JP2014160172A - 光コネクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方のフェルールから他方のフェルールに向けて平行光が出射される光コネクタ装置において、両フェルール間の空間に水等が浸入した場合の結合損失の増加を低減すること。
【解決手段】対向して配置される出射側フェルール２および入射側フェルール３を備え、出射側フェルール２に固定される光出射部材２ｆと入射側フェルール３に固定される光入射部材３ｆを光学的に接続する光コネクタ装置１であって、出射側フェルール２は、光出射部材２ｆから出射された光を平行光化するコリメートレンズ２１１、および当該平行光が出射する光軸に直交した平坦な光出射面２２２を有し、入射側フェルール３は、光出射面２２２から出射した平行光が入射する光軸に直交した平坦な光入射面３２２、および当該入射した平行光を光入射部材３ｆに集光する集光レンズ３２１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズを有するフェルールが対向して配置される光コネクタ装置に関する。

下記特許文献１には、光ファイバが固定されたフェルールの先端側にレンズが設けられた構成が開示されている。

このようなフェルールを対向して配置することにより、光ファイバ同士を光学的に接続する光コネクタ装置が知られている。図２（ａ）に示すこの種の光コネクタ装置９では、一方のフェルール９１に固定された出射側光ファイバ９１ｆから出射された光が、当該フェルール９１のコリメートレンズ９１１によって平行化される。平行光は両フェルール間の空間Ｓを進行し、他方のフェルール９２に入射する。他方のフェルール９２には、入射する平行光を他方のフェルール９２に固定された入射側光ファイバ９２ｆに入射させる集光レンズ９２１が設けられる。

特開２００５−９２１２０号公報

この種の光コネクタ装置では、図２（ｂ）に示すように両フェルール間の空間Ｓに水や油が浸入した場合、一方のフェルール９１（コリメートレンズ９２１）と空間Ｓとの界面における屈折角度が変化し、出射される光が平行光とならず、結合損失が大きくなってしまうという問題があった。特に、温度や湿度変化が大きく、結露が発生しやすい環境下で使用される自動車内の光通信用光コネクタ装置では、かかる問題を解決することが重要である。

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、一方のフェルールから他方のフェルールに向けて平行光が出射される光コネクタ装置において、両フェルール間の空間に水等が浸入した場合の結合損失の増加を低減することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる光コネクタ装置は、対向して配置される出射側フェルールおよび入射側フェルールを備え、前記出射側フェルールに固定される光出射部材と前記入射側フェルールに固定される光入射部材を光学的に接続する光コネクタ装置であって、前記出射側フェルールは、前記光出射部材から出射された光を平行光化するコリメートレンズ、および当該平行光が出射する光軸に直交した平坦な光出射面を有し、前記入射側フェルールは、前記光出射面から出射した平行光が入射する光軸に直交した平坦な光入射面、および当該入射した平行光を前記光入射部材に集光する集光レンズを有することを特徴とする。

前記出射側フェルールは、前記光出射部材が固定される光出射部材固定部と、当該光出射部材固定部とは異なる屈折率の材料からなる、前記コリメートレンズおよび前記光出射面が形成された光出射部と、を有し、前記入射側フェルールは、
前記光入射部材が固定される光入射部材固定部と、前記光入射部材固定部とは異なる屈折率の材料からなる、前記集光レンズおよび前記光入射面が形成された光入射部と、を有するとよい。

前記出射側フェルールと前記入射側フェルールは、同じ構造であるとよい。

本発明にかかる光コネクタ装置は、光出射部材から出射された光がコリメートレンズによって平行化された後、平坦な光出射面より出射され、入射側フェルールの平坦な光入射面より入射して集光レンズによって集光される構成である。つまり、平行光が光軸に直交する平坦な光出射面より出射され、両フェルール間の空間を進行し、光軸に直交する平坦な光入射面より入射する構成であるから、光出射面（出射側フェルールと空間の界面）や、光入射面（空間と入射側フェルールの界面）で光線が屈折しない。つまり、両フェルール間に水や油などの空気以外の物質が存在することによる結合損失の増加を低減することができる。

上記出射側フェルールおよび入射側フェルールは、光学部材が固定される光学部材固定部と、レンズおよび光出射面または光入射面が形成される部材とによって構成されるものとすることができる。また、両フェルールを全く同じ構造とすることもでき、コスト削減に資する。

本発明の一実施形態にかかる光コネクタ装置の断面を模式的に示した図（図を分かりやすくするためハッチングは省略してある）であり、図１（ａ）は両フェルール間の空間に空気が存在する状態を、図１（ｂ）は両フェルール間の空間に空気以外の物質（水や油等）が存在する状態を示している。 従来の光コネクタ装置の断面を模式的に示した図（図を分かりやすくするためハッチングは省略してある）であり、図２（ａ）は両フェルール間の空間に空気が存在する状態を、図２（ｂ）は両フェルール間の空間に空気以外の物質（水や油等）が存在する状態を示している。

以下、本発明の一実施形態にかかる光コネクタ装置１について図１を参照しつつ説明する。本実施形態にかかる光コネクタ装置１は、光信号（レーザ光）を伝達する光ファイバ同士を光学的に接続するものである。光コネクタ装置１は、出射側フェルール２および入射側フェルール３を備える。

出射側フェルール２は、出射側（通信経路の上流側）光ファイバ２ｆ（本発明における光出射部材に相当する）が固定されるものである。出射側フェルール２は、光出射部材固定部２１および光出射部２２を有する。光出射部材固定部２１および光出射部２２は信号を伝搬する光（レーザ光）を透過する材料で形成されており、光出射部材固定部２１を構成する材料と光出射部２２を構成する材料の屈折率は異なる。光出射部材固定部２１には、出射側光ファイバ２ｆ（少なくとも信号伝送部（いわゆるコア）を含む）が固定される。出射側光ファイバ２ｆは、その光軸（軸線）が後述するコリメートレンズ２２１の光軸と一致する（光軸Ｘ）ように固定される。光出射部２２には、コリメートレンズ２２１および光出射面２２２が形成される。光出射部２２における出射側光ファイバ２ｆ側にコリメートレンズ２２１が形成され、その反対側に光出射面２２２が形成される。コリメートレンズ２２１は、光出射部材固定部２１に向かって凸となる凸レンズである。このコリメートレンズ２２１の光軸は出射側光ファイバ２ｆ側の光軸と一致する（光軸Ｘ）。光出射面２２２は、光軸Ｘに直交する平坦な面である。

入射側フェルール３は、入射側（通信経路の下流側）光ファイバ３ｆ（本発明における光入射部材に相当する）が固定されるものである。入射側フェルール３は、光入射部材固定部３１および光入射部３２を有する。光入射部材固定部３１および光入射部３２は信号を伝搬する光（レーザ光）を透過する材料で形成されており、光入射部材固定部３１を構成する材料と光入射部３２を構成する材料の屈折率は異なる。光入射部材固定部３１には、入射側光ファイバ３ｆ（少なくとも信号伝送部（いわゆるコア）を含む）が固定される。入射側光ファイバ３ｆは、その光軸（軸線）が後述する集光レンズ３２１の光軸と一致する（光軸Ｘ）ように固定される。光入射部３２には、集光レンズ３２１および光入射面３２２が形成される。光入射部３２における入射側光ファイバ３ｆ側に集光レンズ３２１が形成され、その反対側に光入射面３２２が形成される。集光レンズ３２１は、光入射部材固定部３１に向かって凸となる凸レンズである。この集光レンズ３２１の光軸は入射側光ファイバ３ｆ側の光軸と一致する（光軸Ｘ）。光入射面３２２は、光軸Ｘに直交する平坦な面である。

このような構成を有する入射側フェルール３と出射側フェルール２は、光出射面２２２と光入射面３２２を対向させて配置される。例えば、図１に示されるような中継コネクタ４の一方側に入射側フェルール３が接続され、中継コネクタ４の他方側に出射側フェルール２が接続されることにより両フェルールが対向する。当該状態となったとき、出射側光ファイバ２ｆ、コリメートレンズ２２１、集光レンズ３２１、および入射側光ファイバ３ｆの光軸が一致する（光軸Ｘ）。なお、中継コネクタ４と両フェルールとの接続構造は、上記のように各光学部材の光軸を一致させることができる構造であれば、どのような構造であってもよい。また、図示した中継コネクタ４（両フェルールを対向して配置するための部材）の構成は、上記のように各光学部材の光軸を一致させることができるものであればどのようなものであってもよい。

このような構成の光コネクタ装置１の作用は次の通りである。図１（ａ）に示すように、出射側光ファイバ２ｆから出射された光（レーザ光）は、所定の広がり角をもつ発散光である。当該発散光は、コリメートレンズ２２１によって平行光とされる。具体的には、コリメートレンズ２２１は、光出射部材固定部２１と光出射部２２の界面を構成するため、両部の屈折率を踏まえてレンズを通過した光が平行光となる形状に設定される。

コリメートレンズ２２１を通過して平行化された光は、出射側フェルール２の光出射部２２を透過し、光軸Ｘに対して直交する平坦な面である光出射面２２２から出射する。そして、出射側フェルール２と入射側光フェルールとの間の空間Ｓを光軸Ｘに沿って進行し、光軸Ｘに対して直交する平坦な面である入射側フェルール３の光入射面３２２より入射する。

光入射面３２２より入射した光は光入射部３２を透過し、集光レンズ３２１によって入射側光ファイバ３ｆに向かって集束する（全ての光線がコア内に進入する）集束光とされる。具体的には、集光レンズ３２１は、光入射部３２と光入射部材固定部３１の界面を構成するため、両部の屈折率を踏まえてレンズを通過した光が入射側光ファイバ３ｆに向かう集束光となる形状に設定される。集光レンズ３２１によって集束光とされた光は入射側光ファイバ３ｆ内に進入する。このようにして光信号が出射側光ファイバ２ｆから入射側光ファイバ３ｆに伝達される（出射側光ファイバ２ｆと入射側光ファイバ２ｆが光学的に接続される）。

このような構成の光コネクタ装置１において、図１（ｂ）に示すように両フェルール間の空間Ｓに水や油などが浸入した場合であっても、出射側フェルール２の光出射面２２２から出射される光は平行光である。コリメートレンズ２１１で平行化された光が光軸Ｘに直交する平坦な光出射面２２２より出射され、両フェルール間の空間Ｓを進行し、光軸Ｘに直交する平坦な光入射面３２２より入射する構成であるからである。つまり、図１（ｂ）のように両フェルール間に水や油などの空気以外の物質が存在する場合であっても、（図１（ａ）のように空気が存在する状態に比して）結合損失が大きく低下するといったことはない。したがって、本実施形態にかかる光コネクタ装置１は、結露などによって両フェルール間の空間Ｓに水が発生しやすい環境や、機械油などが浸入しやすい環境に適する。例えば、自動車内の光通信用に適する。

図１に示すように、本実施形態にかかる光コネクタ装置１は、出射側フェルール２と入射側フェルール３を同じ構造とすることが可能である。すなわち、光出射固定部と光入射固定部を同じ材料で形成される同じ形状のものとし、光出射部２２と光入射部３２を同じ材料で形成される同じ形状のものとすることが可能である。両フェルールが対向して配置された状態（中継コネクタ４に両フェルールが接続された状態）にあっては、両フェルール間の空間Ｓを二分する面を対称面として、出射側フェルール２と入射側フェルール３とが面対称となる。

本実施形態にかかる光コネクタ装置１の出射側フェルール２および入射側フェルール３は、例えば次のように製造することができる。光出射部材固定部２１と光入射部材固定部３１を光透過性材料により作成する。作成した光出射部材固定部２１と出射側光ファイバ２ｆ、光入射部材固定部３１と入射側光ファイバ３ｆを治具で位置決めする。具体的には、出射側光ファイバ２ｆとコリメートレンズ２２１、入射側光ファイバ３ｆと集光レンズ３２１の光軸が一致し、両者の間隔が所定の長さとなるように位置決めする。治具には、予め光出射部２２と光入射部３２の形状に形成された空間が形成されており、当該空間に接着性のある光透過性材料（光出射部材固定部２１と光入射部材固定部３１を構成する材料とは異なる材料）を充填する。当該充填した材料が硬化した後、治具から取り外すことで、出射側フェルール２および入射側フェルール３が得られる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態にかかる光コネクタ装置１は、出射側フェルール２に出射側光ファイバ２ｆが、入射側フェルール３に入射側光ファイバ３ｆが固定されるものであることを説明したが、信号を伝送する光を出射する部材（光出射部材）や、当該出射された光が入射する部材（光入射部材）は、光ファイバに限られない。例えば、このような光出射部材や光入射部材として、発光素子や受光素子といった素子が用いられる場合であっても本発明の技術思想は適用可能である。なお、光出射部材や光入射部材がこのような発光素子や受光素子の場合、必ず素子が直接フェルールに固定される構成としなければならないわけではない。基板などその他の部材を介して間接的にフェルールに固定される構成であってもよい。すなわち、本発明は、光出射部材や光入射部材が間接的にフェルールに固定される構成を含むものである。

１ 光コネクタ装置
２ 出射側フェルール
２１ 光出射部材固定部
２２ 光出射部
２２１ コリメートレンズ
２２２ 光出射面
２ｆ 出射側光ファイバ（光出射部材）
３ 入射側フェルール
３１ 光入射部材固定部
３２ 光入射部
３２１ 集光レンズ
３２２ 光入射面
３ｆ 入射側光ファイバ（光入射部材）
Ｘ 光軸

Claims (3)

1. 対向して配置される出射側フェルールおよび入射側フェルールを備え、前記出射側フェルールに固定される光出射部材と前記入射側フェルールに固定される光入射部材を光学的に接続する光コネクタ装置であって、
   前記出射側フェルールは、前記光出射部材から出射された光を平行光化するコリメートレンズ、および当該平行光が出射する光軸に直交した平坦な光出射面を有し、
   前記入射側フェルールは、前記光出射面から出射した平行光が入射する光軸に直交した平坦な光入射面、および当該入射した平行光を前記光入射部材に集光する集光レンズを有することを特徴とする光コネクタ装置。
2. 前記出射側フェルールは、
   前記光出射部材が固定される光出射部材固定部と、
   当該光出射部材固定部とは異なる屈折率の材料からなる、前記コリメートレンズおよび前記光出射面が形成された光出射部と、
   を有し、
   前記入射側フェルールは、
   前記光入射部材が固定される光入射部材固定部と、
   前記光入射部材固定部とは異なる屈折率の材料からなる、前記集光レンズおよび前記光入射面が形成された光入射部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光コネクタ装置。
3. 前記出射側フェルールと前記入射側フェルールは、同じ構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光コネクタ装置。

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