JP2015200789A

JP2015200789A - 光接続構造

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Publication number: JP2015200789A
Application number: JP2014079459A
Authority: JP
Inventors: 肇荒生; Hajime Arao; 知巳佐野; Tomomi Sano; 祥矢加部; Sho Yakabe; 道子春本; Michiko Harumoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: JP6446815B2; CN104977670B; CN104977670A; US20150286016A1; US9366832B2

Abstract

【課題】光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とのずれに起因する光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑制することができる光接続構造を提供する。【解決手段】光接続構造１Ａは、光導波路が設けられた基板上に配置され、光導波路６と光学的に結合された光導波路側レンズを有するレセプタクル部３と、光ファイバＦを保持し、光ファイバＦと光学的に結合された光ファイバ側レンズを有し、レセプタクル部３に対して着脱可能である光コネクタ部４とを備える。レセプタクル部３に光コネクタ部４が装着された状態において、光導波路側レンズ及び光ファイバ側レンズを介して光導波路６と光ファイバＦとが光学的に結合される。【選択図】図１

Description

本発明は、光接続構造に関するものである。

特許文献１には、ボード間の高速な信号伝送を可能にするための光伝送回路装置が開示されている。この装置では、ボードが配列される底板に、ボード間を接続する光伝送回路が設けられている。光伝送回路は、光ファイバを平行に配列したテープ状の光ファイバ束と、光ファイバ束に接続され、光ファイバ内を伝送する光の方向を変換する光分岐部と、光分岐部と接続され、ボードの光電気変換回路と接続される光接続部とを有する。光伝送回路は、光ファイバ束と光分岐部との繰り返し構造により光信号を底板の幅方向に伝搬させ、光分岐部によって光路を上方に変換することにより、ボードの光電気変換回路に光信号を伝搬させる。

特開２００６−０６７３６０号公報

例えばＨＰＣサーバ等に用いられる基板として、光導波路を有する基板（光回路プリント基板）が検討されている。基板間の光通信は、例えば光ファイバを介して行われる。光導波路と光ファイバとを相互に接続するための構造としては、例えば、基板上にレセプタクルを設置し、光ファイバの一端に設けられた光コネクタを該レセプタクルに結合させるものが考えられる。しかしながら、光コネクタとレセプタクルとは着脱のための公差を有するので、光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とが互いにずれる場合がある。このような光軸のずれは、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を引き起こす。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とのずれに起因する光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑制することができる光接続構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による光接続構造は、光導波路が設けられた基板上に配置され、光導波路と光学的に結合された光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、光ファイバを保持し、光ファイバと光学的に結合された光ファイバ側レンズを有し、レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、レセプタクル部に光コネクタ部が装着された状態において、光導波路側レンズ及び光ファイバ側レンズを介して光導波路と光ファイバとが光学的に結合される。

また、本発明による別の光接続構造は、送信用光導波路及び受信用光導波路が設けられた基板上に配置され、送信用光導波路及び受信用光導波路とそれぞれ光学的に結合された送信用光導波路側レンズ及び受信用光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、送信用光導波路に送信光を提供する発光素子と、受信用光導波路から出力される受信光を受ける受光素子と、送信用光ファイバ及び受信用光ファイバを保持し、送信用光ファイバ及び受信用光ファイバとそれぞれ光学的に結合された送信用光ファイバ側レンズ及び受信用光ファイバ側レンズを有し、レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、送信用光導波路の開口数と、受信用光導波路の開口数とが互いに等しく、送信用光ファイバの開口数と、受信用光ファイバの開口数とが互いに等しく、送信用光導波路側レンズの焦点距離と受信用光導波路側レンズの焦点距離とが互いに等しく、送信用光ファイバ側レンズの焦点距離と受信用光ファイバ側レンズの焦点距離とが互いに等しい。

本発明による光接続構造によれば、光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とのずれに起因する光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る光接続構造を備える光モジュールの構成を示す分解斜視図である。図２は、光コネクタ部を斜め下方から見た斜視図である。図３は、レセプタクル部を拡大して示す斜視図である。図４は、光モジュールの送信部の構成を模式的に示す断面図であって、図１のＹＺ平面に沿った断面を表している。図５は、光モジュールの受信部の構成を模式的に示す断面図であって、図１のＹＺ平面に沿った断面を表している。図６は、光導波路、光導波路側レンズ、光ファイバ側レンズ、及び光ファイバの光結合状態を模式的に示す図である。図７（ａ）は、光導波路側レンズ及び光ファイバ側レンズそれぞれの焦点距離の一例を説明するための図である。図７（ｂ）は、光導波路側レンズ及び光ファイバ側レンズそれぞれの焦点距離の別の例を説明するための図である。図８は、レンズ周りの光学系を表す図である。図９（ａ）は、光ファイバの光軸方向に垂直な断面における断面図である。図９（ｂ）は、光導波路の光軸方向に垂直な断面における断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本願発明による光接続構造は、光導波路が設けられた基板上に配置され、光導波路と光学的に結合された光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、光ファイバを保持し、光ファイバと光学的に結合された光ファイバ側レンズを有し、レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、レセプタクル部に光コネクタ部が装着された状態において、光導波路側レンズ及び光ファイバ側レンズを介して光導波路と光ファイバとが光学的に結合される。

この光接続構造では、光ファイバ側及び光導波路側のそれぞれにレンズが設けられ、光ファイバと光導波路とは、これらのレンズを介して互いに光結合される。例えば光ファイバ及び光導波路のうち一方の光軸がレンズの光軸からずれると、レンズを通った光の光軸が傾いてしまい、その光の光軸は光ファイバ及び光導波路のうち他方の光軸に対して大きくずれてしまう。これに対し、２つのレンズの間の光軸が相互にずれた場合には、光ファイバ及び光導波路に入射する光の光軸のずれは小さい。従って、着脱のための公差による光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とのずれが生じた場合であっても、上記の光接続構造のように、光コネクタ側とレセプタクル側との境目が２つのレンズ間に位置することによって、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑制することができる。

（２）また、光接続構造は、光ファイバ側レンズの焦点距離が、光導波路側レンズの焦点距離よりも長くてもよい。上記の光接続構造において、光導波路側レンズと光導波路との光軸調整が容易であり、光ファイバ側レンズと光ファイバとの光軸調整が難しい場合がある。そのような場合には、光ファイバ側レンズの焦点距離が、光導波路側レンズの焦点距離よりも長いとよい。焦点位置が長いほど、光軸のずれによる光結合効率への影響が小さいからである。この光接続構造によれば、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を更に抑制することができる。

（３）また、光接続構造は、光導波路に入射される光若しくは光導波路から出射される光の光軸と、光導波路側レンズの光軸とのずれが５μｍ以下であってもよい。これにより、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下をより一層抑制することができる。

（４）また、光接続構造は、光導波路側レンズの焦点距離が、光ファイバ側レンズの焦点距離よりも長くてもよい。上記の光接続構造において、光ファイバ側レンズと光ファイバとの光軸調整が容易であり、光導波路側レンズと光導波路との光軸調整が難しい場合がある。そのような場合には、光導波路側レンズの焦点距離が、光ファイバ側レンズの焦点距離よりも長いとよい。焦点位置が長いほど、光軸のずれによる光結合効率への影響が小さいからである。この光接続構造によれば、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を更に抑制することができる。

（５）本願発明による別の光接続構造は、送信用光導波路及び受信用光導波路が設けられた基板上に配置され、送信用光導波路及び受信用光導波路とそれぞれ光学的に結合された送信用光導波路側レンズ及び受信用光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、送信用光導波路に送信光を提供する発光素子と、受信用光導波路から出力される受信光を受ける受光素子と、送信用光ファイバ及び受信用光ファイバを保持し、送信用光ファイバ及び受信用光ファイバとそれぞれ光学的に結合された送信用光ファイバ側レンズ及び受信用光ファイバ側レンズを有し、レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、送信用光導波路の開口数と、受信用光導波路の開口数とが互いに等しく、送信用光ファイバの開口数と、受信用光ファイバの開口数とが互いに等しく、送信用光導波路側レンズの焦点距離と受信用光導波路側レンズの焦点距離とが互いに等しく、送信用光ファイバ側レンズの焦点距離と受信用光ファイバ側レンズの焦点距離とが互いに等しい。

上記の光接続構造では、光ファイバ側及び光導波路側のそれぞれにレンズが設けられ、光ファイバと光導波路とは、これらのレンズを介して互いに光結合される。従って、光コネクタ側とレセプタクル側との境目が２つのレンズ間に位置しているので、着脱のための公差による光コネクタ側の光軸とレセプタクル側の光軸とのずれが生じた場合であっても、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑制することができる。また、送信用光導波路及び受信用光導波路の開口数が互いに等しく、送信用光ファイバ及び受信用光ファイバの開口数が互いに等しく、送信用光導波路側レンズ及び受信用光導波路側レンズの焦点距離が互いに等しく、送信用光ファイバ側レンズ及び受信用光ファイバ側レンズの焦点距離が互いに等しいことによって、光ファイバと光導波路との間の光結合効率の低下を抑えつつ、部品の共通化を図ることができる。

（６）また、光接続構造は、受信用光導波路のコアおよび送信用光導波路のコアの断面形状は正方形であり、受信用光導波路のコアの一辺の長さが、受信用光ファイバのコアの直径と同一又は該直径よりも大きく、送信側光導波路のコアの一辺の長さの√２倍が、送信用光ファイバのコアの直径と同一又は該直径よりも小さくてもよい。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる光接続構造の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光接続構造を備える光モジュール１の構成を示す分解斜視図である。図１には、理解の容易のためＸＹＺ直交座標系が示されている。図１に示されるように、光モジュール１は、光学基板２、レセプタクル部３、及び光コネクタ部４を備える。

光学基板２は、ＸＹ平面に沿って延びる平板状の部材である。光学基板２には、光電変換素子などが実装されるとともに、該光電変換素子と光結合された平面型の複数本の光導波路６が形成されている。複数本の光導波路６は、例えば半導体基板をエッチングすることにより形成される。或いは、複数本の光導波路６は、誘電体基板上に設けられた樹脂（ポリマー）によって構成されてもよい。複数本の光導波路６は、例えばＹ方向に延在している。

レセプタクル部３及び光コネクタ部４は、本実施形態の光接続構造１Ａを構成する。レセプタクル部３は、光学基板２上に配置される。レセプタクル部３は、複数本の光導波路６とそれぞれ光学的に結合された複数の光導波路側レンズ１５を有する。光コネクタ部４は、光ファイバ群ＦＡを構成する複数本の光ファイバＦを保持するとともに、該複数本の光ファイバＦとそれぞれ光学的に結合された複数の光ファイバ側レンズ（後述）を有する。光ファイバ群ＦＡは、Ｘ軸方向に沿って延びている。光コネクタ部４は、レセプタクル部３に対して着脱可能に構成されている。この光モジュール１では、レセプタクル部３に光コネクタ部４が装着された状態において、各光導波路側レンズ１５及び各光ファイバ側レンズ（後述）を介して、各光導波路６と各光ファイバＦとが光学的に結合される。

このように、本実施形態の光モジュール１は、光学基板２に形成された光導波路６に対して光コネクタ部４の光ファイバ群ＦＡを光学的に接続する、いわゆる導波路型の接続形態をなす。そして、光ファイバ群ＦＡの他端側は別の光コネクタ部４を介して別の光学基板２に対して光学的に接続される。従って、上記の光モジュール１によれば、一の光学基板２と別の光学基板２とを光学的に接続することができる。また、この光モジュール１は、光コネクタ部４から光学基板２へ信号光を導波する受信部と、光学基板２から光コネクタ部４へ信号光を導波する送信部とを備える。なお、「送信」とは光コネクタ部４を介して信号光を光学基板２の外部に出力する形態であり、「受信」とは光コネクタ部４を介して信号光が光学基板２の外部から光学基板２に入力される形態である。

図２は、光コネクタ部４を斜め下方から見た斜視図である。図２に示されるように、光コネクタ部４は、レセプタクル部３に対面し、レセプタクル部３に対して取り付けられる取付部７を有している。取付部７には、光ファイバＦの光軸Ｃ１と交差すると共にＸ方向に延在する光入射面８と、Ｘ方向において光入射面８を挟むように形成された一対のガイド部９とが形成されている。そして、光入射面８には、光ファイバＦの光軸Ｃ１上にそれぞれ位置するように光ファイバ側レンズ１６が形成され、ガイド部９にはＺ方向に突出した円柱状のガイドピン９ａが形成されている。この光コネクタ部４は、信号光に対して透明な樹脂材料で一体成形されることが好ましい。

図３は、レセプタクル部３を拡大して示す斜視図である。図３に示されるように、レセプタクル部３は、複数の光導波路側レンズ１５を有するマイクロレンズアレイである。レセプタクル部３は、光コネクタ部４を保持可能な機械的強度を有すると共に、光コネクタ部４を光学基板２に対して固定可能な強度を確保するように光学基板２に取り付けられている。例えば、レセプタクル部３は、接着により光学基板２に対して取り付けられている。また、レセプタクル部３は、信号光に対して透明な樹脂材料で一体成形されてもよい。

レセプタクル部３は、本体部２３と、Ｘ方向において本体部２３を挟むように形成された一対のコネクタガイド部１７とを有する。コネクタガイド部１７は、ガイド穴１７ａを有する。ガイド穴１７ａは、光コネクタ部４のガイドピン９ａ（図２を参照）に対応する位置に形成されている。ガイド穴１７ａは、円柱状のガイドピン９ａが挿入可能な内径を有し、Ｘ方向においてガイドピン９ａと同じ間隔で形成されている。

本体部２３は、レセプタクル部３の基体をなし、光コネクタ部４と対面する光コネクタ取付部１８と、光学基板２と対面する光学基板取付部１９とを有する。光コネクタ取付部１８と光学基板取付部１９とは、レセプタクル部３を光学基板２に取り付けたときにＺ方向に沿って配置されるように形成されている。光コネクタ取付部１８は、光コネクタ部４の複数の光ファイバ側レンズ１６それぞれと一対一で対応して配置された複数の光導波路側レンズ１５を有する。

図４は、光モジュール１の送信部１Ｂの構成を模式的に示す断面図であって、図１のＹＺ平面に沿った断面を表している。図４に示されるように、送信部１Ｂは、光学基板２と、レセプタクル部３と、光コネクタ部４とを備える。光学基板２は、主基板２１上に形成された複数の光導波路６のうち送信用の光導波路６１（以下、送信用光導波路と称する）とを含んで構成されている。送信用光導波路６１は、光を導波するコア６１ａと、コア６１ａを覆うクラッド６１ｂとを含む。送信用光導波路６１には、２つのミラー６３，６３が形成されている。ミラー６３は、送信用光導波路６１上に配置された発光素子２２に対してＺ軸方向に配置されており、発光素子２２から提供された送信光Ｌ１を反射し、該送信光Ｌ１を送信用光導波路６１に導く。発光素子２２は、例えばＶＣＳＥＬである。

ミラー６４は、レセプタクル部３の複数の光導波路側レンズ１５のうち送信用の光導波路側レンズ１５ａ（以下、送信用光導波路側レンズと称する）に対してＺ軸方向に配置されている。送信用光導波路６１と送信用光導波路側レンズ１５ａとは、ミラー６４を介して互いに光学的に結合されている。すなわち、ミラー６４は、送信用光導波路６１を伝搬した送信光Ｌ１を反射し、該送信光Ｌ１を送信用光導波路側レンズ１５ａに導く。レセプタクル部３は、送信用光導波路６１が設けられた主基板２１上に配置されており、送信用光導波路側レンズ１５ａを有する。送信用光導波路側レンズ１５ａは、ミラー６４からの送信光Ｌ１をコリメートしつつ、光コネクタ部４に向けて出射する。光コネクタ部４の複数の光ファイバ側レンズ１６のうち送信用の光ファイバ側レンズ１６ａ（以下、送信用光ファイバ側レンズという）は、送信用光導波路側レンズ１５ａに対してＺ軸方向に配置されており、送信用光導波路側レンズ１５ａから送信光Ｌ１を受ける。送信用光ファイバ側レンズ１６ａは、送信光Ｌ１を集光しつつ、光コネクタ部４に保持される複数本の光ファイバＦのうち送信用の光ファイバＦのコアＦａに送信光Ｌ１を導く。

図５は、光モジュール１の受信部１Ｃの構成を模式的に示す断面図であって、図１のＹＺ平面に沿った断面を表している。図５に示されるように、受信部１Ｃは、送信部１Ｂと共通の光学基板２、レセプタクル部３、及び光コネクタ部４を備える。光コネクタ部４が保持する複数本の光ファイバＦのうち受信用の光ファイバＦからは、受信光Ｌ２が提供される。そして、複数の光ファイバ側レンズ１６のうち受信用の光ファイバ側レンズ１６ｂ（以下、受信用光ファイバ側レンズという）は、光ファイバＦから提供された受信光Ｌ２をコリメートしつつ、レセプタクル部３に向けて出射する。一例では、受信用の光ファイバＦのＮＡは、送信用の光ファイバＦのＮＡと等しく、受信用光ファイバ側レンズ１６ｂの焦点距離は、送信用光ファイバ側レンズ１６ａの焦点距離と等しい。

レセプタクル部３は、受信用光導波路６２が設けられた主基板２１上に配置されている。レセプタクル部３の複数の光導波路側レンズ１５のうち受信用の光導波路側レンズ１５ｂ（以下、受信用光導波路側レンズと称する）は、受信用光ファイバ側レンズ１６ｂに対してＺ軸方向に配置されている。受信用光導波路側レンズ１５ｂは、受信用光ファイバ側レンズ１６ｂから受信光Ｌ２を受け、受信光Ｌ２を集光する。一例では、受信用光導波路側レンズ１５ｂの焦点距離は、送信用光導波路側レンズ１５ａの焦点距離と等しい。

光学基板２は、主基板２１上に形成された複数の光導波路６のうち受信用の光導波路６２（以下、受信用光導波路と称する）を含んで構成されている。受信用光導波路６２は、光を導波するコア６２ａと、コア６２ａを覆うクラッド６２ｂとを含む。一例では、受信用光導波路６２の開口数（ＮＡ）は、送信用光導波路６１のＮＡと等しい。受信用光導波路６２には、２つのミラー６５，６５が形成されている。ミラー６５は、レセプタクル部３の受信用光導波路側レンズ１５ｂに対してＺ軸方向に配置されている。受信用光導波路６２と受信用光導波路側レンズ１５ｂとは、ミラー６５を介して互いに光学的に結合されている。すなわち、ミラー６５は、受信用光導波路側レンズ１５ｂからの受信光Ｌ２を反射し、該受信光Ｌ２を受信用光導波路６２に導く。ミラー６６は、受信用光導波路６２上に配置された受光素子２４に対してＺ軸方向に配置されており、受信用光導波路６２を導波された受信光Ｌ２を反射し、該受信光Ｌ２を受光素子２４に導く。受光素子２４は、受信用光導波路６２から出力される受信光Ｌ２を受ける。受光素子２４は、例えばフォトダイオードである。

以上に説明した本実施形態の光接続構造１Ａによって得られる効果について説明する。この光接続構造１Ａでは、光導波路６側及び光ファイバＦ側のそれぞれにレンズ１５，１６が設けられ、光導波路６と光ファイバＦとは、これらのレンズ１５，１６を介して互いに光結合される。ここで、図６は、光導波路６、光導波路側レンズ１５、光ファイバ側レンズ１６、及び光ファイバＦの光結合状態を模式的に示す図である。いま、図６（ａ）に示されるように、光ファイバＦの光軸Ｃ１が光ファイバ側レンズ１６の光軸Ｃｂから大きくずれた場合を考える。このとき、例えば受信側では、光ファイバ側レンズ１６から出射された受信光Ｌ２の光軸が傾いてしまう。そして、その光の光軸は光導波路６の光軸Ｃ２に対して大きくずれてしまう。なお、光導波路６の光軸が光導波路側レンズ１５の光軸から大きくずれた場合も同様であり、光導波路側レンズ１５を通った送信光Ｌ１の光軸が傾く結果、送信光Ｌ１の光軸は光ファイバＦの光軸Ｃ１に対して大きくずれてしまう。

これに対し、図６（ｂ）に示されるように、光導波路側レンズ１５の光軸Ｃａと光ファイバ側レンズ１６の光軸Ｃｂとが相互にずれた場合には、光軸の傾きが生じないので、光ファイバＦまたは光導波路６に入射する光の光軸のずれは小さくて済む。本実施形態の光接続構造１Ａでは、光導波路側レンズ１５はレセプタクル部３に設けられ、光ファイバ側レンズ１６は光コネクタ部４に設けられている。すなわち、レセプタクル部３と光コネクタ部４との境目は、光導波路側レンズ１５と光ファイバ側レンズ１６との間に位置している。従って、着脱のための公差によってレセプタクル部３側の光軸と光コネクタ部４側の光軸とのずれが生じた場合であっても、光ファイバＦと光導波路６との間の光結合効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態のように、送信用光導波路６１のＮＡと、受信用光導波路６２のＮＡとが互いに等しく、送信用の光ファイバＦのＮＡと、受信用の光ファイバＦのＮＡとが互いに等しく、送信用光導波路側レンズ１５ａの焦点距離と受信用光導波路側レンズ１５ｂの焦点距離とが互いに等しく、且つ、送信用光ファイバ側レンズ１６ａの焦点距離と受信用光ファイバ側レンズ１６ｂの焦点距離とが互いに等しくてもよい。これにより、送信用及び受信用の各光ファイバＦを共通化し、送信用光導波路側レンズ１５ａ及び受信用光導波路側レンズ１５ｂを共通化し、送信用光ファイバ側レンズ１６ａ及び受信用光ファイバ側レンズ１６ｂを共通化することができる。また、送信用光導波路６１と、受信用光導波路６２とを共通のプロセスにより形成することができる。従って、光接続構造１Ａの製造を容易にできる。

（第１変形例）
図７（ａ）は、光導波路側レンズ１５及び光ファイバ側レンズ１６それぞれの焦点距離ｆ１，ｆ２の一例を説明するための図である。図７（ａ）に示されるように、上記実施形態では、光ファイバ側レンズ１６の焦点距離ｆ２が、光導波路側レンズ１５の焦点距離ｆ１よりも長く設定されてもよい。焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２との比（ｆ１：ｆ２）は、例えば１．０：１．６である。光接続構造１Ａにおいては、光導波路側レンズ１５と光導波路６との光軸調整が容易であり、光ファイバ側レンズ１６と光ファイバＦとの光軸調整が難しい場合がある。例えば上記実施形態では、レセプタクル部３は平らな光学基板２上に載置されているので、レセプタクル部３の光導波路側レンズ１５と、光学基板２の光導波路６との光軸調整は容易である。一方、光コネクタ部４は光ファイバＦを一体的に保持しているので、光コネクタ部４の光ファイバ側レンズ１６と光ファイバＦとの光軸調整は難しい。このような場合には、図７（ａ）に示されるように、光ファイバ側レンズ１６の焦点距離ｆ２が、光導波路側レンズ１５の焦点距離ｆ１よりも長いとよい。焦点位置が長いほど、光軸のずれによる光結合効率への影響が小さいからである。本変形例によれば、光ファイバＦと光導波路６との間の光結合効率の低下を更に抑制することができる。

また、本変形例において、光導波路６から出射される送信光Ｌ１若しくは光導波路６に入射される受信光Ｌ２の光軸と、光導波路側レンズ１５の光軸とのずれは、例えば５μｍ以下であってもよい。上述したように、レセプタクル部３は平らな光学基板２上に載置されているので、レセプタクル部３の光導波路側レンズ１５と、光学基板２の光導波路６との光軸調整は容易である。従って、光軸調整の結果、例えば５μｍ以下といった極めて小さなずれに抑えることは十分に可能である。なお、光導波路側レンズ１５と光導波路６との光軸調整は、光導波路側レンズ１５の拡大画像を観察しながら行う、いわゆるアクティブ調芯によって行われることができる。これにより、光ファイバＦと光導波路６との間の光結合効率の低下をより一層抑制することができる。

（第２変形例）
図７（ｂ）は、光導波路側レンズ１５及び光ファイバ側レンズ１６それぞれの焦点距離ｆ１，ｆ２の別の例を説明するための図である。図７（ｂ）に示されるように、上記実施形態では、光導波路側レンズ１５の焦点距離ｆ１が、光ファイバ側レンズ１６の焦点距離ｆ２よりも長く設定されてもよい。光接続構造によっては、光ファイバ側レンズ１６と光ファイバＦとの光軸調整が容易であり、光導波路側レンズ１５と光導波路６との光軸調整が難しい場合も考えられる。そのような場合には、光導波路側レンズ１５の焦点距離ｆ１が、光ファイバ側レンズ１６の焦点距離ｆ２よりも長いとよい。焦点位置が長いほど、光軸のずれによる光結合効率への影響が小さいからである。本変形例によれば、光ファイバＦと光導波路６との間の光結合効率の低下を更に抑制することができる。

（実施例）
上記実施形態の一実施例として、光導波路の形状及び大きさの例について以下に説明する。図８は、或るレンズ２０１周りの光学系を表す図である。まず、このレンズ２０１の結像倍率について考える。物体の高さｈと像の高さｈ’との比β（＝ｈ’／ｈ）を結像の横倍率という。また、レンズ２０１の光軸Ｃｄ上の物点Ａを出た光線に対する物体空間における光線の角度ｕと像空間における角度ｕ’との比γ（＝ｕ’／ｕ）を角倍率という。これらの横倍率βと角倍率γとの間には、βγ＝１という関係がある（ヘルムホルツ・ラグランジュの不変式）。なお、横倍率βと角倍率γとは互いに独立ではなく、逆数の関係にある。従って、以下の関係（１）が成り立つ。

図９（ａ）は、或る光ファイバ２０２の光軸方向に垂直な断面における断面図である。図９（ａ）に示されるように、光ファイバ２０２は、コア２０２ａ及びクラッド２０２ｂを有する。コア２０２ａの断面は円形である。また、図９（ｂ）は、或る光導波路２０３の光軸方向に垂直な断面における断面図である。図９（ｂ）に示されるように、光導波路２０３は、コア２０３ａ及びクラッド２０３ｂを有する。コア２０３ａの断面は正方形である。ここで、光ファイバ２０２のコア２０２ａの直径をｄ_fとし、コア２０２ａの広がり角をθ_fとし、光導波路２０３のコア２０３ａの一辺の長さをａとし、コア２０３ａの広がり角をθ_wとする。このとき、送信側において光導波路２０３のコア２０３ａから出射された光像が光ファイバ２０２のコア２０２ａに収まるためには、これらの間に配置されたレンズの横倍率β₁について、次の数式（２）を満たすことが望まれる。

また、送信側において光導波路２０３のコア２０３ａから出射された光像が光ファイバ２０２のコア２０２ａのＮＡの範囲に入射するためには、これらの間に配置されたレンズの角倍率γ₁について、次の数式（３）を満たすことが望まれる。

また、受信側において光ファイバ２０２のコア２０２ａから出射された光像が光導波路２０３のコア２０３ａに収まるためには、これらの間に配置されたレンズの横倍率β₂について、次の数式（４）を満たすことが望まれる。

また、受信側において光ファイバ２０２のコア２０２ａから出射された光像が光導波路２０３のコア２０３ａのＮＡの範囲に入射するためには、これらの間に配置されたレンズの角倍率γ₂について、次の数式（５）を満たすことが望まれる。

ここで、横倍率の関係より、次の数式（６）が成り立つ。

また、角倍率の関係及び上記数式（１）より、次の数式（７）が成り立つ。

上の数式（６）及び（７）を鑑みると、これらの数式を同時に満たすことはできない。従って、光像がコアからはみ出すか、或いはＮＡの範囲から外れるので、結合損失をフレネル損失程度まで抑えることができない。

そこで、上記実施形態では、例えば送信用光導波路のコアの寸法を、送信側と受信側とで異ならせるとよい。すなわち、受信用光導波路６２のコア６２ａの一辺の長さをａとしたとき、送信用光導波路６１のコア６１ａの一辺の長さを

とする。このとき、前述した数式（２）は、次の数式（９）となる。

また、前述した数式（３）〜（５）は、送信用光導波路６１及び受信用光導波路６２についてもそのまま成り立つ。

従って、前述した数式（７）を考慮すると、横倍率β₁と横倍率β₂との積が１となるようにすること、すなわち送信側のレンズ１５ａ，１６ａと受信側のレンズ１５ｂ，１６ｂとを互いに共通化することにより、上記の数式（３）〜（５）及び（９）を同時に満たすことができるので、結合損失をフレネル損失程度まで抑えることができる。具体的には、β₁＝ｄ_f／ａ（＝１／β₂）、γ₁＝θ_f／θ_w（＝１／γ₂）であり、β₁＝γ₁であるので、ａ＝ｄ_f×θ_f／θ_wとなるようにコア６１ａ及び６２ａの一辺の長さが設定されるとよい。その結果、受信用光導波路６２のコア６２ａの一辺の長さａは、受信用光ファイバのコアの直径ｄ１と同一又はそれよりも大きく、送信用光導波路６１のコア６１ａの一辺の長さａ’の√２倍は、送信用光ファイバのコアの直径ｄ１と同一又はそれよりも小さいことが好ましい。

本発明による光接続構造は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では送信部及び受信部を備える光接続構造を例示したが、本発明の光接続構造はこれに限られず、例えば送信部及び受信部のうち何れか一方のみを備えるものであってもよい。

１…光モジュール、１Ａ…光接続構造、１Ｂ…送信部、１Ｃ…受信部、２…光学基板、３…レセプタクル部、４…光コネクタ部、６…光導波路、７…取付部、８…光入射面、９…ガイド部、１５…光導波路側レンズ、１５ａ…送信用光導波路側レンズ、１５ｂ…受信用光導波路側レンズ、１６…光ファイバ側レンズ、１６ａ…送信用光ファイバ側レンズ、１６ｂ…受信用光ファイバ側レンズ、１７…コネクタガイド部、１８…光コネクタ取付部、１９…光学基板取付部、２１…主基板、２２…発光素子、２３…本体部、２４…受光素子、６１…送信用光導波路、６２…受信用光導波路、６３〜６６…ミラー、Ｆ…光ファイバ、Ｆａ…コア、ＦＡ…光ファイバ群、Ｌ１…送信光、Ｌ２…受信光。

Claims

光導波路が設けられた基板上に配置され、前記光導波路と光学的に結合された光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、
光ファイバを保持し、前記光ファイバと光学的に結合された光ファイバ側レンズを有し、前記レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、
前記レセプタクル部に前記光コネクタ部が装着された状態において、前記光導波路側レンズ及び前記光ファイバ側レンズを介して前記光導波路と前記光ファイバとが光学的に結合される、光接続構造。
前記光ファイバ側レンズの焦点距離が、前記光導波路側レンズの焦点距離よりも長い、請求項１に記載の光接続構造。
前記光導波路に入射される光若しくは前記光導波路から出射される光の光軸と、前記光導波路側レンズの光軸とのずれが５μｍ以下である、請求項２に記載の光接続構造。
前記光導波路側レンズの焦点距離が、前記光ファイバ側レンズの焦点距離よりも長い、請求項１に記載の光接続構造。
送信用光導波路及び受信用光導波路が設けられた基板上に配置され、前記送信用光導波路及び前記受信用光導波路とそれぞれ光学的に結合された送信用光導波路側レンズ及び受信用光導波路側レンズを有するレセプタクル部と、
前記送信用光導波路に送信光を提供する発光素子と、
前記受信用光導波路から出力される受信光を受ける受光素子と、
送信用光ファイバ及び受信用光ファイバを保持し、前記送信用光ファイバ及び前記受信用光ファイバとそれぞれ光学的に結合された送信用光ファイバ側レンズ及び受信用光ファイバ側レンズを有し、前記レセプタクル部に対して着脱可能である光コネクタ部とを備え、
前記送信用光導波路の開口数と、前記受信用光導波路の開口数とが互いに等しく、
前記送信用光ファイバの開口数と、前記受信用光ファイバの開口数とが互いに等しく、
前記送信用光導波路側レンズの焦点距離と前記受信用光導波路側レンズの焦点距離とが互いに等しく、
前記送信用光ファイバ側レンズの焦点距離と前記受信用光ファイバ側レンズの焦点距離とが互いに等しい、光接続構造。
前記受信用光導波路のコアおよび前記送信用光導波路のコアの断面形状は正方形であり、
前記受信用光導波路のコアの一辺の長さは、前記受信用光ファイバのコアの直径と同一又は該直径よりも大きく、前記送信用光導波路のコアの一辺の長さの√２倍は、前記送信用光ファイバのコアの直径と同一又は該直径よりも小さい、請求項５に記載の光接続構造。