JP2005309092A - Optical connector and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信の技術分野に属し、特に発光素子、受光素子、光ファイバその他の光学要素に接続される光コネクタ及び光コネクタの製造方法に関連する。 The present invention belongs to the technical field of optical communication, and particularly relates to an optical connector connected to a light emitting element, a light receiving element, an optical fiber, and other optical elements, and a method for manufacturing the optical connector.
この種の技術分野では、主に端面発光型や面発光型の発光素子が使用されている。端面発光型の発光素子は、実装基板に平行に光を放出するので、実装基板上に設けられる光ファイバ等の光学要素と接続するのに好都合である。この形式の発光素子は、ウエハからダイシングされた後に形成される端面から光が放出される。従って、複数の発光素子を実装基板に設けるには、図1に示されるように、実装時に発光素子間のピッチ(例えば、250μm)を正確に調整する必要がある。しかしながら、ピッチ間隔のような、デバイス特性に重要な寸法に配慮しながら発光素子を実装することは容易ではなく、コストの増加を招く虞がある。また、この種の発光素子では、非常に薄い活性層の端面から光が放出される。小さな口径で光が放出されるので、放出光の形状が大きく歪んでしまうという問題点がある。歪んだ光ビームを光学系で修正する必要性も生じる。 In this type of technical field, edge-emitting or surface-emitting light emitting elements are mainly used. Since the edge-emitting light emitting element emits light parallel to the mounting substrate, it is convenient to connect to an optical element such as an optical fiber provided on the mounting substrate. In this type of light emitting element, light is emitted from an end face formed after dicing from a wafer. Therefore, in order to provide a plurality of light emitting elements on the mounting substrate, as shown in FIG. 1, it is necessary to accurately adjust the pitch (for example, 250 μm) between the light emitting elements at the time of mounting. However, it is not easy to mount the light emitting element while taking into consideration dimensions important for device characteristics such as the pitch interval, and there is a risk of increasing the cost. In this type of light emitting device, light is emitted from the end face of the very thin active layer. Since light is emitted with a small aperture, there is a problem that the shape of the emitted light is greatly distorted. There is also a need to correct the distorted light beam with an optical system.
これに対して、面発光型の発光素子では、図2に示されるように、ウエハからダイシングされる前の製造工程で、光放出のピッチ間隔を調整することが可能である。このため、発光素子の実装工程は、端面発光型のものに比べて非常に簡易になる。更に、光放出の口径が大きいので、放出光が大きく歪むこともない。このため、面発光型の発光素子が有望視されている。 On the other hand, in the surface-emitting light emitting device, as shown in FIG. 2, it is possible to adjust the light emission pitch interval in the manufacturing process before dicing from the wafer. For this reason, the mounting process of the light-emitting element becomes very simple as compared with the edge-emitting type. Furthermore, since the light emission aperture is large, the emitted light is not greatly distorted. For this reason, surface-emitting light-emitting elements are promising.
ところが、面発光型の発光素子は、実装基板に垂直方向に光を放出する。従って、実装基板に設けられる光学素子との接続を行なうには、特に薄い小型の製品を作製する場合には、光の伝送経路を曲げる(基板に垂直な方向から平行な方向へ又はその逆に曲げる)必要がある。従来の光伝送経路を曲げる光コネクタについては、例えば、特許文献1,2,3,4に開示されている。
特許文献1,2,3に記載された発明では、図3に示されるように、実装基板301に設けられた発光素子302と実装基板301に平行な光ファイバ304との間に、傾斜ミラー306とレンズ308とを設けることで、光の伝送経路を屈曲させている。しかしながら、このような光学系を構成すると、実装する部品点数が多くなって構造が複雑化し、それらの部品総ての位置合わせを正確に行なう必要が生じ、製品コストの上昇を招く虞がある。更に、傾斜ミラー306自体も、高平坦性で低面粗度の鏡面を有する高性能な鏡であることを要する。このこともコスト上昇に影響する虞がある。このような問題は、部品が小型化されるにつれて益々深刻になり得る。
In the inventions described in
一方、特許文献4記載の発明では、光ファイバ304自体を屈曲させて発光素子302に取り付けようとしている。この手法は、多くの部品点数の位置合わせや高性能な傾斜ミラーを必要としない。しかし、光ファイバを高精度に屈曲させて固定するような組み立て工程は一般に困難である。更に、光ファイバの機械的強度や光損失等を考慮すると、20mm以上大きな曲げ半径を必要とし、現在及び将来の小型の製品用途には大きすぎる。そのような製品用途に対しては、1cm以下の曲げ半径を実現することが望ましい。
On the other hand, in the invention described in Patent Document 4, the
本発明は、上記の問題点の少なくとも1つに対処しようとするものであり、その課題は、一方端に入力された光を屈曲した光伝送路を通じて他方端から出力する光コネクタにおいて、簡易な構成を有する光コネクタを提供すること、及びそのような光コネクタを簡易に製造するための製造方法を提供することである。 The present invention is intended to address at least one of the above problems, and the problem is that an optical connector that outputs light input to one end from the other end through a bent optical transmission line is simplified. It is providing the optical connector which has a structure, and providing the manufacturing method for manufacturing such an optical connector simply.
本発明の一態様によれば、
一方端に入力された光を屈曲した光伝送路を通じて他方端から出力する光コネクタにおいて、
前記光伝送路に沿って延在する透明な第1材料より成るクラッド材料部と、
前記クラッド材料部に形成される前記一方端から前記他方端に至る複数の貫通孔の少なくとも1つに充填された、透明な第2材料より成るコア材料部と
を備え、前記コア材料部は前記クラッド材料部により連続的に包囲されることを特徴とする光コネクタが、得られる。
According to one aspect of the invention,
In the optical connector that outputs light input from one end through the bent optical transmission path from the other end,
A clad material portion made of a transparent first material extending along the optical transmission path;
A core material portion made of a transparent second material filled in at least one of a plurality of through-holes extending from the one end to the other end formed in the cladding material portion, An optical connector characterized in that it is continuously surrounded by a clad material part is obtained.
本発明によれば、簡易な構成を有する光コネクタが得られ、そのような光コネクタを安価に製造することが可能になる。 According to the present invention, an optical connector having a simple configuration can be obtained, and such an optical connector can be manufactured at low cost.
図4は、本発明の一実施例による光コネクタの製造工程の一部を示す図である。図中右側に示される部材のA−A線断面図及びB−B線断面図が左側に示されている。先ず、右側に示されるような形状のクラッド部402が形成される。クラッド部402は、2つの位置合わせ用貫通孔404と、4つのコア用貫通孔406とを有する。これら6つの貫通孔404,406は、互いに並行に並べられ、クラッド部材402の一方端408から他方端410に至る。図中左側のA−A線断面図及びB−B線断面図に示されるように、位置合わせ用貫通孔404は、一般に、コア用貫通孔406より大きな直径を有する。クラッド部材402は、透明な第1材料より成り、例えば、プラスチック、ガラス(特に、低融点ガラス)、石英等より成り、望ましくはプラスチックから成り、より望ましくは熱可塑性樹脂(ポリオレフィン形樹脂)から成る。このような透明な材料を使用するのは、光の伝送は後述のコア材料内で行なわれるが、クラッド材料402も光伝送に関与するからである。
FIG. 4 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the optical connector according to the embodiment of the present invention. The AA line sectional view and BB line sectional view of the member shown on the right side in the figure are shown on the left side. First, a
位置合わせ用貫通孔406及びコア用貫通孔406の数及び位置関係は、作成される光コネクタの製品用途や規格に依存して適宜変更することが可能である。例えば、コア用貫通孔406を8つにすることも可能である。本実施例では、JIS規格に準拠した4チャネルのMT(mechanically transferable)コネクタに適合するような光コネクタが意図されている。凹部と凸部を結合させるような他のコネクタに本発明を適用することも当然に可能である。
The number and positional relationship of the alignment through-
寸法の一例を挙げると、位置合わせ用貫通孔404は700μmの直径を有し、コア用貫通孔406は50μmの直径を有する。クラッド部材402の厚さは2mmであり、一方端408から他方端410までの長さは17mmである。クラッド部材402の屈折率は、1.50である。コア用貫通孔406同士のピッチ間隔は250μmであり、位置合わせ用貫通孔404とコア用貫通孔406とのピッチ間隔は1925μmである。
As an example of the dimensions, the alignment through
このようなクラッド部402は、例えば図5に示されるような金型を利用する射出成形で形成されることが可能である。図5では、簡単のため、上面及び底面側の金型ブロックが描かれていない点に留意を要する。このような金型で密閉された空間に、上記の第1材料を流し込むことで、クラッド部材が成型される。柱状の要素504は、位置合わせ用貫通孔404を形成するための型であり、密閉時にはその先端がピンキャッチャ514にて支持される。柱状の要素506は、コア用貫通孔406を形成するための型であり、密閉時にはその先端がピンキャッチャ516にて支持される。
Such a
尚、クラッド部402は、射出成形だけでなく、例えば、プレス成形、機械切削、レーザアブレーション、サンドブラスト、プラズマ加工等で作成されることも可能である。但し、簡易に作成する観点からは、射出成形が望ましい。
The
図6は、図4に示される製造工程の次の段階を示す図である。図中右側に示される部材のA−A線断面図及びB−B線断面図が左側に示されている。コア用貫通孔404に、透明な第2材料(コア材料)602が充填される。位置合わせ用貫通孔404にはそのような材料は充填されず、貫通孔のままである。第2材料602は、第1材料よりも屈折率の高い材料であり、例えば、プラスチック、ガラス(特に、低融点ガラス)等を使用することが可能であるが、充填性の観点からはプラスチックであることが望ましく、特に熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂(アクリレート樹脂、脂環式エポキシ樹脂等)が望ましい。本実施例では、屈折率1.55の紫外線硬化樹脂が第2材料602に採用されている。コア用貫通孔406に第2材料602を充填する工程については、材料を貫通孔に流し込むこと及び/又はポンプで吸引すること等が可能である。
FIG. 6 is a diagram showing the next stage of the manufacturing process shown in FIG. The AA line sectional view and BB line sectional view of the member shown on the right side in the figure are shown on the left side. The core through
図7は、図6に示される製造工程の次の段階を示す図である。図中右側に示される部材の断面図が左側に示されている。この工程では、コア材料602が貫通孔に充填されたクラッド部402が、それらの弾性率を低くする条件の下で、機械的に押圧されて曲げられる。図中の波線は、位置合わせ用貫通孔406を表す。本実施例では、クラッド部402は、摂氏140度に熱せられた金属ブロック(図示せず)でプレスされることによって、10mmの曲げ半径を有するように曲げられる。これにより、光伝送経路が屈曲する。弾性率を低くする条件としては、材料の軟化温度程度まで加熱することである。本実施例では、クラッド材料402を構成する第1材料の融点は、コア材料602を構成する第2材料の融点よりも高温であることを要する。
FIG. 7 is a diagram showing the next stage of the manufacturing process shown in FIG. A sectional view of the member shown on the right side in the figure is shown on the left side. In this step, the clad
本実施例では、クラッド部402を屈曲させる前にコア材料602を充填しているが、これらの工程の順序を逆にすることも可能である。即ち、クラッド材料402のコア用貫通孔406にコア材料を充填する前にクラッド部402を屈曲させ、その後にクラッド部のコア用貫通孔406にコア材料602を充填することが可能である。但し、コア材料602を簡易に注入する観点からは、本実施例のようにクラッド部402を曲げる前にコア材料602を注入することが望ましい。
In this embodiment, the
図8は、本発明の一実施例による光コネクタに使用される支持構造を示す図である。概して、支持構造802はクラッド部402を支持し、不図示の実装基板や光ファイバに接続することを容易にする要素である。支持構造802は、クラッド部材402の屈曲形状に合わせて湾曲した曲面部812を有する。この曲面部812にクラッド部402が設けられることになる。この場合に、クラッド部402の一方端408は支持構造802の一方端808に、クラッド部402の他方端410は支持構造802の他方端810に適合する。支持構造802には、クラッド部402の一方端及び他方端408,410のコア材料602の位置に合わせて、レンズ806が形成されている。クラッド部402の一方端及び他方端408,410の貫通孔404の位置に合わせて、位置合わせ用貫通孔804も形成されている。支持構造802には、光ファイバような接続される他の要素との間の間隔を維持するための調整部807が設けられている。調整部807は、一定の間隔を維持することで、レンズ806が他の要素に接触することを防止する。支持構造802は、総て同一の材料で形成されることも可能であるし、レンズ806を別の材料で形成することも可能である。本実施例では、支持構造802は総て同一の材料で形成され、更にその材料はクラッド材料402と同じ第1材料である。
FIG. 8 is a view showing a support structure used in an optical connector according to an embodiment of the present invention. In general, the
支持構造802は、射出成形、プレス成形、機械切削、レーザアブレーション、サンドブラスト、プラズマ加工等で作成されることが可能である。但し、簡易に作成する観点からは、射出成形が望ましく、更にはレンズも一緒に射出成形で形成することが望ましい。
The
尚、図7に示されるようなクラッド部材402及び支持構造802の形状は、光伝送経路を曲げる観点からは、一方端及び他方端が所望の方向を向いていればよく、クラッド402の形状や曲面812は円弧でなくてもよい。しかし、部品構造の簡易化や製造工程の容易性等の観点からは、クラッド402の形状や曲面812は4分円をなし、一方端の側と他方端の側で同じ形状になっていることが望ましい。
The shape of the
図9は、本発明の一実施例による光コネクタの使用形態を示す図である。この態様では、実装基板901に設けられた面発光型の発光素子912と、光ファイバ902とを接続するために、本発明の実施例による光コネクタが使用されている。光コネクタは、支持構造803と、支持構造803上に設けられたクラッド部402より成る。クラッド部402内のコア用貫通孔にはコア材料602が充填されている。光ファイバ902の端部にはMTコネクタ903が取り付けられ、MTコネクタ903は、ガイドピン904によって他の要素との間で位置合わせを行なう。ガイドピン904は、クラッド部402側の位置合わせ用貫通孔404に挿入される。また、実装基板901側にもガイドピン904’が設けられ、このガイドピン904’もクラッド部402側の位置合わせ用貫通孔404に挿入される。
FIG. 9 is a diagram showing a usage pattern of the optical connector according to one embodiment of the present invention. In this aspect, the optical connector according to the embodiment of the present invention is used to connect the surface emitting light emitting
尚、クラッド部402の位置合わせ用貫通孔404は、ガイドピン904,904’を受け入れる観点からは、クラッド部402の長さ方向全体を貫通する必要はない。ガイドピンの長さ以上の孔が形成されていればよい。しかしながら、射出成形を行なう観点からは、本実施例のように一方端から他方端に至る貫通孔を形成することが望ましい。浅い深さの位置合わせ用貫通孔を形成するには、例えば図5に示される柱状の型504を短くする必要がある。しかし、柱状の型504が短いと、その先端がピンキャッチャ514に届かないので、柱状の型504は片持ち梁の状態になり、成型時の液状材料の流動によって破損する虞が生じるからである。
Note that the alignment through
図10は、本発明の一実施例による光コネクタの別の使用形態を示す図である。この態様でも実装基板901に設けられた面発光型の発光素子912と、光ファイバ902とを接続するために、本発明の実施例による光コネクタが使用されている。光コネクタは、図8で説明されたような支持構造802と、支持構造802上に設けられたクラッド部402より成る。この態様では、光ファイバ902及びクラッド部402の間、クラッド402及び発光素子912の間にレンズ806を介在させ、更に光を集光することができる。
FIG. 10 is a diagram showing another usage pattern of the optical connector according to one embodiment of the present invention. Also in this aspect, the optical connector according to the embodiment of the present invention is used to connect the surface
上記の使用形態では、発光素子と光ファイバの間を接続する光コネクタの例が示されているが、本発明による光コネクタは、発光素子、受光素子、光ファイバその他任意の光学素子間の光結合に使用されることが可能である。 In the above usage pattern, an example of an optical connector for connecting between a light emitting element and an optical fiber is shown. However, the optical connector according to the present invention is a light between a light emitting element, a light receiving element, an optical fiber, and any other optical element. It can be used for bonding.
以上説明したように、本発明の実施例による光コネクタによれば、光ファイバでは屈曲させることが困難な小さな曲げ半径で伝送経路を曲げることが可能になる。本発明の実施例による光コネクタによれば、部品点数が少ないので(1つの光コネクタしかないので)複雑な位置合わせが不要であり、高性能な傾斜ミラー等も不要である。複数の貫通孔406に充填されたコア材料602は、クラッド部402によって連続的に継ぎ目なく包囲されている。クラッド部402は1種類の材料で一体的に形成されている。従って、あるコア材料中を伝播する光が別のコア材料中に洩れるクロストークのような現象は、極めて生じにくい。支持構造802は、射出成形等により容易に形成することが可能である。この支持構造802にクラッド部材402を設けることで、強度的に優れた光コネクタを形成することが可能になる。更に、支持構造802にレンズ806を一体的に形成することができるので、光コネクタの強度を強くしつつ、伝搬させる光を適切に集光することが可能になる。
As described above, according to the optical connector according to the embodiment of the present invention, the transmission path can be bent with a small bending radius that is difficult to be bent by the optical fiber. According to the optical connector according to the embodiment of the present invention, since the number of components is small (because there is only one optical connector), complicated alignment is not necessary, and a high-performance tilting mirror is not necessary. The
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。 Hereinafter, the means taught by the present invention will be listed as an example.
(付記1)
一方端に入力された光を屈曲した光伝送路を通じて他方端から出力する光コネクタにおいて、
前記光伝送路に沿って延在する透明な第1材料より成るクラッド材料部と、
前記クラッド材料部に形成される前記一方端から前記他方端に至る複数の貫通孔の少なくとも1つに充填された、透明な第2材料より成るコア材料部と
を備え、前記コア材料部は前記クラッド材料部により連続的に包囲されることを特徴とする光コネクタ。
(Appendix 1)
In the optical connector that outputs light input from one end through the bent optical transmission path from the other end,
A clad material portion made of a transparent first material extending along the optical transmission path;
A core material portion made of a transparent second material filled in at least one of a plurality of through-holes extending from the one end to the other end formed in the cladding material portion, An optical connector characterized by being continuously surrounded by a clad material part.
(付記2)
前記複数の貫通孔の少なくとも1つに、位置決め用ピンが挿入される
ことを特徴とする付記1記載の光コネクタ。
(Appendix 2)
The optical connector according to appendix 1, wherein a positioning pin is inserted into at least one of the plurality of through holes.
(付記3)
更に、
前記クラッド部材に沿う曲面形状部と、
前記一方端又は前記他方端のコア材料部に合わせて設けられるレンズと
を有する支持構造部を備える
ことを特徴とする付記1記載の光コネクタ。
(Appendix 3)
Furthermore,
A curved surface-shaped portion along the cladding member;
The optical connector according to claim 1, further comprising: a support structure having a lens provided in accordance with the core material portion at the one end or the other end.
(付記4)
前記曲面形状部と前記レンズが同一の透明な材料より成る
ことを特徴とする付記3記載の光コネクタ。
(Appendix 4)
The optical connector according to appendix 3, wherein the curved surface portion and the lens are made of the same transparent material.
(付記5)
前記第1又は前記第2材料が、プラスチックである
ことを特徴とする付記1記載の光コネクタ。
(Appendix 5)
The optical connector according to appendix 1, wherein the first or second material is plastic.
(付記6)
前記第1材料が熱可塑性樹脂より成る
ことを特徴とする付記5記載の光コネクタ。
(Appendix 6)
The optical connector according to appendix 5, wherein the first material is made of a thermoplastic resin.
(付記7)
前記第2材料が紫外線硬化樹脂より成る
ことを特徴とする付記5記載の光コネクタ。
(Appendix 7)
The optical connector according to appendix 5, wherein the second material is made of an ultraviolet curable resin.
(付記8)
当該光コネクタが、MTコネクタを形成する
ことを特徴とする付記1記載の光コネクタ。
(Appendix 8)
The optical connector according to appendix 1, wherein the optical connector forms an MT connector.
(付記9)
平行に伸びる複数の貫通孔を有し、透明な第1材料より成るクラッド材料部を形成するステップと、
前記クラッド材料部に形成された複数の貫通孔の少なくとも1つに、透明な第2材料より成るコア材料を充填するステップと、
前記クラッド部材及び前記コア材料の形状を機械的に曲げるステップと
を有することを特徴とする、一方端に入力された光を屈曲した光伝送路を通じて他方端から出力する光コネクタを製造する方法。
(Appendix 9)
Forming a cladding material portion made of a transparent first material having a plurality of through holes extending in parallel;
Filling at least one of the plurality of through holes formed in the cladding material portion with a core material made of a transparent second material;
And a step of mechanically bending the shape of the clad member and the core material. A method of manufacturing an optical connector that outputs light input to one end from the other end through a bent optical transmission line.
402 クラッド部
404 位置合わせ用貫通孔
406 コア用貫通孔
408 クラッド部の一方端
410 クラッド部の他方端
504 位置合わせ用貫通孔のための型
506 コア用貫通孔のための型
514,516 ピンキャッチャ
602 コア材料
802,803 支持構造
804 位置合わせ用貫通孔
806 レンズ
812 曲面形状部
901 実装基板
902 光ファイバ
903 MTコネクタ
904,904’ ガイドピン
912 発光素子
402
Claims (5)
前記光伝送路に沿って延在する透明な第1材料より成るクラッド材料部と、
前記クラッド材料部に形成される前記一方端から前記他方端に至る複数の貫通孔の少なくとも1つに充填された、透明な第2材料より成るコア材料部と
を備え、前記コア材料部は前記クラッド材料部により連続的に包囲されることを特徴とする光コネクタ。 In the optical connector that outputs light input from one end through the bent optical transmission path from the other end,
A clad material portion made of a transparent first material extending along the optical transmission path;
A core material portion made of a transparent second material filled in at least one of a plurality of through-holes extending from the one end to the other end formed in the cladding material portion, An optical connector characterized by being continuously surrounded by a clad material part.
ことを特徴とする請求項1記載の光コネクタ。 The optical connector according to claim 1, wherein a positioning pin is inserted into at least one of the plurality of through holes.
前記クラッド部材に沿う曲面形状部と、
前記一方端又は前記他方端のコア材料部に合わせて設けられるレンズと
を有する支持構造部を備える
ことを特徴とする請求項1記載の光コネクタ。 Furthermore,
A curved surface-shaped portion along the cladding member;
The optical connector according to claim 1, further comprising: a support structure portion having a lens provided in accordance with the core material portion at the one end or the other end.
ことを特徴とする請求項2記載の光コネクタ。 The optical connector according to claim 2, wherein the curved shape portion and the lens are made of the same transparent material.
前記クラッド材料部に形成された複数の貫通孔の少なくとも1つに、透明な第2材料より成るコア材料を充填するステップと、
前記クラッド部材及び前記コア材料の形状を機械的に曲げるステップと
を有することを特徴とする、一方端に入力された光を屈曲した光伝送路を通じて他方端から出力する光コネクタを製造する方法。
Forming a cladding material portion made of a transparent first material having a plurality of through-holes extending in parallel;
Filling at least one of the plurality of through holes formed in the cladding material portion with a core material made of a transparent second material;
And a step of mechanically bending the shape of the clad member and the core material. A method of manufacturing an optical connector that outputs light input to one end from the other end through a bent optical transmission line.
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