JPH03273205A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光モジュールに係り、特に、光軸ｔＡａが容易
なように改良された光モジュールに関するものである。

〔従来の技術〕

光モジュールに関しては電子情報通信学会技術研究報告
グ多モードファイバ用ＬＤ形３波多重送受信モジュール
、０　（小口他、○ＱＥ８６−１９２゜１９８８．３．
１６）に記載の技術が公知である。

上記公知文献においては、コリメータを用いた無調整組
立の可能性に言及されているが、単レンズを用いたプリ
ント基板直接半田搭載の光モジュールについては触れら
れていない。

第１２図は従来例の発光素子モジュールを示す断面図で
ある。

セラミンク基板１３にレンズホルダ】とレンズホルダ１
′とが搭載されている。

レンズホルダ１内にはレンズ２が収納固定され、発光素
子４を設置したパンケージ５が該レンズホルダ１の１＠
に装着されている。

また、レンズホルダ１′内にはレンズ２′力１収納固定
され、該レンズホルダ１′の１端には筒状のフェルール
６が嵌合されている。

上記筒状のフェルール６の透孔にファイバ７が貢通、固
定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記公知技術に係る光モジュールは、発、受光素子コリ
メータとファイバコリメータとを一体化するために、セ
ラミック基板上に半田転写で固定する必要があり、極め
て高い組立精度が要求されるため、小形化、低価格化が
困難であった。

本発明の目的は、小形で組立性のよい低価格の光モジュ
ールを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、１個の円筒状レンズホルダの片側に発、
受光素子、他方の側にフェルールファイバ、中央に１個
のレンズを同軸上に配置し、該レンズホルダを直接プリ
ント基板上のパターンに半田固定することにより達成さ
れる。

このため、上記円筒状レンズホルダの外周面には半田付
は可能なような表面処理を施しておく。

上記の構成に加えて、前記円筒状レンズホルダを曲げ方
向に塑性変形させ得るように構成しておくと光軸ｙＡ整
が容易である。

また、各種の放熱手段を適宜に併用することが望ましい
。

〔作用〕

前記の構成よりなる光モジュールは、１個の円筒状レン
ズホルダ内に発、受光素子、レンズ及びフェルールファ
イバが同軸上にあり、かつレンズホルダを直接プリント
基板に半田固定する構成としたことにより、部品点数を
大幅に削減し、著しく小形化される６又同−レンズホル
ダ内に各部品が同軸上にあることにより、光モジュール
の光軸調整が極めて容易となり組立性が著しく改善され
る、更にフェルールファイバの先端部を斜め破断面を設
けると、従来真人な工数を必要としたファイバ端面研摩
の省略が可能となり、かつ反射の影響も防止し得る。更
にプリント基板に直接半田固定することにより、光モジ
ュールの実装高さを著しく低減できる。更にプリント基
板に放熱用パターンを設けると、従来の複雑な形状で加
工工数が大きく高価な放熱用ヒートシンクの代りに、簡
単な形状で安価な板又は棒状放熱用ヒートシンク又は放
熱用カバー、放熱用ブロックの採用が可能となり、著し
く小形低価格化される。

〔実施例〕

第３図（ａ）は本発明に係る光モジュールの１実施例に
おけるレンズホルダ１とレンズ２とを示す断面図である
。金属製の円筒状のレンズホルダ１内の中央に球又は円
柱状のガラスよりなるレンズ２が圧入もしくは低融点ガ
ラス等の封止剤３により固定され、気密封止されている
。

第１図について後述する発、受光素子パッケージを嵌合
する嵌合部１ａと、レンズ２と、第５図について後述す
るフェルールファイバを嵌合する嵌合部１ｂとが同一軸
心に揃うように加工する。

レンズホルダ１の通気孔１ｃは後述するフェルールファ
イバの挿入時の空気抜き用孔で、段付部１ｄは図示して
いない、ファイバ保護用ケブラの固定処理をするための
もので、ケブラのないファイバでは段付部１ｄは不要で
ある。該レンズホルダ１の外周部１ｅは半田固定を可能
とするため。

ニッケルめっき又は金めつき等の表面処理が施されてい
る。

第３図（ｂ）は上記と異なる実施例におけるレンズホル
ダ１とレンズ２とを示す断面図である。

本例のレンズホルダ１は、その外周部ｌｅ上にレンズ２
の両側に少なくとも各１個以上のＶ溝部ｉｆ、Ｉｇを設
ける。該Ｖ溝部１ｆ、１ｇは光モジュールの組立後にお
いても若干の該レンズホルダ１の塑性変形を利用して光
＃調整を行なうためのものである。

第１図および第２図は、それぞれ本発明に係る光モジユ
ール用発光素子コリメータおよび受光素子コリメータの
断面を示すものである。第１図において、発光ダイオー
ド又はレーザダイオード等の発光素子４を搭載した金属
とガラスの気密封止されたパッケージ５は、前記第３図
（ａ）、（ｂ）で述べたレンズホルダｌの発、受光素子
パッケージの嵌合部１ａと嵌合させ、発光素子４の光軸
がレンズホルダ１の中心軸１ｈと一致するように光軸、
ｉｌ！Ｉ整を行ない５該発受光素子パッケージの嵌合部
１ａにて、レーザ溶接、半田接合あるいは接着により、
組立固定かつ気密封止される。発光素子４がレーザダイ
オードの場合、発光素子パッケージ５にレーザダイオー
ド光のモニタ用のフォトダイオード（図示せず）を取り
付けることもできる。

第２図の実施例は、受光素子４′をパッケージ５に搭載
しである。上記受光素子４′として、例えばフォトダイ
オードを適用し得る。

第４図は、第３図（ａ）、（ｂ）の実施例の嵌合部１ｂ
に嵌合するように構成したフェルールファイバの断面図
である。円筒形のセラミック又は金属よりなるフェルー
ル６の中心孔６ａに石英又はプラスチック等よりなるフ
ァイバ７を貫通させた後該フェルール６の先端部６ｂか
らある長さのファイバ突出部７ａを確保し、半田又は接
着によりファイバ７をフェルール中心孔６ａにて固定せ
しめる。しかる後ファイバ端面の反射を低減するために
、ファイバ突出部７ａを切断工具によりフェルール先端
部６ｂに対しおよそ８°の角度となるよう斜めに切断し
、ファイバ破断部７ｂを形成する。ファイバ端面の反射
の影響がない場合は、斜め破断としなくてもよい。該フ
ァイバ破断部７ｂの破断面は研摩していないので凹凸は
有るが透明度は落ちないので、発受光素子４，４′とフ
ァイバ７との光結合効率は実用上端面研摩した場合とほ
ぼ同等である。ファイバの光伝播モードによる種類とし
ては、ファイバ７用としてマルチモードファイバ、シン
グルモードファイバのいずれにも適用できる。

第５図は、第３図（ｂ）に示した■溝ｉｆ。

１ｇを有するレンズホルダ１を用いた実施例である。

発光素子４とファイバ７との光結合率が所望の値となる
ようにフェルール６を往復矢印２方向に調整し、該フェ
ルール６と嵌合部１ｂとを半田若しくは接着剤で固着す
る。この光軸調整操作においては、光結合効率を必ずし
も最大とする必要はなく、必要なファイバ光出力Ｐｆが
得られればよい。その後図示していないがファイバ７を
保護するケブラの固定処理が必要な場合は、レンズホル
ダ１の段付部１ｄにてケブラが接着固定される。

上述の如く光モジュールの組立後において更に光軸調整
が必要な場合は、レンズホルダ１の外周上に般けられた
■溝１ｆ又は１ｇを利用して例えば矢印の力Ｐ、Ｑ、Ｈ
の如くレンズホルダ１に曲げ方向の力を加え、該レンズ
ホルダ１の塑性変形により若干の光軸調整が可能である
。

図示を省略するが、第５図の実施例における発光素子４
を受光素子で代替することもでき、はぼ同様の手順で容
易に組立てることが出来る。

第６図（ａ）および同図（ｂ）は、本発明に係る光モジ
ュールの実施例をプリント基板８に搭載した状態を示す
断面図である。

ガラスエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂被覆鉄板よりなる
プリント基板８の片面又は両面に放熱用パターン８ａ、
８ａ　　を設け、両面の場合は該放熱用パターン８ａと
８ａ’　を熱的電気的に接続するための複数個のスルー
ホール８ｂを設ける。しかる後前記第５図に示した実施
例の発光素子モジュールを該プリント基板８上に直接置
き５半田槽に放熱用パターン８ａ、８ｂを浸漬し半田９
を塗布しレンズホルダ１とプリント基板８とを半田固定
する。

第８図は本発明に係る光モジュールをプリント基板８に
搭載した１例を示し、８ａは放熱用パターン、８ｂはス
ルーホールである。

上記放熱用パターン８ａにレンズホルダ１を載置して半
田付けで固定するとともに、該放熱用パターン８ａに放
熱用ヒートシンク１０を取り付けである。該ヒートシン
ク１０の平面図を第７図に示す。１０ａは基板に取り付
けるための端子部、１０ｂは放熱性を良くするための通
気孔である。

上記端子部１０ａは、プリント基板８のスルーホール８
ｂに挿通して半田固定される。

第９図は本発明に係る光モジュールの１実施例に併用さ
れる放熱用カバー１１の斜視図、第１０図は同しく放熱
用ブロック１２の斜視図である。

第１１図は、プリント基板８に搭載したレンズホルダ１
を前記放熱用ブロック１２で覆い、さらに前記の放熱用
カバー１１で覆った状態の断面図である。

前記の放熱用ブロック１２は、熱伝導性が良くて電気絶
縁性の良いシリコンゴムで構成されている。該放熱用ブ
ロック１２に形成されている凹部１、２　ａはレンズホ
ルダ１に嵌合する。

上記レンズホルダ１が電気的にアースレベルである場合
は、放熱用ブロック１２は必ずしも電気絶縁材料でなく
ても良い。

放熱用カバー１１は金属板によって構成されており、端
子部１１ａはプリント基板８の取付孔に挿通されて半田
固定される。

第１１図に示した断面図から容易に理解できるように、
放熱用カバー１１とレンズホルダｌとの間に放熱用ブロ
ックが介装充填されているので、該レンズホルダｌ内で
発生した熱が有効に放散される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光モジュールを適用する
と、 （、）発、受光素子、レンズ、ファイバがほぼ同軸上に
あるため光軸調整組立が極めて容易で、調整工数を大幅
に低減することができる。

（ｂ）光モジュールのプリント基板への直接半田固定に
より、実装高さを低減し、かつ光モジュールの搭載工数
を大幅に低減し得る。

（ｃ）単レンズを用いた簡単な構成であり、かつ。

関係部材を１個の円筒状レンズホルダに取り付けた構造
であるから、小形軽量に構成され、部品点数が少なくて
低コストである。

（ｄ）ファイバ先端を破断加工してファイバ端面研摩を
省略することができる。

（ｅ）プリント基板上に放熱パターンを設けて、高価な
放熱用ヒートシンクを省略することができ、また、放熱
ブロック・放熱カバーを設けて放熱構造を簡素化するこ
とができる。

（ｆ）レンズホルダの外周にＶ字形のリング溝を設ける
ことにより、光軸調整をいっそう容易にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明に係る光モジュー
ルの１実施例を示す断面図である。 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例におけるレンズ
ホルダの断面図、第４図は同じくフェルールの断面図で
ある。 第５図は前記と異なる実施例の断面図である。 第６図（ａ）、（ｂ）は更に異なる実施例の断面図であ
る。 第７図及び第８図は更に異なる実施例を示し。 第７図は放熱用ヒートシンクの平面図、第８図は断面図
である。 第９図乃至第１１図は更に異なる実施例を示し。 第９図は放熱用カバーの斜視図、第１０図は放熱用ブロ
ックの斜視図、第１１図は断面図である。 第１２図は光モジュールの従来例の断面図である。 １．１′・・・レンズホルダ、ｌａ、ｌｂ・・・嵌合部
。 ｌｃ・・・通気孔、１ｄ・・・段付部、Ｉｆ、Ｉｇ・・
・Ｖ溝、１ｈ・・・中心軸、２，２′・・・レンズ、３
・・・封止剤。 ４・・・発光素子、４′・・・受光素子、５・・・パッ
ケージ、６・・・フェルール、７・・・ファイバ、７ｂ
・・・ファイバ破断部、８・・・プリント基板、１０・
・・放熱用ヒートシンク、１１・・・放熱用カバー　１
２・・・放熱用ブロック・ 第　４　図 第３図（ａ） 第３図（ｂ） １（し）ス゛、よノＬタク 第　Ｓ　図 −ｊｌｔｌＸ 図 第り 図 第４図 葡 図 第 配 （しニズ′）２ノ 第 ０ 造 ／ブ（℃つミソノ恭蚕ｖ２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光モジュールにおいて、 外周部に半田固定可能な表面処理を施した円筒状のレン
   ズホルダと、 上記円筒状レンズホルダ内に固定された１個の球状レン
   ズ若しくは円柱状レンズと、 上記円筒状レンズホルダの一端に嵌合された発、受光素
   子パッケージと、 上記円筒状レンズホルダの他端に嵌合されたフェルール
   ファイバと、よりなることを特徴とする光モジュール。 ２、前記の円筒状レンズホルダは、その外周面に少なく
   とも、１個のＶ字状リング溝が設けられたものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光モジュール。 ３、前記の発、受光素子は発光ダイオード、レーザダイ
   オード及びフォトダイオードの何れかであり、かつ、前
   記円筒状レンズホルダの一端に嵌合された発、受光素子
   パッケージは該円筒状レンズホルダに対して固着されて
   おり、前記フェルールファイバは円筒状レンズホルダに
   対して嵌合、離脱可能であることを特徴とする請求項１
   又は同２に記載の光モジュール。 ４、前記のフェルールファイバは、フェルールの中心孔
   にファイバが貫通固着されており、かつ、該ファイバの
   一端がフェルールから突出していて、その突出端は斜め
   破断面を有し、その破断面は研摩加工されていないこと
   を特徴とする請求項１記載の光モジュール。 ５、前記フェルールファイバは円筒状レンズホルダに嵌
   合されており、その光軸を調整した状態で円筒状レンズ
   ホルダに対して半田若しくは接着剤により固定されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。 ６、前記筒状のレンズホルダは、発受光素子を嵌合して
   固定されており、かつ、これに曲げ方向の力を加えて前
   記Ｖ字状リング溝付近に塑性変形を生ぜしめて光軸調整
   され若しくは光軸調整し得る状態になっていることを特
   徴とする請求項２記載の光モジュール。 ７、前記の光モジュールは、プリント基板の面に設けら
   れたパターンに対して半田により固定されていることを
   特徴とする請求項１記載の光モジュール。 ８、前記のプリント基板の面に設けられたパターンは放
   熱用パターンであることを特徴とする請求項８記載の光
   モジュール。 ９、前記の放熱パターンは、金属板若しくは金属棒より
   なる放熱用ヒートシンクが取り付けられているものであ
   ることを特徴とする請求項８記載の光モジュール。 １０、前記の放熱用ヒートシンクは、前記円筒状レンズ
   ホルダの周囲、若しくは近傍に設けられていることを特
   徴とする請求項９記載の光モジュール。 １１、前記の円筒状レンズホルダは放熱用カバーで覆わ
   れており、かつ、該円筒状レンズホルダと放熱用カバー
   との間に、電気絶縁性の伝熱材料で構成された放熱用ブ
   ロックが介装充填されていることを特徴とする請求項９
   記載の光モジュール。