JP2015014748A - 光レセプタクルおよび光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から出射された光を監視しつつ、発光素子から出射された光を基板に沿った方向に出射させることができる光レセプタクルを提供すること。
【解決手段】光レセプタクル３００は、発光素子２２０からの光Ｌを入射させる第１光学面３１０と、光Ｌを基板２１０に沿って反射させる反射面３２０と、反射面３２０で反射した光Ｌをモニター光Ｌｍと信号光Ｌｓに分離する光分離部３３０と、モニター光Ｌｍを受光素子２３０に向けて出射させる第２光学面３４０と、信号光Ｌｓを光ファイバー４００に向けて出射させる第３光学面３５０とを有する。光分離部３３０は、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に対する垂直面である複数の分割透過面３３２と、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に対する傾斜面である複数の分割反射面３３１とを有する。分割透過面３３２および分割反射面３３１は、第１の方向と第２の方向おいて交互に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光レセプタクルおよびこれを有する光モジュールに関する。

以前から、光ファイバーを用いた光通信には、面発光レーザー（例えば、ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの発光素子を備えた光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、光ファイバーの端面に入射させる光レセプタクルを有する。

また、光モジュールには、温度変化に対する発光素子の出力特性の安定化や光出力の調整を目的として、発光素子から出射された光の強度や光量を監視（モニター）するように構成されているものがある。

たとえば、特許文献１，２には、発光素子および監視用の受光素子を内包したパッケージ型の光電変換装置が記載されている。パッケージ型の光電変換装置では、発光素子から出射された光の一部をパッケージのガラス窓によってモニター光として受光素子側に反射させる。しかしながら、特許文献１，２に記載のパッケージ型の光電変換装置は、高周波の駆動になると、発光素子に接続された配線から電磁波が漏れることによってクロストークが生じる場合がある。このような場合には、１０Ｇｂｐｓ以上の高速通信に対応することが困難となる。さらに、パッケージ型の光電変換装置を使用した光モジュールは、小型化が難しい。

これに対して、回路基板に発光素子が実装された基板実装型の光電変換装置は、パッケージ型の光電変換装置のように、クロストークが生じることはなく、部品点数、コストの削減および小型化が可能などの利点を有する。しかし、基板実装型の光電変換装置は、ガラス窓を有しないため、発光素子側にモニター光を発生させる機能を備えることが困難である。

このような問題に対して、例えば特許文献３では、光レセプタクルに、発光素子から出射された光の一部をモニター光として受光素子側に反射させるための反射面を配置した光モジュールが提案されている。これにより、発光素子の出力の監視を伴う安定的な高速通信を実現している。

特開２０００−３４０８７７号公報 特開２００４−２２１４２０号公報 特開２００８−１５１８９４号公報

特許文献３に記載の光モジュールでは、発光素子から出射された光は、光ファイバーの端面において光電変換装置の基板に垂直な方向となるように、光レセプタクルから取り出される。しかしながら、光モジュールの使用態様によっては、発光素子から出射された光を、光ファイバーの端面において基板に沿った方向となるように光レセプタクルから取り出すことが求められる場合がある。このような場合には、特許文献３に記載の発明とは違った手法が求められる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたものであり、発光素子を監視するためのモニター光を取り出しつつ、発光素子から出射された光を基板に沿った方向に出射させることができる光レセプタクルおよびこれを有する光モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光レセプタクルは、発光素子および前記発光素子から出射された光を監視するための受光素子が基板上に配置された光電変換装置と、光ファイバーとの間に配置され、前記発光素子と前記光ファイバーの端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、前記発光素子から出射された光を入射させる第１光学面と、前記第１光学面から入射した光を、前記基板に沿った方向に反射させる反射面と、前記反射面で反射した光の一部を出射させる出射領域および前記出射領域から出射した光を入射させる入射面を有する凹部と、前記出射領域に配置され、前記反射面で反射した光を前記受光素子に向かうモニター光と前記光ファイバーの端面に向かう信号光とに分離し、前記モニター光を前記受光素子に向けて反射させ、前記信号光を前記凹部に出射させる光分離部と、前記光分離部で分離した前記モニター光を前記受光素子に向けて出射させる第２光学面と、前記光分離部から出射された後、前記入射面から入射した前記信号光を前記光ファイバーの端面に向けて出射させる第３光学面と、を有し、前記光分離部は、前記反射面で反射した光を透過させ、前記凹部に出射させる複数の分割透過面と、複数の前記分割透過面と異なる領域に形成され、前記反射面で反射した光を前記第２光学面に向けて反射させる複数の分割反射面とを有し、前記分割透過面は、前記反射面で反射した光の光軸に対する垂直面であり、前記分割反射面は、前記反射面で反射した光の光軸に対する傾斜面であり、前記分割透過面および前記分割反射面は、前記分割反射面の傾斜方向である第１の方向と、前記分割反射面に沿い、かつ前記第１の方向に直交する第２の方向とにおいて交互に配置されている、構成を採る。

本発明に係る光モジュールは、発光素子および前記発光素子から出射された光を監視するための受光素子が基板上に配置された光電変換装置と、本発明に係る光レセプタクルと、を有する、構成を採る。

本発明の光レセプタクルを有する光モジュールは、発光素子から出射された光を監視しつつ、発光素子から出射された光を基板に沿った方向に出射させることができる。

本発明の実施の形態１に係る光モジュールの断面図（光路図）である。 図２Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図３Ａ，Ｂは、光分離部の構成を示す図である。 図４Ａ，Ｂは、光分離部の構成を示す部分拡大図である。 比較用の光レセプタクルの光分離部の斜視図である。 図６Ａ，Ｂは、信号光の光路上におけるスポット形状のシミュレーション結果を示す図である。 図７Ａ〜Ｃは、実施の形態１の変形例１〜３に係る光モジュールの断面図（光路図）である。 図８Ａ〜Ｃは、実施の形態１の変形例４〜６に係る光モジュールの断面図（光路図）である。 実施の形態２に係る光モジュールの断面図（光路図）である。 図１０Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る光レセプタクルの構成を示す図である。 図１１Ａ〜Ｃは、実施の形態２の変形例１〜３に係る光モジュールの断面図（光路図）である。

以下、本発明に係る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、本発明の実施の形態１に係る光モジュール１００の断面図である。図１では、光レセプタクル３００内の光路を示すために光レセプタクル３００の断面へのハッチングを省略している。

図１に示されるように、光モジュール１００は、発光素子２２０を含む基板実装型の光電変換装置２００と、光レセプタクル３００とを有する。光モジュール１００は、光レセプタクル３００に光ファイバー４００が接続されて使用される。光電変換装置２００および光レセプタクル３００は、接着剤（例えば、熱／紫外線硬化性樹脂）などの公知の固定手段によって固定される。そして、光レセプタクル３００は、光電変換装置２００と光ファイバー４００との間に配置された状態で、発光素子２２０と光ファイバー４００の端面４１０とを光学的に結合させる。

光電変換装置２００は、半導体基板２１０、発光素子２２０、受光素子２３０および制御部２４０を有する。

発光素子２２０は、半導体基板２１０上に配置されており、半導体基板２１０の表面に対して垂直方向にレーザー光Ｌを出射する。発光素子２２０は、例えば垂直共振器面レーザー（ＶＣＳＥＬ）である。

受光素子２３０は、半導体基板２１０の発光素子２２０が配置されている面と同一面上に配置されており、発光素子２２０から出射されたレーザー光Ｌの出力（例えば、強度や光量）を監視するためのモニター光Ｌｍを受光する。受光素子２３０は、例えばフォトディテクターである。

制御部２４０は、半導体基板２１０の発光素子２２０および受光素子２３０が配置されている面と同一面上に配置されており、図外の配線を介して発光素子２２０および受光素子２３０と電気的に接続されている。制御部２４０は、受光素子２３０によって受光されたモニター光Ｌｍの強度や光量に基づいて、発光素子２２０から出射するレーザー光Ｌの出力を制御する。

光レセプタクル３００は、第１光学面３１０および発光素子２２０が対向し、かつ第２光学面３４０および受光素子２３０が対向するように、光電変換装置２００の上に配置されている。光レセプタクル３００は、光透過性の材料からなり、例えば射出成形により一体として製造される。光レセプタクル３００は、光電変換装置２００の発光素子２２０から出射された光Ｌを第１光学面３１０から内部に入射させ、光Ｌをモニター光Ｌｍと信号光Ｌｓとに分離する。そして、光レセプタクル３００は、モニター光Ｌｍを第２光学面３４０から光電変換装置２００の受光素子２３０に向けて出射させ、信号光Ｌｓを第３光学面３５０から光ファイバー４００の端面に向けて出射させる。

本実施の形態の光モジュール１００は、光レセプタクル３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光レセプタクル３００については、別途改めて詳細に説明する。

前述のとおり、光レセプタクル３００には、光ファイバー４００が接続される。光ファイバー４００は、シングルモード方式またはマルチモード方式の光ファイバーである。

（光レセプタクルの構成）
図２Ａは、光レセプタクル３００の平面図であり、図２Ｂは、光レセプタクル３００の底面図である。図１および図２に示されるように、光レセプタクル３００は、略直方体形状の部材である。光レセプタクル３００は、光通信に用いられる波長の光に対して光透過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や環状オレフィン樹脂などの透明な樹脂が含まれる。光レセプタクル３００は、例えば射出成形により一体として製造されうる。

まず、この直方体の６つの面（天面、底面、正面、背面、右側面および左側面）を基準として、光レセプタクル３００の形状について説明する。以下の説明では、光レセプタクル３００の光ファイバー４００側の面を「右側面」として説明する。なお、光レセプタクル３００を射出成形により製造する場合には、右側面および左側面に型抜きのためにテーパを形成してもよい。

図１および図２Ｂに示されるように、底面には、四角錐台形状の第１凹部３６０が形成されている。第１凹部３６０は、発光素子２２０、受光素子２３０および制御部２４０を収容する空間である。第１凹部３６０の底面は、半導体基板２１０の表面と平行である。第１凹部３６０の底面には、発光素子２２０に対向するように第１光学面３１０が形成されており、受光素子２３０に対向するように第２光学面３４０が形成されている。なお、第１凹部３６０の形状は、特に限定されず、例えば直方体形状であってもよい。

また、天面には、五角柱形状の第２凹部３７０および略五角柱形状の第３凹部３８０が直方体の長手方向に並んで形成されている。第２凹部３７０の内面の一部は、反射面３２０として機能する。一方、第３凹部３８０の内面の一部は光分離部３３０（入射領域）として機能し、光分離部３３０に対向する内面は入射面３８１として機能する。なお、第２凹部３７０の形状は、反射面３２０を所定の位置に配置することができれば、特に限定されない。また、第３凹部３８０の形状も、光分離部３３０および入射面３８１を所定の位置に配置することができれば、特に限定されない。

さらに、右側面には、光ファイバー４００を接続するための、筒形状の光ファイバー取付部３９０が設けられている。光ファイバー取付部３９０は、円柱形状の第４凹部３９１と、第４凹部３９１の底面に形成された円柱形状の第５凹部３９２とを有する。第４凹部は、光ファイバー４００の端部に取り付けられた円筒形状のフェルール４２０を装着するための部位である。光ファイバー４００の端部は、フェルール４２０を取り付けられた状態で光ファイバー取付部３９０（第４凹部３９１）に挿入されることで、半導体基板２１０の表面と平行に配置される。第５凹部３９２の底面には、装着された光ファイバー４００の端面４１０と対向するように、第３光学面３５０が形成されている。第３光学面３５０の中心軸は、光ファイバー４００の端面４１０の中心軸に一致している。

次に、光レセプタクル３００の光学的な構成要素について説明する。

図１および図２に示されるように、光レセプタクル３００は、第１光学面３１０、反射面３２０、光分離部３３０、第２光学面３４０、入射面３８１および第３光学面３５０を有する。

第１光学面３１０は、光レセプタクル３００の底面側に、発光素子２２０と対向するように配置されている。本実施の形態では、第１光学面３１０は、凸レンズ面である。第１光学面３１０は、発光素子２２０から出射された光Ｌを光レセプタクル３００内に入射させる。このとき、第１光学面３１０は、入射した光Ｌをコリメート光Ｌに変換する。そして、第１光学面３１０によって変換されたコリメート光Ｌは、反射面３２０に向かって進行する。第１光学面３１０の中心軸は、発光素子２２０の発光面（および半導体基板２１０の表面）に対して垂直である。第１光学面３１０の中心軸は、発光素子２２０から出射された光Ｌの光軸と一致することが好ましい。

反射面３２０は、光レセプタクル３００の天面側に形成された傾斜面である。反射面３２０は、光レセプタクル３００の底面から天面に向かうにつれて、光ファイバー４００に近づくように傾斜している。本実施の形態では、反射面３２０の傾斜角度は、第１光学面３１０から入射した光Ｌの光軸に対して４５°である。反射面３２０には、第１光学面３１０から入射したコリメート光Ｌが、臨界角より大きな入射角で内部入射する。反射面３２０は、入射した光Ｌを半導体基板２１０の表面に沿う方向に全反射させる。

光分離部３３０（第３凹部３８０の入射領域）は、複数の面からなる領域であり、光レセプタクル３００の天面側に配置されている。光分離部３３０は、反射面３２０で反射したコリメート光Ｌを受光素子２３０に向かうモニター光Ｌｍと、光ファイバー４００の端面４１０に向かう信号光Ｌｓとに分離する。信号光Ｌｓは、第３凹部３８０に出射される。本実施の形態の光モジュール１００は、光レセプタクル３００の光分離部３３０に主たる特徴を有する。そこで、光分離部３３０については、別途改めて詳細に説明する。

第２光学面３４０は、光レセプタクル３００の底面側に、受光素子２３０と対向するように配置されている。本実施の形態では、第２光学面３４０は、凸レンズ面である。第２光学面３４０は、光分離部３３０で分離したコリメート光Ｌを収束させて受光素子２３０に向けて出射する。これにより、モニター光Ｌｍを受光素子２３０に効率良く結合させることができる。第２光学面３４０の中心軸は、受光素子２３０の受光面（半導体基板２１０）に対して垂直であることが好ましい。

入射面３８１は、光レセプタクル３００の天面側に配置されており、光分離部３３０で出射された信号光Ｌｓを光レセプタクル３００内に再度入射させる。本実施の形態では、入射面３８１は、光分離部３３０で分離した信号光Ｌｓに対する垂直面である。これにより、光ファイバー４００の端面４１０に向かう信号光Ｌｓを屈折させることなく光レセプタクル３００内に入射させることができる。

第３光学面３５０は、光レセプタクル３００の右側面側に、光ファイバー４００の端面４１０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３５０は、凸レンズ面である。第３光学面３５０は、入射面３８１から光レセプタクル３００内に入射した信号光Ｌｓ（コリメート光Ｌ）を収束させて光ファイバー４００の端面４１０に向かって出射する。これにより、信号光Ｌｓを光ファイバー４００の端面４１０に効率良く結合させることができる。第３光学面３５０の中心軸は、光ファイバー４００の端面４１０の中心軸と一致していることが好ましい。

本実施の形態の光レセプタクル３００では、発光素子２２０から出射した光Ｌを、第１光学面３１０によって光束径が一定のコリメート光（平行光）に変換して入射させるため、コリメート光のみを扱うことができる。これにより、光レセプタクル３００にコリメート光Ｌ，Ｌｓ，Ｌｍの進行方向への寸法誤差が生じたとしても、光ファイバー４００の端面４１０および受光素子２３０への光量と、光ファイバー４００および受光素子２３０への入射光の集光点の位置とを確保することができる。この結果、光学性能を維持しながら、光レセプタクル３００に要求される寸法精度を緩和して製造容易性を向上させることができる。

次に、光分離部３３０の構成について説明する。図３および図４は、光分離部３３０の構成を示す図である。図３Ａは、光分離部３３０の斜視図であり、図３Ｂは、光分離部３３０の平面図である。図４Ａは、図１において破線で示される領域の部分拡大断面図であり、図４Ｂは、光分離部３３０の光路を示す部分拡大断面図である。図４Ｂでは、光レセプタクル３００内の光路を示すために光レセプタクル３００の断面へのハッチングを省略している。

図３および図４に示されるように、光分離部３３０は、複数の分割反射面３３１と、複数の分割透過面３３２と、複数の分割段差面３３３と、複数の端面３３４とを有する。分割反射面３３１と、分割透過面３３２および分割段差面３３３とは、マトリックス状となるように第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向において交互に配置されている。ここで「第１の方向」とは、後述の分割反射面３３１の傾斜方向である（図３に示される矢印Ｄ１参照）。また、「第２の方向」とは、分割反射面３３１に沿い、かつ第１の方向に直交する方向である（図３に示される矢印Ｄ２参照）。

分割反射面３３１は、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に対する傾斜面である。分割反射面３３１は、光レセプタクル３００の天面から底面に向かうにつれて光ファイバー４００に近づくように傾斜している。本実施の形態では、分割反射面３３１の傾斜角は、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に対して４５°である。複数の分割反射面３３１は、同一平面上に配置されている。また、分割反射面３３１は、第１の方向および第２の方向に所定の間隔で配置されている。第１の方向において隣り合う分割反射面３３１の間には、分割透過面３３２および分割段差面３３３が配置されている。一方、第２の方向において隣り合う分割反射面３３１の間には、分割透過面３３２、分割段差面３３３および一対の端面３３４が配置されている。第１の方向および第２の方向における分割反射面３３１間の間隔は、特に限定されない。本実施の形態では、第１の方向および第２の方向における分割反射面３３１間の間隔は、同じである。

分割透過面３３２は、分割反射面３３１と異なる位置に形成された、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に対する垂直面である。分割透過面３３２も、第１の方向および第２の方向に所定の間隔で配置されている。複数の分割透過面３３２は、第１の方向において互いに平行に配置されており、第２の方向において同一平面上に配置されている。

分割段差面３３３は、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に平行な面であり、分割反射面３３１と分割透過面３３２とを接続している。分割段差面３３３も、第１の方向および第２の方向に所定の間隔で配置されている。複数の分割段差面３３３は、第１の方向において互いに平行に配置されており、第２の方向において同一平面上に配置されている。

端面３３４は、反射面３２０で反射した光Ｌの光軸に平行な面であり、かつ分割透過面３３２および分割段差面３３３に垂直な面である。端面３３４は、分割透過面３３２および分割段差面３３３の第２の方向の両端に配置されており、分割透過面３３２および分割段差面３３３の両端と分割反射面３３１を接続している。複数の端面３３４は、第１の方向において同一平面上に配置されており、第２の方向において互いに平行に配置されている。

分割透過面３３２および分割段差面３３３の間には、稜線が形成される。第１の方向において隣接する複数の稜線は、互いに平行に配置されている。また、第２の方向において隣接する複数の稜線は、同一の直線上に配置されている。本実施の形態では、分割透過面３３２および分割段差面３３３のなす角度のうち、小さい角度は、９０°である。また、分割透過面３３２および分割反射面３３１のなす角度のうち小さい角度は１３５°である。また、分割段差面３３３および分割反射面３３１のなす角度のうち小さい角度も、１３５°である。すなわち、分割透過面３３２および分割段差面３３３は、同じ形の長方形に形成されている。

図４Ｂに示されるように、分割反射面３３１には、反射面３２０で反射した光Ｌが、臨界角より大きな入射角で内部入射する。分割反射面３３１は、入射した光Ｌを第２光学面３４０に向けて反射させて、モニター光Ｌｍを生成する。一方、分割透過面３３２は、反射面３２０で反射した光Ｌを透過させ、光ファイバー４００の端面４１０に向かう信号光Ｌｓを生成する。信号光Ｌｓは、第３凹部３８０に出射される。このとき、分割透過面３３２は光Ｌに対して垂直面であるため、信号光Ｌｓは屈折しない。なお、分割段差面３３３および端面３３４は光Ｌの入射方向に平行に形成されているため、分割段差面３３３および端面３３４には光Ｌは入射しない。

光分離部３３０で生成される信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、特に限定されない。信号光Ｌｓとモニター光Ｌｍとの光量比は、光分離部３３０に入射する光Ｌに対する分割透過面３３２および分割反射面３３１の面積比に比例する。たとえば、図４Ｂに示される断面の分割透過面３３２と平行な方向における、分割透過面３３２の寸法ｄ１と、分割反射面３３１の寸法ｄ２との比率を１：１と仮定する。この場合、信号光Ｌｓおよびモニター光Ｌｍは、光分離部３３０に入射する光を１００％とした場合に５０％ずつ生成される。

次に、第１の方向および第２の方向の両方向において交互になるように、分割反射面３３１および分割透過面３３２を配置する理由について説明する。

前述のとおり、図３Ａは、本実施の形態に係る光レセプタクル３００の光分離部３３０の斜視図である。一方、図５は、比較用の光分離部３３０’の斜視図である。図６Ａは、比較用の光分離部３３０’を用いて信号光Ｌｓを生成した場合の仮想平面Ｓにおける信号光Ｌｓのビームスポット形状のシミュレーション結果である。図６Ｂは、本実施の形態に係る光分離部３３０を用いて信号光Ｌｓを生成した場合の仮想平面Ｓにおける信号光Ｌｓのビームスポット形状のシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、図１に示されるように入射面３８１の近くに仮想平面Ｓを設定した。

図５に示されるように、比較用の光分離部３３０’は、分割反射面３３１および分割透過面３３２が分割反射面３３１の傾斜方向にのみ交互に配置されている点で、本実施の形態に係る光分離部３３０と異なる。比較用の光分離部３３０’を用いると、図６Ａに示されるように、ビームスポットは、縞模様となる。

これに対し、本実施の形態に係る光分離部３３０を用いると、図６Ｂに示されるように、ビームスポットは、マトリックス模様となる。なお、第３光学面３５０の平面視形状が円形であるため、光ファイバー４００の端面４１０に到達する信号光Ｌｓの断面の外形は、円形となる。また、本実施の形態に係る光分離部３３０を用いた場合のビームスポットは、マトリックス模様となるため、比較用の光分離部３３０’を用いた場合と比較して、発光素子２２０の角度強度分布の影響を受けにくくなる。

（効果）
以上のように、実施の形態１に係る光レセプタクル３００は、発光素子２２０から出射されたレーザー光Ｌを、反射面３２０によって半導体基板２１０の表面に沿って反射させた上で、分割反射面３３１による反射および分割透過面３３２による透過によってモニター光Ｌｍと信号光Ｌｓとに分離する。モニター光Ｌｍについては、第２光学面３４０から受光素子２３０に向けて出射させ、信号光Ｌｓについては、進行方向を変えることなく、第３光学面３５０から光ファイバー４００の端面４１０に向けて出射させる。よって、光レセプタクル３００は、発光素子２２０から出射された光を監視するモニター光Ｌｍを取得しつつ、光ファイバー４００の端面４１０における信号光Ｌｓの方向を半導体基板２１０に沿った方向にすることができる。また、光レセプタクル３００は、発光素子２２０の角度強度分布の影響を受けにくい。

（変形例）
実施の形態１に係る光レセプタクル３００では、第１光学面３１０が入射した光をコリメート光に変換したが、第１光学面３１０は入射した光をコリメート光以外の光に変換してもよい。

図７は、実施の形態１の変形例１〜３に係る光モジュール１００の断面図（光路図）である。図７Ａは、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸増するように変換する場合における、光モジュール１００の光路図である。図７Ｂ，Ｃは、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸減するように変換する場合における、光モジュール１００の光路図である。図７Ａ〜Ｃでは、光レセプタクル３００内の光路を示すために光レセプタクル３００の断面へのハッチングを省略している。これらの変形例に係る光レセプタクル３００および光モジュール１００は、発光素子２２０から出射された光Ｌの光レセプタクル３００内での光束径が、実施の形態１の光レセプタクル３００および光モジュール１００と異なる。なお、実施の形態１の光レセプタクル３００および光モジュール１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７Ａに示されるように、変形例１に係る光モジュール１００では、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸増するように、レーザー光Ｌを変換するようになっている。このような構成は、実施の形態１の構成に対して、第１光学面３１０（凸レンズ面）の正のパワー（屈折力）を弱くすることなどによって実現されうる。これにより、信号光Ｌｓを進行にともなって拡径させることができるため、第３光学面３５０上に異物の付着や傷の形成が生じている場合であっても、第３光学面３５０上における信号光Ｌｓに対する異物／傷の面積占有率を低減することができる。これにより、第３光学面３５０上の異物／傷が結合効率に与える影響を有効に緩和することができる。

また、図７Ｂに示されるように、変形例２に係る光モジュール１００では、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行方向に向かうにつれて光束径が漸減するように光束を変換するようになっている。このような構成は、実施の形態１の構成に対して、第１光学面３１０（凸レンズ面）の正のパワー（屈折力）を強くすることなどによって実現されうる。

さらに、図７Ｃに示されるように、変形例３に係る光モジュール１００では、第３光学面３５０に到達する前に光Ｌが効果的に収束されているため、光Ｌをパワー（屈折力）の小さい第３光学面３５０で収束させればよい。

また、実施の形態１に係る光レセプタクル３００では、第１光学面３１０、第２光学面３２０および第３光学面３５０が曲率を有するレンズ面である場合を示したが、第１光学面３１０、第２光学面３２０または第３光学面３５０は、曲率を有さない平面であってもよい。

図８は、実施の形態１の変形例４〜６に係る光モジュール１００の断面図（光路図）である。図８Ａは、第１光学面３１０が平面の場合における、光モジュール１００の光路図である。図８Ｂは、第２光学面３２０が平面の場合における、光モジュール１００の光路図である。図８Ｃは、第３光学面３５０が平面の場合における、光モジュール１００の光路図である。図８Ａ〜Ｃでは、光レセプタクル３００内の光路を示すために光レセプタクル３００の断面へのハッチングを省略している。

図８Ａに示されるように、変形例４に係る光モジュール１００では、第１光学面３１０が平面に形成されている。この場合、例えば、反射面３２０は、凹面鏡として機能できるように形成される。

また、図８Ｂに示されるように、変形例５に係る光モジュール１００では、第２光学面３４０が平面に形成されている。この場合、第２光学面３４０から出射された一部の光が、受光素子２３０の受光面に到達しないおそれがある。しかしながら、受光素子２３０が発光素子２２０から出射された光Ｌを監視するうえでは、大きな問題とはならない。

さらに、図８Ｃに示されるように、変形例６に係る光モジュール１００では、第３光学面３５０が平面に形成されている。第１光学面３１０や反射面３２０などにより、第３光学面３５０に到達する直前の光Ｌが効果的に収束されている場合は、第３光学面３５０が平面に形成されていてもよい。

［実施の形態２］
（光モジュールの構成）
実施の形態２に係る光レセプタクル６００および光モジュール５００は、レンズアレイ型であり、監視を伴う光送信の多チャンネル化に対応できる点において、実施の形態１に係る光レセプタクル３００および光モジュール１００と異なる。なお、実施の形態１の光レセプタクル３００および光モジュール１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は、実施の形態２に係る光モジュール５００の断面図である。図９では、光レセプタクル６００内の光路を示すために光レセプタクル６００の断面へのハッチングを省略している。図１０は、実施の形態２に係る光レセプタクル６００の構成を示す図である。図１０Ａは、光レセプタクル６００の平面図であり、図１０Ｂは、底面図であり、図１０Ｃは、右側面図である。

図９に示されるように、実施の形態２に係る光モジュール５００は、光電変換装置７００および光レセプタクル５００を有する。実施の形態２に係る光モジュール５００では、光ファイバー４００は、多芯一括型のコネクター６１０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６００に取り付けられている。

光電変換装置７００は、複数の発光素子２２０と、複数の受光素子２３０と、制御部２４０を有する。複数の発光素子２２０は、半導体基板２１０上に一列に配列されている。図９では、複数の発光素子２２０は、紙面の手前側から奥側に向かって一列に配列されている。一方、複数の受光素子２３０は、複数の発光素子２２０の配列方向と平行になるように、半導体基板２１０上に一列に配列されている。複数の発光素子２２０および複数の受光素子２３０は、互いに対応するように同一間隔で配置される。複数の受光素子２３０は、対応する発光素子２２０の出力などを監視するためのモニター光Ｌｍを受光する。

光レセプタクル６００は、このような光電変換装置７００および光ファイバー４００の構成に応じて、各発光素子２２０および各光ファイバー４００間の光路と、各発光素子２２０および各受光素子２３０間の光路を確保するように形成されている。具体的には、光レセプタクル３００は、複数の第１光学面３１０、複数の第２光学面３４０および複数の第３光学面３５０が、発光素子２２０ごとのレーザー光Ｌの光路を確保するように、図９の紙面における前後方向（図１０Ａ，Ｂにおいては、上下方向）に配列されている。また、光レセプタクル３００は、反射面３２０および光分離部３３０が複数の発光素子２２０から出射されるレーザー光Ｌの光路を確保することができる大きさに形成されている。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係る光モジュール５００は、実施の形態１の効果に加え、監視を伴う光送信の多チャンネル化に対応することができる。

（変形例）
実施の形態１の変形例と同様に、実施の形態２に係る光レセプタクル６００でも、第１光学面３１０は入射した光をコリメート光以外の光に変換してもよい。

図１１は、実施の形態２の変形例１〜３に係る光モジュール５００の断面図（光路図）である。図１１Ａは、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸増するように変換する場合における、光モジュール５００の光路図であり、図１１Ｂは、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸減するように変換する場合における、光モジュール５００の光路図であり、図１１Ｃは、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行するにつれて光束径が漸減するように変換する場合における、光モジュール５００の光路図である。

図１１Ａに示されるように、変形例１に係る光モジュール５００では、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行方向前方に向かうにしたがって光束径が漸増するように光束を変換するようになっている。また、図１１Ｂに示されるように、変形例２に係る光モジュール５００では、第１光学面３１０が、レーザー光Ｌを進行方向前方に向かうにしたがって光束径が漸減するように光束を変換するようになっている。さらに、図１１Ｃに示されるように、変形例３に係る光モジュール５００では、第３光学面３５０に到達する前に光Ｌが効果的に収束されているため、光Ｌを第３光学面３５０で収束させる必要性がない。

なお、特に図示しないが、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、第１光学面３１０、第２光学面３４０または第３光学面３５０は、平面であってもよい。

また、上記各実施の形態の光レセプタクル３００，６００において、反射面３２０および分割反射面３３１上に、光反射率が高い金属（例えば、Ａｌ,Ａｇ,Ａｕなど）の薄膜などの反射膜を形成してもよい。部品点数の削減を優先させたい場合には、実施の形態１，２のように、全反射のみを利用した構成を採用することが好ましい。

本発明に係る光レセプタクルおよび光モジュールは、光ファイバーを用いた光通信に有用である。

１００，５００ 光モジュール
２００，７００ 光電変換装置
２１０ 半導体基板
２２０ 発光素子
２３０ 受光素子
２４０ 制御部
３００，６００ 光レセプタクル
３１０ 第１光学面
３２０ 反射面
３３０ 光分離部
３３１ 分割反射面
３３２ 分割透過面
３３３ 分割段差面
３３４ 端面
３４０ 第２光学面
３５０ 第３光学面
３６０ 第１凹部
３７０ 第２凹部
３８０ 第３凹部
３８１ 入射面
３９０ 光ファイバー取付部
３９１ 第４凹部
３９２ 第５凹部
４００ 光ファイバー
４１０ 端面
６１０ コネクター
Ｌ 発光素子から出射された光
Ｌｍ モニター光
Ｌｓ 信号光
Ｓ 仮想平面

Claims (5)

1. 発光素子および前記発光素子から出射された光を監視するための受光素子が基板上に配置された光電変換装置と、光ファイバーとの間に配置され、前記発光素子と前記光ファイバーの端面とを光学的に結合するための光レセプタクルであって、
   前記発光素子から出射された光を入射させる第１光学面と、
   前記第１光学面から入射した光を、前記基板に沿った方向に反射させる反射面と、
   前記反射面で反射した光の一部を出射させる出射領域および前記出射領域から出射した光を入射させる入射面を有する凹部と、
   前記出射領域に配置され、前記反射面で反射した光を前記受光素子に向かうモニター光と前記光ファイバーの端面に向かう信号光とに分離し、前記モニター光を前記受光素子に向けて反射させ、前記信号光を前記凹部に出射させる光分離部と、
   前記光分離部で分離した前記モニター光を前記受光素子に向けて出射させる第２光学面と、
   前記光分離部から出射された後、前記入射面から入射した前記信号光を前記光ファイバーの端面に向けて出射させる第３光学面と、を有し、
   前記光分離部は、前記反射面で反射した光を透過させ、前記凹部に出射させる複数の分割透過面と、複数の前記分割透過面と異なる領域に形成され、前記反射面で反射した光を前記第２光学面に向けて反射させる複数の分割反射面とを有し、
   前記分割透過面は、前記反射面で反射した光の光軸に対する垂直面であり、
   前記分割反射面は、前記反射面で反射した光の光軸に対する傾斜面であり、
   前記分割透過面および前記分割反射面は、前記分割反射面の傾斜方向である第１の方向と、前記分割反射面に沿い、かつ前記第１の方向に直交する第２の方向とにおいて交互に配置されている、
   光レセプタクル。
2. 前記光分離部は、前記分割反射面の傾斜方向において、前記分割透過面および前記分割反射面を接続する分割段差面をさらに有し、
   前記分割段差面は，前記反射面で反射した光の光軸に対する平行面であり、
   前記分割反射面と、前記分割透過面および前記分割段差面とは、マトリックス状となるように前記第１の方向および前記第２の方向において交互に配置されている、
   請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 一列に配列された複数の前記第１光学面と、一列に配列された複数の前記第２光学面と、一列に整列された複数の前記第３光学面とを有する、請求項１に記載の光レセプタクル。
4. 発光素子および前記発光素子から出射された光を監視するための受光素子が基板上に配置された光電変換装置と、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の光レセプタクルと、
   を有する、光モジュール。
5. 前記光電変換装置は、一列に配列された複数の前記発光素子と、前記発光素子の列と平行になるように一列に配列された複数の前記受光素子とを有し、
   前記光レセプタクルは、前記発光素子の列に対応して一列に配列された複数の前記第１光学面と、前記受光素子の列に対応して一列に配列された複数の前記第２光学面と、一列に配置された複数の前記第３光学面とを有する、
   請求項４に記載の光モジュール。