JP7028362B1 - 光モジュール - Google Patents

Abstract

光を伝送して情報通信を行う光通信装置においては、複数の光学素子が集積された光モジュール内、または光モジュールから光モジュールへ光を伝送する際に損失を低減するため、レンズを用いて光を効率よく結合させている。しかし、レンズの固定に接着剤を用いた場合、接着剤が硬化する際の収縮によりレンズが所望の位置からずれ、結合の効率が悪化する問題がある。本開示に係る光モジュールは、レンズと、レンズを第一の方向から第一の接着部により接着して保持する保持部材と、保持部材を第一の方向とは逆の第二の方向から第二の接着部により接着して支える土台を備える構成としたので、接着材の膨張又は収縮によるレンズの位置ずれを抑制することができる。

Description

本開示は、接着剤を用いてレンズを固定する光モジュールに関する。

光を伝送して情報通信を行う光通信装置においては、複数の光学素子が集積された光モジュール内、または光モジュールから光モジュールへ光を伝送する際に、損失を低減するため光を効率よく結合させている。例えば、光モジュール内において光源から出力された光を次の光デバイスへ入力する際、光が効率よく結合するように光源と光デバイスとの間にレンズを配置している。レンズの位置がずれると光路やビーム形状が変化することにより結合の効率が悪くなってしまうため、レンズの位置には精密さが要求される。しかしながら、レンズの固定に接着剤を用いた場合、接着剤が硬化する際の収縮によりレンズが所望の位置からずれてしまうという問題がある。
特許文献１では、保持部の上にレンズを固定した試作品を用いて接着剤硬化後にレンズが下に移動した大きさを接着剤が収縮した大きさとして測定し、製品として作成する際にはあらかじめ接着剤が収縮する大きさだけ高い位置にレンズを固定するよう保持部を調整し、接着剤硬化後のレンズの位置を所望の位置に配置する方法が記載されている。

特開２００８－２５０００２号公報

しかしながら、接着剤は硬化時だけでなく経年劣化や温度によっても収縮または膨張し、接着剤硬化後のレンズの位置を調整したとしても、レンズの位置がずれてしまうという問題があった。

本開示は、上記の問題を解決するためになされたものであり、接着剤の膨張または収縮によるレンズの位置ずれを抑制する光モジュールを得るものである。

本開示に係る光モジュールは、レンズと、前記レンズを接着剤により固定して保持するための第一の接着面を有する保持部と、前記保持部の前記第一の接着面に設けられ、前記レンズを前記保持部に接着する第一の接着部と、前記保持部を接着材により固定して支持するための土台と、前記保持部の前記第一の接着面とは別の第二の接着面に設けられ、前記保持部を前記土台に接着する第二の接着部とを備え、前記第二の接着面は、前記保持部の前記第一の接着面が設けられた側に、当該第一の接着面と平行に設けられることを備えることを特徴とする。

本開示によれば、接着材の膨張又は収縮によるレンズの位置ずれを抑制することができる。

本実施の形態１に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。 本実施の形態２に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。 本実施の形態３に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。 本実施の形態４に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る光モジュール１０について説明する。
図１は、本実施の形態１に係る光モジュール１０の構成を示す斜視図である。光モジュール１０は、光源５０から出射された光を効率的に次の光デバイスへ光結合するレンズ１１を備えており、レンズ１１は保持部１３を介して土台１５に固定されている。そして、光源５０とレンズ１１の相対位置が変わらないよう、光モジュール１０の土台１５と光源５０は、それぞれの下面がはんだ等の固定手段を用いて基盤に固定されている。
以下、光モジュール１０の構成を詳細に説明する。光モジュール１０は、レンズ１１と、レンズ１１の第一の方向である下から第一の接着部１２により接着して保持する保持部１３と、保持部１３の第二の方向である上から第二の接着部１４により接着して支える土台１５とを備える。

レンズ１１は、コリメートレンズが角型のレンズホルダーと一体になって構成されたものであり、接着樹脂からなる第一の接着部１２により保持部１３の上に接着して固定される。
保持部１３は直方体の金属からなり、レンズ１１を下から第一の接着部１２により接着して保持している。
土台１５は、直方体部と直方体部から上方に延びてから内側に屈曲するＬ字形状の２つの腕部を有し、腕部の下面に接着樹脂からなる第二の接着部１４を用いて保持部１３の上から接着して吊り下げるようにして支えている。

この実施の形態では、第一の接着部１２及び第二の接着部１４は同じ材料で構成されている。また、第一の接着部１２におけるレンズ１１と保持部１３との接着面の間の厚さと、第二の接着部１４における保持部１３の接着面の間の厚さを揃えることにより、経年劣化により収縮する厚みを同じになるようにしている。

次に、本実施の形態１に係る光モジュール１０の動作について説明する。本実施の形態１に示した光モジュール１０は、光モジュール１０のレンズ１１から出射する光が次の光モジュール１０に高効率で光結合して入射されるよう光源５０との位置が調整され、光源５０との相対位置が変わらないように固定されている。このような光モジュール１０の使用期間において、経年劣化により第一の接着部１２及び第二の接着部１４が収縮する場合について説明する。

レンズ１１の下面と保持部１３の上面とを接着した第一の接着部１２が収縮すると、レンズ１１の位置は保持部１３に接近する方向、すなわち下降する方向にずれる。一方、保持部１３の上面と土台１５の腕部の下面とを接着した第二の接着部１４が収縮すると、保持部１３は接着している土台１５の腕部に接近する方向、すなわち上昇する方向にずれる。つまり、第一の接着部１２の収縮によりレンズ１１が下降するが第二の接着部１４の収縮により保持部１３が上昇するので、それぞれの接着材の収縮によりレンズ位置をずれさせる方向が逆となり、それぞれのずれが相殺されることになるので、レンズ１１の位置ずれを抑制することができる。本実施の形態では、第一の接着部１２と第二の接着部１４の厚みが同じになるようにしたので、第一の接着部１２の収縮する厚みとレンズ１１のずれを第二の接着部１４の収縮する厚みが同じとなり、位置ずれをより抑制できる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る光モジュール２０について説明する。実施の形態１では第一の方向を下、第二の方向を上としたが、実施の形態２では第一の方向を上、第二の方向を下として説明する。従って、実施の形態１ではレンズ１１が保持部１３の上に接着され、保持部１３が上から第二の接着部１４により接着されてつり下がるように支えられていたたが、実施の形態２ではレンズ２１が保持部２３の下に接着され、保持部２３が土台２５の上面に接着される。土台２５の形状と第一の接着部２２及び第二の接着部２４の接着位置が異なる他は実施の形態１と同様である。

図２は、本実施の形態２に係る光モジュール２０の構成を示す斜視図である。図２に示すように、レンズ２１は、第一の接着部２２により保持部２３の下に接着して固定されている。すなわち、保持部２３は、レンズ２１を上から第一の接着部２２により接着して保持している。
土台２５は、直方体部と直方体部から上方に延びた直方体形状の２つの腕部を有し、腕部の上面が保持部２３を下から第二の接着部２４により接着して支える。

このような光モジュール２０において、経年劣化によりレンズ２１の上面と保持部２３の下面とを接着した第一の接着部２２が収縮すると、レンズ２１の位置は保持部２３に接近する方向、すなわち上昇する方向にずれる。一方、保持部２３の下面と土台２５の腕部の上面とを接着した第二の接着部２４が収縮すると、保持部２３は土台２５に接近する方向、すなわち下降する方向にずれる。つまり、第一の接着部２２の収縮によりレンズ２１が上昇するが第二の接着部２４の収縮により保持部２３が下降するので、それぞれの接着剤の収縮によりレンズ位置をずれさせる方向が逆となり、それぞれのずれが相殺されることになるので、レンズの位置ずれを抑制することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る光モジュール３０について説明する。実施の形態２では土台２５が腕部を有する形状のものを説明したが、本実施の形態では保持部３３が腕部を有する形状の場合を説明する。保持部３３及び土台３５の形状が異なる他は実施の形態２と同様である。

図３は、本実施の形態３に係る光モジュール３０の構成を示す斜視図である。保持部３３は、直方体部と直方体部から下方に延びた直方体形状の２つの腕部を有し、レンズ３１を上から第一の接着部３２により接着して保持している。
土台３５は、保持部３３の腕部を下から第二の接着部３４により接着して支えている。

このような光モジュール３０において、経年劣化によりレンズ３１の上面と保持部３３の下面とを接着した第一の接着部３２が収縮すると、レンズ３１の位置は保持部３３に接近する方向、すなわち上昇する方向にずれる。一方、保持部３３の下面と土台３５の腕部の上面とを接着した第二の接着部３４が収縮すると、保持部３３は土台３５に近接する方向、すなわち下降する方向にずれる。つまり、第一の接着部３２の収縮によりレンズ３１が上昇するが第二の接着部３４の収縮により保持部３３が上昇するので、それぞれの接着剤の収縮によりレンズ位置をずれさせる方向が逆となり、それぞれのずれが相殺されることになるので、レンズの位置ずれを抑制することができる。

なお、実施の形態１では第一の方向を上、第一の方向と逆の方向である第二の方向を下として説明したが、上記実施の形態の光モジュールを製造する過程、あるいは光モジュールを用いた光通信装置の使用状況によって実施の形態２や３のように上下が入れ替わってもよい。あるいは横に配置された場合でも、光モジュールの向きを変えてレンズを第一の方向から第一の接着部により保持部と接着し、保持部を第一の方向とは逆の第二の方向から第二の接着部により土台に接着しているものであればよい。また、第一の方向と逆の第二の方向とは、レンズが保持部に接着される第一の方向とは逆の方向を含む方向であれば、第一の接着部及び第二の接着部の収縮を保持部の移動により相殺してレンズの位置ずれが防止する効果を奏するものである。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る光モジュール４０について説明する。実施の形態１では保持部１３の上面に第一の接着部１２及び第二の接着部１４の接着面を設けたが、実施の形態４では保持部４３の上面に第一の接着部４２の接着面を、保持部４３の下面に第二の接着部４４を設けた場合を説明する。

図４は、本実施の形態４に係る光モジュール４０の構成を示す斜視図である。光モジュール４０は、レンズ４１と、レンズ４１を第一の方向である上から第一の接着部４２により接着して保持する保持部４３と、保持部４３を第一の方向である上から第二の接着部４４により接着して支える土台４５とを備える。
前記土台は、前記レンズの光軸方向における前記第一の接着部と前記第二の接着部の間に前記保持部が回動する時の支点を有し、前記保持部を支持する支点部を備えたこと
を特徴とする光モジュール。レンズ４１は、第一の接着部４２により保持部４３の下に接着して固定される。
保持部４３は直方体の金属からなり、レンズ４１を下から第一の接着部４２により接着して保持する。
土台４５は、直方体形状の直方体部とその直方体部の上に載置され、レンズ４１の光軸方向における第一の接着部４２と第二の接着部４４の間に、保持部４３が回動する時の支点を有し、保持部４３を支持する支点部４６を備える。支点部４６は直方体形状であり、いずれかの辺がレンズ４１の光軸に対して垂直となるよう設置される。支点部４６の上面には保持部４３が載置されている。保持部４３は支点部４６上面とは接着されていないが、土台４５の支点部４６以外の上面に第二の接着部４４により接着され、支えられている。支点部４６は、レンズ４１の光軸に対して第一の接着部４２と第二の接着部４４の間に設けられ、保持部４３と接着剤等で接着はされずに第二の接着部４４と共に保持部４３を支える。

このような光モジュール４０において、経年劣化によりレンズ４１の下面と保持部４３の上面とを接着した第一の接着部４２が収縮すると、レンズ４１の位置は保持部４３に接近する方向、すなわち下降する方向にずれる。一方、保持部４３の下面と土台４５の上面とを接着した第二の接着部４４が収縮すると、保持部４３のうち第二の接着部４４が接着された部分は土台に接近する方向、すなわち下降する方向にずれる。すると、この第二の接着部４４が接着された部分の下降に伴い、保持部４３全体が支点部４６の内側側面の角を支点として回動し、これによりレンズ４１が上昇する。従って、実施の形態１と比較すると光軸がずれてしまうが、第一の接着部４２の収縮によりレンズ４１が下降するが第二の接着部４４の収縮により保持部４３が上昇するので、それぞれの接着剤の収縮によりレンズ位置をずれさせる方向が逆となり、それぞれのずれが相殺されることになるので、接着材の収縮によるレンズの上下の位置ずれを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、保持部４３は土台４５の支点部４６の上面と接し、土台４５の支点部４６以外の上面に第二の接着部４４が接着される構成としたが、保持部４３は土台の支点部上面と接着され、土台４５の支点部の支点及び支点部以外の上面の一部と接する構成でも良い。また、支点部４６は支点により保持部４３と接して支えるものであればよく、形状は直方体に限られないが、レンズ４１の光軸に対して水平かつ垂直となる辺を支点とすると、保持部４３が光軸に対して左右にずれて回動するのを抑制することができる。

なお、第一の方向を下として説明したが、上記実施の形態の光モジュールを製造する過程、あるいは光モジュールを用いた光通信装置の使用状況によって上下が入れ替わる、あるいは横に配置された場合でも、向きを変えて保持部が第一の方向から第一の接着部によりレンズと接着し、土台が第一の方向から第二の接着部により保持部に接着し、土台がレンズの光軸方向における第一の接着部と第二の接着部の間に、前記保持部が回動する時の支点を有し、保持部を支持する支点部を備えたものであれば相殺の効果がでるものである。また、レンズと保持部を接着する第一の方向と保持部と土台を接着する第一の方向は、光モジュールを用いた光通信装置の製造過程、使用状況によって厳密に第一の方向を一致する必要はない。

また、レンズはコリメートレンズに限らず光を次のモジュールへ入射させる際の光の結合が可能であるものであればよい。
保持部は、第一の接着部によりレンズを固定、保持するものであれば形状は限定されず、材質も、金属に限らず加工しやすいものや多少の外力や温度などの使用環境で変形しないもの等、適宜選べばよい。
土台は、第二の接着部より保持部を固定し、支えるものであれば形状は限定されず、材質も、金属に限らず加工しやすいものや多少の外力や温度などの使用環境で変形しないもの等、適宜選べばよい。
第一の接着部及び第二の接着部は、それぞれ異なる形状、異なる材料であってもよい。ただし、第一の接着部と第二の接着部は環境変化に対してどちらも収縮、または膨張するものを選定する。形状及び材料を同じにすることで、第一の接着部と第二の接着部の収縮率及び膨張率が同じとなり、第一の接着部及び第二の接着部の収縮または膨張によるレンズの位置ずれを抑制できる。また、第一の接着部と第二の接着部とで収縮または膨張する大きさが異なる場合、収縮が大きい方の接着剤を収縮率の小さい接着剤に変更するなどして調整することもできる。

１０、２０、３０、４０ 光モジュール
５０ 光源
１１、２１、３１、４１ レンズ
１２、２２、３２、４２ 第一の接着部
１３、２３、３３、４３ 保持部
１４、２４、３４、４４ 第二の接着部
１５、２５、３５，４５ 土台
４６ 支点部

Claims (6)

1. レンズと、
   前記レンズを接着剤により固定して保持するための第一の接着面を有する保持部と、
   前記保持部の前記第一の接着面に設けられ、前記レンズを前記保持部に接着する第一の接着部と、
   前記保持部を接着材により固定して支持するための土台と、
   前記保持部の前記第一の接着面とは別の第二の接着面に設けられ、前記保持部を前記土台に接着する第二の接着部とを備え、
   前記第二の接着面は、
   前記保持部の前記第一の接着面が設けられた側に、当該第一の接着面と平行に設けられる
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記土台は、
   垂直方向の上方から、前記保持部を接着材により固定して支持する一対の支持構造を備え、
   前記支持構造は、
   前記保持部の前記第二の接着面に設けられた前記第二の接着部により接着される、前記第二の接着面と平行な接着面をそれぞれ有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記土台は、
   垂直方向の下方から、前記保持部を接着剤により固定して支持する一対の支持構造を備え、
   前記支持構造は、
   前記保持部の前記第二の接着面に設けられた前記第二の接着部により接着される、前記第二の接着面と平行な接着面をそれぞれ有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記保持部は、
   前記保持部の前記第一の接着面が設けられた側に、当該第一の接着面と交差する方向に延伸する一対の腕部を備え、
   前記腕部は、
   前記第二の接着部により接着される前記第二の接着面をそれぞれ有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記第一の接着部は、
   前記第二の接着部と同じ収縮率又は膨張率である
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載された光モジュール。
6. レンズと、
   前記レンズを接着剤により固定して保持するための第一の接着面を有する保持部と、
   前記保持部の前記第一の接着面に設けられ、前記レンズを前記保持部に接着する第一の接着部と、
   前記保持部を接着材により固定して支持するための土台と、
   前記保持部の前記第一の接着面とは別の第二の接着面に設けられ、前記保持部を前記土台に接着する第二の接着部と、
   前記第一の接着部及び前記第二の接着部の収縮又は膨張に伴って、前記保持部を回動可能に支持する支点部を備え、
   前記第二の接着面は、
   前記保持部の前記第一の接着面が設けられた側とは反対側に、当該第一の接着面と平行に設けられ、
   前記土台は、
   前記レンズの光軸方向における前記第一の接着部と前記第二の接着部の間に前記保持部が回動するときの支点となる前記支点部を有する
   ことを特徴とする光モジュール。

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