JP2017161823A - 光接続装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つ以上のレンズを先端に有するフェルールを備えた光モジュールを製造する際に、レンズと光配線との間の位置ずれを容易且つ確実に抑制して、信頼性の高いフェルールを高い歩留まりで得る。【解決手段】１つ以上のレンズ１１を先端に有するフェルール１０を備えた光接続装置を製造する際に、レンズ１１を有するフェルール１１の第１部分１を形成する工程と、レンズ１１に光を入射しながら、第１部分１における光配線の配置位置を規定する工程と、第１部分１と接続されるフェルール１０の第２部分２を形成する工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光接続装置の製造方法に関するものである。

近年では、サーバやスーパーコンピュータ等、ＬＳＩ間における信号伝送の高速化が進行している。その一方で、伝送損失や信号伝送時に生じる波形歪の補償機構によって消費電力が増大しており、電気信号での高速伝送は短距離に限られるようになってきている。その代わりに、光ファイバ網の急速な発達により、長距離伝送から普及してきた光伝送は徐々に近距離でも普及し始め、装置間及び機器間等での光通信も実現され始めている。

これら機器間等の光接続には、光トランシーバと光ケーブルとをセットにしたＡＯＣ（Active Optical Cable）が用いられる。このような光モジュールは主に、光素子、光配線、光路変換部、光接続部から構成されている。光素子は、一般的には面型光素子が用いられることが多い。この場合、光の入出力方向は実装基板に対して垂直となる。筐体を小型薄型にするためには、光路を９０°変換して横向きのファイバアレイと結合するように構成する必要がある。光路を変換する手段としては、ミラーや曲げ導波路等が用いられる。

特開平７−２７７７５３号公報 特開２００３−１９５０１２号公報 特開２０１４−１６０１７２号公報

光配線には、光ファイバや光導波路等の光配線が用いられ、先端において光コネクタで光接続を行う。光配線は、ＭＴコネクタ（Mechanical transfer connector）又はＰＭＴコネクタ（Connector for Polymer Waveguides connected with MT connector）に代表されるような成形されたフェルールに収納されるものが一般的である。光コネクタの先端では、端面同士のバットジョイントで位置合わせを行うことが多いが、この場合、数μｍの位置精度が要求される。この位置精度を緩和すると共に、光配線の端面を保護するという目的の下、先端にレンズを配したフェルールが開発されている。

しかしながら、多心用のフェルールの先端に複数のレンズが一体形成される場合、光ファイバや光導波路等の光配線をフェルールのスリットで保持できずに、レンズと光配線との間で位置ずれが発生し易いという問題がある。

本発明は、１つ以上のレンズを先端に有するフェルールを備えた光接続装置を製造する際に、レンズと光配線との間の位置ずれを容易且つ確実に抑制して、信頼性の高いフェルールを高い歩留まりで得ることを目的とする。

一つの態様では、光接続装置の製造方法であって、１つ以上のレンズを先端に有するフェルールを備えた光接続装置の製造方法であって、前記レンズを有する前記フェルールの第１部分を形成する工程と、前記レンズに光を入射しながら、前記第１部分における光配線の配置位置を規定する工程と、前記第１部分と接続される前記フェルールの第２部分を形成する工程とを含む。

１つの側面として、１つ以上のレンズを先端に有するフェルールを備えた光接続装置を製造する際に、レンズと光配線との間の位置ずれを容易且つ確実に抑制して、信頼性の高い光接続装置を高い歩留まりで得ることができる。

第１の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。 図１に引き続き、第１の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。 第２の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。 図３に引き続き、第２の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。 第１及び第２の実施形態による光モジュールを適用したＡＯＣの概略構成を示す断面図である。

以下、光接続装置（光モジュール）の製造方法の諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この光モジュールは、光ファイバや光導波路等の光配線、以下の諸実施形態の例ではフィルム状の光導波路を保持固定するフェルールを備えたものである。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。図１（ａ），（ｃ）及び図２（ｂ），（ｃ）では左方が斜視図で右方が断面図であり、図１（ｂ）及び図２（ａ）が断面図である。

先ず、図１（ａ）に示すように、フェルールの第１部分１を形成する。
詳細には、第１材料として例えばオレフィン系樹脂を用いた射出成形により、フェルールの前方部分である第１部分１を形成する。第１部分１は、その先端面に１つ以上、ここでは複数のレンズ１１が並列して形成されており、両端にはＭＴコネクタと接続する際に用いられる貫通孔１２が形成されている。レンズ１１は、例えば２５０μｍピッチで１２個形成され、焦点距離が約５００μｍ、レンズ先端からの厚みが約５５０μｍとなるよう成形される。

続いて、図１（ｂ）に示すように、第１部分１における光導波路の配置位置を規定する。
詳細には、第１部分１のレンズ１１に、ファンアウトケーブル３の先端を対向させる。ファンアウトケーブル３は、先端がＭＴコネクタ、後端がＦＣ（Fiber Channel）コネクタとされており、ＦＣコネクタが所定の光源（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の可視光源）に接続されている。光源からファンアウトケーブル３を通じてレンズ１１に光を入射する。第１部分１の後端から、レンズ１１によって集光されたビーム径を所定のカメラを用いて観察する。ビーム径が直径５０μｍ程度、或いはそれ以下の所定値になるように、ボールミル等の加工機５を用いて、第１部分１の後端面を深さ例えば５０μｍ程度に切削し、後端面における光の焦点位置に溝１ａを形成する。このとき、スリット１ａの中心位置がビーム径の中心位置と略一致するように、溝１ａを形成する。第１部分１に溝１ａが形成された様子を図１（ｃ）に示す。

続いて、図２（ａ）に示すように、成形用金型４に第１部分１を取り付ける。
詳細には、第１部分１の溝１ａに成形用金型４の保持ピン４ａを嵌合させて第１部分１の側面を保持し、第１部分１の先端面を成形用金型４の凹状部４ｂで保持する。保持ピン４ａは、溝１ａに嵌合されることになるフィルム状の光導波路の形状を模したものであり、保持ピン４ａを備えた成形用金型４により、第１部分１が製造後のレンズ１１の特性を踏まえた最適な位置で保持される。

続いて、図２（ｂ）に示すように、第１部分１と接続されるフェルールの第２部分２を形成する。
詳細には、第１部分１を図２（ａ）のように成形用金型４で保持した状態で、第１材料と異なる第２材料、ここでは第１材料の成形条件よりも低融点の材料（例えば、ポリカーボネード樹脂等）や、第１材料の成形条件よりも低温で硬化する樹脂材料(例えば、エポキシ樹脂等)を用い、これを成形用金型４の空隙４ｂ内に射出する。第２部分２の材料として上記のような第２材料を用いることにより、第１部分１に形状変化を惹起することなく、第１部分１を所期の形状に保った状態で第２部分２を形成することができる。成形用金型４を外すことにより、第１部分１に第２部分２が接続され、内部に光配線であるフィルム状の光導波路が保持固定されるスリット１０ａを有するフェルール１０が形成される。

続いて、図２（ｃ）に示すように、フェルール１０のスリット１０ａ内に、光配線であるフィルム状の光導波路２０が挿入されて接着硬化し、保持固定される。光導波路２０は、コア部２０ａと、これを覆うクラッド部２０ｂを有して構成されている。以上により、本実施形態による光モジュールが形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、１つ以上のレンズ１１を先端に有するフェルール１０を製造する際に、レンズ１１に光を入射した状態で焦点位置に位置決め構造を形成する。これにより、レンズ１１と光導波路との間の位置ずれを容易且つ確実に抑制して、製造後のレンズ１１の特性を踏まえた上で最適な位置に光導波路のスリット１０ａを形成することができ、信頼性の高いフェルール１０を高い歩留まりで得ることが可能となる。

（第２の実施形態）
図３及び図４は、第２の実施形態による光モジュールの製造方法を説明するための模式図である。図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｂ）において、左方が斜視図、中央が横断面図、右方が縦断面図である。なお、第１の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。

先ず、図３（ａ）に示すように、フェルールの第１部分２１を形成する。
詳細には、第１材料として例えばオレフィン系樹脂を用いた射出成形により、内部に光配線であるフィルム状の光導波路が収納される第１スリット２１ａが形成された第１部分２１を形成する。第１スリット２１ａは、光配線である光導波路の大きさよりも若干大きくマージンを持たせた大きさに形成される。第１部分２１は、その先端面に１つ以上、ここでは複数のレンズ１１が並列して形成されており、両端にはＭＴコネクタと接続する際に用いられる貫通孔１２が形成されている。レンズ１１は、例えば２５０μｍピッチで１２個形成され、焦点距離が約５００μｍ、レンズ先端からの厚みが約５００μｍとなるよう成形される。第１部分２１を形成する際には、後述する第２材料の逃げ穴を形成しておく。

続いて、図３（ｂ）に示すように、第１部分２１における光導波路の配置位置を規定する。
詳細には、先ず、第１部分２１の第１スリット２１ａに、位置合せ用導光板３１を挿通する。位置合せ用導光板３１は、実際に保持固定される光導波路を模して当該光導波路と同じ大きさとされた光伝播機能を有する位置合せ用導光部材であって、ガラス等から形成されており、コア部３１ａと、これを覆うクラッド部３１ｂを有して構成されている。第１スリット２１ａ内では、位置合せ用導光板３１との間隙２１ｃが存在する。

第１スリット２１ａに位置合せ用導光板３１が挿通された状態で、第１部分２１のレンズ１１に、ファンアウトケーブル３の先端を対向させる。ファンアウトケーブル３は、先端がＭＴコネクタ、後端がＦＣコネクタとされており、ＦＣコネクタが所定の光源（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の可視光源）に接続されている。光源からファンアウトケーブル３を通じてレンズ１１に光を入射する。位置合せ用導光板３１からレンズ１１によって集光されたビーム径を所定のカメラを用いて観察しながら、位置合せ用導光板３１の設置状態を調整して最適な設置位置を規定する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、第１部分２１と接続されるフェルールの第２部分２２を形成する。
詳細には、第１スリット２１ａ内で位置合せ用導光板３１の位置調整がされた状態で、第２材料を用い、第１スリット２１ａの位置合せ用導光板３１との間隙２１ｃを埋め込むように射出成型する。第２材料としては、第１材料と異なる第２材料、ここでは第１材料の成形条件よりも低融点の材料（例えば、ポリカーボネード樹脂等）や、第１材料の成形条件よりも低温で硬化する樹脂材料(例えば、エポキシ樹脂等)を用いる。これにより、第１スリット２１ａの内壁面を第２材料で覆い、第１スリット２１ａの位置合せ用導光板３１との間隙２１ｃを充填する第２部分２２が形成される。第２部分２２の形成により、内部に光配線であるフィルム状の光導波路が保持固定される第２スリット２１ｂが形成される。第２部分２２の材料として上記のような第２材料を用いることにより、第１部分２１に形状変化を惹起することなく、第１部分２１を所期の形状に保った状態で第２部分２２を形成することができる。

続いて、図４（ａ）に示すように、第２スリット２１ｂから位置合せ用導光板３１を取り外す。これにより、第１部分２１に第２部分２２が接続され、内部に光配線であるフィルム状の光導波路が保持固定される第２スリット２１ｂを有するフェルール３０が形成される。

続いて、図４（ｂ）に示すように、フェルール３０の第２スリット２１ｂ内に、光配線であるフィルム状の光導波路２０が挿入されて接着硬化し、保持固定される。光導波路２０は、コア部２０ａと、これを覆うクラッド部２０ｂを有して構成されている。以上により、本実施形態による光モジュールが形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、１つ以上のレンズ１１を先端に有するフェルール３０を製造する際に、レンズ１１に光を入射した状態で焦点位置に位置決め構造を形成する。これにより、レンズ１１と光導波路との間の位置ずれを容易且つ確実に抑制して、製造後のレンズ１１の特性を踏まえた上で最適な位置に光導波路の第２スリット２１ｂを形成することができ、信頼性の高いフェルール３０を高い歩留まりで得ることが可能となる。

上述した第１及び第２の実施形態による光モジュールは、例えば高速伝送と長距離化を可能にする電気−光変換ケーブルであるＡＯＣ（Active Optical Cable）に接続される。図５は、光モジュールを適用したＡＯＣの概略構成を示す断面図であり、（ａ）が第１の実施形態による光モジュールと接続されたＡＯＣを、（ｂ）が第２の実施形態による光モジュールと接続されたＡＯＣをそれぞれ示す。

図５（ａ）のように、第１の実施形態によるフェルール１０のスリット１０ａ内にフィルム状の光導波路２０が保持固定された光モジュール１０１と、フェルール１０のレンズ１１と対向するようにＡＯＣの光ファイバ１０２が配置される。光導波路２０と光ファイバ１０２とが光結合されている。

図５（ｂ）のように、第２の実施形態によるフェルール３０の第２スリット２１ｂ内にフィルム状の光導波路２０が保持固定された光モジュール２０１と、フェルール３０のレンズ１１と対向するようにＡＯＣの光ファイバ２０２が配置される。光導波路２０と光ファイバ２０２とが光結合されている。

以下、光接続装置及びその製造方法の諸態様について、付記としてまとめて記載する。

（付記１）１つ以上のレンズを先端に有するフェルーを備えた光接続装置の製造方法であって、
前記レンズを有する前記フェルールの第１部分を形成する工程と、
前記レンズに光を入射しながら、前記第１部分における光配線の配置位置を規定する工程と、
前記第１部分と接続される前記フェルールの第２部分を形成する工程と
を含むことを特徴とする光接続装置の製造方法。

（付記２）前記光配線の配置位置を規定する工程において、前記第１部分に前記光配線の先端が設置固定される溝を形成することを特徴とする付記１に記載の光接続装置の製造方法。

（付記３）前記第２部分を形成する工程において、保持ピンを有する成形用部材を用い、前記保持ピンを前記溝に嵌合させた状態で前記第２部分を形成することを特徴とする付記２に記載の光接続装置の製造方法。

（付記４）前記光配線の配置位置を規定する工程において、前記第１部分に形成された前記光配線よりも大きいスリットに前記光配線を模した位置合せ用導光部材を挿通し、前記レンズに光を入射することを特徴とする付記１に記載の光接続装置の製造方法。

（付記５）前記第２部分を形成する工程において、前記スリットに前記位置合せ用導光部材が挿通された状態で、前記スリットの前記位置合せ用導光部材との間隙を充填する前記第２部分を形成することを特徴とする付記４に記載の光接続装置の製造方法。

（付記６）前記第２部分は、前記第１部分とは異なる材料で形成されていることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法。

（付記７）前記第２部分は、前記第１部分よりも低融点の樹脂又は前記第１部分よりも低温で硬化する樹脂で形成されていることを特徴とする付記６に記載の光接続装置の製造方法。

（付記８）１つ以上のレンズを先端に有し、光配線を保持固定するフェルールを備えた光接続装置であって、
前記フェルールは、
前記レンズを有する第１部分と、
前記第１部分と接続される第２部分と
を含み、
前記第２部分は、前記第１部分とは異なる材料で形成されていることを特徴とする光接続装置。

（付記９）前記第２部分は、前記第１部分よりも低融点の樹脂又は前記第１部分よりも低温で硬化する樹脂で形成されていることを特徴とする付記８に記載の光接続装置。

（付記１０）前記第１部分は、前記光配線の先端が位置する第１スリットを有しており、
前記第２部分は、前記第１スリットと一体となって前記光配線を保持固定する第２スリットを有していることを特徴とする付記８又は９に記載の光接続装置。

（付記１１）前記第１部分は、前記光配線よりも大きい第１スリットを有しており、
前記第２部分は、前記第１スリットの内壁面の少なくとも一部を覆い、前記光配線を保持固定する第２スリットを形成していることを特徴とする付記８又は９に記載の光接続装置。

１，２１ 第１部分
１ａ 溝
２，２２ 第２部分
３ ファンアウトケーブル
４ 成形用部材
４ａ 保持ピン
４ｂ 凹状部
４ｃ 空隙
５ 加工機
１０，３０ フェルール
１０ａ スリット
１１ レンズ
１２ 貫通孔
２０ 光導波路
２０ａ，３１ａ コア部
２０ｂ，３１ｂ クラッド部
２１ａ 第１スリット
２１ｂ 第２スリット
２１ｃ 間隙
３１ 位置合せ用導光板
１０１，２０１ 光モジュール
２０２，２０２ 光ファイバ

Claims (7)

1. １つ以上のレンズを先端に有するフェルールを備えた光接続装置の製造方法であって、
   前記レンズを有する前記フェルールの第１部分を形成する工程と、
   前記レンズに光を入射しながら、前記第１部分における光配線の配置位置を規定する工程と、
   前記第１部分と接続される前記フェルールの第２部分を形成する工程と
   を含むことを特徴とする光接続装置の製造方法。
2. 前記光配線の配置位置を規定する工程において、前記第１部分に前記光配線の先端が設置固定される溝を形成することを特徴とする請求項１に記載の光接続装置の製造方法。
3. 前記第２部分を形成する工程において、保持ピンを有する成形用部材を用い、前記保持ピンを前記溝に嵌合させた状態で前記第２部分を形成することを特徴とする請求項２に記載の光接続装置の製造方法。
4. 前記光配線の配置位置を規定する工程において、前記第１部分に形成された前記光配線よりも大きいスリットに前記光配線を模した位置合せ用導光部材を挿通し、前記レンズに光を入射することを特徴とする請求項１に記載の光接続装置の製造方法。
5. 前記第２部分を形成する工程において、前記スリットに前記位置合せ用導光部材が挿通された状態で、前記スリットの前記位置合せ用導光部材との間隙を充填する前記第２部分を形成することを特徴とする請求項４に記載の光接続装置の製造方法。
6. 前記第２部分は、前記第１部分とは異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法。
7. 前記第２部分は、前記第１部分よりも低融点の樹脂又は前記第１部分よりも低温で硬化する樹脂で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光接続装置の製造方法。

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