JP2011059484A - 光路変更部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光路変更部材1を構成する保持部材本体2に形成された反射面21上であって、2次元配列の多心光ファイバ62を構成する光ファイバ61の光軸の延長線上に、光の入射方向から見て凹形状の第1レンズ22の列を形成する。この光路変更部材1を用いて多心光ファイバと光入出端41とを光接続させる。
【選択図】図1
Description
この種の光コネクタには、光ファイバと光学素子とを光接続するため光路を変更する構造が設けられている。この構造を有する代表的な光コネクタとして、コネクタ内部で光軸を90°変更させるPT光コネクタ(JPCA−PE03−01−06Sで規格化)が実用化されている。
PT光コネクタは、多心光ファイバテープ心線などの多心光ファイバとフレキシブル配線基板上の光学素子とを光接続する基板実装型の光コネクタであり、ルータ、サーバ、並列コンピュータなどの光インターコネクションに用いられ始めている。
多心光ファイバと接続される光学素子としては、光モジュールを用いている。光モジュールは、多チャンネルの発光、受光素子および送受信回路を内蔵した光学部品である。
本発明の光路変更部材は、複数の光ファイバが一括被覆された多心光ファイバを少なくとも2段以上配列した複数段の多心光ファイバの端末に設けられ、前記多心光ファイバの光軸方向に対し傾斜した光軸を持つ発光素子または受光素子の光入出端が設けられた基板に対面して設置され、前記多心光ファイバを前記光入出端に光接続させる反射面が形成された、透明材料からなる保持部材本体を有する光路変更部材であって、前記保持部材本体には、前記光ファイバを挿通する光ファイバ挿入穴が列設されてなる光ファイバ挿入穴列が少なくとも2段以上形成され、前記光ファイバ挿入穴はそれぞれ有底であり、前記複数の光ファイバの先端部が該光ファイバ挿入穴の底に突き当たるように挿入され、前記反射面上であって、前記光ファイバ挿入穴列の延長線上の位置には、入射方向から見て凹形状の第1レンズの列が形成され、前記多心光ファイバと前記光入出端のうち一方から前記保持部材本体内に入射した光を前記保持部材本体内で内面反射させることを特徴としている。
本発明の光路変更部材は、前記光ファイバ挿入穴列が、隣り合った段の間で前記光ファイバ挿入穴の位置が相互にずらされていることが好ましい。
本発明の光路変更部材は、前記反射面と前記光入出端との間には第2レンズが設けられており、前記多心光ファイバと前記光入出端との間の光路には、少なくとも2つのレンズが介在している構成としてもよい。
本発明の光路変更部材は、前記保持部材本体と前記光入出端との位置決めが、一方の側に設けられた位置決め凸部と他方の側に設けられた位置決め凹部との嵌合によりなされることが好ましい。
本発明の光路変更部材は、前記位置決め凸部が位置決めピンであるとともに、前記位置決め凹部は嵌合穴であることが好ましい。
本発明の光路変更部材は、前記位置決めピンが、前記保持部材本体の前記光入出端と対面する面から突出するように形成されており、該位置決めピンと該保持部材本体とは一体成形されていることが好ましい。
また、光ファイバ挿入穴列が、隣り合った段の間で光ファイバ挿入穴の位置が相互にずらされているという構成としたため、光ファイバ挿入穴によって位置決めされた光ファイバの端面の間隔が広くなり、隣接する光ファイバの光路へのビームの拡散によるノイズや信号光の干渉が防止され、良好な光接続を実現することができる。
また、反射面と光入出端の間に第2レンズを設ける構成としたため、反射面と光入出端との間の入射光の方向にずれが生じた場合においても、光路方向を所望の方向に維持することができる。
また、保持部材本体と光入出端との位置決めが、一方の側に設けられた位置決め凸部と他方の側に設けられた位置決め凹部との嵌合によりなされる構成としたため、反射面に対面するように配列された多心光ファイバが、光入出端に対して正しく位置決めされる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る光路変更部材1の断面図であり、2段配列の多心光ファイバ6の端末に設けられた保持部材本体2が、発光素子42と受光素子43とを実装した光モジュール3(基板)に取り付けられている状態を示す図である。図2は、本発明に係る光路変更部材1を構成する保持部材本体2を示す断面図である。図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。図4は図2のIV−IV線に沿う断面図であり、光路変更部材1に設けられている反射面21に形成された第1レンズ22の配置を示す図である。図5は本発明の第2実施形態のIV−IV線に沿う断面図である。図6は、保持部材本体2を光モジュール3に取り付ける様子を示す概略図である。
以下の説明において、多心光ファイバ6の先端方向(図1における左方向)を前方といい、その逆方向(図1における右方向)を後方ということがある。また、前後方向とは、多心光ファイバ6の光軸方向である。
なお、多心光ファイバ6としては、多心光ファイバテープ心線に限定されず、例えば、複数本の単心の光ファイバ心線等、各種構成が採用可能である。
光モジュール3は、回路基板7上に組み込まれており、回路基板7上の駆動回路からの制御信号に基づいて、発光素子42(光入出端41)を駆動する機能、および/または、受光素子43(光入出端41)の受光信号に応じた電気信号を回路基板7上の処理回路に伝達する機能を有する。
光モジュール3は、光入出端41が搭載(あるいは内蔵)された光モジュール本体4とレンズホルダ5とから構成されており、回路基板7上に直接配置される光モジュール本体4の上面に、この光モジュール本体4と平面視形状が略同形状のレンズホルダ5が搭載される構成である。図示例では、光モジュール3はブロック状に形成され、上面は、保持部材本体2が装着される接合面31となっている。
光モジュール上面45には第1凹部44が形成されており、この第1凹部44には発光素子42と受光素子43の光入出端41が搭載されている。光入出端41は、多心光ファイバ6を構成する光ファイバ61の配列に対応して光モジュール3の幅方向に複数列設されている。光入出端41の配置は、多心光ファイバ6、および第1レンズ22の配置に依存するものであるが、この配置については後述する。
光入出端41としては、表面発光型のレーザーダイオード(VCSEL)等の発光素子、あるいは、フォトダイオード(PD)等の受光素子がある。本実施形態においては、前後方向に2列設けられている光入出端41のうち、前方側に発光素子42を列設し、後方側に受光素子43を列設している。
光モジュール本体4の光入出端41の光軸方向は回路基板7に対してほぼ垂直となっている(図1を参照)。なお、光入出端41の光軸方向は、回路基板7に対して90°以外の角度で傾斜していてもよい。
第2レンズ33は、光路変更部材1が取り付けられた際に光路変更部材1との干渉を避けるため、レンズホルダ5の上面53に設けられた第2凹部34の中に形成されている。また、第2レンズ33は、光入出端41と同様に、多心光ファイバ6を構成する光ファイバ61の配列に対応して複数列設されており、光入出端41の光軸の延長線上に配置される。この配置については後述する。
また、レンズホルダ5の前方には、保持部材本体2を光モジュール3に取り付ける際に位置合わせ部材として機能する、ガイド部52が形成されている。ガイド部52は、レンズホルダ5の前端において、垂直方向に突設され、レンズホルダ基部51とガイド部52はL字型をなすように一体化されている。
保持部材本体2は、多心光ファイバ6の先端側を覆うように組み立てられる、多心光ファイバ6と光入出端41とを光接続させるための部材である。前述したように、多心光ファイバ6の光軸と光入出端41の光軸は互いに傾斜しているため、保持部材本体2に設けられた反射面21によって光路を変更させることで光接続がなされる構成となっている。
反射面形成凹部23の内面のうち後面(多心光ファイバ6側の面)は斜面を形成しており、この斜面が反射面21となっている。反射面21は、多心光ファイバ6の光軸の延長線上に位置するとともに、保持部材本体2を光モジュール3上に固定したときに、光入出端41の上方に位置するよう構成されている。
反射面21は、多心光ファイバ6の光軸方向(図1における左右方向)および光入出端41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、多心光ファイバ6から出射して保持部材本体2内に入射した光を、保持部材本体2内で内面反射させて光入出端41に向けるか、または光入出端41から出射して保持部材本体2内に入射した光を内面反射させて多心光ファイバ6の先端に向けることができるようになっている。
反射面21は、保持部材本体2の構成材料と空気(反射面形成凹部23)との屈折率差に基づいて、保持部材本体2内における内面反射により、多心光ファイバ6と光入出端41とを光接続させる。反射面21における反射効率は高いほど好ましい。ただし、反射面形成凹部23には、構成材料との間の適切な屈折率差を満足させる他の気体を封入してもよい。
多心光ファイバ挿入穴24の形状は、成端処理され、ブーツ64が取り付けられた多心光ファイバ6を緊密に保持するような形状となっている。具体的には、多心光ファイバ6の光ファイバ61が挿入される光ファイバ挿入穴25、光ファイバ61を覆うテープ被膜の外径に対応する多心光ファイバ保持部26、多心光ファイバ6を保持するブーツ64に対応するブーツ挿入部27とから構成されている。光ファイバ挿入部25は、光ファイバ61の数と同じ数形成されている。
また、光ファイバ挿入穴25と多心光ファイバ保持部26との間には、光ファイバ61を光ファイバ挿入穴25に挿入する際、ガイドの役割を果たす、第1テーパ部26aが形成されている。同様に、多心光ファイバ保持部26とブーツ挿入部27との間には第2テーパ部27aが形成されている。
光ファイバ挿入穴25は、多心光ファイバ6の先端部と第1レンズ22とを所定の位置に位置決めするような深さに加工されている。つまり、多心光ファイバ6を、光ファイバ61の先端が光ファイバ挿入穴25に突き当たるように挿入した際、光ファイバ61の先端部が第1レンズ22による集光点と一致するように加工される。
位置決めピン29の本数は特に限定されるものではなく、目的等に応じて1本、2本、または3本以上とすることができる。位置決めピン29および位置決め用ピン穴39の形状も特に限定されるものではなく、目的等に応じて、楕円形、四角形等の各種形状を有する位置決めピン29および位置決め用ピン穴39を採用することができる。
なお、この第1実施形態の保持部材本体2においては、図3、図4に示すように、光ファイバ挿入穴25および第1レンズ22は、2段構成の多心光ファイバ6に対応して、2段に配列されている。以下、第1実施形態の保持部材本体2の説明では、便宜上、それぞれの段25A、25B、22A、22Bを装着面28からの距離が小さい順に、第1の段25A、22A(図3、図4の下側)および第2の段25B、22B(図3、図4の上側)として区別することがある。
図3に示すように、光ファイバ挿入穴25は、2つの段25A、25Bからなっており、それぞれの段25A、25Bについては、光ファイバ挿入穴25が横方向に、ピッチpによって等間隔に位置決めされるように複数配列されている。これにより、多数の光ファイバ61を多心光ファイバ6ごとに一括して保持部材本体2に挿入して組み立てることができる。同一の段25A、25Bに属し、互いに隣接する裸光ファイバ挿入穴25の中心間のピッチpとしては、テープ心線における光ファイバ61のピッチに合わせると、各光ファイバが平行に整列され、光ファイバの曲がりによる損失増大等の不都合を抑制することができるので好ましい。
ここで、第1の段25Aと第2の段25Bとの間に確保されるずれの大きさdは、各光路が重ならないように、光路のビーム径よりも大きくされる。光路のビーム径は、ビームの拡散を勘案して光ファイバ61のコアの径より若干大きい程度であるので、ずれ量dは、コアの径より若干大きく設定する。
また、光モジュール3の第2レンズ33、および光入出端41を構成する発光素子41と受光素子42は、平面視の位置の位置が第1レンズ25と一致するように配置される。第2レンズ33および光入出端41も、複数の段を形成する2次元配列であり、ピッチおよびずれの大きさは、光ファイバ挿入穴25および第1レンズ25と同一となる。
多心光ファイバ6と光入出端41の間の光路には、第1レンズ22および第2レンズ33が介在しているため、多心光ファイバ6から出射された光は、第1レンズ22で反射したのち、多心光ファイバ6の光軸方向と垂直な光線となり、この光線が、第2レンズ33によって集光され、受光素子43に入射する。あるいは、発光素子42から出射された光は、第2レンズ33を通り、光入出端41の光軸と平行な光線となったのち、第1レンズ22によって反射されるとともに集光され、光ファイバ61の先端に入射する。
また、多心光ファイバ6を精密に位置決めする光ファイバ挿入穴25と反射面21とがブロック状の一体部品である保持部材本体2に形成されており、光ファイバ61の光軸方向と反射面21との相互の位置関係が高精度に固定されているので、それぞれの光ファイバ61とそれぞれの光入出端41とが精密に対応づけられる。また、光コネクタとしての全体構成の小型化も可能となる。
また、多心光ファイバ6が複数の段に配列されることにより、一列に整列させた場合に比べて一層の高密度化が実現される。
また、図3に示すように、光ファイバ挿入穴25の配列は、複数の光ファイバ挿入穴25が横並びに配列されてなる複数の段25A、25Bを形成するとともに、光ファイバ挿入穴25の位置が第1の段25Aと第2の段25Bとの間で相互にずらされた千鳥配列となっているので、光ファイバ挿入穴25によって位置決めされた光ファイバ61の端面の間隔が広くなる。このため、隣接する光ファイバ61の光路へのビームの拡散によるノイズや信号光の干渉が防止され、良好な光接続を実現することができる。
また、前後方向に2列設けられている光入出端41のうち、前方側に発光素子42を列設し、後方側に受光素子43を列設している構成としたため、2段構成の多心光ファイバ6の1段目を受信専用、2段目を送信専用とすることができ、クロストークを防止しながら高密度な多チャンネル光トランシーバとなりうる。
さらに、第1レンズ22と光入出端41の間の光路に第2レンズ33を介在させる構成としたため、第1レンズ22と光入出端41との間の入射光の方向にずれが生じた場合においても、光路方向を所望の方向に維持することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
図3、図4などには、光ファイバ挿入穴25および第1レンズ22が2段である実施形態を示したが、本発明においては、光ファイバ挿入穴25および第1レンズ22は3段以上の段数に配列することも可能である。
光ファイバ挿入穴25が3段以上に配列されている場合、光ファイバ挿入25の位置は、少なくとも隣り合った段の間で相互にずらされる。これにより、上の段の光ファイバと下の段の光ファイバとの間隔が拡げられるため、ノイズや信号光の干渉が防止され、良好な光接続を実現することができる。
図5に示す第2実施形態の保持部材本体2では、第1レンズ22aの位置は、少なくとも、第1の段22Aと第2の段22Bとの間、および第2の段22Bと第3の段22Cとの間で、保持部材本体2の幅方向(図5の左右方向)にずらされている。さらに、互いに隣接し合わない第1の段22Aと第3の段22Cとの間においても保持部材本体2の幅方向に相互にずらされていることが好ましい。
ずれの大きさd1,d2,d3は、各光路が重ならないように、光路のビーム径よりも大きくされている。図5中、d1は第2の段22Bと第3の段22Cとの間のずれ量を示し、d2は第2の段22Bと第1の段22Aとの間のずれ量を示し、d3は第3の段22Bと第1の段22Aとの間のずれ量を示す。これらのずれ量d1とd2とd3とは、互いに等しくしてもよい。また、d1,d2,d3のうちいずれか2つか等しくてもよいし、すべてが互いに異なっていてもよい。図5に示すように、同一の段22A、22B、22Cに属して互いに隣接する第1レンズ22aは、中心間のピッチpが等しくなるように等間隔に配列されている。この場合、d1+d2+d3=pの関係が成立するので、ピッチpは、それぞれの段22A,22B,22Cの間のずれ量d1、d2、d3が確保されるようにする。上述した思想に基づく限り、ずれ量d1、d2、d3の最小値は、p/3よりも小さくてもよい。
Claims (6)
- 複数の光ファイバ(61)が一括被覆された多心光ファイバ(6)を少なくとも2段以上配列した複数段の多心光ファイバの端末に設けられ、前記多心光ファイバの光軸方向に対し傾斜した光軸を持つ発光素子(42)または受光素子(43)の光入出端(41)が設けられた基板(3)に対面して設置され、前記多心光ファイバを前記光入出端に光接続させる反射面(21)が形成された、透明材料からなる保持部材本体(2)を有する光路変更部材であって、
前記保持部材本体には、前記光ファイバを挿通する光ファイバ挿入穴(25)が列設されてなる光ファイバ挿入穴列(25A、25B)が少なくとも2段以上形成され、
前記光ファイバ挿入穴はそれぞれ有底であり、前記複数の光ファイバの先端部が該光ファイバ挿入穴の底に突き当たるように挿入され、
前記反射面上であって、前記光ファイバ挿入穴列の延長線上の位置には、入射方向から見て凹形状の第1レンズ(22)の列が形成され、前記多心光ファイバと前記光入出端のうち一方から前記保持部材本体内に入射した光を前記保持部材本体内で内面反射させることを特徴とする光路変更部材。 - 前記光ファイバ挿入穴列は、隣り合った段の間で前記光ファイバ挿入穴の位置が相互にずらされていることを特徴とする請求項1に記載の光路変更部材。
- 前記反射面と前記光入出端との間には第2レンズ(33)が設けられており、前記多心光ファイバと前記光入出端との間の光路には、少なくとも2つのレンズが介在していることを特徴とする請求項1または2に記載の光路変更部材。
- 前記保持部材本体と前記光入出端との位置決めは、一方の側に設けられた位置決め凸部(29)と他方の側に設けられた位置決め凹部(39)との嵌合によりなされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光路変更部材。
- 前記位置決め凸部は位置決めピンであるとともに、前記位置決め凹部は嵌合穴であることを特徴とする請求項4に記載の光路変更部材。
- 前記位置決めピンは、前記保持部材本体の前記光入出端と対面する面から突出するように形成されており、該位置決めピンと該保持部材本体とは一体成形されていることを特徴とする請求項5に記載の光路変更部材。
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