JP4914819B2 - 光結合素子およびこれを備えた光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光結合素子およびこれを備えた光モジュールに係り、特に、光電変換装置と光ファイバとを光学的に結合するのに好適な光結合素子およびこれを備えた光モジュールに関する。

近年、データ通信のさらなる高速化・大容量化にともなって、光ファイバを用いた光ファイバ通信技術の需要がさらに高まっている。

このような光ファイバ通信には、光ファイバと光電変換装置（例えば、半導体レーザやフォトディテクタ等）とが取り付けられる光結合素子が用いられており、この光結合素子は、光電変換装置の光電変換素子（発光部または受光部）に臨む光学面と、光ファイバの端面に臨む光学面とがレンズ面に形成されたものが多かった。

そして、この種の光結合素子においては、例えば、半導体レーザの発光部から出射された光を、レンズ面による光の透過および屈折を利用して光ファイバの端面に結合させることが行われていた。

また、光結合素子の中には、複数本の光ファイバ（多芯ファイバ等）に対応するために複数のレンズ面が整列されたレンズアレイ構造を有するものもあった。

図８は、このようなレンズアレイ構造を有する従来の光結合素子１の一例を示す正面図であり、また、図９は、図８の平面図、図１０は、図８の右側面図である。

図８に示す光結合素子１は、その前端面（図８における手前側の端面）２に、光の発光または受光を行う光電変換素子が図８における横方向に沿って複数整列形成された光電変換装置を前方から取り付け可能とされているとともに、その上端面３に、図８における横方向に沿って整列された複数本の光ファイバを上方から取り付け可能とされている。なお、光電変換装置としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）およびフォトディテクタの少なくとも一方として機能する基板実装型の光電変換装置が取り付けられることになる。また、複数本の光ファイバは、コネクタ内に収容された状態としてコネクタとともに取り付けられることになる。

図８に示すように、光結合素子１の前端面２のうち、中央部分に形成された横方向に長尺な平面略矩形状の面部２ａには、前方（図８における手前側）に向かって凸とされた複数の第１レンズ面５が、横方向に沿って互いに隣位するようにして整列形成されている。これら複数の第１レンズ面５は、光電変換装置の複数の光電変換素子のそれぞれと、複数本の光ファイバのそれぞれの端面とを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

また、図８に示すように、光結合素子１の前端面２のうち、第１レンズ面５が形成された面部２ａの外側の面部２ｂは、面部２ａに対して面部２ａの面法線方向における光電変換装置側（前方）に高くかつ平行に形成されている。この外側の面部２ｂには、光結合素子１への光電変換装置の取付の際に、光電変換装置の半導体基板が当接されるようになっている。

さらに、図８に示すように、第１レンズ面５が形成された面部２ａに対する第１レンズ面５の整列方向の両外側近傍位置には、一対の円形の位置決め穴７がそれぞれ形成されており、これらの位置決め穴７は、光電変換装置を光結合素子１に取り付ける際の光電変換装置の位置決めに用いられるようになっている。具体的には、光電変換装置の取り付けの際には、光電変換装置の半導体基板を貫く一対の位置決めピン（図示せず）を各位置決め穴７とそれぞれ嵌合させることによって、光電変換装置の位置決めが行われることになる。

一方、図９に示すように、光結合素子１の上端面３のうち、中央部分に形成された横方向に長尺な平面略矩形状の面部３ａには、図９における手前側（図８における上方）に向かって凸とされた複数の第２レンズ面８が、横方向に沿って互いに隣位するようにして整列形成されている。これら複数の第２レンズ面８は、複数の第１レンズ面５とそれぞれ対をなしており、これら第１レンズ面５とともに、光電変換装置の複数の光電変換素子のそれぞれと複数本の光ファイバのそれぞれの端面とを結ぶ光路を形成することが可能とされている。なお、互いに隣位する第２レンズ面８同士の中心点間の距離は、互いに隣位する第１レンズ面５同士の中心点間の距離に一致するように形成されている。

また、図９に示すように、光結合素子１の上端面３のうち、第２レンズ面８が形成された面部３ａの外側の面部３ｂは、面部３ａに対して面部３ａの面法線方向における光ファイバ側（図９における手前側（図８における上方））に高くかつ平行に形成されている。この外側の面部３ｂには、光結合素子１への光ファイバの取り付けの際に、光ファイバのコネクタが当接されるようになっている。

さらに、図９に示すように、第２レンズ面８が形成された面部３ａにおける第２レンズ面８に対する第２レンズ面８の整列方向の両外側位置には、一対の円柱形の位置決めピン１０が形成されており、これらの位置決めピン１０は、光ファイバを光結合素子１に取り付ける際の光ファイバの位置決めに用いられるようになっている。具体的には、光ファイバの取り付けの際に、位置決めピン１０を光ファイバのコネクタに形成された位置決め穴（図示せず）に嵌合させることによって光ファイバの位置決めが行われることになる。

さらに、図１０に示すように、光結合素子１の後端面１１には、反射面１２が凹入形成されており、この反射面１２は、第１レンズ面５における光軸ＯＡ_１および第２レンズ面８における光軸ＯＡ_２の双方に対してほぼ４５°の傾斜角を有している。この反射面１２は、光の反射によって、第１レンズ面５における光軸ＯＡ_１上を進行する光の光路と、第２レンズ面８における光軸ＯＡ_２上を進行する光の光路とを互いに変換可能とされている。したがって、反射面１２は、複数の第１レンズ面５および複数の第２レンズ面８とともに、光電変換装置の複数の光電変換素子のそれぞれと複数本の光ファイバのそれぞれの端面とを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

このような光結合素子１は、光電変換装置の半導体基板に対して光ファイバを平行に引き出すことができるので、小スペース化が可能であるといった利点を有している。

ところで、このような光結合素子１において、第１レンズ面５および第２レンズ面８が所望の光路をなすためには、各レンズ面５、８が、狙った位置に極めて正確に形成されていることが重要である。

しかしながら、光結合素子１を成形するための金型の寸法精度等の製造条件によっては、当初から各レンズ面５、８の位置精度を十分に出せるとは限らなかった。

このため、従来から、光結合素子１の製造に際しては、製品検査の段階において、製品における各レンズ面５、８の位置を測定し、測定結果に応じて、金型の補正等の製造条件を適宜補正してレンズ面５、８の位置精度を確保することが行われていた。

このようなレンズ面の位置精度を確保することが目的としたレンズ面の位置測定には、プローブによってレンズ面を撫でる接触式の測定方法や工具顕微鏡や画像測定装置を用いた非接触式の光学的な測定方法等の種々の測定方法が考えれるが、寸法が小さいレンズ面を傷つけずに位置測定を行う観点からは、光学的な測定方法が好ましかった。

このような光学的なレンズ面の位置測定方法の一例について説明すると、まず、図１１（ａ）に示すように、工具顕微鏡に、光結合素子１をその第１レンズ面５の平面形状を視認可能な状態として設置する。このとき、第２レンズ面８については視認不可能となっている。

そして、図１１（ａ）の横方向に延びる上端面３の外形線を認識した上で、この外形線上に、互いに離間された２点Ｐ_１、Ｐ_２をとり、これら２点Ｐ_１、Ｐ_２を結ぶ直線を仮定し、この直線を、ＸＹ座標系（二次元直交座標系）におけるＹ軸と定義する。

次いで、２本の位置決めピン１０のそれぞれの中心線Ｌ_１、Ｌ_２を求め、これら２本の中心線Ｌ_１、Ｌ_２から互いに等距離に位置する両中心線Ｌ_１、Ｌ_２に平行な直線を求め、この求められた直線を、ＸＹ座標系におけるＸ軸と定義する。

そして、Ｘ軸とＹ軸との交点をＸＹ座標系における原点（０，０）と定めた上で、各第１レンズ面５のそれぞれの中心点のＸ座標およびＹ座標を求めることによって、第１レンズ面５の位置測定を行う。

次いで、図１１（ｂ）に示すように、工具顕微鏡に、光結合素子１をその第２レンズ面８の平面形状を視認可能な状態として設置する。このとき、第１レンズ面５については視認不可能となっている。

そして、図１１（ｂ）の横方向に延びる上端面３の一部の外形線（図１１（ｂ）における下端辺）を認識した上で、この外形線上に、互いに離間された２点Ｐ_１’、Ｐ_２’をとり、これら２点Ｐ_１’、Ｐ_２’を結ぶ直線を仮定し、この直線を、ＸＹ座標系におけるＹ軸と定義する。

次いで、２本の位置決めピン１０のそれぞれの中心点Ｓ_１、Ｓ_２を求め、これら２点の中心点Ｓ_１、Ｓ_２をそれぞれ通りＹ軸に直交する直線Ｌ_１’、Ｌ_２’を求めた上で、これら２本の直線Ｌ_１’、Ｌ_２’から互いに等距離に位置する両直線Ｌ_１’、Ｌ_２’に平行な直線を求め、この求められた直線を、ＸＹ座標系におけるＸ軸と定義する。

そして、Ｘ軸とＹ軸との交点をＸＹ座標系における原点（０，０）と定めた上で、各第２レンズ面８のそれぞれの中心点のＸ座標およびＹ座標を求めることによって、第２レンズ面８の位置測定を行う。

このように、従来から、工具顕微鏡を用いたレンズ面５、８の位置測定は、光結合素子１における所定の部位（例えば、位置決めピン１０）を基準としてＸＹ座標系を定義することによって行うようになっていた。

特開２００５−３１５５６号公報

ところで、前述した光結合素子１において、任意の１つの第１レンズ面５と、これに対応する第２レンズ面８とが、１つの光路を適切に形成するためには、両レンズ面５、８の中心点のＹ座標が互いに一致することが必要とされていた。

しかるに、従来は、第１レンズ面５の位置測定の際には、位置決めピン１０の側面形状に基づいてＸＹ座標系を定義し、第２レンズ面８の位置測定の際には、位置決めピン１０の平面形状に基づいてＸＹ座標系を定義していたため、たとえ同一の位置決めピン１０をＸＹ座標系の基準としたとしても、位置決めピン１０の寸法精度によっては、レンズ面５、８高精度な位置測定に支障を来たす虞があった。

すなわち、位置決めピン１０が正確な円柱形状に形成されていれば、図１１（ａ）に示した位置決めピン１０の側面形状における中心線Ｌ_１、Ｌ_２は、図１１（ｂ）に示した位置決めピン１０の平面形状における中心点Ｓ_１、Ｓ_２を通ることになる。この場合には、図１１（ａ）における中心線Ｌ_１、Ｌ_２と、図１１（ｂ）における中心点Ｓ_１、Ｓ_２を通る直線Ｌ_１’、Ｌ_２’との間に、Ｙ軸方向のずれは生じないことになり、図１１（ａ）において定義されたＸＹ座標系における原点のＹ座標と、図１１（ｂ）において定義されたＸＹ座標系における原点のＹ座標とは互いに一致するものとなる。そして、このような場合には、図１１（ａ）において定義されたＸＹ座標系を用いて測定された任意の１つの第１レンズ面５のＹ座標が、図１１（ｂ）において定義されたＸＹ座標系を用いて測定された任意の１つの第１レンズ面５に対応する１つの第２レンズ面８のＹ座標に一致すれば、両レンズ面５、８の位置が適正であると判断することができる。

しかし、位置決めピン１０が正確な円柱形状に形成されていなければ、図１１（ａ）に示した中心線Ｌ_１、Ｌ_２は、図１１（ｂ）に示した中心点Ｓ_１、Ｓ_２を通らないことになる。この場合には、図１１（ａ）における中心線Ｌ_１、Ｌ_２と、図１１（ｂ）における中心点Ｓ_１、Ｓ_２を通る直線Ｌ_１’、Ｌ_２’との間に、Ｙ軸方向のずれが生じることになり、図１１（ａ）において定義されたＸＹ座標系における原点のＹ座標と、図１１（ｂ）において定義されたＸＹ座標系における原点のＹ座標とは互いに一致しないものとなる。このような場合には、図１１（ａ）において定義されたＸＹ座標系を用いて測定された任意の１つの第１レンズ面５のＹ座標が、図１１（ｂ）において定義されたＸＹ座標系を用いて測定された任意の１つの第１レンズ面５に対応する１つの第２レンズ面８のＹ座標に一致したからといって両レンズ面５、８の位置が適正であると判断すれば、誤った判断となってしまう。

さらに、従来は、第１レンズ面５の位置測定に用いるＸＹ座標系と、第２レンズ面８の位置測定に用いるＸＹ座標系とを、互いに同一の手順を踏んで個別に定義しなければならなかったため、レンズ面の位置測定を効率的に行うことができなかった。

すなわち、従来は、レンズ面の位置測定を適切かつ効率的に行うことが困難であるといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、光学面の位置測定を適切かつ効率的に行うことができ、ひいては、結合効率に優れた製品を安定的かつ安価に製造することができる光結合素子およびこれを備えた光モジュールを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光結合素子の特徴は、光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面における前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む第１の面部に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面における前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む第２の面部に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面とを備え、前記光結合素子本体は、前記光電変換装置側の端面と前記光ファイバ側の端面とが互いに隣接し、かつ、前記第１の面部と前記第２の面部とが互いに直交するような形状に形成されているとともに、前記第１の面部および前記第２の面部の少なくとも一方の面法線方向から前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面との双方を同時に視認することが可能な形状に形成され、前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面は、前記第２の面部の周辺位置に、前記第２の面部に対して前記第２の面部の面法線方向における前記光ファイバ側に高く形成された第３の面部と、前記第２の面部と前記光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面との双方に隣位する位置に、前記第２の面部と同一平面状または前記第２の面部に対して前記第２の面部の面法線方向における前記光ファイバから離間する側に低く形成された第４の面部とを有し、前記光結合素子本体は、前記第４の面部によって、前記第１の面部の面法線方向から前記第２のレンズ面を前記第１のレンズ面と同時に視認することが可能に形成されている点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、第１の面部および第２の面部の少なくとも一方の面法線方向から第１のレンズ面と第２のレンズ面との双方を同時に視認することが可能な形状に形成されていることによって、一方のレンズ面の位置測定の際に、このレンズ面の位置測定に用いる二次元座標系をそのまま用いて他方のレンズ面の所定の座標軸成分の座標を測定することができるので、一方のレンズ面と他方のレンズ面との相対的な位置関係を共通の二次元座標系を用いて一度にかつ正確に把握することができ、この結果、レンズ面の位置測定を適切かつ効率的に行うことができる。また、簡易な形状により、第１の面部の面法線方向から第２のレンズ面を第１のレンズ面と同時に視認することが可能となるので、コストをさらに削減することができる。

また、請求項２に係る光結合素子の特徴は、請求項１において、前記光電変換装置として、前記光電変換素子が複数整列形成されたものが取り付けられるように形成され、前記光ファイバが、前記複数の光電変換素子に対応するように複数本取り付けられるように形成され、前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面が、前記複数の光電変換素子および前記複数本の光ファイバに対応するようにそれぞれ複数整列形成され、前記複数の第１のレンズ面の整列方向と前記複数の第２のレンズ面の整列方向とが互いに平行に形成されている点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、複数の第１のレンズ面とこれら第１のレンズ面にそれぞれ対応する複数の第２のレンズ面とのレンズ面整列方向の位置関係を共通の二次元座標系を用いて把握することができるので、複数の第１のレンズ面および複数の第２のレンズ面の位置測定を適切かつ効率的に行うことができる。

さらにまた、請求項３に係る光結合素子の特徴は、請求項１または２において、前記第３の面部における少なくとも一部に、前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバのコネクタが当接可能に形成されている点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、第３の面部によって、光ファイバの端面と第２のレンズ面との間に、焦点距離を適切に確保することができ、結合効率を良好に維持することができる。

また、請求項４に係る光結合素子の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面は、前記第１の面部の周辺位置に、前記第１の面部に対して前記第１の面部の面法線方向における前記光電変換装置側に高く形成された第５の面部と、前記第１の面部と前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面との双方に隣位する位置に、前記第１の面部と同一平面状または前記第１の面部に対して前記第１の面部の面法線方向における前記光電変換装置から離間する側に低く形成された第６の面部とを有し、前記光結合素子本体は、前記第６の面部によって、前記第２の面部の面法線方向から前記第１のレンズ面を前記第２のレンズ面と同時に視認することが可能に形成されている点にある。

そして、この請求項４に係る発明によれば、簡易な形状により、第２の面部の面法線方向から第１のレンズ面を第２のレンズ面と同時に視認することが可能となるので、コストをさらに削減することができる。

さらに、請求項５に係る光結合素子の特徴は、請求項４において、前記第５の面部における少なくとも一部に、前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換装置が当接可能に形成されている点にある。

そして、この請求項５に係る発明によれば、第５の面部によって、光電変換装置の光電変換素子と第１のレンズ面との間に、焦点距離を適切に確保することができる。

さらにまた、請求項６に係る光モジュールの特徴は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光結合素子と、この光結合素子に対応する光の発光または受光を行う請求項１に記載の光電変換素子が形成された請求項１または２に記載の光電変換装置とを備えた点にある。

そして、この請求項６に係る発明によれば、第１の面部および第２の面部の少なくとも一方の面法線方向から第１のレンズ面と第２のレンズ面との双方を同時に視認することが可能な形状に形成されていることによって、一方のレンズ面の位置測定の際に、このレンズ面の位置測定に用いる二次元座標系をそのまま用いて他方のレンズ面の所定の座標軸成分の座標を測定することができるので、一方のレンズ面と他方のレンズ面との相対的な位置関係を共通の二次元座標系を用いて一度にかつ正確に把握することができる。

本発明に係る光結合素子および光モジュールによれば、レンズ面等の光学面の位置測定を適切かつ効率的に行うことができ、ひいては、結合効率に優れた製品を安定的かつ安価に製造することができる。

以下、本発明に係る光結合素子および光モジュールの実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図１は、本実施形態における光結合素子１５を示す正面図であり、また、図２は、図１の平面図、図３は、図１の背面図、図４は、図１の右側面図、図５は、図１のＡ−Ａ断面図である。さらに、図６は、本実施形態における光モジュール１６の分解右側面図である。

本実施形態における光結合素子１５は、従来と同様に、光の発光または受光を行う光電変換素子が複数整列形成された光電変換装置の複数の光電変換素子のそれぞれと、これら複数の光電変換素子に対応する複数（例えば、光電変換素子と同数）本の光ファイバのそれぞれの端面とを光学的に結合することが可能に形成されている。

すなわち、図６に示すように、本実施形態における光結合素子１５は、その光電変換装置側の端面としての前端面（図６における左端面）２に、複数の光電変換素子１７が半導体基板２０上に整列形成された光電変換装置１８を取り付け可能とされている。なお、図６は、光電変換装置１８をその複数の光電変換素子１７の整列方向から見た状態の図であるため、図６には、光電変換素子１７が１個だけしか示されていない。しかし、実際には、複数の光電変換素子１７が、図６における紙面垂直方向に沿って整列されている。このような光電変換装置１８は、その光電変換素子１７を光結合素子１５の前端面２側に向けるようにして光結合素子１５に取り付けられるようになっている。この取り付けの際に、光電変換装置１８は、半導体基板２０を貫く一対の位置決めピン２３を光結合素子１５の一対の位置決め穴７にそれぞれ嵌合させることによって位置決めされた上で、位置決めされた位置に、圧入等の固定手段によって固定されるようになっている。また、このような光電変換装置１８においては、光電変換素子１７として、光の発光を行う発光部と、光の受光を行う受光部との双方を配置するようにすれば、双方向通信に適用することができる。

また、図６に示すように、本実施形態における光結合素子１５は、その光ファイバ側の端面としての前端面２に隣位する上端面３に、複数本の光ファイバ１９がコネクタ２１とともに取り付け可能とされている。なお、図６は、複数本の光ファイバ１９をその整列方向から見た状態の図であるため、図６には、光ファイバ１９が１本だけしか示されていない。しかし、実際には、複数本の光ファイバ１９が、図６における紙面垂直方向に沿って整列されている。このような光ファイバ１９は、その端面１９ａを光結合素子１５の上端面３に向けるようにして光結合素子１５に取り付けられるようになっている。この取り付けの際に、光ファイバ１９は、コネクタ２１に形成された一対の位置決め穴２４を光ファイバ１５の一対の位置決めピン１０にそれぞれ嵌合させることによって位置決めされた上で、位置決めされた位置に、圧入等の固定手段によって固定されるようになっている。

さらに、図１、図４および図５に示すように、光結合素子１５の前端面２における中央部分に形成された図１における横方向に長尺な平面略矩形状の領域は、第１の面部２ａとされており、この第１の面部２ａには、第１のレンズ面としての図８と同様の第１レンズ面５が、図１における横方向に沿って複数（例えば、光電変換素子１７と同数）整列形成されている。これら第１の面部２ａおよび第１レンズ面５は、光結合素子１５への光電変換装置１８の取り付けの際に、光電変換装置１８の複数の光電変換素子１７に臨むようになっている。そして、これら複数の第１レンズ面５は、複数の光電変換素子１７のそれぞれと複数本の光ファイバ１９のそれぞれの端面１９ａとを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

また、図１、図４および図５に示すように、光結合素子１５の前端面２のうち、第１の面部２ａに隣位する外側位置には、第１の面部２ａに対して第１の面部２ａの面法線方向における光電変換装置１８側（前方）に高くかつ平行な面部２５が、第１の面部２ａの全周を包囲するように形成されている。この面部２５内における横方向の両端部近傍には、図８と同様の一対の位置決め穴７がそれぞれ形成されている。この面部２５は、第１の面部２ａ内（例えば、面部２ａの外周端部等）に形成されたバリが後述する第５の面部２６よりも光電変換装置１８側に突出することを回避するためのバリ逃げ用の面部２５とされている。

そして、第１の面部２ａの周辺位置であって、バリ逃げ用の面部２５に隣位する外側位置には、第５の面部２６が、第１の面部２ａおよびバリ逃げ用の面部２５に対して第１の面部２ａの面法線方向における光電変換装置１８側に高くかつ平行に形成されている。この第５の面部２６には、光結合素子１５への光電変換装置１８の取り付けの際に、光電変換装置１８の半導体基板２０が当接されるようになっている。この第５の面部２６への半導体基板２０の当接によって、光電変換素子１７と第１レンズ面５との間に、焦点距離に相当する一定の間隔を確保することができるようになっている。この一定の間隔の確保は、第１の面部２ａ内にバリが発生したとしてもそのバリの第５の面部２６からの突出がバリ逃げ用の面部２５により未然に回避されていることによってさらに適切に行うことができるようになっている。

一方、図２、図４および図５に示すように、光結合素子１５の上端面３における中央部分に形成された図２における横方向に長尺な平面略矩形状の領域は、第２の面部３ａとされており、この第２の面部３ａには、第２のレンズ面としての図９と同様の第２レンズ面８が、図２における横方向に沿って複数（第１レンズ面５と同数）整列形成されている。これら第２の面部３ａおよび第２レンズ面８は、光結合素子１５への光ファイバ１９の取り付けの際に、光ファイバ１９の端面１９ａに臨むようになっている。そして、これら複数の第２レンズ面８は、複数の第１レンズ面５とともに、光電変換装置１８の複数の光電変換素子１７のそれぞれと複数本の光ファイバ１９のそれぞれの端面１９ａとを結ぶ光路を形成することが可能とされている。

また、図２に示すように、光結合素子１５の上端面３のうち、第２の面部３ａに隣位する外側位置には、第２の面部３ａに対して第２の面部３ａの面法線方向における光ファイバ１９側に高くかつ平行な面部２８が、第２の面部３ａを部分的に包囲（主として後方（図２における上方）、左方および右方の三方から包囲）するように形成されている。この面部２８内における横方向の両端部近傍には、図９と同様の一対の位置決めピン１０が形成されている。この面部２８は、第２の面部３ａ内（例えば、面部３ａの外周端部等）に形成されたバリや、位置決めピン１０の基端部外周に形成されたバリが、後述する第３の面部２９よりも光ファイバ１９側に突出することを回避するためのバリ逃げ用の面部２８として機能するようになっている。

そして、第２の面部３ａの周辺位置であって、バリ逃げ用の面部２８に隣位する外側位置には、第３の面部２９が、面部２８の外周を包囲するようにして第２の面部３ａに対して第２の面部３ａの面法線方向における光ファイバ１９側に高くかつ平行に形成されている。この第３の面部２９には、光結合素子１５への光ファイバ１９の取り付けの際に、コネクタ２１が当接されるようになっている。この第３の面部２９へのコネクタ２１の当接によって、光ファイバ１９の端面１９ａと第２レンズ面８との間に、焦点距離に相当する一定の距離を確保することができるようになっている。この一定の間隔の確保は、第２の面部３ａ内にバリが発生したとしてもそのバリの第３の面部２９からの突出がバリ逃げ用の面部２８により未然に回避されていることによってさらに適切に行うことができるようになっている。

そして、図１、図２、図４および図５に示すように、本実施形態における光結合素子１５は、上端面３における第２レンズ形成面部３ａと前端面２における第５の面部２６との双方に隣位する上端面３上の位置に、第２の面部３ａと同一平面状に形成された第４の面部３０を有している。

図２に示すように、第４の面部３０は、第２の面部３ａに沿って第２の面部３ａよりもわずかに図２における横方向の寸法が小さく形成されているとともに、複数の第２レンズ面８における整列方向の両端に位置する一対の第２レンズ面８よりも整列方向における外側に至る位置まで形成されている。

そして、本実施形態においては、このような第４の面部３０によって、図１に示すように、第１の面部２ａの面法線方向から第２レンズ面８の側面形状を第１レンズ面５の平面形状と同時に視認することが可能とされている。

また、図３〜図６に示すように、光結合素子１５の後端面１１には、図１０と同様に、第１レンズ面５における光軸ＯＡ_１（図６参照）および第２レンズ面８における光軸ＯＡ_２（図６参照）の双方に対してほぼ４５°の傾斜角を有する反射面１２が凹入形成されており、この反射面１２は、第１レンズ面５および第２レンズ面８とともに、光電変換装置１８の複数の光電変換素子１７のそれぞれと複数本の光ファイバ１９のそれぞれの端面１９ａとを結ぶ複数の光路を形成するようになっている。

反射面１２の図３〜図６における上端には、後端面１１の面法線方向よりもわずかに上方に傾いた上側傾斜面３２が連接されている。また、反射面１２の図３〜図６における下端には、後端面１１の面法線方向に直交する直交面３３が連接されている。さらに、直交面３３の図３〜６における下端には、後端面１１の面法線方向よりもわずかに下方に傾いた下側傾斜面３４が連接されている。

ここで、製品検査工程において、反射面１２の傾斜角度を測定する場合には、例えば、非接触型三次元測定器等の測定器により、光結合素子１５の後方（図４〜６における右方）から反射面１２の上下両端部に向けて測定用のレーザ光線を照射し、その反射光を受光することによって、反射面１２の上下両端部を適切に認識してそれら上下両端部の位置を正確に把握することが重要となる。この場合に、測定機器の受光部と発光部との取り付け位置は、図４〜６における上下方向にずれているため、反射面１２の測定の際には、後端面１１の面法線方向に対して斜めにレーザ光線の入射または反射光の反射がなされることを余儀なくされる。しかしながら、図３〜６のように各傾斜面３２、３４が形成されていれば、反射面１２の上下両端部へのレーザ光線の照射および上下両端部からの反射光の受光とをいずれも適切に行うことができる。また、このとき、反射面１２と上側傾斜面３２との境界線と、反射面１２と直交面３３との境界線をそれぞれ認識することができるので、反射面１２の上下両端部の位置を確実に把握することができる。これにより、反射面１２の傾斜角度の測定を高精度に行うことができる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態における光結合素子１５に対して第１レンズ面５および第２レンズ面８の位置測定を行う場合には、まず、図７（ａ）に示すように、工具顕微鏡に、光結合素子１５をその第１レンズ面５の平面形状を視認可能な状態として設置する。

このとき、本実施形態においては、第４の面部３０が形成されていることにより、第１レンズ面５の平面形状とともに第２レンズ面８の側面形状を視認することができる。

そして、このような状態において、図７（ａ）の横方向に延びる上端面３の外形線を認識した上で、この外形線上に、互いに離間された２点Ｐ_１、Ｐ_２をとり、これら２点Ｐ_１、Ｐ_２を結ぶ直線を仮定し、この直線を、ＸＹ座標系（二次元直交座標系）におけるＹ軸と定義する。

次いで、２本の位置決めピン１０のそれぞれの中心線Ｌ_１、Ｌ_２を求め、これら２本の中心線Ｌ_１、Ｌ_２から互いに等距離に位置する両中心線Ｌ_１、Ｌ_２に平行な直線を求め、この求められた直線を、ＸＹ座標系におけるＸ軸と定義する。

そして、Ｘ軸とＹ軸との交点をＸＹ座標系における原点（０，０）と定めた上で、各第１レンズ面５のそれぞれの中心点のＸ座標およびＹ座標を求めることによって、第１レンズ面５の位置測定を行う。

さらに、このとき、第２レンズ面８が視認されていることにより、図７（ａ）のＸＹ座標系をそのまま用いて第２レンズ面８の中心点のＹ座標を測定することができる。ここで、第２レンズ面８の中心点のＹ座標は、例えば、第２レンズ面８の面頂点を通り、Ｘ軸に平行な直線を求めた上で、この直線とＹ軸との交点のＹ座標として求めればよい。

これにより、第１レンズ面５と第２レンズ面８との相対的な位置関係、すなわち、第１レンズ面５の中心点のＹ座標と第２レンズ面８の中心点のＹ座標とが互いに一致しているか否かを、共通のＸＹ座標系を用いて一度にかつ正確に把握することができる。

なお、このとき、第２レンズ面８の側面形状が視認されていることを利用して、第２レンズ面８の面頂点のＸ座標を測定し、複数の第２レンズ面８の面頂点がすべて同じ高さに揃っているか否かを判断するようにしてもよい。

次いで、図７（ｂ）に示すように、工具顕微鏡に、光結合素子１５をその第２レンズ面８の平面形状を視認可能な状態として設置する。このとき、第１レンズ面５については視認不可能となっている。

そして、７（ｂ）の横方向に延びる上端面３の一部の外形線（図７（ｂ）における下端辺）を認識した上で、この外形線上に、互いに離間された２点Ｐ_１’、Ｐ_２’をとり、これら２点Ｐ_１’、Ｐ_２’を結ぶ直線を仮定し、この直線を、ＸＹ座標系におけるＹ軸と定義する。

なお、本実施形態において、Ｘ軸については、図７（ａ）において定義したものをそのまま用いる。

そして、図７（ｂ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸との交点をＸＹ座標系における原点（０，０）と定めた上で、各第２レンズ面８のそれぞれの中心点のＸ座標を求めることによって、第２レンズ面８の位置測定を行う。このとき、第２レンズ面８の中心点のＹ座標については、図７（ａ）の段階で既に測定しているので、測定を要しない。

以上述べたように、本実施形態によれば、簡易な形状の第４の面部３０により、第１の面部２ａの面法線方向から第２レンズ面８を第１レンズ面５と同時に視認することが可能となるので、第１レンズ面５と第２レンズ面８との相対的な位置関係を共通のＸＹ座標系を用いて一度にかつ正確に把握することができる。この結果、レンズ面の位置測定を適切、効率的かつ安価に行うことができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、第４の面部３０が、第２の面部３ａと同一平面状に形成されていたが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、第４の面部３０を第２の面部３ａに対して第２の面部３ａの面法線方向における光ファイバ１９から離間する側に低く形成してもよい。この場合においても、第１の面部２ａの面法線方向から第２レンズ面８を第１レンズ面５と同時に視認することができるので、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、第４の面部３０の代りに、あるいは、第４の面部３０に加えて、光結合素子１５における第１の面部２ａと上端面３との双方に隣位する前端面２上の位置に、第１の面部２ａと同一平面状または第１の面部２ａに対して第１の面部２ａの面法線方向における光電変換装置１８から離間する側に低く形成された第６の面部を有するように構成してもよい。

この場合には、第６の面部によって、第２の面部３ａの面法線方向から、第２レンズ面８の平面形状と第１レンズ面５の側面形状とを同時に視認することができるので、前述した実施形態と同様に、第１レンズ面５と第２レンズ面８との相対的な位置関係を、第２レンズ面８の平面形状を視認する際に設定した共通のＸＹ座標系によって一度にかつ正確に把握することができ、レンズ面５、８の位置測定を、適切かつ効率的に行うことができる。

本発明に係る光結合素子の実施形態を示す正面図 図１の平面図 図１の背面図 図１の右側面図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明に係る光モジュールの実施形態を示す分解右側面図 本発明に係る光結合素子の実施形態において、（ａ）は、第１レンズ面と第２レンズ面との相対的な位置関係を把握することが可能なレンズ面の位置測定状態をこの位置測定の際に用いるＸＹ座標系とともに示した図、（ｂ）は、第２レンズ面のみの位置測定状態をこの位置測定の際に用いるＸＹ座標系とともに示した図 従来の光結合素子の一例を示す正面図 図８の平面図 図８の右側面図 従来のレンズ面の位置測定方法において、（ａ）は、第１レンズ面のみの位置測定状態をこの位置測定の際に用いるＸＹ座標系とともに示した図、（ｂ）は、第２レンズ面のみの位置測定状態をこの位置測定の際に用いるＸＹ座標系とともに示した図

符号の説明

２ 前端面
２ａ 第１の面部
３ 上端面
３ａ 第２の面部
５ 第１レンズ面
８ 第２レンズ面
１５ 光結合素子
１６ 光モジュール
１７ 光電変換素子
１８ 光電変換装置
１９ 光ファイバ
１９ａ 端面
３０ 第４の面部３０

Claims (6)

1. 光の発光または受光を行う光電変換素子が形成された光電変換装置と、光ファイバとが取り付け可能とされ、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを光学的に結合可能とされた光結合素子であって、
   光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面における前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換素子に臨む第１の面部に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第１のレンズ面と、
   前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面における前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバの端面に臨む第２の面部に形成され、前記光電変換素子と前記光ファイバの端面とを結ぶ光路を形成するための第２のレンズ面と
   を備え、
   前記光結合素子本体は、前記光電変換装置側の端面と前記光ファイバ側の端面とが互いに隣接し、かつ、前記第１の面部と前記第２の面部とが互いに直交するような形状に形成されているとともに、前記第１の面部および前記第２の面部の少なくとも一方の面法線方向から前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面との双方を同時に視認することが可能な形状に形成され、
   前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面は、
   前記第２の面部の周辺位置に、前記第２の面部に対して前記第２の面部の面法線方向における前記光ファイバ側に高く形成された第３の面部と、
   前記第２の面部と前記光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面との双方に隣位する位置に、前記第２の面部と同一平面状または前記第２の面部に対して前記第２の面部の面法線方向における前記光ファイバから離間する側に低く形成された第４の面部と
   を有し、
   前記光結合素子本体は、
   前記第４の面部によって、前記第１の面部の面法線方向から前記第２のレンズ面を前記第１のレンズ面と同時に視認することが可能に形成されていること
   を特徴とする光結合素子。
2. 前記光電変換装置として、前記光電変換素子が複数整列形成されたものが取り付けられるように形成され、
   前記光ファイバが、前記複数の光電変換素子に対応するように複数本取り付けられるように形成され、
   前記第１のレンズ面および前記第２のレンズ面が、前記複数の光電変換素子および前記複数本の光ファイバに対応するようにそれぞれ複数整列形成され、
   前記複数の第１のレンズ面の整列方向と前記複数の第２のレンズ面の整列方向とが互いに平行に形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光結合素子。
3. 前記第３の面部における少なくとも一部に、前記光ファイバの取り付けの際に前記光ファイバのコネクタが当接可能に形成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の光結合素子。
4. 前記光結合素子本体の前記光電変換装置側の端面は、
   前記第１の面部の周辺位置に、前記第１の面部に対して前記第１の面部の面法線方向における前記光電変換装置側に高く形成された第５の面部と、
   前記第１の面部と前記光結合素子本体の前記光ファイバ側の端面との双方に隣位する位置に、前記第１の面部と同一平面状または前記第１の面部に対して前記第１の面部の面法線方向における前記光電変換装置から離間する側に低く形成された第６の面部と
   を有し、
   前記光結合素子本体は、
   前記第６の面部によって、前記第２の面部の面法線方向から前記第１のレンズ面を前記第２のレンズ面と同時に視認することが可能に形成されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合素子。
5. 前記第５の面部における少なくとも一部に、前記光電変換装置の取り付けの際に前記光電変換装置が当接可能に形成されていること
   を特徴とする請求項４に記載の光結合素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光結合素子と、
   この光結合素子に対応する光の発光または受光を行う請求項１に記載の光電変換素子が形成された請求項１または２に記載の光電変換装置と
   を備えたことを特徴とする光モジュール。

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