JP5536523B2 - 集積された光学レンズ回転ブロックを含むファイバー用コネクタモジュール及びトランシーバモジュールと光ファイバーとの間の光信号を結合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、光トランシーバモジュールを用いる光通信に関する。より詳細には、本発明は、光トランシーバモジュールと光ファイバーとの間の光信号を結合するために用いられるファイバー用コネクタモジュールに関する。

光通信ネットワークでは、光トランシーバモジュールを用いて、光ファイバー上の光信号を送信及び受信する。そのようなトランシーバモジュールは、振幅及び／又は位相及び／又は偏光により変調されたデータを表す光信号を発生する。この光信号は次に、トランシーバモジュールに接続された光ファイバー上で送信される。このトランシーバモジュールは、送信機側と受信機側を備えている。送信機側では、レーザ光源がレーザ光を発生し、光結合システムがこのレーザ光を受け取り、この光を光ファイバーの端部に光学的に結合又は投影する。レーザ光源は一般に、特定の波長又は波長範囲の光を発生する１つ以上のレーザダイオードを備えている。光結合システムは一般に、１つ以上の反射素子、１つ以上の屈折素子及び／又は１つ以上の回折素子を備えている。

従来の構成では、光トランシーバは、１つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの１つ以上の光源、及び１つ以上の結合レンズなどの対応する結合光学素子を備えている。結合光学素子は、光源を基準にして配置され、そして光源が発生した光を光ファイバーの受光端部に集束するように構成される。別の方法では、トランシーバに対する光ファイバーの結合構成によるが、光トランシーバ又はこの光トランシーバに接続された別のファイバー用コネクタモジュールの中に別の結合光学素子を用いて、光ファイバーの受光端部に向けて集束された光の向きを変えたり、曲げたり又は折り曲げることを可能にする。光ファイバーの受光端部は一般に、ファイバー用コネクタ又は光ファイバーの受光端部を光トランシーバに接続する他の適切な装置の中に固定できるように配置される。多くの場合、光ファイバーの受光端部は、トランシーバとファイバー用コネクタとの間の結合接続部に配置されるため、結合光学素子の焦点がそのような結合接続部の中又はその比較的近くに入るように、トランシーバ内の結合光学素子が構成されることが多い。

しかしながら、光源と光ファイバーの受光端部の開口は比較的小さいため、光源と光ファイバーは横方向すなわち径方向の比較的厳しい整列許容値内で互いに整列する必要がある。さらに、光源と光ファイバーの受光端部との間の結合光学素子の焦点距離は、結合光学素子の少なくとも一部と光ファイバーの受光端部との間の軸方向（ｚ方向）の整列許容値、すなわち、結合光学素子と光源が発生した光の経路に沿った光ファイバーの受光端部との間の距離に関して付加的な制約を加える。

幾つかの従来のトランシーバモジュールは、集束された光ビームではなく平行化された光ビームを出力するように構成される。一般に、そのようなトランシーバ構成により、トランシーバモジュールとそのトランシーバモジュールに接続されたコネクタモジュールとの間の横方向とｚ方向の整列許容値がいくらか緩和される。

しかしながら、光トランシーバや１つ以上の光ファイバーと一緒に使用するファイバー用コネクタモジュールに対する要求、及び光トランシーバと１つ以上の光ファイバーとの間の光信号を接続する方法に関する要求がいまだに存在する。この方法は、光トランシーバと光ファイバーコネクタとの間の横方向（径方向）と軸方向の整列許容値を緩和し、１つ以上の光ファイバーを集束された光の焦点に関してより正確に位置決めすることを可能にし、かつ多くの従来のファイバー用コネクタモジュールよりも外形を小さくすることができる。

本願で説明される光トランシーバモジュールと光ファイバーとの間の光信号を結合するためのファイバー用コネクタモジュール及び方法には、ファイバー用コネクタモジュールを光トランシーバモジュール又は他の光源、及びファイバー用コネクタモジュールの筐体の傾斜面に結合されたファイバーレンズへ結合又はオーバーモールドする工程が含まれる。傾斜面とファイバーレンズは、ファイバーレンズがトランシーバモジュールからの平行光を光ファイバーの受光端部又はファイバー用コネクタモジュールの筐体内に配置された他の光検出器に集束させるような方法で構成される。本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールは、従来の配置及び構成、特に多チャネルの平行レーン構成と比較する場合、外形を比較的小さくすることができる。

光トランシーバと光ファイバーとの間の従来の光結合装置の概略図である。 光トランシーバモジュールと光ファイバーとの間の光信号を結合するための従来の光曲折装置に対するファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 本発明の実施形態に基づいて、光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用するファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 本発明の実施形態に基づいて、ファイバー用コネクタモジュールと一緒に使用するのに適した光トランシーバモジュール内の光源とコリメータレンズとの間の軸方向（ｚ方向）の位置合わせ不良の関数としての、光結合効率のグラフである。 本発明の実施形態に基づいて、ファイバー用コネクタモジュールと一緒に使用するのに適した光トランシーバモジュール内の光源とコリメータレンズとの間の横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の関数としての、正規化された電力損失（ＬＯＰ: loss of power）のグラフである。 本発明の実施形態に基づいて、光トランシーバモジュールと光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明の実施形態による光トランシーバモジュールとファイバー用コネクタモジュールとの間の横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の関数としての、正規化された電力損失（ＬＯＰ）のグラフである。 光ファイバーと光トランシーバモジュールの受信機部分との間の光信号を結合するために使用される、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールのファイバーレンズとファイバー用コネクタモジュール内に配置された光ファイバーの送信端部との間の軸方向の位置合わせ不良の関数としての、光結合効率に関するグラフであり、このファイバー用コネクタモジュールは、光ファイバーと本発明の実施形態による光トランシーバとの間の光信号を結合するために使用される。 本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールのファイバーレンズと、本発明の実施形態による光ファイバーと光トランシーバとの間の光信号を結合するために使用されるファイバー用コネクタモジュール内に配置された光ファイバーの送信端部との間の横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の関数としての、正規化された電力損失（ＬＯＰ）のグラフである。 光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明の別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明のさらに別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールの概略図である。 光源と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明のさらに別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールの概略図である。

下記の説明では、同じ参照番号は同じ部品を示して、図面の説明を通して差動受信機試験方法及び装置に対する理解を高める。さらに、特定の機能、構成及び配置が下記において説明されるが、そのような特定性は単に例示することを目的としていることに理解されたい。当業者は、他のステップ、構成及び装置が本発明の精神や範囲から逸脱することなく有用であることを認識するであろう。

ここで図１を参照すると、光トランシーバ１２と光ファイバー１４との間の従来の光結合装置１０の略図が示されている。光トランシーバ１２は、成形されたプラスチック材料又は他の適切な材料から作ることができる。光ファイバー１４は、単一モード光ファイバー又はマルチモード光ファイバーなどの、光信号を受信するために適切な任意の光ファイバーとすることができる。

光トランシーバ１２は、光源１６と結合光学装置１８を有する送信機部分を具備することができる。この光源１６は、ＶＣＳＥＬ又は他の適切な光源などの、光信号を発生するための任意の適切な光源とすることができる。この結合光学装置１８は、コリメータレンズ２２とファイバーレンズ２４を備えている。別の方法では、コリメータレンズ２２とファイバーレンズ２４は、第１のコリメーティング面と第２の反対側のファイバーレンズ面を有する１つのレンズとすることができる。

結合光学装置１８は、光源１６から光を受光し、それを光ファイバー１４の受光端部上に集束する。光ファイバー１４の受光端部は一般に、ファイバー用コネクタ又は接続装置２６内に固定できるように配置される。この接続装置２６は、光ファイバーの受光端部を光トランシーバに結合する。光源１６と光ファイバー１４との間で十分な結合効率を実現するには、光ファイバー１４の受光端部を横方向すなわち径方向で光源１６と適切に整列させる必要がある。このため、そのような従来の装置では、光源１６の光軸はコリメータレンズ２２の光軸と整列する必要があり、またファイバーレンズ２４の光軸は光ファイバー１４の光軸と整列しなければならない。さらに、結合効率を適切にするには、光ファイバー１４の受光端部は、軸方向すなわちｚ方向で光源１６と適切に整列する必要がある。そのように整列するためには、光源１６はコリメータレンズ２２の焦点面に位置する必要があり、また光ファイバー１４の受光端部はファイバーレンズ２４の焦点面に存在する必要がある。この方法では、光源１６からの光は、結合光学装置１８によって光ファイバー１４の受光端部と合致する焦点に集束される。

光トランシーバ１２は、受信機部分も備えることができる。この受信機部分は、ファイバー用コネクタ３９又は他の適切なファイバー結合手段を介してトランシーバ１２に結合された光ファイバー３８から光信号を受け取る。この光ファイバー３８は、単一モード光ファイバー又はマルチモード光ファイバーなどの、光信号を送信するために適切な任意の光ファイバーとすることができる。光トランシーバ１２の受信機部分は一般に、光検出器又は受信機２８及び対応する結合光学装置３２を備えている。この光検出器２８は、１つ以上の受信機用フォトダイオード又は他の適切な光検出部品などの任意の適切な光検出器とすることができる。対応する受信機用結合光学装置３２は、受光用光ファイバー３８の端部から出力される光をそれぞれの光検出器２８上に集束させる、レンズ３４及び３６などの１つ以上のレンズを備えることができる。

ここで図２を参照すると、光トランシーバと光ファイバーとの間の光信号を結合するための、例えば、光曲折装置のような従来のファイバー結合モジュール又はコネクタモジュール４０の概略図が示されている。光トランシーバと光ファイバーとの間の光路のレイトレーシングが、この図面に示されている。光ファイバーの受光端部を光トランシーバの結合面に直接結合することに加えて、光曲折装置４０などのファイバー用コネクタモジュールを使用することによって、光ファイバーを光トランシーバに接続することができる。ファイバー用コネクタモジュールを使用して、トランシーバからファイバーへの異なる向きが要求される場合、光トランシーバと光ファイバーとの間の光信号の向きを変えることができる。幾つかの従来のファイバー用コネクタモジュールは光曲折装置と呼ばれて、光トランシーバ内の光源と受光する光ファイバーとの間の光信号を曲げる又は向きを変えるように構成される。

従来の光曲折装置４０は、入力コリメータレンズ４４、全反射（ＴＩＲ）平面４６、及び出力ファイバーレンズ４８を備えた筐体４２を具備している。この筐体４２は、通常、射出成形プラスチックなどのプラスチック又は他の適切な材料から作られる。このＴＩＲ面４６は曲折ミラー構成であり、傾斜面に金属又は、そこに向けられた光信号に対して全反射を発生させる他の適切な材料をめっきすることによって形成することができる。前述されたように、光曲折装置４０は光信号を、例えば約４５度に向け直す又は曲げるように構成される。この角度は、ＶＣＳＥＬなどの光源５２とフォトダイオード又は光ファイバー５６の受光端部などの光受信機５４との間の角度である。

光曲折装置４０を適切に動作させるには、光源５２を入力レンズ４４に対して適切に配置する必要がある。すなわち、光源５２の光軸が入力レンズ４４の光軸と整列し、かつ光源５２が入力レンズ４４の焦点面に配置されるように、光源５２を位置決めしなければならない。同様に、光検出器５４を出力レンズ４８に対して適切に配置する必要がある、すなわち、光検出器５４の光軸が出力レンズ４８の光軸と整列し、かつ光検出器５４が出力レンズ４８の焦点面に配置されるように、光検出器５４を位置決めしなければならない。前述されたように、光検出器５４又は光ファイバー５６をこのように位置決めする又は別の方式で結合する場合、比較的厳しい許容値で行う必要があり、そうしないと結合効率に悪影響が及ぼされる。

動作に当たっては、光源５２からの光線５８の形式の光信号は、入力レンズ４４に入射する。この入力レンズ４４は、入射光線５８を平行光線６２に平行にする。次に、平行光線６２は、ＴＩＲ平面４６において、例えば直角に反射されて反射光線６４になる。この反射光線６４は、出力レンズ４８に向けて方向付けられ、そこを通過する。この出力レンズ４８によって、反射光線は光検出器５４上に集束される。

光ファイバーの受光端部を光トランシーバの結合面に直接接続することに比べると、ファイバー用コネクタモジュールを使用することにより、光トランシーバと光ファイバーとの間により大きな軸方向及び横方向の運動空間が作り出される又はもたらされる。このことは、比較的高い密度の平行チャネル構成のトランシーバ／ファイバー結合装置については、特にそうである。

前述されたように、光源と光ファイバーの受光端部の開口が比較的小さいため、光源と入力レンズとの間の横方向（径方向）及び軸方向（ｚ方向）の位置合わせは、両者の間に適切な結合効率を達成するには、比較的厳しい又はきつい位置合わせ許容値の中に収める必要がある。同様に、ファイバーレンズと光ファイバーの受光端部との間の横方向（径方向）及び軸方向（ｚ方向）の位置合わせは、両者の間に適切な結合効率を実現するためには、比較的厳しい又はきつい位置合わせ許容値の中に入れる必要がある。許容値の中に入らない場合は、配置内で１つ以上の部品が比較的小さな動きをする場合でさえ、光ビームの焦点がファイバーの受光端部から外れるような変動が光路内に生じることがあり、結果として光学的損失が発生する。このため、このような配置は、材料を選択することや光結合装置に含まれるモジュールや他の部品を製造することに対して、極めて厳しい許容値を与えることになる。

ここで図３を参照すると、本発明の実施形態に基づいて、光トランシーバの送信機部分と光ファイバーとの間に光信号を結合するために使用されるファイバー用コネクタモジュール８０の概略図が示されている。このファイバー用コネクタモジュール８０は、全体的に光トランシーバモジュール７０に接続された状態で示されている。

トランシーバ、光トランシーバ、トランシーバモジュール又は光トランシーバモジュールという用語は、光送信部分又は光受信部分を有する、又は光送信部分と光受信部分の両方を有するモジュール装置を指すために使用できることを理解されたい。しかしながら、図３では、トランシーバモジュール７０の送信部分のみが示されて説明される。さらに、以下で一層詳細に説明されるが、ファイバー用コネクタモジュール８０は、システム送信機光学素子又はシステム受信機光学素子のどちらかと一緒に使用されて、これにより全体的なシステムコンポーネントの費用が減少され、またシステムコンポーネントの相互接続能力を低下するように、ファイバー用コネクタモジュール８０が構成される。

前述されているように、幾つかのトランシーバモジュールは、集束された光ではなく平行光を出力するように構成される。このことは、ファイバー用コネクタモジュール８０とトランシーバモジュール７０との間の位置合わせ許容値を緩和することができる。そのようなトランシーバモジュールでは、１つ以上のコリメータレンズがそれぞれの光源の焦点に対して配置されて、トランシーバモジュール７０から出力される平行光を発生する。光トランシーバから平行光を送信するために１つ以上のコリメータレンズを使用することにより、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュール８０を含むファイバー用コネクタモジュールの横方向（径方向）及び軸方向（ｚ方向）の位置合わせ許容値が、トランシーバモジュール７０と結合される場合、比較的緩和される。

図示のように、トランシーバモジュール７０は、ＶＣＳＥＬなどの光源７２、及びコリメータレンズ７４を備えている。このコリメータレンズ７４は、光源７２から受光した光を平行にするレンズ系を形成する単一レンズ又は複数レンズとすることができる。光源７２からの光はコリメータレンズ７４によって受光され、そしてトランシーバモジュール７０から平行光の形式で出力される。トランシーバモジュール７０は、モニタレンズ７６を備えることもできる。このモニタレンズは、平行光の一部をフォトダイオードなどのモニタ７８に迂回することができる。

そのようなトランシーバモジュールから出力された光は、集束された光ではなく平行光であるため、トランシーバモジュールと一緒に使用されるファイバー用コネクタは、図２に示されている従来の光曲折装置４０などの光曲折装置を含む従来のファイバー用コネクタモジュールと比較すると、より効率的で複雑でない方法で構成することができる。例えば、コリメータレンズがそのようなトランシーバモジュールの中に含まれるため、ファイバー用コネクタモジュールは、そのようなレンズを含む従来のファイバー用コネクタモジュール装置とは異なり、入力レンズ又はコリメータレンズを必要としない。しかしながら、集束された光ではなく平行光を出力するトランシーバモジュールと共に使用される場合、従来のファイバー用コネクタモジュールは、ファイバー用コネクタと光ファイバーの受光端部との間に、両者の間に十分な光結合効率を維持するために、なおも比較的厳しい横方向（径方向）及び軸方向（ｚ方向）の位置合わせ許容値を受ける。

本発明の実施形態によれば、ファイバー用コネクタモジュール８０は、筐体８２とこの筐体８２の中に配置されるファイバーレンズ８４を備えている。この筐体８２は、ファイバーの端部がファイバーレンズ８４のほぼ焦点面内に一致する又は入るように、１つ以上の光ファイバー８６の端部を受け入れかつ保持するように構成される。例えば、筐体８２は、１つ以上のｖ溝又は他の適切な構成体８８を中に含むように形成される。この構成体８８は、光ファイバー８６の端部がファイバーレンズ８４の焦点面に一致するように、１つ以上の光ファイバー８６の少なくとも一部を筐体８２内に配置できるようにする。光ファイバー８６の端部は、エポキシ又は何らかの他の適切な方法を用いて、ｖ溝又は他の適切な構成体８８の中に取り付けられることができる。

ファイバーレンズ８４は、ファイバー用コネクタモジュール８０がトランシーバモジュール７０から受け取った平行光をファイバーレンズ８４の焦点面上の点に集束する任意の適切なファイバーレンズとすることができる。例えば、ファイバーレンズ８４は、双円錐形レンズ、不規則レンズ（irregular lens）又は他の適切なファイバーレンズとすることができる。さらに、ファイバーレンズ８４は光ファイバー８６の端部に合致する焦点面に集束された光の向きを変えるように示されているが、それは必要な動作ではない。すなわち、ファイバー用コネクタモジュール８０が受け取った平行光の向きを変えることなしにファイバーレンズ８４の焦点面上の点に集束されるように、ファイバーレンズ８４を構成してファイバー用コネクタモジュール８０内に配置することができる。別の方法では、ファイバーレンズ８４が集束光を筐体８２内に配置された光ファイバーの端部に向けて任意の適切な方向に向きを変えることができるように、ファイバーレンズ８４を構成してファイバー用コネクタモジュール８０の中に配置することができる。例えば、ファイバーレンズ８４が作られる材料の屈折率とファイバー用コネクタモジュール８０内のファイバーレンズの特定の向きによるが、ファイバーレンズ８４は集束光を約０〜１８０度の間の向き変え角度で、対応するファイバー端部に向きを変えることができる。一般に、ファイバーレンズは、集束光を約９０度の向き変え角度で対応するファイバー端部に向きを変えるように製造及び構成される。しかしながら、ファイバー用コネクタモジュール８０は、図３に示されているように、傾斜したファイバー結合配置を備えている。例えば、ファイバーレンズ８４が全体的に小さい屈折率の材料から作られて、図示のように、ファイバーレンズ８４が約９０〜１８０度の間の向き変え角度で集束光の向きを変える場合は、そのような配列を使用することができる。

筐体８２は、射出形成工程又は他の適切な工程により作ることができ、ファイバーレンズ８４を筐体８２内の特定の位置に比較的厳しい許容値で配置することができる。この筐体８２は、熱に影響されないプラスチック又は他の適切な材料から作ることができ、１つ以上のファイバーレンズを内部に配置できるようにしたり、１つ以上の対応する光ファイバーをｖ溝又は筐体８２の中に形成された他の適切な構成体８８の中に挿入及び装着することも可能にする。

筐体８２に対する射出成形又は他の適切な製造工程により、ｖ溝又は他のファイバー位置決め構成体８８を筐体８２内のファイバーレンズの特定の位置に比較的厳しい許容値内で形成できるようにされる。従って、この方法では、ｖ溝又は他のファイバー位置決め構成体８８の中に配置された光ファイバー８６間の配列が、比較的厳しい位置合わせ許容値の中でファイバーレンズ８４と整列されるため、それらの間の適切な結合効率、及び光源７２と光ファイバー８６との間の全体的な結合効率が高められる。ファイバー用コネクタ８０の構成が、従来のファイバー用コネクタと比較される。この従来のファイバー用コネクタは、光ファイバーの端部を、例えば図２に示されまた前述されているように、ファイバー用コネクタの外部のファイバーレンズと整合させる。

ファイバー用コネクタ８０とトランシーバモジュール７０などの集束光を出力する光トランシーバモジュールとの間の位置合わせ許容値を緩和する機能は、光トランシーバの中で１つ以上の光源と一緒に使用するのに適した、比較的低コストのファイバー用コネクタモジュールを製造可能にすることに貢献する。その上、そのような緩和された位置合わせ許容値は、トランシーバモジュールが複数の光源を含み、またファイバー用コネクタモジュール８０が対応する複数のファイバーレンズとｖ溝又は他の適切な構成体を中に備える装置が、対応する複数の光ファイバーを、例えば前述されたように、中に配置することに貢献することができる。

ここで図４を参照すると、光トランシーバモジュール７０の中の光源７２とコリメータレンズ７４との間の軸方向（ｚ方向）の位置合わせ不良の関数として、光結合効率のグラフが例示されている。結合損失の許容レベルが−０．５デシベル（ｄＢ）以下であると仮定すると、このグラフは、光源７２とコリメータレンズ７４との間の許容できる軸方向（ｚ方向）の位置合わせ不良の領域９１を示している。図示されるように、許容可能な効率は、両方向とも最大約３０ミクロン（マイクロメートル）の位置合わせ不良に保たれる。すなわち、光源７２とコリメータレンズ７４との間のｚ方向の距離は、約３０ミクロン増加すること又は約３０ミクロン減少することができ、この場合、結合効率は許容レベルの−０．５ｄＢを超えて悪影響を受けることはない。

ここで図５を参照すると、光トランシーバ７０内の光源７２とコリメータレンズ７４との間の横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の関数として、正規化された電力損失（ＬＯＰ: loss of power）のグラフが例示されている。正規化されたＬＯＰの許容レベルが−０．５ｄＢ以下であると仮定すると、このグラフは、光源７２とコリメータレンズ７４との間の許容できる横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の領域９２を示している。図示のように、光源７２とコリメータレンズ７４は互いに約７ミクロンまでｘ面及びｙ面方向に位置合わせ不良が生じても許される。すなわち、光源７２とコリメータレンズ７４との間の任意の位置合わせ不良が横方向（径方向）で約７ミクロン未満に維持される限り、正規化されたＬＯＰは−０．５ｄＢ以下の許容レベルより下に維持される。

ここで図６を参照すると、光トランシーバモジュール７０とファイバー用コネクタモジュール８０との間の横方向（径方向）の位置合わせ不良の関数として、正規化された電力損失（ＬＯＰ）のグラフが例示されている。正規化されたＬＯＰの許容レベルが−０．５ｄＢ以下であると仮定すると、このグラフは、光トランシーバモジュール７０とファイバー用コネクタモジュール８０との間のｘ面とｙ面の両方向の許容できる横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の領域９３を示している。図示のように、光トランシーバモジュール７０とファイバー用コネクタモジュール８０との間の横方向の位置合わせ不良は、ｘ面とｙ面のどちらの方向でも最大約３０ミクロンまで許され、この場合、正規化されたＬＯＰは依然として−０．５ｄＢ未満に維持される。

ファイバー用コネクタ８０と光トランシーバモジュールとの間の位置合わせ許容差を緩和する機能に加えて、ファイバー用コネクタモジュール８０の特定の構成が、光通信システム内の共通のプラットフォームとして使用できるようにされる。すなわち、ファイバー用コネクタモジュール８０は、光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーの受光端部、又は別の方法では、光ファイバーの送信端部と光トランシーバモジュールの受信機部分との間を結合するために使用されることができる。送信機及び受信機の両方の光学素子と一緒に使用するための共通のプラットフォームは、同じコネクタを光通信システムの両方の端部で使用されるようにするため、ファイバー用コネクタモジュール８０を使用する光通信システムの全体的な製造原価を低下させることができる。

例えば、ここで図７を参照すると、本発明の実施形態に基づいて、光ファイバー８６と光トランシーバ９０の受信機部分との間の光信号を結合するために使用されるファイバー用コネクタモジュール８０の概略図が示されている。この配列では、ファイバー用コネクタモジュール８０内のｖ溝又は他の構成体８８の中に配置された光ファイバー８６は、光学情報を受信するのではなく送信する。光ファイバー８６から送信された光学情報はファイバーレンズ８４によって、平行光として光トランシーバ９０に方向付けられる。この光トランシーバ９０は、ファイバー用コネクタモジュール８０から出力された平行光を受け取るための集束レンズ９２を備えている。この集束レンズ９２は、集束レンズ９２の焦点面上の点に平行光を集束する。フォトダイオード又は任意の他の適切な検出器などの光検出器９４は、集束レンズ９４の焦点面に一致するように配置され、そして集束レンズ９２の光軸と軸方向に整列される。

ここで図８を参照すると、光ファイバー８６と光トランシーバ９０の受信機部分との間の光信号を結合するために使用されるファイバー用コネクタモジュール８０の中に配置された、ファイバーレンズ８４と光ファイバー８６の送信端部との間の軸方向（ｚ方向）の位置合わせ不良の関数として、光結合効率のグラフが例示されている。−０．５ｄＢ以下の光結合損失の許容レベルを用いて、このグラフは、光ファイバー８６の送信端部とファイバーレンズ８４との間の許容できる軸方向（ｚ方向）の位置合わせ不良の領域９４を示している。図示のように、許容できる光結合効率は、一方の軸方向では最大約１００ミクロンまで、別の軸方向では約２００ミクロンまで維持される。すなわち、光ファイバー８６の送信端部は、光ファイバー８６とファイバーレンズ８４との間の光結合効率が許容できないレベルにならずに、最大約１００ミクロンまでファイバーレンズ８４の焦点面の内部に近付き、又は最大約２００ミクロンまでファイバーレンズ８４の焦点面の外側に離れるように軸方向にずれることができる。

ここで図９を参照すると、光ファイバー８６と光トランシーバ９０の受信機部分との間に光信号を結合するために使用されるファイバー用コネクタモジュール８０の中に配置された、ファイバーレンズ８４と光ファイバー８６の送信端部との間の横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の関数として、正規化された電力損失（ＬＯＰ）グラフが例示されている。この場合もやはり、−０．５ｄＢ正規化されたＬＯＰの許容レベルを用いて、グラフは、光ファイバー８６の送信端部とファイバーレンズ８４との間の、ｘ面とｙ面の両方向の、許容できる横方向すなわち径方向の位置合わせ不良の領域９５を示している。図示されているように、許容できる正規化されたＬＯＰは、どちらの横方向でも、またｘ面とｙ面の両方向で、最大約９〜１０ミクロンの位置合わせ不良に対して維持される。

しかしながら、光ファイバー８６の送信端部とファイバーレンズ８４との間に軸方向（ｚ方向）及び横方向（径方向）の位置合わせ不良に関する許容範囲が存在するが、これらの位置合わせ不良の許容値が満足されるように、ファイバー用コネクタモジュール８０が構成される。

本発明の実施形態によれば、ファイバー用コネクタモジュールは、以下に詳細に述べるように、幾つかの適切な構成の中の任意の１つとすることができる。以下で説明されるように、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールは、特に平行レーン構成の場合は、従来の装置及び構成と比較して、外形を比較的小さくすることができる。さらに、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールは、ファイバー用コネクタモジュールの中のトランシーバとファイバーレンズとの間にエアギャップを必要としないため、オーバーモールド技術を使用できる。

本発明の実施形態によれば、ファイバー用コネクタモジュールは、メタライゼーション有り又は無しの、プラスチック射出成形、レプリカ作成光学技術（replication optics technology）又は成形ガラス技術によって作ることができる。しかしながら、ファイバー用コネクタモジュールの屈折率が比較的小さい場合、又は空気が光路の送信媒体の少なくとも一部に存在する場合、金属化層又は誘電体コーティングが通常必要とされる。一般に、ファイバー用コネクタモジュールは、屈折率が比較的高い材料又は材料の組合せで作られるため、ファイバー用コネクタモジュールは全反射を利用することができる。

ここで図１０を参照すると、光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用される、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュール１１０の概略図が示されている。このファイバー用コネクタモジュール１１０は、例えば射出成形工程によって、単一モジュールとして構成される。ファイバー用コネクタモジュール１１０は、例えば前述された方法で、トランシーバモジュールに直接結合する。例えば、ファイバー用コネクタモジュール１１０及びトランシーバモジュールの両方の上又は中に形成された適切な整列見当合わせ機構（alignment registration feature）を用いて、ファイバー用コネクタモジュール１１０は、トランシーバモジュール（又はトランシーバモジュール及び／又は他のアクティブな部品を内蔵する基板）に結合される。

このファイバー用コネクタモジュール１１０は、筐体１１２とファイバーレンズ１１４を備えている。この筐体１１２は、傾斜面１１６を含むために適切な形状で構成されている。この傾斜面１１６は適切な寸法に作られ、かつ平行にされた光源（図示せず）から焦点面１１７にファイバー用コネクタモジュール１１０が受光した平行光の向きを変えることができるように構成されている。この焦点面１１７は、筐体１１２内の適切な構成体の中に配置された光ファイバー１１８の受光端部に一致している。別の方法では、光ファイバー１１８の受光端部がファイバー用コネクタモジュール１１０の筐体１１２の中に配置されない場合は、ファイバー用コネクタモジュール１１０の筐体１１２の外部にある焦点面に集束光を向けるように適切な方法で、ファイバーレンズ１１４を設計及び構成することができる。従って、そのような配置で適切な光結合を実現するには、光ファイバー１１８の受光端部を、その外部の焦点面に受け入れ可能な許容値内に一致させる必要がある。

ファイバーレンズ１１４は図１０では、例えば平行化された光源からの平行光の向きを変えるように上記に示しかつ説明したが、ファイバーレンズ１１４は、例えば光源から直接、発散光の向きを変えるように構成及び／又は配置できることを理解されたい。さらに、ファイバーレンズ１１４は集束光を約９０度の角度に方向付けるように示されているが、ファイバーレンズ１１４とファイバー用コネクタモジュール１２０は、例えば上記で説明されかつ全体的に図３に示されているように、傾斜したファイバー結合装置になるように製造、構成及び／又は配置されることができることは、上記の説明から理解されよう。その上、ファイバー用コネクタモジュール１１０は、例えば送信用光ファイバーから光トランシーバモジュールの受信機側に光を結合するように適切に構成されることができることを理解されたい。

本発明の別の実施形態によれば、ファイバー用コネクタモジュール１１０は、トランシーバモジュールに結合される別個のファイバー用コネクタモジュールとして構成されるのではなく、例えば射出成形又はトランスファ成形などの適切な成形工程を用いて、トランシーバモジュール（又は、トランシーバモジュール及び／又は他のアクティブな部品を内蔵する基板）の上に又はその全体にわたって又はその一部に直接成形されることができる。ここで図１１を参照すると、本発明の別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュール１１０の概略図が示されている。図示されているように、ファイバー用コネクタモジュール１２０の筐体１１２は、トランシーバモジュール１２２の上に直接成形される。さらに、ファイバー用コネクタモジュール１２０の筐体１１２は、トランシーバモジュール１２２とは別の、例えばトランシーバモジュールの受信機側の光検出器などの、トランシーバモジュールの外側に存在する他の能動素子を含む他の構成要素に直接成形することができることは理解されたい。

図１１では、トランシーバモジュール１２２は全体的に発散光の光源として示され、ファイバーレンズ１１４は、トランシーバモジュール１２２からのそのような発散光を集束光として、光ファイバー１１８の受光端部に向きを変える。しかしながら、トランシーバモジュール１２２は、例えば適切な平行光学系を用いて平行光を発生するように構成することができることは理解されたい。そのような場合、トランシーバモジュール１２２からの平行光を集束光として光ファイバー１１８の受光端部に向きと変えるように、ファイバーレンズ１１４を適切に構成及び／又は配置することができる。さらに、ファイバーレンズ１１４は集束光を約９０度の角度に方向付けるように示されているが、ファイバーレンズ１１４とファイバー用コネクタモジュール１２０は、例えば上記で説明されかつ全体的に図３に示されているように、傾斜したファイバー結合装置になるように製造、構成及び／又は配置されることができることは、上記の説明から理解されよう。その上、ファイバー用コネクタモジュール１２０は、例えば送信用光ファイバーから光トランシーバモジュールの受信機側に光を結合するように適切に構成されることができることを理解されたい。

ここで図１２を参照すると、光トランシーバモジュールの送信機部分と光ファイバーとの間の光信号を結合するために使用する、本発明のさらに別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュール１３０の概略図が示されている。本発明の実施形態によるこのファイバー用コネクタモジュール１３０は、比較的小さい外形のファイバー用コネクタモジュールを用いて光信号を比較的長距離の中継を行うために特に好適である。

このファイバー用コネクタモジュール１３０は、筐体１３２、第１のファイバーレンズ１３４及び第２の双円錐形レンズ１３６を備えている。この筐体１３２は、第１の（入力）端面１３８、第１の傾斜ＴＩＲ面１４２、第２の傾斜面１４４、第３の傾斜面１４６、及び第２の（出力）端面１４８を備えるような適切な形状で構成されている。第１の傾斜面１４２は、平行化された光源（図示せず）から第１の端面１４２を介してファイバー用コネクタモジュール１３０によって受け取られた平行光を第２の傾斜面１４４に向きを変えるように成形及び構成される。

第２の傾斜面１４４は、双円錐形レンズ１３６が第１のＴＩＲ面１４２からの平行光を第１のファイバーレンズ１３４に向きを変えるように形成及び構成される。この第２の双円錐形レンズ１３６は、その表面に２つの異なる半径を有し（すなわち、ｘ方向の第１の曲率半径及びｙ方向の第２の曲率半径）、第２の傾斜面に結合されるか、又は第２の傾斜面１４４の中に第２の傾斜面１４４の一部として形成されることができる。第２の双円錐形レンズ１３６は、光を第１のファイバーレンズ１３４に向きを変えるような適切な方法で成形及び構成されている。

第３の傾斜面１４６は、ファイバーレンズ１３４が双円錐形レンズ１３６からの光を焦点面１５２に集束できるように、適切な寸法で作られ、また構成される。この焦点面１５２は、ファイバー用コネクタモジュール１３０の筐体１３２の第２の端面１４８の中の適切な構成体内に配置された光ファイバー１５４の受光端部に相当する。別の方法では、光ファイバー１５４の受光端部が、ファイバー用コネクタモジュール１３０の筐体１３２の第２の端面１４８の中に配置されない場合は、集束光をファイバー用コネクタモジュール１３０の筐体１３２の外部に存在する焦点面に向けるように適切な方法で、ファイバーレンズ１３４を設計及び構成することができる。それ故に、そのような配置で適切な光結合を行うためには、光ファイバー１５４の受光端部を、その外部焦点面と受け入れ可能な許容値内で一致させる必要がある。例えば、ファイバーレンズ１３４は、ファイバー用コネクタモジュール１３０の筐体１３２の第２の端部１４８に結合される又はその中で形成されることができる。

ファイバー用コネクタモジュール１３０内の傾斜面と双円錐形レンズは、約９０度の角度で光を方向付ける又は向きを変えるように示されているが、ファイバー用コネクタモジュール１３０の筐体１３２の特定の形態に基づいて、光を任意の適切な角度で方向付ける又は向きを変えるように、双円錐形レンズ１３６と傾斜面を製造、構成及び／又は配置することができることは、上記の説明から理解されよう。さらに、例えば、光を送信用光ファイバーから光トランシーバモジュールの受信機側に結合するように、ファイバー用コネクタモジュール１３０を適切に構成することができることは理解されたい。

ここで図１３を参照すると、例えば光トランシーバモジュールの送信機部分内の光源と、例えば光トランシーバモジュールの受信機部分内の光検出器との間の光信号を結合するように使用する、本発明のさらに別の実施形態によるファイバー用コネクタモジュール１６０の概略図が示されている。このファイバー用コネクタモジュール１６０は、筐体１６２とファイバーレンズ１６４を備えている。筐体１６２は適切な形状で構成され、かつ第１の傾斜ＴＩＲ面１６６、第２の傾斜ＴＩＲ面１６８及び第３の傾斜面１６９を備えるように構成される。

ファイバー用コネクタモジュール１６０は、光源１７２及び関連した光学系１７４と共に使用するために特に好適である。この光学系は、光を平行にし、かつこの光源からの平行光を２つの別個の平行光用経路に分割する。第１の傾斜面１６６と第２の傾斜面１６８は、光源１７２と光学系１７４がファイバー用コネクタモジュール１６０と適切に整列されかつ光学的に結合される場合、第１の傾斜面１６６は平行光の１つの経路を光モニタリング装置１７６に誘導し、第２の傾斜面１６８は平行光の別の経路をファイバーレンズ１６４に向けるように成形及び構成される。

第３の傾斜面１６９は適切な寸法で作られ、かつファイバーレンズ１６４が第２の傾斜面１６８からの光を焦点面１７８に集束できるように構成される。この焦点面１７８は、筐体１６２内の適切な構成体の中に配置された光ファイバー１８２の受光端部に合致している。別の方法では、光ファイバー１８２の受光端部が、ファイバー用コネクタモジュール１６０の筐体１６２の中に配置されない場合は、集束光をファイバー用コネクタモジュール１６０の筐体１６２の外部に存在する焦点面に向けるように適切な方法で、ファイバーレンズ１６４を設計及び構成することができる。それ故に、そのような配置で適切な光結合を行うためには、光ファイバー１８２の受光端部を、その外部焦点面と受け入れ可能な許容値内で一致させる必要がある。例えば、ファイバーレンズ１６４は、ファイバー用コネクタモジュール１６０の筐体１６２の底面１８４の適切な部分と結合される又はその中で形成されることができる。

図１３のファイバーレンズ１６４は、上記では、例えば平行化された光源から平行光の向きを変えるように示されかつ説明されているが、ファイバーレンズ１６４が、例えば直接光源から（第２のＴＩＲ面１６８を介して）発散光の向きを変えるように構成及び／又は配置することができることは理解されたい。さらに、ファイバーレンズ１６４が集束光を約９０度の角度で方向付けるように示されているが、例えば上記で説明されかつ全体的に図３に示されているように、このファイバーレンズ１６４とファイバー用コネクタモジュール１６０を傾斜したファイバー結合配置になるように製造、構成及び／又は配置することができることは、上記の説明から理解されよう。その上、ファイバー用コネクタモジュール１６０は、例えば送信用光ファイバーから光トランシーバモジュールの受信機側に光を結合するように適切に構成されることができることを理解されたい。

本発明の実施形態によるファイバーレンズ又はレンズ反射器（lensed reflector）を備えるファイバー用コネクタモジュールにより、外形を継続的に小さくする比較的コンパクトなトランシーバ設計と一緒に使用するための光曲折装置の外形を比較的小さくすることができる。前述されたように、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールは、例えば平行マルチチャネル式光送信システムと共に使用するためにマルチレンズ光学系を利用するように構成されることができる。

さらに、本発明の実施形態によるファイバー用コネクタモジュールは、１つの材料から作られた単一のファイバー用コネクタモジュールの中に対物レンズ又はリレーレンズの機能を持たせることができる。この方法では、例えばファイバー用コネクタモジュールの中の光路内に交流材料を使用することは、従来のレンズ式光学システムとは異なり、長距離の中継に対しては避けられる。

本願で説明された本発明のファイバー用コネクタモジュールは、光トランシーバモジュールと共に使用することを意図しているが、本願で説明された本発明のファイバー用コネクタモジュールは、本願で説明された特徴を有する光トランシーバモジュールと一緒に使用されることに限定されることはないことに注意されたい。この光トランシーバモジュールは、本発明のファイバー用コネクタモジュールと共に使用するのに適した１つの光トランシーバモジュールの単なる実施例に過ぎない。

本願で説明された光トランシーバと光ファイバーとの間の光信号を結合するためのファイバー用コネクタモジュールや方法に対して、添付されたクレームで定義された本発明の精神や範囲及び等価物の全範囲から逸脱することなく、多くの変形例や置換例を作ることができることは、当業者には明らかであろう。

７０ 光トランシーバモジュール
７２ 光源
７４ コリメータレンズ
７６ モニタレンズ
７８ モニタ
８０ ファイバー用コネクタモジュール
８２ 筐体
８４ ファイバーレンズ
８６ 光ファイバー
８８ ｖ溝又は他の適切な構成体

Claims (11)

1. ファイバー用コネクタモジュールを光トランシーバに結合するように構成されたコネクタモジュール用筐体であって、第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面と、第２の傾斜面と、第３の傾斜面とを具備し、かつ少なくとも１つの光ファイバーの受光端部を受け入れるように構成されたコネクタモジュール用筐体と、
   前記第２の傾斜面の一部をなす双円錐形レンズと、
   前記第３の傾斜面に結合され、かつ平行光を受け取って前記平行光を焦点に集束させるように構成されたファイバーレンズと、
   を備え、
   前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面は、前記ファイバー用コネクタモジュールに結合された光トランシーバからの平行光を前記双円錐形レンズに向けて送るように構成され、
   前記第２の傾斜面は、前記双円錐形レンズが、前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面からの平行光を前記ファイバーレンズに向けて送るように構成され、
   前記第３の傾斜面は、前記ファイバーレンズが、前記双円錐形レンズからの平行光を、前記コネクタモジュール用筐体が受け入れた前記光ファイバーの受光端部に集束させるように構成され、前記ファイバーレンズからの集束光の焦点が前記コネクタモジュール用筐体の中の前記光ファイバーの受光端部にほぼ一致する、
   ことを特徴とするファイバー用コネクタモジュール。
2. 前記ファイバーレンズが、集束光をある向き変え角度で送り、かつ前記向き変え角度が、前記ファイバーレンズが作られる材料の屈折率、前記双円錐形レンズからの平行光の光路に関連した前記第３の傾斜面の角度、及び前記ファイバーレンズの構成の少なくとも１つに基づく、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバー用コネクタモジュール。
3. 前記ファイバーレンズが集束光を約９０度の向き変え角度で送るように、前記第３の傾斜面及び前記ファイバーレンズが構成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバー用コネクタモジュール。
4. 前記ファイバーレンズが双円錐形レンズと不規則レンズのうちの１つである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のファイバー用コネクタモジュール。
5. 前記コネクタモジュール用筐体が射出成形によって作られる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のファイバー用コネクタモジュール。
6. 基板と、
   前記基板に結合されたトランシーバモジュールと、
   前記トランシーバモジュールと前記基板の少なくとも一部の上にオーバーモールドされたコネクタモジュール用筐体であって、第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面と、第２の傾斜面と、第３の傾斜面とを具備し、かつ少なくとも１つの光ファイバーの受光端部を受け入れるように構成されたコネクタモジュール用筐体と、
   前記第２の傾斜面の一部をなす双円錐形レンズと、
   前記第３の傾斜面に結合され、かつ、平行光を受光して前記平行光を焦点に集束させるように構成されたファイバーレンズと、
   を具備し、
   前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面は、前記光トランシーバモジュールからの平行光を前記双円錐形レンズに向けて送るように構成され、
   前記第２の傾斜面は、前記双円錐形レンズが、前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面からの平行光を前記ファイバーレンズに向けて送るように構成され、
   前記第３の傾斜面は、前記ファイバーレンズが、前記双円錐形レンズからの平行光を、前記コネクタモジュール用筐体に結合された前記光ファイバーの受光端部に集束させるように構成され、前記ファイバーレンズからの集束光の焦点が前記光ファイバーの受光端部にほぼ一致する、
   ことを特徴とする光結合モジュール。
7. 前記ファイバーレンズが、集束光をある向き変え角度で送り、かつ前記向き変え角度が、前記ファイバーレンズが作られる材料の屈折率、前記双円錐形レンズからの平行光の光路に関連した前記第３の傾斜面の角度、及び前記ファイバーレンズの構成の少なくとも１つに基づく、ことを特徴とする請求項６に記載の光結合モジュール。
8. 前記光ファイバーの受光端部が、前記コネクタモジュール用筐体内に配置される、ことを特徴とする請求項６または７に記載の光結合モジュール。
9. 前記コネクタモジュール用筐体がオーバーモールド工程によって作られる、ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の光結合モジュール。
10. 光トランシーバと光ファイバーとの間で光信号を結合するための方法であって、
    コネクタモジュール用筐体を有するファイバー用コネクタモジュールによって、前記光トランシーバからの平行光を受光するステップであって、前記コネクタモジュール用筐体が前記ファイバー用コネクタモジュールを前記光トランシーバに結合し、かつ、少なくとも１つの光ファイバーの受光端部を受容するように構成され、前記コネクタモジュール用筐体が、第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面と、該第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面に対向して配置された第２の傾斜面と、該第２の傾斜面に対向して配置された第３の傾斜面とを有し、双円錐形レンズが前記第２の傾斜面の一部を構成し、ファイバーレンズが前記第３の傾斜面の一部を構成する、ステップと、
    前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面によって、前記光トランシーバからの平行光の向きを約９０度だけ変えることによって、該平行光を前記双円錐形レンズに向けて送るステップと、
    前記双円錐形レンズによって、前記第１の傾斜全反射（ＴＩＲ）面からの平行光の向きを約９０度だけ変えることによって、該平行光を前記ファイバーレンズに向けて送るステップと、
    前記双円錐形レンズからの平行光を前記ファイバーレンズによって焦点に集束させるステップ
    を含み、
    前記第３の傾斜面は、前記ファイバーレンズが、前記双円錐形レンズからの前記平行光の向きを約９０度だけ変えて、該平行光を、前記コネクタモジュール用筐体によって受容されている光ファイバーの前記受光端部に集束させるように構成され、前記ファイバーレンズからの集束光の焦点が前記コネクタモジュール用筐体内にある前記受光端部にほぼ一致する、方法。
11. 前記ファイバー用コネクタモジュールを前記光トランシーバ上にオーバーモールディングすることによって、前記ファイバー用コネクタモジュールを前記光トランシーバに結合する、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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