JP2008116552A - 光アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブと接続スリーブとの接着強度を高め、光軸のずれが生じない光サブアセンブリを提供すること。
【解決手段】光半導体素子を搭載する光デバイス１２と、光デバイス１２と光結合する光ファイバを保持するスリーブ１４と、光デバイス１２とスリーブ１４を接合する接続スリーブ１３とで構成され、接続スリーブ１３の一端側は、内側に光デバイス１２のキャップ１２ｄが嵌合する筒状であり、筒状の底部に光デバイス１２とスリーブ１４を結ぶ光軸を囲む孔１３ｃを有する。接続スリーブ１３の他端側には、スリーブの端部１４ａが当接する凹所１３ａが形成され、接続スリーブ１３の筒状内面と光デバイス１２のキャップ１２ｄの外周及び接続スリーブ１３の凹所１３ａとスリーブ端部１４ａを接着剤で接着している。
【選択図】図２

Description

本発明は、光信号を送受信する光アセンブリに関するものである。

光信号を送受信する光アセンブリは、半導体発光素子（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）又は半導体受光素子（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＤ）を搭載する光デバイス、及び、光ファイバケーブルの光コネクタプラグ先端部に取り付けられたフェルールを嵌合保持する機能等を提供するスリーブから構成される。
例えば、ＬＤ搭載の光デバイスを含む光アセンブリを製造する場合には、光軸に平行な方向及び光軸に垂直な方向の調芯をした後に、光デバイスとスリーブを樹脂接着剤等を使用して固定している。その際に、部品を固定する時の位置ずれによる光結合率の低下を防止するため、十分な強度で各部品を固定する必要がある。

例えば、特許文献１には、図７に示すように、光アセンブリ１を構成する光デバイス２の外周部２ａ及びスリーブ３の端部３ａの接合面に紫外線硬化及び熱硬化性の接着剤４を塗布し、これらを硬化することにより光デバイス２及びスリーブ３を接着固定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、図８に示すように、スリーブ６に挿入される光デバイス５の外周部に溝５ａを形成し、接着面積を高め、接着強度を高める技術が開示されている。

また、特許文献３には、図９に示す光アセンブリが開示されている。この光アセンブリ１は、スリーブを接続スリーブ部（Ｊスリーブ）８とスリーブ部９の２体構成としている。この光アセンブリ１では、スリーブ部９が、接続スリーブ部８の平坦端面８ａを光軸と垂直方向にスライドすることで光軸と垂直方向（矢印Ｘ，Ｙ）の調芯を行っている。一方、接続スリーブ部８が、光デバイス７の外周に沿ってスライドすることで光軸と平行方向（矢印Ｚ）の調芯を行う。そして、調芯終了後、接着剤により各部品を固定している。
特開２００２−９０５８７号公報 特開平８−１２９１１８号公報 特開２００５−２６０２２３号公報

しかしながら、図７に示した光アセンブリ１は、接着面が光デバイス２の外周部２ａとスリーブ３の端部３ａに限定されている。そのため、光デバイス２とスリーブ３との接着面の面積が少なく接着強度が低くなるという問題がある。
また、図８に示した光アセンブリ１は、光軸に平行及び垂直な方向の調芯を行うために必要となる、光デバイス５とスリーブ６の間に設けられた広い隙間（３００μｍ以上）に紫外線硬化型樹脂等の接着剤を充填し、光軸の調芯が終了した後に、紫外線を照射して光デバイス５とスリーブ６とを固着するものである。このように光デバイス５とスリーブ６との間に広い隙間を有する光アセンブリ１において光軸の調芯を行うと、通常、光デバイス５とスリーブ６の中心軸が一致しないことが多く、光デバイス５とスリーブ６との隙間が不均一になってしまう。

そのため、この不均一な隙間に充填された接着剤を硬化させると不均一な応力が発生し、光デバイス５とスリーブ６がこの応力により容易に移動しまう。その結果、調芯した光軸がずれてしまうという問題がある。また、図７，図８の光アセンブリ１は、両者共にリードピンを回路基板に半田固定する際に発生する熱により接着剤が軟化して、光デバイス５とスリーブ６間の位置がずれてしまうことがある。このように一旦調芯した光軸がずれると、光パワーの低下が顕著になる。

また、図９に示す光アセンブリにおいては、接続スリーブ部８と光軸に垂直な方向の調芯にかかわる部品であるスリーブ部９との接着面積が少ないため、接着剤による固定では、大きな接着強度が得にくい。また、各部品を金属で形成し、接着剤ではなくＹＡＧ溶接にて各部品を固定することもできる。しかし、金属製部品では製造コストが高くなり、また、ＹＡＧ溶接で固定すると製造工程が煩雑になる。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、接続スリーブとスリーブとの接着強度を高め、光軸のずれが生じない光アセンブリを提供することを目的とする。

本発明による光アセンブリは、光半導体素子を搭載する光デバイスと、光デバイスと光結合する光ファイバを保持するスリーブと、光デバイスとスリーブを接合する接続スリーブとで構成される。接続スリーブの一端側は、内側に光デバイスのキャップが嵌合する筒状であり、筒状の底部に光デバイスとスリーブを結ぶ光軸を囲む孔を有し、接続スリーブの他端側にはスリーブの端部が当接する凹所が形成され、接続スリーブの筒状内面と光デバイスのキャップの外周及び接続スリーブの凹所とスリーブの端部は接着剤で接着される。

また、接続スリーブの凹所には光軸を囲む内孔を有する円筒部を突設する。また、接続スリーブ及びスリーブは、樹脂製とし、さらに、光デバイスの少なくとも接続スリーブと接合する部位を樹脂製とするのが望ましい。

本発明によれば、光軸の調芯を容易に行うことができ、製造時において発生する部品の位置ずれによる光軸のずれを排除できると共に、部品間の接着面積を増やしたことにより部品間の接合強度を高めることができる。

図１は、本発明に係わる光アセンブリの斜視図である。光アセンブリ１１は、回路基板（図示しない）と電気的に接続するための複数本のリードピン１２ａを有し図示しない光半導体素子（ＬＤ又はＰＤ）等を搭載するステムを備えた光デバイス１２と、光軸に平行な方向の調芯機能を担う接続スリーブ１３と、光軸に垂直な方向の調芯機能を担うスリーブ１４とから構成され、各部品が接着剤１５ａ，１５ｂにより固定されている。なお、接着剤１５ａ，１５ｂとしては、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂を用いることができる。

図２は、前述した光アセンブリを構成する光デバイス、接続スリーブ及びスリーブの斜視図である。図２（Ａ）は、光デバイスの斜視図で、この光デバイス１２は、前述したリードピン１２ａ、同ステム１２ｂ、図示しないＬＤが発光又はＰＤが受光する光を集光するためのレンズ１２ｃ、このレンズ１２ｃ等を保持するキャップ１２ｄ等から構成される。なお、キャップ１２ｄは、樹脂又は金属により形成される。

図２（Ｂ）は、接続スリーブの斜視図で、この接続スリーブ１３の底部の外側でスリーブ１４の端部（図２（Ｃ）１４ａ）が当接する部位には、本発明の特徴となる凹所１３ａが設けられ、この凹所１３ａに接続スリーブ１３とスリーブ１４とを固定する紫外線硬化型樹脂等の接着剤が塗布（充填）される。また、この接着剤が光路として形成された内孔１３ｃに入り込まないようにストッパーとして機能する円筒部１３ｂが接続スリーブ１３の中央部に突設している。また、筒状に形成された円筒部１３ｄに光デバイス１２のキャップ１２ｄが嵌合する。なお、接続スリーブ１３は、樹脂又は金属により形成される。

図２（Ｃ）は、スリーブの斜視図で、このスリーブ１４には、前述した接続スリーブの凹所１３ａに接着剤を介して当接する円筒形状に形成された端部１４ａ、図示しない光ファイバケーブルのフェルールを挿入する挿入孔１４ｂが設けられている。なお、スリーブ１４は、樹脂又は金属により形成される。

次に、図３〜図６を用いて、光アセンブリを構成する光デバイス、接続スリーブ及びスリーブの接着固定方法の一例を説明する。図３（Ａ）は接続スリーブの断面図、図３（Ｂ）は光デバイスの外観図である。
図３（Ａ）に示すように、まず、接続スリーブ１３の環状に形成した凹所１３ａに接着剤１６ａを充填する。このような、環状の凹所１３ａに接着剤を充填する場合、接着剤の充填量（使用量）の管理が容易となる。また、図３（Ｂ）に示すように、光デバイス１２を回転させながらキャップ１２ｄの外周面及び接続スリーブ１３の筒状内面１３ｅに一様に接着剤１６ｂを塗布する。塗布量はディスペンサ等を用いて制御することができる。なお、使用する接着剤１６ａ，１６ｂは、紫外線硬化型樹脂、さらには硬化収縮率の小さいエポキシ系の樹脂が望ましいが、他の接着用樹脂を使用できることはいうまでもない。

図４は、光アセンブリの組立状態を示す図である。図に示したように、接続スリーブ１３の円筒部１３ｂをスリーブ１４の内孔に挿入して、接続スリーブ１３とスリーブ１４とを組み合わせ、光デバイス１２のキャップ１２ｄが接続スリーブ１３の筒状内面１３ｅに当接するように光デバイス１２を接続スリーブ１３に挿入し、光デバイス１２と接続スリーブ１３とを組み合わせる。そして、この組立体を図示しない調芯台にセットする。
符号Ａの囲み部分に示すように、接続スリーブ１３の凹所１３ａに接着剤１６ａを介してスリーブ１４の円筒形状に形成された端部１４ａが固定される。なお、１４ｃは端部１４ａの側面に形成された溝である。

図５は、符号Ａの囲み部分の拡大図である。
図に示したように、接続スリーブ１３の凹所１３ａに充填された接着剤１６ａは、スリーブの端部１４ａが接続スリーブ１３の凹所１３ａに接触することによりスリーブ１４側に這い上がるようにしてフィレットを形成する。このフィレットは溝１４ｃに入り込んで係止作用を生じ接続スリーブ１３の凹所１３ａとスリーブ１４の端部１４ａとが接着固定されるので、より大きい接着強度を得ることができる。
また、接続スリーブ１３の円筒部１３ｂとスリーブ１４の内径との間に形成された調芯用クリアランスにも接着剤１６ａが入り込み接着強度を大きくしている。なお、この接着剤は、接続スリーブ１３の円筒部１３ｂがあるため、光路用の内孔１３ｃに侵入することはない。なお、後述するように、接着剤１６ａ，１６ｂを覆うように補強用の接着剤１５ａ，１５ｂを塗布してもよい。
なお、接続スリーブ１３が光軸に垂直な方向の調芯が行える程度（２００μｍ位）のクリアランスを有している（矢印Ｃ）。

符号Ｂの囲み部分は、光デバイス１２と接続スリーブ１３との接着状態を示している。光デバイス１２のキャップ１２ｄの外周面に塗布した殆どの接着剤１６ｂは、光デバイス１２を接続スリーブ１３の内孔に挿入することで押し出される（接着剤１６ｂ’）。この押し出された接着剤１６ｂ’を介して、接続スリーブ１３の端部１３ｄに光デバイス１２のキャップ１２ｄ及びステム１２ｂの一部分が固定されている。

また、光デバイス１２のキャップ１２ｄの外周面と接続スリーブ１３の筒状内面１３ｅとのクリアランスに残った薄層化した接着剤１６ｂにより光デバイス１２と接続スリーブ１３とが接着固定され、より接着強度が高められる。

なお、接続スリーブ１３に光軸に平行な方向の調芯機能を担わせればよいので、図４に示したように、光デバイス１２のキャップ１２ｄと接続スリーブ１３の筒状内面１３ｅとのクリアランスは、２０μｍ程度と狭くなっている。

次に、スリーブ１４を径方向にスライドさせ光軸に垂直な方向（矢印Ｘ，Ｙ）の調芯を行う。さらに、接続スリーブ１３を軸方向にスライドさせ光軸に平行な方向（矢印Ｚ）の調芯を行い、図示しないＬＤがスリーブ１４の挿入孔１４ｂ内に挿入されたフェルールの中央にセットされた光ファイバ（図示しない）に出射する光の強度又は光ファイバ（図示しない）を介して受光した光によりＰＤで発生した（光）電流が最大となるように調芯する。

なお、光送信アセンブリの場合、ＬＤが光ファイバに出射する光の強度が規格により定められている。そのため、ＬＤが光ファイバに出射する光の強度が最大となる位置、すなわちＬＤと光ファイバの端面とをレンズの焦点上に配置（最大光結合位置）すると、ＬＤが光ファイバに出射する光の強度が大きくなりすぎ、規格に適合しなくなってしまう。そこで、光ファイバの端面（図示しない）を光デバイス１２のレンズ１２ｃから離間させるようにして、光ファイバに入射する光の強度を調整する（デフォーカス）こともある。

なお、ＬＤに供給する電流を小さくしてＬＤが光ファイバに出射する光の強度を調整することも可能である。しかし、電流を小さくすると、ＬＤの高周波動作が損なわれてしまうため、ＬＤに供給する電流を小さくすることは好ましくない。

図６は、光アセンブリの固定方法の一例を説明するための図である。図６（Ａ）は、紫外線硬化型樹脂の接着剤１６ａ，１６ｂを使用して光デバイス１２、接続スリーブ１３及びスリーブ１４を固定する処理を説明するための図である。このように、接着剤１６ａ，１６ｂとして紫外線硬化型樹脂を使用した場合には、調芯終了後に紫外線を照射して光デバイス１２、接続スリーブ１３及びスリーブ１４を固定する。また、図６（Ｂ）に示すように、紫外線により硬化させた接着剤１６ａ，１６ｂの周囲を覆うようにして補強用の熱硬化型樹脂の接着剤１５ａ，１５ｂ等を塗布し、この接着剤１５ａ，１５ｂに加熱処理を施し硬化させてもよい。このようにすることで、接着強度及び耐湿性を向上させることができる。

なお、さらに強度を向上させるために、各部品の接着界面の面荒さを荒くし、接着剤のアンカリング効果を利用し、接着強度を向上させてもよい。例えば、通常接着界面の精度は、Ｒａ０．８〜１．６程度であるが、Ｒａ１２．５程度まで荒くしてもよい。また、実施例で説明した接着剤及び接着固定方法に限定されるものではなく、各種接着剤及び接着固定方法を用いることができる。

本発明に係わる光アセンブリの一例を示す図である。 本発明に係わる光アセンブリを構成する光デバイス、接続スリーブ及びスリーブの斜視図である。 本発明に係わる光アセンブリの接着方法の一例を説明する図である。 本発明に係わる光アセンブリの組立状態を示す図である。 接続スリーブの凹所に接着剤を介してスリーブの端部が固定されている部分の拡大図である。 本発明に係わる光アセンブリの固定方法の一例を説明するための図である。 従来技術を説明する図である。 他の従来技術を説明する図である。 その他の従来技術を説明する図である。

符号の説明

１，１１…光アセンブリ、２，７…光デバイス、２ａ…光デバイスの外周部、３，６…スリーブ、３ａ…スリーブの端部、４…接着剤、５…光デバイス、５ａ…光デバイス外周部の溝、８…接続スリーブ部、８ａ…接続スリーブ部の平坦端面、９…スリーブ部、１２…光デバイス、１２ａ…リードピン、１２ｂ…ステム、１２ｃ…レンズ、１２ｄ…キャップ、１３…接続スリーブ、１３ａ…凹所、１３ｂ…円筒部、１３ｃ…内孔、１３ｄ…接続スリーブの端部、１３ｅ…接続スリーブの筒状内面、１４…スリーブ、１４ａ…端部、１４ｂ…挿入孔、１４ｃ…溝、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１６ｂ’…接着剤。

Claims (4)

1. 光半導体素子を搭載する光デバイスと、該光デバイスと光結合する光ファイバを保持するスリーブと、前記光デバイスと前記スリーブを接合する接続スリーブとで構成される光サブアセンブリであって、
   前記接続スリーブの一端側は、内側に前記光デバイスのキャップが嵌合する筒状であり、該筒状の底部に前記光デバイスと前記スリーブを結ぶ光軸を囲む孔を有し、前記接続スリーブの他端側には前記スリーブの端部が当接する凹所が形成され、
   前記接続スリーブの筒状内面と前記光デバイスのキャップの外周及び前記接続スリーブの凹所と前記スリーブの端部を接着剤で接着したことを特徴とする光サブアセンブリ。
2. 前記接続スリーブの凹所には前記光軸を囲む内孔を有する円筒部が突設されていることを特徴とする請求項１に記載の光サブアセンブリ。
3. 前記接続スリーブ及び前記スリーブは、樹脂製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光サブアセンブリ。
4. 前記光デバイスの少なくとも接続スリーブと接合する部位は、樹脂製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光サブアセンブリ。

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