JP2007304267A

JP2007304267A - Optical parallel transmission module and optical parallel transmission system

Info

Publication number: JP2007304267A
Application number: JP2006131468A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kyozuka; 信也経塚; Tsutomu Hamada; 勉浜田; Junji Okada; 純二岡田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical parallel transmission module which can be stably produced by improving the yield during mounting, and also to provide an optical parallel transmission system. <P>SOLUTION: The optical parallel transmission module 1 is composed of: a CAN package 11 in which a light emitting element array 10 is hermetically sealed; an optical fiber connector 21 which fixedly holds an optical fiber array 20; and a lens barrel 31 which fixedly holds a single spherical lens 30 optically connecting the optical element array 10 to the optical fiber array 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光素子アレイと光ファイバアレイとを光学的に結合させる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムに係わり、特に、実装時における歩留まりの向上を図ることができるとともに、安定して生産することができる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムに関する。 The present invention relates to an optical parallel transmission module and an optical parallel transmission system in which an optical element array and an optical fiber array are optically coupled, and in particular, it is possible to improve the yield at the time of mounting and to produce stably. The present invention relates to an optical parallel transmission module and an optical parallel transmission system.

従来から、光通信分野においても、必要とされるデータ伝送容量の増大、及び通信の高速化などに伴い光並列データ伝送技術が要求されてきている。 Conventionally, also in the optical communication field, an optical parallel data transmission technique has been demanded as the required data transmission capacity increases and the communication speed increases.

この光並列データ伝送技術においては、一般に、システム全体の小型化を図るため、アレイ状の光素子とリボン光ファイバのようなアレイ状の導光路とにより光並列伝送モジュールが構成されている。この光並列伝送モジュールでは、光素子アレイと導光路アレイとの間で高い光結合効率を得ることと、湿気などによって劣化し易い光素子アレイを気密封止することが必要となる。 In this optical parallel data transmission technology, in general, in order to reduce the size of the entire system, an optical parallel transmission module is constituted by an arrayed optical element and an arrayed light guide such as a ribbon optical fiber. In this optical parallel transmission module, it is necessary to obtain high optical coupling efficiency between the optical element array and the light guide path array and to hermetically seal the optical element array that is easily deteriorated by moisture or the like.

この種の従来の光並列伝送モジュールとして、例えば、半導体レーザアレイと光ファイバアレイとをレンズアレイを介して結合させた構造の光半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 As a conventional optical parallel transmission module of this type, for example, an optical semiconductor module having a structure in which a semiconductor laser array and an optical fiber array are coupled via a lens array has been proposed (for example, see Patent Document 1).

上記特許文献１に記載された光半導体モジュールは、半導体レーザアレイとレンズアレイとを同一のパッケージ内に配置固定している。レンズアレイは、パッケージの端部窓材として使用されており、レンズアレイ外周部とパッケージの接合部を、はんだあるいは低融点ガラス等の気密封止材で固定している。このような半導体レーザアレイ及びレンズアレイを組み込んだパッケージと、光ファイバアレイを組み込んだパッケージとが光伝達関係にあるように脱着自在に固定されている。
特開平５−３２３１５９号公報（図１〜図４及びその説明箇所） In the optical semiconductor module described in Patent Document 1, the semiconductor laser array and the lens array are arranged and fixed in the same package. The lens array is used as an end window member of the package, and the outer periphery of the lens array and the joint of the package are fixed with an airtight sealing material such as solder or low-melting glass. A package incorporating such a semiconductor laser array and a lens array and a package incorporating an optical fiber array are detachably fixed so as to have a light transmission relationship.
JP-A-5-323159 (FIGS. 1 to 4 and its description)

ところで、上記特許文献１に記載された光半導体モジュールは、レンズアレイのピッチが半導体レーザアレイのピッチと同一の寸法に設定されており、半導体レーザアレイ１ピッチごとに１個のレンズで集光させるようになっている。 Incidentally, in the optical semiconductor module described in Patent Document 1, the pitch of the lens array is set to the same dimension as the pitch of the semiconductor laser array, and light is collected by one lens for each pitch of the semiconductor laser array. It is like that.

そのレンズ１個の大きさは、約２５０μｍ程度である。このため、高い精度で接続して光結合効率を高めるのには、半導体レーザアレイ及びレンズアレイ間の間隔を約２００〜３００μｍ程度の間隔寸法に設定することが必要となる。これに伴い、光素子アレイとリード端子とを電気的に接続するワイヤボンディングのループ高さを低くしなければならなくなるという実装に対する制約が増えるという問題点がある。 The size of one lens is about 250 μm. For this reason, in order to increase the optical coupling efficiency by connecting with high accuracy, it is necessary to set the interval between the semiconductor laser array and the lens array to an interval dimension of about 200 to 300 μm. Along with this, there is a problem in that the restrictions on mounting increase that the loop height of the wire bonding for electrically connecting the optical element array and the lead terminal has to be lowered.

また、レンズアレイのレンズの光軸と水平な方向に数μｍ以下の配列精度（実装密度）で半導体レーザアレイを実装する必要があり、実装時の歩留まりを低下させるという問題点がある。 In addition, it is necessary to mount the semiconductor laser array with an array accuracy (mounting density) of several μm or less in a direction horizontal to the optical axis of the lens of the lens array, and there is a problem that the yield at the time of mounting is lowered.

また、この従来の光半導体モジュールでは、半導体レーザアレイ及びレンズアレイ間の間隔が狭くなり、光出力の有無を検出するモニタＰＤ等をレンズアレイと同一のパッケージ内に収納することが困難になるという問題点をも有している。 Further, in this conventional optical semiconductor module, the interval between the semiconductor laser array and the lens array becomes narrow, and it becomes difficult to store a monitor PD or the like for detecting the presence or absence of light output in the same package as the lens array. It also has problems.

本発明は、上記従来の課題を解消するためになされたものであり、実装時の歩留まりを高くすることにより、安定して生産することを可能とした光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides an optical parallel transmission module and an optical parallel transmission system that can be stably produced by increasing the yield during mounting. The purpose is to do.

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供する。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides the following optical parallel transmission module and optical parallel transmission system.

［１］光素子アレイと、光ファイバアレイと、前記光素子アレイの各素子に共通に設けられ、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとを光学的に結合するレンズとを備えたことを特徴とする光並列伝送モジュール。 [1] An optical element array, an optical fiber array, and a lens that is provided in common to each element of the optical element array and optically couples the optical element array and the optical fiber array. An optical parallel transmission module.

上記構成によると、光並列伝送モジュールの組立時間の短縮と歩留まりを向上させ、安定して生産することができる。歩留まりと生産性を向上させることで、光並列伝送モジュールの低コスト化や光接続機構の小型化を容易にかつ確実に達成することができる。 According to the above configuration, the assembly time of the optical parallel transmission module can be shortened, the yield can be improved, and the production can be stably performed. By improving yield and productivity, it is possible to easily and reliably achieve cost reduction of the optical parallel transmission module and miniaturization of the optical connection mechanism.

［２］上記［１］記載の構成にあって、前記光素子アレイは、密閉容器に収容され、前記レンズは、前記密閉容器に嵌合する鏡筒内に保持されてなることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、光素子アレイを湿気などにより劣化することを防止することができる。 [2] In the configuration described in [1] above, the optical element array is housed in a sealed container, and the lens is held in a lens barrel that fits in the sealed container. . In addition to the effect [1], the optical element array can be prevented from being deteriorated by moisture or the like.

［３］上記［２］記載の構成にあって、前記鏡筒は、前記光ファイバアレイを保持するコネクタを位置決めする位置決め部を有してなることを特徴としている。上記［２］の作用効果に加えて、光素子アレイ及び光ファイバアレイ間の光の接続を簡単にかつ確実に行うことができるようになる。 [3] In the configuration described in [2] above, the barrel includes a positioning portion that positions a connector that holds the optical fiber array. In addition to the effect [2], the optical connection between the optical element array and the optical fiber array can be easily and reliably performed.

［４］上記［１］記載の構成にあって、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイは、結像関係となるように保持されてなることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、発光素子アレイの放射角を小さくすることができるようになり、光結合損失を低減することができるとともに、安定して高い光伝送効率を得ることができるようになる。 [4] In the configuration described in [1] above, the optical element array and the optical fiber array are held in an imaging relationship. In addition to the effect [1], the radiation angle of the light emitting element array can be reduced, the optical coupling loss can be reduced, and high light transmission efficiency can be stably obtained. It becomes like this.

［５］上記［１］〜［４］のいずれかに記載の光並列伝送モジュールを送受信器として用いてなることを特徴とする光並列伝送システムにある。 [5] An optical parallel transmission system using the optical parallel transmission module according to any one of [1] to [4] as a transceiver.

上記構成によると、結合損失の増加（結合効率の低下）を防止することを可能とし、複数の光素子アレイがユニット化された光並列伝送システムを構成することができる。 According to the above configuration, an increase in coupling loss (decrease in coupling efficiency) can be prevented, and an optical parallel transmission system in which a plurality of optical element arrays are unitized can be configured.

［６］上記［５］記載の構成にあって、光素子アレイが発光素子アレイであり、光ファイバアレイに対する結像関係を拡大光学系とした構成を有し、光素子アレイが受光素子アレイであり、光ファイバアレイに対する結像関係を縮小光学系とした構成を有してなることを特徴としている。上記［５］の作用効果に加えて、発光素子アレイにおける各素子のコア径よりも受光素子アレイの各素子の受光面でのビーム径を小さくすることができるようになり、受光素子アレイにおける受光径の小さい素子に対しても、高い光結合効率が得られる。また、位置ずれに対するトレランスを向上させることができる。 [6] In the configuration described in [5] above, the optical element array is a light emitting element array, the imaging relationship with respect to the optical fiber array is an enlarged optical system, and the optical element array is a light receiving element array. In other words, the image forming relationship with respect to the optical fiber array is configured as a reduction optical system. In addition to the function and effect of [5] above, the beam diameter on the light receiving surface of each element of the light receiving element array can be made smaller than the core diameter of each element in the light emitting element array. High optical coupling efficiency can be obtained even for an element having a small diameter. In addition, tolerance against misalignment can be improved.

本発明は、実装時の歩留まりを高くすることにより、安定して生産することを可能とした光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムを提供することができる。 The present invention can provide an optical parallel transmission module and an optical parallel transmission system that can be stably produced by increasing the yield at the time of mounting.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

［第１の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図１は、本発明に係わる第１の実施の形態である単一のレンズを用いた送信側の光並列伝送モジュールの一構成例を概略的に示す断面図、図２は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図であり、図３は、光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。なお、この第１の実施の形態にあっては、送信側の光並列伝送モジュールを例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば受信側の光並列伝送モジュールに好適に使用することができることは勿論である。 [First Embodiment]
(Configuration of optical parallel transmission module on transmission side)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of an optical parallel transmission module on the transmission side using a single lens according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an optical parallel transmission module. FIG. 3 is a schematic view showing the optical coupling state of the optical parallel transmission module. In the first embodiment, the optical parallel transmission module on the transmission side will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, the optical parallel transmission module on the reception side. Of course, it can be suitably used.

図１において、符号１は、送信側の光並列伝送モジュールを示している。この光並列伝送モジュール１の基本構成は、図１に示すように、送信側の光素子アレイである発光素子アレイ１０と、複数本の光ファイバを内包する光リボンファイバアレイ（光ファイバアレイ）２０と、発光素子アレイ１０及び光ファイバアレイ２０を光学的に結合する単一の球レンズ３０とを有している。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical parallel transmission module on the transmission side. As shown in FIG. 1, the basic configuration of the optical parallel transmission module 1 includes a light emitting element array 10 which is an optical element array on the transmission side, and an optical ribbon fiber array (optical fiber array) 20 including a plurality of optical fibers. And a single spherical lens 30 that optically couples the light emitting element array 10 and the optical fiber array 20.

また、送信側の光並列伝送モジュール１は、発光素子アレイ１０を気密的に封止したカンパッケージ１１と、単一の球レンズ３０を保持固定した鏡筒３１と、光ファイバアレイ２０を保持固定した光ファイバコネクタ２１とからなる３つの構成部品により構成されている。 Further, the optical parallel transmission module 1 on the transmission side holds the can package 11 in which the light emitting element array 10 is hermetically sealed, the lens barrel 31 holding and fixing the single spherical lens 30, and the optical fiber array 20 holding and fixing. The optical fiber connector 21 is composed of three components.

次に、カンパッケージ１１、鏡筒３１及び光ファイバコネクタ２１について具体的に説明する。 Next, the can package 11, the lens barrel 31, and the optical fiber connector 21 will be described in detail.

（カンパッケージ）
カンパッケージ１１は、図１に示すように、円板状の金属ステム１２と、金属ステム１２上に図示しないマウントを介して位置決め固定された発光素子アレイ１０とを有している。この第１の実施の形態にあっては、発光素子アレイ１０としては、２５０μｍピッチの１×４ＶＣＳＥＬアレイ（表面発光型半導体レーザ）が使用されている(以下「ＶＣＳＥＬアレイ１０」という。)。なお、送信側の光素子アレイとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光ＬＥＤ、共振器形ＬＥＤ、端面発光型レーザダイオードなどを使用することができる。 (Can package)
As shown in FIG. 1, the can package 11 includes a disk-shaped metal stem 12 and a light emitting element array 10 that is positioned and fixed on the metal stem 12 via a mount (not shown). In the first embodiment, a 1 × 4 VCSEL array (surface emitting semiconductor laser) with a pitch of 250 μm is used as the light emitting element array 10 (hereinafter referred to as “VCSEL array 10”). As the optical element array on the transmission side, for example, a light emitting diode (LED), an edge emitting LED, a resonator LED, an edge emitting laser diode, or the like can be used.

カンパッケージ１１の一構成部品である金属ステム１２上には、円筒状の金属キャップ１３が外方に突出する円環状のフランジを介して気密に固着されている。金属ステム１２と金属キャップ１３とにより囲まれた内部には、密閉空間３が形成されている。その密閉空間３内には、例えば、窒素ガス等の不活性ガスが封入された状態で封止されている。金属キャップ１３の筒部内には、鏡筒３１の筒部と同心円状に形成された開口部１３ａを有している。 A cylindrical metal cap 13 is airtightly fixed on a metal stem 12 which is one component of the can package 11 via an annular flange protruding outward. A sealed space 3 is formed inside the metal stem 12 and the metal cap 13. The sealed space 3 is sealed, for example, with an inert gas such as nitrogen gas sealed therein. In the cylindrical part of the metal cap 13, there is an opening 13 a formed concentrically with the cylindrical part of the lens barrel 31.

この開口部１３ａの底部の一部には、内周面から中心に向かう円形状の開口窓部１３ｂが形成されている。この開口窓部１３ｂには、円板形をなすカバーガラス１５が低融点ガラス、エポキシ樹脂などにより固着されている。この開口窓部１３ｂは、ＶＣＳＥＬアレイ１０から照射されたレーザ光を透過する透過窓としての機能を有している。 A circular opening window 13b is formed at a part of the bottom of the opening 13a from the inner peripheral surface toward the center. A cover glass 15 having a disk shape is fixed to the opening window portion 13b with a low melting point glass, an epoxy resin or the like. The opening window portion 13b functions as a transmission window that transmits the laser light emitted from the VCSEL array 10.

金属ステム１２のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図示しない外部装置と電気的に接続する５リードピン１４，…，１４が突設されている。各リードピン１４は、所定の間隔をおいて電気的に絶縁された状態で配されている。各リードピン１４の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。１×４ＶＣＳＥＬアレイの構成として、ｐ側を個別電極とし、ｎ側を共通電極とした場合は、最低でもアレイ数＋１の外部電極が必要となる。 On the surface of the metal stem 12 opposite to the VCSEL array 10, 5 lead pins 14,... Each lead pin 14 is arranged in a state of being electrically insulated at a predetermined interval. One end of each lead pin 14 is electrically connected to the p-side or n-side electrode of the VCSEL array 10 by a bonding wire or the like. If the p-side is an individual electrode and the n-side is a common electrode as a configuration of a 1 × 4 VCSEL array, at least the number of arrays plus one external electrode is required.

なお、カンパッケージ１１としては、例えば、金属ステム１２と金属キャップ１３とを一体に形成した密閉容器であってもよいことは勿論である。 Of course, the can package 11 may be, for example, a sealed container in which a metal stem 12 and a metal cap 13 are integrally formed.

（鏡筒）
金属ステム１２の金属キャップ１３に外嵌固定された鏡筒３１は、図１及び図２に示すように、絶縁性の樹脂材からなる筒状の直方体形状をなしており、金属ステム１２の金属キャップ１３に接着剤にて固着されている。なお、鏡筒３１が金属材料からなる場合は、ＹＡＧ溶接により固着することができる。 (Barrel)
As shown in FIGS. 1 and 2, the lens barrel 31 that is externally fitted and fixed to the metal cap 13 of the metal stem 12 has a cylindrical rectangular parallelepiped shape made of an insulating resin material. It is fixed to the cap 13 with an adhesive. When the lens barrel 31 is made of a metal material, it can be fixed by YAG welding.

鏡筒３１の筒部内は、金属ステム１２の金属キャップ１３を内嵌固定する大径の円形開口部３１ａと、この円形開口部３１ａの内周面から中心に向かう小径の円形開口部３１ｂとを有する段部形状をなしている。鏡筒３１の大径の円形開口部３１ａは、球レンズ３０及びＶＣＳＥＬアレイ１０間の位置関係を調整することができる深さ寸法に設定されている。鏡筒３１の小径の円形開口部３１ｂの内部には、球レンズ３０が保持固定されている。鏡筒３１の金属ステム１２と反対側の端部開口面には、光ファイバコネクタ２１を位置決め固定する位置決め部である一対のガイド孔３１ｃ，３１ｃが穿設されている。ガイド孔３１ｃは、球レンズ３０及び光ファイバコネクタ２１間の位置関係を調整することができる深さ寸法に設定されている。 Inside the tube portion of the lens barrel 31, a large-diameter circular opening 31a for fitting and fixing the metal cap 13 of the metal stem 12 and a small-diameter circular opening 31b from the inner peripheral surface of the circular opening 31a toward the center are provided. It has a stepped shape. The large-diameter circular opening 31 a of the lens barrel 31 is set to a depth dimension that can adjust the positional relationship between the spherical lens 30 and the VCSEL array 10. A spherical lens 30 is held and fixed inside the small-diameter circular opening 31 b of the lens barrel 31. A pair of guide holes 31c and 31c, which are positioning portions for positioning and fixing the optical fiber connector 21, are formed in the end opening surface of the lens barrel 31 opposite to the metal stem 12. The guide hole 31c is set to a depth dimension capable of adjusting the positional relationship between the spherical lens 30 and the optical fiber connector 21.

球レンズ３０は、図１及び図２に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に対して共通のレンズとして設けられており、金属ステム１２の軸心と一致させた状態で配されている。球レンズ３０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチ、ビット数及び放射角などに応じてレンズによるケラレが生じない大きさに設定することが肝要である。図示例にあっては、直径が４ｍｍであり、焦点距離が３ｍｍである単一の球レンズ３０が使用されている。単一の球レンズ３０に収差の問題がある場合は、単一の球レンズ３０に代えて、非球面レンズや複合レンズ系などの他のレンズを使用することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the spherical lens 30 is provided as a common lens with respect to each element of the VCSEL array 10, and is arranged in a state of being aligned with the axis of the metal stem 12. It is important to set the spherical lens 30 to a size that does not cause vignetting according to the pitch, the number of bits, the radiation angle, and the like of the VCSEL array 10. In the illustrated example, a single spherical lens 30 having a diameter of 4 mm and a focal length of 3 mm is used. When there is an aberration problem in the single spherical lens 30, another lens such as an aspherical lens or a compound lens system can be used in place of the single spherical lens 30.

（光ファイバコネクタ）
鏡筒３１に取り付けられる光ファイバコネクタ２１の一端側には、図１及び図２に示すように、一対のガイドピン２１ａ，２１ａが鏡筒３１のガイド孔３１ｃと対応する位置に突設されている。 (Optical fiber connector)
As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of guide pins 21 a, 21 a are projected at positions corresponding to the guide holes 31 c of the lens barrel 31 on one end side of the optical fiber connector 21 attached to the lens barrel 31. Yes.

光ファイバコネクタ２１の他端側には、複数本の２５０μｍピッチの光ファイバを内包する光リボンファイバ２０が接続されている。光リボンファイバ２０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光面が光ファイバの光軸と略同一方向となるように配される。この第１の実施の形態では、光リボンファイバ２０の複数本の光ファイバは、光ファイバコネクタ２１の一端側の結合面に露出されており、２５０μｍピッチの間隔をもって一列状態で保持されている。 Connected to the other end of the optical fiber connector 21 is an optical ribbon fiber 20 containing a plurality of optical fibers with a pitch of 250 μm. The optical ribbon fiber 20 is arranged so that the light emitting surface of the VCSEL array 10 is substantially in the same direction as the optical axis of the optical fiber. In the first embodiment, a plurality of optical fibers of the optical ribbon fiber 20 are exposed on the coupling surface on one end side of the optical fiber connector 21 and are held in a row at intervals of 250 μm pitch.

（光学素子の位置関係）
次に、ＶＣＳＥＬアレイ１０、光ファイバアレイ２０及び単一の球レンズ３０の光学素子の位置関係について、図３を参照して具体的に説明する。 (Positional relationship of optical elements)
Next, the positional relationship among the optical elements of the VCSEL array 10, the optical fiber array 20, and the single spherical lens 30 will be specifically described with reference to FIG.

図３は、光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical coupling state of the optical parallel transmission module.

鏡筒３１の筒部内に保持固定された球レンズ３０の設置位置は、図３に示すように、鏡筒３１に取り付けた光ファイバコネクタ２１の光ファイバアレイ２０の入射端面から球レンズ３０の主点Ｏまでの間の距離（Ｘ２＋ｆ）、及びカンパッケージ１１に収納したＶＣＳＥＬアレイ１０から球レンズ３０の主点Ｏまでの間の距離（Ｘ１＋ｆ）を、球レンズ３０の焦点距離ｆの２倍の距離（例えば、６ｍｍ）にそれぞれ設定されている。球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１は、球レンズ３０の焦点距離ｆと同一の間隔寸法に設定されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置の像側焦点から光ファイバアレイ２０の入射端面までの間の距離Ｘ２も球レンズ３０の焦点距離ｆと等しい間隔寸法に設定されている。光ファイバアレイ２０の入射端面は、球レンズ３０の結像位置に配されている。 As shown in FIG. 3, the installation position of the ball lens 30 held and fixed in the tube portion of the lens barrel 31 is the main position of the ball lens 30 from the incident end face of the optical fiber array 20 of the optical fiber connector 21 attached to the lens barrel 31. The distance (X2 + f) to the point O and the distance (X1 + f) from the VCSEL array 10 accommodated in the can package 11 to the principal point O of the spherical lens 30 are twice the focal length f of the spherical lens 30. Each distance is set (for example, 6 mm). The distance X1 between the object-side focal point of the spherical lens 30 and the VCSEL array 10 is set to the same interval dimension as the focal length f of the spherical lens 30. The distance X2 from the image-side focal point of the imaging position of the emitted light from the VCSEL array 10 to the incident end face of the optical fiber array 20 is also set to an interval dimension equal to the focal length f of the spherical lens 30. The incident end face of the optical fiber array 20 is disposed at the imaging position of the spherical lens 30.

この第１の実施の形態によれば、物体と像の倍率ｍは、ｍ＝ｆ／Ｘ＝ｆ／ｆ＝１（等倍結像）となるように構成されている。これにより、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチＰ１と、ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置でのビームスポットのピッチＰ２とが等しくなるとともに、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光スポット径と、ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光の結像位置でのビームスポットのビーム径とは等しくなる。光ファイバアレイ１０の入射端面は、上述したように、球レンズ３０の結像位置に配されているので、光ファイバアレイ１０と光接続されることとなる。 According to the first embodiment, the magnification m of the object and the image is configured to be m = f / X = f / f = 1 (equal magnification imaging). As a result, the pitch P1 of the VCSEL array 10 and the pitch P2 of the beam spot at the imaging position of the emitted light from the VCSEL array 10 become equal, and the emission spot diameter of the VCSEL array 10 and the output from the VCSEL array 10 The beam diameter of the beam spot at the image formation position of the incident light becomes equal. Since the incident end face of the optical fiber array 10 is arranged at the image forming position of the spherical lens 30 as described above, it is optically connected to the optical fiber array 10.

（光学素子の位置調整）
ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子の光軸調整を行う際に、各素子の光出力をファイバ端でモニタしながら、あるいは受信側の光並列伝送モジュールの各素子の光電流をモニタしながら行うアクティブアライメントにより、カンパッケージ１１に鏡筒３１を固着することができる。この場合は、ＶＣＳＥＬアレイ１０をカンパッケージ１１に実装する位置精度を、一般的なダイボンド工程において実装した場合に実現できる精度である±５０μｍ程度の実装位置のずれに緩和することができる。 (Position adjustment of optical element)
When the optical axis of each element of the VCSEL array 10 is adjusted, active alignment is performed while monitoring the optical output of each element at the fiber end or monitoring the photocurrent of each element of the optical parallel transmission module on the receiving side. The lens barrel 31 can be fixed to the can package 11. In this case, the positional accuracy of mounting the VCSEL array 10 on the can package 11 can be relaxed to a mounting position shift of about ± 50 μm, which is an accuracy that can be realized when mounted in a general die bonding process.

なお、上記のごとく構成された光並列伝送モジュール１の構造、形状及び構成部材は、図示例に限定されるものではないことは勿論である。 Of course, the structure, shape, and constituent members of the optical parallel transmission module 1 configured as described above are not limited to the illustrated examples.

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）光並列伝送モジュール１の組立時間の短縮と歩留まりを向上させ、安定して生産することができるようになり、光並列伝送モジュール１の低コスト化や光接続機構の小型化を達成することができる。
（ロ）ＶＣＳＥＬアレイ１０を湿気などにより劣化することを防止することができる。
（ハ）ＶＣＳＥＬアレイ１０及び光ファイバアレイ２０間の光の接続を簡単にかつ確実に行うことができるようになる。 (Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(A) The assembly time of the optical parallel transmission module 1 can be shortened, the yield can be improved, and the optical parallel transmission module 1 can be stably produced, and the optical parallel transmission module 1 can be reduced in cost and the optical connection mechanism can be reduced in size. be able to.
(B) The VCSEL array 10 can be prevented from deteriorating due to moisture or the like.
(C) Light connection between the VCSEL array 10 and the optical fiber array 20 can be performed easily and reliably.

［第２の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図４は、本発明に係わる第２の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図４（ａ）は、送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図、図４（ｂ）は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線の矢視断面図である。 [Second Embodiment]
(Configuration of optical parallel transmission module on transmission side)
FIG. 4 shows an example of the structure of the optical parallel transmission module according to the second embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the optical parallel transmission module on the transmission side, and FIG. 4B is a plan view schematically showing the package on the light output side of the optical parallel transmission module. 4 (c) is a cross-sectional view taken along line IVa-IVa in FIG. 4 (a).

これらの図において上記第１の実施の形態と大きく異なるところは、球レンズ３０に代えて、中心軸に対して垂直な平面部３２ａ，３２ａが形成された部分加工球レンズ３２を有する点、カンパッケージ１１に代えて、セラミックパッケージ１６を有している点にある。なお、これらの図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。 In these figures, the first embodiment is greatly different from the first embodiment in that it has a partially processed spherical lens 32 in which flat portions 32a and 32a perpendicular to the central axis are formed instead of the spherical lens 30. Instead of the package 11, a ceramic package 16 is provided. In these drawings, substantially the same members as those in the first embodiment are given the same member names and symbols. Therefore, the detailed description regarding these members is omitted.

図４において、符号３２は、屈折率が略均一なガラス製の部分加工球レンズを示している。セラミックパッケージ１６に外嵌固定された鏡筒３１の大径の開口部３１ｂ内には、単一の部分加工球レンズ３２が保持固定されている。この第２の実施の形態にあっても、単一の部分加工球レンズ３２をＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に共通のレンズとして使用することができる。 In FIG. 4, the code | symbol 32 has shown the partial process ball lens made from glass with a substantially uniform refractive index. A single partially processed ball lens 32 is held and fixed in the large-diameter opening 31b of the lens barrel 31 that is externally fitted and fixed to the ceramic package 16. Even in the second embodiment, the single partially processed spherical lens 32 can be used as a common lens for each element of the VCSEL array 10.

鏡筒３１は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、樹脂材からなる細長い扁平筒状の直方体形状をなしている。鏡筒３１のセラミックパッケージ１６と反対側の端部開口面には、図示しない光ファイバコネクタを位置決め固定する一対のガイド孔３１ｃ，３１ｃが形成されている。セラミックパッケージ１６内には、図示しないマウントを介して位置決め固定されたＶＣＳＥＬアレイ１０が配されている。この第２の実施の形態にあっては、２５０μmピッチの１×１２ＶＣＳＥＬアレイが使用されている。セラミックパッケージ１６とＶＣＳＥＬアレイ１０から照射されたレーザ光を透過する細長いカバーガラス１５とにより囲まれた密閉空間３内には、例えば、窒素ガスが充填される。 As shown in FIGS. 4A to 4C, the lens barrel 31 has an elongated flat cylindrical cuboid shape made of a resin material. A pair of guide holes 31c and 31c for positioning and fixing an optical fiber connector (not shown) are formed in the end opening surface of the lens barrel 31 opposite to the ceramic package 16. In the ceramic package 16, the VCSEL array 10 is positioned and fixed via a mount (not shown). In the second embodiment, a 1 × 12 VCSEL array with a pitch of 250 μm is used. The sealed space 3 surrounded by the ceramic package 16 and the elongated cover glass 15 that transmits the laser light emitted from the VCSEL array 10 is filled with, for example, nitrogen gas.

セラミックパッケージ１６のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図４（ａ）に示すように、外部装置と電気的に接続するための例えば１４個（共通電極を２箇所とった場合）の電極１７，…，１７が設けられている。各電極１７は、所定の間隔をもって電気的に絶縁された状態で配されている。各電極１７の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。 On the surface of the ceramic package 16 opposite to the VCSEL array 10, as shown in FIG. 4A, for example, 14 electrodes (when two common electrodes are used) for electrical connection with an external device. 17,... Are provided. Each electrode 17 is arranged in a state of being electrically insulated with a predetermined interval. One end of each electrode 17 is electrically connected to the p-side or n-side electrode of the VCSEL array 10 by a bonding wire or the like.

鏡筒３１の大径の開口部３１ｂ内に保持固定された部分加工球レンズ３２は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０の出射端面（発光点）と略同一方向となるように配された円弧面部と、中心軸に対して垂直な平面部３２ａ，３２ａとを有している。部分加工球レンズ３２の各平面部３２ａは、ＶＣＳＥＬアレイ１０の出射端面の配列方向と直交する方向にそれぞれ形成されている。部分加工球レンズ３２の外郭形態は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子の配列方向に対して、水平方向よりも垂直方向の長さを短い寸法に設定されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光点の配列方向に対しては、ＶＣＳＥＬアレイ１０のピッチ及びビット数などに応じて、レンズによるケラレが発生しないような大きさに設定することが肝要である。この第２の実施の形態においては、ＶＣＳＥＬアレイ１０の発光点の配列方向と垂直な方向については、ビット数に関わらず１ビットの放射光に対するレンズのケラレが発生しないように構成することができる。 As shown in FIGS. 4A to 4C, the partially processed spherical lens 32 held and fixed in the large-diameter opening 31b of the lens barrel 31 is connected to the emission end face (light emitting point) of the VCSEL array 10. It has a circular arc surface portion arranged so as to be substantially in the same direction, and flat surface portions 32a, 32a perpendicular to the central axis. Each flat portion 32 a of the partially processed spherical lens 32 is formed in a direction orthogonal to the arrangement direction of the emission end faces of the VCSEL array 10. The outer shape of the partially processed spherical lens 32 is set such that the length in the vertical direction is shorter than the horizontal direction with respect to the arrangement direction of the elements of the VCSEL array 10. It is important that the arrangement direction of the light emitting points of the VCSEL array 10 is set to a size that does not cause vignetting according to the pitch and the number of bits of the VCSEL array 10. In the second embodiment, the direction perpendicular to the arrangement direction of the light emitting points of the VCSEL array 10 can be configured so that lens vignetting for 1-bit radiation does not occur regardless of the number of bits. .

図５は、部分加工球レンズ３２の作製方法を説明するための概略説明図である。同図において、図示を省略した回転する研削ホイールが、同じく図示しない加工装置に対して垂直方向に上下動可能に配される。部分加工球レンズ３２を作製するにあたっては、球レンズの一部を研削する。定法に従い加工装置に回転駆動可能に把持された球レンズを回転させ、回転する球レンズの両側面を研削ホイールにて、図５に示す斜線部分を研削する。そして、一対の研削面を光が散乱しない鏡面に研磨することにより、中心軸に対して垂直な一対の平面部３２ａ，３２ａを有する部分加工球レンズ３２を作製することができる。 FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining a manufacturing method of the partially processed spherical lens 32. In the figure, a rotating grinding wheel (not shown) is arranged so as to be vertically movable with respect to a machining apparatus (not shown). In producing the partially processed spherical lens 32, a part of the spherical lens is ground. In accordance with a conventional method, the spherical lens gripped by the processing device so as to be rotationally driven is rotated, and both side surfaces of the rotating spherical lens are ground by the grinding wheel in the hatched portion shown in FIG. Then, by polishing the pair of ground surfaces to a mirror surface that does not scatter light, a partially processed spherical lens 32 having a pair of plane portions 32a and 32a perpendicular to the central axis can be produced.

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
（イ）光並列伝送モジュールの小型化や薄型化を達成することができる。 (Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the operational effects of the first embodiment.
(A) The optical parallel transmission module can be reduced in size and thickness.

［第３の実施の形態］
（送信側の光並列伝送モジュールの構成）
図６は、本発明に係わる第３の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図６は、送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。同図において上記各実施の形態と大きく異なるところは、光入出力の有無を検出するモニタＰＤ１８をカンパッケージ１１内に収納している点にある。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。 [Third Embodiment]
(Configuration of optical parallel transmission module on transmission side)
FIG. 6 shows an example of the structure of an optical parallel transmission module according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the optical parallel transmission module on the transmission side. In the figure, the main difference from the above embodiments is that a monitor PD 18 for detecting the presence or absence of light input / output is housed in the can package 11. In the figure, members substantially the same as those in the above embodiments are given the same member names and symbols. Therefore, the detailed description regarding these members is omitted.

図６において、符号１８はモニタＰＤを示している。この第３の実施の形態にあっても、カンパッケージ１１の円板状の金属ステム１２上には、サブマウント１９を介して位置決め固定されたＶＣＳＥＬアレイ１０が搭載されている。金属ステム１２上には、円筒状の金属キャップ１３が外方に突出する円環状のフランジを介して気密に固着されている。 In FIG. 6, reference numeral 18 denotes a monitor PD. Even in the third embodiment, the VCSEL array 10 that is positioned and fixed via the submount 19 is mounted on the disk-shaped metal stem 12 of the can package 11. On the metal stem 12, a cylindrical metal cap 13 is fixed in an airtight manner via an annular flange protruding outward.

この金属キャップ１３の頂部は、図６に示すように、鏡筒３１の筒部と同心円状に形成されており、軸線に対して斜めに横断して切断した開口窓部１３ｂを有している。この開口窓部１３ｂの開口端面は、開口窓部１３ｂの対面方向から見てほぼ楕円形状をなしている。この開口窓部１３ｂには、楕円形状をなすカバーガラス１５がエポキシ樹脂などにより固着されている。このカバーガラス１５には、図示しない５０％の透過率を有するフィルタがコーティングされている。 As shown in FIG. 6, the top portion of the metal cap 13 is formed concentrically with the tube portion of the lens barrel 31, and has an open window portion 13b cut obliquely across the axis. . The opening end face of the opening window portion 13b is substantially elliptical when viewed from the facing direction of the opening window portion 13b. An elliptical cover glass 15 is fixed to the opening window portion 13b with an epoxy resin or the like. The cover glass 15 is coated with a filter (not shown) having a transmittance of 50%.

金属ステム１２の金属キャップ１３に外嵌固定された鏡筒３１の筒部内には、図６に示すように、単一の球レンズ３０が保持固定されている。この球レンズ３０は、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各素子に共通に設けられている。金属ステム１２のＶＣＳＥＬアレイ１０と反対側の面には、図示しない外部装置と電気的に接続するための６本（モニタPDの出力端子が最低一本は必要となる）のリードピン１４，…，１４が所定の間隔をおいて電気的に絶縁された状態で配されている。各リードピン１４の一端は、ＶＣＳＥＬアレイ１０のｐ側もしくはｎ側の電極にボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。 As shown in FIG. 6, a single spherical lens 30 is held and fixed in the tube portion of the lens barrel 31 that is externally fitted and fixed to the metal cap 13 of the metal stem 12. The spherical lens 30 is provided in common for each element of the VCSEL array 10. On the surface opposite to the VCSEL array 10 of the metal stem 12, there are six lead pins 14,... For electrically connecting to an external device not shown (at least one output terminal of the monitor PD is required). 14 are arranged in a state of being electrically insulated at a predetermined interval. One end of each lead pin 14 is electrically connected to the p-side or n-side electrode of the VCSEL array 10 by a bonding wire or the like.

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
（イ）ＶＣＳＥＬアレイ１０及びカバーガラス１５間の間隔を大きい寸法に設定することができるようになり、カバーガラス１５による反射光をモニタＰＤ１８へ入射させ易くすることができる。
（ロ）金属キャップ１３の頂部が、軸線に対して斜めに横断して切断した斜め金属キャップとして形成されているので、モニタＰＤ１８への入射光量を増加させることができる。
（ハ）カバーガラス１５にコーティングしたフィルタは、モニタＰＤ１８への入射光量を増加させることができるとともに、送信側の光並列伝送モジュール１からの光出力を抑えることができるようになり、レーザの安全性を確保するとともにレーザーの安定動作を行うことが可能となる。 (Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment, in addition to the operational effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(A) The distance between the VCSEL array 10 and the cover glass 15 can be set to a large size, and the reflected light from the cover glass 15 can be easily incident on the monitor PD 18.
(B) Since the top of the metal cap 13 is formed as an oblique metal cap that is cut obliquely across the axis, the amount of light incident on the monitor PD 18 can be increased.
(C) The filter coated on the cover glass 15 can increase the amount of light incident on the monitor PD 18 and can suppress the light output from the optical parallel transmission module 1 on the transmission side. As a result, the laser can be stably operated.

［第４の実施の形態］
（受信側の光並列伝送モジュールの構成）
図７は、本発明に係わる第４の実施の形態である光並列伝送モジュールの一構造例を示している。図７は、受信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。同図において上記各実施の形態と大きく異なるところは、中心軸に対して垂直な一対の平面部３２ａ，３２ａが形成された部分加工球レンズ３２と光接続する光素子アレイを受信側の光並列伝送モジュールに適用している点にある。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。 [Fourth Embodiment]
(Configuration of receiving side optical parallel transmission module)
FIG. 7 shows an example of the structure of an optical parallel transmission module according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a receiving side optical parallel transmission module. In the figure, the difference from the above embodiments is that an optical element array that is optically connected to a partially processed spherical lens 32 formed with a pair of plane portions 32a, 32a perpendicular to the central axis is optically parallel on the receiving side. It is in the point applied to the transmission module. In the figure, members substantially the same as those in the above embodiments are given the same member names and symbols.

図７において、符号２は、受信側の光並列伝送モジュールを示している。この光並列伝送モジュール２の基本構成は、受光素子アレイであるフォトダイオード（ＰＤ）アレイ４０と、図示しない光ファイバコネクタの光ファイバアレイとを光学的に結合する単一の部分加工球レンズ３２とにより構成されている。この部分加工球レンズ３２を収納した鏡筒３１及び光ファイバコネクタの構成は、上記各実施の形態と変わるところはない。 In FIG. 7, reference numeral 2 denotes an optical parallel transmission module on the receiving side. The basic configuration of the optical parallel transmission module 2 includes a photodiode (PD) array 40 that is a light receiving element array and a single partially processed spherical lens 32 that optically couples an optical fiber array of an optical fiber connector (not shown). It is comprised by. The configurations of the lens barrel 31 and the optical fiber connector in which the partially processed ball lens 32 is housed are not different from those of the above embodiments.

光入射側のＰＤパッケージ４１内には、サブマウント４２を介してフォトダイオード（ＰＤ）アレイ４０が実装されるとともに、駆動用ＩＣ４３が実装されている。ＰＤアレイ４０、駆動用ＩＣ４３及びＰＤパッケージ４１の各電極が、ボンディングワイヤなどにより電気的に接続されている。このＰＤアレイ４０は、印加されたバイアス電圧に基づき受光面に対して照射された光の光量に応じた電気的な変換信号に変換する光電変換素子であり、単一の部分加工球レンズ３２を介して光ファイバコネクタの光ファイバアレイからの入射光を受光するようになっている。ＰＤの出力電流は、駆動用ＩＣ４３に入力されて電気信号に変換され、複数の電極４４，…，４４から図示しない外部装置へと出力される。 In the PD package 41 on the light incident side, a photodiode (PD) array 40 is mounted via a submount 42, and a driving IC 43 is mounted. The electrodes of the PD array 40, the driving IC 43, and the PD package 41 are electrically connected by bonding wires or the like. The PD array 40 is a photoelectric conversion element that converts an electrical conversion signal in accordance with the amount of light applied to the light receiving surface based on an applied bias voltage. Incident light from the optical fiber array of the optical fiber connector is received through the optical fiber connector. The output current of the PD is input to the driving IC 43, converted into an electrical signal, and output from the plurality of electrodes 44, ..., 44 to an external device (not shown).

（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）ＰＤアレイ４０及び駆動用ＩＣ４３間の間隔寸法が短く設定できることで、ＳＮ比の改善、電磁波放射やイミュニティ耐性（電磁波妨害耐性）の改善、実装面積の縮小などを達成することができる。 (Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment, the following effects can be obtained.
(A) Since the distance between the PD array 40 and the driving IC 43 can be set short, it is possible to improve the SN ratio, improve electromagnetic radiation and immunity resistance (electromagnetic interference resistance), reduce the mounting area, and the like.

［第５の実施の形態］
（光並列伝送システムの構成）
図８は、本発明に係わる第５の実施の形態である光並列伝送モジュールを用いた光並列伝送システムの一構造例を示している。図８は、光並列伝送システムの構成を概略的に示す概略説明図である。この第５の実施の形態では、受信側の光並列伝送モジュール２のＰＤパッケージ４１は、送信側の光並列伝送モジュール１のカンパッケージ１１と同一の外郭形態をなしている。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。 [Fifth Embodiment]
(Configuration of optical parallel transmission system)
FIG. 8 shows an example of the structure of an optical parallel transmission system using an optical parallel transmission module according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic explanatory diagram schematically showing the configuration of the optical parallel transmission system. In the fifth embodiment, the PD package 41 of the optical parallel transmission module 2 on the reception side has the same outline as the can package 11 of the optical parallel transmission module 1 on the transmission side. In the figure, members substantially the same as those in the above embodiments are given the same member names and symbols.

図８において、符号１００は、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２とが光ファイバアレイ２０を介して信号を送受信する光並列伝送システムを示している。 In FIG. 8, reference numeral 100 indicates an optical parallel transmission system in which the transmission side optical parallel transmission module 1 and the reception side optical parallel transmission module 2 transmit and receive signals via the optical fiber array 20.

この光並列伝送システム１００では、送信側の光並列伝送モジュール１のリードピン１４に電気信号を印加すると、カンパッケージ１１内に実装されたＶＣＳＥＬアレイ１０が光信号を出射し、鏡筒３１内に実装された単一の球レンズ３０により集光されて、光ファイバコネクタ２１の光ファイバアレイ２０を介して受信側の光並列伝送モジュール２へと導かれる。 In this optical parallel transmission system 100, when an electrical signal is applied to the lead pin 14 of the optical parallel transmission module 1 on the transmission side, the VCSEL array 10 mounted in the can package 11 emits an optical signal and is mounted in the lens barrel 31. The light is condensed by the single spherical lens 30 and guided to the optical parallel transmission module 2 on the receiving side through the optical fiber array 20 of the optical fiber connector 21.

一方、ＰＤパッケージ４１内に実装されたＰＤアレイ４０では、光ファイバアレイ２０から入力した光信号を出射し、鏡筒３１内の単一の球レンズ３０により集光されて、ＰＤパッケージ４１内に実装された駆動用ＩＣ４３に入力されて電気信号に変換され、リードピン１４から図示しない外部装置へと出力される。 On the other hand, in the PD array 40 mounted in the PD package 41, the optical signal input from the optical fiber array 20 is emitted and condensed by the single spherical lens 30 in the lens barrel 31. The signal is input to the mounted driving IC 43, converted into an electric signal, and output from the lead pin 14 to an external device (not shown).

（光学素子の位置関係）
次に、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合について、図９を参照して具体的に説明する。 (Positional relationship of optical elements)
Next, optical coupling between the optical parallel transmission module 1 on the transmission side and the optical parallel transmission module 2 on the reception side will be specifically described with reference to FIG.

図９は、送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合状態を示す模式図である。なお、同図において上記各実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an optical coupling state between the optical parallel transmission module 1 on the transmission side and the optical parallel transmission module 2 on the reception side. In the figure, members substantially the same as those in the above embodiments are given the same member names and symbols.

一般に、レンズによる結像関係における物体と像の大きさの関係は、レンズの焦点距離をｆとし、レンズの物体側焦点から物体までの間の距離をＸ１とし、像側焦点から像までの間の距離をＸ２とすると、Ｘ１×Ｘ２＝ｆ２の寸法関係が成り立つ。物体と像の倍率ｍは、m=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係となっている。レンズの物体側焦点から物体までの間の距離Ｘ１がレンズの焦点距離ｆよりも短い場合には、像の大きさは、物体よりも大きくなる（ｍ＞１、拡大光学系）。これとは逆に、レンズの物体側焦点から物体までの間の距離Ｘ１がレンズの焦点距離ｆよりも長い場合には、像の大きさが、物体よりも小さくなる（ｍ＜１、縮小光学系）。 In general, the relationship between the size of an object and an image in an imaging relationship with a lens is that the focal distance of the lens is f, the distance from the object side focal point of the lens to the object is X1, and the distance from the image side focal point to the image. If the distance is X2, the dimensional relationship of X1 × X2 = f2 is established. The magnification m between the object and the image has a dimensional relationship of m = (f / X1) = (f / X2). When the distance X1 from the object-side focal point of the lens to the object is shorter than the focal length f of the lens, the size of the image is larger than the object (m> 1, magnifying optical system). On the contrary, when the distance X1 from the object side focal point of the lens to the object is longer than the focal length f of the lens, the size of the image is smaller than the object (m <1, reduced optical). system).

ここで、光並列伝送システムの構成においては、ＶＣＳＥＬアレイが物体側であり、ＰＤアレイは像側であると見なすことができる。この第５の実施の形態によれば、光並列伝送システム１００は、図９に示すように、送信側の光素子アレイであるＶＣＳＥＬアレイ１０側に拡大光学系を形成しており、受信側の光素子アレイであるＰＤアレイ４０側に縮小光学系を形成している。これにより、光ファイバアレイ２０のピッチよりも小さいピッチの光素子アレイ１０，４０との結合が可能となる。 Here, in the configuration of the optical parallel transmission system, the VCSEL array can be regarded as the object side, and the PD array can be regarded as the image side. According to the fifth embodiment, as shown in FIG. 9, the optical parallel transmission system 100 forms the magnifying optical system on the VCSEL array 10 side, which is the optical element array on the transmission side, and A reduction optical system is formed on the PD array 40 side which is an optical element array. Thereby, it becomes possible to couple with the optical element arrays 10 and 40 having a pitch smaller than the pitch of the optical fiber array 20.

この第５の実施の形態によると、送信側の光並列伝送モジュール１のＶＣＳＥＬアレイ１０側では、球レンズ３０の焦点距離ｆと、光ファイバアレイ２０の端面から球レンズ３０の像側焦点までの間の距離Ｘ２とが、図９（ａ）に示すように、Ｘ２＝２ｆの関係を有している。球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１とは、Ｘ１＝ｆ／２の関係を有している。 According to the fifth embodiment, on the VCSEL array 10 side of the optical parallel transmission module 1 on the transmission side, the focal length f of the spherical lens 30 and the end surface of the optical fiber array 20 to the image-side focal point of the spherical lens 30. The distance X2 has a relationship of X2 = 2f as shown in FIG. The focal length f of the spherical lens 30 and the distance X1 between the object-side focal point of the spherical lens 30 and the VCSEL array 10 have a relationship of X1 = f / 2.

送信側の光並列伝送モジュール１では、球レンズ３０が、光ファイバアレイ２０の端面から球レンズ３０の像側焦点までの間の距離Ｘ２をＸ２＝２ｆとなるように鏡筒３１内に配置されるとともに、球レンズ３０の物体側焦点からＶＣＳＥＬアレイ１０までの間の距離Ｘ１をＸ１＝ｆ／２となるように鏡筒３１内に配置されている。ＶＣＳＥＬアレイ１０からの出射光は、光ファイバアレイ２０の端面と光結像されることとなる。物体と像の倍率ｍ=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係に基づき算出すると、このときの倍率ｍは、ｍ＝２となる。これにより、ピッチＰ１が１２５μｍであるＶＣＳＥＬアレイ１０で、ピッチＰ２が２５０μｍである光ファイバアレイ２０と光学的に接続することができる。 In the optical parallel transmission module 1 on the transmission side, the spherical lens 30 is disposed in the lens barrel 31 so that the distance X2 from the end face of the optical fiber array 20 to the image-side focal point of the spherical lens 30 is X2 = 2f. The distance X1 from the object side focal point of the spherical lens 30 to the VCSEL array 10 is arranged in the lens barrel 31 so that X1 = f / 2. Light emitted from the VCSEL array 10 is optically imaged with the end face of the optical fiber array 20. When the calculation is performed based on the dimensional relationship of the object-image magnification m = (f / X1) = (f / X2), the magnification m at this time is m = 2. Accordingly, the VCSEL array 10 having the pitch P1 of 125 μm can be optically connected to the optical fiber array 20 having the pitch P2 of 250 μm.

一方、受信側の光並列伝送モジュール２のＰＤアレイ４０側では、図９（ｂ）に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ１０側とは逆の関係となっており、球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の物体側焦点からＰＤアレイ４０までの間の距離Ｘ１とが、Ｘ１＝２ｆの関係を有している。球レンズ３０の焦点距離ｆと、球レンズ３０の像側焦点からＰＤアレイ４０の受光面までの間の距離Ｘ２とは、Ｘ２＝ｆ／２の関係を有している。 On the other hand, on the PD array 40 side of the optical parallel transmission module 2 on the reception side, as shown in FIG. 9B, the relationship is opposite to that on the VCSEL array 10 side, and the focal length f of the spherical lens 30 is The distance X1 from the object side focal point of the spherical lens 30 to the PD array 40 has a relationship of X1 = 2f. The focal length f of the spherical lens 30 and the distance X2 from the image-side focal point of the spherical lens 30 to the light receiving surface of the PD array 40 have a relationship of X2 = f / 2.

受信側の光並列伝送モジュール２では、球レンズ３０が、球レンズ３０の物体側焦点からＰＤアレイ４０までの間の距離Ｘ１をＸ１＝２ｆとなるように鏡筒３１内に配置されるとともに、球レンズ３０の像側焦点からＰＤアレイ４０の受光面までの間の距離Ｘ２をＸ２＝ｆ／２となるように鏡筒３１内に配置されている。これにより、光ファイバアレイ２０からの出射光は、ＰＤアレイ４０の受光面で結像される。物体と像の倍率ｍ=（ｆ／Ｘ１）＝（ｆ／Ｘ２）の寸法関係に基づき算出すると、このときの倍率ｍは、ｍ＝０．５となるので、ピッチＰ２が２５０μｍである光ファイバアレイ２０で、ピッチＰ１が１２５μｍであるＰＤアレイ４０に光学的に接続することができる。 In the optical parallel transmission module 2 on the reception side, the spherical lens 30 is disposed in the lens barrel 31 so that the distance X1 from the object-side focal point of the spherical lens 30 to the PD array 40 is X1 = 2f. A distance X2 from the image side focal point of the spherical lens 30 to the light receiving surface of the PD array 40 is arranged in the lens barrel 31 so that X2 = f / 2. Thereby, the emitted light from the optical fiber array 20 is imaged on the light receiving surface of the PD array 40. If the magnification m of the object and the image is calculated based on the dimensional relationship of m = (f / X1) = (f / X2), the magnification m at this time is m = 0.5, and thus the optical fiber having a pitch P2 of 250 μm. The array 20 can be optically connected to a PD array 40 having a pitch P1 of 125 μm.

上記構成によると、ＶＣＳＥＬアレイ１０の１ビットの発光スポット径、放射角に対して光ファイバアレイ２０の端面でのビーム径（コア径）、放射角は、それぞれ２倍、０．５倍となる。ＰＤアレイ４０の受光面でのビーム径は、光ファイバアレイ２０の端面でのビーム径の０．５倍となる。 According to the above configuration, the beam diameter (core diameter) and radiation angle at the end face of the optical fiber array 20 with respect to the 1-bit emission spot diameter and radiation angle of the VCSEL array 10 are doubled and 0.5 times, respectively. . The beam diameter on the light receiving surface of the PD array 40 is 0.5 times the beam diameter on the end surface of the optical fiber array 20.

ところで、光並列伝送では、コア径５０μｍ、ＮＡ（開口数）＝０．２（最大受光角θ＝１１．６°）のＧＩマルチモードファイバが一般的に用いられる。ＶＣＳＥＬアレイ１０の１ビットの発光スポット径は、５〜２０μｍであり、その放射角は、全角で１０〜３０°である。この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００によると、光ファイバアレイ２０の入射端面では、ビーム径は１０〜４０μｍとなり、入射角は５〜１５°となり、ＮＡのミスマッチによる結合損失を改善することができる。倍率ｍを大きくし過ぎると、ビーム径の違いによる結合損失が増加することとなるので、倍率ｍは、ｍ＝１〜２を満足させることが好適である。 By the way, in optical parallel transmission, a GI multimode fiber having a core diameter of 50 μm and NA (numerical aperture) = 0.2 (maximum light receiving angle θ = 11.6 °) is generally used. The 1-bit emission spot diameter of the VCSEL array 10 is 5 to 20 μm, and the radiation angle is 10 to 30 ° in all angles. According to the optical parallel transmission system 100 according to the fifth embodiment, on the incident end face of the optical fiber array 20, the beam diameter is 10 to 40 μm, the incident angle is 5 to 15 °, and the coupling loss due to the NA mismatch is reduced. Can be improved. If the magnification m is increased too much, coupling loss due to the difference in beam diameter will increase, and therefore it is preferable that the magnification m satisfies m = 1-2.

また、１Ｇｂｐｓ以上の伝送速度に用いられるＰＤアレイの受光径は、４０〜１００μｍであり、ＰＤアレイの受光面でのビーム径は、光ファイバアレイの出射端面でのビーム径（コア径）の１／２（２５μｍ）であるので、この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００によると、光結合効率あるいは位置ずれに対するトレランスを改善することができるようになる。ＰＤアレイ４０側では、倍率を小さく設定することが、光結合効率や位置ずれトレランスを向上させるという点では望ましいが、倍率を小さく設定するのには、光学系、すなわちモジュールサイズが大きくなるので、倍率ｍとしては、ｍ＝０．５〜１を満足させることが好適である。 The light receiving diameter of the PD array used for a transmission speed of 1 Gbps or more is 40 to 100 μm, and the beam diameter at the light receiving surface of the PD array is 1 of the beam diameter (core diameter) at the emission end face of the optical fiber array. / 2 (25 μm), the optical parallel transmission system 100 according to the fifth embodiment can improve the optical coupling efficiency or the tolerance for misalignment. On the PD array 40 side, setting the magnification to be small is desirable in terms of improving the optical coupling efficiency and misalignment tolerance. However, to set the magnification small, the optical system, that is, the module size becomes large. As the magnification m, it is preferable to satisfy m = 0.5-1.

この第５の実施の形態に係わる光並列伝送システム１００では、送信側の光ファイバアレイ２０に対する結像関係を拡大光学系に形成することができる。拡大光学系の横倍率（像の高さ）は１〜２を満足させることが好適である。受信側の光ファイバアレイ２０に対する結像関係を縮小光学系に形成することができる。縮小光学系の横倍率（像の高さ）としては、０．５〜１を満足させることが好適である。 In the optical parallel transmission system 100 according to the fifth embodiment, the imaging relationship with respect to the optical fiber array 20 on the transmission side can be formed in the magnifying optical system. The lateral magnification (image height) of the magnifying optical system is preferably 1 to 2. The imaging relationship with respect to the optical fiber array 20 on the receiving side can be formed in the reduction optical system. It is preferable to satisfy 0.5 to 1 as the lateral magnification (image height) of the reduction optical system.

（第５の実施の形態の効果）
上記第５の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）ピッチを小さくすることで材料費や加工費を低減することができるようになり、チップサイズの小さい光素子アレイ１０，４０を使用することができるようになる。
（ロ）結合損失の増加（結合効率の低下）を防止することを可能とした光並列伝送モジュール１００によって、複数の光素子アレイ１０，４０がユニット化された光並列伝送システムをも得ることができる。 (Effect of 5th Embodiment)
According to the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
(A) By reducing the pitch, the material cost and the processing cost can be reduced, and the optical element arrays 10 and 40 having a small chip size can be used.
(B) An optical parallel transmission system in which a plurality of optical element arrays 10 and 40 are unitized can be obtained by the optical parallel transmission module 100 capable of preventing an increase in coupling loss (decrease in coupling efficiency). it can.

なお、本発明に係わる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムは、上記各実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。 The optical parallel transmission module and the optical parallel transmission system according to the present invention are not limited to the above embodiments and modifications, and various design changes can be made without departing from the spirit of the invention. is there.

本発明に係わる光並列伝送モジュール及び光並列伝送システムは、ホームネットワークやＬＡＮなどの短距離光通信、大中距離光通信、高速通信(ギガビット)などの各種の光通信機器や光通信システムに用いることができる。 The optical parallel transmission module and the optical parallel transmission system according to the present invention are used for various optical communication devices and optical communication systems such as short-distance optical communication such as home network and LAN, large and medium-distance optical communication, and high-speed communication (gigabit). be able to.

本発明の第１の実施の形態である単一のレンズを用いた送信側の光並列伝送モジュールの一構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of 1 structure of the optical parallel transmission module of the transmission side using the single lens which is the 1st Embodiment of this invention. 光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the package by the side of the light emission of an optical parallel transmission module. 光並列伝送モジュールの光結合状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical coupling state of an optical parallel transmission module. （ａ）は、本発明の第２の実施の形態である送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図、（ｂ）は、光並列伝送モジュールの光出射側のパッケージを概略的に示す平面図、（ｃ）は、図４（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線の矢視断面図である。(A) is sectional drawing which shows schematically the structure of the optical parallel transmission module of the transmission side which is the 2nd Embodiment of this invention, (b) is schematic about the package by the side of the light emission of an optical parallel transmission module. FIG. 4C is a sectional view taken along the line IVa-IVa in FIG. 4A. 部分加工球レンズ３２の作製方法を説明するための概略説明図である。FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a partially processed ball lens 32. 本発明の第３の実施の形態である送信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the structure of the optical parallel transmission module of the transmission side which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態である受信側の光並列伝送モジュールの構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the optical parallel transmission module of the receiving side which is the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施の形態である光並列伝送システムの構成を概略的に示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows roughly the structure of the optical parallel transmission system which is the 5th Embodiment of this invention. （ａ）、（ｂ）はぞれぞれ図８に示す送信側の光並列伝送モジュール１と受信側の光並列伝送モジュール２との光結合状態を示す模式図である。(A), (b) is a schematic diagram which respectively shows the optical coupling state of the optical parallel transmission module 1 of the transmission side shown in FIG. 8, and the optical parallel transmission module 2 of the reception side.

符号の説明Explanation of symbols

１送信側の光並列伝送モジュール
２受信側の光並列伝送モジュール
３密閉空間
１０ＶＣＳＥＬアレイ
１１カンパッケージ
１２金属ステム
１３金属キャップ
１３ａ開口部
１３ｂ開口窓部
１４リードピン
１５カバーガラス
１６セラミックパッケージ
１７，４４電極
１８モニタＰＤ
１９，４２サブマウント
２０光ファイバアレイ
２１光ファイバコネクタ
２１ａガイドピン
３０球レンズ
３１鏡筒
３１ａ，３１ｂ円形開口部
３１ｃガイド孔
３２部分加工球レンズ
３２ａ平面部
４０ＰＤアレイ
４１ＰＤパッケージ
４３駆動用ＩＣ
１００光並列伝送システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical parallel transmission module 2 of transmission side Optical parallel transmission module 3 of reception side Sealed space 10 VCSEL array 11 Can package 12 Metal stem 13 Metal cap 13a Opening part 13b Opening window part 14 Lead pin 15 Cover glass 16 Ceramic package 17, 44 Electrode 18 Monitor PD
19, 42 Submount 20 Optical fiber array 21 Optical fiber connector 21a Guide pin 30 Ball lens 31 Lens barrel 31a, 31b Circular opening 31c Guide hole 32 Partially processed ball lens 32a Planar part 40 PD array 41 PD package 43 Driving IC
100 Optical parallel transmission system

Claims

光素子アレイと、
光ファイバアレイと、
前記光素子アレイの各素子に共通に設けられ、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとを光学的に結合するレンズとを備えたことを特徴とする光並列伝送モジュール。 An optical element array;
An optical fiber array;
An optical parallel transmission module comprising a lens provided in common to each element of the optical element array and optically coupling the optical element array and the optical fiber array.

前記光素子アレイは、密閉容器に収容され、
前記レンズは、前記密閉容器に嵌合する鏡筒内に保持されてなることを特徴とする請求項１に記載の光並列伝送モジュール。 The optical element array is housed in a sealed container,
The optical parallel transmission module according to claim 1, wherein the lens is held in a lens barrel that fits into the sealed container.

前記鏡筒は、前記光ファイバアレイを保持するコネクタを位置決めする位置決め部を有してなることを特徴とする請求項２に記載の光並列伝送モジュール。 The optical parallel transmission module according to claim 2, wherein the lens barrel includes a positioning portion that positions a connector that holds the optical fiber array.

前記光素子アレイと前記光ファイバアレイは、結像関係となるように保持されてなることを特徴とする請求項１に記載の光並列伝送モジュール。 The optical parallel transmission module according to claim 1, wherein the optical element array and the optical fiber array are held so as to form an imaging relationship.

上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光並列伝送モジュールを送受信器として用いてなることを特徴とする光並列伝送システム。 An optical parallel transmission system using the optical parallel transmission module according to any one of claims 1 to 4 as a transceiver.

前記光素子アレイは、発光素子アレイであり、前記光ファイバアレイに対する結像関係を拡大光学系とした構成を有し、
前記光素子アレイは、受光素子アレイであり、前記光ファイバアレイに対する結像関係を縮小光学系とした構成を有してなることを特徴とする請求項５に記載の光並列伝送システム。 The optical element array is a light emitting element array, and has a configuration in which an imaging relationship with the optical fiber array is an enlarged optical system,
The optical parallel transmission system according to claim 5, wherein the optical element array is a light receiving element array, and has a configuration in which an imaging relationship with the optical fiber array is a reduction optical system.