WO2013061742A1 - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

 プリズムレンズアレイ25は、約45°のテーパ部を有するガラス製のプリズムである。プリズムレンズアレイ25の前面には、複数のレンズ31が併設される。レンズ31の併設面であって、レンズ31の両側には、一対の突起33が形成される。突起33は、断面略V字状の突起であり、プリズムレンズアレイ25の上下方向に沿って形成される。プリズム固定部19の内面の、突起33に対応する部位には、溝33が設けられる。溝33は、突起33と嵌合可能な形態であり、例えば略V字状の溝である。

Description

光モジュール
 本発明は、調芯が容易であり、小型・薄型・高耐熱である光モジュールに関するものである。
 従来、光通信に用いられる小型トランシーバに実装可能な小型・薄型の光モジュールが開発されている。光モジュールを薄型化するためには、光素子の発光方向と光モジュールの光路とを90°変換するためのプリズムレンズアレイ等が用いられる。
 このようなプリズムレンズアレイとしては、互いに直交する2つの面と当該2面に対してほぼ45°の角度をなす全反射面を備える樹脂成形体であって、2つの面のそれぞれに複数のコリメートレンズが一体に形成され、当該2面には、ガイドピンを挿入して光コネクタ等と接続するためのガイド孔が形成される光路変換型光結合素子がある(特許文献1)。
 また、表面の法線方向に上段と下段の段差がある基板と、基板の上段面上に配置された導波路を有する光導波回路と、基板の下段面上に配置された光学素子と、光導波回路と光学素子とを光学的に結合するガラス製の反射素子とを備える光学モジュールがある(特許文献2)。
特開2005-31556号公報 特開2010-164856号公報
 しかし、このような光モジュールは、他の電子機器とともに基板実装されて用いられる場合がある。この場合には、電子機器と基板とは半田リフローによって接合される。したがって、光モジュールには耐熱性が要求される。
 しかし、特許文献1のような光路変換型光結合素子では、素子が樹脂で形成されるため、十分な耐熱性を得ることが困難である。特に、このような光学部品として用いられるためには、透明な樹脂材料が必要であるが、このような透明な樹脂材料は一般的に耐熱性が低く、また、線膨張係数も大きいため光学位置ずれ等の恐れがある。
 また、特許文献2のような光学モジュールは、プリズム(レンズ)と導波路およびプリズムと光学素子の両者に対してアクティブ調芯が必要となる。したがって、調芯が困難である。また、ガラス製のプリズムレンズアレイには、特許文献1に記載されたような孔を形成することが困難であるため、ガイドピンなどの他部品を用いて位置決めを行うことも困難である。また、形状が複雑となるため、光モジュール全体をガラス製とすることも困難である。
 本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、耐熱性に優れ、他の電子部品と同時に半田リフロー接合が可能であり、光学的な位置決めが容易な光モジュールを提供することを目的とする。
 前述した目的を達するために本発明は、光素子アレイが搭載される回路基板と、前記回路基板上に配置される樹脂成形体と、レンズが幅方向に併設され、光路を反射させることが可能なガラス製のプリズムレンズアレイと、を具備し、前記樹脂成形体は、前記光素子アレイに対応する部位に設けられ、前記プリズムレンズアレイを固定可能なプリズム固定部と、前記プリズム固定部に設けられ、接続される光コネクタ方向に形成される開口部と、光コネクタの位置決めを行うガイド部と、を有し、前記プリズムレンズアレイと、前記プリズム固定部の接触面には、前記プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造が形成されるとともに、前記プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされることを特徴とする光モジュールである。
 前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの前記レンズの凸形状と、前記プリズム固定部の前記レンズに対応する部位に形成され、前記凸形状に対応する形状であり、前記凸形状と嵌合可能な孔であってもよい。
 前記プリズム固定部の前記レンズの両側方に対応する部位には、前記レンズに接着剤が回り込むことを防止する溝が形成されてもよい。
 前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの一方の面側に形成され、前記レンズの並列方向に垂直な方向に形成される断面が略V字状の突起と、前記プリズム固定部の前記突起に対応する部位に形成され、前記突起と嵌合可能な断面略V字状の溝であることが望ましい。
 前記突起および前記溝は、前記レンズの両側に一対形成されることが望ましい。
 前記プリズムレンズアレイの前記レンズは、前記光素子アレイ側に向けて形成されてもよい。
 前記プリズムレンズアレイは、前記プリズム固定部内において、少なくとも前記プリズムレンズアレイの下面、側面およびレンズ側の前面(但し、いずれの面も光路を除く)に対して接着剤で固定されることが望ましい。
 前記プリズム固定部に設置された前記プリズムレンズアレイの上部には蓋部が設けられ、前記蓋部は、前記プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有するブロックであり、前記傾斜部が前記傾斜面に接触するように前記蓋部が配置されてもよい。
 前記プリズム固定部の上部には、前記プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状が形成され、前記プリズムレンズアレイと前記テーパ部または前記段差形状との接触によって前記プリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めがなされてもよい。
 前記回路基板上には発熱素子が配置され、前記樹脂成形体の前記発熱素子に対応する部位には放熱部が形成され、前記放熱部には放熱ブロックが設けられ、前記発熱素子からの熱を前記放熱ブロックに伝達可能であってもよい。
 本発明によれば、プリズムレンズアレイをガラス製とし、これを保持する成形体を樹脂性とすることで、半田リフロー時に光学部品であるプリズムレンズアレイが損傷を受けることがない。また、樹脂成形体は、光学部品ではないため透明樹脂とする必要がなく、耐熱性の高い樹脂やフィラーを充填した樹脂を選択することが可能である。
 また、プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされ、プリズムレンズアレイとプリズム固定部との間に嵌合構造によって幅方向の位置決めがなされるため、他の部品を用いることなく、プリズムレンズアレイの位置決めが可能である。このため、光学的にパッシブアライメントを行うことができ、調芯が容易である。
 特にプリズム固定部の上部に、プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状を形成することで、確実にプリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めを行うことができる。
 また、嵌合構造を、レンズの凸形状と、凸形状に対応する孔とすることで、レンズの形状をプリズムレンズアレイの位置決めの嵌合構造として利用することができる。したがって、プリズムレンズアレイに他の突起等を加工する必要がない。また、この際、レンズの両側方に対応する部位に溝を形成することで、レンズに接着剤等が流れ込むことを防止することができる。
 また、嵌合構造として、プリズムレンズアレイの一方の面に形成されたV字状突起と、プリズム固定部に形成されたV字状の溝であれば、ガラス製のプリズムレンズアレイに対しても、その製造性に優れ、また、V字状の突起と溝とを嵌合させるため、互いの調芯効果が大きい。
 また、このような嵌合構造が、レンズの両側に一対形成されることで、確実にプリズムレンズアレイのレンズ部の位置決めを行うことができる。
 また、プリズムレンズアレイは、プリズム固定部内において、少なくともプリズムレンズアレイの下面、側面およびレンズ側の前面に対して接着剤で固定されれば、プリズムレンズアレイの接着面が少なくとも全4面となり、確実にプリズムレンズアレイを固定することができる。
 また、プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有する蓋部を用い、蓋部をプリズムレンズアレイ上に配置することで、プリズムレンズアレイが前面および底面に押し付けられて、確実に位置決めを行うことができるとともに、プリズムレンズアレイに異物などが侵入することがない。
 また、レンズを光素子側に向けて形成することで、プリズム固定部の下面側の厚みを厚くすることができる。
 また、回路基板上に発熱素子が配置され、樹脂成形体の発熱素子に対応する部位に放熱ブロックが設けられ、発熱素子からの熱を放熱ブロックに伝達可能であれば、回路基板上の発熱素子からの熱を、樹脂成形体の上面側に放熱することができる。このため、一対の光モジュールが対向するように内蔵される光モジュールパッケージにおいても、回路基板同士の間に熱が溜まることがなく、パッケージの外部に放熱することができる。
 本発明によれば、耐熱性に優れ、他の電子部品と同時に半田リフロー接合が可能であり、光学的な位置決めが容易な光モジュールを提供することができる。
光モジュールパッケージ1を示す図で、(a)は組立斜視図、(b)は分解斜視図。 光モジュール7を示す分解斜視図。 光モジュール7を示す組立斜視図。 プリズムレンズアレイ25とプリズム固定部19近傍の拡大図。 プリズムレンズアレイ25がプリズム固定部19に設置された状態の平面図。 プリズムレンズアレイ25がプリズム固定部19に設置された状態の突起33および溝35近傍の拡大図。 プリズムレンズアレイ25がプリズム固定部19に設置された状態の断面図であり、(a)は図5のD-D線断面図、(b)は図5のE-E線断面図。 各部の位置関係を示す図。 放熱部17近傍の拡大断面図。 嵌合構造20aを示す図 嵌合構造20bを示す図 嵌合構造20cを示す図 嵌合構造20dを示す図 嵌合構造20eを示す図 嵌合構造20fを示す図 嵌合構造20gを示す図 嵌合構造20gにおける、プリズムレンズアレイ25と樹脂成形体15との接触構造を示す図 嵌合構造20hを示す図 嵌合構造20iを示す図 嵌合構造20jを示す図
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、光モジュールパッケージ1を示す図であり、図1(a)は組立斜視図、図1(b)は分解斜視図である。なお、図1においては、光モジュールパッケージ1に接続されるコネクタおよびケーブル等は図示を省略する。
 光モジュールパッケージ1は、一対のプリント基板5a、5bと、プリント基板5a、5bにそれぞれ接続される一対の光モジュール7が、ケース3a、3b内部に配置される。一対のプリント基板5a、5bおよび光モジュール7は、例えば、光の入射側と出射側となる。
 光モジュール7には、図示を省略したコネクタを介して光ケーブル等が接続される。光モジュール7は、例えば、光ケーブルからの光を光電変換する。また、光モジュール7はプリント基板5a、5bと電気的に接続される。
 なお、ケース3a、3b内部において、プリント基板5a、5bが対向するように内面側に配置され、それぞれの光モジュール7は外面側に配置される。したがって、光モジュール7で発生する熱を放熱するため、ケース3a、3bの所定の位置には、図示を省略した放熱孔を形成してもよい。
 規格化された小型のパッケージでは、ケース3a、3bの内面とプリント基板5a、5b表面との隙間としては、非常に狭い空間しか取ることができない。したがって、光モジュール7としては、この隙間に配置可能な小型・薄型のものが必要となる。
 次に、光モジュール7の構成について説明する。図2は、光モジュール7を示す分解斜視図であり、図3は、組立斜視図である。光モジュール7は、主に回路基板9、樹脂成形体15、プリズムレンズアレイ25、蓋部27および放熱ブロック29等から構成される。
 回路基板9は、プリント基板5a、5bと電気的に接続される。回路基板9上には、光素子アレイ11、発熱素子13等が配置される。光素子アレイ11は、例えば、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)などの半導体レーザや、フォトダイオードアレイ等が適用される。光素子アレイ11は、光の発光部または受光部となる。
 発熱素子13は、ICチップ等の電子部品である。回路基板9では、光電変換が行われる。なお、回路基板9上には、図示を省略したコンデンサ等の他の電子部品も適宜配置される。また、回路基板9は、耐熱性を有するセラミックやFR4基板等を用いることができる。
 樹脂成形体15は、樹脂製の部材であり、回路基板9とは、例えばシリカフィラー入りのエポキシ樹脂など、高耐熱性接着剤により接合される。樹脂成形体15は、耐熱性に優れ低線膨張係数であるフィラー充填樹脂成形体であることが望ましく、例えば、一般的なMTコネクタ用の成形材料や、高耐熱シリカフィラー入りエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。なお、樹脂成形体15は、高精度樹脂成形技術によって、高い寸法精度で形成されることが望ましい。
 樹脂成形体15の光素子アレイ11上に位置する部位には、プリズム固定部19が形成される。プリズム固定部19の一部は、樹脂成形体15の両面を貫通する孔である。プリズム固定部19には、プリズムレンズアレイ25が挿入されて固定される。プリズムレンズアレイ25は、複数のレンズが併設されたガラス製の部材であり、高精度ガラス成形技術によって形成される。
 樹脂成形体15構成する樹脂の線膨張係数は、プリズムレンズアレイ25を構成するガラスの線膨張係数以上であればよい。なお、プリズムレンズアレイ25の詳細およびプリズム固定部19へのプリズムレンズアレイ25の固定方法については後述する。
 プリズムレンズアレイ25がプリズム固定部19に固定された状態で、前述したコネクタとの接続方向(すなわちガイドピン23の形成方向)には、開口部21が設けられる。したがって、開口部21において、樹脂成形体15の側端面にプリズムレンズアレイ25の一部(レンズ部)が露出し、開口部21は光路となる。
 例えば、光素子アレイ11から出射した光は、プリズム固定部19の底面の貫通孔を介してプリズムレンズアレイ25に入射し、プリズムレンズアレイ25で90°光路が変換されて開口部21より接続対象であるコネクタへ出射される。コネクタ側から光が入射した場合にはその逆の光路となる。
 プリズムレンズアレイ25の上部には、プリズムレンズアレイ25を覆うように、蓋部27が設けられる。蓋部27は、プリズムレンズアレイ25に異物が付着することを防止し、プリズムレンズアレイ25の傷や汚れを防止するものである。
 樹脂成形体15の発熱素子13上に位置する部位には、放熱部17が形成される。放熱部17は、樹脂成形体15の両面に貫通する孔である。放熱部17には、放熱ブロック29が挿入されて固定される。放熱ブロック29は、熱伝導性に優れる銅やアルミニウム製のブロックである。放熱ブロック29は、発熱素子13から発熱した熱を受熱し、光モジュール7の上面側(プリント基板と接続される側とは反対側)に放熱する部材である。したがって、光モジュールパッケージとして用いた場合に、放熱ブロック29を介してパッケージの外部に放熱することができる。
 樹脂成形体15の端部は、図示を省略した他のコネクタとの接続部となる。接続部には、接続対象であるコネクタとの挿抜方向に一対のガイドピン23が形成される。ガイドピン23は、例えば樹脂成形体15に形成された孔に挿入されて固定される。ガイドピン23によって、コネクタと光モジュール7との位置決めを行うことができる。
 次に、プリズムレンズアレイ25の構造およびこの固定方法について説明する。図4は、嵌合構造20を示す図であり、プリズムレンズアレイ25およびプリズム固定部19近傍の拡大斜視図である。プリズムレンズアレイ25は、約45°のテーパ部を有するガラス製のプリズムである。プリズムレンズアレイ25の前面(固定後に開口部21側に向く部位)には、複数のレンズ31が併設される。なお、レンズ31の個数等は、図示した例に限られない。
 レンズ31の形成範囲は、孔状の開口部21よりもやや小さく、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に設置した際に、すべてのレンズ31が開口部21より露出する。また、開口部21の幅は、プリズムレンズアレイ25の幅よりも狭い。したがって、プリズムレンズアレイ25の両側部は、開口部21よりも両側に張り出して、プリズム固定部19の内面と接触させることができる。
 レンズ31の併設面であって、レンズ31の両側には、一対の突起33が形成される。突起33は、断面略V字状の突起であり、プリズムレンズアレイ25の上下方向(レンズ31の併設方向と垂直な方向)に沿って形成される。なお、突起33は、プリズムレンズアレイ25の上下方向の全高に渡って形成されている必要はなく、一部に形成されていればよい。
 プリズム固定部19の内面の、突起33に対応する部位には、溝35が設けられる。溝35は、突起33と嵌合可能な形態であり、例えば略V字状の溝である。溝35は、上端縁から下方にプリズムレンズアレイ25の挿入方向に沿って形成される。
 図5は、プリズム固定部19にプリズムレンズアレイ25を挿入した状態の平面図であり、図3のA部拡大図である。また、図6は、突起33と溝35の嵌合構造の拡大図である。プリズムレンズアレイ25の突起33は、溝35と嵌合する。ここで、図6に示すように、溝35の開口幅は突起33の裾幅より大きく、例えば5μm程度大きい。なお、溝35の中心は、突起33の中心から幅方向の外方にずれて形成される。したがって、一対の突起33をそれぞれ溝35に嵌合させた際、溝35内での突起33の遊びを小さくすることができる。また、溝35は、突起3のV字状形状と略相似形状とすることができるため、突起33よりもわずかに大きな溝35を加工するのが容易である。このようにすることで、突起33の全体を溝35に嵌めることができる。したがって、突起33以外の部位であって、開口部21以外の部位において、プリズムレンズアレイ25の前面はプリズム固定部19の対向面(溝35が形成される面)と面接触させることができる。
 このようにすることで、ガイドピン23の形成方向とレンズ31の併設方向を90°に保った状態で、確実にレンズの形成方向の位置決めを行うことができる。すなわち、突起33と溝35とは、プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造として機能する。なお、突起33と溝35の断面形状は、図示した例に限られず、V字状以外の形態であってもよい。また、突起および溝の形成位置を逆にしてもよい。
 また、プリズム固定部19の幅はプリズムレンズアレイ25の幅より広い。したがって、プリズムレンズアレイ25の両側部には、プリズム固定部19の側壁との間に隙間が形成される(図中C部)。隙間には、接着剤が充填される。隙間を形成することで、接着剤の溜まり部とすることができるとともに、プリズム固定部19の両側壁から、温度変化時にプリズムレンズアレイ25が大きな応力を受けることがない。
 図7(a)は、図5のD-D線断面図、図7(b)は図5のE-E線断面図であり、それぞれ蓋部27が取り付けられた状態を示す断面図である。図7(a)に示すように、レンズ31の凸部形成範囲よりも開口部21が大きいため、レンズ31全体が開口部21より露出する。また、プリズム固定部19のレンズ31に対応する部位の下面には貫通孔が形成される。したがって、光素子アレイ11からの光は貫通孔を介してプリズムレンズアレイ25に導入され、内部で反射された後、レンズ31を介して開口部21より接続対象であるコネクタ側に出射される(図中矢印F)。すなわち、光素子アレイ11、プリズムレンズアレイ25(幅方向のレンズ31に対応する部位)、および開口部21が光路となる。なお、光素子アレイ11は、ワイヤ38によって回路基板9と接続される。
 また、図7(b)に示すように、レンズ31の両側部においては、プリズム固定部19の底面は貫通せず、プリズムレンズアレイ25の底面との接触面となる。したがって、プリズムレンズアレイ25の底面(すなわちレンズ31の形成される前面と直交する面)はプリズム固定部19の底面と面接触し、プリズムレンズアレイの高さ方向(レンズ31の併設方向と直交する方向であって、図中Y方向)の位置決めを行うことができる。
 なお、プリズムレンズアレイ25とプリズム固定部19とは、光路を除くプリズムレンズアレイ25の前面(レンズ31の併設面)および底面と、側面がそれぞれ接着剤で接着される。プリズムレンズアレイ25の前面および底面をプリズム固定部19に接着するための接着剤としては、例えばエポキシ樹脂のような高耐熱のものが使用できる。
 また、プリズムレンズアレイ25の側面をプリズム固定部19に接着するための接着剤としては、粘度の高い、例えば高耐熱なエポキシ樹脂にシリカフィラーを含有したものを使用することができる。また、接着剤として、熱硬化性のものを用いることもできる。この場合、例えば接着剤の硬化温度が100℃以上であれば、100℃以下の環境ではプリズムレンズアレイ25は樹脂成形体15(プリズム固定部19)から圧縮応力を受ける。一方、樹脂成形体よりも線膨張係数の大きい接着材を用いることで、レンズに掛かる圧縮応力を緩和できるため、レンズへの負荷を低減すると共に、レンズを外れ難くできる。
 プリズムレンズアレイ25の上部には蓋部27が被せられる。蓋部27は、プリズムレンズアレイ25の背面のテーパ部37に対応するテーパ部39を有する。すなわち、プリズムレンズアレイ25上に蓋部27を被せることで、テーパ部37とテーパ部39とを接触させることができる。
 通常、プリズムレンズアレイ25は、前述した接着剤の表面張力によって、前面側および底面側に引っ張られる。このため、プリズムレンズアレイ25の前面および底面は、確実にプリズム固定部19の内面と面接触させることができる。しかし、蓋部27を用いることで、プリズムレンズアレイ25は、前面および底面側に若干押し付けられるため、より確実にプリズムレンズアレイ25の前面および底面を、プリズム固定部19の内面に面接触させることができる。このように、プリズムレンズアレイ25の前面をプリズム固定部19の内面に接触させることでプリズムレンズアレイ25の前後方向(レンズ31の併設方向であって、図中Z方向)の位置決めを行うことができる。なお、蓋部27の形態は図示した例に限られず、プリズムレンズアレイ25の防塵効果を得ることが可能であれば、板状部材であってもよい。
 プリズムレンズアレイの後方隅部(断面において、プリズムレンズアレイ25の底面とテーパ部37との交部)は、切欠き形状が形成される。また、プリズムレンズアレイ25の厚み(レンズ面から後端までの長さ)よりもプリズム固定部19の対応する開口幅は広い。したがって、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に配置した状態で、プリズムレンズアレイ25の後方には、空隙が形成される(図中G部)。
 このようにプリズムレンズアレイ25の隅部に切欠き部を形成し、設置時に空隙部を形成することで、接着剤溜まりとすることができる。したがって、接着剤が例えば光路等に意図せず広がってしまうことを防止することができる。
 図8(a)は、プリズム固定部19近傍の平面図である。プリズムレンズアレイ25におけるレンズ31の幅方向の位置(図中X方向であって、レンズ31の併設方向)は、ガイドピン23を基準に設定される。すなわち、ガイドピン23のそれぞれの軸心の中点(図中I部)がレンズ31の配置の基準となる。
 これに対して、溝35のそれぞれの中心の中点(図中H)のずれは、±5μm以下で設定される。すなわち、幅方向(X方向)のレンズ31の位置精度は±5μm以下となる。なお、レンズ31毎の個別の幅方向の位置ばらつきは、±2μm以下で設定される。
 また、図8(b)は、プリズム固定部19近傍の開口部21側から見た正面図である。プリズムレンズアレイ25におけるレンズ31の高さ方向の位置(図中Y方向であって、レンズ31の併設方向と垂直な方向)は、ガイドピン23を基準に設定される。すなわち、ガイドピン23のそれぞれの軸心を結んだ線が基準となる。
 これに対して、レンズ31のずれは、±3μm以下で設定される。すなわち、高さ方向(Y方向)のレンズ31の位置精度は±3μm以下となる。なお、レンズ31毎の個別の高さ方向の位置ばらつきは、±2μm以下で設定される。
 次に、放熱部について説明する。図9は、放熱部17近傍の断面図であり、図3のB部近傍の拡大断面図である。前述の通り、発熱素子13の上部に放熱部17が設けられる。発熱素子13上には、放熱樹脂41を介して放熱ブロック29が接合される。放熱樹脂41は、高熱伝導接着剤であり、例えば引張り強さ10MPa以下のゴム部材である。このようにすることで、発熱素子13からの熱によって、光モジュール内の温度が上昇することを抑制することができる。
 以上、本発明によれば、プリズムレンズアレイ25と樹脂成形体15を別体で構成し、プリズムレンズアレイ25を樹脂成形体15に収めることで、光コネクタに求められる機械的負荷を靱性に優れた樹脂成形体で受け、高耐熱で光学特性に優れた光モジュールを得ることができる。
 また、プリズムレンズアレイ25をガラス製とし、光路とはならない樹脂成形体15を耐熱性樹脂で構成することで、例えば一般的な低温半田(例えば融点220℃のSnAgCu半田等)リフローに投入することが可能になり、他電子デバイスと同時の基板実装が可能になる。したがって、安価な光モジュールの高密度実装が可能になる。
 また、プリズムレンズアレイ25をガラス製として光学系を構成することで、小型・薄型と同時に光コネクタ機能を持たせることが可能になり、光素子との良好な光学特性も得られる。また、嵌合構造として、プリズムレンズアレイ25の両側に一対のV字状突起を形成することで、高い精度で位置決めを行うことができる。
 また、プリズムレンズアレイ25と樹脂成形体15の位置決め精度が、ガイドピン基準で±5μmで、レンズ31単体における各レンズ中心位置の精度が±2μmの場合、光素子とGI50/125-MMFの光結合損失3dBの位置ずれトレランス幅は、30μm以上が得られる。
 また、プリズムレンズアレイ25の前面、底面、両側面の少なくとも4面を接着剤で接着することができるため、より確実にプリズムレンズアレイ25を保持することができる。
 また、蓋部27を設けることで、光学系であるプリズムレンズアレイ25の防塵を行うことができる。また、蓋部27をテーパ形状として、プリズムレンズアレイ25のテーパ部と接触させることで、プリズムレンズアレイ25を確実に位置決めし、保持することができる。
 また、プリズムレンズアレイ25の底面をプリズム固定部19の底面と確実に接触させることで、プリズムレンズアレイ25の上下方向の位置を規制することができる。また、プリズムレンズアレイ25の前面をプリズム固定部19の前面と確実に接触させることで、プリズムレンズアレイ25の前後方向の位置を規制することができる。また、プリズムレンズアレイ25の突起33をプリズム固定部19の溝35と確実に嵌合させることで、幅方向の位置を規制することができる。
 光モジュールの総厚を例えば2mm以下に薄型化できるため、基板上に一般的な回路基板一枚程度のスペースがあれば、本光モジュールを実装することが可能となる。また、樹脂成形体15に光コネクタ機能を持たせているため、一般的なMTコネクタと同様の作業性で、光ケーブルとの光接続を実現できる。同様にプリズムレンズアレイ25固定後の樹脂成形体15をハンドリングできるため、アクティブアライメントを容易に実施できる。
 以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 例えば、図10に示す嵌合構造20aとしても良い。図10は、嵌合構造20aを示す図である。なお、以下の図面において、樹脂成形体15には、ガイドピン等の記載を省略し、簡略化して示す。また、以下の説明において、嵌合構造20と同様の機能を奏する構成には、図2~図8等と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
 嵌合構造20aでは、嵌合構造20に対し、突起形状が異なる。プリズムレンズアレイ25の前面であって、レンズ31の両側方に断面が略矩形の突部45が形成される。また、プリズム固定部19の対応する部位には、凹部47が形成される。突部45と凹部47は嵌合可能である。すなわち、突部45と凹部47とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ25の幅方向の位置決めを行うことができる。
 また、図11に示す嵌合構造20bとしても良い。嵌合構造20bでは、嵌合構造20aに対し、さらに突起形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ25の前面であって、レンズ31の両側方に断面が略矩形の突部45が上下に分離して形成される。また、プリズム固定部19の対応する部位には、凹部47が形成される。突部45と凹部47は嵌合可能である。すなわち、突部45と凹部47とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ25の幅方向の位置決めを行うことができる。
 また、図12に示す嵌合構造20cとしても良い。嵌合構造20cでは、嵌合構造20bに対し、さらに突起形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ25の前面であって、レンズ31の両側方に断面が略矩形の突部45が上部に形成される。また、プリズム固定部19の対応する部位には、凹部47が形成される。凹部47は、上方から所定の高さまで形成されれば良い。突部45と凹部47は嵌合可能である。すなわち、突部45と凹部47とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ25の幅方向の位置決めを行うことができる。
 また、図13に示す嵌合構造20dとしても良い。嵌合構造20dでは、嵌合構造20a等に対し、突部形状が異なる。すなわち、プリズムレンズアレイ25の前面であって、レンズ31が形成される領域全体が突部45となる。また、プリズム固定部19の対応する部位には、凹部47が形成される。凹部47は、突部45と凹部47は嵌合可能である。すなわち、突部45と凹部47とを嵌合することで、プリズムレンズアレイ25の幅方向の位置決めを行うことができる。
 このように、嵌合構造20a~20dも、嵌合構造20と同様の効果を得ることができる。すなわち、プリズムレンズアレイ25の3方向(各図のX方向、Y方向、Z方向)の位置決めを行うことができる。
 また、幅方向の位置決めを行う突起33および溝35または突部45および凹部47は、プリズムレンズアレイ25の前面側(レンズ併設面)に形成したが、プリズム固定部19の底面側に形成してもよい。
 図14は、突起33を下方に設けた嵌合構造20eを示す図である。嵌合構造20eは、プリズムレンズアレイ25が樹脂成形体15の前方から挿入される。すなわち、開口部21がプリズムレンズアレイ25のサイズに対応して形成される。プリズム固定部19は、両側部が中央側に張り出した形状である。プリズムレンズアレイ25の下面にはレンズ31が形成される。すなわち、レンズ31は、光素子側に向けて配置される。
 プリズムレンズアレイ25の下面には、前後方向に沿って突起33が形成される。また、プリズム固定部19の張り出した部位の上面側に溝35が形成される。プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に挿入すると、突起33と溝35とが嵌合する。したがって、プリズムレンズアレイ25の幅方向の位置(図中X方向)の位置決めが行われる。
 プリズムレンズアレイ25のテーパ部37は、プリズム固定部19の上面側と接触する。プリズム固定部19の上面側には、テーパ部37に対応した段差が形成され、プリズムレンズアレイ25を前方側から挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側の段差と接触することで、プリズムレンズアレイ25の前後方向(図中Z方向)の位置決めがなされる。また、同時に、テーパ部37が段差と接触することで、プリズムレンズアレイ25は、プリズム固定部19の下面に押し付けられて接触する。したがって、プリズムレンズアレイ25の上下方向(図中Y方向)の位置決めを行うことができる。
 また、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19の前方から挿入可能とすることで、蓋部が不要となる。また、レンズ31を下方に向けることで、プリズムレンズアレイ25の下面と光素子との距離を離すことができる。したがって、プリズム固定部19の底面側の厚みを厚くすることができる。したがって、製造性に優れ、剛性を高めることができる。
 また、図15に示す嵌合構造20fとしても良い。嵌合構造20fでは、嵌合構造20eに対し、プリズム固定部19の下面側が塞がれるとともに、孔43が形成される。孔43は、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に配置した状態において、レンズ31に対応する部位に形成される。すなわち、レンズ31の凸形状が孔43に嵌合する。したがって、プリズムレンズアレイ25の幅方向(図中X方向)および前後方向(図中Z方向)の位置決めを行うことができる。
 プリズムレンズアレイ25のテーパ部37は、プリズム固定部19の上面側と接触する。プリズム固定部19の上面側には、テーパ部37に対応したテーパ形状が形成される。プリズムレンズアレイ25を前方側から挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側のテーパ形状と接触する。この際、プリズムレンズアレイ25は、プリズム固定部19の下方に押し付けられて下面と接触する。したがって、プリズムレンズアレイ25の上下方向(図中Y方向)の位置決めを行うことができる。また、レンズ31と孔43とを嵌合させることで、他の嵌合構造等を加工する必要がない。
 また、プリズム固定部19の、孔43の両側方には、溝42が前後方向に沿って形成される。溝42は、接着剤がレンズ31側に流れ込むことを防止する。すなわち、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に配置した際、プリズムレンズアレイ25の側方から、プリズムレンズアレイ25の下面に接着剤が流れ込む場合がある。この場合に、接着剤がレンズ31に付着することを防止することができる。
 また、図16に示すような嵌合構造20gとしてもよい。嵌合構造20gは、プリズムレンズアレイ25が樹脂成形体15の下方から挿入される。すなわち、下方の孔がプリズムレンズアレイ25のサイズに対応して形成される。プリズム固定部19の前面には、レンズ31に対応した孔43が形成される。レンズ31と孔43は、嵌合可能である。すなわち、レンズ31と孔43とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ25の幅方向(図中X方向)および高さ方向(図中Y方向)の位置決めを行うことができる。
 なお、プリズムレンズアレイ25のテーパ部37とプリズム固定部19の上面との接触状態は、図17(a)に示すように、対応するテーパ形状であっても良く、図17(b)に示すように、対応する段差形状であっても良い。
 すなわち、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側の段差またはテーパ形状と接触する。これにより、前後方向(図中Z方向)の位置決めがなされる。
 なお、プリズム固定部19の、孔43の両側方には、溝42が上下方向に沿って形成される。これにより、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に配置した際、プリズムレンズアレイ25の側方から接着剤が流れ込み、レンズ31に付着することを防止することができる。
 また、図18に示すような嵌合構造20hとしてもよい。嵌合構造20hは、嵌合構造20gに対し、ダミーレンズ49を形成したものである。レンズ31の両側方には、レンズ31と同様の形状のダミーレンズ49が形成される。ダミーレンズ49には光が入射せず、レンズとしての機能を果たす物ではない。
 プリズム固定部19の前面には、レンズ31が露出可能な開口部21が形成される。開口部21の両側方には、ダミーレンズ49に対応する部位に孔43が形成される。ダミーレンズ49は孔43に嵌合可能である。すなわち、レンズ31と孔43とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ25の幅方向(図中X方向)および高さ方向(図中Y方向)の位置決めを行うことができる。また、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側のテーパ形状と接触する。これにより、前後方向(図中Z方向)の位置決めがなされる。
 ダミーレンズ49は、レンズ31と同一の形状であるため、加工が容易である。また、開口部21は、レンズ31の形成範囲よりも大きいため、接着剤がレンズ31に流れ込むことがない。
 また、図19に示すような嵌合構造20iとしてもよい。嵌合構造20iは、嵌合構造20hに対し、プリズムレンズアレイ25の挿入方向およびレンズ31方向を変えたものである。プリズムレンズアレイ25は、プリズム固定部19の前方から挿入される。プリズムレンズアレイ25は、下面側にレンズ31が形成される。レンズ31の両側方には、レンズ31と同様の形状のダミーレンズ49が形成される。
 プリズム固定部19の下面には、レンズ31が露出可能な孔が形成される。孔の両側方には、ダミーレンズ49に対応する部位に孔43が形成される。ダミーレンズ49は孔43に嵌合可能である。すなわち、レンズ31と孔43とが嵌合構造となる。したがって、プリズムレンズアレイ25の幅方向(図中X方向)および高さ方向(図中Z方向)の位置決めを行うことができる。
 また、プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側のテーパ形状と接触し、下面に押し付けられる。これにより、高さ方向(図中Y方向)の位置決めがなされる。
 また、図20に示すような嵌合構造20jとしてもよい。嵌合構造20jのように、テーパ部37に対して、突部45を形成してもよい。プリズムレンズアレイ25をプリズム固定部19に挿入すると、テーパ部37はプリズム固定部19の上面側のテーパ形状と接触する。
 この際、プリズム固定部19の上面側には、突部45に対応する凹部47が形成される。これにより、プリズムレンズアレイ25の幅方向(図中X方向)および高さ方向(図中Z方向)の位置決めを行うことができる。また、テーパ部37がプリズム固定部19の上面側のテーパ形状と接触すると、プリズムレンズアレイ25がプリズム固定部19下面に押し付けられる。したがって、プリズムレンズアレイ25の高さ方向(図中Y方向)の位置決めがなされる。
 以上のように、プリズムレンズアレイ25の幅方向、高さ方向、前後方向の位置決めが可能であれば、位置決めのための嵌合構造の配置は、適宜設定することができる。
1………光モジュールパッケージ
3a、3b………ケース
5a、5b………プリント基板
7………光モジュール
9………回路基板
11………光素子アレイ
13………発熱素子
15………樹脂成形体
17………放熱部
19………プリズム固定部
20、20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g、20h、20i、20j………嵌合構造
21………開口部
23………ガイドピン
25………プリズムレンズアレイ
27………蓋部
29………放熱ブロック
31………レンズ
33………突起
35………溝
37………テーパ部
38………ワイヤ
39………テーパ部
41………放熱樹脂
42………溝
43………孔
45………突起
47………突起
49………ダミーレンズ
 

Claims (10)

  1.  光素子アレイが搭載される回路基板と、
     前記回路基板上に配置される樹脂成形体と、
     レンズが幅方向に併設され、光路を反射させることが可能なガラス製のプリズムレンズアレイと、
     を具備し、
     前記樹脂成形体は、前記光素子アレイに対応する部位に設けられ、前記プリズムレンズアレイを固定可能なプリズム固定部と、前記プリズム固定部に設けられ、接続される光コネクタ方向に形成される開口部と、光コネクタの位置決めを行うガイド部と、を有し、
     前記プリズムレンズアレイと、前記プリズム固定部の接触面には、前記プリズムレンズアレイの幅方向の位置決めを行うための嵌合構造が形成されるとともに、前記プリズムレンズアレイの前後方向および高さ方向は、前記プリズムレンズアレイと前記プリズム固定部との接触によって位置決めされることを特徴とする光モジュール。
  2.  前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの前記レンズの凸形状と、前記プリズム固定部の前記レンズに対応する部位に形成され、前記凸形状に対応する形状であり、前記凸形状と嵌合可能な孔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.  前記プリズム固定部の前記レンズの両側方に対応する部位には、前記レンズに接着剤が回り込むことを防止する溝が形成されることを特徴とする請求項2記載の光モジュール。
  4.  前記嵌合構造は、前記プリズムレンズアレイの一方の面側に形成され、前記レンズの並列方向に垂直な方向に形成される断面が略V字状の突起と、前記プリズム固定部の前記突起に対応する部位に形成され、前記突起と嵌合可能な断面略V字状の溝であることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  5.  前記突起および前記溝は、前記レンズの両側に一対形成されることを特徴とする請求項4記載の光モジュール。
  6.  前記プリズムレンズアレイの前記レンズは、前記光素子アレイ側に向けて形成されることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  7.  前記プリズムレンズアレイは、前記プリズム固定部内において、少なくとも前記プリズムレンズアレイの下面、側面および前面(但し、いずれの面も光路を除く)に対して接着剤で固定されることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  8.  前記プリズム固定部に設置された前記プリズムレンズアレイの上部には蓋部が設けられ、
     前記蓋部は、前記プリズムレンズアレイの傾斜面に対応する傾斜部を有するブロックであり、前記傾斜部が前記傾斜面に接触するように前記蓋部が配置されることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  9.  前記プリズム固定部の上部には、前記プリズムレンズアレイの傾斜面と接触可能なテーパ部または段差形状が形成され、前記プリズムレンズアレイと前記テーパ部または前記段差形状との接触によって前記プリズムレンズアレイの高さ方向の位置決めがなされることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  10.  前記回路基板上には発熱素子が配置され、前記樹脂成形体の前記発熱素子に対応する部位には放熱部が形成され、前記放熱部には放熱ブロックが設けられ、前記発熱素子からの熱を前記放熱ブロックに伝達可能であることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
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