JP2010107692A - レンズ一体型レセプタクル - Google Patents

Abstract

【課題】フェルールが繰り返し着脱されても、フェルールが当接する面に傷が付きにくく、光学的な結合効率が低下しないレンズ一体型レセプタクルを提供すること。
【解決手段】レンズ一体型レセプタクルは、一端側に設けられたフェルール４挿入用の穴１ａと、他端側に設けられた光素子パッケージ２取り付け用の穴１ｂとの間がレンズ１ｃ機能を有するように形成された透明ホルダ１と、穴１ａの底面に設置された透明な弾性部材５とを備えている。フェルール４を脱着しても、穴１ａの底面に傷がつき難い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部にレンズを備えた光通信用モジュール等に使用されるレンズ一体型レセプタクルに関するものである。

光通信用のレセプタクル型光モジュールは、半導体レーザー等の発光素子やフォトダイオード等の受光素子を封入した光素子パッケージと、レンズと、これらを収容するホルダとを備えている。光伝送路としての光ファイバを内蔵したフェルールがホルダの一端に取り付けられ、光ファイバを介して光素子と信号授受が行なわれる。光素子パッケージ内の発光素子または受光素子とフェルールに内蔵される光ファイバとをレンズを介して光学的に結合させやすくするように、フェルールを位置決め保持する部分がホルダ部品に備えられている。

図３は、このような光モジュール３０の従来例を示す断面図である。光素子パッケージ２は、内部のステム２ｃに光素子２ｄ（発光素子または受光素子）が固定されており、光素子２ｄと対向する位置に光学ガラス２ｂを有するキャップ２ａで気密封止されている。また、光信号の光路上には、レンズ１ｃが設けられる。図３に示す光モジュール３０には、レンズ１ｃの取付誤差を無くして光ファイバ３と光素子パッケージ２との光学的な結合効率を高めるために、ホルダ１内にレンズ１ｃを樹脂で一体成形とすると共に、フェルール４を嵌合するためのフェルール挿入用の穴１ａと光素子パッケージを勘合するための光素子パッケージ取り付け用の穴１ｂを有するホルダ１が用いられている。

フェルール挿入用の穴１ａは、フェルール４を挿入した場合、フェルール４に内蔵される光ファイバ３がホルダ１に一体成形されているレンズ１ｃに対して高精度に位置決めされるように形成されている。そして、光素子パッケージ２をホルダ１に調芯して高精度に位置決めし取り付けることにより所望の光学的な結合効率を得ることが出来る（例えば、特許文献１参照）。

ところで、図３に示す光モジュール３０ではフェルール４は穴１ａの底部に形成されているストッパー１ｅにより位置決めされるようにされている。この場合、ホルダ１の穴１ａ底部の端面１ｄとの間に、空気層が存在する構成になるために、フェルール４の端面４ａやホルダ１の穴１ａ底部の端面１ｄにおいて光が反射し、その反射された光の影響によって光素子２ｄの動作が不安定になる場合がある。

そこで、例えば図４のような光モジュールが開発された。このような従来の光モジュールは、ホルダ１を樹脂材料で一体に形成し、フェルール挿入用の第１の穴底部の端面１ｄに光ファイバの端面３ａを当接させ、フェルールの端面４ａとホルダ１の端面１ｄとの間に空気層が存在しないようにしてある。空気層が存在しないので、一体成型部材を透過した光の一部がフェルールの端面４ａの光ファイバ３の表面で反射されて光素子側に戻らない（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１３４２２５号公報 特開２００３−２２７９６８号公報

しかしながら、光モジュールに使用されるレンズは特性を満足させるためには熱影響や応力影響で形状変形することは許容出来ない。このため、レンズ一体型のホルダ４０には熱膨張や弾性率の低い樹脂材料や光学ガラスを選定する必要がある。ところが、このような材料を用いた一体成形ホルダ４０とし、フェルール４をフェルール４挿入の第１の穴１ａ底部端面１ｄに当接させる構造にすると、フェルール４が繰り返し着脱された際にフェルール４の先端４ａによって底部端面１ｄに傷が付き、光学的な結合効率が低下したり端面反射の影響が発生したりする問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み為されたものであり、フェルールが繰り返し着脱されても光学的な結合効率が低下しないレンズ一体型レセプタクルを提供することを目的とする。

本発明のレンズ一体型光レセプタクルは、一端側に設けられたフェルール挿入用の第１の穴と、他端側に設けられた光素子パッケージ取り付け用の第２の穴とを有し、前記第１の穴の底面と前記第２の穴の底面との間がレンズ機能を有するように形成された透明ホルダと、前記第１の穴の底面に設置された透明な弾性部材とを備えた。

なお、前記弾性部材は、前記フェルール内に内蔵される光ファイバの屈折率と前記透明ホルダの屈折率との中間の屈折率を有するのが好ましい。

また、前記フェルール挿入用の第１の穴と前記ホルダの外側とを連通する空気孔が設けられているのが好ましい。

また、前記弾性部材と前記第１の穴の底面との間に光アイソレータ素子が挿入されているのが好ましい。

また、前記光アイソレータが設置される部位近くの前記ホルダの外周面に、磁石を固定する第３の穴が設けられているのが好ましい。

また、前記第３の穴は、前記ホルダの外周面を径方向に貫く貫通孔とされているのが好ましい。

本発明によれば、レンズの特性を達成するために使用される熱膨張や弾性率の小さい樹脂材料や光学ガラスをホルダに用いたレンズ一体型レセプタクルであっても、フェルール挿入用の第1の穴の底部端面に透明な弾性部材を有することにより、フェルールの端面を当接させても、第1の穴の底部端面に傷がつき難い。また、光ファイバ端面と弾性部材との間に空気層ができないので、光が反射し難い。

以下に、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ一体型レセプタクルついて、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ一体型レセプタクルを示す断面図である。ホルダ１は透明な材料で形成されている。ホルダ１の一端側（図１においては上側）にはフェルール４挿入用の第1の穴１ａが設けられている。ホルダ１の他端側（図１においては下側）には光素子パッケージ２を取り付けるための第２の穴１ｂが設けられている。第１の穴１ａの底面１ｄとこれに対向する第２の穴１ｂの底面との間の光路上にはレンズ１ｃ機能を有するようにホルダ１が形成されている。例えば、図１においては、第２の穴１ｂの底面が凸曲面に成形されることによってレンズ機能を発揮する。また、第１の穴１ａの底面１ｄには透明な弾性部材５が接地されている。

光素子パッケージ２は、光素子２ｄ（発光素子または受光素子）がステム２ｃに固定されており、光学ガラス２ｂを有するキャップ２ａで気密封止されたものである。この図１に示す光モジュール１０には、ホルダ１の光路上に非球面レンズ１ｃが樹脂で一体成形されている。フェルール４を嵌合するためのフェルール挿入用の第１の穴１ａと光素子パッケージを嵌合するための光素子パッケージ２取り付け用の第２の穴１ｂも同時に一体形成されている。光素子パッケージ２は第２の穴１ｂに調芯固定されており、フェルール４を第１の穴１ａに嵌合させると、所望の結合効率が容易に得られる構造となっている。

フェルール４挿入用の第１の穴の底面１ｄには透明な弾性部材５が配置されており、フェルール４挿入時にこの透明な弾性部材５にフェルール４の端面４ａを当接させることによって、フェルール４が位置決めされる。フェルール４は弾性部材５に当接され、フェルール４の端面４ａとホルダ１との間に空気層が存在しないようになっている。これによって、光の一部がフェルール４の端面４ａの光ファイバ３の表面で反射されて光素子側に戻らないように改善される。同時に、フェルール４挿入用の穴１ａの底部端面１ｄを擦るような応力がかかっても、弾性部材５の弾性により応力が吸収されるため、弾性部材５の表面が荒れることがない。したがって、光学的な結合効率が低下する問題が発生し難く、フェルール４の複数回の着脱に耐えられるレンズ一体型レセプタクルを実現することが出来る。

ホルダ１は光透過性の樹脂材料（例えばＰＥＩ，ＰＣ，ＰＭＭＡ等）や光学ガラス（例えばＰｂＯ系の低融点ガラス等）の射出成形により成形され、その屈折率が光ファイバ３の屈折率に近いものが望ましい。樹脂材料の場合、曲げ弾性率は例えば２ＧＰａ〜４ＧＰａの材料が選定される。ホルダ１に設けられるフェルール４挿入用の第１の穴１ａは、使用されるフェルール４の外径に対して１〜５ｕｍ以下のクリアランスとなるように精密に成形されることが望ましい。クリアランスが小さいほどフェルール４挿入時のバラツキやフェルール４挿入後の横応力によるズレが小さくなり、フェルール４端面４ａによって底面１ｄに傷がつき難いものとなる。

また、透明な弾性部材５は光ファイバ３とホルダ１との間に介在することに成るが、その屈折率は、光ファイバ３の屈折率またはホルダ１の屈折率、または、光ファイバ３の屈折率とホルダ１の屈折率との間の屈折率ものであるのが好ましい。材料としては光透過性の樹脂材料（例えばシリコンゴムやＰＴＦＥ）で、曲げ弾性率においてホルダ１より小さいもの、例えば、１ＭＰａ〜１ＧＰａ、好ましくは１ＭＰａ〜１０ＭＰａのものを用いることができ、フェルール４端面４ａが押し込まれて変形が生じても、十分復帰するものが好ましい。また、シリカ等の硬い材料とのハイブリッド剤等にすることでより、弾性や滑りだけでなく表面を硬くして傷付きにくくすることが可能である。

フェルール４は、挿入された後バネ圧により加圧されることが一般的であるが、透明な弾性部材５はこのバネ圧より弱い力にて弾性変形することが望ましい。透明樹脂は例えば注射器等によりフェルール４挿入用の第１の穴１ａの底面１ｄに注入され、熱硬化させる等により固化されるとともに底面１ｄに固定される。

こうして出来る透明な弾性部材５はフェルール４の内径中心にある光ファイバ３に接触しやすくするため、フェルール４の穴径中心方向に対してＲ状に成形されることが好ましい。フェルール４内径より小さい同心円状の円形窪みを設けて、この窪みに透明樹脂を充填することで、透明樹脂の表面張力により中心が膨らんだ曲面となって、弾性効果が上がる。同時に、過度なフェルール４側挿入の応力を外周部で抑制することが可能となる。

また、フェルール４挿入用の第１の穴１ａには外側へ貫通する空気穴１ｆが別途空けられているのが好ましい。これにより、第1の穴１ａとフェルール４との間のクリアランスが少ないことで発生するフェルール４挿入時の空気の閉じ込め圧力の影響を低減することができる。また、高温環境における使用時に、透明な弾性部材５からガスが発生したり、第１の穴１ａ内に閉じ込められた空気の膨張によりフェルール４が押し上げられ、フェルール４の端面４ａが透明な弾性部材５から離れて結合効率の劣化や反射が生じるのを防止できる。空気穴１ｆはフェルール４挿入用の第１の穴１ａに対して垂直に貫通するように透明樹脂に横穴を設けることで効果的に機能する。

本発明の第２の実施形態にかかるレンズ一体型レセプタクルを用いた光モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。図２は、本発明の第２実施形態にかかるレンズ一体型レセプタクルを用いた光モジュール２０を示す断面図である。これは伝送路からの反射光の抑制が必要な場合に備えて、光アイソレータ素子６を内蔵する場合の実施形態である。第１の実施形態と異なる部分について、以下、説明する。

ホルダ１のフェルール４挿入用の第１の穴の底面１ｄには光アイソレータ素子６が光透過性接着剤にて接着固定されている。その光アイソレータ素子６は透明な弾性部材５の内部に封入されている。フェルール４を挿入するときに、この透明な弾性部材５にフェルール４の端面４ａを当接させて位置決めする。これによって、フェルール４の端面４ａとホルダ１との間に空気層が存在しないようにする。そして、一体成型部材を透過した光の一部がフェルール４の端面４ａの光ファイバ３の表面で反射されて光素子２ｄ側に戻らないように改善することができる。と同時に、フェルール４挿入の穴１ａの底部端面１ｄが擦られるような応力がかかっても、弾性部材５の弾性により応力が吸収されるため、表面が荒れることがなく、光学的な結合効率が低下するような問題の発生し難いレンズ一体型レセプタクルを実現することが出来る。

光アイソレータ素子６は、周知の構成である偏光板ガラス、ファラデー回転子、偏光板ガラスの順で光透過接着剤により一体化等して構成されたものである。ここで偏光板ガラスは弾性部材５またはホルダ１の屈折率と略同等（０．１程度の差）の屈折率であることが望ましい。光アイソレータ６は、光路となる表面に反射防止膜や光透過性接着剤の屈折率を調整することによって透過損失が抑えられるようにされている。そしてホルダ１と光アイソレータ６を固定する透過性接着剤はホルダ１の屈折率と合せることで、接着界面の反射を抑えることができる。

また、ホルダ１のフェルール４を挿入する第１の穴１ａの外側外周面であって、底面１ｄに設置された光アイソレータ素子６の外側外周面に、磁石を挿入して固定する第３の穴１ｇが設けられている。そして、この第３の穴１ｇの底面に磁石を設置することによって、光アイソレータ６が機能するようになる。磁石７は角状でこの第３の穴１ｇの両側から挿入される。磁石７は、ホルダ１の磁石挿入穴１ｇのストッパー部１ｈにて位置決めされて接着固定される。ホルダ１に設けられた第３の穴１ｇの底面をストッパー１ｈとして用いることができる。磁石７は、サマリウムコバルト等の磁力の高いものが望ましく、この磁石挿入用の第３の穴１ｇにより容易に位置決めすることができ、実装が容易である。また、第３の穴１ｇによって磁石７に磁力等が加わっても動きにくくできる。

第３の穴１ｇは、ホルダ１の外周面から対向する外周面に向けて径方向に貫かれた貫通孔であってもよく、穴加工が容易になる。

なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

本発明の第１の実施形態にかかるレンズ一体型光レセプタクルの断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかるレンズ一体型光レセプタクルの断面図である。 従来のレンズ一体型光レセプタクルの例を示す断面図である。 従来のレンズ一体型光レセプタクルの例を示す断面図である。

符号の説明

１：ホルダ
１ａ：（フェルール挿入用の）第１の穴
１ｂ：（光素子パッケージ取り付け用の）第２の穴
１ｃ：レンズ
１ｄ：（フェルール挿入用の第１の穴の）底部
１ｆ：空気穴
１ｇ：（磁石挿入用の）第３の穴
１ｈ：ストッパー部
２：光素子パッケージ
２ａ：キャップ
２ｂ：光学ガラス
２ｃ：ステム
２ｄ：光素子
３：光ファイバ
４：フェルール
４ａ：フェルール端面
５：弾性部材
６：光アイソレータ素子
７：磁石

Claims (6)

1. 一端側に設けられたフェルール挿入用の第１の穴と、他端側に設けられた光素子パッケージ取り付け用の第２の穴とを有し、前記第１の穴の底面と前記第２の穴の底面との間がレンズ機能を有するように形成された透明ホルダと、前記第１の穴の底面に設置された透明な弾性部材とを備えたレンズ一体型レセプタクル。
2. 前記弾性部材は、前記フェルール内に内蔵される光ファイバの屈折率と前記透明ホルダの屈折率との中間の屈折率を有することを特徴とする請求項１記載のレンズ一体型レセプタクル。
3. 前記フェルール挿入用の第１の穴と前記ホルダの外側とを連通する空気孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のレンズ一体型レセプタクル。
4. 前記弾性部材と前記第１の穴の底面との間に光アイソレータ素子が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ一体型レセプタクル。
5. 前記光アイソレータが設置される部位近くの前記ホルダの外周面に、磁石を固定する第３の穴が設けられていることを特徴とする請求項４記載のレンズ一体型レセプタクル。
6. 前記第３の穴は、前記ホルダの外周面を径方向に貫く貫通孔とされていることを特徴とする請求項５記載のレンズ一体型レセプタクル。

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