WO2020050166A1 - 光モジュール - Google Patents

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light
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optical surface
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亜耶乃 今
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株式会社エンプラス
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module.
  • an optical module including a light emitting element such as a light emitting diode and a light receiving element such as a photodetector has been used for optical communication using an optical transmission body such as an optical fiber or an optical waveguide.
  • the optical module includes an optical receptacle (optical receptacle) that causes light including communication information emitted from a light emitting element to enter an end face of an optical transmission body and light including communication information emitted from the optical transmission body to enter an end face of a light receiving element.
  • an optical receptacle optical receptacle
  • Patent Literature 1 describes an optical transmission module including an optical element assembly including a transmitting optical element and a receiving optical element, an optical fiber, and an optical member.
  • the optical member causes the optical signal from the transmitting optical element to enter the optical fiber or causes the optical signal from the optical fiber to enter the receiving optical element.
  • the optical member is a transmission lens arranged opposite the transmission optical element, a fiber lens arranged opposite the optical fiber, and a reception lens arranged opposite the reception optical element. Either the signal light incident on the transmitting lens is reflected toward the fiber lens, or the optical filter transmitting the received light incident on the fiber lens, and the received light transmitted through the optical filter is reflected toward the receiving lens.
  • the optical filter is disposed so as to face the filter mounting surface of the filter mounting portion, and is fixed so as to fill the filter mounting portion with a transparent adhesive.
  • the optical path of the signal light or the receiving light since the adhesive is located on the optical path of the signal light or the receiving light, the optical path of the signal light or the receiving light has a refractive index of the cured adhesive, It changes depending on the cured state of the adhesive, air bubbles mixed in the cured adhesive, and the like. As a result, the optical coupling efficiency of the signal light or the received light may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide an optical module capable of performing bidirectional optical communication while maintaining the optical coupling efficiency of signal light and received light.
  • An optical module includes a substrate, a light-emitting element disposed on the substrate, a photoelectric conversion device having a light-receiving element disposed on the substrate, and a light-emitting element disposed on the photoelectric conversion device.
  • An optical receptacle for optically coupling the light emitting element and the light receiving element to an end face of the optical transmission body when a transmission body is connected, and the optical receptacle emits light from the light emitting element.
  • a first optical surface for making the received signal light incident thereon, and the signal light incident on the first optical surface is emitted toward the end face of the optical transmitter, and the received light emitted from the optical transmitter is A second optical surface for incidence, a signal light incident on the first optical surface is transmitted toward the second optical surface, and a reception light incident on the second optical surface is directed toward the light receiving element.
  • a transflector to reflect A concave portion for accommodating the transmission / reflection portion, and a third optical surface for emitting reception light reflected by the transmission / reflection portion toward the light receiving element; It is fixed to the inner surface of the concave portion at a position other than the optical path of light, and when viewed along the normal direction of the substrate, the optical path in the concave portion is between the second optical surface and the concave portion. It is inclined with respect to the optical path.
  • Another optical module according to the present invention is a photoelectric conversion device having a substrate, a light emitting element disposed on the substrate, and a light receiving element disposed on the substrate, and disposed on the photoelectric conversion device.
  • An optical receptacle for optically coupling the light emitting element and the light receiving element to an end face of the optical transmission body when an optical transmission body is connected, and wherein the optical receptacle includes the light emitting element.
  • a second optical surface for receiving light, and a signal light incident on the first optical surface is reflected toward the second optical surface, and a received light incident on the second optical surface is reflected on the light receiving element.
  • the optical path of the signal light is fixed to the inner surface of the concave portion at a position other than the optical path, and when viewed along the normal direction of the substrate, the optical path in the concave portion is defined by the first optical surface and the concave portion. It is inclined with respect to the optical path between them.
  • an optical module capable of performing bidirectional optical communication while maintaining the optical coupling efficiency of signal light and received light.
  • FIG. 1 is a sectional view of the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical module according to the first embodiment.
  • 3A and 3B are diagrams for explaining the inclination angle of the concave portion.
  • 4A to 4D are diagrams showing a configuration of the optical module according to the second embodiment.
  • 5A to 5D are other views showing the configuration of the optical module according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a sectional view of the optical module 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical module 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the inclination angle of the concave portion
  • FIG. 3B is a diagram illustrating the inclination angle of the transmission / reflection portion 143 with respect to the optical axis of the reception light Lr passing through the concave portion 144 in a cross section parallel to the substrate 121.
  • FIG. FIG. 1 shows an optical path in the optical module 100.
  • FIG. 3 shows an optical axis of an optical path in the optical module 100.
  • hatching on a cross section of the optical receptacle 140 is omitted to show an optical path in the optical receptacle 140.
  • the optical module 100 has a substrate-mounted photoelectric conversion device 120 including a light emitting element 122 and a light receiving element 123, and an optical receptacle 140.
  • the optical module 100 is an optical module for bidirectional optical communication, and is used by coupling (hereinafter, also referred to as a connection) an optical transmitter 160 to an optical receptacle 140 via a ferrule 162.
  • the type of the optical transmission body 160 is not particularly limited, and includes an optical fiber, an optical waveguide, and the like.
  • the optical transmission body 160 is an optical fiber.
  • the optical fiber may be a single mode type or a multi mode type.
  • the number of optical transmission bodies 160 is not particularly limited. In the present embodiment, the number of optical transmission bodies 160 is one.
  • the photoelectric conversion device 120 includes a substrate 121, a light emitting element 122, and a light receiving element 123.
  • the substrate 121 is, for example, a glass composite substrate, a glass epoxy substrate, a flexibcil substrate, or the like. On the substrate 121, a light emitting element 122 and a light receiving element 123 are arranged.
  • the light emitting element 122 is disposed on the substrate 121 and emits light in a direction perpendicular to the substrate 121.
  • the light emitting element is, for example, a light emitting diode or a vertical cavity surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL).
  • the number of the light emitting elements 122 is not particularly limited. In this embodiment, the number of the light emitting elements 122 is one. Further, the position of the light emitting element 122 is not particularly limited.
  • the optical axis in the concave portion 144 of the signal light Ls emitted from the light emitting element 122 is located at the end face 125 of the optical transmission body 160. Alternatively, it may be inclined.
  • the light receiving element 123 is disposed on the substrate 121 and receives the reception light Lr emitted from the optical transmission body 160.
  • the light receiving element 123 is, for example, a photodetector.
  • the number of the light receiving elements 123 is not particularly limited, and is the same as the number of the light emitting elements 122, for example. In the present embodiment, the number of light receiving elements 123 is one.
  • the optical receptacle 140 is disposed on the substrate 121 of the photoelectric conversion device 120.
  • the optical receptacle 140 optically couples the light emitting surface 124 of the light emitting element 122 to the end face 125 of the optical transmitter 160 while being disposed between the photoelectric conversion device 120 and the optical transmitter 160, and
  • the end face 125 of the body 160 and the light receiving surface 126 of the light receiving element 123 are optically coupled.
  • the configuration of the optical receptacle 140 will be described in detail.
  • the optical receptacle 140 has translucency, and emits the signal light Ls emitted from the light emitting surface 124 of the light emitting element 122 toward the end face 125 of the optical transmission body 160. Further, the optical receptacle 140 causes a part of the received light Lr emitted from the end face 125 of the optical transmission body 160 to be emitted toward the light receiving surface 126 of the light receiving element 123.
  • the optical receptacle 140 has a first optical surface 141, a reflection surface 142, a transmission / reflection portion 143, a concave portion 144, a second optical surface 145, and a third optical surface 146.
  • the optical receptacle 140 is formed using a material having a light-transmitting property with respect to light having a wavelength used for optical communication.
  • materials include transparent resins such as polyetherimide (PEI) and cyclic olefin resins.
  • the optical receptacle 140 is manufactured by injection molding.
  • the first optical surface 141 is an optical surface that refracts the signal light Ls emitted from the light emitting element 122 and causes the signal light Ls to enter the inside of the optical receptacle 140.
  • the first optical surface 141 can convert the signal light Ls emitted from the light emitting element 122 into collimated light, convergent light, or diffused light.
  • the first optical surface 141 converts the signal light Ls emitted from the light emitting element 122 into a collimated light.
  • the shape of the first optical surface 141 is a convex lens surface convex toward the light emitting element 122.
  • the planar shape of the first optical surface 141 is a circular shape.
  • the central axis of the first optical surface 141 is preferably perpendicular to the light emitting surface 124 of the light emitting element 122. Further, it is preferable that the central axis of the first optical surface 141 coincides with the optical axis of the signal light Ls emitted from the light emitting element 122.
  • the reflection surface 142 is an inclined surface formed on the top surface side of the optical receptacle 140, and is disposed on an optical path between the first optical surface 141 and the concave portion 144 (transmission / reflection portion 143).
  • the reflection surface 142 internally reflects the light (the signal light Ls emitted from the light emitting element 122) incident on the first optical surface 141 toward the concave portion 144 (the transmission / reflection portion 143).
  • the reflection surface 142 is inclined so as to approach the optical transmission body 160 from the bottom surface of the optical receptacle 140 to the top surface.
  • the inclination angle of the reflection surface 142 is 45 ° with respect to the optical axis of the signal light Ls incident on the first optical surface 141.
  • the signal light Ls incident on the first optical surface 141 is internally incident on the reflection surface 142 at an incident angle larger than the critical angle. Thereby, the reflection surface 142 totally reflects the incident signal light Ls in a direction along the surface of the substrate 121.
  • the transmission / reflection unit 143 transmits the signal light Ls reflected by the reflection surface 142 toward the second optical surface 145, and directs at least a part of the reception light Lr incident on the second optical surface 145 to the light receiving element 123. Reflect.
  • the configuration of the transmission / reflection unit 143 is not particularly limited as long as the above function can be exhibited.
  • the transmission / reflection unit 143 is a wavelength separation filter that transmits light having the wavelength of the signal light Ls and reflects light having the wavelength of the reception light Lr.
  • the transmission / reflection unit 143 is inclined so as to approach the second optical surface 145 (the optical transmission body 160) from the bottom surface of the optical receptacle 140 to the top surface.
  • the inclination angle of the transmission / reflection portion 143 is 45 degrees with respect to the optical axis of the reception light Lr incident on the second optical surface 145. °.
  • the transmission / reflection section 143 is fixed to the inner surface of the recess 144.
  • the transmission / reflection unit 143 is fixed to the recess 144 at a position other than the optical path of the signal light Ls.
  • the method of fixing the transmission / reflection portion 143 to the concave portion 144 is not particularly limited.
  • the ends are fixed with an adhesive.
  • the transmission / reflection unit 143 when the transmission / reflection unit 143 is disposed in the concave portion 144, when the optical receptacle 140 is viewed from the side (when viewed from the direction along the surface of the substrate 121), the reception light Lr
  • the outer shape is processed so as to be inclined at 45 ° with respect to the optical axis.
  • the transmission / reflection portion 143 is inclined in a cross section parallel to the surface of the substrate 121 so as to be perpendicular to the optical axis of the reception light Lr (signal light Ls) passing through the recess 144. are doing.
  • the recess 144 accommodates the transmission / reflection section 143 therein.
  • the shape of the concave portion 144 is not particularly limited as long as the transmitting and reflecting portion 143 can be accommodated.
  • the concave portion 144 has a substantially rectangular parallelepiped shape having a first side surface 144a and a second side surface 144b.
  • the first side surface 144a is an inner side surface on the reflection surface 142 side.
  • the shape of the first side surface 144a is not particularly limited. In the present embodiment, the first side surface 144a is a plane.
  • the smaller angle ⁇ 1 of the angles formed by the signal light Ls incident on the first side surface 144a and the first side surface 144a when the optical receptacle 140 is viewed in a plan view is not particularly limited.
  • the angle ⁇ 1 is preferably from 70 to 88 °, more preferably from 55 to 86 °. If the angle ⁇ 1 is less than 70 °, some light may be reflected. On the other hand, when the angle ⁇ 1 is greater than 88 °, the reflected light from the optical transmission body 160 returns to the light emitting element 122 and noise may be generated in the signal light Ls.
  • the second side surface 144b is an inner side surface on the second optical surface 145 side.
  • the shape of the second side surface 144b is not particularly limited.
  • the second side surface 144b is a plane.
  • the smaller angle ⁇ 2 of the angles formed between the signal light Ls incident on the second side surface 144b and the second side surface 144b when the optical receptacle 140 is viewed in a plan view is not particularly limited.
  • the angle ⁇ 2 is 55 to 88 °, more preferably 75 to 86 °, and more preferably an angle equal to ⁇ 1. If the angle ⁇ 2 is less than 70 °, some light may be reflected.
  • the angle ⁇ 2 is greater than 88 °
  • the reflected light from the optical transmission body 160 returns to the light emitting element 122, and noise may be generated in the signal light Ls.
  • the second side surface 144b is inclined with respect to the received light Lr incident on the second optical surface 145.
  • the first side surface 144a and the second side surface 144b are preferably parallel. That is, the angle ⁇ 1 is preferably equal to the angle ⁇ 2. If the first side surface 144a and the second side surface 144b are parallel, the light beam before and after passing through the concave portion 144 (the light beam before being emitted into the concave portion 144 by the first side surface 144a, and the light inside the optical receptacle 140 by the second side surface 144b) (Light rays re-entered into the optical receptacle 140) are parallel, so that the design of the optical receptacle 140 is easy (see the broken line in FIG. 3).
  • the second optical surface 145 emits the signal light Ls transmitted through the transmission / reflection unit 143 toward the end face 125 of the optical transmission body 160, and refracts the reception light Lr emitted from the optical transmission body 160 to form the optical receptacle 140.
  • This is an optical surface to be incident on the inside.
  • the second optical surface 145 can convert the received light Lr emitted from the optical transmission body 160 into collimated light, convergent light, or diffused light.
  • second optical surface 145 converts received light Lr emitted from optical transmission body 160 to collimated light.
  • the second optical surface 145 is disposed on the side surface of the optical receptacle 140 so as to face the end surface 125 of the optical transmission body 160.
  • the shape of the second optical surface 145 is a convex lens surface that is convex toward the end surface 125 of the optical transmission body 160.
  • the signal light Ls incident on the first optical surface 141 and transmitted through the transmission / reflection unit 143 can be condensed and efficiently connected to the end surface 125 of the optical transmission body 160.
  • the third optical surface 146 is disposed on the bottom surface side of the optical receptacle 140 so as to face the light receiving element 123.
  • third optical surface 146 is a convex lens surface convex toward light receiving element 123.
  • the third optical surface 146 converges the received light Lr reflected by the transmission / reflection unit 143 and emits the light toward the light receiving element 123.
  • the central axis of the third optical surface 146 may be perpendicular to the light receiving surface 126 (substrate 121) of the light receiving element 123 or may be inclined.
  • optical path in optical receptacle 140 Here, an optical path in the optical receptacle 140 will be described.
  • the signal light Ls emitted from the light emitting element 122 enters the inside of the optical receptacle 140 on the first optical surface 141.
  • the signal light Ls incident on the first optical surface 141 is internally reflected on the reflection surface 142 toward the concave portion 144 (transmission reflection portion 143).
  • the signal light Ls internally reflected by the reflection surface 142 passes through the concave portion 144 and the transmission / reflection portion 143, and is emitted from the second optical surface 145 toward the end surface 125 of the optical transmission body 160.
  • the transmission / reflection portion 143 is fixed inside the concave portion 144 at a position other than the optical path of the signal light Ls, the signal light Ls is prevented from traveling by fixing means (for example, an adhesive) of the transmission / reflection portion 143. Not done. Further, the signal light Ls reflected by the reflection surface 142 is refracted by the first side surface 144a and emitted to the inside of the concave portion 144. Then, the light passes through the transmission / reflection portion 143, is refracted by the second side surface 144 b, and reenters the inside of the optical receptacle 140.
  • fixing means for example, an adhesive
  • the reception light Lr emitted from the optical transmission body 160 enters the inside of the optical receptacle 140 on the second optical surface 145.
  • Part of the received light Lr incident on the second optical surface 145 passes through the second side surface 144b of the concave portion 144, and is reflected by the transmission / reflection portion 143 toward the third optical surface 146.
  • Another part of the received light Lr incident on the second optical surface 145 is reflected by the second side surface 144b of the concave portion 144.
  • the optical path in the concave portion 144 is inclined with respect to the optical path between the second optical surface 145 and the concave portion 144.
  • the second side surface 144b is inclined with respect to the received light Lr incident on the second optical surface 145. Therefore, the received light Lr does not reflect toward the third optical surface 146 (the optical transmission body 160).
  • the reception light Lr reflected by the transmission / reflection unit 143 is emitted from the third optical surface 146 and reaches the light receiving element 123.
  • the transmission / reflection portion 143 is fixed inside the recess 144 at a position other than the optical path of the signal light Ls, the signal light irrespective of the fixing method.
  • the optical coupling efficiency of Ls and the reception light Lr can be maintained.
  • the second side surface 144b is inclined with respect to the received light Lr incident on the second optical surface 145, so that the received light Lr is It does not reflect toward the transmission body 160).
  • the optical receptacle 140 does not have to have the reflection surface 142.
  • the light emitting element 122 and the first optical surface 141 are arranged on the side of the optical receptacle 140.
  • the optical receptacle 240 of the optical module according to the first embodiment is the same as the optical receptacle 140 of the optical module according to the first embodiment, except that the optical receptacle 240 of the optical module according to the second embodiment is a lens array type optical receptacle compatible with multi-channel optical transmission. is there. Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating the configuration of the optical receptacle 240 in which the transmission / reflection unit 143 is not disposed
  • FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating the configuration of the optical receptacle 240 in which the transmission / reflection unit 143 is disposed.
  • 4A and 5A are plan views of the optical receptacle 240 of the optical module according to Embodiment 2
  • FIGS. 4B and 5B are bottom views
  • FIGS. 4C and 5C are right side views.
  • 4D and 5D are cross-sectional views taken along line AA shown in FIGS. 4A and 5A.
  • the optical receptacle 240 of the optical module according to the second embodiment includes a plurality of first optical surfaces 141, a reflecting surface 142, , A plurality of second optical surfaces 145, and a plurality of third optical surfaces 146.
  • the plurality of optical transmission bodies 160 are attached to the optical receptacle via well-known attachment means while being accommodated in a multi-core collective connector.
  • the number of the optical transmitter 160, the light emitting element 122, and the light receiving element 123 is not particularly limited as long as the number is plural. In the present embodiment, the number of the optical transmitter 160, the number of the light emitting elements 122, and the number of the light receiving elements 123 are four each.
  • the optical module according to the present embodiment has the same effects as the optical module according to the first embodiment.
  • the optical module according to the present invention is useful, for example, for optical communication using an optical transmitter.
  • optical module 120 photoelectric conversion device 121 substrate 122 light emitting element 123 light receiving element 124 light emitting surface 125 end surface 126 light receiving surface 140, 240 light receptacle 141 first optical surface 142 reflecting surface 143 transmitting / reflecting portion 144 concave portion 144a first side surface 144b second side surface 145 second optical surface 146 third optical surface 160 optical transmitter 162 ferrule Lr received light Ls signal light

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Abstract

信号光および受信光の光結合効率を維持しつつ、双方向の光通信ができる光モジュールを提供すること。本発明の光モジュールは、光電変換装置と、光レセプタクルとを有する。光レセプタクルは、第１光学面と、第２光学面と、透過反射部と、凹部と、第３光学面とを有する。透過反射部は、信号光の光路以外の位置で凹部の内面に固定されており、第１光学面で入射した信号光を第２光学面に向けて透過させ、かつ第２光学面で入射した受信光を第３光学面に向けて反射させる。基板の法線方向に沿って見たときに、凹部内における光路は、第２光学面と凹部との間の光路に対して傾斜している。

Description

光モジュール
　本発明は、光モジュールに関する。
　従来、光ファイバや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、発光ダイオードなどの発光素子およびフォトディテクターなどの受光素子を備えた光モジュール（光伝送モジュール）が使用されている。光モジュールは、発光素子から出射された通信情報を含む光を、光伝送体の端面に入射させ、光伝送体から出射された通信情報を含む光を受光素子の端面に入射させる光レセプタクル（光学部材）を有する（例えば、特許文献１参照）。
　例えば、特許文献１には、送信用光学素子および受信用光学素子を含む光素子アッセンブリと、光ファイバと、光学部材とを有する光伝送モジュールが記載されている。光学部材は、送信用光学素子からの光信号を光ファイバに入射させるか、光ファイバからの光信号を受信用光素子に入射させる。光学部材は、送信用光学素子と対向して配置された送信用レンズと、光ファイバと対向して配置されたファイバ用レンズと、受信用光学素子と対向して配置された受信用レンズと、送信用レンズで入射した信号光をファイバ用レンズに向けて反射させるか、ファイバ用レンズで入射した受信光を透過させる光フィルタと、光フィルタを透過した受信光を受信用レンズに向けて反射させる反射面とを有する。光フィルタは、フィルタ搭載部のフィルタ搭載面に面して配置され、透明な接着剤によりフィルタ搭載部を埋めるように固定されている。
特開２００９－２５１３７５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された光伝送モジュールでは、信号光または受信光の光路上に接着剤が位置しているため、信号光または受信光の光路は、硬化した接着剤の屈折率や、接着剤の硬化状態や、硬化した接着剤に混入した気泡などにより変化してしまう。これにより、信号光または受信光の光結合効率が低くなってしまうことがある。
　本発明の目的は、信号光および受信光の光結合効率を維持しつつ、双方向の光通信ができる光モジュールを提供することである。
　本発明に係る光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、前記光電変換装置の上に配置され、光伝送体が接続された場合に前記発光素子および前記受光素子と前記光伝送体の端面とをそれぞれ光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、前記光レセプタクルは、前記発光素子から出射された信号光を入射させるための第１光学面と、前記第１光学面で入射した信号光を前記光伝送体の端面に向けて出射させ、かつ前記光伝送体から出射された受信光を入射させるための第２光学面と、前記第１光学面で入射した信号光を前記第２光学面に向けて透過させ、かつ前記第２光学面で入射した受信光を前記受光素子に向けて反射させるための透過反射部と、前記透過反射部を収容するための凹部と、前記透過反射部で反射した受信光を前記受光素子に向けて出射させるための第３光学面と、を有し、前記透過反射部は、前記信号光の光路以外の位置で前記凹部の内面に固定されており、前記基板の法線方向に沿って見たときに、前記凹部内における光路は、前記第２光学面と前記凹部との間の光路に対して傾斜している。
　本発明に係る他の光モジュールは、基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、前記光電変換装置の上に配置され、光伝送体が接続された場合に前記発光素子および前記受光素子と前記光伝送体の端面とをそれぞれ光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、前記光レセプタクルは、前記発光素子から出射された信号光を入射させるための第１光学面と、前記第１光学面で入射した信号光を前記光伝送体の端面に向けて出射させ、かつ前記光伝送体から出射された受信光を入射させるための第２光学面と、前記第１光学面で入射した信号光を前記第２光学面に向けて反射させ、かつ前記第２光学面で入射した受信光を前記受光素子に向けて透過させるための透過反射部と、前記透過反射部を収容するための凹部と、前記透過反射部で透過した受信光を前記受光素子に向けて出射させるための第３光学面と、を有し、前記透過反射部は、前記信号光の光路以外の位置で前記凹部の内面に固定されており、前記基板の法線方向に沿って見たときに、前記凹部内における光路は、前記第１光学面と前記凹部との間の光路に対して傾斜している。
　本発明によれば、信号光および受信光の光結合効率を維持しつつ、双方向の光通信ができる光モジュールを提供できる。
図１は、実施の形態１に係る光モジュールの断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光モジュールの平面図である。 図３Ａ、Ｂは、凹部の傾斜角度を説明するための図である。 図４Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光モジュールの構成を示す図である。 図５Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光モジュールの構成を示す他の図である。
　以下、本発明に係る一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　［実施の形態１］
　（光モジュールの構成）
　図１は、実施の形態１に係る光モジュール１００の断面図である。図２は、本実施の形態に係る光モジュール１００の平面図である。図３Ａは、凹部の傾斜角度を説明するための図であり、図３Ｂは、基板１２１に平行な断面において、凹部１４４内を通る受信光Ｌｒの光軸に対する透過反射部１４３の傾斜角度を説明するための図である。図１には、光モジュール１００における光路を示している。また、図３には、光モジュール１００における光路の光軸を示している。なお、図１では、光レセプタクル１４０内の光路を示すために光レセプタクル１４０の断面へのハッチングを省略している。
　図１および図２に示されるように、光モジュール１００は、発光素子１２２および受光素子１２３を含む基板実装型の光電変換装置１２０と、光レセプタクル１４０とを有する。光モジュール１００は、双方向光通信用の光モジュールであり、光レセプタクル１４０に光伝送体１６０がフェルール１６２を介して結合（以下、接続ともいう）されて使用される。光伝送体１６０の種類は、特に限定されず、光ファイバ、光導波路などが含まれる。本実施の形態では、光伝送体１６０は、光ファイバである。光ファイバは、シングルモード方式でもよいし、マルチモード方式でもよい。光伝送体１６０の数は、特に限定されない。本実施の形態では、光伝送体１６０の数は、１本である。
　光電変換装置１２０は、基板１２１と、発光素子１２２と、受光素子１２３とを有する。
　基板１２１は、例えば、ガラスコンポジット基板やガラスエポキシ基板、フレキブシル基板などである。基板１２１上には、発光素子１２２と、受光素子１２３とが配置されている。
　発光素子１２２は、基板１２１上に配置されており、基板１２１に対して垂直方向に光を出射する。発光素子は、例えば、発光ダイオードや、垂直共振器面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）である。発光素子１２２の数は、特に限定されない。本実施の形態では、発光素子１２２の数は、１つである。また、発光素子１２２の位置も、特に限定されない。また、光伝送体１６０からの反射光が発光素子１２２に戻ることを防止する観点から、発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓの凹部１４４内の光軸は、光伝送体１６０の端面１２５に対して傾斜していてもよい。
　受光素子１２３は、基板１２１上に配置されており、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒを受光する。受光素子１２３は、例えば、フォトディテクターである。受光素子１２３の数は、特に限定されず、例えば発光素子１２２と同数である。本実施の形態では、受光素子１２３の数は、１つである。
　光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０の基板１２１上に配置されている。光レセプタクル１４０は、光電変換装置１２０と光伝送体１６０との間に配置された状態で、発光素子１２２の発光面１２４と光伝送体１６０の端面１２５とを光学的に結合させ、かつ光伝送体１６０の端面１２５と受光素子１２３の受光面１２６とを光学的に結合させる。以下、光レセプタクル１４０の構成について詳細に説明する。
　（光レセプタクルの構成）
　光レセプタクル１４０は、透光性を有し、発光素子１２２の発光面１２４から出射された信号光Ｌｓを光伝送体１６０の端面１２５に向けて出射させる。また、光レセプタクル１４０は、光伝送体１６０の端面１２５から出射された受信光Ｌｒの一部を受光素子１２３の受光面１２６に向けて出射させる。光レセプタクル１４０は、第１光学面１４１と、反射面１４２と、透過反射部１４３と、凹部１４４と、第２光学面１４５と、第３光学面１４６と、を有する。
　光レセプタクル１４０は、光通信に用いられる波長の光に対して透光性を有する材料を用いて形成される。そのような材料の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。また、例えば、光レセプタクル１４０は、射出成形により製造される。
　第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓを屈折させて光レセプタクル１４０の内部に入射させる光学面である。第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓを、コリメート光、収束光、または拡散光に変換させうる。本実施の形態では、第１光学面１４１は、発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓをコリメート光に変換させる。本実施の形態では、第１光学面１４１の形状は、発光素子１２２に向かって凸状の凸レンズ面である。また、第１光学面１４１の平面視形状は、円形状である。第１光学面１４１の中心軸は、発光素子１２２の発光面１２４に対して垂直であることが好ましい。また、第１光学面１４１の中心軸は、発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓの光軸と一致することが好ましい。
　反射面１４２は、光レセプタクル１４０の天面側に形成された傾斜面であり、第１光学面１４１と凹部１４４（透過反射部１４３）との間の光路上に配置されている。反射面１４２は、第１光学面１４１で入射した光（発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓ）を、凹部１４４（透過反射部１４３）に向かって内部反射させる。反射面１４２は、光レセプタクル１４０の底面から天面に向かうにつれて、光伝送体１６０に近づくように傾斜している。本実施の形態では、反射面１４２の傾斜角度は、第１光学面１４１で入射した信号光Ｌｓの光軸に対して４５°である。反射面１４２には、第１光学面１４１で入射した信号光Ｌｓが、臨界角より大きな入射角で内部入射する。これにより、反射面１４２は、入射した信号光Ｌｓを基板１２１の表面に沿う方向に全反射させる。
　透過反射部１４３は、反射面１４２で反射した信号光Ｌｓを第２光学面１４５に向けて透過させ、かつ第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒの少なくとも一部を受光素子１２３に向けて反射させる。透過反射部１４３の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、透過反射部１４３は、信号光Ｌｓの波長の光を透過させ、かつ受信光Ｌｒの波長の光を反射させる波長分離フィルタである。本実施の形態では、透過反射部１４３は、光レセプタクル１４０の底面から天面に向かうにつれて第２光学面１４５（光伝送体１６０）に近づくように傾斜している。透過反射部１４３の傾斜角は、光レセプタクル１４０を側面視したとき（基板１２１の表面に沿う方向から見たとき）に、第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒの光軸に対して４５°である。
　透過反射部１４３は、凹部１４４の内面に固定されている。透過反射部１４３は、信号光Ｌｓの光路以外の位置で凹部１４４に対して固定されている。凹部１４４に対する透過反射部１４３の固定方法は、特に限定されない。本実施の形態では、凹部１４４の第１側面１４４ａと透過反射部１４３の第１側面１４４ａ側の端部とが、また凹部１４４の第２側面１４４ｂと透過反射部１４３の第２側面１４４ｂ側の端部とが、それぞれ接着剤により固定されている。また、本実施の形態では、透過反射部１４３は、凹部１４４内に配置したときに、光レセプタクル１４０を側面視したとき（基板１２１の表面に沿う方向から見たとき）に、受信光Ｌｒの光軸に対して４５°の傾斜となるように、その外形が加工されている。
　図３Ｂに示されるように、透過反射部１４３は、基板１２１の表面に平行な断面において、凹部１４４の内部を通る受信光Ｌｒ（信号光Ｌｓ）の光軸に対して垂直となるように傾斜している。
　凹部１４４は、その内部に透過反射部１４３を収容する。凹部１４４の形状は、透過反射部１４３を収容できれば特に限定されない。本実施の形態では、凹部１４４は、第１側面１４４ａと、第２側面１４４ｂとを有する略直方体形状である。
　第１側面１４４ａは、反射面１４２側の内側面である。第１側面１４４ａの形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第１側面１４４ａは、平面である。光レセプタクル１４０を平面視したときの第１側面１４４ａに入射する信号光Ｌｓと第１側面１４４ａとのなす角度のうち小さい角度θ１は、特に限定されない。当該角度θ１は、７０～８８°が好ましく、５５～８６°がより好ましい。当該角度θ１が７０°未満の場合、一部の光が反射してしまうおそれがある。一方、当該角度θ１が８８°超の場合、光伝送体１６０からの反射光が、発光素子１２２に戻り、信号光Ｌｓにノイズが発生するおそれがある。
　第２側面１４４ｂは、第２光学面１４５側の内側面である。第２側面１４４ｂの形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第２側面１４４ｂは、平面である。光レセプタクル１４０を平面視したときの第２側面１４４ｂで入射した信号光Ｌｓと第２側面１４４ｂとのなす角度のうち小さい角度θ２は、特に限定されない。当該角度θ２は、５５～８８°であり、７５～８６°がより好ましく、θ１と等しい角度がより好ましい。当該角度θ２が７０°未満の場合、一部の光が反射してしまうおそれがある。一方、当該角度θ２が８８°超の場合、光伝送体１６０からの反射光が、発光素子１２２に戻り、信号光Ｌｓにノイズが発生するおそれがある。言い換えると、第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒに対して第２側面１４４ｂは、傾斜している。
　光レセプタクル１４０を平面視したとき、第１側面１４４ａと、第２側面１４４ｂとは、平行であることが好ましい。すなわち、角度θ１と、角度θ２とは、同じ角度が好ましい。第１側面１４４ａおよび第２側面１４４ｂが平行であれば、凹部１４４を通過する前後の光線（第１側面１４４ａで凹部１４４内に出射される前の光線と、第２側面１４４ｂで光レセプタクル１４０内に再入射した光線）が平行になるので、光レセプタクル１４０の設計が容易である（図３の破線参照）。
　第２光学面１４５は、透過反射部１４３を透過した信号光Ｌｓを光伝送体１６０の端面１２５に向けて出射させ、かつ光伝送体１６０から出射した受信光Ｌｒを屈折させて光レセプタクル１４０の内部に入射させる光学面である。第２光学面１４５は、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒを、コリメート光、収束光、または拡散光に変換させうる。本実施の形態では、第２光学面１４５は、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒをコリメート光に変換させる。本実施の形態では、第２光学面１４５は、光レセプタクル１４０の側方の面に、光伝送体１６０の端面１２５と対向するように配置されている。第２光学面１４５の形状は、光伝送体１６０の端面１２５に向かって凸状の凸レンズ面である。これにより、第１光学面１４１で入射され、透過反射部１４３を透過した信号光Ｌｓを集光させて、光伝送体１６０の端面１２５に効率良く接続させることができる。
　第３光学面１４６は、光レセプタクル１４０の底面側に、受光素子１２３と対向するように配置されている。本実施の形態では、第３光学面１４６は、受光素子１２３に向かって凸状の凸レンズ面である。第３光学面１４６は、透過反射部１４３で反射した受信光Ｌｒを収束させて受光素子１２３に向けて出射させる。これにより、受信光Ｌｒを受光素子１２３に効率良く結合させることができる。第３光学面１４６の中心軸は、受光素子１２３の受光面１２６（基板１２１）に対して垂直であってもよいし、傾斜していてもよい。
　（光レセプタクル内の光路）
　ここで、光レセプタクル１４０内における光路について説明する。発光素子１２２から出射された信号光Ｌｓは、第１光学面１４１で光レセプタクル１４０の内部に入射する。第１光学面１４１で入射した信号光Ｌｓは、反射面１４２で凹部１４４（透過反射部１４３）に向けて内部反射する。反射面１４２で内部反射した信号光Ｌｓは、凹部１４４および透過反射部１４３を透過して、第２光学面１４５から光伝送体１６０の端面１２５に向けて出射される。このとき、透過反射部１４３は、信号光Ｌｓの光路以外の位置で凹部１４４の内部に固定されているため、信号光Ｌｓは、透過反射部１４３の固定手段（例えば接着剤）により進行を阻害されない。また、反射面１４２で反射した信号光Ｌｓは、第１側面１４４ａで屈折して凹部１４４の内部に出射される。そして、透過反射部１４３を透過し第２側面１４４ｂで屈折して光レセプタクル１４０の内部に再度入射する。
　一方、光伝送体１６０から出射された受信光Ｌｒは、第２光学面１４５で光レセプタクル１４０の内部に入射する。第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒのうち、一部の光は、凹部１４４の第２側面１４４ｂを透過し、透過反射部１４３で第３光学面１４６に向けて反射する。また、第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒのうち、他の一部の光は、凹部１４４の第２側面１４４ｂで反射される。このとき、反射面１４２と第２光学面１４５との間の光路を平面視したときに、凹部１４４内における光路は、第２光学面１４５と凹部１４４との間の光路に対して傾斜している。すなわち、基板１２１の法線方向に沿って見たときに、第２側面１４４ｂは、第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒに対して傾斜している。よって、受信光Ｌｒが第３光学面１４６（光伝送体１６０）に向けて反射しない。透過反射部１４３で反射した受信光Ｌｒは、第３光学面１４６から出射され、受光素子１２３に到達する。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る光モジュール１００では、透過反射部１４３は、信号光Ｌｓの光路以外の位置で凹部１４４の内部に固定されているため、固定方法に関わらず、信号光Ｌｓおよび受信光Ｌｒの光結合効率を維持できる。また、本実施の形態に係る光モジュール１００では、第２側面１４４ｂは、第２光学面１４５で入射した受信光Ｌｒに対して傾斜しているため、受信光Ｌｒが第２光学面１４５（光伝送体１６０）に向かって反射しない。
　なお、光レセプタクル１４０は、反射面１４２を有していなくてもよい。この場合、発光素子１２２および第１光学面１４１は、光レセプタクル１４０の側方に配置される。
　［実施の形態２］
　実施の形態２に係る光モジュールの光レセプタクル２４０は、光送信の多チャンネル化に対応したレンズアレイ型の光レセプタクルであること以外は、実施の形態１に係る光モジュールの光レセプタクル１４０と同様である。そこで、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。
　（光レセプタクルの構成）
　図４Ａ～Ｄは、透過反射部１４３が配置されていない光レセプタクル２４０の構成を示す図であり、図５Ａ～Ｄは、透過反射部１４３が配置された光レセプタクル２４０の構成を示す図である。図４Ａ、図５Ａは、実施の形態２に係る光モジュールの光レセプタクル２４０の平面図であり、図４Ｂ、図５Ｂは、底面図であり、図４Ｃ、図５Ｃは、右側面図であり、図４Ｄ、図５Ｄは、図４Ａ、図５Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　図４Ａ～Ｄおよび図５Ａ～Ｄに示されるように、実施の形態２に係る光モジュールの光レセプタクル２４０は、複数の第１光学面１４１と、反射面１４２と、透過反射部１４３と、複数の凹部１４４と、複数の第２光学面１４５と、複数の第３光学面１４６と、を有する。本実施の形態では、複数の光伝送体１６０は、多芯一括型のコネクター内に収容された状態で公知の取付手段を介して光レセプタクルに取り付けられる。
　光伝送体１６０、発光素子１２２および受光素子１２３の数は、複数であれば特に限定されない。本実施の形態では、光伝送体１６０、発光素子１２２および受光素子１２３の数は、それぞれ４つずつある。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る光モジュールは、実施の形態１に係る光モジュールと同様の効果を有する。
　本出願は、２０１８年９月３日出願の特願２０１８－１６４２９２に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本発明に係る光モジュールは、例えば光伝送体を用いた光通信に有用である。
　１００　光モジュール
　１２０　光電変換装置
　１２１　基板
　１２２　発光素子
　１２３　受光素子
　１２４　発光面
　１２５　端面
　１２６　受光面
　１４０、２４０　光レセプタクル
　１４１　第１光学面
　１４２　反射面
　１４３　透過反射部
　１４４　凹部
　１４４ａ　第１側面
　１４４ｂ　第２側面
　１４５　第２光学面
　１４６　第３光学面
　１６０　光伝送体
　１６２　フェルール
　Ｌｒ　受信光
　Ｌｓ　信号光

Claims (5)

  1. 　基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、
    　前記光電変換装置の上に配置され、光伝送体が接続された場合に前記発光素子および前記受光素子と前記光伝送体の端面とをそれぞれ光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、
    　前記光レセプタクルは、
    　前記発光素子から出射された信号光を入射させるための第１光学面と、
    　前記第１光学面で入射した信号光を前記光伝送体の端面に向けて出射させ、かつ前記光伝送体から出射された受信光を入射させるための第２光学面と、
    　前記第１光学面で入射した信号光を前記第２光学面に向けて透過させ、かつ前記第２光学面で入射した受信光を前記受光素子に向けて反射させるための透過反射部と、
    　前記透過反射部を収容するための凹部と、
    　前記透過反射部で反射した受信光を前記受光素子に向けて出射させるための第３光学面と、を有し、
    　前記透過反射部は、前記信号光の光路以外の位置で前記凹部の内面に固定されており、
    　前記基板の法線方向に沿って見たときに、前記凹部内における光路は、前記第２光学面と前記凹部との間の光路に対して傾斜している、
    　光モジュール。
  2. 　前記第１光学面と前記凹部との間の光路上に配置され、前記第１光学面で入射した光を前記透過反射部に向かって反射させるための反射面をさらに有する、請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置された受光素子とを有する光電変換装置と、
    　前記光電変換装置の上に配置され、光伝送体が接続された場合に前記発光素子および前記受光素子と前記光伝送体の端面とをそれぞれ光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、
    　前記光レセプタクルは、
    　前記発光素子から出射された信号光を入射させるための第１光学面と、
    　前記第１光学面で入射した信号光を前記光伝送体の端面に向けて出射させ、かつ前記光伝送体から出射された受信光を入射させるための第２光学面と、
    　前記第１光学面で入射した信号光を前記第２光学面に向けて反射させ、かつ前記第２光学面で入射した受信光を前記受光素子に向けて透過させるための透過反射部と、
    　前記透過反射部を収容するための凹部と、
    　前記透過反射部で透過した受信光を前記受光素子に向けて出射させるための第３光学面と、を有し、
    　前記透過反射部は、前記信号光の光路以外の位置で前記凹部の内面に固定されており、
    　前記基板の法線方向に沿って見たときに、前記凹部内における光路は、前記第１光学面と前記凹部との間の光路に対して傾斜している、
    　光モジュール。
  4. 　前記凹部と前記第２光学面との間の光路上に配置され、前記凹部を透過した受信光を前記第２光学面に向かって反射させるための反射面をさらに有する、請求項３に記載の光モジュール。
  5. 　前記基板の表面に沿う断面において、前記透過反射部は、前記凹部内の光路に対して垂直に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の光モジュール。
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