JP2009216777A - 光レセプタクルおよび光レセプタクルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】良好な荷重耐性を与え得るスリーブを有する光レセプタクルを提供する。
【解決手段】ＳＣ型の光レセプタクル５０は、長手方向に貫通する中空状の収納部を有するホルダ６２，６３と、ホルダ６２，６３の収納部ＨＳに内嵌され、かつ、一対のフェルール７１，７６の先端面を互いに当接させた状態で保持する中空円筒状のスリーブ６１と、を備える。スリーブ６１の肉厚は、当該スリーブ６１の長手方向に亘って一定であり、かつ、０．５５ｍｍ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを用いた光通信に使用される光レセプタクル、もしくは、光レセプタクルと光素子とからなる光レセプタクルモジュールに関する。

近年、インターネットやイントラネットなどの広域ネットワークの普及と通信トラフィックの急激な増大に伴い、光通信網が拡大している。特に、光ファイバを用いた高速光通信技術（以下、「光ファイバ通信技術」と呼ぶ。）は、各家庭まで光ファイバを引き込むＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムとしてだけではなく、データストレージ分野において大伝送容量を実現する通信技術としても使用され、急速に市場に浸透している。光トランシーバ（光送受信器）は、光通信装置に組み込まれ、光信号を電気信号へ変換する機能と電気信号を光信号へ変換する機能とを有するものである。

一般に光トランシーバは、光コネクタプラグと着脱自在に接続し得る光レセプタクルモジュールを内蔵している。この光レセプタクルモジュールは、発光素子と光レセプタクルとの組み合わせ、受光素子と光レセプタクルとの組み合わせ、あるいはその双方で構成される。光トランシーバの標準規格としては、たとえば、ＳＦＰ（Small Form factor Pluggable）、ＸＥＮＰＡＫ（10(X) Gigabit EtherNet transceiver PAcKage）およびＸＦＰ（10(X) Gigabit Small Form Factor Pluggable）などが知られている。この種の光トランシーバに用いられる光レセプタクルモジュールの従来技術は、たとえば、特許文献１（特開２００４−２５８１６４号公報）、特許文献２（特開２００４−３２５６０５号公報）、特許文献３（特開２００３−１０７２８８号公報）、特許文献４（特開２００７−０７９４２２号公報）および特許文献５（特開２００１−６６４６８号公報）に開示されている。

図１は、特許文献１に開示されている光レセプタクルモジュール（光モジュール）３２の断面構造を概略的に示す図である。この光レセプタクルモジュール３２は、光コネクタ３４のプラグフェルール３３ａの先端面を、ファイバスタブ２３を構成するフェルール２１ａの先端面に当接させて光学的に結合する機能を有する。一方のフェルール２１ａの貫通孔には光ファイバ２１ｂが設けられ、他方のプラグフェルール３３ａの貫通孔にも光ファイバ３３ｂが設けられている。この光レセプタクル２８の後端部には光素子２９が配置されている。光素子２９は、ケース３１内に固定され、レンズ３０を介して光レセプタクル２８と光学的に結合する発光素子または受光素子である。光レセプタクル２８は、ファイバスタブ２３、スリーブ２５、ケース２６およびホルダ２７を有している。光信号の接続損失を抑制するために、ファイバスタブ２３の前端面２３ａと後端面２３ｂにはともに鏡面研磨が施されている。

また、ホルダ２７に固定されたケース２６内にスリーブ２５が収納されており、このスリーブ２５は、ファイバスタブ２３の先端部の外周面を保持してファイバスタブ２３の光軸を安定化させる役割を果たす。プラグフェルール３３ａの先端面がケース２６内に挿入されてフェルール２１ａの先端面と当接すると、プラグフェルール３３ａの光ファイバ３３ｂとフェルール２１ａの光ファイバ２１ｂとが光学的に結合され、光ファイバ２１ｂ，３３ｂ間で光信号をやりとりすることが可能になる。
特開２００４−２５８１６４号公報 特開２００４−３２５６０５号公報 特開２００３−１０７２８８号公報 特開２００７−０７９４２２号公報 特開２００１−６６４６８号公報

しかしながら、本発明者は、従来の光レセプタクルの構造は、必ずしも、良好な荷重耐性を与えるとは限らないことを見出した。すなわち、光レセプタクルモジュールは、プラグフェルールを有するパッチコードを介して様々な機器に接続される。その接続形態では、複数のパッチコードが一つに束ねられることがあり、各々のプラグフェルールに横荷重やモーメント的な荷重が加わりやすい。このような荷重が光レセプタクルに内蔵されているスリーブの弾性保持力を超えて作用すると、フェルールの先端面間の位置ズレ（変位）すなわち光軸ズレが発生し、これにより光信号の接続損失が発生する。このような接続損失は、光通信システムにおけるパワーバジェットに影響を与える。また、光トランシーバに求められる性能は、当該光トランシーバに搭載される光レセプタクルモジュールの性能に大きく依存する。それ故、光トランシーバの性能として、光レセプタクルにかかる荷重に起因する光信号の接続損失の変動を、たとえば、ＳＣ型光レセプタクルの場合は１．５ｄＢ以下に、ＬＣ型光レセプタクルの場合は０．５ｄＢ以下にそれぞれ抑圧すること（以下「荷重耐性」と称する。）が要求される。

特許文献２には、スリーブの長手方向両端のうち一方の開放端における厚みが、他方の開放端における厚みよりも大きい補強構造が開示されている。しかしながら、この補強構造では、一方の開放端の保持力が他方の開放端の保持力よりも大きいので、横荷重やモーメント的な荷重が光レセプタクルに作用したとき、スリーブに挿入されたフェルールに対して当該一方の開放端がてこの支点となり、光軸ズレの増大を招き、接続損失を増大させる原因になると考えられる。また、スリーブの厚みを部分的に変化させるために製造コストが上昇するという問題がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、比較的シンプルな構成にも関わらず、良好な荷重耐性を与え得るスリーブを有する光レセプタクルおよびこれを有する光レセプタクルモジュールを提供するものである。

本発明によれば、各々が光ファイバを含む貫通孔を有する一対のフェルールの先端面同士を光学的に結合するＳＣ型の光レセプタクルが提供される。このＳＣ型の光レセプタクルは、長手方向に貫通する中空状の収納部を有するホルダと、前記ホルダの収納部に内嵌され、かつ、前記一対のフェルールの先端面を互いに当接させた状態で保持する中空円筒状のスリーブと、を備えており、前記スリーブの肉厚は、前記長手方向に亘って一定であり、かつ、０．５５ｍｍ以上である。

また、本発明によれば、各々が光ファイバを内蔵する一対のフェルールの先端面同士を光学的に結合するＬＣ型の光レセプタクルが提供される。このＬＣ型の光レセプタクルは、長手方向に貫通する中空状の収納部を有するホルダと、前記ホルダの収納部に内嵌され、かつ、前記一対のフェルールの先端面を互いに当接させた状態で保持する中空円筒状のスリーブと、を備えており、前記スリーブの肉厚は、前記長手方向に亘って一定であり、かつ、０．２５ｍｍ以上である。

更に、本発明によれば、前記光レセプタクルと、前記一対のフェルールのうちの一方のスタブフェルールの後端部に光学的に結合された光素子とからなる光レセプタクルモジュールとが提供される。

本発明によるＳＣ型の光レセプタクルおよび光レセプタクルモジュールは、スリーブの肉厚が当該スリーブの長手方向に亘って一定であり、かつ、０．５５ｍｍ以上であるので、比較的シンプルな構造を有するにも関わらず、良好な荷重耐性を有し、安価に製造可能な構造を有する。また、本発明によるＬＣ型の光レセプタクルおよび光レセプタクルモジュールも、スリーブの肉厚が当該スリーブの長手方向に亘って一定であり、かつ、０．２５ｍｍ以上であるので、比較的シンプルな構造を有するにも関わらず、良好な荷重耐性を有し、安価に製造可能な構造を有する。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、すべての図面において、同一構成を有する構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。

図２は、本発明に係る一実施形態の光レセプタクル５０の断面構造を概略的に示す図である。この光レセプタクル５０は、光ファイバ７２を有するスタブフェルール７１を含む。光レセプタクル５０は、前端から光コネクタ７５が挿入されたときに、この光コネクタ７５を構成するプラグフェルール７６とスタブフェルール７１の先端面同士を光学的に結合する構造を有する。スタブフェルール７１は、光ファイバ７２が挿通された貫通孔を有し、プラグフェルール７６も、光ファイバ７７が挿通された貫通孔を有している。

また、光レセプタクル５０は、第１ホルダ６２と、当該第１ホルダ６２に長手方向に嵌合固定された第２ホルダ６３とを有している。これら第１ホルダ６２と第２ホルダ６３とは、長手方向に貫通する中空状の収納部ＨＳを有している。この収納部ＨＳに中空円筒状のスリーブ６１が内嵌されている。また、スタブフェルール７１の後端部は、第２ホルダ６３に圧入により固定されている。第１ホルダ６２と第２ホルダ６３は、ステンレス、銅、鉄またはニッケルなどの材料で構成されており、耐腐食性と溶接性を考慮すれば、ステンレスで構成されることが望ましい。

スリーブ６１は、当該スリーブ６１内に圧入されたスタブフェルール７１の外周面を保持するとともに、前端開口部から収納部ＨＳに挿入された光コネクタ７５のプラグフェルール７６の外周面を保持する。第２ホルダ６３は、スタブフェルール７１の後端部を圧入するように第１ホルダ６２に嵌合される。また、スリーブ６１は、スタブフェルール７１の先端面とプラグフェルール７６の先端面とを互いに当接させた状態で保持する機能を有する。言い換えれば、スリーブ６１は、光ファイバ７２の光軸と光ファイバ７７の光軸とを安定かつ高精度に合致させる機能を有する。ここで、スタブフェルール７１は、たとえば、ジルコニアまたはアルミナなどのセラミック材料またはガラス材料で構成でき、スリーブ６１は、ジルコニア、アルミナ、銅またはガラスなどの材料で構成できる。

また、図２に示されるように、スリーブ６１の肉厚は、長手方向に亘って略一定である。光レセプタクル５０がＳＣ型である場合、スリーブ６１の肉厚は０．５５ｍｍ以上であり、より好適には０．５５ｍｍ以上かつ０．７５ｍｍ以下の範囲内にある。なお、ＳＣ型は、ＩＥＣ６０８７４規格やＪＩＳ Ｃ５９７３規格に準拠すればよい。ＳＣ型光レセプタクルのスリーブ６１の肉厚が０．５５ｍｍ未満では、荷重印加時の光信号の接続損失が多くなり過ぎ、ＳＣ型光レセプタクル５０の要求性能が満たされない可能性が高くなる。ＩＥＣ６０８７４規格では、ＳＣ型光レセプタクルのホルダの外径は規格化されている。また、剛性を確保する観点から、第１ホルダ６２は一般にステンレスからなり、かつ、第１ホルダ６２には０．３ｍｍ以上の肉厚が必要とされる。したがって、第１ホルダ６２の外径は約４．６ｍｍとなり、スリーブ６１の肉厚の上限は約０．７５ｍｍとなる。

一方、光レセプタクル５０がＬＣ型である場合、スリーブ６１の肉厚は、０．２５ｍｍ以上であり、より好適には０．２５ｍｍ以上かつ０．６ｍｍ以下の範囲内にある。なお、ＬＣ型は、ＩＥＣ６１７５４規格に準拠すればよい。ＬＣ型光レセプタクルのスリーブ６１の肉厚が０．２５ｍｍ未満では、荷重印加時の光信号の接続損失が多くなり過ぎ、ＬＣ型光レセプタクル５０の要求性能が満たされない可能性が高くなる。ＩＥＣ６１７５４規格でも同様にホルダの外径は規格化されている。また、剛性を確保する観点から、第１ホルダ６２は一般にステンレスからなり、かつ、０．３ｍｍ以上の肉厚が必要とされる。したがって、ＬＣ型光レセプタクルの第１ホルダ６２の外径は約３ｍｍとなり、スリーブ６１の肉厚の上限は約０．６ｍｍとなる。

更に、図３（ａ）または図３（ｂ）に示されるように、スリーブ６１には、当該スリーブ６１の長手方向両端のうち一方の開放端から他方の開放端の方向へ延びるスリット６１ａまたは６１ｂが形成されている。スリーブ６１の径方向の保持力を均一化してスタブフェルール７１とプラグフェルール７６間の接続性を安定化させる観点からは、図３（ｂ）に示されるように、スリット６１ｂが一方の開放端から他方の開放端まで形成されていることが望ましい。図３（ａ）に示されるように、スリット６１ａが一方の開放端からスリーブ６１の途中部まで形成されているとすれば、当該一方の開放端での保持力と当該途中部での保持力との間に差が生じ、これがフェルール７１，７６間の接続性の安定化を損なうおそれがある。

スタブフェルール７１の前端面７３ａは、光信号の接続損失を低減させるために所定の曲率半径を持つ曲面を形成するように鏡面研磨されている。他方、スタブフェルール７１の後端面７３ｂは、光信号の反射を抑制するために光軸に対して所定角度の傾斜面を形成するように鏡面研磨されている。

図４は、上記光レセプタクル５０を用いて構成された光レセプタクルモジュール５１の構造を概略的に示す図である。光レセプタクルモジュール５１では、光レセプタクル５０の後端部と、レンズ８１を有するレンズ付キャップ８２と、光素子（受光素子、発光素子またはその双方）が固定されたステム８３とで構成される。レンズ付キャップ８２は、第３ホルダ８０に固定され、この第３ホルダ８０は、第２ホルダ６３の後端面にレーザ溶接または接着剤により固定されている。

上記光レセプタクル５０と光レセプタクルモジュール５１では、ＳＣ型の場合は、スリーブ６１の肉厚は長手方向に亘って一定であり、かつ０．５５ｍｍ以上であり、また、ＬＣ型の場合は、スリーブ６１の肉厚は長手方向に亘って一定であり、かつ０．２５ｍｍ以上である。これにより、適正な荷重耐性を得ることが可能となる。

図５は、本実施形態の効果を検証するための実験環境を模式的に示す図である。図５に示されるように、図４の第１ホルダ６２と第２ホルダ６３の組み合わせを表すホルダ６４内にスリーブ６１が装着されている。スリーブ６１には、当該スリーブ６１の一方の開放端から他方の開放端まで軸方向のスリットが形成されている。このスリーブ６１は、ホルダ６４の後方開口部から挿入されたスタブフェルール７１と、ホルダ６４の前方開口部から挿入された光コネクタ７５のプラグフェルール７６とを保持する。また、スリーブ６１は、スタブフェルール７１の先端面と光コネクタ７５のプラグフェルール７６の先端面とを互いに当接させた状態で保持している。この状態で、光コネクタ７５のプラグフェルール７６の光軸に対して直交する方向にモーメント的な負荷Ｍｆを印加したとき、スタブフェルール７１内の光ファイバ７２の先端Ｓに対してプラグフェルール７６内の光ファイバ７７の先端Ｐが変位する（ズレる）。

図６は、スリーブ６１の肉厚に対する光ファイバの変位量の測定結果を示すグラフである。図６のグラフでは、ＳＣ型構造に適合した光コネクタ７５のプラグフェルール７６から引き出された光ファイバコードに１．５重量ポンド（lbf）の負荷Ｍｆが鉛直方向に印加されたときに現れる変位量がプロットされている。変位量は、スタブフェルール７１内の光ファイバ７２の先端Ｓに対するプラグフェルール７６内の光ファイバ７７の先端Ｐの相対位置である。

図６に示されるように、スリーブ６１の肉厚に対して光ファイバの変位量（ズレ）は単調に減少することが分かる。その理由は、スリーブ６１の肉厚を厚くすることによってスリーブ６１の剛性が増し、弾性保持力が増大するからである。図７は、光ファイバの先端位置のズレｄＸ（単位：μｍ）に対する接続損失（insertion loss）の計算値を示すグラフである。接続損失は、ズレｄＸが大きくなるにつれて指数関数的に増加することが分かる。

図８は、ＳＣ型に適合した実施例と比較例の実験結果を示すグラフである。このＳＣ型の実施例は、ＳＣ型に適合した図４の構造を有し、かつ、０．５５ｍｍの肉厚と４．８ｍｍの長さを持つスリーブ６１を有している。比較例は、スリーブが０．４５ｍｍの肉厚を持つ点を除いて実施例と同じ構造を有する。実施例と比較例では、ともに、スタブフェルール７１とプラグフェルール７６との嵌合比（＝Ｌｓｔｕｂ：Ｌｐｌｕｇ）は１：１である。図８のグラフでは、ＳＣ型構造に適合した光コネクタ７５から引き出された光ファイバコードに１．５重量ポンド（lbf）の負荷Ｍｆを鉛直方向に印加した状態で、図４の光レセプタクルモジュール５１を中心軸周りに１回転したときに測定された接続損失の変動量の最大値（単位：ｄＢ）がプロットされている。また、この実験は、複数のパッチコードを用いた複数の試験サンプルについて行われた。

図８のグラフ中、印「○」は、実施例の接続損失変動量を表し、印「●」は、比較例の接続損失変動量を表している。図８から明らかなように、実施例の荷重耐性は向上しており、実施例の接続損失変動量は、１．５ｄＢ未満である。これに対して、比較例の接続損失変動量は大きい。特許文献１には、本実施例の接続損失変動量と比較して小さな接続損失の平均値が得られたとの記載があるが、これは、実験条件の違いによるものと考えられる。

次に、図９は、ＬＣ型に適合した実施例と比較例の実験結果を示すグラフである。このＬＣ型の実施例は、ＬＣ型に適合した図４の構造を有し、かつ、０．２５ｍｍの肉厚と４．２ｍｍの長さを持つスリーブ６１を有している。比較例は、スリーブが０．１６ｍｍの肉厚を持つ点を除いて実施例と同じ構造を有する。実施例と比較例では、ともに、スタブフェルール７１とプラグフェルール７６との嵌合比（＝Ｌｓｔｕｂ：Ｌｐｌｕｇ）は１：１である。図９のグラフでは、ＬＣ型構造に適合した光コネクタ７５から引き出された光ファイバコードに０．５重量ポンド（lbf）の負荷Ｍｆを鉛直方向に印加した状態で、図４の光レセプタクルモジュール５１を中心軸周りに１回転したときに測定された接続損失の変動量の最大値（単位：ｄＢ）がプロットされている。また、実験は、複数のパッチコードを用いた複数の試験サンプルについて行われた。

図９のグラフ中、印「○」は、実施例の接続損失変動量を表し、印「●」は、比較例の接続損失変動量を表している。図９から明らかなように、実施例の荷重耐性は向上しており、実施例の接続損失変動量として０．５ｄＢ以下が実現されていることが分かる。

図８および図９から明らかなように、負荷荷重時の接続損失変動のバラツキも、ＳＣ型実施例、ＬＣ型実施例の双方で小さい。上記比較例の接続損失変動のバラツキは、挿入されるプラグフェルールの外径のバラツキやスリーブの内径のバラツキに起因するものと考えられるが、上記ＳＣ型実施例やＬＣ型実施例は、接続損失変動のバラツキを抑制できることが分かる。

上記実施形態の光レセプタクル５０および光レセプタクルモジュール５１が奏する効果は以下の通りである。光レセプタクル５０がＳＣ型の場合、スリーブ６１の肉厚が当該スリーブ６１の長手方向に亘って一定であり、かつ、０．５５ｍｍ以上である。また、光レセプタクル５０がＬＣ型の場合は、スリーブ６１の肉厚が当該スリーブ６１の長手方向に亘って一定であり、かつ、０．２５ｍｍ以上である。このような構造を有するので、光レセプタクル５０および光レセプタクルモジュール５１は、スリーブ６１の肉厚一定という比較的シンプルな構造を有するにも関わらず、良好な荷重耐性を有し、安価に製造可能である。

特に、スリーブ６１の一方の開放端から他方の開放端に至るスリット６１ａが当該スリーブ６１に形成されている場合には、径方向の弾性保持力がスリーブ６１の長手方向に亘って略均一になるので、スタブフェルール７１とプラグフェルール７６間の接続性能を安定化させることが可能である。この場合でも、上述の如くスリーブ６１の肉厚が最適化されているので、良好な荷重耐性を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上記実施形態では、スタブフェルール７１とプラグフェルール７６との嵌合比が１：１にされていたが、これに限定されるものではなく、嵌合比をたとえば１：１．５に変更してもよい。

従来の光レセプタクルモジュール（光モジュール）の断面構造を概略的に示す図である。 本発明に係る一実施形態の光レセプタクルの断面構造を概略的に示す図である。 スリーブに形成されたスリットを模式的に示す図である。 光レセプタクルモジュールの構造を概略的に示す図である。 本実施形態の効果を検証するための実験環境を模式的に示す図である。 スリーブの肉厚に対する光ファイバの変位量の測定結果を示すグラフである。 光ファイバの先端位置のズレに対する接続損失の計算値を示すグラフである。 ＳＣ型に適合した実施例と比較例の実験結果を示すグラフである。 ＬＣ型に適合した実施例と比較例の実験結果を示すグラフである。

符号の説明

５０ 光レセプタクル
５１ 光レセプタクルモジュール
６１ スリーブ
６２ 第１ホルダ
６３ 第２ホルダ
６４ ホルダ
７１ スタブフェルール
７２ 光ファイバ
７５ 光コネクタ
７６ プラグフェルール
７７ 光ファイバ
８０ 第３ホルダ
８１ レンズ
８２ レンズ付キャップ
８３ ステム

Claims (9)

1. 各々が光ファイバを含む貫通孔を有する一対のフェルールの先端面同士を光学的に結合するＳＣ型の光レセプタクルであって、
   長手方向に貫通する中空状の収納部を有するホルダと、
   前記ホルダの収納部に内嵌され、かつ、前記一対のフェルールの先端面を互いに当接させた状態で保持する中空円筒状のスリーブと、
   を備え、
   前記スリーブの肉厚は、前記長手方向に亘って一定であり、かつ、０．５５ｍｍ以上であることを特徴とする光レセプタクル。
2. 請求項１記載の光レセプタクルであって、前記スリーブの肉厚は、０．５５ｍｍ以上かつ０．７５ｍｍ以下の範囲内にある、光レセプタクル。
3. 請求項２記載の光レセプタクルであって、前記ホルダの肉厚が０．３ｍｍ以上である、光レセプタクル。
4. 各々が光ファイバを内蔵する一対のフェルールの先端面同士を光学的に結合するＬＣ型の光レセプタクルであって、
   長手方向に貫通する中空状の収納部を有するホルダと、
   前記ホルダの収納部に内嵌され、かつ、前記一対のフェルールの先端面を互いに当接させた状態で保持する中空円筒状のスリーブと、
   を備え、
   前記スリーブの肉厚は、前記長手方向に亘って一定であり、かつ、０．２５ｍｍ以上であることを特徴とする光レセプタクル。
5. 請求項４記載の光レセプタクルであって、前記スリーブの肉厚は、０．２５ｍｍ以上かつ０．６ｍｍ以下の範囲内にある、光レセプタクル。
6. 請求項５記載の光レセプタクルであって、前記ホルダの肉厚が０．３ｍｍ以上である、光レセプタクル。
7. 請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の光レセプタクルであって、前記スリーブには、当該スリーブの長手方向両端のうち一方の開放端から他方の開放端の方向へ延びるスリットが形成されている、光レセプタクル。
8. 請求項７記載の光レセプタクルであって、前記スリットは、前記一方の開放端から前記他方の開放端まで形成されている、光レセプタクル。
9. 請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の光レセプタクルと、前記一対のフェルールのうちの一方のスタブフェルールの後端部と光学的に結合された光素子と、からなる光レセプタクルモジュール。

Images