WO2021251043A1 - 光学部品、及びこれを用いた光モジュール - Google Patents

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WO2021251043A1
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optical component
lens
center
optical axis
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康之 近藤
淳也 小方
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アルプスアルパイン株式会社
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    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • the present invention relates to an optical component and an optical module using the optical component.
  • Modules equipped with optical components for optical communication are becoming smaller and more multi-channel.
  • the arrangement interval between the channels is narrow, and it is necessary to make the width of the optical component used in each channel smaller than the height.
  • An object of the present invention is to provide a configuration in which optical components used in optical communication are miniaturized and stability at the time of mounting can be obtained.
  • the optical component is A rectangular parallelepiped transparent body whose height ratio to width is greater than 1 in the plane orthogonal to the optical axis.
  • the optical components used in optical communication are miniaturized, and the stability when mounting the optical components is improved.
  • the size of the optical module using this optical component is also reduced, and the reliability of operation is improved.
  • FIG. 1 is a side view of a general lens used as an optical component.
  • FIG. 1A is a schematic view seen in a vertical cross section
  • FIG. 1B is an optical path diagram including an optical axis OA and a lens center of gravity.
  • the center of gravity of the lens is indicated by a cross mark.
  • the traveling direction of the light is the X direction
  • the height direction of the lens is the Z direction
  • the direction orthogonal to the X direction and the Z direction is the Y direction.
  • the lens has a bottom A, a top B, and a lens LN.
  • the lens is picked up at the upper portion B, carried to the mounting position, and fixed at the mounting position at the bottom portion A.
  • the lens unit LN is a convex lens in this example, and collimates the incident laser beam at the mounting position.
  • the center of gravity of the lens shifts forward along the optical axis OA, that is, to the light emitting side.
  • the center of gravity of the lens indicated by the cross mark is deviated in the + X direction from the perpendicular line Lper toward the optical axis OA from the center C1 of the bottom A.
  • the line segment connecting the center C1 of the bottom A and the center of gravity of the lens is tilted forward (+ X direction) from the perpendicular line Lper by the angle ⁇ off.
  • the lens tends to tilt forward (+ X direction) in the thickness direction.
  • the lens portion is provided on the back surface of the lens, that is, on the incident side of the laser beam, the lens tends to tilt backward (in the ⁇ X direction) depending on the position of the center of gravity of the lens.
  • the width of the lens (size in the Y direction) is narrowed in addition to the thickness of the lens for miniaturization, the fixed area of the bottom A becomes small, and it becomes difficult for the lens to stand on its own when the lens is mounted. If the center of gravity of the lens is deviated, the lens may be fixed while being tilted at an angle.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an optical transmitter 1 to which the optical component 10 of the embodiment is applied.
  • the optical transmitter 1 includes a digital signal processor (DSP) 2, an optical module 5, and a combiner 6.
  • DSP digital signal processor
  • the optical module 5 is a front-end module for optical transmission, and is formed as a 4-channel optical transmission module in this example. Solid arrows represent electrical signals and dashed arrows represent optical signals.
  • the optical module 5 has a driver circuit DRV provided for each channel, a laser diode (LD) as a light source, and an optical component 10.
  • the driver circuit DRV generates a drive signal for driving the LD based on the modulation data signal generated by the DSP 2.
  • the LD is designed to have different wavelengths ⁇ 0 to ⁇ 3, and outputs a modulated optical signal according to the input drive signal.
  • Optical components 10-1 to 10-4 are arranged corresponding to each of the plurality of LDs.
  • the optical components 10-1 to 10-4 are arranged individually rather than being integrated into the array. This is because the optical loss can be minimized in a narrow space by individually adjusting the positions and orientations of the optical components 10-1 to 10-4 according to the arrangement accuracy of the LD.
  • the light of each wavelength collimated or focused by the optical components 10-1 to 10-4 is combined by the combiner 6.
  • the light combined by the combiner 6 is input to, for example, an optical fiber and transmitted to a server or the like in a data center.
  • the optical components 10-1 to 10-4 are schematically drawn as a square box, but in reality, the optical components 10-1 to 10-4 have a vertically long shape in which the width in the channel arrangement direction and the thickness in the optical axis direction are reduced. Have.
  • the optical component 10 needs to be stable by itself. In the following embodiments, the configuration of small and stable optical components will be described.
  • FIG. 3 shows the optical component 10 of the first embodiment.
  • 3A is an optical path diagram
  • FIG. 3B is a front view seen from the traveling direction (X direction) of light
  • FIG. 3C is a perspective view. Similar to FIG. 1, the traveling direction of light is the X direction, the height direction of the optical component 10 is the Z direction, and the direction orthogonal to the X direction and the Z direction is the Y direction.
  • the Y direction is a direction along the width of the optical component 10.
  • the optical component 10 has a vertically long transparent body 110 and a lens 15 provided on at least one of the light emitting side and the light incident side of the transparent body 110.
  • the transparent body 110 and the lens 15 form a lens body 100.
  • the transparent body 110 has a rectangular parallelepiped shape in which the ratio of height to width is larger than 1 in a plane orthogonal to the optical axis OA. As an example, when the width of the transparent body 110 is set to 0.6 mm or less, the height of the lens body 100 is 1.0 mm.
  • the lens body 100 has a bottom portion 11 and a top portion 12.
  • the bottom portion 11 has a first surface 115 that serves as an installation surface for the optical component 10.
  • the upper portion 12 has a second surface 125 located on the opposite side of the first surface 115.
  • the upper portion 12 is held by vacuum suction, mechanical chucking, etc., and is carried to a predetermined mounting position. The position, angle, and the like of the optical component 10 with respect to the LD are finely adjusted at the mounting position.
  • the optical component 10 is fixed to the substrate or the like on the first surface 115. More specifically, the optical component 10 is fixed to a substrate or the like by a flat contact surface 115a included in the first surface 115.
  • the lens 15 is provided between the bottom 11 and the top 12, and collimates the incident light from the LD with parallel light. Alternatively, the shape of the lens 15 may be adjusted to collect the incident light at a predetermined position.
  • the width and height of the lens body 100 are set to 0.6 mm ⁇ 1.0 mm, the radius of the lens 15 is, for example, 0.27 mm to 0.28 mm.
  • the shape of the lens body 100 is asymmetrical in the optical axis direction, that is, it has different cross-sectional shapes on the light emitting side and the light incident side.
  • an optical component having a reduced thickness in the optical axis direction and asymmetrical along the optical axis tends to have its center of gravity shifted in the optical axis direction and to tip over.
  • the center of gravity of the lens body 100 (indicated by a cross mark) and the center of the contact surface 115a of the optical component 10 are located on the same perpendicular line. Designed to do.
  • the center of gravity of the lens body 100, the center C1 of the contact surface 115a, and the center C2 of the upper portion 12 are located on the same vertical line.
  • the second surface 125 of the upper portion 12 has a flat surface 125a used for vacuum suction or the like.
  • the center of gravity of the lens body 100 is located on a perpendicular line connecting the center C1 of the contact surface 115a of the bottom portion 11 and the center C2 of the flat surface 125a of the upper portion 12.
  • the lens body 100 may have a first extending portion 111 protruding in the optical axis direction at the bottom portion 11.
  • the first extending portion 111 may be formed over the entire width direction of the bottom portion 11.
  • the amount of protrusion of the first extending portion 111 in the optical axis direction may be uniform over the width direction. As a result, the bottom area is increased and the optical component 10 is stabilized.
  • a second extending portion 121 protruding in the optical axis direction may be provided on the upper portion 12 of the lens body 100.
  • the second extending portion 121 may be formed with a constant protrusion amount over the entire width direction of the upper portion 12.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the parameters of the optical component 10. This figure is a vertical cross-sectional view of the optical component 10 along the optical axis OA.
  • the lens body 100 has a center of gravity COM on the optical axis OA.
  • the size of the first surface 115 of the bottom portion 11 in the optical axis direction is d12, and the size of the contact surface 115a in the optical axis direction is d11.
  • d11 is greater than 1/2 of d12.
  • d11 is 0.33 mm to 0.35 mm.
  • FIG. 4 shows the ideal shape of the optical component 10, and the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center of gravity COM and the center C1 of the contact surface 115a coincide with each other.
  • the intersection of the perpendicular line Lper (see FIG. 1) from the center C1 of the contact surface 115a toward the optical axis OA and the optical axis OA coincides with the center of gravity COM.
  • the angle formed by the line connecting the center of gravity COM and the rear end 116 of the contact surface 115a with respect to the perpendicular line L1 is defined as the tilt angle ⁇ a.
  • the tilt angle ⁇ a correlates with the force acting from the surface on which the optical component 10 is mounted toward the front (+ X side) of the lens body 100.
  • the angle formed by the line connecting the center of gravity COM and the front end 117 of the contact surface 115a with respect to the perpendicular line L1 is defined as the tilt angle ⁇ b.
  • the tilt angle ⁇ b correlates with the force acting from the surface on which the optical component 10 is mounted toward the rear ( ⁇ X side) of the lens body 100.
  • the optical component 10 is not necessarily limited to this ideal shape.
  • the perpendicular line L1 and the line segment L2 may be displaced by a certain degree within an allowable range. This will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 5 shows an example of the parameters of the extension portion of the lens body 100.
  • FIG. 5 illustrates the second extending portion 121 of the upper portion 12, but when the upper portion 12 and the bottom portion 11 are formed vertically symmetrically with respect to the optical axis OA, the parameters of FIG. 5 are the same as those of the bottom portion 11. This applies to the first extension portion 111.
  • the second extending portion 121 continuously protrudes from the flat surface 125a of the upper portion 12 in the optical axis direction (+ X direction in this example).
  • the first extending portion 111 of the bottom portion 11 continuously protrudes from the contact surface 115a in the optical axis direction (see FIG. 4).
  • the height h of the second extending portion 121 is set to a height that does not easily chip, taking into consideration the overall dimensions of the lens body 100. For example, when the width and height of the lens body 100 are set to 0.6 mm ⁇ 1.0 mm, the height h of the second extending portion 121 is preferably 0.2 mm or more. The same applies to the height of the first extension 111 of the bottom 11.
  • the second extending portion 121 may have a bending surface 123 continuous from the flat surface 125a, a flat vertical surface 124 continuous with the bending curved surface 123, and an inclined surface 122 continuous with the vertical surface 124.
  • the second surface 125 is formed by the flat surface 125a and the curved surface 123.
  • the protrusion amount d13 of the second extending portion 121 in the X direction may be set to about half of the difference between d12 and d11 in FIG. As an example, d13 is 0.07 mm to 0.08 mm.
  • the inclination angle ⁇ of the inclined surface 122 from the Z direction is, for example, 40 ° to 50 °, and is set to 45 ° in the example of FIG.
  • a flat portion 126 may be provided between the second extending portion 121 and the lens 15.
  • the height d15 of the flat portion 126 is about 0.03 mm.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the optical component 10 within the margin of error.
  • the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center of gravity COM and the center C1 may be displaced within a predetermined range.
  • the perpendicular line L1 and the line segment L2 of the optical component 10 are displaced by an angle of 1 °.
  • the deviation angle between the perpendicular line L1 and the line segment L2 is 10% or less of the larger of the tilt angle ⁇ a and the tilt angle ⁇ b, it is within the permissible range, and the stability of the vertically long lens body 100 is maintained.
  • the deviation angle between the perpendicular line L1 and the line segment L2 is about half the difference between the tilt angle ⁇ a and the tilt angle ⁇ b.
  • (B) of FIG. 6 shows the deviation angle in the general lens configuration of FIG. 1 for comparison.
  • the deviation angle between the perpendicular line L1 and the line segment L2 is 2.3 °, and the center of gravity COM is tilted forward (in the X direction). This deviation angle exceeds 10% of the tilt angle ⁇ a, and stability is not ensured.
  • a perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM of the lens body 100 to the contact surface 115a of the bottom portion 11 and a line segment L2 connecting the center of gravity COM and the center C1 of the contact surface 115a are permitted. Within the range of the deviation angle, they almost match. As a result, the optical component 10 can be made to stand on its own at the mounting position, and the position adjustment or the angle adjustment can be performed stably.
  • the extension line of the perpendicular line L1 passes near the center of the flat surface 125a of the upper portion 12.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the optical component 10A of the second embodiment.
  • the optical component 10A is shown in a vertical cross section along the optical axis OA.
  • the optical component 10A has a first extending portion 111A and a second extending portion 121A on the back surface of the lens body 100A, that is, on the light incident side.
  • the first extending portion 111A is continuously formed in the ⁇ X direction from the contact surface 115a of the bottom portion 11.
  • the second extending portion 121A is continuously formed in the ⁇ X direction from the flat surface 125a of the upper portion 12.
  • the lens body 100A can be easily balanced in the optical axis direction and becomes stable. Since the first extension portion 111A and the second extension portion 121A are provided on the flat back surface opposite to the lens 15, the shapes of the first extension portion 111A and the second extension portion 121A are simplified and are not easily chipped. ..
  • the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM of the lens body 100A to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center C1 of the contact surface 115a and the center of gravity COM substantially match within a predetermined range.
  • the length d11 of the contact surface 115a in the optical axis direction is set to be larger than 1/2 of the length d12 of the first surface 115 in the optical axis direction.
  • the center of gravity COM is shifted to the back side of the lens body 100A as compared with the first embodiment.
  • the contact surface 115a is slightly forward of the lens body 100A so that the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM to the contact surface 115a coincides with the line segment L2 connecting the center C1 of the contact surface 115a and the center of gravity COM within a predetermined range. Be placed.
  • the flat surface 125a is arranged slightly forward of the lens body 100A on the second surface 125 of the upper portion 12A, and the extension line of the perpendicular line L1 is located near the center of the flat surface 125a of the second surface 125. Pass.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the optical component 10B of the third embodiment.
  • the optical component 10B is shown in a vertical cross section along the optical axis OA.
  • extension portions are provided on both the light emitting side (+ X direction) and the light incident side (-X direction) of the lens body 100B.
  • a first extending portion is composed of an extending portion 111Ba on the light emitting side and an extending portion 111Bb on the light incident side.
  • a second extending portion is composed of an extending portion 121Ba on the light emitting side and an extending portion 121Bb on the light incident side.
  • the extending portions 111Ba and 121Ba on the light emitting side are formed in a shape that does not conflict with the lens 15 and does not include an acute angle, and has a shape that is not easily chipped.
  • the extending portions 111Bb and 121Bb on the light incident side have a shape with few irregularities. This configuration is suitable when there is no space between the LD and the optical component 10B.
  • the amount of protrusion of the extending portion is dispersed on the light emitting side and the light incident side, the proportion of the contact surface 115a on the first surface 115 is high, and the fixed area at the time of mounting is large.
  • the flat surface 125a occupies a large proportion of the second surface 125, and the optical component 10B can be held with a strong suction force during transportation.
  • the first embodiment and the first embodiment show that the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM of the lens body 100B to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center of gravity COM and the center C1 of the contact surface 115a substantially coincide with each other within a predetermined range. It is the same as the second embodiment.
  • the optical component 10B can stably stand on its own even in a space narrow in the optical axis direction.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the optical component 10C of the fourth embodiment.
  • the optical component 10C is shown in a vertical cross section along the optical axis OA.
  • the bottom portion 11C of the lens body 100C has an extending portion protruding on both sides along the optical axis
  • the upper portion 12C has an extending portion protruding only on one side.
  • the first extending portion is composed of the extending portion 111Ca on the light emitting side and the extending portion 111Cb on the light incident side.
  • the extension portion 121C on the light incident side becomes the second extension portion.
  • the extension portion 111Ca on the light emitting side of the bottom portion 11C is formed in a shape that does not conflict with the lens 15 and does not include an acute angle, and has a shape that is not easily chipped.
  • the extending portions 111Cb and 121C on the light incident side have a shape with few irregularities. This configuration is suitable when there is no space between the LD and the optical component 10B.
  • the amount of protrusion of the extending portion is dispersed on the light emitting side and the light incident side, and a wide contact surface 115a is secured.
  • unevenness in the optical axis direction is minimized.
  • the optical component 10C can stably stand on its own even in a space narrow in the optical axis direction.
  • the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM of the lens body 100C to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center C1 of the contact surface 115a and the center of gravity COM substantially coincide with each other within a predetermined range. It is the same as the embodiment.
  • the optical component 10C can be held in a stable posture even when the lens body 100C is not vertically symmetrical with respect to the optical axis OA. Can be transported.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the optical component 10D of the fifth embodiment.
  • the optical component 10D is shown in a vertical cross section along the optical axis OA.
  • the optical component 10D only the bottom portion 11D has the first extending portion 111D.
  • the upper portion 12D has no unevenness in the optical axis direction. This configuration is suitable for gripping by the mechanical chucking 20.
  • the optical component 10D can be reliably gripped by the flat surface on the back surface (light incident side) of the lens body 100D and the flat surface on the front surface (lens side) of the upper portion 12D.
  • the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity COM of the lens body 100D to the contact surface 115a and the line segment L2 connecting the center C1 of the contact surface 115a and the center of gravity COM substantially coincide with each other within a predetermined range. It is the same as the embodiment.
  • the optical component 10D is easy to process because it has a simple shape while having self-supporting stability.
  • the lens 15 does not have to be arranged only on the light emitting side, and may be provided on the incident surface or may be provided on both the incident surface and the emitting surface. In either case, the perpendicular line L1 drawn from the center of gravity of the lens body to the contact surface at the bottom and the line segment L2 connecting the center of the contact surface and the center of gravity are configured to coincide within a predetermined range.
  • first to fifth embodiments can be combined with each other.
  • one or both of the bottom portion 11A and the top portion 12A of the lens body 100A may be provided with an extension portion protruding toward the light emitting side (+ X direction).
  • an extending portion is provided on the light incident side (-X method) to disperse the amount of protrusion in the optical axis direction. It is also good.
  • Optical transmitter 5 Optical module 10, 10-1 to 10-4, 10A to 10D Optical components 11, 11A to 11D Bottom 12, 12A to 12D Top 15 Lens 100, 100A to 100D Lens body 110 Transparent bodies 111, 111A, 111D 1st extension 115 1st surface 115a Contact surface 121, 121A, 121C 2nd extension 125 2nd surface 125a Flat surface COM Optical axis OA Optical axis L1 Vertical line from center of gravity to contact surface L2 Center of center of gravity and contact surface Line segment Lper Vertical line from the center of the contact surface in the optical axis direction C1 Center of the contact surface C2 Center of the flat surface

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Abstract

光通信で用いられる光学部品を小型化し、かつ光学部品の実装時の安定性を向上する。光学部品は、光軸と直交する面内で幅に対する高さの比が１より大きい直方体の透明体と、前記透明体の光出射側と光入射側の少なくとも一方に設けられるレンズとを有し、前記透明体と前記レンズとで形成されるレンズ本体は、平坦な接触面を含む第１面を有し、前記レンズ本体の重心から前記接触面へおろした垂線と、前記重心と前記接触面の中心を結ぶ線分は所定の範囲内で一致する。

Description

光学部品、及びこれを用いた光モジュール
　本発明は、光学部品、及びこれを用いた光モジュールに関する。
　ＩｏＴ（Internet of Things）やクラウドサービスの普及により、光ネットワークの通信量は急増を続けており、通信速度と品質のさらなる向上が求められている。一方で、光通信機器に対する小型化の要請から、通信モジュールに組み込まれる個々の光学部品や光電子部品にも、小型化と高密度化が求められている。
　光通信等で用いられる角型レンズの四隅に突出部を形成することで、レンズ実装面の面積を大きくし、設置時にレンズの接着固定を強固にする構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特許第５０７４０１７号
　光通信用の光学部品が搭載されるモジュールでは、小型化とともに、多チャンネル化が進んでいる。複数のチャネルが並列に配置される光トランシーバでは、チャネル間の配置間隔が狭く、各チャネルで用いられる光学部品の幅を、高さに比べて小さくする必要がある。
　光学部品全般の小型化にともなって細く絞られたビームが必要になり、レンズの短焦点化も求められている。その結果、光軸方向でもレンズを薄膜化する必要がある。幅と厚さが低減された縦長のレンズは不安定であり、傾きやすく、倒れやすい。
　本発明は、光通信で用いられる光学部品を小型化し、かつ実装時の安定性が得られる構成を提供することを目的とする。
　本開示のひとつの態様では、光学部品は、
　光軸と直交する面内で幅に対する高さの比が１より大きい直方体の透明体と、
　前記透明体の光出射側と光入射側の少なくとも一方に設けられるレンズと、
を有し、
　前記透明体と前記レンズとで形成されるレンズ本体は、平坦な接触面を含む第１面を有し、
　前記レンズ本体の重心から前記接触面へおろした垂線と、前記接触面の中心と前記重心を結ぶ線分は、所定の範囲内で一致する。
　上記の構成により、光通信で用いられる光学部品が小型化され、かつ光学部品の実装時の安定性が向上する。この光学部品を用いた光モジュールのサイズも低減され、動作の信頼性が向上する。
縦型レンズの問題点を説明する図である。 実施形態の光学部品を用いた光モジュールを含む送送信機の模式図である。 第１実施形態の光学部品を示す図である。 第１実施形態の光学部品のパラメータを説明する図である。 レンズ本体の延出部の構成例を示す図である。 第１実施形態の光学部品と一般的な光学部品とを比較説明する図である。 第２実施形態の光学部品の模式図である。 第３実施形態の光学部品の模式図である。 第４実施形態の光学部品の模式図である。 第５実施形態の光学部品の模式図である。
　実施形態の構成を詳細に説明する前に、図１を参照して、厚さが低減された縦型レンズにおける技術課題をより詳しく説明する。
　図１は、光学部品として用いられる一般的なレンズの側面図である。図１の（Ａ）は縦断面で見た模式図、（Ｂ）は光軸ＯＡとレンズ重心を含む光路図である。レンズ重心は、クロスマークで示されている。光の進行方向をＸ方向、レンズの高さ方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
　レンズは、底部Ａ、上部Ｂ、及びレンズ部ＬＮを有する。レンズを基板等に実装する際に、レンズは上部Ｂでピックアップされて実装位置に運ばれ、底部Ａで実装位置に固定される。レンズ部ＬＮは、この例では凸レンズであり、実装位置で入射レーザ光をコリメートする。
　小型化のためにレンズの厚さを全体的に低減すると、レンズ重心が光軸ＯＡに沿って前方、すなわち光出射側にずれる。図１の（Ｂ）において、クロスマークで示されるレンズ重心は、底部Ａの中心Ｃ１から光軸ＯＡに向かう垂線Ｌperよりも＋Ｘ方向にずれている。
　別の言い方をすると、底部Ａの中心Ｃ１とレンズ重心を結ぶ線分は、角度θoffだけ、垂線Ｌperよりも前方（＋Ｘ方向）に傾いている。その結果、図中の白矢印で示すように、レンズは厚さ方向で前方（＋Ｘ方向）に倒れやすくなる。レンズの背面、すなわちレーザ光の入射側にレンズ部を有する場合、レンズの重心位置によっては、レンズは後方（－Ｘ方向）に倒れやすくなる。
　小型化のためにレンズの厚みに加えて、レンズの幅（Ｙ方向のサイズ）を狭くすると、底部Ａの固定面積が小さくなり、レンズ実装時にレンズの自立が困難になる。レンズ重心がずれている場合、レンズが斜めに傾いたまま固定されるおそれがある。
　上部Ｂの上面の面積が小さくなると、レンズを安定してピックアップ、または保持することが困難になる。真空吸着を用いるときは、レンズの上面に働く吸着力が小さくなり、移動中にレンズが落下するおそれがある。
　実施形態では、上述した問題点の少なくとも一部を解決し、厚さと幅が低減された直方体型のレンズを安定して実装できる構成を提供する。
　図２は、実施形態の光学部品１０が適用される光送信機１の模式図である。光送信機１は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２と、光モジュール５と、合波器６を有する。光モジュール５は、光送信のフロントエンドモジュールであり、この例では４チャンネルの光送信モジュールとして形成されている。実線の矢印は電気信号、破線の矢印は光信号を表わす。
　光モジュール５は、チャネルごとに設けられるドライバ回路ＤＲＶと、光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）と、光学部品１０を有する。ドライバ回路ＤＲＶは、ＤＳＰ２で生成される変調データ信号に基づいて、ＬＤを駆動する駆動信号を生成する。各チャネルで、ＬＤはそれぞれ異なる波長λ０～λ３に設計されており、入力された駆動信号に応じた変調光信号を出力する。
　複数のＬＤのそれぞれに対応して、光学部品１０－１～１０－４が配置される。光モジュール５に対する小型化の要請が厳しい場合、光学部品１０－１～１０－４はアレイに一体化されるよりも、個別に配置されることが望ましい。ＬＤの配置精度に応じて光学部品１０－１～１０－４の位置、向きなどを個別に調整することで、狭い空間内で光損失を最小にできるからである。
　光学部品１０－１～１０－４によってコリメートまたは集光された各波長の光は、合波器６で合波される。合波器６で合波された光は、たとえば光ファイバに入力されてデータセンタ内のサーバ等に送信される。
　図２では、光学部品１０－１～１０－４は正方形のボックスとして模式的に描かれているが、実際は、チャネル配列方向の幅と、光軸方向の厚さが低減された縦長の形状を有する。このような形状の光学部品１０－１～１０－４の位置、向きなどを、光モジュール５の内部で個別に調整する場合、光学部品１０がそれ自体で安定している必要がある。以下の実施形態では、小型かつ安定した光学部品の構成を説明する。
　＜第１実施形態＞
　図３は、第１実施形態の光学部品１０を示す。図３の（Ａ）は光路図、（Ｂ）は光の進行方向（Ｘ方向）から見た正面図、（Ｃ）は斜視図である。図１と同様に、光の進行方向をＸ方向、光学部品１０の高さ方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向を、Ｙ方向とする。Ｙ方向は、光学部品１０の幅に沿った方向となる。
　光学部品１０は、縦長の透明体１１０と、透明体１１０の光出射側と光入射側の少なくとも一方に設けられるレンズ１５を有する。透明体１１０とレンズ１５で、レンズ本体１００が形成される。透明体１１０は、光軸ＯＡと直交する面内で、幅に対する高さの比が１よりも大きい直方体の形状を有する。一例として、透明体１１０の幅が０．６ｍｍ以下に設定される場合、レンズ本体１００の高さは、１．０ｍｍである。
　レンズ本体１００は、底部１１と上部１２を有する。底部１１は、光学部品１０の設置面となる第１面１１５を有する。上部１２は、第１面１１５と反対側に位置する第２面１２５を有する。光学部品１０の実装時に、真空吸着、メカニカルチャッキング等で上部１２が保持されて、所定の実装位置に運ばれる。実装位置で、ＬＤに対する光学部品１０の位置、角度等が微調整される。光学部品１０の配置及び姿勢が決まると、光学部品１０は第１面１１５で基板等に固定される。より具体的には、光学部品１０は、第１面１１５に含まれる平坦な接触面１１５ａで基板等に固定される。
　レンズ１５は、底部１１と上部１２の間に設けられ、ＬＤからの入射光を平行光にコリメートする。あるいは、レンズ１５の形状を調整するなどして、入射光を所定の位置に集光する構成にしてもよい。レンズ本体１００の幅と高さが０．６ｍｍ×１．０ｍｍに設定される場合、レンズ１５の半径は、たとえば、０．２７ｍｍ～０．２８ｍｍである。光軸ＯＡに沿った垂直断面でみると、レンズ本体１００の形状は光軸方向に非対称、すなわち、光出射側と光入射側で異なる断面形状を有する。
　光軸方向の厚みが低減され、かつ光軸に沿って非対称な光学部品は、図１を参照して説明したように、重心が光軸方向にずれて転倒しやすくなる。この問題を解決するために、第１実施形態の光学部品１０は、レンズ本体１００の重心（クロスマークで示されている）と、光学部品１０の接触面１１５ａの中心が、同じ垂線上に位置するように設計されている。
　より好ましい例では、レンズ本体１００の重心と、接触面１１５ａの中心Ｃ１と、上部１２の中心Ｃ２が、同じ垂線上に位置する。上部１２の第２面１２５は、真空吸着等に用いられる平坦面１２５ａを有する。レンズ本体１００の重心は、底部１１の接触面１１５ａの中心Ｃ１と、上部１２の平坦面１２５ａの中心Ｃ２を結ぶ垂線上に位置する。
　光学部品１０の安定性を確保するために、レンズ本体１００は、底部１１において光軸方向に突き出た第１延出部１１１を有していてもよい。第１延出部１１１は、底部１１の幅方向の全体にわたって形成されていてもよい。第１延出部１１１の光軸方向への突出量は、幅方向にわたって均一であってもよい。これにより、底面積が増大して光学部品１０が安定する。
　レンズ本体１００の上部１２に、光軸方向に突き出た第２延出部１２１が設けられていてもよい。第２延出部１２１は、上部１２の幅方向の全体にわたって、一定の突出量で形成されていてもよい。これにより、光学部品１０を実装位置まで運ぶときのピックアップ面積が増大し、移動時の光学部品１０の姿勢が安定する。
　図４は、光学部品１０のパラメータを説明する図である。この図は、光学部品１０の光軸ＯＡに沿った垂直断面図である。レンズ本体１００は、光軸ＯＡ上に重心ＣＯＭを有する。底部１１の第１面１１５の光軸方向のサイズをｄ１２、接触面１１５ａの光軸方向のサイズをｄ１１とする。好ましくは、ｄ１１は、ｄ１２の１／２よりも大きい。ｄ１１をｄ１２の１／２よりも大きくすることで、光学部品１０の実装の安定性が向上する。一例として、ｄ１２を０．４８ｍｍ～０．５０ｍｍにする場合、ｄ１１は０．３３ｍｍ～０．３５ｍｍである。
　図４は光学部品１０の理想形を示しており、重心ＣＯＭから接触面１１５ａにおろした垂線Ｌ１と、重心ＣＯＭと接触面１１５ａの中心Ｃ１を結ぶ線分Ｌ２が、一致している。別の言い方をすると、光軸ＯＡに沿った垂直断面で、接触面１１５ａの中心Ｃ１から光軸ＯＡに向かう垂線Ｌper（図１参照）と光軸ＯＡとの交点が、重心ＣＯＭと一致している。
　重心ＣＯＭと接触面１１５ａの後端１１６を結ぶ線が垂線Ｌ１に対してなす角度を、倒れ角θａとする。倒れ角θａは、光学部品１０が実装される面からレンズ本体１００の前方（＋Ｘ側）に向かって働く力と相関する。
　重心ＣＯＭと接触面１１５ａの前端１１７を結ぶ線が垂線Ｌ１に対してなす角度を、倒れ角θｂとする。倒れ角θｂは、光学部品１０が実装される面からレンズ本体１００の後方（－Ｘ側）に向かって働く力と相関する。
　図４では、θａ＝θｂでバランスがとれ、光学部品１０はそれ自体で安定している。さらに好ましくは、Ｌ１とＬ２の延長線は、上部１２の平坦面１２５ａの中心Ｃ２を通る。光学部品１０は、必ずしもこの理想形に限定されない。垂線Ｌ１と線分Ｌ２は、許容範囲内で一定程度、ずれていてもよい。これについては、図６を参照して後述する。
　図５は、レンズ本体１００の延出部のパラメータの一例を示す。図５では、上部１２の第２延出部１２１を例示しているが、上部１２と底部１１が光軸ＯＡに対して上下対称に形成される場合は、図５のパラメータはそのまま底部１１の第１延出部１１１に当てはまる。
　第２延出部１２１は、上部１２の平坦面１２５ａから連続して、光軸方向（この例では＋Ｘ方向）に突出している。同様に、底部１１の第１延出部１１１は、接触面１１５ａから連続して、光軸方向に突出している（図４参照）。
　第２延出部１２１の高さｈは、レンズ本体１００の全体の寸法を勘案して、欠けにくい高さに設定される。たとえば、レンズ本体１００の幅と高さが０．６ｍｍ×１．０ｍｍに設定されているときは、第２延出部１２１の高さｈは、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。底部１１の第１延出部１１１の高さにも、同様のことが当てはまる。
　第２延出部１２１は、平坦面１２５ａから連続する彎曲面１２３と、彎曲面１２３に連続する平坦な垂直面１２４と、垂直面１２４に連続する傾斜面１２２を有してもよい。平坦面１２５ａと彎曲面１２３で、第２面１２５が形成される。第２延出部１２１のＸ方向への突出量ｄ１３は、図４のｄ１２とｄ１１の差分の約半分に設定されてもよい。ｄ１３は、一例として、０．０７ｍｍ～０．０８ｍｍである。
　傾斜面１２２のＺ方向からの傾斜角θは、たとえば４０°～５０°であり、図５の例では４５°に設定されている。第２延出部１２１とレンズ１５の間に平坦部１２６が設けられていてもよい。平坦部１２６の高さｄ１５は、０．０３ｍｍ程度である。平坦部１２６を設けることで、レンズ１５と傾斜面１２２との間が鈍角で接続され、急峻な切れ込みを防止できる。第２延出部１２１を彎曲面１２３、垂直面１２４、傾斜面１２２で形成し、レンズ１５の間に平坦部１２６を設けることで、欠けにくい形状が得られる。第１延出部１１１についても、同様の構成が当てはまる。
　図６は、許容誤差の範囲内にある光学部品１０の構成例を示す。重心ＣＯＭから接触面１１５ａに下した垂線Ｌ１と、重心ＣＯＭと中心Ｃ１を結ぶ線分Ｌ２は、所定の範囲内でずれていてもよい。図６の（Ａ）で、光学部品１０の垂線Ｌ１と線分Ｌ２は、１°の角度でずれている。
　垂線Ｌ１と線分Ｌ２のずれ角は、倒れ角θａと倒れ角θｂのいずれか大きい方の１０％以下であれば許容範囲内であり、縦長のレンズ本体１００の安定性は維持される。なお、垂線Ｌ１と線分Ｌ２の間のずれ角は、倒れ角θａと倒れ角θｂの差分の約半分である。
　図６の（Ｂ）は、比較として、図１の一般的なレンズ構成でのずれ角を示す。垂線Ｌ１と線分Ｌ２の間のずれ角は２．３°であり、重心ＣＯＭが前方（Ｘ方向）に傾いている。このずれ角は、倒れ角θａの１０％を超えており、安定性が確保されない。
　第１実施形態の光学部品１０では、レンズ本体１００の重心ＣＯＭから底部１１の接触面１１５ａへおろした垂線Ｌ１と、重心ＣＯＭと接触面１１５ａの中心Ｃ１とを結ぶ線分Ｌ２が、許容されるずれ角の範囲内で、ほぼ一致する。これにより、光学部品１０を実装位置で自立させ、安定して位置調整または角度調整を行うことができる。
　垂線Ｌ１と線分Ｌ２の間のずれ角が許容誤差の範囲内にあるとき、垂線Ｌ１の延長線は上部１２の平坦面１２５ａの中心の近傍を通る。光学部品１０を実装位置に搬送する際の光学部品１０の姿勢が安定し、光学部品１０を実装位置まで確実に運ぶことができる。
＜第２実施形態＞
　図７は、第２実施形態の光学部品１０Ａの模式図である。光学部品１０Ａは、光軸ＯＡに沿った垂直断面で示されている。
　光学部品１０Ａは、レンズ本体１００Ａの背面、すなわち光入射側に、第１延出部１１１Ａと第２延出部１２１Ａを有する。第１延出部１１１Ａは、底部１１の接触面１１５ａから－Ｘ方向に連続して形成される。第２延出部１２１Ａは、上部１２の平坦面１２５ａから－Ｘ方向に連続して形成される。
　第１延出部１１１Ａと第２延出部１２１Ａをレンズ１５と反対側に設けることで、光軸方向にレンズ本体１００Ａのバランスがとりやすくなり、安定する。レンズ１５と反対側の平坦な背面に第１延出部１１１Ａと第２延出部１２１Ａが設けられるため、第１延出部１１１Ａと第２延出部１２１Ａの形状が単純化され、欠けにくい。
　レンズ本体１００Ａの重心ＣＯＭから接触面１１５ａに下した垂線Ｌ１と、接触面１１５ａの中心Ｃ１と重心ＣＯＭを結ぶ線分Ｌ２が、所定の範囲内でほぼ一致することは、第１実施形態と同じである。また、接触面１１５ａの光軸方向の長さｄ１１は、第１面１１５の光軸方向の長さｄ１２の１／２よりも大きく設定されている。
　第１延出部１１１Ａと第２延出部１２１Ａをレンズ本体１００Ａの背面側に設けたことで、重心ＣＯＭは、第１実施形態と比較してレンズ本体１００Ａの背面側にシフトしている。重心ＣＯＭから接触面１１５ａへおろした垂線Ｌ１が、接触面１１５ａの中心Ｃ１と重心ＣＯＭを結ぶ線分Ｌ２と所定範囲内で一致するように、接触面１１５ａは、レンズ本体１００Ａのやや前方寄りに配置される。
　より好ましい構成例では、上部１２Ａの第２面１２５で、平坦面１２５ａがレンズ本体１００Ａのやや前方寄りに配置され、垂線Ｌ１の延長線は、第２面１２５の平坦面１２５ａの中心の近傍を通る。この構成により、実装位置での光学部品１０Ａの自立が容易になるとともに、実装位置へ搬送中の光学部品１０Ａの姿勢が安定し、搬送が確実になる。
　＜第３実施形態＞
　図８は、第３実施形態の光学部品１０Ｂの模式図である。光学部品１０Ｂは、光軸ＯＡに沿った垂直断面で示されている。
　光学部品１０Ｂでは、レンズ本体１００Ｂの光出射側（＋Ｘ方向）と、光入射側（－Ｘ方向）の両方に延出部が設けられている。底部１１Ｂにおいて、光出射側の延出部１１１Ｂａと、光入射側の延出部１１１Ｂｂで、第１延出部が構成されている。上部１２Ｂにおいて、光出射側の延出部１２１Ｂａと、光入射側の延出部１２１Ｂｂで、第２延出部が構成されている。
　光出射側の延出部１１１Ｂａと１２１Ｂａは、レンズ１５と抵触せず、かつ鋭角を含まない形状に形成され、欠けにくい形状になっている。光入射側の延出部１１１Ｂｂと１２１Ｂｂは、凹凸の少ない形状になっている。この構成は、ＬＤと光学部品１０Ｂとの間にスペースの余裕がない場合に好適である。
　延出部の突出量が光出射側と光入射側に分散され、第１面１１５において、接触面１１５ａが占める割合が高く、実装時の固定面積が大きい。第２面１２５において、平坦面１２５ａが占める割合が高く、搬送時に光学部品１０Ｂを強い吸着力で保持することができる。
　レンズ本体１００Ｂの重心ＣＯＭから接触面１１５ａに下した垂線Ｌ１と、重心ＣＯＭと接触面１１５ａの中心Ｃ１を結ぶ線分Ｌ２が、所定の範囲内でほぼ一致することは、第１実施形態、及び第２実施形態と同じである。光学部品１０Ｂは、光軸方向に狭い空間内でも、安定して自立することができる。
　＜第４実施形態＞
　図９は、第４実施形態の光学部品１０Ｃの模式図である。光学部品１０Ｃは、光軸ＯＡに沿った垂直断面で示されている。光学部品１０Ｃでは、レンズ本体１００Ｃの底部１１Ｃにおいて、光軸に沿って両側に突出する延出部を有し、上部１２Ｃでは、一方の側だけに突出する延出部を有する。
　底部１１Ｃでは、光出射側の延出部１１１Ｃａと、光入射側の延出部１１１Ｃｂで、第１延出部が構成されている。上部１２Ｂでは、光入射側の延出部１２１Ｃが、第２延出部となる。
　底部１１Ｃの光出射側の延出部１１１Ｃａは、レンズ１５と抵触せず、かつ鋭角を含まない形状に形成され、欠けにくい形状になっている。光入射側の延出部１１１Ｃｂと１２１Ｃは、凹凸の少ない形状になっている。この構成は、ＬＤと光学部品１０Ｂとの間にスペースの余裕がない場合に好適である。
　底部１１Ｃにおいて、延出部の突出量が光出射側と光入射側に分散され、広い接触面１１５ａが確保されている。上部１２Ｃでは、光軸方向の凹凸が最小限に抑えられている。光学部品１０Ｃは、光軸方向に狭い空間内でも安定して自立することができる。
　レンズ本体１００Ｃの重心ＣＯＭから接触面１１５ａに下した垂線Ｌ１と、接触面１１５ａの中心Ｃ１と重心ＣＯＭを結ぶ線分Ｌ２が所定の範囲内でほぼ一致することは、第１実施形態～第３実施形態と同じである。垂線Ｌ１の延長線が上部１２Ｃの平坦面１２５ａの中心またはその近傍を通るように設計することで、レンズ本体１００Ｃが光軸ＯＡに対して上下対称でない場合でも、光学部品１０Ｃを安定した姿勢で搬送することができる。
　＜第５実施形態＞
　図１０は、第５実施形態の光学部品１０Ｄの模式図である。光学部品１０Ｄは、光軸ＯＡに沿った垂直断面で示されている。光学部品１０Ｄは、底部１１Ｄだけが第１延出部１１１Ｄを有する。上部１２Ｄは、光軸方向の凹凸を有していない。この構成は、メカニカルチャッキング２０による把持に適している。レンズ本体１００Ｄの背面（光入射側）の平坦な面と、上部１２Ｄの前面（レンズ側）の平坦な面で、光学部品１０Ｄを確実に把持することができる。
　レンズ本体１００Ｄの重心ＣＯＭから接触面１１５ａに下した垂線Ｌ１と、接触面１１５ａの中心Ｃ１と重心ＣＯＭを結ぶ線分Ｌ２が所定の範囲内でほぼ一致することは、第１実施形態～第４実施形態と同じである。光学部品１０Ｄは、自立の安定性を有しながら、形状が単純なので加工しやすい。
　以上、特定の構成例に基づいて説明したが、本発明は上述した構成例に限定されない。レンズ１５は、光出射側のみに配置される必要はなく、入射面に設けられてもよいし、入射面と出射面の両方に設けられてもよい。いずれの場合も、レンズ本体の重心から底部の接触面に下した垂線Ｌ１と、接触面の中心と重心を結ぶ線分Ｌ２が所定の範囲内で一致するように構成される。
　上述した第１実施形態～第５実施形態は相互に組み合わせ可能である。たとえば、図７（第２実施形態）の構成で、レンズ本体１００Ａの底部１１Ａと上部１２Ａの一方、または双方に、光出射側（＋Ｘ方向）に突出する延出部を設けてもよい。図１０（第５実施形態）の底部１１Ｄで、第１延出部１１１Ｄに加えて、光入射側（－Ｘ方法）に突出する延出部を設けて突出量を光軸方向に分散させてもよい。
　これらの構成により、レンズ本体の重心ＣＯＭと、接触面の中心Ｃ１を同じ垂線Ｌ１上に合わせこむことで、実装時に光学部品の姿勢が安定し、傾きや転倒を防止できる。また上部の平坦面の中心Ｃ２を、垂線Ｌ１の延長線上に配置することで、光学部品１０を実装位置に搬送するときの光学部品の姿勢が安定する。光学部品を実装位置に素早く移動しても、真空吸着またはメカニカルチャッキングによる把持が安定する。実装位置では光学部品の配置調整が安定するので、全体として光学部品１０の組み立て時間を短縮することができる。
　この国際出願は、２０２０年６月１１日に出願された日本国特許出願第２０２０－１０１７６５号に基づいてその優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を含む。
１　光送信機
５　光モジュール
１０、１０－１～１０－４、１０Ａ～１０Ｄ　光学部品
１１、１１Ａ～１１Ｄ　底部
１２、１２Ａ～１２Ｄ　上部
１５　レンズ
１００、１００Ａ～１００Ｄ　レンズ本体
１１０　透明体
１１１、１１１Ａ、１１１Ｄ　第１延出部
１１５　第１面
１１５ａ　接触面
１２１、１２１Ａ、１２１Ｃ　第２延出部
１２５　第２面
１２５ａ　平坦面
ＣＯＭ　重心
ＯＡ　光軸
Ｌ１　重心から接触面への垂線
Ｌ２　重心と接触面の中心を結ぶ線分
Ｌper　接触面の中心から光軸方向への垂線
Ｃ１　接触面の中心
Ｃ２　平坦面の中心

Claims (13)

  1. 　光軸と直交する面内で幅に対する高さの比が１より大きい直方体の透明体と、
    　前記透明体の光出射側と光入射側の少なくとも一方に設けられるレンズと、
    を有し、
    　前記透明体と前記レンズとで形成されるレンズ本体は、平坦な接触面を含む第１面を有し、
    　前記レンズ本体の重心から前記接触面へおろした垂線と、前記重心と前記接触面の中心を結ぶ線分は所定の範囲内で一致する、
    光学部品。
  2. 　前記所定の範囲は、前記垂線と前記線分の間のずれ角が、前記重心と前記接触面の後端または前端を結ぶ線と前記垂線との間の倒れ角の１０％以内である、
    請求項１に記載の光学部品。
  3. 　前記接触面の光軸方向の長さは、前記第１面の前記光軸方向の長さの１／２よりも大きい、
    請求項１または２に記載の光学部品。
  4. 　前記第１面から連続して光軸方向に突出する第１延出部、
    をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学部品。
  5. 　前記第１延出部は、前記透明体の前記幅の全体にわたって形成されている、
    請求項４に記載の光学部品。
  6. 　前記第１延出部の前記光軸方向への突出量は、前記レンズ本体の幅方向に一定である、
    請求項５に記載の光学部品。
  7. 　前記レンズ本体は、前記第１面と反対側に第２面を有し、前記第２面は平坦面を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学部品。
  8. 　前記平坦面の中心は前記垂線の延長線上に位置する、
    請求項７に記載の光学部品。
  9. 　前記第２面から連続して光軸方向に突出する第２延出部、
    をさらに有する、請求項７または８に記載の光学部品。
  10. 　前記透明体は、前記第１面から連続して光軸方向に突出する第１延出部と、前記第１面と反対側の第２面から連続して前記光軸方向に突出する第２延出部とを有し、
    　前記レンズは、前記第１延出部と前記第２延出部の間に位置する、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の光学部品。
  11. 　前記レンズと、前記第１延出部と前記第２延出部の少なくとも一方との間に、平坦部が設けられている、請求項１０に記載の光学部品。
  12. 　光源と、
    　前記光源からの出射光をコリメートまたは集光する請求項１～１１のいずれか１項に記載の光学部品と、
    を有する光モジュール。
  13. 　複数の前記光源と、
    　前記光源に対応して設けられる複数の前記光学部品と、
    を有し、前記光源に対する前記光学部品の位置または角度は、複数の前記光学部品のそれぞれで個別に調整されている、
    請求項１２に記載の光モジュール。
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