JPWO2017072993A1 - 光コネクタ及び光コネクタシステム並びにこれらを備えたアクティブ光ケーブル - Google Patents
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Abstract
光導波路の端面の傷または端面に付着する異物（ダスト）の影響が少なく、製造が容易で低コストであり、しかも光導波路の端面と光ファイバの端面との間で効率的に光信号を送受信できる光コネクタ及び光コネクタシステム並びにこれらを備えたアクティブ光ケーブルを得る。光導波路（１１）の光入出力端面（１１ｔ）が臨んだ基板（１０）と、光ファイバ（２３）の光入出力端面（２３ｔ）が臨んだフェルール（２０）との間に介在して両者を接続するコネクタ本体（３０）と、コネクタ本体（３０）に、光導波路（１１）の光入出力端面（１１ｔ）と光ファイバ（２３）の光入出力端面（２３ｔ）の間に位置させて設けられ、かつ、両光入出力端面（１１ｔ、２３ｔ）の間で光信号を送受信させるレンズ部（３６）と、を有することを特徴とする光コネクタ（３０）。
Description
本出願は、２０１５年１０月２８日に日本国に特許出願された特願２０１５−２１１８２１の優先権を主張するものであり、これら先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
本発明は、光素子（発光素子または受光素子）を有する基板に配置された光導波路の光入出射端面（以下、単に端面という）と、光ファイバの光入出射端面（以下、単に端面という）との間で光信号を送受信する光コネクタ及び同光コネクタを有する光コネクタシステム並びにこれらを備えたアクティブ光ケーブルに関する。
例えば、２５Ｇｂｐｓ／ｃｈ以上の高速大容量データ光通信の技術分野にあっては、光素子を有する基板に配置された光導波路の端面と、光ファイバの端面との間で光信号を送受信する光コネクタが使用されることがある。
この種の光コネクタでは、光素子及び光導波路は、基板上に、薄膜技術によって形成される。光導波路の端面は、ダイシング加工により基板の端面に露出する。そして、この光導波路の端面に光ファイバの端面が位置合わせして突き合わされる。すなわち、光素子は、光導波路上に形成された光路変換を可能にするミラー（例えば蒸着または屈折率の差を利用した反射手段（光路変換手段））などを介して光導波路と結合される。光導波路は、更に光ファイバと結合される。このように、光導波路を基準とした２回の光軸合わせを伴う連結結合が必須となっている。
しかしながら、このような光コネクタにあっては、基板の端面に並んで露出する多数の光導波路の端面の傷または端面に付着する異物（ダスト）の悪影響を受けやすいという問題がある。また、光導波路の端面と光ファイバの端面との厳しい位置合わせ（トレランス）が要求されるため、製造の困難性または高コスト化が問題となる。とりわけ、効率的に光信号を送受信するためには、光導波路の端面に対して、光ファイバの端面をＰＣ研磨（凸面研磨）して両者を高精度に突き合わせなければならない。これにより、製造の困難性または高コスト化の問題がより顕著になってしまう。
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、光導波路の端面の傷または端面に付着する異物（ダスト）の影響が少なく、製造が容易で低コストであり、しかも光導波路の端面と光ファイバの端面との間で効率的に光信号を送受信できる光コネクタ及び光コネクタシステム並びにこれらを備えたアクティブ光ケーブルを得ることを目的とする。
本発明の光コネクタは、光導波路の光入出力端面が臨んだ基板と、光ファイバの光入出力端面が臨んだフェルールとの間に介在して両者を接続するコネクタ本体と、前記コネクタ本体に、前記光導波路の光入出力端面と前記光ファイバの光入出力端面との間に位置させて設けられ、かつ、両光入出力端面の間で光信号を送受信させるレンズ部と、を有することを特徴としている。
前記コネクタ本体は、前記基板と前記フェルールとの間に位置する透光性材料からなる介在壁を有しており、当該介在壁に前記レンズ部が一体成形されてもよい。
前記レンズ部は、前記光導波路の光入出力端面に対向する光導波路側レンズと、前記光ファイバの光入出力端面に対向する光ファイバ側レンズとを有し、前記光導波路側レンズと前記光ファイバ側レンズとは、光信号の進行方向に応じて、一方がコリメータレンズとして作用し、他方が集光レンズとして作用してもよい。
前記コネクタ本体と前記基板との間には、両者を前記光導波路の延長方向と平行な方向に相対移動可能にガイドするガイド部が形成されてもよい。
本発明の光コネクタシステムは、光素子を有する基板と、前記基板上に前記光素子に連なる光路を形成するように設けられ、その光入出力端面を前記基板端面に臨ませた複数の光導波路と、前記複数の光導波路の光入出力端面との間で光信号を送受信する光入出力端面を有する複数の光ファイバを保持したフェルールと、前記基板と前記フェルールとの間に位置する介在壁を有するレセプタクルと、前記レセプタクルの介在壁に、前記複数の光導波路の光入出力端面と前記複数の光ファイバの光入出力端面との間に位置させて、かつ、両光入出力端面と非接触な態様で設けた、前記複数の光導波路の光入出力端面と前記複数の光ファイバの光入出力端面との間で光信号を送受信する複数のレンズ部と、を有することを特徴としている。
前記レセプタクルは、少なくとも前記介在壁が透光性材料からなり、前記介在壁に、前記レンズ部が一体成形されていてもよい。
前記レンズ部は、前記光導波路の光入出力端面に対向する光導波路側レンズと、前記光ファイバの光入出力端面に対向する光ファイバ側レンズとを有し、前記光導波路側レンズと前記光ファイバ側レンズとは、光信号の進行方向に応じ、一方がコリメータレンズとして作用し、他方が集光レンズとして作用してもよい。
前記レセプタクルと前記基板との間には、両者を前記光導波路の延長方向と平行な方向に相対移動可能にガイドするガイド部が形成されてもよい。
本発明のアクティブ光ケーブルは、上述したいずれかの光コネクタまたは光コネクタシステムを有している。
本発明によれば、光導波路の端面の傷または端面に付着する異物（ダスト）の影響が少なく、製造が容易で低コストであり、しかも光導波路の端面と光ファイバの端面との間で効率的に光信号を送受信できる光コネクタ及び光コネクタシステム並びにこれらを備えたアクティブ光ケーブルが得られる。
図１ないし図３は、本発明による光コネクタシステム１００の実施形態を示している。この光コネクタシステム１００は、長距離に亘る高速大容量データ光通信（例えば２５Ｇｂｐｓ／ｃｈ以上）を実現するアクティブ光ケーブル（ＡＯＣ：Ａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅｓ）に適用することができる。光コネクタシステム１００は、基板（有機基板またはセラミック基板である配線基板）１０、フェルール２０及び光コネクタ（コネクタ本体、レセプタクル、プラグ）３０を主たる構成要素としている。基板１０（単体形状を図４に示す）上には、基板層１２を介して、周知の薄膜技術及びフォトリソグラフィー技術により、多数（図示例では１２本）の光導波路１１が形成される。また、各光導波路１１に対して光信号を入射させる光電変換素子としての発光素子（例えばＶｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ （以下、ＶＣＳＥＬという））１４ａ及びミラー１４ｂが形成されている。光導波路１１は、基板１０の端面１０ｔと直交する位置関係で形成されている。端面１０ｔをダイシング加工することにより、光導波路１１の光入出力端面（以下、端面という）１１ｔが露出する。図２、図４及び図７では、光導波路１１を単体（単独）で描いているが、光導波路１１の周囲には周知のクラッドが形成されている。基板１０（基板層１２）上には、多数の光導波路１１の整列方向の両側に位置させて、光コネクタ３０を結合するための一対のガイド突起１３が突出形成されている。
フェルール２０（単体形状を図５に示す）は、その合成樹脂製の本体２１に、マルチモードファイバ２２内の１２本の光ファイバ２３を導くものである。本体２１には、導入開口２４、操作開口２５、操作開口２５に臨む１２本の半円形状の保持溝２６、及び保持溝２６に連なる１２本のファイバ導入孔２７が形成されている。ファイバ導入孔２７は、操作開口２５に開口する太径部２７ａと、太径部２７ａに連なる細径部２７ｂとを有している。細径部２７ｂの先端は、本体２１の端面２１ｔに開口している。ファイバ導入孔２７を太径部２７ａと細径部２７ｂとにより構成する理由は、太径部２７ａによって光ファイバ２３の挿入を容易にし、細径部２７ｂによって、光ファイバ２３（コア部２３ａ）の位置を正しく定めるためである。１２本の光ファイバ２３は、導入開口２４から操作開口２５内の対応する保持溝２６上に導かれ、ファイバ導入孔２７に挿入される。光ファイバ２３は、周知のように、中心のコア部２３ａと外周のクラッド部２３ｂとから構成される。本体２１の端面２１ｔから突出したコア部２３ａ（光ファイバ２３）の光入出力端面（以下、端面という）２３ｔが端面２１ｔと同一平面となるように平面研磨されて、光学平面とされる。
光コネクタ３０（単体形状を図６に示す）は、上記の基板１０の光導波路１１の端面１１ｔと、フェルール２０の光ファイバ２３のコア部２３ａの端面２３ｔとを、物理的に接触させることなく、光学的に接続する。光コネクタ３０は、透光性材料（例えばポリエーテルイミドなどの透光性合成樹脂）から構成されている。光コネクタ３０は、基板１０の光導波路１１を形成した面に沿う上面壁３１と、この上面壁３１のフェルール２０側の端部に、上面壁３１と直交させて形成した端面壁３２とを有している。上面壁３１は、基板１０（基板層１２）の上面と接触する位置決め面３１ｂを有する。この位置決め面３１ｂに、基板１０のガイド突起１３に係合して基板１０に対する光コネクタ３０の摺動（移動）方向をガイドするガイド凹部３１ａが形成されている。ガイド突起１３とガイド凹部３１ａとは、基板１０と光コネクタ３０とを光導波路１１の延長方向と平行な方向に相対移動可能にガイドするガイド部を構成する。位置決め面３１ｂと基板１０（基板層１２）の上面とは、光導波路１１の整列方向と直交する方向における、光コネクタ３０と基板１０との位置決め面を構成している。
光コネクタ３０の端面壁３２には、その中央部に、基板１０側及びフェルール２０側を凹ませた、端面壁３２より薄肉の非接触介在壁３３が形成されている。端面壁３２の非接触介在壁３３の両側部及び下側部に位置する端面は、基板１０の端面１１ｔと当接して該端面１１ｔと非接触介在壁３３との間隔を決める位置決め面（壁）３４を構成している。また、端面壁３２の非接触介在壁３３を除くフェルール２０側の端面は、本体２１の端面２１ｔと当接して該端面２１ｔと非接触介在壁３３との間隔を決める位置決め面（壁）３５を構成している。非接触介在壁３３は、位置決め面３４及び位置決め面３５と互いに平行をなし、フェルール２０（端面２１ｔ）及び基板１０（端面１０ｔ）とは非接触である。
光コネクタ３０の非接触介在壁３３には、光導波路１１の端面１１ｔ及び光ファイバ２３のコア部２３ａの端面２３ｔとの間に位置するレンズ部３６が一体に成形されている。レンズ部３６は、光導波路１１の端面１１ｔに非接触で、該端面１１ｔから出射される光束（信号光）を略平行光にするコリメータレンズ（光導波路側レンズ）３６ａと、コリメータレンズ３６ａで略平行光とされた光束を光ファイバ２３のコア部２３ａに向けて集光する、コア部２３ａ（端面２３ｔ）と非接触な集光レンズ（光ファイバ側レンズ）３６ｂとから構成される。
光コネクタ３０のレンズ部３６のコリメータレンズ３６ａと光導波路１１の端面１１ｔとの間の距離、及び、光コネクタ３０のレンズ部３６の集光レンズ３６ｂと光ファイバ２３のコア部２３ａの端面２３ｔとの間の距離には自由度がある。そしてこれらの間の距離に応じて、光コネクタ３０のレンズ部３６のコリメータレンズ３６ａ及び集光レンズ３６ｂの少なくとも一方の大きさ、突出量、または曲率（半径）を変える（設定する）ことができる。
光コネクタ３０のレンズ部３６のコリメータレンズ３６ａ及び集光レンズ３６ｂの少なくとも一方は、非球面状であってもよい。これにより、各レンズによる集光率が更に高まるとともに、位置合わせも更に容易となる。
光コネクタ３０とフェルール２０との間には、両者の位置決め手段として、光コネクタ３０からフェルール２０側に向けて突出形成した位置決めピン３７と、フェルール２０に形成したこの位置決めピン３７を受け入れる位置決め孔２８（図６参照）とが形成されている。
上記構成の光コネクタシステム１００は、予め形成した基板１０と、予め形成したフェルール２０との間に、光コネクタ３０を介在させて用いる。すなわち、基板１０のガイド突起１３と光コネクタ３０のガイド凹部３１ａとの位置を一致させて、基板１０と光コネクタ３０とを接近移動させ、基板１０の端面１０ｔと、光コネクタ３０の位置決め面３４とを当接させる。また、光コネクタ３０の位置決めピン３７をフェルール２０の位置決め孔２８に嵌めて両者を接近移動させ、光コネクタ３０の位置決め面３５をフェルール２０の端面２１ｔに当接させる。
この状態において、基板１０の発光素子１４ａから光信号を発すると、その光束は、光導波路１１に導かれて端面１１ｔに達する。端面１１ｔに達した光束は、該端面１１ｔから拡散して出射し、その拡散出射光が光コネクタ３０のコリメータレンズ３６ａにより略平行光となる。その略平行光は、非接触介在壁３３内を透過して集光レンズ３６ｂに達し、集光レンズ３６ｂにより集光されて光ファイバ２３のコア部２３ａの端面２３ｔに達する。光ファイバ２３のコア部２３ａ内に進入した光束は、コア部２３ａ内を伝播して光ファイバ２３の他端部に設けられている受光素子に達し、光通信が実行される。
このように、本実施形態によれば、光導波路１１（の光入出力端面１１ｔ）と光ファイバ２３（の光入出力端面２３ｔ）とを物理的に接触させることなく、光導波路１１と光ファイバ２３との間で光通信を実行することができる。このため、光導波路１１の端面１１ｔの傷または端面１１ｔに付着する異物（ダスト）の影響が少ない。また、光導波路１１の端面１１ｔと光ファイバ２３の端面２３ｔとには、単純な平面研磨を施せば済むので（ＰＣ研磨（凸面研磨）が不要なので）、研磨コストに多くを要すことがなく、製造も容易である。
以上の実施形態は、基板１０の光導波路１１側からフェルール２０のマルチモードファイバ２２側に光信号を送信する実施形態である。しかしながら、本発明は逆に、フェルール２０のマルチモードファイバ２２側から基板１０の光導波路１１側に光信号を送信する態様にも適用できる。この実施形態では、基板１０上に、光導波路１１からの光信号を受信する受光素子が設けられ、フェルール２０のマルチモードファイバ２２の図示しない端部に発光素子が設けられる。また、この態様では、光ファイバ側レンズ３６ｂがコア部２３ａからの光束を略平行光とするコリメータレンズとして機能し、光導波路側レンズ３６ａが光ファイバ側レンズ３６ｂで略平行光とされた光束を端面１１ｔに向けて集光する集光レンズとして機能する。
本実施形態では、マルチモードファイバ２２の光ファイバ２３及び光導波路１１の本数が１２本の場合を説明した。しかしながら、１２本は単なる例示であり、光ファイバ２３及び光導波路１１の本数は、これに限定されない。
１０ 基板（有機基板、セラミック基板、配線基板）
１０ｔ 端面
１１ 光導波路
１１ｔ 光入出力端面（端面）
１２ 基板層
１３ ガイド突起（ガイド部）
１４ａ 発光素子（光電変換素子）
１４ｂ ミラー
２０ フェルール
２１ 本体（合成樹脂製本体）
２１ｔ 端面
２２ マルチモードファイバ
２３ 光ファイバ
２３ａ コア部
２３ｂ クラッド部
２３ｔ 光入出力端面（端面）
２４ 導入開口
２５ 操作開口
２６ 保持溝
２７ ファイバ導入孔
２７ａ 太径部
２７ｂ 細径部
２８ 位置決め孔
３０ 光コネクタ（コネクタ本体、レセプタクル、プラグ）
３１ 上面壁
３１ａ ガイド凹部（ガイド部）
３１ｂ 位置決め面
３２ 端面壁
３３ 非接触介在壁（介在壁）
３４ 位置決め面（壁）
３５ 位置決め面（壁）
３６ レンズ部
３６ａ 光導波路側レンズ（コリメータレンズまたは集光レンズ）
３６ｂ 光ファイバ側レンズ（集光レンズまたはコリメータレンズ）
３７ 位置決めピン
１００ 光コネクタシステム（アクティブ光ケーブル）
１０ｔ 端面
１１ 光導波路
１１ｔ 光入出力端面（端面）
１２ 基板層
１３ ガイド突起（ガイド部）
１４ａ 発光素子（光電変換素子）
１４ｂ ミラー
２０ フェルール
２１ 本体（合成樹脂製本体）
２１ｔ 端面
２２ マルチモードファイバ
２３ 光ファイバ
２３ａ コア部
２３ｂ クラッド部
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２６ 保持溝
２７ ファイバ導入孔
２７ａ 太径部
２７ｂ 細径部
２８ 位置決め孔
３０ 光コネクタ（コネクタ本体、レセプタクル、プラグ）
３１ 上面壁
３１ａ ガイド凹部（ガイド部）
３１ｂ 位置決め面
３２ 端面壁
３３ 非接触介在壁（介在壁）
３４ 位置決め面（壁）
３５ 位置決め面（壁）
３６ レンズ部
３６ａ 光導波路側レンズ（コリメータレンズまたは集光レンズ）
３６ｂ 光ファイバ側レンズ（集光レンズまたはコリメータレンズ）
３７ 位置決めピン
１００ 光コネクタシステム（アクティブ光ケーブル）
Claims (9)
- 光導波路の光入出力端面が臨んだ基板と、光ファイバの光入出力端面が臨んだフェルールとの間に介在して両者を接続するコネクタ本体と、
前記コネクタ本体に、前記光導波路の光入出力端面と前記光ファイバの光入出力端面との間に位置させて設けられ、かつ、両光入出力端面の間で光信号を送受信させるレンズ部と、
を有することを特徴とする光コネクタ。 - 請求項１記載の光コネクタにおいて、
前記コネクタ本体は、前記基板と前記フェルールとの間に位置する透光性材料からなる介在壁を有しており、当該介在壁に前記レンズ部が一体成形されている光コネクタ。 - 請求項１または２記載の光コネクタにおいて、
前記レンズ部は、前記光導波路の光入出力端面に対向する光導波路側レンズと、前記光ファイバの光入出力端面に対向する光ファイバ側レンズとを有し、前記光導波路側レンズと前記光ファイバ側レンズとは、光信号の進行方向に応じて、一方がコリメータレンズとして作用し、他方が集光レンズとして作用する光コネクタ。 - 請求項１ないし３のいずれか１項記載の光コネクタにおいて、
前記コネクタ本体と前記基板との間には、両者を前記光導波路の延長方向と平行な方向に相対移動可能にガイドするガイド部が形成されている光コネクタ。 - 光素子を有する基板と、
前記基板上に前記光素子に連なる光路を形成するように設けられ、その光入出力端面を前記基板端面に臨ませた複数の光導波路と、
前記複数の光導波路の光入出力端面との間で光信号を送受信する光入出力端面を有する複数の光ファイバを保持したフェルールと、
前記基板と前記フェルールとの間に位置する介在壁を有するレセプタクルと、
前記レセプタクルの介在壁に、前記複数の光導波路の光入出力端面と前記複数の光ファイバの光入出力端面との間に位置させて、かつ、両光入出力端面と非接触な態様で設けた、前記複数の光導波路の光入出力端面と前記複数の光ファイバの光入出力端面との間で光信号を送受信する複数のレンズ部と、
を有することを特徴とする光コネクタシステム。 - 請求項５記載の光コネクタシステムにおいて、
前記レセプタクルは、少なくとも前記介在壁が透光性材料からなり、前記介在壁に、前記レンズ部が一体成形されている光コネクタシステム。 - 請求項５または６記載の光コネクタシステムにおいて、
前記レンズ部は、前記光導波路の光入出力端面に対向する光導波路側レンズと、前記光ファイバの光入出力端面に対向する光ファイバ側レンズとを有し、前記光導波路側レンズと前記光ファイバ側レンズとは、光信号の進行方向に応じ、一方がコリメータレンズとして作用し、他方が集光レンズとして作用する光コネクタシステム。 - 請求項５ないし７のいずれか１項記載の光コネクタシステムにおいて、
前記レセプタクルと前記基板との間には、両者を前記光導波路の延長方向と平行な方向に相対移動可能にガイドするガイド部が形成されている光コネクタシステム。 - 請求項１ないし４のいずれか１項記載の光コネクタまたは請求項５ないし８のいずれか１項記載の光コネクタシステムを有する、アクティブ光ケーブル。
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