JP2015102701A - 光素子モジュール及び光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー耐熱性を確保しつつシールド機能も確保することが可能な、また、形状の自由度も高めることが可能な、光素子モジュール及び光コネクタを提供する。【解決手段】光素子モジュール１は、光素子２及びリードフレーム４、５を設けた状態の樹脂土台３に対し、レンズ６を設けた状態の金属ホルダ７を取り付けることによりなる。金属ホルダ７は、一枚の金属板をプレス加工してなる。また、金属ホルダ７は、レンズ保持部１８とフェルール係合部１９と土台係合部２０と接地部２１、２２とを有する一部品である。金属ホルダ７は、この接地部２１、２２をリードフレーム４、５に接続しつつ樹脂土台３に取り付けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、光素子を含んでなる光素子モジュールと、この光素子モジュールを用いて光結合を行う光コネクタとに関する。

光通信を行うために、従来より光素子モジュールが用いられる。下記特許文献１には、光素子モジュールについての技術が開示される。ここで図４を参照しながら簡単に説明をすると、光素子モジュール１０１は、光素子を内蔵する光素子パッケージ１０２を備え、この光素子パッケージ１０２と光ファイバ１０３とを光学的に結合して光通信を行う。光素子パッケージ１０２と光ファイバ１０３との光学的な結合は、そのままでは困難であることから、これらの間に設けられる部材として、樹脂ホルダ１０４が光素子モジュール１０１の一構成部材として用いられる。以下、上記の各構成について簡単に説明をする。

光素子パッケージ１０２は、金属キャップ１０５と、金属土台１０６と、これらの内部に収容される図示しない光素子と、複数本のリードフレーム１０７とを備えて構成される。金属キャップ１０５は、円形の容器状に形成され、円形の開口部分を覆うように金属土台１０６が取り付けられる。リードフレーム１０７は、金属土台１０６から真っ直ぐ突出するピン状に形成される。尚、リードフレーム１０７は導電性を有し、金属土台１０６に対しては絶縁される。

樹脂ホルダ１０４は、光透過性を有する樹脂材料の成形品であって、フェルール係合部１０８と、レンズ１０９と、光透過部１１０と、パッケージ保持部１１１とを一体化した一部品として形成される。フェルール係合部１０８は、円筒形状であって、光ファイバ１０３の端末に設けられたフェルール１１２を挿通する部分として形成される。レンズ１０９は、凸レンズ状に形成される。光透過部１１０は、レンズ１０９とフェルール係合部１０８との間に配置され、光信号が透過する部分として形成される。パッケージ保持部１１１は、光素子パッケージ１０２の金属キャップ１０５を保持する部分として形成される。パッケージ保持部１１１は、金属キャップ１０５の形状に合わせて円筒形状に形成される。

上記構成及び構造において、樹脂ホルダ１０４のパッケージ保持部１１１に光素子パッケージ１０２の金属キャップ１０５が差し込まれて保持されると、図示しない光素子とレンズ１０９とが対向した状態に配置される。また、樹脂ホルダ１０４のフェルール係合部１０８にフェルール１１２が挿通されると、光素子の光軸上に光ファイバ１０３が配置される。

特開２００４−２３９９９７号公報

光素子の光軸上に光ファイバ１０３を配置して光結合を行うには、樹脂ホルダ１０４を高精度に樹脂成形して用いる必要があった。しかしながら、熱可塑系の透明樹脂で、尚かつこの樹脂を用いた構造物がリフロー耐熱（例えば２６０度前後）で数μｍの高精度を併せ持つような透明樹脂の材料を採用することは困難であった。尚、公知の熱硬化樹脂は耐熱性があるものの、数μｍという高精度の成形は困難であると言える。また、フェルール１１２の傾きを生じさせないためとして、フェルール係合部１０８を数ｍｍ以上の長さでテーパなしに成形することも困難であると言える。

この他、上記従来技術にあっては、レンズ１０９を変更したり、レンズ１０９の位置を変更したりする必要がある場合、樹脂ホルダ１０４全体も変更しなければならなかった。すなわち、変更に対して柔軟に対応する自由度を持ち合わせてはいなかった。さらに、上記従来技術にあっては、光素子パッケージ１０２だけシールド機能を有し、もう少し広範囲に電磁シールド対策を施す必要がある場合は、別部材を追加するしかなかった。

尚、自動車等の移動体において光通信を行う場合、一般的に光コネクタが採用されるが、本願発明者は、光ファイバ１０３の端末（フェルール１１２の先端に露出する光ファイバ１０３の端面）がコネクタハウジングから突出しないようにする必要があると考えている。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、リフロー耐熱性を確保しつつシールド機能も確保することが可能な、また、形状の自由度も高めることが可能な、光素子モジュール及び光コネクタを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明の光素子モジュールは、絶縁性の樹脂土台と、該樹脂土台側に設けられる光素子と、前記樹脂土台に設けられる導電性のリードフレームと、前記光素子の光軸上に配置されるレンズと、該レンズが固定される導電性の金属ホルダとを含んで構成され、該金属ホルダは一枚の金属板をプレス加工することにより形成され、且つ前記レンズに対するレンズ保持部を有するとともに、前記光軸に沿って前記レンズ保持部の一方に光結合相手側のフェルールに対するフェルール係合部を有し、且つ前記レンズ保持部の他方に前記樹脂土台に対する土台係合部を有するとともに、該土台係合部に前記リードフレームに接続される接地部を有することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の光素子モジュールにおいて、前記プレス加工にて凹みを生じさせることにより前記レンズ保持部を形成することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の光素子モジュールにおいて、前記フェルールを圧入にて係合可能に前記フェルール係合部を形成することを特徴とする。

また、上記課題を解決するためになされた請求項４に記載の本発明の光コネクタは、第一光コネクタと第二光コネクタとからなる光コネクタであって、前記第一光コネクタは、請求項１、２又は３に記載の光素子モジュールと、第一コネクタハウジングとを含んで構成され、該第一コネクタハウジングは、前記光素子モジュールの組み付け先となる収容部と、前記第二光コネクタの第二コネクタハウジングが嵌合する第一コネクタ嵌合部とを有し、該第一コネクタ嵌合部の内部には、前記光素子モジュールの金属ホルダにおけるフェルール係合部を配置し、前記第二光コネクタは、光ファイバ端末に設けられたフェルールと、前記第二コネクタハウジングとを含んで構成され、該第二コネクタハウジングは前記第一コネクタハウジングが嵌合する第二コネクタ嵌合部を有し、該第二コネクタ嵌合部の内部には、前記フェルールを配置することを特徴とする。

請求項１に記載された本発明によれば、光素子モジュールの構成として金属ホルダを含み、この金属ホルダは一枚の金属板をプレス加工してなるとともに、レンズ保持部とフェルール係合部と土台係合部と接地部とを有する一部品であることから、リフロー耐熱性を確保しつつシールド機能も確保し、さらには形状の自由度も確保することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、金属ホルダは上記の如く一部品に形成されることから、光素子モジュールの部品点数増大につながることがなく、結果、コスト低減を図ることができるという効果も奏する。さらに、本発明によれば、金属ホルダは上記の如く一部品に形成されることから、光学的な結合に係り、位置ズレ要因を低減することができ、結果、信頼性の向上を図ることができるという効果も奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、レンズ保持部はプレス加工にて凹みを生じさせる構造であることから、凹みを調整することで、レンズの大きさの変更や、レンズの配置の変更をすることができる。従って、形状の自由度を高めることができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、フェルール係合部に対しフェルールを圧入にて係合させることから、フェルールをガタ付きなく保持することや、フェルールの位置決めをすることができるという効果を奏する。

請求項４に記載された本発明によれば、請求項１、２又は３に記載の光素子モジュールを構成に含むとともに、光ファイバの端末（フェルールの先端に露出する光ファイバの端面）をハウジングから突出させない構造の光コネクタであることから、光素子モジュールに係る上記効果を奏するのは勿論のこと、光ファイバの端末を保護して結合損失の低減を図ることができるという効果も奏する。

本発明の光素子モジュールの構成及び構造を示す断面図である。 本発明の光素子モジュールの構成及び構造を示す分解斜視図である。 本発明の光コネクタの構成及び構造を示す断面図である。 従来例の光素子モジュールの構成及び構造を示す断面図である。

光素子モジュールは、樹脂土台と金属ホルダとを備えて構成される。樹脂土台は、光素子とリードフレームとを設けてなる。また、金属ホルダは、レンズを設けてなる。光素子とリードフレームとを設けた状態の樹脂土台に対し、レンズを設けた状態の金属ホルダを取り付けると、光素子モジュールが完成する。

金属ホルダは、一枚の金属板をプレス加工してなり、レンズ保持部とフェルール係合部と土台係合部と接地部とを有する一部品である。金属ホルダは、この接地部をリードフレームに接続しつつ樹脂土台に取り付けられる。

光コネクタは、光結合を行うための第一光コネクタと第二光コネクタとからなり、第一光コネクタは、上記光素子モジュールと、第一ハウジングとを含んで構成される。第一ハウジングは、第一嵌合部を有し、この第一嵌合部の内部に光素子モジュールの金属ホルダにおけるフェルール係合部が配置される。一方、第二光コネクタは、光ファイバ端末に設けられたフェルールと、第二ハウジングとを含んで構成される。第二ハウジングは、第二嵌合部を有し、この第二嵌合部の内部にフェルールが配置される。

フェルールは、第二ハウジングから外に突出しない配置であり、フェルール先端に露出する光ファイバ端面が外部から保護される。

以下、図面を参照しながら実施例１を説明する。図１は本発明の光素子モジュールの構成及び構造を示す断面図であり、図２は分解斜視図である。

図１及び図２において、引用符号１は光通信に用いられる光コネクタ（図３を参照しながら後述する）の一構成部材である光素子モジュールを示す。光素子モジュール１は、光素子２と、この光素子２が設けられる絶縁性の樹脂土台３と、樹脂土台３に設けられる導電性のリードフレーム４、５と、光素子２の光軸上に配置されるレンズ６と、このレンズ６が固定される導電性の金属ホルダ７とを含んで構成される。

光素子２は、発光素子及び受光素子を総称するものであって、本発明では発光素子及び受光素子のいずれかが採用されるものとする。ここでは、発光素子が採用され、これを例に挙げて説明をするものとする。発光素子としては、ＬＥＤやＶＣＳＥＬが一般的である。本実施例においては、伝送速度の高速化を図るためにＶＣＳＥＬが採用される。発光素子から出射される光（光信号）は、図示しない回路基板からの電気信号を変換することにより生成される。尚、受光素子が採用される場合は、受光素子としてＰＤが一般的である。

図中の矢印Ｐは前後方向を示すものとする。また、矢印Ｑは上下方向を示すものとする。さらに、矢印Ｒは左右方向を示すものとする。尚、便宜上、方向を定義するものであって、ここでの方向に限定されないものとする。上記のような方向の定義により、光素子２の光軸は、前後方向である矢印Ｐに沿うようになる。

樹脂土台３は、前面８、後面９、上面１０、下面１１、左側面１２、及び右側面１３を有して例えば矩形のブロック形状に形成される（尚、下面１１は、図示しない回路基板に近い面であるものとする）。このような樹脂土台３には、前面８を凹ませて凹部１４が形成される。凹部１４は、光素子２及び図示しない電子部品等の収容部として形成される。凹部１４の底１５には、少なくともリードフレーム４の一部が露出する。

リードフレーム４は、樹脂土台３の下面１１から脚状の部分が下方へ真っ直ぐにのびる形状に形成される。脚状の部分は、図示しない回路基板に電気的に接続固定される。一方、リードフレーム５は、樹脂土台３の上面１０から突出するように形成される。リードフレーム５は短く突出する片状の部分に形成される。これらリードフレーム４、５は、樹脂土台３に対しインサート成形される。

複数本のリードフレーム４のうちグランド用のものは、図示しない回路基板のグランドに接続される。また、リードフレーム５も直接又は間接的に回路基板のグランドに接続される（リードフレーム５は、別な筐体等のグランドに接続されてもよいものとする）。グランドに接続されるリードフレーム４、５に関し、所定位置には、後述する溶接を施す面が形成される（溶接面の符号は省略するものとする）。

レンズ６は、光透過性を有し且つレンズ機能を有する光学部品であって、例えばボールレンズ１６が採用される（ボールレンズ１６に限らず、この他の非球面レンズをレンズ６として採用してもよいものとする）。レンズ６は、金属ホルダ７にて所定位置に保持される。レンズ６は、光素子２から出射される光を、光素子２の光軸に沿ってコリメートすることができるように配置される。レンズ６のサイズは、適宜選定されるものとする。

金属ホルダ７は、導電性を有する一枚の金属板をプレス加工することにより形成される。具体的には、絞り加工をすることにより図示のような筒状部分１７を有する金属ホルダ７が一部品で形成される。

金属ホルダ７は、筒状部分１７の基端側にレンズ保持部１８を有する。また、金属ホルダ７は、光素子２の上記光軸に沿ってレンズ保持部１８の一方にフェルール係合部１９を有する。さらに、金属ホルダ７は、光軸に沿ってレンズ保持部１８の他方に土台係合部２０を有する。土台係合部２０には、接地部２１、２２が連成される。

レンズ保持部１８は、レンズ６に対する保持部分として形成される。レンズ保持部１８は、筒状部分１７を内側に凹ませて形成される。本実施例においては、筒状部分１７を一周凹ませて形成される。レンズ保持部１８は、この凹み量を調整することにより、レンズ６の大きさの変更や、レンズ６の配置の変更をすることができる。

尚、筒状部分１７を凹ませずにレンズ６を保持してもよいものとする。一例としては、インサート成形によりレンズ６を筒状部分１７の所定位置に保持することが挙げられる。

フェルール係合部１９は、後述するフェルールを圧入にて係合させる部分（フェルールを挿入する部分）として形成される。フェルール係合部１９は、本実施例において、筒状部分１７からレンズ保持部１８を除いた部分が相当する。フェルール係合部１９は、フェルールを圧入にて係合させることから、フェルールをガタ付きなく保持することや、フェルールの位置決めをすることができる。

土台係合部２０は、樹脂土台３の前面８に係合するような部分として、言い換えれば凹部１４を覆うような部分として形成される。土台係合部２０は、矩形平板状に形成される。また、略中央には、筒状部分１７が連成される。筒状部分１７の連成部分には、貫通孔２３が形成される。この貫通孔２３は、光素子２からの出射光が通過できるように形成される。貫通孔２３からは、レンズ６を臨むことができる。

接地部２１、２２は、金属ホルダ７を上記グランドに接続する部分として形成される。接地部２１、２２は、Ｌ字となる脚状の形状であって、土台係合部２０の上縁及び下縁に連続するように配置形成される。接地部２１、２２は、特に符号を付さないが溶接面を有する。この溶接面は、対応するリードフレーム４、５の上記溶接面に溶接（例えばレーザー溶接など）される。

尚、接地部２１、２２とリードフレーム４、５とを溶接するにあたり、これら接地部２１、２２とリードフレーム４、５とが異種金属であっても特に問題ないものとする。

金属ホルダ７は、導電性を有する金属製の部材であることから、また、グランドに接続されることから、この全体がシールド部材としての機能を有する。

上記構成及び構造において、接地部２１、２２とリードフレーム４、５とを溶接することにより、金属ホルダ７が樹脂土台３に一体化する。この時、凹部１４が土台係合部２０により覆われ、光素子２の光軸上にレンズ６が配置される。また、この光軸に沿ってフェルール係合部１９が突出する。以上により光素子モジュール１の組み立てが完了する。

光素子モジュール１は、この構成として金属ホルダ７を含み、金属ホルダ７は一枚の金属板をプレス加工してなるとともに、レンズ保持部１８とフェルール係合部１９と土台係合部２０と接地部２１、２２とを有する一部品であることから、リフロー耐熱性を確保しつつシールド機能も確保することができる。さらには、樹脂土台３の形状に合わせて土台係合部２０を形成すればよく、結果、形状の自由度も確保することができる。

また、光素子モジュール１は、金属ホルダ７が上記の如く一部品に形成されることから、光素子モジュール１の部品点数増大につながることはなく、結果、コスト低減を図ることもできる。さらに、光素子モジュール１は、金属ホルダ７が上記の如く一部品に形成されることから、光学的な結合に係り、位置ズレ要因を低減することもできる。従って、信頼性の向上を図ることもできる。

図３は、本発明の光コネクタ３１の構成及び構造を示す断面図である。図３から分かるように、光コネクタ３１は、光素子モジュール１を含んで構成される。もう少し詳しく以下に説明をする。

光コネクタ３１は、第一光コネクタ３２と第二光コネクタ３３とからなり、これらがコネクタ嵌合することにより光学的な結合が完了する。第一光コネクタ３２は、図示しない回路基板に実装されるレセプタクルタイプの光コネクタ（ピッグテールタイプの光コネクタも含む）である。また、第二光コネクタ３３は、光ファイバ３４の端末に設けられるプラグタイプの光コネクタである。光コネクタ３１は、例えば自動車等の移動体に採用される車載用の光コネクタである。

第一光コネクタ３２は、光素子モジュール１と、第一コネクタハウジング３５と、ハウジングキャップ３６とを備えて構成される。第一光コネクタ３２は、光素子モジュール１がシールド機能を有することから、別部材で例えばシールドケースのようなものを必要としない光コネクタになる。

第一コネクタハウジング３５は、光素子モジュール１の組み付け先となる収容部３７と、第二光コネクタ３３の後述する第二コネクタハウジング４２が嵌合する第一コネクタ嵌合部３８と、これらの間に設けられる中間壁３９とを有する。中間壁３９には、光素子モジュール１の筒状部分１７を挿通することが可能な貫通穴部４０が形成される。

ハウジングキャップ３６は、収容部３７に収容された光素子モジュール１を覆って保持することができるように形成される。

収容部３７に光素子モジュール１が収容されると、光素子モジュール１は、この筒状部分１７のフェルール係合部１９が第一コネクタ嵌合部３８の内部に配置される。すなわち、フェルール係合部１９は第一コネクタ嵌合部３８から突出しない状態に配置され、外部から保護される。

一方、第二光コネクタ３３は、光ファイバ３４の端末に設けられたフェルール４１と、このフェルール４１を収容する第二コネクタハウジング４２とを備えて構成される。第二コネクタハウジング４２には、第一コネクタ嵌合部３８と嵌合する第二コネクタ嵌合部４３が形成される。フェルール４１は、第二コネクタ嵌合部４３の内部に配置される。すなわち、フェルール４１は第二コネクタ嵌合部４３から突出しない状態に配置され、外部から保護される。

第一光コネクタ３２と第二光コネクタ３３とが図３に示す如くコネクタ嵌合すると、この時、フェルール係合部１９にフェルール４１が圧入状態で挿入され、フェルール４１の先端に露出する光ファイバ３４の端面がレンズ６に対向する。この反対側では光素子２がレンズ６に対向することから、コネクタ嵌合により、光素子２の光軸上にレンズ６及び光ファイバ３４が並ぶことになる。従って、光学的に結合可能な状態が形成される。

上記構成及び構造において、フェルール４１が第二コネクタ嵌合部４３から突出しない状態に配置されることから、光ファイバ３４の端面を外部から保護して、結果、結合損失の低減を図ることができる。また、フェルール係合部１９も第一コネクタ嵌合部３８から突出しない状態に配置されることから、例えば外力により変形することがなく、結果、フェルール４１の挿入時における、こじりを防止することができる。こじり防止に寄与することから、結果、結合損失の低減を図ることもできる。

本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

１…光素子モジュール、 ２…光素子、 ３…樹脂土台、 ４、５…リードフレーム、 ６…レンズ、 ７…金属ホルダ、 ８…前面、 ９…後面、 １０…上面、 １１…下面、 １２…左側面、 １３…右側面、 １４…凹部、 １５…底、 １６…ボールレンズ、 １７…筒状部分、 １８…レンズ保持部、 １９…フェルール係合部、 ２０…土台係合部、 ２１、２２…接地部、 ２３…貫通孔、 ３１…光コネクタ、 ３２…第一光コネクタ、 ３３…第二光コネクタ、 ３４…光ファイバ、 ３５…第一コネクタハウジング、 ３６…ハウジングキャップ、 ３７…収容部、 ３８…第一コネクタ嵌合部、 ３９…中間壁、 ４０…貫通穴部、 ４１…フェルール、 ４２…第二コネクタハウジング、 ４３…第二コネクタ嵌合部

Claims (4)

1. 絶縁性の樹脂土台と、該樹脂土台側に設けられる光素子と、前記樹脂土台に設けられる導電性のリードフレームと、前記光素子の光軸上に配置されるレンズと、該レンズが固定される導電性の金属ホルダとを含んで構成され、
   該金属ホルダは一枚の金属板をプレス加工することにより形成され、且つ前記レンズに対するレンズ保持部を有するとともに、前記光軸に沿って前記レンズ保持部の一方に光結合相手側のフェルールに対するフェルール係合部を有し、且つ前記レンズ保持部の他方に前記樹脂土台に対する土台係合部を有するとともに、該土台係合部に前記リードフレームに接続される接地部を有する
   ことを特徴とする光素子モジュール。
2. 請求項１に記載の光素子モジュールにおいて、
   前記プレス加工にて凹みを生じさせることにより前記レンズ保持部を形成する
   ことを特徴とする光素子モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の光素子モジュールにおいて、
   前記フェルールを圧入にて係合可能に前記フェルール係合部を形成する
   ことを特徴とする光素子モジュール。
4. 第一光コネクタと第二光コネクタとからなる光コネクタであって、
   前記第一光コネクタは、
   請求項１、２又は３に記載の光素子モジュールと、第一コネクタハウジングとを含んで構成され、
   該第一コネクタハウジングは、前記光素子モジュールの組み付け先となる収容部と、前記第二光コネクタの第二コネクタハウジングが嵌合する第一コネクタ嵌合部とを有し、
   該第一コネクタ嵌合部の内部には、前記光素子モジュールの金属ホルダにおけるフェルール係合部を配置し、
   前記第二光コネクタは、
   光ファイバ端末に設けられたフェルールと、前記第二コネクタハウジングとを含んで構成され、
   該第二コネクタハウジングは前記第一コネクタハウジングが嵌合する第二コネクタ嵌合部を有し、
   該第二コネクタ嵌合部の内部には、前記フェルールを配置する
   ことを特徴とする光コネクタ。

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