JP2011232495A - 光コネクタモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの先端面と挿入孔の底面とが離間する虞がない光コネクタモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】光ファイバ２と、光ファイバ２が固定され光ファイバ２の先端面２ｃが当接する底面４ｃを備える固定部４と、底面４ｃに対向するように設けられたレンズ５とを備えた位置決め部品３とを有する光コネクタモジュール１であって、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２の線膨張係数よりも大きい場合は、光コネクタモジュール１の使用温度範囲の上限よりも高い温度で光ファイバ２の先端面２ｃが固定部４の底面４ｃに当接されて固定され、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２の線膨張係数よりも小さい場合は、光コネクタモジュール１の使用温度範囲の下限よりも低い温度で光ファイバ２の先端面２ｃが固定部４の底面４ｃに当接されて固定されていることを特徴とする光コネクタモジュール１によって上記目的が達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光信号を相手部材へ伝送する光コネクタモジュール及びその製造方法に関する。

発光素子で発生させた光信号を光ファイバにより伝送したり、光ファイバを伝搬してきた光信号を受光素子で受光する光伝送を行う光電気変換モジュールが知られている。
このような光モジュールとして、光電変換素子パッケージと、光ファイバの端部としてのフェルールと、レンズと、これらを収容する光透過性の樹脂材料からなるホルダとを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１７１５５６号公報

ところで、本発明者らは、上記特許文献１に記載の光モジュール（光コネクタモジュール）において、光ファイバとレンズとを単一の部品（位置決め部品）で直接接続すれば光ファイバに取り付けるフェルールを省略できるのではないかと検討した。ところが、位置決め部品に設けた挿入孔に光ファイバを挿入して固定するだけでは以下のような問題が生じることが判明した。

光ファイバは一般にガラス等から形成され、位置決め部品を形成する樹脂よりも線膨張係数が低い。このため、光コネクタモジュールの作動温度が高温になると、光ファイバと位置決め部品の線膨張係数の相違に起因して、光ファイバの先端面と、位置決め部品に設けられた挿入孔の突き合わせ接触面（底面）とが離間する虞があった。

図３は参考例に係る光コネクタモジュール１０１を示す。
光コネクタモジュール１０１は、光ファイバ１０２が位置決め部品１０３に設けられた挿入孔１０４に挿入されて構成されている。この光コネクタモジュール１０１が加熱されて光ファイバ１０２が熱膨張すると、光ファイバ１０２の先端面１０２ｃが挿入孔１０４の底面１０４ｃに近づくように変形する。他方で、位置決め部品１０３が熱膨張すると挿入孔１０４の側面１０４ｂが光ファイバ１０２の側面を保持して光ファイバ１０２の先端面１０２ｃを底面１０４ｃから遠ざけるように変形する。なお、図３の点線で示す部分が熱膨張により変形した部分を表す。また、この現象は光ファイバ１０２の長手方向の変形が支配的なので、図３では軸方向の変形のみを示している。

このとき、位置決め部品１０３の線膨張係数が光ファイバ１０２の線膨張係数よりも大きいと、位置決め部品１０３の熱膨張による変形が光ファイバ１０２の熱膨張による変形を上回ることがある。すなわち、光コネクタモジュール１０１が常温の時に光ファイバ１０２の先端面１０２ｃと挿入孔１０４の底面１０４ｃとが当接した状態で固定されていても、光コネクタモジュール１０１が高温になると光ファイバ１０２の先端面１０２ｃと挿入孔１０４の底面１０４ｃとが離間し、図３で示す隙間Ａが生じる虞がある。

この現象とは逆に、光コネクタモジュール１０１が冷却されて光ファイバ１０２が熱収縮すると、光ファイバ１０２の先端面１０２ｃが挿入孔１０４の底面１０４ｃから遠ざかるように変形する。他方で、位置決め部品１０３が熱収縮すると挿入孔１０４の側面１０４ｂが光ファイバ１０２を保持したまま光ファイバ１０２の先端面１０２ｃを底面１０４ｃに近づけるように変形する。

このとき、光ファイバ１０２の線膨張係数が位置決め部品１０３の線膨張係数よりも大きいと、光ファイバ１０２の熱収縮による変形が位置決め部品１０３の熱収縮による変形を上回ることがある。すなわち、光コネクタモジュール１０１が常温の時に光ファイバ１０２の先端面１０２ｃと挿入孔１０４の底面１０４ｃとが当接する状態で固定されていても、光コネクタモジュール１０１が低温になると光ファイバ１０２の先端面１０２ｃと挿入孔１０４の底面１０４ｃとが離間する虞がある。

このように光ファイバ１０２の先端面１０２ｃと挿入孔１０４の底面１０４ｃとが離間して両者の間に隙間Ａが生じると、隙間Ａから光ファイバ１０２又はレンズ１０５に入射する光の一部が光ファイバ１０２又はレンズ１０５の表面で反射されるので、透過光量の減少による結合効率が悪化したり、この反射光の影響で光コネクタモジュール１０１に光学的に接続される不図示の光電変換素子の動作が不安定になる虞がある。

そこで、本発明は光ファイバの先端面と固定部（挿入孔）の底面とが離間する虞がない光コネクタモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、
光ファイバと、
前記光ファイバが固定され前記光ファイバの先端面が当接する底面を備える固定部と、前記底面に対向するように設けられたレンズとを備えた位置決め部品とを有する光コネクタモジュールであって、
前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも大きい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の上限よりも高い温度で前記光ファイバの前記先端面が前記固定部の前記底面に当接されて固定され、
前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも小さい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の下限よりも低い温度で前記光ファイバの前記先端面が前記固定部の前記底面に当接されて固定されていることを特徴とする光コネクタモジュールが提供される。

さらに、本発明によれば、
光ファイバと、
前記光ファイバが固定され前記光ファイバの先端面が当接する底面を備える固定部と、前記底面に対向するように設けられたレンズとを備えた位置決め部品とを有する光コネクタモジュールの製造方法であって、
前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも大きい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の上限よりも高温で前記光ファイバの前記先端面を前記固定部の前記底面に固定する工程、又は、
前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも小さい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の下限よりも低温で前記光ファイバの前記先端面を前記固定部の前記底面に固定する工程を有することを特徴とする光コネクタモジュールの製造方法が提供される。

本発明に係る光コネクタモジュール及びその製造方法によれば、位置決め部品の線膨張係数が光ファイバの線膨張係数よりも大きい時は、光コネクタモジュールの使用温度範囲の上限よりも高温で光ファイバの先端面を固定部の底面に当接させて固定し、位置決め部品の線膨張係数が光ファイバの線膨張係数よりも小さい時は、光コネクタモジュールの使用温度範囲の下限よりも低温で光ファイバの先端面を固定部の底面に当接させて固定する。すなわち、光コネクタモジュールが加熱されたり冷却されたりして光ファイバと位置決め部品とが熱膨張・熱収縮しても、光コネクタモジュールの使用温度範囲では光ファイバの先端面が底面に密着した状態が維持される。したがって、光ファイバの先端面が底面から離間することがない。したがって、光の結合効率が良好に維持される光コネクタモジュールを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光コネクタモジュールの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 参考例に係る光コネクタモジュール１を側断面図である。

以下、本発明に係る光コネクタモジュールの実施の形態の例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る光コネクタモジュール１の正面図であり、図２は図１のＩＩ―ＩＩ断面図である。図１，２を参照して、本実施形態に係る光コネクタモジュール１は、コア２ａとクラッド２ｂとからなる光ファイバ２と、光ファイバ２が直接挿入されて固定される位置決め部品３とを有する。

光ファイバ２は、コア２ａと、コア２ａよりも屈折率の小さいクラッド２ｂとを有する。

位置決め部品３はポリエーテルイミド等の透明樹脂から形成される略直方体状の部材であり、光ファイバ２が挿入固定される挿入孔（固定部）４とレンズ５と嵌合凹部６とを有する。なお光コネクタモジュール１は、レンズ５が不図示の相手部品（不図示）に搭載された光電変換素子やレンズ等の光部品と対向した状態で、嵌合凹部６が相手部品に設けられた嵌合凸部と嵌合することで相手部品と接続される。

挿入孔４は、位置決め部品３の一側面に形成された開口４ａからレンズ５側に設けられた底面４ｃまで位置決め部品３の長手方向（図２中の左右方向）に延びる円柱状の空間である。この挿入孔４の径方向寸法は光ファイバ２の外径寸法と同じかそれより僅かに大きく設定される。また、光ファイバ２は、先端面２ｃに光透過性の接着剤が塗布された状態で先端面２ｃが底面４ｃに当接するまで挿入孔４に挿入されて位置決め部品３に固定される。

レンズ５は位置決め部品３と一体成形される凸レンズである。レンズ５は、光ファイバ２の先端面と対向する位置で、開口４ａが形成される面と反対側の面に設けられる。レンズ５は光ファイバ２を伝搬してきた光を収束させ、レンズ５に対向するように接続される不図示のレンズ等の光学素子や受光素子等の光電変換素子に効率よく光を伝搬させるものである。

ここで、本実施形態の光コネクタモジュール１は、使用温度範囲で光ファイバ２の先端面２ｃが常時底面４ｃに押し付けられるように、光ファイバ２と位置決め部品３の材料に応じて光ファイバを位置決め部品に固定する温度を調整する。

すなわち、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２全体の線膨張係数よりも大きいときは、光コネクタモジュール１の使用温度範囲（例えば、−４０〜８５℃）の上限よりも高い温度（例えば９０℃）で光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底面４ｃに当接させて固定する。

使用環境により光コネクタモジュール１の温度が上昇して光ファイバ２が熱膨張すると、光ファイバ２の先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃに近づくように変形する。他方で、位置決め部品３が熱膨張すると挿入孔４の側面４ｂが光ファイバ２の側面を保持して光ファイバ２を底面４ｃから遠ざけるように変形する。
ところが、本実施形態の光コネクタモジュール１によれば、使用温度範囲の上限よりも高温で光ファイバ２の先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃに当接されて固定されている。したがって、固定時の温度より低い使用温度では、光ファイバ２は熱収縮によって先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃから遠ざかり、位置決め部品３は熱収縮によって挿入孔４の側面４ｂが光ファイバ２の側面を保持して光ファイバ２の先端面２ｃを底面４ｃに近づけるように変形している。しかも、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２の線膨張係数よりも大きいので、位置決め部品３の熱収縮による影響が光ファイバ２の熱収縮による影響よりも大きく、使用温度範囲内では光ファイバ２の先端面２ｃは常に挿入孔４の底面４ｃに押し付けられることになる。

一方、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２の線膨張係数よりも小さいときは、光コネクタモジュール１の使用温度範囲の下限よりも低い温度で光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底面４ｃに当接させて固定する。これは、光コネクタモジュール１を比較的高温環境下で使用するときに好適である。例えば使用温度範囲を３０〜８５℃に設定したときは、例えば使用温度範囲より低い温度である２０℃で光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底面４ｃに当接させて固定する。

光コネクタモジュール１が冷却され、光ファイバ２が熱収縮すると、光ファイバ２の先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃから遠ざかるように変形する。他方で、位置決め部品３が熱収縮すると挿入孔４の側面４ｂが光ファイバ２の側面を保持して光ファイバ２の先端面２ｃを底面４ｃに近づけるように変形する。
ところが、本実施形態の光コネクタモジュール１によれば、使用温度範囲の下限よりも低温で光ファイバ２の先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃに当接されて固定されている。したがって、固定時の温度よりも低い使用温度では、光ファイバ２は熱膨張によって先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃに近づき、位置決め部品３は熱膨張によって挿入孔４の側面４ｂが光ファイバ２の側面を保持して光ファイバ２の先端面２ｃを底面４ｃから遠ざけるように変形している。しかも、位置決め部品３の線膨張係数が光ファイバ２の線膨張係数よりも小さいので、位置決め部品３の熱膨張による影響が光ファイバ２の熱膨張による影響よりも小さく、使用温度範囲内では光ファイバ２の先端面２ｃは常に挿入孔４の底面４ｃに押し付けられることになる。

つまり、本実施形態の光コネクタモジュール１においては、光ファイバ２の先端面２ｃが挿入孔４の底面４ｃから離間する虞があるのは光コネクタモジュール１が使用温度範囲から外れた時だけであり、使用温度範囲内の使用では光ファイバ２の先端面２ｃと挿入孔４の底面４ｃとの間に隙間が生じる虞がない。

以下に、種々の材料を用いた光ファイバ２と位置決め部品３を組み合わせて光コネクタモジュール１を形成した実施例１〜３を説明する。

＜実施例１＞
実施例１はコア２ａに石英ガラス、クラッド２ｂにフッ化アクリレートを用いたＨＰＣＦ（Hard Plastic Clad Fiber）を光ファイバ２に用い、ポリエーテルイミドの一種であるウルテム（ＵＬＴＥＭ）（登録商標：サビック・イノベーテイブ・プラスティックス・アイピー・ベー・ベー社）を位置決め部品３に用いて、光コネクタモジュール１を形成した場合である。本実施例で用いた石英ガラス、フッ化アクリレート、ウルテムの線膨張係数（／℃）はそれぞれ、５×１０^−７、２×１０^−４、５×１０^−５である。

実施例１に係る光ファイバ２は石英ガラスとフッ化アクリレートの２種類の材料から構成されているので、光ファイバ２の断面積に占める各々の割合を考慮して光ファイバ２全体の線膨張係数を求めることができる。本実施例で用いる光ファイバ２のコア２ａの半径は１００μｍ、クラッド２ｂの半径は１１５μｍなので、光ファイバ２全体の線膨張係数は以下の式により５×１０^−６（／℃）と求めることができる。
π（１００）^２／π（１１５）^２×５×１０^−７＋｛π（１１５）^２―π（１００）^２｝／π（１１５）^２×２×１０^−４＝５×１０^−６
本実施例では、位置決め部品３の線膨張係数（５×１０^−５）は光ファイバ２全体の線膨張係数（５×１０^−６）よりも大きいので、使用温度範囲の上限値（８５℃）よりも高温の９０℃に位置決め部品３を加熱した状態で、光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底面４ｃに当接させて固定する。

＜実施例２＞
実施例２はコア２ａにゲルマニウム含有石英、クラッド２ｂに石英を用いたＡＧＦ（All Glass Fiber）を光ファイバ２として用い、テラリンク（登録商標：住友電工ファインポリマー株式会社）を位置決め部品３に用いて、光コネクタモジュール１を形成した場合である。

なお、テラリンクとは特開２００８−８８３０３号公報に開示される透明で耐熱性に優れた樹脂であり、透明ポリアミド、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート及びアイオノマー樹脂からなる群より選ばれる１種又は２種以上の架橋性の熱可塑性樹脂である。このテラリンクの線膨張係数（／℃）は９×１０^−５である。

上記ＡＧＦを用いた光ファイバ２の線膨張係数は、コア２ａ、クラッド２ｂともに５×１０^−７であることから、５×１０^−７（／℃）となる。
実施例２においても位置決め部品３の線膨張係数（９×１０^−５）は光ファイバ２の線膨張係数（５×１０^−７）よりも大きいので、使用温度範囲の上限値（８５℃）よりも高温の９０℃に位置決め部品３を加熱した状態で光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底４ｃに当接させて固定する。

＜実施例３＞
実施例３は光ファイバ２としてコア２ａにポリメタクリレート、クラッド２ｂにフッ素系ポリマーであるフッ化アクリレートを用いたＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）を用い、ウルテム（線膨張係数：５×１０^−５）を位置決め部品３に用いて、光コネクタモジュール１を形成した場合である。

なお、光ファイバ２のポリメタクリレートの線膨張係数は７×１０^−５、フッ化アクリレートの線膨張係数は２×１０^−４、コア２ａの半径は０．４９ｍｍ、クラッド２ｂの半径は０．５０ｍｍなので上述の実施例１と同様に光ファイバ２全体の線膨張係数は以下の式より８×１０^−５と求めることができる。
π（０．４９）^２／π（０．５０）^２×７×１０^−５＋｛π（０．５０）^２―π（０．４９）^２｝／π（０．５０）^２×２×１０^−４＝８×１０^−５

本実施例では、位置決め部品３の線膨張係数（５×１０^−５）は光ファイバ２の線膨張係数（８×１０^−５）よりも小さいので、使用温度範囲の下限値（−４０℃）よりも低温の−４５℃に位置決め部品３を冷却した状態で光ファイバ２の先端面２ｃを挿入孔４の底面４ｃに当接させて固定する。

なお、以上の実施形態においては、挿入凹部４は円柱状の孔として説明したが、他の形態であってもよい。例えば、位置決め部品３を合わせ面を有するベース部材とベース部材の合わせ面を覆うカバー部材とで構成し、挿入凹部４を合わせ面に形成された断面Ｖ字状の溝として形成してもよい。

１ 光コネクタモジュール
２ 光ファイバ
３ 位置決め部品
４ 挿入孔（固定部）
５ レンズ
６ 径方向延出凹部

Claims (2)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバが固定され前記光ファイバの先端面が当接する底面を備える固定部と、前記底面に対向するように設けられたレンズとを備えた位置決め部品とを有する光コネクタモジュールであって、
   前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも大きい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の上限よりも高い温度で前記光ファイバの前記先端面が前記固定部の前記底面に当接されて固定され、
   前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも小さい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の下限よりも低い温度で前記光ファイバの前記先端面が前記固定部の前記底面に当接されて固定されていることを特徴とする光コネクタモジュール。
2. 光ファイバと、
   前記光ファイバが固定され前記光ファイバの先端面が当接する底面を備える固定部と、前記底面に対向するように設けられたレンズとを備えた位置決め部品とを有する光コネクタモジュールの製造方法であって、
   前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも大きい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の上限よりも高温で前記光ファイバの前記先端面を前記固定部の前記底面に固定する工程、又は、
   前記位置決め部品の線膨張係数が前記光ファイバの線膨張係数よりも小さい場合は、前記光コネクタモジュールの使用温度範囲の下限よりも低温で前記光ファイバの前記先端面を前記固定部の前記底面に固定する工程を有することを特徴とする光コネクタモジュールの製造方法。

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