JP2009210793A - 光学接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】光伝送媒体端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にでき、基板上で大スペースを占有することなく、一個の光学接続構造で複数の光機能部品への接続を行うことができる光学接続構造および接続方法を提供する。
【解決手段】基板の垂直方向に光軸が向くように実装された複数の光機能部品に対して、複数の光伝送媒体が突き当て部材によって位置決めされた光学接続構造であって、突き当て部材に段差を有し、この段差によって複数の光伝送媒体を複数の光機能部品のいずれかに振り分ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学接続構造に関するものである。

従来より、基板上で光機能部品を接続するのに光伝送媒体を有する光学接続構造が用いられている。光学接続構造には、フェルールに光伝送媒体である光ファイバを装着して基板に沿って光機能部品に突き合わせるといった基板と平行方向に接続するものと、基板に対し垂直方向に開口された接続点を持つ光機能部品に光ファイバの先端を斜めに切断して接触させるといった基板と垂直方向に接続するものとがある。

基板と平行方向に接続する光学接続構造では、一般的にハウジングやフェルールを備えた光コネクタ等が使用され、位置合わせをして突き合わせることにより安定して接続を行うことができる。

また、基板と垂直方向に接続する光学接続構造では、光ファイバを折り曲げて光ファイバの断面を光機能部品に突き当てることが必要になるなど、接続が困難であり、この際の光ファイバの有効な位置合わせ方法がなかった。そのため、安定して接続を行うことが難しく、例えば光機能部品と光ファイバとの接触の際に、本来の接続位置から外れてしまったり、光機能部品を破損させる恐れがあった。さらに、位置決めが完了し、正確に接続ができた場合でも、光ファイバが垂直方向に曲げられているため、光ファイバ自身の復元力によって、接続が損なわれる傾向があり、問題となっていた。

このような問題を解決し、光ファイバを基板に垂直に接続させるために、複数の光ファイバからなる光ファイバ束を垂直状態で固定する光学接続構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、ハウジング内にて光ファイバを突き当て部材に突き当てて基板方向に垂直に曲げ、垂直の接続状態が損なわれないように固定することができる。

図４は、上述した従来の光学接続構造を示す図である。図４に示すように、基板１上には、発光素子または受光素子等の光機能部品２が、基板１の垂直方向に光軸が向くように実装されている。また、基板１上においては、樹脂等の光伝送媒体固定部材６により一体化された複数の光伝送媒体５およびこれらを固定するためのハウジング４が、支持基板固定台座３を介して、基板１に固定されている。ハウジング４は、支持基板７、突き当て部材８、回転自在の蓋９等を有する。支持基板７に配設された光伝送媒体５は、突き当て部材８によって垂直に曲げられ、光伝送媒体５の先端は、光機能部品２と光軸が合うように位置決めされ、対向させられている。

図５は、図４における光伝送媒体５、突き当て部材８および光機能部品２の位置関係を模式的に示し、他の構成要素は省略した斜視図である。図５に示すように、従来の光学接続構造では、光伝送媒体５の束は突き当て部材８によって一様に曲げられ、一つの光機能部品に対してのみ接続が行われていた。そのため、複数の光機能部品に対して接続を行う場合は、光伝送媒体固定部材６を一旦剥離させて光伝送媒体５を解き、接続先を同じくする光伝送媒体のみを集めて複数の束に分岐させ、さらに、それら束の先端にそれぞれ光学接続構造を設ける必要があった。

特願２００７−１９２８５８号

このように、光機能部品ごとに光学接続構造が必要となるため、基板上での接続が複雑になったり、スペースを多く要するという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にでき、基板上で大きなスペースを占有することがなく、一個の光学接続構造にて複数の光機能部品への接続を行うことができる光学接続構造を提供することにある。

本発明の光学接続構造は、基板の垂直方向に光軸が向くように実装された複数の光機能部品に対して、複数の光伝送媒体が突き当て部材によって位置決めされた光学接続構造であって、前記突き当て部材は段差を有しており、前記複数の光伝送媒体は前記段差によって前記複数の光機能部品のいずれかに振り分けられていることを特徴としている。

本発明の光学接続構造によれば、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にでき、基板上で大きなスペースを占有することなく、一個の光学接続構造にて複数の光機能部品への接続を行うことのできる光学接続構造を提供できる。

すなわち、本発明によれば、光伝送媒体が曲げられて発光素子および受光素子に向けて位置決めされているので、基板上で大きなスペースを占有することがなく、また、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にできるため、光伝送媒体の接続を安全かつ確実に行うことができる。さらに、突き当て部材の段差によって、光伝送媒体がそれぞれ異なる位置で曲げられて位置決めされるため、一つの光学接続構造によって、光伝送媒体を複数の光機能部品に対して接続させることができる。これにより、さらなる省スペースが実現でき、基板上の設計をより自由に行うことが可能となる。

以下、図面を用いて本発明の光学接続構造の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の光学接続構造を示す図である。図１に示すように、基板１上には、発光素子や受光素子等の複数の光機能部品２１および２２が、基板１の垂直方向に光軸が向くように実装されている。また、基板１上においては、光伝送媒体固定部材６により一体化された複数の光伝送媒体５およびこれらを固定するためのハウジング４１が、支持基板固定台座３を介して、基板１に固定されている。ハウジング４１は、支持基板７、突き当て部材８１、回転自在の蓋９等を有する。支持基板７に配設された光伝送媒体５は、当接部に段差を有する突き当て部材８１によって垂直に曲げられ、光伝送媒体５の先端は、光機能部品２１および２２と光軸が合うように位置決めされ、対向させられている。

図２（ａ）は、本発明の光学接続構造を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、その平面図である。図２は、図５と同様、突き当て部材８１、光伝送媒体５および光機能部品２１および２２の位置関係のみを示し、他の構成要素は省略した図である。図２に示すように、本発明の光学接続構造では、突き当て部材８１に段差が設けられているので、光伝送媒体５の束は、それぞれ異なる位置にて突き当て部材８１に当接して曲げられる。そのため、図２（ｂ）に示すように、光伝送媒体５は、複数の光機能部品２１および２２のいずれかに振り分けられるように位置決めを行うことができる。

このように、本発明によれば、一つの光学接続構造に光伝送媒体５の束を挿入して固定することによって、複数の光学機能部品に対して接続を行うことができる。これにより、省スペース化が実現でき、基板上の設計をより自由に行うことが可能となる。さらに、例えば、映像信号と画像信号という異なる信号を扱う複数の光機能部品に対して一束の光伝送媒体を対応させることができるなど、異なる種類の信号を統一して管理することができるという効果を奏する。

図３は、本発明の光学接続構造の変更例を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、３段階の段差を有する突き当て部材８２によって、光伝送媒体５の束を３つの光機能部品２３、２４、および２５に対して接続することもできる。また、光伝送媒体５の振り分け方法は、図２（ａ）および図３（ａ）に示すような均等な配分に限られず、例えば図３（ｂ）に示すような突き当て部材８３を使用することで、異なる比率で光伝送媒体を複数の光機能部品２６および２７に振り分けることもできる。さらに、本発明は、これらの態様のみに限定されるものではなく、段差の数や配列態様は任意とすることができる。

本発明における基板１は、基板に対して垂直方向に光軸が向くように発光素子や受光素子等の光機能部品２または２１〜２７が実装されていることが必須であるが、その他は、電子部品等を実装した一般公知のプリント基板である。また、上述した実施形態を示す図では、基板１上の光機能部品と対向した光伝送媒体が６本と９本である構成が例示されているが、この数は任意とすることができる。なお、本発明における光機能部品２には、発光素子や受光素子の他、光学レンズ、フィルタ、測定器等を用いることもできる。

また、本発明における光伝送媒体５は、光機能部品と接続する端部近傍において、端部を約９０度折り曲げる構成が省スペースの観点から好ましい。さらに、本発明における光伝送媒体は、コーナーに反射性を付与するために、折り曲げ部分のカドを平坦に研磨してもよく、さらには、折り曲げ部分を平坦に研磨して金属等の反射材を設けてもよい。また、本発明における複数の光伝送媒体は、単心の光ファイバの束の状態でもよいし、光ファイバを樹脂等の光伝送媒体固定部材６により一体化したテープ心線等の状態でもよいが、突き当て部材に当接する箇所は単心の状態となっていることが好ましい。なお、一度に接続される光伝送媒体の数量に制限はない。このような光伝送媒体としては、プラスチックファイバ等を好適に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であり、その材料は限定されない。また、光伝送媒体として、光導波路を用いることができ、その形状および材質は、適宜選択して使用することができる。さらに、光伝送媒体における屈折率分布は、ステップ分布やグレーテッド分布等、使用目的により適宜選択することができる。

さらに、本発明における光伝送媒体固定部材６は、光伝送媒体を固定することができるものであれば、材質、形状等については特に限定されない。

さらには、本発明における突き当て部材８１〜８３は、支持基板７上に配設された光伝送媒体５の端部を光機能部品２１〜２７に向けて位置決めし、光伝送媒体の光軸と光機能部品の光軸とを位置合わせする部材である。本発明における突き当て部材の段差としては、図５に示すように、単に部材表面を光伝送媒体に当接させる壁の構造でもよいが、光伝送媒体を嵌合させることのできる溝が形成された構造や、光伝送媒体を挿入できる貫通孔を有する構造など、光伝送媒体を折り曲げて固定できる構造であれば特に限定されない。このような構成によれば、光伝送媒体の端部の位置決めが容易で、接続及び接続解除を自在にできるため、光伝送媒体の接続を安全かつ確実に行うことができる。

上記の支持基板７及び突き当て部材８１〜８３は、それぞれ別々の部材として設けることもできるが、これらが一体となったハウジング４１等の構成とすることもできる。なお、図１〜３の支持基板及び突き当て部材の形状は、好適な一実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。

また、本発明における基板、支持基板固定台座、支持基板、光伝送媒体固定部材及び突き当て部材に用いられる材料は、接続される光伝送媒体の材料や、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。

さらに、本発明においては、光伝送媒体と光機能部品との間に、屈折率整合材を挿入することができる。この屈折率整合材としては、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されたものを使用することができる。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。

次に、本発明の光学接続構造について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
まず、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）設置した。そして、２．１ｍの４本のプラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製、商品名：エスカ、外径２５０μｍ）を平行に整列させて貼り付けた。

次に、整列した４本の光ファイバの片端から０．０５ｍの地点の上部にノズルであるニードル（武蔵エンジニアリング社製、内径１ｍｍ）を近づけ、ニードル孔の中心が４本の光ファイバの中央になるように調節した。このとき、ニードルの高さは基板から１ｍｍとした。そして、ディスペンサで被覆材料をニードルから塗出すると同時に、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、被覆材料を光ファイバの上部表面に塗布した。なお、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）を用いた。

次いで、塗布した被覆材料を紫外線処理（照射強度２０ｍＷ／ｃｍ^２、１０秒）して硬化させ、テープ化した複数の光伝送媒体５を得た。そして、その光伝送媒体５の一端を９０度折り曲げ、端部を研磨した。

続いて、当接部に光ファイバ１本ごとに０．２５ｍｍの段差を有する突き当て部材８１及び支持基板７を一体としたハウジング４をポリエーテルエーテルケトン樹脂で成形した。支持基板固定台座３としては、実装用黄銅プレートを用いた。実装用黄銅プレートは、突起を有する部材であり、ハウジング４に穴を開け、突起を差し込んで熱硬化接着剤で固定することで取り付けた。

光機能部品２１，２２として面発光レーザ（富士ゼロックス社製、波長８５０ｎｍ、４心）を用いた。面発光レーザは銀ペーストを用いて基板１に固定した。そして、ハウジング４を光機能部品２１，２２に位置合わせして、ハンダを用いて実装用黄銅プレートを基板１上に固定した。

次に、光伝送媒体５をハウジング４に挿入し、光伝送媒体５の端部が突き当て部材８１に当接して曲げられるようにした。この状態で蓋９を閉じることで、光ファイバ５の端部が光機能部品２１，２２に向けて位置決めされた。また、光伝送媒体５は撓みのない状態で保持された。このようにして、本発明の実施例１の光学接続構造を作製した。

上記実施例１の光学接続構造によれば、段差によって複数の光伝送媒体５を異なる光機能部品へ振り分けることが可能となった。なお、各光ファイバでの挿入損失は８〜１０ｄＢ、隣接した光ファイバでのクロストークは−２５〜−３０ｄＢであった。

本発明の光学接続構造を示した側面図である。 （ａ）は、図１の光学接続構造の構成要素を部分的に示した斜視図であり、（ｂ）は、図１の光学接続構造の構成要素を部分的に示した平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の突き当て部材の変更例を示す平面図である。 従来の光学接続構造を示した側面図である。 図４の光学接続構造の構成要素を部分的に示した斜視図である。

符号の説明

１…基板、２、２１〜２７…光機能部品、３…支持基板固定台座、
４、４１…ハウジング、５…光伝送媒体、６…光伝送媒体固定部材、７…支持基板、
８、８１、８２、８３…突き当て部材、９…蓋。

Claims (3)

1. 基板の垂直方向に光軸が向くように実装された複数の光機能部品に対して、複数の光伝送媒体が突き当て部材によって位置決めされた光学接続構造であって、
   前記突き当て部材は段差を有しており、
   前記複数の光伝送媒体は前記段差によって前記複数の光機能部品のいずれかに振り分けられていることを特徴とする光学接続構造。
2. 前記光伝送媒体は、前記突き当て部材によって垂直に曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の光学接続構造。
3. 前記段差は、光伝送媒体を当接させる壁の構造、光伝送媒体を嵌合させる溝の構造および光伝送媒体を挿入する貫通孔の構造のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光学接続構造。
   
   

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