JP2018087869A - 光モジュールおよび光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上において、ワイヤーボンディングのための領域、および他の光学部品や電子部品などを配置するための領域を確保することで設計の自由度がより高められ、かつ光伝送体の着脱時、および光モジュールの使用時に生じる応力によって、光レセプタクルの位置がずれたり、光レセプタクルが外れたりし難い光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、基板、光電変換素子、光レセプタクル、支持部材およびフェルールを有する。光レセプタクルは、基板上に配置された光電変換素子と光伝送体の端面とを光学的に結合する。支持部材は、基板および光レセプタクルが互いに離間した状態で、光レセプタクルを支持している。フェルールは、光レセプタクルの、フェルールに対向する光学面が配置されている面に対して離間した状態で、支持部材に接着されており、かつ光レセプタクルに接着されていない。【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールおよび当該光モジュールの製造方法に関する。

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（以下、「光素子」ともいう）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、光伝送体に入射させる光レセプタクル（以下、「光ソケット」ともいう）を有する（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光モジュールは、透明基板と、透明基板の一方の面に配置され、光素子と光伝送体の端面とを光学的に結合するための光ソケットと、透明基板の他方の面であって、光ソケットに対応する位置に配置された光素子と、を有する。光ソケットおよび光素子は、透明基板に直接接着されている。光ソケットには、光伝送体の一端部に設けられた光プラグが取り付けられる。特許文献１に記載の光モジュールでは、光素子の発光面は透明基板に対向しているため、当該発光面の破損や、当該発光面に対する異物の付着などの不具合を抑制することができる。

特開２００４−２４６２７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光モジュールでは、光ソケットが基板に直接接着されているため、当該基板上において、ワイヤーボンディングのための領域、および他の光学部品や電子部品などを配置するための領域が制限されるという問題がある。光伝送体の一端部に設けられた光プラグは、光ソケットに直接取り付けられるため、光伝送体の着脱時、および光モジュールの使用時に生じる応力が、光プラグを介して光ソケットに伝達しうる。この結果として、光ソケットの位置がずれたり、光ソケットが外れたりするという問題もある。

本発明の目的は、基板上において、ワイヤーボンディングのための領域、および他の光学部品や電子部品などを配置するための領域を確保することで設計の自由度がより高められ、かつ光伝送体の着脱時、および光モジュールの使用時に生じる応力によって、光レセプタクルの位置がずれたり、光レセプタクルが外れたりし難い光モジュールを提供することである。

本発明に係る光モジュールは、光伝送体の端面への光の送信および前記光伝送体の端面からの光の受信の一方または両方を行うための光モジュールであって、基板と、前記基板上に配置された光電変換素子と、前記光電変換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と、前記基板および前記光レセプタクルが互いに離間した状態で、前記光レセプタクルを支持している支持部材と、前記光伝送体を保持するためのフェルールと、を有し、前記光レセプタクルは、前記光電変換素子から出射された送信光を入射させるか、または前記光伝送体の端面から出射され、前記光レセプタクルの内部を通った受信光を前記光電変換素子に向けて出射させる第１光学面と、前記光電変換素子から出射され、前記光レセプタクルの内部を通った前記送信光を前記光伝送体に向けて出射させるか、または前記光伝送体から出射された前記受信光を入射させる第２光学面と、を有し、前記フェルールは、前記光レセプタクルの、前記第２光学面が配置されている面に対して離間した状態で、前記支持部材に接着されており、かつ前記光レセプタクルに接着されていない。

本発明に係る光モジュールの製造方法は、本発明に係る光モジュールの製造方法であって、前記光レセプタクルおよび前記支持部材を互いに固定する工程と、前記光レセプタクルが固定された前記支持部材と、前記基板とを、前記基板および前記光レセプタクルが互いに離間した状態で互いに固定する工程と、前記光レセプタクルの、前記第２光学面が配置されている面と、前記フェルールとが互いに接触していない状態で、前記光レセプタクルおよび前記フェルールを互いに接着せず、前記支持部材および前記フェルールを互いに接着する工程と、を含む。

本発明によれば、基板上において、ワイヤーボンディングのための領域、および他の光学部品や電子部品などを配置するための領域を確保することで設計の自由度がより高められ、かつ光伝送体の着脱時および光モジュールの使用時に生じる応力によって、光レセプタクルの位置がずれたり、光レセプタクルが外れたりし難い光モジュールを提供することができる。

図１Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る光モジュールの構成を示す図である。 図２Ａ〜Ｄは、光レセプタクルの構成を示す図である。 図３Ａ〜Ｄは、支持部材の構成を示す図である。 図４Ａ〜Ｄは、フェルールの構成を示す図である。 図５は、光モジュールにおける、光伝送体の端面に対する、第２光学面からの出射光の集光位置のずれ量（ｚ）と、光結合効率との関係を示すグラフである。 図６Ａ、Ｂは、変形例１に係る光モジュールの構成を示す図である。 図７Ａ、Ｂは、変形例２に係る光モジュールの構成を示す図である。

以下、本発明に係る一実施の形態に係る光モジュール１００について、図面を参照して詳細に説明する。

［光モジュールの構成］
図１Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す図である。図１Ａは、基板１１１側からみた光モジュール１００の底面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図１Ａでは、光電変換装置１１０は省略されている。

図１Ａ、Ｂに示されるように、光モジュール１００は、光電変換装置１１０、光レセプタクル１２０、支持部材１３０およびフェルール１４０を有する。光モジュール１００は、フェルール１４０内に光伝送体１４５が保持された状態で使用される。

（光電変換装置）
光電変換装置１１０は、光モジュール１００における光信号と、電気信号とを互いに変換する。光電変換装置１１０は、基板１１１および光電変換素子１１２を有する。

基板１１１は、光電変換素子１１２および支持部材１３０を支持している。基板１１１の例には、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板およびフレキブシル基板が含まれる。

光電変換素子１１２は、基板１１１上に配置されている。光電変換素子１１２は、発光素子または受光素子である。送信用の光モジュール１００では、光電変換素子１１２として発光素子が使用される。受信用の光モジュール１００では、光電変換素子１１２として受光素子が使用される。送受信用の光モジュール１００では、光電変換素子１１２として発光素子および受光素子が使用される。本実施の形態に係る光モジュール１００は、光伝送体１４５の端面１４５ａへの光の送信および光伝送体１４５の端面１４５ａからの光の受信の両方を行うための送受信用光モジュールである。すなわち、光電変換装置１１０は、光電変換素子１１２として発光素子および受光素子を有する。

発光素子は、発光素子が配置された基板１１１の表面に対する垂直方向（法線方向）に光を出射する。発光素子の数は、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。たとえば、発光素子の数は、４個、６個、８個または１２個である。本実施の形態では、発光素子の数は、６個である。発光素子は、基板１１１上において、光レセプタクル１２０の第１光学面１２１（後述）に対向する位置に配置されている。６個の発光素子は、第１光学面１２１の配列方向および光伝送体１４５の配列方向（図１Ｂにおける紙面の奥行き方向）に沿って、一定間隔で配列されている。より具体的には、６個の発光素子は、同一直線上に位置するように配列されている。なお、光伝送体が２列以上で配列されている場合は、発光素子も同じ列数で配列されうる。発光素子の例には、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）が含まれる。

受光素子は、光伝送体１４５の端面１４５ａから出射された受信光を受光する。受光素子の数も、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。たとえば、受光素子の数は、４個、６個、８個または１２個である。本実施の形態では、受光素子の数は、６個である。受光素子も、光レセプタクル１２０の第１光学面１２１に対向する位置に配置されている。本実施の形態では、６個の受光素子は、第１光学面１２１の配列方向および光伝送体１４５の配列方向（図１Ｂにおける紙面の奥行き方向）に沿って、一定間隔で配列されている。より具体的には、６個の受光素子は、同一直線上に位置するように配列されている。なお、光伝送体が２列以上に配列されている場合は、受光素子も同じ列数で配列されうる。受光素子は、例えば、フォトダイオードである。

（光レセプタクル）
図２Ａ〜Ｄは、光レセプタクル１２０の構成を示す図である。図２Ａは、光レセプタクル１２０の平面図であり、図２Ｂは、底面図であり、図２Ｃは、正面図であり、図２Ｄは、右側面図である。なお、以下の説明では、フェルール１４０と対向する面を光レセプタクル１２０の正面として説明する。

光レセプタクル１２０は、光電変換装置１１０とフェルール１４０との間に配置された状態で、光電変換素子１１２と、光伝送体１４５の端面１４５ａとを光学的に結合する。本実施の形態では、光レセプタクル１２０は、６個の発光素子と、６本の光伝送体１４５の端面１４５ａとをそれぞれ光学的に結合するとともに、６個の受光素子と、６本の光伝送体１４５の端面１４５ａとをそれぞれ光学的に結合する。

図２Ａ〜Ｄに示されるように、光レセプタクル１２０は、略直方体形状の部材である。光レセプタクル１２０は、透光性を有する。光レセプタクル１２０は、発光素子から出射された送信光を光伝送体１４５の端面１４５ａに向けて出射させるとともに、光伝送体１４５の端面１４５ａから出射された受信光を受光素子に向けて出射させる。光レセプタクル１２０は、光通信に用いられる波長の光（送信光および受信光）に対して透光性を有する材料を用いて形成される。光レセプタクル１２０の材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）および環状オレフィン樹脂が含まれる。

光レセプタクル１２０は、１２個の第１光学面１２１と、１２個の第２光学面１２２と、反射面１２３と、２個のフェルール用凸部１２４とを有する。光レセプタクル１２０の図２Ａ〜Ｃの右側半分は、送信用の光モジュールとして機能し、光レセプタクル１２０の図２Ａ〜Ｃの左側半分は、受信用の光モジュールとして機能する。

第１光学面１２１は、発光素子から出射された送信光を光レセプタクル１２０の内部に入射させる光学面である。また、第１光学面１２１は、光伝送体１４５の端面１４５ａから出射され、光レセプタクル１２０の内部を通った受信光を受光素子に向けて出射させる光学面でもある。

本実施の形態では、第１光学面１２１の形状は、光電変換素子１１２に向かって凸形状の凸レンズ面である。第１光学面１２１は、発光素子から出射された送信光をコリメート光に変換させる。また、第１光学面１２１は、光レセプタクル１２０の内部を通った、光伝送体１４５からの受信光を収束させる。また、第１光学面１２１の平面視形状は、円形状である。

本実施の形態では、第１光学面１２１の数は、１２個である。第１光学面１２１は、光レセプタクル１２０の底面に形成されている凹部の底面に配置されている。１２個の第１光学面１２１は、１２個の光電変換素子１１２（６個の発光素子および６個の受光素子）とそれぞれ対向するように、光電変換素子１１２の配列方向に沿って配列されている。第１光学面１２１の中心軸（光軸）は、光電変換素子１１２の光電変換面に対して垂直であることが好ましい。また、第１光学面１２１の中心軸（光軸）は、発光素子から出射される送信光の光軸、および受光素子に入射する受信光の光軸と一致していることが好ましい。なお、光電変換素子１１２および光伝送体１４５が２列以上に配列されている場合は、第１光学面１２１も同じ列数で配列される。

本実施の形態では、１２個の第１光学面１２１のうち、図２Ｂの右側の６個の第１光学面１２１は、送信用の第１光学面１２１として使用され、左側の６個の第１光学面１２１は、受信用の第１光学面１２１として使用される。発光素子からの送信光は、送信用の第１光学面１２１で光レセプタクル１２０の内部に入射し、光レセプタクル１２０の内部を通った受信光は、受信用の第１光学面１２１から出射する。

第２光学面１２２は、発光素子から出射され、光レセプタクル１２０の内部を通った送信光を光伝送体１４５の端面１４５ａに向けて出射させる光学面である。また、第２光学面１２２は、光伝送体１４５の端面１４５ａから出射された受信光を光レセプタクル１２０の内部に入射させる光学面でもある。

本実施の形態では、第２光学面１２２の形状は、光伝送体１４５の端面１４５ａに向かって凸状の凸レンズ面である。第２光学面１２２は、光レセプタクル１２０の内部を通った送信光を光伝送体１４５の端面１４５ａに向けて収束させる。また、光伝送体１４５の端面１４５ａから出射された受信光をコリメート光に変換させる。また、第２光学面１２２の平面視形状は、円形状である。

本実施の形態では、第２光学面１２２の数は、１２個である。第２光学面１２２は、光レセプタクル１２０の正面に形成されている凹部の底面に配置されている。１２個の第２光学面１２２は、１２本の光伝送体１４５の端面１４５ａとそれぞれ対向するように、光伝送体１４５の配列方向に沿って配列されている。第２光学面１２２の中心軸（光軸）は、光伝送体１４５の端面１４５ａに対して垂直であることが好ましい。また、第２光学面１２２の中心軸（光軸）は、光伝送体１４５から出射される受信光の光軸、および光伝送体１４５に入射する送信光の光軸と一致していることが好ましい。なお、光電変換素子１１２および光伝送体１４５が２列以上に配列されている場合は、第２光学面１２２も同じ列数で配列される。

本実施の形態では、１２個の第２光学面１２２のうち、図２Ｃの右側の６個の第２光学面１２２は、送信用の第２光学面１２２として使用され、左側の６個の第２光学面１２２は、受信用の第２光学面１２２として使用される。光レセプタクル１２０の内部を通った送信光は、送信用の第２光学面１２２から出射し、光伝送体１４５からの受信光は、受信用の第２光学面１２２で光レセプタクル１２０の内部に入射する。

反射面１２３は、第１光学面１２１で光レセプタクル１２０の内部に入射した送信光を第２光学面１２２に向けて反射させる。また、反射面１２３は、第２光学面１２２で光レセプタクル１２０の内部に入射した受信光を第１光学面１２１に向けて反射させる。

反射面１２３は、光レセプタクル１２０の天面に形成されている凹部の内面の一部である。本実施の形態では、反射面１２３は、光レセプタクル１２０の天面から底面に向かうにつれて第２光学面１２２（光伝送体１４５）から離れるように傾斜している。反射面１２３の傾斜角は、第１光学面１２１の光軸および第２光学面１２２の光軸に対して４５°である。

フェルール用凸部１２４は、フェルール１４０に形成されている光レセプタクル用貫通孔１４４（図４Ｂおよび図４Ｃ参照）に嵌合される。これにより、光レセプタクル１２０の正面の面内方向において、光レセプタクル１２０に対する光伝送体１４５の相対位置が決定されうる。フェルール用凸部１２４の位置、形状、大きさ、および数は、上記機能を発揮することができれば特に限定されず、フェルール１４０の光レセプタクル用貫通孔１４４の位置、形状、大きさ、および数にそれぞれ対応する。本実施の形態では、フェルール用凸部１２４の数は、２個である。２個のフェルール用凸部１２４は、光レセプタクル１２０の正面に配置されている。本実施の形態では、フェルール用凸部１２４は、第２光学面１２２の配列方向に沿って、第２光学面１２２の両側に配置されている。フェルール用凸部１２４の形状は、先端部が半球形状である円柱形状である。

（支持部材）
図３Ａ〜Ｄは、支持部材１３０の構成を示す図である。図３Ａは、支持部材１３０の底面図であり、図３Ｂは、正面図であり、図３Ｃは、右側面図であり、図３Ｄは、図３ＡのＤ−Ｄ線における断面図である。なお、以下の説明では、フェルール１４０と対向する面を支持部材１３０の正面として説明する。

図１Ｂに示されるように、支持部材１３０は、基板１１１および光レセプタクル１２０が互いに離間した状態で、光レセプタクル１２０を支持している。支持部材１３０の形状および大きさは、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の間の光路を通る光の進行の妨げになることなく、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、支持部材１３０は、底面に形成された凹部内において、光レセプタクル１２０を支持している。

本実施の形態では、支持部材１３０は、天板１３１、右側板１３２、左側板１３３、前板１３４および背板１３５を有する。支持部材１３０を構成する各部材は、一体として形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。本実施の形態では、支持部材１３０を構成する各部材は、一体として形成されている。

天板１３１の一方の面（支持部材１３０の内面）は、光レセプタクル１２０の天面と対向している。天板１３１の当該一方の面には、段部が形成されている。当該段部において、上段面および下段面の間に配置されている段差面は、支持部材１３０における光レセプタクル１２０の位置を決めるための位置決め部（後述）として機能する。本実施の形態では、天板１３１の上記一方の面と、光レセプタクル１２０の天面とは、互いに接している。

右側板１３２の一方の面（支持部材１３０の内面）は、光レセプタクル１２０の右側面の一部と対向している。右側板１３２の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の右側面とは、互いに接していてもよいし、互いに離間していてもよい。本実施の形態では、一対の右側板１３２の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の右側面とは、互いに離間している。

左側板１３３の一方の面（支持部材１３０の内面）は、光レセプタクル１２０の左側面の一部と対向している。左側板１３３の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の左側面とは、互いに接していてもよいし、互いに離間していてもよい。本実施の形態では、一対の左側板１３３の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の左側面とは、互いに離間している。

前板１３４には、開口部１３４１が形成されている。前板１３４の、右側板１３２および左側板１３３の対向方向において開口部１３４１を挟んで対向している一対の対向面は、光レセプタクル１２０の右側面の他の一部および左側面の他の一部とそれぞれ対向している。また、前板１３４の一方の面（支持部材１３０の外面）は、フェルール１４０の正面の一部と対向している。上記一対の対向面と、光レセプタクル１２０の右側面および左側面とは、互いに接していてもよいし、互いに離間していてもよい。本実施の形態では、上記一対の対向面と、光レセプタクル１２０の右側面および左側面とは、互いに接している。

上記のとおり、支持部材１３０は、フェルール１４０に対する対向面（前板１３４の外面）に開口している開口部１３４１を有する。少なくとも第２光学面１２２の光軸に対して垂直な一方向において、フェルール１４０は、開口部１３４１より大きい。本実施の形態では、開口部１３４１の幅方向（右側板１３２および左側板１３３の対向方向）において、フェルール１４０は、開口部１３４１より大きい。これにより、フェルール１４０および支持部材１３０を互いに接着する際に、フェルール１４０が、光レセプタクル１２０の第２光学面１２２が配置されている面（正面）に接することがない。

背板１３５の一方の面（支持部材１３０の内面）は、光レセプタクル１２０の背面の一部と対向している。背板１３５の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の背面とは、互いに接していてもよいし、互いに離間していてもよい。本実施の形態では、背板１３５の当該一方の面と、光レセプタクル１２０の背面とは、互いに離間している。

右側板１３２、左側板１３３、前板１３４および背板１３５の下面（底面）は、基板１１１に支持部材１３０を設置するための設置面として機能する。本実施の形態では、右側板１３２、左側板１３３、前板１３４および背板１３５の高さ方向の長さは、互いに同じである。右側板１３２、左側板１３３、前板１３４および背板１３５の高さ方向の長さは、光レセプタクル１２０の高さより長い。これにより、支持部材１３０が基板１１１上に配置されたとき、光レセプタクル１２０は、基板１１１（上記設置面）から離間した状態で支持部材１３０に支持されうる。また、換言すると、光モジュール１００において、光レセプタクル１２０および基板１１１の間には、空間が形成される。

支持部材１３０には、第１凹部１３０１および第２凹部１３０２が形成されている。第１凹部１３０１および第２凹部１３０２は、天板１３１、右側板１３２、左側板１３３、前板１３４および背板１３５の間に形成されている空間である。第１凹部１３０１は、支持部材１３０の底面に開口している四角柱形状の凹部である。第２凹部１３０２は、支持部材１３０の底面および正面に開口している多角柱形状の凹部である。第２凹部１３０２の深さは、第１凹部１３０１の深さより深い。

支持部材１３０は、光レセプタクル１２０の位置を決めるための位置決め部を有することが好ましい。位置決め部の位置、形状、大きさおよび数は、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。位置決め部は、例えば、支持部材１３０に形成された所定の形状を有する位置決め構造であってもよいし、支持部材１３０に表示されたアライメントマークであってもよい。

本実施の形態では、支持部材１３０は、位置決め部として第２凹部１３０２を有する。当該位置決め部（第２凹部１３０２）は、天板１３１および前板１３４により構成されている。第２凹部１３０２の内面は、光レセプタクル１２０の右側面、左側面および背面に接している。より具体的には、前板１３４の、開口部１３４１を挟んで対向している一対の対向面が、光レセプタクル１２０の右側面および左側面に接しており、天板１３１に形成されている段部の段差面が、光レセプタクル１２０の背面に接している。これにより、支持部材１３０に支持される光レセプタクル１２０の位置が決定されうる。

支持部材１３０は、透光性を有する材料で形成されていてもよいし、透光性を有しない材料で形成されていてもよい。支持部材１３０の材料の例には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）が含まれる。

（フェルール）
図４Ａ〜Ｄは、フェルール１４０の構成を示す図である。図４Ａは、フェルール１４０の平面図であり、図４Ｂは、正面図であり、図４Ｃは、背面図であり、図４Ｄは、右側面図である。なお、以下の説明では、支持部材１３０と対向する面をフェルール１４０の正面として説明する。

フェルール１４０は、光伝送体１４５を保持するとともに、光レセプタクル１２０の第２光学面１２２に対する、フェルール１４０に保持される光伝送体１４５の端面１４５ａの相対位置を決定する。フェルール１４０は、光レセプタクル１２０の正面に対して離間した状態で、支持部材１３０に接着されているが、光レセプタクル１２０には接着されていない。本実施の形態では、フェルール１４０および支持部材１３０は、フェルール１４０の側面と、支持部材１３０の外面の間とで接着されている。したがって、図１Ａに示されるように、本実施の形態では、フェルール１４０の側面と、支持部材１３０の外面の間に接着剤１０が配置されている。なお、本明細書中、「接着剤」には、硬化前の状態の接着剤と、硬化後の状態の接着剤（硬化物）との両方が含まれる。

フェルール１４０の形状および大きさは、上記機能を発揮できればよい。本実施の形態では、フェルール１４０には、中空領域１４１、１２個の第１貫通孔１４２、および第２貫通孔１４３が形成されている。中空領域１４１、第１貫通孔１４２および第２貫通孔１４３は、互いに連通している。また、フェルール１４０は、２個の光レセプタクル用貫通孔１４４を有する。

中空領域１４１および第１貫通孔１４２には、光伝送体１４５が配置される。より具体的には、１２本の光伝送体１４５が、中空領域１４１内に配置されつつ、１２個の光伝送体１４５の末端部分が、１２個の第１貫通孔１４２内にそれぞれ配置される。中空領域１４１および第１貫通孔１４２の形状および大きさは、光伝送体１４５の形状および大きさに応じて適宜決定されうる。第２貫通孔１４３は、中空領域１４１に配置される光伝送体１４５を固定するための接着剤の注入口として使用されうる。

フェルール１４０内に光伝送体１４５が配置されたとき、光レセプタクル１２０の第２光学面１２２から出射される送信光の集光点と、光伝送体１４５の端面１４５ａとの間隔は、小さいほど好ましい。送信光の集光点が光伝送体１４５の端面１４５ａ上に位置するときに、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の端面１４５ａの光結合効率が最大となる。たとえば、第２光学面１２２の光軸に沿う方向において、フェルール１４０は、フェルール１４０内に光伝送体１４５が配置されたときの、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の端面１４５ａの光結合効率が、最大値から１ｄＢ低下するまでの位置に配置されていることが好ましく、０．１ｄＢ低下するまでの位置に配置されていることがより好ましい。

光伝送体１４５の種類は、特に限定されず、必要に応じて適宜選択されうる。光伝送体１４５の種類の例には、光ファイバーおよび光導波路が含まれる。本実施の形態では、光伝送体１４５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１４５の数は、特に限定されず、必要に応じて適宜選択されうる。本実施の形態では、１２本の光ファイバーが一定間隔で１列に配列されている。なお、光伝送体１４５は、２列以上に配列されていてもよい。

［光モジュールの製造方法］
光モジュール１００の製造方法は、特に限定されない。たとえば、光モジュール１００は、以下に説明する製造方法により製造されうる。

光モジュール１００の製造方法は、光レセプタクル１２０および支持部材１３０を互いに固定する第１工程と、光レセプタクル１２０が固定された支持部材１３０と、基板１１１とを互いに固定する第２工程と、支持部材１３０およびフェルール１４０を互いに接着する第３工程と、を含む。

（第１工程）
第１工程では、光レセプタクル１２０および支持部材１３０を互いに固定する。まず、光レセプタクル１２０および支持部材１３０を準備する。光レセプタクル１２０は、製造されてもよいし、市販品として購入されてもよい。光レセプタクル１２０を製造する場合、光レセプタクル１２０は、例えば、射出成形により製造されうる。支持部材１３０も、例えば、射出成形により製造されうる。

次いで、準備した光レセプタクル１２０を準備した支持部材１３０の所定の位置に配置し、固定する。光レセプタクル１２０および支持部材１３０を互いに固定する方法は、特に限定されない。光レセプタクル１２０および支持部材１３０が嵌合部を有する場合には、光レセプタクル１２０および支持部材１３０は、当該嵌合部を介して連結されることによって、互いに固定されうる。

また、光レセプタクル１２０および支持部材１３０は、接着剤により接着されることで、互いに固定されうる。光レセプタクル１２０および支持部材１３０の接着位置は、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の間の光路を通る光の進行の妨げにならなければ特に限定されない。たとえば、光レセプタクル１２０の右側面、左側面および背面と、支持部材１３０の内面とがそれぞれ互いに接着される。このとき、支持部材１３０が位置決め部を有することによって、光レセプタクル１２０が支持部材１３０に支持される位置が容易に決定されうる。

（第２工程）
第２工程では、光レセプタクル１２０が固定された支持部材１３０と、基板１１１とを、基板１１１および光レセプタクル１２０が互いに離間した状態で、互いに固定する。まず、基板１１１に光電変換素子１１２（発光素子および受光素子）が実装された光電変換装置１１０を準備する。たとえば、光電変換装置１１０は、市販品として購入されうる。次いで、光レセプタクル１２０が固定された支持部材１３０を、光電変換装置１１０上に配置し、固定する。より具体的には、光レセプタクル１２０の第１光学面１２１および光電変換素子１１２の光電変換面が互いに対向するように位置合わせし、光レセプタクル１２０の支持部材１３０および光電変換装置１１０の基板１１１を互いに固定する。これにより、光レセプタクル１２０は、基板１１１に対して離間した状態で、支持部材１３０を介して基板１１１上に固定される。

基板１１１および支持部材１３０を互いに固定する方法は、特に限定されない。たとえば、基板１１１および支持部材１３０は、接着剤により接着されることで、互いに固定されうる。基板１１１および支持部材１３０の接着位置は、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の間の光路を通る光の進行の妨げにならなければ特に限定されない。たとえば、基板１１１の表面と、支持部材１３０の右側板１３２および左側板１３３の外表面とが互いに接着される。

（第３工程）
第３工程では、光レセプタクル１２０の正面と、フェルール１４０とが互いに接触していない状態で、光レセプタクル１２０およびフェルール１４０を互いに接着せず、支持部材１３０およびフェルール１４０を互いに接着する。まず、フェルール１４０を準備する。たとえば、フェルール１４０は、市販品として購入されうる。通常、光伝送体１４５の端部が、内部に固定されたフェルール１４０を準備する。次いで、フェルール１４０の光レセプタクル用貫通孔１４４と、光レセプタクル１２０のフェルール用凸部１２４とを互いに勘合させ、フェルール１４０を支持部材１３０に当接させる。

このとき、光レセプタクル１２０および支持部材１３０に嵌合形状（フェルール用凸部１２４および光レセプタクル用貫通孔１４４）が形成されていることによって、光レセプタクル１２０の正面の面内方向において、フェルール１４０を光レセプタクル１２０に対して容易に位置合わせすることができる。また、フェルール１４０を支持部材１３０に当接させることによって、第２光学面１２２および光伝送体１４５の端面１４５ａの対向方向（光レセプタクル１２０の正面に垂直な方向）においても、フェルール１４０を光レセプタクル１２０に対して容易に位置合わせすることができる。

さらに、本実施の形態では、光レセプタクル１２０の背面と、支持部材１３０の位置決め部（天板１３１の段部の段差面）とが接しているため、光レセプタクル用貫通孔１４４およびフェルール用凸部１２４を互いに勘合させるときに、光レセプタクル１２０の位置がずれるのを抑制することができる。

前述のとおり、開口部１３４１の幅方向において、フェルール１４０は、開口部１３４１より大きい。これにより、フェルール１４０を支持部材１３０に当接させるときに、光レセプタクル１２０の正面と、フェルール１４０とが互いに接触することを防ぐことができる。

最後に、光レセプタクル１２０の正面と、フェルール１４０とが互いに接触していない状態で、フェルール１４０を光レセプタクル１２０には接着することなく、支持部材１３０にのみ接着する。フェルール１４０および光レセプタクル１２０の接着位置は、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の間の光路を通る光の進行の妨げにならなければ特に限定されない。たとえば、フェルール１４０の側面と、支持部材１３０の正面（前板１３４の表面）との間で、フェルール１４０および光レセプタクル１２０を、接着剤により互いに固定すればよい（図１Ａ参照）。

以上の方法により、本実施の形態に係る光モジュール１００を製造することができる。通常、フェルール１４０の正面（光伝送体１４５の端面１４５ａ）上に第２光学面１２２からの出射光の集光点が位置するように設計されるが、光モジュール１００の製造誤差を考慮することが好ましい。光モジュール１００の製造誤差には、主として、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の端面１４５ａの光結合効率を高める観点からは、光レセプタクル１２０の製造誤差と、支持部材１３０の製造誤差と、光レセプタクル１２０および支持部材１３０の組立時の製造誤差とが含まれる。なお、本実施の形態では、上記のとおり、光レセプタクル１２０に対するフェルール１４０の位置合わせを容易に行うことができるため、支持部材１３０およびフェルール１４０の組立時の製造誤差を小さくすることができる。

具体的には、光モジュール１００の製造誤差による、第２光学面１２２の光軸方向における、光伝送体１４５の端面１４５ａに対する送信光の焦光位置のずれ量Ｌが、所定のトレランス幅より小さくなるように、光モジュール１００を製造することが好ましい。

ここで、「トレランス幅」とは、光電変換素子１１２と光伝送体１４５の端面１４５ａとの光結合効率の低下を所定の範囲内に維持するための、光モジュール１００の各構成要素の位置ずれの許容量を意味する。また、「位置ずれ」とは、上記光結合効率が最大となるときの位置を基準としたときの、第２光学面１２２の光軸方向における各構成要素間の相対位置のずれの大きさを意味する。

光モジュール１００は、位置ずれに起因する光結合効率の低下量が、１ｄＢ以内となるように製造されることが好ましく、０．１ｄＢ以内となるように製造されることが好ましい。以下、上記光結合効率の最大値からの低下が０．１ｄＢ以内に維持される範囲を第１トレランス幅Ｄ_１ともいい、上記光結合効率の最大値からの低下が１ｄＢ以内に維持される範囲を第２トレランス幅Ｄ_２ともいう。光伝送体１４５の端面１４５ａに対する送信光の焦光位置のずれ量Ｌは、Ｄ_２より小さいことが好ましく、Ｄ_１より小さいことがより好ましい。

ここで、第２光学面１２２の光軸に沿う方向（第２光学面１２２および光伝送体１４５の端面１４５ａの対向方向）における、第２光学面１２２からの出射光の集光点と光伝送体１４５の端面１４５ａとの位置ずれ量と、光電変換素子１１２および光伝送体１４５の端面１４５ａの光結合効率との関係について調べるために、シミュレーションを行った。本シミュレーションでは、第２光学面１２２の光軸に沿う方向において、光伝送体１４５の端面１４５ａに対する第２光学面１２２からの出射光の集光点の相対位置を変化させつつ、上記光結合効率を計算した。

なお、本シミュレーションでは、発光素子はＶＣＳＥＬであり、開口数（ＮＡ）を０．２５、発光面の直径を１０μｍ、出射光の波長を８５０ｎｍとした。また、光伝送体１４５は光ファイバーであり、開口数（ＮＡ）を０．２、端面１４５ａの直径を５０μｍとした。

図５は、光モジュール１００における、光伝送体１４５の端面１４５ａに対する、第２光学面１２２からの出射光の集光位置のずれ量と、光結合効率との関係を示すグラフである。図５において、横軸は、光伝送体１４５の端面１４５ａに対する、第２光学面１２２からの出射光の集光位置のずれ量（ｍｍ）を示し、縦軸は、光電変換素子１１２と光伝送体１４５の端面１４５ａとの光結合効率（ｄＢ）を示している。なお、横軸のプラス方向は、光伝送体１４５の端面１４５ａと第２光学面１２２との距離が大きくなる方向を示し、横軸のマイナス方向は、光伝送体１４５の端面１４５ａと第２光学面１２２との距離が小さくなる方向を示す。

図５に示されるように、本シミュレーションでは、上記位置ずれ量の大きさが約０．１２ｍｍ以下のとき、上記光結合効率は、ほぼ一定の値となり、上記位置ずれ量の大きさが約０．１２ｍｍ超のとき、上記光結合効率は、上記位置ずれ量の大きさが大きくなるにつれて低下することがわかる。本シミュレーションの条件では、第１トレランス幅Ｄ_１は、約０．１０ｍｍであり、第２トレランス幅Ｄ_２は、約０．１５ｍｍであることがわかる。すなわち、本シミュレーションにおける光モジュールは、光伝送体１４５の端面１４５ａに対する送信光の焦光位置のずれ量Ｌが、約０．１５ｍｍ以下となるように製造されることが好ましく、約０．１０ｍｍ以下となるように製造されることがより好ましい。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る光モジュール１００において、光レセプタクル１２０は、基板１１１と接触していないため、基板１１１および光レセプタクル１２０の間には空間が形成される。したがって、本実施の形態によれば、ワイヤーボンディングのための領域、および他の光学部品や電子部品などを配置するための領域を確保して、光モジュールの設計の自由度を高めることができる。

また、本実施の形態に係る光モジュール１００において、フェルール１４０は、光レセプタクル１２０の、第２光学面１２２が配置されている面（正面）に対して離間した状態で、支持部材１３０に接着されているものの、光レセプタクル１２０には接着されていない。したがって、光モジュール１００では、フェルール１４０に光伝送体１４５を挿入したり、フェルール１４０から光伝送体１４５を取り外したりするときに、光伝送体１４５の着脱時の応力が、光レセプタクル１２０に直接加わらない。さらには、光伝送体１４５の着脱時のみならず、光モジュール１００の使用時においても、光伝送体１４５の引張方向および光伝送体１４５のフェルールに対する押し付け方向の応力が、光レセプタクル１２０に直接加わらない。このため、光伝送体１４５の着脱時、および光モジュール１００の使用時に、光レセプタクル１２０の位置がずれたり、光レセプタクル１２０が支持部材１３０から外れたりするのを抑制することができる。これにより、光レセプタクル１２０および支持部材１３０の接着に使用される接着剤の量を低減させることができる。接着剤の量が多すぎる場合、接着剤の収縮によって光レセプタクル１２０が変形したり、光レセプタクル１２０の位置がずれたりして、光モジュール１００の光学性能が悪化することがある。しかしながら、本実施の形態に係る光モジュール１００では、上記のとおり、接着剤の量を低減することができるため、接着剤の量が多すぎることによって生じる光モジュール１００の光学性能の悪化を抑制することができる。

［変形例］
支持部材１３０における位置決め部の構成は、上記の態様に限定されない。図６Ａ、Ｂは、変形例１に係る光モジュール１００’の構成を示す図である。図６Ａは、基板１１１側からみた光モジュール１００’の底面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図６Ａでは、光電変換装置１１０は省略されている。

図６Ａに示されるように、支持部材１３０’における位置決め部は、天板１３１および前板１３４’により構成されていてもよい。変形例１では、前板１３４’の開口部１３４１において、前板１３４’の内側には、２個の切欠き部１３４２’が形成されている。２個の切欠き部１３４２’は、前板１３４’の開口部１３４１の両側において、互いに対向するようにそれぞれ形成されている。変形例１では、天板１３１の段部と、前板１３４’の切欠き部１３４２’とにより、光レセプタクル１２０が支持部材１３０’に支持される位置を規定しうる。これにより、光レセプタクル１２０および支持部材１３０’を互いに固定するときに、光レセプタクル１２０の位置が、簡単かつ高精度に決定されうる。

図７Ａ、Ｂは、変形例２に係る光モジュール１００”の構成を示す図である。図７Ａは、基板１１１側からみた光モジュール１００”の底面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図７Ａでは、光電変換装置１１０は省略されている。

図７Ａに示されるように、支持部材１３０”における位置決め部は、前板１３４’により構成されていてもよい。図７Ｂに示されように、天板１３１”には上記段部が形成されていない。変形例２においては、切欠き部１３４２’のみにより、光レセプタクル１２０が支持部材１３０”に支持される位置が規定される。変形例２においても、光レセプタクル１２０および支持部材１３０”を互いに固定するときに、光レセプタクル１２０の位置が、簡単かつ高精度に決定されうる。

また、上記実施の形態では、位置決め部が、支持部材１３０に形成された第２凹部１３０２である場合について説明したが、本発明はこの態様に限定されない。たとえば、位置決め部は、支持部材１３０に形成された凸部であってもよいし、嵌合部であってもよいし、上記凹部、上記凸部および勘合部の組み合わせであってもよい。

位置決め部が、支持部材１３０に形成された上記凸部である場合、当該凸部の表面と、光レセプタクル１２０の正面、右側面、左側面および背面の少なくとも１つとが互いに接することによって、支持部材１３０に支持される光レセプタクル１２０の位置が決定されうる。

位置決め部が、支持部材１３０に形成された嵌合部である場合、光レセプタクル１２０にも当該勘合部に対応する嵌合部が形成される。支持部材１３０の嵌合部と、光レセプタクル１２０の勘合部とを介して、支持部材１３０および光レセプタクル１２０を互いに連結することによって、支持部材１３０に支持される光レセプタクル１２０の位置が決定されうる。光レセプタクル１２０および支持部材１３０に形成されうる嵌合部の位置、形状、大きさ、および数は、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。光レセプタクル１２０に形成される嵌合部の位置、形状、大きさ、および数は、支持部材１３０に形成される嵌合部の位置、形状、大きさ、および数にそれぞれ対応する。光レセプタクル１２０および支持部材１３０の嵌合部の形状の例には、円柱形状、多角柱形状および貫通孔形状が含まれる。

また、上記実施の形態では、反射面１２３を有する光モジュール１００について説明したが、本発明に係る光モジュールは、反射面を有していなくてもよい。

本発明に係る光モジュールは、例えば、光伝送体を用いた光通信に有用である。

１０ 接着剤
１００、１００’、１００” 光モジュール
１１０ 光電変換装置
１１１ 基板
１１２ 光電変換素子
１２０ 光レセプタクル
１２１ 第１光学面
１２２ 第２光学面
１２３ 反射面
１２４ フェルール用凸部
１３０、１３０’、１３０” 支持部材
１３０１ 第１凹部
１３０２ 第２凹部
１３１、１３１” 天板
１３２ 右側板
１３３ 左側板
１３４、１３４’ 前板
１３４１ 開口部
１３４２’ 切欠き部
１３５ 背板
１４０ フェルール
１４１ 中空領域
１４２ 第１貫通孔
１４３ 第２貫通孔
１４４ 光レセプタクル用貫通孔
１４５ 光伝送体
１４５ａ 光伝送体の端面

Claims (8)

1. 光伝送体の端面への光の送信および前記光伝送体の端面からの光の受信の一方または両方を行うための光モジュールであって、
   基板と、
   前記基板上に配置された光電変換素子と、
   前記光電変換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と、
   前記基板および前記光レセプタクルが互いに離間した状態で、前記光レセプタクルを支持している支持部材と、
   前記光伝送体を保持するためのフェルールと、
   を有し、
   前記光レセプタクルは、
   前記光電変換素子から出射された送信光を入射させるか、または前記光伝送体の端面から出射され、前記光レセプタクルの内部を通った受信光を前記光電変換素子に向けて出射させる第１光学面と、
   前記光電変換素子から出射され、前記光レセプタクルの内部を通った前記送信光を前記光伝送体に向けて出射させるか、または前記光伝送体から出射された前記受信光を入射させる第２光学面と、
   を有し、
   前記フェルールは、前記光レセプタクルの、前記第２光学面が配置されている面に対して離間した状態で、前記支持部材に接着されており、かつ前記光レセプタクルに接着されていない、
   光モジュール。
2. 前記支持部材は、前記フェルールに対する対向面に開口している開口部を有し、
   少なくとも前記第２光学面の光軸に対して垂直な一方向において、前記フェルールは、前記開口部より大きい、
   請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記支持部材は、前記光レセプタクルの位置を決めるための位置決め部を有する、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記位置決め部は、前記支持部材に形成された凹部であり、
   前記凹部の内面は、前記光レセプタクルの、前記第２光学面が配置されている面である前記光レセプタクルの正面と、前記光レセプタクルにおいて前記正面の反対側に位置している前記光レセプタクルの背面との一方または両方に接している、
   請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記凹部の内面は、前記光レセプタクルの右側面および左側面にさらに接している、請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記第２光学面の光軸に沿う方向において、前記フェルールは、前記フェルール内に前記光伝送体が配置されたときの、前記光電変換素子および前記光伝送体の端面の光結合効率が、最大値から１ｄＢ低下するまでの位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記光レセプタクルは、前記第１光学面で入射した前記送信光を前記第２光学面に向けて反射させるか、または前記第２光学面で入射した前記受信光を前記第１光学面に向けて反射させる反射面をさらに有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光モジュール。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法であって、
   前記光レセプタクルおよび前記支持部材を互いに固定する工程と、
   前記光レセプタクルが固定された前記支持部材と、前記基板とを、前記基板および前記光レセプタクルが互いに離間した状態で互いに固定する工程と、
   前記光レセプタクルの、前記第２光学面が配置されている面と、前記フェルールとが互いに接触していない状態で、前記光レセプタクルおよび前記フェルールを互いに接着せず、前記支持部材および前記フェルールを互いに接着する工程と、
   を含む、光モジュールの製造方法。

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