特開 2024-64571 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064571

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173259

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 隆史

【テーマコード（参考）】

2H137

【Ｆターム（参考）】

2H137AB06

2H137BA15

2H137BB03

2H137BB25

2H137BB33

2H137BC04

2H137BC07

2H137BC10

2H137BC11

2H137BC55

2H137BC73

2H137CA15A

2H137CA15C

2H137CA75

2H137CC05

2H137CD33

2H137DB09

2H137DB10

(57)【要約】

【課題】製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加を抑制した光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールは、基板と、基板上に設けられた発光素子と、第１レンズが形成された底面と第１端面とを有し、主面と交差する方向に沿って第１レンズが発光素子と並ぶように主面上に実装され、発光素子からの出射光を第１レンズを介して第１端面より出射させるレンズモジュールと、第２レンズが形成された第２端面を有し、第２端面が第１端面と向かい合うようにレンズモジュールと接続され、第１端面からの出射光を第２レンズにより集光するレンズコネクタと、前端面を有し、レンズコネクタに保持され、第２レンズにより集光された出射光が前端面に入射する光ファイバと、を備える。第２レンズの焦点は、前端面から第２端面へ向かう方向に所定の距離だけ離れている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面を有する基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
第１レンズが形成された底面と第１端面とを有し、前記主面と交差する方向に沿って前記第１レンズが前記発光素子と並ぶように前記主面上に実装され、前記発光素子からの出射光を前記第１レンズを介して前記第１端面より出射させる構成であるレンズモジュールと、
第２レンズが形成された第２端面を有し、前記第２端面が前記第１端面と向かい合うように前記レンズモジュールと接続され、前記第１端面からの前記出射光を前記第２レンズにより集光する構成であるレンズコネクタと、
前端面を有し、前記レンズコネクタに保持され、前記第２レンズにより集光された前記出射光が前記前端面に入射する構成である光ファイバと、を備え、
前記第２レンズの焦点は、前記前端面から前記第２端面へ向かう方向に所定の距離だけ離れている、光モジュール。

【請求項2】

前記所定の距離は、５０μｍ以上１５０μｍ以下である、
請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記第１端面と前記第２端面とは、前記光ファイバの中心軸と垂直を為す面に対して傾斜している、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

前記第１端面と前記第２端面とは、前記光ファイバの中心軸の方向に沿って離れている、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記レンズモジュールは、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂から構成され、
前記レンズコネクタは、ポリエーテルイミド樹脂から構成されている、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項6】

前記レンズモジュールは、前記底面及び前記第１端面と交差する方向に延在するミラー面を更に有し、
前記第１端面は、前記主面と交差する方向に延在しており、
前記ミラー面は、前記第１レンズを通過した前記出射光を前記第１端面に向けて反射する構成である、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光ファイバインターフェースモジュールが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第９４３５９６３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された光ファイバインターフェースモジュールは、基板上に設けられた発光素子と、発光素子からの出射光を集光するレンズを有するモジュールと、レンズを介して発光素子と光学的に結合する光ファイバとを備える。特許文献１に記載された光ファイバインターフェースモジュール等の光モジュールでは、レンズの焦点が光ファイバの内部かつ光ファイバの中心軸に位置している。この場合、発光素子からの出射光が予め定めた光路をたどれば、発光素子と光ファイバとの間の結合損失を低減することができる。しかしながら、製造公差等により出射光の光路がずれることがある。例えば、発光素子が取付公差によって規定の位置からずれてしまうと、出射光の光路がずれてしまう。これにより、レンズによって集光された出射光が光ファイバの中心軸から大きくずれてしまう。よって、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合に、結合損失が増加しやすくなり、光モジュールの製造歩留まりが悪化する。

【0005】

本開示は、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加を抑制することができる、光モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、一側面として、主面を有する基板と、基板上に設けられた発光素子と、第１レンズが形成された底面と第１端面とを有し、主面と交差する方向に沿って第１レンズが発光素子と並ぶように主面上に実装され、発光素子からの出射光を第１レンズを介して第１端面より出射させる構成であるレンズモジュールと、第２レンズが形成された第２端面を有し、第２端面が第１端面と向かい合うようにレンズモジュールと接続され、第１端面からの出射光を第２レンズにより集光する構成であるレンズコネクタと、前端面を有し、レンズコネクタに保持され、第２レンズにより集光された出射光が前端面に入射する構成である光ファイバと、を備えた、光モジュールに関する。この光モジュールでは、第２レンズの焦点は、前端面から第２端面へ向かう方向に所定の距離だけ離れている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加を抑制した光モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る光モジュールを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す光モジュールの分解図である。

【図3】図３は、図１に示す光モジュールのIII-III線に沿った断面図を模式的に示している図である。

【図4】図４は、レンズモジュールの周辺構造を示す側面図である。

【図5】図５は、図４に示す周辺構造の製造方法を示す側面図であり、（ａ）部は、基板に半田を導入した状態を示す側面図であり、（ｂ）部は、電子部品を配置した状態を示す側面図であり、（ｃ）部は、半田リフローにより電子部品を主面に半田付けした状態を示す側面図であり、（ｄ）部は、半田リフローにより基板をマザーボードに半田付けした状態を示す側面図である。

【図6】図６は、光モジュールにおける光路をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）部は、実施例１の結果を示す図であり、（ｂ）部は、比較例の結果を示す図である。

【図7】図７は、光モジュールにおいてレンズモジュールの位置をずらした場合における結合損失をシミュレーションした実施例２の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
［１］本開示の一実施形態に係る光モジュールは、主面を有する基板と、基板上に設けられた発光素子と、第１レンズが形成された底面と第１端面とを有し、主面と交差する方向に沿って第１レンズが発光素子と並ぶように主面上に実装され、発光素子からの出射光を第１レンズを介して第１端面より出射させる構成であるレンズモジュールと、第２レンズが形成された第２端面を有し、第２端面が第１端面と向かい合うようにレンズモジュールと接続され、第１端面からの出射光を第２レンズにより集光する構成であるレンズコネクタと、前端面を有し、レンズコネクタに保持され、第２レンズにより集光された出射光が前端面に入射する構成である光ファイバと、を備える。この光モジュールでは、第２レンズの焦点は、前端面から第２端面へ向かう方向に所定の距離だけ離れている。

【0010】

この光モジュールでは、発光素子からの出射光を集光する第２レンズの焦点が、光ファイバの前端面から第２端面へ向かう方向に所定の距離だけ離れている。この場合、焦点が光ファイバの前端面上、または、光ファイバの内部に位置している場合と比較すると、出射光の光路がずれた際において、出射光の中心が光ファイバの中心軸に近くなる。よって、出射光の光路が予め定めた光路からずれた場合であっても結合損失の増加を抑制することができる。したがって、この光モジュールによれば、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加を抑制できる。また、この光モジュールでは、出射光を集光する第２レンズが、基板に実装されるレンズモジュールではなく、レンズコネクタに形成されている。これにより、第２レンズでは、製造時に発生する熱、例えば他の電子部品を半田リフローにより基板へ実装する際に発生する熱、による変形が生じない。すなわち、第２レンズの焦点位置が光ファイバの中心軸から離れることを抑制することができる。したがって、この光モジュールによれば、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加をより確実に抑制できる。

【0011】

［２］上記［１］の光モジュールにおいて、所定の距離は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。この場合、焦点が前端面から第２端面へ向かう方向に５０μｍ以上離れているため、第２レンズにより集光された出射光の、光ファイバの中心軸からのずれが顕著に小さくなる。また、焦点が前端面から第２端面へ向かう方向に１５０μｍ以下離れていることにより、第２レンズにより集光された出射光の拡散を抑制し、より確実に出射光を光ファイバに入射させることができる。よって、この光モジュールによれば、製造公差等により発光素子からの出射光の光路がずれた場合であっても、結合損失の増加をより確実に抑制できる。

【0012】

［３］上記［１］または［２］の光モジュールにおいて、第１端面と第２端面とは、中心軸と垂直を為す面に対して傾斜していてもよい。この場合、第１端面又は第２端面に入射した発光素子からの出射光の一部がフレネル反射により反射される際、当該反射光は、出射光の光路からずれた方向に反射される。よって、出射光が発光素子に向かって反射されることを防ぐことができ、発光素子の動作を安定させることができる。

【0013】

［４］上記［１］から［３］のいずれかの光モジュールにおいて、第１端面と第２端面とは、光ファイバの中心軸の方向に沿って離れていてもよい。この場合、第２端面に形成された第２レンズが第１端面と接触しないので、第２レンズが傷つくことを防ぐことができる。よって、第２レンズの信頼性を高めることができる。

【0014】

［５］上記［１］から［４］のいずれかの光モジュールにおいて、レンズモジュールは、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂から構成され、レンズコネクタは、ポリエーテルイミド樹脂から構成されていてもよい。この場合、レンズモジュールは、耐熱性に優れるので、製造時に発生する熱、例えば他の電子部品を半田リフローにより基板へ実装する際に発生する熱、によるレンズモジュールの変形が抑制される。よって、出射光の光路のずれを抑制することができる。また、レンズコネクタは、成形性に優れていることから、レンズコネクタの寸法精度が向上する。よって、第２レンズの焦点が光ファイバの中心軸から離れることを抑制することができる。

【0015】

［６］上記［１］から［５］のいずれかの光モジュールにおいて、レンズモジュールは、底面及び第１端面と交差する方向に延在するミラー面を更に有し、第１端面は、主面と交差する方向に延在しており、ミラー面は、第１レンズを通過した出射光を第１端面に向けて反射する構成であってもよい。この場合、発光素子からの出射光が主面と交差する方向に延在する第１端面から出射されるので、出射光は、主面に対して垂直な方向と交差する方向に出射される。これにより、光ファイバが基板の主面の法線方向に延在せずに済む。よって、この光モジュールによれば、基板の主面の法線方向における全体の高さを抑制することができる。

【0016】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示に係る光モジュールの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１は、一実施形態に係る光モジュール１を示す斜視図である。図２は、図１に示す光モジュール１の分解図である。図３は、図１に示す光モジュール１のIII-III線に沿った断面図を模式的に示している図である。光モジュール１は、図１から図３に示すように、主面２ａを有する基板２と、主面２ａ上に設けられた発光素子３と、発光素子３の上方、かつ、主面２ａ上に実装されたレンズモジュール４と、レンズモジュール４に接続されたレンズコネクタ５と、レンズコネクタ５に保持される少なくとも１本の光ファイバ６と、ケーブル７と、ブーツ８と、を備える。以下の説明においては、主面２ａが延在する方向をＸ方向と称し、主面２ａの法線方向をＹ方向と称し、Ｘ方向及びＹ方向と垂直を為す方向をＺ方向と称する。Ｘ方向及びＹ方向は、互いに垂直を為している。

【0018】

基板２は、略矩形の平板形状を有する誘電体基板の表面に金属製の配線パターン（不図示）が形成された部材である。基板２の主面２ａ上には、発光素子３及びレンズモジュール４が設けられている。

【0019】

発光素子３は、例えば半導体レーザである。発光素子３の光軸Ｌ１は、図３に示すように、第１レンズ４ａの光軸Ｌ２と一致する。発光素子３からの出射光Ｅがレンズモジュール４及びレンズコネクタ５を介して光ファイバ６に入射することで、発光素子３及び光ファイバ６が互いに光学的に結合している。なお、後述の実施例に示すように、製造公差等によって、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とが互いにずれてもよい。

【0020】

レンズモジュール４は、出射光Ｅをコリメートしてレンズコネクタ５へ出射させる部材である。レンズモジュール４は、図１、図２及び図３に示すように、第１レンズ４ａ、底面４ｂ、第１端面４ｃ、ミラー面４ｄ、一対のガイドピン４ｅ、及び、上面４ｆを有している。レンズモジュール４には、発光素子３を駆動させるためのＩＣが実装されてもよい。レンズモジュール４は、図３に示すように、第１レンズ４ａが発光素子３と向かい合うように、かつ、Ｙ方向に沿って発光素子３の上方に第１レンズ４ａ及びミラー面４ｄが順に位置するように、主面２ａ上に接着剤Ｋ（図４参照）により実装されている。すなわち、Ｙ方向に沿って第１レンズ４ａが発光素子３と並んでいる。第１端面４ｃは、Ｘ方向においてミラー面４ｄと並ぶように形成されている。一対のガイドピン４ｅは、図２に示すように、第１端面４ｃに形成され、レンズコネクタ５へ向かって突出している。一対のガイドピン４ｅが一対のガイド穴５ｃに挿入されることにより、レンズモジュール４とレンズコネクタ５とが連結される。なお、ガイドピン４ｅは、第１端面４ｃに形成されていなくてもよい。この場合、第１端面４ｃには段差が設けられており、第１端面４ｃから一段上がった面にガイドピン４ｅが設けられてもよい。

【0021】

第１レンズ４ａは、図３に示すように、底面４ｂに形成された凸レンズである。第１レンズ４ａは、出射光Ｅをコリメートする。出射光Ｅは、Ｙ方向において第１レンズ４ａを介してミラー面４ｄへ伝搬される。ミラー面４ｄは、出射光Ｅを第１端面４ｃへ反射するミラーである。ミラー面４ｄは、図２及び図３に示すように、Ｙ方向において底面４ｂと対向する上面４ｆに設けられ、Ｘ方向及びＹ方向に対して傾斜している。ミラー面４ｄは、例えばＸ方向及びＹ方向に対して４５度傾斜している。このように、ミラー面４ｄによって、出射光Ｅの伝搬方向がＹ方向からＸ方向に変換されることにより、光ファイバ６がＹ方向（主面２ａの法線方向）に延在しなくて済む。

【0022】

第１端面４ｃは、図３に示すように、出射光Ｅを出射させると共に、第２端面５ｂと対向する面である。第１端面４ｃは、上端４ｇ、及び、Ｙ方向に沿って上端４ｇと並ぶ下端４ｈを有する。Ｙ方向において、下端４ｈは、上端４ｇと比較して、主面２ａに寄っている。第１端面４ｃは、主面２ａ及び底面４ｂと交差する方向に延在している。第１端面４ｃは、光ファイバ６の中心軸Ｏと垂直を為す面に対して６度以上４０度以下の角度で傾斜しており、本実施形態では一例として８度傾斜している。本実施形態では、第１端面４ｃは、上端４ｇがレンズコネクタ５へ向かうように傾斜している。すなわち、Ｚ方向から視た場合、下端４ｈ、上端４ｇ、及び、レンズコネクタ５がＸ方向において順に並んでいる。第１端面４ｃが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して傾斜していることにより、出射光Ｅの一部がフレネル反射によって第１端面４ｃに反射されても、当該反射光は、出射光Ｅの光路からずれた方向に反射される。また、第１端面４ｃが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して６度以上の角度で傾斜していることにより、当該反射光は、出射光Ｅの光路からよりずれた方向に反射される。また、第１端面４ｃが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して４０度以下の角度で傾斜していることにより、第１端面４ｃによる出射光Ｅの過度な屈折を抑制することができる。

【0023】

次に、レンズモジュール４の構成材料について説明する。レンズモジュール４は、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂により構成されている。この熱可塑性樹脂は耐熱性及び透明性を有しているため、レンズモジュール４が耐熱性を有すると共に、第１レンズ４ａをレンズモジュール４と一体に成形することができる。

【0024】

次に、基板２及びレンズモジュール４の周辺構造の一例について図４を用いて説明する。図４は、基板２及びレンズモジュール４の周辺構造を示す側面図である。レンズモジュール４の周辺には、電子部品Ｈが半田Ｓ１により基板２に実装されている。電子部品Ｈは、例えば、入力信号から直流成分を除去するＡＣカップリング用コンデンサである。当該コンデンサは、例えば、主面２ａ上に設けられる回路に含まれている。当該回路は、例えば、高速差動信号を伝送するための回路である。また、基板２が半田Ｓ２によりマザーボードＭに実装されている。マザーボードＭは、例えばＣＰＵが搭載されたパソコンを制御する部材である。電子部品Ｈ及び基板２は、後述する製造方法に示すように、例えば半田リフローによってそれぞれ基板２及びマザーボードＭに実装されているため、レンズモジュール４は製造過程において生じる熱に曝され得る。しかしながら、レンズモジュール４が上述のように耐熱性を有するので、当該熱によるレンズモジュール４の変形が抑制される。

【0025】

図２及び図３に戻り、レンズコネクタ５の詳細を説明する。レンズコネクタ５は、レンズモジュール４からの出射光Ｅを受けると共に、光ファイバ６を保持する部材である。レンズコネクタ５は、第２レンズ５ａ、第２端面５ｂ、及び、一対のガイド穴５ｃを有している。レンズコネクタ５は、一対のガイド穴５ｃに一対のガイドピン４ｅが挿入されることにより、レンズモジュール４と連結される。

【0026】

第２レンズ５ａは、図３に示すように、第２端面５ｂに形成された凸レンズである。第２レンズ５ａは、第１端面４ｃからの出射光Ｅを集光する。集光された出射光Ｅは後述する光ファイバ６に入射する。第２レンズ５ａの焦点Ｆについては後述する。

【0027】

第２端面５ｂは、Ｘ方向において第１端面４ｃと向かい合うと共に、第１端面４ｃからの出射光Ｅが入射する面である。第２端面５ｂは、上端５ｄ、及び、Ｙ方向に沿って上端５ｄと並ぶ下端５ｅを有する。Ｙ方向において、下端５ｅは、上端５ｄと比較して、主面２ａに寄っている。第２端面５ｂは、中心軸Ｏと垂直を為す面に対して４度以上３５度以下の角度で傾斜しており、本実施形態では一例として第１端面４ｃと同様に８度傾斜している。本実施形態では、第１端面４ｃと第２端面５ｂとが互いに平行である。本実施形態では、第２端面５ｂは、下端５ｅがレンズモジュール４へ向かうように傾斜している。すなわち、Ｚ方向から視た場合、レンズモジュール４、下端５ｅ、及び、上端５ｄがＸ方向において順に並んでいる。第２端面５ｂが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して傾斜していることにより、出射光Ｅの一部がフレネル反射によって第２端面５ｂに反射されても、当該反射光は、出射光Ｅの光路からずれた方向に反射される。また、第２端面５ｂが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して４度以上の角度で傾斜していることにより、当該反射光は、出射光Ｅの光路からよりずれた方向に反射される。また、第２端面５ｂが中心軸Ｏと垂直を為す面に対して３５度以下の角度で傾斜していることにより、第２端面５ｂによる出射光Ｅの過度な屈折を抑制することができる。

【0028】

レンズモジュール４とレンズコネクタ５とが連結された際、図３に示すように、第１端面４ｃと第２端面５ｂとは中心軸Ｏの方向に沿って離れている。第１端面４ｃと第２端面５ｂとの間の中心軸Ｏの方向における距離Ｄ１は、例えば３０μｍ以上１００μｍ以下である。距離Ｄ１が３０μｍ以上であることにより、第２レンズ５ａが第１端面４ｃに接触しないので、第２レンズ５ａが傷つくことを防ぐことができる。

【0029】

次に、レンズコネクタ５の材料構成について説明する。レンズコネクタ５は、非晶性熱可塑性ポリエーテルイミド樹脂から構成されている。この樹脂は耐熱性及び透明性を有しているため、レンズコネクタ５が耐熱性を有すると共に、第２レンズ５ａをレンズコネクタ５と一体に成形することができる。また、この樹脂は成形性に優れているため、レンズコネクタ５の成形性が優れ、レンズコネクタ５の寸法精度が向上する。

【0030】

光ファイバ６は、図３に示すように、前端面６ａを有し、中心軸Ｏの方向において前端面６ａが第２端面５ｂと並ぶように、レンズコネクタ５に保持されている。第２レンズ５ａによって集光された出射光Ｅが光ファイバ６に入射することで、光ファイバ６と発光素子３とが互いに光学的に結合する。光ファイバ６は、図１及び図２に示すように、ケーブル７によって保護されている。ケーブル７には樹脂製のブーツ８が取り付けられている。ブーツ８がレンズコネクタ５の開口部（不図示）から内部に挿入されることで、光ファイバ６、ケーブル７、及び、ブーツ８が一体としてレンズコネクタ５に保持される。光ファイバ６は、接着剤（不図示）によりレンズコネクタ５に固着されている。

【0031】

次に、図３を用いて第２レンズ５ａの焦点Ｆについて説明する。焦点Ｆは、図３に示すように、光ファイバ６の中心軸Ｏ上に位置すると共に、前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に所定の距離Ｄ２だけ離れている。距離Ｄ２が０μｍより大きいことにより、後述する実施例に示すように、出射光Ｅの光路がずれた場合、出射光Ｅの中心と中心軸Ｏとのずれが小さくなる。距離Ｄ２は、２５μｍ以上１３５μｍ以下であってもよく、４０μｍ以上１２５μｍ以下であってもよく、５０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。距離Ｄ２が５０μｍ以上、７５μｍ以上または１００μｍ以上であることにより、出射光Ｅの光路がずれた場合、出射光Ｅの集光点と中心軸Ｏとのずれがより小さくなる。距離Ｄ２が１５０μｍ以下であることにより、出射光Ｅの拡散が抑制される。距離Ｄ２が１２５μｍ以下または１３５μｍ以下であることにより、出射光Ｅの拡散がより抑制される。

【0032】

次に、本実施形態の光モジュール１の製造方法について、図１から図３を参照しながら、説明する。光モジュール１の製造方法では、基板２と、発光素子３と、ケーブル７により保護されている光ファイバ６と、ブーツ８と、を準備する。

【0033】

また、レンズモジュール４の外形に対応するキャビティを有する金型に対して、樹脂材料を射出することでレンズモジュール４を成形する。ここで、樹脂材料は、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂により構成されている。なお、レンズモジュール４には、発光素子３を駆動させるためのＩＣを実装してもよい。

【0034】

また、レンズコネクタ５の外形に対応するキャビティを有する金型に対して、樹脂材料を射出することで、レンズコネクタ５を成形する。ここで、樹脂材料は非晶性熱可塑性ポリエーテルイミド樹脂から構成されている。レンズコネクタ５の成形においては、第２レンズ５ａの焦点Ｆが所定の位置となるように、金型の一部分であって第２レンズ５ａを形成する部分の形状を調整する。

【0035】

各部材の準備が終了すると、図３に示すように、発光素子３を主面２ａ上に設ける。次に、レンズモジュール４を、第１レンズ４ａが発光素子３と向かい合うように、かつ、Ｙ方向に沿って発光素子３の上方に第１レンズ４ａ及びミラー面４ｄが順に位置するように、主面２ａ上に接着剤Ｋ（図４参照）により実装する。

【0036】

また、ケーブル７の先端部の被覆樹脂を剥いて光ファイバ６を露出させる。次に、露出した光ファイバ６を、前端面６ａが中心軸Ｏの方向において第２端面５ｂと並ぶように、レンズコネクタ５に挿入する。この際、焦点Ｆの位置が調整されているので、焦点Ｆが、光ファイバ６の中心軸Ｏ上に位置すると共に、前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に所定の距離Ｄ２だけ離れている。距離Ｄ２は、例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下である。次に、ブーツ８を、ケーブル７に取り付けると共に、レンズコネクタ５の開口部（不図示）に挿入することで、レンズコネクタ５により光ファイバ６、ケーブル７、及び、ブーツ８を一体として保持させる。次に、レンズコネクタ５の内部に接着剤を導入し、光ファイバ６をレンズコネクタ５に固着させる。

【0037】

レンズモジュール４の主面２ａ上への実装、及び、レンズコネクタ５による光ファイバ６の保持が終了すると、図１及び図２に示すように、レンズコネクタ５の一対のガイド穴５ｃにレンズモジュール４の一対のガイドピン４ｅを挿入させることにより、レンズモジュール４及びレンズコネクタ５を連結させる。この際、図３に示すように、Ｘ方向において第１端面４ｃと第２端面５ｂとを互いに向かい合わせると共に、第１端面４ｃと第２端面５ｂとを中心軸Ｏの方向に沿って離す。第１端面４ｃと第２端面５ｂとの間の中心軸Ｏの方向における距離Ｄ１は、例えば３０μｍ以上１００μｍ以下である。以上の製造方法により、上述した光モジュール１が得られる。

【0038】

次に、図５を参照しながら、基板２及びレンズモジュール４の周辺構造の製造方法の一例を説明する。図５は、図４に示す周辺構造の製造方法を示す側面図であり、（ａ）部は、基板２に半田Ｓ１，Ｓ２を導入した状態を示す側面図であり、（ｂ）部は、電子部品Ｈを配置した状態を示す側面図であり、（ｃ）部は、半田リフローにより電子部品Ｈを主面２ａに半田付けした状態を示す側面図であり、（ｄ）部は、半田リフローにより基板２をマザーボードＭに半田付けした状態を示す側面図である。

【0039】

周辺構造の製造方法では、図５の（ａ）部に示すように、まず主面２ａ上に実装されたレンズモジュール４の周辺に半田Ｓ１，Ｓ２を導入する。半田Ｓ１，Ｓ２のそれぞれは、主面２ａと基板２の裏面２ｂとのそれぞれに導入される。半田Ｓ２は例えば半田ボールである。なお、半田Ｓ１，Ｓ２のそれぞれが主面２ａと裏面２ｂとのそれぞれに導入された後、レンズモジュール４が主面２ａ上に実装されてもよい。

【0040】

半田Ｓ１，Ｓ２の導入及びレンズモジュール４の実装が終了したら、図５の（ｂ）部に示すように、電子部品Ｈを半田Ｓ１と接触させるように主面２ａ上に配置する。

【0041】

電子部品Ｈの配置が終了したら、図５の（ｃ）部に示すように、半田Ｓ１を半田リフローによって加熱して溶かして、電子部品Ｈを主面２ａに半田付けする。

【0042】

電子部品Ｈの主面２ａへの半田付けが終了したら、図５の（ｄ）部に示すように、半田Ｓ２がマザーボードＭと接触するように基板２をマザーボードＭに配置する。半田Ｓ２を半田リフローによって加熱して溶かして、基板２をマザーボードＭに半田付けする。裏面２ｂには、マザーボードＭの代わりに、他の電子部品が半田付けされてもよい。以上の製造方法により、基板２及びレンズモジュール４の周辺構造が製造される。

【0043】

上述した周辺構造の製造方法では、半田リフローによって半田Ｓ１，Ｓ２を加熱して溶かすため、レンズモジュール４が製造過程において生じる熱に曝され得る。しかしながら、レンズモジュール４は、耐熱性に優れるので、製造時に発生する熱、例えば他の電子部品Ｈを半田リフローにより基板２へ実装する際に発生する熱、によるレンズモジュール４の変形が抑制される。よって、出射光Ｅの光路のずれを抑制することができる。

【0044】

以上、本実施形態に係る光モジュール１、及び、光モジュール１の製造方法では、発光素子３からの出射光Ｅを集光する第２レンズ５ａの焦点Ｆが、光ファイバ６の前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に所定の距離Ｄ２だけ離れている。この場合、焦点Ｆが光ファイバ６の前端面６ａ上、または、光ファイバ６の内部に位置している場合と比較すると、出射光Ｅの光路がずれた際において、出射光Ｅの中心が光ファイバ６の中心軸Ｏに近くなる。よって、出射光Ｅの光路が予め定めた光路からずれた場合であっても結合損失の増加を抑制することができる。したがって、光モジュール１によれば、製造公差等により発光素子３からの出射光Ｅの光路がずれた場合であっても、結合損失の増加を抑制できる。また、光モジュール１では、出射光Ｅを集光する第２レンズ５ａが、基板２に実装されるレンズモジュール４ではなく、レンズコネクタ５に形成されている。これにより、第２レンズ５ａでは、製造時に発生する熱、例えば他の電子部品Ｈを半田リフローにより基板２へ実装する際に発生する熱、による変形が生じない。すなわち、第２レンズ５ａの焦点Ｆの位置が光ファイバ６の中心軸Ｏから離れることを抑制することができる。したがって、光モジュール１によれば、製造公差等により発光素子３からの出射光Ｅの光路がずれた場合であっても、結合損失の増加をより確実に抑制できる。

【0045】

本実施形態に係る光モジュール１では、所定の距離Ｄ２が、５０μｍ以上１５０μｍ以下である。焦点Ｆが前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に５０μｍ以上離れているため、出射光Ｅの光路がずれた場合、第２レンズ５ａにより集光された出射光Ｅのビーム径中心の光ファイバ６の中心軸Ｏからのずれが顕著に小さくなる。また、焦点Ｆが前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に１５０μｍ以下離れているため、第２レンズ５ａにより集光された出射光Ｅの拡散を抑制し、より確実に出射光Ｅを光ファイバ６に入射させることができる。よって、光モジュール１によれば、製造公差等により発光素子３からの出射光Ｅの光路がずれた場合であっても、結合損失の増加をより確実に抑制できる。

【0046】

本実施形態に係る光モジュール１では、所定の距離Ｄ２が１５０μｍ以下であるため、出射光Ｅの拡散による結合損失の増加が抑制されている。換言すると、光モジュール１では、焦点Ｆを前端面６ａから離すことにより前端面６ａにおいて出射光Ｅが拡がるが、出射光Ｅの拡がりに起因する結合損失の増加が抑制されるように、焦点Ｆの位置が定められている。

【0047】

本実施形態に係る光モジュール１では、第１端面４ｃと第２端面５ｂとが、中心軸Ｏと垂直を為す面に対して傾斜している。第１端面４ｃ又は第２端面５ｂに入射した発光素子３からの出射光Ｅの一部がフレネル反射により反射される際、当該反射光は、出射光Ｅの光路からずれた方向に反射される。よって、出射光Ｅが発光素子３に向かって反射されることを防ぐことができ、発光素子３の動作を安定させることができる。

【0048】

本実施形態に係る光モジュール１では、第１端面４ｃと第２端面５ｂとが、光ファイバ６の中心軸Ｏの方向に沿って離れている。これにより、第２端面５ｂに形成された第２レンズ５ａが第１端面４ｃと接触しないので、第２レンズ５ａが傷つくことを防ぐことができる。よって、第２レンズ５ａの信頼性を高めることができる。距離Ｄ１は、例えば１００μｍ以下である。これにより、出射光Ｅの光路がずれた場合、結合損失の増加をより抑制することができる。

【0049】

本実施形態に係る光モジュール１では、レンズモジュール４が、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂から構成され、レンズコネクタ５は、ポリエーテルイミド樹脂から構成されている。これにより、レンズモジュール４は、耐熱性に優れるので、製造時に発生する熱、例えば他の電子部品Ｈを半田リフローにより基板２へ実装する際に発生する熱、によるレンズモジュール４の変形が抑制される。よって、出射光Ｅの光路のずれを抑制することができる。また、レンズコネクタ５は、成形性に優れていることから、レンズコネクタ５の寸法精度が向上する。よって、第２レンズ５ａの焦点Ｆが光ファイバ６の中心軸Ｏから離れることを抑制することができる。

【0050】

本実施形態に係る光モジュール１では、レンズモジュール４が、底面４ｂ及び第１端面４ｃと交差する方向に延在するミラー面４ｄを更に有し、第１端面４ｃは、主面２ａと交差する方向に延在しており、ミラー面４ｄは、第１レンズ４ａを通過した出射光Ｅを第１端面４ｃに向けて反射する構成である。発光素子３からの出射光Ｅが主面２ａと交差する方向に延在する第１端面４ｃから出射されるので、出射光Ｅは、主面２ａに対して垂直な方向と交差する方向に出射される。よって、光ファイバ６がＹ方向（主面２ａの法線方向）に延在しない。したがって、光モジュール１によれば、基板２の主面２ａの法線方向における全体の高さを抑制することができる。

【0051】

以上、本開示の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく様々な実施形態に適用することができる。例えば、光モジュール１は、ミラー面４ｄを有しておらず、第１レンズ４ａによってコリメートされた出射光Ｅがミラー面を経ずに第１端面４ｃに直接到達してもよい。この場合、第１端面４ｃが第１レンズ４ａとＹ方向において並ぶように設けられ、光ファイバ６を保持したレンズコネクタ５がＹ方向においてレンズモジュール４と連結されてもよい。

【0052】

光ファイバ６の前端面６ａは、第１端面４ｃ及び第２端面５ｂと同様に、中心軸Ｏと垂直を為す面に対して傾斜していてもよい。これにより、前端面６ａにより反射された出射光Ｅの反射光が、出射光Ｅの光路からずれるので、発光素子３の動作をより安定させることができる。第１端面４ｃ及び第２端面５ｂは、中心軸Ｏと垂直を為す面に対して傾斜していなくてもよい。

【0053】

第１端面４ｃと第２端面５ｂとは、中心軸Ｏの方向に沿って離れていなくてもよい。この場合、第２端面５ｂにはレンズコネクタ５の内部へ凹む凹部が形成され、当該凹部の底に第２レンズ５ａが形成されることにより、第２レンズ５ａが第１端面４ｃに接触しないように構成されていてもよい。これにより、第２レンズ５ａが傷つくことを防ぐことができる。

【0054】

第１端面４ｃと第２端面５ｂとは、第２レンズ５ａが傷つかないように近づけてもよい。また、第２レンズ５ａが傷つかなければ、第１端面４ｃと第２端面５ｂとは、互いに接触してもよい。

【0055】

第１レンズ４ａ及び第２レンズ５ａは、凸レンズでなくてもよく、例えばＧＲＩＮレンズであってもよい。

【0056】

発光素子３は、主面２ａ上に設けられていなくてもよく、例えば基板２の裏面２ｂ上に設けられていてもよい。

【0057】

光モジュール１は、ブーツ８を備えていなくてもよい。

【0058】

以下、上記実施形態に係る光モジュール１のシミュレーション及びその結果について説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0059】

［実施例１］
図６は、光モジュール１における光路をシミュレーションした結果を示す図であり、（ａ）部は、実施例１の結果を示す図であり、（ｂ）部は、比較例の結果を示す図である。実施例１及び比較例では、図６の（ａ）部及び（ｂ）部に示すように、発光素子３を、図３に示す光軸Ｌ２から中心軸Ｏの方向に沿って１０μｍずらしている。すなわち、図３に示す発光素子３の光軸Ｌ１と第１レンズ４ａの光軸Ｌ２とが互いにずれている。これにより、発光素子３からの出射光Ｅ１，Ｅ２の光路が、図３に示す出射光Ｅの光路からずれている。実施例１では、距離Ｄ２が１００μｍである。比較例１では、距離Ｄ２が０μｍである。図６の（ａ）部を参照すると、実施例１では、出射光Ｅ１が第２レンズ５ａにより集光点Ｐ１に集光されている。これに対し、比較例１においては、図６の（ｂ）部を参照すると、出射光Ｅ２が第２レンズ５ａにより集光点Ｐ２に集光されている。

【0060】

実施例１及び比較例の結果を互いに比較すると、中心軸Ｏから集光点Ｐ１までのＹ方向の距離は、中心軸Ｏから集光点Ｐ２までのＹ方向の距離より短い。また、光ファイバ６に入射した出射光Ｅ１，Ｅ２の割合は、実施例１では７６．０７％であり、比較例では７１．１２％であった。このように、出射光Ｅの光路がずれた場合、焦点Ｆを前端面６ａから離すことにより、第２レンズ５ａにより集光された出射光の中心（もしくは、出射光の集光点）の中心軸Ｏからのずれが小さくなると共に、結合損失の増加が抑制されることが確認された。

【0061】

［実施例２］
図７は、光モジュール１においてレンズモジュール４の位置をずらした場合における結合損失をシミュレーションした実施例２の結果を示すグラフである。図７において、横軸は、デフォーカス距離［μｍ］を示し、縦軸は、結合損失［ｄＢ］を示す。ここでデフォーカス距離とは、中心軸Ｏの方向に沿って焦点Ｆが前端面６ａから離れている距離Ｄ２を示し、デフォーカス距離が０μｍである場合、焦点Ｆが前端面６ａ上に位置することを意味する。デフォーカス距離が負の値である場合、焦点Ｆが前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向に離れていることを意味する。例えばデフォーカス距離が－２５０μｍである場合、距離Ｄ２は２５０μｍである。デフォーカス距離が正の値である場合、焦点Ｆが前端面６ａから第２端面５ｂの反対へ向かう方向に離れていることを意味する。この場合、焦点Ｆが前端面６ａ上または光ファイバ６の内部に位置する。

【0062】

実施例２におけるシミュレーションにおいては、レンズモジュール４を、図３に示す光軸Ｌ１と垂直を為す面内にて光軸Ｌ１から１０．３μｍずらしている。具体的には、レンズモジュール４を光軸Ｌ１からＸ方向に沿って５μｍずらすと共に、レンズモジュール４を光軸Ｌ１からＺ方向に沿って９μｍずらしている。この場合においても、実施例１と同様に、発光素子３からの出射光の光路が、図３に示す出射光Ｅの光路からずれる。また、実施例２では、デフォーカス距離を複数設定し、複数のシミュレーションを実施している。下の表１は、図７に示されたグラフの各点での数値データを示している。

【0063】

【表1】

【0064】

図７及び表１に示されるように、デフォーカス距離が－１５０μｍ以上－２５μｍ以下（距離Ｄ２が２５μｍ以上１５０μｍ以下）であることにより、デフォーカス距離（距離Ｄ２）が０μｍの場合と比較して、結合損失の増加が抑制されている。また、デフォーカス距離が－１３５μｍ以上－２５μｍ以下、－１２５μｍ以上－４０μｍ以下、または、－１００μｍ以上－７５μｍ以下（距離Ｄ２が２５μｍ以上１３５μｍ以下、４０μｍ以上１２５μｍ以下、または、７５μｍ以上１００μｍ以下）であることにより、結合損失の増加がより抑制されている。

【符号の説明】

【0065】

１…光モジュール
２…基板
２ａ…主面
２ｂ…裏面
３…発光素子
４…レンズモジュール
４ａ…第１レンズ
４ｂ…底面
４ｃ…第１端面
４ｄ…ミラー面
４ｅ…ガイドピン
４ｆ…上面
４ｇ…上端
４ｈ…下端
５…レンズコネクタ
５ａ…第２レンズ
５ｂ…第２端面
５ｃ…ガイド穴
５ｄ…上端
５ｅ…下端
６…光ファイバ
６ａ…前端面
７…ケーブル
８…ブーツ
Ｄ１…第１端面４ｃと第２端面５ｂとの間の距離
Ｄ２…焦点Ｆの前端面６ａから第２端面５ｂへ向かう方向の距離
Ｅ…出射光
Ｅ１…実施例１における出射光
Ｅ２…比較例における出射光
Ｆ…焦点
Ｈ…電子部品
Ｋ…接着剤
Ｌ１…発光素子３の光軸
Ｌ２…第１レンズ４ａの光軸
Ｍ…マザーボード
Ｏ…中心軸
Ｐ１…実施例１における集光点
Ｐ２…比較例における集光点
Ｓ１，Ｓ２…半田

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】