JPWO2011055568A1 - 光通信モジュール - Google Patents

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Abstract

レーザダイオード又はフォトダイオード等の光電素子の小型化に伴って、リードフレームなどの導電板を薄型化する必要がなく、また、レンズを小型化する必要がない光通信モジュールを提供する。透光性の通光台70の上面に設けた導電板60にレーザダイオード20を接続固定し、透光性のベース10の上面に設けた導電板30に通光台70を接続固定する。ベース10の上面及び下面には、それぞれ第1レンズ14及び第2レンズ15を一体成形する。レーザダイオード20は、導電板60の間隙、透光性の通光台70、導電板65の開口、導電板30の開口31、第1レンズ14、透光性のベース10及び第2レンズ15を通して光信号の送信を行う。

Description

本発明は、光通信を行うためのレーザダイオード及び/又はフォトダイオード等の素子をパッケージ化した光通信モジュールに関する。
従来、光ファイバなどを利用した光通信が広く普及している。光通信は、電気信号をレーザダイオードなどの発光素子にて光信号に変換し、光ファイバを介して光信号を送受信し、受信した光信号をフォトダイオードなどの受光素子が電気信号に変換することによって行われる(以下、これらの発光素子及び受光素子を光電素子という)。このため、レーザダイオード及び/又はフォトダイオード等の光電素子を、場合によっては光電素子を動作させるための周辺回路素子と共に、1つのパッケージとして構成した光通信モジュールが広く用いられている。この光通信モジュールは、OSA(Optical Sub-Assembly)と呼ばれている。近年では、光通信及び光通信モジュールに関する種々の発明がなされている。
例えば特許文献1においては、受光用の第1フォトダイオード及び遮光された第2フォトダイオードの出力を差動アンプにそれぞれ利得調整アンプを介して入力すると共に、光パワーを検出する光パワー検出部の出力端子及び利得調整アンプの利得調整端子の間にローパスフィルタを介在させる構成とすることによって、高速で広いダイナミックレンジを必要とする通信に適用可能な光検出器が提案されている。
また特許文献2においては、信号受信用のフォトダイオード、光レベル検出用のフォトダイオード、受信した信号を増幅する信号増幅部及びこの信号増幅部へ供給されるバイアス電流を制御するバイアス電流制御部を1つの基板上に形成し、光レベル検出用のフォトダイオードから出力される信号電流が所定の基準値以上となった場合に、バイアス電流制御部が信号増幅部を動作させる構成とすることにより、動作電流・電圧の大きさを必要に応じた量に制御でき、消費電力を低減することができる光受信装置が提案されている。またこの光受信装置は、信号受信用のフォトダイオードが信号光の拡がりよりも小さい略円形の光感応領域を有し、光レベル検出用のフォトダイオードが信号受信用のフォトダイオードの光感応領域を取り囲む光感応領域を有する構成とすることによって、信号光を効率よく検出でき、受信能力を向上することができる。
上記の特許文献1及び2に係る発明は、光電素子の周辺回路に関するものであり、周辺回路の改良によって光通信の通信能力向上を図るものである。特許文献1及び2に係る発明では、光電素子及び周辺回路が搭載された基板をリードフレームに固定して透明な樹脂によって樹脂封止してモールド部を形成し、モールド部の表面に半球状のレンズ部を設けた構成の光通信モジュールを用いている。この光通信モジュールは、レンズ部が光ファイバの出射端に対向するように配される。
特開2006−40976号公報 国際公開第01/015348号パンフレット
従来の光通信モジュールは、光電素子(及び周辺回路)をリードフレームなどに搭載し、光電素子及びリードフレームを透明な樹脂などで樹脂封止した構成のものが多く、更には樹脂によりレンズを一体的に成形する場合が多い。このような構成では、樹脂の成形精度が低い場合、レンズと光電素子との位置にズレが生じ、光通信の精度が低下するという問題がある。また、樹脂封止の際に光電素子が高温環境にさらされるため、光電素子の耐熱性能を考慮して樹脂を選択する必要があり、樹脂の選択の幅が狭いという問題がある。このため、成形の精度を高めることができる樹脂を用いることによって上記の問題を解決することは難しい。特許文献1及び2に記載の発明は、光電素子を樹脂封止してモールド部を形成し、モールド部の表面にレンズ部を設ける構成であるため、樹脂によるレンズ部の成形精度が低い場合には、光電素子とレンズ部との位置にズレが生じ、光通信の精度を低下させる虞がある。
これらの問題点を解決すべく、本願発明者は下記の光通信モジュールを既に発明している。図11は、通信精度向上及び製造コスト低減を実現した光通信モジュールの構成を説明するための模式的断面図である。図において101は、レーザダイオード20をパッケージに封入したOSAである。OSA101は、透光性の合成樹脂にて成形された板状のベース10、一部分が露出するようにベース10の上側に埋設され、露出部分にレーザダイオード20の接続端子部21a、21bが接続されるリードフレームなどの導電板30、レーザダイオード20を囲むようにベース10と一体的に成形された周壁部12、並びに、ベース10及び周壁部12にて囲まれた凹所12aを封止する蓋体40等を備えて構成されている。
レーザダイオード20は、略直方体型をなしており、下面の略中央に発光部が設けられ、発光部の周囲に電気信号の授受を行うための接続端子部21a、21bが設けられた構成である。またベース10の表裏(上下)には第1レンズ14及び第2レンズ15がそれぞれ一体的に成形されており、導電板30に接続されたレーザダイオード20の発光部が、導電板30に形成された開口31を通して第1レンズ14に対向すると共に、レーザダイオード20は発光部の中心が第1レンズ14の中心及び第2レンズの中心に略一致するように位置決めされている。
このOSA101の製造工程においては、予め所望の形状に形成された導電板30を樹脂成形用の金型内の所定位置に収容し、金型内に透光性の合成樹脂を流し込んで硬化させることにより、ベース10、周壁部12、第1レンズ14及び第2レンズ15等を一体成形する。その後に、レーザダイオード20を位置決めして導電板30に接続し、蓋体40にて凹所12aを封止することによりOSA101が完成する。
以上の構成のOSA101は、ベース10及び周壁部12等の樹脂成形を行った後で、導電板30へのレーザダイオード20の接続を行うことができるため、レーザダイオード20の耐熱性能を考慮することなく樹脂を選択することができ、成形を精度よく行うことができる樹脂を選択して、第1レンズ14及び第2レンズ15等の成形精度を高めることができる。よって、光通信モジュールの通信精度を向上させることができるという利点がある。
しかし、レーザダイオード20の小型化に伴って、レーザダイオード20の発光部の周囲に設けられる接続端子部21a、21bの間隔は狭まるため、導電板30に形成する開口31の幅を短くする必要がある。幅の短い開口31を精度よく形成するためには、導電板30を薄型化する必要があるが、導電板30はその一端がOSA1の外部に露出して外部機器との接続端子を構成するため、導電板30の薄型化により接続端子の強度が低下する虞があり、薄型化が困難であるという問題がある。
また、OSA1のベース10は、レーザダイオード20が搭載される上側と、その反対側の下側とがそれぞれ異なる金型にて成形されるため、ベース10の上側に一体成形される第1レンズ14の直径は、導電板30の開口31の幅より大きくすることができない。よって、レーザダイオード20の小型化に伴って導電板30の開口31の幅が狭まった場合、第1レンズ14を小型化しなければならず、光通信の精度が低下する虞がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、フォトダイオード又はレーザダイオード等の光電素子の小型化に伴って、リードフレームなどの導電板を薄型化する必要がなく、また、レンズを小型化する必要がない光通信モジュールを提供することにある。
本発明に係る光通信モジュールは、受光又は発光を行う領域、及び他部材との接続を行う接続端子部が設けられ、光信号から電気信号へ又は電気信号から光信号への変換を行う光電素子と、該光電素子の接続端子部が接続される第1の導電板が設けられ、該第1の導電板に接続された前記光電素子の前記領域へ光を通す通光部を有する通光台と、該通光台が搭載され、該通光台の通光部に対応する位置に通光部が設けられた第2の導電板を保持する透光性の保持部とを備え、前記光電素子が、前記通光台の通光部、前記第2の導電板の通光部、及び透光性の前記保持部を通して光信号の送受を行うようにしてあることを特徴とする。
また、本発明に係る光通信モジュールは、前記通光台の通光部及び前記第2の導電板の通光部を通して、前記光電素子の前記領域に対向するように、前記保持部に一体的に成形されたレンズを更に備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光通信モジュールは、前記レンズの反対位置となるように、前記保持部に一体的に成形された第2のレンズを更に備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光通信モジュールは、前記第1の導電板及び前記第2の導電板を電気的に接続する手段を更に有することを特徴とする。
また、本発明に係る光通信モジュールは、前記光電素子及び前記通光台を封止する封止手段を更に備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光通信モジュールは、前記第1の導電板及び前記通光台が、導電性の素材で一体的に成形してあることを特徴とする。
本発明においては、光電素子を接続する第1の導電板を設けた通光台には、光電素子の発光又は受光を行う領域へ光を通す通光部を設ける。通光台の通光部は、例えば透光性樹脂などにより光を透過する構成でもよく、光を通す貫通孔などを形成する構成でもよい。また光電素子が接続された第1の導電板が設けられた通光台は、第2の導電板又はこれを保持する透光性の保持部に搭載する。第2の導電板には通光台の通光部に対応する位置に開口又は間隙等の通光部を設けて、光電素子が通光台の通光部、第2の導電板の通光部、及び透光性の保持部を通して光信号の送受を行うことを可能とする。
これにより、第2の導電板に通光部として設ける開口又は間隙等の幅は、光電素子の接続端子部の幅に関係なく決定することができる。よって、第2の導電板を外部へ露出させて接続端子として用いる場合であっても、第2の導電板を十分に厚くして接続端子の強度を高めることができる。
また、本発明においては、通光台の通光部及び第2の導電板の通光部を通して、光電素子の受光又は発光を行う領域に対向するように、透光性の保持部にはレンズを一体的に成形する。上述のように第2の導電板の通光部の幅は光電素子の接続端子部の幅に関係なく決定することができるため、レンズの直径も光電素子の接続端子部の幅に関係なく決定することができる。よって、レンズを大型化して光通信を高精度化することが可能となる。
また、本発明においては、光電素子に対向して成形されるレンズとは反対位置となるように、透光性の保持部に第2のレンズを一体成形する。即ち、第2のレンズは光ファイバなどに対向して設けられるものであるが、透光性の保持部と一体成形で第2のレンズを成形することによって、第2のレンズを別に成形する場合と比較して、光通信モジュールの製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。なお透光性の保持部に一体成形される2つのレンズは、その中心が略一致することが望ましい。
また、本発明においては、第1の導電板及び第2の導電板を、例えばワイヤなどを用いて電気的に接続する。これにより、第1の導電板に接続された光電素子と、第2の導電板に接続された通信回路などとが電気信号の授受を行うことができる。なお、第1の導電板及び第2の導電板の電気的接続の方法はワイヤに限らず、例えば通光台の表裏(上下)を貫通するように導電体を埋め込んで電気的接続を行うなど、その他の方法であってもよい。
また、本発明においては、光電素子及び通光台等を封止することによって、これらの構成要素に外部からの衝撃などが加わって破壊されることを防止する。なお封止の方法は、合成樹脂を用いた樹脂封止であってもよく、凹所に上記の構成要素を収容して蓋体により凹所を封止してもよく、更にその他の方法であってもよい。
また、本発明においては、第1の導電板及び通光台を導電性の素材で一体的に成形する。換言すれば、第1の導電板に十分な厚さ(通光台と同程度の厚さ)を持たせ、光電素子が接続された第1の導電板を直接的に保持部に搭載する構成、又は、通光台を導電性として第1の導電板としての役割を持たせ、光電素子を通光台に接続する構成である。第1の導電板及び通光台を一体的に成形したものとして、例えばリードフレームなどを用いることができる。これにより、光通信モジュールの部品点数を削減することができる。
本発明による場合は、第1の導電板が設けられた通光台に光電素子を搭載し、第2の導電板を保持する透光性の保持部に通光台を搭載すると共に、光電素子が通光台の通光部、第2の導電板の通光部及び透光性の保持部を通して光信号の送受を行う構成とすることにより、第2の導電板に通光部として設ける開口又は間隙等の幅は、光電素子の接続端子部の幅に関係なく決定することができ、第2の導電板を外部へ露出させて接続端子として用いる場合であっても、第2の導電板を十分に厚くして接続端子の強度を高めることができる。また、透光性の保持部にレンズを一体的に成形する場合には、レンズの直径を光電素子の接続端子部の幅に関係なく決定することができるため、レンズを大型化して光通信を高精度化することが可能となる。
よって、光電素子が小型化された場合であっても、光通信モジュールの接続端子の強度の低下又は通信精度の低下等が生じることがなく、信頼性が高く且つ通信精度が高い光通信モジュールを実現することができる。
本発明に係る光通信モジュールの構成を示す模式的断面図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる光電素子の構成を示す模式図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる光電素子の構成を示す模式図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる光電素子の構成を示す模式図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる通光台の構成を示す模式図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる通光台の構成を示す模式図である。 本発明に係る光通信モジュールに備えられる導電板の構成を示す模式的平面図である。 導電板の電気的接続方法を説明するための模式図である。 本発明に係る光通信モジュールが備える第1レンズ及び第2レンズの構成を説明するための模式図である。 本発明に係る光通信モジュールが備える第1レンズ及び第2レンズの構成を説明するための模式図である。 本発明に係る光通信モジュールが備える第1レンズ及び第2レンズの構成を説明するための模式図である。 レンズのサイズと光の平行性との関係を説明するための模式図である。 レンズのサイズと光の平行性との関係を説明するための模式図である。 通光台の有無と第1レンズのサイズとの関係を説明するための模式図である。 通光台の有無と第1レンズのサイズとの関係を説明するための模式図である。 本発明の変形例1に係る光通信モジュールに備えられる通光台の構成を示す模式図である。 本発明の変形例1に係る光通信モジュールに備えられる通光台の構成を示す模式図である。 本発明の変形例2に係る光通信モジュールの構成を示す模式的断面図である。 通信精度向上及び製造コスト低減を実現した光通信モジュールの構成を説明するための模式的断面図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、本発明に係る光通信モジュールの構成を示す模式的断面図である。図において1は、レーザダイオード(光電素子)20をパッケージに封入したOSAであり、本発明に係る光通信モジュールに相当する。OSA1は、光ファイバ9が連結され、レーザダイオード20が電気信号を光信号に変換し、光ファイバ9を介して他の装置へ光信号を出力する光通信のための部品である。
OSA1は、平面視が略正方形をなす板状のベース(保持部)10を備えており、ベース10の一側(図1における上側、以下では単に上側という)に導電板(第2の導電板)30、通光台70及びレーザダイオード20等が設けられ、反対側(図1における下側、以下では単に下側という)に光ファイバ9を連結するための筒部50が設けられている。ベース10及び通光台70は、透光性の合成樹脂で成形されたものである。ベース10の上面には、周縁部分の一周に亘って周壁部12が設けてあり、ベース10の上面と周壁部12とにより、レーザダイオード20を収容する凹所12aが構成され、凹所12aは蓋体40により封止されている。
図2A〜図2Cは、本発明に係る光通信モジュールに備えられる光電素子の構成を示す模式図であり、レーザダイオード20の下面側の3つの構成例を図2A〜図2Cに示したものである。レーザダイオード20は、平面視が略正方形をなす板状であり、下面の略中央には、入力された電気信号に応じて光を発する発光部22が設けられ、発光部22の周囲に一又は複数の接続端子部が設けられている。接続端子部は、レーザダイオード20へ電気信号を入出力するための端子であり、且つ、半田又は導電性接着剤等を介して導電板30への接続を行うためのものである。
例えば、レーザダイオード20の下面に2つの接続端子部21a及び21bを設ける構成とすることができる(図2A参照)。この場合、各接続端子部21a及び21bは、略長方形とし、発光部22を間にして配設することができる。また例えば、レーザダイオード20の下面に発光部22を囲む環状の接続端子部21を設ける構成としてもよい(図2B参照)。なおこの例では、レーザダイオード20の下面には接続端子部21を1つしか設けることができないが、レーザダイオード20は入出力の端子を少なくとも2つ必要とするため、レーザダイオード20の上面又は側面等に接続端子部を設ける必要がある。また例えば、電気信号を入出力するための2つの接続端子部21a及び21bの他に、電気信号の入出力を行わず半田又は導電性接着剤等による接続を行うためのみのダミーの接続端子部21c及び21dを設ける構成としてもよい(図2C参照)。この場合、4つの接続端子部21a〜21dは、レーザダイオード20の下面の四隅にそれぞれ配設することができる。
なお、以降の説明及び図面においては、図2Aに示したように、下面に2つの接続端子部21a及び21bを設けたレーザダイオード20をOSA1が備えるものとする。ただし、OSA1が備えるレーザダイオード20の構成は、図2B若しくは図2Cに示した構成又はその他の構成であってもよい。
レーザダイオード20の接続端子部21a、21bは、通光台70の上面に設けられた導電板(第1の導電板)60に半田又は導電性接着剤等を用いて接続固定されることによって、OSA1の通光台70に搭載される。図3A及び図3Bは、本発明に係る光通信モジュールに備えられる通光台70の構成を示す模式図であり、図3Aに通光台70の上面の構成を示し、図3Bに通光台70の下面の構成を示す。通光台70は、透光性の合成樹脂により成形されており、平面視でレーザダイオード20より大きい略正方形をなす板状である。
通光台70の上面には、略長方形をなす2つの導電板60が略平行に並設されている。導電板60は、略長方形の金属板などを通光台70の上面に埋設したものであり、各導電板60の上面が通光台70の上面に露出し、この露出部分にレーザダイオード20の接続端子部21a、21bがそれぞれ接続固定される。よって通光台70に設けられる2つの導電板60の間隙の幅L1は、レーザダイオード20の接続端子部21a、21bの距離により規定される。
通光台70の下面には、略正方形の環状をなす導電板65が埋設されている。導電板65は、中央に略正方形の開口が形成された金属板などを通光台70の下面に埋設したものであり、導電板65の下面が通光台70の下面に露出する。導電板65は、ベース10の上面に設けられた導電板30に半田又は導電性接着剤等を用いて接続固定するためのものである。また導電板65の開口の幅は、通光台70の上面に設けられた2つの導電板60の間隙の幅L1より広い。
通光台70は透光性の合成樹脂で成形されているため、通光台70の上面に接続固定されたレーザダイオード20は、通光台70の上面に設けられた2つの導電板60の間隙、通光台70の内部、通光台70の下面に設けられた導電板65の開口を通して、発光部22から発した光を外部へ出射することができる(即ち、導電板60の間隙、透光性の通光台70、及び導電板65の開口は、通光台70の上下に光を通す通光部を構成している)。
OSA1のベース10には金属製の導電板30が、その一面が凹所12a内に露出するように埋め込まれて保持されている。導電板30は、凹所12a内における露出部分に、通光台70の下面に設けられた導電板65が半田又は導電性接着剤等を用いて接続されると共に、通光台70の上面に設けられた導電板60とワイヤ(図1においては図示を省略し、図5において図示する)を介して接続される。導電板60と導電板30とは、レーザダイオード20と外部との間で電気信号の授受を行うためのものである。換言すれば、導電板60及び導電板30は、レーザダイオード20を用いた送信回路において、回路の構成要素を接続する配線に相当するものである。
図4は、本発明に係る光通信モジュールに備えられる導電板30の構成を示す模式的平面図であり、導電板30の上面視の形状にベース10の外形を二点鎖線で重ねて示したものである。図示の例では、OSA1は3つの導電板30a〜30cを備えている。導電板30aは、ベース10の中央に配される略正方形の部分と、この部分からベース10の外部へ延出する部分とを有しており、略正方形の部分の中央には略円形の開口31が形成されている。開口31は、導電板30aの上下に光を通すための通光部をなしている。導電板30aは、平面視におけるベース10の略中央に開口31が位置するよう、ベース10に埋設される。開口31の幅(直径)L2は、レーザダイオード20の接続端子部21a、21bの距離に規定される通光台70の導電板60の間隙の幅L1より大きく、通光台70の下面に設けられた導電板65の開口の幅と同程度である。通光台70は、導電板30aに載置され、下面の導電板35が導電板30aに半田又は接着剤等を用いて接続固定される。通光台70の上面に設けられた導電板60の1つと、導電板30aとは、ワイヤを介して接続される。
また、導電板30bは、略L字型をなしており、その一端部分がベース10の外部へ延出するように、導電板30aと並べて配されている。導電板30bは、通光台70の上面に設けられた導電板60の1つと、ワイヤを介して接続される。また、導電板30cは、略U字型をなしており、導電板30aを囲むように配され、その一端部分がベース10の外部へ延出している。導電板30cは、例えば接地電位に接続されて、OSA1をシールドするために用いられる。導電板30a〜30cのベース10から延出した部分は、OSA1と例えば通信装置の回路基板とを接続するための端子として用いられる。
導電板30を保持するベース10は、透光性を有し、平面視で略正方形をなしている。ベース10には、導電板30の開口31に連なる略円形の凹部が上面に形成されており、この凹部の底部分は上側へ凸状に成形された第1レンズ14が設けられている。またベース10の下面には、凸状の第2レンズ15が設けられており、第1レンズ14及び第2レンズ15は、その中心が略一致するように、ベース10の上下にそれぞれ反対方向へ向けて設けられている。レーザダイオード20は、発光部22の中心が第1レンズ面14の中心に略一致するように位置決めされて通光台70の導電板60に接続固定される。
またベース10の上面には、その周縁の一周に亘って、周壁部12が立設されている。周壁部12は、ベース10の上面に搭載された通光台70及びレーザダイオード20等の四方を囲むように設けられ、周壁部12及びベース10によって、通光台70及びレーザダイオード20等を収容する凹所12aが構成される。また周壁部12の高さは、ベース10の上面に積み重ねられた通光台70及びレーザダイオード20等の高さより十分に高く設定されている。
OSA1のベース10、周壁部12、第1レンズ14及び第2レンズ15は、透光性の合成樹脂により一体成形されている。例えば、予め所望の形状に加工された導電板30を金型内に配置し、液状の透明樹脂を流し込んで硬化させる方法、所謂射出成形によって一体成形を行うことができる。ベース10などを構成する透光性の合成樹脂は、レーザダイオード20の耐熱性能などに関係なく選択することができるため、成形精度が高く、温度変化などの周辺環境による変形などが発生し難い合成樹脂を選択することができる。
また、OSA1は、ベース10の上面側に設けられた周壁12の上端に接合され、凹所12aを封止する蓋体40を備えている。蓋体40は、平面視がベース10と同じ略正方形をなす板状であり、周壁12の上端に例えば超音波溶接又は接着剤による接着等の方法で接合される。蓋体40は、透光性又は非透光性のいずれであってもよく、ベース10及び周壁部12等と同じ素材で成形されるものであってもよく、異なる素材で成形されるものであってもよい。なお蓋体40を接合するときに、凹所12a内に窒素ガス又はドライエアー等のガスを封入してもよく、凹所12a内を真空としてもよい。
ベース10及び通光台70を透光性の合成樹脂で成形することによって、通光台70の上面の導電板60に接続されたレーザダイオード20は、導電板60の間隙、透光性の通光台70、導電板65の開口、導電板30の開口31、第1レンズ14、透光性のベース10、及び第2レンズ15を通して、OSA1の外部へ光を出射することができる。
またOSA1は、ベース10の下面に接続される筒部50を備えている。筒部50は、円筒状をなしており、ベース10の下面に設けられた第2レンズ15を囲むように、ベース10の下面に接続固定される。筒部50は、下端側の内径を階段状に拡径させた態様であり、内径が小さい上部分及び内径が大きい下部分を有している。筒部50の内径が小さい上部分は、その内径が第2レンズ15の直径に等しいか又は若干大きくなるよう形成されている。筒部50の内径が大きい下部分は、その内径が光ファイバ9の直径に略等しくなるように形成されており、光ファイバ9を嵌合させる嵌合部51を構成している。
また筒部50の上側の端面には、丸棒状の複数の接続ピン52が立設されている。複数の接続ピン52は、筒部50の端面の周方向に等間隔で設けられている。ベース部10の下面には、接続ピン52を挿入して筒部50を接続するための接続穴18が複数設けられている。筒部50の接続ピン52及びベース10の接続穴18は、接続穴18に接続ピン52を挿入して筒部50をベース部10に接続した場合に、筒部50の中心が第2レンズ15の中心に略一致するように、その位置が高精度に定められている。なお筒部50は、合成樹脂製であってもよく、金属又は木材等の他の素材で形成されるものであってもよい。また筒部50の接続は、接続ピン52をベース10の接続穴18に挿入するのみで行ってもよいが、更に接着剤などを用いて固定することでより強固に行うことができる。
接続ピン52を接続穴18に挿入して筒部50をベース10の下面に接続した場合、筒部50の中心と第2レンズ15の中心とが略一致するように、接続ピン52及び接続穴18はその位置が精度よく定められている。また、筒部50の嵌合部51に光ファイバ9を嵌合させた場合、筒部50の中心と光ファイバ9の中心とが略一致するように、筒部50の嵌合部51が精度よく形成されている。よって、第2レンズ15の中心と光ファイバ9の中心とを略一致させることができる。更に、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とを略一致させてベース10などの成形を行うと共に、レーザダイオード20の発光部22の中心が第1レンズ14の中心に一致するようにレーザダイオード20の位置決めを行うことによって、レーザダイオード20の発光部22の中心、第1レンズ14の中心、第2レンズ15の中心及び光ファイバ9の中心が略一致し、レーザダイオード20が出射した光を光ファイバ9へ高精度で集光することができる。
OSA1の製造工程においては、ベース10及び周壁部12等と、通光台70と、蓋体40と、円筒部50とはそれぞれ個別に製造される。予め所望の形状(図4参照)に金属板を加工することによって製造された導電板30を、射出成形用の金型内に配置し、金型内に透光性の合成樹脂を流し込んで硬化させることにより、導電板30を保持したベース10、周壁部12、第1レンズ14、第2レンズ15及び接続穴18等が一体的に成形される。
また、予め所望の形状(図3A及び図3B参照)に金属板を加工することによって製造された導電板60及び導電板65を、射出成形用の金型内に配置し、金型内に透光性の合成樹脂を流し込んで硬化させることにより、導電板60及び導電板65がそれぞれ上面及び下面に埋設された通光台70が製造される。蓋体40は、例えば合成樹脂製の板体を所望の形状に切削して分離することによって、製造することができる。円筒部50は、射出成形用の金型に合成樹脂を流し込んで硬化させることにより製造することができる。
上記の各部品を個別に製造した後、これらの複数の部品を接続固定してOSA1を組み立てる。まず、ベース10の上面に露出する導電板30と、通光台70の下面に露出する導電板65とを、半田又は接着剤等により接続固定する。このとき、ベース10に対する通光台70の位置決め精度は低くてもよい。次いで、通光台70の上面に露出する導電板60と、レーザダイオード20の接続端子部21a、21bとを、半田又は導電性接着剤等により接続固定して、レーザダイオード20を搭載する。このとき、レーザダイオード20は、発光部22の中心が第1レンズ14の中心に略一致するように高精度に位置決めされる。レーザダイオード20の位置決めは、直接的に第1レンズ14の中心に対して行ってもよいが、第1レンズ14と同じ金型で成形されたベース10の上面の特定箇所などを指標として行ってもよい。
次いで、ベース10の導電板30と、通光台70の導電板60との電気的接続を行う。図5は、導電板30及び60の電気的接続方法を説明するための模式図であり、周壁部12及び蓋体40の図示を省略して、OSA1の上面視の構成を模式的に示してある。通光台70の上面に設けられた2つの導電板60のうち、1つの導電板60はベース10に保持された導電板30aにワイヤ35を介して電気的に接続され、もう1つの導電板60はベース10に保持された導電板30bにワイヤ36を介して電気的に接続される。これにより、通光台70の導電板60に接続されたレーザダイオード20の接続端子部21a、21bと、OSA1の外部に露出する導電板30a、30bとが電気的に接続され、レーザダイオード20と外部の通信装置などとが電気信号の授受を行うことが可能となる。
ワイヤ35、36による接続を終えた後、OSA1のベース10及び周壁部12にて構成された凹所12aを蓋体40にて封止する。蓋体40は、超音波溶接又は接着剤による接着等の方法で周壁部12の上端に接合される。これにより、レーザダイオード20は外部から隔離される。また、蓋体40を周壁部12に接合する前に、凹所12a内にガスなどを注入してもよい。
次いで、筒部50をベース10の下面に設けられた接続穴18に接続ピン52を挿入することによって、ベース10に接続する。このとき、接続ピン52、接続穴18、筒部50の上端面又はベース10の下面等に接着剤を塗布した後に、接続穴18へ接続ピン52を挿入して、筒部50をベース10に接着固定してもよい。
これらの工程により、OSA1の製造を行うことができる。本発明のOSA1は、ベース10及び通光台70等を透光性の合成樹脂で個別に成形して組み立てた後に、レーザダイオード20を位置決めして導電板60に接続し、蓋体40にて封止を行う構成であるため、ベース部10及び通光台70等を構成する透光性の合成樹脂を、レーザダイオード20の耐熱性能などを考慮することなく選択することができる。よって、精度よく成形を行うことができる合成樹脂を選択することができ、ベース10及び通光台70等の成形精度を高めることができる。
ただし、ベース10、第1レンズ14及び第2レンズ15等を透光性の合成樹脂にて射出成形するためには、上述のように金型を用いる必要がある。上述の形状のベース10などを一体成形するためには、ベース10の上側と下側とで別の金型を用いなければならないため、上下の金型に位置ズレが生じた場合、成形されたベース10の上側と下側とでズレが生じる虞がある。本発明に係るOSA1は、このような金型のズレによるベース10の上面側と下面側とのズレが生じた場合であっても、光通信の精度が低下することのない構成としてある。
図6A〜図6Cは、本発明に係る光通信モジュールが備える第1レンズ14及び第2レンズ15の構成を説明するための模式図であり、ベース10、第1レンズ14及び第2レンズ15のみを抜き出して模式的にその構成を図示したものである。なお、本図においては、レーザダイオード20の発光部22をA点で示し、光ファイバ9の端部をB点で示してある。また、図6Aには第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とが一致している場合を示し、図6B及び図6Cには第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とにズレが生じている場合を示してある。
レーザダイオード20の発光部22から出射された光は、その出射端(A点)から所定範囲の拡がりをもって第1レンズ14に達する。第1レンズ14は、レーザダイオード20の発光部22から出射された光を略平行な光に変換するように、発光部22までの距離を考慮して、その凸面の形状が定められている。これにより、レーザダイオード20の発光部22から出射された光は、第1レンズ14にて略平行光に変換されて透光性のベース10内を透過し、第2レンズ15に達する。第2レンズ15は、ベース10を透過した略平行光を光ファイバ9の端部(B点)に集光するように、光ファイバ9までの距離を考慮して、その凸面の形状が定められている。
第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とが一致している場合(図6A参照)、レーザダイオード20の発光部22から第1レンズ14へ入射した光は、第1レンズ14にて略平行光に変換されてベース10内を透過し、第2レンズ15に達する。第2レンズ15に達した光は光ファイバ9の端部へ集光される。
これに対して、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とが一致していない場合(図6B参照)、レーザダイオード20の発光部22から第1レンズ14へ入射した光は、第1レンズ14にて略平行光に変換されてベース10内を透過し、第2レンズ15に達する。第2レンズ14に達した光は光ファイバ9の端部へ集光される。
即ち、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とが一致しているか否かに関わらず、レーザダイオード20の発光部22から出射された光は第1レンズ14にて略平行光に変換されてベース10内を透過するため、第2レンズ15に達した光は光ファイバ9の端部へ集光される。よって、本発明のOSA1は、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とにズレが生じた場合であっても、レーザダイオード20の発光部22からの光を確実に光ファイバ9へ集光することができるため、ズレに伴う光通信の精度の低下を防止できる。
なお、第2レンズ15が第1レンズ14と同じ大きさか又は小さいときには、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とにズレが生じた場合、第1レンズ14にて略平行光に変換された光の一部は、第2レンズ15に達することなくベース10の外部へ出射するため、光ファイバ9へ集光される光の量が低減する虞がある。ただし、第2レンズ15による光ファイバ9への集光位置にズレが生じるなどの虞はないため、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とのズレ量が少ない場合には、十分な精度で光通信を行うことができる。
光量低減の対策として、レーザダイオード20の発光部22からの光が入射する第1レンズ14より、光ファイバ9へ光を出射する第2レンズ15を大きくすることができる(図6C参照)。これにより、第1レンズ14にて略平行光に変換された光が光ファイバ9に確実に達するため、第1レンズ14に入射した光の全てを第2レンズ15にて光ファイバ9へ集光することができる。
なお、OSA1がレーザダイオード20に代えてフォトダイオードを備え、光信号の受信を行う構成の場合には、第1レンズ14を第2レンズ15より大きく成形することによって、第1レンズ14の中心と第2レンズ15の中心とのズレによる光量の低減を防止することができる。即ち、光源からの光が入射する側のレンズを小さく、ベース10内を透過した平行光を対象に集光して出射する側のレンズを大きく成形すればよい。
このように、透光性のベース10の両面にレンズを一体成形することによって、ベース10内を透過する光を平行光とすることができるため、いずれか一方にのみレンズを一体成形する場合と比較して、OSA1による光信号の送受信を高精度に行うことができる。また、光の出射側に配されるレンズ、即ちレーザダイオード20側の第1レンズ14のサイズ(直径)は、より大きいほどベース10内を透過する光の平行性を高めることができる。
図7A及び図7Bは、レンズのサイズと光の平行性との関係を説明するための模式図である。また、図7Aには、レーザダイオード20の発光部22、第1レンズ14及び第2レンズ15の光軸方向をZ方向とし、光軸に垂直な方向をX方向及びY方向とした三次元空間において、レーザダイオード20の発光部22から出射された光を太矢印のベクトルとして示してある。ここで、レーザダイオード20の発光部22から任意の距離にある光軸に垂直な平面Hと、出射光のベクトルとの交点を(x、y)とする。また出射光のベクトルから平面Hへの垂線と、平面Hとの交点を(x1、y1)とし、この2点の差を(x1、y1)−(x、y)=(Px、Py)とする。
ここで、X方向の成分にのみ着目して、レーザダイオード20の発光部22から出射された全ての光について(Px、x)の分布を示したものが図7Bである。図7Bにおいて、レーザダイオード20の発光部22から出射された直後の光の分布が領域Aであり、第1レンズ14にて平行光とされた光の分布が領域Bである。このとき、Px方向への拡がりが小さく、x方向への拡がりが大きい分布ほど、光の平行性は高い。領域A及び領域Bの面積は略一定であるため、分布をx方向へ拡げることで光の平行性を高めることができる。即ち、第1レンズ14のサイズが大きいほど、光の平行性を高めることができる。
上述の図11に示した光通信モジュール(OSA101)においては、レーザダイオード20の接続端子部21の配置に導電板30の開口31のサイズが制限され、開口31のサイズに第1レンズ14のサイズが制限されるため、第1レンズ14の大型化が難しかった。そこで、本発明に係る光通信モジュール(OSA1)においては、通光台70を用いることによって、第1レンズ14の大型化を実現している。
図8A及び図8Bは、通光台70の有無と第1レンズ14のサイズとの関係を説明するための模式図であり、図8Aに通光台70を有する場合の構成(図1と同様の構成)を拡大して示し、図8Bに通光台70を有さない構成(図11と同様の構成)を拡大して示す。上述のように、通光台70を用いない場合、レーザダイオード20の接続端子部21a、21bの幅に導電板30の開口31の幅が制限され、開口31の幅に第1レンズ14のサイズが制限されるため、レーザダイオード20の小型化に伴って第1レンズ14のサイズを小型化する必要がある(図8B参照)。
これに対して通光台70を用いた場合、ベース10に埋設される導電板30に対してレーザダイオード20の接続端子部21a、21bが直接に接続されないため、導電板30の幅が接続端子部21a、21bの幅に制限されることはなく、第1レンズ14の幅が制限されることはない(図8A参照)。よって、OSA1に要求される通信精度に応じて第1レンズ14のサイズを決定することができ、第1レンズ14のサイズに応じて通光台70の幅及び厚さ等を決定すればよい。
以上の構成のOSA1においては、透光性の通光台70の上面に設けた導電板60にレーザダイオード20を接続固定し、透光性のベース10の上面に設けた導電板30に通光台70を接続固定する構成とすることにより、レーザダイオード20が導電板60の間隙、透光性の通光台70、導電板65の開口、導電板30の開口31、第1レンズ14、透光性のベース10及び第2レンズ15を通して光信号の送信を行うことができる。この構成により、導電板30の開口31の幅は、レーザダイオード20の接続端子部21a、21bの幅に制限されることないため、レーザダイオード20の小型化に伴って開口31の幅を狭める必要がなく、導電板30を薄型化する必要がない。よって、導電板30のベース10から外部への露出部分をOSA1と外部機器との接続を行う接続端子として用いる場合であっても、導電板30に十分な厚みを持たせて強度を高めることができる。
またこの構成によって、レーザダイオード20の小型化に伴って第1レンズ14を小型化する必要がないため、通光台70の状面の導電板60の間隙の幅より第1レンズ14の直径を大きくすることができる。これにより、レーザダイオード20の小型化に伴ってOSA1の通信精度が低下することを防止することができ、OSA1を用いた精度のよい光通信が実現できる。
また、透光性のベース10の上面及び下面にそれぞれ第1レンズ14及び第2レンズ15を一体成形し、レーザダイオード20が第1レンズ14及び第2レンズ15を通して光信号の送信を行う構成とすることにより、レーザダイオード20が発した光を第1レンズ14にて平行光としてベース10内を透過させ、第2レンズ15にて光ファイバ9へ集光することができる。これにより、第1レンズ14及び第2レンズ15の中心に若干のズレが生じた場合であっても、光ファイバ9への集光を確実に行うことができ、通信精度が低下することを防止できる。また、第1レンズ14及び第2レンズ15を別に製造する場合と比較して、OSA1の製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
また、通光台70の上面の導電板60と、ベース10から外部へ露出する導電板30とを、凹所12a内にてワイヤ35、36を用いて電気的に接続する構成とすることにより、レーザダイオード20と導電板30とを電気的に接続することができ、外部に露出する導電板30を介して、レーザダイオード20と外部機器との電気信号の授受を行うことができる。また、凹所12aに蓋体40を接合することによって、レーザダイオード20、導電板30及び通光台70等を封止する構成とすることにより、これらに外部からの衝撃などが加わって破壊などが生じることを防止できる。
なお、本実施の形態においては、OSA1が光電素子としてレーザダイオード20を備えて発光を行う構成としたが、これに限るものではなく、光電素子としてフォトダイオードなどを備えて受光を行う構成としてもよい。また、OSA1が凹所12a内に1つの光電素子を備える構成としたが、これに限るものではなく、複数の光電素子を備える構成としてもよい。この場合、フォトダイオード及びレーザダイオードの両光電素子を搭載することによって、OSAは発光及び受光を行うことができ、光信号の送受信をおこなうことができる。
また、通光台70の下面に導電板65を設ける構成としたが、これに限るものではなく、通光台70の下面に導電板65を設けず、例えば通光台70を接着剤などにてベース10又は導電板30に接着するなどの構成としてもよい。また、通光台70の上面の導電板60とベース10の導電板30とをワイヤ35、36にて電気的に接続する構成としたが、これに限るものではなく、例えば、通光台70の上下を貫通するように、導電板60と導電板65とを電気的に接続する導電体などを通光台70に埋め込み、通光台70を導電板30に電気的に接続することによって、導電板60と導電板30との電気的接続を実現する構成とすることができる。
また、導電板30に、上下への光を通す通光部として開口31を形成する構成としたが、これに限るものではなく、例えば通光台70の導電板60と同様に、複数の導電板30の間隙に光を通す構成としてもよい。また、筒部50はベース10と別体で製造して接続する構成としたが、これに限るものではなく、ベース10と筒部50とを一体成形する構成としてもよい。
また、図3A及び図3Bに示した通光台70の導電板60、65の構成は一例であってこれに限るものではない。また、図4に示した導電板30(30a〜30c)の構成は一例であってこれに限るものではない。また、ベース部10の上面に周壁部12を設けて凹所12aを構成し、凹所12aを蓋体40で封止することによりレーザダイオード20及び通光台70等の封止を行う構成としたが、これに限るものではなく、これらを樹脂封止するなど、その他の構成で封止を行ってもよい。
また、凹所12a内にはレーザダイオード20のみが収容される構成としたが、これに限るものではなく、電気回路を構成するその他の回路部品(抵抗、コンデンサ、コイル又はIC(Integrated Circuit)等)を凹所12a内に収容する構成としてもよい。このとき、他の回路部品は、通光台70の導電板60に接続してもよく、ベース10の導電板30に接続してもよく、導電板30又は60とワイヤを介して接続してもよい。
(変形例1)
図9A及び図9Bは、本発明の変形例1に係る光通信モジュールに備えられる通光台70aの構成を示す模式図であり、図9Aに通光台70aの上面の構成を示し、図9Bに通光台70aの下面の構成を示す。上述の図3A及び図3Bに示した通光台70は、透光性の合成樹脂により成形され、通光台70の本体部分が光を通す通光部をなす構成としたが、これに限るものではない。変形例1に係る通光台70aは、光を透過しない合成樹脂により成形されるが、平面視の略中央に光を通す略円形の通光孔71が形成されている。これにより、通光台70aの上面に設けられた導電板60に接続されたレーザダイオード20は、通光孔71を通して光信号を出力することができる。
なお、図9A及び図9Bにおいては、通光台70aの通光孔71は、その直径が一定の略円形をなす構成を示してあるが、これに限るものではなく、通光孔71が上側から下側へ徐々に拡径する形状、即ち側面視で円錐台の形状としてもよい。また通行孔71は、平面視で略円形でなくてよく、平面視で略矩形などその他の形状であってもよい。
(変形例2)
図10は、本発明の変形例2に係る光通信モジュールの構成を示す模式的断面図である。変形例2に係るOSA1の通光台70bは、平面視でレーザダイオード20より大きい略正方形をなす板状であり、金属製である。このため通光台70bは透光性を有しておらず、平面視の略中央に略円形の通光孔71が形成されている。
即ち、変形例2の通光台70bは、図9A及び図9Bに示した上述の変形例1に係る通光台70aと導電板60及び65とを一体化した態様である。換言すれば、変形例2の通光台70bは、変形例1の通光台70aを金属製とすることにより、通光台70aに導電板60及び65の機能を備えたものである。又は、変形例2の通光台70bは、変形例1の導電板60又は65に通光台70a程度の厚みを持たせることにより、導電板60又は65に通光台70aの機能を備えたものである。
変形例2に係るOSA1が備えるレーザダイオード20は、図2Bに示すように、下面の中央に発光部22が設けられ、その周囲に環状の接続端子部21が設けられ、上面に導電板30とワイヤ(図示は省略する)などを介して接続するための端子(図示は省略する)が設けられた構成である。レーザダイオード20は、発光部22の中心と通光孔71の中心とが略一致するように、通光台70bに対して位置決めされて、接続端子部21にて通光台70bの上面に半田又は導電性接着剤等を介して接続固定される。
また通光台70bは、通光孔71の中心と、第1レンズ14の中心とが略一致するように、ベース10の凹所12a内に露出した導電板30の上面に、半田又は導電性接着剤等を介して接続固定される。なお、レーザダイオード20及び通光台70の接続と、通光台70b及び導電板30の接続とは、いずれを先に行ってもよい。
このように、通光台70bを金属製とすることにより、その上下面に導電板60及び65を別に設ける必要がないため、通光台70bの製造を容易化でき、OSA1の製造を容易化することができる。
1 OSA(光通信モジュール)
9 光ファイバ
10 ベース(保持部)
12 周壁部
12a 凹所
14 第1レンズ(レンズ)
15 第2レンズ(第2のレンズ)
18 接続穴
20 レーザダイオード(光電素子)
21、21a〜21d 接続端子部
22 発光部(領域)
30、30a〜30c 導電板(第2の導電板)
31 開口(通光部)
35、36 ワイヤ(接続する手段)
40 蓋体(封止手段)
50 筒部
51 嵌合部
52 接続ピン
60 導電板(第1の導電板)
65 導電板
70、70a、70b 通光台
71 通光孔(通光部)

Claims (6)

  1. 受光又は発光を行う領域、及び他部材との接続を行う接続端子部が設けられ、光信号から電気信号へ又は電気信号から光信号への変換を行う光電素子と、
    該光電素子の接続端子部が接続される第1の導電板が設けられ、該第1の導電板に接続された前記光電素子の前記領域へ光を通す通光部を有する通光台と、
    該通光台が搭載され、該通光台の通光部に対応する位置に通光部が設けられた第2の導電板を保持する透光性の保持部と
    を備え、
    前記光電素子が、前記通光台の通光部、前記第2の導電板の通光部、及び透光性の前記保持部を通して光信号の送受を行うようにしてあること
    を特徴とする光通信モジュール。
  2. 前記通光台の通光部及び前記第2の導電板の通光部を通して、前記光電素子の前記領域に対向するように、前記保持部に一体的に成形されたレンズを更に備えること
    を特徴とする請求項1に記載の光通信モジュール。
  3. 前記レンズの反対位置となるように、前記保持部に一体的に成形された第2のレンズを更に備えること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光通信モジュール。
  4. 前記第1の導電板及び前記第2の導電板を電気的に接続する手段を更に有すること
    を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の光通信モジュール。
  5. 前記光電素子及び前記通光台を封止する封止手段を更に備えること
    を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の光通信モジュール。
  6. 前記第1の導電板及び前記通光台は、導電性の素材で一体的に成形してあること
    を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の光通信モジュール。
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