(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
複数の発光素子または複数の受光素子と、複数の光伝送体との間に配置され、前記複数の発光素子または複数の受光素子と、前記複数の光伝送体の端面とをそれぞれ光学的に結合するための光レセプタクルであって、
前記複数の発光素子から出射された光をそれぞれ入射させるか、内部を通る光を前記受光素子に向けてそれぞれ出射させる複数の第1光学面と、
前記複数の第1光学面で入射した光を前記複数の光伝送体の端面に向けてそれぞれ出射させるか、前記複数の光伝送体からの光をそれぞれ入射させる複数の第2光学面と、
前記第1光学面で入射した光を前記第2光学面に向けて反射させるか、前記第2光学面で入射した光を前記第1光学面に向けて反射させる第3光学面と、
前記複数の第2光学面が配置された面、または前記複数の第1光学面が配置された面に形成された複数の第1凹部と、
前記第1凹部が配置された面と対向する面に形成された複数の第2凹部と、
を有し、
前記複数の第1凹部および前記複数の第2凹部は、それぞれ、その中心軸が一致するように対向して配置されている、
光レセプタクル。
前記複数の第1凹部は、前記第2光学面を通る光の光軸と平行であって、かつ前記第3光学面を垂直方向に2分する面を対称面として、面対称の位置に形成されている、請求項1に記載の光レセプタクル。
【背景技術】
【0002】
以前から、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、面発光レーザー(例えば、VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などの発光素子を備えた光モジュールが使用されている。光モジュールは、発光素子から出射された通信情報を含む光を光伝送体に入射させる送信用の光レセプタクル、または光伝送体からの光を受光素子に入射させる受信用の光レセプタクルを有する(例えば特許文献1参照)。
【0003】
図1は、特許文献1に記載の受信用の光レセプタクル10の斜視図である。
図1に示されるように、光レセプタクル10は、複数の光ファイバーからの光をそれぞれ入射させる複数の入射面12と、複数の入射面12で入射した光を反射する反射面14と、反射面14で反射した光を複数の受光素子に向かってそれぞれ出射する複数の出射面16と、反射面16を挟むように配置された一対のガイド孔18と、を有する。複数の光ファイバーは光コネクタに収容されており、光コネクタの凸部をガイド孔18に挿入することで、複数の光ファイバーは光レセプタクル10に接続される。
【0004】
このように接続された光レセプタクル10では、光ファイバーから出射した光は、入射面12を介して入射し、反射面14で受光素子の受光面に向かって反射された後、出射面16を介して受光素子の受光面に到達する。
【0005】
特許文献1に記載の光レセプタクル10は、熱可塑性の透明樹脂を用いた射出成形により一体成形される。具体的には、光レセプタクル10は、金型のキャビティーに熱可塑性の透明樹脂を流し込んで、固化せた後、光レセプタクル10を離型することで製造される。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
[実施の形態1]
(光モジュールの構成)
図2は、本発明の実施の形態1に係る光モジュール100の断面図である。
図2では、光レセプタクル120内の光路を示すために光レセプタクル120の断面へのハッチングを省略している。
【0016】
図2に示されるように、光モジュール100は、発光素子114を含む基板実装型の光電変換装置110と、光レセプタクル120と、を有する。光モジュール100は、光レセプタクル120に光伝送体116が接続されて使用される。光伝送体116の種類は、特に限定されず、光ファイバー、光導波路などが含まれる。本実施の形態では、光伝送体116は、光ファイバーである。また、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。
【0017】
光電変換装置110は、基板112および複数の発光素子114を有する。発光素子114は、基板112上に一列に配置されており、基板112の表面に対して垂直方向にレーザー光を出射する。発光素子114は、例えば垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)である。
【0018】
光レセプタクル120は、光電変換装置110と光伝送体116との間に配置された状態で、発光素子114と光伝送体116の端面とを光学的に結合させる。以下、光レセプタクル120の構成について詳細に説明する。
【0019】
(光レセプタクルの構成)
図3は、実施の形態1に係る光レセプタクル120の構成を示す図である。
図3Aは、光レセプタクル120の平面図であり、
図3Bは、底面図であり、
図3Cは、正面図であり、
図3Dは、背面図であり、
図3Eは、右側面図である。
【0020】
図3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、透光性を有し、発光素子114から出射された光を光伝送体116の端面に向けて出射する。光レセプタクル120は、複数の第1光学面(入射面)121、第3光学面(反射面)122、複数の第2光学面(出射面)123、複数の第1凹部124および複数の第2凹部125を有する。光レセプタクル120は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド(PEI)や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。また、光レセプタクル12は、例えば射出成形により製造されうる。
【0021】
第1光学面121は、発光素子114から出射されたレーザー光を屈折させて光レセプタクル120の内部に入射させる入射面である。複数の第1光学面121は、光レセプタクル120の底面に、発光素子114とそれぞれ対向するように長辺方向に一列に配置されている。第1光学面121の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第1光学面121の形状は、発光素子114に向かって凸状の凸レンズ面である。また、第1光学面121の平面視形状は、円形である。第1光学面121の中心軸は、発光素子114の発光面(および基板112の表面)に対して垂直であることが好ましい。また。第1光学面121の中心軸は、発光素子114から出射されたレーザー光の光軸と一致することが好ましい。第1光学面121(入射面)で入射した光は、第3光学面122(反射面)に向かって進行する。
【0022】
第3光学面122は、第1光学面121で入射した光を第2光学面123に向けて反射させる反射面である。第3光学面122は、光レセプタクル120の底面から天面に向かうにつれて、光伝送体116に近づくように傾斜している。発光素子114から出射される光軸に対する第3光学面122の傾斜角度は、特に限定されない。本実施の形態では、第3光学面122の傾斜角度は、第1光学面121で入射した光の光軸に対して45°である。第3光学面122の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第3光学面122の形状は、平面である。第3光学面122には、第1光学面121で入射した光が、臨界角より大きな入射角で入射する。第3光学面122は、入射した光を第2光学面123に向かって全反射させる。すなわち、第3光学面122(反射面)では、所定の光束径の光が入射して、所定の光束径の光が第2光学面123(出射面)に向かって出射する。
【0023】
第2光学面123は、第3光学面122で全反射した光を光伝送体116の端面に向けて出射させる出射面である。複数の第2光学面123は、光レセプタクル120の側面に、光伝送体116の端面とそれぞれ対向するように長辺方向に一列に配置されている。第2光学面123の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第2光学面123の形状は、光伝送体116の端面に向かって凸状の凸レンズ面である。これにより、第3光学面122で反射した所定の光束径の光を光伝送体116の端面に効率良く結合させることができる。第2光学面123の中心軸は、光伝送体116の端面の中心軸と一致していることが好ましい。
【0024】
第1凹部124は、光伝送体116を光レセプタクル120(複数の第2光学面123が配置された面)に固定するための凹部である。第1凹部124に光伝送体取り付け部の突起をそれぞれ嵌合させることにより、光レセプタクル120の複数の第2光学面123が配置された面に対して光伝送体116が固定される。
【0025】
第1凹部124の形状および数は、基板112に対して光レセプタクル120を固定することができれば、特に限定されない。すなわち、第1凹部124の形状は、光伝送体取り付け部の突起と相補的な形状であればよい。本実施の形態では、第1凹部124の形状は、円柱形状である。また、第1凹部124の数も光レセプタクル120に対して光伝送体116を固定することができればよく、通常は複数個形成されている。本実施の形態では、2個の第1凹部124が、複数の第2光学面123が配置された面に、第2光学面123のすべてを長辺方向に挟むように配置されている。複数の第1凹部124は、第2光学面123を通る光の光軸と平行であって、かつ第3光学面122を垂直方向に2分する面を対称面として、面対称の位置に形成されている。また、第1凹部124の開口部の直径および深さも、特に限定されず、基板112の突起と相補的な形態であればよい。
【0026】
第2凹部125は、光レセプタクル120を射出成形で製造する場合において、第1凹部124に起因する離型時の光レセプタクル120の変形を抑制するための凹部である。第2凹部125は、第1凹部124が配置された面と反対側の側面に開口している。第2凹部125の形状は、第1凹部124を離型する際に生じる応力を相殺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、第2凹部125の形状は、円柱形状である。また、第2凹部125の開口部の直径および深さも、特に限定されず、第1凹部124を離型する際に生じる応力に応じて設定すればよい。
【0027】
複数の第1凹部124および複数の第2凹部125は、それぞれ対向して配置されている。また、複数の第1凹部124の中心軸と、複数の第2凹部125の中心軸とは、それぞれ一致している。第1凹部124と、第2凹部125の中心軸が一致していない場合、第1凹部124を離型する際に生じる応力を相殺することができない。
【0028】
(第3光学面の歪みの測定)
実施の形態1に係る光レセプタクル120について、射出成型により製造したときの離型後の第3光学面122の形状を干渉計または3次元測定機により測定した。また、比較のため、第2凹部125を有さない光レセプタクル120’についても、離型後の第3光学面122の形状を測定した。
【0029】
図4は、比較例の光レセプタクル120’の構成を示す図である。
図4Aは、比較例の光レセプタクル120’の平面図であり、
図4Bは、底面図であり、
図4Cは、正面図であり、
図4Dは、背面図であり、
図4Eは、右側面図である。
図5および
図6は、射出成形により製造した光レセプタクル120,120’の第3光学面122の歪みを説明するための図である。
図5Aは、射出成形時に比較例の光レセプタクル120’にかかる力を示しており、
図5Bは、射出成形後の比較例の第3光学面122の形状を示すグラフである。
図6Aは、射出成形時に実施の形態1に係る光レセプタクル120にかかる力を示しており、
図6Bは、射出成形後の実施の形態1に係る第3光学面122の形状を示すグラフである。
図5Bおよび
図6Bにおいて、横軸は、第3光学面122の中心からの距離dを示している。縦軸は、第3光学面122の法線方向の変形量hを示している。
【0030】
まず、従来の光レセプタクル120’を射出成型により製造する場合について説明する。
図5Aに示されるように、従来の光レセプタクル120’は、側面に凹部が形成されているため、射出成形において、少なくとも凹部が形成されている側面を成形する金型が必要となる。そして、このような金型を使用して射出成型をした後、離型した場合、光レセプタクル120’は、凹部の内面および金型の凹部に対応する部分に生じる摩擦によって、凹部の位置で金型側(
図5の下方向)引っ張られる(
図5Aの細い点線参照)。このとき、光レセプタクル120’には、全体として湾曲するように応力が掛かる(
図5Aの細い実線参照)。その結果、第3光学面122は、全体として湾曲するように力がかかり歪んでしまう(
図5Aの太い実線参照)。
【0031】
一方、
図6Aに示されるように、実施の形態1に係る光レセプタクル120は、一方の側面に第1凹部124が形成されており、かつ対向する側面に第2凹部125が形成されているため、射出成形において、対向する両側面を成形する金型が必要となる。そして、このような金型を使用して射出成型をした後、離型した場合、光レセプタクル120は、第1凹部124の内面および金型の第1凹部124に対応する部分に生じる摩擦と、第2凹部125の内面および金型の第2凹部125に対応する部分に生じる摩擦とによって、互いに反対方向に引っ張られる。このとき、第1凹部124の内面および金型の第1凹部124に対応する部分に生じる摩擦による応力は、第2凹部125の内面および金型の第2凹部125に対応する部分に生じる摩擦による応力によって相殺される。よって、光レセプタクル120に大きな力が掛かることがない。このため、
図6Bに示されるように、光レセプタクル120では、第3光学面122の高さ方向の歪みが抑制されていた。
【0032】
(効果)
以上のように、実施の形態1に係る光レセプタクル120は、その中心軸が一致するように第1凹部124と第2凹部125とが対向して配置されているため、射出成形により製造する場合にも、離型時の変形(歪み)の発生を抑制することができる。
【0033】
[実施の形態2]
実施の形態2に係る光モジュールは、光レセプタクル220の形状が実施の形態1に係る光モジュール100と異なる。そこで、実施の形態1に係る光モジュール100と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略し、光モジュールの異なる構成要素を中心に説明する。実施の形態2に係る光レセプタクル220は、複数の第1凹部124および複数の第2凹部125の代わりに複数の凹部221を有する点において、実施の形態1に係る光レセプタクル120と異なる。
【0034】
(光レセプタクルの構成)
図7は、本発明の実施の形態2に係る光レセプタクル220の構成を示す図である。
図7Aは、実施の形態2に係る光レセプタクル220の平面図であり、
図7Bは、底面図であり、
図7Cは、正面図であり、
図7Dは、背面図であり、
図7Eは、右側面図である。
【0035】
図7に示されるように、実施の形態2に係る光レセプタクル220は、複数の第1光学面121、複数の第3光学面122、第2光学面123および複数の凹部221を有する。
【0036】
凹部221は、光伝送体116を光レセプタクル220(複数の第2光学面123が配置された面)に固定するための部分である。また、本実施の形態では、凹部221の形状を工夫することにより、射出成形の離型時における光レセプタクルの変形を抑制することを狙っている。すなわち、凹部221は、実施の形態1に係る第1凹部124および第2凹部125の両方の機能を有する。凹部221は、光レセプタクル220の複数の第2光学面123が配置された側面に形成されている。また、凹部221の数は、光伝送体取り付け部の突起の数に対応して設定される。本実施の形態では、2個の凹部221が、全ての第2光学面123を挟むように配置されている。凹部221は、凹部本体222およびテーパー部223を有する。
【0037】
凹部本体222は、光伝送体116を複数の第2光学面123が配置された面に対して位置決めすることができる形状であれば、特に限定されない。本実施の形態では、凹部本体222の形状は、円柱形状である。凹部本体222の軸方向の長さ(深さ)は、光伝送体取り付け部の突起を位置決めする観点から、0.3mm以上であることが好ましい。凹部本体222の軸方向の長さが0.3mm未満である場合、光伝送体116を複数の第2光学面123が配置された面に適切に固定できないおそれがある。
【0038】
テーパー部223は、離型時に凹部221と金型の対応する部分との間に生じる摩擦を軽減して、光レセプタクル220の変形を抑制するための円錐台形状の部位である。凹部本体222の底面およびテーパー部223の底面は同一形状であり、テーパー部223の内周面(テーパー面)は、凹部本体222の内周面に連続している。凹部221の中心軸に対するテーパー部223の内周面(テーパー面)の角度は、特に限定されないが、例えば3°程度である。凹部本体222の中心軸およびテーパー部223の中心軸は、一致していることが好ましい。
【0039】
(第3光学面の歪みの測定)
図8は、射出成形により製造した光レセプタクル220の第3光学面122の歪みを説明するための図である。
図8Aは、離型時に実施の形態2に係る光レセプタクル220にかかる応力を示しており、
図8Bは、離型後の第3光学面122の形状を示すグラフである。
図8Bのグラフにおいて、横軸は、第3光学面122の中心からの距離dを示している。縦軸は、第3光学面122の法線方向の変形量hを示している。
【0040】
図8Aに示されるように、実施の形態2に係る光レセプタクル220は、側面に凹部221が成形されているため、射出成形において、凹部221が形成された側面側を成形する金型が必要となる。そして、このような金型を使用して射出成型をした後、離型した場合、光レセプタクル220は、凹部221の内面および金型の凹部221に対応する部分に生じる摩擦によって、凹部221の位置で金型側(
図8Aの下方向)に引っ張られる(
図8Aの細い点線参照)。このとき、凹部221の底部にはテーパー部223が形成されているため、光レセプタクル220では、
図5に示した比較例の光レセプタクル120’より摩擦が軽減される。このため、
図8Bに示されるように、光レセプタクル220では、第3光学面122の高さ方向における歪みが抑制されていた。
【0041】
(効果)
以上のように、実施の形態2に係る光レセプタクル220は、凹部221の底部にテーパー部223が形成されているため、射出成形により製造する場合にも、離型時の変形(歪み)の発生を抑制することができる。
【0042】
なお、上記各実施の形態に係る光レセプタクル120,220では、第1光学面121および第2光学面123が凸レンズ面である場合を示したが、第1光学面121および第2光学面123は平面であってもよい。具体的には、第1光学面121のみが平面であってもよいし、第2光学面123のみが平面であってもよい。第1光学面121が平面に形成されている場合、例えば、第3光学面122は、凹面鏡として機能できるように形成される。また、第1光学面121や第3光学面122などにより、第2光学面123に到達する直前の光が効果的に収束されている場合は、第2光学面123が平面に形成されていてもよい。
【0043】
また、上記各実施の形態に係る光レセプタクル120,220は、受信用の光モジュールにも使用することができる。この場合、受信用の光モジュールは、複数の発光素子114の代わりに光を受光するための複数の受光素子を有する。複数の受光素子は、それぞれ発光素子と同じ位置に配置される。受信用の光モジュールでは、第2光学面123が入射面となり、第1光学面121が出射面となる。光伝送体116の端面から出射された光は、第2光学面123から光レセプタクル内に入射する。そして、光レセプタクルに入射した光は、第3光学面122で反射して第1光学面121から受光素子に向かって出射される。また、反射面を有さない光モジュールでは、光レセプタクルに入射した光は、第1光学面121から受光素子に向かって出射される。