JP2005173534A - フェルールブロック及びそれを用いた光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 外部からの電磁ノイズを拾いにくく、外部へ電磁ノイズを放射しにくいフェルールブロックを提供する。
【解決手段】 光信号を送信あるいは受信するための光素子をパッケージ内に収納した光素子モジュールに装着され、その光素子モジュールと外部の光通信装置との間を通信するための光ファイバに光結合するためのフェルールブロック本体2と、そのフェルールブロック本体2の先端に設けられる絶縁体からなるシェル3とを備え、シェル3の外周に、フェルールブロック本体2の先端2uに当たるフランジ10を設けたものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光素子モジュールに装着され、伝送路となる光ファイバに光結合するためのフェルールブロック及びそれを用いた光モジュールに関するものである。
フェルールブロックは、光信号を送信あるいは受信するための光素子をパッケージ内に収納した光素子モジュールに装着され、伝送路となる光ファイバと光結合するためのものであり、キャピラリブロック、あるいはレセプタクルとも呼ばれる。
このようなフェルールブロックとしては、図13に示すようなフェルールブロック131がある。フェルールブロック131は、金属からなる略円筒状のフェルールブロック本体132と、そのフェルールブロック本体132の一端に一部が突出するように設けられる金属からなる略円筒状のシェル133とで主に構成される。
フェルールブロック本体132の他端部には、中心に光ファイバ134を保持したフェルール(キャピラリ)135が固定される。フェルールブロック本体132の一端部には、シェル133の一端部が圧入されて固定される。
フェルールブロック131は、電子機器の金属からなる筐体136に、フェルールブロック本体132が筐体136内に収納され、シェル133の一端部が筐体136外へ突出するように取り付けられて使用される。図13では、筐体136の左側が筐体136内であり、筐体136の右側が筐体136外である。このとき、光ファイバ134の他端は、図示しない光素子と光結合された状態である。
この状態で、さらにシェル133の一端部に、伝送路となる光ファイバと、その光ファイバを保持するフェルールとを備えた図示しない光コネクタが接続される。これにより、光素子と、光ファイバ134と、光コネクタの光ファイバとが光結合される。
シェル133は金属なので、安価であり、フェルールブロック本体132の内径とシェル133の外径との公差が緩くても、フェルールブロック本体132に圧入できる。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開平9−304652号公報
しかしながら、フェルールブロック131は、シェル133が金属であり、しかもシェル133が筐体136外へ突出しているので、低周波信号で動作する電子機器に組み込まれた場合は問題ないものの、高周波信号で動作する電子機器に組み込まれた場合には、電子機器の動作中にシェル133がアンテナの役割をし、外部からの電磁ノイズe1を拾いやすいという問題がある。また、フェルールブロック131は、外部へ電磁ノイズe2を放射しやすいという問題もある。
特に、近年の光トランシーバは、伝送速度が10Gbps以上と非常に高速なので、このような光トランシーバにフェルールブロック131を組み込むと、電磁ノイズe1,e2の影響が非常に大きくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、外部からの電磁ノイズを拾いにくく、外部へ電磁ノイズを放射しにくいフェルールブロック及びそれを用いた光モジュールを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、光信号を送信あるいは受信する光素子をパッケージ内に収納した光素子モジュールに装着され、その光素子モジュールと外部の光通信装置との間を通信する光ファイバに光結合するフェルールブロック本体と、そのフェルールブロック本体の先端に設けられる絶縁体からなるシェルとを備え、前記シェルの外周に、前記フェルールブロック本体の先端に当たるフランジを設けたフェルールブロックである。
請求項2の発明は、前記絶縁体はセラミックスであり、前記フェルールブロック本体に前記シェルを圧入して固定した請求項1記載のフェルールブロックである。
請求項3の発明は、前記絶縁体はプラスチックである請求項1記載のフェルールブロックである。
請求項4の発明は、前記フェルールブロック本体に前記シェルを挿入して接着剤で固定した請求項3記載のフェルールブロックである。
請求項5の発明は、前記シェルおよび前記フェルールブロック本体に互いに係合する係合部をそれぞれ設けた請求項3または4記載のフェルールブロックである。
請求項6の発明は、前記シェルの外周に、前記フェルールブロック本体に前記シェルを圧入するための金属からなるリングを設けた請求項3または5記載のフェルールブロックである。
請求項7の発明は、前記リングを前記シェルにインサートモールドした請求項6記載のフェルールブロックである。
請求項8の発明は、前記フェルールブロック本体に、前記フェルールブロック本体の外周から前記シェルが挿入される挿入穴まで貫通する貫通穴を設けた請求項3〜7いずれかに記載のフェルールブロックである。
請求項9の発明は、請求項1〜8いずれかに記載されたフェルールブロックを用いた光モジュールである。
本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
(1)外部からの電磁ノイズを拾いにくく、外部へ電磁ノイズを放射しにくい、という優れた効果を発揮する。
(2)フェルールブロック本体に対するシェルの光軸方向における位置決めが容易にできる。
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
まず、図2および図3により、第1の実施の形態に係るフェルールブロックが装着される光素子モジュールとしての半導体レーザ(LD)モジュールと、第1の実施の形態に係るフェルールブロックを用いた光モジュールとを説明する。
図2は、第1の実施の形態に係るフェルールブロックを用いた光モジュールの外観図であり、図3はその縦断面図である。
図2および図3に示すように、フェルールブロック1は、LDモジュール21の光出射方向となる上方(図2および図3では+z方向)に、後述する金属からなるキャップ保護用カラー22および光軸方向調整用カラー23を介して装着されて使用される。
フェルールブロック1を用いた光モジュール20は、フェルールブロック1と、LDモジュール21と、キャップ保護用カラー22と、光軸方向調整用カラー23とで構成される。
LDモジュール21は、光信号Lを送信する光素子としてのLD素子24を、金属からなるパッケージ25内に収納して主に構成される。パッケージ25は、LD素子24を固定するための円盤状のステム25sと、そのステム25sの上面およびLD素子24を覆う(カバーする)略円筒状のキャップ(レンズキャップ)25cとで構成される。このパッケージ25は、一般にCanパッケージと言われているものであり、LD素子24を収納した安価なLDモジュールのパッケージとして、最もよく使用される。ステム25sとキャップ25cとは、キャップ25c(パッケージ25)内がN2 等の不活性ガスで満たされると共に気密保持されるように、抵抗溶接で固定される。
ステム25sには、パッケージ25内のLD素子24などの部品をパッケージ25外の部品と電気的に接続するためのリード26が、ステム25sを上下に貫通するように、すなわちパッケージ25の内外を上下に貫通するように複数本取り付けられる。LD素子24は、ある一本のリード26を介してパッケージ25外の部品から電気信号が印加されることで、その電気信号を光信号(レーザ光)Lに変換して上方に送信(出射)する。キャップ25cの上部には、LD素子24のレーザ光Lを、フェルールブロック1内の光ファイバ5の他端に集光するレンズ27が取り付けられる。光ファイバ5の他端は、LDモジュール21に、キャップ保護用カラー22および光軸方向調整用カラー23を介してフェルールブロック1が装着されたとき、LD素子24と光結合された状態である。
キャップ25cの外周には略円筒状のキャップ保護用カラー22が取り付けられ、そのキャップ保護用カラー22の外周には略円筒状の光軸方向調整用カラー23が取り付けられ、さらに光軸方向調整用カラー23上にはフェルールブロック1が取り付けられる。
キャップ保護用カラー22は、キャップ25cと光軸方向調整用カラー23とを直接溶接すると、溶接部がキャップ25cを貫通する場合があるので、キャップ25c内の気密を保持するために、キャップ25cと光軸方向調整用カラー23とを接続する接続部材である。
光軸方向調整用カラー23は、キャップ25cとフェルールブロック1とを接続するための接続部材である。この光軸方向調整用カラー23は、キャップ25cの外周に取り付けられた際、光軸方向(図2および図3では±z方向)に移動可能となっている。光軸方向調整用カラー5を光軸方向に適宜移動することで、光信号Lが光ファイバ5の他端にレンズ27で集光されるように調整できる。
具体的には、ステム25sとキャップ保護用カラー22とは、抵抗溶接で固定される。キャップ保護用カラー22と光軸方向調整用カラー23とは、光軸方向調整用カラー23を光軸方向(図2および図3では±z方向)に調整した後、YAGレーザによる多点同時溶接で固定される。光軸方向調整用カラー23とフェルールブロック1とは、フェルールブロック1を光軸と水平方向(図2および図3では±x方向および±y方向)に調整した後、YAGレーザによる多点同時溶接で固定される。
次に、図1は、本発明の第1の実施の形態を示すフェルールブロック1の拡大縦断面図である。
図1〜図3に示すように、第1の実施の形態に係るフェルールブロック1は、図2および図3のLDモジュール21に装着され、そのLDモジュール21と図示しない外部の光通信装置との間を通信する光ファイバ(図4参照)に光結合する金属からなる略円筒状のフェルールブロック本体2と、そのフェルールブロック本体2の一端(先端)に一部が突出するように設けられる絶縁体からなる略円筒状のシェル3とで主に構成される。
フェルールブロック本体2は、例えば、SUS304、SUS430などの金属材料で形成される。シェル3としては、絶縁体がセラミックスであってもよいし、絶縁体がプラスチック(樹脂)であってもよい。
フェルールブロック本体2の他端部内には小径部4が形成され、フェルールブロック本体2の一端部内には、小径部4と連通され、内径がシェル3の外径より若干大きい大径部7が形成される。
小径部4は、フェルール6が挿入される挿入穴である。小径部4には、中心に光ファイバ5を保持したフェルール6が挿入されて固定される。このとき、光ファイバ5およびフェルール6の一端が小径部4から大径部7内に突出するようにする。
小径部4から突出したフェルール6の外周には、大径部7から突出するようにスリーブ8が嵌め合わされる。スリーブ8は、フェルール6内の光ファイバ5と、後述する図示しない光コネクタが備える光ファイバ(図4参照)との軸合わせに用いられるものである。本例では、スリーブ8として割スリーブを使用した。
大径部7は、シェル3の他端部が挿入される挿入穴である。大径部7には、シェル3の他端部がスリーブ8の外周を覆い、かつシェル3の一端部が大径部7から突出するように、シェル3の他端部が固定される。
シェル3の外周の中央部には、フェルールブロック本体2の大径部7にシェル3の他端部が挿入されたとき、フェルールブロック本体2の一端面(先端面)2uに突き当たって面接触するフランジ10が設けられる。フランジ10の材質はシェル3と同じである。
セラミックスからなるシェル3を使用する場合は、大径部7にシェル3の他端部を圧入して固定する。一方、プラスチックからなるシェル3を使用する場合には、大径部7の内周面あるいはシェル3の他端部に接着剤を塗布し、大径部7にシェル3の他端部を挿入して固定すると共に、シェル3のこの他端部内に、フェルール6の一端部を挿入して固定する。
シェル3の一端部内には、光コネクタ(図示しない)のフェルール(図4参照)が抜き差しされる抜差し口9を有する。
以上の構成であるフェルールブロック1は、図2および図3で説明したように、LDモジュール21にキャップ保護用カラー22および光軸方向調整用カラー23を介して装着された後、図1に示すように、電子機器の金属からなる筐体136に、フェルールブロック本体2が筐体136内に収納され、シェル3の一端部が筐体136外へ突出するように取り付けられて使用される。このとき、フェルールブロック本体2の一端面が筐体136の内面と接触するようにする。図1では、筐体136の左側が筐体136内であり、筐体136の右側が筐体136外である。
この状態で、さらにシェル3内の一端部に、伝送路となる光ファイバと、中心にその光ファイバを保持したフェルールとを備えた図示しない光コネクタ(図6参照)が接続される。これにより、LD素子24と、光ファイバ5と、光コネクタの光ファイバとが光結合される。
本実施の形態の作用を説明する。
フェルールブロック1は、フェルールブロック本体2の先端に一部が突出するようにシェル3が設けられている。シェル3は絶縁体なので、フェルールブロック1が高周波信号で動作する電子機器に組み込まれ、電子機器の筐体136からシェル3が突出していても、電子機器の動作中にシェル3がアンテナの役割をすることはない。これは、LDモジュール21の動作中、パッケージ25が電位(例えば、3.5V)を持つが、この電位の影響をシェル3は受けないからである。
したがって、フェルールブロック1は、外部からの電磁ノイズを拾いにくく、外部へ電磁ノイズを放射しにくい構造となる。
特に、フェルールブロック1は、外部から電磁ノイズの影響をほとんど受けず、外部へ電磁ノイズの影響をほとんど与えないので、伝送速度が10Gbps以上の光トランシーバに組み込むとよい。
また、フェルールブロック1は、筐体136内に収納されるフェルールブロック本体2がSUS304,SUS430などの金属材料で形成されているので、金属からなる筐体136を介し放熱を効果的に行うことが可能である。
さらに、フェルールブロック1は、シェル3の外周にフランジ10を設けているので、フェルールブロック本体2に対するシェル3の光軸方向における位置決めが容易にできる。
セラミックスからなるシェル3は、プラスチックからなるシェル3に比べると成形が困難であるが、線膨張係数が小さいので、フェルールブロック本体2への圧入に最適であり、圧入後に膨張・収縮しにくく、フェルールブロック本体2への保持固定の信頼性が高く、ガタつかないという利点がある。
プラスチックからなるシェル3は、フェルールブロック本体2に圧入できないので、接着剤を使用する必要があり、セラミックスからなるシェル3に比べるとフェルールブロック本体2への保持固定の信頼性がやや劣るものの、成形が容易であるという利点がある。
また、図4に示すように、フェルールブロック1は、シェル3の一端部に、伝送路となる光ファイバ42と、中心にその光ファイバ42を保持したフェルール43とを備えた光コネクタ41が接続されて使用される。光ファイバ42は、図2および図3のLDモジュール21と図示しない外部の光通信装置との間を通信するものである。
このとき、フェルール6内の光ファイバ5と、フェルール43内の光ファイバ42とは突き合わせ接続される。光コネクタ41の外枠44は、シェル3のフランジ10の一端面(先端面)10uに突き当たって面接触する。
これにより、大径部7の内周面あるいはシェル3の他端部に塗布した接着剤45は、その塗布量が多い場合、フェルールブロック本体2の一端面2uとフランジ10の他端面(後端面)10dとの間からはみ出すこともあるが、フランジ10の一端面10uに達することはほとんどない。
したがって、フェルールブロック1は、プラスチックからなるシェル3を用いた場合、接着剤45と光コネクタ41の外枠44とがぶつかることを防止でき、シェル10の一端部に光コネクタ41を高精度に接続できるので、光の結合損失を低くすることができる。
以下の図5〜図12で説明する他の実施の形態では、プラスチックからなるシェルを使用し、特に断らない限り、そのシェルとフェルールブロック本体とを接着剤で固定するものとする。
このフェルールブロック1を用いた光モジュール20は、電磁ノイズの影響が小さく、放熱性が高いだけでなく、フェルールブロック1と光ファイバ5,42との光結合を容易に行えるので、組み立てが容易である。
次に、第2の実施の形態を説明する。
第2の実施の形態を説明する。
図5および図6に示すように、第2の実施の形態におけるシェル51は、図1〜図3のシェル3の構成に加え、さらにフランジ10より他端(図5では下方)側、すなわちフェルールブロック本体62に挿入する方向側となる外周に、その全周に亘って後述するフェルールブロック本体62の凹部63に係り合うオス型の係合部としての略円環状の爪52を設けたものである。
爪52は、シェル51の外周面51oからシェル51の軸方向に対して垂直に突出した垂直面53と、その垂直面53からシェル51の軸方向の他端側に沿って平行に延びる平行面54と、その平行面54からシェル51の他端側の外周面51oにかけて傾斜したテーパ面55とからなる。
一方、フェルールブロック本体62は、大径部7の他端側となる内周に、その全周に亘ってシェル51の爪52に係り合うメス型の係合部としての円環状の凹部63を設けたものである。第2の実施の形態であるフェルールブロック61は、これらフェルールブロック本体62とシェル51とで主に構成される。
フェルールブロック61を用いた光モジュール60は、フェルールブロック61と、LDモジュール21と、キャップ保護用カラー22と、光軸方向調整用カラー23とで構成される。
フェルールブロック61は、フェルールブロック本体62にシェル51を挿入していき、シェル51の爪52の垂直面53がフェルールブロック本体62の凹部63に達すると、凹部63に爪52が嵌り、爪52と凹部63とが互いに係り合うので、フェルールブロック本体62内にシェル51が固定される。この状態でフェルールブロック本体62からシェル51を引き抜こうとしても、爪62の垂直面53が凹部63に引っかかる。これにより、フェルールブロック61は、万一接着剤が劣化しても、フェルールブロック本体62からシェル51が脱落するような最悪ケースを防止できる。
また、フェルールブロック61は、シェル51の爪52とフェルールブロック本体62の凹部63とが互いに係り合うので、接着剤を用いずにフェルールブロック本体62内にシェル71を固定することもできる。
第2の実施の形態におけるシェル51では外周の全周に亘って爪52を設けたが、シェル51の代わりに、図7に示すように、外周の一部に、略円環片状の爪72を対称となるように少なくとも二つ設けたシェル71を使用してもよい。爪72は、図5および図6の爪52と同様、垂直面73と、平行面74と、テーパ面75とからなる。シェル71は、図5および図6のシェル51に比べて、図6のフェルールブロック本体62に挿入しやすいと言う利点がある。
図5〜図7では、シェルにオス型の係合部を設け、フェルールブロック本体にメス型の係合部を設けた例で説明したが、図8に示す第3の実施の形態であるフェルールブロック81のように、シェル82の外周にメス型の係合部としての略円環状の凹部83を設け、フェルールブロック本体84の大径部7の内周に、オス型の係合部としての略円環状あるいは略円環片状の爪85を設けてもよい。
第4の実施の形態を説明する。
図9に示すように、フェルールブロック91は、シェル3と、フェルールブロック本体93と、シェル3の外周の他端部に設けられ、フェルールブロック本体93にシェル3を圧入するためのSUSなどの金属からなる円筒状のリング(金属輪)94とで主に構成される。
リング94の内周面94iには、ザラ面、凹凸部を有する面、ギザギザ面などの粗面となるように粗面加工を施す。また、リング94の内周面94iをカギ形状にしても良い。これは、プラスチックからなるシェル3と金属からなるリング94との食い付きを向上させるためである。
一方、フェルールブロック本体93は、その一端部内に、図1〜図3のフェルールブロック本体2に形成した大径部7よりリング94の径だけ大きい大径部95を形成したものである。
シェル3へのリング94の取り付けは、リング94をシェル3にインサートモールドして行う。具体的には、シェル3をモールド成型するための図示しないモールド型に、予め内周面94iを粗面加工したリング94を入れておき、そのリング94を入れたモールド型に液体状の樹脂を流し込み、流し込んだ樹脂を冷却することで、シェル3にリング94を取り付ける。このとき、シェル3とリング94は一体になる。
リング94を取り付けたシェル3を他端側からフェルールブロック本体93の大径部95に圧入すると、図10に示した状態のフェルールブロック91が得られる。ただし、フェルールブロック本体93には、すでに光ファイバ5、フェルール6、スリーブ8が固定されているものとする。
フェルールブロック91を用いた光モジュール100は、フェルールブロック91と、LDモジュール21と、キャップ保護用カラー22と、光軸方向調整用カラー23とで構成される。
フェルールブロック91は、プラスチックからなるシェル3に金属からなるリング94が設けられているので、プラスチックは本来金属に圧入できないにもかかわらず、フェルールブロック本体93の大径部95にシェル3を圧入できる。したがって、フェルールブロック91は、フェルールブロック本体93へのシェル3の保持固定の信頼性が高い。
第5の実施の形態を説明する。
図11および図12に示すように、フェルールブロック111は、フェルールブロック本体112に、フェルールブロック本体112の外周面112oの一端側から、シェル3の他端部が挿入される挿入穴である大径部7までを径方向に貫通する貫通穴113を形成したものである。
図11では、フェルールブロック本体112に貫通穴113を対称となるように二つ形成した例で描いているが、貫通穴113は少なくとも一つ形成すればよい。また、貫通穴113の代わりに、図12に点線で示したように、フェルールブロック本体112の貫通穴113より他端側に、貫通穴113と同様の貫通穴114を設けてもよい。
フェルールブロック111を用いた光モジュール110は、フェルールブロック111と、LDモジュール21と、キャップ保護用カラー22と、光軸方向調整用カラー23とで構成される。
フェルールブロック本体112にシェル3を固定するには、大径部7の内周面あるいはシェル3の他端部に接着剤を塗布し、大径部7にシェル3を挿入する。このとき、フェルールブロック111では、シェル3を光軸の軸回り(図12では矢印A1,A2方向)に回転させれば、貫通穴113(あるいは貫通穴114)から接着剤が見えるので、接着剤の塗布量の適否を確認することができ、接着剤不足によるシェル3とフェルールブロック本体112との接着不良を防止できる。
上記実施の形態では、LDモジュール21に各フェルールブロックを装着した例で説明したが、光素子としての発光ダイオード(LED)を収納したLEDモジュール、光素子としてのフォトダイオード(PD)を使用したPDモジュールに限らず、いかなる光素子モジュールに上述した各フェルールブロックを装着してもよい。また、図5〜図12で説明した各形態を任意に組み合わせたフェルールブロックを用いてもよい。
本発明の第1の実施の形態を示すフェルールブロックの拡大縦断面図である。 図1に示したフェルールブロックを用いた光モジュールの外観図である。 図2の縦断面図である。 図1に示したフェルールブロックと光コネクタとを接続したときの拡大縦断面図である。 第2の実施の形態におけるシェルを示す外観図である。 第2の実施の形態を示すフェルールブロックを用いた光モジュールの外観図である。 シェルの一例を示す外観図である。 第3の実施の形態を示すフェルールブロックを用いた光モジュールの縦断面図である。 第4の実施の形態における圧入前のシェルおよびフェルールブロック本体の縦断面図である。 第4の実施の形態を示すフェルールブロックを用いた光モジュールの縦断面図である。 第5の実施の形態を示すフェルールブロックを用いた光モジュールの縦断面図である。 図11の外観図である。 背景技術のフェルールブロックの拡大縦断面図である。
符号の説明
1 フェルールブロック
2 フェルールブロック本体
2u フェルールブロック本体の先端
3 シェル
10 フランジ
136 電子機器の筐体

Claims (9)

  1. 光信号を送信あるいは受信する光素子をパッケージ内に収納した光素子モジュールに装着され、その光素子モジュールと外部の光通信装置との間を通信する光ファイバに光結合するフェルールブロック本体と、そのフェルールブロック本体の先端に設けられる絶縁体からなるシェルとを備え、前記シェルの外周に、前記フェルールブロック本体の先端に当たるフランジを設けたことを特徴とするフェルールブロック。
  2. 前記絶縁体はセラミックスであり、前記フェルールブロック本体に前記シェルを圧入して固定した請求項1記載のフェルールブロック。
  3. 前記絶縁体はプラスチックである請求項1記載のフェルールブロック。
  4. 前記フェルールブロック本体に前記シェルを挿入して接着剤で固定した請求項3記載のフェルールブロック。
  5. 前記シェルおよび前記フェルールブロック本体に互いに係合する係合部をそれぞれ設けた請求項3または4記載のフェルールブロック。
  6. 前記シェルの外周に、前記フェルールブロック本体に前記シェルを圧入するための金属からなるリングを設けた請求項3または5記載のフェルールブロック。
  7. 前記リングを前記シェルにインサートモールドした請求項6記載のフェルールブロック。
  8. 前記フェルールブロック本体に、前記フェルールブロック本体の外周から前記シェルが挿入される挿入穴まで貫通する貫通穴を設けた請求項3〜7いずれかに記載のフェルールブロック。
  9. 請求項1〜8いずれかに記載されたフェルールブロックを用いたことを特徴とする光モジュール。
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