JP2006011243A

JP2006011243A - 光部品保護構造及びレンズ型光部品

Info

Publication number: JP2006011243A
Application number: JP2004191232A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nishiwaki; 賢治西脇; Takaaki Matsuura; 隆明松浦; Yoshikiyo Noguchi; 善清野口; Hironori Tanaka; 弘範田中
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】温度変化の影響を受け難い構造を有するレンズ型光部品を従来よりも低コストで提供すること。
【解決手段】樹脂で接合されたレンズ１２及びフィルタ１１と、これらを収容した保護ケース１４と、前記レンズ及びフィルタを前記保護ケースに固定している樹脂とを備えたレンズ型光部品であって、前記保護ケースの中央部に前記光部品を覆う軟質の第１の樹脂１５が設けられ、かつ該第１の樹脂の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂１６が設けられたことを特徴とするレンズ型光部品１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信分野等で使用される誘電体多層膜フィルタとコリメートレンズを用いたレンズ型光部品に関する。

誘電体多層膜フィルタ（以下、フィルタと記す。）を用いた光部品の保護構造としては、光ファイバ間にフィルタを挟み込んだ光部品（以下、ファイバ型光部品と記す。）を複数の樹脂を用いて保護する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ファイバ型光部品に対し、より挿入損失特性の良いコリメートレンズ（以下、レンズと記す。）を用いた光部品がある（以下、レンズ型光部品と記す。）。レンズ型光部品としては、例えば特許文献２に開示された構成のものが提案されている。

前記レンズ型光部品をさらに詳しく説明するために、フィルタ型波長多重（以下、ＷＤＭと記す。）部品を例として説明する。
フィルタ型ＷＤＭ部品はＷＤＭフィルタ素子とレンズと光ファイバとを備えてなり、図３に示すように、例えばエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（以下、ＵＶ樹脂と記す。）により各部材を固定している樹脂固定型と、図４に示すような空間伝播型がある。

図３に示す樹脂固定型の光部品は、フィルタ１の両面にそれぞれレンズ２をＵＶ樹脂４によって接着固定した構成になっている。一方のレンズ２には２本の光ファイバ３が接合され、他方のレンズ２には１本の光ファイバ３が接合されている。
図４に示す空間伝播型の光部品は、一方にフィルタ５を接着した２つのレンズ６を隙間をおいてシース内に配置した構成になっている。これらのレンズ６に接合された光ファイバ７は、光ファイバ把持部材８により固定されている。この空間伝播型の光部品は、光ファイバ７を通して伝播される波長λ１，λ２の光を合波又は分波可能になっている。
一般的に、前者の樹脂固定型の方が安価に作製でき、後者の空間伝播型の方が高価であるとともに、高信頼性である。
特開平９−３３７２９号公報米国特許第６３９６９８０号明細書特開平７−３５９５５号公報

図３に示す樹脂固定型の光部品において、使用するＵＶ樹脂は高温下での湿気に弱いため、接着部を湿気から保護する必要がある。そのため、接合部周辺を湿気を透過し難い樹脂で覆う必要がある。
レンズ型光部品を保護するためには、例えば特許文献１に開示されるファイバ型光部品と同じように、フィルタの周囲を硬い樹脂で固定する方法が考えられる。
しかし、レンズ型光部品の場合、ファイバ型光部品よりもモードフィールド径が大きいため、樹脂の硬化収縮や温度変化に対する膨張・収縮の影響により、角度ズレが起こり、挿入損失が大きくなってしまう問題がある。

ここでファイバ型光部品の角度ズレと軸ズレ、及びレンズ型光部品の角度ズレと軸ズレについて説明する。一般的な光ファイバのモードフィールド径（以下、ＭＦＤと記す。）を１０μｍ、コリメートレンズ端でのＭＦＤ（ビーム径ともいう。）を４００μｍとし、ＭＦＤ＝１０μｍの場合の角度ズレ量と結合損失の関係を図５に、ＭＦＤ＝１０μｍの場合の軸ズレ量と結合損失の関係を図６に、ＭＦＤ＝４００μｍの場合の角度ズレ量と結合損失の関係を図７に、ＭＦＤ＝４００μｍの場合の軸ズレ量と結合損失の関係を図８にそれぞれ示す。

図５及び図６のグラフから、ファイバ型光部品の場合（ＭＦＤ＝１０μｍ）、軸ズレには弱い（少しでも軸がズレると挿入損失が増加してしまう）が角度ズレには強い（多少ズレても挿入損失はほとんど増加しない）ことが分かる。図７及び図８に示すレンズ型光部品の場合（ＭＦＤ＝４００μｍ）は、その逆に、軸ズレには強いが角度ズレには非常に弱いことが分かる。
ファイバとフィルタ、及びレンズとフィルタを接着固定した場合を考えると、外力により角度ズレが起こり易い。そのため、レンズ型部品の場合、ファイバ型光部品よりもＭＦＤが大きいため、樹脂の硬化収縮や温度変化に対する膨張・収縮の影響により、角度ズレが起こり、挿入損失が大きくなってしまう問題がある。

また、特許文献３に開示されているように、光ファイバへの応力を緩和することを目的として、モジュールのケース両端にゴムブーツ製のストレインリリーフを使用している。しかし、ゴムブーツを作製するための金型の値段が高く、それを用いて出来たゴムブーツ自体の値段が高くなり、結果として光部品のコスト増となってしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、温度変化の影響を受け難い構造を有するレンズ型光部品を従来よりも低コストで提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、樹脂で接合されたレンズ及びフィルタが保護ケース内に収容され、該保護ケースの中央部に前記レンズ及びフィルタを覆う軟質の第１の樹脂が設けられ、かつ該第１の樹脂の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂が設けられたことを特徴とする光部品保護構造を提供する。
本発明の光部品保護構造において、前記第１の樹脂がゲル状であることが好ましい。
本発明の光部品保護構造において、前記第２の樹脂の硬度がショアＡ５５以下であることが好ましい。

また本発明は、樹脂で接合されたレンズ及びフィルタと、該レンズ及びフィルタを収容した保護ケースと、前記レンズ及びフィルタを前記保護ケースに固定している樹脂とを備えたレンズ型光部品であって、前記保護ケースの中央部に前記レンズ及びフィルタを覆う軟質の第１の樹脂が設けられ、かつ該第１の樹脂の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂が設けられたことを特徴とするレンズ型光部品を提供する。
本発明のレンズ型光部品において、前記第１の樹脂がゲル状であることが好ましい。
本発明のレンズ型光部品において、前記第２の樹脂の硬度がショアＡ５５以下であることが好ましい。

本発明によれば、レンズとフィルタの接合部を軟らかい樹脂で覆っているため、レンズ間の角度折れが起こり難く、温度変化の影響を受け難いレンズ型光部品を提供できる。
また、わずか２種類の樹脂で保護した構造なので、低コストでレンズ型光部品を提供できる。
また、ストレインリリーフとしてゴムブーツではなく第２の樹脂を用いているため、低コストでレンズ型光部品を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明のレンズ型光部品の第１実施形態を示す図であり、この図中符号１０はレンズ型光部品、１１はフィルタ、１２はレンズ、１３は光ファイバ、１４は保護ケース、１５は第１の樹脂、１６は第２の樹脂である。

このレンズ型光部品１０は、樹脂で接合されたレンズ１２及びフィルタ１１と、該レンズ１２及びフィルタ１１を収容した保護ケース１４と、レンズ１２及びフィルタ１１を保護ケース１４に固定している樹脂とを備えて構成され、保護ケース１４の中央部にレンズ１２及びフィルタ１１を覆う軟質の第１の樹脂１５が設けられ、かつ該第１の樹脂１５の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂１６が設けられたことを特徴としている。

このレンズ型光部品１０において、フィルタ１１は、ＷＤＭフィルタ素子などが用いられ、その両方の面にそれぞれレンズ１２の一端面が接着されている。フィルタ１１とレンズ１２とを接着している樹脂としては、例えばエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤を用いることができる。一方のレンズ１２の他端面には２本の光ファイバ１３が接合され、他方のレンズ１２の他端面には１本の光ファイバ１３が接合されている。それぞれの光ファイバ１３は、第１の樹脂１５と第２の樹脂１６を通して保護ケース１４の外方に延出されている。

前記レンズ１２とフィルタ１１を収容している保護ケース１４は、本実施形態では平面視四角形の箱形をなしている。この保護ケース１４の材質は、ステンレス鋼板、アルミ板、ガラス板などとすることができる。

前記第１の樹脂１５は、この保護ケース１４内に収容されたレンズ１２及びフィルタ１１を覆って、保護ケース１４内の中央部に設けられている。この第１の樹脂１５は、軟質の樹脂が用いられる。第１の樹脂１５の硬度が高すぎると、レンズ１２及びフィルタ１１に外力が加わり、それらの接合部に軸ズレや角度ズレを生じるおそれがある。第１の樹脂１５の硬度が低すぎると、レンズ１２及びフィルタ１１を外部応力から保護できない。このため、第１の樹脂１５はゲル状であることが好ましい。

軟質の樹脂、好ましくはゲル状の第１の樹脂１５を用い、これを保護ケース１４内の中央部に設けてレンズ１２及びフィルタ１１を覆うことによって、樹脂の硬化収縮や温度変化によってレンズ１２及びフィルタ１１に加わる外力が少なくなり、その結果、接合部に角度ズレが生じ難くなり、挿入損失の増大が防止できる。この第１の樹脂１５は、保護ケース１４内部のレンズ１２及びフィルタ１１を外力から保護するだけでなく、水分（水蒸気）の侵入を遮断して耐湿性を確保することができる。この第１の樹脂１５としては、例えばシリコーン系熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、可視光線硬化型樹脂等を用いることができ、特に硬化時にゲル状になる前記樹脂を用いることが好ましい。

第２の樹脂１６は、第１の樹脂１５の両側に設けられ、ストレインリリーフとして機能する。この第２の樹脂１６の硬度は、ストレインリリーフとして機能させるため、硬度がショアＡ５５以下であることが好ましい。この第２の樹脂１６としては、例えばシリコーン系弾性樹脂、紫外線硬化型樹脂、可視光線硬化型樹脂等を用いることができる。
この第２の樹脂１６の硬度がショアＡ５５以下であれば、保護ケース１４内のレンズ型光部品１０の挿入損失の温度安定性を向上させることができる。
図９は、図１に示すように構成されたレンズ型光部品１０において、第２の樹脂１６のショアＡ硬度と温度安定性の関係を示すグラフである。ここで、温度安定性（単位：ｄＢ／℃）は、挿入損失（単位：ｄＢ）が−４０℃〜８５℃の範囲でどの程度ロス増するかを示すものである。例えば、８５℃で挿入損失が０．２ｄＢであったものが−４０℃で０．７ｄＢに上昇した場合、温度安定性は０．５ｄＢ／１２５℃＝０．００４ｄＢ／℃となる。図９に示したように、第２の樹脂１６のショアＡ硬度が５５を超えると、温度安定性が急激に悪化していることが分かる。
なお、本発明において「ショアＡ」で表される第２の樹脂の硬度は、ＩＳＯ８６８に特定されている条件のもとで、材料の中に押し込まれる特定の押し込み針の差し込み深さが測定される硬度の随意な尺度であり、ショアＡ硬度は中硬さ用のタイプＡのデュロメータを用いて測定された値である。

本発明の好ましい実施形態において、前記第１の樹脂１５と第２の樹脂１６とは、線膨張係数ができるだけ等しくなるように設定することが望ましい。仮に、第１の樹脂１５と第２の樹脂１６の線膨張差が大きい（例えば一桁違う）とすると、温度変化によって保護ケース１４内部のレンズ１２及びフィルタ１１に応力が加わるために、得られる光部品の温度安定性が劣化してしまう。具体例としては、第１の樹脂１５として線膨張係数が６×１０^−４のシリコーン系樹脂を用い、第２の樹脂１６として線膨張係数が１．４２×１０^−４のシリコーン系樹脂（ショアＡ４０）が挙げられる。

このレンズ型光部品１０は、レンズ１２とフィルタ１１の接合部を軟らかい第１の樹脂１５で覆っているため、レンズ１２間の角度折れが起こり難く、温度変化の影響を受け難いレンズ型光部品を提供できる。
また、わずか２種類の樹脂で保護した構造なので、低コストでレンズ型光部品を提供できる。
また、ストレインリリーフとしてゴムブーツではなく第２の樹脂１６を用いているため、低コストでレンズ型光部品を提供できる。

図２は、本発明のレンズ型光部品の第２実施形態を示す図である。本実施形態のレンズ型光部品１７は、前記第１実施形態のレンズ型光部品１０とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、同一の構成要素には同一符号を付してある。
本実施形態のレンズ型光部品１０は、円筒形の保護ケース１８を用いていることを特徴としている。この保護ケース１８としては、ステンレス鋼管、アルミ管、ガラス管などを用いることができる。

本実施形態のレンズ型光部品１７は、前記第１実施形態のレンズ型光部品１０とほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の光部品保護構造は、前述した各実施形態でのレンズ型光部品に限定されず、樹脂で接合されたレンズ及びフィルタが保護ケース内に収容され、樹脂で固定されている構造を有する他の光部品の保護構造に採用することができる。例えば、ＣＷＤＭのように、カスケードに繋がった部品の保護構造にも適用できる。

本発明のレンズ型光部品の第１実施形態を示す側面断面図である。本発明のレンズ型光部品の第２実施形態を示す斜視図である。従来のレンズ型光部品の一例を示す側面図である。従来のレンズ型光部品の他の例を示す側面断面図である。ファイバ型光部品（ＭＦＤ＝１０μｍ）における角度ズレ量と結合損失の関係を示すグラフである。ファイバ型光部品（ＭＦＤ＝１０μｍ）における軸ズレ量と結合損失の関係を示すグラフである。レンズ型光部品（ＭＦＤ＝４００μｍ）における角度ズレ量と結合損失の関係を示すグラフである。レンズ型光部品（ＭＦＤ＝４００μｍ）における軸ズレ量と結合損失の関係を示すグラフである。図１に示すように構成されたレンズ型光部品において第２の樹脂のショアＡ硬度と温度安定性の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０，１７…レンズ型光部品、１１…フィルタ、１２…レンズ、１３…光ファイバ、１４，１８…保護ケース、１５…第１の樹脂、１６…第２の樹脂。

Claims

樹脂で接合されたレンズ及びフィルタが保護ケース内に収容され、該保護ケースの中央部に前記レンズ及びフィルタを覆う軟質の第１の樹脂が設けられ、かつ該第１の樹脂の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂が設けられたことを特徴とする光部品保護構造。
前記第１の樹脂がゲル状であることを特徴とする請求項１に記載の光部品保護構造。
前記第２の樹脂の硬度がショアＡ５５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光部品保護構造。
樹脂で接合されたレンズ及びフィルタと、該レンズ及びフィルタを収容した保護ケースと、前記レンズ及びフィルタを前記保護ケースに固定している樹脂とを備えたレンズ型光部品であって、前記保護ケースの中央部に前記レンズ及びフィルタを覆う軟質の第１の樹脂が設けられ、かつ該第１の樹脂の両側にストレインリリーフとなる第２の樹脂が設けられたことを特徴とするレンズ型光部品。
前記第１の樹脂がゲル状であることを特徴とする請求項４に記載のレンズ型光部品。
前記第２の樹脂の硬度がショアＡ５５以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載のレンズ型光部品。