JP2011017925A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光結合装置において、製造コストを低減させることである。
【解決手段】光素子１４が設けられた光モジュール１６と、光モジュールに光素子と対向して配置され、光ファイバ１８を保持する光コネクタ２０と、を備える光結合装置１０において、光コネクタは、合成樹脂で形成されるコネクタ本体２２を備え、光ファイバ挿入口２４と、光ファイバを挿通する光ファイバ挿通路２６と、コネクタ本体に光素子と対向するように、光ファイバ挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部２８と、を含み、光モジュールは、光コネクタを取り付けるソケット４２を備え、ソケットは、窓部に挿入されて配置され、光ファイバまたは光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を信号光の反射により変更させて光ファイバと光素子との間を光結合させる光路変更面４６を有する光路変更部４８を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、光結合装置に係り、特に、光素子が設けられた光素子部品と、光素子部品に光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、を備え、光導波路と光素子との間を光結合する光結合装置に関する。

近年、伝送容量の拡大にともない情報通信網の光化が注目され、光ファイバ通信網は急速に発展している。光ファイバ通信網の中で光コネクタの果たす役割は極めて重要であり、様々な光コネクタの開発が行われている。

また、マルチメディアの急速な進展にともない、大容量交換機や超並列コンピュータ等の情報処理装置において、高密度配線が必須の事項となりつつあり、光インターコネクション技術の研究がさかんに行われている。

このような光結合技術には、例えば、回路基板に配置され、発光素子または受光素子である光素子が設けられた光素子部品である光モジュールと、光素子に対向して配置され、光導波路である光ファイバを保持する光コネクタと、を備え、光ファイバと光素子との間を光結合する光結合装置が用いられている。このような光結合装置に用いられる光コネクタでは、例えば、光素子の光軸方向が回路基板面と平行に導かれる光ファイバの光軸方向に対して略垂直となるので、光ファイバの光軸方向を光モジュールの光素子側に向ける必要がある。そのため、光コネクタの内部に光ファイバの光軸方向を光素子側に向ける光路変更面を設けて、光ファイバまたは光素子から出射された信号光の光路変換が行われている。

特許文献１には、基板面に上面を向くように取り付けられる受光素子に基板面に平行に引き回される光ファイバからの光を入射させる光結合装置を提供するため、光ファイバの先端を保持するための取付孔と、この取付孔内に取り付けられた光ファイバの先端から出射する光を９０度進路変更させる共に集光させて基板上の受光素子に入射させる凹面鏡部とを、透明プラスチック材により一体的に成形することが記載されている。

特開２００１−５１１６２号公報

ところで、上述した光結合装置に用いられる光コネクタでは、光ファイバ等の光軸方向を変更する光路変更面は、合成樹脂を用いてコネクタ本体と一体成形されている。光路変更面を有するコネクタ本体を一体成形する成形金型には、微小な光路変更面の角度や位置を精度よく成形するため、高い精度が要求される多数の金型部品を組み合わせた成形金型が用いられている。

ここで、上記の成形金型では、金型構造が複雑になるため金型製作のリードタイムが長くなり、金型製作コストが増加する場合がある。また、上記の成形金型を用いた樹脂成形では、金型構造が複雑なために、各金型部品の組み付けに時間がかかり、光コネクタの生産性が低下する場合がある。このように、光路変更面を有するコネクタ本体を一体成形した光コネクタを光結合装置に用いる場合には、光結合装置の製造コストが高くなる可能性がある。

そこで本発明の目的は、製造コストを低減した光結合装置を提供することである。

本発明に係る光結合装置は、光素子が設けられた光素子部品と、前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、前記光コネクタは、合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、を含み、前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、前記ソケットは、ソケット本体と、前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に設けられ、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る光結合装置は、光素子が設けられた光素子部品と、前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、前記光コネクタは、合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、を含み、前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、前記ソケットは、光学樹脂で形成されるソケット本体と、前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に前記光学樹脂で形成され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の内部反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る光結合装置において、前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の下面側に位置し、前記直角三角柱の垂直面を前記光導波路の先端に突き当てて位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、前記光路変更面は、前記傾斜面で形成されることが好ましい。

本発明に係る光結合装置において、前記光路変更面は、前記信号光を集光する集光レンズを有することが好ましい。

本発明に係る光結合装置は、光素子が設けられた光素子部品と、前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、前記光コネクタは、合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、を含み、前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、前記ソケットは、前記光素子の光軸方向の延長上に貫通させて形成された貫通孔を有するソケット本体と、前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に設けられ、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る光結合装置において、前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の上面側に位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、前記光路変更面が、前記傾斜面に反射ミラーを設けて形成された光路変更体と、前記貫通孔の縁部に設けられ、前記光路変更体を支持する光路変更体支持部材と、を有することが好ましい。

本発明に係る光結合装置において、前記光路変更面は、前記信号光を集光する凹鏡面を有することが好ましい。

本発明に係る光結合装置において、前記ソケット本体は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、前記コネクタ本体は、前記ソケット本体のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記ソケット本体のガイド穴に挿入されるガイドピンを有していることが好ましい。

本発明に係る光結合装置において、前記窓部は、前記コネクタ本体の前端面から開口されて形成されることが好ましい。

本発明に係る光結合装置において、前記光導波路は、光ファイバまたは平面型光導波路であることが好ましい。

上記構成の光結合装置によれば、光路変更面を光素子部品側に設けることにより、コネクタ本体と光路変更面とを別体で成形できるので、成形金型の金型構造がより単純化されて簡素化され、光結合装置の製造コストが低減される。

本発明の実施の形態において、光結合装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態において、回路基板に設けられた光結合装置における光ファイバ挿通方向の断面図である。 本発明の実施の形態において、集光レンズを有する光路変更面または光入出射面を備えたソケットの断面図である。 本発明の他の実施の形態において、光結合装置の構成を示す斜視図である。 本発明の別の実施の形態において、光結合装置の構成を示す斜視図である。 本発明の別の実施の形態において、回路基板に設けられた光結合装置における光ファイバ挿通方向の断面図である。 本発明の別の実施の形態において、凹鏡面が形成された光路変更面を有する光結合装置における光ファイバ挿通方向の断面図である。 本発明の別の実施の形態において、先端をレンズ加工した光ファイバを用いた光結合装置における光ファイバ挿通方向の断面図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、光結合装置１０の構成を示す斜視図である。図２は、回路基板１２に配置された光結合装置１０における光ファイバ挿通方向の断面図である。光結合装置１０は、光素子１４が設けられた光素子部品としての機能を有する光モジュール１６と、光素子１４に対向して配置され、光導波路である、例えば、光ファイバ１８を保持する光コネクタ２０と、を備え、光ファイバ１８と光素子１４との間を光結合する機能を有している。

光コネクタ２０は、合成樹脂で形成されるコネクタ本体２２を備え、光ファイバ１８を保持する機能を有している。

光ファイバ１８には、例えば、全石英型のマルチモード型光ファイバ、あるいはシングルモード型光ファイバ等を用いることができる。光ファイバ１８の形態としては、例えば、単心光ファイバや光ファイバテープ（リボン）等が用いられる。また、光導波路には、平面型光導波路を用いてもよい。平面型光導波路には、例えば、高分子系や石英系の平面型光導波路を用いることができる。高分子系の平面型光導波路には、例えば、ポリイミド樹脂で形成された平面型光導波路が用いられる。なお、以下では、コネクタ本体２２に保持される光導波路を光ファイバ１８として説明するが、勿論、光導波路は、光ファイバ１８に限定されることはなく平面型光導波路でもよい。

コネクタ本体２２は、例えば、幅広の略角形に成形される。コネクタ本体２２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いたトランスファ成形や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や液晶ポリマ（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂を用いた射出成形等の金型成形により成形される。なお、光ファイバ１８は、コネクタ本体２２に接着剤等で固着される。

光コネクタ２０は、コネクタ本体２２の後端面に設けられ、光ファイバ１８を挿入する光ファイバ挿入口２４と、コネクタ本体２２に設けられ、光ファイバ挿入口２４と連通し、光ファイバ１８を挿通する光ファイバ挿通路２６と、コネクタ本体２２に設けられ、光ファイバ挿通路２６と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部２８と、を有している。

光ファイバ挿入口２４は、コネクタ本体２２の後端面に設けられ、光ファイバ１８をコネクタ本体２２に挿入する光導波路挿入口としての機能を有している。光ファイバ挿入口２４は、例えば、コネクタ本体２２における後端面の略中央に設けられ、光ファイバ１８を挿入可能な大きさに形成される。例えば、光ファイバ１８に多心光ファイバテープを用いる場合には、光ファイバ挿入口２４は、幅広で略矩形状に形成される。

光ファイバ挿通路２６は、光ファイバ挿入口２４と連通して設けられ、光ファイバ１８を挿通する光導波路挿通路としての機能を有している。光ファイバ挿通路２６は、光ファイバ挿入口２４と連通し、被覆された光ファイバ１８が挿通される第1挿通路３０と、第1挿通路３０と連通し、被覆を除去された裸ファイバの先端部が挿通される第２挿通路３２と、を備えている。第２挿通路３２は、第1挿通路３０より細く形成される。

窓部２８は、コネクタ本体２２に光素子１４と対向するように、光ファイバ挿通路２６と連通し、コネクタ本体上面３３からコネクタ本体下面３４との間を貫通させて形成され、光ファイバ１８の挿通方向に対して略直交方向に中空状に形成される。窓部２８は、例えば、貫通方向に対して略直交方向の断面を略矩形状にして形成される。窓部２８の内周面には、光ファイバ挿通路２６の第２挿通路３２と連通して設けられ、被覆が除去された裸ファイバの先端を露出させる少なくとも１つの光ファイバ穴３５が形成される。例えば、光ファイバ穴３５は、光ファイバ１８の挿通方向に対して略直交方向に沿って複数箇所設けられ、複数の光ファイバ穴３５は、1列に配列されて形成される。光ファイバ穴３５は、例えば、丸穴等で形成される。なお、光導波路に平面型光導波路を用いる場合には、窓部２８の内周面に、平面型光導波路の先端部を窓部２８内に露出させるための矩形穴が形成される。

コネクタ本体２２には、コネクタ本体２２を光モジュール１６に位置決めするための後述するガイドピン６０が挿通される少なくとも１つのガイド穴３６が設けられることが好ましい。ガイド穴３６をガイドピン６０に通してコネクタ本体２２を光モジュール１６に取り付けることにより、コネクタ本体２２の窓部２８を光モジュール１６の光素子１４に精度よく対向させて位置決めできる。ガイド穴３６は、例えば、窓部２８を挟んでその両側に一対で設けられることがより好ましい。なお、光モジュール１６にコネクタ本体２２を位置決めするための後述するガイド穴を設け、コネクタ本体２２に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。

光モジュール１６は、光素子１４が設けられたモジュール本体４０と、モジュール本体４０に設けられ、光コネクタ２０を取り付けるソケット４２と、を備えており、光素子１４が設けられた光素子部品としての機能を有している。

モジュール本体４０には、光ファイバ１８と光結合される光素子１４が配置される。光素子１４は、発光素子または受光素子で構成され、光モジュール１６の光入出力端としての機能を有している。発光素子には、面発光素子型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）等が用いられる。また、受光素子には、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）等が用いられる。

ソケット４２は、光学樹脂で形成されるソケット本体４４と、窓部２８に挿入されて配置され、ソケット本体４４に光学樹脂で形成され、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を信号光の内部反射により変更させて光ファイバ１８と光素子１４との間を光結合させる光路変更面４６を有する光路変更部４８と、を備えている。

ソケット本体４４は、透明樹脂等の光学樹脂で、例えば、略角型のシート状に形成される。光学樹脂には、使用される信号波長（例えば、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ等）の光を効率よく透過する光学樹脂を用いることが好ましい。光学樹脂には、ＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）等を用いることができる。

ソケット本体４４は、コネクタ本体下面３４に当接されて取り付けられる。ソケット本体４４は、コネクタ本体下面３４と当接する当接面を光路変更部４８側に有しており、ソケット本体４４の当接面とコネクタ本体下面３４とを当接させることにより、窓部２８の貫通方向に対する光路変更面４６の位置が規制される。

ソケット本体４４は、コネクタ本体２２を案内して位置決めする少なくとも１つのガイドピン６０を有していることが好ましい。ガイドピン６０は、例えば、略円柱状に形成され、ソケット本体４４に突設させて設けられる。ガイドピン６０は、光路変更部４８の両側に一対で設けられることがより好ましい。ガイドピン６０は、ソケット本体４４と一体成形されてもよいし、別体で成形された後、ソケット本体４４に接着剤等で固着されてもよい。なお、光モジュール１６のソケット本体４４にコネクタ本体２２を位置決めするガイド穴を設け、コネクタ本体２２にソケット本体４４のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。

光路変更部４８は、例えば、ソケット本体４４の略中央に設けられ、光学樹脂で形成される。光路変更部４８は、ソケット本体４４を成形する光学樹脂と同じ合成樹脂で一体成形されることが好ましい。光路変更部４８は、例えば、直角三角柱のプリズム状に形成され、直角二等辺三角柱で形成されることが好ましい。光路変更部４８は、コネクタ本体下面３４に設けられ、窓部２８と連通する光路変更部挿入口５０から窓部２８に挿入される。光路変更部４８は、直角三角柱の直角部をコネクタ本体下面３４側に位置し、直角三角柱の垂直面５２を光ファイバ１８の先端に突き当てて位置し、直角三角柱の傾斜面を光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に位置して配置される。直角三角柱の垂直面５２を光ファイバ１８の先端に突き当てて位置させるのは、空気層による反射を抑えて無反射状態にするためである。光路変更部４８は、光路変更部挿入口５０から窓部２８に挿入されるため、直角三角柱の長手方向の長さが光路変更部挿入口５０の長手方向の長さより短く形成され、直角三角柱の幅が光路変更部挿入口５０の幅より小さく形成される。光路変更部４８は、窓部２８からの突出を抑えるために、光路変更部４８の高さが窓部２８の貫通方向の長さより小さくなるように形成されることが好ましい。

光路変更面４６は、直角三角柱の傾斜面で形成され、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向を信号光の内部反射で変更させる機能を有している。ここで、内部反射とは、透明体内に入射した光が、透明体を透過することなく外部との境界面（空気等との境界面）で反射することをいう。光路変更面４６は、モジュール本体４０に設けられた光素子１４の上方に位置し、光素子１４の発光面または受光面と対面して配置される。また、光路変更面４６は、コネクタ本体２２の窓部２８に光路変更部４８が挿入されたとき、コネクタ本体２２の光ファイバ穴３５と対向して配置される。

光路変更面４６は、モジュール本体４０に設けられた光素子１４の光軸方向に対して略４５度傾斜して配置されることが好ましい。また、光路変更面４６は、コネクタ本体２２の窓部２８に光路変更部４８が挿入されたとき、光ファイバ１８の光軸方向に対して略４５度傾斜して配置されることが好ましい。それにより、光路変更面４６は、光ファイバ１８の先端からの出射された信号光を内部反射で略９０度に屈曲させて光素子１４に入射させ、光素子１４からの出射された信号光を内部反射で略９０度に屈曲させて光ファイバ１８の先端に入射させることができる。なお、光路変更面４６の傾斜角度は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向に対して略４５度の傾斜角が好ましいが、必ずしも略４５度に限定されることはない。光路変更面４６は、光ファイバ１８の先端から出射した信号光が光素子１４に入射するような内部反射が可能であり、光素子１４から出射された信号光が光ファイバ１８に入射するような内部反射が可能である傾斜角度で形成される。

ソケット４２の光路変更面４６またはソケット４２に信号光が入射または出射する光入出射面は、信号光を集光する集光レンズ５４を有することが好ましい。図３は、集光レンズ５４を有する光路変更面４６または光入出射面を備えたソケット４２の断面図であり、図３（ａ）は、集光レンズ５４を有する光路変更面４６を備えたソケット４２の断面図であり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、集光レンズ５４を有する光路変更面４６及び光入出射面を備えたソケット４２の断面図である。

集光レンズ５４は、例えば、図３（ａ）に示すように光路変更面４６から突出させた凸レンズで形成される。集光レンズ５４は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に形成され、光ファイバ１８から出射された信号光を光素子１４に正しく焦点を結ぶように集光し、光素子１４から出射された信号光を光ファイバ１８に正しく焦点を結ぶように信号光を集光させる機能を有している。信号光を集光レンズ５４で集光させることにより信号光の拡散を抑制できるので、光ファイバ１８と光素子１４との間の光結合効率を更に向上させることができる。集光レンズ５４は、光路変更面４６に一体で形成されることが好ましい。集光レンズ５４の凸面は、例えば、球面、あるいは回転放物線面（パラボラ面）等の非球面で形成される。また、光ファイバ１８に多心光ファイバテープを用いる場合には、各光ファイバ心線ごとに集光レンズ５４が光路変更面４６に設けられることが好ましい。集光レンズ５４は、例えば、金型の光路変更面４６を成形する成形面に少なくとも１つの微小凹曲面を設けて成形される。光路変更部４８は、コネクタ本体２２と別体で成形されるので、このような微小凹曲面を有する成形金型を容易に精度よく製作することができる。

集光レンズ５４は、光路変更部４８の光路変更面４６だけでなく、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、ソケット４２に信号光が入射または出射される光入出射面に設けられてもよい。集光レンズ５４は、図３（ｂ）に示すように、光路変更面４６と、光ファイバ１８から光路変更部４８へ信号光が入射され、または光路変更面４６で内部反射した信号光が光ファイバ１８へ出射される光入出射面としての機能を有する光路変更部４８の垂直面５２と、に設けられる。また、集光レンズ５４は、図３（ｃ）に示すように、光路変更面４６と、モジュール本体４０に設けられた光素子１４からソケット本体４４へ信号光が入射され、または光路変更面４６で内部反射した信号光がソケット本体４４から光素子１４へ出射されるソケット本体４４の光入出射面５６と、に設けられてもよい。なお、集光レンズ５４は、光路変更面４６、光路変更部４８の垂直面５２及びソケット本体４４の光入出射面５６の少なくとも１つに設けられていることが好ましい。

再び、図１及び図２に戻り、ソケット本体４４は、ソケット本体４４の光入出射面５６に、信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列されて形成された凹凸部が設けられることが好ましい。ソケット本体４４の光入出射面５６に、信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列された微細な凹凸部を形成することにより、光入出射面５６での信号光の反射を無反射状態にすることができる。

微細凹凸部は、例えば、ソケット４２を成形する成形金型の金型面に、微細凹凸部を成形する成形面を設けて形成することができる。微細凹凸部を成形する成形面は、例えば、金型面に金属ナノ粒子を設けて形成される。微細凹凸部を成形する成形面を有する成形金型を用いて光学樹脂を成形することにより、光入出射面５６に微細凹凸部を転写により成形することができる。ソケット４２は、コネクタ本体２２と別体で成形されるので、ソケット４２の成形金型に微細凹凸部を成形する成形面を容易に精度よく形成することができる。また、微細凹凸部は、電子線リソグラフィ法を用いて光入出射面５６に直接形成されてもよい。電子線リソグラフィ法によれば、光入出射面５６にナノメートルサイズで加工することができる。

反射防止膜をソケット本体４４の光入出射面５６に設けることにより、光入出射面５６での信号光の反射を防止してもよい。反射防止膜は、例えば、誘電体材料を光入出射面に塗布、真空蒸着またはスパッタリング等することにより形成される。また、光減衰膜を光入出射面５６に設けることにより、信号光の光強度を低下させることができるので目の安全性をより向上させることができる。光減衰膜は、例えば、金属材料等をスパッタリングして形成される。

なお、ソケット４２は、モジュール本体４０と別体で成形されてもよいし、モジュール本体４０と一体で成形されてもよい。ソケット４２とモジュール本体４０とが一体で成形される場合には、光路変更面４６が光素子１４の光軸方向の延長上に位置するように一体成形される。

次に、光結合装置１０の作用について説明する。

光結合装置１０は、光コネクタ２０を光モジュール１６に取り付けて組み立てられる。まず、光路変更面４６が光素子１４の光軸方向の延長上に位置するようにモジュール本体４０にソケット４２を位置決めして光モジュール１６を組み立てる。次に、光モジュール１６のソケット本体４４に設けられたガイドピン６０にコネクタ本体２２のガイド穴３６を挿通して、光コネクタ２０が光モジュール１６に位置決めされる。これにより、光コネクタ２０は、ガイドピン６０で案内されて、コネクタ本体２２の窓部２８が光モジュール１６の光素子１４に対面して位置するように取り付けられ、光路変更部４８の垂直面５２が光ファイバ１８の先端に当接するように位置決めされ、光路変更面４６が光ファイバ１８の光軸方向の延長上に位置決めされる。以上により、光路変更面４６は、光ファイバ１８と光素子１４との光軸方向の延長上に位置決めされる。なお、コネクタ本体上面３３側に形成される窓部２８の開口６２は、粉塵等が窓部２８内に入り込んで光路変更面４６を汚染することを防止するため蓋体等で覆われることが好ましい。

光素子１４が受光素子である場合には、光ファイバ１８の先端から出射された信号光は、光路変更部４８の垂直面５２に入射し、光路変更面４６で内部反射により略９０度に屈曲させて光モジュール１６の光素子１４に入射される。また、光素子１４が発光素子である場合には、光モジュール１６の光素子１４から出射された信号光は、光路変更面４６で内部反射により略９０度に屈曲させて光路変更部４８の垂直面５２から出射し、光ファイバ１８の先端に入射される。このようにして、光結合装置１０により、光ファイバ１８と光素子１４との間が光結合される。

なお、光コネクタ２０の窓部２８は、更に、コネクタ本体２２の前端面から開口されて形成されてもよい。図４は、光結合装置７０の構成を示す斜視図である。同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。光コネクタ７２のコネクタ本体７４には、光ファイバ１８の挿通方向に対して略直交方向に貫通して形成され、更に、コネクタ本体７４の前端面から開口されて形成された窓部７６が設けられている。窓部７６は、コネクタ本体７４の前端面から開口されて形成されるので、コネクタ本体７４の構造が簡略化され、光コネクタ７２が小型化される。それに伴って、コネクタ本体７４を成形する成形金型の金型構造も簡略化することができる。

次に、別の光結合装置について図面を用いて説明する。なお、同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５は、光結合装置８０の構成を示す斜視図である。図６は、回路基板１２に配置された光結合装置８０における光ファイバ挿通方向の断面図である。光結合装置８０は、光素子１４が設けられた光素子部品としての機能を有する光モジュール８２と、光素子１４に対向して配置され、光導波路である、例えば、光ファイバ１８を保持する光コネクタ２０とを備え、光ファイバ１８と光素子１４との間を光結合する機能を有している。なお、上述したように、光コネクタ２０に保持される光導波路を光ファイバ１８として説明するが、勿論、光導波路は、光導波路でもよく光ファイバ１８に限定されることはない。

光コネクタ２０は、エポキシ樹脂等の合成樹脂で形成されたコネクタ本体２２を備え、コネクタ本体２２の後端面に設けられ、光ファイバ１８を挿入する光ファイバ挿入口２４と、コネクタ本体２２に設けられ、光ファイバ挿入口２４と連通し、光ファイバ１８を挿通する光ファイバ挿通路２６と、コネクタ本体２２に設けられ、光ファイバ挿通路２６と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部２８と、を有している。窓部２８の内周面には、光ファイバ挿通路２６の第２挿通路３２と連通して設けられ、被覆が除去された裸ファイバの先端を露出させる少なくとも１つの光ファイバ穴３５が形成される。コネクタ本体２２には、光コネクタ２０を光モジュール１６に位置決めするための後述するガイドピン８８が挿通される少なくとも１つのガイド穴３６が設けられることが好ましい。なお、光モジュール１６にコネクタ本体２２を位置決めするための後述するガイド穴を設け、コネクタ本体２２に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。また、光結合装置８０には、光コネクタ２０だけでなく、上述した図４に示したように、コネクタ本体７４の前端面から開口して形成された窓部７６を有する光コネクタ７２を用いてもよい。

光モジュール８２は、光素子１４が設けられたモジュール本体４０と、モジュール本体４０に設けられ、光コネクタ２０を取り付けるソケット８４と、を備えており、光素子１４が設けられた光素子部品としての機能を有している。光素子１４は、上述した発光素子または受光素子で構成される。

ソケット８４は、ソケット本体８６と、窓部２８に挿入されて配置され、ソケット本体８６に設けられ、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を反射により変更させて光ファイバ１８と光素子１４との間を光結合させる光路変更面９０を有する光路変更部９２と、を備えている。

ソケット本体８６は、例えば、エポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂等の合成樹脂で略角型のシート状に形成される。ソケット本体８６は、光素子１４の光軸方向の延長上に貫通させて形成された貫通孔８７を有している。光素子１４から出射された信号光は、貫通孔８７を通って光ファイバ１８に入射され、光ファイバ１８から出射された信号光は、貫通孔８７を通って光素子１４に入射される。

ソケット本体８６は、コネクタ本体下面３４に当接されて取り付けられる。ソケット本体８６は、コネクタ本体下面３４と当接する当接面を光路変更部９２側に有しており、ソケット本体８６の当接面とコネクタ本体下面３４とを当接させることにより、窓部２８の貫通方向に対する光路変更面９０の位置が規制される。

ソケット本体８６は、コネクタ本体２２を光モジュール８２に位置決めする少なくとも１つのガイドピン８８を有していることが好ましい。ガイドピン８８は、例えば、略円柱状に形成され、ソケット本体８６に突設させて設けられる。ガイドピン８８は、光路変更部９２の両側に一対で設けられることがより好ましい。ガイドピン８８は、ソケット本体８６と一体成形されてもよいし、別体で成形された後、ソケット本体８６に接着剤等で固着されてもよい。なお、光モジュール８２のソケット本体８６にコネクタ本体２２を位置決めするガイド穴を設け、コネクタ本体２２にソケット本体８６のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。

光路変更部９２は、ソケット本体８６に設けられ、窓部２８に挿入されて配置される。光路変更部９２は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を反射により変更させて光ファイバ１８と光素子１４との間を光結合させる光路変更面９０を有する光路変更体９４と、貫通孔８７の縁部に立設して設けられ、光路変更体９４を支持する光路変更体支持部材９６と、を有している。

光路変更体９４は、例えば、直角三角柱で形成され、直角二等辺三角柱で形成されることが好ましい。光路変更体９４は、コネクタ本体２２の光路変更部挿入口５０から窓部２８に挿入され、直角三角柱の直角部をコネクタ本体上面３３側に位置し、直角三角柱の傾斜面を光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に位置して配置される。光路変更体９４は、光路変更部挿入口５０から窓部２８に挿入されるため、直角三角柱の長手方向の長さが光路変更部挿入口５０の長手方向の長さより短く形成され、直角三角柱の幅が光路変更部挿入口５０の幅より小さく形成される。また、光路変更体９４は、窓部２８からの突出を抑えるために、直角三角柱の高さが窓部２８の貫通方向の長さより小さくなるように形成されることが好ましい。

光路変更面９０は、例えば、直角三角柱の傾斜面に金属蒸着等した反射ミラーで形成され、光ファイバ１８または光素子１４から出射された信号光を反射させる機能を有している。光路変更面９０は、光素子１４の上方に位置し、光素子１４の発光面または受光面と対面して配置される。また、光路変更面９０は、コネクタ本体２２の窓部２８に光路変更部９２が挿入されたとき、コネクタ本体２２の光ファイバ穴３５と対向して配置される。

光路変更面９０は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向に対して略４５度傾斜して配置されることが好ましい。それにより、光路変更面９０は、光ファイバ１８の先端から出射された信号光を略９０度に屈曲させて光素子１４に入射させることができ、光素子１４から出射された信号光を略９０度に屈曲させて光ファイバ１８に入射させることができる。なお、光路変更面９０の傾斜角度は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向に対して略４５度の傾斜角が好ましいが、必ずしも略４５度に限定されることはない。光路変更面９０は、光ファイバ１８の先端から出射された信号光が光素子１４に入射するような反射が可能であり、光素子１４から出射された信号光が光ファイバ１８に入射するような反射が可能である傾斜角度で形成される。

光路変更面９０は、光ファイバ１８または光素子１４から出射された信号光を集光する凹鏡面を有していることが好ましい。図７は、凹鏡面９８が形成された光路変更面９０を有する光結合装置８０における光ファイバ挿通方向の断面図である。凹鏡面９８は、光ファイバ１８または光素子１４の光軸方向の延長上に形成され、光ファイバ１８から出射された信号光を光素子１４に正しく焦点を結ぶように集光し、光素子１４から出射された信号光を光ファイバ１８の先端に正しく焦点を結ぶように信号光を集光させることができる。信号光を集光させることにより信号光の拡散を抑制できるので、光ファイバ１８と光素子１４との間の光結合効率を向上させることができる。凹鏡面９８は、例えば、球面、あるいは回転放物線面（パラボラ面）等の非球面で形成される。また、光ファイバ１８に多心光ファイバテープを用いる場合には、各光ファイバ心線ごとに凹鏡面９８が光路変更面９０に設けられることが好ましい。凹鏡面９８は、例えば、成形金型の光路変更面９０を成形する成形面に少なくとも１つの微小凸曲面を設けて成形される。光路変更部９２は、コネクタ本体２２と別体で成形されるので、このような微小凸曲面を有する成形金型を容易に精度よく製作することができる。

光路変更体支持部材９６は、例えば、ソケット本体８６に設けられた貫通孔８７の縁部に立設され、光路変更体９４を支持する機能を有している。光路変更体支持部材９６は、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂で形成される。光路変更体支持部材９６は、光路変更体９４と一体成形されることが好ましい。勿論、光路変更体支持部材９６は、光路変更体９４と別体で成形された後、接合等されてもよい。

また、ソケット８４は、モジュール本体４０と別体で成形されてもよいし、モジュール本体４０と一体で成形されてもよい。ソケット８４とモジュール本体４０とが一体で成形される場合には、光路変更面９０が光素子１４の光軸方向の延長上に位置するように一体成形される。

次に、光結合装置８０の作用について説明する。

光結合装置８０は、光コネクタ２０を光モジュール８２に取り付けて組み立てられる。まず、光路変更面９０が光素子１４の光軸方向の延長上に位置するようにモジュール本体４０にソケット８４を位置決めして光モジュール８２を組み立てる。次に、光モジュール８２のソケット本体８６に設けられたガイドピン８８にコネクタ本体２２のガイド穴３６を挿通して、光コネクタ２０が光モジュール８２に位置決めされる。これにより、光コネクタ２０は、ガイドピン８８で案内されて、コネクタ本体２２の窓部２８が光モジュール８２の光素子１４に対面して位置するように取り付けられ、光路変更面９０が光ファイバ１８の光軸方向の延長上に位置決めされる。以上により、光路変更面９０は、光ファイバ１８と光素子１４との光軸方向の延長上に位置決めされる。

光素子１４が受光素子の場合には、光ファイバ１８の先端から出射された信号光は、光路変更面９０で反射により略９０度に屈曲させて光モジュール８２の光素子１４に入射される。また、光素子１４が発光素子の場合には、光モジュール８２の光素子１４から出射された信号光は、光路変更面９０で反射により略９０度に屈曲させて光ファイバ１８の先端に入射される。このようにして、光コネクタ２０は、光ファイバ１８と光モジュール８２の光素子１４との間を光結合することができる。

なお、光ファイバ１８には、先端をレンズ加工した光ファイバを用いることができる。図８は、先端１００をレンズ加工した光ファイバ１８を用いた光結合装置８０における光ファイバ挿通方向の断面図である。裸ファイバ先端１００がレンズ加工された光ファイバ１８を用いることにより、裸ファイバ先端１００から出射される信号光を集光させることができるので、信号光の拡散を防止して光結合効率を高められる。裸ファイバ先端１００のレンズ加工には、一般的な、光ファイバのレンズ加工方法を用いることができる。光ファイバ１８は、レンズ加工された裸ファイバ先端１００を光ファイバ穴３５から窓部２８へ突出させてコネクタ本体２２に取り付けられることが好ましい。光ファイバ１８は、裸ファイバ先端１００が窓部２８に挿入される光路変更部９２と接触しないようにコネクタ本体２２に取り付けられる。

以上、上記構成の光結合装置によれば、光ファイバまたは光素子の光軸方向を信号光の反射により変更させる光路変更部は、光モジュールのソケットに設けられており、光コネクタと別体で形成されているので、微小で精密な光部品である光路変更面を有する光コネクタを一体で成形するための複雑構造の成形金型を用いる必要がなく、より単純化され簡略化された構造の成形金型を用いて成形できる。そのため、金型製作のリードタイムを短縮化できるとともに、金型製作費用を抑えることができる。また、光モジュールが光ファイバまたは光素子の光軸方向を変更させる光路変更機能を備えることにより、複雑構造の成形金型で樹脂成形する必要がないので、コネクタ本体または光路変更部の成形性が向上するとともに、より小型で高精度な光コネクタまたは光路変更部を有するソケットを容易に製造することができる。これらのことから、光結合装置の製造コストを抑えることができる。

上記構成の光結合装置によれば、光路変更部は、光モジュールのソケットに設けられており、光コネクタと別体で形成されているので、光路変更面等の設計変更を行う場合には、光路変更部を有するソケットを成形する成形金型のみを新たに製作すればよい。例えば、光路変更面における傾斜角度の変更、凹鏡面や集光レンズのサイズや曲率の変更、光ファイバのピッチや配列の変更に伴う凹鏡面や集光レンズの配置変更等を行う場合でも、光路変更部有するソケットを成形する成形金型のみを新たに製作すればよいので、光結合装置の製造コストを抑えることができる。

上記構成の光結合装置によれば、ソケット本体に設けられ、コネクタ本体を光モジュールに位置決めする少なくとも１つのガイドピンと、コネクタ本体に設けられ、このガイドピンに挿通される少なくとも１つのガイド穴と、を有するので、コネクタ本体の窓部を光モジュールの光素子に対面させるコネクタ本体の位置決めと、光ファイバまたは光素子の光軸方向に対する光路変更面の位置決めと、を容易に行うことができる。

１０、７０，８０ 光結合装置
１２ 回路基板
１４ 光素子
１６、８２ 光モジュール
１８ 光ファイバ
２０ 光コネクタ
２２ コネクタ本体
２４ 光ファイバ挿入口
２６ 光ファイバ挿通路
２８、７６ 窓部
３０ 第１挿通路
３２ 第２挿通路
３３ コネクタ本体上面
３４ コネクタ本体下面
３５ 光ファイバ穴
３６ ガイド穴
４０ モジュール本体
４２、８４ ソケット
４４、８６ ソケット本体
４６、９０ 光路変更面
４８、９２ 光路変更部
５０ 光路変更部挿入口
５２ 垂直面
５４ 集光レンズ
５６ 光入出射面
６０、８８ ガイドピン
６２ 開口
７２ 光コネクタ
７４ コネクタ本体
８７ 貫通孔
９４ 光路変更体
９６ 光路変更体支持部材
９８ 凹鏡面
１００ 裸ファイバ先端

Claims (10)

1. 光素子が設けられた光素子部品と、
   前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、
   を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、
   前記光コネクタは、
   合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、
   前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、
   前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、
   前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、
   を含み、
   前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、
   前記ソケットは、
   ソケット本体と、
   前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に設けられ、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、
   を含むことを特徴とする光結合装置。
2. 光素子が設けられた光素子部品と、
   前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、
   を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、
   前記光コネクタは、
   合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、
   前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、
   前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、
   前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、
   を含み、
   前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、
   前記ソケットは、
   光学樹脂で形成されるソケット本体と、
   前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に前記光学樹脂で形成され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の内部反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、
   を含むことを特徴とする光結合装置。
3. 請求項２に記載の光結合装置であって、
   前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の下面側に位置し、前記直角三角柱の垂直面を前記光導波路の先端に突き当てて位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、
   前記光路変更面は、前記傾斜面で形成されることを特徴とする光結合装置。
4. 請求項２または３に記載の光結合装置であって、
   前記光路変更面は、前記信号光を集光する集光レンズを有することを特徴とする光結合装置。
5. 光素子が設けられた光素子部品と、
   前記光素子部品に前記光素子と対向して配置され、光導波路を保持する光コネクタと、
   を備え、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光結合装置であって、
   前記光コネクタは、
   合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、
   前記コネクタ本体の後端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、
   前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、
   前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、
   を含み、
   前記光素子部品は、前記光コネクタを取り付けるソケットを備え、
   前記ソケットは、
   前記光素子の光軸方向の延長上に貫通させて形成された貫通孔を有するソケット本体と、
   前記窓部に挿入されて配置され、前記ソケット本体に設けられ、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、
   を有することを特徴とする光結合装置。
6. 請求項５に記載の光結合装置であって、
   前記光路変更部は、
   直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の上面側に位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、前記光路変更面が、前記傾斜面に反射ミラーを設けて形成された光路変更体と、
   前記貫通孔の縁部に設けられ、前記光路変更体を支持する光路変更体支持部材と、
   を有することを特徴とする光結合装置。
7. 請求項５または６に記載の光結合装置であって、
   前記光路変更面は、前記信号光を集光する凹鏡面を有することを特徴とする光結合装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の光結合装置であって、
   前記ソケット本体は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、
   前記コネクタ本体は、前記ソケット本体のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記ソケット本体のガイド穴に挿入されるガイドピンを有していることを特徴とする光結合装置。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の光結合装置であって、
   前記窓部は、前記コネクタ本体の前端面から開口されて形成されることを特徴とする光結合装置。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の光結合装置であって、
    前記光導波路は、光ファイバまたは平面型光導波路であることを特徴とする光結合装置。

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