JP2017040917A - 別個の位置合わせ組立体を有する拡大ビームコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】製造性を改善する、別個の位置合わせ組立体を有する拡大ビームコネクタを提供する。【解決手段】拡大ビームコネクタ８９０用のインサート８１０内に配設するための位置合わせ組立体８００であって、内側の第１の直径およびコネクタのインサート内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブ８０１と、スリーブ内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する、丸みを帯びた周縁部を有するレンズ８０２と、を備え、スリーブが、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有するフェルール８０３を少なくとも部分的に受け入れるように構成され、フェルールが、レンズと光学的に結合するための１つのファイバ８０４を備える、位置合わせ組立体。【選択図】図８

Description

本発明は一般に、光コネクタに関し、より詳細には、拡大ビーム光コネクタに関する。

光ファイバコネクタは、本質的に全ての光ファイバ通信システムの、決定的な部品である。たとえば、そのようなコネクタは、ファイバの切片をより長い長さとなるように接合するためや、放射源、検出器、および中継器などの能動デバイスにファイバを接続するため、ならびにスイッチ、合波器、および減衰器などの受動デバイスにファイバを接続するために使用される。光ファイバコネクタの主要な機能は、ファイバのコアが相手側の構造の光学通路と軸方向に位置合わせされるように、ファイバ端部を保持することである。このようにして、ファイバからの光は、光学通路に光学的に結合される。

本明細書において特に関心の対象となるのは、「拡大ビーム」光コネクタである。そのようなコネクタは従来、ファイバと相手側コネクタの光経路との間の「物理的接触」に問題のある、高振動のおよび／または汚れやすい環境において使用される。具体的には、汚れやすい環境では、嵌合中に微粒子がコネクタ間に捕われた状態になる場合がある。そのような破片は、光の伝達に深刻な悪影響を及ぼすが、これは、微粒子が光学経路（たとえばシングルモードにおける１０ミクロンの直径）と比較して相対的に大きく、したがって光の伝達の少なくとも一部分を妨げる可能性が高いからである。さらに、高振動の環境では、物理的に接触しているフェルールを有する光コネクタは、それらの接合部で擦れ（scratching）を受ける傾向がある。この擦れは、ファイバ端面の仕上げを損ない、このことにより反射の損失および散乱が増大する。

破片および振動の問題を回避するために、光ビームを拡大しそれをコネクタ間の空隙を越えて伝達するコネクタが開発されてきた。ビームを拡大することによって、破片に対するその相対サイズが大きくなり、ビームが干渉をより受けにくくなる。さらに、空隙を越えてビームを伝達することにより、構成要素同士の摩耗が排除され、このことにより振動に対するコネクタの耐久性が高まる。年月を経て、拡大ビームコネクタは、相手側コネクタの外側ハウジングと典型的にはねじ接続を介して嵌合するように構成される外側ハウジングを備える、堅牢化されたマルチファイバコネクタへと進化してきた。外側ハウジング内に収容されるのは、いくつかの内側組立体または「インサート」である。各インサートは、インサートハウジング、インサートハウジング内に収容されるケーブル組立体、およびケーブル組立体の少なくとも１つのファイバに光学的に接続される、インサートハウジングの嵌合端部にあるボールレンズを備える。
ボールレンズは、コネクタの接合部において光を拡大しコリメートする役割を果たす。２つの拡大ビームコネクタが嵌合されるとき、光学的に結合されたインサートの各対のボールレンズ間に、空隙が存在する。

Ｔｙｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ペンシルベニア州、Ｈａｒｒｉｓｂｕｒｇ）は現在、ＰＲＯ ＢＥＡＭ（登録商標）のブランド名で、拡大ビームコネクタの製品群を提供している。このコネクタおよびこれを改善したものが、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，７２２，２６１号に記載されている。現在の設計は、インサート空洞部の前面上に装着されエポキシで付着された、３．０ｍｍのボールレンズを使用する。少なくとも１つのファイバを保持するフェルールを有するケーブル組立体が別に製造され、このフェルールがボールレンズと光学的に結合された状態で、インサート内に装着される。シングルモード設計では、フェルールは、高い反射損失を達成するために、ファイバ端面をボールレンズと接触させる。

Ｔｙｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるマルチモード（ＭＭ）の拡大ビームコネクタおよびシングルモード（ＳＭ）の拡大ビームコネクタは、業界の要求を一貫して満たしてきたが、出願人は、改善された製造性の必要性を認識している。たとえば、インサートは、ボールレンズを据えるための丸みのある環状の隆起部を有して機械加工される。この丸みのある座部は、フェルール先端部の位置に対して密な公差（たとえば２μｍ）で機械加工せねばならない。そのような湾曲した座部を機械加工することが困難であることに加え、その公差適合の検証は誤りを生じやすい。したがって、既存の検証工程は信頼できないものとなる傾向があり、この場合、組立体の公差適合については、製品に対して最終的な光学的測定が行われるまで、何らかの現実的な確実性をもっては知られない。製造のこの段階で不適合を判定することは、非効率的でありまた無駄が多い。

加えて、空洞部内へのケーブル組立体の挿入中、多くの場合、フェルールはインサートの穿孔の側壁に沿って擦過し、削り屑または破片を作り出す。この破片は、信号および反射損失を劣化させ得るような様式で、フェルール端面上に定着する場合がある。機械加工公差の存在および検証の困難さに起因して、ケーブル組立体のファイバの軸をレンズの軸と位置合わせするための調整を適用することが、多くの場合必要とされる。

したがって、従来の拡大ビーム製品の製造性を改善する必要性が存在する。本発明は、とりわけこの必要性を充足する。

この問題への解決法は、インサートとは別個である「位置合わせ組立体」によって提供される。位置合わせ組立体は、インサートから独立した、レンズおよびファイバの、軸方向および放射方向における決定的な位置合わせを容易にする。言い換えれば、インサートは、レンズまたはフェルールを保持し位置決めするようには機械加工されない。そうではなく、位置合わせは、単純な円筒形の弾性スリーブを使用する、別個の位置合わせ組立体によって達成される。これらのスリーブは、全て本質的に同じ直径を有する、レンズならびにフェルールおよび／またはフェルールスタブを受容するように構成される。スリーブは、光学構成要素（すなわちレンズおよびフェルール／フェルールスタブ）の内径に近い内径を有するが、僅かに小さいサイズとされ、こうして中心に向かう締め付け力が作り出される。光学構成要素が割スリーブの内側に装着されるとき、僅かなサイズの違いに起因する拡張により、中心に向かう力が光学構成要素に加えられて、これらを互いに対して位置合わせさせる。

ここで本発明について、以下の添付の図面を参照して、例示により記載する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、ボールレンズおよび円柱レンズをそれぞれ有する、本発明の位置合わせ組立体の１つの実施形態を示す図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は本発明の位置合わせ組立体の代替の実施形態を示す図であり、図２（ｂ）に示すようにレンズとフェルールスタブとの間にスペーサまたは停止部を含む実施形態を示す図である。 第２の割スリーブがフェルールスタブの周囲に配設された、図２Ｂの位置合わせ組立体を示す図である。 インサート内に配設された、図３の位置合わせ組立体を示す図である。 インサート内に配設されケーブル組立体と光学的に結合された、図３の位置合わせ組立体を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、レンズを受容する位置合わせ割スリーブの概略図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、異なる位置合わせ手法を説明する図である。 フェルールスタブが存在せずケーブル組立体のフェルールがレンズと物理的に直接接触する実施形態を示す図である。 図９（ａ）は、ハウジング内で位置合わせ組立体を位置決めするためのハウジングの肩部上に据えられた、図８の位置合わせ組立体の近接図である。図９（ｂ）は、ハウジングが肩部を有さず位置合わせ組立体がハウジングの前部と面一である、代替の実施形態を示す図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）および図１（ｂ）の位置合わせ組立体と類似しているが、フェルールスタブを有さない、位置合わせ組立体の代替の実施形態を示す図である。 インサート内に配設された、図１０の位置合わせ組立体を示す図である。

本発明は、インサートとは別個の「位置合わせ組立体」を提供する。位置合わせ組立体は、インサートから独立して、レンズおよびファイバの軸方向および放射方向における決定的な位置合わせを容易にする。言い換えれば、インサートは、レンズまたはフェルールを保持し位置決めするようには機械加工されない。そうではなく、位置合わせは、単純な円筒形の弾性スリーブを使用する、別個の位置合わせ組立体によって達成される。これらのスリーブは、全て本質的に同じ直径を有する、レンズならびにフェルールおよび／またはフェルールスタブを受容するように構成される。スリーブは、光学構成要素（すなわちレンズおよびフェルール／フェルールスタブ）の内径に近い内径を有するが、僅かに小さいサイズとされ、こうして中心に向かう締め付け力を作り出す。光学構成要素が割スリーブの内側に装着されるとき、僅かなサイズの違いに起因する拡張により、中心に向かう力が光学構成要素に加えられて、これらを互いに対して位置合わせさせる。

位置合わせ組立体は、いくつかの利点を提供する。たとえば、レンズの位置合わせが外部で−インサートから独立して−行われるので、厳密な公差に合うようにインサートを機械加工する必要性が緩和され、この結果、計測学的に十分なより単純な製造がもたらされる。同様に、ケーブル組立体をインサートの緊密な公差の穿孔内に挿入する必要性が排除されるので、セラミック製フェルールと金属製インサート壁との間に接触が存在せず、したがって、上述した擦過による汚染の発生源が排除される。

さらに、光学構成要素の位置合わせが、取扱いおよび検査の容易な別個のスリーブ内で行われるので、位置合わせ組立体をインサート空洞部内に装着する前の、構成要素の位置合わせの光学的な検証が、簡単である。したがって、別個の位置合わせ組立体内の構成要素は、コネクタのより高い合格率をもたらし、廃棄を低減する。

加えて、１つの実施形態では、フェルールは、取扱いの容易なフェルールスタブであり、これはいくつかの利点を提供する。利点のうちのいくつかは、フェルールスタブが大量にまとめて製造および処理可能であることから生じる。たとえば、複数のスタブを、たとえば平坦な、角度の付いた、およびドーム形状の端面を含め、所望の端面特性を提供するために、同時に研磨することができる。加えて、１つの実施形態では、スタブを大量にまとめて反射防止（Ａ／Ｒ）被覆で被覆できる。ケーブル組立体のフェルール端面をＡ／Ｒ被覆することは、その扱いやすさの欠如に起因して厄介である場合があるのに対し、短く取扱いの容易なフェルールスタブの大きなバッチは、まとめてＡ／Ｒ被覆可能である。こうして、規模の経済性とより低いコストが実現される。以下で検討するように、Ａ／Ｒ被覆により、それほど高価でない構成要素の使用が可能になるとともに、同じコネクタを、ＳＭ用途およびＭＭ用途のために動作波長の広い範囲にわたって使用されるように構成することが可能になる。

さらに、別の実施形態では、フェルールは、フェルールスタブではなく、ケーブル組立体のフェルールである。これはスリーブ内に受容され、この場合これは、レンズと直接光学的に結合し、また１つの特定の実施形態では、レンズと物理的に接触する。この実施形態の１つの利点は、別個のフェルールスタブのコストおよび複雑さが回避されることである。加えて、１つの実施形態では、フェルール内のファイバがレンズに物理的に接触するので、レンズ／ファイバ上のＡ／Ｒ被覆またはレンズとフェルールとの間のスペーサの必要性がない。このことも、コスト／複雑性を低減する。したがって、この実施形態は、ファイバスタブを有する実施形態よりも高価でなくかつより容易に製造される傾向を有する。

したがって、本発明の１つの態様は、拡大ビームコネクタのインサート内に挿入するための、別個の位置合わせ組立体である。１つの実施形態では、この位置合わせ組立体は、（ａ）内側の第１の直径およびコネクタのインサート内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブと、（ｂ）スリーブ内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズと、（ｃ）少なくとも部分的にスリーブ内に配設され、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、フェルール／フェルールスタブであって、ボールレンズに光学的に結合されるファイバ／ファイバスタブを備えるフェルール／フェルールスタブと、を備える。

本発明の別の態様は、別個の位置合わせ組立体を有する拡大ビームコネクタである。１つの実施形態では、このコネクタは、（ａ）位置合わせ下位組立体を受容するための少なくとも１つの穿孔を有する、外側ハウジング内に挿入するためのインサートと、（ｂ）（ｉ）内側の第１の直径およびインサートの穿孔内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブ、（ｉｉ）スリーブ内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズ、ならびに（ｉｉｉ）少なくとも部分的にスリーブ内に配設され、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、フェルール／フェルールスタブであって、ボールレンズに光学的に結合されるファイバ／ファイバスタブを備えるフェルール／フェルールスタブを少なくとも備える、位置合わせ下位組立体と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、別個の位置合わせ下位組立体を有する拡大ビームコネクタを組み立てる方法である。１つの実施形態では、この方法は、（ａ）少なくともレンズをスリーブ内に挿入することによってインサートの外側に位置合わせ組立体を準備するステップであって、スリーブが内側の第１の直径およびインサートの穿孔内に受容されるように構成される外径を有する円筒形であり、レンズが第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有し、この結果スリーブが拡張してレンズを受容するようになっている、準備するステップと、（ｂ）インサート内に位置合わせ組立体を挿入するステップと、（ｃ）位置合わせ組立体内にフェルールを挿入するステップであって、フェルールが第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有し、この結果スリーブが拡張してフェルールを受容し、フェルール内のファイバがレンズに光学的に結合されるようにフェルールを締め付けてこれをスリーブ内で位置合わせする、挿入するステップと、を含む。

図１（ａ）および図１（ｂ）ならびに図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照すると、拡大ビームコネクタのインサート内に挿入するための、位置合わせ組立体１００、１０００の実施形態が示されている。本明細書で使用される場合、「コネクタ」という用語は、導体の断片を、（１）別の導体断片、（２）光子放射源、検出器、または中継器などの能動デバイス、および（３）スイッチ、合波器、または減衰器などの受動デバイスに接合するために使用される、任意のデバイスを指す。典型的な光ファイバコネクタは、ハウジングおよびハウジング内のケーブル組立体を備える。ケーブル組立体は、ファイバを収容するための１つまたは複数の穿孔を有するフェルール、およびファイバの端部がフェルールによる光学的結合のために現れるように各穿孔内に固着される、ファイバを備える。ハウジングは、嵌合中にファイバが光学的に結合される、光学経路を有する「相手側の構造」に係合するように設計される。
相手側の構造は、別のコネクタまたは上述したような能動デバイスもしくは受動デバイスとすることができる。光学経路は、たとえば、フェルール内のファイバ、基板における導波路、レンズ、または光学的に透過性の物体とすることができる。光ファイバコネクタの主要な機能は、ファイバのコアが相手側の構造の光学通路と軸方向に位置合わせされるように、ファイバ端部を保持することである。このようにして、ファイバからの光は、光学通路に光学的に結合される。

例示を目的として、位置合わせ組立体について、上記のような堅牢化されたコネクタのためのインサートとの関連において記載するが、本発明が、（そうではないと指示されない限り）この実施形態に限定されず、代替として別個のコネクタ（すなわち単一のフェルールコネクタ）において具現化され得るか、またはトランシーバなどの光学デバイスと一体であってよいことが、理解されるべきである。

図１（ａ）および図１（ｂ）ならびに図１０に示す、位置合わせ組立体１００、１０００は、（ａ）内側の第１の直径およびコネクタのインサート４０１（図４を参照）、８１０（図８を参照）内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブ１０１、１００１と、（ｂ）スリーブ１０１、１００１内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズ１０２、１００２（図１（ａ）、図１０（ａ）、１０２’、１００２’（図１（ｂ）、図１０（ｂ））と、（ｃ）少なくとも部分的にスリーブ１０１、１００１内に配設され、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、フェルール（たとえばフェルールスタブ１０３またはケーブル組立体８８０のフェルール８０３（図８を参照））と、を備える。
フェルール８０３またはフェルールスタブ１０３は、ボールレンズに光学的に結合されるファイバ８０４またはファイバスタブ１０４を備える。レンズ１０２および８０２はボールレンズであり、一方、レンズ１０２’は円柱レンズである。

図５を参照すると、フェルールスタブを使用する本発明の拡大ビームコネクタ５００の実施形態が示されている。拡大ビームコネクタ５００は、（ａ）位置合わせ組立体を受容するための少なくとも１つの穿孔４０２を有する、外側ハウジング（図示せず）内に挿入するためのインサート４０１と、（ｂ）（ｉ）内側の第１の直径およびインサート４０１の穿孔４０２内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブ２０１、（ｉｉ）スリーブ内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズ２０２、ならびに（ｉｉｉ）少なくとも部分的にスリーブ２０１内に配設され、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、フェルールスタブ２０３であって、ボールレンズに光学的に結合されるファイバスタブを備えるフェルールスタブを少なくとも備える、位置合わせ組立体２００と、（ｃ）穿孔を有するフェルール５０２、および、ファイバの端面がフェルールの端面に配設されフェルールスタブ内のファイバスタブと光学的に結合されるように穿孔内に配設される少なくとも１つのファイバ５０３を少なくとも備える、ケーブル組立体と、を備える。
１つの実施形態では、ケーブル組立体は、フェルール保持器５０４、および、フェルールをフェルール保持器に対して前方に偏移させてフェルールスタブに押し付けるように付勢して物理的接触を達成するための、ばね５０６も備える。

再度図８を参照すると、位置合わせ組立体８００が、ケーブル組立体８８０のフェルール８０３がフェルールスタブを使用せずにレンズ８０２と直接光学的に結合するように構成される、拡大ビームコネクタ８９０の別の実施形態が示されている。詳細には、拡大ビームコネクタ８９０は、（ａ）位置合わせ組立体８００を受容するための少なくとも１つの穿孔８２０を有する、外側ハウジング（図示せず）内に挿入するためのインサート８１０と、（ｂ）（ｉ）内側の第１の直径およびインサート８１０の穿孔８２０内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形スリーブ８０１、ならびに（ｉｉ）スリーブ内に配設され、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズ８０２を少なくとも備える、位置合わせ組立体８００と、（ｃ）少なくとも部分的にスリーブ８０１内に配設されるフェルール８０３であって、第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有し、穿孔を有する、フェルール８０３、および、ファイバの端面がフェルールの端面に配設されレンズ８０２と光学的に結合されるように穿孔内に配設される少なくとも１つのファイバ８０４を少なくとも備える、ケーブル組立体８８０と、を備える。
１つの実施形態では、ケーブル組立体は、フェルール保持器８０６と、フェルールをフェルール保持器に対して前方に偏移させてフェルールスタブに押し付けるように付勢して物理的接触を達成するための、ばね８０９とをさらに備える。

これらの構成要素について、以下でより詳細に検討する。

図４および図１１を参照すると、インサート４０１、１１０１は、位置合わせ組立体２００、１０００を、外側ハウジング内で軸方向および放射方向の相対位置に保持するように機能する。外側ハウジングに関するインサートの構成は、良く知られており、様々な規格に準拠するもので、したがってここでは詳細には検討しない。

１つの実施形態では、インサート４０１、１１０１は、前後の配向を有し、前方から後方へと延びる穿孔４０２、１１２０を画定する、細長い本体を備える。穿孔４０２、１１２０は、後端部から、または停止肩部を有さないインサートを使用する場合は前端部からも、位置合わせ組立体２００、１０００を受容するように適合される。図１１を参照すると、１つの実施形態では、位置合わせ組立体は、インサート内に装着されるとき、その全長にわたって孔と接触する訳ではない。たとえば、１つの実施形態では、位置合わせスリーブの下側の区域のみが、インサートと接触する、すなわち、位置合わせ組立体の上端部において、位置合わせ組立体とインサート孔との間に、間隙１１５０が存在する。この間隙により、位置合わせスリーブの上側部分が拡張してケーブル組立体からフェルールを受容することが可能になる。
このことは、位置合わせ組立体がインサート孔によって緊密に保持されるかまたはその全長にわたってインサート孔の壁に接着される場合は、一般に可能ではないかまたは困難である。位置合わせ組立体の下側部分は、インサート孔によって緊密に保持することができるが、これは、この部分が既にレンズに取り付けられており、それ以上の融通性の必要性がないからである。したがって、１つの実施形態では、位置合わせ組立体の上側１／２程度において、孔の壁と位置合わせ組立体との間に、隙間が存在する。

インサート位置合わせ組立体は、位置合わせ組立体を位置決めするための肩部を有してよいか、または有さなくてもよい。より詳細には、図８のインサート中の位置合わせ組立体の近接図である図９（ａ）を参照すると、位置合わせ組立体８０１は、位置合わせ組立体８０１をインサート８１０内で位置決めするための、インサート８１０の肩部８３０上に据えられている。別法として、光学構成要素の決定的な位置合わせが、インサートの穿孔ではなく位置合わせ組立体の中で行われるので、穿孔の機械加工は決定的なものはなく、したがって、特徴的形態を有さない単純で真っ直ぐな穿孔とすることができる。たとえば、図９（ｂ）を参照すると、インサート９１０は肩部を有さず、位置合わせ組立体８０１は、ハウジング９１０の前部９１０ａと面一である。
そのような実施形態では、単に、たとえば位置合わせ組立体の端部をインサートの前端部９１０ａと面一となるように位置決めすること、または類似の構成によって、位置合わせ組立体を穿孔内で軸方向に位置合わせすることができる。肩部を有さない設計を（外部位置決め固定具とともに）使用することの利点は、より単純化された機械加工工程、およびさらに、ほとんどの場合に望ましい、嵌合したレンズ間の距離の低減をもたらす。さらに、ＳＭおよびＭＭのための位置合わせ組立体は、本質的に同じ物理的構成を有するので、１つの実施形態では、インサート４０１、８０１は、いずれかの位置合わせ組立体も受け入れるような、包括的なものである。さらに、（ファイバスタブを有さない）位置合わせ組立体を、ＭＭケーブル組立体およびＳＭケーブル組立体の両方に対して、同等に良好に使用することができる（ＳＭレンズ材料が使用される場合、焦点はレンズ表面上かまたはレンズ表面の近くにある）。

この特定の実施形態では、インサート４０１、８０１は、Ｔｙｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるＰＲＯ ＢＥＡＭ（登録商標）コネクタなどの、より大きいマルチコネクタ外側ハウジング内に挿入するのに好適な、インサートハウジングである。多くの場合、インサートハウジングを、複数のフェルール組立体を受容するように構成することが好ましい。このように、ＳＭおよびＭＭを同じとすることができるので、インサートハウジングがＳＭフェルール組立体およびＭＭフェルール組立体の両方を備えることは、本発明の範囲内である。

位置合わせ組立体１００、８００は、インサートとは別個の下位組立体中の、重要な光学構成要素−すなわちレンズおよびファイバ−を位置合わせするように機能し、こうして、上記のように問題のある可能性のある、インサートによる位置合わせ機能の実行の必要性を緩和する。１つの実施形態では、位置合わせ組立体は、スリーブ、レンズ、ならびにフェルールおよび／またはフェルールスタブ（以下で詳細に記載する）を、少なくとも備える。

インサートへの位置合わせ組立体の付着を、たとえば締まり嵌め、接着結合、および溶接を含む、任意の知られている技法を使用して行うことができる。好ましくは、位置合わせ組立体は、締まり嵌めを介して、プレス嵌めを使用して、ハウジングに付着される。これは、単純で直截な工程である。別法として、プレス嵌めではなく、インサートハウジングを加熱または位置合わせ組立体を冷却して、インサートハウジングが位置合わせ組立体を受容できるようにすることができる。２つの間の温度差が小さくなるにつれ、位置合わせ組立体は、締まり嵌めによってインサートハウジング内に固着されることになる。この実施形態は、組立体の再加熱、ならびに必要に応じた位置合わせ組立体の取り外しおよび交換を可能にする。１つの実施形態では、位置合わせ組立体は、インサート内で能動的に位置合わせされ、次いで接着剤を用いてインサート内に付着される。

別法として、機械的停止部または肩部がインサートの遠位の（レンズ）端部にある状態で、位置合わせ組立体を、インサート内に緩く保持することができ、このとき、ばねが位置合わせ組立体を機械的停止部に押し付けるようになっている。さらに別の代替の実施形態では、位置合わせ組立体を、インサート組立体内で捕らえることができる。さらに他の実施形態が、本開示に照らして当業者に知られるかまたは明らかになるであろう。

スリーブ１０１、８０１は、レンズおよびファイバを位置合わせするように機能する。フェルールスタブが使用される１つの実施形態では、スリーブは、フェルールスタブ内のファイバをケーブル組立体のフェルール内のファイバと位置合わせするように機能する。また、フェルールスタブが使用されない別の実施形態では、スリーブは、レンズをケーブル組立体のフェルール内のファイバと直接位置合わせするように機能する。スリーブは様々な実施形態を有するが、その位置合わせの機構は、必ずではないが一般に、同じである。詳細には、スリーブは通常、２つの光学要素の直径に近いが僅かに小さいサイズの内径を有し、こうして中心に向かう締め付け力が作り出される。スリーブの直径およびレンズの直径はサイズが近いので、これらの機械的な軸は、スリーブの締め付け力によって位置合わせされることになる。さらに、スリーブの可撓性により、余裕のある公差の量を有するレンズ径の受け入れが可能となる。

１つの実施形態では、スリーブは、図６（ａ）に示すようなスリット６０２を有する適合性のあるスリーブ６０１である。レンズがスリーブ６０１内に挿入されるとき、図６（ｂ）に示すように、その内径は、比較して僅かに大きいレンズ直径を受け入れるのに十分に程度に、強制的に外に開かれる。この時点でスリーブは僅かに拡張され、（マイクロのレベルでは）もはや円形ではないので、このスリーブは、図６ｃに示すように、円柱レンズ表面に対して３点の放射方向の締め付け力６０３を及ぼすことになる。この結果、レンズ軸およびスリーブ軸の一致がもたらされる。位置を永久的に固定するために、エポキシを使用することができる。

弾性スリーブ内のレンズ軸とフェルール／ファイバ軸との間の完全に近い位置合わせにより、標準的な製品に関して見られたような調整の必要性が排除される。位置合わせ組立体がインサート内に装着されると、光学構成要素が位置合わせされる。１つの実施形態では、位置合わせ組立体とインサートとの間の締まり嵌めは、位置合わせ組立体における光軸がインサートの前方の機械的な接合部に対して垂直であることを保証する役割を果たす。

位置合わせを行うために、他の種類のスリーブを使用することができる。たとえば、これを、２つの光学要素に対して非常に密に嵌合する、丈夫な管状のスリーブとすることができる。同様に、適合性のあるスリーブが一般に好ましいが、これは必須ではなく、本発明を、剛性のスリーブを用いて実施することができる。たとえば、位置合わせは、構成要素と管状のスリーブとの間で締まり嵌めを使用すること、たとえばプレス嵌め挿入工程を利用することによっても、達成され得る。

他の位置合わせ手法を使用できることが理解されるべきである。たとえば、図１（ａ）の実施形態では、割スリーブが非常に良好に働くが、これは、球面レンズの光軸が球体の機械的な中心に精確に配置されるからである。同様に、図１（ｂ）では、レンズが屈折率分布円柱レンズであり、その場合、光軸は円柱の機械的な軸にかなり良好に位置合わせされ、これはマルチモード用途にとって十分である傾向を有する。しかしながら、図１（ｂ）におけるレンズが、円筒形の本体を有する屈折レンズである場合は、レンズ表面の光軸が、円柱の機械的な軸に正確に位置合わせされない可能性が高い。この場合、低損失を達成するために、フェルールおよび円柱レンズ（ＧＲＩＮ円柱レンズまたは屈折円柱レンズ）の軸を能動的に位置合わせすることが、多くの場合必要である。
この場合、組立体を、割スリーブではなく、丈夫なスリーブ（円筒形のシェル）を使用して作成できる。フェルールの軸および円柱レンズの軸は、このスリーブ内で位置合わせされ、次いでこれらの構成要素は、スリーブに付着される。

１つの実施形態では、組立体２００が完成すると、図３に示すように、フェルールスタブ２０３の自由端または後端部２０３ｂに、第２のスリーブ３０１が装着される。別法として、これを接着剤によって維持することができる。別の実施形態では、別個の第２のスリーブを有するのではなく、スリーブ２０１を、これがフェルールスタブ２０３の自由端２０３ｂを越えて延在して、ケーブル組立体５０１のフェルール５０２を受容するための空洞部を画定するように、より長くすることができる。たとえば、図７（ａ）を参照すると、フェルール（図示せず）を受容するための延長された部分７７０を有する、レンズ７０２およびフェルールスタブ７０３を保持するための、単一の割スリーブ７０１を有する実施形態が示されている。同様に、図７（ｂ）は、フェルール（図示せず）を受容するための延長された部分７７１を有する、フェルールスタブ７１３を保持するための、割スリーブ７１１を示す。
図７（ｂ）の実施形態では、レンズ７８０は、フェルールスタブ内に配設されシングルモードファイバ７８１と光学的に結合される、屈折率分布ファイバである。フェルールスタブ内での屈折率分布ファイバ（レンズ）の使用は、本明細書においておよびたとえば米国特許第７，０３１，５６７号において開示される全てのコネクタ実施形態にとっての、代替の構成であることが理解されるべきである。別法として、フェルールは、アングルドフィジカルコンタクト（ＡＰＣ）を行い得るか、または、２つの嵌合する半部間に空隙が存在する場合、ファイバをＡＲ被覆することができる。

１つの実施形態では、６５ｄＢのオーダーの反射損失が要求される場合、ＡＰＣフェルールを組み込むこともできる。たとえば、図７（ｃ）を参照すると、角度付きの研磨されたフェルール７９０に光学的に結合される角度付きの研磨されたフェルールスタブ７２３のための、延長された部分７７２を有する単一の割スリーブ７２１が示されている。別法として、図８のケーブル組立体８８０のフェルール８０３を、ＡＰＣフェルールとすることができる。

レンズ１０２は、ある点では、ファイバから放射される比較的狭い光ビームを拡大しコリメートして、空隙を通して相手側の構造の光経路内へと伝達するための比較的大きいビームとするように、また別の点では、相手側の構造からの比較的大きいコリメートされたビームを、ファイバ内へと収束させるように、機能する。好適なレンズは、光のビームを拡大／収束可能でありかつ円筒形スリーブ内に受容されることになる円形の周縁部を有し得る、任意の光学構成要素を含む。好適なレンズは、たとえば、ボールレンズもしくは円柱レンズ、成形レンズおよび／もしくは機械加工レンズ、ＧＲＩＮレンズもしくはＧＲＩＮファイバ、または球状表面もしくは非球状表面を含むレンズもしくはレンズ組立体と、屈折レンズまたは屈折率分布レンズ、平凸レンズ、円柱ドラムレンズ、または成形レンズとの、任意の組み合わせを含む。
球状のボールレンズが、必須ではないが一般に好ましいが、このことは、その光軸と機械的な軸との間に存在する優れた位置合わせに起因する。レンズ組み立て工程をインサート本体の外部で行うことの利点は、これが取扱いが容易であり、かつ、レンズユニットが意図する通りに機能することを、これがインサート本体の空洞部内に装着される前に検証するのが、容易であることである。

１つの実施形態では、シングルモードコネクタおよびマルチモードコネクタの両方に対して、同じボールレンズが使用される。このことにより、在庫管理要件が、およびしたがってコストが、低減される。この点に関して、接着剤またはレンズをハウジングに固着するための任意の他の知られている技法を使用して、レンズをハウジングに固着することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すような１つの実施形態では、レンズは、２．０の屈折率を有するガラス材料である。そのようなレンズは、その焦点を、その表面上に有することになる。したがって、このレンズと接触するファイバは高い反射損失を呈することになり、このことは特にシングルモード用途に関して望ましい。

代替の実施形態では、レンズは、経済性のおよび可用性の立場から好ましい場合がある、２を下回る屈折率を有する。２．０未満の屈折率（ｎ）を有するレンズ材料がより一般的であり、これはそれほど高価ではない。これらのガラスまたは類似のものの主要な製造者には、Ｓｃｈｏｔｔ、Ｏｈａｒａ、他が挙げられる。たとえば、以下のレンズ材料は、本発明にとって好適である。

２．０未満の屈折率を有するガラス型のレンズは、より可用性が高くかつそれほど高価でない傾向を有するが、そのようなレンズは、レンズ表面から離れた焦点を有することになる。たとえば、ＳｃｈｏｔｔのガラスＬＡＳＦ−３５は、２．０よりも僅かに低い屈折率を有する。所望の２．０の屈折率からのこの逸脱により、焦点がレンズ表面から約１６ミクロン変位され、ファイバがレンズと接触しておりしたがって焦点からずれている状態で、ＴＥ製品に約０．２５ｄＢの損失が加わる。したがって、ファイバ端面を、レンズの表面から離間させねばならず、このことにより空隙が作り出される。

ファイバ（ここでは焦点のところに位置決めされる）とレンズとの間に作り出される空隙は、システムに、被覆されていないファイバと空気との間の屈折率の違いに起因する挿入損失を加えることになる。したがって、１つの実施形態では、レンズは、空気／ガラス界面のための反射防止（ＡＲ）材料２０２ａで被覆されるボールレンズ２０２である。空気対ガラス界面に関して、理想的な被覆は、ｓｑｒｔ（ｎ）の屈折率を有するものとなる。ここでｎは空気に対するレンズ材料の屈折率である。被覆厚さはλ／（４ｎ）であり、ここでλは空気中の波長である。被覆を、光経路がレンズを通過する領域のみに適用することができる。または被覆を、製造を単純かつ容易にする（すなわちレンズをハウジング内で位置合わせする必要がないようにする）ために、ボールレンズ２０２の周囲に均一に適用することができる。

１つの実施形態では、フェルール／レンズ接合部における後方反射を最小化するために、フェルールスタブの前面に、反射防止（ＡＲ）被覆が適用される。そのようなＡＲ被覆は、光学においてはよく知られている。たとえば、ＡＲ被覆の使用により、空気／ガラス界面におけるフレネル損失が、０．１６ｄＢから０．０１ｄＢ未満まで低減される。こうして、ＭＭ嵌合対の損失は、上記の先行技術のコネクタと比較して０．３ｄＢ低減される。さらに、ガラス／空気界面からの反射損失を、３６ｄＢよりも大きくすることができる。結果として、ＭＭ設計をＳＭコネクタのために用いることも可能であり、この結果、より低いコスト、より低い損失、ストックせねばならないインサート部品の数を低減するより信頼性の高い設計がもたらされる。

フェルールスタブ１０３、２０３は、ファイバスタブ１０４、２０４を、レンズ１０２に対して放射方向および軸方向の両方において精確な位置に保持するように機能する。好ましい実施形態では、フェルールスタブは、前方から後方へと延びる穿孔を有する、前後の配向を有する細長いフェルール１０３を備える。ファイバ１０４は、これがフェルールスタブの前端部２０３ａおよび後端部２０３ｂにおいて端面を提示するように、穿孔内に配設される。ファイバスタブは、たとえばシングルモードファイバ、マルチモードファイバ、もしくは偏光保持ファイバ、または多芯ファイバを含む、光信号を伝達するための任意の知られているファイバとすることができる。

フェルールスタブは、コネクタの調整および製造性を促進する。たとえば、１つの実施形態では、シングルモードコネクタに関して、接合部の数が増加することに起因してモード雑音が導入される場合、これを、低減された遮断波長を有するファイバスタブ終端用の特別なファイバを使用することによって最小化することができ、この結果、より高次のモードが、フェルールスタブを介してより迅速に減衰される。１つの実施形態では、ファイバスタブは、ケーブル組立体内のファイバの遮断波長よりも低い遮断波長を有する。

１つの実施形態では、フェルールスタブ内のファイバは、外径に関しておよびコア−クラッド同心性のずれに関して、標準的なファイバよりも緊密な公差を有する、高品質なファイバである。小さい長さのファイバのみが使用されるので、位置合わせ組立体内で使用されるこのファイバの追加のコストは、無視できる程度である。

フェルールスタブはまた、フェルールスタブの小さいサイズおよび取扱いの容易さが所与である場合に、それらの大量のまとまった処理を容易にすることによって、製造性を促進する。たとえば、ケーブル組立体の扱い易さの欠如により、それらの端面のＡＲ被覆を大きな量で行うのが困難になるが、一方で、短いフェルールスタブのＡ／Ｒ被覆は、大きな量で行うことができる。したがって、Ａ／Ｒ被覆は、挿入損失を低減しかつ上記のような構成要素のコストを低減するための、実際的な方法となる。さらに、デバイスの単純な性質により、インサートハウジング内におけるその設置の前に、供給業者が反射防止被覆を試験することも可能になる。

加えて、小さく扱いやすいファイバスタブにより、大量のまとまった研磨が容易になる。１つの実施形態では、フェルールスタブは、位置合わせ組立体内への挿入の前に、事前に研磨される。製造性および検査の容易さの両方により、コネクタが単純化され、コストが下げられ、信頼線が改善される。

本明細書ではフェルールスタブはただ１つのファイバを有するものとして描写されるが、単一のフェルールスタブ内の複数のファイバスタブを含め、他の実施形態が可能であることが理解されるべきである。

１つの実施形態では、フェルールスタブは、市販の構成要素であり、通常、１．２５ｍｍおよび２．５０ｍｍの直径である。フェルールの直径自体は光学的性能に何ら影響を及ぼさないが、（必ずではないが）一般に、同じ、またはその構成要素の市場での入手し易さに基づいたできるだけ現実的なサイズの、フェルールおよびレンズを使用する選好が存在する。

図２（ｂ）を参照すると、スペーサ２０５（または停止部２０５）が、レンズをファイバ端面から離間するように機能して、この結果、ファイバ端面はレンズの焦点のところに位置決めされて、これらの間の空隙を作り出す。空隙は、いくつかの利点を有する。たとえば、そのような構成は（Ａ／Ｒ被覆とともに）、より経済的なボールレンズの使用を促進する。これは、レンズの表面上に焦点を有するレンズが、製造がより困難でしたがってより高価になる傾向を有することが、よく知られているからである。そのような実施形態では、フェルールとボールレンズとの間のスペーサの使用により、本質的にレンズの焦点にあるフェルールの端面など、フェルールの端面とボールレンズとの間の精確な離間がもたらされる。１つの実施形態では、スペーサ２０５はスリーブと一体であり、したがって、レンズおよびフェルールまたはフェルールスタブを位置決めするための停止部としても機能する。

フェルールスタブとレンズの接合部に空隙を設けることにより、構成要素を損傷することなく、フェルールスタブをレンズに対して独立して移動させることも可能になる。言い換えれば、構成要素同士が接触しないので、これらの振動または他の移動により、これらの互いに対する摩耗が引き起こされない。

さらに別の利点は、様々な波長に関するコネクタの調整を容易にするために、スペーサを用いて空隙を調節できることである。詳細には、空隙またはＡ／Ｒ厚さの調節により、本発明の位置合わせ組立体を、様々な波長の信号に対応するように調節することもできる。詳細には、１つの実施形態では、スペーサの厚さは、スペーサの第２の表面からボールレンズまでの距離を変えるように変更される。背景として、様々な波長の信号が、様々な焦点をもたらすことがよく知られている。ファイバとレンズとの間で光を効果的に結合するために、焦点は、ファイバの表面と一致すべきである。したがって、最適な結合効率のために、空隙は様々な波長の信号に関して調節可能であるべきである。

１つの実施形態では、位置合わせ組立体は、ケーブル組立体のフェルールを受容してレンズに対して位置決めするための停止部２０５を有して構成される。たとえば、図５を参照すると、１つの実施形態では、フェルールスタブ２０３が排除され、フェルール５０２は、位置合わせ組立体内でレンズ２０２に対してフェルール端面を位置決めするための、スペーサ／停止部２０５に接触するように構成される。

レンズとフェルール／フェルールスタブとの間の空隙は、上で検討したような利点を有するが、いくつかの実施形態では、この空隙を排除し、ファイバをレンズに直接接触させる−すなわち物理的に接触させることが好ましい場合がある。詳細には、空隙を有する位置合わせ組立体は、それほど高価でないレンズ（すなわち２．０未満の屈折率を有するもの）の使用を促進するが、これは一般に、空隙を画定するための何らかの機構を必要とし、また空隙は、ファイバ端面が許容できる反射損失レベルを提供するような反射防止被覆を有することを必要とする。しかしながら、Ａ／Ｒ被覆はシステムのコストを高める。同様に、空隙を画定するためのスリーブにおけるスペーサまたは機械加工された座部は、システムに複雑さおよびコストを加える。

ファイバをレンズと物理的に接触させることは、これらの複雑さを回避するもので、特に上で検討した損失の不利益が緩和されるのであれば、好ましい場合がある。この目的のためには、焦点がレンズの表面にあるようにより高価なレンズが使用されれば、焦点のずれおよび損失の不利益を低減／排除することができる。別法として、ボールレンズではなく、円柱レンズを使用することができる。点光源として振る舞うファイバから出るビームが、レンズ表面の曲率によって所望のサイズに拡大されコリメートされるように、円柱レンズを、特定の長さを有するように構成することができる。屈折率分布レンズによっても代替が提供され得る。

ｎ＝２．０に近い屈折率を有するレンズの焦点の僅かなずれによってもたらされる小さい不利益にも関わらず、ファイバとレンズとの間の物理的接触は、ＭＭコネクタおよびＳＭコネクタの両方に関して、両方のシステムが共有される波長で同じレンズを使用でき、さらに物理的接触によって得られる高い反射損失を利用できるという点で、有利に使用することができる。このことにより在庫管理コストも低減されるが、これは、好ましい実施形態においては、シングルモードコネクタおよびマルチモードコネクタの両方に対して、ただ１つのレンズが使用されるからである。

これらの基本的なステップを実行するための様々な方法を導出することができるが、満足のいく結果を生み出すものとして、以下の手順が見出されている。１つの実施形態では、組み立て工程は、（ａ）（ｉ）レンズをスリーブ内に挿入することによってインサートの外側に位置合わせ組立体１００を準備するステップであって、スリーブが、内側の第１の直径およびインサートの穿孔内に受容されるように構成される外径を有する円筒形であり、レンズが、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有し、この結果スリーブが拡張してレンズを受容するようになっている、準備するステップと、（ｂ）インサート内に位置合わせ組立体を挿入するステップと、（ｃ）位置合わせ組立体内にフェルールを挿入するステップであって、フェルールが第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有し、この結果スリーブが拡張してフェルールを受容し、フェルール内のファイバがレンズに光学的に結合されるようにフェルールを締め付けてこれをスリーブ内で位置合わせする、挿入するステップと、を含む。

１つの実施形態では、ステップ（ｃ）は、ステップ（ｂ）より前に実行される。そのような実施形態では、フェルールはフェルールスタブとすることができ、ファイバはファイバスタブとすることができる。そのような実施形態では、ステップ（ａ）は、図３に示すように、フェルールスタブ上に第２のスリーブを配設して、この結果、前記第２のスリーブが前記フェルールスタブを越えて延在して、前記ケーブル組立体の前記フェルールを受容するための空洞部を画定するようにすることも含み得る。別法として、フェルールはケーブル組立体のフェルールとすることができ、ファイバはケーブル組立体のファイバとすることができ、この場合、ケーブル組立体のファイバとレンズとの間の光学的接続は、間にファイバスタブが存在しない、直接的なものとなる。別の実施形態では、ステップ（ｃ）は、ステップ（ｂ）の後で行われる。そのような実施形態では、フェルールは、必ずではないが一般に、ケーブル組立体のフェルールであり、またファイバは、ケーブル組立体のファイバである。

１つの実施形態では、ステップ（ｂ）は、位置合わせ組立体をインサートに付着する前に、この組立体をインサート内で能動的に位置合わせすることを含む。

１つの実施形態では、ステップ（ｃ）は、フェルールをレンズへと付勢することを含む。すなわち、必ずではないが一般に、温度限界における光学的性能の維持には通常、材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）の違いに起因する拡張／収縮の効果を排除するために、ケーブル組立体のフェルールが常に、レンズに押し付けるように前方へと付勢されることが必要とされる。しかしながら、他方で、使用される材料（ガラス、セラミック）の選択が、材料のＣＴＥがほとんど類似となるようなものである場合、ＣＴＥの効果を最小化することができ、このことは結果的に、基本的にＣＴＥ効果の影響を受けない望ましいシステム設計をもたらす。

Claims (11)

1. 拡大ビームコネクタ（５００、８９０）用のインサート（４０１、８１０、９１０、１１０１）内に配設するための位置合わせ組立体（１００、２００、８００、８０１、１０００）であって、
   内側の第１の直径、ならびに前記コネクタの前記インサート（４０１、８１０、９１０、１１０１）内に受容されるように構成される外径を有する、少なくとも１つの円筒形でかつ適合性のあるスリーブ（６０１）と、
   前記スリーブ（２０２、８０１）内に配設され、前記第１の直径よりも大きい第２の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有する、レンズ（１０２、２０２、７０２、７８０、８０２、１００２）と、を備え、
   前記スリーブが、前記第２の直径と本質的に同じである第３の直径を有する丸みを帯びた周縁部を有するフェルール（１０３、５０２、８０３）を少なくとも部分的に受け入れるように構成され、前記フェルールが、前記レンズと光学的に結合するための少なくとも１つのファイバ（５０３、８０４）を備える、位置合わせ組立体。
2. 前記スリーブが割スリーブ（７１１）である、
   請求項１に記載の位置合わせ組立体。
3. 前記スリーブが、少なくとも３つの異なる放射方向の点に沿って、前記レンズおよび前記フェルールの各々に接触する、
   請求項１に記載の位置合わせ組立体。
4. 前記レンズが、ボールレンズ（２０２）または円柱レンズ（１０２’）の一方である、
   請求項１に記載の位置合わせ組立体。
5. 前記レンズが、平凸屈折レンズ、屈折率分布レンズ、非球面ロッドレンズ、または成形レンズのうちの少なくとも１つである、
   請求項４に記載の位置合わせ組立体。
6. 前記レンズが屈折率分布ファイバスタブ（１０４、２０４）である、
   請求項５に記載の位置合わせ組立体。
7. 前記レンズが前記フェルールの前記少なくとも１つのファイバに接触する、
   請求項１に記載の位置合わせ組立体。
8. 前記レンズが、前記フェルールから離間され、前記フェルールとの間に空隙（１１５０）を画定する、
   請求項１に記載の位置合わせ組立体。
9. 前記フェルールと前記レンズとの間にスペーサ（２０５）をさらに備える、
   請求項８に記載の位置合わせ組立体。
10. 前記フェルールが、ファイバスタブを収容するフェルールスタブ（２０３、７０３、７１３）である、
    請求項１に記載の位置合わせ組立体。
11. 前記フェルールがケーブル組立体（５０１、８８０）のフェルールである、
    請求項１に記載の位置合わせ組立体。

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