JP3741911B2 - 光素子アレイモジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多チャンネルの光素子を一体化した光素子アレイモジュールにおいて、光素子アレイとレンズアレイと光コネクタとを効率良く簡便に光結合することができる多チャンネルの光素子を一体化した光素子アレイモジュールおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、多チャンネルで一体の光素子アレイモジュールを構成する一方法として、実装用の基板に位置合わせ用のマーカやV溝を精度良く形成し、これを基準に光素子アレイや光ファイバアレイを位置精度よく搭載する方法が使われている。例えば、特開平9−281360号公報に記載されているように、シリコンの基板に異方性エッチングで、位置合わせ用のマーカとV溝を精度良く形成し、このマーカ基準に光素子アレイをはんだ接続し、また、V溝に光ファイバアレイの先端の被覆を除去後、個別に整列搭載し、多チャンネルの光結合を実現可能にしている。
また、特開平9−127377号公報に記載されているように、光素子アレイモジュールの本体から光ファイバアレイが着脱可能なレセプタクル型の光素子アレイモジュールの実装構造として、光コネクタのガイドピンを介して無調整で光結合可能な構造にした例もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構造では、光素子アレイの入出射面の高さ基準、つまり光素子アレイの入出射点列と同一平面内で垂直方向の搭載用基板からの距離は、搭載用基板のV溝を基準としているため、光素子アレイの入出射面の高さばらつきに対応して高さを調節することが困難であるという課題を有していた。
また、端面発光型若しくは端面受光型素子アレイのように、光素子アレイの入出射面と、搭載用基板に対する接続面とが直交している場合には、V溝付き搭載用基板に光素子アレイをはんだ等で直接接続可能だが、面発光型光素子アレイや面受光型光素子アレイのように、光素子アレイの入出射面と、搭載用基板に対する接続面とが平行している場合には、V溝付き搭載用基板に光素子アレイをはんだ等で直接接続困難で、実装構造が複雑化するという課題を有していた。
【0004】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板にフェースアップ接続実装する場合において端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイと光ファイバアレイコネクタとの間で結合効率が高く、アレイの各チャネルが均一な光結合を実現した光素子アレイモジュールおよびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、面発光型や面受光型の光素子アレイを光素子搭載用基板に接続実装する場合において光素子アレイと光ファイバアレイコネクタとの間で結合効率が高く、アレイの各チャネルが均一な光結合を実現した光素子アレイモジュールおよびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、面発光型や面受光型の光素子アレイを光素子搭載用基板に接続実装する場合において小型化を実現した光素子アレイモジュールを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装し、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の端面に前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックと前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングとを積み重ねて固定して構成することを特徴とする光素子アレイモジュールである。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間を前記端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整可能に係合させて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間を前記端面発光若しくは受光点列方向に位置決めされ、前記端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整可能に係合させて構成したことを特徴とする。
【0006】
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光素子搭載用基板の端面と前記レンズアレイブロックとの間を、凹部と凸部とで、または溝凹部と柱状突起または柱状部材との嵌合で係合させて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光コネクタフェルールを前記光コネクタハウジングに挿着した際、前記レンズアレイブロックと光コネクタフェルールとの間を少なくも2次元(アレイ方向およびそれに直角な方向)に位置決め係合させて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光コネクタフェルールを前記光コネクタハウジングに挿着した際、前記レンズアレイブロックと光コネクタフェルールとの間を求心機能を有するジョイント(例えば球ジョイント)で係合させて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記レンズアレイブロックを、前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定される枠に前記レンズアレイを取付けて構成したことを特徴とする。
【0007】
また、本発明は、面発光型若しくは面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面に接続実装し、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の搭載面に前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックと前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングとを積み重ねて固定して構成することを特徴とする光素子アレイモジュールである。また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光素子アレイと前記レンズアレイとが相対的に位置決めされるように、前記光素子搭載用基板の搭載面と前記レンズアレイブロックとの間を係合させて構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光素子アレイと前記レンズアレイとが相対的に位置決めされるように、前記光素子搭載用基板の搭載面と前記レンズアレイブロックとの間を、凹部と凸部との嵌合または凹部と球状面との嵌合により係合させて構成することを特徴とする。
【0008】
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記光コネクタフェルールを前記光コネクタハウジングに挿着した際、前記レンズアレイブロックと光コネクタフェルールとの間を求心機能を有するジョイント(例えば球ジョイント)で係合させて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記光素子アレイモジュールにおいて、前記レンズアレイブロックを、前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定される枠に前記レンズアレイを取付けて構成したことを特徴とする。
また、本発明は、面発光型若しくは面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面に接続実装し、前記光素子アレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の搭載面に前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを求心機能を有するジョイントで係合させて取付けて構成することを特徴とする光素子アレイモジュールである。
【0009】
また、本発明は、端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面に接続実装し、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の端面に前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックと前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングとを積み重ねて固定して構成することを特徴とする光素子アレイモジュールである。
【0010】
また、本発明は、光素子搭載用基板に形成されたアライメントマークを基準にして光素子搭載用基板の端面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを前記アライメントマーク若しくは前記係合部形成工程で形成された係合部を基準に位置合わせをして光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装する実装工程と、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された係合部を用いて端面発光若しくは受光点列方向に位置決めし、前記端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整して前記光素子搭載用基板の端面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程とを有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法である。
【0011】
また、本発明は、光素子搭載用基板の端面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、該係合部形成工程で形成された係合部もしくは該係合部を基準にして形成されたアライメントマークを基準にして端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを位置合わせをして光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装する実装工程と、前記光素子アレイの端面発光若しくは受光点列と該端面発光若しくは受光点列から出射されるレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された係合部を用いて端面発光若しくは受光点列方向に位置決めし、前記端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整して前記光素子搭載用基板の端面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程とを有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法である。
【0012】
また、本発明は、光素子搭載用基板に形成されたアライメントマークを基準にして光素子搭載用基板の搭載面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、光素子アレイを前記アライメントマーク若しくは前記係合部形成工程で形成された係合部を基準に位置合わせをして光素子搭載用基板の搭載面に接続実装する実装工程と、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された係合部を用いて位置決めして前記光素子搭載用基板の搭載面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程とを有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法である。
【0013】
また、本発明は、光素子搭載用基板の搭載面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、該係合部形成工程で形成された係合部もしくは該係合部を基準にして形成されたアライメントマークを基準にして光素子アレイを位置合わせをして光素子搭載用基板の搭載面に接続実装する実装工程と、前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された係合部を用いて位置決めして前記光素子搭載用基板の搭載面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程とを有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法である。
【0014】
また、本発明は、光コネクタフェルールに設けられた例えばガイドピン穴に相対する位置に係合する球状面(例えば球ジョイント)を備えた光コネクタハウジングである。
また、本発明は、ガイドピン穴付きの光コネクタフェルールと、ガイドピン穴に相対する位置に係合する球状面を有する光コネクタハウジングとにより構成される多芯光コネクタである。
また、本発明は、レンズアレイのレンズ列と同一平面内で垂直方向に嵌合用溝を有し、その反対面に光コネクタフェルールのガイドピン穴に相対する位置に凹部を有するレンズアレイブロックである。
また、本発明は、レンズアレイのレンズ列と同一平面内に複数の凹部を有し、その反対面に光コネクタフェルールのガイドピン穴に相対する位置に凹部を有するレンズアレイブロックである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光素子アレイモジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。
まず、本発明に係る端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイとして端面発光型光素子アレイを用いてフェースアップ接続(発光面から遠い側ではんだ接続)する光素子アレイモジュールの第1の実施の形態について図1〜図4を用いて説明する。
即ち、図1は、本発明に係る光素子アレイモジュールの第1の実施の形態を示す分解斜視図であり、図2は、図1の組立手順を説明するための部分断面を有する平面図である。図3は、本発明に係る光素子アレイモジュールを組立た状態を示す部分断面平面図である。図4は、端面発光型光素子アレイを光素子搭載用基板にフェースアップ接続する一実施例を示す斜視図である。図1〜図4において、左上に座標軸を示し、光素子アレイ13及び光ファイバアレイ54の光軸方向をZ軸、ピッチ方向をX軸、X軸と垂直方向をY軸と定義する。
【0016】
まず、光素子アレイ13は、端面発光型光素子アレイで構成され、光素子搭載用基板11に搭載する面に電極が形成され、反対の上面にも電極が形成される。この端面発光型光素子アレイ13は、光素子搭載用基板11に、搭載面に形成されたアライメントマーク若しくは後述するように光素子搭載用基板11の端面に形成される係合部である嵌合用溝16a、16bを使用して何方かを基準にしてX方向およびZ方向に高精度に位置決めされてフェースアップ接続(発光面から遠い側ではんだ接続)して実装される。当然、端面発光型光素子アレイ13の上面電極も、光素子搭載用基板11の端子との間でリード接続させる。そして、端面発光型光素子アレイ13を駆動するための駆動用IC12も、光素子搭載用基板11の例えば光素子アレイ13の搭載面に実装される。
【0017】
端面発光型光素子アレイ13は、図4に示す如く、レーザを発振させると、発光点14からレーザ拡がり17のようレーザが出射される。この端面発光型光素子アレイ13はホトリソプロセスで製造されるため、発光点14は端面発光型光素子アレイ13の上面からμmオーダで一定の高さになるが、端面発光型光素子アレイ13自身の厚み加工は機械加工のため、はらつきが大きく、下面からの高さに大きなばらつきが発生する。この結果、フェースアップ(発光点14がはんだ接続面18より遠い場合)で光素子搭載用基板11に接続する場合、光素子搭載用基板11からの発光点高さ15は、±10〜20μm程度もばらついてしまうことになる。しかし、発光点14から遠い面ではんだ接続するため、はんだ接続で発生する内部応力のレーザ発振への影響は小さく、はんだ接続が容易となり、製造歩留りを向上させることができる。
【0018】
以上説明したように、光素子搭載用基板11の搭載面から発光点列14までの発光点高さ15は、端面発光型のレーザアレイ13自身の基板厚みおよびはんだ厚みのばらつきにより、最大で±10〜20μm程度のY方向に高さばらつきが発生することになる。そこで、本発明に係る光素子アレイモジュールは、上記Y方向の高さばらつきを調整できるように、光素子搭載用基板11と、レーザ光を集光させる機能を有するレンズアレイ34を備えたレンズアレイブロック31と、光コネクタフェルール51を着脱可能に構成した光コネクタハウジング41とをZ方向に積層接着構造で構成した。
レンズアレイ34は、端面発光型光素子アレイ13から拡がって出射されるレーザ光を集光させて多芯光ファイバアレイ54ヘ効率よく光結合させるためのものである。多芯の光コネクタは、光ファイバを例えば250μmピッチで配列して構成されるため、光素子アレイ13やレンズアレイ34も同一の例えば250μmピッチで一体集積化されて製造されて構成される。このように、複数個のレンズを例えば250μmピッチで一列に配列して構成されるレンズアレイ34は、精密転写によるガラスの凸成形や、ガラス板のイオン交換による屈折率変化を利用した方法により精度良く成形することができる。
【0019】
そして、光素子搭載用基板11の端面とレンズアレイブロック31の入射端面との間において、Y方向には相対的に微動させて高さばらつきを調整することが可能で、X方向には機械的に位置決め可能なように、光素子搭載用基板11の端面におけるX方向の両側にはY方向を向いた係合部である例えばV字形状の嵌合用溝16a、16bを形成し、レンズアレイブロック31の入射端面におけるX方向の両側にも嵌合用溝16a、16bに対向する係合部である例えばV字形状の嵌合用溝32a、32bを形成し、これら嵌合用溝には柱状部材であるガイドピン21a、21bが、ガイドピン接続動作101およびレンズアレイブロック接続動作102により嵌め合わされて係合され、X方向とZ方向には一意的に拘束される。要するに、光素子搭載用基板11の端面とレンズアレイブロック31の入射端面とを、X方向については機械的に位置決めされ、Y方向には、微動調整可能にして接着等により固定されればよい。
【0020】
光素子搭載用基板11の端面に形成するY方向を向いた係合部である嵌合用溝16a、16bは、端面発光型光素子アレイ13や駆動用IC12を実装する前に、基板11の材質が例えばSiの場合には異方性エッチング等で、セラミック等の場合にはダイサーによる精密切削溝加工で、ガラス系の場合には精密転写型を利用したガラス成形で加工可能である。これら係合部である嵌合用溝16a、16bは、光素子搭載用基板11の搭載面に形成されたアライメントマーク106を基準に加工するか、もしくは光素子搭載用基板11の端面に係合部である嵌合用溝16a、16bを形成し、この形成された嵌合用溝16a、16bを基準にしてアライメントマーク106を形成すればよい。これによって、光素子搭載用基板11の搭載面にフェースアップ接続実装される端面発光型光素子アレイ13と、光素子搭載用基板11の端面に取付けられるレンズアレイブロック31とは、X方向およびZ方向には相対的に高精度に位置決めされることになる。
【0021】
レンズアレイブロック31については、ガラスの転写成形によりレンズ効果を有する凸部が等間隔に形成されるレンズアレイ34と共に一体的に製造することができるので、嵌合用溝32a、32bおよび凹部33a、33bも同時に転写成形することができる。このようにレンズアレイブロック31において、レンズアレイ34と嵌合用溝32a、32bおよび凹部33a、33bとの位置関係は、高精度に得ることができる。
また、レンズアレイ34を、異方性エッチングで嵌合用溝16a、16bや凹部33a、33bを加工したSi枠に高精度に位置決めして精密に貼付け等によって取付けることによっても、レンズアレイブロック31を製造することが可能である。この場合も、当然、レンズアレイ34と嵌合用溝32a、32bおよび凹部33a、33bとの位置関係は高精度に実現することができる。
【0022】
例えば、レンズアレイブロック31については、ガラスの転写成形により製造することができるので、嵌合用溝16a、16bおよびガイドピン21a、21bの代わりに、入射端面の両側に軸心をY方向に向けた半円形の柱状突起を転写成形により一体的に設けることもできる。このようにすることによって、この柱状突起を直接光素子搭載用基板11の端面に形成された嵌合用溝16a、16bに係合させることができ、その結果、ガイドピン21a、21bをなくすことができ、部品点数を低減させることができる。また、光素子搭載用基板11の端面とレンズアレイブロック31との間は、Y方向に微動調整可能ならば、凹部と凸部との係合によっても実現することができる。
従って、レンズアレイ34を一体的に成形したレンズアレイブロック31は、端面発光型光素子アレイ13の発光点列14に対してY方向に高精度に位置調整されて光素子搭載用基板11の端面に接着固定され、端面発光型光素子アレイ13との光結合に適したレンズアレイ34の位置精度を確保することができる。
【0023】
レンズアレイブロック31のレンズアレイ34と端面発光型のレーザアレイ13の発光点列14との高さ調整を含めた位置調整は、次に説明するように行うことができる。
(1)光素子アレイ13の光素子搭載用基板11上へのはんだ付け時の位置決めは、光素子アレイ13と光素子搭載用基板11とに、それぞれ予め精度良く付加された(形成された)アライメントマーク105、106間の位置関係を光学系で観察し、何れか一方を保持する機構を微動調整することによって行うことができる。当然、上記アライメントマーク105、106の画像を撮像手段で撮像して画像信号処理により光素子アレイ13と光素子搭載用基板11との位置ずれ量を算出し、この算出された位置ずれ量に応じて光素子アレイ13と光素子搭載用基板11とを位置決め(アライメント)をすることができる。なお、光素子搭載用基板11の搭載面に形成されたアライメントマーク106と、光素子搭載用基板11の端面に形成された係合部である嵌合用溝16a、16bとは、高精度な位置関係を有している。即ち、何方か一方を基準にして他方が形成されているため、互いの位置関係は高精度に形成されている。また、光素子搭載用基板11の端面に形成された係合部である嵌合用溝16a、16bを光学的に観察して嵌合用溝16a、16bを基準にして光素子アレイ13を位置決めして接続実装することも可能である。このように光素子アレイ13を、光素子搭載用基板11に対してX方向およびZ方向に高精度に位置決めしてはんだ付け等で接続することができる。
【0024】
(2)光素子アレイ13がX方向およびZ方向に高精度に接続された光素子搭載用基板11の端面のY方向に形成された嵌合用溝16a、16bとレンズアレイブロック31の入射端面のY方向に相対(対向)して形成された例えば嵌合用溝32a、32bとはガイドピン21a、21bのはめ合い(係合)(ガイドピン接続動作101とレンズアレイ接続動作102による例えばV溝と円柱面とV溝間の押し付け動作)により、X方向およびZ方向には一意に拘束されて位置決めされる。Y方向には、V溝と円柱の相対位置をY方向にずらすことが可能で、自由度が残る。
【0025】
(3)光素子アレイ13の発光点列14とレンズアレイブロック31のレンズアレイ34とのY方向の位置決めは、例えば、次のように行う。
(a)光素子アレイ13の発光点列14からレーザ光を発振させて、レンズ透過後のレーザ集光像の位置をTVカメラ等で計測し、別途計測されたレンズ像の中心位置との相対位置関係により、Y方向に相対位置を調整し、接着等により固定する。
(b)光素子アレイ13の発光点列14の高さ位置をTVカメラ等で計測する。次に、TVカメラをZ方向に移動して、レンズに焦点を合わせ、レンズ像の中心位置を計測し、それらの相対位置関係により、Y方向に相対位置を調整し、接着等により固定する。
(c)予め、光素子アレイ13における上面から発光点列14までの高さを測定しておき、レンズアレイブロック31における上面からレンズアレイ34の中心までの高さを測定しておけば、ばらつきが少ないので、光素子アレイ13の上面とレンズアレイブロック31の上面との間の寸法が所定の値になるようにY方向の相対的な位置を決めて例えば接着剤によりレンズアレイブロック31を光素子搭載用基板11の端面に固定すればよい。
【0026】
次に、光コネクタハウジング41が、光コネクタハウジング接続動作103によってレンズアレイブロック31と位置決めされて接着固定される。光コネクタハウジング41に保持された球ジョイント42a、42bが、レンズアレイブロック31の光コネクタ側の両側に形成された凹部33a、33bと係合することによって、光コネクタハウジング41は、レンズアレイブロック31のレンズアレイ34に対してX方向およびY方向について機械的に位置決めされてレンズアレイブロック31の出射端面に接着固定されることになる。なお、上記球ジョイント付きの光コネクタハウジング41は、プラスチックの転写成形で一体もしくは複数部品の組立で精度良く安価に製造することが可能である。
光コネクタフェルール51は、多芯光ファイバアレイ54を形成した光ファイバテープ53の端に装着され、多芯光ファイバアレイ54に対して高精度に位置決めされてガイドピン穴52a、52bが形成されている。従って、多芯光ファイバアレイ54を有する光コネクタフェルール51を、光コネクタハウジング接続動作104によって光コネクタハウジング41に挿着した際、ガイドピン穴(凹部でもよい。)52a、52bに光コネクタハウジング41に保持された球ジョイント42a、42bが係合することによって、レンズアレイ34と多芯光ファイバアレイ54とはX方向、Y方向およびZ方向について相対的に高精度に位置決めされて光結合状態が安定に保持されることになる。
【0027】
即ち、レンズアレイブロック31と、光コネクタハウジング41に着脱自在に挿着される光コネクタフェルール51とは、球ジョイント42a、42bによって相対的にXYZ方向に同時に高精度に位置決めすることができ、その結果高精度の光結合を実現することができる。特に、レンズアレイブロック31においては、凹部33a、33bの深みだけが必要となり、光素子アレイモジュールとしてZ方向の長さの最小化を実現することができる。更に、球ジョイント42a、42bを介しての接続は、球ジョイント42a、42bの球面を凹部33a、33b;52a、52bに押し付けるだけで自動的に求心され嵌合される構造のため、光コネクタフェルール51の曲げ・傾きが大きくても、光結合しやすく、簡易な組立装置を使用しても、組立や検査時に光結合が容易に可能となり、製造コストを下げることが可能となる。
なお、光コネクタフェルール51を、光コネクタハウジング接続動作103によって光コネクタハウジング41に挿着した際、光コネクタフェルール51をレンズアレイブロック31の方へ押圧する機構(図示せず)および抜けないように引掛けるラッチ機構(図示せず)が設けられている。更に、光コネクタフェルール51を光コネクタハウジング41から外すには、上記ラッチ機構を外すことによって実現することができる。
【0028】
以上、レンズアレイブロック31と、レンズアレイブロック31の出射端面に接着固定される光コネクタハウジング41と、該光コネクタハウジング41に着脱される光コネクタフェルール51とは、光コネクタハウジング41に保持された球ジョイント42a、42bによってX方向およびY方向について位置決めされる構成について説明したが、レンズアレイブロック31の出射端面に球状もしくはピン状の突起を転写成形等により一体的に設けて、光コネクタハウジング41および該光コネクタハウジング41に着脱される光コネクタフェルール51をX方向およびY方向について位置決めさせる構成にしても良い。また、レンズアレイブロック31の構造は多少複雑になるが、光コネクタフェルール51のガイドピン穴52a、52bおよび光コネクタハウジング41に穿設された穴と嵌合するピン状の突起をレンズアレイブロック31の出射端面に埋め込んで植設してもよい。
【0029】
以上により、光素子搭載用基板11上の光素子アレイ13と光コネクタフェルール51内の多芯光ファイバアレイ54が効率よく容易に光結合された図3に示す光素子アレイモジュールを構成することができる。
以上の第1の実施の形態では、端面発光型光素子アレイを用いてフェースアップ接続する場合について説明したが、フェースダウン接続(受光面から近い側ではんだ接続)の場合にも同様の構成で実施して部品を共通化できることは言うまでもない。
【0030】
次に、本発明に係る面発光型光素子アレイや面入射受光素子アレイを用いた光素子アレイモジュールの第2の実施の形態について図5〜図6を用いて説明する。即ち、図5は、本発明に係る光素子アレイモジュールの第2の実施の形態を示す分解斜視図である。図5は、面発光型光素子アレイを光素子搭載用基板に接続する一実施例を示す斜視図である。
本発明に係る光素子アレイモジュールの第2の実施の形態では、光素子アレイ63は、面発光型光素子アレイや面入射受光素子アレイなどで構成され、光素子搭載用基板61に搭載する面に電極が形成され、反対の上面にも電極が形成される。この光素子アレイ63は、光素子搭載用基板61の搭載面に、アライメントマーク等を使用してX方向およびY方向に高精度に位置決めされてはんだ等により接続して実装される。当然、光素子アレイ63の上面電極も、光素子搭載用基板61の端子との間でリード接続させる。そして、光素子アレイ63を駆動するための駆動用IC12も、光素子搭載用基板61の例えば上面に実装される。当然、駆動用IC12を、光素子搭載用基板61の搭載面に実装してもよい。
【0031】
このように、上記光素子アレイ63が入出射面と光素子搭載用基板61に対する接続面とが平行しているため、光素子アレイ63と光素子搭載用基板61とに、それぞれ予め精度良く付加された(形成された)アライメントマーク(図示せず)間の位置関係を光学系で観察し、何れか一方を保持する機構を微動調整することにより、光素子アレイ63を光素子搭載用基板61に対してX方向およびY方向に高精度に位置決めしてはんだ付け等で接続可能である。当然、上記アライメントマークの画像を撮像手段で撮像して画像信号処理により光素子アレイ63と光素子搭載用基板61との位置ずれ量を算出し、この算出された位置ずれ量に応じて光素子アレイ63と光素子搭載用基板61とを位置決め(アライメント)をすることができる。なお、光素子搭載用基板61の搭載面に形成されたアライメントマークと、光素子搭載用基板61の搭載面に形成された係合部である凹部66a、66bとは、高精度な位置関係を有している。即ち、何方か一方を基準にして他方が形成されているため、互いの位置関係は高精度に形成されている。また、光素子搭載用基板61の搭載面に形成された係合部である凹部66a、66bを例えば光学的に観察して凹部66a、66bを基準にして光素子アレイ63を位置決めして接続実装することも可能である。
【0032】
光素子アレイ63が面発光型光素子アレイの場合では、図6に示す如く、レーザ光を発振させると発光点64からレーザ拡がり67のようにレーザ光が出射される。そして、面発光型光素子アレイ63は、発光面と正反対のはんだ接続面68で接続される構造である。このため、XY面内での発光点64の位置には、面発光型光素子アレイ63自身の厚み加工のばらつきは関係なく、光素子搭載用基板61への凹部66a、66bを基準とするはんだ接続する位置合わせ精度のみ高精度化すれば良い。しかし、面発光型光素子アレイ63は、端面発光型光素子アレイ13に比べて長波長化が困難で、使用用途が限定される場合もある。
【0033】
このように第2の実施の形態では、光素子アレイ63の発光点列64と同一平面内に光素子側凹部66a、66bを有する光素子搭載用基板61と、該凹部に相対する凹部82a、82bを有するレンズアレイブロック81とは、凹部66a、66b;82a、82bへの凸部である球ジョイント71a、71bのはめ合い(球ジョイント接続動作111とレンズアレイ接続動作112)による係合により、X方向、Y方向およびZ方向に一意に拘束される。なお、光素子搭載用基板61の側面に形成される凹部66a、66bは、上記アライメントマークを基準にして、基板61の材質が例えばSiの場合には異方性エッチング等で、ガラス系の場合には精密転写型を利用したガラス成形で加工可能である。レンズアレイブロック81における複数個のレンズを例えば250μmピッチで一列に配列して構成されるレンズアレイ34は、精密転写によるガラスの凸成形や、ガラス板のイオン交換による屈折率変化を利用した方法により精度良く成形することができる。そして、レンズ効果を有する凸部が等間隔で形成されたレンズアレイ34と、両面への凹部66a、66b;82a、82bとを同時にガラスの転写成形をすることにより、凹部付きのレンズアレイブロック81を製造することができる。
【0034】
以降、レンズアレイブロック81への光コネクタハウジング41等の接続は、前述の第1の実施の形態と同様に行うことができる。
以上説明した第2の実施の形態では、レンズアレイブロック81の両側ともに、球ジョイント71a、71b;42a、42bを用いた凹部との嵌合により、XYZ方向に位置決めされるので、光素子アレイ63と、光ファイバアレイ54との間をレンズアレイ34を介して高精度に光結合させることが可能となる。
【0035】
次に、本発明に係る光素子アレイモジュールの第3の実施の形態について図7を用いて説明する。この第3の実施の形態は、前述の第2の実施の形態において使用したレンズアレイを介さずに、光素子搭載用基板61と光コネクタフェルール51とを球ジョイント92a、92bを用いて直接接続する構造である。光素子アレイ63の発光点列64と同一平面内に凹部66a、66bを有する光素子搭載用基板61と該凹部に相対する光コネクタハウジング91内に設けられた球ジョイント92a、92bとのはめ合い(光コネクタハウジング接続動作121)により、X方向、Y方向およびZ方向に一意に拘束される。以降の光コネクタフェルール51の接続は前述の第1の実施の形態と同様である。
【0036】
この第3の実施の形態によれば、光結合効率の多少の低下を許容する場合に適用することができ、その結果レンズアレイを省略して部品点数を減らし、しかも共通の球ジョイント92a、92bを用いることによって光素子アレイ63と多芯光コネクタ91、51とを高精度に位置決めして直接接続することによって最小の長さの光素子アレイモジュールを実現することができる。また、共通化された球ジョイント接続は、球ジョイント92a、92bの球面を凹部66a、66b;52a、52bに押し付けるだけで自動的に求心され嵌合される構造のため、簡易な組立装置を使用しても、組立や検査時に光結合が容易に可能となり、製造コストを下げることが可能となる。
【0037】
以上のように、球ジョイントを利用したレンズ無しの直接光結合では、モジュールZ方向の長さの最小化と、組立が最も容易にできるため、モジュールの実装上の使い勝手向上、低コスト化に効果がある。
また、上記第1〜第3の実施の形態によれば、ガイドピンや球ジョイント等での拘束手段による組立により構成されるので、ガラスやプラスチックの精密転写成形による部品の加工精度(±5μm以内)に近い精度で組立可能なため、調芯の簡易化や無調芯の光結合が可能となり、調芯の組立工数を大幅に削減することができる。
【0038】
また、端面発光型光素子アレイ、端面受光型光素子アレイ、面発光型光素子アレイ、面受光型光素子アレイと、光素子の種類が変化しても、光コネクタの構造は共通にすることが可能であるため、光コネクタの共通化により、安価な光素子アレイモジュールを製造することが可能となる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、端面発光型や端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板にフェースアップ接続実装する場合において光素子アレイと光ファイバアレイコネクタとの間で結合効率が高く、アレイの各チャネルが均一な光結合を可能にした光素子アレイモジュールを実現することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、面発光型や面受光型の光素子アレイを光素子搭載用基板に接続実装する場合において光素子アレイと光ファイバアレイコネクタとの間で結合効率が高く、アレイの各チャネルが均一な光結合を可能にした光素子アレイモジュールを実現することができる効果を奏する。
【0040】
また、本発明によれば、面発光型や面受光型の光素子アレイを光素子搭載用基板に接続実装する場合において小型の光素子アレイモジュールを実現することができる。
また、本発明によれば、アレイの各チャネルが均一な光結合特性を有するモジュールを積み重ね構造で構成するため、製造を容易にして歩留りを向上させて低コストで製造することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光素子アレイモジュールの第1の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図2】本発明に係る第1の実施の形態の組立手順を説明するための部分断面を有する平面図である。
【図3】本発明に係る第1の実施の形態の組立状態を示す部分断面平面図である。
【図4】本発明に係る端面発光型光素子アレイを光素子搭載用基板にフェースアップ接続実装した一実施例を示す斜視図である。
【図5】本発明に係る光素子アレイモジュールの第2の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図6】本発明に係る面発光型光素子アレイを光素子搭載用基板に接続実装した一実施例を示す斜視図である。
【図7】本発明に係る光素子アレイモジュールの第3の実施の形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
11…光素子搭載用基板、12…駆動用IC、13…端面発光型光素子アレイ、14…発光点、15…発光点高さ、16a、16b、32a、32b…嵌合用溝、21a、21b…ガイドピン、31…レンズアレイブロック、33a、33b…凹部、34…レンズアレイ、41…光コネクタハウジング、42a、42b…球ジョイント、51…光コネクタフェルール、52a、52b…ガイドピン穴、53…光ファイバテープ、61…光素子搭載用基板、63…光素子アレイ、64…発光点、66a、66b…凹部、71a、71b…球ジョイント、81…レンズアレイブロック、82a、82b、83a、83b…凹部、91…光コネクタハウジング、92a、92b…球ジョイント、105、106…アライメントマーク。
Claims (11)
- 端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装し、
前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の端面に前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックと前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングとを積み重ねて固定し、
前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間を、該端面における前記光素子アレイの発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整可能に係合させて構成したこと
を特徴とする光素子アレイモジュール。 - 前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間は、該端面における前記光素子アレイの前記発光若しくは受光点列の方向に位置決めされていることを特徴とする請求項1に記載の光素子アレイモジュール。
- 前記光素子搭載用基板の端面と前記レンズアレイブロックとの間を、凹部と凸部で係合させて構成したことを特徴とする請求項1に記載の光素子アレイモジュール。
- 前記光素子搭載用基板の端面と前記レンズアレイブロックとの間を、溝凹部と柱状突起または柱状部材との嵌合で係合させて構成したことを特徴とする請求項1に記載の光素子アレイモジュール。
- 前記光コネクタフェルールを前記光コネクタハウジングに挿着した際、前記レンズアレイブロックと光コネクタフェルールとの間を少なくも2次元に位置決め係合させて構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光素子アレイモジュール。
- 前記光コネクタフェルールを前記光コネクタハウジングに挿着した際、前記レンズアレイブロックと光コネクタフェルールとの間を求心機能を有するジョイントで係合させて構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光素子アレイモジュール。
- 前記レンズアレイブロックを、前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定される枠に前記レンズアレイを取付けて構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光素子アレイモジュール。
- 光素子搭載用基板に形成されたアライメントマークを基準にして光素子搭載用基板の端面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、
端面発光型若しくは端面受光型の光素子アレイを前記アライメントマーク若しくは前記係合部形成工程で形成された前記係合部を基準に位置合わせをして前記光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装する実装工程と、
前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、該レンズアレイを形成したレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された前記係合部を用いて端面発光若しくは受光点列方向に位置決めし、該端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整して前記光素子搭載用基板の端面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、
前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、該光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程と
を有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法。 - 光素子搭載用基板の端面に係合部を加工して形成する係合部形成工程と、
前記係合部形成工程で形成された前記係合部もしくは該係合部を基準にして形成されたアライメントマークを基準にして端面発光型若しくは端面受光型の光素子アレイを位置合わせして前記光素子搭載用基板の搭載面にフェースアップ接続実装する実装工程と、
前記光素子アレイの端面発光若しくは受光点列と該端面発光若しくは受光点列から出射されるレーザ光を集光するレンズアレイとが光結合するように、該レンズアレイが形成されたレンズアレイブロックを前記係合部形成工程で形成された前記係合部を用いて該端面発光若しくは受光点列方向に位置決めし、該端面発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整して前記光素子搭載用基板の端面に取付けるレンズアレイブロック取付け工程と、
前記レンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、該光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングを前記レンズアレイブロックに係合させて取付ける光コネクタハウジング取付け工程と
を有することを特徴とする光素子アレイモジュールの製造方法。 - 端面発光型若しくは端面受光型光素子アレイを光素子搭載用基板の搭載面に接続実装し、
前記光素子アレイとレーザ光を集光するレンズアレイと光ファイバアレイとが光結合するように、前記光素子搭載用基板の端面に前記レンズアレイを形成したレンズアレイブロックと前記光ファイバアレイの端部を保持する光コネクタフェルールを着脱自在に挿着する光コネクタハウジングとを積み重ねて固定し、
前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間を、該端面における前記光素子アレイの発光若しくは受光点列の高さ方向に微動調整可能に係合させて構成したこと
を特徴とする光素子アレイモジュール。 - 前記レンズアレイブロックを前記光素子搭載用基板の端面に重ねて固定する際、前記レンズアレイブロックと光素子搭載用基板の端面との間は、該端面における前記光素子アレイの前記発光若しくは受光点列の方向に位置決めされていることを特徴とする請求項10に記載の光素子アレイモジュール。
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