JP5999417B2 - 光通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、あるいは受光素子を有してなる光通信モジュールに関する。

従来、発光素子、あるいは受光素子を有してなる光通信モジュールは、半導体レーザ等の発光素子、あるいはフォトダイオード等の受光素子と、発光素子あるいは受光素子が設けられる素子設置部と、発光素子あるいは受光素子を光ファイバコネクタに光学的に結合させる光結合部材を含む光結合部と、を有してなる。
このような光通信モジュールは、発光素子から出射された光信号が光結合部材を介して光ファイバコネクタに伝送され、あるいは光ファイバコネクタから出射された光信号が、光結合部材を介して受光素子に伝送されるようになっている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

平２−３３１１５号公報 特開２００９−１９２５６６号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載の光通信モジュールは、発光素子、あるいは受光素子が実装されて保持される保持部品と、光結合部材が保持される保持部品とが別部品であり、発光素子あるいは受光素子と、光結合部材とを光結合効率の良い間隔に調整する場合、保持部品同士の位置を調整する必要があるため、組み付け作業が煩雑になってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易に組み付けることができる光通信モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る光通信モジュールは、発光素子、あるいは受光素子と、前記発光素子、あるいは前記受光素子が実装される素子実装部と、前記発光素子、あるいは前記受光素子を光ファイバコネクタに光学的に結合させる光結合部材を含む光結合部と、を有してなる光通信モジュールにおいて、前記素子実装部は、回路基板であり、前記光結合部材の前記発光素子あるいは前記受光素子と向かい合う側の端面である素子側端面が突き当てられる突き当て面と、前記突き当て面に対して凹み形状をなし、かつ底面に前記発光素子、あるいは前記受光素子が光結合のために定められた間隔をあけて前記素子側端面に向かい合うように配置され、さらに、前記底面に、前記発光素子、あるいは前記受光素子に電気的に接続される電子部品が前記発光素子、あるいは前記受光素子の近傍に配置される素子配置用凹部と、を有してなることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る光通信モジュールは、上記の発明において、前記素子実装部が相手接続基板との電気的接続がなされる電気接続パッドと、前記相手接続基板に形成された位置決め穴に嵌入されるように突出されてなる位置決め突部とを含み、かつ前記相手接続基板に対して面実装可能に形成されてなる相手基板接続用実装面を有してなることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る光通信モジュールは、上記の発明において、前記素子配置用凹部は、光透過性樹脂が充填されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る光通信モジュールは、前記光結合部材を前記突き当て面に突き
当てるだけで、前記発光素子あるいは前記受光素子と、前記光結合部材とを光結合効率の
良い間隔に設定することができるので、容易に組み付けることができる。
また、本発明の請求項１に係る光通信モジュールは、前記発光素子、あるいは前記受光素子と、前記電子部品とがボンディングワイヤによって接続される場合、ボンディングワイヤを短尺化させることが可能となり、結果的に高周波特性を向上させることができる。

本発明の請求項２に係る光通信モジュールは、前記位置決め穴と、前記位置決め突部との嵌合によって、前記素子実装部と、前記相手接続基板との保持強度を高めることができるので、前記光ファイバコネクタの挿抜時の応力に対して前記素子実装部と、前記相手接続基板との保持強度を向上させることができる。

本発明の請求項３に係る光通信モジュールは、光透過性樹脂が各素子配置用凹部に充填されることによって、各素子配置用凹部に配置された発光素子、受光素子、あるいは電子部品が光透過性樹脂によって覆われるので、発光素子、受光素子、あるいは電子部品を光透過性樹脂によって保護することができる。しかも、光透過性樹脂は、凹部に充填されるため、光透過性樹脂が充填必要箇所以外に流れ出ることを防止することができる。

図１は、本発明の実施例に係る光通信モジュールの分解斜視図である。 図２は、図１に示した光通信モジュールの斜視図である。 図３は、図１に示した素子実装部の拡大斜視図である。 図４は、図１に示した素子実装部の突き当て面周辺を拡大した一部断面図である。 図５は、図３に示した素子実装部のＡ−Ａ線断面図である。 図６は、図１に示した素子実装部の各突き当て面に各光結合部材が突き当てられている状態を示した図である。 図７は、図６に示した一の光結合部材と、突き当て面周辺を断面で示した図である。 図８は、図１に示した光通信モジュールが相手接続基板に位置決めされながら取り付けされることを説明するための図である。 図９は、光通信モジュールの組み付け手順を示した図である。 図１０は、本発明の実施例の変形例１の光通信モジュールの分解斜視図である。 図１１は、本発明の実施例の変形例２の光通信モジュールの分解斜視図である。 図１２は、本発明の実施例の変形例３の光通信モジュールの分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る光通信モジュールの好適な実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る光通信モジュール１の分解斜視図である。
なお、図１には、光通信モジュールに接続される二つの光ファイバコネクタを追加して示している。
図２は、図１に示した光通信モジュール１の斜視図である。図３は、図１に示した素子実装部２０の拡大斜視図である。図４は、図１に示した素子実装部２０の突き当て面２１周辺を拡大した一部断面図である。図５は、図３に示した素子実装部２０のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図１に示した素子実装部２０の各突き当て面２１に各光結合部材７０が突き当てられている状態を示した図である。図７は、図６に示した一の光結合部材７０と、突き当て面２１周辺を断面で示した図である。図８は、図１に示した光通信モジュール１が相手接続基板２００に位置決めされながら取り付けされることを説明するための図である。
本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、二つの光ファイバコネクタ１００，１００ぞれぞれと、発光素子１０、あるいは受光素子１１との間で光信号を光学的に接続するものである。
この光通信モジュール１は、発光素子１０および受光素子１１、発光素子１０および受光素子１１が実装される素子実装部２０、発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれを各光ファイバコネクタ１００，１００に光学的に結合させる二つの光結合部材７０，７０を含む光結合部６０と、を有してなる。

まず、発光素子１０および受光素子１１について説明する。
発光素子１０は、レーザーダイオード等によって実現され、素子実装部２０に実装される。この発光素子１０は、素子実装部２０を介して伝達された電気信号を光信号に変換し、変換された光信号として光を出射するものである。
受光素子１１は、フォトダイオード等によって実現され、素子実装部２０に実装される。この受光素子１１は、一の光ファイバコネクタ１００から光信号として一の光結合部材７０に入射され、光結合部材７０から出射された光を電気信号に変換するものである。

次に、素子実装部２０について説明する。
素子実装部２０は、プリント配線板等の回路基板によって実現され、発光素子１０、および受光素子１１、さらには光通信モジュール１の構成上必要な、集積回路（ＩＣ）、抵抗、コンデンサ等の電子部品１２，１２が実装されている。
この素子実装部２０は、発光素子１０、受光素子１１のそれぞれに対応した各光結合部材７０，７０が突き当てされる突き当て面２１，２１と、発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれが配置される素子配置用凹部３０，３０と、各光結合部材７０，７０の位置決め機能をなす位置決めガイド壁部４０，４０と、素子実装部２０が相手接続基板２００（図８参照）に対して面実装可能に形成されてなる相手基板接続用実装面５０と、を有してなる。

各突き当て面２１，２１は、各光結合部材７０，７０の発光素子１０、あるいは受光素子１１と向かい合う側の端面である各素子側端面７０ａ，７０ａが付き当てられる面である。

素子配置用凹部３０，３０は、発光素子１０および受光素子１１のそれぞれが配置されるように二箇所に並んで設けられ、各突き当て面２１，２１に対して凹み形状をなし、かつ各底面３０ａ，３０ａに発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれが光結合のために定められた間隔をあけて各素子側端面７０ａ，７０ａに向かい合うように配置される部分である。
より具体的には、各素子配置用凹部３０，３０は、発光素子１０、あるいは受光素子１１の周辺の上縁面が突き当て面２１，２１となり、その凹み深さが、発光素子１０、あるいは受光素子１１と、各光結合部材７０，７０との光結合効率を良くするために定められた間隔に等しくなるように設定されている。

また、各素子配置用凹部３０，３０には、ジャンクションコーティングレジン（ＪＣＲ）等の光透過性樹脂３１が充填されている。このように光透過性樹脂３１が充填されることによって、光透過性樹脂３１が発光素子１０と、受光素子１１と、電子部品１２とを外気から保護するようになっている。このような光透過性樹脂３１は、凹部に充填されることによって、充填必要箇所以外に流れ出ることなく各素子配置用凹部３０，３０に封入される。

なお、光透過性樹脂３１は、各突き当て面２１，２１に面一になるように、あるいは各突き当て面２１，２１に対して突出されないように各素子配置用凹部３０，３０に充填されることによって、各突き当て面２１，２１の機能を妨げないようになっている。

各位置決めガイド壁部４０，４０は、各突き当て面２１，２１に対して突出され、かつ各突き当て面２１，２１に突き当てられた各光結合部材７０，７０の外周面７０ｂ，７０ｂに沿って設けられてなり、素子実装部２０に対する各光結合部材７０，７０の位置決め機能をなすものである。
より具体的には、各位置決めガイド壁部４０，４０は、各光結合部材７０，７０の外周面７０ｂ，７０ｂに対応した円周状に立設された壁であり、各光結合部材７０，７０が上端部４０ａ，４０ａから各突き当て面２１，２１に向けて調芯されながら差しこまれるようになっている。

また、各光結合部材７０，７０に対応した位置決めガイド壁部４０，４０は、各光結合部材７０，７０が互いに向かい合う側の各光結合部材７０，７０の各外周面７０ｂ，７０ｂを囲うように設けられてなる。このように発光素子１０、および受光素子１１の実装領域を光結合部材７０，７０および位置決めガイド壁部４０，４０によって囲い込むことによって、発光素子１０、および受光素子１１の実装領域における光漏れを抑制し、結果的に発光素子１０と受光素子１１との間の光のクロストークが抑制されるようになっている。

相手基板接続用実装面５０は、図３に示すように、相手接続基板２００との電気的接続がなされる電気接続パッド５１と、相手接続基板２００に形成された３つの位置決め穴２０１に嵌入されるように突出されてなる３つの位置決め突部５２とを含み、かつ相手接続基板２００に対して面実装可能に形成されてなる。
この相手基板接続用実装面５０は、素子実装部２０の基板端２０ａが直角に屈曲されることによって形成された端縁面である。すなわち、素子実装部２０は、図８に示すように、発光素子１０および受光素子１１が実装される実装面が相手接続基板２００の接続面２００ａに対して直交するようにして相手接続基板２００に接続される。

なお、この実施例では、相手接続基板２００に３つの位置決め穴２０１が形成され、素子実装部２０が３つの位置決め穴２０１に対応して設けられた３つの位置決め突部５２を含むものを例示したが、これに限らず、相手接続基板２００に１以上の位置決め穴２０１が形成され、素子実装部２０が位置決め穴２０１に対応して数だけ設けられた位置決め突部５２を含むようになっていればよい。

次に、光結合部６０について説明する。
光結合部６０は、発光素子１０および受光素子１１のそれぞれに対応した二つの光結合部材７０，７０と、各光結合部材７０，７０が割スリーブ８０に取り付けされた状態で収容される結合部材収容部９０と、を有してなる。

各光結合部材７０，７０は、いわゆる光ファイバスタブによって実現される。より具体的には、各光結合部材７０，７０は、セラミック材等からなる円柱状の光ファイバ保持部６１の軸心に貫通孔６１ａが形成され、この貫通孔６１ａ内に光ファイバ６２が挿通され、かつ固定されてなる。

各割スリーブ８０，８０は、各光結合部６０，６０を結合部材収容部９０の後述する各筒状部９２，９２内の所定位置に固定するための部材である。
この割スリーブ８０，８０は、金属性の薄板を筒状に形成され、軸方向に形成されたスリット８０ａ，８０ａによって径方向に弾性収縮可能な筒状金属部材である。このような割スリーブ８０，８０は、筒内に光結合部材７０，７０の一部を挿入された状態でその外周面が後述する筒状部９２，９２の内面に当接されることによって光結合部材７０，７０を筒状部９２の所定位置に固定するようになっている。

結合部材収容部９０は、直方体形状をなし、かつ素子実装部２０に取り付けされる側の取り付け面９１ａを有してなる基部９１と、基部９１の長手方向に並ぶようにして二箇所に設けられた筒状部９２，９２とを有してなる。
各筒状部９２，９２は、筒の内径が各割スリーブ８０，８０に取り付けされた各光結合部材７０，７０を収容可能な大きさに設定されている。
また、各筒状部９２，９２は、筒状に突出された端部が各光ファイバコネクタ１００，１００の挿入口９２ａになっており、各割スリーブ８０，８０内に先端部分が挿入された各光ファイバコネクタ１００，１００が各光結合部材７０，７０に当接されることによって、各光ファイバコネクタ１００，１００と各光結合部材７０，７０とが接続されるようになっている。
また、結合部材収容部９０と素子実装部２０とは、例えば、取り付け面９１ａに塗布された接着剤を介して固定させる。あるいは、結合部材収容部９０と素子実装部２０とは、例えば、不図示の係合部によって固定される。

このような光通信モジュール１は、各光結合部材７０，７０が、素子側端面７０ａ，７０ａを突き当て面２１，２１に突き当てられながら素子実装部２０に取り付けられた場合、各光結合部材７０，７０は、発光素子１０、あるいは受光素子１１に対して光結合のために定められた間隔をあけて配置される。
このため、各光ファイバコネクタ１００，１００が各挿入口９２ａ，９２ａに挿入され、各光結合部材７０，７０の素子側端面７０ａ，７０ａとは逆側の端面に当接されることによって、各光ファイバコネクタ１００，１００と、発光素子１０あるいは受光素子１１とが光結合される。

ここで、図９を用いて光通信モジュール１の組み付け手順について説明する。図９は、光通信モジュール１の組み付け手順を示した図である。なお、この組み付け作業は、自動組み立て装置等を用いても構わない。
まず、作業者は、各光結合部材７０，７０を各割スリーブ８０，８０に取り付けた状態で、結合部材収容部９０の各筒状部９２，９２内に仮セットする（図９（ａ）参照）。ここで仮セットとは、各光結合部材７０，７０の素子側端面７０ａが結合部材収容部９０の取り付け面９１ａに対して突出された状態で保持されるようにすることである。この仮セット状態では、各光結合部材７０，７０の素子側端面７０ａが押圧されることによって、各光結合部材７０，７０が各筒状部９２，９２内の取り付け完了位置まで押し込み可能な状態になっている。

その後、作業者は、仮セットされた各光結合部材７０，７０を各位置決めガイド壁部４０，４０によってガイドさせながら、各突き当て面２１，２１に突き当てる（図９（ｂ）参照）。これにより、各光結合部材７０，７０が、発光素子１０、あるいは受光素子１１に対して光結合のために定められた間隔をあけて配置される。

その後、作業者は、結合部材収容部９０の取り付け面９１ａが、素子実装部２０に当接されるように素子実装部２０と結合部材収容部９０とを固定させる（図９（ｃ）参照）。これにより、各光結合部材７０，７０が各筒状部９２，９２内の所定位置に配置され、光通信モジュール１の組み付けが完了される。
なお、光通信モジュール１への各光ファイバコネクタ１００，１００の接続、および相手接続基板２００の取り付け作業は、この光通信モジュール１の組み付け作業の前に行ってもよいし、この光通信モジュール１の組み付け作業が完了した後に行ってもよい。

本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、各光結合部材７０，７０を各突き当て面２１，２１に突き当てるだけで、発光素子１０および受光素子１１のそれぞれと、各光結合部材７０，７０とを光結合効率の良い間隔に設定することができるので、容易に組み付けることができる。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、各位置決めガイド壁部４０，４０によって発光素子１０および受光素子１１のそれぞれと、各光結合部材７０，７０との位置決めを容易に行うことができる。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれの実装領域を光結合部材７０，７０および位置決めガイド壁部４０，４０によって囲い込むことによって、発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれの実装領域における光漏れを抑制し、結果的に発光素子１０と受光素子１１との間の光のクロストークが抑制さる。しかも、発光素子１０と受光素子１１との間の光のクロストークが抑制できるので、発光素子１０と受光素子１１とを互いに近づけて配置することができ、結果的に光通信モジュール１をコンパクト化することができる。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、発光素子１０、あるいは受光素子１１と、電子部品１２とがボンディングワイヤによって接続される場合、ボンディングワイヤを短尺化させることが可能となり、結果的に高周波特性を向上させることができる。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、位置決め穴２０１と、位置決め突部５２との嵌合によって、素子実装部２０と、相手接続基板２００との保持強度を高めることができるので、各光ファイバコネクタ１００の挿抜時の応力に対して素子実装部２０と、相手接続基板２００との保持強度を向上させることができる。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１は、光透過性樹脂３１が各素子配置用凹部３０，３０に充填されることによって、各素子配置用凹部３０，３０に配置された発光素子１０、受光素子１１、あるいは電子部品１２が光透過性樹脂３１によって覆われるので、発光素子１０、受光素子１１、あるいは電子部品１２を光透過性樹脂３１によって保護することができる。しかも、光透過性樹脂３１は、凹部に充填されるため、光透過性樹脂３１が充填必要箇所以外に流れ出ることを防止することができる。

（変形例１）
次に、図１０を用いて本発明の実施例の光通信モジュール１の変形例１について説明する。図１０は、本発明の実施例の変形例１の光通信モジュール２の分解斜視図である。
なお、図１０には、光通信モジュール２に接続される二つの光ファイバコネクタ１００，１００を追加して示している。
この変形例１の光通信モジュール２は、発光素子１０と、受光素子１１とが別体の素子実装部２２，２３に設けられている点で実施例の光通信モジュール１と異なる。
なお、その他の構成は実施例と同様であり、実施例と同一構成部分には同一符号を付している。

この変形例１の光通信モジュール２は、実施例の光通信モジュール１と同様な効果を奏することができる。

（変形例２）
次に、図１１を用いて本発明の実施例の光通信モジュール１の変形例２について説明する。図１１は、本発明の実施例の変形例２の光通信モジュール３の分解斜視図である。
なお、図１１には、光通信モジュール３に接続される二つの光ファイバコネクタ１００，１００を追加して示している。
この変形例２の光通信モジュール３は、光ファイバスタブに代わって、屈折率分布型レンズ、いわゆるＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）レンズを光結合部材７１，７１として用いている点で実施例の光通信モジュール１と異なる。
なお、その他の構成は実施例と同様であり、実施例と同一構成部分には同一符号を付している。

各光結合部材７１，７１は、実施例の光結合部材７０，７０と同形状の円柱状をなし、発光素子１０、および受光素子１１のそれぞれを各光ファイバコネクタ１００，１００に光学的に結合させる機能をなしている。

この変形例２の光通信モジュール３は、実施例の光通信モジュール１と同様な効果を奏することができる。

（変形例３）
次に、図１２を用いて本発明の実施例の光通信モジュール１の変形例３について説明する。図１２は、本発明の実施例の変形例３の光通信モジュール４の分解斜視図である。
なお、図１２には、光通信モジュール４に接続される二つの光ファイバコネクタを追加して示している。
この変形例３の光通信モジュール４は、素子実装部２０がリードフレーム５３を介して、相手接続基板２００に接続される点で実施例の光通信モジュール１と異なる。
なお、その他の構成は実施例と同様であり、実施例と同一構成部分には同一符号を付している。

この変形例３の光通信モジュール４は、実施例の光通信モジュール１と同様に、各光結合部材７０，７０を各突き当て面２１，２１に突き当てるだけで、発光素子１０および受光素子１１のそれぞれと、各光結合部材７０，７０とを光結合効率の良い間隔に設定することができるので、容易に組み付けることができる。

なお、本発明の実施の実施例に係る光通信モジュール１，２，３，４は、素子実装部２０，２２，２３が位置決めガイド壁部４０，４０を有してなるものを例示したが、これに限らず、素子実装部２０，２２，２３が位置決めガイド壁部４０，４０を有しない構造であっても構わない。この場合、結合部材収容部９０，９３，９４と素子実装部２０，２２，２３との間に各光結合部材７０，７０が各突き当て面２１，２１に位置決めされるように位置決め機能を持たせるとよい。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１，２，３，４は、素子実装部２０，２２，２３が回路基板であるものを例示したが、これに限らず、発光素子１０、あるいは受光素子１１が実装されるものであればその他のものであっても構わない。例えば、素子実装部が絶縁性の板状部材であり、リード線を介して相手接続基板２００に接続されるようにしてもよい。

また、本発明の実施例に係る光通信モジュール１，２，３，４は、素子配置用凹部３０，３０に、発光素子１０、あるいは受光素子１１以外にその他電子部品１２が配置されるものを例示したがこれに限らず、素子配置用凹部３０，３０には発光素子１０、あるいは受光素子１１が配置されていればよい。

以上、本発明者によってなされた発明を、上述した発明の実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上述した発明の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１，２，３，４ 光通信モジュール
１０ 発光素子
１１ 受光素子
１２ 電子部品
２０，２２，２３ 素子実装部
２０ａ 基板端
２１ 突き当て面
３０ 素子配置用凹部
３０ａ 底面
３１ 光透過性樹脂
４０ 位置決めガイド壁部
４０ａ 上端部
５０ 相手基板接続用実装面
５１ 電気接続パッド
５２ 位置決め突部
５３ リードフレーム
６０ 光結合部
６１ 光ファイバ保持部
６１ａ 貫通孔
６２ 光ファイバ
７０，７１ 光結合部材
７０ａ，７１ａ 素子側端面
７０ｂ，７１ｂ 外周面
８０ 割スリーブ
８０ａ スリット
９０，９３，９４ 結合部材収容部
９１ 基部
９１ａ 取り付け面
９２ 筒状部
９２ａ 挿入口
１００ 光ファイバコネクタ
２００ 相手接続基板
２００ａ 接続面
２０１ 位置決め穴

Claims (3)

1. 発光素子、あるいは受光素子と、前記発光素子、あるいは前記受光素子が実装される素子実装部と、前記発光素子、あるいは前記受光素子を光ファイバコネクタに光学的に結合させる光結合部材を含む光結合部と、を有してなる光通信モジュールにおいて、
   前記素子実装部は、
   回路基板であり、
   前記光結合部材の前記発光素子あるいは前記受光素子と向かい合う側の端面である素子側端面が突き当てられる突き当て面と、
   前記突き当て面に対して凹み形状をなし、かつ底面に前記発光素子、あるいは前記受光素子が光結合のために定められた間隔をあけて前記素子側端面に向かい合うように配置され、さらに、前記底面に、前記発光素子、あるいは前記受光素子に電気的に接続される電子部品が前記発光素子、あるいは前記受光素子の近傍に配置される素子配置用凹部と、
   を有してなることを特徴とする光通信モジュール。
2. 前記素子実装部は、
   相手接続基板との電気的接続がなされる電気接続パッドと、前記相手接続基板に形成された位置決め穴に嵌入されるように突出されてなる位置決め突部とを含み、かつ前記相手接続基板に対して面実装可能に形成されてなる相手基板接続用実装面
   を有してなることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 前記素子配置用凹部は、
   光透過性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信モジュール。

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