WO2021059390A1 - 受光素子モジュール - Google Patents

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WO2021059390A1
WO2021059390A1 PCT/JP2019/037556 JP2019037556W WO2021059390A1 WO 2021059390 A1 WO2021059390 A1 WO 2021059390A1 JP 2019037556 W JP2019037556 W JP 2019037556W WO 2021059390 A1 WO2021059390 A1 WO 2021059390A1
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light
lens
light receiving
receiving element
axis
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PCT/JP2019/037556
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French (fr)
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正幸 大牧
菜月 本田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Priority to US17/640,834 priority patent/US20220342160A1/en
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers

Definitions

  • This disclosure relates to a light receiving element module.
  • the light receiving element module includes, for example, an optical fiber having an obliquely cut end face, a lens for collecting light emitted from the optical fiber, and a light receiving element chip for receiving light collected by the lens. ..
  • an optical fiber having an obliquely cut end face a lens for collecting light emitted from the optical fiber
  • a light receiving element chip for receiving light collected by the lens. ..
  • the lowest point of the inclined end face of the optical fiber is S
  • the highest point is T
  • the oblique emission angle from the fiber end face is ⁇
  • the distance between the light receiving element chip and the lens center is L
  • the chip center O is from the lens center H.
  • a light receiving element module in which the fiber center Q is shifted in the direction perpendicular to the axis by Ltan ⁇ in the direction of the lowest point S of the fiber end face, and the fiber center Q is shifted in the direction opposite to the lowest point S of the fiber end face from the lens center in the direction perpendicular to the axis.
  • the light receiving diameter of the light receiving element has become as small as about 10 ⁇ m due to the increase in communication speed. Along with this, it is necessary to collect the light emitted from the output end of the light guide body, for example, the optical fiber more strongly, and reduce the diameter of the light collected on the light receiving element.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a light receiving element module capable of suppressing reflected return light to the output end of a light guide and improving the amount of light coupled to the light receiving element.
  • a light receiving element module capable of suppressing reflected return light to the output end of a light guide and improving the amount of light coupled to the light receiving element.
  • the light receiving element module includes a first lens that collects light emitted from an inclined output end surface of the output end of the light guide body, and a light receiving light that receives light collected by the first lens.
  • the element is provided, and the point farthest from the light receiving element and the point closest to the light receiving element on the output end face are projected onto a plane perpendicular to the optical axis of the first lens, and the projected points are connected.
  • the light receiving element is said to have the optical center of the first lens. It is arranged at a position shifted in the first axial direction and the second axial direction.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing an amount of optical aberration with respect to an incident angle at the center of intensity of the lens 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing the amount of coupled light with respect to the arrangement position of the light receiving element according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing reflected return light with respect to the arrangement position of the light receiving element according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a relationship diagram showing a position of a light receiving element according to the first embodiment, an amount of coupled light, and reflected return light.
  • the schematic block diagram which shows the light receiving element module which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the light receiving element module according to the first embodiment.
  • the light receiving element module 100 includes a first lens having a light collecting function (hereinafter, referred to as “lens 1”), and a light receiving element 2 having a light receiving unit 20 that receives light collected by the lens 1.
  • the light receiving element module 100 further includes a second lens (hereinafter referred to as “lens 3”) integrally formed on the light receiving element 2 and having a light collecting function, a cap 4 for fixing the lens 1, and a cap 4. It includes a stem 5 which is a pedestal to be assembled.
  • the lens 3 collects the light collected by the lens 1.
  • the lens 1 is assembled and fixed to the lens fixing cap 4.
  • the cap 4 to which the lens 1 is fixed to the stem 5 the lens 1 is arranged at a predetermined position on the stem 5.
  • the lens 1 collects the luminous flux 200 emitted from the output end (for example, the optical fiber 6) of the light guide body.
  • the luminous flux 200 indicates a luminous flux that spreads around the light 201 (not shown in FIG. 1) corresponding to the intensity center which is the peak of the intensity distribution among the luminous fluxes emitted from the optical fiber 6.
  • the output end face is diagonally polished so that the light flux 200 reflected by the light receiving element 2 does not enter the optical fiber 6 and propagate in the optical fiber 6. That is, the output end face of the optical fiber 6 is inclined with respect to the plane perpendicular to the optical axis of the lens 1. That is, the output end face of the optical fiber 6 is inclined in the direction toward the highest point farthest from the light receiving element 2 and the lowest point closest to it.
  • the relative positions of the light receiving element module 100 and the optical fiber 6 are separately adjusted and fixed so that the light flux 200 emitted from the optical fiber 6 is efficiently coupled to the light receiving element 2. The details will be described later.
  • the light receiving element module 100 and the optical fiber 6 may be collectively referred to as an optical component.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the light receiving element according to the first embodiment.
  • the luminous flux 200 emitted from the optical fiber 6 travels toward the lens 3 and is focused on the lens 3.
  • the luminous flux 200 further focused by the lens 3 travels toward the light receiving portion 20 in the light receiving element 2.
  • the light beam 200 has a minimum focusing diameter on the light receiving unit 20, that is, the spot diameter of the light flux 200 that is focused by the lens 1 and the lens 3 and is incident on the light receiving unit 20 is minimized. , Arranged in the light receiving element 2.
  • the light receiving unit 20 has a photodiode that converts the received light flux 200 into electricity.
  • the light receiving unit 20 can obtain an electric signal of the communication data by modulating the luminous flux 200 with the communication data to be transmitted.
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating the light receiving element module according to the first embodiment.
  • the optical fiber 6 is arranged on the optical axis of the lens 1.
  • the optical center of the lens 1 is called the optical center 10 of the lens 1. Further, a surface that passes through the optical center 10 and is perpendicular to the optical axis of the lens 1 is referred to as an optical optical axis surface. As shown in FIG. 3, when the optical fiber 6 is arranged on the optical axis of the lens 1, the condensing point of the luminous flux 200, that is, the light receiving element 2 is arranged on the optical axis of the lens 1.
  • the uppermost and lowest points of the output end surface of the optical fiber 6 are projected onto a plane perpendicular to the optical axis of the lens 1, for example, an optical optical axis surface, and the projected directions are connected to each other.
  • Is the first axis hereinafter referred to as "X-axis”
  • Y-axis the axis orthogonal to the X-axis and the optical axis of the lens 1 is referred to as a second axis (hereinafter, referred to as “Y-axis”).
  • the Z-axis coincides with the optical axis of the lens 1.
  • the XY plane is the optical optical axis plane of the lens 1.
  • the uppermost point side of the output end surface of the optical fiber 6 is in the + X-axis direction, and the lowest point side is in the -X-axis direction.
  • the direction in which the optical fiber 6 is installed is defined as the + Z-axis direction, and the direction in which the light receiving element 2 is installed is defined as the ⁇ Z-axis direction.
  • the output end surface of the optical fiber 6 is in the direction from the + X-axis direction to the -X-axis direction. It is tilted. That is, it can be said that the output end face of the optical fiber 6 is inclined in the ⁇ X axis direction. Therefore, the light 201 travels toward the ⁇ X axis side with respect to the optical center 10 of the lens 1 and then enters the light receiving element 2.
  • the light 203 indicates a light flux incident on the opening 11 of the lens among the light flux emitted from the optical fiber 6.
  • the light 203 incident on the opening 11 of the lens 1 is condensed by the lens 1 and incident on the light receiving element 2, but the light emitted outside the opening 11 is the lens. Since it is not focused at 1, it does not enter the light receiving element 2.
  • the optical aberration generated by the lens 1 is the smallest, so that the light collecting diameter of the light receiving element 2 is the smallest. That is, when the optical axis of the lens 1 and the optical fiber 6 are aligned, the coupling of the luminous flux 200 to the light receiving element 2 is the best.
  • the optical aberration means that the light 203 focused by the lens 1 is not focused at one point when it is incident on the light receiving element 2, but is distorted or blurred.
  • the light 201 is incident on the light receiving element 2 at an angle ⁇ 1 and reflected at an angle ⁇ 1. From this, if the angle ⁇ 1 when the light 201 is incident is small, the angle ⁇ 1 of the light 201 when it is reflected is also small. As a result, the reflected light 201 travels to the opening 11 of the lens 1, is focused by the lens 1, and is guided as reflected return light to the semiconductor laser side used as a transmission device for optical communication.
  • the incident angle ⁇ 1 of the light 201 with respect to the light receiving element 2 is increased to increase the emission angle ⁇ 1 of the light 201 reflected by the light receiving element 2 to reach the optical fiber 6.
  • the luminous flux 200 is minimized.
  • FIG. 4A and 4B are schematic configuration diagrams of the optical components according to the first embodiment, FIG. 4A is a schematic perspective view showing the arrangement of the optical components, and FIG. 4B is a schematic view showing the arrangement of the optical components. It is a top view.
  • the arrow ⁇ in FIG. 4B indicates the inclination direction of the optical fiber 6.
  • the output end face of the optical fiber 6 is inclined in the ⁇ X axis direction.
  • the luminous flux 200 emitted from the optical fiber 6 is emitted in the ⁇ X axis direction according to the inclination of the output end face of the optical fiber 6.
  • the point P is the intersection of the optical optical axis surface of the lens 1 and the light 201.
  • the light receiving element 2 is arranged on a plane perpendicular to the optical axis of the lens 1 so as to be offset by dX1 in the X-axis direction and dY1 in the Y-axis direction with respect to the optical center 10.
  • dX1 and dY1 are offset amounts of the light receiving element 2, respectively. That is, in FIG. 4B, the X component of the position vector D of the light receiving element 2 is dX1 and the Y component is dY1. Further, it can be said that the coordinates reached by the light 201 emitted from the optical fiber 6 are dX1 and dY1.
  • the luminous flux 200 emitted in the ⁇ X axis direction is focused by the lens 1 according to the inclination of the output end face of the optical fiber 6, and proceeds to the light receiving element 2. Then, the light is incident on the light receiving element 2 arranged so as to be displaced by dX1 in the X-axis direction and dY1 in the Y-axis direction with respect to the optical center 10, and is received by the light receiving unit 20.
  • FIG. 5A and 5B are schematic views of the light receiving element module according to the first embodiment
  • FIG. 5A is a view of FIG. 4A viewed from the Y-axis direction
  • FIG. 5B is FIG. 4 (b). It is a figure which a) was seen from the X-axis direction.
  • the light receiving element module 100 the light receiving element 2 is arranged so as to be offset by dX1 in the ⁇ X axis direction and dY1 in the ⁇ Y axis direction with respect to the optical center 10.
  • the optical axis 202 passes through the optical center 10. Since the optical fiber 6 is inclined in the ⁇ X axis direction, the light 201 is emitted in the ⁇ X axis direction with respect to the optical center 10. The light 201 enters the light receiving element 2 at an angle ⁇ 1 (x) and is reflected at an angle ⁇ 1 (x). The light 201 reflected by the light receiving element 2, that is, the reflected return light passes through the outside of the opening 11, and therefore does not enter the optical fiber 6.
  • the light 203 indicates a light flux incident on the opening 11 of the lens 1.
  • the light 204 emitted to the outside of the opening 11 of the lens 1 is not focused on the lens 1. Therefore, the region of the light 204 on the ⁇ X axis side is close to the light 201 and has a high light intensity, but does not enter the light receiving element 2.
  • the light receiving element 2 By arranging the light receiving element 2 with the offset amounts dX1 and dY1 shifted from the optical center 10, it is possible to suppress the reflected return light to the optical fiber 6 and improve the combined light amount to the light receiving element 2. If the total offset amount, that is, the total of dX1 and dY1 is made too large, the region of the light 204 becomes large, so that the amount of light is lost and the amount of light coupled to the light receiving element 2 becomes small.
  • the combined light amount refers to the amount of light emitted from the optical fiber 6 that is focused by the lens 1 and incident on the light receiving element 2.
  • the optical axis 202 passes through the optical center 10 in FIG. 5 (b).
  • the light 201 is emitted toward the + Y-axis side with respect to the optical center 10, enters the light receiving element 2 at an angle ⁇ 1 (y), and is reflected at an angle ⁇ 1 (y).
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the optical characteristics of the lens according to the first embodiment and the incident angle at the focal point.
  • Point C indicates the exit point (light point) of the optical fiber 6
  • point D indicates the focal point of the lens 1.
  • the light 205 indicates an arbitrary light beam in the luminous flux emitted from the point C whose optical axis is the optical axis 202.
  • the light 205 is a light beam having an emission angle of ⁇ 2.
  • the optical center 10 of the lens 1 coincides with the intersection of the Z axis and an arbitrary axis perpendicular to the Z axis. Any axis perpendicular to the Z axis coincides with the optical optical axis plane of the lens 1.
  • a be the height from the optical axis plane of the lens 1 to the point C, and a'be the height from the optical axis of the lens 1 to the point C.
  • a' is the amount of deviation of the point C, that is, the amount of offset of the optical fiber 6.
  • the height from the optical optical axis plane to the point D is b, and the optical center 10 to the point D of the lens 1 is b'.
  • b' is the amount of deviation of the point D, that is, the amount of offset of the light receiving element 2.
  • a / b is an optical characteristic, that is, an optical magnification.
  • the light 205 is incident on the light receiving element 2 at an angle ⁇ 3.
  • the light 205 is reflected by the light receiving element 2 at an angle ⁇ 3.
  • the light 205 reflected by the light receiving element 2 is the reflected return light.
  • the light 205 reflected by the light receiving element 2 is incident on the opening 11 of the lens 1, it is condensed by the lens 1 and incident on the optical fiber 6.
  • the angle ⁇ 3 is set so that the reflected return light passes through the region outside the opening 11 of the lens 1.
  • A, a', b, and b' are obtained so that the angle ⁇ 3 satisfying this condition is obtained, and the light receiving element 2 is arranged.
  • the light 204 emitted from the output end surface of the optical fiber 6 to the outside of the opening 11 of the lens 1 is reduced, and the light receiving element 2 or the light receiving element 2 or
  • the offset amounts dX1 and dY1 of the light receiving element 2 are set so that the light 201 reflected by the light receiving unit 20 does not enter the opening 11 of the lens 1 at an angle ⁇ 3.
  • FIG. 7 is a relationship diagram showing the amount of optical aberration with respect to the incident angle at the center of intensity of the lens 1 according to the first embodiment, the vertical axis shows the amount of optical aberration, and the horizontal axis shows the incident angle of light 201 with respect to the X axis.
  • the amount of optical aberration can be treated as the focusing diameter of the light 203 with respect to the light receiving element 2, and the angle of incidence of the light with respect to the X axis can be treated as synonymous with the amount of offset dX1.
  • the optical aberration amount when the incident angle is 4 °, the optical aberration amount is about 0.3 wavelength, but when the incident angle is 8 °, the optical aberration amount is about 0.9 wavelength. Since the amount of coupled light decreases as the focusing diameter with respect to the light receiving element 2 increases, the amount of combined light with respect to the light receiving element 2 decreases as the offset amount dX1 increases.
  • FIG. 8 is a relationship diagram showing the amount of coupled light with respect to the arrangement position of the light receiving element according to the first embodiment, where the vertical axis represents the X axis and the horizontal axis represents the Y axis. Although not shown in FIG. 8, the position where each of the X-axis and the Y-axis is 0 mm is the optical center 10 of the lens 1.
  • FIG. 8 is an example of simulation results when an optical fiber 6 having an output end face inclination of 0.6 ° is used.
  • the combined light amount in the A1 region is 0.995-1 (relative value when the combined light amount when all the light 203 is received by the light receiving unit 20 excluding the surface reflected light amount of each optical component is 1.
  • the combined light intensity of the region excluding the A1 region from the A2 region, that is, the donut-shaped region outside the A1 region is 0.99-0.995
  • the region excluding the A2 region from the A3 region that is, the region outside the A2 region.
  • the amount of combined light in the donut-shaped region is 0.985 to 0.99
  • the amount of combined light in the region outside the A3 region in FIG. 8 is 0.98 to 0.985.
  • the combined light amount of the light receiving element module 100 is 0. It is 995-1.
  • the light 201 emitted from the optical fiber 6 is directed in the ⁇ X-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 8, the region having the largest amount of combined light is in the ⁇ X-axis direction. It shifts. Further, the shape of the ellipse on the ⁇ X axis side (lower half in the figure) is laterally extended as compared with the + X axis side of the ellipse (upper half in the figure).
  • the curvature on the ⁇ X axis side is gentler than the curvature on the + X axis side of the ellipse, and the comet shape is asymmetrical between the + X axis side and the ⁇ X axis side.
  • the combined light amount is likely to decrease as compared with the case where the light receiving element 2 is shifted to the + X axis side. Further, it can be seen that when the light receiving element 2 is shifted to the X-axis side, the combined light amount is likely to decrease as compared with the case where the light receiving element 2 is shifted to the Y-axis side.
  • the combined light amount decreases toward the + X-axis direction because the region of the light 204 on the light 201 side becomes larger due to the larger offset amount, and the light amount is lost.
  • the reason why the amount of coupled light decreases toward the ⁇ X-axis direction is that the light 203 incident on the light receiving element 2 is blurred or distorted due to the influence of optical aberration, so that the light 203 received by the light receiving unit 20 This is because the amount of light in the light has decreased.
  • the region where the combined light amount is reduced on the ⁇ Y-axis side is due to the loss of the light amount due to the light 204 and the influence of optical aberration.
  • the offset amount dX1 of the light receiving element 2 is 0.26, that is, when the light receiving element 2 is shifted by 0.26 mm only in the ⁇ X axis direction with respect to the optical center 10 of the lens 1, the coupled light amount. Is 0.98-0.985.
  • the total offset amount is the same, when the offset amount dX1 is 0.16 and dY1 is 0.1, the combined light amount is 0.995-1.
  • the total optical aberration amount is compared when the offset amount is shifted in both the X-axis direction and the Y-axis direction than when the offset amount is shifted only in the X-axis direction. It becomes smaller and the amount of light coupled to the light receiving element 2 can be improved.
  • the expansion of the focusing diameter to the light receiving element 2 is suppressed, that is, while maintaining a high coupled light amount.
  • the total amount of offset of the light 203 emitted from the optical fiber 6 with respect to the optical center 10 of the lens 1 can be increased.
  • FIG. 9 is a relationship diagram showing the reflected return light with respect to the arrangement position of the light receiving element according to the first embodiment, where the vertical axis shows the X axis and the horizontal axis shows the Y axis.
  • the position where each of the X-axis and the Y-axis is 0 mm is the optical center 10 of the lens 1. Similar to FIG. 8, this is an example of a simulation result when an optical fiber 6 having an output end face inclination of 0.6 ° is used.
  • the reflected return light in the B1 region is 0.8-1 (relative value of the reflected return light with respect to the light 203 when the case where there is no reflected return light in the optical fiber 6 is 0, the same applies hereinafter), B2.
  • the reflected return light of the region excluding the B1 region from the region, that is, the donut-shaped region outside the B1 region is 0.6-0.8
  • the region excluding the B2 region from the B3 region that is, the donut-shaped region outside the B2 region.
  • the reflected return light of is 0.4-0.6
  • the reflected return light of the region excluding the B3 region from the B4 region that is, the donut-shaped region outside the B3 region is 0.2-0.4
  • the reflected return light in the outer region is 0-0.2.
  • the relative return light reflected by the light receiving element module 100 is relative to each other.
  • the value is 0.8-1.
  • the region with a large amount of reflected return light shifts in the ⁇ X axis direction with respect to the optical center 10 of the lens 1.
  • the shape is symmetrical in the + X-axis direction and the ⁇ X-axis direction.
  • FIG. 10 is a relationship diagram showing the arrangement position of the light receiving element according to the first embodiment, the amount of coupled light, and the reflected return light, and is a diagram in which FIGS. 8 and 9 are superimposed.
  • the vertical axis represents the X-axis and the horizontal axis represents the Y-axis.
  • the intersection of the X-axis and the Y-axis is the optical center 10 of the lens 1.
  • the region 400 inside the A1 region in FIG. 8 and outside the B4 region in FIG. 9 is a region in which the amount of combined light to the light receiving element 2 is larger and the reflected return light to the optical fiber 6 is smaller. Is shown.
  • the values of the offset amounts dX1 and dY1 are selected so as to be the positions indicated by the region 400 and the light receiving element 2 is arranged at the positions, a higher combined light amount to the light receiving element 2 can be obtained and the light can be obtained. It can be a lower reflected return light to the fiber 6.
  • the lens 1 that collects the light emitted from the inclined output end surface of the optical fiber 6 in the light guide body and the light receiving element 2 that receives the light collected by the lens 1 are provided, and the output end surface is provided.
  • the point farthest from the light receiving element 2 and the point closest to the light receiving element 2 are projected onto a plane perpendicular to the optical axis of the lens 1, and the direction connecting the projected points is defined as the first axis.
  • the axis orthogonal to the optical axis of the lens 1 is the second axis
  • the light receiving element 2 is arranged at positions shifted in the first axis direction and the second axis direction with respect to the optical center 10 of the lens 1. is there.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the light receiving element module according to the second embodiment, and those having the same reference numerals as those of the first embodiment show the same or corresponding configurations.
  • the light receiving element module 110 includes a plurality of lenses 1, a plurality of light receiving elements 2 arranged on the stem 5, a collimator lens 7, and a demultiplexer 8.
  • the light receiving element module 110 is, for example, a multi-wavelength light receiving element module, and is used for optical communication in which light of four wavelengths is mixed.
  • the collimator lens 7 converts the luminous flux 200 emitted from the optical fiber 6 into the collimator light 300.
  • the demultiplexer 8 separates the collimator light 300 for each wavelength, for example, four wavelengths of light 210a, 210b, 210c, 210d (hereinafter collectively referred to as "light 210").
  • the light receiving element module 110 includes a plurality of lenses 1 and a plurality of light receiving elements 2 for each light 210 separated by the demultiplexer 8. In FIG. 11, since the wavelengths are separated into four wavelengths, four lenses 1 and four light receiving elements 2 are arranged.
  • the coordinates reached by the light 211 (not shown in FIG. 11) indicating the intensity center of the light 210a are set with respect to the optical center 10a (not shown in FIG. 11) of the lens 1a.
  • the light receiving element 2a may be arranged by shifting dX3a in the X-axis direction and dY3a in the Y-axis direction. The same applies to the light receiving elements 2b to d.
  • the plurality of light receiving elements 2a to 2d are arranged on the stem 5.
  • the collimator lens 7 in which the light beam 200 emitted from the output end surface of the optical fiber 6 is incident and the light beam 200 is converted into the collimator light 300 and the collimator light 300 are incident and the collimator light 300 is incident.
  • a demultiplexer 8 for separating the separated light 210 into a plurality of light 210 having different wavelengths, the plurality of lenses 1 condense the separated plurality of light 210 for each wavelength, and the plurality of light receiving elements 2 are used. It receives the light 210 focused by the lens 1.
  • the light receiving element modules 100 and 110 may include the optical fiber 6 as a component.
  • the optical fiber 6 may be referred to as a light receiving portion of the light receiving element modules 100 and 110.
  • the light input portion constitutes an end portion of the light guide body and has an inclined output end face.
  • the optical fiber 6 as the light input portion of the light receiving element modules 100 and 110 does not necessarily have to be integrated with the light guide body body used for optical communication or the like, and is different if it is optically bonded in the installed state. It may be a body.
  • the light receiving element modules 100 and 110 may not be provided with the light input unit, but may be provided with only a fixing portion for fixing the output end surface of the light input unit in a predetermined direction and position, but the inclined end surface of the light input unit may be provided. From the viewpoint of positioning accuracy, it is more preferable to package the light receiving portion.
  • the output end of the light guide unit is an optical fiber 6
  • the present invention is not limited to this, and a semiconductor laser or the like having the same function as the optical fiber 6 may be used as the output end.
  • the light receiving element 2 is displaced from the optical center 10 of the lens 1 in the ⁇ X axis direction and the ⁇ Y axis direction, and the optical fiber 6 is displaced in the + X axis direction and the + Y axis direction accordingly.
  • the light receiving element 2 may be displaced in the ⁇ X axis direction and the + Y axis direction, and the optical fiber 6 may be displaced in the + X axis direction and the ⁇ Y axis direction. That is, the light receiving element 2 may be arranged so that the position vector of the light receiving element 2 having the optical center 10 of the lens 1 as the origin has not only the tilting direction component but also the orthogonal direction component in the tilting direction in the XY plane.
  • the condensing power of the light 203 can be divided into the lenses 1 and 3, and the influence of the optical aberration on the optical optical axis surface of the lens 1 can be divided, but only the lens 1 can be provided.
  • the lens 3 can be omitted when the influence of the optical aberration, for example, the decrease in the amount of coupled light to the light receiving element 2 and the amount of reflected return light to the optical fiber 6 can be balanced.
  • a configuration having the lens 3 between the lens 1 and the light receiving element 2 is more preferable.
  • At least one of the lenses 1 and 3 may be a spherical lens.
  • the spherical lens may be an unprocessed spherical lens. , Cost reduction can be achieved.
  • the light receiving element 2 may be arranged so as to be displaced in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the optical center of the lens 3.
  • the region 400 in the lens 3 may be obtained, and the values of the offset amounts dX2 and dY2 may be selected.
  • the lens 3 may be arranged directly above the center position of the light receiving element 2 in order to give priority to ease of manufacture.
  • the optical center of the lens 3 may be arranged so as to be offset from the center position of the light receiving element 2 in at least one of the X-axis direction and the front Y-axis direction.
  • the amount of optical aberration can be minimized by setting the offset amounts dX2 and dY2 of the lens 3 to 0, respectively. That is, the optical center of the lens 3 may be arranged so as to coincide with the center position of the light receiving element 2.
  • the lens 3 is not limited to being formed directly on the light receiving element 2, and may be a separate body. However, since the structure is complicated, for example, it is better to bond the lens 3 manufactured separately on the light receiving element 2.
  • the offset amounts dX1 and dY1 may be set in consideration of the light collecting characteristics of the lens 3, and the light receiving element 2 may be arranged.
  • cap 4 and the stem 5 are separate bodies, they may be integrated.
  • the stem 5 is formed with a notch indicating the inclination direction of the output end surface of the optical fiber 6, the installation direction of the optical fiber 6 can be confirmed even when the light receiving element 2 is not arranged on the stem 5.

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Abstract

本開示は、導光体における出力端６の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズ１と、第１のレンズ１によって集光された光を受光する受光素子２と、を備え、出力端面において受光素子２から最も離れた点Ｓ及び最も近い点Ｔを、第１のレンズ１の光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、第１軸及び前記第１のレンズ１の光軸と直交する軸を第２軸としたとき、受光素子２は、第１のレンズ１の光学中心１０に対して第１軸方向及び第２軸方向にずらした位置に配置される。

Description

受光素子モジュール
　本開示は、受光素子モジュールに関するものである。
　受光素子モジュールは、例えば斜めに切断した端面をもつ光ファイバと、光ファイバから出た光を集光するためのレンズと、レンズによって集光された光を受光するための受光素子チップとを含む。光ファイバの傾斜端面の最下点をＳ、最上点をＴとし、ファイバ端面からの斜め出射角をα、受光素子チップとレンズ中心の距離をＬとしたとき、チップ中心Ｏをレンズ中心Ｈよりもファイバ端面の最下点Ｓの方向にＬｔａｎαだけ軸直角方向にずらし、ファイバ中心Ｑをレンズ中心よりもファイバ端面の最下点Ｓと反対の方向に軸直角方向よりずらした受光素子モジュールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０－２７４７２８号公報
　近年、通信速度の高速化により、受光素子の受光径が１０μｍ程度と小さくなってきている。それに伴い、導光体の出力端、例えば光ファイバから出た光をより強く集光して、受光素子への集光径を小さくする必要があった。
　しかしながら、特許文献１の技術では、レンズの光軸に対して受光素子の中心（光学中心位置又は光軸位置）のオフセット量を大きくすることにより、導光体の出力端への反射戻り光を抑制することはできるが、１軸のみずらしているため、オフセット量による光学収差の影響により、受光素子への集光径が大きくなるという課題があった。すなわち、受光素子への結合光量が低下してしまうという課題があった。
　本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、導光体の出力端への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子への結合光量を向上できる受光素子モジュールを提供することを目的とする。
　本開示にかかる受光素子モジュールは、導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、前記第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、前記出力端面において前記受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、前記第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、前記第１軸及び前記第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸としたとき、前記受光素子は、前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向及び前記第２軸方向にずらした位置に配置されるものである。
　本開示によれば、導光体の出力端への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子への結合光量を向上できる。
実施の形態１にかかる受光素子モジュールの概略断面図。 実施の形態１にかかる受光素子の概略構成図。 実施の形態１にかかる受光素子モジュールを説明する模式図。 実施の形態１にかかる光学部品の概略構成図。 実施の形態１にかかる受光素子モジュールの模式図。 実施の形態１にかかるレンズの光学特性と焦点での入射角度との関係を示す図。 実施の形態１にかかるレンズ１の強度中心の入射角に対する光学収差量を示す関係図。 実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する結合光量を示す関係図。 実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する反射戻り光を示す関係図。 実施の形態１にかかる受光素子の配置位置と、結合光量及び反射戻り光とを示す関係図。 実施の形態２にかかる受光素子モジュールを示す概略構成図。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールの概略断面図である。受光素子モジュール１００は、集光機能を有する第１のレンズ（以下、「レンズ１」という）、及びレンズ１で集光された光を受光する受光部２０を有する受光素子２を備える。受光素子モジュール１００は、さらに、受光素子２上に一体に形成され、集光機能を有した第２のレンズ（以下、「レンズ３」という）、レンズ１を固定するキャップ４、及びキャップ４が組み付けられる台座であるステム５を備える。レンズ３は、レンズ１によって集光された光を集光する。
　レンズ１は、レンズ固定用のキャップ４に組み付けられ、固定される。レンズ１が固定されたキャップ４が、ステム５に組み付けられることによって、レンズ１はステム５上の所定の位置に配置される。
　レンズ１は、導光体における出力端（例えば光ファイバ６）から出射された光束２００を集光する。光束２００は、光ファイバ６から出射された光束のうち、強度分布のピークである強度中心に該当する光２０１（図１には図示せず）を中心に広がる光束を示す。
　光ファイバ６は、受光素子２により反射した光束２００が光ファイバ６に入射し、光ファイバ６内を伝搬しないように、出力端面が斜めに研磨されたものが使用される。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、レンズ１の光軸に垂直な平面に対し、傾斜している。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、受光素子２から最も離れた最上点及び最も近い最下点に向かう方向に傾斜している。
　受光素子モジュール１００と光ファイバ６との相対位置は、光ファイバ６から出射された光束２００が受光素子２に効率よく結合するよう、別途調整及び固定されて使用される。その詳細は後述する。以下、受光素子モジュール１００及び光ファイバ６を合わせて光学部品と記す場合がある。
　図２は、実施の形態１にかかる受光素子の概略構成図である。光ファイバ６から出射された光束２００は、レンズ３へ向かって進行し、レンズ３に集光される。レンズ３でさらに集光された光束２００は、受光素子２内の受光部２０へ向かって進行する。受光部２０は、光束２００が受光部２０上で最小集光径となるように、すなわちレンズ１及びレンズ３で集光され、受光部２０へ入射する光束２００のスポット径が最小となるように、受光素子２内に配置される。
　受光部２０は、受光した光束２００を電気に変換するフォトダイオードを有する。受光部２０は、光束２００を伝送したい通信データに変調することによって、通信データの電気信号を得ることができる。
　図３は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールを説明する模式図である。図３に示す受光素子モジュールは、レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置される。
　レンズ１の光学的な中心をレンズ１の光学中心１０という。また、光学中心１０を通り、レンズ１の光軸に垂直な面を光学的光軸面という。図３に示すように、レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置された場合、光束２００の集光点、すなわち、受光素子２はレンズ１の光軸上に配置される。
　ここで、光ファイバ６の出力端面の最上点及び最下点を、レンズ１の光軸に垂直な平面、例えば光学的光軸面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸（以下、「Ｘ軸」という）とする。また、Ｘ軸及びレンズ１の光軸に直交する軸を第２軸（以下、「Ｙ軸」という）とする。
　Ｘ軸及びＹ軸の交点を、レンズ１の光学中心１０と一致させた場合、Ｚ軸はレンズ１の光軸と一致する。また、ＸＹ平面は、レンズ１の光学的光軸面となる。
　図３のＸ軸において、光ファイバ６の出力端面の最上点側を＋Ｘ軸方向、最下点側を－Ｘ軸方向とする。また、Ｚ軸において、光ファイバ６が設置されている方向を＋Ｚ軸方向、受光素子２が設置されている方向を－Ｚ軸方向とする。
　光ファイバ６の出力端面の最上点は＋Ｘ軸側、最下点は－Ｘ軸側に位置していることから、光ファイバ６の出力端面は、＋Ｘ軸方向から－Ｘ軸方向に向かう方向に傾斜している。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、－Ｘ軸方向に傾斜しているといえる。そのため、光２０１は、レンズ１の光学中心１０に対して－Ｘ軸側に進行した後、受光素子２へ入射する。ここで、光２０３は、光ファイバ６から出射された光束のうち、レンズの開口部１１に入射する光束を示す。光ファイバ６から出射された光束において、レンズ１の開口部１１に入射した光２０３は、レンズ１で集光され、受光素子２へ入射するが、開口部１１外に出射された光は、レンズ１で集光されないため、受光素子２へも入射しない。
　レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置された場合、レンズ１によって発生する光学収差は最も小さくなるため、受光素子２での集光径が最も小さくなる。すなわち、レンズ１の光軸及び光ファイバ６を一致させた場合、受光素子２に対する光束２００の結合が最良となる。ここで、光学収差とは、レンズ１で集光された光２０３が、受光素子２に入射する際に１点に集束せず、歪んだりぼやけたりすることを指す。
　一方、受光素子２及び受光部２０の少なくともいずれかが平面で形成されている場合、光２０１は、受光素子２に対して角度θ１で入射し、角度θ１で反射する。このことから、光２０１が入射する時の角度θ１が小さいと、反射した時の光２０１の角度θ１も小さくなる。これにより、反射した光２０１は、レンズ１の開口部１１に進行し、レンズ１で集光され、光通信の送信装置として用いられる半導体レーザ側に反射戻り光として導光されてしまう。
　このような反射戻り光を抑制するため、受光素子２に対する光２０１の入射角θ１を大きくすることにより、受光素子２で反射された光２０１の出射角θ１を大きくし、光ファイバ６に到達する光束２００を最小限とする。
　図４は、実施の形態１にかかる光学部品の概略構成図であり、図４（ａ）は、光学部品の配置を示す概略斜視図、図４（ｂ）は、光学部品の配置を示す概略上面図である。
　図４（ｂ）の矢印αは、光ファイバ６の傾斜方向を示す。上述のように、光ファイバ６の出力端面は－Ｘ軸方向に傾斜している。光ファイバ６から出射された光束２００は、光ファイバ６の出力端面の傾斜に従って、－Ｘ軸方向へ出射される。点Ｐは、レンズ１の光学的光軸面と光２０１との交点である。
　受光素子２は、レンズ１の光軸と垂直な平面において、光学中心１０に対し、Ｘ軸方向にｄＸ１、Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置される。ｄＸ１及びｄＹ１は、それぞれ受光素子２のオフセット量である。すなわち、図４（ｂ）において、受光素子２の位置ベクトルＤのＸ成分がｄＸ１、Ｙ成分がｄＹ１である。また、光ファイバ６から出射された光２０１が到達する座標が、ｄＸ１及びｄＹ１とも言える。
　上述のように、光ファイバ６の出力端面の傾斜に従って、－Ｘ軸方向へ出射された光束２００は、レンズ１で集光され、受光素子２へ進行する。そして、光学中心１０に対し、Ｘ軸方向にｄＸ１、Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置された受光素子２に入射し、受光部２０で受光される。
　図５は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールの模式図であり、図５（ａ）は、図４（ａ）をＹ軸方向から見た図、図５（ｂ）は、図４（ａ）をＸ軸方向から見た図である。受光素子モジュール１００において、受光素子２は、光学中心１０に対して－Ｘ軸方向ｄＸ１、－Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置される。
　図５（ａ）に示すように、光軸２０２は光学中心１０を通る。光２０１は、光ファイバ６が－Ｘ軸方向に傾斜しているため、光学中心１０に対して－Ｘ軸方向に出射される。光２０１は、角度θ１（ｘ）で受光素子２に入射し、角度θ１（ｘ）で反射する。受光素子２で反射した光２０１、すなわち反射戻り光は、開口部１１の外側を通るため、光ファイバ６へ入射しない。光２０３は、レンズ１の開口部１１に入射する光束を示す。
　レンズ１の開口部１１の外側に出射された光２０４は、レンズ１に集光されない。そのため、－Ｘ軸側の光２０４の領域は、光２０１に近く光強度も大きいが、受光素子２には入射しない。
　受光素子２を、光学中心１０に対してオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１ずらして配置することにより、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上させることはできるが、オフセット量の合計、すなわちｄＸ１及びｄＹ１の合計を大きくしすぎると、光２０４の領域が大きくなるため、光量を損失し、受光素子２への結合光量が小さくなる。ここで、結合光量とは、光ファイバ６から出射された光のうち、レンズ１で集光され、受光素子２へ入射した光の光量を指す。
　図５（ｂ）も図５（ａ）と同様に、光軸２０２は光学中心１０を通る。光２０１は、光学中心１０に対して＋Ｙ軸側に出射され、角度θ１（ｙ）で受光素子２に入射し、角度θ１（ｙ）で反射する。
　図６は、実施の形態１にかかるレンズの光学特性と焦点での入射角度との関係を示す図である。点Ｃは、光ファイバ６の出射点（光点）を示し、点Ｄは、レンズ１の焦点を示す。光２０５は、光軸を光軸２０２とする点Ｃから出射された光束内の、任意の光線を示す。光２０５は、出射角θ２の光線である。レンズ１の光学中心１０は、Ｚ軸と、Ｚ軸に垂直な任意の軸との交点と一致する。Ｚ軸に垂直な任意の軸は、レンズ１の光学的光軸面と一致する。
　レンズ１の光学的光軸面から点Ｃまでの高さをａ、レンズ１の光軸から点Ｃまでをａ’とする。ａ’は点Ｃのずれ量、すなわち光ファイバ６のオフセット量である。また、光学的光軸面から点Ｄまでの高さをｂ、レンズ１の光学中心１０から点Ｄまでをｂ’とする。ｂ’は点Ｄのずれ量、すなわち受光素子２のオフセット量である。ａ/ｂは、光学特性、すなわち光学倍率である。
　受光素子２に対して、光２０５は角度θ３で入射する。光２０５は、受光素子２によって角度θ３で反射する。受光素子２によって反射した光２０５は、反射戻り光である。受光素子２で反射した光２０５が、レンズ１の開口部１１に入射すると、レンズ１によって集光され、光ファイバ６へ入射する。
　そこで、受光素子モジュール１００では、光２０５を強度中心である光２０１としたとき、反射戻り光がレンズ１の開口部１１より外側の領域を通るように角度θ３を設定する。この条件を満たす角度θ３となるように、ａ、ａ’、ｂ、及びｂ’を求め、受光素子２を配置する。
　図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図６で説明したように、光ファイバ６の出力端面からレンズ１の開口部１１の外側に出射される光２０４を減らすとともに、受光素子２又は受光部２０で反射した光２０１がレンズ１の開口部１１に入射しない角度θ３となるように、受光素子２のオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１を設定する。
　図７は、実施の形態１にかかるレンズ１の強度中心の入射角に対する光学収差量を示す関係図であり、縦軸は光学収差量、横軸はＸ軸に対する光２０１の入射角を示す。光学収差量は、受光素子２に対する光２０３の集光径として、Ｘ軸に対する光の入射角は、オフセット量ｄＸ１と同義として扱うことができる。
　図７に示すように、Ｘ軸に対する光２０１の入射角が大きくなるほど、すなわち受光素子２のｄＸ１が大きくなるほど、光学収差量、すなわち集光径は２次関数的に大きくなる。例えば、図７において、入射角が４°の場合、光学収差量は約０．３波長であるが、入射角が８°の場合、光学収差量は約０．９波長となる。受光素子２に対する集光径が大きくなるほど結合光量が少なくなることから、オフセット量ｄＸ１が大きくなるほど、受光素子２への結合光量が少なくなる。
　図８は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する結合光量を示す関係図であり、縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。図８中に図示しないが、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれ０ｍｍとなる位置は、レンズ１の光学中心１０である。図８は、出力端面の傾斜が０．６°の光ファイバ６を用いた時のシミュレーション結果の一例である。
　図８において、Ａ１領域の結合光量は０．９９５－１（各光学部品の表面反射光量を除き、光２０３がすべて受光部２０で受光された場合の結合光量を１としたときの相対値、以下同様）、Ａ２領域からＡ１領域を除いた領域、すなわちＡ１領域外側のドーナツ状の領域の結合光量は０．９９―０．９９５、Ａ３領域からＡ２領域を除いた領域、すなわちＡ２領域外側のドーナツ状の領域の結合光量は０．９８５―０．９９、図８におけるＡ３領域の外側の領域の結合光量は０．９８―０．９８５である。
　図８において、例えばレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２をＸ軸方向に－０．２２ｍｍ、Ｙ軸方向に０．１ｍｍずらして配置した場合、受光素子モジュール１００の結合光量は０．９９５－１である。
　図５(ａ)で説明したように、光ファイバ６から出射された光２０１は－Ｘ軸方向に向かっているため、図８に示すように、結合光量が最も大きい領域は－Ｘ軸方向にずれる。また、楕円の＋Ｘ軸側（図中の上半分）に比べて、楕円の－Ｘ軸側（図中の下半分）の方が横に伸びた形状である。すなわち、楕円の＋Ｘ軸側の曲率と比較して、－Ｘ軸側の曲率のほうが緩やかであり、＋Ｘ軸側と－Ｘ軸側とで非対称な彗星形状となる。
　このことから、受光素子２を－Ｘ軸側にずらした場合は、＋Ｘ軸側にずらした場合と比較して、結合光量が低下しやすいことがわかる。また、受光素子２をＸ軸側にずらした場合は、Ｙ軸側にずらした場合と比較して、結合光量が低下しやすいことがわかる。
　ここで、図８において、＋Ｘ軸方向に向かうにつれて結合光量が減少しているのは、オフセット量が大きくなることによって、光２０１側の光２０４の領域が大きくなり、光量を損失しているためである。また、－Ｘ軸方向に向かうにつれて結合光量が減少しているのは、光学収差の影響で、受光素子２に入射した光２０３にぼやけ、歪み等が生じたため、受光部２０で受光する光２０３の光量が減少したためある。
　±Ｙ軸側で結合光量が減少している領域は、光２０４による光量の損失及び光学収差の影響によるものである。
　図７から、レンズ１の光学中心１０に対して、受光素子２をＸ軸方向のみにずらした場合、受光素子２への結合光量が２次関数的に少なくなることから、Ｘ軸方向のみにずらしただけでは、反射戻り光の抑制を維持したまま、受光素子２への結合光量を向上させることは難しいことがわかった。
　また、図８において、受光素子２のオフセット量ｄＸ１を０．２６とした場合、すなわちレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２を－Ｘ軸方向にのみ０．２６ｍｍずらした場合、結合光量は０．９８－０．９８５である。一方、オフセット量の合計が同じであっても、オフセット量ｄＸ１を０．１６、ｄＹ１を０．１とした場合、結合光量は０．９９５－１である。
　図７及び図８から、必要なオフセット量の合計が一定の場合、Ｘ軸方向のみにずらした場合よりも、Ｘ軸方向及びＹ軸両方にずらした場合のほうが、光学収差量の合計が比較的小さくなり、受光素子２への結合光量も向上できる。
　したがって、受光素子２を、光学中心１０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向両方にずらすことにより、受光素子２への集光径の拡大を抑えつつ、すなわち、高い結合光量を維持しつつ、光ファイバ６から出射された光２０３のレンズ１の光学中心１０に対するオフセット量の合計を大きくすることができる。
　図９は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する反射戻り光を示す関係図であり、縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。図９中に図示しないが、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれ０ｍｍとなる位置は、レンズ１の光学中心１０である。図８と同様に、出力端面の傾斜が０．６°の光ファイバ６を用いた時のシミュレーション結果の一例である。
　図９において、Ｂ１領域の反射戻り光は０．８―１（光ファイバ６に反射戻り光がなかった場合を０としたときの、光２０３に対する反射戻り光の相対値、以下同様）、Ｂ２領域からＢ１領域を除いた領域、すなわちＢ１領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．６―０．８、Ｂ３領域からＢ２領域を除いた領域、すなわちＢ２領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．４―０．６、Ｂ４領域からＢ３領域を除いた領域、すなわちＢ３領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．２―０．４、図９におけるＢ４領域外側の領域の反射戻り光は０－０．２である。
　図９において、例えばレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２をＸ軸方向に－０．２８ｍｍ、Ｙ軸方向に０．１ｍｍずらして配置した場合、受光素子モジュール１００の反射戻り光の相対値は０．８―１である。
　反射戻り光の多い領域は、レンズ１の光学中心１０に対して－Ｘ軸方向にずれる。ただし、結合光量と異なり、＋Ｘ軸方向と－Ｘ軸方向とで対称な形状となっている。
　図１０は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置と、結合光量及び反射戻り光とを示す関係図であり、図８及び図９を重ねた図である。縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。Ｘ軸及びＹ軸の交点は、レンズ１の光学中心１０である。
　図１０において、図８におけるＡ１領域の内側、及び図９におけるＢ４領域の外側である領域４００は、受光素子２への結合光量がより大きく、光ファイバ６への反射戻り光がより少なくなる領域を示している。
　すなわち、領域４００で示された位置となるようにオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１の値を選択し、受光素子２を当該位置に配置すれば、受光素子２へのより高い結合光量が得られるとともに、光ファイバ６へのより低い反射戻り光とできる。
　このように、導光体における光ファイバ６の傾斜した出力端面から出射された光を集光するレンズ１と、レンズ１によって集光された光を受光する受光素子２と、を備え、出力端面において受光素子２から最も離れた点及び最も近い点を、レンズ１の光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、第１軸及びレンズ１の光軸と直交する軸を第２軸としたとき、受光素子２は、レンズ１の光学中心１０に対して第１軸方向及び第２軸方向にずらした位置に配置されるものである。
　上述の構成により、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上できる。
実施の形態２．
　図１１は、実施の形態２にかかる受光素子モジュールを示す概略構成図であり、実施の形態１と同じ符号を付けたものは、同一又は対応する構成を示している。受光素子モジュール１１０は、複数のレンズ１、ステム５上に配置された複数の受光素子２、コリメータレンズ７、及び分波器８を備える。受光素子モジュール１１０は、例えば多波長受光素子モジュールであり、４つの波長の光が混合された光通信に用いられる。
　コリメータレンズ７は、光ファイバ６から出射された光束２００を、コリメータ光３００に変換する。
　分波器８は、コリメータ光３００を波長ごと、例えば４つの波長の光２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ（以下、合わせて「光２１０」という）に分離する。
　受光素子モジュール１１０は、分波器８によって分離された光２１０ごとに、複数のレンズ１及び複数の受光素子２を備える。図１１では、４つの波長に分離されるため、レンズ１及び受光素子２はそれぞれ４つずつ配置される。
　実施の形態１と同様に、光２１０ａの強度中心を示す光２１１（図１１には図示せず）が到達する座標を、レンズ１ａの光学中心１０ａ（図１１には図示せず）に対してＸ軸方向にｄＸ３ａ、Ｙ軸方向にｄＹ３ａずらして、受光素子２ａを配置すればよい。受光素子２ｂ～ｄも同様である。複数の受光素子２ａ～ｄは、ステム５上に配置される。
　このように、受光素子モジュール１１０は、光ファイバ６の出力端面から出射された光束２００が入射し、光束２００をコリメータ光３００に変換するコリメータレンズ７と、コリメータ光３００が入射し、コリメータ光３００を波長の異なる複数の光２１０に分離させる分波器８と、をさらに備え、複数のレンズ１は、分離された複数の光２１０をそれぞれ波長毎に集光し、複数の受光素子２は、レンズ１によって集光された光２１０を受光するものである。
　上述の構成により、分波器８によって分離された光２１０のそれぞれに対して、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上できる。
　なお、本開示において、受光素子モジュール１００、１１０に、構成要素として光ファイバ６を含んでもよい。その場合、光ファイバ６は受光素子モジュール１００、１１０の入光部と呼んでもよい。入光部は、導光体の端部を構成し、傾斜した出力端面を有するものである。受光素子モジュール１００、１１０の入光部としての光ファイバ６は、光通信等に用いられる導光体本体と必ずしも一体でなくてよく、設置された状態において光学的に接着されていれば、別体でもよい。
　また、受光素子モジュール１００、１１０に入光部を備えず、入光部の出力端面を所定の向き及び位置に固定するための固定部のみを備える構成でもよいが、入光部の傾斜端面の位置決め精度の観点からは、入光部を含めてパッケージされるのがより好ましい。
　また、導光部の出力端を光ファイバ６とする例を示したが、これに限られず、半導体レーザ等、光ファイバ６と同様の機能を有するものを出力端としてもよい。
　また、レンズ１の光学中心１０に対して、受光素子２を－Ｘ軸方向及び－Ｙ軸方向にずらして配置し、それに伴い光ファイバ６を＋Ｘ軸方向及び＋Ｙ軸方向にずらした例を示したが、例えば、受光素子２を－Ｘ軸方向及び＋Ｙ軸方向にずらすとともに、光ファイバ６を＋Ｘ軸方向及び－Ｙ軸方向にずらして配置してもよい。すなわち、レンズ１の光学中心１０を原点とする受光素子２の位置ベクトルが、ＸＹ平面において傾斜方向成分だけでなく傾斜方向の直交方向成分を有するように受光素子２を配置すればよい。
　また、レンズ１、３を備えることにより、光２０３の集光パワーをレンズ１、３に分割させ、レンズ１の光学的光軸面に対する光学収差の影響を分割させることができるが、レンズ１だけで光学収差による影響、例えば受光素子２への結合光量の低下及び光ファイバ６への反射戻り光量のバランスがとれる場合は、レンズ３を省略することも可能である。しかしながら、集光パワーを分割することにより、オフセット量に対する光学収差の影響を小さくできるため、レンズ１及び受光素子２の間にレンズ３を有する構成の方がより好ましい。
　また、レンズ１、３の少なくともいずれかを、球面レンズとしてもよい。レンズ１、３の曲面形状を加工し、光学収差を補正するものとすることによって、光学収差の影響を小さくできるが、加工が難しくなりコストがかかる。しかしながら、受光素子モジュール１００、１１０は、受光素子２の配置によって光学収差の影響による結合光量の低下を抑制しつつ、反射戻り光を低減できるため、加工を施していない球面レンズであってもよく、コストダウンが図れる。
　また、レンズ３を備える場合、受光素子２をレンズ３の光学中心に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にずらして配置してもよい。Ｘ軸方向のオフセット量をｄＸ２、Ｙ軸方向のオフセット量をｄＹ２とした時、レンズ３における領域４００を求め、オフセット量ｄＸ２及びｄＹ２の値を選択すればよい。ただし、ｄＸ２及びｄＹ２によるオフセット量が誤差の範囲内である場合には、製造の容易さを優先して受光素子２の中心位置の直上にレンズ３を配置すればよい。
　また、レンズ３のオフセット量ｄＸ２又はｄＹ２の一方のみによって反射戻り光が十分抑制される場合は、もう一方を０とした方が光学収差量は最小限に抑えられる。すなわち、レンズ３の光学中心は、受光素子２の中心位置に対し、Ｘ軸方向及び前Ｙ軸方向の少なくともいずれかにずらして配置すればよい。
　また、レンズ１のオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１によって、反射戻り光が十分抑制される場合、レンズ３のオフセット量ｄＸ２及びｄＹ２は、それぞれ０とした方が光学収差量は最小限に抑えられる。すなわち、レンズ３の光学中心は、受光素子２の中心位置と一致させて配置すればよい。
　また、レンズ３は、受光素子２上に直接形成されることに限定されず、別体であっても良い。ただし、構造が複雑化するため、例えば、別体で作製したレンズ３を受光素子２上に接着する形態とするほうが良い。
　また、レンズ３を有する場合には、レンズ３の集光特性を加味して、オフセット量ｄＸ１及びｄＹ１設定し、受光素子２を配置してもよい。
　また、キャップ４及びステム５を別体とする例を示したが、一体であってもよい。
　また、ステム５に光ファイバ６の出力端面の傾斜方向を示す切り欠きを形成すれば、ステム５上に受光素子２が配置されていない状態でも、光ファイバ６の設置方向を確認できる。
１、３　レンズ、２　受光素子、４　キャップ、５　ステム、６　光ファイバ、
７　コリメータレンズ、８　分波器、１０　光学中心、１１　開口部、２０　受光部、
１００、１１０　受光素子モジュール、２００　光束、
２０１、２０３、２１０、２１１　光、２０２　光軸、３００　コリメータ光、
４００　領域。

Claims (8)

  1. 　導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、
    　前記第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、
    　前記出力端面において前記受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、前記第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、前記第１軸及び前記第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸としたとき、前記受光素子は、前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向及び前記第２軸方向にずらした位置に配置される、
    受光素子モジュール。
  2. 　前記第１のレンズは、球面レンズである、
    請求項１に記載の受光素子モジュール。
  3. 　前記第１のレンズ及び前記受光素子の間に、前記第１のレンズによって集光された光を集光する第２のレンズを備える、
    請求項１又は請求項２に記載の受光素子モジュール。
  4. 　前記第２のレンズは、前記受光素子上に一体に形成される、
    請求項３に記載の受光素子モジュール。
  5. 　前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置に対し、前記第１軸及び前記第２軸の少なくともいずれかにずらして配置される、
    請求項３又は請求項４に記載の受光素子モジュール。
  6. 　前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置と一致させて配置される、
    請求項３又は請求項４に記載の受光素子モジュール。
  7. 　前記導光体における出力端であり、傾斜した前記出力端面を有する入光部を備える、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
  8. 　前記出力端面から出射された光をコリメータ光に変換するコリメータレンズと、
    　前記コリメータ光を波長の異なる複数の光に分離させる分波器と、を備え、
    　複数の前記第１のレンズは、分離された前記複数の光をそれぞれ波長毎に集光し、
    　複数の前記受光素子は、前記第１のレンズによって集光された光を受光する、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
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