レンズアレイおよびこれを備えた光モジュール

【課題】コンパクトな構成で、混信や迷光を生じさせることなく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタとの間でマルチチャンネル光通信を実現すること。
【解決手段】切り欠き部２４に全反射面２４ａを形成し、凹み部２５に、透過面２５ａ、透過面２５ｂおよび全反射面２５ｃを形成する。全反射面２４ａは、第１のレンズ３１より出射された各レーザ光Ｌ１を全反射させる。透過面２５ａおよび透過面２５ｂは、入射した各レーザ光Ｌ１を透過させる。全反射面２５ｃは、第３のレンズ３３より出射された各レーザ光Ｌ２を全反射させる。レンズアレイ２０の本体２１は、レーザ光Ｌ１の光路とレーザ光Ｌ２の光路とが交差することなく、光ファイバと光電変換素子（発光素子１１、受光素子１２）とを光学的に結合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイおよびこれを備えた光モジュールに関し、特に、マルチチャンネルの光通信を実行するのに好適なレンズアレイおよびこれを備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、システム装置内または装置間において信号を高速に伝送する必要性が急増し、光インターコネクションの開発が活発化してきている。光インターコネクションとは、電気信号を光信号に変換し、光ファイバ等を介して、通信情報を含む光を伝送する技術の総称である。
【０００３】
このような光インターコネクションでは、複数の光ファイバを整列配置したコネクタを光モジュールに接続し、マルチチャンネルの光通信を実現する。
【０００４】
マルチチャンネル光通信用の光モジュールには、コンパクト化を図るために、基板上に、基板面法線方向に光軸を持つように複数の光電変換素子（発光素子、受光素子）を整列配置し、光電変換素子の光軸と直交する方向に光軸を持つように、光電変換素子と同数の光ファイバを整列配置したコネクタをレンズアレイに取り付けるタイプがある。
【０００５】
さらに、近年、より高速な信号伝送を実現すべく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタを取り付け、マルチチャンネル光通信を実現するレンズアレイおよびこれを備えた光モジュールが開発されている（例えば、特許文献１、図１３Ａ、図１３Ｂ）。
【０００６】
特許文献１（図１３Ａ、図１３Ｂ）のレンズアレイ（光学部材２２）は、各発光素子（ＶＣＳＥＬ３０）からそれぞれ出射された光を第１のレンズ（コリメートレンズ７０）から入射し、第２のレンズ（集光レンズ７５）から各光ファイバ（１０）の端面に向かって光を出射する。また、特許文献１（図１３Ａ、図１３Ｂ）のレンズアレイ（光学部材２２）は、各光ファイバ（１０）からそれぞれ出射された光を第３のレンズ（コリメートレンズ７６）から入射し、第４のレンズ（集光レンズ７７）から各受光素子（ＰＤ３２）に向かって光を出射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４４９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、レンズアレイ内において、第１のレンズから第２のレンズまでの光路と、第３のレンズから第４のレンズまでの光路とが交差するため、信号が干渉しあい、混信を起こす虞や迷光の原因になることがある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成で、混信や迷光を起こすことなく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタとの間でマルチチャンネル光通信を実現することができるレンズアレイ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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレンズアレイは、基板上に２列に配列され、前記基板面法線方向に光軸を持つ２×ｎ個（ｎは一列あたりの個数であって複数）の光電変換素子と、２列に配列され、前記光電変換素子の光軸と直交する方向に光軸を持つ２×ｎ個の光ファイバの端面と、を光学的に結合するレンズアレイであって、前記光ファイバに遠い側の列である第１列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第１のレンズと、前記光電変換素子に遠い側の列である第１列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第２のレンズと、前記光ファイバに近い側の列である第２列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第３のレンズと、前記光電変換素子に近い側の列である第２列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第４のレンズと、前記第１列の光電変換素子あるいは前記第１列の光ファイバの端面から出射され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の第１の光路を通る光の進行方向を変える第１の反射面と、前記第２列の光電変換素子あるいは前記第２列の光ファイバの端面から出射され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間の第２の光路を通る光の進行方向を変える第２の反射面と、を具備し、前記第１の反射面は、前記第２の光路と干渉しない位置に設けられ、前記第２の反射面は、前記第１の光路と干渉しない位置に設けられる、構成を採る。
【００１１】
また、本発明のレンズアレイは、第１の基板上に１列に配列され、前記第１の基板面法線方向に光軸を持つｎ個（ｎは複数）の第１列の光電変換素子、および、前記第１の基板と対向する第２の基板上に１列に配列され、前記第２の基板面法線方向に光軸を持つｎ個の第２列の光電変換素子と、２列に配列され、前記光電変換素子の光軸と直交する方向に光軸を持つ２×ｎ個の光ファイバと、を光学的に結合するレンズアレイであって、前記第１列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第１のレンズと、前記第１列の光電変換素子に近い側の列である第１列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第２のレンズと、前記第２列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第３のレンズと、前記第２列の光電変換素子に近い側の列である第２列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第４のレンズと、前記第１列の光電変換素子あるいは前記第１列の光ファイバの端面から出射され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の第１の光路を通る光の進行方向を変える第１の反射面と、前記第２列の光電変換素子あるいは前記第２列の光ファイバの端面から出射され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間の第２の光路を通る光の進行方向を変える第２の反射面と、を具備し、前記第１の反射面は、前記第２の光路と干渉しない位置に設けられ、前記第２の反射面は、前記第１の光路と干渉しない位置に設けられる、構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１の光路と第２の光路とが交差することなく、２×ｎ個の光電変換素子と、光電変換素子に対して光軸が直交する２×ｎ個の光ファイバの端面とを光学的に結合することができるので、コンパクトな構成で、混信を起こすことなく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタとの間でマルチチャンネル光通信を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光モジュールの概要をレンズアレイの側面縦断面図とともに示す概略構成図
【図２】図１のレンズアレイを示す図
【図３】図１のレンズアレイと半導体基板との結合状態を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係るレンズアレイのバリエーションを示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係るレンズアレイのバリエーションを示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る光モジュールのバリエーションを示す図
【図７】図６のレンズアレイと半導体基板との結合状態を示す図
【図８】本発明の実施の形態２に係る光モジュールの概要をレンズアレイの側面縦断面図とともに示す概略構成図
【図９】図８のレンズアレイを示す図
【図１０】図８のレンズアレイと半導体基板との結合状態を示す図
【図１１】図８のレンズアレイと半導体基板との結合状態のバリエーションを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態では、２４芯（１２芯×２列）のマルチチャンネルの双方向通信を例に説明する。
【００１５】
（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の概要をレンズアレイの側面縦断面図とともに示す概略構成図である。また、図２は、図１のレンズアレイを示す図である。図２（ａ）はレンズアレイの正面図、図２（ｂ）はレンズアレイの平面図、図２（ｃ）はレンズアレイの底面図、図２（ｄ）はレンズアレイの右側面断面図である。
【００１６】
図１に示すように、光モジュール１は、光電変換装置１０と、レンズアレイ２０と、光ファイバケーブル４０と、から主に構成される。
【００１７】
［光電変換装置の構成］
光電変換装置１０は、光信号から電気信号への変換あるいは電気信号から光信号への変換を行う装置であり、複数（１２個）の発光素子（レーザ源）１１および複数（１２個）の受光素子（ＰＤ：Photo Detector）１２を有する。発光素子１１および受光素子１２は、それぞれ、半導体基板１３上に図１における紙面垂直方向に等間隔に整列配置される。複数の発光素子１１には、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が用いられる。
【００１８】
各発光素子１１は、半導体基板１３の取り付け面１４に対して垂直方向（図１の上方向）にレーザ光Ｌ１を出射（発光）する。各受光素子１２は、レンズアレイ２０から出射されたレーザ光Ｌ２を受光する。
【００１９】
［レンズアレイの構成］
レンズアレイ２０は、各発光素子１１とこれに対応する各光ファイバ４０ａとを光学的に結合させ、各光ファイバ４０ｂとこれに対応する各受光素子１２とを光学的に結合させる。
【００２０】
レンズアレイ２０の本体２１は、ほぼ直方体であり、例えば、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），ＥＰ（エポキシ樹脂）等の光透過性を有する樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。
【００２１】
レンズアレイ本体２１には、光電変換素装置１０に臨む外周面２１ａ（図１における下端面）の中央部に、底面２２ａが外周面２１ａと平行な切り欠き部２２が形成される。また、レンズアレイ本体２１には、外周面２１ａに対して垂直であって光ファイバ４０ａ、４０ｂの端面に臨む外周面２１ｂ（図１における左端面）の中央部に、底面２３ａが外周面２１ｂと平行な凹部２３が形成される。
【００２２】
また、レンズアレイ本体２１には、外周面２１ｃ（外周面２１ａの反対面、図１における上端面）から外周面２１ｄ（外周面２１ｂの反対面、図１における右端面）にかけて切り欠き部２４が形成される。また、レンズアレイ本体２１には、外周面２１ｄの中央部に凹部２５が形成される。
【００２３】
また、レンズアレイ本体２１には、外周面２１ｂの両端部に、２つの嵌合ピン（凸部）２６ａ、２６ｂが形成される。嵌合ピン２６ａ、２６ｂには、ＭＴコネクタ（mechanically transferable splicing connector）４１が取り付けられる。ＭＴコネクタ４１は、２４（２×１２）個の光ファイバの線心の先端につける多芯一括型のコネクタである。なお、本実施の形態では、光ファイバ付のＭＴコネクタの代わりに光導波路等の光伝送体を取り付けることもできる。
【００２４】
また、レンズアレイ本体２１には、外周面２１ａの両端部に外周面２１ｃまで貫通する２つの取り付け穴２７ａ、２７ｂが形成される。取り付け穴２７ａ、２７ｂは、レンズアレイ本体２１を半導体基板１３の取り付け面１４上に取り付けるために用いられる。
【００２５】
レンズアレイ２０は、底面２２ａに、発光素子１１と同数（１２個）の第１のレンズ３１（凸レンズ）を有する。各第１のレンズ３１は、各発光素子１１に対向する位置に整列配置される。各第１のレンズ３１には、対応する各発光素子１１から出射されたレーザ光Ｌ１が入射される。そして、各第１のレンズ３１は、入射したレーザ光Ｌ１をそれぞれ集束光になるように屈折させた上でレンズアレイ本体２１の内部へと進行させる。
【００２６】
また、レンズアレイ２０は、底面２３ａに、発光素子１１と同数（１２個）の第２のレンズ３２（凸レンズ）を有する。各第２のレンズ３２は、各光ファイバ４０ａの端面に対向する位置に整列配置される。各第２のレンズ３２は、対応する各第１のレンズ３１にそれぞれ入射されてレンズアレイ本体２１の内部の光路を進行してきた各レーザ光Ｌ１を、各光ファイバ４０ａの端面上に集光させるように屈折させ、対応する各光ファイバ４０ａの端面に向けてそれぞれ出射する。
【００２７】
また、レンズアレイ２０は、底面２３ａに、受光素子１２と同数（１２個）の円形状の第３のレンズ３３（凸レンズ）を有する。各第３のレンズ３３は、各光ファイバ４０ｂの端面に対向する位置に整列配置される。各第３のレンズ３３は、対応する各光ファイバ４０ｂの端面から出射されたレーザ光Ｌ２が入射される。そして、各第３のレンズ３３は、入射したレーザ光Ｌ２をそれぞれ平行光となるように屈折させた上でレンズアレイ本体２１の内部へと進行させる。
【００２８】
また、レンズアレイ２０は、底面２２ａに、受光素子１２と同数（１２個）の円形状の第４のレンズ３４（凸レンズ）を有する。各第４のレンズ３４は、各受光素子１２に対向する位置に整列配置される。各第４のレンズ３４は、対応する各第３のレンズ３３にそれぞれ入射されてレンズアレイ本体２１の内部の光路を進行してきた各レーザ光Ｌ２を、受光素子１２の受光部に照射する集束光になるように屈折させ、対応する各受光素子１２に向けてそれぞれ出射する。
【００２９】
なお、底面２２ａには、位置合わせ用のアライメントマーク２２ｂを設けても良い。
【００３０】
切り欠き部２４には、平坦な全反射面２４ａが形成される。全反射面２４ａの角度はレンズアレイ２０の材質（屈折率）に基づいて好適に設定される。例えば、レンズアレイ２０がＰＥＩにより形成されるとき、図１における横方向を基準（０°）とした場合、全反射面２４ａの角度は、図１における時計回りに４７°である。全反射面２４ａは、レーザ光Ｌ２の光路と干渉しない位置に設けられ、第１のレンズ３１から出射された各レーザ光Ｌ１を全反射させる。なお、全反射面２４ａには、Au、Ag、Al等からなる反射膜をコーティングしても良い。
【００３１】
なお、切り欠き部２４には、全反射面２４ａを形成するために、全反射面２４ａの上端辺と外周面２１ｃとを繋ぐ平坦な面２４ｂと、全反射面２４ａの下端辺と外周面２１ｄとを繋ぐ平坦な面２４ｃが形成される。
【００３２】
凹部２５には、この凹部２５における側面の一部をなす平坦な透過面２５ａ、この凹部２５における側面の一部をなす平坦な透過面２５ｂ、および、この凹部２５における底面の一部をなす平坦な全反射面２５ｃが形成される。
【００３３】
なお、凹部２５には、透過面２５ａを透過したレーザ光Ｌ１が全反射面２５ｃに当たらないように、透過面２５ｂと全反射面２５ｃとの間に逃げ面２５ｄが形成される。
【００３４】
透過面２５ａは、図１における上端辺および下端辺が第１のレンズ３１の整列方向に平行かつ上端辺が下端辺よりも外周面２１ｄ側に位置するような傾斜（約３°）をもつように形成される。透過面２５ａは、入射した各レーザ光Ｌ１をスネルの法則にしたがって屈折させて透過させる。
【００３５】
透過面２５ｂは、図１における上端辺および下端辺が第１のレンズ３１の整列方向に平行かつ上端辺が下端辺よりも外周面２１ｂ側に位置するような傾斜（約３°）をもつように形成される。透過面２５ｂは、入射した各レーザ光Ｌ１をスネルの法則にしたがって屈折させて透過させる。
【００３６】
図１における横方向を基準（０°）とした場合、全反射面２５ｃの角度は、図１における時計回りに４５°である。全反射面２５ｃは、レーザ光Ｌ１の光路に干渉しない位置であって全反射面２４ａよりも第３のレンズ３３および第４のレンズ３４に近い位置に設けられ、第３のレンズ３３から出射された各レーザ光Ｌ２を全反射させる。なお、全反射面２５ｃには、Au、Ag、Al等からなる反射膜をコーティングしても良い。
【００３７】
［レンズアレイと半導体基板との結合］
次に、レンズアレイ２０と半導体基板１３との結合について説明する。図３は、図１に示したレンズアレイ２０と半導体基板１３との結合状態を示す図である。図３（ａ）はレンズアレイ２０と半導体基板１３の正面図、図３（ｂ）はレンズアレイ２０と半導体基板１３の右側面図である。
【００３８】
半導体基板１３には、貫通穴１５ａ、１５ｂが設けられる。貫通穴１５ａ、１５ｂの内径は取り付け穴２７ａ、２７ｂの内径とほぼ同一である。また、貫通穴１５ａと貫通穴１５ｂとの間隔は、取り付け穴２７ａと取り付け穴２７ｂとの間隔と同一である。
【００３９】
レンズアレイ２０と半導体基板１３とを結合するには、まず、半導体基板１３上にレンズアレイ本体２１を置き、取り付け穴２７ａ、２７ｂと貫通穴１５ａ、１５ｂの位置を合わせる。そして、取り付け穴２７ａと貫通穴１５ａ、および、取り付け穴２７ｂと貫通穴１５ｂのそれぞれにメタルピン５０ａ、５０ｂを挿入する。
【００４０】
メタルピン５０ａ、５０ｂの外径は、取り付け穴２７ａ、２７ｂの内径、貫通穴１５ａ、１５ｂの内径よりも僅かに大きい。したがって、メタルピン５０ａ、５０ｂを挿入することにより、取り付け穴２７ａ、２７ｂ及び貫通穴１５ａ、１５ｂは僅かに拡径され、メタルピン５０ａ、５０ｂと取り付け穴２７ａ、２７ｂ、貫通穴１５ａ、１５ｂとの間に摩擦力が生じ、メタルピン５０ａ、５０ｂは抜けなくなる。これにより、レンズアレイ２０は、半導体基板１３に固定される。
【００４１】
［レーザ光の光路］
各発光素子１１から出射された各レーザ光Ｌ１は、対応する第１のレンズ３１に入射され、第１のレンズ３１により屈折され集束光となる。第１のレンズ３１から出射された各レーザ光Ｌ１は、全反射面２４ａにおいて全反射面２４ａの角度に合わせて方向を変えるように反射され、透過面２５ａおよび透過面２５ｂを透過し、対応する第２のレンズ３２により集束光となるように屈折される。第２のレンズ３２から出射された各レーザ光Ｌ１は、対応する光ファイバ４０ａの端面に入射される。
【００４２】
各光ファイバ４０ｂの端面から出射された各レーザ光Ｌ２は、対応する第３のレンズ３３に入射され、第３のレンズ３３により平行光となるように屈折される。第３のレンズ３３から出射された各レーザ光Ｌ２は、全反射面２５ｃにおいて全反射面２５ｃの角度に合わせてほぼ直角に方向を変えるように反射され、対応する第４のレンズ３４により集束光となるように屈折される。第４のレンズ３４から出射された各レーザ光Ｌ２は、対応する受光素子１２の受光面に入射される。また、レーザ光Ｌ２の第３のレンズ３３から全反射面２５ｃまでの光軸は、レーザ光Ｌ１の全反射面２４ａから第２のレンズ３２までの光軸とほぼ平行で一定の間隔を保っている。また、レーザ光Ｌ２の全反射面２５ｃから第４のレンズ３４までの光軸は、レーザ光Ｌ１の第１のレンズ３１から全反射面２４ａまでの光軸とほぼ平行で一定の間隔を保っている。
【００４３】
このように、本実施の形態では、レーザ光Ｌ１の光路とレーザ光Ｌ２の光路とが交差することなく、光ファイバと光電変換素子（発光素子１１、受光素子１２）とがレンズによって光学的に結合される。
【００４４】
［本実施の形態の効果、バリエーション］
上記に説明したように、本実施の形態によれば、レーザ光Ｌ１の光路とレーザ光Ｌ２の光路とが交差しないため、コンパクトな構成で、混信や迷光を起こすことなく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタとの間でマルチチャンネル光通信を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、透過面２５ａおよび透過面２５ｂに傾斜を持たせ、凹部２５を、開口部から奥側に向かうにしたがって、漸次、断面積が縮小するように形成することにより、凹部２５は金型からの離型性を確保した形状になるので、金型を用いてレンズアレイ２０を効率的に製造することができる。
【００４６】
なお、図４に示すように、透過面２５ａおよび透過面２５ｂを外周面２１ｃに対して垂直に形成すれば、透過面２５ａおよび透過面２５ｂでの屈折が無くなる。これにより、凹部２５の金型からの離型性はやや劣るものの、レンズアレイ２０の材質（屈折率）に依らず、全反射面２４ａの角度を、図１における横方向を基準（０°）として図１における時計回りに４５°とすれば良く、レンズアレイ２０の設計、製造が容易となる。なお、この場合、各第１のレンズ３１は、入射したレーザ光Ｌ１をそれぞれ平行光になるように屈折させた上でレンズアレイ本体２１の内部へと進行させる。
【００４７】
また、図５に示すように、本実施の形態では、切り欠き部２４を形成せずに、凹部２５の形状を変え、全反射面２４ａを、凹部２５を構成する一つの面として形成しても良い。図５において、凹部２５には、面２４ｃと外周面２１ｃとを繋ぐ平坦な面２５ｅと、透過面２５ａと全反射面２４ａとを繋ぐ平坦な面２５ｆが形成される。
【００４８】
また、上記の説明では、２４個の光電変換素子のうち１２個が発光素子であり１２個が受光素子である場合について説明したが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、図６に示すように、送信側半導体基板１３−１に２４個の発光素子１１を配置して光モジュール１−１（光電変換装置１０−１、レンズアレイ２０−１）を送信専用とし、受信側半導体基板１３−２に２４個の受光素子１２を配置して光モジュール１−２（光電変換装置１０−２、レンズアレイ２０−２）を受信専用としてもよい。
【００４９】
図７は、図６に示したレンズアレイ２０−１、２０−２と半導体基板１３−１、１３−２との結合状態を示す図である。図７（ａ）はレンズアレイ２０−１、２０−２と半導体基板１３−１、１３−２の正面図、図７（ｂ）はレンズアレイ２０−１、２０−２と半導体基板１３−１、１３−２の右側面図である。
【００５０】
レンズアレイ２０−１、２０−２と半導体基板１３−１、１３−２とを結合するには、まず、半導体基板１３−２上に、レンズアレイ本体２１−２、スペーサ５１、レンズアレイ本体２１−１及び半導体基板１３−１をこの順に置く。このとき、レンズアレイ本体２１−２の外周面２１ｃとレンズアレイ本体２１−１の外周面２１ｃが向かい合い、レンズアレイ本体２１−１、２１−２の嵌合ピン２６ａ、２６ｂが同一方向（図７（ｂ）の左側）を向くようにする。
【００５１】
そして、レンズアレイ２０−１、２０−２の取り付け穴２７ａ、２７ｂ、半導体基板１３−１、１３−２の貫通穴１５ａ、１５ｂおよびスペーサ５１の貫通穴５２ａ、５２ｂの位置を合わせ、メタルピン５０ａ、５０ｂを挿入する。
【００５２】
（実施の形態２）
［光モジュールの構成］
図８は、本発明の実施の形態２に係る光モジュールの概要をレンズアレイの側面縦断面図とともに示す概略構成図である。また、図９は、図８のレンズアレイを示す図である。図９（ａ）はレンズアレイの正面図、図９（ｂ）はレンズアレイの平面図、図９（ｃ）はレンズアレイの背面図、図９（ｄ）はレンズアレイの右側面断面図である。
【００５３】
なお、本実施の形態では、図８、図９において、図１、図２と共通する構成部分に、図１、図２と同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００５４】
図８に示すように、光モジュール２は、光電変換装置６０−１、６０−２とレンズアレイ７０とから主に構成される。
【００５５】
［光電変換装置の構成］
光電変換装置６０−１は、複数（１２個）の発光素子１１を有し、光電変換装置６０−２は、複数（１２個）の受光素子１２を有する。発光素子１１は、半導体基板６３−１上に図８における紙面垂直方向に等間隔に整列配置される。また、受光素子１２は、半導体基板６３−２上に図８における紙面垂直方向に等間隔に整列配置される。
【００５６】
各発光素子１１は、半導体基板６３−１の取り付け面６４−１に対して垂直方向（図１の上方向）にレーザ光Ｌ１を出射（発光）する。各受光素子１２は、レンズアレイ７０から出射されたレーザ光Ｌ２を受光する。
【００５７】
［レンズアレイの構成］
レンズアレイ７０は、各発光素子１１とこれに対応する各光ファイバ４０ａの端面とを光学的に結合させ、各光ファイバ４０ｂの端面とこれに対応する各受光素子１２とを光学的に結合させる。
【００５８】
レンズアレイ７０の本体７１は、ほぼ直方体であり、例えば、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），ＥＰ（エポキシ樹脂）等の光透過性を有する樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。
【００５９】
レンズアレイ本体７１には、光電変換素装置６０−１に臨む外周面７１ａ（図１における上端面）の中央部に、底面７２ａが外周面７１ａと平行な凹部７２が形成される。また、レンズアレイ本体７１には、外周面７１ａに対して垂直であって光ファイバ４０ａ、４０ｂの端面に臨む外周面７１ｂ（図１における左端面）の中央部に、図１のレンズアレイ本体２１と同様に、凹部２３が形成される。また、レンズアレイ本体７１には、光電変換素装置６０−２に臨む外周面７１ｃ（外周面７１ａの反対面、図１における下端面）の中央部に、底面７４ａが外周面７１ｃと平行な凹部７４が形成される。
【００６０】
また、レンズアレイ本体７１には、外周面７１ｄ（外周面７１ｂの反対面、図１における右端面）の中央部に凹部７５が形成される。
【００６１】
また、レンズアレイ本体７１には、図１のレンズアレイ本体２１と同様に、外周面７１ｂの両端部に、２つの嵌合ピン（凸部）２６ａ、２６ｂが形成される。
【００６２】
また、レンズアレイ本体７１には、外周面７１ａの両端部に、外周面７１ｃまで貫通する２つの取り付け穴７７ａ、７７ｂが形成される。取り付け穴７７ａ、７７ｂは、レンズアレイ本体７１を半導体基板６３−１、６３−２に取り付けるために用いられる。
【００６３】
レンズアレイ７０は、底面７２ａに、発光素子１１と同数（１２個）の円形状の第１のレンズ３１（凸レンズ）を有する。各第１のレンズ３１は、各発光素子１１に対向する位置に整列配置される。各第１のレンズ３１には、対応する各発光素子１１から出射されたレーザ光Ｌ１が入射される。そして、各第１のレンズ３１は、入射したレーザ光Ｌ１をそれぞれ平行光となるように屈折させた上でレンズアレイ本体７１の内部へと進行させる。
【００６４】
また、レンズアレイ７０は、図１のレンズアレイ本体２１と同様に、底面２３ａに、第２のレンズ３２および第３のレンズ３３を有する。
【００６５】
また、レンズアレイ７０は、底面７４ａに、受光素子１２と同数（１２個）の円形状の第４のレンズ３４（凸レンズ）を有する。各第４のレンズ３４は、各受光素子１２に対向する位置に整列配置される。各第４のレンズ３４は、対応する各第３のレンズ３３にそれぞれ入射されてレンズアレイ本体２１の内部の光路を進行してきた各レーザ光Ｌ２を、受光素子１２の受光部に照射する集束光になるように屈折させ、対応する各受光素子１２に向けてそれぞれ出射する。
【００６６】
凹部７５には、この凹部７５における底面の一部をなす平坦な全反射面７５ａ、７５ｂが形成される。なお、凹部７５には、この凹部７５における側面をなす平坦な面７５ｃ、７５ｄが形成される。
【００６７】
全反射面７５ａの角度は、図８における横方向を基準（０°）として図８における反時計回りに４５°である。全反射面７５ａは、レーザ光Ｌ２の光路と干渉しない位置に設けられ、第１のレンズ３１から出射された各レーザ光Ｌ１を全反射させる。なお、全反射面７５ａには、Au、Ag、Al等からなる反射膜をコーティングしても良い。
【００６８】
全反射面７５ｂの角度は、図８における横方向を基準（０°）として図８における時計回りに４５°である。全反射面７５ｂは、レーザ光Ｌ１の光路と干渉しない位置であって全反射面７５ａよりも第３のレンズ３３および第４のレンズ３４に近い位置に設けられ、第３のレンズ３３から出射された各レーザ光Ｌ２を全反射させる。なお、全反射面７５ｂには、Au、Ag、Al等からなる反射膜をコーティングしても良い。
【００６９】
［レンズアレイと半導体基板との結合］
次に、レンズアレイ７０と半導体基板６３−１、６３−２との結合について説明する。図１０は、図８に示したレンズアレイ７０と半導体基板６３−１、６３−２との結合状態を示す図である。図１０（ａ）はレンズアレイ７０と半導体基板６３−１、６３−２の正面図、図１０（ｂ）はレンズアレイ７０と半導体基板６３−１、６３−２の右側面図である。
【００７０】
半導体基板６３−１には、貫通穴６５−１ａ、６５−１ｂが設けられ、半導体基板６３−２には、貫通穴６５−２ａ、６５−２ｂが設けられる。貫通穴６５−１ａ、６５−１ｂ、６５−２ａ、６５−２ｂの内径は取り付け穴７７ａ、７７ｂの内径とほぼ同一である。また、貫通穴６５−１ａと貫通穴６５−１ｂとの間隔及び貫通穴６５−２ａと貫通穴６５−２ｂとの間隔は、取り付け穴７７ａと取り付け穴７７ｂとの間隔と同一である。
【００７１】
レンズアレイ７０と半導体基板６３−１、６３−２とを結合するには、まず、半導体基板６３−２上にレンズアレイ本体７１を置き、その上に半導体基板６３−１を置き、取り付け穴７７ａと貫通穴６５−１ａ、６５−２ｂの位置、及び、取り付け穴７７ｂと貫通穴６５−１ｂ、６５−２ａの位置を合わせる。そして、取り付け穴７７ａと貫通穴６５−１ａ、６５−２ｂ、および、取り付け穴７７ｂと貫通穴６５−１ｂ、６５−２ａのそれぞれにメタルピン８０ａ、８０ｂを挿入する。
【００７２】
メタルピン８０ａ、８０ｂの外径は、取り付け穴７７ａ、７７ｂの内径、貫通穴６５−１ａ、６５−１ｂ、６５−２ａ、６５−２ｂの内径よりも僅かに大きい。したがって、メタルピン８０ａ、８０ｂを挿入することにより、取り付け穴７７ａ、７７ｂ及び貫通穴６５−１ａ、６５−１ｂ、６５−２ａ、６５−２ｂは僅かに拡径され、メタルピン８０ａ、８０ｂと取り付け穴７７ａ、７７ｂ、貫通穴６５−１ａ、６５−１ｂ、６５−２ａ、６５−２ｂとの間に摩擦力が生じ、メタルピン８０ａ、８０ｂは抜けなくなる。これにより、レンズアレイ７０は、半導体基板６３−１、６３−２に固定される。
【００７３】
なお、図１１に示すように、レンズアレイ７０と半導体基板６３−１との結合と、レンズアレイ７０と半導体基板６３−２との結合に、互いに異なるメタルピンを用いても良い。図１１において、メタルピン８０−１ａ、８０−１ｂは、レンズアレイ７０と半導体基板６３−１とを結合させ、メタルピン８０−２ａ、８０−２ｂは、レンズアレイ７０と半導体基板６３−２とを結合させる。
【００７４】
［レーザ光の光路］
各発光素子１１から出射された各レーザ光Ｌ１は、対応する第１のレンズ３１に入射され、第１のレンズ３１により屈折され平行光となる。第１のレンズ３１から出射された各レーザ光Ｌ１は、全反射面７５ａにおいて全反射面７５ａの角度に合わせてほぼ直角に方向を変えるように反射され、対応する第２のレンズ３２により屈折され集束光となる。第２のレンズ３２から出射された各レーザ光Ｌ１は、対応する光ファイバ４０ａの端面に入射される。
【００７５】
各光ファイバ４０ｂの端面から出射された各レーザ光Ｌ２は、対応する第３のレンズ３３に入射され、第３のレンズ３３により屈折され平行光となる。第３のレンズ３３から出射された各レーザ光Ｌ２は、全反射面７５ｂにおいて全反射面７５ｂの角度に合わせてほぼ直角に方向を変えるように反射し、対応する第４のレンズ３４により屈折され集束光となる。第４のレンズ３４から出射された各レーザ光Ｌ２は、対応する受光素子１２の受光面に入射される。また、レーザ光Ｌ２の第３のレンズ３３から全反射面７５ｂまでの光軸は、レーザ光Ｌ１の全反射面７５ａから第２のレンズ３２までの光軸と平行で一定の間隔を保っている。また、レーザ光Ｌ２の全反射面７５ｂから第４のレンズ３４までの光軸は、レーザ光Ｌ１の第１のレンズ３１から全反射面７５ａまでの光軸とほぼ一致する。
【００７６】
このように、本実施の形態では、レーザ光Ｌ１の光路とレーザ光Ｌ２の光路とが交差することなく、光ファイバと光電変換素子（発光素子１１、受光素子１２）とがレンズによって光学的に結合される。
【００７７】
［本実施の形態の効果、バリエーション］
上記に説明したように、本実施の形態によれば、レーザ光Ｌ１の光路とレーザ光Ｌ２の光路とが交差しないため、コンパクトな構成で、混信や迷光を起こすことなく、複数の光ファイバを２列に整列配置したコネクタとの間でマルチチャンネル光通信を実現することができる。
【００７８】
また、半導体基板６３−１の取り付け面６４−１に接するレンズアレイ本体７１の外周面７１ａと、半導体基板６３−２の取り付け面６４−２に接するレンズアレイ本体７１の外周面７１ｃとが平行であるため、半導体基板６３−１と半導体基板６３−２とを一定の間隔を保った状態で固定することができる。
【００７９】
また、本実施の形態によれば、全反射面７５ａ、７５ｂが傾斜を持ち、凹部７５を、開口部から奥側に向かうにしたがって、漸次、断面積が縮小するように形成されることにより、凹部７５を金型からの離型性を確保した形状に形成することができるので、金型を用いてレンズアレイ７０を効率的に製造することができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、図９に示すように、切り欠き部２４を形成せずに、凹部２５の形状を変え、全反射面２４ａを、凹部２５を構成する一つの面として形成しても良い。図５において、凹部２５には、面２４ｃと外周面２１ｃとを繋ぐ平坦な面２５ｅと、透過面２５ａと全反射面２４ａとを繋ぐ平坦な面２５ｆが形成される。
【００８１】
また、上記の説明では、２４個の光電変換素子のうち１２個が発光素子であり１２個が受光素子である場合について説明したが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、半導体基板６３−１、６３−２の両方とも送信側回路基板としてそれぞれ１２個の発光素子１１を配置して光モジュール２を送信専用とすることもできる。逆に、半導体基板６３−１、６３−２の両方とも受信側回路基板としてそれぞれ１２個の受光素子１２を配置して光モジュール２を受信専用とすることもできる。
【００８２】
また、上記の説明では、取り付け穴７７ａ、７７ｂが、レンズアレイ本体７１を貫通する穴であって、各取り付け穴７７ａ、７７ｂに一本のメタルピンを通す場合について説明したが、本実施の形態はこれに限られず、各取り付け穴７７ａ、７７ｂに二本のメタルピンを用い、それぞれの両端からメタルピンを差し込んでも良い。また、本実施の形態では、所定深さの取り付け穴を外周面７１ａ、７１ｃそれぞれの両端部に設けても良く、また、取り付け穴７７ａ、７７ｂの代わりに切り欠きを設けても良い。また、メタルピンの代わりに凸形状の部材を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係るレンズアレイおよびこれを備えた光モジュールは、マルチチャンネルの光通信に使用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１−１、１−２、２光モジュール
１０、１０−１、１０−２、６０−１、６０−２光電変換装置
１１発光素子
１２受光素子
１３、１３−１、１３−２、６３−１、６３−２半導体基板
２０、２０−１、２０−２、７０レンズアレイ
２１、７１レンズアレイ本体
２２、２４切り欠き部
２３、２５、７２、７４、７５凹部
２４ａ、２５ｃ全反射面
２５ａ、２５ｂ透過面
２６ａ、２６ｂ嵌合ピン
２７ａ、２７ｂ、７７ａ、７７ｂ取り付け穴
３１第１のレンズ
３２第２のレンズ
３３第３のレンズ
３４第４のレンズ
５０ａ、５０ｂ、８０ａ、８０ｂメタルピン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に２列に配列され、前記基板面法線方向に光軸を持つ２×ｎ個（ｎは一列あたりの個数であって複数）の光電変換素子と、２列に配列され、前記光電変換素子の光軸と直交する方向に光軸を持つ２×ｎ個の光ファイバの端面と、を光学的に結合するレンズアレイであって、
前記光ファイバに遠い側の列である第１列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第１のレンズと、
前記光電変換素子に遠い側の列である第１列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第２のレンズと、
前記光ファイバに近い側の列である第２列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第３のレンズと、
前記光電変換素子に近い側の列である第２列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第４のレンズと、
前記第１列の光電変換素子あるいは前記第１列の光ファイバの端面から出射され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の第１の光路を通る光の進行方向を変える第１の反射面と、
前記第２列の光電変換素子あるいは前記第２列の光ファイバの端面から出射され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間の第２の光路を通る光の進行方向を変える第２の反射面と、を具備し、
前記第１の反射面は、前記第２の光路と干渉しない位置に設けられ、
前記第２の反射面は、前記第１の光路と干渉しない位置に設けられる、
レンズアレイ。
【請求項２】
前記第２の反射面を凹部により形成し、
前記凹部は、前記第１の光路を通る光を透過させる第１の透過面および第２の透過面を有する、
請求項１記載のレンズアレイ。
【請求項３】
前記凹部は、開口部から奥側に向かうにしたがって、漸次、断面積が縮小する、
請求項２記載のレンズアレイ。
【請求項４】
前記凹部の第１の透過面および第２の透過面は、前記第１の光路に対して垂直に形成される、
請求項２記載のレンズアレイ。
【請求項５】
第１の基板上に１列に配列され、前記第１の基板面法線方向に光軸を持つｎ個（ｎは複数）の第１列の光電変換素子、および、前記第１の基板と対向する第２の基板上に１列に配列され、前記第２の基板面法線方向に光軸を持つｎ個の第２列の光電変換素子と、２列に配列され、前記光電変換素子の光軸と直交する方向に光軸を持つ２×ｎ個の光ファイバと、を光学的に結合するレンズアレイであって、
前記第１列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第１のレンズと、
前記第１列の光電変換素子に近い側の列である第１列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第２のレンズと、
前記第２列の各光電変換素子に対向する位置に設けられるｎ個の第３のレンズと、
前記第２列の光電変換素子に近い側の列である第２列の各光ファイバの端面に対向する位置に設けられるｎ個の第４のレンズと、
前記第１列の光電変換素子あるいは前記第１列の光ファイバの端面から出射され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の第１の光路を通る光の進行方向を変える第１の反射面と、
前記第２列の光電変換素子あるいは前記第２列の光ファイバの端面から出射され、前記第３のレンズと前記第４のレンズとの間の第２の光路を通る光の進行方向を変える第２の反射面と、を具備し、
前記第１の反射面は、前記第２の光路と干渉しない位置に設けられ、
前記第２の反射面は、前記第１の光路と干渉しない位置に設けられる、
レンズアレイ。
【請求項６】
前記第１の反射面及び前記第２の反射面を凹部により形成し、
前記凹部は、開口部から奥側に向かうにしたがって、漸次、断面積が縮小する、
請求項５記載のレンズアレイ。
【請求項７】
組み付け時に前記第１の基板に接する第１の外周面と、組み付け時に前記第２の基板に接する第２の外周面とが平行に形成される、
請求項５記載のレンズアレイ。
【請求項８】
２×ｎ個の光ファイバと、
基板上に２列に配列され、前記基板面法線方向に光軸を持つ２×ｎ個の光電変換素子を有し、光信号から電気信号への変換あるいは電気信号から光信号への変換を行う光電変換装置と、
前記光電変換素子と前記光ファイバとを光学的に結合する請求項１から請求項４のいずれかに記載のレンズアレイと、
を具備する光モジュール。
【請求項９】
２×ｎ個の光ファイバと、
第１の基板上に１列に配列され、前記第１の基板面法線方向に光軸を持つｎ個の光電変換素子を有し、光信号から電気信号への変換あるいは電気信号から光信号への変換を行う第１の光電変換装置と、
前記第１の基板と対向する第２の基板上に１列に配列され、前記第２の基板面法線方向に光軸を持つｎ個の光電変換素子を有し、光信号から電気信号への変換あるいは電気信号から光信号への変換を行う第２の光電変換装置と、
前記光電変換素子と前記光ファイバとを光学的に結合する請求項５から請求項７のいずれかに記載のレンズアレイと、
を具備する光モジュール。

【図１】