JP2005316295A - 光ファイバモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 光結合構造における部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることが可能な光ファイバモジュールを提供する。
【解決手段】 光ファイバモジュール１１は、内部にフェルール孔２０を有するフェルール１３と、そのフェルール１３を端末に差し込んで固定する光ファイバケーブル１２とを備えて構成する。フェルール１３の光結合先端部分となるフェルール先端部分１８には、凸レンズ１８ａを形成する。フェルール孔２０の凸レンズ１８ａ側となる最奥部２０ａ−１と光ファイバケーブル１２の光ファイバ１５の先端とで光透過性及び柔軟性を有する導光部材１４を挟み込む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェルールを光ファイバケーブル端末に固定してなる光ファイバモジュールに関する。

自動車内の光通信が普及してきており、近年では通信容量の増大が図られている。このような状況下、近年の光通信において使用される光ファイバは、コア径が小さく伝送帯域が大きいものが使用され始めている。自動車においての光ファイバ同士の接続に関しては、振動や衝撃による影響から各光ファイバ心線の先端同士を接触させることができないという理由もあって、各光ファイバの端末にフェルールを設けた後に、その各フェルール間に一つ又は二つのレンズを介在させて光学的な結合を図るような光結合構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図７において、上記光結合構造を簡単に説明すると、結合すべき一対の光ファイバ１ａ、１ｂの各端末には、フェルール２ａ、２ｂが取り付けられている。そして、これらフェルール２ａ、２ｂの各外周面には、フランジ３ａ、３ｂが嵌合、固定されている。円筒状のレンズホルダ４ａ、４ｂの各一端側の中空部には、レンズ５ａ、５ｂが保持されており、各他端側の中空部には、フェルール２ａ、２ｂの各一端部が挿入されている。

フェルール２ａ、２ｂの対向する端面の中心には、光ファイバ１ａ、１ｂの端面が配置されており、その光ファイバ１ａ、１ｂの光軸とレンズ５ａ、５ｂの光軸とが一致するように調整された後には、フランジ３ａ、３ｂの端面とレンズホルダ４ａ、４ｂの端面とが溶接等により接合、固定されている。また、レンズ５ａ、５ｂを保持した側の端面同士を突き合わせた状態で、レンズホルダ４ａ、４ｂの各外周面には、その各外周面に共通の円筒状スリーブ６が嵌合、固定されている。

上記構成において、二つのレンズ５ａ、５ｂがフェルール２ａ、２ｂの端面間に配置されており、軸ずれによる接続損失の低減が図られている。
特開平８−２７１７５８号公報 （第２頁、第１図）

ところで、上記従来の光結合構造における光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続にあっては、部品点数が多いという問題点を有している。また、光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続を図るまでの工程が多く生産性が悪いという問題点を有している。生産性及び軸ずれによる接続損失に関しては、レンズ５ａ、５ｂがレンズホルダ４ａ、４ｂ及び円筒状スリーブ６によって調心され、フェルール２ａ、２ｂがフランジ３ａ、３ｂ及びレンズホルダ４ａ、４ｂによって調心される構造であることから、レンズ、レンズホルダ、フランジ、フェルールの全てに高い加工精度が要求されるという問題点も有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、光結合構造における部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることが可能な光ファイバモジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の光ファイバモジュールは、内部にフェルール孔を有するフェルールと、該フェルールを端末に差し込んで固定する光ファイバケーブルとを備え、前記フェルールの光結合先端部分に凸レンズを形成し、前記フェルール孔の前記凸レンズ側となる最奥部と前記光ファイバケーブルの光ファイバ先端とで光透過性及び柔軟性を有する導光部材を挟み込むことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、凸レンズの機能を持たせたフェルールになる。すなわち、レンズとフェルールとが一体になった構造であることから、レンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等が不要になる。このようなフェルールを用いることにより、光ファイバ同士の接続を図るまでの工程が簡素化される。さらには、高い加工精度を要求する部分が削減される。フェルール先端部分に凸レンズの機能を持たせることにより、部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減に寄与する。一方、本発明によれば、フェルール孔の最奥部と光ファイバケーブルの光ファイバ先端とで光透過性及び柔軟性を有する導光部材を挟み込むことから、フェルールと光ファイバとの間に空気層が存在することはなく、反射や散乱による接続損失の増加が抑えられる。また、導光部材を挟み込むことにより、光ファイバ加工やフェルール加工のバラツキにより生じる接続損失が補償される。

請求項２記載の本発明の光ファイバモジュールは、請求項１に記載の光ファイバモジュールにおいて、前記導光部材を予め前記光ファイバ先端に設けることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバ先端に導光部材を設けた光ファイバケーブルになる。導光部材は、光ファイバ先端に一体となるように設けられる。光ファイバケーブルをフェルール孔へ差し込む際に導光部材が保護部材として機能する。これにより、光ファイバ端面の損傷が防止される。

請求項３記載の本発明の光ファイバモジュールは、請求項１に記載の光ファイバモジュールにおいて、前記導光部材を予め前記最奥部に設けることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、フェルール孔の最奥部に導光部材を設けたフェルールになる。導光部材は、最奥部に差し入れるようにして設けられる。導光部材を設けるために光ファイバ加工やフェルール加工が複雑化するようなことはない。

請求項１に記載された本発明によれば、凸レンズの機能を持たせたフェルールにすることにより、部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができるという効果を奏する。また、導光部材の挟み込みをすることにより、接続損失の増加を抑えることや接続損失を補償することができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、導光部材で光ファイバ端面の損傷を防止することができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、導光部材を設けても光ファイバ加工やフェルール加工を複雑化させないという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の光ファイバモジュールの一実施の形態を示す構成図（円内は導光部材の拡大図）である。また、図２はフェルールの斜視図、図３は光結合構造の一実施の形態を示す断面図、図４は軸ずれ特性を示すグラフである。

図１において、引用符号１１は本発明の光ファイバモジュールを示している。その本発明の光ファイバモジュール１１は、光ファイバケーブル１２とフェルール１３と導光部材１４とを備えて構成される。以下、各構成部材について説明する。

上記光ファイバケーブル１２は、光ファイバ（光ファイバ心線）１５と光ファイバ被覆１６とを備えて構成されている。このような光ファイバケーブル１２は、その端末側において、光ファイバ被覆１６が所定の位置で皮剥されている。すなわち、光ファイバケーブル１２の端末は、光ファイバ１５が所定の長さ分だけ露出するように加工されている。光ファイバ１５の先端（端面）は、平坦な面に形成されている。

光ファイバ１５は、コア及びそのコアよりも屈折率の小さいクラッドを有している。光ファイバ１５は、本形態において、特に限定するものではないが、例えば上記コアが透明なポリカーボネート（ＰＣ）から成形されている。また、上記クラッドは透明なポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）から成形されている。尚、光ファイバ１５は、既知のガラス製の光ファイバ心線であってもよいものとする。

光ファイバ被覆１６は、合成樹脂製のいわゆるシースであって、光ファイバ１５を保護するために設けられている。光ファイバ被覆１６は、本形態において、光ファイバ１５の上に形成される一次シース１６ａと、その一次シース１６ａの上に形成される二次シース１６ｂとを備えて構成されている。尚、一次シース１６ａが所定の長さ分だけ露出するように二次シース１６ｂが皮剥されている。

図１及び図２において、上記フェルール１３は、本形態において、透明な合成樹脂材によりその全体が成形されている。また、フェルール１３は、略筒形状のフェルール本体部分１７と、略砲弾形状のフェルール先端部分（光結合先端部分）１８とを有している。上記透明な合成樹脂材としては、特に限定するものではないが、アクリル樹脂、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂材は入手することが容易な市販品であり、コスト低減に寄与するのは言うまでもない。

フェルール本体部分１７の一端には、フェルール先端部分１８が光軸を一致させた状態で連成されている。フェルール本体部分１７の外周面（側面）には、フランジ１９が形成されている。フェルール本体部分１７の内部には、フェルール孔２０が上記一端の反対側に位置する他端において開口するような状態で形成されている。

フランジ１９は、上記外周面の中間に形成されている。また、フランジ１９における上記一端側の突出先端には、適宜角度のテーパ１９ａが周設されている。フェルール孔２０は、その中心軸が光軸に一致するように形成されており、上記一端側から順に心線案内部２０ａ、一次シース案内部２０ｂ、二次シース案内部２０ｃを有している。フェルール孔２０には、後述する充填剤（不図示）が充填されるようになっている。

心線案内部２０ａは、光ファイバ１５が差し込まれる部分であって、光ファイバ１５と同径形状に形成されている。また、心線案内部２０ａは、その最奥部２０ａ−１に光ファイバ１５の先端に設けられる上記導光部材１４（後述する）を押し付けることができるような形状に形成されている。心線案内部２０ａの最奥部２０ａ−１は、光の散乱を小さく抑えることができるような表面粗さに加工されている。尚、心線案内部２０ａは、本形態において、フェルール先端部分１８に跨るような位置にまでのびて形成されているが、この限りではないものとする。

一次シース案内部２０ｂは、一次シース１６ａが差し込まれる部分であって、一次シース１６ａと同径形状に形成されている。また、二次シース案内部２０ｃは、二次シース１６ｂが差し込まれる部分であって、二次シース１６ｂと同径形状に形成されている。心線案内部２０ａと一次シース案内部２０ｂとの間、及び一次シース案内部２０ｂと二次シース案内部２０ｃとの間には、径の違いからテーパ部２０ｄ及び２０ｅがそれぞれ形成されている。テーパ部２０ｄ及び２０ｅは、適宜角度に設定されている。このようなテーパ部２０ｄ及び２０ｅの形成によって光ファイバケーブル１２の挿入がし易くなっている。

引用符号２０ｆは、ケーブル固定部を示している。そのケーブル固定部２０ｆは、後述する固定用接着剤（不図示）により光ファイバケーブル１２の固定を行う部分であって、二次シース案内部２０ｃとフェルール本体部分１７の上記他端との間に配置形成されている。ケーブル固定部２０ｆと二次シース案内部２０ｃとの境界部分は段付き形状（テーパ形状ではない）に形成されている。このような境界部分は、後述する固定用接着剤を内部に流れ込ませなくするために有用な部分となっている。

上記図示しない充填剤として本形態においては、硬化性の固定用接着剤が使用されている。固定用接着剤は、エポキシ系接着剤やエポキシ混合系接着剤等が挙げられる（必要以上に内部に浸入しない粘度を有する）。固定用接着剤は、上記の他、紫外線照射装置からの紫外線照射によって硬化するＵＶ硬化接着剤であってもよいものとする。光ファイバケーブル１２の固定は、接着剤に限らず、レーザ溶着、高周波溶着、超音波溶着等の溶着であってもよいものとする。

フェルール先端部分１８は、凸レンズの機能を有している。すなわち、フェルール先端部分１８には、凸レンズ１８ａが一体に形成されている。凸レンズ１８ａは、本形態において、球面状に加工された凸レンズであって、光ファイバ１５からの出射光が平行光化し、且つ平行な入射光が光ファイバ１５に向けて集光するような形状に形成されている（図１中の波線は光路を示している）。このような凸レンズ１８ａは、心線案内部２０ａの最奥部２０ａ−１からの距離も含めて設計されている。

上記導光部材１４は、光ファイバケーブル１２の光ファイバ１５の先端に設けられる部材であって、光透過性及び柔軟性を有している。また、導光部材１４は、光ファイバ１５の径と同径の円柱形状に形成されている。導光部材１４の長さは、最奥部２０ａ−１と光ファイバ１５の先端とで導光部材１４を挟み込むことができるような長さに形成されている。導光部材１４は、光ファイバモジュール１１の製造時に、心線案内部２０ａに対して圧入（のように挿入）されるようになっている。導光部材１４が圧入されると、心線案内部２０ａの側面と導光部材１４との間には、空気層が存在しないようになっている（導光路として機能させるため）。

導光部材１４は、専用の治具に光ファイバケーブル１２をセットした状態で光ファイバ１５の先端に柔軟性のある透明材料を流し込むことにより形成されている。柔軟性に関しては、光ファイバケーブル１２をフェルール孔２０に差し込み、導光部材１４を最奥部２０ａ−１に突き当てると、導光部材１４が適度に収縮することが好ましいものとする（柔軟度にもよるが１０〜２０％程度の収縮を目安にする）。

上記柔軟性のある透明材料としてはシリコーン樹脂が一例として挙げられる。その透明材料の屈折率は、フェルール材料（上記の合成樹脂材）の屈折率よりも大きく、且つ光ファイバ１５の開口角（開口数（Ｎ．Ａ．）とも言う。Ｎ．Ａ．：Numerical Aperture 。Ｎ．Ａ．はＮ．Ａ．＝ｓｉｎθmax で定義される（θmax ：最大受光角））に相当する屈折率差を有するように選定されている（導光路として機能する。レンズ設計が容易になるという利点もある）。

導光部材１４を光ファイバ１５の先端に設けると、光ファイバケーブル１２をフェルール孔２０へ差し込む際に保護部材として機能させることができるという利点がある。

上記構成において、フェルール孔２０に光ファイバケーブル１２を差し込み、導光部材１４を最奥部２０ａ−１に突き当てた状態で上記図示しない固定用接着剤を硬化させると、光ファイバケーブル１２の端末にフェルール１３が取り付けられ本発明の光ファイバモジュール１１が製造される。そして、図３に示される如く、このように製造された光ファイバモジュール１１、１１のフェルール１３、１３同士を光結合部材２１の中空部２２内で対向配置すると、光ファイバケーブル１２、１２同士の接続を図ることが可能な状態になる。

上記光結合部材２１は、本形態において、雄コネクタハウジング２１ａと雌コネクタハウジング２１ｂとを備えて構成されており（この構成に限定するものではないものとする。フェルール１３、１３同士を光軸を合わせた状態で対向配置することができればよいものとする）、図３に示されるような適宜嵌合構造を有するように形成されている。尚、引用符号２１ａ−１及び２１ｂ−１は、フェルール本体部分１７を案内する案内部を示している。フェルール１３、１３同士の光軸を合わせる部分、すなわち調心をする部分としては、中空部２２若しくは案内部２１ａ−１及び２１ｂ−１のいずれであってもよいものとする。

ここで、図４を参照しながらフェルール１３のレンズ効果を説明する。図４は軸ずれ特性を示すグラフである（コア径２００μｍの光ファイバを使用し、これに適した寸法で光ファイバモジュール１１を製作した。そして、その光ファイバモジュール１１、１１のフェルール１３、１３同士を図３に示される如く対向配置して軸ずれ特性を得た）。尚、グラフ中の実線は、本発明に係る光ファイバモジュール１１の軸ずれ特性を示している。また、波線は、凸レンズ１８ａ無しの状態の、すなわち従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性を示している。

図４において、本発明に係る光ファイバモジュール１１は、凸レンズ１８ａの効果によって出射光が平行光化されていることから、軸ずれ損失が小さく、５０μｍ以上の軸ずれにおいては、従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性よりも接続損失が小さく抑えられている（比較的安価な樹脂成形による加工上、５０μｍを下回る軸ずれ量に加工するのは困難であり、実際にはこれ以上の軸ずれが発生している。従って、本発明に係る光ファイバモジュール１１を使用する方がよいことが分かる）。

以上、図１ないし図４までを参照しながら説明してきたように、フェルール先端部分１８に凸レンズの機能を持たせていることから、従来に比べて部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができる。すなわち、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３は、レンズとフェルールとが一体になった構造であることから、従来のようなレンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等を不要にすることができる。また、上述からも分かるように、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３を用いることにより、光ファイバケーブル１２、１２同士の接続を図るまでの工程を従来よりも格段に簡素化することができる。さらに、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３を用いることにより、高い加工精度を要求する部分を従来に比べて削減することができる。

本発明の光ファイバモジュール１１は、フェルール孔２０の最奥部２０ａ−１と光ファイバ１５の先端とによって恰も導光部材１４を挟み込むような状態を形成することから、導光路上に空気層が存在するようなことはなく、従って、反射や散乱による接続損失の増加を抑えることができる。また、導光部材１４を挟み込むことにより、光ファイバケーブル１２の加工やフェルール１３の加工のバラツキにより生じる接続損失を補償することができる。

次に、図５を参照しながら本発明の光ファイバモジュールの他の一実施の形態を説明する。図５は他の一実施の形態を示す構成図（円内は導光部材の斜視図）である。

図５において、本発明の光ファイバモジュール１１は、光ファイバケーブル１２とフェルール１３と導光部材１４とを備えて構成される。導光部材１４は、上述の形態と異なり、光ファイバ１５の先端に対して別体となっている。すなわち、この点のみが異なっている。

導光部材１４は、専用の金型を用いて、また、上記柔軟性のある透明材料を用いて、図示のような円柱形状に形成されている。このような導光部材１４は、例えば真空吸着ピンセットで吸着された後、フェルール孔２０の最奥部２０ａ−１に突き当たる圧入、設置がなされるようになっている。

他の一実施の形態における光ファイバモジュール１１の製造に関しては、予め導光部材１４を設けたフェルール孔２０に光ファイバケーブル１２を差し込み、光ファイバ１５の先端を導光部材１４に突き当てた状態で上記図示しない固定用接着剤を硬化させると、光ファイバケーブル１２の端末にフェルール１３が取り付けられて一連の製造が完了する。そして、図３に示される如く、このように製造された光ファイバモジュール１１、１１のフェルール１３、１３同士を光結合部材２１の中空部２２内で対向配置すると、光ファイバケーブル１２、１２同士の接続を図ることが可能な状態になる。

他の一実施の形態における光ファイバモジュール１１の効果は、上述の効果と同様であるのでここでは省略する。

図６はフェルールの製造に係る説明図である。本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３は、上述したように透明な合成樹脂材でその全体を成形してもよいが、生産性やコストの面に応じて線Ｌ１若しくは線Ｌ２で分割後付けするような構造に変更してもよいものとする。また、フェルール先端部分１８のみを透明な合成樹脂材で成形し、フェルール本体部分１７を安価な合成樹脂材で別途成形してもよいものとする。

上記分割構造に関し、分割部品を組み合わせる前に、例えば図６の中間に位置する部品内に予め導光部材１４を圧入（のように挿入）しておけば、後の工程が簡素化されるのは言うまでもない。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。尚、本発明は自動車においての光ファイバ同士の接続に限定するものではないものとする。すなわち、他の分野の光通信にも当然に適用することができるものとする。

本発明の光ファイバモジュールの一実施の形態を示す構成図（円内は導光部材の拡大図）である。 フェルールの斜視図である。 光結合構造の一実施の形態を示す断面図である。 軸ずれ特性を示すグラフである。 本発明の光ファイバモジュールの他の一実施の形態を示す構成図（円内は導光部材の斜視図）である。 フェルールの製造に係る説明図である。 従来例の光結合構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ 光ファイバモジュール
１２ 光ファイバケーブル
１３ フェルール
１４ 導光部材
１５ 光ファイバ
１６ 光ファイバ被覆
１６ａ 一次シース
１６ｂ 二次シース
１７ フェルール本体部分
１８ フェルール先端部分（光結合先端部分）
１８ａ 凸レンズ
１９ フランジ
１９ａ テーパ
２０ フェルール孔
２０ａ 心線案内部
２０ａ−１ 最奥部
２０ｂ 一次シース案内部
２０ｃ 二次シース案内部
２０ｄ、２０ｅ テーパ部
２０ｆ ケーブル固定部
２１ 光結合部材
２１ａ 雄コネクタハウジング
２１ｂ 雌コネクタハウジング
２１ａ−１、２１ｂ−１ 案内部
２２ 中空部

Claims (3)

1. 内部にフェルール孔を有するフェルールと、該フェルールを端末に差し込んで固定する光ファイバケーブルとを備え、前記フェルールの光結合先端部分に凸レンズを形成し、前記フェルール孔の前記凸レンズ側となる最奥部と前記光ファイバケーブルの光ファイバ先端とで光透過性及び柔軟性を有する導光部材を挟み込む
   ことを特徴とする光ファイバモジュール。
2. 請求項１に記載の光ファイバモジュールにおいて、
   前記導光部材を予め前記光ファイバ先端に設ける
   ことを特徴とする光ファイバモジュール。
3. 請求項１に記載の光ファイバモジュールにおいて、
   前記導光部材を予め前記最奥部に設ける
   ことを特徴とする光ファイバモジュール。

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