JP6301067B2

JP6301067B2 - 光学部材、光モジュール

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Publication number: JP6301067B2
Application number: JP2013094707A
Authority: JP
Inventors: 歩赤羽; 治大工原; 森山　聡史; 聡史森山; 信吉清水; 敏弘草谷
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014215557A; US20160170160A1; US9784932B2

Description

本発明は、光伝送に供される光学部材と光学部材が適用される光モジュールに関する。

スーパーコンピュータ、ハイエンドサーバの高速インターフェースに銅ケーブルが使用されているが、信号の高速伝送化に伴い、伝送距離が短くなる。そのため、信号の高速伝送化に対応でき、かつ伝送距離が長くできる光通信の適用が増加している。

光伝送においては光電変換器と光導波路とをレンズとミラーにより光学的に接続することが一般的に行われる。レンズを含むレンズシートと、光電変換器が載置された基板との接着及び光学的結合については例えば特許文献１に記載される技術が提案されている。

特開２０１０−１０２３１３号公報

特許文献１に記載の技術では、接着に用いる接着剤をレンズシートのレンズの周囲に正確に設置した上で、レンズシートと基板を接着する必要が生じる。すなわち製造の難易度が高くなりコストアップを招くことが懸念される。

本発明は、上記問題に鑑み、コストアップを招くことなく接着性を確保することができる光学部材、光モジュールを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る光学部材は、基部と、前記基部の面上に形成されたレンズと、前記基部の面上に前記レンズの中心に対して環状に形成された複数の突起とを含み、当該複数の突起のうち最も内周側に位置する突起以外の突起には切り欠きが設けられており、前記複数の突起のうち互いに隣接する突起の間隔は、前記基部上に接着対象部品を接着する接着剤を毛細管現象により突起間に充填させることのできる閾値以下であり、前記切り欠きの間隔は前記閾値以下であることを特徴とする。

本発明は、接着に用いる接着剤の製造時の設置を容易なものとし、コストアップを招くことなく接着性を高めることができる。

本発明に係る実施例１の光学部材１の一実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の一実施形態についてレンズ１３の反対側から視て示す模式図である。本発明に係る実施例１の光モジュールＭ１の一実施形態について示す模式図である。比較例の光モジュールＭ１０１の形態を示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例１の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例２の光学部材１の一実施形態について示す模式図である。実施例２の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例２の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例３の光学部材１の一実施形態について示す模式図である。実施例３の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例３の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例３の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。実施例３の光学部材１の他実施形態について示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、周知の構成や材質についての詳細な説明は適宜割愛し、本発明に関する構成について主に説明する。

図１（ａ）は実施例１による光学部材の平面視、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面視、図１（ｃ）は図１（ａ）の正面視、図１（ｄ）は図１（ａ）の斜視図である。図１に示す実施例１のレンズシート１（光学部材）は、透明の合成樹脂により構成され、面１１ａ（平面）を有する基部１１と、面１１ａにインプリント技術により形成された形状が円柱である複数の突起１２を含む。なお、インプリント技術とは上述した特許文献１に記載されるように複数の突起１２に対応する形状を有する金型で基部上に透明の合成樹脂に形状を転写して、紫外線照射により合成樹脂を硬化させるものである。また、レンズシートは可撓性を有する部材で構成されてもよい。

複数の突起１２は、接着対象部品と基部１１とを接着する接着層の厚さ、言い換えると基部１１の面１１ａに対する接着対象部品の位置を制御するもので、面１１ａからの高さがＨである。また、複数の突起１２は、接着層を構成する接着剤を毛細管現象により充填させる配列形態を有する。

本実施例１において、複数の突起１２のうち互いに隣接する突起１２の間隔ｄ１を、接着剤、基部１１及び突起１２の性質（特に滴下、塗布時の接着剤の濡れ広がり性）や突起１２の断面形状に基づいて定められた閾値ｄｔ以下とする。この閾値ｄｔは実験又はシミュレーションにより求められるものであり、毛細管現象によって接着剤を充填させることのできる条件となる。なお、毛細管現象によって接着剤を充填させる必要のない部分では、突起１２の間隔は閾値ｄｔよりも大きくする。

さらに実施例１のレンズシート１は、インプリント技術により面１１ａ上に形成されるレンズ１３を含み、複数の突起１２は面１１ａのレンズ１３が形成されない領域にマトリクス状に配置される。また上述した突起１２の高さＨはレンズ１３の焦点距離により定められる。実施例１では少なくともレンズ高さＨＬよりも突起１２の高さＨを大きいものとしている。また、レンズ１３と隣接する突起１２との間隔ｄ２は、レンズ１３周辺に接着剤を充填させないために、閾値ｄｔより大きいものしている。

図２は、図１のレンズシート１のレンズ１３が形成されない側の面１１ｂ（平面）を示している。図２（ａ）はレンズシート１の平面視、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面視、図２（ｃ）は図２（ａ）の正面視、図２（ｄ）は図２（ａ）の斜視図である。面１１ｂには全領域においてマトリクス状に配置された高さＨＢの突起１４が、これもインプリント技術により形成されている。なお、本実施形態によるレンズシートは、その両面に突起が形成されるものとする。

次に、実施例１のレンズシート１を含む光モジュールＭ１について、図３を用いて説明する。光モジュールＭ１は、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ２（光電変換器：Vertical Cavity Surface Emitting Laser/Photo Diode）、ＦＰＣ３（基板）、接着層４、光導波板／Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５、接着層６を含んで構成される。

ＶＣＳＥＬ／ＰＤ２は、電気的接続のための端子である脚部２ａが、ＦＰＣ３の図示しない配線パターンに接続されたパッドに半田付け等の接続手法により接続され固定される。ＦＰＣ３は、レンズシート１のレンズ１３が形成される側に、高さＨの複数の突起１２によりその高さ方向の位置が制御され、かつ、レンズ１３の焦点距離をＶＣＳＥＬ／ＰＤ２との距離に合わせつつ、接着層４により接着され固定される。

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５は透明な部材により形成されており、レンズシート１のレンズ１３が形成されない側に、高さＨＢの複数の突起１４によりその高さ方向の位置が制御された上で、接着層６により接着され固定される。Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５のレンズ１３に対応する位置にはミラー５ａが形成されている。接着層４と接着層６の厚みの制御により、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ２とＷａｖｅｇｕｉｄｅ５との距離Ｄが制御される。

実施例１の光モジュールＭ１においては、ＦＰＣ３の図示しない端子部から入力される電気信号をＶＣＳＥＬ／ＰＤ２が光信号に変換し、この光信号がレンズ１３、ミラー５ａ、Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５を介して図示しない光ケーブル内の光ファイバーに伝達される。これとは逆に、光ケーブル内の光ファイバーからの光信号がＷａｖｅｇｕｉｄｅ５、ミラー５ａ、レンズ１３を介してＶＣＳＥＬ／ＰＤ２に伝達され、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ２により光信号が電気信号に変換されて、ＦＰＣ３の端子部に電気信号が出力される。なおＶＣＳＥＬ／ＰＤ２の変換は一方向であってもよく、光ファイバーは単芯でも多芯でもよい。

ここで比較例の光モジュールＭ１０１について図４を用いて説明する。図４では、実施例１の光モジュール１と同一の構成要素には同一の符号を付している。光モジュールＭ１０１はレンズシート１０１、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ２、ＦＰＣ３、接着層４１、Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５、接着層６１を含んでいる。ここで接着層４１と接着層６１は例えば粘着テープなどの粘着層である。つまり光モジュールＭ１０１では、Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５とＶＣＳＥＬ／ＰＤ２との距離Ｄを接着層４１と接着層６１の厚みにより制御している。

ここで実施例１においては接着層４及び接着層６を形成するに辺り、粘着層ではなく接着剤を用いる。上述したように実施例１の配列形態にて形成される複数の突起１２は、突起１２同士の間隔ｄ１は毛細管現象を発生させる必要条件である閾値ｄｔ以下に設定されている。

このため図３に示すような接着層４を形成するにあたり、図１に示すマトリクス状に配置された突起１２に対して基部１１の外縁側から例えばディスペンス手法を用いて接着剤を塗布又は滴下させる。なお、塗布又は滴下のタイミングは、レンズシート１にＦＰＣ３を載置する時、Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５にレンズシート１を載置する時の前段階であっても同時であっても載置の後であっても良い。

つまり、実施例１では接着剤を塗布又は滴下により導入する位置を外縁側とし、複数の突起１２がマトリクス状に配置された領域全体に対して毛細管現象により接着剤を充填した上で接着層４及び接着層６を形成することができる。すなわち実施例１は、所望の領域に対して接着剤を正確に設置する必要性をなくすことができる。

加えて、実施例１では、レンズ１３と複数の突起１２との間隔ｄ２は閾値ｄｔよりも大きく設定されていることから、外縁側から導入された接着剤はレンズ１３の周囲には充填されることはない。すなわち、実施例１は、接着層４及び接着層６を接着剤の外縁側からの導入により形成して接着性を高めるとともに、レンズ１３の周囲には接着剤を充填させずに光学性能を高めることを、より容易にコストアップを招くことなく実現することができる。

さらに、実施例１では、図３に示した距離Ｄを、粘着層の厚みではなく、レンズシート１にインプリント技術により形成された複数の突起１２の高さＨと複数の突起１４の高さＨＢにより制御しているので、距離Ｄをより正確に制御できる。また実施例１はレンズシート１とＶＣＳＥＬ／ＰＤ２との距離やレンズシート１とミラー５ａとの距離も正確に制御できる。

なお、実施例１に示した複数の突起１２、１４の形状は例示的に円柱としたが、図５に示す角柱、図６に示す角錐、図７に示す円錐、図８に示す半球（部分球）を先端に有する円柱などの適宜の形状に置換することができる。なお、図５に示す角柱の突起１２は図１に示す円柱に比べて、突起間の間隔ｄ１をより厳密に管理することができる。

これらの突起の形状は、例えばインプリント技術による成型のし易さ、接着剤の量の調節や毛細管現象による充填の制御のし易さ等に基づいて適宜選択可能である。なお図６〜図８に示す形態を選択する場合は、ＦＰＣ３に接する側において突起１２相互間の間隔は広くなるため、Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ５にレンズシート１を載置してＦＰＣ３を載置した後に、接着剤をディスペンス手法により塗布又は滴下してＦＰＣ３と突起１２との間の間隔に基づく毛細管現象も利用することが好ましい。また図６〜図８に示す形態は、上述したインプリント技術によりレンズシート１を形成するにあたり、複数の突起１２に対応する形状を有する金型で透明の合成樹脂に形状を転写する場合の、成形後の金型の「抜け」をより良好なものとすることができる。

また、図１に示した円柱の形態の突起１２は、面１１ａ全体にマトリクス状に配置すること以外に、図９に示すようにレンズ１３の周囲に枠状に二列配置する形態とすることもできる。同様に、図５に示した角柱の形態の突起１２も、図１０に示すようにレンズ１３の周囲に枠状に二列配置する形態とすることもできる。この図９〜図１０に示す形態は接着剤を分布させる領域がレンズ１３近傍のみとする場合に有効である。

本発明は上述した実施例１に示した形態の他、以下のように突起１２をレンズ１３に対して環状に配置することもできる。以下それについての実施例２について図１１〜図１３を用いて述べる。図１１〜図１３においても図１と同様に、（ａ）は光学部材の平面視、（ｂ）は（ａ）の側面視、（ｃ）は（ａ）の正面視、（ｄ）は（ａ）の斜視図である。

図１１に示すように、実施例２のレンズシート１は、面１１ａにインプリント技術により形成されるレンズ１３を含み、レンズ１３を含む側の面１１ａに形成される複数の突起１２は、レンズ１３の中心に対して同心円状（環状の一形態）に三重に配置される。

複数の突起１２は、最外周に位置する突起１２Ｏと、最内周側に位置する突起１２Ｉと、それらの中間に位置する突起１２Ｍを含んでいる。最内周側に位置する突起１２Ｉ以外の突起１２Ｏと突起１２Ｍは左右一対の切り欠き１２Ａを有している。突起１２相互間の間隔ｄ１及び切り欠き１２Ａの間隔ｄ１は、毛細管現象を発生させる閾値ｄｔ以下に設定されている。突起１２の高さＨは、上述した実施例１と同様にレンズ１３の焦点距離により定められる。切り欠き１２Ａは、突起１２Ｏ及び突起１２Ｍの外周側から内周側に接着剤を導く機能を有する。

レンズ１３を含む側の面１１ａに形成される複数の突起１２形状は、円環である。なお、図１２に示すように突起１２形状は多角環（四角枠状）とし、二重としてもよい。また図１３に示すように突起１２を多角環（四角枠状）とし、四重として切り欠き１２Ａを縦横方向に二対設けてもよい。なお、レンズ１３が形成されない側の面１１ｂの突起１４の形状は、レンズ１３が形成される側の梁状の突起１２に対応する高さＨＢの突起１４を径方向に並列する形態としても、その他の形態としてもよい。

つまり、実施例２では接着剤を塗布又は滴下により導入する位置を図１１（ａ）又は図１２（ａ）又は図１３（ａ）に示す最外周側に位置する切り欠き１２Ａとし、複数の突起１２がレンズ１３の径方向に並列して配置された領域全体に対して毛細管現象により接着剤を充填した上で、図３に示した接着層４及び接着層６を形成することができる。

加えて、実施例２では、レンズ１３に隣接する最も内周側と突起１２は切り欠きのない環状であることから、切り欠き１２Ａから導入された接着剤はレンズ１３の周囲には充填されることはない。すなわち、実施例２も実施例１と同様に、接着層４及び接着層６を接着剤の外縁側からの導入により形成して接着性を高めるとともに、レンズ１３の周囲には充填させずに光学性能を高めることを、より容易にコストアップを招くことなく実現することができる。

さらに、実施例２においても、図４に示した距離Ｄについて粘着層の厚みではなくレンズシート１にインプリント技術により形成された複数の突起１２の高さＨと複数の突起１４の高さＨＢにより制御しているので、距離Ｄをより正確に制御できる。

実施例２においても、図１１〜図１３に示す突起１２の形状は、例えばインプリント技術による成型のし易さ、接着剤の量の調節や毛細管現象による充填の制御のし易さ等に基づいて適宜選択可能である。

上述した実施例１においては突起をマトリクス状に配置する形態を示したが、突起をレンズシートの面方向に延在する複数条の梁状とすることもできる。以下それについての実施例３について図１４を用いて述べる。図１４においても図１と同様に、（ａ）は光学部材の平面視、（ｂ）は（ａ）の側面視、（ｃ）は（ａ）の正面視、（ｄ）は（ａ）の斜視図である。

実施例３では、複数の突起１２形状は、面１１ａの面方向、ここでは図１４（ａ）の横方向に延在する複数条（八条）の梁であり、突起１２の断面形状は四角状であることとしている。また、実施例３は、中央の一対の突起１２Ｉを、レンズ１３を跨いで分割されるものとして配置するものとし、その外側に位置する二対の突起１２Ｍは分割されない四条の梁状とし、さらに外側に位置する一対の突起１２ＯＲと突起１２ＯＬを配置している。突起１２Ｉ、突起１２Ｍと隣接するレンズ１３の間隔ｄ２は閾値ｄｔより大きいものとしている。

相互に平行をなす複数の突起１２のうち、最も外側に位置する一対の突起１２ＯＲと突起１２ＯＬは、一対の突起１２ＯＲ、１２ＯＲ以外の複数の突起１２Ｉ、１２Ｍの延在する方向の端部に対向する対向部１２ＯＲＡと対向部１２ＯＬＡをそれぞれ含んでＬ字状の形態をなしている。対向部１２ＯＲＡと突起１２Ｉ、１２Ｍの端部との間隔ｄ１も閾値ｄｔ以下に設定される。

すなわち、突起１２相互間の縦方向の間隔ｄ１は全て閾値ｄｔ以下としている。なお、レンズ１３が形成されない側の面１１ｂの突起１４の形状は、レンズ１３が形成される側の梁状の突起１２に対応する梁状の高さＨＢの形態のものを縦方向に並列する形態とする。

つまり、実施例３では接着剤を塗布又は滴下により導入する位置を左端部及び右端部の外縁側とし、複数の梁をなす突起１２が縦方向に並列して配置された領域全体に対して毛細管現象により接着剤を充填した上で図３に示した接着層４及び接着層６を形成することができる。

加えて、実施例３でも、レンズ１３と突起１２Ｉ及び突起１２Ｍとの間隔ｄ２は閾値ｄｔよりも大きく設定されていることから、外縁側から導入された接着剤はレンズ１３の周囲には充填されることはない。すなわち、本実施例３も実施例１と同様に、接着層４及び接着層６を接着剤の外縁側からの導入により形成して接着性を高めるとともに、レンズ１３の周囲には充填させずに光学性能を高めることを、より容易にコストアップを招くことなく実現することができる。

さらに、実施例３においても、図４に示した距離Ｄについて粘着層の厚みではなくレンズシート１にインプリント技術により形成された複数の突起１２の高さＨと複数の突起１４の高さＨＢにより制御しているので、距離Ｄをより正確に制御できる。また実施例３はレンズシート１とＶＣＳＥＬ／ＰＤ２との距離やレンズシート１とミラー５ａとの距離も正確に制御できる。

なお、実施例３に示した複数の突起１２の配置形態として、最外周側の突起１２ＯＲ、１２ＯＬがそれぞれ対向部１２ＯＲＡ、対向部１２ＯＬＡを含む形態を示したが、図１５に示すように対向部については適宜省略し、条数も三条として簡略化した形態とすることもできる。またインプリント技術の金型の抜けを考慮して、突起１２の形状も適宜、半円とすることもできる。

また図１６に示すように突起１２の形状を四角形状とし、条数を四条とすることもでき、図１７に示すように、突起１２の延在する方向を縦方向とし、レンズ１３の周辺には接着剤を塗布しない形態とすることもできる。図１７に示す形態でも図１８に示すように断面形状を半円に置換することもできる。

図１５〜図１８に示す形態においては、接着剤を塗布又は滴下により導入する位置を突起１２の延在する方向の両端部に位置する外縁側とする。この形態においては、レンズ１３が位置する領域に対応する縦方向の両端部には接着剤は導入しないものとする。

なお図１７及び図１８に示す形態では、レンズ１３と隣接する突起１２との間隔は閾値ｄｔに対する制約を受けない。なお、実施例３において、レンズ１３が形成されない側の面１１ｂにおける突起１２は実施例１の形態としてもよい。

以上本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。例えば上述した実施例ではレンズ１３が形成される面と形成されない面とで突起１２の形態を同一のものとしたが、異なる形態のものとしても良い。

本発明は、光学部品と光モジュールに関するものであり、コストアップを招くことなく接着の信頼性を確保することができる。従って本発明は、特に高速化が要求される、家庭用、オフィス用、産業上の電子機器に適用して有益なものである。

１レンズシート（光学部品）
１１基部
１１ａ面（レンズ側）
１１ｂ面
１２突起（レンズ側）
１３レンズ
１４突起
Ｈ突起高さ（レンズ側）
ＨＢ突起高さ
ＨＬレンズ高さ
ｄ１間隔（突起１２間）
ｄ２間隔（突起１２とレンズ１３の間）
ｄｔ閾値
２ＶＣＳＥＬ／ＰＤ（光電変換器）
３ＦＰＣ（基板）
４接着層
５Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
５ａミラー
６接着層

Claims

基部と、
前記基部の面上に形成されたレンズと、
前記基部の面上に前記レンズの中心に対して環状に形成された複数の突起とを含み、
当該複数の突起のうち最も内周側に位置する突起以外の突起には切り欠きが設けられており、
前記複数の突起のうち互いに隣接する突起の間隔は、前記基部上に接着対象部品を接着する接着剤を毛細管現象により突起間に充填させることのできる閾値以下であり、
前記切り欠きの間隔は前記閾値以下であることを特徴とする光学部品。
前記突起の高さは前記レンズの焦点距離により定められることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記複数の突起の形状は、円環、多角環のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
前記基部の前記レンズが形成された面と対向する面には第２の複数の突起が形成され、
前記第２の複数の突起のうち互いに隣接する突起の間隔は前記閾値以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品。
光電変換器と、当該光電変換器が載置される基板と、ミラーが形成される光導波路と、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学部品とを含み、前記基板と前記光導波路が前記接着対象部品であることを特徴とする光モジュール。