JP2007156128A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えながら、光コネクタを接続する際に発生あるいは混入したゴミによって光コネクタのフェルール端面やコア端面部分が損傷することを防止できる光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１は、光コネクタ２のフェルール２４を位置決めおよび保持するスリーブ１１と、フェルール１１の端面に接触する光学基準面とを有するレセプタクルである。ここで、光学基準面は、開口部１２ｂをもちスリーブ１１の内部で突出した突出部１２の端面１２ａとする。発生あるいは混入したゴミＴは、突出部１２とスリーブ内側壁１１ａとの間に挟まれるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光コネクタを接続するための光モジュールに関する。

光ファイバを用いた光通信に用いられる光モジュールでは、光デバイスから発せられた光信号を光ファイバへ伝達させ、または光ファイバを伝達してきた光を光デバイスに集光させている。発光素子である光デバイス（主にＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）からの光は、光ファイバの導波路であるコアに集光させる必要がある。また、受光素子である光デバイス（主にＰＤ）では、光ファイバのコアを伝達してきた光をレンズ等により集光し、光デバイスへ受光され電気信号に変換される。

光ファイバのコアは非常に直径が小さく、例えばマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）では６３μｍ以下、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）であれば１０μｍ以下の直径であるため、そのコアに微少なゴミ・異物（例えば数μｍから数十μｍ）が付着するだけで光パワーが劣化してしまい、伝送不良の要因となってしまう。そのため、光ファイバの端面であるフェルール端面に付着するゴミ・異物は極力排除する必要がある。

また、フェルール端面にゴミ、異物が付着した状態で、他のフェルール端面に接触させてしまうと、そのゴミを押しつけてしまい、ゴミの形状が他のフェルール端面へ転写されてしまい、フェルール端面を不良にしてしまう。微小なゴミ、異物によって光パワーの劣化が生じてしまう光ファイバでは、その端面の外観仕様が厳しく規定されており、わずかな傷の転写でも製品を不良として扱わなければならない。

ゴミ・異物の発生要因としては、外部からの混入以外に、フェルールとスリーブの挿抜により発生する磨耗痕などがある。光コネクタと光モジュールは、光モジュールに組み込まれた高精度で加工されたスリーブを介して高精度で位置決めされる。光コネクタのフェルールに用いられる材料は、例えばジルコニアなどのセラミックスが主流であるが、その他の材料としては金属、エンジニアリングプラスチック等がある。光モジュールのスリーブに用いられる材料も同様に、セラミックス、金属、エンプラ等である。これら材料には、光コネクタの挿抜を考慮して、高硬度、高摺動性を有する材料が用いられているが、それでもコネクタ挿抜による部品同士の破損・摩耗などによるゴミの発生を抑制することは非常に困難である。

図４は、従来技術による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図で、図５は、図４の光コネクタを光モジュールに挿入する際に発生するゴミ発生要因を説明するための模式図で、図６は、図５で説明した要因により発生するゴミの付着場所及びゴミの影響を説明するための模式図である。

光コネクタ２は、光ファイバ２１を樹脂で被覆してなる光ファイバケーブル２２の先端部分に、フェルール押さえ２３によってフェルール２４が接続されて構成される。このような光コネクタ２を接続するための光モジュール３は、ステム３４にホルダ３３が取り付けられ、ホルダ３３の先端には、フェルール２４を挿入するためのフェルール２４の径よりわずかに大きい内径をもつスリーブ３１が形成されている。例えば受光モジュールでは、ホルダ３３の先端部分には、光コネクタ２を接続したときの光ファイバ２１からの光を貫通させるための開口部（孔）３３ｂが設けられ、その光軸上にボールレンズ３５並びに光デバイス３７が設けられている。発光モジュールでは、光デバイス３７からの光が光軸上に配置されたボールレンズ３５によって集光され開口部（孔）３３ｂを通り光ファイバ２１に集光される。開口部３３ｂが設けられたホルダ３３の先端部は、光学基準面３３ａとなる。ボールレンズ３５はホルダ３３内のレンズキャップ３６を介してステム３４に固定され、光デバイス３７もステム３４に固定されている。

光コネクタ２と光モジュール３とを接続する際、フェルール２４がスリーブ３１に対して平行かつ同軸に挿入された場合は問題ないが、通常は光コネクタと光モジュールは図５（Ａ）で示すように軸ずれのある状態や、図５（Ｂ）で示すように傾きを有した状態で挿入されてしまうことがある。そのような場合、フェルール２４の端面とスリーブ３１の端面との接触、すなわちフェルール２４とスリーブ３１の干渉が発生してしまい、スリーブ３１のエッジ部もしくはフェルール２４の角部がゴミ発生の要因となってしまう。そして、図６（Ａ），（Ｂ）に示すようにエッジ部（点線で囲った部分）で生じた破片Ｔが、スリーブ３１の側面（内壁面）３１ａに付着する、もしくはフェルール２４の端面に付着する、といった事態が生じ得る。

このような状態のまま光コネクタ２の挿入を強行すると、図６（Ｃ）の点線で囲った部分で示すように、スリーブ側面３１ａやフェルール２４の端面や外周部分に付着したゴミ（破片Ｔ）が光学基準面３３ａまで運ばれてしまい、フェルール２４の端面と光学基準面３３ａの間に挟まって押しつけられる。フェルール２４の端面やフェルール２４の外周部分は、導波路ではないため、外周部分に発生したゴミおよびそのゴミによる傷は、光パワーの劣化や伝送不良の要因となることはない。しかし、そのゴミが光コネクタ２の挿抜により図６（Ｃ）の矢視方向に移動して、最終的に開口部３３ｂに達して光ファイバのコア端面を遮蔽もしくは傷つけてしまうと、光パワー劣化や伝送不良となってしまう。

そのため、部品の干渉により生じたゴミを排除する、もしくは発生したゴミにより軸ずれが発生することをなくすために、様々な工夫がなされている。

図７は、従来技術による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図である。図７で示すスリーブ構造は、図４の光モジュールにおいてスリーブ３１の側面に空気抜き穴Ｈを有するものである。このように空気抜き穴Ｈを設けることによって、スリーブ３１の端部（破損部分Ｋ）によってスリーブ３１の内部に生じたゴミ（破片）Ｔを、空気圧により外部に排出することができるようになる。

また、特許文献１には、部品の干渉により生じたゴミを排除するための光モジュール装置および光コネクタ接続装置が開示されている。図８は、従来技術（特許文献１）による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図である。特許文献１の光モジュール（レセプタクル型モジュール）４は、スリーブ４１において、フェルール２４が挿入される内壁部４１ａの形状を単純な円筒形状ではなくゴミ等を排除できるような溝４１ｂを設ける。光コネクタ２の挿抜により発生したゴミがフェルール２４に付着した場合でも、その溝４１ｂを有する内壁に沿ってフェルール２４が挿入されることで、ゴミはその溝４１ｂあるいは光学基準面４３ａ上の溝４１ｃの溝に回収され、ゴミを排除することができる。なお、図８において、２５はフェルール２４の先端カット面、４２はネジ部、４４はレセプタクル、４４ａはフランジ部、Ｌはカット面２５のカット長である。
特開平０９−０３３７５３号公報

上述のごとく、光モジュール内に発生したゴミ（異物や塵埃も含む）は、スリーブ内壁、フェルール側面、フェルール端面に付着する可能性がある。そのうちフェルール端面に付着したゴミは、光コネクタを光モジュールに挿入することにより、フェルール端面と光学基準面に挟まれることになり、フェルール端面を傷つけてしまう。フェルールとスリーブの干渉において発生するゴミは、フェルール端面の外周部分に付着する可能性が高い。初期のコネクタ挿抜では、フェルール端面の外周部分を傷つけるのみであるが、光コネクタの挿抜を繰り返した場合、その異物が、フェルールと光学基準面の繰り返し衝突により移動し、コア端面を傷づけてしまう可能性があった。

また、図７で説明した構造であっても、スリーブ側面に設けた空気抜き穴Ｈの近傍のみ気圧が高くなる構造であるため、ゴミを排出するための十分な空気圧を確保できず、空気抜き穴Ｈの近傍のゴミしか排出できない。

さらに、特許文献１で開示されているスリーブ形状は、内径精度が必要なスリーブ内壁にさらなる追加工を施すことになるので、加工が難しくコスト増につながってしまう。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えながら、光コネクタを接続する際に発生あるいは混入したゴミで光コネクタのフェルール端面やコア端面部分が損傷することを防止することが可能な光モジュールを提供することをその目的とする。

本発明による光モジュールは、光コネクタのフェルールを保持しその位置を決定するスリーブと、フェルールの端面に接触する光学基準面とを有する光モジュールであって、光学基準面は、開口部をもちスリーブ内部で突出した突出部の端面であることを特徴としている。ここで、スリーブの外壁に光学基準面よりもフェルールの挿入方向奥側に位置する空気抜き穴を有するようにしてもよい。

また、本発明による他の光モジュールは、光ファイバを保持するフェルールを受納することにより光ファイバとの間で光結合を実現する光モジュールであって、ステムとステム上に搭載された光デバイスと、光デバイスを封止するキャップとを有するアセンブリと、さらに、光コネクタのフェルールを保持しその位置を決定するスリーブと、スリーブとアセンブリとを接続するホルダとを備え、このホルダはスリーブ内に突出する突出部を有し、突出部の外径はスリーブの内径より小さいことを特徴している。ここでスリーブの外壁に空気抜き穴を有し、空気抜き穴は突出部の側方に位置しているようにしてもよい。

本発明によれば、光モジュールにおいて、製造コストを抑えながら、光コネクタを接続する際に発生あるいは混入したゴミで、光コネクタのフェルール端面やコア端面部分が損傷することを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造の一例を示す模式図、図２は、図１の光モジュールにおいてゴミが付着した光コネクタを挿入した場合を説明するための模式図である。

光コネクタ２は、光ファイバ２１を樹脂で被覆してなる光ファイバケーブル２２の先端部分に、フェルール押さえ２３によってフェルール２４が接続されて構成される光コンポーネントである。後述する本発明に係る光モジュール１に挿入する対象となる光コネクタは、図示したものに限らず、スリーブ１１の内側壁１１ａに嵌合する形状のフェルールを備えていればよい。

光モジュール１は、ステム１４にホルダ１３が取り付けられ、ホルダ１３の先端には、フェルール２４の径よりわずかに大きい内径をもつスリーブ１１が形成されている。スリーブ１１は、光コネクタ２のフェルール２４の挿入をガイドし、光デバイス１７とフェルール２４を位置決めして保持するためのものである。

ホルダ１３の先端部分（先端面１３ａ）には、図１の点線で囲んだ部分で示すように、突出部１２が設けられている。突出部１２には、光コネクタ２を接続したときの光ファイバ２１からの光を貫通させるための開口部（孔）１２ｂが設けられ、その光軸上には、ボールレンズ１５並びに光デバイス１７が設けられている。開口部１２ｂは突出部１２の端面１２ａに設けられており、この端面１２ａは光モジュールの光学基準面となる。さらに、突出部１２の外径はスリーブ１１の内径より狭く、突出部１２からスリーブ１１の内面までには隙間が存在する。また、ボールレンズ１５はホルダ１３内のレンズキャップ１６を介してステム１４に固定され、光デバイス１７もステム１４に固定されている。光コネクタ２のフェルール２４は、スリーブ１１の内側壁１１ａに嵌合し、光学基準面１２ａまで挿入されることで、光デバイス１７と光学的に結合できる。

このように、本発明に係る光モジュール１は、スリーブ１１と、フェルール２４の端面に接触する光学基準面とを有するレセプタクルである。そして、本発明において光学基準面は、上述のごとく、開口部１２ｂをもちスリーブ１１の内部で突出した突出部１２の端面１２ａとなる。ここで、突出部１２の最外形はスリーブ１１の内径（側壁面１１ａの形状）よりも小さくなる。従って、光学基準面１２ａを形成する突出部１２を例えば小径の円筒形状として、その外周とスリーブ１１の内側壁１１ａとの間に空間を形成した構造となる。なお、光モジュール１の形状も図示したものに限定されるものではない。

このような光コネクタ２と光モジュール１との接続を行う際、光コネクタ２と光モジュール１が図５（Ａ），（Ｂ）で例示したように軸ずれや傾きを有した状態で挿入されてしまうことがある。このような状態のまま光コネクタ２の挿入を強行した場合、図２の点線で囲った部分で示すように、スリーブ１１の端部（破損部分Ｋ）などで発生しスリーブ内側壁１１ａやフェルール２４の端面や外周部分に付着したゴミ（破片）Ｔが挿入方向奥側に運ばれてしまう。

しかしながら、本発明では、ゴミＴがフェルール２４の端面と光学基準面１２ａの間に挟まるのではなく、フェルール２４の端面とホルダ１３の先端面１３ａとの間に挟まることとなる。すなわち、光学基準面１２ａをスリーブ１１の内部で突出した構成とすることで、光コネクタ２を接続する際などに発生あるいは混入したゴミ（異物や塵埃も含む）Ｔは、その空間、すなわち突出部１２とスリーブ内側壁１１ａとの間に挟まれるようになる。

このように、フェルール２４の端面の外周部分に付着したゴミＴは、光コネクタ２のフェルール２４の端面が光モジュール１の光学基準面１２ａに接触した場合に、光学基準面１２ａの円筒形状外周部分に空間を設けることによってゴミＴをその空間に逃がすことができ、ゴミＴが開口部１２ｂに達して光ファイバのコアを遮蔽する、もしくはフェルール２４の端面を傷つけてしまうといった事態が生じ得ず、光パワー劣化や伝送不良となることを防ぐことができる。

本発明によれば、フェルール２４に付着したゴミを逃がす空間を光学基準面１２ａより挿入方向奥側に設けることによって、光コネクタ２の挿抜によって発生したゴミによりフェルール２４の端面の中央部にゴミが付着することを抑制することができる。換言すると、本発明では、光学基準面１２ａの形状を、フェルール２４の端面の外周部にゴミが付着したまま光コネクタ２を挿抜した場合でも、光学基準面１２ａとフェルール２４の端面の外周部が干渉しない形状としている。スリーブ１１の内壁の形状は円筒の単純形状とするなどして加工難易度を低くし、容易に部品コストを低減できる。ここで、円筒の単純形状としなくても、構成部品の形状が容易に加工できる形状とすることで、低コストで製造することができる。また、本発明によれば、光コネクタ２を接続する際に発生あるいは混入したゴミが原因となり、光コネクタ２のコア部分が損傷すること、並びにフェルール２４の端面を傷つけてしまうことを抑制することができる。

次に、図１および図２で説明した光モジュール１および光コネクタ２の好適な形状について、フェルール２４、スリーブ１１、および突出部１２の形状が円筒である場合を例に挙げて説明する。

フェルール２４は、図８のカット面２５で例示したように、端面から円筒側面にかけてのエッジが面取りされている。このようにすることで、そのエッジ角度は鈍角（９０度以上）となり、スリーブ１１とフェルール２４のエッジ部が干渉することによるゴミの発生自体を抑える構造にできる。しかし、実際問題としては、その端面と面取り部のエッジ部（鈍角）がスリーブ１１の先端部に干渉するとゴミが発生してしまう。フェルール２４のエッジ部がスリーブ１１を削り発生したゴミは、フェルール２４の挿入とともにエッジ部からフェルール２４の面取り部、もしくはフェルール２４の円筒側面に移動することになる。そこで、突出部１２（小径円筒）の外径をフェルール２４のエッジ部の直径よりも小さく設計することで、突出部１２の端面である光学基準面１２ａにゴミが転写される可能性を低減することができる。ＬＣコネクタの場合、エッジ部Ａの直径は０．６ｍｍＭｉｎと規定されており、小径円筒の外径は０．６ｍｍ未満に設計することが好ましい。

また、突出部（小径円筒）１２の突き出し量Ｂは、スリーブ内径Ｃと小径円筒外径Ｄによりできるクリアランスよりも大きいＢ＞（Ｃ−Ｄ）／２ことが好ましい。そのように設計することで、コネクタ着脱により発生したゴミが小径円筒の外部に落ち込んだ場合に再度フェルール２４の端面に付着する可能性を抑えることができる。

突出部１２の中心に設けた開口部（中空部）１２ｂの内径は、例えばＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の場合はＬＤから出射された光がレンズにより集光されてフェルール内の光ファイバに結合され、ＲＯＳＡ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の場合は光ファイバ２１から出射された光がレンズにより集光されて受光素子に結合されるので、その光を遮断しないように内径値を設計する必要がある。その内径値は、開口数ＮＡ（ＴＯＳＡの場合はレンズによって集光された光、ＲＯＳＡの場合は光ファイバから出射される光）に依存するが、ＮＡ×（中空部１２ｂの長さ）よりも大きい必要がある。

図３は、本発明の他の実施形態に係る光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造の一例を示す模式図で、図１および図２で説明した実施形態において、その側面に空気抜き穴Ｈを有したスリーブ構造を示す図である。

本実施形態においては、空気抜き穴Ｈは光学基準面１２ａよりも後ろ（奥側）に配置している。すなわち、本実施形態では、スリーブ１１の外壁に空気抜き穴Ｈを設け、その空気抜き穴Ｈは、光学基準面１２ａよりもフェルール２４の挿入方向奥側（光コネクタ開口部の反対側）に位置するようにしている。

光学基準面１２ａよりも後ろでは、空間が狭くなっているため空気圧が高くなり、その空間に存在するゴミは効率的に空気抜き穴Ｈを介して外部に排出することができる。従って、空気抜き穴Ｈを設けることによって、スリーブ１１の端部（破損部分Ｋ）によってスリーブ１１の内部に生じたゴミ（破片）Ｔを、空気圧により外部に排出することができるようになる。このように、本発明によれば、空気抜き穴を介してゴミを排出する設計を考えた場合に、狭空間を設けることで空気圧を上げ、ゴミ排出の効率を向上させることができる。

ここで、空気抜き穴Ｈの好適な構造について詳細に説明する。スリーブ１１の内径の断面積をＥ、空気抜き穴Ｈの断面積（複数の穴Ｈを設けた場合はその総和）をＦ、突出部（小径円筒）１２の外部の空間の断面積をＧとする。ある圧力により発生する機体の流速は通過する空間の断面積に反比例する。

図７で説明したような従来の構造では、Ｅ＞＞Ｆという関係になっており、その場合空気抜き穴Ｈの近傍のみ極度に流速が高くなるため、スリーブ内部に発生したゴミを外部に排出する力は空気抜き穴Ｈの近傍のみで生じ、それ以外の部分ではほとんどその効果が得られない。

一方、本実施形態では、Ｅ＞Ｇ＞Ｆという関係になっており、フェルール２４が挿入されることによって発生した圧力は、断面積Ｇの部分で適度に流速が高められた上で、断面積Ｆの部分でさらに流速が高められることになり、速度分布が段階的に高められることになり、スリーブ２４内で発生したゴミが外部に排出される効果が大幅に増大する。

また、空気抜き穴Ｈの開口数は、２箇所以上（好ましくは３箇所以上）を円周方向に等間隔に設けることが好ましい。そのように設計することで、小径円筒の外周部に生じる流速分布の速度差を低減でき、スムーズな流速変化による排出効果を得ることが可能となる。

また、空気抜き穴Ｈの総断面積Ｆは、断面積Ｇに対する断面積Ｆの面積比率を、断面積Ｅに対する断面積Ｇの面積比率よりも小さく設計することが好ましい。そのように設計することで、高い排出効果を得ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造の一例を示す模式図である。 図１の光モジュールにおいてゴミが付着した光コネクタを挿入した場合を説明するための模式図である。 本発明の他の実施形態に係る光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造の一例を示す模式図である。 従来技術による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図である。 図４の光コネクタを光モジュールに挿入する際に発生するゴミ発生要因を説明するための模式図である。 図５で説明した要因により発生するゴミの付着場所及びゴミの影響を説明するための模式図である。 従来技術による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図である。 従来技術による光モジュール及びそれに挿入する光コネクタの断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１…光モジュール、２…光コネクタ、１１…スリーブ、１１ａ…スリーブ内側壁、１２…突出部、１２ａ…突出部の端面（光学基準面）、１２ｂ…開口部、１３…ホルダ、１３ａ…ホルダの先端面、１４…ステム、１５…ボールレンズ、１６…レンズキャップ、１７…光デバイス、２１…光ファイバ、２２…光ファイバケーブル、２３…フェルール押さえ、２４…フェルール、Ｋ…破損部分、Ｔ…破片（ゴミ）、Ｈ…空気抜き穴。

Claims (4)

1. 光コネクタのフェルールを保持しその位置を決定するスリーブと、前記フェルールの端面に接触する光学基準面とを有する光モジュールであって、
   前記光学基準面は、開口部をもち前記スリーブ内部で突出した突出部の端面であることを特徴とする光モジュール。
2. 前記スリーブの外壁に空気抜き穴を有し、該空気抜き穴は、前記光学基準面よりも前記フェルールの挿入方向奥側に位置することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 光ファイバを保持するフェルールを受納することにより該光ファイバとの間で光結合を実現する光モジュールであって、
   ステムと該ステム上に搭載された光デバイスと、該光デバイスを封止するキャップとを有するアセンブリと、
   さらに、光コネクタのフェルールを保持しその位置を決定するスリーブと、該スリーブと該アセンブリとを接続するホルダとを備え、
   該ホルダは該スリーブ内に突出する突出部を有し、該突出部の外径は該スリーブの内径より小さいことを特徴とする光モジュール。
4. 該スリーブの外壁に空気抜き穴を有し、該空気抜き穴は該突出部の側方に位置していることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。

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