JP5530332B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

この発明は光ファイバを保持した光ファイバコネクタと接続される光モジュールに関し、特にＪＩＳ Ｃ ５９８１に規格化されているＦ１２型多心光ファイバコネクタ（以下、ＭＴコネクタと言う）と接続される光モジュールに関する。

この種の光モジュールの従来例として、特許文献１には一対のガイドピン、多心光ファイバを保持するＭＴフェルール、受光素子を保持するＰＤサブキャリアからなるサブアセンブリをリードフレームと共に樹脂成形することにより、モールドパッケージ化した光モジュールが記載されている。

図１６Ａはこの特許文献１に記載されている光モジュールにおけるサブアセンブリの構成を示したものであり、図１６Ａ中、１はガイドピンを示し、２はＭＴフェルール、３はＰＤサブキャリアを示す。なお、図１６ＢはサブアセンブリからＭＴフェルール２を外した状態を示す。

ＭＴフェルール２はリッド２ｃとファイバ保持部材２ｄとよりなり、これらが合わされて構成されている。リッド２ｃとファイバ保持部材２ｄの合わせ面には一対のガイドピン１が挿入される一対の貫通孔２ａを形成する台形状の溝が対向して形成されており、ファイバ保持部材２ｄには光ファイバが保持される複数のＶ字形溝２ｂが２つの台形状の溝の間に形成されている。リッド２ｃとファイバ保持部材２ｄは光ファイバを保持して接着固定され、その後、ガイドピン１が一対の貫通孔２ａに挿入される。

ＰＤサブキャリア３は一対の貫通孔３ａを形成する第１平板３ｂ及び第２平板３ｃと、放熱用リードピン３ｄ及び接続用リードピン３ｅを一部に構成し、第１平板３ｂと第２平板３ｃとの間に挟持されるリードフレームとから構成されている。ＰＤサブキャリア３には受光素子アレイ３ｆ及びプリアンプＩＣ３ｇが搭載されている。

ＭＴフェルール２にはガイドピン１が挿入される貫通孔２ａを基準に全ての光ファイバが精度良く位置決めされており、同様に、ＰＤサブキャリア３にはガイドピン１が挿入される貫通孔３ａを基準に受光素子アレイ３ｆの全ての受光素子が精度良く位置決めされている。従って、ガイドピン１を貫通孔２ａ，３ａに挿入するだけで、ＭＴフェルール２に保持された複数の光ファイバと、ＰＤサブキャリア３に搭載された受光素子アレイ３ｆの複数の受光素子とが精度良く位置決めされる。

ガイドピン１は図１６Ａに示したように、ＭＴフェルール２から突出されており、この突出しているガイドピン１はこの光モジュールと接続される相手側のＭＴコネクタに挿入される。

特開２０００−１９９８３８号公報

上述したように、相手側のＭＴコネクタとの接続、光軸合わせに供すべく、ガイドピン１はＭＴフェルール２から突出されている。特許文献１におけるガイドピン１のＭＴフェルール２からの突出量およびガイドピン保持長は、ＭＴコネクタの規格（ＪＩＳ Ｃ ５９８１）から次のように算出される。

ＪＩＳ Ｃ ５９８１にはガイドピン長さと、ＭＴフェルールのガイドピン挿入方向の長さ（ガイドピンが挿入されるガイドピン穴の長さ）が、
ガイドピン長さ ：10.8ｍｍ以上
ガイドピン穴長さ： 8.0ｍｍ
と規定されている（図１７Ａ）。これらガイドピン長さとガイドピン穴長さの規定より、ガイドピンとＭＴフェルールを組み合わせた状態では、ガイドピン突出量は必ず2.8ｍｍ以上となる（図１７Ｂ）。すなわち、２個のＭＴフェルールをガイドピンを用いて接続させた場合のガイドピン保持長は最低でも2.8ｍｍ以上確保される（図１７Ｃ）。なお、図１７には光ファイバは図示しておらず、また一部透視図として示している。

ＭＴコネクタは、ガイドピンがどちらのＭＴフェルールにも係止固定されていないため、接続状態でもガイドピンが光軸方向に移動可能であり、ガイドピンが多少移動しても接続、光軸合わせに十分なガイドピン突出量、ガイドピン保持長を確保できるように長さが決められている。

同様に、ＭＴコネクタと接続される特許文献１の光モジュールでも、ガイドピン１はＭＴフェルール２に係止固定されてはいないので、光モジュールを小型化するために、ガイドピン１の長さおよびＭＴフェルール２の長さを切り詰めようとしても、ガイドピン１の長さは少なくとも5.6ｍｍ（2.8ｍｍ＋2.8ｍｍ）以上必要であり、ＭＴフェルール２の長さも2.8ｍｍ以上必要というのが当業者の技術常識であった（図１８）。

この発明の目的はこのような状況に鑑み、従来よりも短いガイドピンとＭＴフェルールを用いながらもＭＴコネクタと接続可能な小型の光モジュールを実現することにある。

請求項１の発明によれば、光ファイバを整列保持し、一対のガイドピン挿入孔を有するＭＴコネクタと接続される光モジュールは、基板と、基板上に搭載固定され、基板の板面と垂直方向に貫通形成された一対の貫通孔を有し、前記垂直方向の全長が1.9ｍｍ以上2.8ｍｍ未満とされ、前記貫通孔に連通するスリットが形成されている樹脂製の保持部材と、切り欠きを有し、前記貫通孔にそれぞれ挿入される一対のガイドピンとを具備し、ガイドピンは一端側が前記全長にわたって保持部材に保持され、ガイドピン挿入孔に挿入される他端側は保持部材から2.8ｍｍ以上突出されており、ガイドピンは前記スリットに挿入保持されて前記切り欠きに係合する係止片によって保持部材に係止されているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、保持部材にはＭＴコネクタの光ファイバの端面と対向されて光接続される光ファイバが整列保持されているものとされる。

請求項３の発明では請求項２の発明において、基板には保持部材に保持された光ファイバの基板側端面と対向する位置に光素子が実装されているものとされる。

請求項４の発明では請求項２の発明において、基板には保持部材に保持された光ファイバの基板側端面と対向する位置に光導波路が構成されているものとされる。

請求項５の発明では請求項１の発明において、ＭＴコネクタは接続端面に突出部を有し、整列保持した光ファイバの端面は突出部の先端面に位置され、突出部の突出方向全長は保持部材の前記全長より短くされており、前記突出部を収容する収容孔が保持部材に貫通形成されているものとされる。

請求項６の発明では請求項５の発明において、基板には収容孔に挿入収容される前記突出部の光ファイバの端面と対向する位置に光素子が実装されているものとされる。

請求項７の発明では請求項５の発明において、基板には収容孔に挿入収容される前記突出部の光ファイバの端面と対向する位置に光導波路が構成されているものとされる。

請求項８の発明では請求項３又は６の発明において、基板に凹部が形成され、凹部内に光素子が位置されているものとされる。

この発明による光モジュールによれば、係止片によってガイドピンを係止・固定して、ガイドピンを保持する保持部材の全長を1.9ｍｍ以上2.8ｍｍ未満とするものとなっており、よって従来よりも光モジュールの小型化を図ることができる。

この発明による光モジュールの実施例１の外観をＭＴコネクタと共に示した斜視図。 図１に示した光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示す斜視図。 図２に示した接続状態の拡大断面図。 図１に示した光モジュールの分解斜視図。 Ａは係止片とガイドピンの係合状態を示す断面図、Ｂは係止片の拡大斜視図。 ガイドピンに曲げ荷重を加えた際のガイドピンの保持長と保持部材に発生する最大応力値の関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフ。 Ａはこの発明による光モジュールの実施例２の外観をＭＴコネクタと共に示した斜視図、ＢはＡにおける光モジュールの分解斜視図。 図７Ａに示した光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示す斜視図。 図８に示した接続状態の拡大断面図。 Ａはこの発明による光モジュールの実施例３の外観をＭＴコネクタと共に示した斜視図、ＢはＡにおける光モジュールの分解斜視図。 図１０Ａに示した光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示す斜視図。 図１１に示した接続状態の拡大断面図。 Ａはこの発明による光モジュールの実施例４の外観をＭＴコネクタと共に示した斜視図、ＢはＡにおける光モジュールの分解斜視図。 図１３Ａに示した光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示す斜視図。 図１４に示した接続状態の拡大断面図。 Ａは従来の光モジュールの要部構成を示す斜視図、ＢはＡの分解斜視図。 ＡはＭＴコネクタを構成する各部品の寸法を示す図、ＢはガイドピンとＭＴフェルールを組み合わせた寸法を示す図、ＣはＭＴコネクタの接続状態を示す図。 Ａは図１６に示した従来の光モジュールとＭＴコネクタの寸法を示す図、Ｂは図１６に示した従来の光モジュールとＭＴコネクタの接続状態を示す図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明による光モジュールの実施例１の構成をＭＴコネクタと共に示したものであり、図２はそれらが接続された状態を示したものである。また、図３は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態の断面を示したものであり、図４は光モジュールを各部に分解して示したものである。

光モジュール１０はこの例では図４に示したように基板１１と保持部材１２と一対のガイドピン１３と一対の係止片１４とを備えている。基板１１には光素子１５及びＩＣ１６が実装されており、保持部材１２には光ファイバ１７が整列保持されている。

保持部材１２は直方体のブロック状をなし、その長手方向両端には上下方向に貫通して一対の貫通孔２１が形成されている。また、保持部材１２の長手方向に沿う側面の一方には一対のスリット２２が形成されており、これらスリット２２の内端は一対の貫通孔２１にそれぞれ連通されている。

光ファイバ１７は一対の貫通孔２１間に、上下方向に貫通して配列形成された細孔２３に挿入固定されており、この例では１２本の光ファイバ１７が保持部材１２に整列保持されている。光ファイバ１７は細孔２３の全長より長い状態で細孔２３に挿入されて保持部材１２に接着固定された後、保持部材１２の上下面１２ａ，１２ｂを研磨することにより突出している部分が除去され、長さが揃えられる。保持部材１２の上下面１２ａ，１２ｂには光ファイバ１７の両端の研磨端面がそれぞれ位置される。

保持部材１２の一対の貫通孔２１にはガイドピン１３がそれぞれ挿入される。貫通孔２１に挿入されるガイドピン１３の一端側には切り欠き２４が形成されており、係止片１４がスリット２２に挿入されて切り欠き２４に係合することにより、この例では一対のガイドピン１３は保持部材１２に係止されて固定されるものとなっている。

図５Ａは係止片１４とガイドピン１３の切り欠き２４の係合状態を示したものであり、図５Ｂは係止片１４を拡大して示したものである。

係止片１４はコ字状とされ、そのコ字の脚部の一方の先端外側には突出部１４ａが設けられている。一方、ガイドピン１３の切り欠き２４はこの例では径が細くされて形成されている。係止片１４は保持部材１２のスリット２２に圧入されて保持部材１２に保持され、保持部材１２に保持された係止片１４の内端がガイドピン１３の切り欠き２４内に位置することによってガイドピン１３が係止される。

一対のガイドピン１３が固定された保持部材１２は基板１１上に搭載固定される。固定は例えば接着により行われる。光素子１５はこの例では基板１１の板面（上面）１１ａに形成された凹部２５内に位置されており、保持部材１２に整列保持された光ファイバ１７の各端面（基板側端面）は光素子１５と対向されて光軸合わせされる。

光素子１５は光モジュール１０が受光モジュールとされる場合は受光素子とされ、発光モジュールとされる場合は発光素子とされる。具体的に言えば、受光素子としては例えばＰＤ（フォトダイオード）が用いられ、発光素子としては例えばＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）が用いられる。光素子１５はこの例では４つの発光部もしくは受光部を有するアレイとされており、３つ実装されている。なお、ＩＣ１６は光モジュール１０が受光モジュールの場合には増幅回路とされ、発光モジュールの場合には駆動回路とされる。

光モジュール１０は上記のように一対のガイドピン１３を保持した保持部材１２が基板１１上に搭載されて構成される。一対のガイドピン１３は基板１１の板面１１ａと垂直方向に、基板１１上に立設された状態となる。ガイドピン１３は例えばステンレス製とされ、保持部材１２は樹脂製とされる。樹脂としてはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。係止片１４には例えばバネ性ステンレス材が使用される。

一方、ＭＴコネクタ３０はＪＩＳ Ｃ ５９８１に規定された構成を有しており、その接続端側にはＭＴフェルール３１が構成されている。ＭＴフェルール３１には一対のガイドピン挿入孔３２が貫通形成されており、また一対のガイドピン挿入孔３２間には光ファイバ３３が図３Ｂに示したように整列保持されている。光ファイバ３３はその端面が光モジュール１０の保持部材１２に整列保持された光ファイバ１７の端面と対向されて光接続されるようにＭＴフェルール３１に整列保持されている。この例では光ファイバ３３は光ファイバ１７と同様に１２本整列保持されている。なお、これら光ファイバ３３はテープ形光ファイバコード３４から導出されている。図３Ｂ中、３５は光ファイバ心線を示す。

光モジュール１０の一対のガイドピン１３がＭＴコネクタ３０の一対のガイドピン挿入孔３２に挿入・位置決めされることによって、ＭＴコネクタ３０と光モジュール１０は機械的に接続され、かつ光接続される。

上記のような構成において、光モジュール１０の保持部材１２の、基板１１の板面１１ａと垂直方向の全長Ｌはこの例では1.9ｍｍとされている。ガイドピン１３はその一端側が保持部材１１の全長Ｌにわたって保持されており、つまりガイドピン１３の保持長はこの例では1.9ｍｍとされている。

ガイドピンの保持長は前述したように、従来においては2.8ｍｍ以上必要とされていた。これに対し、この例では1.9ｍｍとしており、保持長を1.9ｍｍとした根拠について、以下説明する。

図６はガイドピンに曲げ荷重を加えた際のガイドピンの保持長と保持部材に発生する最大応力値の関係をシミュレーション（ＦＥＭ解析）により求めた結果を示したものである。保持部材は、ＭＴコネクタ材料として一般的なエポキシ樹脂製として、下記の物性値を使用した。
・ヤング率 ２８０００［ＭＰａ］
・ポアソン比 0.4
・降伏応力 ２００［ＭＰａ］
・加工硬化係数 ４０００［ＭＰａ］

また、ガイドピンは、ＭＴコネクタとして一般的なステンレス製とし、直径は規格に基づき0.699ｍｍとした。

ガイドピンを保持部材より2.8ｍｍ突出させ、ガイドピン先端に曲げ荷重を加えた場合、グラフより保持長1.9ｍｍでは保持部材の限界応力値を越えないが、保持長1.8ｍｍでは限界応力値を越え、保持部材が破壊することがわかる。

つまり、ガイドピンに加わる曲げ荷重に対して保持部材の保持強度を満足するためには、ガイドピン保持長を1.9ｍｍ確保すれば良いことになる。

上述した実施例ではガイドピン１３は係止片１４により保持部材１２に固定され、係止片１４により保持長が確実に確保されるため、保持部材１２の全長Ｌは1.9ｍｍで良く、よってこの例では従来よりも光モジュールの小型化を図ることができる。なお、係止片１４を挿入するスリット２２は強度上、保持部材１２の全長Ｌの中央に、つまりＬ／２の位置に形成するのが好ましい。

一方、ガイドピン１３の保持部材１２からの突出量は規格どおり2.8ｍｍ以上とする。ガイドピン１３の長さはこの例では規格（10.8ｍｍ以上）より短い（1.9ｍｍ＋2.8ｍｍ以上＝4.7ｍｍ以上）ものとなる。

なお、この例ではガイドピン１３は係止片１４によって固定されているので、保持部材１２の貫通孔２１から抜け出る（脱落する）といった恐れもない。

図７Ａはこの発明による光モジュールの実施例２の構成をＭＴコネクタと共に示したものであり、図７Ｂは光モジュールを一部分解して示したものである。また、図８は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示したものであり、図９は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態の断面を示したものである。これら図７〜９において、図１〜４と対応する部分には同一符号を付してある（後述する実施例３及び４においても同様）。

この例では光モジュール４０はその基板１１に光導波路４１が設けられているものとされる。光導波路４１はこの例ではフィルム状をなし、基板１１に形成された凹部４２に貼り付けられて設置されている。

光導波路４１の延伸方向両端には図９Ｃに示したように４５°傾斜面がそれぞれ形成されており、一方の傾斜面４１ａの上方には保持部材１２に整列保持された光ファイバ１７の端面が位置し、他方の傾斜面４１ｂの上方には光素子１５が位置されている。

この例では光ファイバ１７と光素子１５は光導波路４１を介して光接続されるものとなっている。なお、光導波路４１はこの例では詳細図示を省略して外形のみを示しているが、１２本の光ファイバ１７をそれぞれ光素子１５と光接続すべく、１２本の光導波路コアを有するものとなっている。図９Ｃ中、４３はスペーサを示す。

図１０Ａはこの発明による光モジュールの実施例３の構成をＭＴコネクタと共に示したものであり、図１０Ｂは光モジュールを一部分解して示したものである。また、図１１は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示したものであり、図１２は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態の断面を示したものである。

この例ではＭＴコネクタ３０’はＭＴフェルール３１の先端（接続端面）に突出部３６を有するものとされる。ＭＴフェルール３１に整列保持されている光ファイバ３３の端面は突出部３６の先端面に位置されており、即ちこの例ではＭＴフェルール３１の光ファイバ３３を整列保持している部分のみがまわりに対して突出されて突出部３６が形成されている。突出部３６の突出方向全長は光モジュール５０の保持部材１２’の全長Ｌより短くされている。

光モジュール５０の保持部材１２’にはＭＴコネクタ３０’の突出部３６を収容する収容孔２６が貫通形成されている。保持部材１２’には前述した実施例１，２の保持部材１２と異なり、光ファイバ１７は整列保持されていない。

この例では光モジュール５０の一対のガイドピン１３がＭＴコネクタ３０’の一対のガイドピン挿入孔３２に挿入・位置決めされると共に、ＭＴコネクタ３０’の突出部３６が光モジュール５０の保持部材１２’の収容孔２６に挿入・収容されて、ＭＴコネクタ３０’と光モジュール５０が接続される。突出部３６の突出方向全長は保持部材１２’の全長Ｌよりも短いので、ＭＴコネクタ３０’と光モジュール５０の接続時にはＭＴフェルール３１と保持部材１２’が当接し、ガイドピン１３はその突出量2.8ｍｍ以上が確実にガイドピン挿入孔３２に挿入される。なお、この例ではＭＴコネクタ３０’の光ファイバ３３は直接、光モジュール５０の光素子１５と光接続されるものとなる。

図１３Ａはこの発明による光モジュールの実施例４の構成をＭＴコネクタと共に示したものであり、図１３Ｂは光モジュールを一部分解して示したものである。また、図１４は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態を示したものであり、図１５は光モジュールとＭＴコネクタが接続された状態の断面を示したものである。

この例は実施例３に対し、光モジュールの基板１１の構成を替えたものであり、光モジュール６０は実施例２における光導波路４１が設けられた基板１１と、実施例３における収容孔２６が形成された保持部材１２’を有するものとされる。

この例ではＭＴコネクタ３０’に整列保持されている光ファイバ３３は光モジュール６０の基板１１の光導波路４１に直接、光接続されるものとなる。

以上、各種実施例について説明したが、保持部材１２，１２’の全長Ｌはいずれも1.9ｍｍで良く、このように従来必要とされた2.8ｍｍより小さくすることができる分、光モジュールの小型化を図ることができる。なお、全長Ｌは1.9ｍｍに限定されるものではなく、1.9ｍｍ以上2.8ｍｍ未満の範囲で選定してもよい。

また、光モジュールは、ＭＴコネクタに整列保持されている光ファイバの本数を１２本とし、これら光ファイバが光接続されるものとして説明したが、これに限るものではなく、例えば保持部材１２に整列保持される光ファイバ１７の本数、基板１１に実装される光素子１５の数は相手側ＭＴコネクタとの関係において、適宜、決定される。

なお、実施例１及び３では光素子１５は基板１１に形成された凹部２５内に位置されているが、凹部２５を形成することなく、基板１１の板面１１ａ上に光素子１５を実装するようにしてもよい。この場合、実施例１においては保持部材１２の下面１２ｂに光素子１５用の逃げ（へこみ）を設ければ良く、また実施例３においても収容孔２６の大きさ内に収容しきれない場合には同様に逃げを設ければよい。

１ ガイドピン ２ ＭＴフェルール
２ａ 貫通孔 ２ｂ Ｖ字形溝
２ｃ リッド ２ｄ ファイバ保持部材
３ ＰＤサブキャリア ３ａ 貫通孔
３ｂ 第１平板 ３ｃ 第２平板
３ｄ 放熱用リードピン ３ｅ 接続用リードピン
３ｆ 受光素子アレイ ３ｇ プリアンプＩＣ
１０，４０，５０，６０ 光モジュール １１ 基板
１１ａ 板面 １２，１２’ 保持部材
１２ａ 上面 １２ｂ 下面
１３ ガイドピン １４ 係止片
１４ａ 突出部 １５ 光素子
１６ ＩＣ １７ 光ファイバ
２１ 貫通孔 ２２ スリット
２３ 細孔 ２４ 切り欠き
２５ 凹部 ２６ 収容孔
３０，３０’ ＭＴコネクタ ３１ ＭＴフェルール
３２ ガイドピン挿入孔 ３３ 光ファイバ
３４ テープ形光ファイバコード ３５ 光ファイバ心線
３６ 突出部 ４１ 光導波路
４１ａ，４１ｂ 傾斜面 ４２ 凹部
４３ スペーサ

Claims (8)

1. 光ファイバを整列保持し、一対のガイドピン挿入孔を有するＭＴコネクタと接続される光モジュールであって、
   基板と、
   前記基板上に搭載固定され、前記基板の板面と垂直方向に貫通形成された一対の貫通孔を有し、前記垂直方向の全長が1.9ｍｍ以上2.8ｍｍ未満とされ、前記貫通孔に連通するスリットが形成されている樹脂製の保持部材と、
   切り欠きを有し、前記貫通孔にそれぞれ挿入される一対のガイドピンとを具備し、
   前記ガイドピンは一端側が前記全長にわたって前記保持部材に保持され、前記ガイドピン挿入孔に挿入される他端側は前記保持部材から2.8ｍｍ以上突出されており、
   前記ガイドピンは、前記スリットに挿入保持されて前記切り欠きに係合する係止片によって前記保持部材に係止されていることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１記載の光モジュールにおいて、
   前記保持部材には前記ＭＴコネクタの光ファイバの端面と対向されて光接続される光ファイバが整列保持されていることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項２記載の光モジュールにおいて、
   前記基板には前記保持部材に保持された光ファイバの前記基板側端面と対向する位置に光素子が実装されていることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項２記載の光モジュールにおいて、
   前記基板には前記保持部材に保持された光ファイバの前記基板側端面と対向する位置に光導波路が構成されていることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１記載の光モジュールにおいて、
   前記ＭＴコネクタは接続端面に突出部を有し、整列保持した前記光ファイバの端面は前記突出部の先端面に位置され、前記突出部の突出方向全長は前記保持部材の前記全長より短くされており、
   前記突出部を収容する収容孔が前記保持部材に貫通形成されていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項５記載の光モジュールにおいて、
   前記基板には前記収容孔に挿入収容される前記突出部の前記光ファイバの端面と対向する位置に光素子が実装されていることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項５記載の光モジュールにおいて、
   前記基板には前記収容孔に挿入収容される前記突出部の前記光ファイバの端面と対向する位置に光導波路が構成されていることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項３又は６記載の光モジュールにおいて、
   前記基板に凹部が形成され、前記凹部内に前記光素子が位置されていることを特徴とする光モジュール。

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