JP3929968B2 - 光コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバが内装され、光素子などの光入出端に対して前記光ファイバを光接続可能に位置決めして実装するための光コネクタおよびその製造方法に関する。

現在、光ＬＡＮシステムなどで用いられている光トランシーバは、半導体レーザ等の発光素子、あるいはフォトダイオード等の光チップモジュールの光軸を回路基板の方向に沿わせ、このような光素子が搭載された回路基板あるいはリードフレームの端部に光コネクタを取り付けて、外部の光ファイバと接続する方式が一般に用いられている。ここで用いられる光コネクタとしては、周知の単心または多心の光フェルールが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、近時、光電複合回路、光電気混載基板の要求が高まるにつれ、光素子の光軸が基板に沿った接続方式の光トランシーバは、光コネクタの取付位置に各種制約があるため、光接続回路や回路基板の設計自由度が制限されてしまい、さらに基板の小型化が困難という問題が生じている。

そこで、最近、本出願人は、光素子の光軸が基板表面に垂直であり、光コネクタを基板表面に対して垂直な方向に挿抜（挿入および抜去）する方式の光トランシーバを提案している。
図５は、この光トランシーバに用いられる光コネクタの一例を示す概略構成図である。この光コネクタ１１０は、概略、接合面１１０ａに臨んでコネクタ本体１１１に凹所１１１ｃに形成され、位置決め溝１１１ａによって位置決めされた光ファイバ１１５ａの端面１１５ｂが前記凹所１１１ｃに臨んで配置され、前記凹所１１１ｃに接着剤１１４が充填され、さらにコネクタ本体１１１の凹所１１１ｃおよび該凹所１１１ｃに臨む前記光ファイバ１１５の先端部を覆うように前記コネクタ本体１１１に接してカバー板１１２が取り付けられて構成されている。カバー板１１２は、ガラス板などであり、透光性を有する。さらに、凹所１１１ｃには、光ファイバ１１５ａの端面１１５ｂに対向して反射面１１１ｄが形成されている。この光トランシーバは、光コネクタ１１０を、接合面１１０ａが光素子などの光入出端（図示略）に対向させることにより、反射面１１１ｄを介して、光ファイバ１１５と前記光入出端との間に光路が形成されるようになっている。符号１１３は、位置決め用のピンである。
特開平６−２７３６４１号公報

しかしながら、図５に示すような光コネクタ１１０では、凹所１１１ｃとカバー板１１２との間に充填された接着剤１１４が硬化する際に、接着剤自身の収縮により応力が生じ、硬化した接着剤１１４がカバー板１１２から剥離したり、接着剤１１４中に気泡が発生したりする場合がある。すると、剥離箇所や気泡で光が散乱し、光ファイバ１１５と光入出端との間の挿入損失が増大することになる。カバー板１１２をコネクタ本体１１１上に載せた後では、カバー板１１２を剥がすと、かえって接着剤１１４がカバー板１１２から剥離したり、接着剤１１４中の気泡が増加してしまうので、接着剤１１４に気泡が混入した光コネクタ１１０を修復することができなかった。このため、歩留まりが低下し、製造コストが増大するなどの問題があった。

従って、本発明は、コネクタ本体とカバー板との間に光ファイバが挟み込まれ、光ファイバの端面近傍に接着剤が充填される構成の光コネクタにおいて、接着剤の剥離や気泡の発生を抑制し、歩留まり良く製造できる光コネクタおよびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、光入出端に対して光ファイバをコネクタ接続可能に成端する光コネクタであって、前記光ファイバの先端部がコネクタ本体に固定されることにより、該光ファイバの端面が、該端面と前記光入出端とを光学的に接続する光路を形成するための反射面と間隙を挟んで対向して配置されており、前記反射面と前記光ファイバの端面との間隙を含む空間には、接着剤がところどころあるいは全部充填されるとともに、前記空間は前記コネクタ本体に接して配置されるカバー板によって覆われており、前記反射面と前記光ファイバの端面との間隙を含む空間から連通して、前記カバー板を避けたところに開口した接着剤溜め手段が設けられ、前記コネクタ本体と前記カバー板とを接着する接着剤が、前記接着剤溜め手段まで達して充填されて前記光コネクタ外部の外気に露出されていることを特徴とする光コネクタを提供する。

また、本発明は、光入出端に対して光ファイバをコネクタ接続可能に成端する光コネクタであって、前記光ファイバの先端部が固定されるコネクタ本体には、前記光ファイバの端面と前記光入出端とを光学的に接続する光路を形成するための反射面を有する凹所が設けられるとともに、この凹所は、前記コネクタ本体に接着されたカバー板によって覆われており、前記コネクタ本体には、前記凹所から連通して、前記カバー板を避けたところに開口した接着剤溜め部が設けられ、前記コネクタ本体と前記カバー板とを接着する接着剤が、前記接着剤溜め部まで達して充填されて前記光コネクタ外部の外気に露出されていることを特徴とする光コネクタを提供する。
この光コネクタにおいては、接着剤溜め部は、光コネクタが前記光入出端と接合される接合面側に設けることができる。この場合、接着剤溜め部を、反射面を有する凹所と同じ側に形成することができるので、コネクタ本体の成形上、有利である。また、光コネクタの側面や裏面の設計の自由度を確保でき、光入出端を有する回路基板等に対して光コネクタを位置決めしたり固定したりするための各種構成を光コネクタの側面や裏面等に設ける場合に、接着剤溜め部の配置が障害となりにくい。
この場合、コネクタ本体は、前記カバー板を位置決めするためのカバー板位置決め手段を有することが好ましい。これにより、カバー板の位置がずれて接着剤溜め部の上を覆ってしまうことが防止され、接着剤溜め部に接着剤の界面を確保することができる。

本発明の光コネクタによれば、コネクタ本体とカバー板との間に光ファイバが挟み込まれ、光ファイバの端面近傍に接着剤が充填される構成の光コネクタにおいて、接着剤の剥離や気泡の発生を抑制し、歩留まり良く製造することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の光コネクタの一例を示す（ａ）平面図、および（ｂ）正断面図である。図２は、図１の光コネクタの凹所近傍の部分拡大図であり、光コネクタを光素子と対向させた状態を示す断面図である。図３は、光コネクタが光電変換モジュールに接続される様子を示す正面図である。
図１〜図３において、符号１は回路基板、符号２は光電変換モジュール、符号３は光素子、符号１０は光コネクタ、符号１５は光ファイバである。光コネクタ１０を光電変換モジュール２に接続したものは、例えば光トランシーバとして用いることができる。

図２，図３に示すように、光電変換モジュール２は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体レーザ等の発光素子、あるいは、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子である光素子３を搭載あるいは内蔵したチップ状あるいはアレイ状のモジュールである。光電変換モジュール２の上面２ａは、光コネクタ１０と接合される接合面（以下、上面２ａを接合面２ａという）であり、光電変換モジュール２は、回路基板１上に載置されている。接合面２ａは、回路基板１に沿った方向に延在している。

光素子３は、光電変換モジュール２の接合面２ａに搭載されており、光素子３は、回路基板１上の回路など（図示略）と電気的に接続されている。なお、特に図示しないが、光電変換モジュール２が搭載される回路基板１には、光電変換回路、制御処理部、光信号処理回路、光素子駆動回路、その他、回路基板１上の電子部品の駆動制御などを行う種々の回路が実装されている。
光素子３の光軸は、回路基板１に対して垂直の方向となっており、光素子３の光入出端３ａは、光電変換モジュール２の回路基板１と反対側の上方（図３の上方）に向けられている。ここで、光素子３の光入出端３ａとは、例えば発光素子では発光面（出射端）であり、受光素子であれば受光面（入射端）である。なお、光入出端３ａは、光素子３の発光面または受光面に限定されるものではない。一般に、光の入射端面または出射端面であればよく、例えば、回路基板１に垂直に配置された光ファイバの端面等でありうる。

光コネクタ１０と光電変換モジュール２との位置決めは、光コネクタ１０の接合面１０ａから突出した位置決めピン１３を、光電変換モジュール２の接合面２ａに開口したピン穴２ｂ（ピン嵌合孔）に挿入して嵌合することによって行われる。これにより、光電変換モジュール２に対する位置決め（詳細には、後述する反射面１１ｄの光素子３に対する位置決め）の精度を確保できる。位置決めピン１３としては、例えばステンレスなどの金属製のものを採用できるが、材質は特にこれに限定されるものでないことはいうまでもない。
なお、特に図示しないが、例えば、基板や光電変換モジュール２などから突設させて対向配置された一対のバネ（押さえ込み部材）を設け、該バネ同士が互いに近づいて閉じる方向に弾発するようにし、コネクタ接続の際に、光コネクタ１０を前記一対のバネの間に挟み込むようにしてもよい。上記押さえ込み部材が光コネクタ１０を押さえ込む位置は、例えば、光コネクタ１０の接合面１０ａと反対側の背面１０ｂや、あるいは側面１０ｓなどの他の面（図１，図３参照）などにおくことが可能である。このように光コネクタ１０を光電変換モジュール２に向けて押さえ込む機構を設けた場合、光コネクタ１０の接合面１０ａと光電変換モジュール２の接合面２ａとの当接が一層確実になり、光接続の状態を長期的に安定して維持することができる。
この他、光コネクタ１０と光電変換モジュール２とを光接続状態に保持する機構は、各種構成が採用可能である。

光コネクタ１０は、プラスチック等からなるコネクタ本体１１と、このコネクタ本体１１に貼り付けるようにして固定され、前記コネクタ本体１１との間に光ファイバ１５ａを挟み込んで固定するカバー板１２とを有している。カバー板１２は、光電変換モジュール２の光素子３と対面される光コネクタ１０の接合面１０ａに露出されており、光コネクタ１０を光電変換モジュール２上に重ね合わせるようにして設置すると、カバー板１２が光電変換モジュール２の上面である接合面２ａ上に対面して配置される。
本実施の形態例の光コネクタ１０では、カバー板１２の表面と、コネクタ本体１１の上面（以下、これをコネクタ本体１１の接合面１１ｕということがある）とが同一面になっており、この面が光コネクタ１０の接合面１０ａとなるようになっている。

光コネクタ１０のコネクタ本体１１とカバー板１２との間に挟み込まれる光ファイバ１５ａは、コネクタ本体１１に形成された位置決め溝１１ａによって精密に位置決め保持されている。ここで、光ファイバ１５ａは、多心光ファイバテープ心線である光ファイバ１５の先端の一括樹脂被覆の除去により露出（口出し）された光ファイバ（単心の光ファイバ心線、光ファイバ素線、あるいは、裸光ファイバ）である。なお、図１において、符号１８は、光ファイバ１５を固定するための封止材である。

具体的には、位置決め溝１１ａは、コネクタ本体１１にカバー板１２が取り付けられる取付面１１ｂに複数条、並列に配設されている。これにより、多心光ファイバ１５の先端に口出しされた複数本の光ファイバ１５ａは、それぞれ位置決め溝１１ａに沿って真っすぐに配列されて精密に位置決めされる。また、カバー板１２で押さえ込まれることにより、光ファイバ１５ａが反り返るなどして位置決め溝１１ａからはみ出てしまうなどの不都合が防止される。
なお、位置決め溝１１ａとしては、Ｖ溝、半円状の溝、Ｕ溝などである。位置決め溝１１ａは、光コネクタ１０のコネクタ本体１１に形成する構成に限定されず、カバー板１２に形成する構成、コネクタ本体１１とカバー板１２との両方に向かい合わせの位置に形成する構成も採用可能である。
また、光ファイバ１５としては、多心テープ光ファイバ心線に限定されず、例えば、単心の光ファイバ心線等、各種構成が採用可能である。

光ファイバ１５ａの先端には、口出しされた裸光ファイバ（図示略）の端面が露出されており、この光ファイバ１５ａの端面１５ｂは、コネクタ本体１１の前記取付面１１ｂから窪んだ形状の溝状の凹所１１ｃに臨んで配置されている。
ここで、「光ファイバ１５ａの端面１５ｂが凹所１１ｃに臨んで配置されている」とは、光素子３の光入出端３ａと光ファイバ１５ａの端面１５ｂとの間の光路４が、凹所１１ｃを通って形成され得るような配置であることをいう。図１には、光ファイバ１５ａの端面１５ｂが位置決め溝１１ａから突出し、凹所１１ｃ内に進入しているように図示されているが、特にこれに限定するものではない。例えば、光ファイバ１５ａの端面１５ｂの位置が、凹所１１ｃと位置決め溝１１ａの境界部付近、または該境界部より位置決め溝１１ａ側（図１での左側）の位置であっても構わない。

凹所１１ｃには、光ファイバ１５ａの光軸の延長上に、かつ該光ファイバ１５ａの端面１５ｂに僅かな隙間を介して対向する内壁面に、金属蒸着膜などとして形成された反射面１１ｄが形成されている。ここでは、反射面１１ｄは、光ファイバ１５ａの光軸に対して４５°傾斜しており、光コネクタ１０を光電変換モジュール２上に取り付けたときには、丁度、光電変換モジュール２の光素子３上に位置し、光ファイバ１５ａの端面１５ｂからの出射光を９０°屈曲させて光素子３の光入出端３ａに入射させたり、また、光素子３の光入出端３ａからの出射光を９０°屈曲させて光ファイバ１５ａの端面１５ｂに入射させたりするミラーとして機能する。すなわち、反射面１１ｄにより、光ファイバ１５ａの端面１５ｂと光素子３の光入出端３ａとの間に光路４が形成され、光接続がなされる。
なお、反射面１１ｄとしては、コネクタ本体１１の凹所１１ｃの内壁面に直接金属蒸着膜を形成した構成に限定されず、例えば成膜済みのチップを凹所１１ｃに組み込む構成なども採用可能である。また、反射面１１ｄの傾斜角度は、４５°に限定されるものではなく、光ファイバ１５ａの光軸と光素子３の光軸の交差角度により、光ファイバ１５ａと光素子３とが光接続されるような角度であればよい。

さらに、図１，図２に示すように、コネクタ本体１１には、凹所１１ｃの長手方向（図１（ａ）の上下方向）に沿い、カバー板１２の位置を避けるように開口した接着剤溜め部１６が形成されている。ここでは、接着剤溜め部１６は、コネクタ本体１１の接合面１１ｕ側から反射面１１ｄに向かって、カバー板１２の厚みよりも深い深さに掘り下げたような凹部として形成されており、反射面１１ｄの一端縁とカバー板１２との間に、凹所１１ｃと接着剤溜め部１６を連通させる隙間（図２参照）が生じるようになっている。つまり、反射面１１ｄは、コネクタ本体１１の接合面１１ｕ側から見て、接着剤溜め部１６よりも一段深く掘り下がった位置に配置されている。

図１（ａ）に示すように、接着剤溜め部１６は、接合面１１ｕが凹所１１ｃ側に向かって半島状に突出した突出部１７によって、凹所１１ｃの長手方向の中央付近で断絶している。この突出部１７は、カバー板位置決め手段として機能し、突出部１７の突出端に、カバー板１２の一端縁（ここでは図１（ａ）の右側の端縁）を突き当てて、カバー板１２を位置決めすることにより、カバー板１２が接着剤溜め部１６の上を覆ってしまうことが防止される。
なお、カバー板位置決め手段は、接着剤溜め部１６に対してカバー板１２を位置決めして、接着剤１４が外気との界面１４ａを確保できるようにするものであれば、その構成は何ら限定されるものではない。他の例としては、例えば、図４に示すように、凹所１１ｃの長手方向に延びる接着剤溜め部１６の両端部に、カバー板位置決め手段１７が形成されているような構成が例示される。

コネクタ本体１１の取付面１１ｂには、接着剤１４によって、カバー板１２が接着されている。接着剤１４は、コネクタ本体１１とカバー板１２との間の空間、凹所１１ｃおよび接着剤溜め部１６を含めて充填されている。
この場合、光ファイバ１５ａと光素子３との間を通る光、特に、反射面１１ｄと光素子３との間をとおる光は、接着剤１４およびカバー板１２を透過する必要がある。このため、接着剤１４およびカバー板１２は、光が散乱や吸収等による損失が殆ど生じることなく透過できるような光学特性（透光性）を有する。
ここで、カバー板１２や接着剤１４の材質について、透光性を有するとは、少なくとも使用波長帯において光の減衰や損失の発生が実用的に問題のない程度に低い材料であることをいう。

カバー板１２の材料としては、例えばガラスや透明プラスチックが採用できる。なお、カバー板１２は、その全体が透光性をもつ構成に限定されず、少なくとも、光路４が形成される部分（例えば凹所１１ｃの開口を塞ぐ部分）が、ガラスや透明プラスチックなどの透光性材料からなるものであればよい。例えば、カバー板１２の全体がガラス等の透光性材料で形成された構成でもよく、または、光路４が通る部分に透光性材料からなる窓が設けられており、窓以外の部分が不透明である構成であってもよい。
接着剤１４としては、例えばエポキシ系などの光学接着剤を用いることができ、その種類も、ＵＶ硬化型、熱硬化型など、種々のものが採用可能である。

以上説明したような本実施の形態の光コネクタ１０によれば、接着剤１４の表面が接着剤溜め部１６を通じて外気に露出されるので、接着剤１４全体が硬化する際の応力が、接着剤１４と外気との界面１４ａから緩和される。この界面１４ａは、カバー板１２と接する面ではないので、接着剤１４の収縮が起こっても、カバー板１２との剥離となることがない。また、界面１４ａ付近の接着剤１４は、外気にさらされることにより、気泡が抜けやすくなっており、気泡が生じにくい。つまり、光コネクタ１０では、接着剤１４の硬化時に接着剤１４全体に生じる応力を、接着剤溜め部１６によって形成される接着剤１４と外気との界面１４ａによって解消することができる。従って、気泡や剥離等の欠陥の発生を効果的に抑制することができ、光コネクタ１０製造の歩留まりを向上することができる。また、光ファイバ１５の端面１５ｂと反射面１１ｄとの間に形成される光路４が、気泡がなく、透光性に優れた接着剤１４で充填されることにより、散乱や界面での反射を抑制し、挿入損失を低減することができる。
接着剤溜め部１６が、反射面１１ｄ付近に設けられているので、反射面１１ｄ付近に位置する接着剤１４の気泡等の欠陥の発生を防止することができ、光路４の損失増大を抑制する点で効果が大きい。

以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に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、接着剤溜め部は、コネクタ本体とカバー板との間に充填される接着剤をはみ出させて外気に触れるようにする構造であれば、その配置や形状などは、特に限定されるものではない。
本発明の光コネクタと光接合される光素子などの光入出端は、回路基板に実装されたものである必要はない。また、光コネクタが光入出端と光結合されたときの姿勢は、光コネクタの接合面を下向きにした姿勢に限定されることはなく、例えば接合面が鉛直方向の上向き、あるいは水平方向に向いた姿勢などであっても差し支えない。

本発明の光コネクタの一例を示す（ａ）平面図、および（ｂ）正断面図である。 図１の光コネクタの凹所付近を示し、光コネクタを光素子と対向させた状態を示す断面図である。 光コネクタが光電変換モジュールに接続される様子を示す正面図である。 本発明の光コネクタの改変例の一を示す平面図である。 従来の光コネクタの一例を示す（ａ）平面図、および（ｂ）正断面図である。

符号の説明

３ａ…光入出端、４…光路、１０…光コネクタ、１０ａ…接合面、１１…コネクタ本体、１１ｂ…取付面、１１ｃ…凹所（反射面と光ファイバの端面との間隙を含む空間）、１１ｄ…反射面、１２…カバー板、１４…接着剤、１５…光ファイバ、１５ａ…光ファイバの先端部、１５ｂ…光ファイバの端面、１６…接着剤溜め部（接着剤溜め手段）、１７…カバー板位置決め手段。

Claims (3)

1. 光入出端に対して光ファイバをコネクタ接続可能に成端する光コネクタであって、
   前記光ファイバの先端部が固定されるコネクタ本体は、カバー板が取り付けられる取付面と、この取付面から窪んだ形状の凹所を有し、この凹所は、前記コネクタ本体に接着されたカバー板によって覆われており、
   前記凹所は、前記光ファイバの端面と前記光入出端とを光学的に接続する光路を形成するための反射面を有し、前記反射面は、前記光ファイバの光軸の延長上にあって、かつ該光ファイバの光軸に対して傾斜しており、
   前記カバー板の表面は、光コネクタが前記光入出端と接合される接合面となっており、前記光路は、前記反射面と前記光入出端との間の部分が、前記カバー板を通っており、
   前記コネクタ本体の前記接合面側には、前記凹所から連通して、前記カバー板を避けたところに開口した接着剤溜め部が設けられ、前記コネクタ本体と前記カバー板とを接着する接着剤が、前記接着剤溜め部まで達して充填されて前記光コネクタ外部の外気に露出されていることを特徴とする光コネクタ。
2. 前記光ファイバの光軸に対する前記反射面の傾斜角度が４５°であることを特徴とする請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記コネクタ本体は、前記カバー板を位置決めするためのカバー板位置決め手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光コネクタ。

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