JPS5857724B2 - 光学的信号の接続装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光通信方式あるいは光データリンク等に用いら
れる光学的接続装置に関するものである。

従来のこの種の装置においては光ファイバの端面相互あ
るいは光ファイバの端面と光源、受光器の入出力光端面
をいかに精度良く突き合せるかが、技術的な中心問題で
あった。

そのため従来の光学的接続装置は主に金属で製造され、
寸法精度を厳しく管理する必要があった。

従って該装置は価格的に高くなると共に、多くの光ファ
イバを一括して接続しようとすると製造上非常に困難に
なるという欠点があった。

以上の点にかんがみ、光学的信号の接続において厳しい
寸法精度を要しない接続方法を提供することが本発明の
主な目的である。

更に他の目的は厳しい寸法精度は期待できないが、安価
な高分子材料等を使い、モールドで製造することにより
経済的な光学的信号の接続を得ることである。

更に他の目的は多端子の光信号線を一括して接続するた
めの有利な方法を提供することである。

また更に他の目的は光学的信号の単純な接続に加えて、
分岐や光集積回路との接続が容易に可能な接続方法を提
供することである。

本発明の構成の要点は、２つの光導波路を、ばねの弾性
力により接触させ、光学的信号を接続する機能を有する
比較的位置精度を要しない接触部を介して、光学的接続
を得るようにした点にある。

以下図面を参照して本発明について詳細に説明する。

第１図は本発明を光フアイバコネクタに応用した場合の
一実施例の断面図を示したものである。

図において１は高分子材料あるいは金属の如き弾性材料
よりなるばね部であり、その底面には光を伝搬する機能
を有する光導波路２が形成されている。

該光導波路２は周囲の媒質より屈折率の高い材料で構成
された誘電体線路であり、拡散・スパッタリング・コー
ティング等通常の任意の方法で製造することができる。

また光ファイバを該光導波路２として利用することもで
きる。

３は該光導波路２を伝搬してきた光を接続されるべき、
他の対向する光導波路であり、光導波路２と同様に製造
することができる。

両光導波路２，３をばね部１０弾性力により、光信号を
接続する機能を有する接触部４を介して、接触させるこ
とによって光学的な接続を行う。

なお該光信号を接続する機能を有する接触部４の構成に
ついては後述する。

第１図の光フアイバコネクタ１３はプラグ・ジダック形
として構成されており、プラグ５の内部には光導波路２
が形成されたばね部１が固定されている。

また光ファイバ１１はプラグの端面から内部に向って挿
入されており、該光導波路２の端面と光ファイバ１１の
コア６の端面をつき合せて、接着剤７で固定されている
。

なお８は光ファイバのクラッド、９は光ファイバをコー
トしているジャケットである。

ジャック１０はプラグと嵌合可能に形成されており、中
心の突出部１０ａの内側底面に光導波路３が形成されて
おり、光ファイバ１２はジャックの端面から内部に挿入
されており、該光導波路３の端面ば光ファイバ１２のコ
ア６の端面とつき合せて接着剤７で固定されている。

また着脱時にプラグ５に固定されたばね部１が乗り上げ
る部分はかん合を滑らかにするためにゆるやかな曲線１
０ｂでもって面取りを行った方がばね部１に形成された
光導波路２を損傷することが少ないため望ましい。

第２図はばね部に取付けられた光導波路と、もう１つの
対向する光導波路が同一伝搬モードの光波を伝送しうる
ように構成されており、光学的信号を接続する機能を有
する接続部が２つの光導波路を、適切な空間を介して、
適切な距離だけ接触させた実施例を示す。

１は弾性材料よりなるばね部であり、同図では光導波路
２０基板を兼ねて高分子材料で構成されている。

しかし他の構成としてばね部１をりん青銅の如きばね用
金属材料を用い、その表面に高分子材料あるいはガラス
等からなる基板、さらにその上に光導波路２を形成する
ことも可能である。

光導波路２ともう１つの対向する先導波路３は同一伝搬
モードの光を伝送しうるように設計しておく。

最も単純には光導波路２，３を同じ屈折率をもつ材料で
作成し、かつ該光導波路２，３の基板１．１４を光導波
路より低い屈折率をもつ同じ材料で作成し、また光導波
路２，３の厚さおよび幅等の幾何学的寸法を同一にすれ
ば、同一伝搬モードの光波を伝送することができる。

基板１４は第１図におけるジャック１０そのものを利用
しても良いし、ジャック１０の表面に、より有効な材料
で形成しても良い。

さて光導波路２と３は適切な空間を介して、かつ適切な
距離だけ接触させることにより、公知のモード結合の原
理によって光学的信号を接続する機能を有する接続部４
を構成する。

光導波路２を伝搬する光は図示したような光パワー分布
をもって接触部４に到達する。

接触部４において、光導波路２の光は徐々に光導波路３
の方に浸透してゆき、最も多く光導波路３に光パワーが
うつった所で接触部が終るようにしておけば、光導波路
２の光が光導波路３に接続されることになる。

モード結合の理論によれば、結合が両光導波路の全く同
一の伝搬モード間で行われるならば、１００％の光パワ
ーの移動が達成される。

さて第１図の光フアイバコネクタ１３における光信号を
接続する機能を有する接続部４が、第２図に関する上記
のような原理に基づいて構成されているとして接続の動
作を説明する。

光フアイバコネクタ１３のプラグ５とジャック１０を係
合することにより、光ファイバ１１を伝搬してきた光は
接着剤７による永久接続部を介して光導波路２に接続さ
れ、さらにばね部１による弾性力で押しつげることによ
って形成された光学的信号を接続する機能を有する接触
部４を介してジャック側の光導波路３へ接続される。

該光導波路３は光ファイバ１２と永久接続されているた
め、結局該光ファイバコネクタ１３を介して光ファイバ
１１の光学的信号が光ファイバ１２に接続されることに
なる。

この過程は可逆であり、光ファイバ１２の光学的信号も
全く同様に光ファイバ１１へ接続されうる。

具体的には光導波路２，３としてポリメチルメタクリレ
ート（屈折率１．４９）、光導波路の基板１．１４とし
てアセタール（屈折率１．４８）を用い、両光導波路２
，３の厚さを３μｍ、接触した時の両光導波路間の空間
を０．１μ扉と考えると、光の伝搬方向に約０．９１ｍ
ｍの距離だけ接触させることにより、光導波路２を伝搬
してきた波長０．８５μｍの光のエネルギーがすべて光
導波路３へ移動することが理論的に得られる。

また光導波路２，３としてポリスチレン（屈折率１．５
７）、光導波路の基板１，１４としてポリウレタン（屈
折率１．５５５）を用いれば約０．９４關で光エネルギ
ーの完全な移動が行われることが計算される。

さらに接触界面に両光導波路の屈折率に近い屈折率をも
つ液体を介在させることにより、光導波路の厚さや両光
導波路間の空間を大きくしても敢闘の接触距離で光エネ
ルギーの完全な移動が生じるように設計することが可能
である。

本発明は上記のように面積的に余裕のある光導波路３の
上にばね部１を接触させる構造になっているため、光フ
ァイバの端面相互を精度良く突き合せるという従来の方
法と比較して、光フアイバコネクタに過度の寸法精度が
要求されないという利点がある。

従って多対の光フアイバ相互の接続等においては特にそ
の利点が生かせるものと考えられる。

また接触において、従来のものと異なり、ばねの弾性力
を応用しているため振動・温度変動等による接触信頼性
の劣化が少ない光学的信号の接続方法が提供できる。

第３図はばね部に取付けられた光導波路が平板状高屈折
率層あるいは断面が長方形の帯状高屈折率層であり、光
学的信号を接続する機能を有する接触部が該高屈折率層
を傾斜でもって終端した端部を有する実施例を示す。

すなわちばね部１０表面に形成された光導波路２は誘電
体線路を成しており、該光導波路２の先端部を傾斜でも
って終端し、基板１４上の光導波路３と接触させること
により光学的信号を接続する機能を有する接触部４を構
成する。

かくの如き構造をもつ光学系においては、光導波路２の
内部をジグザグ行路をとって伝搬してきた光線は先端の
傾斜部に入ると、光導波路２の接触面側界面での全反射
条件を満たさなくなり、両光導波路２゜３間の空間を通
して光導波路３の方へ漏れるようになる。

光導波路３へ漏れた光線のうち基板１４との界面で全反
射条件を満たすものは光導波路３の内部にとじ込められ
て、第３図左方へ伝搬してゆく。

この場合、光導波路２の端部傾斜は光導波路２゜３の屈
折率、幾何学的寸法、結合させる伝搬モードの伝搬定数
によって最適値が存在することは公知の通りである。

なお、この構成をとる場合には接触界面に光導波路２，
３の屈折率と近い屈折率をもつ液体を介在させることに
より、より強い光の結合が得られる。

第４図はばね部に取付けられた光導波路が光ファイバで
あり、光学的信号を接続する機能を有する接触部が該光
フアイバ内を伝搬する光波を集束させるレンズと、プリ
ズムからなり、該光ファイバからの出力光を該レンズに
よって該プリズムのかどに集束されるように調整されて
いる実施例を示す。

すなわちばね部１に取り付けられた光導波路として光フ
ァイバを用い、該光ファイバの先端面に屈折率が半径方
向にバラポリツクに変化している媒質からなるレンズ１
５が取付けられている。

６は光ファイバのコア、８は光ファイバのクラッドであ
る。

光ファイバとレンズ１５はばね部１と一体に成形された
直角プリズム１７に埋め込まれており、光ファイバのコ
ア６内を伝搬してきた光はレンズ１５により該プリズム
１７のかどに集束されるように調整されている。

この光信号接続の原理は光ビームを誘電体薄膜導波路に
結合させるための通常の手段であるプリズム結合器の原
理と同じである。

すなわちプリズム１７のかどに集束された光は全反射さ
れるが、その時プリズム外へしみ出す光エネルギーが光
導波路３と結合して光導波路３へ光エネルギーの移動が
起こる。

プリズム１７の屈折率を光導波路３の屈折率よりわずか
に太き（設定しプリズム１７と光導波路３との空間を最
適の値（通常、伝搬する光の波長の十以下）とすると、
理論的には約８０％の結合効率が得られる。

なおレンズ１５からプリズム１７のかどへの光線の入射
角度によって光導波路３に結合される導波モードが変化
することは公知の通りであり、プリズム１７の屈折率、
光導波路３の屈折率、幾何学的寸法によって適当な入射
角となるように設定する必要がある。

第５図はばね部に取付けられた光導波路が光ファイバで
あり、光学的信号を接続する機能を有する接触部が該光
ファイバを傾斜させて切断した端面である実施例を示す
。

すなわちばね部１に取付げられた光導波路として光ファ
イバを用い、該光ファイバの傾斜させて切断した端面を
基板１４上の光導波路３にばねの弾性力で押し付けるこ
とにより光ファイバのコア６を伝搬してきた光を光導波
路３に結合させる。

この方法では十分な結合効率は期待できないが、最も簡
便な方法であり、結合損失が大きくても影響のない分野
においては本発明の一構成法とじて利用できる。

第６図はばね部に取付けられた光導波路が光ファイバで
あり、光学的信号を接続する機能を有する接触部が該光
ファイバのクラッド層の一部あるいはコア部の一部を含
めてはぎとった部分である実施例を示す。

第６図ａは結合の原理を示すための断面図であり、第６
図すは第６図ａのＡ−ＡＭ面図である。

すなわちばね部１に取付げられた光導波路として光ファ
イバを用い、該光ファイバのクラッド８とコア６の一部
をはぎとった部分を基板１４上の光導波路３にばねの弾
性力で押しつげることにより、光ファイバのコア６を伝
搬してきた光を光導波路３に結合させる。

このような構造をもつ光結合装置は光ファイバをばね部
１に埋め込んで成形した後、接触させる部分を研磨等に
よって第６図のように整形することによって製造するこ
とができる。

この光信号接続は基本的には第２図に関係して説明した
モード結合の原理に基づいて行われる。

第２図の構成と比較すると結合効率は小さくなると考え
られるが、接触部の研磨量、接触力、接触部の空隙を適
当に選べば５０％以上の結合が得られることが公知であ
る。

さてこれまでに説明した各種光信号接続の原理のうちで
、ばね部に形成された光導波路として光ファイバを用い
るものは第１図における光ファイバ１１と光導波路２と
の接続を不必要ならしめるものであり、本発明の実施に
おいて有利な構成方法である。

第７図は本発明を応用した他の実施例の一部の斜視図を
示したものである。

第７図ａは導波路形半導体レーザのような光源からの出
力光を光ファイバ等の伝送線路へ接続することを目的と
した本発明の一応用例である。

１６は導波路形半導体レーザであり、その出力光は光導
波路３を伝搬する構造になっている。

１は光導波路（図示せず）を取付けたばね部であり、ば
ねの弾性力によって、光導波路３を押し付けて接触して
いる。

１７は基板である。先導波路３を伝搬してきたレーザ出
力光はこれまでに述べてきた各種の光信号を接続する機
能を有する接触部を介して、ばね部１に取付げられてい
る光導波路（図示せず）に結合され、さらに該ばね部１
に取付げられている光導波路と接続されている光ファイ
バのような伝送線路へと接続される。

半導体レーザあるいは発光ダイオードのような光源の出
力光を効率よく光ファイバ等の伝送線路に接続すること
は現在強く要求されている技術であり、本発明はこの要
求に対する有力な解決策になりうる。

また第１図ａにおいて１６を受光器としてみるならば、
上述の説明と全く逆の経路を光がたどると考えることに
よって光ファイバ等の伝送線路からの光信号を効率よく
受光しかつ検出するための接続手段を提供できることは
明らかである。

また、さらに本発明は光導波路３が形成されている基板
１１の上に各種の光学的機能を有する素子を配置した構
造のいわゆる光集積回路に対する光信号の接続装置をも
提供することができる。

第１図すは１つの伝送線路を伝搬してきた光信号を２つ
以上に分岐することを目的とした本発明の一応用例であ
る。

１の光導波路（図示せず）を取付けたばね部であり、ば
ねの弾性力によって光導波路３に光信号を結合する。

結合された光信号は光導波路３を伝搬した後、分岐部で
３′と３“の光導波路に２分されて伝搬する。

２分されたそれぞれの光信号はばね部１ｔ、１／／ に
取付げられた光導波路（図示せず）に結合されて、該光
導波路内を伝搬する。

すなわろ光の分岐機能をもつ接続装置として利用できる
。

さらに分岐の数を増やして３分岐、４分岐・・・・・・
とすることが可能なことは明らかであろう。

また分岐部による光信号の分配の割合を変えることも可
能である。

上記の過程を逆にたどると全く同じ原理で多重化機能を
もつ接続装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明はばねに取付けられた光導
波路をばねの弾性力によって、対向するもう一つの光導
波路に押し付けることによって光学的信号を接続するも
のであるから、 （イ）部品点数が少なく、接続装置の小形化が可能であ
る。

たとえば引例■においては接触力付与のために押付クラ
ンプとさらにばねが必要である。

（ロ）接続すべき一対の部品を挿入あるいは嵌合するだ
けで光学的信号の接続が達成させるために接続の操作が
容易になる。

←→ 光導波路を組込んだばねのばね形状を任意に選ぶ
ことができるため、光接続の位置関係に自由度が増し、
光接続装置の実装性を向上できる。

（ヨ 光導波路を組込んだばねを多数並列に並べて使用
する場合においても各接触点はそれぞれのばねにより個
別に押付けられるため均等な接触力を付与することが可
能であり、多数の光信号伝送路を一括して接続する装置
への適用に優れている。

等の効果を有するものである。

また本発明は現在多くの蓄積がある電気コネクタの技術
を光コネクタに応用するものであり、ばね設計、ハウジ
ング設計等の周辺技術がすでに確立されているという利
点がある。

さらに本発明は電気的接続に関する現在の部品や実装方
式をそのまま光学的領域へ対応させるという可能性をも
つため、光継電器、光スィッチとして応用したり、光バ
ックワイヤリングボード実装とも言うべき実装法に適し
たコネクタを提供することができるという利点を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を光フアイバコネクタに応用した場合の
一実施例の断面図、第２図〜第６図すは光学的信号を接
続する機能を有する接触部の他の実施例を示す。 第７図ａ、ｂは本発明の応用例を示す。 １．１’、１”・・・・・・ばね部、２・・・・・・ば
ね部に形成された光導波路、３ 、３’、 ３“・・・
・・・対向する光導波路、４・・・・・・接触部、５・
・・・・・プラグ、６・・・・・・光ファイバのコア、
７・・・・・・接着剤、８・・・・・・光ファイバのク
ラッド、９・・・・・・光ファイバのジャケット、１０
・・・・・・ジャック、１１，１２・・・・・・光ファ
イバ、１３・・・・・・光フアイバコネクタ、１４・・
・・・・光導波路の基板、１５・・・・・・レンズ、１
６・・・・・・半導体レーザあるいは受光器、１７・・
・・・・プリズム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １２つ以上の光部品を互いに光学的に接続する装置にお
   いて、接触力を付与するためのばね部と該ばね部に取付
   けられ一体化された光導波路が設けられた一方の光接続
   部品と、前記ばね部と一体化された光導波路と対向すべ
   き他の光導波路が設けられた他方の光接続部品とを備え
   、両光接続部品を嵌合することにより両光接続部品に設
   けられたそれぞれの光導波路が、ばねの弾性力によって
   接触せしめられ、前記接触部を介して光学的信号を接続
   することを特徴とする光学的信号の接続装置。