JP5764306B2 - 光接続部の作製方法及びアクティブコネクタの製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、レーザーダイオードは消費電力が大きく、歩留まりの低さに起因して価格が高いことから、機器内や機器間の光通信に対しては、近年、表面発光型のレーザーダイオード(Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下VCSELと記す)の適用が盛んに研究されている。VCSELは、素子表面から略円形形のビームを放射すること、低閾値でレーザー発振可能なこと、構造的に歩留まりを上げ易いため安価、という特徴がある。
図16は、コネクタケース105およびソケット106を用いて、VCSEL(またはPD)101と光ファイバ102とを着脱可能にしたものである。符号107は、光ファイバ102の端部に対面する光軸整合のためのレンズ手段である。光ファイバ102が収納されたコネクタ105の長手方向は、基板104と垂直となるように構成されている。
さらに、特許文献2には、専用の部品を用いて光路を変換させる構造が開示されている。図19にその概略図を示す。この構造においては、光ファイバ102を保持するための取付孔112と光路を変換させるための凹面鏡部113とが形成された光結合部品114を用いて、光路を変換させている。
図17に示すようなコネクタを用いた光接続部は、図15および図16に示したような構成と比較して低背化が可能であるものの、部品点数が多く、コストが高いという問題があった。また、特許文献1(図18参照)に記載された光接続部の場合は、部品点数は少ないものの、光ファイバ端面の斜め研磨が必要でコスト高になるという問題があった。また、斜め形状になると光ファイバの回転対称性が失われ、光の結合には回転軸の精密調整が必要となり、コスト増の要因となる。さらに特許文献2(図19参照)に開示された光接続部の場合には、やはり部品点数は少ないものの、光路変換のための専用部品を使用するため、部品製造の時間やコストが必要となるという問題があった。
本発明の光接続部の作製方法は、基板に実装された光受発光素子の光受発光部と該光受発光部に近接配置された光伝送路の先端とを未硬化状態の透明樹脂で覆う工程と、反射面転写治具に設けられた反射面転写部を前記未硬化状態の透明樹脂に押し付ける工程と、を有し、前記透明樹脂の硬化によりその外面に前記光受発光部と前記光伝送路とを光結合させるための反射面を形成する。
本発明の光接続部の作製方法においては、前記光受発光部の光軸を、前記基板の厚さ方向に向けて前記光受発光素子を前記基板上に実装し、前記光受発光部の光軸に対して前記光伝送路の光軸を所定の角度で交差させて配置し、前記光受発光部の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する部分に位置する前記透明樹脂の外面に前記反射面を形成することが好ましい。
前記反射面転写部は平面形状であることが好ましい。
前記反射面転写部は凹球面形状としてもよい。
前記透明樹脂は光硬化型樹脂としてもよい。
本発明の光接続部の作製方法においては、前記光伝送路を前記基板上に設置された光伝送路保持部材に保持させた状態で、前記光受発光素子の前記光受発光部および前記光伝送路の先端とを前記透明樹脂で覆う方法を用いてもよい。
前記光伝送路保持部材は、前記光伝送路を挿通させて保持する光伝送路挿通孔を有する構造とすることができる。
前記光受発光部は、前記基板の厚み方向に光軸を有しているとともに、前記光受発光部の光軸に対して前記光伝送路の光軸が所定の角度で交差されており、前記反射面は、前記光受発光部の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する部分に位置してなることが好ましい。
前記反射面は平面形状にされてなることが好ましい。
前記反射面が上に凸状の凸球面形状にされてもよい。
前記透明樹脂は、光硬化型樹脂からなっていてもよい。
本発明の光接続構造は、前記光伝送路が前記基板上に設置された光伝送路保持部材に保持されてその先端を前記光受発光素子の光受発光部に近接されてなる構成としてもよい。
前記光伝送路保持部材は、前記光伝送路を挿通させて保持する光伝送路挿通孔を有する構造とすることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態を示す概略側面図である。
図1に示すように、本実施形態の光接続部1は、基板4に実装され、光受発光部10Aを有する光受発光素子10と光ファイバ2(光伝送路)とを覆う略半球形状の透明樹脂3とからなり、この透明樹脂3の外面に反射面5が形成されている。
光受発光素子10から出射された光が入射される光ファイバ2は、基板4の上面4aと略平行をなすように位置決めされている。
光ファイバ2の先端は光受発光素子10とともに、透明樹脂3によって覆われており、光ファイバ2は透明樹脂3によって上記したような位置に固定されている。透明樹脂3としては、光ファイバコアと同程度の屈折率を有し、ポッティングに適した光学接着剤が使用されている。具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂や変性ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
光受発光素子10から光が出射されると、光は透明樹脂3の内部で基板4に対して垂直方向に進む。光は、光受発光素子10の光軸Aの延長線上に配置されている反射面5において内面反射されて、90°光路を変換される。この光路変換は、透明樹脂3と空気層との全反射を利用して生じる。反射面5における反射効率は、高いほど好ましい。光ファイバ2および反射面5は、光受発光素子10に対して十分に近接して配置されているので、集光のためのレンズは不要である。反射面5において方向が変換された光は、基板4と平行な方向へ進み、光ファイバ2に入射される。
(a)まず、VCSELなどの光受発光素子10を基板4上の所望の位置に実装する。
(b)次に、光ファイバ2を基板4と平行となるように位置決めする。
(c)次に、図示しないディスペンサを用いて、透明樹脂3を光受発光素子10と光ファイバ2を覆うように塗布し、光受発光素子10と光ファイバ2とを封止する。透明樹脂3としては、加熱硬化型の透明接着剤を用いたが、紫外線または赤外線硬化型の接着剤など、光ファイバと光発光素子とを同時に封止することができ、硬化後透明性を有するものであれば、これらに限ることはない。
(d)次に、未硬化状態の透明樹脂3に、反射面転写治具11を押し付けることによって反射面5を形成する。反射面転写治具11の下部には、透明樹脂3に反射面5を形成するための反射面転写部12が形成されている。この例において、反射面転写部12は、基板4に対し45°傾斜した平坦面である。
反射面転写治具11は、反射面転写部12が透明樹脂3に貼り付かない材質であるか、または反射面転写部12に透明樹脂3が貼り付かないような離型用のコーティング材が塗布されていれば、これに限ることはない。
(e)透明樹脂3の硬化後、反射面転写治具11を基板4から離間させると、透明樹脂3に、基板4に対し45°傾斜した反射面5が形成され、光接続部1が完成する。
形成された光接続部1は、光ファイバ2が、基板4と平行に配置されるため、光接続部1の低背化が可能となる。
さらに、光受発光素子10と反射面5とは近接して配置されるため、光受発光素子10から出射された光を集光するためのレンズが不要となる。
以下、本発明に係る光路変換構造の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
図2は、第2実施形態に係る光接続部の一例を示す概略図である。なお、本実施形態では、上述した第1実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
光ファイバ保持部材7は、基板4上に固定されている。光ファイバ2は、光ファイバ保持部材7に保持されることによって、基板4と平行に位置決めされる。光ファイバ2の固定には瞬間接着剤などの接着剤を使用する。
以下、本発明に係る光接続部の第3実施形態を図面に基づいて説明する。
図5は、第3実施形態に係る光接続部の一例を示す概略側面図である。なお、本実施形態では、上述した第1実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
レンズ状反射面25を透明樹脂3に形成するために、反射面転写治具21には、レンズ形成部材22が取り付けられている。これにより、第1実施形態と同様に、反射面転写治具21を透明樹脂3に押し付けることにより、透明樹脂3上にレンズ状反射面25が形成される。
以下、本発明に係る光接続部の第4実施形態を図面に基づいて説明する。
図6は、第4実施形態に係る光接続部の一例を示す概略図であり、図6(a)は平面図、図6(b)は一部断面とした側面図である。
第4実施形態は、本発明の光接続部をアクティブコネクタに応用したものである。アクティブコネクタとは、所定の電気機器における通信経路(電気ケーブル)に用いられ、光ファイバの光信号と電気信号とを変換するコネクタである。
本実施形態のアクティブコネクタ1cは、基板34に一直線状に実装された4つの光受発光素子10と、この光受発光素子10から出射された光が入射される4本の光ファイバ32と、複数の光ファイバ32を保持し位置決めする光ファイバ保持部材37と、電極端子39と、コネクタケース38とを有している。光ファイバ保持部材37には、光ファイバ32を収納する図示しない光ファイバ収納溝が形成されていることが好ましい。
光ファイバ収納溝の形状は、光ファイバ2を位置決めできれば特に限定されず、断面V字状、断面U字状、断面半円状などとすることができる。
また、反射面35を形成するための図示しない反射面転写治具を、UV(近紫外の可視光)、あるいは赤外線が透過可能な部材とすることで、上方から反射面転写治具を通して、光ファイバの位置を確認することが可能となり、組立作業をより容易とすることも可能である。さらにCCDイメージセンサなどを組み合わせることで、自動的に製造することも可能となる。
なお、本実施形態においては、光受発光素子10を4つ列設する構成としたが、これに限ることはない。
以下、本発明に係る光接続部の第5実施形態を図面に基づいて説明する。図7は、第5実施形態に係る光接続部の一例を示す概略側面図である。
この光接続部1dは、透明樹脂43を光発光素子40、40a、および光ファイバ42、42aを覆うように塗布した後、2面の反射面転写部52を有する反射面転写治具51を、透明樹脂43に押し付けることによって作製される。
図8は、本発明に係る光接続部の第6実施形態を示す概略図であり、図8(a)は平面図、図8(b)は一部断面とした側面図である。本実施形態のアクティブコネクタ1eは、光ファイバ保持部材37に代えて光ファイバ保持部材57を用いること以外は第4実施形態(図6参照)とほぼ同様である。
光ファイバ保持部材57には、光ファイバ32が挿通する光ファイバ挿通孔58(光伝送路挿通孔)が形成されている。光ファイバ挿通孔58は、光ファイバ32に沿う形状、例えば断面円形とすることができる。この例では、4本の光ファイバ32がそれぞれ挿通する4つの光ファイバ挿通孔58が形成されている。
なお、光受発光素子10の数、および光ファイバ挿通孔58の数は4に限定されず、1〜3でもよいし、5以上でもよい。
図9は、本発明に係る光接続部の第7実施形態を示す概略図である。本実施形態の光接続部1fは、光ファイバ保持部材7に代えて光ファイバ保持部材57(図8参照)を用いること以外は第2実施形態(図2参照)とほぼ同様である。
この光接続部1fは、光ファイバ挿通孔58を有する光ファイバ保持部材57が用いられているので、光ファイバ32を高精度に位置決めすることができる。
図10〜図12は、本発明に係る光接続部の第8実施形態を示す概略図である。図10は一部断面とした側面図、図11は一部断面とした前面図、図12は平面図である。
以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、これを用いて各部材のに位置関係を説明することがある。光ファイバの光軸方向をY方向とし、Y方向と直交し基板に平行な方向(光ファイバの幅方向)をX方向とし、X、Y方向に垂直な方向(高さ方向、基板厚さ方向)をZ方向という。
本実施形態の光接続部1gは、光受発光素子10が基板4に複数列をなすように配列されていること、および光ファイバ挿通孔58が複数列に形成された光ファイバ保持部材67を用いることが特徴である。
第1列61と第2列62は光ファイバ2の光軸方向(Y方向)の位置が異なり、第1列61は第2列62に比べて光ファイバ2の先端方向側に位置している。第1列61の光受発光素子10aと第2列62の光受発光素子10bは、幅方向(X方向)の位置を一致させて配置されている。
なお、各列を構成する光受発光素子10の数は4に限定されず、1〜3でもよいし、5以上でもよい。また、図示例では光受発光素子10を2列に形成したが、列の数は3以上でもよい。
第1列71と第2列72は高さ位置(Z方向の位置)が異なり、第1列71は第2列72より低い位置にある。第1列71の光ファイバ挿通孔58aと第2列72の光ファイバ挿通孔58bは、幅方向(X方向)の位置を一致させて形成されている。
光ファイバ挿通孔58は、第1列71の光ファイバ挿通孔58aに挿通する光ファイバ2が第1列61の光受発光素子10aに光結合し、第2列72の光ファイバ挿通孔58bに挿通する光ファイバ2が第2列62の光受発光部10bに光結合するように形成されている。
なお、各列を構成する光ファイバ挿通孔58の数は4に限定されず、1〜3でもよいし、5以上でもよい。また、図示例では光ファイバ挿通孔58を2列に形成したが、列の数は3以上でもよい。
図13および図14は、本発明に係る光接続部の第9実施形態を示す概略図である。図13は一部断面とした前面図、図14は平面図である。
本実施形態の光接続部1hは、光受発光素子10の配置、および光ファイバ保持部材77の光ファイバ挿通孔58の位置以外は第8実施形態(図10〜図12参照)とほぼ同様である。
図14に示すように、第1列81の光受発光素子10aと第2列82の光受発光素子10bは、幅方向(X方向)の位置を違えて配置されている。このため、光受発光素子10aと光受発光素子10bの離間距離を十分に確保しつつ第1列81と第2列82とのY方向距離L1を小さくでき、高密度実装化の点で有利である。
第1列91の光ファイバ挿通孔58aの光ファイバ2を第1列81の光受発光素子10aに光結合させ、第2列92の光ファイバ挿通孔58bの光ファイバ2を第2列82の光受発光部10bに光結合させるためには、光ファイバ挿通孔58a、58bを光受発光素子10a、10bに応じた位置に形成することが必要となるためである。
したがって、光接続構造のコンパクト化(低背化)を図ることができる。
Claims (10)
- 基板に実装された光受発光素子の光受発光部と該光受発光部に近接配置された光伝送路の先端とを覆う透明樹脂の外面に、前記光受発光部と前記光伝送路とを光結合させるための反射面を形成するために、前記光受発光部と前記光伝送路の先端とを略半球形状の未硬化状態の透明樹脂で覆う工程と、
棒状の反射面転写治具の先端に傾斜して設けられた反射面転写面のみを前記未硬化状態の透明樹脂に前記光受発光素子の光軸方向に押し付ける工程と、
前記反射面転写面のみを前記透明樹脂に押し付けたまま、前記透明樹脂全体を硬化させる工程と、
を有する光接続部の作製方法。 - 前記光受発光部の光軸を、前記基板の厚さ方向に向けて前記光受発光素子を前記基板上に実装し、前記光受発光部の光軸に対して前記光伝送路の光軸を所定の角度で交差させて配置し、前記光受発光部の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する部分に位置する前記透明樹脂の外面に前記反射面を形成する請求項1に記載の光接続部の作製方法。
- 前記反射面転写面は平面である請求項1または2に記載の光接続部の作製方法。
- 前記反射面転写面は凹球面を含む請求項1または2に記載の光接続部の作製方法。
- 前記透明樹脂は熱硬化型樹脂からなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の光接続部の作製方法。
- 前記透明樹脂は光硬化型樹脂である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光接続部の作製方法。
- 前記光伝送路を前記基板上に設置された光伝送路保持部材に保持させた状態で、前記光受発光素子の前記光受発光部および前記光伝送路の先端を前記透明樹脂で覆う請求項1〜6のいずれか1項に記載の光接続部の作製方法。
- 前記光伝送路保持部材が、前記光伝送路を挿通させて保持する光伝送路挿通孔を有する請求項7に記載の光接続部の作製方法。
- 基板と、前記基板の上面に実装され、受光用または発光用の光軸を有する複数の光受発光素子と、その先端をそれぞれ前記光受発光素子の光受発光部に近接させて配置された複数の光伝送路と、前記複数の光受発光素子の光受発光部と前記複数の光伝送路の先端とを覆って設けられた透明樹脂と、前記基板上に設置され、前記複数の光伝送路を保持する光伝送路保持部材と、前記基板の下面に設けられた電極端子と、前記基板の上面に設けられたコネクタケースとが具備されてなり、
前記透明樹脂は、一部を前記光受発光素子の光軸方向に傾斜した傾斜面で切断した外面形状を有し、
前記傾斜面は、前記透明樹脂の外面に前記光伝送路と前記光受発光部とを光結合する反射面として設けられ、前記透明樹脂は、前記複数の光受発光素子が列設される方向に延在し、前記反射面は、前記複数の光受発光素子が列設される方向に延在しているアクティブコネクタの製造方法であって、
前記傾斜面を有する前記透明樹脂の作製工程が、
基板に実装された光受発光素子の光受発光部と該光受発光部に近接配置された光伝送路の先端とを覆う透明樹脂の外面に、前記反射面を形成するために、前記光受発光部と前記光伝送路の先端とを未硬化状態の透明樹脂で覆う工程と、
棒状の反射面転写治具の先端に傾斜して設けられた反射面転写面のみを前記未硬化状態の透明樹脂に前記光受発光素子の光軸方向に押し付ける工程と、
前記反射面転写面のみを前記透明樹脂に押し付けたまま、前記透明樹脂全体を硬化させる工程と、
を有するアクティブコネクタの製造方法。 - 基板と、前記基板の上面に実装され、受光用または発光用の光軸を有する第1及び第2の光受発光素子と、その先端を第1の光受発光素子の光受発光部に近接させて配置された第1の光伝送路と、その先端を第2の光受発光素子の光受発光部に近接させて配置された第2の光伝送路と、第1及び第2の光受発光素子の光受発光部と第1及び第2の光伝送路の先端とを覆って設けられた透明樹脂と、前記基板上に設置され、第1及び第2の光伝送路を保持する光伝送路保持部材と、前記基板の下面に設けられた電極端子と、前記基板の上面に設けられたコネクタケースとが具備されてなり、
第1及び第2の光伝送路は、互いに対向する二方向に延在し、
前記透明樹脂は、一部を第1及び第2の光受発光素子の光軸方向に傾斜した2つの傾斜面で切断した外面形状を有し、
前記2つの傾斜面は、前記透明樹脂の外面に第1の光伝送路と第1の光受発光素子の光受発光部とを光結合する第1の反射面及び第2の光伝送路と第2の光受発光素子の光受発光部とを光結合する第2の反射面として設けられてなるアクティブコネクタの製造方法であって、
前記2つの傾斜面を有する前記透明樹脂の作製工程が、
基板に実装された第1及び第2の光受発光素子の光受発光部と該光受発光部に近接配置された第1及び第2の光伝送路の先端とを覆う透明樹脂の外面に、第1及び第2の反射面を形成するために、前記光受発光部と第1及び第2の光伝送路の先端とを未硬化状態の透明樹脂で覆う工程と、
棒状の反射面転写治具の先端に傾斜して設けられた2面の反射面転写面のみを前記未硬化状態の透明樹脂に第1及び第2の光受発光素子の光軸方向に押し付ける工程と、
前記反射面転写面のみを前記透明樹脂に押し付けたまま、前記透明樹脂全体を硬化させる工程と、
を有するアクティブコネクタの製造方法。
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