JP5757040B2 - 光モジュールの調心方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号を送信及び／または受信する光通信用の光モジュールの調心方法に関する。

光通信用の光モジュールは、例えば、図５の参照符号１で例示するように、光コネクタのフェルールをガイドし後述の光モジュール本体３に対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材２と、電気信号を光信号に変換しスリーブ部材２に挿入される上記フェルール内の光ファイバへ送信する光モジュール本体３と、スリーブ部材２と光モジュール本体３を連結するジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）４を備える。光モジュール１は、いわゆる光送信サブアセンブリである。

スリーブ部材２は、整列スリーブ２ａ、スタブ２ｂ、スタブホルダ２ｃ、スリーブカバー２ｄ、を有し、例えば、スタブ２ｂとスタブホルダ２ｃとを圧入固定し、スタブ２ｂに整列スリーブ２ａを嵌合保持さえた後、スリーブカバー２ｄとスタブホルダ２ｃとを圧入固定することにより作製される。

整列スリーブ２ａは、光コネクタのフェルールを光学的に結合させるためのガイドの役割を果たすものであり、フェルールが嵌合する形状の内側壁を有する。スタブ２ｂは、光コネクタのフェルールと基本的に同一構造であって、ジルコニアなどのセラミックス部品の中央部に設けられた微小孔にシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）などの短尺の光ファイバ２ｅを装着した構造を有する。スタブホルダ２ｃは、スタブ２ｂを保持すると共に光軸上に光ファイバ２ｅを固定するためのものである。スリーブカバー２ｄは、整列スリーブ２ａを保護すると共に、整列スリーブ２ａへフェルールをガイドし、また、スタブホルダ２ｃを保持する。

光モジュール本体３は、例えば、ステム３ａ、レンズキャップ３ｂ、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）３ｃを有する。ステム３ａは、レンズキャップ３ｂと共にＣＡＮパッケージを構成しており、ＬＤ３ｃを搭載する台座部３ｄと、後述のリードピン３ｅと、これらリードピン３ｅを支持するベース３ｆとを有する。リードピン３ｅは、光モジュール１が搭載される光データリンクの回路基板と電気的に接続されるもので、該回路基板からＬＤ３ｃに電気信号を供給したりする。

レンズキャップ３ｂは、ＬＤ３ｃからの光をスタブ２ｂの光ファイバ２ｅに集光するレンズ３ｇと、レンズ３ｇを保持する円筒状のキャップシェル３ｈを有する。ＬＤ３ｃは、レンズ３ｇを介して外部に光信号を送信するものである。
Ｊスリーブ４には、ＬＤ３ｃからのレーザ光を光モジュール本体３側からスリーブ部材２へ通過させるための孔４ａを有し、該孔４ａに対して、ＬＤ３ｃへの反射戻り光を防ぐための光アイソレータ５が取り付けられる。

光モジュール１は、上述の部材からなり、リードピン３ｅからの電気信号に基づいて、ＬＤ３ｃからの光信号を、レンズ３ｇ及び光ファイバ２ｅを介して、スリーブ部材２に装着された光コネクタの光ファイバに送出する。
光ファイバ２ｅとＬＤ３ｃとの光学的結合効率は、部品の機械精度だけでは所望の値を実現できないので、以下のような、相対的な位置の調整作業（調心作業）を行う必要がある。

調心は、光軸方向（図のＺ方向）の調心と、光軸と交わる面（例えば、図のＺ方向に垂直なＸＹ平面）内での調心に分けられる。

（Ｚ軸方向の調心）
Ｊスリーブ４は、その一方の端面４ｂに、スタブ２ｂすなわち光ファイバ２ｅが後述のようにＸ−Ｙ平面内において調心され固定されるようになっており、他方に、光モジュール本体３が挿入される孔４ｃが形成されている。該孔４ｃは、光モジュール本体３のレンズキャップ３ｂに対応した円筒形状を有し、その内径はレンズキャップ３ｂの外径よりもわずかに大きく形成されている。該孔４ｃに、光モジュール本体３をレンズ３ｇ側から挿入し、挿入深さを調整することにより、Ｚ方向の調心を行う。なお、調心後、光モジュール本体３とＪスリーブ４とは固定される。

（ＸＹ平面内での調心）
スタブホルダ２ｃのＪスリーブ４側の端面２ｆと、Ｊスリーブ４のスタブホルダ２ｃ側の端面４ｂとは共に、ＸＹ平面内において平坦に形成されており、上記端面２ｆと端面４ｂとが接する形態でスリーブ部材２をＪスリーブ４上を摺動させ、互いの位置を調整することにより調心を行う。なお、調心後、スリーブ部材２とＪスリーブ４とは溶接固定される。

また、この調心では、光モジュール１の製造リードタイムを短縮し生産効率を向上させるために、まず、例えば、所定の領域内において広い間隔でＪスリーブ４上をスリーブ部材２を摺動させ、光モジュール１からの光出力のモニタ結果に基づいて最適位置のおおよそのあたりを付ける（粗調心）。そして、その位置から狭い間隔でＪスリーブ４上をスリーブ部材２を摺動させ、最適位置にスリーブ部材２を調整する（微調心）。

調心に要する時間で支配的なのは、粗調心に要する時間であり、粗調心の方法としては、スパイラル調心が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。スパイラル調心では、例えば、図６に示すように、最も確からしいと思われる点Ｐ_０を開始点として、所定の割合で段階的に大きくなる同心の正方形が描かれるようにスリーブ部材２を反時計回りに動かし、動かしている間、光モジュール１からの光出力をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、最適位置すなわち微調心の開始位置を推定しなおす。

なお、送信用の光モジュール１においては、Ｘ−Ｙ方向に比べ、Ｚ方向のトレランスが大きいため、通常、Ｘ−Ｙ方向の調心後に、Ｚ方向の調心を行うことが一般的である。すなわち、光モジュール本体３とＪスリーブ４との固定前に、上述の粗調心を行うことが一般的である。

特開２００４−２６４７５４号公報 特開平９−６１７５２号公報

しかしながら、光モジュール本体３とＪスリーブ４との固定前に、スパイラル調心で粗調心を行うと、Ｊスリーブ４が光モジュール本体３に対して回転してしまい、アイソレータ５などの角度依存性がある光学部品がＪスリーブ４に設けられている場合に、この回転が、光モジュールの特性の悪化を招いてしまったり、回転方向の追加の調心作業を必要としてしまったりする。

本発明は、上述のごとき実情を鑑み、光電変換素子を内蔵する光モジュール本体と、光コネクタを保持するスリーブ部材と、これらを連結するＪスリーブから成る光モジュールの調心方法であって、光電変換素子と光コネクタの光ファイバとを光学的に結合させるために調心を行う際に、Ｊスリーブが、光軸と交わる平面内において、回転することのない方法を提供することを目的とする。

本発明の光モジュールの調心方法は、光電変換素子を内蔵する光モジュール本体と、光コネクタを保持するスリーブ部材と、光モジュール本体が挿入され固定される孔、及び、スリーブ部材が固定される端面を有するジョイントスリーブと、を備え、光モジュール本体のジョイントスリーブの孔への挿入深さが調整されることにより、光軸方向の調心がなされ、スリーブ部材がジョイントスリーブの端面上を摺動され相対的な位置調整がなされることにより、光軸と交わる方向の調心がなされる光モジュールのものであって、光軸と交わる方向の調心の粗調心の際、スリーブ部材を、同心で互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるように、ジョイントスリーブ上を摺動させ、環状の軌跡の描く方向を所定のタイミングで反対方向に切り替えることを特徴とする。

なお、スリーブ部材とジョイントスリーブ部材とは、光軸と交わる方向の調心の際、例えば、磁力により当接するようになっている。

本発明によれば、光軸と交わる方向の粗調心の際、同心の互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるようにジョイントスリーブ上をスリーブ部材が摺動され、軌跡の描く方向が所定のタイミングで切り替えられるので、ジョイントスリーブが光モジュール本体に対して回転することを抑えることができる。

光モジュールの外観を示す図である。 図１の光モジュールの作製方法の一例を説明する図である。 本発明の粗調心方法を説明する図である。 本発明の粗調心方法を用いた場合と、従来の粗調心方法を用いた場合の、Ｊスリーブの光モジュール本体に対する回転度合いを示す表である。 一般的な光モジュールを説明する図である。 従来の粗調心方法を説明する図である。

図１を用いて、本発明に関わる光モジュールの構成部材を説明する。本発明に関わる光モジュールは、調心方法に特徴があるものであり、その構成部材は、例えば、前述の図５の光モジュール１と同様である。したがって、図１では、図５の参照符号と同じものを用いることにより、各構成部材の詳細な説明は省略する。

図１の光モジュール１は、例えば、光電変換素子としてのＬＤ３ｃ（図５参照）を内蔵する光モジュール本体３と、図示しない光コネクタを保持するスリーブ部材２と、光モジュール本体３が挿入され固定される孔４ｃ（図５参照）、及び、スリーブ部材２が固定される端面４ｂを有するＪスリーブ４と、を備える。この光モジュール１では、図５で説明したのと同様に、光モジュール本体３のＪスリーブ４の上記孔４ｃへの挿入深さが調整されることにより、光軸方向（図のＺ方向）の調心がなされ、スリーブ部材２がＪスリーブ４の端面４ｂ上を摺動されて相対的な位置調整がされることにより、光軸と交わる方向（例えば、図のＸＹ方向）の調心がなされる。

図２は、図１の光モジュール１の作製方法の一例を説明する図である。光モジュール１の作製には調心装置が用いられる。調心装置は、例えば、図示するように、光モジュール本体３が設置されるマウント１１、光モジュール本体３をマウント１１上に保持するための本体用チャック１２、ＸＹＺの３方向に移動可能でありスリーブ部材４を保持するスリーブ用チャック１３、一端が図示しない光パワーメータに光接続され他端が調心用の光コネクタ１４で終端された光ケーブル等から成る。

光モジュール１の作製の際、まず、例えば、光モジュール本体３をマウント１１上に設置し本体用チャック１２で保持する。この光モジュール本体３に、当該光モジュール本体３がＪスリーブ４の孔４ｃに挿入されるように、Ｊスリーブ４を被せる。このとき、光りアイソレータ５（図５参照）が光モジュール３に対して好適な角度となるようにＪスリーブ４を被せる。

続いて、光コネクタ１４をスリーブ部材２に挿入し、スリーブ用チャック１３でスリーブ部材２を保持し、スリーブ用チャック１３を動かし、スリーブ部材２をＪスリーブ４に近づけてゆく。ある程度まで近づけると、Ｊスリーブ４は、スリーブ用チャック１３を介してスリーブ部材２に加えた磁力によりＪスリーブ４が持ち上げられ、スタブホルダ２ｃのＪスリーブ４側の端面２ｆと、Ｊスリーブ４のスタブホルダ２ｃ側の端面４ｂとが当接する。その状態になるまで、スリーブ部材２をＪスリーブ４に近付ける。

スリーブ部材２とＪスリーブ４とが当接したら、次に以下のＸＹ平面における粗調心を行う。すなわち、同心で互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるようにＪスリーブ４上をスリーブ部材３を摺動させる。このとき、環状の軌跡の描く方向が所定のタイミングで切り替えられるようにスリーブ用チャック１３を動かす。そして、最も高光出力が得られた点を微調心の開始点とする。

より具体的には、図３に示すように、スリーブ用チャック１３を動かし、ある点Ｐ_０を粗調心の開始点として、一辺の長さがＬ１の正方形の環状の軌跡Ｔ１が描かれるように、スリーブ部材２を反時計回りでＪスリーブ４上を摺動させる。
その後、軌跡Ｔ１の正方形と同心で且つ該正方形より大きい（一辺の長さがＬ１＋２Ａ）正方形の軌跡Ｔ２が描かれるように、軌跡Ｔ１の時とは異なり、スリーブ部材２を時計回りでＪスリーブ４上を摺動させる。

続いて、軌跡Ｔ１，Ｔ２の正方形と同心で且つ該正方形より大きい（一辺の長さがＬ１＋４Ａ）正方形の軌跡Ｔ３が描かれるように、スリーブ部材２を反時計回りでＪスリーブ４上を摺動させる。これを所定の粗調心範囲内の調心が終了するまで繰り返す。

上述のようにスリーブ部材２を動かしてＸ−Ｙ方向の粗調心を終えた後は、該粗調心で最も高い光出力が得られた点を開始点としてスリーブ用チャック１３を動かしてＸ−Ｙ方向の微調心を行い、その後、スリーブ部材２のスタブホルダ２ｃとＪスリーブ４とを抵抗溶接等により固定する。
該固定後は、スリーブ用チャック１３をＺ方向に動かすことにより、スリーブ部材２が固定されたＪスリーブ４をＺ方向に移動させ、光モジュール本体３のＪスリーブ４の上記孔４ｃへの挿入深さ調節し、Ｚ方向すなわち光軸方向の調心を行う。該調心後に、光モジュール本体３のキャップシェル３ｈと、Ｊスリーブ４とを抵抗溶接等により固定することにより光モジュール１は完成する。

上述のように、光モジュール１では、粗調心の際、同心で互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるようにＪスリーブ４上をスリーブ部材３を摺動させており、環状の軌跡を描く方向を所定のタイミング（本例では環状の軌跡を切り替えるタイミング）で切り替えているため、Ｊスリーブ４が光モジュール３に対して回転することを防ぐことができる。

図４は、本発明の粗調心方法の効果を説明する表である。試料１〜５は、従来の粗調心方法、すなわち、前述の図６のように同心で互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるようにＪスリーブ４上をスリーブ部材３を摺動させるが、環状の軌跡を描く方向が一定で反時計回りである粗調心方法を用いたものである。一方、試料６〜１０は、本発明の方法を採用したものである。なお、試料１〜１０の粗調心ピッチＡ（図３及び図６参照）は全て２０μｍであり、また、粗調心範囲Ｂ（図３及び図６参照）も全て５００μｍである。

図４に示すように、粗調心方法として従来の方法を採用した場合、調心前後の光モジュール本体３に対するＪスリーブ４の回転方向のズレは約１１〜１４度である。それに対し、粗調心方法として本発明の方法を採用した場合、上記回転方向のズレは、約１〜２度であり、これからも、本発明により、Ｊスリーブ４が光モジュール３に対して回転することを防ぐことができることがわかる。

なお、以上では、Ｊスリーブに１つの送信用の光モジュール本体が取り付けられた構成を例に説明したが、本発明は、Ｊスリーブに複数の送信用の光モジュール本体が取り付けられる構成や、１または複数の受信用の光モジュール本体が取り付けられた構成、送信用の光モジュール本体及び受信用の光モジュール本体が取り付けられた構成にも適用できる。

１…光モジュール、２…スリーブ部材、３…光モジュール本体、４…Ｊスリーブ。

Claims (2)

1. 光電変換素子を内蔵する光モジュール本体と、光コネクタを保持するスリーブ部材と、前記光モジュール本体が挿入され固定される孔、及び、前記スリーブ部材が固定される端面を有するジョイントスリーブと、を備え、前記光モジュール本体の前記ジョイントスリーブの孔への挿入深さが調整されることにより、光軸方向の調心がなされ、前記スリーブ部材が前記ジョイントスリーブの端面上を摺動され相対的な位置調整がなされることにより、光軸と交わる方向の調心がなされる光モジュールの調心方法であって、
   前記光軸と交わる方向の調心の粗調心の際、前記スリーブ部材を、同心で互いに異なる大きさの複数の環状の軌跡が描かれるように、前記ジョイントスリーブ上を摺動させ、前記環状の軌跡の描く方向を所定のタイミングで反対方向に切り替えることを特徴とする光モジュールの調心方法。
2. 前記スリーブ部材と前記ジョイントスリーブ部材とは、前記光軸と交わる方向の調心の際、磁力により当接することを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの調心方法。
   

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