JP2009115919A - 光路変換部材およびその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で反射面を形成でき、しかも低コスト化が可能な光路変換部材の提供。
【解決手段】光ファイバ５の先端部５ａに組み立てられ、光入出端６が設けられた基板４に対面して設置される光路変換部材１。光ファイバ５を光入出端６に光接続させる反射面８が形成された光路変換体２と、光路変換体２を含んでインサート成形により一体に形成された部材本体３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの先端部に組み立てられる光路変換部材およびその組立方法に関する。詳しくは、光入出端が設けられた基板に、前記光ファイバと前記光入出端が光接続されるように設置される光路変換部材およびその組立方法に関する。

近年、発光素子（半導体レーザ等）、受光素子（フォトダイオード等）などの光素子を搭載した基板に、この基板に沿って配線された光ファイバの先端部に組み立てた光路変換部材を、前記光素子に光接続されるように設置する方式が広く用いられてきている（例えば、特許文献１〜５を参照）。
この種の光路変換部材には、光ファイバと光素子とを光接続するため光路を変更する反射面が形成されている。この反射面には、高い成形精度が要求される。
光路変換部材には、光が部材本体内を通って内部から反射面に当たる内面反射タイプと、光が部材本体の外部から反射面に当たる外面反射タイプがあり、特に外面反射タイプでは高い成形精度が要求される。
特許３９２９９６８号公報 特開２００２−９０５８６号公報 米国特許第６４９１４４７号明細書 米国特許第６１９８８６４号明細書 特開２００５−３１５５６号公報

しかしながら、上記光路変換部材では、光路変換部材の構造が複雑になると反射面の精度を高めるのが難しくなることから、反射面の成形精度を高めるためのコスト上昇は避けられなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高精度で反射面を形成でき、しかも低コスト化が可能な光路変換部材の提供を目的とする。

本発明の請求項１にかかる光路変換部材は、１または複数の光ファイバの先端部に組み立てられ、前記先端部の光軸方向に対し傾斜した光軸をもつ光入出端が設けられた基板に対面して設置される光路変換部材であって、前記光ファイバと光入出端のうち一方からの光を他方に向けて反射させてこれらを光接続させる反射面が形成された光路変換体と、この光路変換体の少なくとも一部を含んでインサート成形によりこの光路変換体と一体に形成された部材本体とを備えていることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる光路変換部材は、請求項１において、前記光路変換体が、前記光路変換部材を前記基板に対面して設置したときに基板側となる面に、前記光ファイバの先端面が配置される反射面形成凹部が形成され、前記反射面が、前記反射面形成凹部の内面に、前記先端面に対面して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項３にかかる光路変換部材は、請求項１または２において、前記光路変換体に、前記光ファイバの先端部が挿通する光ファイバ挿通孔が、前記反射面形成凹部内に開口して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかる光路変換部材は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、前記部材本体が、前記光ファイバの被覆の先端部を覆うように形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５にかかる光路変換部材の組立方法は、１または複数の光ファイバの先端部の光軸方向に対し傾斜した光軸をもつ光入出端が設けられた基板に対面して設置され、前記光ファイバと光入出端のうち一方からの光を他方に向けて反射させてこれらを光接続させる反射面が形成された光路変換体と、部材本体とを有する光路変換部材を、前記光ファイバの先端部に組み立てる方法であって、
前記光路変換体を金型に入れ、この金型を用いたインサート成形によって、前記部材本体を、前記光路変換体の少なくとも一部を含んで、前記光路変換体と一体となるように形成することを特徴とする光路変換部材の組立方法。

本発明の光路変換部材では、部材本体とは別部材である光路変換体を使用するため、光路変換体を部材本体とは独立に成形できる。光路変換体は構造が単純であるため、反射面の形成精度を高めるのが容易となり、優れた光特性が得られる。
また、高精度が要求される部分である光路変換体と、それほど高い精度が要求されない他の部分（部材本体）とを、要求される成形精度に応じた別の金型を使用して作製できるため、光路変換部材全体を一体成形する場合に比べ、製造コストを抑えることができる。
さらに、インサート成形を採用するので、部材本体の成形によって光ファイバを固定できる。よって、光ファイバを部材本体に接着固定する工程が不要であり、組み立て工程を簡略化できる。

図１は、本発明に係る光路変換部材の一実施形態である光路変換部材１を示す断面図であり、図２は光路変換部材１の平面図である。
光路変換部材１は、光ファイバ５の先端部５ａに組み立てられており、基板４に対面して設置される。
基板４としては、光電変換回路、制御処理部、光信号処理回路、光素子駆動回路、その他、電子部品の駆動制御等を行う種々の回路が設けられた回路基板を例示できる。基板４の上面は、光路変換部材１が装着される接合面４ａとなっている。
基板４には、光入出端６が設けられている。光入出端６としては、半導体レーザ（例えばレーザダイオード：ＬＤ）等の発光素子、あるいは、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子が使用できる。
光入出端６の光軸方向は基板４に対してほぼ垂直となっている。なお、光入出端６の光軸方向は、基板４に対して９０°以外の角度で傾斜していてもよい。

光ファイバ５は、例えば多心光ファイバテープ心線であり、先端部５ａは例えば光ファイバ５から口出しされた光ファイバ裸線である。図示例では、光ファイバテープ心線から口出しされた複数の先端部５ａが、光路変換部材１の底面（装着面１ａ）に沿って並んで配列されている。
なお、本発明の光路変換部材を適用できる光ファイバは、図示例に限定されず、単心の光ファイバ心線や光ファイバ素線など、各種構成が採用可能である。
光ファイバとしては、例えば全石英製の標準ＳＭ型光ファイバあるいはＧＩ型光ファイバが好適であり、標準的な１２５μｍ径のものより細径である８０μｍ径のものを使用できる。
以下の説明において、光ファイバ５の先端部５ａの先端方向（図１における左方）を前方といい、その逆方向（図１における右方）を後方ということがある。ここでいう前後方向は、光ファイバ５の先端部５ａの光軸方向である。なお、先端部５ａの光軸方向は光ファイバ５の延在方向である。また、装着面１ａ側を下といい、反対の面側（上面１ｂ側）を上ということがある。

光路変換部材１は、光路変換体２と、光路変換体２に一体に形成された部材本体３とを備えている。
光路変換体２は、例えばブロック状に形成され、その底面２ａ（基板４側の面）には、反射面形成凹部７（反射面形成空間）が形成されている。図示例では、反射面形成凹部７は、前後方向に対しほぼ垂直な方向（図２における上下方向。図１では紙面垂直方向）に沿う溝状に形成されている。

図１に示すように、反射面形成凹部７の内面のうち前面は、反射面８となっている。
反射面８は、光ファイバ５の光軸方向（図１における左右方向）および光入出端６の光軸方向（図１における上下方向）に対し傾斜して形成されており、先端部５ａの端面５ｂ（先端面）に対面して形成されている。図示例では、反射面８は、反射面形成凹部７の深さ方向に行くに従って後方に傾斜している。
反射面８は、平坦面であってもよいし、レンズとして機能する湾曲凹面であってもよい。レンズとして機能するとは、先端部５ａ（または光入出端６）からの光を集光して光入出端６（または先端部５ａ）に向けることをいう。
反射面８は、光路変換部材１を基板４上に配置したときに、光入出端６の上方に位置し、光入出端６の発光面または受光面と対面している。
反射面８には、必要に応じて研磨を施すことで反射効率を高めることができる。なお、反射面８には蒸着などにより金属膜を形成してもよい。

反射面８は、先端部５ａの端面５ｂから出射した光を反射させて光入出端６に向けるか、または光入出端６から出射した光を反射させて先端部５ａの端面５ｂに向けるようにされ、これにより先端部５ａと光入出端６とを光路９によって光接続する。
光路９のうち、反射面８と光入出端６の間の部分は、光入出端６の光軸方向に一致しており、先端部５ａの光軸方向に対し傾斜している。図示例では、先端部５ａの光軸方向は、回路基板１の延在方向と平行であり、反射面８と光入出端６の間の部分の光路９は、先端部５ａの光軸方向に対し垂直である。

光路変換体２の後部には、反射面形成凹部７の後面に開口する光ファイバ挿通孔１０が前後方向に沿って形成されている。光ファイバ挿通孔１０の後端は光路変換体２の後面で開口している。
光ファイバ挿通孔１０は、先端部５ａの数と同じ数を図２における上下方向に並べて形成することができる。
光ファイバ挿通孔１０には先端部５ａが挿通し、端面５ｂ（先端面）が反射面形成凹部７内に配置される。
先端部５ａは、接着剤によって光ファイバ挿通孔１０の内面に接着されていてもよい。

光路変換体２は、精密成形に適した樹脂が使用できる。例えば、エポキシ樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂などが好適である。光路変換体２は、汎用の樹脂成形法（射出成形、圧縮成形等）により成形できる。

部材本体３は、光路変換体２を含んでインサート成形により一体に形成されている。部材本体３は透明材料からなることが好ましく、例えばポリカーボネイト樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）樹脂、アクリル樹脂などが使用できる。
部材本体３は、少なくとも光路９が通る部分は透明材料からなるように形成することができ、全体が透明材料からなることが好ましい。

図示例では、部材本体３は光路変換体２の全体を埋設して形成されているが、光路変換体２の少なくとも一部を含む構成であればよい。例えば、光路変換体２の一部（例えば底面２ａが装着面１ａに露出していてもよい。

図示例では、部材本体３は光ファイバ５の被覆５ｃの先端部を覆うように形成されている。この構造では、部材本体３を光ファイバ５に対し強固に接合でき、耐久性を高めることができる。
この構造を採用する場合には、被覆５ｃは耐熱素材で形成することもできる。これによって、部材本体３を成形する際の熱により被覆５ｃが悪影響を受けるのを防ぐことができる。また、部材本体３に覆われる部分の光ファイバ５を耐熱材または断熱材からなる被覆によりカバーすることもできる。
部材本体３には、基板４に対する位置決めのための嵌合凹凸などの位置決め構造（図示略）を設けることができる。
部材本体３の下面（装着面１ａ）には、光入出端６に対面する位置に、レンズ手段（図示略）を部材本体３に一体に形成することができる。レンズ手段は、反射面８からの反射光を集光して光入出端６に向けるか、または光入出端６からの出射光を集光して反射面８に向けるものである。
部材本体３の下面（装着面１ａ）において、光が入出射する部分には、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを形成することができる。

次に、光路変換部材１の組み立てについて説明する。
図３および図４に示すように、光ファイバ５の先端部５ａを後方から光路変換体２の光ファイバ挿通孔１０に挿入し、反射面形成凹部７内に突き出た状態とする。
光路変換体２は、接着剤等によって光ファイバ挿通孔１０に固定するのが好ましい。
次いで、図５に示すように、部材本体３に応じた内面形状を有する金型１１内に光路変換体２を収容し、金型１１内に上記樹脂を充填することによって部材本体３をインサート成形する。
次いで、図６に示すように、金型１１を取り外して図１および図２に示す光路変換部材１を得る。

光路変換部材１では、部材本体３とは別部材である光路変換体２を使用するため、光路変換体２を部材本体３とは独立に成形できる。光路変換体２は構造が単純であるため、反射面８の形成精度を高めるのが容易となる。
これに対し、光路変換部材全体を一体成形する場合には、他の構造が複雑であると、反射面を精度よく形成するのが難しくなる。他の構造とは、例えば光路変換部材を基板上で位置決めする構造や光ファイバ挿通孔である。
光路変換部材１では、反射面８の高精度に形成できるため、反射面８における反射効率を高めることができ、優れた光特性が得られる。

光路変換部材１では、特に高い成形精度が要求される部分である光路変換体２（特にその内面の反射面８）と、光路変換体２ほどには高い精度が要求されない他の部分（部材本体３）とを、要求される成形精度に応じた別の金型を使用して作製できるため、光路変換部材全体を一体成形する場合に比べ、製造コストを抑えることができる。
特に、多心化を図る場合には、光ファイバ挿通孔１０の数が多くなり高い精度が要求されるため、光路変換部材全体を一体成形する場合は金型の製造コストが非常に高くなるが、光路変換部材１では、金型作製に要するコストを抑制できるため、多心化にも対応できる。
また、光路変換部材１では、光路変換体２と部材本体３とを独立に成形できるため、仕様の変更が容易である。例えば、光路変換体２に関する仕様を変更する場合には、光路変換体２のみを設計変更すればよい。

光路変換部材１では、インサート成形を採用するので、部材本体３の成形によって光ファイバ５を固定できる。よって、光ファイバ５を部材本体３に接着固定する工程が不要であり、組み立て工程を簡略化できる。

また、光路変換部材１では、部材本体３とは別部材である光路変換体２を使用するため、光路変換部材全体が一体である場合に比べ、光ファイバ挿通孔１０が短いことから、反射面形成凹部７への先端部５ａの突き出し長さを精度よく定めることができる。従って、先端部５ａの端面５ｂと反射面８との距離を正確に設定できる。

また、一般的な光路変換部材では、光路変換部材に形成された光ファイバ挿通孔に光ファイバの先端部を挿入し、凹部内に突出させた状態で凹部に接着剤を充填することにより先端部を固定する。このため、接着剤の剥離や接着剤内のマイクロボイド形成が起きることがある。これに対し、光路変換部材１では、インサート成形を採用するので、部材本体３の成形によって光ファイバ５を固定できることから、多量の接着剤は不要であり、このような問題は起こりにくい。

本発明に係る光路変換部材の一例を示す断面図である。 図１に示す光路変換部材を示す平面図である。 図１に示す光路変換部材の製造工程を示す工程図である。 前図に続く工程図である。 前図に続く工程図である。 前図に続く工程図である。

符号の説明

１・・・光路変換部材、２・・・光路変換体、３・・・部材本体、４・・・基板、５・・・光ファイバ、５ａ・・・先端部、５ｂ・・・端面（先端面）、６・・・光入出端、７・・・反射面形成凹部、８・・・反射面、１０・・・光ファイバ挿通孔、１１・・・金型。

Claims (5)

1. １または複数の光ファイバ（５）の先端部（５ａ）に組み立てられ、前記先端部の光軸方向に対し傾斜した光軸をもつ光入出端（６）が設けられた基板（４）に対面して設置される光路変換部材であって、
   前記光ファイバと光入出端のうち一方からの光を他方に向けて反射させてこれらを光接続させる反射面（８）が形成された光路変換体（２）と、
   この光路変換体の少なくとも一部を含んでインサート成形によりこの光路変換体と一体に形成された部材本体（３）とを備えていることを特徴とする光路変換部材（１）。
2. 前記光路変換体は、前記光路変換部材を前記基板に対面して設置したときに基板側となる面に、前記光ファイバの先端面（５ｂ）が配置される反射面形成凹部（７）が形成され、
   前記反射面は、前記反射面形成凹部の内面に、前記先端面に対面して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光路変換部材。
3. 前記光路変換体には、前記光ファイバの先端部が挿通する光ファイバ挿通孔（１０）が、前記反射面形成凹部内に開口して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光路変換部材。
4. 前記部材本体は、前記光ファイバの被覆（５ｃ）の先端部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光路変換部材。
5. １または複数の光ファイバ（５）の先端部（５ａ）の光軸方向に対し傾斜した光軸をもつ光入出端（６）が設けられた基板（４）に対面して設置され、前記光ファイバと光入出端のうち一方からの光を他方に向けて反射させてこれらを光接続させる反射面（８）が形成された光路変換体（２）と、部材本体（３）とを有する光路変換部材を、前記光ファイバの先端部に組み立てる方法であって、
   前記光路変換体を金型（１１）に入れ、この金型を用いたインサート成形によって、前記部材本体を、前記光路変換体の少なくとも一部を含んで、前記光路変換体と一体となるように形成することを特徴とする光路変換部材の組立方法。

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