JP2008004916A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略化することのできる光モジュールを提供する。
【解決手段】本発明にかかる光モジュール１００は、発光素子３０と、発光素子が発光した光を集光する第１のレンズ面５２、当該レンズ面が集光した光の一部を反射し他の一部を透過する反射面５６、および反射面が反射した光を透過する屈折面５４を有する光学部材５０と、屈折面を透過した光を受光する受光素子４０と、を含み、第１のレンズ面および屈折面は、同軸の回転面であり、第１のレンズ面は、中央部に凸部を有し、屈折面は、平面視において第１のレンズ面を囲む環状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールに関する。

面発光レーザのような発光素子は、環境温度等の条件によって光出力が変動するという特性を有する。このため、発光素子を用いた光モジュールにおいては、発光素子から出射されるレーザ光の一部を検出して光出力値をモニタするための光検出機能を有する受光素子が備えられている場合がある。発光素子から出射されるレーザ光の一部を受光素子に導くためには、複数のレンズや反射面を備えた構造の光学部材が必要となる。しかしながら、このような光学部材を含む光モジュールを製造するためには、複数の光学部材を準備しなければならないだけでなく、製造工程が複雑化してしまうという問題点がある。
特開２００４−３１９８７７号公報

本発明の目的は、製造工程を簡略化することのできる光モジュールを提供することにある。

本発明にかかる光モジュールは、
発光素子と、
前記発光素子が発光した光を集光する第１のレンズ面、当該第１のレンズ面が集光した光の一部を反射し他の一部を透過する反射面、および前記反射面が反射した光を透過する屈折面を有する光学部材と、
前記屈折面を透過した光を受光する受光素子と、
を含み、
前記第１のレンズ面および屈折面は、同軸の回転面であり、
前記第１のレンズ面は、前記中央部に凸部を有し、
前記屈折面は、平面視において前記第１のレンズ面を囲む領域に形成されている。

本発明にかかる光モジュールにおいて、光学部材は、同軸の回転面からなる第１のレンズ面および屈折面を有するため、光学部材の製造工程を簡略化することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記屈折面は、前記反射面が反射した光を集光する第２のレンズ面として機能することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記屈折面は、円錐の側面に沿った形状であることができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記光学部材は、前記反射面が透過した光を集光する第３のレンズ面をさらに有することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記光学部材は、前記第３のレンズ面が集光した光を入射させるための光ファイバを支持するスリーブをさらに有することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記発光素子と前記受光素子は、同一基板に支持されている。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記屈折面は、第１のレンズ面の外周に隣接していることができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記第１のレンズ面を通過する光の光軸は、前記屈折面を通過する光の光軸と異なることができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記第１のレンズ面は、平面視において円形状であることができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記光学部材は、前記第１のレンズ面と前記反射面との間に、前記発光素子が発光する光の光軸に対して略垂直方向に設けられた凹部を有することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記反射面は、前記凹部の内壁を構成することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記凹部の内壁は、底部と、前記反射面と、当該反射面と対向する透過面とによって構成され、
前記反射面と前記透過面とは、前記底部から遠ざかる程、間隔が広くなるように対向していることができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記透過面は、前記発光素子が発光する光の光軸に対して垂直ではないことができる。

即ち、前記透過面は、前記発光素子が発光する光の光軸に対して９０度未満の角度を有することができ、前記発光素子が発光する光の光軸に対して９０度より大きい角度を有することができる。

本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記受光素子は、発光素子で生じた光の出力をモニタする機能を有し、
前記発光素子に供給される電流は、前記受光素子がモニタした光の出力に基づいて調整されることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態にかかる光モジュール１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態にかかる光モジュール１００を模式的に示す側面図である。図１は、図２のＩ−Ｉ断面を示す図である。

光モジュール１００は、発光素子３０と、光学部材の一例としてのレンズ付きコネクタ５０と、受光素子４０と、パッケージ１０とを含む。

発光素子３０は、レーザ光を発光する。発光素子３０は、たとえば面発光型半導体レーザであることができる。発光素子３０は、後述するパッケージ１０の内部に設けられている。受光素子４０は、受光した光を電流に変換することができればよく、たとえばｐｉｎフォトダイオードであることができる。受光素子４０は、パッケージ１０の内部に設けられ、かつ発光素子３０と同一面上に設けられている。本実施の形態においては、受光素子４０は、発光素子３０と同一の基板３２上に設けられている。基板３２には、発光素子３０および受光素子４０のそれぞれとリード線１２とを電気的に接続するための配線が設けられている（図示せず）。

ここで、発光素子３０の光出力は、主として発光素子３０に印加するバイアス電圧によって決定される。特に、発光素子３０の光出力は、発光素子３０の周囲温度や発光素子３０の寿命によって大きく変化する。このため、発光素子３０において所定の光出力を維持することが必要である。

そこで、本実施の形態にかかる光モジュール１００では、発光素子３０の光出力をモニタし、受光素子４０にて発生した電流の値に基づいて発光素子３０に印加する電圧値を調整する。これにより、発光素子３０内を流れる電流の値を調整することができ、発光素子３０は所定の光出力を維持することができる。発光素子３０の光出力を発光素子３０に印加する電圧値にフィードバックする制御は、リード線１２と電気的に接続された外部電子回路（駆動回路；図示せず）を用いて実施することができる。

即ち、受光素子４０は、発光素子３０で生じた光を電流に変換することにより、発光素子３０の光出力をモニタすることができる。具体的には、受光素子４０は、発光素子３０により生じた光の一部を吸収し、この吸収した光によって光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子および正孔は、電極にそれぞれ移動することにより、電流に変換される。外部電子回路は、この電流値に基づいて、発光素子３０に印加する電圧値を決定することができる。このようにして、常に受光素子４０が発光素子３０の光出力をモニタすることによって、発光素子３０に所定の光出力を維持させることができる。

パッケージ１０は、発光素子３０および受光素子４０を密閉封止する。パッケージ１０は、筐体１１と、蓋部材２０とを有する。筐体１１の材質は、特に限定されないが、たとえばセラミックスや金属からなることができる。また筐体１１には、発光素子３０および受光素子４０のそれぞれとリード線１２とを電気的に接続するための配線が設けられている（図示せず。）。配線は、筐体１１の上面から下面にかけて連続的に形成される。

蓋部材２０は、筐体１１の枠で囲まれた開口部を覆うように設けられ、筐体１１に接着固定されている。蓋部材２０は、発光素子３０が発光または受光する光を透過する透明基板からなることができ、たとえばガラス基板からなることができる。

次にレンズ付きコネクタ５０について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。図３は、図１の領域IIIの拡大図である。図４は、図３におけるレンズ付きコネクタ５０を発光素子３０側（下方）からみたときの平面図である。図５は、図１の領域Ｖの拡大図である。レンズ付きコネクタ５０は、第１のレンズ面５２と、反射面５６と、屈折面（第２のレンズ面）５４と、第３のレンズ面５８とを有する。

第１のレンズ面５２は、発光素子３０が発光した光を集光する。第１のレンズ面５２は、中央部に凸部を有する非球面レンズであって、コリメート機能を有する。即ち第１のレンズ面５２は、図１に示すように、発光素子３０が発光した発散光を平行光または収束光に変換することができる。第１のレンズ面５２は、発光素子３０からのレーザ光の光路上、即ち発光素子３０の上方に配置される。第１のレンズ面５２は、図３および図４に示すように、直線Ａを軸として曲線を回転させてできる回転面であり、平面視において円形状を有する。

反射面５６は、第１のレンズ面５２が集光した光の一部を反射し、他の一部を透過する。即ち反射面５６は、ハーフミラーとしての機能を有する。透過と反射の割合は、特に限定されないが、透過の割合が大きいことが好ましく、反射の割合は数％程度でよい。反射面５６と第１のレンズ５２との間には空間が存在する。この空間とレンズ付きコネクタ５０との屈折率が異なることから、反射面５６によって光を反射させることができる。

屈折面５４は、反射面５６が反射した光を透過する。また屈折面５４は、反射面５６が反射した光を集光してもよい。屈折面５４は、第１のレンズ面５２の周囲に設けられ、その形状は、図３および図４に示すように、平面視において環状であることができ、上述した直線Ａを軸として直線または曲線を回転させてできる回転面であることができる。屈折面５４の形状は、反射面５６で反射した光が受光素子４０に入射し、かつ発光素子３０に入射しないような形状であれば特に限定されないが、たとえば円錐の側面の形状であることができる。屈折面５４がこのような形状を有することによって、円錐の円周方向において光を集光することができ、受光素子４０のモニタ精度を向上させることができる。

第３のレンズ面５８は、反射面５６が透過した光を集光する。具体的には、第３のレンズ面５８は、スリーブ６０の底面（光ファイバ７２の端部）において光が収束するように、反射面５６が透過した光を集光する。これにより、発光素子３０と後述する光ファイバ７２との光の結合効率を良好にすることができる。

レンズ付きコネクタ５０は、スリーブ６０をさらに有する。スリーブ６０は、第３のレンズ面５８に対向する位置に設けられ、光ファイバ７２を支持する。スリーブ６０は、たとえば光軸方向に沿って形成されることができ、フェルール７０が挿入されることにより、光ファイバ７２を支持することができる。

レンズ付きコネクタ５０は、第１の凹部６４をさらに有する。第１の凹部６４は、スリーブ６０と対向する位置に逆向きに設けられる。第１の凹部６４の内側にパッケージ１０が配置されることにより、レンズ付きコネクタ５０にパッケージ１０が嵌め込まれる。第１の凹部６４の内壁に接着剤等を塗布ことにより、パッケージ１０を固定してもよい。第１の凹部６４の平面形状は、パッケージ１０の側面に沿った形状であり、たとえば矩形であることができる。

レンズ付きコネクタ５０は、第２の凹部６２をさらに有する。第２の凹部６２は、光軸と略垂直方向であって、レンズ付きコネクタ５０の側面に形成されている。第２の凹部６２は、図１に示すように、光軸に対して対称の位置に設けられることが好ましい。これにより、光モジュール１００の製造時または製造後に保持部材がレンズ付きコネクタ５０を第２の凹部６２で挟み込むことができる。

レンズ付きコネクタ５０は、第３の凹部６６をさらに有する。第３の凹部６６は、第１のレンズ面５２と、反射面５６との間に設けられる。第３の凹部６６は、光軸と略垂直方向であって、その内部を光が通過するように設けられる。第３の凹部６６の内壁の一部が反射面５６として機能することができる。言い換えれば、反射面５６は、第３の凹部６６の内壁の一部を構成することができる。これにより、レンズ付きコネクタ５０としての樹脂材料と空気との界面を反射面５６として機能させることができる。

より具体的には、凹部６６の内壁は、反射面５６と、底部５５と、反射面５６と対向する透過面５７とによって構成される。反射面５６と透過面５７とは、底部５５から遠ざかる程、間隔が広くなるように対向している。即ち、図５に示すように、透過面５７の垂線Ｃと反射面５６とによってなされる角度θ_１は、９０℃以下であることができる。これにより、たとえばレンズ付きコネクタ５０を金型で作製する際に、金型からレンズ付きコネクタ５０を抜きやすくすることができる。また透過面５７は、レンズ付きコネクタ５０としての樹脂材料と空気との界面に設けられることから、反射面５６と同様に、第１のレンズ面５２が集光した光の一部を反射し、他の一部を透過する。透過と反射の割合は、特に限定されないが、透過の割合が大きいことが好ましく、反射の割合は低い程よい。透過面５７は、第１のレンズ面５２が集光した光の光軸Ｂと角度θ_２をなし、角度θ_２は、９０℃でないことが好ましく、たとえば図５に示すように９０℃より大きくてもよい。角度θ_２が９０℃でないことにより、透過面５７を反射した光５９が発光素子３０に戻るのを防止することができる。また、角度θ_２が９０℃より大きいことにより、透過面５７を反射した光５９は、受光素子４０とは反対側に向けられるため、光５９が受光素子４０に入射するのを防止することができる。

レンズ付きコネクタ５０は、第１のレンズ面５２と、反射面５６と、屈折面５４と、第３のレンズ面５８と、スリーブ６０と、第１の凹部６４と、第２の凹部６２と、第３の凹部６６とを一体的に有する。レンズ付きコネクタ５０は、樹脂材料からなることができる。樹脂材料としては、光を透過可能なものが選択され、たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等を採用することができる。

本実施の形態にかかる光モジュール１００によれば、レンズ付きコネクタ５０が第１のレンズ面５２と、反射面５６と、屈折面５４とを一体的に有するため、このレンズ付きコネクタ５０を発光素子３０および受光素子４０に装着するだけで、パッケージ１０にハーフミラー等を設けることなく、受光素子４０に発光素子３０の光をモニタさせることができる。

また、本実施の形態にかかる光モジュール１００では、第１のレンズ面５２の外周に隣接して屈折面５４が設けられている。これにより、発光素子３０と受光素子４０とを近接した位置に配置することができる。また光を反射面５６に対して略垂直方向に入射させることができるため、光の反射における偏光依存性を低減することができる。したがって、受光素子４０のモニタ精度を向上させ、ひいては光モジュール１００の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態にかかる光モジュール１００では、第１のレンズ面５２と屈折面５４は、同軸の回転面である。これにより、レンズ付きコネクタ５０を成形する際に用いる金型を、一度の切削プロセスで製造でき、製造工程を簡略化することができる。

次に、本実施の形態にかかる第１の変形例について説明する。図６は、第１の変形例にかかる光モジュール２００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。

第１の変形例にかかる光モジュール２００は、レンズ付きコネクタの形状が本実施の形態にかかる光モジュール１００と異なる。具体的にレンズ付きコネクタ１５０は、フェルール等を挿入するためのスリーブを有さない点で、レンズ付きコネクタ５０と異なる。

また、第１の変形例にかかるレンズ付きコネクタ１５０は、第３のレンズ面５８にかえて第４のレンズ面１５８を有する。第４のレンズ面１５８は、第３のレンズ面５８と同様に、反射面５６を透過した光を集光することができる。

上記以外の光モジュール２００の構成については、上述した光モジュール１００の構成と同様であるので説明を省略する。

次に、本実施の形態にかかる第２の変形例について説明する。図７は、第２の変形例にかかるレンズ付きコネクタ２５０を示す断面図であり、図３に対応する。第２の変形例にかかるレンズ付きコネクタ２５０は、屈折面２５４の形状が、円錐の側面の形状でない点で、本実施の形態にかかるレンズ付きコネクタ５０と異なる。図３に示すレンズ付きコネクタ５０において屈折面５４は、直線を直線Ａを軸として回転させてできた回転面であったが、これにかえて、図７に示すレンズ付きコネクタ２５０における屈折面２５４は、曲線を直線Ａを軸として回転させてできた回転面である。また屈折面２５４は、図７に示すように緩やかな凸形状を有するため、円周方向だけでなく、円周と垂直な方向においても集光することができる。

上記以外のレンズ付きコネクタ２５０の構成については、上述したレンズ付きコネクタ５０の構成と同様であるので説明を省略する。

次に、本実施の形態にかかる第３の変形例について説明する。図８は、第３の変形例にかかるレンズ付きコネクタ３５０を示す断面図であり、図５に対応する。第３の変形例にかかるレンズ付きコネクタ３５０は、透過面５７と第１のレンズ面５２が集光した光の光軸Ｂとによってなされる角度θ_３が９０℃未満である点で、本実施の形態にかかるレンズ付きコネクタ５０と異なる。

本発明の説明は以上であるが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す側面図。 本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す拡大図。 本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す平面図。 本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す拡大図。 第１の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 第２の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 第３の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す拡大図。

符号の説明

１０ パッケージ、 １１ 筐体、 １２ リード線、 ２０ 蓋部材、 ３０ 発光素子、 ３２ 基板、 ４０ 受光素子、 ５０ レンズ付きコネクタ、 ５２ 第１のレンズ面、 ５４ 屈折面（第２のレンズ面）、 ５５ 底部、 ５６ 反射面、 ５７ 透過面、 ５８ 第３のレンズ面、 ６０ スリーブ、 ６２ 第２の凹部、 ６４ 第１の凹部、 ６６ 第３の凹部、 ７０ フェルール、 ７２ 光ファイバ、 １００ 光モジュール、 １５８ 第４のレンズ面、 ２００ 光モジュール

Claims (15)

1. 発光素子と、
   前記発光素子が発光した光を集光する第１のレンズ面、当該第１のレンズ面が集光した光の一部を反射し他の一部を透過させる反射面、および前記反射面が反射した光を透過する屈折面を有する光学部材と、
   前記屈折面を透過した光を受光する受光素子と、
   を含み、
   前記第１のレンズ面および屈折面は、同軸の回転面であり、
   前記第１のレンズ面は、中央部に凸部を有し、
   前記屈折面は、平面視において前記第１のレンズ面を囲む領域に形成されている、光モジュール。
2. 請求項１において、
   前記屈折面は、前記反射面が反射した光を集光する第２のレンズ面として機能する、光モジュール。
3. 請求項１または２において、
   前記屈折面は、円錐の側面に沿った形状である、光モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記光学部材は、前記反射面が透過させた光を集光する第３のレンズ面をさらに有する、光モジュール。
5. 請求項４において、
   前記光学部材は、前記第３のレンズ面が集光した光を入射させるための光ファイバを支持するためのスリーブをさらに有する、光モジュール。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記発光素子と前記受光素子は、同一基板に支持されている、光モジュール。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記屈折面は、第１のレンズ面の外周に隣接している、光モジュール。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記第１のレンズ面を通過する光の光軸は、前記屈折面を通過する光の光軸と異なる方向である、光モジュール。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
   前記第１のレンズ面は、平面視において円形状である、光モジュール。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    前記光学部材は、前記第１のレンズ面と前記反射面との間に、前記発光素子が発光する光の光軸に対して略垂直方向に設けられた凹部を有する、光モジュール。
11. 請求項１０において、
    前記反射面は、前記凹部の内壁を構成する、光モジュール。
12. 請求項１１において、
    前記凹部の内壁は、底部と、前記反射面と、当該反射面と対向する透過面とによって構成され、
    前記反射面と前記透過面とは、前記底部から遠ざかる程、間隔が広くなるように対向している、光モジュール。
13. 請求項１２において、
    前記透過面は、前記発光素子が発光する光の光軸に対して９０度未満の角度を有する、光モジュール。
14. 請求項１２において、
    前記透過面は、前記発光素子が発光する光の光軸に対して９０度より大きい角度を有する、光モジュール。
15. 請求項１ないし１４のいずれかにおいて、
    前記受光素子は、発光素子で生じた光の出力をモニタする機能を有し、
    前記発光素子に供給される電流は、前記受光素子がモニタした光の出力に基づいて調整される、光モジュール。