JP2008185766A - 光学接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上で大きなスペースを占有することなく、位置合わせが容易で、接続および接続解除を自在にできる光学接続構造を提供する。
【解決手段】 複数の光伝送媒体１と光機能部品１６とを光学接続部品１００を介して接続した光学接続構造であって、前記光学接続部品１００は前記複数の光伝送媒体１が保持される保持部１０２と、光機能部品１６の形状に合わせた位置合わせ孔Ｈとを備え、前記複数の光伝送媒体１は、前記位置合わせ孔Ｈに束ねられた状態で前記光機能部品１６と位置合わせされていることを特徴とする光学接続構造。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送媒体を使用した光学接続構造に関するものである。

従来より、基板上で光伝送媒体と光機能部品を接続するには、光機能部品に合わせた径を有する光伝送媒体を用いることが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。

この方法では、光機能部品が広い発光面を有する場合、光機能部品の光パワーを十分に伝達するためには光伝送媒体の径を太くする必要が出てくる。
しかし、光伝送媒体の径が太くなると柔軟性に劣り、折り曲げ等の配線をする上で加工が困難になり、省スペース化、配線のしやすさに問題点があった。
この問題点は、特に、光伝送媒体と光機能部品とを基板と垂直方向に接続する光学接続構造で顕著であった。

図６を用いて説明する。
１は光ファイバ等の光伝送媒体、５は基板、８は折り曲げ部、１６は面発光レーザなどの光機能部品、１７ａ、１７ｂは土台、１００は光学接続部品、１０１、１０１′は固定用孔、１０２は光伝送媒体１を保持する保持部、１０３は肩部、Ｂはネジ、Ｈは位置合わせ孔である。

図６に示すように、光伝送媒体１を大きく上方に張り出すように撓めて折り曲げ部８を形成するなどの加工により、光伝送媒体１が著しくスペースを占有してしまう。
また、光伝送媒体１が太く柔軟性に劣るために、光ファイバ配線の取り回しが難しくなっていた。

特開平６−２３７０１６号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、基板上で大きなスペースを占有することなく、位置合わせが容易で、接続および接続解除を自在にできる光学接続構造を提供することにある。

本発明は、下記の技術的構成により、上記課題を解決できたものである。

（１）複数の光伝送媒体と光機能部品とを光学接続部品を介して接続した光学接続構造であって、前記光学接続部品は前記複数の光伝送媒体が保持される保持部と、光機能部品の形状に合わせた位置合わせ孔とを備え、前記複数の光伝送媒体は、前記位置合わせ孔に束ねられた状態で前記光機能部品と位置合わせされていることを特徴とする光学接続構造。
（２）接続の方向は、前記光伝送媒体の光軸に対して垂直方向であることを特徴とする前記（１）記載の光学接続構造。
（３）前記光学接続部品は、固定用孔を備えることを特徴とする前記（１）記載の光学接続構造。
（４）前記複数の光伝送媒体は、前記位置合わせ孔に接着されていることを特徴とする前記（１）記載の光学接続構造。
（５）前記複数の光伝送媒体は、少なくとも一端に折り曲げ部を有することを特徴とする前記（１）記載の光学接続構造。
（６）前記折り曲げ部は、光伝送媒体が９０°に折り曲げられてなることを特徴とする前記（５）記載の光学接続構造。
（７）前記複数の光伝送媒体は、両端に折り曲げ部を有することを特徴とする前記（５）記載の光学接続構造。

本発明によれば、基板上で大きなスペースを占有することなく、位置合わせが容易で、接続および接続解除を自在にできる光学接続構造を提供することができる。

次に図面を用いて本発明の実施形態について具体的に説明する。
また、以下の図面においては各構成部分の縮尺について図面に表記することが容易となるように構成部分毎に縮尺を変えて記載している。
本発明でいう光学接続部品とは、図１で例示する光学接続部品１００等であり、又、光学接続構造とは、図１において、光伝送媒体１と光機能部品１６とを前記光学接続部品１００を用いて接続させたもの等である。
なお、以下で用いている光ファイバは光伝送媒体の一例として説明している。

（実施形態Ｉ）
まず、図１〜図２を用いて実施形態Ｉの光学接続構造について説明する。
図１は実施形態Ｉの光学接続構造を示す分解斜視図、図２は実施形態Ｉの光学接続部品を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はイ−イ線断面図である。

１は光ファイバ等の光伝送媒体、５は基板、８は折り曲げ部、１６は面発光レーザなどの光機能部品、１７ａ、１７ｂは土台、１００は光学接続部品、１０１、１０１′は固定用孔、１０２は光伝送媒体１を保持する保持部、１０３は肩部、Ｂはネジ、Ｈは位置合わせ孔、Ｔはテープ部である。

実施形態Ｉの光学接続構造は、複数の光伝送媒体１と光機能部品１６とを、光学接続部品１００を用いて、光伝送媒体１の光軸に対して垂直方向に接続させている。
光伝送媒体１は複数本必要であり、一部をテープ化したテープ心線などでもよい。その際、図１に示すように、少なくとも光ファイバの一端を折り曲げて、折り曲げ部８を設けることが必要である。
光伝送媒体の一端を９０°に折り曲げ、折り曲げ部８から約０．２ｍｍのところで切断する。その後、切断面を研磨し、折り曲げ部８を有する光伝送媒体１を作成した。折り曲げ部８から先端までの長さは、特に制限はないが、省スペースの点から考えると２ｍｍ以下が好ましい。

光学接続部品１００は、固定用孔１０１と保持部１０２と肩部１０３と位置合わせ孔Ｈを有している。肩部１０３は保持部１０２を挟むように平行に配置されており、肩部１０３と保持部１０２との段差を利用して、保持部１０２に光伝送媒体１を保持することができる。保持部１０２には、固定用孔１０１および位置合わせ孔Ｈとして保持部１０２を真下に貫く貫通孔が設けられている。
位置合わせ孔Ｈは光機能部品１６の形状に合わせた孔である。図１では円筒形の孔であるが四角柱形や三角柱形の孔でもよい。
光伝送媒体１の先端は位置合わせ孔Ｈに束ねられた状態で保持される。
また、光伝送媒体１を接着剤等により位置合わせ孔Ｈに固定することもできる。
位置合わせ孔Ｈの形状を変えた光学接続部品を用い、当該位置合わせ孔Ｈの形状に合わせて光伝送媒体１の束ねかたを変えることで、どのような光機能部品にも対応可能となる。
そして、固定用孔１０１を設けておくことで、ネジＢ等により容易に光学接続部品１００と土台１７ｂとの着脱を行うことができる。
なお、固定用孔１０１および位置合わせ孔Ｈはそれぞれ１つであっても複数設けられていてもよい。

光機能部品１６は基板５に取り付けることで、基板５と垂直方向に光軸をもつ。
土台１７ａ、１７ｂは光学接続部品１００を載せるための台であり、光機能部品１６の周囲に築かれている。光機能部品１６は既存のものを用いることができる。
光伝送媒体１を保持した光学接続部品１００は、土台１７ａ、１７ｂ上に設置されている。
図１に示すように、土台１７ｂに固定用孔１０１′を設けておくことで、ネジＢ等により容易に光機能部品１００と土台１７ｂとの着脱を行うことができる。
固定用孔１０１、１０１′は、固定用孔１０１と１０１′とを合わせれば位置合わせ孔Ｈと光機能部品１６とが位置合わせされるような箇所に設けておくことが好ましい。
さらに、固定用孔は基板５にも設けてもよい。
また、光学接続部品１００は土台１７ａ、１７ｂ上に載置して接着剤等により固定してもよい。

次に、図３〜図４を用いて、実施形態Ｉの光学接続構造の製造方法について説明する。
図３は実施形態Ｉの光学接続部品が光伝送媒体を保持した状態を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はロ−ロ線断面図、図４は実施形態Ｉの光学接続構造を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はハ−ハ線断面図である。

まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光伝送媒体１を光学接続部品１００に保持させる。
その際、複数本の光伝送媒体１は、位置合わせ孔Ｈに束ねられた状態となる。なお、光伝送媒体１の先端を研磨してもよい。
通常、太い光伝送媒体は折り曲げ部８の形状を維持するのが難しい。
一方、細い光伝送媒体は折り曲げ部８の形状を維持することは容易だが、断面積が小さく、光機能部品１６の光パワーを十分に伝送することができない。
そこで、本発明のように、複数本の光伝送媒体１を束ねられた状態で用いることで、折り曲げ部８の形状を維持し、かつ、光機能部品の光パワーを十分に伝えることが可能となる。さらに、前述のように光伝送媒体１の束ねかたを変えることで、どのような光機能部品にも対応可能となる。

次に、図４に示すように、光伝送媒体１を保持した光学接続部品１００を、基板５に設けられた土台１７ａ、１７ｂ上にネジＢ等で固定することで、光伝送媒体１と光機能部品１６が位置合わせされ、実施形態Ｉの光学接続構造が形成される。
接続の方向は、光伝送媒体１の直線部分の光軸に対して垂直方向である。すなわち、基板５に対して垂直方向で接続される。

なお、工程の順序を入れ換えて、光学接続部品１００を先に土台１７ａ、１７ｂ上へ設置し、次に光伝送媒体１を光学接続部品１００に保持させることもできる。
すなわち、まず、光学接続部品１００の位置合わせ孔Ｈから光機能部品１６が見えるように位置合わせして、光学接続部品１００をネジＢ等で固定する。
次に、複数の光伝送媒体１を、光学接続部品１００の保持部１０２に沿わせて挿し込み、先端を位置合わせ孔Ｈまで至らしめる。
以上により、実施形態Ｉの光学接続構造が形成される。
なお、本発明における光伝送は一方向に限られるものではなく、例えば送受信モジュールとして双方向へ送信するようにしてもよい。

（実施形態ＩＩ）
次に、図５を用いて実施形態ＩＩの光学接続構造について説明する。
図５は実施形態ＩＩの光学接続構造を示す分解斜視図である。
実施形態Ｉと異なり、位置合わせ孔Ｈは光機能部品１６の形状に合わせて四角柱形の孔となっている。
光伝送媒体１の先端は位置合わせ孔Ｈに束ねられた状態で保持される。
そして、固定用孔１０１が３つ設けられており、ネジＢまたはピン等により容易に光学接続部品１００と土台１７ｂとの着脱および位置合わせを行うことができる。

光機能部品１６は基板５に取り付けることで、基板５と垂直方向に光軸をもつ。
図１に示すように、土台１７ａ、１７ｂに固定用孔１０１′を３つ設けておくことで、ネジＢ等により容易に光機能部品１００と土台１７ｂとの着脱および位置合わせを行うことができる。

以下に本発明を構成する材料について説明する。
本発明を構成する光伝送媒体にはプラスチックファイバ等を用いることができるが、これは、簡単に加工できる光ファイバの一例を示したものであり、その材料は限定されない。
また、その屈折率分布がステップ分布やクレーデッド分布等、使用目的により適宜選択して用いられる。さらに、一度に接続される光伝送媒体の数量に制限はない。また、光ファイバの代わりに、高分子のフレキシブル光導波路等を使用しても同様に光学接続構造を形成できる。好ましくは、ポリイミド、アクリル、エポキシ、ポリオレフィン等の高分子系材料で作製されたものを使用できる。
本発明を構成する光学接続部品１００、土台１７ａ、１７ｂに用いられる材料は、接続される光伝送媒体１の材料や、要求される強度や位置合わせ精度により適宜選択されるが、特に熱的寸法変化が小さいプラスチック、セラミック、金属等で作製されたものが好ましく使用される。プラスチック材料としては、ガラス混入エポキシ材料、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の結晶性高分子が好ましく使用される。
光学接続部品１００、土台１７ａ、１７ｂを黄銅、リン青銅、ステンレス、ニッケル等の金属で作製した場合、半田で固定することが可能となり、光伝送媒体１を基板５上ないしは基板５から引き出す際に電子素子の実装と同工程で光伝送媒体１を接続することが可能となる。
また、光伝送媒体１と光機能部品１６との間には屈折率整合材を挿入することができる。
屈折率整合材は、本発明の光学接続構造が用いられる環境条件や製造プロセス等に合わせて適宜選択して使用される。なお、屈折率整合材は液状でも固体状でも良く、例えばオイル状、グリス状、ジェル状、フィルム状でもよい。

（実施例１）
実施例１として、前述の実施形態Ｉの光学接続構造を作製した（図１〜図４）。
まず、複数の光伝送媒体１としてプラスチック光ファイバ心線（三菱レイヨン社製 商品名：エスカ 外径２５０μｍΦ）８本について、両端から３０ｍｍを除きテープ化した。
テープ化には、特開２００４−１６３６３４の製造治具を用いた。
ノズルとして、ニードル（内径１ｍｍ：武蔵エンジニアリング社製）を用いた。
基板上に、ポリエチレンテレフタレートフィルムに厚さ２５μｍの粘着層を設けてなる粘着シート（総厚５０μｍ）を設置した。
被覆材料としては、紫外線硬化樹脂（大阪有機化学工業社製 商品名：ビスコタックＰＭ−６５４）を用い、供給するための材料供給装置としてディスペンサを用いた。
具体的にはまず、２．０６ｍの８本の光ファイバ心線を基板上に設置したＰＥＴ粘着シート上に平行に整列させて貼り付けた。
次に整列した８本の光ファイバ心線の片端上部にニードル孔を近づけ、ニードル孔の中心が８本の光ファイバ心線の中央になるように調節した。
このとき、ニードルの高さを基板から１ｍｍに設定した。
ディスペンサで材料を塗出すると同時にニードルを光ファイバ軸方向に２ｍ移動させることによって材料を光ファイバ心線の上部表面に塗布した。
塗布した材料を紫外線照射装置によって紫外線処理（照射強度２０ｍＷ／ｃｍ^２、１０秒）して硬化させて、テープ化した複数の光伝送媒体１を得た。
その光伝送媒体の一端を、９０度折り曲げ、折り曲げ部８から約０．２ｍｍのところで切断し、切断面を研磨した。

接続部材１００はポリエーテルエーテルケトン樹脂で成形した。
光機能部品１６として発光面が円状の表面実装ＬＥＤ（スタンレー社製、波長６６０ｎｍ）、土台１７ａ、１７ｂとしてポリフェノールサルファイド樹脂で作製した土台を用いた。
まず、複数の光伝送媒体１を光学接続部材１００の保持部１０２に載せて接着テープで保持した。
次に、光伝送媒体１の先端を４心ずつに束ねて、円柱形の位置合わせ孔Ｈに挿入した。
そして、接着剤により光伝送媒体１の先端を位置合わせ孔Ｈに固定した。
次に、光伝送媒体１を保持した光学接続部品１００を、基板５に設けられた土台１７ａ、１７ｂ上にネジＢで固定することで、実施例１の光学接続構造を形成した。
面発光レーザから波長６６０ｎｍのレーザ光を入射したところ、光伝送媒体１の先に散乱光の出射を確認できた。
なお、入射と出射の光パワーを比較した挿入損失は、７ｄＢ程度であり、短距離を繋ぐ光学接続構造として、十分実用できるものであった。

（実施例２）
実施例２として、前述の実施形態ＩＩの光学接続構造を作製した（図５）。
実施例２の光学接続構造は、複数の光伝送媒体１の束ね方、位置合わせ孔Ｈの形状、固定用孔１０１、１０１′の数、光機能部品１６の発光面の形状を除いて、実施例１と同様の構成である。
光機能部品１６として面発光レーザ（ＡＶＡＬＯＮ社製、波長８５０ｎｍ）を用いた。
まず、光伝送媒体８本を束ねて、四角柱形の位置合わせ孔Ｈに挿入した。
そして、接着剤により光伝送媒体１の先端を位置合わせ孔Ｈに固定した。
次に、光伝送媒体１を保持した光学接続部品１００を、基板５に設けられた土台１７ａ、１７ｂ上に３つのネジＢで固定することで、実施例２の光学接続構造を形成した。
面発光レーザから波長８５０ｎｍのレーザ光を入射したところ、光伝送媒体１の先に散乱光の出射を確認できた。
なお、入射と出射の光パワーを比較した挿入損失は、６ｄＢ程度であり、短距離を繋ぐ光学接続構造として、十分実用できるものであった。

（比較例１）
比較例１として、前述の従来の光学接続構造を作製した（図６）。
比較例１は、複数の光伝送媒体に代えて、１本の光伝送媒体（三菱レイヨン社製 商品名：エスカ 外径７５０μｍΦ）を用いた。
その他の構成は、実施例１と同様である。
なお、２つの位置合わせ孔Ｈのうち１つは使用しなかった。
１本の光伝送媒体は、直径が太くて先端を９０°に曲げることが難しかったので、一度大きく上方に張り出すように屈曲させ、それから下方に向けて緩やかに屈曲させて折り曲げ部８を形成し、先端を接着剤により位置合わせ孔Ｈに固定した。
面発光レーザから波長６６０ｎｍのレーザ光を入射したところ、光伝送媒体１の先に散乱光の出射を確認できた。
なお、入射と出射の光パワーを比較した挿入損失は、８ｄＢであり、光学接続構造としては使用できるものであるが、外径が大きく加工が困難であり、光伝送媒体が太く柔軟性がないため取り回しがし難く、実用上問題があった。

実施形態Ｉの光学接続構造を示す分解斜視図 実施形態Ｉの光学接続部品を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はイ−イ線断面図 実施形態Ｉの光学接続部品が光伝送媒体を保持した状態を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はロ−ロ線断面図 実施形態Ｉの光学接続構造を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はハ−ハ線断面図 実施形態ＩＩの光学接続構造を示す分解斜視図 従来の光学接続構造を示す分解斜視図

１、１′ 光伝送媒体
５ 基板
８、８′ 折り曲げ部
１６ 光機能部品
１７ａ、１７ｂ 土台
１００ 光学接続部品
１０１、１０１′ 固定用孔
１０２ 保持部
１０３ 肩部
Ｂ ネジ
Ｈ 位置合わせ孔
Ｔ テープ部

Claims (7)

1. 複数の光伝送媒体と光機能部品とを光学接続部品を介して接続した光学接続構造であって、
   前記光学接続部品は前記複数の光伝送媒体が保持される保持部と、光機能部品の形状に合わせた位置合わせ孔とを備え、
   前記複数の光伝送媒体は、前記位置合わせ孔に束ねられた状態で前記光機能部品と位置合わせされていることを特徴とする光学接続構造。
2. 接続の方向は、前記光伝送媒体の光軸に対して垂直方向であることを特徴とする請求項１記載の光学接続構造。
3. 前記光学接続部品は、固定用孔を備えることを特徴とする請求項１記載の光学接続構造。
4. 前記複数の光伝送媒体は、前記位置合わせ孔に接着されていることを特徴とする請求項１記載の光学接続構造。
5. 前記複数の光伝送媒体は、少なくとも一端に折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１記載の光学接続構造。
6. 前記折り曲げ部は、光伝送媒体が９０°に折り曲げられてなることを特徴とする請求項５記載の光学接続構造。
7. 前記複数の光伝送媒体は、両端に折り曲げ部を有することを特徴とする請求項５記載の光学接続構造。

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