JPWO2013183273A1 - 光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュール - Google Patents

Abstract

発光素子（１０）の光の入射およびモニタ光の出射が行われる面（３ａ’）を光学プレート（３）に形成するとともに、結合光が出射される出射面（１２）を光学ブロック（４）に形成することによって、各光学面（３ａ’、１２）を簡便かつ高精度に形成する。その上で、光学プレート（３）と光学ブロック（４）とを嵌合部（２１、２５）による嵌合によって簡便かつ精度良く組み合わせる。

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ことによって、光学性能を確保しつつ製造容易性を向上させ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プレートと、前記光学プレートに対して前記光電変換装置の反対側に配置された透光性の光学ブロックと、前記光学ブロックと前記光学プレートとの間に充填された透光性の充填材とを備え、前記光学プレートは、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プレート外表面と、前記プレート外表面に対して前記光電変換装置の反対側において平行に配置され、前記プレート外表面への入射後の前記発光素子の光および前記プレート外表面からの出射前の前記モニタ光が通過するプレート内表面と、前記プレート内表面上に配置され、前記光学プレートと前記光学ブロックとを嵌合させるための光学プレート側嵌合部とを備え、前記光学ブロックは、前記プレート内表面の近傍位置に、前記プレート内表面に対向するように配置されたプレート対向面と、前記プレート対向面上に配置され、前記プレート内表面を通過後の前記発光素子の光が入射する入射面と、前記入射面の反対側に前記入射面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記入射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、前記プレート対向面における前記光伝送体側の位置に、前記プレート内表面側に開口するように凹設され、前記反射面によって反射された前記発光素子の光が通過する凹部と、前記凹部の前記光伝送体側の内側面を構成するとともに前記入射面に対して所定の傾斜角を有する前記凹部の内斜面上に配置され、前記凹部を通過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、所定の反射率で前記モニタ光として前記プレート内表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、前記反射／透過層によって透過され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出射面と、前記プレート対向面における前記光学プレート側嵌合部に対応する位置に配置され、前記光学プレート側嵌合部と嵌合する光学ブロック側嵌合部とを備え、前記充填材は、少なくとも、前記凹部内および前記凹部と前記プレート内表面との間に充填されている、光レセプタクル。

［２］前記光学ブロック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、［１］に記載の光レセプタクル。

［３］前記充填材が、前記入射面と前記プレート内表面との間にも充填されており、前記光学プレートの屈折率が、前記光学ブロックおよび前記充填材との屈折率差が前記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、前記光学プレートおよび前記光学ブロック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い入射角で入射し、この入射した発光素子の光を前記光伝送体側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］前記プレート外表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側に向けて入射させる第１のレンズ面が配置され、前記出射面は、第２のレンズ面である、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の光レセプタクル。

［７］前記プレート外表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、［６］に記載の光レセプタクル。

［８］［１］〜［７］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プレート外表面を光学プレートに形成し、結合光が出射される出射面を光学ブロックに形成することによって、各光学面を簡便かつ高精度に形成することができる。その上で、光学プレートと光学ブロック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。

［２］に係る発明によれば、反射面と出射面との間の光路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。

［３］に係る発明によれば、プレート内表面およびプレート対向面におけるフレネル反射を抑制して光の利用効率を向上させることができる。

［４］に係る発明によれば、光学プレートと光学ブロックとを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のレンズ面を光学プレートに形成し、第２のレンズ面を光学ブロック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、第１のレンズ面および第３のレンズ面を光学プレートに形成し、第２のレンズ面を光学ブロック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。

［８］に係る発明によれば、寸法精度が確保された光モジュールを容易に製造することができる。

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ことによって、光学性能を確保しつつ製造容易性を向上させることができる。

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プレートの仰観斜視図 光学プレートの下面図 光学プレートの正面図 光学プレートの右側面図 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 光学ブロックの正面図 光学ブロックの左側面図 光学ブロックの下面図

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９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プレート３を示したものである。具体的には、図２は光学プレート３の仰観斜視図、図３は光学プレート３の下面図、図４は光学プレート３の正面図、図５は図４に示す光学プレート３の右側面図である。

さらに、図６〜図９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４を示したものである。具体的には、図６は光学ブロック４の仰観斜視図、図７は光学ブロック４の正面図、図８は図７に示す光学ブロック４の左側面図、図９は図７に示す光学ブロック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プレート３と、この光学プレート３に対して光電変換装置７の反対側（図１における上側）に配置された透光性の光学ブロック４と、この光学ブロック４と光学プレート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。

〔光学プレートの詳細〕
ここで、まず、光学プレート３の詳細を説明すると、図１〜図５に示すように、光学プレート３は、その外形が、略矩形平板状に形成されている。

すなわち、図１〜図５に示すように、下端面３ａ、上端面３ｂ、左端面３ｃ、右端面３ｄ、前端面３ｅおよび後端面３ｆの各平面によって、光学プレート３の大まかな外形が構成される。

上下の端面３ａ、３ｂ同士、左右の端面３ｃ、３ｄ同士、前後の端面３ｅ、３ｆ同士は、いずれも互いに平行である。また、上下の端面３ａ、３ｂと、前後左右の端面３ｃ〜３ｆとは、互いに垂直である。

＜プレート外表面について＞
このような光学プレート３の下端面３ａ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３ａ’が、周縁部３ａ”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３ａ’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の出射が行われるプレート外表面３ａ’である。

＜第１のレンズ面について＞
このようなプレート外表面３ａ’に対するレーザ光Ｌａの入射は、プレート外表面３ａ’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介して行う。

すなわち、図１〜図４に示すように、プレート外表面３ａ’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、プレート外表面３ａ’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）させて光学プレート３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。

＜第３のレンズ面について＞
また、プレート外表面３ａ’からのモニタ光Ｌｍの出射は、プレート外表面３ａ’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介して行うようになっている。

すなわち、図１〜図４に示すように、プレート外表面３ａ’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、光学プレート３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。

＜プレート内表面について＞
さらに、光学プレート３の上端面３ｂは、プレート外表面３ａ’に対して光電変換装置７の反対側（図１における上側）に配置されている。

この上端面３ｂは、プレート外表面３ａ’上の第１のレンズ面１１への入射後の発光素子１０からのレーザ光Ｌａおよびプレート外表面３ａ’上の第３のレンズ面１３からの出射前のモニタ光Ｌが通過するプレート内表面３ｂとされている。

＜光学プレート側嵌合部について＞
以上のような光学プレート３の光路上に配置された各光学要素１１、１３、３ｂに加えて、更に、光学プレート３には、光学ブロック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、プレート内表面３ｂ上には、光学プレート３と光学ブロック４とを嵌合させるための光学プレート側嵌合部としての一対の嵌合ピン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、プレート内表面３ｂに対して垂直に形成されている。また、図１〜図５に示すように、各嵌合ピン２１の基端部には、同心円環状のフランジ部２２が形成されている。各嵌合ピン２１およびフランジ部２２は、光学プレート３と同一の材料によって光学プレート３と一体的に形成されている。

また、嵌合ピン２１およびフランジ部２２は、レーザ光Ｌａの光路上から逸脱するように、第１のレンズ面１１の直上（真裏）から図１および図３における左方にずれた位置に配置されている。

なお、光学プレート側嵌合部として、嵌合ピン２１以外の構成を採用してもよい。例えば、光学ブロック側嵌合部として嵌合穴（有底穴）や嵌合孔（貫通孔）を採用してもよい。

〔光学ブロックの詳細〕
次に、光学ブロック４の詳細を説明する。図１、図６〜図９に示すように、光学ブロック４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、直方体の角部から台形柱を切り取ったような形状に形成されている。

すなわち、図１、図６〜図９に示すように、下端面１７ａ、最上端水平面１７ｂ、上端右傾斜面１７ｃ、上端最下水平面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。下端面１７ａ、最上端水平面１７ｂおよび上端最下水平面１７ｄ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、下端面１７ａ、最上端水平面１７ｂおよび上端最下水平面１７ｄと、前後左右の端面１７ｅ〜ｈとは、互いに垂直である。

このような光学ブロック４は、光学プレート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）するようにして収容する。

すなわち、図１および図９に示すように、下端面１７ａの中央位置には、下端面１７ａに対して光学プレート３の板厚にフランジ部２２の厚みを加えた寸法を以て図１の上方に凹入されるとともに、内周が光学プレート３の外周よりも僅かに大きく形成された下面図において略矩形状を呈する光学プレート収容凹部１８が凹設されている。

そして、図１に示すように、光学プレート３を収容した（組み付けた）状態において、光学プレート収容凹部１８の内底面１８ａには、フランジ部２２の上面が内接する。また、このとき、図１に示すように、光学プレート収容凹部１８の左内側面１８ｂには、光学プレート３の左端面３ｃが図１における右方から僅かな間隙を以て臨む。さらに、このとき、図１に示すように、光学プレート収容凹部１８の右内側面１８ｃには、光学プレート３の右端面３ｄが図１における左方から僅かな間隙を以て臨む。さらにまた、このとき、光学プレート収容凹部１８の前内側面１８ｄに、光学プレート３の前端面３ｅが後方から僅かな間隙を以て臨み、また、光学プレート収容凹部１８の後内側面１８ｅに、光学プレート３の後端面３ｆが前方から僅かな間隙を以て臨んでもよい。また、このとき、図１に示すように、光学ブロック本体１７の下端面１７ａは、光学プレート３の周縁部３ａ”と同一平面上に位置されていてもよい。

＜プレート対向面について＞
このような光学ブロック本体１７における光学プレート収容凹部１８の内底面１８ａは、プレート内表面３ｂの近傍位置にプレート内表面３ｂに対して平行に対向配置されたプレート対向面１８ａとなる。

＜入射面について＞
そして、このようなプレート対向面１８ａ上における各第１のレンズ面１１に対応する領域は、入射面１９となる。この入射面１９には、プレート内表面３ｂを通過後の各発光素子１０からのレーザ光Ｌａが図１における下方から入射する。

＜反射面について＞
このようにして入射面１９に入射した各発光素子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、入射面１９の上方（すなわち、光学ブロック本体１７における入射面１９の反対側）には、前述した上端右傾斜面１７ｃが配置されている。

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２３が形成されている。

図１に示すように、反射面２３は、上方に向かうにしたがって左方に向かうような入射面１９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、入射面１９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２３には、図１に示すように、入射面１９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２３は、入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａを、図１における左方となる光ファイバ８側に向けて反射させる。

このような反射面２３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２３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２３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２３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。

＜反射／透過層配置用凹部について＞
このような反射面２３に対してレーザ光Ｌａの反射方向側となる図１および図７における左方位置には、縦断面において上底および下底に垂直な脚を有する台形状を呈する反射／透過層配置用凹部２４が配設されている。

この反射／透過層配置用凹部２４は、プレート対向面１８ａにおける光ファイバ８側の端部（図１、図７における左端部）に連設されているとともに、プレート対向面１８ａと同一平面上にプレート内表面３ｂ側に向けた開口を有するようにして凹設されている。

より具体的には、図１および図７に示すように、反射／透過層配置用凹部２４は、光学ブロック本体１７の下端面１７ａ上に、光学プレート収容凹部１８における光ファイバ８側（左側）の所定範囲の部位から更に深く掘り下げられるようにして、光学プレート収容凹部１８と連通された状態で凹設されている。

また、図１および図７に示すように、反射／透過層配置用凹部２４は、右内側面２４ａが、入射面１９に対して垂直に形成され、また、左内側面２４ｂ（光ファイバ８側の内側面）が、上方に向かうにしたがって右方に向かうような入射面１９に対して所定の傾斜角を有する傾斜面に形成されている。この左内側面２４ｂは、反射／透過層配置用凹部２４の内斜面２４ｂとされている。この内斜面２４ｂの傾斜角は、入射面１９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。

このような反射／透過層配置用凹部２４には、図１に示すように、反射面２３によって反射された各発光素子１０からのレーザ光Ｌａが、右内側面２４ａから入射する。

そして、右内側面２４ａから入射した各発光素子１０からのレーザ光Ｌａは、反射／透過層配置用凹部２４内を内斜面２４ｂに向かって通過する。

＜反射／透過層について＞
このような反射／透過層配置用凹部２４の内斜面２４ｂ上には、図１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もしくはＡｌ等の単一の金属からなる単層膜または互いに誘電率が異なる複数の誘電体（例えば、ＴｉＯ_２とＳｉＯ２）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、内斜面２４ｂ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、反射／透過層配置用凹部２４を通過した各発光素子７からのレーザ光Ｌａが入射する。

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としてプレート内表面３ｂ（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２のレンズ面について＞
このような反射／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は、光学ブロック本体１７の内部を左方に進行した後に、光学ブロック本体１７の左端面１７ｅ上の所定の到達位置に到達する。

そして、この到達位置には、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８および図９に示すように、左端面１７ｅは、中央側の所定範囲の平面視略長方形状の部位１７ｅ’が、この部位１７ｅ’を囲む周辺側の部位１７ｅ”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１７ｅ’上に形成されている。

図８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、左端面１７ｅ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、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）と一致することが望ましい。

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。

＜光学ブロック側嵌合部について＞
以上のような光学ブロック４の光路上に配置された各光学要素１９、２３、２０、１２に加えて、更に、光学ブロック４には、光学プレート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９に示すように、プレート対向面１８ａ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、光学ブロック側嵌合部として、各嵌合ピン２１と嵌合する丸穴状の一対の嵌合穴２５が凹設されている。各嵌合穴２５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２５は、プレート対向面１８ａに対して垂直に形成されている。

ただし、光学ブロック側嵌合部として、嵌合穴２５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。

＜光学ブロックのその他の構成について＞
更に、その他の構成として、光学ブロック４は、図１、図６〜図９に示すように、光学ブロック本体１７の左端面１７ｅにおける周辺側の部位１７ｅ”上であって、中央側の部位１７ｅ’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、光ファイバ８側に向けて垂直に凸設された一対のファイバ位置決めピン２６を有している。

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。

また、図９に示すように、光学ブロック本体１７の下端面１７ａ上における光学プレート収容凹部１８の外側位置には、下面図において半月状を呈する４カ所の空洞部２８が、光学プレート収容凹部１８および反射／透過層配置用凹部２４と連通された状態で形成されている。

これらの空洞部２８は、嵌合ピン２１と嵌合穴２５との嵌合によって仮組みされた状態の光学プレート３と光学ブロック４との間に充填材５を充填させる際の充填材５の注入口または気泡抜き口として用いられる。

〔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／透過層配置用凹部２４内に、反射／透過層配置用凹部２４の右内側面２４ａと反射／透過層２０との間を隙間無く埋めるように充填されていて、反射／透過層配置用凹部２４内における各発光素子１０ごとのレーザ光Ｌａの光路を形成する。

また、図１に示すように、充填材５は、プレート内表面３ｂと入射面１９との間にも隙間無く充填されていて、プレート内表面３ｂと入射面１９との間における各発光素子１０からのレーザ光Ｌａの光路を形成する。

さらに、図１に示すように、充填材５は、反射／透過層配置用凹部２４とプレート内表面３ｂとの間、入射面１９以外のプレート対向面１８ａとプレート内表面３ｂとの間および光学プレート３の前後左右の端面３ｃ〜３ｆと光学プレート収容凹部１８の内側面１８ｂ〜ｅとの間にも充填されている。

さらにまた、充填材５は、接着剤からなり、光学プレート３を光学ブロック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、光学プレート３および光学ブロック本体１７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（光学プレート３を光学ブロック４に本組みする際）に、仮組み状態（嵌合状態）の光学プレート３と光学ブロック４との間に空洞部２８を介して充填させた未硬化の紫外線硬化型接着剤に対して、光学プレート３または光学ブロック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、充填材、光学プレートの屈折率〕
本実施形態においては、光学ブロック本体１７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、ＳＤ−１４１４（ポリカーボネート；帝人化成株式会社）を用いて射出成形し、また、充填材５として、光路結合用エポキシ系接着剤（紫外線光型接着剤（紫外線硬化性樹脂）；ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社）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１．５９とし、充填材５の屈折率（波長８５０ｎｍ）を１．５９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、充填材５への入射時におけるレーザ光Ｌａの屈折および内斜面２４ｂ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。

この結果、反射／透過層配置用凹部２４の右内側面２４ａおよび内斜面２４ｂの角度によらず、反射面２３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。

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２３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、本実施形態においては、光学プレート３の屈折率が、光学ブロック本体１７および充填材５との屈折率差が前述した所定値（例えば、０．０１）以下となるように選択されている。光学プレート３は、光学ブロック本体１７と同一の材料によって形成してもよい。

このような構成によれば、プレート内表面３ｂおよびプレート対向面１８ａにおけるフレネル反射を抑制することができるので、光の利用効率を向上させることができる。また、第１のレンズ面１１と反射面２３との間の光路の直線性が確保されることが望ましいのは、反射面２３以後の光路の場合と同様である。本実施形態においては、プレート内表面３ｂおよびプレート対向面１８ａにレーザ光Ｌａが垂直入射するように設計されているため、第１のレンズ面１１と反射面２３との間の光路の直線性を確保することが可能である。しかし、本実施形態のように光学プレート３の屈折率を選択すれば、かかる垂直入射に誤差が生じた場合であっても、直線性を安定的に確保することができる。

〔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、プレート内表面３ｂ、充填材５およびプレート対向面１８ａを順次透過させ、次いで、反射面２３において反射させ、次いで、反射／透過層配置用凹部２４内の充填材５を透過させた後に、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側にそれぞれ分離することができる。そして、第３のレンズ面１３側に分離されたモニタ光Ｌｍを、充填材５およびプレート内表面３ｂを順次経た後に第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。また、このとき、第２のレンズ面１２側に分離されたファイバ結合光Ｌｃを、光学ブロック本体１７の内部を経た後に、第２のレンズ面１２によって光ファイバ８の端面８ａ側に出射させることができる。このようにして、ファイバ結合光Ｌｃの光路を適切に確保しつつモニタ光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を光学プレート３側に形成し、第２のレンズ面１２を光学ブロック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。

特に、光学プレート３については、概ね平坦な板状であるので寸法精度を出すことが容易であるとともに、射出成形する場合における金型形状も簡単な形状で済む。その上、嵌合ピン２１とレンズ面１１、１３との相対的な位置関係を、光軸ＯＡ（１）方向からの透過（投影）によって容易に確認することができるので、嵌合ピン２１の位置精度の評価およびこれに基づく必要に応じた金型の微調整を簡便に行うことができる。

そして、このように個々のレンズ面１１、１２、１３や嵌合ピン２１を簡便かつ高精度に形成した上で、光学プレート３と光学ブロック４とを嵌合ピン２１および嵌合穴２５による嵌合によって簡便かつ精度良く組み合わせる。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。

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２０１２−１２７９２７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 光学プレート
３ａ’ プレート外表面
３ｂ プレート内表面
４ 光学ブロック
５ 充填材
７ 光電変換装置
８ 光ファイバ
１０ 発光素子
１４ 受光素子
１８ａ プレート対向面
１９ 入射面
２０ 反射／透過層
２１ 嵌合ピン
２３ 反射面
２４ 反射／透過層配置用凹部
２５ 嵌合穴

Claims (8)

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プレートと、
   前記光学プレートに対して前記光電変換装置の反対側に配置された透光性の光学ブロックと、
   前記光学ブロックと前記光学プレートとの間に充填された透光性の充填材と
   を備え、
   前記光学プレートは、
   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プレート外表面と、
   前記プレート外表面に対して前記光電変換装置の反対側において平行に配置され、前記プレート外表面への入射後の前記発光素子の光および前記プレート外表面からの出射前の前記モニタ光が通過するプレート内表面と、
   前記プレート内表面上に配置され、前記光学プレートと前記光学ブロックとを嵌合させるための光学プレート側嵌合部と
   を備え、
   前記光学ブロックは、
   前記プレート内表面の近傍位置に、前記プレート内表面に対向するように配置されたプレート対向面と、
   前記プレート対向面上に配置され、前記プレート内表面を通過後の前記発光素子の光が入射する入射面と、
   前記入射面の反対側に前記入射面に対して所定の傾斜角を有するように配置され、前記入射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、
   前記プレート対向面における前記光伝送体側の位置に、前記プレート内表面側に開口するように凹設され、前記反射面によって反射された前記発光素子の光が通過する凹部と、
   前記凹部の前記光伝送体側の内側面を構成するとともに前記入射面に対して所定の傾斜角を有する前記凹部の内斜面上に配置され、前記凹部を通過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、所定の反射率で前記モニタ光として前記プレート内表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、
   前記反射／透過層によって透過され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出射面と、
   前記プレート対向面における前記光学プレート側嵌合部に対応する位置に配置され、前記光学プレート側嵌合部と嵌合する光学ブロック側嵌合部と
   を備え、
   前記充填材は、少なくとも、前記凹部内および前記凹部と前記プレート内表面との間に充填されている、
   光レセプタクル。
2. 前記光学ブロック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１に記載の光レセプタクル。
3. 前記充填材が、前記入射面と前記プレート内表面との間にも充填されており、
   前記光学プレートの屈折率が、前記光学ブロックおよび前記充填材との屈折率差が前記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、
   前記光学プレートおよび前記光学ブロック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い入射角で入射し、この入射した発光素子の光を前記光伝送体側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. 前記プレート外表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側に向けて入射させる第１のレンズ面が配置され、
   前記出射面は、第２のレンズ面である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の光レセプタクル。
7. 前記プレート外表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６に記載の光レセプタクル。
8. 請求項１〜７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。

Images