と略反対方向に進行するように前記検出素子側に向かうモニター光とに分離させるか、前記第２光学面で入射した光の少なくとも一部を受信光として前記光電変換素子側に出射させる光分離部と、前記光分離部で分離された前記モニター光を前記検出素子に向けて出射させる、１または２以上の第３光学面と、を有し、前記第１光学面および前記第２光学面の間の全光路は、前記光レセプタクルの内部に位置している。

本発明に係る光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された１または２以上の光電変換素子と、前記基板上に配置され、前記光電変換素子から出射された光を監視するための１または２以上の検出素子とを有する光電変換装置と、本発明に係る光レセプタクルと、を有し、前記検出素子は、前記基板上において前記光電変換素子よりも前記光伝送体から離れる位置に配置されている。

本発明によれば、小型、かつ発光素子から出射された光の利用効率に優れる光レセプタクルおよび光モジュールを提供することができる。

図１は、特許文献１に記載の光モジュールの断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光モジュールの断面図である。 図３Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光レセプタクルの斜視図である。 図４Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図５Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光分離部の構成を示す図である。 図６Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光分離部の構成を示す図である。 図７Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光モジュールにおける光路図である。 図８は、実施の形態２に係る光レセプタクルの斜視図である。 図９は、実施の形態２の変形例に係る光レセプタクルの斜視図である。 図１０Ａ、Ｂは、実施の形態３に係る光レセプタクルの斜視図である。 図１１Ａ〜Ｅは、実施の形態３に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図１２Ａ、Ｂは、第１光学面の他の配列を示す図である。 図１３は、光分離部の他の形態を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［実施の形態１］
（光モジュールの構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光モジュール１００の断面図である。なお、図２では、光レセプタクル１２０内の光路を示すために光レセプタクル１２０の断面へのハッチングを省略している。また、図２の一点鎖線は、光の光軸を示しており、破線は、光の外径を示している。

図２に示されるように、光モジュール１００は、光電変換素子（発光素子１１２および／または受光素子１１３）を含む基板実装型の光電変換装置１１０と、光レセプタクル１２０とを有する。光モジュール１００は、光レセプタクル１２０に光伝送体１４０がフェルールを介して接続された状態で使用される。

光伝送体１４０の種類は、特に限定されず、光ファイバー、光導波路などが含まれる。本実施の形態では、光伝送体１４０は、光ファイバーである。光ファイバーは、シングルモード方式であってもよいし、マルチモード方式であってもよい。光伝送体１４０の数は、特に限定されない。本実施の形態では、４本の光ファイバーが一定間隔で１列に配列されている。なお、光伝送体１４０は、２列以上に配列されていてもよい。

光電変換装置１１０は、基板１１１と、発光素子１１２および／または受光素子１１３と、検出素子１１４とを有する。送信用の光モジュール１００では、光電変換素子として発光素子１１２が使用される。また、受信用の光モジュール１００では、光電変換素子として受光素子１１３が使用される。さらに、送受信用の光モジュール１００では、光電変換素子として発光素子１１２および受光素子１１３が使用される。本実施の形態では、送受信用の光モジュール１００について説明する。

基板１１１は、例えば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板、フレキブシル基板などである。基板１１１上には、発光素子１１２、受光素子１１３および検出素子１１４が配置されている。

発光素子１１２は、基板１１１上に配置されており、発光素子１１２が配置された基板１１１の表面に対して垂直方向にレーザー光を出射する。発光素子１１２の数は、特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１１２の数は、２個である。また、発光素子１１２の位置も特に限定されない。本実施の形態では、２個の発光素子１１２は、一定間隔で光伝送体１４０の配列方向に沿って配列されている。発光素子１１２は、例えば垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である。なお、光伝送体１４０が２列以上に配列されている場合は、発光素子１１２も同じ列数で配列されてもよい。

受光素子１１３は、基板１１１上に配置されており、光伝送体１４０から出射された光Ｌ２のうち少なくとも一部である受信光Ｌｒを受光する（図７Ｂ参照）。受光素子１１３の数は、特に限定されない。本実施の形態では、受光素子１１３の数は、２個である。また、受光素子１１３の位置も特に限定されない。本実施の形態では、２個の受光素子１１３は、一定間隔で光伝送体１４０の配列方向に沿って１列に配列されている。具体的には、２個の発光素子１１２と同一直線上に位置するように配列されている。受光素子１１３は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）である。なお、光伝送体１４０が２列以上に配列されている場合は、受光素子１１３も同じ列数で配列されてもよい。

検出素子１１４は、基板１１１上に配置されており、発光素子１１２から出射された光Ｌ１の出力（例えば、強度や光量）を監視するためのモニター光Ｌｍを受光する。検出素子１１４は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。検出素子１１４は、発光素子１１２および受光素子１１３よりも光伝送体１４０から離れた位置に配置されている。本実施の形態では、光モジュール１００を平面視したときに、検出素子１１４は、発光素子１１２および受光素子１１３を挟んで光伝送体１４０と反対側に配置されている。検出素子１１４の数は、特に限定されない。本実施の形態では、検出素子１１４の数は、２個である。２個の検出素子１１４は、２個の発光素子１１２に対応して一定間隔で１列に配列されている。なお、光伝送体１４０が２列以上に配列されている場合は、検出素子１１４も同じ列数で配列されてもよい。また、検出素子１１４からの反射光が光レセプタクル１２０内に戻ることを防止する観点から、検出素子１１４へ入射する光の光軸は、検出素子１１４の検出面１１７に対して傾斜していてもよい。

光レセプタクル１２０は、基板１１１上に配置されている。光レセプタクル１２０は、光電変換装置１１０と光伝送体１４０との間に配置された状態で、複数の発光素子１１２の発光面１１５と複数の光伝送体１４０の端面１４１とをそれぞれ光学的に結合させるとともに、複数の検出素子１１４の検出面１１７と複数の光伝送体１４０の端面１４１とをそれぞれ光学的に結合させる。以下、光レセプタクル１２０の構成について詳細に説明する。

（光レセプタクルの構成）
図３〜６は、実施の形態１に係る光レセプタクル１２０の構成を示す図である。図３Ａは、光レセプタクル１２０を上から見た斜視図であり、図３Ｂは、下から見た斜視図である。図４Ａは、光レセプタクル１２０の平面図であり、図４Ｂは、底面図であり、図４Ｃは、正面図であり、図４Ｄは、側面図である。図５Ａは、光分離部１２３の斜視図であり、図５Ｂは、光分離部１２３を構成する面の位置関係を示す図である。図６Ａは、図４Ｄの破線で示される部分の部分拡大断面図である。図６Ｂは、信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比を説明するための図である。

図２、図３Ａ、Ｂおよび図４Ａ〜Ｄに示されるように、光レセプタクル１２０は、略直方体形状の部材である。光レセプタクル１２０は、透光性を有し、発光素子１１２の発光面１１５から出射された光Ｌ１を光伝送体１４０の端面１４１に向けて出射させる一方、光伝送体１４０から出射された受信光Ｌｒを受光素子１１３の受光面１１６に向けて出射させる。光レセプタクル１２０は、複数の第１光学面１２１、複数の第２光学面１２２、光分離部１２３、透過面１２４、反射面１２５および複数の第３光学面１２６を有する。光レセプタクル１２０は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。

第１光学面１２１は、発光素子１１２から出射された光Ｌ１を屈折させながら光レセプタクル１２０の内部に入射させる光学面である。また、第１光学面１２１は、光レセプタクル１２０の内部を進行してきた光伝送体１４０からの受信光Ｌｒを屈折させながら受光素子１１３に向けて出射させる光学面でもある。本実施の形態では、第１光学面１２１の形状は、発光素子１１２（受光素子１１３）に向かって凸状の凸レンズ面である。第１光学面１２１は、発光素子１１２から出射された光Ｌ１をコリメート光に変換させる。また、第１光学面１２１は、光レセプタクル１２０の内部を進行してきたコリメート光（受信光Ｌｒ）を収束させる。また、本実施の形態では、複数（４個）の第１光学面１２１は、光レセプタクル１２０の底面に、発光素子１１２の発光面１１５および受光素子１１３の受光面１１６とそれぞれ対向するように光伝送体１４０の配列方向に沿って１列に配列されている。また、第１光学面１２１の平面視形状は、円形である。第１光学面１２１の中心軸は、発光素子１１２の発光面１１５および受光素子１１３の受光面１１６に対して垂直であることが好ましい。また、第１光学面１２１の中心軸は、発光素子１１２から出射された光Ｌ１（受光素子１１３に入射する受信光Ｌｒ）の光軸と一致することが好ましい。

第１光学面１２１で入射した光は、光分離部１２３に向かって進行する。また、第１光学面１２１から出射した受信光Ｌｒは、受光素子１１３に向かって進行する。なお、発光素子１１２および受光素子１１３が２列以上に配列されている場合は、第１光学面１２１も同じ列数で配列される。

本実施の形態では、図４Ｂに示されるように、４個の第１光学面１２１のうち、図示上側の２個の第１光学面１２１を発信側の第１光学面１２１とし、下側の２個の第１光学面１２１を受信側の第１光学面１２１として使用している。すなわち、図示上側２個の発信側の第１光学面１２１には、発光素子１１２からの光Ｌ１が入射し、図示下側２個の受信側の第１光学面１２１から光レセプタクル１２０の内部を進行してきた受信光Ｌｒが出射する。このように、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０では、４個の第１光学面１２１を等分し、かつ基板１１１に対する垂直面を中心として一方の領域は発信側として機能し、他方の領域は受信側として機能する。

光分離部１２３は、第１光学面１２１および第２光学面１２２の間の光路上に配置され、第１光学面１２１で入射した光を光伝送体１４０の端面１４１側に向かう信号光Ｌｓと信号光Ｌｓの進行方向と略反対方向に進行するように検出素子１１４側に向かうモニター光Ｌｍとに分離させる。また、光分離部１２３は、第２光学面１２２で入射した光の少なくとも一部を受信光Ｌｒとして受光素子１１３側に進行させる。

図５に示されるように、光分離部１２３は、複数の分離ユニット１３１を有する。分離ユニット１３１の数は、特に限定されない。分離ユニット１３１は、第１分割反射面１３２、第２分割反射面１３３および分割透過面１３４をそれぞれ１つずつ含む。すなわち、光分離部１２３は、複数の第１分割反射面１３２と、複数の第２分割反射面１３３と、複数の分割透過面１３４とを有する。以下の説明では、第１分割反射面１３２の傾斜方向を第１の方向Ｄ１と称する。第１分割反射面１３２、第２分割反射面１３３および分割透過面１３４は、それぞれ第１の方向Ｄ１に分割されている。また、第１分割反射面１３２、第２分割反射面１３３および分割透過面１３４は第１の方向Ｄ１に配列されている。

第１分割反射面１３２は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸に対する傾斜面である。第１分割反射面１３２は、第２光学面１２２で入射した光Ｌ２の光軸に対する傾斜面でもある。本実施の形態では、第１分割反射面１３２は、光レセプタクル１２０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１２２（光伝送体１４０）から離れるように傾斜している。第１分割反射面１３２は、第１光学面１２１で入射した光の一部を信号光Ｌｓとして第２光学面１２２側に向けて内部反射させる。また、第１分割反射面１３２は、第２光学面１２２で入射した光の一部を受信光Ｌｒとして第１光学面１２１側に向けて内部反射させる。第１分割反射面１３２の傾斜角は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸および第２光学面１２２で入射した光Ｌ２の光軸に対して４５°である。第１分割反射面１３２は、第１の方向Ｄ１に分割されており、所定の間隔で配置されている。第１分割反射面１３２は、第１の方向Ｄ１において同一平面上に配置されている。

第２分割反射面１３３は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸に対する傾斜面である。第２分割反射面１３３は、第１分割反射面１３２の傾斜方向である第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に傾斜している。具体的には、第２分割反射面１３３は、光レセプタクル１２０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１２２（光伝送体１４０）に近づくように傾斜している。第２分割反射面１３３は、第２光学面１２２で入射した光の一部をモニター光Ｌｍとして分割透過面１３４側に向けて反射させる。第２分割反射面１３３の傾斜角は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸に対して４５°である。第２分割反射面１３３は、第１の方向Ｄ１に分割されており、所定の間隔で配置されている。

分割透過面１３４は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸に対する平行面である。分割透過面１３４は、第１光学面１２１で入射し、第２分割反射面１３３で反射したモニター光Ｌｍを出射（透過）させる。分割透過面１３４も、第１の方向Ｄ１に分割されており、所定の間隔で配置されている。

図５Ｂに示されるように、１つの分離ユニット１３１内において、第１分割反射面１３２、第２分割反射面１３３および分割透過面１３４は、この順番で第１の方向（天面から底面に向かう方向）Ｄ１に配列されている。第２分割反射面１３３および分割透過面１３４の間には、稜線１３５が形成される。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１において隣接する複数の稜線１３５は、互いに平行に配置されている。第２分割反射面１３３および分割透過面１３４のなす角度のうち小さい角度は、４５°である。また、第１分割反射面１３２および第２分割反射面１３３のなす角度は、９０°である。また、分割透過面１３４および（隣の分離ユニット１３１の）分割透過面１３４のなす角度のうち小さい角度は１３５°である。光分離部１２３において、複数の分離ユニット１３１は、第１の方向Ｄ１に配列されている。

図６Ａに示されるように、第１分割反射面１３２には、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の一部の光が、臨界角より大きな入射角で内部入射する。第１分割反射面１３２は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の一部の光を第２光学面１２２側に向けて内部反射させて、信号光Ｌｓを生成する。また、特に図示しないが、第１分割反射面１３２には、第２光学面１２２で入射した光の一部の光も、臨界角より大きな入射角で内部入射する。第１分割反射面１３２は、第２光学面１２２で入射した光の一部の光Ｌ２を第１光学面１２１側に向けて内部反射させて、受信光Ｌｒを生成する。

また、第２分割反射面１３３は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１一部の光が、臨界角より大きな入射角で内部入射する。第２分割反射面１３３は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の一部の光を第３光学面１２６側に向けて内部反射させて、モニター光Ｌｍを生成する。

また、分割透過面１３４は、第１光学面１２１で入射し、第２分割反射面１３３で反射したモニター光Ｌｍを透過させる。

信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、所望の光量の信号光Ｌｓを得つつ、発光素子１１２から出射された光Ｌ１の強度や光量を監視することができるモニター光Ｌｍを得ることができれば、特に限定されない。図６Ｂに示されるように、信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、第１光学面１２１から見たときの、第１分割反射面１３２の面積Ｓ１と第２分割反射面１３３の面積Ｓ２との面積比とほぼ同じである。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝５：５〜８：２であることが好ましく、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝７：３であることがさらに好ましい。本実施の形態では、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝５：５である。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、第１光学面１２１から見たときの、第１分割反射面１３２の面積Ｓ１と第２分割反射面１３３の面積Ｓ２との面積比とを変えることで調整されうる。また、受光素子１１３の受光面１１６に向かう受信光Ｌｒの光量は、所望の光量を得ることができれば特に限定されない。図６Ｂに示されるように、受光素子１１３の受光面１１６に向かう受信光Ｌｒの光量は、第２光学面１２２から見たときの、第１分割反射面１３２の面積Ｓ３の割合に依存する。本実施の形態では、第１分割反射面１３２で反射される受信光Ｌｒと、分割透過面１３４から出射する光との光量比は、５：５である。

第２光学面１２２は、第１光学面１２１で入射し、第１分割反射面１３２で反射した信号光Ｌｓを光伝送体１４０の端面１４１に向けて出射させる光学面である。また、第２光学面１２２は、光伝送体１４０の端面１４１から出射された光Ｌ２を屈折させながら光レセプタクル１２０の内部に入射させる光学面でもある。本実施の形態では、第２光学面１２２の形状は、光伝送体１４０の端面１４１に向かって凸状の凸レンズ面である。第２光学面１２２は、光レセプタクル１２０の内部を進行した光を光伝送体１４０の端面１４１に向けて収束させるとともに、光伝送体１４０の端面１４１から出射された光をコリメート光に変換させる。また、本実施の形態では、複数（４個）の第２光学面１２２は、光レセプタクル１２０の正面に、光伝送体１４０の端面１４１とそれぞれ対向するように光伝送体１４０の配列方向に沿って１列に配列されている。また、第２光学面１２２の平面視形状は、円形である。第２光学面１２２の中心軸は、光伝送体１４０の端面１４１に対して垂直であることが好ましい。また、第２光学面１２２の中心軸は、光伝送体１４０から出射された光の光軸と一致することが好ましい。なお、光伝送体１４０が２列以上に配列されている場合は、第２光学面１２２も同じ列数で配列される。

なお、本実施の形態では、図４Ｃに示されるように、４個の第２光学面１２２のうち、図示左側の２個の第２光学面１２２を発信側の第２光学面１２２とし、右側の２個の第２光学面１２２を受信側の第２光学面１２２として使用している。すなわち、図示左側２個の発信側の第２光学面１２２から光レセプタクル１２０の内部を通った受信光Ｌｒが出射し、図示右側２個の受信側の第２光学面１２２には、光伝送体１４０から出射された光Ｌ２が入射する。

透過面１２４は、光レセプタクル１２０の天面側に配置されており、光分離部１２３の分割透過面１３４から光レセプタクル１２０外に出射されたモニター光Ｌｍを光レセプタクル１２０内に再度入射させる。本実施の形態では、透過面１２４は、分割透過面１３４から出射されたモニター光Ｌｍの光軸に対する垂直面（発光素子１１２から出射された光Ｌ１の光軸に平行な平行面）である。これにより、第２光学面１２２側に向かうモニター光Ｌｍを屈折させることなく光レセプタクル１２０内に再度入射させることができる。なお、透過面１２４は、分割透過面１３４から出射されたモニター光Ｌｍの光軸に対する傾斜面であってもよい。この場合、透過面１２４は、光レセプタクル１２０の底面から天面に向かうにつれて、反射面１２５に近づくように傾斜している。傾斜面である透過面１２４の傾斜角度は特に限定されないが、射出成形における離型のための抜きテーパ相当の傾斜角度であることが好ましい。

反射面１２５は、光レセプタクル１２０の天面側に配置されており、透過面１２４で入射したモニター光Ｌｍを第３光学面１２６側に反射させる。本実施の形態では、反射面１２５は、光レセプタクル１２０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１２２（光伝送体１４０）から離れるように傾斜している。反射面１２５の傾斜角は、第１光学面１２１で入射した光Ｌ１の光軸および第２光学面１２２で入射した光Ｌ２の光軸に対して４５°である。

第３光学面１２６は、光レセプタクル１２０の底面側に配置されており、光分離部１２３で分離され、透過面１２４を透過し、反射面１２５で反射されたモニター光Ｌｍを収束させて検出素子１１４に向けて出射させる。本実施の形態では、第３光学面１２６は、検出素子１１４に向かって凸状の凸レンズ面である。第３光学面１２６の中心軸は、検出素子１１４の検出面１１７（基板１１１）に対して傾斜していることが好ましい。

光レセプタクル１２０の製造方法は、特に限定されない。光レセプタクル１２０は、例えば射出成形により製造される。射出成形では、光分離部１２３および透過面１２４に相補的な面を有する金型駒を使用する。この場合、金型内のキャビティー（光レセプタクル１２０となる部分）の第２分割反射面１３３に相当する面および分割透過面１３４に相当する面により形成される領域には、材料となる樹脂などが入り込みにくいことが想定される。これにより、成形品である光レセプタクル１２０における分離ユニット１３１の稜線１３５（第２分割反射面１３３と分割透過面１３４によって形成される領域）が適切に成形されないおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０では、分離ユニット１３１の頂部に到達する光は、高い精度が必要とされないモニター光Ｌｍとなる光であるため、分離ユニット１３１の頂部が適切に成形されていなくても大きな問題とはならない。一方で、複数の第１分割反射面１３２は、同一平面上に位置するように配置されており、確実に適切に成形されうる。したがって、通信精度に大きな影響を及ぼす信号光Ｌｓとなる光を生成する複数の第１分割反射面１３２は、高い精度で成形されうる。

図７は、光モジュールにおける光路を示した図である。図７Ａは、送信側の光路図であり、図７Ｂは、受信側の光路図である。なお、図７Ａ、Ｂでは、光軸のみを一点鎖線で示している。

図７Ａに示されるように、発光素子１１２から出射した光Ｌ１は、第１光学面１２１で光レセプタクル１２０内に入射する。光レセプタクル１２０に入射した光の一部は、第１分割反射面１３２で第２光学面１２２に向かって内部反射されて信号光Ｌｓとなる。第１分割反射面１３２で反射された信号光Ｌｓは、第２光学面１２２から出射され、光伝送体１４０の端面１４１に到達する。このように、発光素子１１２から出射された光Ｌ１は、第１光学面１２１および第２光学面１２２のみを透過して、光伝送体１４０に到達する。また、第１光学面１２１および第２光学面１２２の間の全光路は、光レセプタクル１２０の内部に位置している。一方、光レセプタクル１２０に入射した光の他の一部は、第２分割反射面１３３で反射面１２５に向かって反射されてモニター光Ｌｍとなる。モニター光Ｌｍは、分割透過面１３４で光レセプタクル１２０の外部に出射された後、透過面１２４で光レセプタクル１２０の内部に再度入射し、反射面１２５で反射される。反射面１２５で反射されたモニター光Ｌｍは、第３光学面１２６から出射され、検出素子１１４に到達する。

また、図７Ｂに示されるように、光伝送体１４０から出射した光Ｌ２は、第２光学面１２２で光レセプタクル１２０内に入射する。光レセプタクル１２０に入射した光の一部は、第１分割反射面１３２で第１光学面１２１に向かって内部反射されて受信光Ｌｒとなる。第１分割反射面１３２で反射された受信光Ｌｒは、第１光学面１２１から出射され、受光素子１１３の受光面１１６に到達する。このように、光伝送体１４０から出射された光は、第２光学面１２２および第１光学面１２１のみを透過して、受光素子１１３に到達する。また、第２光学面１２２および第１光学面１２１の間の全光路は、光レセプタクル１２０の内部に位置している。なお、第２光学面１２２で光レセプタクル１２０に入射した光の他の一部は、分割透過面１３４で光レセプタクル１２０の外部に出射された後、透過面１２４で光レセプタクル１２０の内部に再度入射し、反射面１２５で反射される。

（シミュレーション）
本実施の形態に係る光レセプタクル１２０における光の利用効率についてシミュレーションした。光レセプタクル１２０の材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）とし、分離ユニット１３１のピッチは、０．０２７５ｍｍとした。具体的には、発光素子１１２から１Ｗの光が出射された場合に、光伝送体１４０および検出素子１１４に到達する光の利用効率を求めた。なお、本シミュレーションでは、発光素子１１２側から見たときの、第１分割反射面１３２の面積と、第２分割反射面１３３の面積とは、同じである。また、比較として特許文献１に記載されている光レセプタクル１０（図１参照）における光の利用効率も求めた。

本実施の形態に係る光レセプタクル１２０では、発光素子１１２から１Ｗの光が出射された場合、光伝送体１４０（端面１４１）に到達した信号光Ｌｓは、０．４２５９７６Ｗ（−３．７０６２４ｄＢ）であった。一方、検出素子１１４（検出面１１７）に到達したモニター光Ｌｍは、０．４３９２６６Ｗ（−３．５７２７３ｄＢ）であった。なお、ＷとｄＢとの換算には、以下の式（１）を用いた。
ｄＢ＝１０×ｌｏｇ（Ｗ） （１）

特許文献１に記載の光レセプタクル１０では、発光素子１１２から光伝送体１４０までの光路において、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０と比較して、さらに２つの界面（光分離部３４および入射面３７）を透過する。ここで、光の光量は、１つの界面を透過する度に約５．８％（−０．２６ｄＢ）喪失する。よって、特許文献１に記載の光レセプタクル１０は、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０より、−０．５２ｄＢ（−０．２６ｄＢ×２）の光を喪失してしまう。すなわち、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０の光の利用効率は、特許文献１に記載の光レセプタクル１０より１０．１６％（０．５２ｄＢ）高いことがわかる。

（効果）
以上のように、実施の形態１に係る光レセプタクル１２０では、発光素子１１２（受光素子１１３）から出射された光Ｌ１は、第１光学面１２１および第２光学面１２２のみを透過して光伝送体１４０に到達するため、界面で反射する反射光や迷光を減らすことができる。したがって、本実施の形態に係る光レセプタクル１２０では、従来の光レセプタクル（特許文献１に記載の光レセプタクル１０）と比較して、光の利用効率を向上させることができる。また、実施の形態１に係る光モジュール１００は、第１光学面１２１および第２光学面１２２間の光路長を容易に短くすることが可能であるため、容易に小型化できる。

さらに、通信精度に大きな影響を及ぼす信号光Ｌｓとなる光を生成する複数の第１分割反射面１３２を容易に高精度で成形することが可能であるため本実施の形態に係る光レセプタクル１２０は、低コストで製造されうる。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る光モジュールは、光レセプタクルの構成のみが実施の形態１に係る光モジュール１００と異なる。そこで、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２に係る光モジュールは、光電変換装置１１０および光レセプタクル２２０を有する。光モジュールは、光レセプタクル２２０に光伝送体１４０がフェルールを介して接続された状態で使用される。本実施の形態では、４本の光ファイバーが一定間隔で１列に配列されている。

図８は、実施の形態２に係る光レセプタクル２２０の斜視図である。図８に示されるように、実施の形態２に係る光レセプタクル２２０は、複数の第１光学面１２１、複数の第２光学面１２２、光分離部１２３、透過面１２４、反射面１２５、複数の第３光学面１２６および枠体２５０を有する。

枠体２５０は、光分離部１２３および反射面１２５の周囲に配置されている。枠体２５０は、光レセプタクル２２０の背面側に位置する背面壁２５１と、側面側に位置する側面壁２５２とを有する。枠体２５０の天面は、光分離部１２３および反射面１２５の間の天面と同一平面となるように配置されている。これにより、光分離部１２３および反射面１２５を適切に保護することができる。

図９は、実施の形態２の変形例に係る光レセプタクル２２０’の斜視図である。図９に示されるように、光レセプタクル２２０’は、透過面１２４と反射面１２５との間に天面を有していなくてもよい。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係る光レセプタクル２２０、２２０’は、実施の形態１に係る光レセプタクル１２０の効果に加え、異物などから光分離部１２３、透過面１２４および反射面１２５を適切に保護することができる。また、迷光の発生も抑制できる。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る光モジュールは、光レセプタクルの構成のみが実施の形態２に係る光モジュールと異なる。そこで、実施の形態２と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３に係る光モジュールは、光電変換装置１１０および光レセプタクル３２０を有する。

図１０および図１１は、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０の構成を示す図である。図１０Ａは、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０を上から見た斜視図であり、図１０Ｂは、下側から見た斜視図である。図１１Ａは、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０の平面図であり、図１１Ｂは、断面図であり、図１１Ｃは、正面図であり、図１１Ｄは、背面図であり、図１１Ｅは、底面図である。なお、図１１Ｂの光レセプタクル３２０の断面へのハッチングを省略している。

図１０Ａ、Ｂおよび図１１Ａ〜Ｅに示されるように、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０は、複数の第１光学面１２１、複数の第２光学面１２２、光分離部１２３、透過面１２４、反射面１２５、複数の第３光学面１２６、枠体２５０、フェルール取り付け部３６０および基板取り付け部３７０を有する。なお、本実施の形態では、第１光学面１２１、第２光学面１２２および第３光学面１２６の数は、それぞれ１２個である。

本実施の形態では、図１１Ｅに示されるように、１２個の第１光学面１２１のうち、図示上側の６個の第１光学面１２１を発信側の第１光学面１２１とし、下側の６個の第１光学面１２１を受信側の第１光学面１２１として使用している。このように、本実施の形態に係る光レセプタクル３２０では、１２個の第１光学面１２１を等分し、かつ基板１１１に対する垂直面を中心として一方の領域は発信側として機能し、他方の領域は受信側として機能する。

フェルール取り付け部３６０は、光伝送体１４０を固定するフェルールを着脱するための部位である。フェルール取り付け部３６０は、光レセプタクル３２０の正面に配置されている。フェルール取り付け部３６０の構成は、フェルールを着脱することができれば特に限定されない。本実施の形態では、フェルール取り付け部３６０は、第２光学面１２２のすべてを長辺方向に挟むように配置された一対の突起３６１を有する。突起３６１の形状および数は、光レセプタクル３２０に対してフェルールを固定することができれば、特に限定されない。すなわち、突起３６１の形状は、フェルールの凹部と相補的な形状であればよい。

基板取り付け部３７０は、光レセプタクル３２０を基板１１１に対して所定の位置に固定する。具体的には、基板取り付け部３７０は、光レセプタクル３２０を基板１１１に対して所定の位置に固定することにより、発光素子１１２の発光面１１５および受光素子１１３の受光面１１６に対して第１光学面１２１を位置決めするとともに、検出素子１１４の検出面１１７に対して第３光学面１２６を位置決めする。基板取り付け部３７０の構成は、前述の機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、基板取り付け部３７０は、光レセプタクル３２０の底面に配置された凸部である。基板取り付け部３７０は、光レセプタクル３２０の底面において、第１光学面１２１、第３光学面１２６および光レセプタクル３２０の背面側の領域を除いた領域に配置されている。基板取り付け部３７０は、光レセプタクル３２０の正面側に位置する正面部３７１と、光レセプタクル３２０の側面側に位置する側面部３７２とを有する。側面部３７２には、接着剤収容溝３７３および嵌合凹部３７４が配置されている。接着剤収容溝３７３は、光レセプタクル３２０の側面側（側面部３７２の外側）に配置された切り欠き溝である。嵌合凹部３７４は、第１光学面１２１および第３光学面１２６側に配置されている。嵌合凹部３７４は、不図示の基板１１１の嵌合凸部と相補的に形成されている。

（効果）
以上のように、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０は、実施の形態２に係る光レセプタクル２２０と同様の効果を有する。また、実施の形態３に係る光レセプタクル３２０は、基板１１１の嵌合凸部と相補的に形成された嵌合凹部３７４を有するため、基板１１１に対して容易に位置決めすることができる。

なお、図１２Ａに示されるように、第３光学面１２６は、信号光Ｌｓを出射する発光素子１１２の数に対応して配置されていてもよい。また、図１２Ｂに示されるように、発信側の領域と受信側の領域とを離して配置してもよい。

また、図１３に示されるように、光分離部１２３の分離ユニット１３１は、マトリックス状となるように第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に直交する第３の方向Ｄ３において交互に配置されていてもよい。

また、反射面１２５、第１分割反射面１３２および第２分割反射面１３３上に、光反射率が高い金属（例えば、Ａｌ,Ａｇ,Ａｕなど）の薄膜などの反射膜を形成してもよい。部品点数の削減を優先させたい場合には、全反射面のみを利用した構成を採用することが好ましい。また、本実施の形態の光分離部１２３は、第１分割反射面１３２および第２分割反射面１３３を有しているが、さらに他の分割反射面を有していてもよい。

また、実施の形態１〜３では、送受信用の光レセプタクル１２０について説明したが、送信用の光レセプタクルであってもよいし、受信用の光レセプタクルであっでもよい。送信用の光レセプタクルの場合、複数の発光素子１１２および複数の検出素子１１４が配置される。また、複数の第１光学面１２１は、複数の発光素子１１２から出射された光Ｌ１をそれぞれ入射させる。また、複数の第２光学面１２２は、第１分割反射面１３２で反射した信号光Ｌｓを複数の光伝送体１４０の端面１４１に向けてそれぞれ出射させる。さらに、複数の第３光学面１２６は、反射面１２５で反射したモニター光Ｌｍを検出素子１１４の検出面１１７に向けてそれぞれ出射する。また、受信用の光レセプタクルの場合、複数の受光素子１１３が配置される。複数の第２光学面１２２は、複数の光伝送体１４０から出射された光Ｌ２をそれぞれ入射させる。また、複数の第１光学面１２１は、第１分割反射面１３２で反射した受信光Ｌｒを受光素子１１３の受光面１１６に向けてそれぞれ出射する。なお、実施の形態１、２では、発光素子１１２、受光素子１１３検出素子１１４、第１光学面１２１、第２光学面１２２、第３光学面１２６、光伝送体１４０の数は、それぞれ４個ずつである。また、実施の形態３では、発光素子１１２、受光素子１１３検出素子１１４、第１光学面１２１、第２光学面１２２、第３光学面１２６、光伝送体１４０の数は、それぞれ１２個ずつである。

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

１０ 光モジュール
２０ 光電変換装置
２１ 発光素子
２２ 光伝送体
２３ 端面
２４ 検出素子
３０ 光レセプタクル
３１ 第１光学面
３２ 第２光学面
３３ 反射面
３４ 光分離部
３５ 第３光学面
３６ 凹部
３７ 入射面
１００ 光モジュール
１１０ 光電変換装置
１１１ 基板
１１２ 発光素子
１１３ 受光素子
１１４ 検出素子
１１５ 発光面
１１６ 受光面
１１７ 検出面
１２０、２２０、２２０’、３２０ 光レセプタクル
１２１ 第１光学面
１２２ 第２光学面
１２３ 光分離部
１２４ 透過面
１２５ 反射面
１２６ 第３光学面
１３１ 分離ユニット
１３２ 第１分割反射面
１３３ 第２分割反射面
１３４ 分割透過面
１３５ 稜線
１４０ 光伝送体
１４１ 端面
２５０ 枠体
２５１ 背面壁
２５２ 側面壁
３６０ フェルール取り付け部
３６１ 突起
３７０ 基板取り付け部
３７１ 正面部
３７２ 側面部
３７３ 接着剤収容溝
３７４ 嵌合凹部

Claims (3)

1. １または２以上の光伝送体と、１または２以上の光電変換素子、および前記光電変換素子よりも前記光伝送体から離れた位置に配置され、前記光電変換素子から出射された光を監視するための１または２以上の検出素子を含む光電変換装置との間に配置され、前記光電変換素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、
   前記光電変換素子から出射された光を入射させるか、前記光伝送体の端面から出射され、前記光レセプタクルの内部を通る光を前記光電変換素子に向けて出射させる、１または２以上の第１光学面と、
   前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるか、前記光伝送体の端面から出射された光を入射させる、１または２以上の第２光学面と、
   前記第１光学面および前記第２光学面の間の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記光伝送体の端面側に向かう信号光と前記信号光の進行方向と略反対方向に進行するように前記検出素子側に向かうモニター光とに分離させるか、前記第２光学面で入射した光の少なくとも一部を受信光として前記光電変換素子側に進行させる光分離部と、
   前記光分離部で分離された前記モニター光を前記検出素子に向けて出射させる、１または２以上の第３光学面と、
   を有し、
   前記光分離部は、前記第１光学面で入射した光の光軸に対して第１の方向に傾斜した傾斜面である第１分割反射面と、前記第１の方向と異なる第２の方向に傾斜した傾斜面である第２分割反射面と、前記光軸に対する平行面である分割透過面とをそれぞれ１つずつ含み、かつ前記第１分割反射面、前記第２分割反射面および前記分割透過面が前記第１の方向に配列されている分離ユニットを複数含み、
   複数の前記分離ユニットは、前記光分離部において前記第１の方向に配列されており、
   前記第１分割反射面は、前記第１光学面で入射した光の一部を前記信号光として前記第２光学面側に向けて内部反射させるか、前記第２光学面で入射した光の一部を前記受信光として前記第１光学面側に向けて内部反射させ、
   前記第２分割反射面は、前記第１光学面で入射した光の一部を前記モニター光として前記分割透過面に向けて内部反射させ、
   前記分割透過面は、前記第２分割反射面で反射した前記モニター光を透過させ、
   前記第１光学面および前記第２光学面の間の全光路は、前記光レセプタクルの内部に位置している、
   光レセプタクル。
2. 前記光分離部で分離された前記モニター光を前記第３光学面に向けて反射させる反射面をさらに有する、請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 基板と、前記基板上に配置された１または２以上の光電変換素子と、前記基板上に配置され、前記光電変換素子から出射された光を監視するための１または２以上の検出素子とを有する光電変換装置と、
   請求項１または請求項２に記載の光レセプタクルと、
   を有し、
   前記検出素子は、前記基板上において前記光電変換素子よりも前記光伝送体から離れる位置に配置されている、
   光モジュール。

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