WO2018180786A1 - 光学部品、ならびにこれを備えた光コネクタおよび光モジュール - Google Patents

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WO2018180786A1
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WO
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lens
optical
optical component
substrate
circuit board
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PCT/JP2018/011066
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覚詞 淺井
松原　孝宏
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京セラ株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device

Definitions

  • the present invention relates to an optical component, and an optical connector and an optical module including the optical component.
  • Patent Document 1 discloses an optical module including a photoelectric conversion element mounted on the upper surface of a transparent substrate and a support member attached to the lower surface of the transparent substrate and supporting one end of an optical fiber.
  • An optical component of the present disclosure is an optical component connected to the first surface of an electric circuit board having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
  • the electrical circuit board includes a penetrating portion that penetrates the first surface and the second surface, and a photoelectric conversion element that is mounted on the second surface and has a light emitting and receiving portion that faces the penetrating portion
  • the optical component is A substrate having translucency, including a flat base portion having a third surface, and a convex portion disposed on the third surface and accommodated in the penetrating portion, wherein the convex portion is A substrate having a surface spaced from three sides; At least one first lens disposed on a side surface of the base; At least one second lens disposed on the surface; An optical path changing unit disposed inside the substrate and overlapping the at least one first lens when viewed from the side and overlapping the at least one second lens when viewed from above.
  • An optical connector of the present disclosure is an optical connector formed by connecting the optical component and a ferrule that holds an optical fiber
  • the optical component includes a pair of projecting portions disposed on the side surface and having an end surface spaced from the side surface, and a protrusion disposed on the end surface
  • the ferrule includes a flat base, and the base is provided on a contact surface that contacts the end surface, a fitting hole that is provided on the contact surface, and in which the protrusion of the protrusion is inserted, and the contact. An end face of the optical fiber that is exposed at the facing surface.
  • An optical module of the present disclosure includes the optical connector described above, And the electric circuit board including the photoelectric conversion element that is connected to the optical component of the optical connector and is flip-chip mounted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a cutting plane line AA of FIG. It is a perspective view which shows typically the optical component which concerns on embodiment. It is a side view which shows typically the optical component which concerns on embodiment. It is a top view which shows typically the optical component which concerns on embodiment.
  • 1 is an exploded perspective view schematically showing an optical connector according to an embodiment. It is a perspective view of the viewpoint different from FIG. 6 which shows typically the ferrule with which the optical connector which concerns on embodiment is provided.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical module cut along a cutting plane line BB in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical module cut along a cutting plane line CC in FIG. 8.
  • optical component the optical connector, and the optical module of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
  • optical component the optical connector, and the optical module may be used with any direction being upward or downward, but in this specification, for convenience, an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) is defined, and the term “upper surface” or “lower surface” is used with the positive side in the Z-axis direction as the upper side.
  • the optical component of the present disclosure is interposed between an electric circuit board on which a photoelectric conversion element is mounted and a ferrule that holds an optical fiber, and optically connects the photoelectric conversion element and the optical fiber.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state in which the optical component 1 according to the embodiment of the present disclosure is connected to the electric circuit board 80
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting plane line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical component 1
  • FIG. 4 is a side view of the optical component 1
  • FIG. 5 is a plan view of the optical component 1.
  • the photoelectric conversion element is illustrated by omitting portions other than the light emitting / receiving unit.
  • the electric circuit board 80 has a first surface 81 and a second surface 82 opposite to the first surface 81.
  • the electric circuit board 80 includes a through portion 83 that penetrates the first surface 81 and the second surface 82, and a light emitting portion or a light receiving portion 85 that is mounted on the second surface 82 and faces the through portion 83 (hereinafter referred to as light receiving and emitting).
  • the through portion 83 only needs to form a light propagation path between the first surface 81 and the second surface 82, and the through portion 83 may be a through hole or a notch.
  • the optical component 1 includes a substrate 10, at least one first lens 20, at least one second lens 30, and an optical path conversion unit 40.
  • the substrate 10 has translucency.
  • substrate 10 can be produced with translucent resin materials, such as a polyetherimide resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol resin, or an acrylic resin, for example.
  • the substrate 10 may be entirely formed of a transparent resin material, a part of the light propagation path is formed of a light-transmitting resin material, and the remaining part is formed of a light-blocking resin material. May be.
  • the substrate 10 has a base portion 11 and a convex portion 12.
  • the base 11 has a rectangular flat plate shape, and has a third surface 11 a that contacts the first surface 81 of the electric circuit board 80 in a state where the substrate 10 and the electric circuit board 80 are connected.
  • the thickness of the base part 11 is 0.4 mm or more and 2 mm or less, for example.
  • the convex portion 12 is disposed on the third surface 11a.
  • the convex portion 12 protrudes upward from the third surface 11 a, and at least a part of the convex portion 12 is accommodated in the through portion 83 in a state where the substrate 10 and the electric circuit substrate 80 are connected.
  • the convex part 12 has the surface 12a spaced apart from the 3rd surface 11a.
  • the second lens 30 is disposed on the surface 12a.
  • the optical component 1 has a plurality of The convex part 12 may be provided.
  • the shape and size of each convex portion 12 may be appropriately adjusted according to the shape and size of the penetrating portion 83, and may be different from each other.
  • Each protrusion 12 has a height from the third surface 11a of, for example, 0.2 mm or more and 1 mm or less.
  • the penetrating part 83 only needs to be able to accommodate the convex part 12, and the convex part 12 only needs to have a surface 12 a on which the second lens 30 can be disposed, and the shape of the convex part 12 and the penetrating part 83.
  • the convex portion 12 has a rectangular parallelepiped shape extending in a direction (X-axis direction) from the first side 11 c side of the base portion 11 toward the second side facing the base portion 11.
  • Reference numeral 83 denotes a shape that contacts at least a part of the convex portion 12.
  • the surface 12 a on which the second lens 30 is disposed is the upper surface of the convex portion 12.
  • the first lens 20 is disposed on the side surface 11 b of the base 11.
  • the side surface 11b is a surface including the first side 11c.
  • the first lens 20 is formed as a collimating lens when the first lens 20 is a light incident surface of the optical component 1, and is formed as a condensing lens when the first lens 20 is a light emitting surface of the optical component 1.
  • the lens diameter of the first lens 20 is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 0.5 mm.
  • the first lens 20 can be made of a transparent resin material such as a polyetherimide resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol resin or an acrylic resin, or a glass material.
  • the first lens 20 may be manufactured using a material different from that of the substrate 10 or may be manufactured using the same resin material as that of the substrate 10.
  • the thermal expansion coefficient of the substrate 10 and the thermal expansion coefficient of the first lens 20 can be made equal. As a result, thermal stress between the substrate 10 and the first lens 20 can be reduced, and peeling of the first lens 20 from the substrate 10, cracking of the first lens 20, and the like can be suppressed.
  • the first lens 20 may be disposed on the side surface 11b of the base portion 11, and when the convex portion 12 has a side surface 12b that is flush with the side surface 11b of the base portion 11, the side surface 11b and the side surface 12b. It may be arranged over. When the first lens 20 is disposed over the side surface 11b and the side surface 12b, the optical path length inside the substrate 10 can be shortened, so that the light transmission loss can be reduced.
  • the second lens 30 is disposed on the surface 12 a of the convex portion 12.
  • the second lens 30 is formed as a collimating lens when the second lens 30 is a light incident surface of the optical component 1, and is formed as a condensing lens when the second lens 30 is a light emitting surface of the optical component 1.
  • the lens diameter of the second lens 30 is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 0.5 mm.
  • the second lens 30 can be made of, for example, a transparent resin material such as a polyetherimide resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol resin or an acrylic resin, or a glass material.
  • the second lens 30 may be manufactured using a material different from that of the substrate 10 or may be manufactured using the same resin material as that of the substrate 10.
  • the thermal expansion coefficient of the substrate 10 and the thermal expansion coefficient of the second lens 30 can be made equal. As a result, thermal stress between the substrate 10 and the second lens 30 can be reduced, and peeling of the second lens 30 from the substrate 10, cracking of the second lens 30, and the like can be suppressed.
  • the first lens 20 and the second lens 30 are paired to form a light propagation path. Therefore, the optical component 1 has the same number of second lenses 30 as the first lenses 20.
  • the optical path conversion unit 40 is disposed inside the substrate 10. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the optical path conversion unit 40 overlaps the first lens 20 when viewed from the side, and overlaps the second lens 30 when viewed from the top.
  • the optical path conversion unit 40 reflects light incident from the first lens 20 toward the second lens 30 or reflects light incident from the second lens 30 toward the first lens 20.
  • the optical path conversion unit 40 may be an inclined surface 41 that is inclined with respect to the third surface 11 a of the base 11.
  • the inclination angle of the inclined surface 41 with respect to the third surface 11a is, for example, not less than 35 degrees and not more than 55 degrees.
  • the inclined surface 41 may be formed by notching a part of the substrate 10 from the lower surface side and providing the recess 13.
  • the concave portion 13 only needs to include an inclined surface 41 inclined with respect to the third surface 11a, and the cross-sectional shape of the concave portion 13 may be a triangle shape, a quadrangular shape, a polygonal shape, or the like, or other shapes. May be.
  • a reflective film 42 made of a metal material may be attached to a portion of the inner surface of the recess 13 corresponding to the inclined surface 41.
  • the metal material for example, aluminum, gold, silver, platinum, chromium or the like can be used.
  • the thickness of the reflective film 42 is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 5 ⁇ m, for example.
  • the optical component 1 has the some convex part 12, and the some 2nd lens 30 is arrange
  • the plurality of first lenses 20 corresponding to may be arranged along the first side 11 c of the base 11. According to such a configuration, an increase in the size of the optical path conversion unit 40 can be suppressed. Further, since the lengths of the light propagation paths formed by the plurality of first lenses 20 and the plurality of second lenses 30 can be made substantially the same, the electric circuit board 80 and the ferrule can be coupled with high accuracy. Can do.
  • the distance between the light emitting part of the photoelectric conversion element and the lens part formed on the surface of the support member facing the light emitting part is large, the distance between the light emitting part and the lens part is large.
  • the loss of light due to the spread of the beam diameter is large.
  • the second lens 30 is disposed on the surface 12a of the convex portion 12 accommodated in the penetrating portion 83 of the electric circuit board 80, so that the second lens 30 is second.
  • the distance between the lens 30 and the light emitting / receiving unit 85 can be shortened. As a result, it is possible to reduce light loss due to the spread of the beam diameter between the second lens 30 and the light emitting / receiving unit 85.
  • the optical component 1 further includes a pair of protrusions 50 disposed on the side surface 11 b of the base 11.
  • the protrusion 50 has an end surface 51 that is separated from the side surface 11b.
  • the end surface 51 is provided with a protrusion 52 extending in a direction perpendicular to the end surface 51.
  • the protrusion 50 and the protrusion 52 may be formed integrally with the substrate 10 using the same material as the substrate 10.
  • the protruding amount of the protruding portion 50 from the side surface 11b is, for example, 0.2 mm or more and 1 mm or less.
  • the protrusion 52 has, for example, a cylindrical shape, the diameter of the protrusion 52 is, for example, 0.3 mm or more and 2 mm or less, and the length of the protrusion is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the end face 51 may be brought into contact with a part of the ferrule when connecting the optical component 1 and the ferrule holding the optical fiber. As a result, the optical component 1 and the ferrule can be stably connected, and the first lens 20 disposed on the side surface 11b of the base 11 can be prevented from being damaged.
  • the protrusion 52 is inserted into a fitting hole provided in the ferrule, and can be used for alignment between the optical component 1 and the ferrule.
  • the shape of the protruding portion 50 when viewed in the direction perpendicular to the side surface 11b of the base portion 11 may be, for example, a rectangular shape, a triangular shape, a circular shape, or the like. There may be.
  • the protrusion 50 has a rectangular shape when viewed in the X-axis direction.
  • the protruding portion 50 may have a thickness larger than the thickness of the base portion 11 in the thickness direction (Z-axis direction) of the base portion 11 as shown in FIGS. As a result, a large area of the end surface 51 can be secured, and the optical component 1 and the ferrule can be stably connected.
  • the protrusions 50 may be disposed at both ends in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the side surface 11b, for example, as shown in FIG. As a result, the optical component 1 and the ferrule can be stably connected.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the optical connector 2
  • FIG. 7 is a perspective view showing a ferrule 60 and an optical fiber 70 of the optical connector 2 from a different viewpoint from FIG.
  • the optical connector 2 is configured by connecting the optical component 1 and the ferrule 60 described above.
  • the ferrule 60 holds the optical fiber 70. By connecting the optical component 1 and the ferrule 60, the optical component 1 and the optical fiber 70 are optically connected.
  • the ferrule 60 has a flat substrate 61.
  • the base 61 includes a contact surface 61a, a fitting hole 61b, a facing surface 61c, and a fiber outlet hole 61d.
  • the ferrule 60 can be molded using a thermoplastic resin material such as polyphenylene sulfide, for example.
  • the thickness of the base 61 is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the contact surface 61a of the ferrule 60 contacts the end surface 51 of the protruding portion 50 of the optical component 1 in a state where the optical component 1 and the ferrule 60 are connected.
  • the fitting hole 61b of the ferrule 60 penetrates the contact surface 61a and the surface opposite to the contact surface 61a.
  • the fitting hole 61b has a circular opening shape.
  • the facing surface 61c of the ferrule 60 protrudes from the contact surface 61a in a direction perpendicular to the contact surface 61a (X-axis direction), and faces the side surface 11b of the base 11.
  • the base body 61 has a projecting portion 64 that projects from the contact surface 61 a in the X-axis direction, and faces the side surface 11 b of the projecting portion 64.
  • the surface to be used is a facing surface 61c.
  • projection part 64 may contact
  • the overhanging portion 64 has an overhanging amount from 0.2 mm to 1 mm, for example, from the contact surface 61a.
  • optical fiber 70 a conventionally known optical fiber can be used.
  • the optical fiber 70 is inserted into the fiber outlet hole 61d.
  • An end portion 70 a of the optical fiber 70 is exposed from the facing surface 61 c of the ferrule 60 and faces the first lens 20 of the optical component 1.
  • the end portion 70a of the optical fiber 70 may be flush with the facing surface 61c.
  • a plurality of optical fibers 70 may be provided corresponding to each of the plurality of first lenses 20.
  • the plurality of optical fibers 70 may be covered and bundled by the sheath, or may not be bundled, but in the present embodiment, a case where they are bundled is illustrated.
  • the optical component 1 and the ferrule 60 are connected by inserting the protrusion 52 into the fitting hole 61b and joining the end surface 51 to the contact surface 61a.
  • the end surface 51 and the contact surface 61a may be bonded via a resin-based bonding material such as an epoxy-based resin, a silicon-based resin, or a thermoplastic resin, for example.
  • the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 is determined by bringing the contact surface 61a of the ferrule 60 into contact with the end surface 51 of the optical component 1.
  • the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 is, for example, not less than 0.02 mm and not more than 0.2 mm.
  • the base 61 of the ferrule 60 may have a recess 61e provided on one main surface, and the fiber outlet hole 61d may communicate with the recess 61e.
  • the process of exposing the end portion 70a of the optical fiber 70 from the facing surface 61c of the ferrule 60 is facilitated, the production efficiency of the optical connector 2 can be improved.
  • the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 is determined by bringing the contact surface 61a of the ferrule 60 and the end surface 51 of the optical component 1 into contact. The As a result, the mounting position of the optical component 1 with respect to the ferrule 60 is stabilized, and individual differences in the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 can be reduced.
  • the distance between the first lens 20 and the end portion 70a of the optical fiber 70 can be shortened.
  • the end portion of the first lens 20 and the optical fiber 70 can be reduced.
  • the loss of light due to the spread of the beam diameter with respect to 70a can be reduced, and the lens diameter of the first lens 20 can be reduced.
  • the distance between the second lens 30 and the light emitting / receiving unit 85 can be shortened, and as a result, the beam diameter increases between the second lens 30 and the light emitting / receiving unit 85.
  • the light loss due to the second lens 30 can be reduced. Therefore, according to the optical connector 2 of the present embodiment, it is possible to reduce the loss of light and to make the optical module multi-channel.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the optical module 3 according to the present embodiment.
  • 9A is a cross-sectional view of the optical module 3 cut along the cutting plane line BB in FIG. 8
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the optical module 3 cut along the cutting plane line CC in FIG.
  • the photoelectric conversion element 84 is illustrated with portions other than the light emitting / receiving unit 85 omitted.
  • the optical module 3 includes the optical connector 2 and the electric circuit board 80 described above.
  • a photoelectric conversion element 84 is mounted on the second surface 82 of the electric circuit board 80.
  • the photoelectric conversion element 84 is flip-chip mounted on an electrode pad 86 formed on the second surface 82 via a connection conductor 87 such as a solder ball.
  • the photoelectric conversion element 84 has a light emitting unit or a light receiving unit that converts an optical signal and an electrical signal.
  • a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used.
  • a photodiode (PD) can be used.
  • the third surface 11 a of the optical component 1 is joined to the first surface 81 of the electric circuit board 80, and the convex part 12 is accommodated in the through part 83 of the electric circuit board 80.
  • the electric circuit board 80 and the optical component 1 can be bonded by, for example, a resin-based bonding material such as an epoxy-based resin, a silicon-based resin, or a thermoplastic resin.
  • the distance between the second lens 30 and the light emitting / receiving unit 85 is, for example, not less than 0.02 mm and not more than 0.2 mm.
  • the first surface 81 of the electric circuit board 80 and the third surface 11a of the optical component 1 are brought into contact with each other, whereby the light emitting / receiving unit 85, the second lens 30, and the like.
  • the distance is determined.
  • the mounting position of the optical component 1 with respect to the electric circuit board 80 is stabilized, the inclination of the optical component 1 can be reduced, and individual differences in the distance between the light emitting / receiving unit 85 and the second lens 30 can be reduced.
  • the first surface 81 of the electric circuit board 80 is in contact with most of the third surface 11 a of the optical component 1, and the penetrating portion 83 is in contact with at least a part of the convex portion 12. .
  • the electric circuit board 80 and the optical component 1 can be stably connected.
  • the contact surface 61a of the ferrule 60 and the end surface 51 of the optical component 1 are brought into contact with each other, whereby the end portion 70a of the optical fiber 70 is contacted. And the distance between the first lens 20 and the first lens 20 are determined. As a result, the mounting position of the optical component 1 with respect to the ferrule 60 is stabilized, and individual differences in the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 can be reduced.
  • the distance between the end portion 70a of the optical fiber 70 and the first lens 20 and the distance between the light emitting / receiving portion 85 and the second lens 30 can be shortened.
  • the loss of light due to the spread of the light can be reduced.
  • the optical module 3 can reduce the lens diameter of the first lens 20 and the lens diameter of the second lens 30, the optical module 3 can be multi-channeled while suppressing an increase in size of the optical module.

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Abstract

本開示の光学部品は、電気回路基板の第１面に接続される。電気回路基板は、第１面および第１面とは反対側の第２面を貫通する貫通部と、第２面に搭載される光電変換素子とを含む。光学部品は、基板であって、第３面を有する平板状の基部と、第３面に配設され、貫通部に収容される凸部とを含み、凸部は、第３面から離隔した表面を有している基板と、基部の側面に配設された第１レンズと、表面に配設された第２レンズと、基板内部に配設され、側面視で第１レンズと重なり、平面視で第２レンズに重なる光路変換部と、を備える。これにより、光の損失を低減することができる。

Description

光学部品、ならびにこれを備えた光コネクタおよび光モジュール
　本発明は、光学部品、ならびに該光学部品を備えた光コネクタおよび光モジュールに関する。
　従来、光電変換素子が搭載された電気回路基板と、前記光電変換素子に光学的に接続された光伝送路とを備える光モジュールが知られている。例えば、特許文献１は、透明基板の上面に搭載された光電変換素子と、前記透明基板の下面に取り付けられ、光ファイバの一端を支持する支持部材とを含む光モジュールを開示している。
特許第５３９１３５６号
　本開示の光学部品は、第１面および該第１面とは反対側の第２面を有する電気回路基板の前記第１面に接続される光学部品であって、
　前記電気回路基板は、前記第１面および前記第２面を貫通する貫通部と、前記第２面に搭載され、前記貫通部に対向する受発光部を有する光電変換素子とを含み、
　前記光学部品は、
　　透光性を有する基板であって、第３面を有する平板状の基部と、前記第３面に配設され、前記貫通部に収容される凸部とを含み、前記凸部は、前記第３面から離隔した表面を有している基板と、
　　前記基部の側面に配設された少なくとも１個の第１レンズと、
　　前記表面に配設された少なくとも１個の第２レンズと、
　　前記基板の内部に配設され、側面視したときに前記少なくとも１個の第１レンズと重なり、平面視したときに前記少なくとも１個の第２レンズに重なる光路変換部と、を備える。
　また、本開示の光学コネクタは、上記の光学部品と、光ファイバを保持するフェルールとを接続してなる光コネクタであって、
　前記光学部品は、前記側面に配設された、前記側面から離隔した端面を有する一対の突出部と、前記端面に配設された突起とを備え、
　前記フェルールは、平板状の基体を備え、該基体は、前記端面に当接する当接面と、前記当接面に設けられ、前記突出部の前記突起が挿入された嵌合穴と、前記当接面から突出し、前記側面に対向する対向面とを含み、前記光ファイバの端部が、前記対向面に露出している。
　また、本開示の光モジュールは、上記の光コネクタと、
　該光コネクタの前記光学部品に接続され、フリップチップ実装された前記光電変換素子を含む前記電気回路基板と、を備える。
　本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
本開示の実施形態に係る光学部品を電気回路基板に接続した状態を模式的に示す斜視図である。 図１の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図である。 実施形態に係る光学部品を模式的に示す斜視図である。 実施形態に係る光学部品を模式的に示す側面図である。 実施形態に係る光学部品を模式的に示す平面図である。 実施形態に係る光コネクタを模式的に示す分解斜視図である。 実施形態に係る光コネクタが備えるフェルールを模式的に示す、図６とは異なる視点の斜視図である。 実施形態に係る光モジュールを模式的に示す分解斜視図である。 図８の切断面線Ｂ－Ｂで切断した光モジュールの断面図である。 図８の切断面線Ｃ－Ｃで切断した光モジュールの断面図である。
　以下に、本開示の光学部品、光コネクタ、および光モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。なお、光学部品、光コネクタ、および光モジュールは、いずれの方向が上方または下方とされて使用されてもよいものであるが、本明細書では、便宜的に、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するとともに、Ｚ軸方向の正側を上方として、上面または下面等の語を用いるものとする。
　本開示の光学部品は、光電変換素子が搭載された電気回路基板と、光ファイバを保持するフェルールとの間に介在し、光電変換素子と光ファイバとを光学的に接続するものである。
　図１は、本開示の実施形態に係る光学部品１を電気回路基板８０に接続した状態を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図である。図３は、光学部品１の斜視図であり、図４は、光学部品１の側面図であり、図５は、光学部品１の平面図である。なお、図１，図２では、光電変換素子について、受発光部以外の部分を省略して図示している。
　電気回路基板８０は、第１面８１および第１面８１とは反対側の第２面８２を有している。また、電気回路基板８０は、第１面８１および第２面８２を貫通する貫通部８３と、第２面８２に搭載され、貫通部８３に対向する発光部または受光部８５（以下、受発光部８５とも言う）を有する光電変換素子とを有している。貫通部８３は、第１面８１と第２面８２との間に光の伝搬経路を形成すればよく、貫通部８３は、貫通孔であってもよく、切り欠きであってもよい。
　光学部品１は、基板１０と、少なくとも１個の第１レンズ２０と、少なくとも１個の第２レンズ３０と、光路変換部４０とを備える。
　基板１０は、透光性を有している。基板１０は、例えば、ポリエーテルイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂等の透光性の樹脂材料によって作製することができる。なお、基板１０は、全体が透明な樹脂材料で形成されていてもよく、光の伝搬経路となる一部が透光性の樹脂材料で形成され、残部が遮光性の樹脂材料で形成されていてもよい。
　基板１０は、基部１１と凸部１２とを有している。
　基部１１は、矩形平板状であり、基板１０と電気回路基板８０とを接続した状態において、電気回路基板８０の第１面８１に当接する第３面１１ａを有している。基部１１の厚みは、例えば、０．４ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
　凸部１２は、第３面１１ａに配設されている。凸部１２は、第３面１１ａから上方に突出しており、基板１０と電気回路基板８０とを接続した状態において、少なくとも一部が貫通部８３に収容される。凸部１２は、第３面１１ａから離隔した表面１２ａを有している。表面１２ａには、第２レンズ３０が配設される。
　なお、光電変換素子が、複数の受発光部８５を有し、電気回路基板８０が、複数の受発光部８５に対応した複数の貫通部８３を有している場合、光学部品１は、複数の凸部１２を有していてもよい。各凸部１２の形状および寸法は、貫通部８３の形状および寸法に合わせて、適宜調整すればよく、互いに異なっていてもよい。各凸部１２は、第３面１１ａからの高さが、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
　貫通部８３は、凸部１２を収容可能であればよく、また凸部１２は、第２レンズ３０を配設可能な表面１２ａを有していればよく、凸部１２および貫通部８３の形状は、特に限定されない。本実施形態では、例えば図１に示すように、凸部１２は、基部１１の第１辺１１ｃ側から対向する第２辺側に向かう方向（Ｘ軸方向）に延びる直方体状とされ、貫通部８３は、凸部１２の少なくとも一部に当接する形状とされている。第２レンズ３０が配設されている表面１２ａは、凸部１２の上面である。その結果、Ｘ軸方向における、第２レンズ３０と受発光部８５との位置合わせが容易になる。また、光学部品１と電気回路基板８０とを安定して接続することができる。
　第１レンズ２０は、基部１１の側面１１ｂに配設されている。側面１１ｂは、第１辺１１ｃを含む面である。第１レンズ２０は、第１レンズ２０が光学部品１の光入射面である場合、コリメートレンズとして形成され、第１レンズ２０が光学部品１の光出射面である場合、集光レンズとして形成される。第１レンズ２０のレンズ径は、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
　第１レンズ２０は、例えば、ポリエーテルイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂もしくはアクリル樹脂等の透明な樹脂材料、またはガラス材料によって作製することができる。第１レンズ２０は、基板１０とは異なる材料を用いて作製されてもよく、基板１０と同じ樹脂材料を用いて作製されてもよい。基板１０と第１レンズ２０とを同じ樹脂材料を用いて作製する場合、基板１０の熱膨張係数と第１レンズ２０の熱膨張係数とを等しくすることができる。その結果、基板１０と第１レンズ２０との間における熱応力を軽減し、第１レンズ２０の基板１０からの剥離や第１レンズ２０のクラック等を抑制できる。
　第１レンズ２０は、基部１１の側面１１ｂに配設されていてもよく、凸部１２が基部１１の側面１１ｂと面一となる側面１２ｂを有している場合には、側面１１ｂと側面１２ｂとにかけて配設されていてもよい。第１レンズ２０が側面１１ｂと側面１２ｂとにかけて配設されている場合には、基板１０内部における光路長を短くすることができるので、光の伝送損失を低減することができる。
　第２レンズ３０は、凸部１２の表面１２ａに配設されている。第２レンズ３０は、第２レンズ３０が光学部品１の光入射面である場合、コリメートレンズとして形成され、第２レンズ３０が光学部品１の光出射面である場合、集光レンズとして形成される。第２レンズ３０のレンズ径は、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
　第２レンズ３０は、例えば、ポリエーテルイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂もしくはアクリル樹脂等の透明な樹脂材料、またはガラス材料によって作製することができる。第２レンズ３０は、基板１０とは異なる材料を用いて作製されてもよく、基板１０と同じ樹脂材料を用いて作製されてもよい。基板１０と第２レンズ３０とを同じ樹脂材料を用いて作製する場合、基板１０の熱膨張係数と第２レンズ３０の熱膨張係数とを等しくすることができる。その結果、基板１０と第２レンズ３０との間における熱応力を軽減し、第２レンズ３０の基板１０からの剥離や第２レンズ３０のクラック等を抑制できる。
　第１レンズ２０と第２レンズ３０とは、対をなして、光伝搬経路を形成する。したがって、光学部品１は、第１レンズ２０と同数の第２レンズ３０を有している。
　光路変換部４０は、基板１０の内部に配設されている。光路変換部４０は、例えば図４，図５に示すように、側面視したときに第１レンズ２０と重なり、平面視したときに第２レンズ３０と重なっている。光路変換部４０は、第１レンズ２０から入射した光を第２レンズ３０に向かって反射する、または第２レンズ３０から入射した光を第１レンズ２０に向かって反射する。
　光路変換部４０は、基部１１の第３面１１ａに対して傾斜した傾斜面４１であってもよい。傾斜面４１の、第３面１１ａに対する傾斜角度は、例えば、３５度以上５５度以下である。
　傾斜面４１は、例えば図２に示すように、基板１０の一部を下面側から切り欠いて、凹部１３を設けることによって形成されてもよい。凹部１３は、第３面１１ａに対して傾斜した傾斜面４１を含んでいればよく、凹部１３の断面形状は、三角形状、四角形状、多角形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。また、凹部１３の内面の、傾斜面４１に対応する部位に、金属材料からなる反射膜４２が被着されていてもよい。その結果、傾斜面４１における光の反射率を向上させることができ、光の損失を低減できる。金属材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、白金、クロム等を用いることができる。反射膜４２の厚みは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。
　なお、光学部品１が、複数の凸部１２を有し、各凸部１２に、複数の第２レンズ３０が配設されている場合、複数の第２レンズ３０、および該複数の第２レンズに対応する複数の第１レンズ２０は、基部１１の第１辺１１ｃに沿って並んでいてもよい。このような構成によれば、光路変換部４０の大型化を抑制できる。また、複数の第１レンズ２０と複数の第２レンズ３０とによって形成される光伝搬経路の長さを略同一とすることができるため、電気回路基板８０とフェルールとを高精度に結合することができる。
　ところで、従来の光モジュールは、光電変換素子の発光部と、支持部材の、前記発光部に対向する面に形成されたレンズ部との距離が大きいため、前記発光部と前記レンズ部との間における、ビーム径の広がりによる光の損失が大きいという問題があった。
　これに対して、本実施形態に係る光学部品１は、第２レンズ３０が、電気回路基板８０の貫通部８３に収容される凸部１２の表面１２ａに配設されていることにより、第２レンズ３０と受発光部８５との距離を短くすることができる。その結果、第２レンズ３０と受発光部８５との間におけるビーム径の広がりによる光の損失を低減することができる。
　光学部品１は、基部１１の側面１１ｂに配設された一対の突出部５０をさらに備えている。突出部５０は、側面１１ｂから離隔した端面５１を有している。端面５１には、端面５１に垂直な方向に延びる突起５２が設けられている。なお、突出部５０および突起５２は、基板１０と同じ材料を用いて、基板１０と一体的に形成されてもよい。
　突出部５０は、側面１１ｂからの突出量が、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下である。突起５２は、例えば、円柱状であり、突起５２の径は、例えば、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、突起の長さは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
　端面５１は、光学部品１と光ファイバを保持するフェルールとを接続する際に、フェルールの一部に当接させてもよい。その結果、光学部品１とフェルールとを安定して接続することができるとともに、基部１１の側面１１ｂに配設された第１レンズ２０が破損することを抑制できる。突起５２は、フェルールに設けられる嵌合穴に挿入され、光学部品１とフェルールとの位置合わせに用いることができる。
　なお、突出部５０は、基部１１の側面１１ｂに垂直な方向（Ｘ軸方向）に視たときの形状が、例えば、矩形状、三角形状、円形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。本実施形態では、例えば図４に示すように、突出部５０は、Ｘ軸方向に視たときの形状が矩形状とされている。その結果、突出部５０の加工が容易になるとともに、端面５１の広い面積を確保し、光学部品１とフェルールとを安定して接続することができる。
　突出部５０は、例えば図１，図３に示すように、基部１１の厚み方向（Ｚ軸方向）において、基部１１の厚みよりも大きい厚みを有していてもよい。その結果、端面５１の広い面積を確保し、光学部品１とフェルールとを安定して接続することができる。
　突出部５０は、例えば図４に示すように、側面１１ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の両端に配設されていてもよい。その結果、光学部品１とフェルールとを安定して接続することができる。
　次に、本開示の実施形態に係る光コネクタ２について説明する。図６は、光コネクタ２を示す分解斜視図であり、図７は、光コネクタ２のフェルール６０および光ファイバ７０を示す、図６とは異なる視点の斜視図である。
　光コネクタ２は、上記の光学部品１とフェルール６０とを接続することによって構成される。フェルール６０は、光ファイバ７０を保持している。光学部品１とフェルール６０とを接続することにより、光学部品１と光ファイバ７０とが光学的に接続される。
　フェルール６０は、平板状の基体６１を有している。基体６１は、当接面６１ａと、嵌合穴６１ｂと、対向面６１ｃと、ファイバ導出孔６１ｄを備えている。フェルール６０は、例えば、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂材料を用いて成型することができる。基体６１の厚みは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
　フェルール６０の当接面６１ａは、光学部品１とフェルール６０とが接続された状態において、光学部品１の突出部５０の端面５１に当接する。
　フェルール６０の嵌合穴６１ｂは、当接面６１ａおよび当接面６１ａとは反対側の面を貫通している。嵌合穴６１ｂは、例えば、開口形状が円形状である。光学部品１とフェルール６０とが接続された状態において、嵌合穴６１ｂに突出部５０の突起５２が挿入される。その結果、光学部品１とフェルール６０とが位置合わせされる。
　フェルール６０の対向面６１ｃは、当接面６１ａから当接面６１ａに垂直な方向（Ｘ軸方向）に突出しており、基部１１の側面１１ｂに対向している。本実施形態では、例えば図６，図７に示すように、基体６１が、当接面６１ａからＸ軸方向に張出する張出部６４を有し、張出部６４の、側面１１ｂに対向する面が、対向面６１ｃとなっている。なお、張出部６４は、一対の突出部５０の、相対向する２つの面に当接していてもよく、その結果、光学部品１とフェルール６０とを安定して接続することができる。張出部６４は、当接面６１ａからの張出量が、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
　光ファイバ７０としては、従来周知の光ファイバを用いることができる。光ファイバ７０は、ファイバ導出孔６１ｄに挿入されている。光ファイバ７０の端部７０ａは、フェルール６０の対向面６１ｃから露出し、光学部品１の第１レンズ２０に対向している。光ファイバ７０の端部７０ａは、対向面６１ｃと面一であってもよい。
　光ファイバ７０は、複数の第１レンズ２０の各々に対応して、複数設けられていてもよい。複数の光ファイバ７０は、シースによって覆われて束ねられていてもよく、束ねられていなくてもよいが、本実施形態では、束ねられている場合を例示している。
　光学部品１とフェルール６０とは、突起５２を嵌合穴６１ｂに挿入し、端面５１を当接面６１ａに接合することによって接続される。端面５１と当接面６１ａとは、例えば、エポキシ系、シリコン系、熱可塑性樹脂等の樹脂系接合材を介して接合されてもよい。
　光コネクタ２では、フェルール６０の当接面６１ａと光学部品１の端面５１とを当接させることにより、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離が決定される。光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離は、例えば、０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。
　なお、フェルール６０の基体６１は、例えば図７に示すように、一方主面に設けられた凹部６１ｅを有し、ファイバ導出孔６１ｄは、凹部６１ｅに連通していてもよい。その結果、光ファイバ７０の端部７０ａをフェルール６０の対向面６１ｃから露出させる工程が容易になるため、光コネクタ２の生産効率を向上させることができる。
　本実施形態の光コネクタ２では、フェルール６０の当接面６１ａと、光学部品１の端面５１とを当接させることにより、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離が決定される。その結果、フェルール６０に対する光学部品１の取り付け位置が安定するとともに、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離の個体差を低減できる。
　ところで、従来の光モジュールにおいては、レンズ部のレンズ径を大きくする必要があるため、このことが、光モジュールを多チャンネル化することの障害となっていた。
　これに対して、本実施形態の光コネクタ２では、第１レンズ２０と光ファイバ７０の端部７０ａとの距離を短くすることができ、その結果、第１レンズ２０と光ファイバ７０の端部７０ａとの間におけるビーム径の広がりによる光の損失を低減することができるとともに、第１レンズ２０のレンズ径を小さくすることができる。さらに、本実施形態の光コネクタ２では、第２レンズ３０と受発光部８５との距離を短くすることができ、その結果、第２レンズ３０と受発光部８５との間におけるビーム径の広がりによる光の損失を低減することができるとともに、第２レンズ３０のレンズ径を小さくすることができる。したがって、本実施形態の光コネクタ２によれば、光の損失を低減させることができるとともに、光モジュールを多チャンネル化することが可能になる。
　次に、本開示の実施形態に係る光モジュール３について説明する。図８は、本実施形態に係る光モジュール３の分解斜視図である。図９Ａは、図８の切断面線Ｂ－Ｂで切断した光モジュール３の断面図であり、図９Ｂは、図８の切断面線Ｃ－Ｃで切断した光モジュール３の断面図である。なお、図８では、光電変換素子８４について、受発光部８５以外の部分を省略して図示している。
　光モジュール３は、上記の光コネクタ２と電気回路基板８０とを有している。電気回路基板８０の第２面８２には光電変換素子８４が実装されている。光電変換素子８４は、第２面８２に形成された電極パッド８６に、例えばはんだボール等の接続導体８７を介してフリップチップ実装されている。光電変換素子８４は、光信号と電気信号とを変換する発光部または受光部を有している。発光部としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることができる。受光部としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）等を用いることができる。
　光学部品１の第３面１１ａは、電気回路基板８０の第１面８１に接合されており、凸部１２は、電気回路基板８０の貫通部８３に収容されている。電気回路基板８０と光学部品１とは、例えば、エポキシ系、シリコン系、熱可塑性樹脂等の樹脂系接合材によって接合することができる。第２レンズ３０と受発光部８５との距離は、例えば、０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。
　光モジュール３では、例えば図９Ａに示すように、電気回路基板８０の第１面８１と、光学部品１の第３面１１ａとを当接させることにより、受発光部８５と第２レンズ３０との距離が決定される。その結果、電気回路基板８０に対する光学部品１の取り付け位置が安定し、光学部品１の傾きを軽減することができるとともに、受発光部８５と第２レンズ３０との距離の個体差を低減できる。
　また、光モジュール３では、電気回路基板８０の第１面８１が、光学部品１の第３面１１ａの大部分に当接し、貫通部８３が、凸部１２の少なくとも一部に当接している。その結果、電気回路基板８０と光学部品１とを安定して接続することができる。
　さらに、前述したように、光モジュール３では、例えば図９Ｂに示すように、フェルール６０の当接面６１ａと、光学部品１の端面５１とを当接させることにより、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離が決定される。その結果、フェルール６０に対する光学部品１の取り付け位置が安定するとともに、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離の個体差を低減できる。
　本実施形態の光モジュール３は、光ファイバ７０の端部７０ａと第１レンズ２０との距離、および受発光部８５と第２レンズ３０との距離を短くすることができ、その結果、ビーム径の広がりによる光の損失を低減することができる。また、光モジュール３は、第１レンズ２０のレンズ径、および第２レンズ３０のレンズ径を小さくすることができるため、光モジュールの大型化を抑制しつつ、多チャンネル化することができる。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
　１　　　光学部品
　２　　　光コネクタ
　３　　　光モジュール
　１０　　基板
　１１　　基部
　１１ａ　第３面
　１１ｂ　側面
　１１ｃ　第１辺
　１２　　凸部
　１２ａ　表面
　１２ｂ　側面
　１３　　凹部
　２０　　第１レンズ
　３０　　第２レンズ
　４０　　光路変換部
　４１　　傾斜面
　４２　　反射膜
　５０　　突出部
　５１　　端面
　５２　　突起
　６０　　フェルール
　６１　　基体
　６１ａ　当接面
　６１ｂ　嵌合穴
　６１ｃ　対向面
　６１ｄ　ファイバ導出孔
　６１ｅ　凹部
　６４　　張出部
　７０　　光ファイバ
　７０ａ　端部
　８０　　電気回路基板
　８１　　第１面
　８２　　第２面
　８３　　貫通部
　８４　　光電変換素子
　８５　　受発光部
　８６　　電極パッド
　８７　　接続導体

Claims (8)

  1. 　第１面および該第１面とは反対側の第２面を有する電気回路基板の前記第１面に接続される光学部品であって、
    　前記電気回路基板は、前記第１面および前記第２面を貫通する貫通部と、前記第２面に搭載され、前記貫通部に対向する受発光部を有する光電変換素子とを含み、
    　前記光学部品は、
    　　透光性を有する基板であって、第３面を有する平板状の基部と、前記第３面に配設され、前記貫通部に収容される凸部とを含み、前記凸部は、前記第３面から離隔した表面を有している基板と、
    　　前記基部の側面に配設された少なくとも１個の第１レンズと、
    　　前記表面に配設された少なくとも１個の第２レンズと、
    　　前記基板の内部に配設され、側面視したときに前記少なくとも１個の第１レンズと重なり、平面視したときに前記少なくとも１個の第２レンズに重なる光路変換部と、
    を備える、光学部品。
  2. 　前記少なくとも１個の第１レンズは、前記第３面に平行な方向に並んだ複数個の第１レンズを含み、前記少なくとも１個の第２レンズは、前記方向に並んだ複数個の第２レンズを含む、請求項１に記載の光学部品。
  3. 　前記複数個の第１レンズの数と前記複数個の第２レンズの数とが等しい、請求項２に記載の光学部品。
  4. 　前記少なくとも１個の第１レンズおよび前記少なくとも１個の第２レンズは、一方が集光レンズであり、他方がコリメートレンズである、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学部品。
  5. 　前記光路変換部は、前記第３面に対して傾斜した傾斜面を有するミラー部材である、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学部品。
  6. 　前記側面に配設された、前記側面から離隔した端面を有する一対の突出部と、前記端面に配設された突起とを備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の光学部品。
  7. 　請求項６に記載の光学部品と、光ファイバを保持するフェルールとを接続してなる光コネクタであって、
    　前記フェルールは、平板状の基体を備え、該基体は、前記端面に当接する当接面と、前記当接面に設けられ、前記突出部の前記突起が挿入された嵌合穴と、前記当接面から突出し、前記側面に対向する対向面とを含み、前記光ファイバの端部が、前記対向面に露出している、光コネクタ。
  8. 　請求項７に記載の光コネクタと、
    　該光コネクタの前記光学部品に接続され、フリップチップ実装された前記光電変換素子を含む前記電気回路基板と、
    を備える、光モジュール。
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