JP6806059B2 - レンズ付き光ファイバコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、レンズ付き光ファイバ同士を接続するレンズ付き光ファイバコネクタに関するものである。

光ファイバ同士の接続では、光ファイバ端面での反射戻り光を防止するために、端面を斜め形状に成形した光ファイバを対向させることが一般に知られており、対向する光ファイバの端面が略平行になり、一方の光ファイバの出射光軸が他方の光ファイバのコア中心と一致するように、軸をずらした溝に一対の光ファイバを位置決めすることが提案されている（特許文献１参照）。

一方、レンズ付き光ファイバは、光ファイバから出射した光をレンズで平行光として出射する光ファイバコリメータが知られており、レンズとしてＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）を用い、ＧＲＩＮレンズの中心に光ファイバの端部を融着したＧＲＩＮレンズ付き光ファイバが知られている。

レンズ付き光ファイバ同士の接続は、レンズ付き光ファイバを対向して同軸に配置することで、一方の光ファイバから出射した光が一方のレンズで平行光になり、他方のレンズで集光されて他方の光ファイバに入射する。光コリメータとしてのレンズ付き光ファイバ同士の接続では、レンズ端面間に十分な間隔を確保することがなされている（下記特許文献２参照）。

このようなレンズ付き光ファイバの接続では、レンズ付き光ファイバの端部をフェルールの中心に装着し、一対のフェルールを円筒スリーブによって同軸に突き合わせるコネクタが知られている（下記特許文献３参照）。

レンズ付き光ファイバ（光ファイバコリメータ）同士の接続においても、反射戻り光の防止は大きな課題であり、この課題を解決するために、レンズの出射端面を斜めに形成することが知られており、出射端面が斜めに傾斜したレンズ付き光ファイバを接続するために、レンズ付き光ファイバを基板上の溝に支持することが知られている（下記特許文献４参照）。

特開２００３−１２１６７９号公報 特開２００８−２０５６０号公報 特表２００４−５３７０６５号公報 特許第４４４０９２５号公報

レンズ付き光ファイバ同士の接続では、簡易に着脱できるコネクタ接続に高いニーズがある。レンズ付き光ファイバ同士のコネクタ接続は、コリメータによるビーム拡大で出射光のエネルギー密度を低下させることができると共に、接続端面を互いに非接触にして接続することができる。エネルギー密度の低下によって、異物にエネルギーが集中することによる発熱やそれに伴うファイバヒューズなどで接続端面やファイバ内が損傷する現象を回避することができる。また、非接触にすることで接続端面に小さな異物が存在しても光結合が可能になり、接続端面の清掃などの手間を省くことができ、コネクタの抜き差しによる端面の当たり傷や欠損の発生を回避することができる。

しかしながら、前述したように、レンズ付き光ファイバ同士の接続においても接続端面での反射戻り光は大きな問題になっており、接続端面を非接触にするＧＲＩＮレンズ付き光ファイバ同士のコネクタ接続では、ＧＲＩＮレンズの先端面を光軸に対して垂直にすると、ＧＲＩＮレンズと空気層との屈折率差で発生したＧＲＩＮレンズ先端面での反射戻り光が、ほとんど光ファイバのコアに入射して逆方向に伝達してしまう（後方反射）。このため、先端面に反射防止コーティング（ＡＲコート加工）をしたとしても、後方反射が−３０ｄＢ程度と大きくなり、光源などに悪影響が生じる。

これに対しては、ＧＲＩＮレンズの先端面を斜めに研磨する対処方法が知られており（特許文献４参照）、これによって後方反射は−５０ｄＢ以下にまで抑えることができる。しかしながら、図１に示すように、光ファイバＪ１の端面にＧＲＩＮレンズＪ２を融着したＧＲＩＮレンズ付き光ファイバ同士の接続を行う場合には、ＧＲＩＮレンズＪ２の端面を傾斜させると、端面からの光が機械軸Ｐに対して角度θで出射することとなり、傾斜端面の平行度やＧＲＩＮレンズ付き光ファイバ対のオフセット量を調整した接続が必要になる。このため、フェルールの中心にＧＲＩＮレンズ付き光ファイバを装着してコネクタ接続を行おうとしても、ＧＲＩＮレンズＪ２の端面を傾斜させると、円筒スリーブ内で同軸上にフェルールを配置できない。

光ファイバ端面やレンズ付き光ファイバの端面を機械軸に対して傾斜させた場合の接続は、端面の平行度や互いに接続される光ファイバやレンズ付き光ファイバのオフセット量を精度良く設定するために、光ファイバやレンズ付き光ファイバを溝で保持して固定することが行われており（特許文献１，４参照）、このような従来技術では着脱自在なコネクタ接続を得ることができない。また、図１に示した状態で互いに接続されるように、レンズ付き光ファイバを着脱自在に保持できるスリーブを形成しようとしても、スリーブ材料として好適なジルコニア（セラミック）などでは、このようなスリーブを安価且つ高精度に製造することが難しいという問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、レンズ付き光ファイバ同士を端面非接触で接続するに際して、端面を機械軸に対して傾斜させて後方反射を抑え、安価且つ高精度な着脱自在コネクタを実現すること、などが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明によるレンズ付き光ファイバコネクタは、以下の構成を具備するものである。
レンズ付き光ファイバが装着され、中心軸に対して傾斜した端面を有するフェルールと、一対の前記フェルールを前記端面が平行になるように非接触状態で対向させて同軸上に結合する結合部材とを備え、前記フェルールは、前記中心軸から偏芯した位置に前記中心軸に平行な一つ又は複数の孔を備え、当該孔に前記レンズ付き光ファイバが配置され、一対の前記フェルールに装着された前記レンズ付き光ファイバは、互いに光結合するように、前記フェルールの端面に沿って傾斜するレンズ端面を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバコネクタ。

このような特徴を有する本発明のレンズ付き光ファイバコネクタは、前述した特徴を有することで、レンズ付き光ファイバ同士を端面非接触で接続するに際して、レンズ端面を機械軸に対して傾斜させて後方反射を抑え、且つ一対のフェルールを同軸に接続する結合部材によって、安価且つ高精度な着脱自在コネクタを実現することができる。

端面を傾斜させたレンズ付き光ファイバの接続状態を示した説明図である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタを示した説明図（（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図）である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタの具体例を示した説明図（（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図）である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタ（多芯コネクタ）の全体構成を示した説明図である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタ（多芯コネクタ）の接続状態を示した説明図（（ａ）が断面図、（ｂ）がフェルールの正面図）である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタ（多芯コネクタ）の接続状態を示した説明図（（ａ）が断面図、（ｂ）がフェルールの正面図）である。 本発明の実施形態であるレンズ付き光ファイバコネクタ（多芯コネクタ）の接続状態を示した説明図（（ａ）が断面図、（ｂ）がフェルールの正面図）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一部位を指しており、適宜重複説明を省略する。図２に示すように、本発明の実施形態に係るレンズ付き光ファイバコネクタ１は、レンズ（ＧＲＩＮレンズ）１２の中心に光ファイバ１１の端部を融着接続したレンズ付き光ファイバ１０同士を対向して光結合するものであり、レンズ付き光ファイバ１０が装着された一対のフェルール２と、一対のフェルール２を非接触状態で対向させて同軸上に結合する結合部材であるスリーブ３を備える。

レンズ付き光ファイバ１０を備える一対のフェルール２は、同一物が対向配置されている。光ファイバ１１としては、単一モード光ファイバ、ラージモードエリア（ＬＭＡ）光ファイバ、偏波面保存（偏波保持）光ファイバ、多モード光ファイバ、マルチコア光ファイバ、などを用いることができる。レンズ１２の外径は、光ファイバ１１のクラッドの外径と異なっていてもよいが、好適には同じであることが望ましい。レンズ１２の外径は、例えば一般的な光通信分野で用いられる単一モード光ファイバでは１２５μｍ（１２４．５〜１２５．５μｍ）である。

フェルール２は、円柱状体の内部に、円柱状体の中心軸Ｌに沿って孔２０を形成しており、この孔２０にレンズ付き光ファイバ１０の端部が挿入され固着されている。また、フェルール２は、対面する端面２１を有しており、端面２１が中心軸Ｌに対して傾斜している。このようなフェルール２は、一対のレンズ付き光ファイバ１０が互いに光結合するように、フェルール２の端面２１を傾斜させ、それに沿ってレンズ付き光ファイバ１０のレンズ端面を傾斜させている。図示の例では、レンズ付き光ファイバ１０が一対のフェルール２間で互いに光結合する光軸Ｐ２が中心軸Ｌの延長と交差するように、フェルール２の端面２１及びレンズ付き光ファイバ１０のレンズ端面を傾斜させている。

フェルール２は、外周の中心軸Ｌとは距離Ｓだけ偏芯した位置に中心軸Ｌと平行な孔２０を形成し、その孔２０にレンズ付き光ファイバ１０を装着することで、レンズ付き光ファイバ１０の機械軸Ｐ１を中心軸Ｌに対して距離Ｓだけ偏芯させている。

一対のフェルール２を同軸に保持するスリーブ３は、一対のフェルール２間で互いに光結合するレンズ付き光ファイバ１０の光軸Ｐ２とフェルール２の外周の中心軸Ｌの延長とが交差する点Ｏを基準にして、一対のフェルール２の端面２１が点対称に対向するように、フェルール２を中心軸Ｌ回りに位置決め保持している。

一対のフェルール２の中心軸Ｌはスリーブ３に保持されることでスリーブ３の中心軸と一致して同軸上に配置される。スリーブ３内でのフェルール２の向かい合う端面２１同士の距離は、端面２１の傾斜角度に対応する出射角度θに応じて一方のフェルール２に装着されたレンズ付き光ファイバ１０から出射された光が、点Ｏを通って他方のフェルール２に装着されたレンズ付き光ファイバ１０に入射するように適宜設定する。このことにより、スリーブ３内に一対のフェルール２を突き合わせるだけの単純な機械的係合で、一対のレンズ付き光ファイバ１０間の高効率な光結合が可能になる。

フェルール２の端面２１及びレンズ付き光ファイバ１０の端面の傾斜角度は、端面での反射戻り光を抑止し、後方反射を抑制できる角度であればよい。具体的には、光軸に垂直な面Ｘに対して４°以上、好適には６°以上、更に好適には８°以上の傾斜であれば、効果的に後方反射を抑制することができる。

レンズ付き光ファイバコネクタ１のより具体的な構成例を図３に示す。この例では、レンズ付き光ファイバコネクタ１は、フェルール２が、中心軸Ｌ回りの回転が規制される係合部２２を備え、スリーブ３が、フェルール２の係合部２２が係合される被係合部３０を備える。図示の例では、係合部２２はフェルール２の外周に設けられるフランジ部であり、被係合部３０はスリーブ３の内部で中心軸Ｌに沿って延設される凸又は凹部である。

フェルール２の係合部２２がスリーブ３の被係合部３０に係合することで、フェルール２は、スリーブ３内で中心軸Ｌ回りに位置決め保持され、更に、スリーブ３内で端面２１間の間隔が設定距離に位置決めされる。ここで、スリーブ３の一端側に設けた被係合部３０（３０Ａ）と、スリーブ３の他端側に設けた被嵌合部３０（３０Ｂ）とは、中心軸Ｌ回りに１８０°回転した位置に配置されている。これによって、同一物のフェルール２をスリーブ３内に挿入して突き合わせる際に、係合部２２と被係合部３０の係合によって、フェルール２の端面２１が点Ｏで点対称に対向するように位置決めすることができる。

フェルール２の係合部（フランジ部）２２は、中心軸Ｌからレンズ付き光ファイバ１０の機械軸Ｐ１に向かう偏芯方向に対して、中心軸Ｌ回りの特定した位置に配置されている。すなわち、係合部２２の中心軸Ｌ回りの位置と機械軸Ｐ１の偏芯方向とは、一義的に決まった関係になっている。これによって、端面２１に傾斜面を形成する際の研磨加工において、傾斜面の方向を偏芯方向と一致させる加工を容易に行うことができる。研磨加工を行う装置に対してフェルール２を設置する際には、係合部２２の位置を特定の方向に向けてフェルール２の端面２１を固定し、その固定された端面２１に対して研磨の方向を設定する。端面２１の加工は、図３に示すように曲面状に加工してもよい。また、端面２１には、フレネル反射を低減して透過率を向上させるか、あるいは後方反射をさらに抑制するなどの目的で誘電体多層膜などによる反射防止コーティングを施してもよい。さらには、端面２１には、他の機能を有する機能性膜をコーティングすることも可能である。

このようなレンズ付き光ファイバコネクタ１の利点を挙げると、先ず、光ファイバ１１の端部に融着されるレンズ（ＧＲＩＮレンズ）１２によって、出射光ビームの拡大がなされるので、大容量伝送化におけるハイパワー用途において、端面２１におけるエネルギー密度を散逸させて、端面２１に異物が付着する場合にも、発熱焼けによる端面２１の損傷やファイバヒューズなどの問題を回避することができる。

また、端面２１を非接触にすることで、端面２１の異物や汚れに対する清掃などの手間を省くことができ、更には、コネクタ接続の抜き差し時に端面２１に当たり傷が生じたり欠損が起きる不具合を解消することができる。

そして、端面２１を傾斜させることで、後方反射の抑制を可能にし、しかもフェルール２とスリーブ３による軸調整が不要なコネクタ接続を実現することができる。

さらには、レンズ付き光ファイバ１０に、特許文献２で開示されているような、「ビームウェスト」を介した光結合を得る光学設計を施すこともできる。この場合には、例えば、ビームウェストの位置が面Ｘ上に位置するように設計することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係るレンズ付き光ファイバコネクタ１Ａを示している。レンズ付き光ファイバコネクタ１Ａは、多芯コネクタであり、一対のフェルール２Ａと、一対のフェルール２Ａを非接触状態で対向させて同軸上に結合する結合部材であるガイドピン４を備えている。

レンズ付き光ファイバコネクタ１Ａは、図５〜図７に示すように、フェルール２Ａが複数の孔２０と一対のガイド孔２３を備えている。図示の例では、フェルール２Ａは、矩形断面を有しており、中心軸Ｌが図示Ｚ方向に向いて対向配置される。図示Ｘ方向は、中心軸Ｌの方向に直交するフェルール２Ａの幅方向であり、図示Ｙ方向は、中心軸Ｌの方向に直交するフェルール２Ａの厚さ方向である。ガイド孔２３は、ガイドピン４が中心軸Ｌに沿って挿通されるように、中心軸Ｌに沿って形成されている。

図５〜図７に示した例は、前述した実施形態と同様に、フェルール２Ａが中心軸に対して傾斜した端面２１を備えている。ガイドピン４は、対向する一対のフェルール２Ａのガイド孔２３に挿入されることで、端面２１が非接触状態で平行になるように、一対のフェルール２Ａを結合する。ここでは、同一のフェルール２Ａを図示Ｙ方向に反転した状態で対向させることで、ガイド孔２３が同軸となるようにしており、一つのフェルール２Ａにおけるガイド孔２３は、矩形状の端面２１において上下及び左右に対称となる位置に配置されている。

一つのフェルール２Ａにおける複数の孔２０に配置されるレンズ付き光ファイバ１０は、全て同一のレンズ長を有するレンズ（ＧＲＩＮレンズ）１２を備えており、レンズ１２の端面がフェルール２Ａの端面２１に沿って同一方向に傾斜している。これによって、一つのフェルール２Ａに装着された複数のレンズ付き光ファイバ１０から出射する光は全て平行の光軸Ｐ２を有することになる。

図５に示した例では、フェルール２Ａは、一対のガイド孔２３の中心を結ぶ直線Ｘ１と平行に複数（図示４個）の孔２０が等間隔で配列されている。そして、複数の孔２０の配列中心Ｇが中心軸Ｌに対して距離Ｓ１だけ図示Ｙ方向に偏芯した位置に配置されている。ここでは、互いに光結合するレンズ付き光ファイバ１０の光軸Ｐ２が、一対のフェルール２Ａにおける配列中心Ｇを結ぶ直線と平行になるように、端面２１及びレンズ付き光ファイバ１０の端面が中心軸Ｌに対して傾斜している。

図６に示した例では、フェルール２Ａは、一対のガイド孔２３の中心を結ぶ直線Ｘ１と平行に複数（図示４個）の孔２０が等間隔で２列に配置されている。そして、複数の孔２０の配列中心Ｇが中心軸Ｌに対して距離Ｓ２だけ図示Ｙ方向に偏芯した位置に配置されている。この例も図５に示す例と同様に、互いに光結合するレンズ付き光ファイバ１０の光軸Ｐ２が、一対のフェルール２Ａにおける配列中心Ｇを結ぶ直線と平行になるように、端面２１及びレンズ付き光ファイバ１０の端面が中心軸Ｌに対して傾斜している。

図７に示した例では、フェルール２Ａは、一対のガイド孔２３の中心を結ぶ直線Ｘ１上に複数（図示４個）の孔２０が等間隔で配置されている。そして、複数の孔２０の配列中心Ｇが中心軸Ｌに対して距離Ｓ３だけ図示Ｘ方向に偏芯した位置に配置されている。この例も図５及び図６に示す例と同様に、互いに光結合するレンズ付き光ファイバ１０の光軸Ｐ２が、一対のフェルール２Ａにおける配列中心Ｇを結ぶ直線と平行になるように、端面２１及びレンズ付き光ファイバ１０の端面が中心軸Ｌに対して傾斜している。

図４〜図７に示した実施形態によると、多芯のレンズ付き光ファイバコネクタ１Ａにおいて、レンズ１２によるビーム拡大とフェルール２Ａの端面２１を離間させていることで、端面２１に付着する塵などによる結合損失を低減することができ、端面２１を傾斜させることで、端面反射による後方反射を解消することができる。また、多芯化することで、光伝送の大容量化にも対応することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１，１Ａ：レンズ付き光ファイバコネクタ，
２，２Ａ：フェルール，３：スリーブ，４：ガイドピン，
１０：レンズ付き光ファイバ，１１：光ファイバ，
１２：レンズ（ＧＲＩＮレンズ），
２０：孔，２１：端面，２２：係合部，２３：ガイド孔，
３０：被係合部，Ｌ：中心軸，Ｐ１：機械軸，Ｐ２：光軸，Ｇ：配列中心

Claims (9)

1. レンズに光ファイバの端部が融着接続された、レンズ付き光ファイバが装着され、中心軸に対して傾斜した端面を有するフェルールと、一対の前記フェルールを前記端面が平行になるように非接触状態で対向させて同軸上に結合する結合部材とを備え、
   前記フェルールは、前記中心軸から偏芯した位置に前記中心軸に平行な一つ又は複数の孔を備え、当該孔に前記レンズ付き光ファイバが配置され、
   一対の前記フェルールに装着された前記レンズ付き光ファイバは、互いに光結合するように、前記フェルールの端面に沿って傾斜するレンズ端面を有することを特徴とするレンズ付き光ファイバコネクタ。
2. 前記結合部材は、一対のガイドピンであり、
   前記フェルールは、前記ガイドピンが前記中心軸に沿って挿通されるガイド孔を備え、
   前記ガイド孔の中心を結ぶ直線と平行に前記複数の孔が配列され、
   前記複数の孔の配列中心が前記中心軸に対して偏心した位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
3. 互いに光結合する前記レンズ付き光ファイバの光軸が、一対の前記フェルールにおける前記配列中心を結ぶ直線と平行になるように、前記レンズ付き光ファイバのレンズ端面が傾斜していることを特徴とする請求項２に記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
4. 前記結合部材が一対の前記フェルールを同軸上に保持するスリーブであり、
   前記フェルールは、前記一つの孔に前記レンズ付き光ファイバが配置され、
   互いに結合する前記レンズ付き光ファイバの光軸が前記中心軸の延長と交差するように、前記レンズ付き光ファイバのレンズ端面を傾斜させ、
   前記スリーブは、前記光軸と前記中心軸の延長とが交差する点を基準にして前記フェルールを対向させ、前記フェルールを前記中心軸回りに位置決め保持することを特徴とする請求項１記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
5. 前記スリーブは、一対の前記フェルールの端面が点対称に対向するように、前記フェルールを位置決め保持することを特徴とする請求項４記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
6. 前記フェルールは、前記中心軸回りの回転が規制される係合部を備え、
   前記スリーブは、前記係合部が係合される被係合部を備え、
   前記スリーブの一端側に設けた前記被係合部と前記スリーブの他端側に設けた前記被係合部とは、前記中心軸回りに１８０°回転した位置に配置されることを特徴とする請求項４又は５記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
7. 前記フェルールの係合部は、前記レンズ付き光ファイバの機械軸を前記中心軸に対して所定距離偏心させるように、前記中心軸回りの特定した位置に配置されていることを特徴とする請求項６記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。
8. 前記レンズ付き光ファイバは、屈折率分布型レンズの中心に光ファイバの端部が融着接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレンズ付き光ファイバ。
9. 前記レンズ付き光ファイバの後方反射が−５０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のレンズ付き光ファイバコネクタ。

Images