WO2019013313A1 - 光レセプタクルおよび光モジュール - Google Patents

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WO2019013313A1
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亜耶乃 今
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株式会社エンプラス
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the present invention relates to an optical receptacle and an optical module.
  • an optical module including a light emitting element such as a surface emitting laser (for example, VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is used.
  • the optical module has an optical receptacle for causing light including communication information emitted from the light emitting element to be incident on the end face of the light transmission body.
  • the optical module has a detection element for monitoring the intensity and light quantity of light emitted from the light emitting element for the purpose of stabilizing the output characteristics of the light emitting element against temperature change and adjusting the light output. There is something.
  • Patent Document 1 describes an optical module having a photoelectric conversion device including a light emitting element and a detection element, and an optical receptacle for optically connecting the light emitting element and the end face of the light transmission body.
  • the optical receptacle includes a first surface on which light emitted from the light emitting element is incident, a first reflection surface for reflecting light incident on the first surface toward an end face of the light transmission body, and A transmitting portion for transmitting a part of the light reflected by the reflecting surface of the light source as signal light toward the end face of the light transmitting body, and a remaining portion of the light reflected by the first reflecting surface as monitoring light for the detecting element
  • a third lens surface for emitting light toward the lens.
  • the light emitted from the light emitting element is incident on the first surface.
  • the light incident on the first surface is reflected on the first reflection surface, and then part of the light is transmitted as a signal light through the transmission part, and the remaining part is reflected on the second reflection surface as monitor light.
  • the signal light transmitted through the transmission portion is emitted from the second surface toward the end face of the light transmission body.
  • the monitor light reflected by the second reflection surface is emitted from the third lens surface toward the light receiving surface of the detection element.
  • the position in the height direction of the second reflecting surface (hereinafter referred to as “reflecting portion”) in the optical receptacle is slightly deviated from the target position If the positional accuracy is low), the spectral ratio of the light transmitted through the transmission part as signal light and the light reflected by the reflection part as the monitor light tends to fluctuate relatively large. In order to reduce such fluctuation of the spectral ratio, it is desirable to make the positional accuracy of the reflecting portion in the optical receptacle as high as possible. However, in order to obtain such an optical receptacle, there has been a problem that the cost of a mold used for manufacturing tends to increase.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and reduces the variation in the spectral ratio between the signal light and the monitor light due to the positional deviation of the reflecting portion in the optical receptacle, and relaxes the required position accuracy of the reflecting portion.
  • Another object of the present invention is to provide an optical module having an optical receptacle.
  • An optical receptacle comprises a photoelectric conversion device including one or more light emitting elements and one or more detecting elements for monitoring light emitted from the light emitting elements, and one or more light
  • An optical receptacle for optically coupling the light emitting element and the end face of the light transmitting body when disposed between the light transmitting element and the light emitting element, the light receptacle being configured to receive light emitted from the light emitting element;
  • one or more second optical surfaces for emitting toward the end face of the light transmission body, and one or more third optical devices for emitting toward the detection element the monitor light
  • the light separation unit is an inclined surface with respect to the optical axis of the light incident on the first optical surface, and a part of the light incident on the light separation unit is used as the monitor light.
  • a reflective portion that reflects toward the third optical surface; and a second transmissive portion that is disposed adjacent to the reflective portion and that transmits, as the signal light, another portion of the light that has entered the light splitting portion.
  • the light axis of the light incident on the first optical surface and emitted on the second optical surface as a central axis, and the radius of the larger one of the first optical surface and the second optical surface from the central axis
  • the first effective area is an area whose outer edge is a surface separated by the same distance as the first effective area.
  • the second transmission section is in the optical effective region.
  • An optical module comprises: a substrate; one or more light emitting elements disposed on the substrate; and 1 or for monitoring emitted light emitted from the light emitting element disposed on the substrate
  • the photoelectric conversion device having two or more detection elements, and the optical receptacle according to the present invention, the first transmission part and the second transmission part are emitted from the light emitting element, and the first optical surface Within the luminous flux of the light incident at.
  • an optical receptacle capable of reducing the fluctuation of the spectral ratio between signal light and monitor light due to the positional deviation of the reflective part in the optical receptacle and relaxing the required position accuracy of the reflective part.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical module according to the first embodiment.
  • 2A and 2B are perspective views showing the configuration of the optical receptacle according to the first embodiment.
  • 3A to 3C are diagrams showing the configuration of the optical receptacle according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing the configuration of the optical receptacle according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical module for comparison.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the light incident on the first optical surface and the transmission portion in the cross section taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 7 is a partial enlarged cross-sectional view of the vicinity of the light separation unit of FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the light incident on the first optical surface and the first transmitting portion and the second transmitting portion in the cross section taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical module according to the second embodiment.
  • 10A to 10C are diagrams showing the configuration of an optical receptacle according to Embodiment 2.
  • FIG. 11 is a partial enlarged cross-sectional view showing the configuration of the optical receptacle according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical module according to the third embodiment.
  • 13A and 13B are perspective views showing the configuration of the optical receptacle according to the third embodiment.
  • 14A to 14C are diagrams showing the configuration of the optical receptacle according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of an optical module according to a modification.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical module 100 according to the first embodiment.
  • the optical path of the optical module 100 is shown in FIG. In FIG. 1, hatching to a cross section of the optical receptacle 140 is omitted to show an optical path in the optical receptacle 140.
  • the optical module 100 includes a substrate-mounted photoelectric conversion device 120 including a light emitting element 122, and an optical receptacle 140.
  • the optical module 100 is an optical module for transmission, and the optical transmitter 160 is coupled to the optical receptacle 140 via the ferrule 162 (hereinafter also referred to as connection) and used.
  • the type of the light transmitter 160 is not particularly limited, and includes an optical fiber, an optical waveguide, and the like.
  • the light transmitting body 160 is an optical fiber.
  • the optical fiber may be a single mode system or a multimode system.
  • the number of light transmitters 160 is not particularly limited. In the present embodiment, the number of light transmission bodies 160 is one.
  • the photoelectric conversion device 120 includes a substrate 121, one light emitting element 122, and one detection element 123.
  • the substrate 121 is, for example, a glass composite substrate, a glass epoxy substrate, a flexible sill substrate, or the like.
  • the light emitting element 122 and the detection element 123 are disposed on the substrate 121.
  • the light emitting element 122 is disposed on the substrate 121, and emits laser light in a direction perpendicular to the installation portion of the substrate 121 on which the light emitting element 122 is disposed.
  • the number of light emitting elements 122 is not particularly limited. In the present embodiment, the number of light emitting elements 122 is one. Further, the position of the light emitting element 122 is also not particularly limited.
  • the light emitting element 122 is, for example, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • the detection element 123 receives monitor light Lm for monitoring the output (for example, the intensity and the amount of light) of the emitted light L emitted from the light emitting element 122.
  • the detection element 123 is, for example, a photodetector.
  • the number of detection elements 123 is not particularly limited. In the present embodiment, the number of detection elements 123 is one. Further, from the viewpoint of preventing the reflected light from the detection element 123 from returning into the optical receptacle 140, the optical axis of the monitor light Lm incident on the detection element 123 is inclined with respect to the detection surface 126 of the detection element 123. May be
  • the optical receptacle 140 is disposed on the substrate 121 of the photoelectric conversion device 120.
  • the optical receptacle 140 optically couples the light emitting surface 124 of the light emitting element 122 and the end face 125 of the light transmitting member 160 in a state where the optical receptacle 140 is disposed between the photoelectric conversion device 120 and the light transmitting member 160 Say)
  • the configuration of the optical receptacle 140 will be described in detail.
  • FIGS. 2A and 2B, FIGS. 3A to 3C, and FIG. 4 are diagrams showing the configuration of the optical receptacle 140 according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a perspective view of the optical receptacle 140
  • FIG. 2B is a partially enlarged perspective view of FIG. 2A.
  • 3A is a plan view of the optical receptacle 140
  • FIG. 3B is a bottom view
  • FIG. 3C is a front view.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing the configuration of the optical receptacle according to the present embodiment.
  • the optical receptacle 140 has translucency, and uses a part of the outgoing light L emitted from the light emitting surface 124 of the light emitting element 122 as the signal light Ls. It is emitted toward the end face 125 of the light transmission body 160, and the other part is emitted toward the detection element 123 as the monitor light Lm.
  • the optical receptacle 140 has a first optical surface 141, a reflective surface 142, a first transmitting portion 143, a light separating portion 144, a second optical surface 145, and a third optical surface 146.
  • the light separating unit 144 has a reflecting unit 144A and a second transmitting unit 144B.
  • the number of the first optical surface 141, the first transmitting portion 143, the second transmitting portion 144B, the second optical surface 145, and the third optical surface 146 is one.
  • the optical receptacle 140 is formed using a material having transparency to light of a wavelength used for optical communication. Examples of such materials include transparent resins such as polyetherimide (PEI) and cyclic olefin resins. Also, for example, the optical receptacle 140 is manufactured by injection molding.
  • PEI polyetherimide
  • cyclic olefin resins such as polyetherimide (PEI)
  • the optical receptacle 140 is manufactured by injection molding.
  • the first optical surface 141 is an optical surface that refracts the emitted light L emitted from the light emitting element 122 and makes the light enter the inside of the optical receptacle 140.
  • the first optical surface 141 can convert the outgoing light L emitted from the light emitting element 122 into collimated light, convergent light, or diffused light.
  • the first optical surface 141 converts the outgoing light L emitted from the light emitting element 122 into collimated light.
  • the shape of the first optical surface 141 is a convex lens surface convex toward the light emitting element 122.
  • the planar view shape of the 1st optical surface 141 is circular shape.
  • the central axis of the first optical surface 141 is preferably perpendicular to the light emitting surface 124 of the light emitting element 121. In addition, it is preferable that the central axis of the first optical surface 141 be coincident with the optical axis of the emitted light L emitted from the light emitting element 122.
  • the reflecting surface 142 is an inclined surface formed on the top surface side of the optical receptacle 140, and the optical path between the first optical surface 141 and the first transmitting portion 143 and the first optical surface 141 and the light separating portion 144. Located on the light path between The reflective surface 142 reflects the light incident on the first optical surface 141 (the emitted light L emitted from the light emitting element 122) toward the first transmitting portion 143 and the light separating portion 144. The reflective surface 142 is inclined so as to approach the light transmitting body 160 as it goes from the bottom surface of the optical receptacle 140 to the top surface.
  • the inclination angle of the reflective surface 142 is 45 ° with respect to the optical axis of the outgoing light L incident on the first optical surface 141.
  • the outgoing light L incident on the first optical surface 141 is internally incident on the reflecting surface 142 at an incident angle larger than the critical angle.
  • the reflecting surface 142 totally reflects the incident outgoing light L in the direction along the surface of the substrate 121.
  • the first transmission portion 143 is a region that transmits part of the light incident on the first optical surface 141 as the signal light Ls directed to the end surface 125 of the light transmission body 160.
  • the first transmitting portion 143 is disposed in contact with the second transmitting portion 144B of the light separating portion 144.
  • the light separation unit 144 generates monitor light Lm for directing another portion (preferably, the remaining portion) of the light incident on the first optical surface 141 to the third optical surface 146 (or the detection element 123), and the second optical surface 145. (Or the end face 125 of the light transmitter 160) and the signal light Ls.
  • the light separation unit 144 has a reflection unit 144A and a second transmission unit 144B.
  • the reflector 144A is disposed on the top surface side of the optical receptacle 140.
  • the reflecting portion 144A is an inclined surface with respect to the optical axis of the light incident on the first optical surface 141, and reflects part of the other part of the light incident on the light separating portion 144 toward the third optical surface 146.
  • the reflecting portion 144A is an inclined surface which is inclined so as to approach the second optical surface 145 (the light transmitting body 160) as it goes from the top surface to the bottom surface of the optical receptacle 140.
  • the inclination angle of the inclined surface is 45 ° with respect to the optical axis of the light incident on the first optical surface 141.
  • the second transmission part 144B is disposed adjacent to the reflection part 144A, and transmits a part of the other part of the light incident on the light separation part 144 (light other than the light reflected by the reflection part 144A) Transmit as light Ls.
  • the second transmission part 144 ⁇ / b> B is preferably in contact with the first transmission part 143.
  • the boundary portion 148 between the first transmission portion 143 and the light separation portion 144 is located in the vicinity of the optical axis of the light incident on the first optical surface 141 (described later) See Figure 8).
  • the optical axis of light incident on the first optical surface 141 and emitted on the second optical surface 145 is taken as the central axis C, and the optical surface of the larger one of the first optical surface 141 and the second optical surface 145 from the central axis C
  • the optical effective area A is a cylindrical area whose outer edge is a surface separated from the central axis C by the same distance as the radius of the second optical surface 145.
  • the emitted light from the light emitting element 122 has a higher intensity as it gets closer to the optical axis. Therefore, if the position in the height direction of the light separation unit 144 is slightly deviated in the vicinity of the optical axis, the spectral ratio of the monitor light Lm and the signal light Ls is likely to fluctuate relatively large.
  • the cross section perpendicular to the optical axis of the light L incident on the first optical surface 141 (the light reflected on the reflective surface 142
  • the second transmission portion 144B includes at least the vicinity of the optical axis of the light L incident on the first optical surface 141 (so as to surround the vicinity of the optical axis of the light L) Preferably).
  • the cross-sectional shape of the second transmission part 144B is not particularly limited, and may be an arc or a polygon (triangle, rectangle Etc.).
  • the arcuate shape is a shape in which both ends of an arc or an elliptic arc are connected by a straight line, and examples thereof include a semicircular shape and the like.
  • the light source has a semicircular shape centered on the intersection of the optical axis of the light L incident on the first optical surface 141 and the boundary portion 148 (see FIGS. 2B and 8).
  • the cross sectional area of the second transmission part 144B is smaller than the cross sectional area of the optically effective area A.
  • the cross-sectional area of the second transmission part 144B is preferably 18 to 36%, and more preferably 18 to 29%, of the cross-sectional area of the optical effective area A.
  • the height direction is a direction connecting the bottom surface and the top surface of the optical receptacle 140, and is a direction perpendicular to the optical axis of the light transmitted through the first transmission portion 143 or the second transmission portion 144B. .
  • the second transmission part 144B is disposed such that the signal light Ls transmitted therethrough is emitted to the outside of the optical receptacle 140 for the first time by the second optical surface 145 (see FIG. 1). That is, the second transmission part 144B transmits the light transmitted through the second transmission part 144B, which is disposed on the optical path between the second transmission part 144B and the second optical surface 145, to the outside of the optical receptacle 140. It does not have a face.
  • a part of the light L incident on the first optical surface 141 is transmitted through the first transmission portion 143 and becomes the signal light Ls directed to the end face 125 of the light transmission body 160.
  • the other part (preferably the remaining part) of the light incident on the first optical surface 141 is incident on the light separation part 144, and a part thereof is reflected on the reflection part 144A and becomes monitor light Lm directed to the detection element
  • a part of the light other than the light reflected by the reflection part 144A passes through the second transmission part 144B and travels to the end face 125 of the light transmission body 160. It becomes signal light Ls.
  • the light amount ratio between the signal light Ls and the monitor light Lm is to obtain the monitor light Lm capable of monitoring the intensity and the light amount of the light L emitted from the light emitting element 122 while obtaining the signal light Ls having a desired light amount. If possible, it is not particularly limited.
  • the signal light Ls is the sum of the signal light passing through the first transmitting portion 143 and the signal light passing through the second transmitting portion 144B.
  • the second optical surface 145 is an optical surface that emits the signal light Ls transmitted through the first transmission portion 143 and the signal light Ls separated by the light separation portion 144 toward the end face 125 of the light transmission body 160. .
  • the second optical surface 145 is disposed on the front of the optical receptacle 140 so as to face the end face 125 of the light transmission body 160.
  • the shape of the second optical surface 145 is a convex lens surface convex toward the end surface 125 of the light transmission body 160.
  • the third optical surface 146 is disposed on the bottom surface side of the optical receptacle 140 so as to face the detection element 123.
  • the third optical surface 146 is a convex lens surface that is convex toward the detection element 123.
  • the third optical surface 146 converges the monitor light Lm separated by the reflection part 144A of the light separation part 144 and emits it toward the detection element 123.
  • the monitor light Lm can be efficiently coupled to the detection element 123.
  • the central axis of the third optical surface 146 is preferably perpendicular to the light receiving surface (substrate 121) of the detection element 123.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical module 10 for comparison.
  • the optical module 10 for comparison is configured in the same manner as the optical module 100 according to the present embodiment except that the optical receptacle 14 does not have the second transmission portion.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the light L incident on the first optical surface 41 and the first transmitting portion 43 in the cross section taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 7 is a partial enlarged cross-sectional view in the vicinity of the light separation unit 144 in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the light L incident on the first optical surface 141 and the first transmitting portion 143 and the second transmitting portion 144B in the cross section taken along the line BB in FIG.
  • the outgoing light L emitted from the light emitting element 122 is incident on the optical receptacle 14 at the first optical surface 41.
  • the light incident on the first optical surface 41 is reflected on the reflection surface 42, and then a part thereof is transmitted through the first transmission part 43 and becomes signal light Ls directed to the light transmission body 160, and the other part (preferably Is reflected by the reflection section 44A to become monitor light Lm directed to the detection element 123.
  • the signal light Ls that passes through the first transmission portion 43 and travels to the light transmission body 160 is emitted from the second optical surface 45 and reaches the end surface 125 of the light transmission body 160.
  • the monitor light Lm traveling toward the detection element 123 is emitted from the third optical surface 46 and reaches the detection element 123.
  • the position of light incident on the first optical surface 141 is, for example, the first transmitting portion due to the positional deviation of the reflecting portion 44A in the optical receptacle 14.
  • the intensity of the signal light Ls decreases significantly.
  • Cheap That is, the fluctuation of the spectral ratio of the signal light Ls transmitted through the first transmission portion 43 and the monitor light Lm reflected by the reflection portion 44A is relatively large.
  • the outgoing light L emitted from the light emitting element 122 is incident on the optical receptacle 140 at the first optical surface 141.
  • Ru The light incident on the first optical surface 141 is reflected on the reflection surface 142, and a part thereof is transmitted through the first transmission part 143 to become signal light Ls directed to the light transmission body 160, and the other part ( Preferably, the remaining portion is incident on the light separation unit 144.
  • a part of the light incident on the light separation part 144 is reflected by the reflection part 144A to become monitor light Lm directed to the detection element 123, and a part of light other than the light reflected by the reflection part 144A (preferably the reflection part).
  • the light other than the light reflected by 144A is transmitted through the second transmission part 144B and becomes the signal light Ls traveling toward the light transmission body 160.
  • the signal light Ls transmitted through the first transmission portion 143 and the signal light Ls transmitted through the second transmission portion 144 B are emitted from the second optical surface 145 and reach the end surface 125 of the light transmission body 160.
  • monitor light Lm traveling toward the detection element 123 is emitted from the third optical surface 146 and reaches the detection element 123.
  • the position of light incident on the first optical surface 141 due to the positional deviation of the light separation unit 144 in the optical receptacle 140 is Even when shifted upward with respect to the first transmission portion 143 (see the arrow), light in the vicinity of the center of high intensity passes through the second transmission portion 144B and travels to the second optical surface 145, so the intensity of the signal light Ls There is little decrease. That is, the fluctuation of the spectral ratio of the signal light Ls and the monitor light Lm can be reduced.
  • the position in the height direction of the light separation unit 144 is shifted every 0.002 mm from the reference position (0 mm) upward to 0.02 mm.
  • the ratio (%) of the monitor light Lm to the emitted light L emitted from the light emitting element 122 was simulated using analysis software.
  • the reference position is a position where the boundary portion 148 (see FIG. 8) of the first transmission portion 143 and the second transmission portion 144B overlaps the optical axis of the light L incident on the first optical surface 141.
  • the optical module 10 (see FIG. 5) using the comparative optical receptacle configured similarly to the optical module 100 according to the present embodiment except that the second transmission part is not provided for comparison is also the same. It was simulated.
  • a vertical cavity surface emitting laser having a numerical aperture (NA: numerical aperture) of 0.25 and an emission diameter of ⁇ 8 ⁇ m was used as the light emitting element 122.
  • the simulation results are shown in Table 1.
  • the position in the height direction of the light separation portion 144 is used in order to set the target (for example, 5 to 14%) of the target monitor light. It is understood that it is preferable that the value is in the range of 0 to 0.018 mm.
  • the position of the light separating portion 44 in the height direction is 0 to 0.014 mm in order to achieve the target monitoring light ratio (for example, 5 to 14%) It must be understood that it must be in the range of
  • the range of the position in the height direction of the light separation section 144 which is permitted to achieve the target monitor light ratio is wider in the optical module according to the present embodiment, that is, the optical receptacle It can be understood that the positional accuracy of the light separating unit 144 can be relaxed.
  • the optical module 100 further includes not only the first transmitting portion 143 but also the second transmitting portion 144B.
  • the optical module 100 further includes not only the first transmitting portion 143 but also the second transmitting portion 144B.
  • the optical module 200 according to the second embodiment differs from the optical module 100 according to the first embodiment in the configuration of the optical receptacle 240.
  • the optical receptacle 240 according to the present embodiment differs from the optical receptacle 140 according to the first embodiment in that the shape of the second transmitting portion 244B is different and the fourth optical surface 147 is further included. Therefore, only the second transmitting portion 244B and the fourth optical surface 147 will be described, and the same configuration as that of the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical module 200 according to the second embodiment.
  • the optical path of the optical module 200 is shown in FIG. In FIG. 9, hatching to the cross section of the optical receptacle 240 is omitted to show the optical path in the optical receptacle 240.
  • the optical module 200 has a substrate mounting type photoelectric conversion device 120 including the light emitting element 122, and an optical receptacle 240.
  • FIG. 10A to 10C and 11 show the configuration of the optical receptacle 240 according to the present embodiment.
  • 10A is a plan view of the optical receptacle 240
  • FIG. 10B is a bottom view
  • FIG. 10C is a front view.
  • FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view showing the configuration of the optical receptacle 240 according to the present embodiment.
  • the optical receptacle 240 differs in the shape of the second transmission part 244B of the light separation part 244, and the light separation part 244 (the transmission surface 244C of the light separation part 244)
  • the optical receptacle 140 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is the same as the optical receptacle 140 according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the fourth optical surface 147 is disposed on the optical path between the two optical surfaces 145.
  • the second transmitting unit 244B is disposed on the optical path between the first optical surface 141 and the second optical surface 145, and is a transmitting surface perpendicular to the optical axis of the signal light Ls separated by the light separating unit 244. It has 244C.
  • the perpendicular plane herein refers to a plane of ⁇ 5 ° or less, preferably a plane of 0 ° with respect to a line perpendicular to the optical axis of the signal light Ls separated by the light separation unit 244.
  • the transmission surface 244 C emits the signal light Ls separated by the light separation unit 244 to the outside of the optical receptacle 240.
  • the fourth optical surface 147 is a surface formed on the top surface side of the optical receptacle 240 and perpendicular to the optical axis of the signal light Ls separated by the light separation unit 244.
  • the perpendicular plane refers to a plane of ⁇ 5 ° or less, preferably 0 °, with respect to a line perpendicular to the optical axis of the signal light Ls separated by the light separation unit 244.
  • the fourth optical surface 147 is disposed on the light path between the transmission surface 244C and the second optical surface 145.
  • the fourth optical surface 147 separates the signal light Ls separated to the outside of the optical receptacle 240 by the light separating section 244 and re-enters the inside of the optical receptacle 240. Accordingly, the signal light Ls traveling toward the end face 125 of the light transmission body 160 can be re-entered into the optical receptacle 140 without being refracted.
  • a part of the light incident on the light separation part 244 is reflected by the reflection part 144A to become monitor light Lm directed to the detection element 123, and a part of light other than the light reflected by the reflection part 144A (preferably the reflection part).
  • the light other than the light reflected by 144A is transmitted through the second transmission portion 244B, and is emitted from the transmission surface 244C to the outside of the optical receptacle 240 as the signal light Ls that travels to the light transmission body 160.
  • the signal light Ls emitted from the transmission surface 244 ⁇ / b> C reenters the inside of the optical receptacle 240 at the fourth optical surface 147. Then, the signal light Ls incident again on the fourth optical surface 147 and the signal light Ls transmitted through the first transmission portion 143 are emitted from the second optical surface 145 and reach the end surface 125 of the light transmission body 160.
  • the position of light incident on the first optical surface 141 is, for example, due to the positional deviation of the light separation unit 244 in the optical receptacle 240, as in the first embodiment. Even if the light is shifted upward with respect to the first transmitting portion 143, light in the vicinity of the center of high intensity transmits the second transmitting portion 244B and travels to the second optical surface 145, so the decrease in the intensity of the signal light Ls is small. That is, the fluctuation of the spectral ratio of the signal light Ls and the monitor light Lm can be reduced.
  • the optical module 300 according to the third embodiment differs from the optical module 100 according to the first embodiment in that the optical receptacle 340 is of a lens array type and is configured to be compatible with multi-channel light transmission.
  • the same components as in the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical module 300 according to the third embodiment. As shown in FIG. 12, the optical module 300 has a substrate mounting type photoelectric conversion device 320 including the light emitting element 122, and an optical receptacle 340.
  • the optical transmission body 160 is attached to the optical receptacle 340 via a known attachment means in a state of being accommodated in the multi-core collective type connector.
  • four light transmitters 160 are arranged in a line at regular intervals.
  • the light transmitters 160 may be arranged in two or more rows.
  • the photoelectric conversion device 320 includes a substrate 121, a plurality of light emitting elements 122, and a plurality of detecting elements 123.
  • the number of light emitting elements 122 and detection elements 123 is not particularly limited as long as it is plural. In the present embodiment, the number of light emitting elements 122 and detecting elements 123 is four.
  • the four light emitting elements 123 are arranged in a line on the substrate 121.
  • the four light emitting elements 122 are arranged in a line in the direction perpendicular to the paper surface.
  • the four light emitting elements 122 are arranged at regular intervals along the arrangement direction of the light transmitters 160.
  • the four detection elements 123 are disposed on the substrate 121.
  • the four detection elements 123 are arranged in one row at regular intervals corresponding to the four light emitting elements 122.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams showing the configuration of the optical receptacle 340 according to the present embodiment.
  • FIG. 13A is a perspective view of the optical receptacle 340 as viewed from the front side
  • FIG. 13B is a perspective view of the optical receptacle 340 as viewed from the back side.
  • 14A is a plan view of the optical receptacle 340
  • FIG. 14B is a bottom view
  • FIG. 14C is a front view.
  • the optical receptacle 340 includes a plurality of first optical surfaces 141, a reflection surface 142, a plurality of first transmission parts 143, and a plurality of reflection parts. 144A, a plurality of second transmitting portions 144B, a plurality of second optical surfaces 145, and a plurality of third optical surfaces 146.
  • the number of the first optical surface 141, the second optical surface 145, the first transmitting portion 143, the second transmitting portion 144B, and the third optical surface 146 is four.
  • the optical module 300 according to the present embodiment can cope with multichannel optical transmission with monitoring.
  • the optical receptacles 140, 240, and 340 each have the reflecting surface 142.
  • the present invention is not limited to this.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of an optical module 400 according to a modification.
  • the optical module 400 has a photoelectric conversion device 420 including the light emitting element 122 and an optical receptacle 440.
  • the optical receptacle 440 may be configured the same as the optical receptacle 140 of FIG. 1 except that the first optical surface 141 is disposed on the back surface of the optical receptacle 440 and does not have the reflective surface 142.
  • the substrate 421 of the photoelectric conversion device 420 is disposed such that the light emitting element 122 faces the first optical surface 141 of the optical receptacle 440 and the detection element 123 faces the third optical surface 146.
  • the reflecting surface 142 and the reflecting portion 144A are not in contact with each other on the top surface side of the optical receptacles 140, 240, and 340.
  • the reflective surface 142 and the reflective portion 144A may be disposed in contact with each other.
  • the first optical surface 141, the second optical surface 145, and the third optical surface 146 all have convex lens surfaces.
  • the present invention is not limited to this, and may be, for example, a plane.
  • the planar view shape of the 1st optical surface 141, the 2nd optical surface 145, and the 3rd optical surface 146 showed the example which is circular all, it is not limited to this.
  • the optical module 300 is used as an optical module for transmission
  • An example is shown, but not limited to this.
  • all four first optical surfaces 141 may be used as the first optical surface 141 for reception (the optical module 300 may be used as an optical module for reception), or either the right side or the left side may be used.
  • One of the two first optical surfaces 141 may be used as the first optical surface 141 for reception (the optical module 300 may be used as an optical module serving both transmission and reception).
  • the present invention is not limited thereto, and the light separating portion 144 It may be a plane perpendicular to the optical axis of the signal light Ls.
  • the perpendicular plane is a plane of ⁇ 5 ° or less, preferably 0 °, with respect to a line perpendicular to the optical axis of the signal light Ls separated by the light separation unit 144.
  • optical receptacle and the optical module according to the present invention are useful for optical communication using an optical transmitter.
  • Optical module 120 100, 200, 300, 400 Optical module 120, 320, 420 Photoelectric conversion device 121, 421 Substrate 122 Light emitting element 123 Detection element 124 Light emitting surface 125 End surface 140, 240, 340, 440 Optical receptacle 141 First optical surface 142 Reflective surface 143 First transmitting portion 144, 244 Light separating portion 144A Reflecting portion 144B, 244B Second transmitting portion 145 Second optical surface 146 Third optical surface 147 Fourth optical surface 148 Boundary portion 160 Light transmission body 162 Ferrule 244C Transmission surface L Emitting light Lm monitor light Ls signal light A optical effective area Rmax radius

Abstract

本発明の光レセプタクルは、発光素子からの出射光を入射させる第１光学面と、第１光学面で入射した光の一部を信号光として透過させる第１透過部と、第１光学面で入射した光の他の一部をモニター光と信号光とに分離させる光分離部と、第１透過部を透過した信号光と光分離部で分離された信号光とを光伝送体の端面に向けて出射させる第２光学面と、モニター光を検出素子に向けて出射させる第３光学面とを有する。光分離部は、反射部と、第２透過部とを有する。第１光学面で入射し、第２光学面で出射する光の光軸を中心軸とし、中心軸から第１光学面と第２光学面のうち大きいほうの半径と同じ距離だけ離れた面を外縁とする領域を光学有効領域としたとき、第１透過部および第２透過部は光学有効領域内にある。

Description

光レセプタクルおよび光モジュール
　本発明は、光レセプタクルおよび光モジュールに関する。
　従来、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、面発光レーザー（例えば、ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子を備えた光モジュールが使用されている。光モジュールは、発光素子から出射された通信情報を含む光を、光伝送体の端面に入射させる光レセプタクルを有する。
　また、光モジュールには、温度変化に対する発光素子の出力特性の安定化や光出力の調整を目的として、発光素子から出射された光の強度や光量を監視（モニター）するための検出素子を有するものがある。
　たとえば、特許文献１には、発光素子および検出素子を含む光電変換装置と、発光素子と光伝送体の端面とを光学的に接続させる光レセプタクルとを有する光モジュールが記載されている。光レセプタクルは、発光素子から出射された光を入射させる第１の面と、第１の面で入射した光を光伝送体の端面に向かって反射させるための第１の反射面と、第１の反射面で反射した光の一部を、光伝送体の端面に向かう信号光として透過させる透過部と、第１の反射面で反射した光の残部を、検出素子に向かうモニター光として反射させる第２の反射面と、透過部を透過した信号光を、光伝送体の端面に集光するように出射する第２の面と、第２の反射面で反射されたモニター光を、検出素子に向けて出射させる第３のレンズ面と、を有する。
　特許文献１に記載の光モジュールでは、発光素子から出射された光は、第１の面で入射する。第１の面で入射した光は、第１の反射面で反射された後、一部は信号光として透過部を透過し、残部は、モニター光として第２の反射面で反射される。透過部を透過した信号光は、光伝送体の端面に向けて第２の面から出射される。一方、第２の反射面で反射されたモニター光は、検出素子の受光面に向けて第３のレンズ面から出射される。
特開２０１３－２４９１８号公報
　しかしながら、特許文献１に示される光モジュールでは、光レセプタクルにおける第２の反射面（以下、「反射部」という）の高さ方向の位置が狙いの位置から少しでもずれていると（反射部の位置精度が低いと）、透過部を信号光として透過する光と、反射部でモニター光として反射される光との分光比率が比較的大きく変動しやすい。このような分光比率の変動を少なくするためには、光レセプタクルにおける反射部の位置精度をできるだけ高くすることが望まれる。しかしながら、そのような光レセプタクルを得ようとすると、製造に用いられる金型コストが増大しやすいという問題があった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光レセプタクルにおける反射部の位置ずれに伴う、信号光とモニター光との分光比率の変動を少なくし、反射部の要求位置精度を緩和しうる光レセプタクルを提供することを目的とする。また、本発明の目的は、光レセプタクルを有する光モジュールを提供することでもある。
　本発明に係る光レセプタクルは、１または２以上の発光素子および前記発光素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子を含む光電変換装置と、１または２以上の光伝送体との間に配置されたときに、前記発光素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、前記発光素子から出射された光を入射させる１または２以上の第１光学面と、前記第１光学面で入射した光の一部を、前記光伝送体の端面に向かう信号光として透過させる１または２以上の第１透過部と、前記第１光学面で入射した光の他の一部を、前記検出素子に向かうモニター光と前記光伝送体の端面に向かう信号光とに分離させる光分離部と、前記第１透過部を透過した信号光と前記光分離部で分離された信号光とを、前記光伝送体の端面に向けて出射させる１または２以上の第２光学面と、前記光分離部で分離されたモニター光を前記検出素子に向けて出射させる１または２以上の第３光学面と、を有し、前記光分離部は、前記第１光学面で入射した光の光軸に対する傾斜面であって、前記光分離部に入射した光の一部を、前記モニター光として前記第３光学面に向けて反射させる反射部と、前記反射部と隣接して配置され、前記光分離部に入射した光の他の一部を、前記信号光として透過させる第２透過部と、を有し、前記第１光学面で入射し、前記第２光学面で出射する光の光軸を中心軸とし、前記中心軸から前記第１光学面と第２光学面のうち大きいほうの半径と同じ距離だけ離れた面を外縁とする領域を光学有効領域としたとき、前記第１透過部および前記第２透過部は、前記光学有効領域内にある。
　本発明に係る光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された１または２以上の発光素子と、前記基板上に配置され、前記発光素子から出射された出射光を監視するための１または２以上の検出素子とを有する光電変換装置と、本発明に係る光レセプタクルと、を有し、前記第１透過部および前記第２透過部は、前記発光素子から出射され、前記第１光学面で入射した光の光束内にある。
　本発明によれば、光レセプタクルにおける反射部の位置ずれに伴う、信号光とモニター光との分光比率の変動を少なくし、反射部の要求位置精度を緩和しうる光レセプタクルを提供することができる。
図１は、実施の形態１に係る光モジュールの断面図である。 図２Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す斜視図である。 図３Ａ～Ｃは、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す部分拡大断面図である。 図５は、比較用の光モジュールの断面図である。 図６は、図５のＢ－Ｂ線断面において、第１光学面で入射した光と透過部との位置関係を示す断面図である。 図７は、図１の光分離部近傍の部分拡大断面図である。 図８は、図７のＢ－Ｂ線断面において、第１光学面で入射した光と、第１透過部および第２透過部との位置関係を示す断面図である。 図９は、実施の形態２に係る光モジュールの断面図である。 図１０Ａ～Ｃは、実施の形態２に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る光レセプタクルの構成を示す部分拡大断面図である。 図１２は、実施の形態３に係る光モジュールの断面図である。 図１３Ａ、Ｂは、実施の形態３に係る光レセプタクルの構成を示す斜視図である。 図１４Ａ～Ｃは、実施の形態３に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図１５は、変形例に係る光モジュールの断面図である。
　以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　［実施の形態１］
　（光モジュールの構成）
　図１は、実施の形態１に係る光モジュール１００の断面図である。図１には、光モジュール１００の光路を示している。なお、図１では、光レセプタクル１４０内の光路を示すために光レセプタクル１４０の断面へのハッチングを省略している。
　図１に示されるように、光モジュール１００は、発光素子１２２を含む基板実装型の光電変換装置１２０と、光レセプタクル１４０と、を有する。光モジュール１００は、送信用の光モジュールであり、光レセプタクル１４０に光伝送体１６０がフェルール１６２を介して結合（以下、接続ともいう）されて使用される。光伝送体１６０の種類は、特に限定されず、光ファイバー、光導波路などが含まれる。本実施の形態では、光伝送体１６０は、光ファイバーである。光ファイバーは、シングルモード方式であってもよいし、マルチモード方式であってもよい。光伝送体１６０の数は、特に限定されない。本実施の形態では、光伝送体１６０の数は、１本である。
　光電変換装置１２０は、基板１２１と、１個の発光素子１２２と、１個の検出素子１２３と、を有する。
　基板１２１は、たとえば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板、フレキブシル基板などである。基板１２１上には、発光素子１２２と、検出素子１２３とが配置されている。
　発光素子１２２は、基板１２１上に配置されており、発光素子１２２が配置された基板１２１の設置部に対して垂直方向にレーザー光を出射する。発光素子１２２の数は、特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１２２の数は、１個である。また、発光素子１２２の位置も、特に限定されない。発光素子１２２は、例えば垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である。
　検出素子１２３は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌの出力（例えば、強度や光量）を監視するためのモニター光Ｌｍを受光する。検出素子１２３は、例えばフォトディテクターである。検出素子１２３の数は、特に限定されない。本実施の形態では、検出素子１２３の数は、１個である。また、検出素子１２３からの反射光が光レセプタクル１４０内に戻ることを防止する観点から、検出素子１２３へ入射するモニター光Ｌｍの光軸は、検出素子１２３の検出面１２６に対して傾斜していてもよい。
　光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０の基板１２１上に配置されている。光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０と光伝送体１６０との間に配置された状態で、発光素子１２２の発光面１２４と光伝送体１６０の端面１２５とを光学的に結合（以下、接続ともいう）させる。以下、光レセプタクル１４０の構成について詳細に説明する。
　（光レセプタクルの構成）
　図２ＡおよびＢ、図３Ａ～Ｃならびに図４は、本実施の形態に係る光レセプタクル１４０の構成を示す図である。図２Ａは、光レセプタクル１４０の斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａの部分拡大斜視図である。図３Ａは、光レセプタクル１４０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、正面図である。図４は、本実施の形態に係る光レセプタクルの構成を示す部分拡大断面図である。
　図２Ａ、Ｂおよび図３Ａ～Ｃに示されるように、光レセプタクル１４０は、透光性を有し、発光素子１２２の発光面１２４から出射された出射光Ｌの一部を、信号光Ｌｓとして光伝送体１６０の端面１２５に向けて出射させ、他の一部を、モニター光Ｌｍとして検出素子１２３に向けて出射させる。光レセプタクル１４０は、第１光学面１４１、反射面１４２、第１透過部１４３、光分離部１４４、第２光学面１４５、および第３光学面１４６を有する。光分離部１４４は、反射部１４４Ａおよび第２透過部１４４Ｂを有する。本実施の形態では、第１光学面１４１、第１透過部１４３、第２透過部１４４Ｂ、第２光学面１４５および第３光学面１４６の数は、それぞれ１個である。
　光レセプタクル１４０は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。また、例えば、光レセプタクル１４０は、射出成形により製造される。
　第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌを屈折させて光レセプタクル１４０の内部に入射させる光学面である。第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌを、コリメート光、収束光、または拡散光に変換させうる。本実施の形態では、第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌをコリメート光に変換させる。本実施の形態では、第１光学面１４１の形状は、発光素子１２２に向かって凸状の凸レンズ面である。また、第１光学面１４１の平面視形状は、円形状である。第１光学面１４１の中心軸は、発光素子１２１の発光面１２４に対して垂直であることが好ましい。また、第１光学面１４１の中心軸は、発光素子１２２から出射された出射光Ｌの光軸と一致することが好ましい。
　反射面１４２は、光レセプタクル１４０の天面側に形成された傾斜面であり、第１光学面１４１と第１透過部１４３との間の光路上および第１光学面１４１と光分離部１４４との間の光路上に配置されている。反射面１４２は、第１光学面１４１で入射した光（発光素子１２２から出射された出射光Ｌ）を、第１透過部１４３および光分離部１４４に向かって反射させる。反射面１４２は、光レセプタクル１４０の底面から天面に向かうにつれて、光伝送体１６０に近づくように傾斜している。本実施の形態では、反射面１４２の傾斜角度は、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌの光軸に対して４５°である。反射面１４２には、第１光学面１４１で入射した出射光Ｌが、臨界角より大きな入射角で内部入射する。これにより、反射面１４２は、入射した出射光Ｌを基板１２１の表面に沿う方向に全反射させる。
　第１透過部１４３は、第１光学面１４１で入射した光の一部を、光伝送体１６０の端面１２５に向かう信号光Ｌｓとして透過させる領域である。第１透過部１４３は、光分離部１４４の第２透過部１４４Ｂと接するように配置されている。
　光分離部１４４は、第１光学面１４１で入射した光の他の一部（好ましくは残部）を、第３光学面１４６（または検出素子１２３）に向かうモニター光Ｌｍと、第２光学面１４５（または光伝送体１６０の端面１２５）に向かう信号光Ｌｓとに分離させる。光分離部１４４は、反射部１４４Ａと、第２透過部１４４Ｂとを有する。
　反射部１４４Ａは、光レセプタクル１４０の天面側に配置されている。反射部１４４Ａは、第１光学面１４１で入射した光の光軸に対する傾斜面であり、光分離部１４４に入射した前記他の一部の光の一部を第３光学面１４６に向けて反射させる。本実施の形態では、反射部１４４Ａは、光レセプタクル１４０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１４５（光伝送体１６０）に近づくように傾斜した傾斜面である。傾斜面の傾斜角は、第１光学面１４１で入射した光の光軸に対して４５°である。
　第２透過部１４４Ｂは、反射部１４４Ａと隣接して配置され、光分離部１４４に入射した前記他の一部の光の一部（反射部１４４Ａで反射される光以外の光）を、信号光Ｌｓとして透過させる。第２透過部１４４Ｂは、第１透過部１４３と接していることが好ましい。
　本実施の形態では、第１光学面１４１で入射した光の光軸付近に、第１透過部１４３と光分離部１４４（第２透過部１４４Ｂ）との境界部１４８が位置している（後述する図８参照）。
　第１光学面１４１で入射し、第２光学面１４５で出射する光の光軸を中心軸Ｃとし、中心軸Ｃから第１光学面１４１と第２光学面１４５のうち大きいほうの光学面の半径Ｒｍａｘと同じ距離だけ離れた面を外縁とする領域を光学有効領域Ａとしたとき、第１透過部１４３および第２透過部１４４Ｂは、いずれも光学有効領域Ａ内にある（図４参照）。本実施の形態では、光学有効領域Ａは、中心軸Ｃから第２光学面１４５の半径と同じ距離だけ離れた面を外縁とする円柱状の領域である。それにより、第１透過部１４３および第２透過部１４４Ｂを、第１光学面１４１で入射し、かつ第２光学面１４５から出射される光の光束内に包含させることができる（図１および８参照）。
　一般的に、発光素子１２２からの出射光は、光軸に近づくほど高い強度を有する。そのため、光軸近傍において、光分離部１４４の高さ方向の位置が少しでもずれると、モニター光Ｌｍと信号光Ｌｓの分光比率が比較的大きく変動しやすい。したがって、光分離部１４４の位置精度に伴う分光比率の変動を少なくする観点では、第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸に対して垂直な断面（反射面１４２で反射された光の光軸に対して垂直な断面）において、第２透過部１４４Ｂは、少なくとも第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸近傍を包含するように（光Ｌの光軸近傍を中心として取り囲むように）配置されることが好ましい。
　第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸に対して垂直な断面において、第２透過部１４４Ｂの断面形状は、特に限定されず、弓形であってもよいし、多角形（三角形、矩形など）であってもよい。弓形とは、円弧または楕円弧の両端部を直線で結んだ形状であり、その例には、半円形などが含まれる。本実施の形態では、第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸が、第１透過部１４３と第２透過部１４４Ｂとの境界部１４８上にあるため、第２透過部１４４Ｂの断面形状は、第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸と当該境界部１４８との交点を中心とする半円形状であることが好ましい（図２Ｂおよび８参照）。
　前述の通り、第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸に対して垂直な断面において、第２透過部１４４Ｂの断面積は、光学有効領域Ａの断面積よりも小さい。具体的には、第２透過部１４４Ｂの断面積は、光学有効領域Ａの断面積の１８～３６％であることが好ましく、１８～２９％であることがより好ましい。第２透過部１４４Ｂの断面積が１８％以上であると、光分離部１４４（または反射部１４４Ａ）の位置が高さ方向にずれたときの、分光比率の変動を一層少なくしうる。第２透過部１４４Ｂの断面積が３６％以下であると、反射部１４４Ａでモニター光Ｌｍとして反射される光が少なくなりすぎるのを抑制できる。
　以下、高さ方向とは、光レセプタクル１４０の底面と天面とを結ぶ方向であって、第１透過部１４３または第２透過部１４４Ｂを透過する光の光軸に対して垂直な方向をいう。
　本実施の形態では、第２透過部１４４Ｂは、それを透過した信号光Ｌｓが、第２光学面１４５で初めて光レセプタクル１４０の外部に出射されるように配置されている（図１参照）。すなわち、第２透過部１４４Ｂは、第２透過部１４４Ｂと第２光学面１４５との間の光路上に配置された、第２透過部１４４Ｂを透過する光を光レセプタクル１４０の外部に出射させる透過面を有していない。
　本実施の形態では、前述の通り、第１光学面１４１で入射した光Ｌの一部は、第１透過部１４３を透過し、光伝送体１６０の端面１２５に向かう信号光Ｌｓとなる。第１光学面１４１で入射した光の他の一部（好ましくは残部）は、光分離部１４４へ入射し、その一部は、反射部１４４Ａで反射されて、検出素子に向かうモニター光Ｌｍとなり、反射部１４４Ａで反射された光以外の光の一部（好ましくは反射部１４４Ａで反射された光以外の光）は、第２透過部１４４Ｂを透過し、光伝送体１６０の端面１２５に向かう信号光Ｌｓとなる。
　信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、所望の光量の信号光Ｌｓを得つつ、発光素子１２２から出射された光Ｌの強度や光量を監視することができるモニター光Ｌｍを得ることができれば、特に限定されない。本実施の形態では、信号光Ｌｓは、第１透過部１４３を透過する信号光と、第２透過部１４４Ｂを透過する信号光とを足し合わせたものである。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝６：４～８：２であることが好ましい。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、信号光Ｌｓ：モニター光Ｌｍ＝７：３であることがさらに好ましい。
　第２光学面１４５は、第１透過部１４３を透過した信号光Ｌｓと、光分離部１４４で分離された信号光Ｌｓとを、光伝送体１６０の端面１２５に向けて出射させる光学面である。本実施の形態では、第２光学面１４５は、光レセプタクル１４０の正面に、光伝送体１６０の端面１２５と対向するように配置されている。第２光学面１４５の形状は、光伝送体１６０の端面１２５に向かって凸状の凸レンズ面である。これにより、第１光学面１４１で入射され、第１透過部１４３を透過した信号光Ｌｓと、光分離部１４４で分離された信号光Ｌｓとを集光させて、光伝送体１６０の端面１２５に効率良く接続させることができる。
　第３光学面１４６は、光レセプタクル１４０の底面側に、検出素子１２３と対向するように配置されている。本実施の形態では、第３光学面１４６は、検出素子１２３に向かって凸状の凸レンズ面である。第３光学面１４６は、光分離部１４４の反射部１４４Ａで分離されたモニター光Ｌｍを収束させて検出素子１２３に向けて出射させる。これにより、モニター光Ｌｍを検出素子１２３に効率良く結合させることができる。第３光学面１４６の中心軸は、検出素子１２３の受光面（基板１２１）に対して垂直であることが好ましい。
　（作用）
　本実施の形態に係る光モジュール１００の作用について、比較用の光モジュールと対比しながら説明する。図５は、比較用の光モジュール１０の構成を示す断面図である。比較用の光モジュール１０は、光レセプタクル１４が第２透過部を有しない以外は本実施の形態に係る光モジュール１００と同様に構成されている。図６は、図５のＢ－Ｂ線断面において、第１光学面４１で入射した光Ｌと第１透過部４３との位置関係を示す断面図である。図７は、図１の光分離部１４４近傍の部分拡大断面図である。図８は、図７のＢ－Ｂ線断面において、第１光学面１４１で入射した光Ｌと、第１透過部１４３および第２透過部１４４Ｂとの位置関係を示す断面図である。
　図５に示されるように、比較用の光モジュール１０では、発光素子１２２から出射された出射光Ｌは、第１光学面４１で光レセプタクル１４に入射される。第１光学面４１で入射した光は、反射面４２で反射された後、一部は、第１透過部４３を透過し、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓとなり、他の一部（好ましくは残部）は、反射部４４Ａで反射されて、検出素子１２３に向かうモニター光Ｌｍとなる。第１透過部４３を透過し、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓは、第２光学面４５から出射されて、光伝送体１６０の端面１２５に到達する。一方、検出素子１２３に向かうモニター光Ｌｍは、第３光学面４６から出射されて、検出素子１２３へ到達する。
　このような比較用の光モジュール１０では、図６に示されるように、たとえば、光レセプタクル１４における反射部４４Ａの位置ずれにより、第１光学面１４１で入射する光の位置が、第１透過部４３に対して上方にずれると（矢印参照）、高強度の中心付近の光が第１透過部４３を透過せず、反射部１４４Ａで反射されるため、信号光Ｌｓの強度が顕著に減少しやすい。つまり、第１透過部４３を透過する信号光Ｌｓと、反射部４４Ａで反射されるモニター光Ｌｍとの分光比率の変動が比較的大きい。
　これに対して、図１および７に示されるように、本実施の形態に係る光モジュール１００では、発光素子１２２から出射された出射光Ｌは、第１光学面１４１で光レセプタクル１４０に入射される。第１光学面１４１で入射した光は、反射面１４２で反射された後、一部は、第１透過部１４３を透過して、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓとなり、他の一部（好ましくは残部）は、光分離部１４４に入射する。光分離部１４４に入射した光の一部は、反射部１４４Ａで反射されて、検出素子１２３に向かうモニター光Ｌｍとなり、反射部１４４Ａで反射された光以外の光の一部（好ましくは反射部１４４Ａで反射された光以外の光）は、第２透過部１４４Ｂを透過して、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓとなる。第１透過部１４３を透過した信号光Ｌｓおよび第２透過部１４４Ｂを透過した信号光Ｌｓは、第２光学面１４５から出射されて、光伝送体１６０の端面１２５に到達する。一方、検出素子１２３に向かうモニター光Ｌｍは、第３光学面１４６から出射されて、検出素子１２３へ到達する。
　このような本実施の形態に係る光モジュール１００では、図８に示されるように、たとえば、光レセプタクル１４０における光分離部１４４の位置ずれにより、第１光学面１４１で入射する光の位置が、第１透過部１４３に対して上方にずれても（矢印参照）、高強度の中心付近の光が第２透過部１４４Ｂを透過し、第２光学面１４５へ向かうので、信号光Ｌｓの強度の減少が少ない。つまり、信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの分光比率の変動を少なくすることができる。
　（シミュレーション）
　光レセプタクル１４０における光分離部１４４の高さ方向の位置を変えたときの、発光素子１２２から出射された光Ｌの量に対するモニター光Ｌｍの割合を、シミュレーションした。
　図１に示されるように、本実施の形態に係る光モジュール１００において、光分離部１４４の高さ方向の位置を、基準位置（０ｍｍ）から上方向に０．０２ｍｍまで０．００２ｍｍ毎にずらしたときの、発光素子１２２から出射される出射光Ｌに対するモニター光Ｌｍの割合（％）を、解析ソフトを用いてシミュレーションした。なお、基準位置は、第１透過部１４３と第２透過部１４４Ｂとの境界部１４８（図８参照）と、第１光学面１４１で入射した光Ｌの光軸とが重なる位置とした。
　また、比較用として、第２透過部を有しない以外は本実施の形態に係る光モジュール１００と同様に構成された比較用の光レセプタクルを用いた光モジュール１０（図５参照）についても同様にシミュレーションした。
　シミュレーションでは、発光素子１２２として、開口数（ＮＡ：numerical aperture）が０．２５、発光径φ８μｍの垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いた。光伝送体１６０として、開口数（ＮＡ）が０．２０、コア径φ５０μｍの光ファイバーを用いた。シミュレーション結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、本実施の形態に係る光モジュール１００では、目標とするモニター光の割合（たとえば、５～１４％）とするためには、光分離部１４４の高さ方向の位置が０～０．０１８ｍｍの範囲内であればよいことがわかる。
　これに対して、比較用の光レセプタクル１０では、目標とするモニター光の割合（たとえば、５～１４％）とするためには、光分離部４４の高さ方向の位置が０～０．０１４ｍｍの範囲になければならないことがわかる。
　つまり、目標とするモニター光の割合とするために許容される光分離部１４４の高さ方向の位置の範囲が、本実施の形態に係る光モジュールのほうが広いこと、すなわち、光レセプタクルに要求される光分離部１４４の位置精度を緩和できることがわかる。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る光モジュール１００では、第１透過部１４３だけでなく、第２透過部１４４Ｂをさらに有する。それにより、光レセプタクル１４０における光分離部１４４の位置ずれが生じても、モニター光Ｌｍと信号光Ｌｓとの分光比率の変動を少なくすることができる。それにより、光レセプタクル１４０における光分離部１４４の要求位置精度を緩和することができる。
　［実施の形態２］
　（光モジュールの構成）
　実施の形態２に係る光モジュール２００は、光レセプタクル２４０の構成が実施の形態１に係る光モジュール１００と異なる。具体的には、本実施の形態に係る光レセプタクル２４０は、第２透過部２４４Ｂの形状が異なり、かつ第４光学面１４７をさらに有する点が、実施の形態１に係る光レセプタクル１４０と異なる。そこで、第２透過部２４４Ｂと第４光学面１４７についてのみ説明し、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図９は、実施の形態２に係る光モジュール２００の断面図である。図９には、光モジュール２００の光路を示している。なお、図９では、光レセプタクル２４０内の光路を示すために光レセプタクル２４０の断面へのハッチングを省略している。
　図９に示されるように、光モジュール２００は、発光素子１２２を含む基板実装型の光電変換装置１２０と、光レセプタクル２４０と、を有する。
　（光レセプタクルの構成）
　図１０Ａ～Ｃおよび図１１は、本実施の形態に係る光レセプタクル２４０の構成を示す図である。図１０Ａは、光レセプタクル２４０の平面図であり、図１０Ｂは、底面図であり、図１０Ｃは、正面図である。図１１は、本実施の形態に係る光レセプタクル２４０の構成を示す部分拡大断面図である。
　図１０Ａ～Ｃおよび図１１に示されるように、光レセプタクル２４０は、光分離部２４４の第２透過部２４４Ｂの形状が異なり、かつ光分離部２４４（光分離部２４４の透過面２４４Ｃ）と第２光学面１４５との間の光路上に配置された第４光学面１４７をさらに有する以外は図１に示される実施の形態１に係る光レセプタクル１４０と同様に構成されている。
　第２透過部２４４Ｂは、第１光学面１４１と第２光学面１４５との間の光路上に配置された、光分離部２４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に対して垂直な透過面２４４Ｃを有する。ここでいう垂直な面とは、光分離部２４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に垂直な線に対して±５°以下の面、好ましくは０°の面を指す。透過面２４４Ｃは、光分離部２４４で分離された信号光Ｌｓを、光レセプタクル２４０の外部に出射させる。
　第４光学面１４７は、光レセプタクル２４０の天面側に形成された、光分離部２４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に対して垂直な面である。垂直な面とは、光分離部２４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に垂直な線に対して±５°以下の面、好ましくは０°の面をいう。第４光学面１４７は、透過面２４４Ｃと第２光学面１４５との間の光路上に配置されている。第４光学面１４７は、光分離部２４４で分離され、光レセプタクル２４０の外部に出射された信号光Ｌｓを、光レセプタクル２４０内部に再度入射させる。これにより、光伝送体１６０の端面１２５に向かう信号光Ｌｓを屈折させることなく光レセプタクル１４０内に再度入射させることができる。
　（作用）
　図９に示されるように、本実施の形態に係る光モジュール２００では、第１光学面１４１で入射した光は、反射面１４２で反射された後、一部は、第１透過部１４３を透過して、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓとなり、他の一部（好ましくは残部）は、光分離部２４４に入射する。光分離部２４４に入射した光の一部は、反射部１４４Ａで反射されて、検出素子１２３に向かうモニター光Ｌｍとなり、反射部１４４Ａで反射された光以外の光の一部（好ましくは反射部１４４Ａで反射された光以外の光）は、第２透過部２４４Ｂを透過し、光伝送体１６０に向かう信号光Ｌｓとして、透過面２４４Ｃから光レセプタクル２４０の外部に出射される。透過面２４４Ｃから出射された信号光Ｌｓは、第４光学面１４７で、光レセプタクル２４０の内部に再度入射する。そして、第４光学面１４７で再度入射した信号光Ｌｓと第１透過部１４３を透過した信号光Ｌｓは、第２光学面１４５から出射されて、光伝送体１６０の端面１２５に到達する。
　このように、本実施の形態に係る光モジュール２００では、実施の形態１と同様に、たとえば、光レセプタクル２４０における光分離部２４４の位置ずれにより、第１光学面１４１で入射する光の位置が第１透過部１４３に対して上方にずれても、高強度の中心付近の光が第２透過部２４４Ｂを透過し、第２光学面１４５へ向かうので、信号光Ｌｓの強度の減少が少ない。つまり、信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの分光比率の変動を少なくすることができる。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る光モジュール２００では、実施の形態１と同様に、光レセプタクル２４０における光分離部２４４の位置ずれが生じても、モニター光Ｌｍと信号光Ｌｓとの分光比率の変動を少なくすることができる。それにより、光レセプタクル２４０における光分離部２４４の要求位置精度を緩和することができる。
　［実施の形態３］
　（光モジュールの構成）
　実施の形態３に係る光モジュール３００は、光レセプタクル３４０がレンズアレイ型であり、光送信の多チャンネル化に対応できる構成となっている点で、実施の形態１に係る光モジュール１００と異なる。以下、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１２は、実施の形態３に係る光モジュール３００の断面図である。図１２に示されるように、光モジュール３００は、発光素子１２２を含む基板実装型の光電変換装置３２０と、光レセプタクル３４０と、を有する。
　本実施の形態に係る光モジュール３００では、光伝送体１６０は、多芯一括型のコネクター内に収容された状態で公知の取付手段を介して光レセプタクル３４０に取り付けられている。本実施の形態では、４本の光伝送体１６０が、一定間隔で１列に配列されている。なお、光伝送体１６０は、２列以上に配列されていてもよい。
　光電変換装置３２０は、基板１２１と、複数の発光素子１２２と、複数の検出素子１２３と、を有する。発光素子１２２および検出素子１２３の数は、複数であれば特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１２２および検出素子１２３の数は、それぞれ４個である。
　４個の発光素子１２３は、基板１２１上に一列に配列されている。図１２では、４個の発光素子１２２は、紙面に垂直な方向に一列に配列されている。４個の発光素子１２２は、一定間隔で光伝送体１６０の配列方向に沿って配列されている。
　４個の検出素子１２３は、基板１２１上に配置されている。４個の検出素子１２３は、４個の発光素子１２２に対応して一定間隔で１列に配列されている。
　（光レセプタクルの構成）
　図１３Ａ、Ｂおよび図１４Ａ～Ｃは、本実施の形態に係る光レセプタクル３４０の構成を示す図である。図１３Ａは、光レセプタクル３４０の正面側からみた斜視図であり、図１３Ｂは、背面側からみた斜視図である。図１４Ａは、光レセプタクル３４０の平面図であり、図１４Ｂは、底面図であり、図１４Ｃは、正面図である。
　図１３Ａ、Ｂおよび図１４Ａ～Ｃに示されるように、本実施の形態に係る光レセプタクル３４０は、複数の第１光学面１４１、反射面１４２、複数の第１透過部１４３、複数の反射部１４４Ａ、複数の第２透過部１４４Ｂ、複数の第２光学面１４５および複数の第３光学面１４６を有する。本実施の形態では、第１光学面１４１、第２光学面１４５、第１透過部１４３、第２透過部１４４Ｂおよび第３光学面１４６の数は、それぞれ４個である。
　（効果）
　本実施の形態に係る光モジュール３００は、実施の形態１の効果に加え、監視を伴う光送信の多チャンネル化に対応することができる。
　なお、上記実施の形態１～３では、光レセプタクル１４０、２４０、３４０がいずれも反射面１４２を有する例を示したが、これに限定されない。
　図１５は、変形例に係る光モジュール４００の断面図である。図１５に示されるように、光モジュール４００は、発光素子１２２を含む光電変換装置４２０と、光レセプタクル４４０と、を有する。光レセプタクル４４０は、第１光学面１４１が、光レセプタクル４４０の背面に配置され、かつ反射面１４２を有しない以外は図１の光レセプタクル１４０と同様に構成されうる。光電変換装置４２０の基板４２１は、発光素子１２２が、光レセプタクル４４０の第１光学面１４１に対向し、かつ検出素子１２３が第３光学面１４６に対向するように配置される。
　また、上記実施の形態１～３では、光レセプタクル１４０、２４０、３４０の天面側において、反射面１４２と反射部１４４Ａとが接しないように配置される例を示したが、これに限定されず、反射面１４２と反射部１４４Ａとが接するように配置されてもよい。
　また、上記実施の形態１～３では、光レセプタクル１４０、２４０、３４０において、第１光学面１４１、第２光学面１４５および第３光学面１４６の形状が、いずれも凸レンズ面である例を示したが、これに限定されず、たとえば、平面などであってもよい。また、第１光学面１４１、第２光学面１４５および第３光学面１４６の平面視形状が、いずれも円形状である例を示したが、これに限定されない。
　また、上記実施の形態３では、図１３ＡおよびＢにおいて、４個の第１光学面１４１を、いずれも送信用の第１光学面１４１として使用（光モジュール３００を送信用の光モジュールとして使用）する例を示したが、これに限定されない。たとえば、４個の第１光学面１４１を、いずれも受信用の第１光学面１４１として使用（光モジュール３００を、受信用の光モジュールとして使用）してもよいし、右側と左側のいずれか一方の２個の第１光学面１４１を、受信用の第１光学面１４１として使用（光モジュール３００を、送信用と受信用を兼ねた光モジュールとして使用）してもよい。
　また、上記実施の形態１および３では、第２透過部１４４Ｂを挟んで反射部１４４Ａと対向する面が傾斜面である例を示したが、これに限定されず、光分離部１４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に対して垂直な面であってもよい。垂直な面とは、光分離部１４４で分離された信号光Ｌｓの光軸に垂直な線に対して±５°以下の面、好ましくは０°の面をいう。
　本出願は、２０１７年７月１４日出願の特願２０１７－１３８３２８に基づく優先権を主張する。当該出願明細書及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、光伝送体を用いた光通信に有用である。
　１００、２００、３００、４００　光モジュール
　１２０、３２０、４２０　光電変換装置
　１２１、４２１　基板
　１２２　発光素子
　１２３　検出素子
　１２４　発光面
　１２５　端面
　１４０、２４０、３４０、４４０　光レセプタクル
　１４１　第１光学面
　１４２　反射面
　１４３　第１透過部
　１４４、２４４　光分離部
　１４４Ａ　反射部
　１４４Ｂ、２４４Ｂ　第２透過部
　１４５　第２光学面
　１４６　第３光学面
　１４７　第４光学面
　１４８　境界部
　１６０　光伝送体
　１６２　フェルール
　２４４Ｃ　透過面
　Ｌ　出射光
　Ｌｍ　モニター光
　Ｌｓ　信号光
　Ａ　光学有効領域
　Ｒｍａｘ　半径
 

Claims (7)

  1. 　発光素子および前記発光素子から出射された出射光を監視するための検出素子を含む光電変換装置と、光伝送体との間に配置されたときに、前記発光素子と前記光伝送体の端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、
    　前記発光素子から出射された光を入射させる第１光学面と、
    　前記第１光学面で入射した光の一部を、前記光伝送体の端面に向かう信号光として透過させる第１透過部と、
    　前記第１光学面で入射した光の他の一部を、前記検出素子に向かうモニター光と前記光伝送体の端面に向かう信号光とに分離させる光分離部と、
    　前記第１透過部を透過した信号光と前記光分離部で分離された信号光とを、前記光伝送体の端面に向けて出射させる第２光学面と、
    　前記光分離部で分離されたモニター光を前記検出素子に向けて出射させる第３光学面と、
    　を有し、
    　前記光分離部は、
    　前記第１光学面で入射した光の光軸に対する傾斜面であって、前記光分離部に入射した光の一部を、前記モニター光として前記第３光学面に向けて反射させる反射部と、
    　前記反射部と隣接して配置され、前記光分離部に入射した光の他の一部を、前記信号光として透過させる第２透過部と、
    　を有し、
    　前記第１光学面で入射し、前記第２光学面で出射する光の光軸を中心軸とし、前記中心軸から前記第１光学面と第２光学面のうち大きいほうの半径と同じ距離だけ離れた面を外縁とする領域を光学有効領域としたとき、前記第１透過部および前記第２透過部は、前記光学有効領域内にある、
    　光レセプタクル。
  2. 　前記第２透過部は、前記第１透過部と接している、
    　請求項１に記載の光レセプタクル。
  3. 　前記第１光学面で入射した光の光軸に対して垂直な断面において、前記第２透過部は、弓形である、
    　請求項１または２に記載の光レセプタクル。
  4. 　前記第２透過部を透過した信号光は、前記第２光学面で初めて前記光レセプタクルの外部に出射される、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の光レセプタクル。
  5. 　前記第２透過部は、前記第１光学面と前記第２光学面との間の光路上に配置され、かつ前記光分離部で分離された信号光の光軸に対して垂直な透過面をさらに有し、
    　前記光レセプタクルは、前記透過面と前記第２光学面との間の光路上に配置され、かつ前記透過面から前記光レセプタクルの外部に出射された前記信号光を、前記光レセプタクルの内部に再度入射させる第４光学面をさらに有する、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の光レセプタクル。
  6. 　前記第１光学面と前記第１透過部との間の光路上、および前記第１光学面と前記光分離部との間の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記第１透過部および前記光分離部に向かって反射させるための反射面をさらに有する、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の光レセプタクル。
  7. 　基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され、前記発光素子から出射された出射光を監視するための検出素子とを有する光電変換装置と、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の光レセプタクルと、
    　を有し、
    　前記第１透過部および前記第２透過部は、前記発光素子から出射され、前記第１光学面で入射した光の光束内にある、
    　光モジュール。
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