JP2012208174A

JP2012208174A - 光学モジュール

Info

Publication number: JP2012208174A
Application number: JP2011071810A
Authority: JP
Inventors: Minoru Shinozaki; 稔篠崎; Shinobu Yazawa; 志展矢澤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP5817174B2

Abstract

【課題】光コリメータの実装密度の向上を図るとともに固定時の加熱温度の影響による光ファイバに対するダメージを減少させることを可能とする光学モジュールを提供する。
【解決手段】光学モジュールは、光ファイバ１０９を有する光コリメータ１０２と、表面上に光コリメータ１０２を固定する光コリメータ固定部１１２が設けられた筐体１０３と、を備え、光コリメータ１０２は、光学レンズ１０４と、光ファイバ１０９を保持するフェルール１０５と、光学レンズ１０４とフェルール１０５とを固定する固定スリーブ１０６と、を有し、フェルール１０５は、基端部１０５Ａと、固定スリーブ１０６に固定される先端部１０５Ｂと、これらの外径よりも小さい外径を有する縮径部１０５Ｃと、を有してなり、光コリメータ固定部１１２と固定スリーブ１０６とがフェルール１０５の先端部１０５Ｂ側において加熱硬化剤１１４を介して固定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学モジュールに関するものである。

光ファイバを有する光コリメータを用いた光学モジュールでは、複数の光学機能部品を収容する筐体に入出力用の光コリメータが保持されている。従来、筐体に対する光コリメータの固定は、ＹＡＧレーザー等のレーザー溶接や半田等を用いて行われていた（例えば、特許文献１）。

特開平０８−１７９１７６号公報

一般に行われている、ＹＡＧレーザーによる筐体と光コリメータとの固定では、筐体と光コリメータとの間にＹＡＧレーザーを照射するための光路を確保する必要がある。ところが、高密集化に伴い複数の光コリメータを近接配置する場合には、個々の光コリメータの周囲にレーザー照射のための光路を十分に確保することが困難となり、陰になる部分が出てきてしまう。結果として、固定のためのレーザー光量が不足し固定できないという問題を生じていた。また、仮に固定されたとしてもレーザー光量が不足しているため、十分な固定強度が確保されず信頼性の低下及び特性の劣化を招く原因となっていた。

また、半田等を用いて固定を行う場合は固定条件の許容範囲が狭く、放熱等の対策も必要となる。例えば、図７に示すように、従来の構成においては、光ファイバ心線１０１の先端部分を保持するフェルール２０５の軸方向全体が固定スリーブ２０６に接触した状態で半田接合されている。このため、半田接合時の加熱温度（約２７０〜２８０℃）が、フェルール２０５内に保持された光ファイバ心線１０１にまで伝熱して、フェルール２０５内に保持された光ファイバ心線１０１の被覆層１０８が溶融や変形などのダメージを受けてしまう。
このように、半田接合時の放熱が不十分である場合には加熱温度によって光ファイバの被覆部（光ファイバ心線）へのダメージが生じて、特性の劣化や信頼性の低下が起こりやすいという問題がある。また、十分な放熱対策が施された場合でも、熱が周囲に拡散され易いため所望箇所の過熱に時間がかかり作業工数を削減することが困難であった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、光コリメータの実装密度の向上を図るとともに固定時の加熱温度の影響による光ファイバに対するダメージを減少させることを可能とする光学モジュールを提供することを目的の一つとしている。

本発明の光学モジュールは、光ファイバを有する光コリメータと、表面上に前記光コリメータを固定する光コリメータ固定部が設けられた筐体と、を備え、前記光コリメータは、光学レンズと、被覆層が一部除去された前記光ファイバの先端側を保持するフェルールと、前記光学レンズと前記フェルールとを固定する固定スリーブと、を有し、前記フェルールは、軸方向の一部に他の部分よりも外径の小さい縮径部を有しており、前記光コリメータの前記固定スリーブと前記光コリメータ固定部とが、前記フェルールの前記縮径部および前記被覆層から遠ざかる箇所において加熱硬化剤により固定されていることを特徴とする。

また、前記フェルールが、前記光ファイバの前記被覆層を含む部位を保持する基端部と、当該基端部と軸方向で連続する前記縮径部と、前記縮径部の前記基端部とは軸方向反対側に設けられた先端部と、を有してなり、前記固定スリーブに前記先端部が接触した状態、かつ、前記基端部および前記縮径部が前記固定スリーブから離間した状態で前記固定スリーブに対して固定されている構成としてもよい。

また、前記光コリメータ固定部と前記フェルールとが、前記フェルールの前記被覆層に近い箇所において接着剤あるいはレーザー照射により固定されている構成としてもよい。

また、前記筐体は、前記光コリメータ固定部近傍の部分における厚さが他の部分の厚さよりも薄くなっている構成としてもよい。

また、前記筐体には、前記光コリメータ固定部の周囲に溝を環状に形成する構成としてもよい。

また、前記加熱硬化剤が半田である構成としてもよい。

また、前記光コリメータ固定部の前記筐体側には、当該コリメータ固定部の固定スリーブ挿入孔内に連通するとともに前記光コリメータ固定部と前記固定スリーブとを固定する前記加熱硬化剤を注入するための注入孔が形成されている構成としてもよい。

本発明によれば、フェルールの軸方向における一部分が他の部分よりも細くなっており、フェルールが固定スリーブに固定された状態において軸方向全体が固定スリーブに接触することのない構成となっている。
つまり、固定スリーブに接触状態で固定されるのはフェルールの先端部のみであり、これに連続する縮径部や基端部は固定スリーブには直接接触していない。これにより、固定スリーブとコリメータ固定部との半田接合時の温度は縮径部を介して基端部へ伝熱することになるが、縮径部は断面積が小さいため熱伝導率が悪く基端部の温度上昇を抑えることが可能となり、光学モジュールの特性の劣化および信頼性の低下を防止することができる。

また、加熱部から他の部分への熱伝導が悪いことから、加熱部の温度を効率よく上昇させることができ、その結果、接合時間が短縮されて生産性が向上する。

このように、光コリメータを筐体に実装するにあたり、ＹＡＧレーザーによる固定が不要になることで光コリメータ同士を近接配置することができ、光コリメータの実装密度を向上させることができる。これにより、光学モジュールの小型化を図ることもできる。

第１実施形態である光学モジュールの要部を示す斜視図。筐体に実装された光コリメータの構成を示す断面図。光ファイバ心線およびコリメータの各寸法を示す断面図。（ａ）は第２実施形態の光学モジュールの概略構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図。溝部の変形例を示す平面図。光学モジュールの全体を模式的に示す斜視図。従来の光学モジュールの構成を示す断面図。溝部の変形例を示す平面図。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態である光学モジュールの要部を示す斜視図である。図２は、筐体に実装された光コリメータの構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の光学モジュール１００は、光ファイバ心線１０１と、光ファイバ心線１０１の先端側を保持する複数の光コリメータ１０２と、複数の光コリメータ１０２が固定（実装）される筐体１０３とを具備している。

図２に示すように、光コリメータ１０２は、光学レンズ１０４と、光ファイバ心線１０１の先端が挿入保持されるフェルール１０５と、光学レンズ１０４が固定されているとともにフェルール１０５を保持する固定スリーブ１０６とを備えている。

フェルール１０５は、基端部１０５Ａと、先端部１０５Ｂと、基端部１０５Ａと先端部１０５Ｂとの間に設けられた縮径部１０５Ｃとを有し、これら基端部１０５Ａ、縮径部１０５Ｃおよび先端部１０５Ｂの外径はそれぞれ異なる寸法に設定されている。本実施形態においては、縮径部１０５Ｃが基端部１０５Ａおよび先端部１０５Ｂの外径よりも縮径された形状をなすように形成されている。尚、先端部１０５Ｂと基端部１０５Ａの外径は同じ寸法にしてもよい。フェルール１０５の材質としてはコバールやステンレス等が挙げられる。

フェルール１０５の軸方向全体には光ファイバ１０９を挿入するための光ファイバ挿入孔１０７が形成されており、この光ファイバ挿入孔１０７内に、ナイロンやハイトレル（登録商標）からなる被覆層１０８を一部除去した光ファイバ心線１０１の先端側が不図示の接着剤等により固定されている。光ファイバ挿入孔１０７の後端側はその内径が他の部分よりも拡径され、軸方向で内径が異なる境界部分（第１孔１０７ａと第２孔１０７ｂとの間）に、後端側へ向かって内径が漸次拡径するテーパ部１０７ｃが設けられている。このテーパ部１０７ｃは、光ファイバ１０９の先端を光ファイバ挿入孔１０７の後端側から挿入しやすくするためのもので、光ファイバ先端側の折れや損傷等が防止される。

ここで、フェルール１０５の先端部１０５Ｂにはフェルール用筒状体１１０の後端側が圧入されている。フェルール用筒状体１１０は、内側に形成された第２光ファイバ挿入孔１１１内にフェルール１０５の光ファイバ挿入孔１０７と同軸をなすようにして固定され、この第２光ファイバ挿入孔１１１内に被覆層１０８が除去された光ファイバ１０９の先端側が挿入されて保持されている。

フェルール用筒状体１１０は、フェルール１０５の先端側から先端面１１０ａを若干突出させた状態で設けられている。このフェルール用筒状体１１０の先端面１１０ａは、光ファイバ１０９とともに斜めに研磨することによって形成された傾斜面とされ、光ファイバ１０９の軸方向と直交する面に対して所定の角度で傾斜している。これにより、端面１０９ａでの反射減衰量特性を向上することができる。なお、光ファイバ１０９の端面１０９ａを含む傾斜面全体に反射防止膜を設けてもよい。

フェルール用筒状体１１０の材質としては、例えば、ジルコニア等のセラミックス材料、ガラス、ステンレスやニッケル等の金属材料等が挙げられる。

固定スリーブ１０６は、円筒形状を呈し、内側にフェルール１０５を保持するとともに光学レンズ１０４が固定されている。固定スリーブ１０６には、フェルール挿入孔１０６ａ、フェルール保持孔１０６ｂ、光学レンズ固定孔１０６ｃが軸方向に亘って貫通して形成されている。本実施例では、光学レンズ固定孔１０６ｃは光学レンズ１０４の軸方向の位置決めをしやすくするため、フェルール保持孔１０６ｂの内径よりも大きい寸法にしているが、必要に応じてフェルール保持孔１０６ｂの内径と略同じとしてもよい。
この固定スリーブ１０６は、例えばステンレス等の金属材料やコバールなどの合金からなる。

固定スリーブ１０６には、フェルール保持孔１０６ｂ内にフェルール１０５がＹＡＧレーザー等により溶接、または圧入あるいは接着剤等により固定されている。フェルール１０５は固定スリーブ１０６に対して、光ファイバ１０９の端面１０９ａと後述する光学レンズ１０４との間における軸方向の調整が行われた状態で接合されている。

また、光学レンズ固定孔１０６ｃには、光ファイバ１０９の先端から出射した光を平行ビームとする非球面のレンズなどからなる光学レンズ１０４が固定されている。光学レンズ固定孔１０６ｃ内に固定することによって、光学レンズ１０４は光ファイバ１０９の先端から所定の距離をおいて配置される。

光学レンズ１０４としては、例えば、球面レンズや非球面レンズ、複数のレンズからなる複合レンズ等を用いてもよい。更には金属フレームに光学レンズがマウントされたモールドレンズを用いることもでき、この場合、光学レンズ固定孔１０６ｃをレーザー等で溶接固定することで、より信頼性の高い固定が可能となる。

ここで、固定スリーブ１０６内に固定されるフェルール１０５および光学レンズ１０４の軸方向の位置は、筐体１０３に実装された際に相対向する他の光コリメータ１０２との光結合効率が最大となるように調整される。尚、光学レンズ１０４を経た光は平行ビーム（コリメート光）に限らず、光結合効率が最大となる構成であれば集光ビームとしてもよい。

このように光ファイバ１０９を有する光コリメータ１０２は筐体１０３に複数実装される。筐体１０３は、内側に複数の機能部品が収容されるもので、例えば図６に示すような箱型に形成される。この場合、光コリメータ１０２は筐体１０３の側壁１０３ｂに複数固定され、各光コリメータ１０２から出射されたコリメート光Ｒは内部に設置されたミラー１２１を介して入射するレンズ１２２において１点に集光される。尚、光コリメータ１０２の配置や筐体１０３の形状はこれに限らない。

ここで、図２に戻って説明する。筐体１０３の壁部１０３Ａには、光コリメータ１０２を固定するための光コリメータ固定部１１２が設けられている。光コリメータ固定部１１２は、壁部１０３Ａの表面１０３ａから外方へ向かって突出する円筒形状を有してなるもので、内側の貫通孔１１３内に上記光コリメータ１０２が挿入保持されるようになっている。貫通孔１１３は光コリメータ１０２の外径（固定スリーブ１０６の外径）よりも若干大きく、その同軸上に光コリメータ１０２が配置されている。そして、貫通孔１１３内に配置された半田等の加熱硬化剤１１４を介して光コリメータ１０２が光コリメータ固定部１１２に固定されている。

この光コリメータ固定部１１２の側面には、加熱硬化剤１１４を貫通孔１１３内に注入するための注入孔１１５が設けられている。注入孔１１５は１つでも複数でも良い。加熱硬化剤１１４は、光コリメータ１０２と光コリメータ固定部１１２との間にのみ配置されていることが好ましい。このため、本実施形態では、光コリメータ１０２の固定スリーブ１０６をフェルール１０５の先端部１０５Ｂを十分カバーできるように基端部１０５Ａ側へと延出させた形状とし、加熱硬化剤１１４が固定スリーブ１０６の内側に入り込まないようになっている。また、固定スリーブ１０６の延在部１０６Ａの内側に設けられた、フェルール１０５の先端部１０５Ｂの外径よりも広い径を有するフェルール挿入孔１０６ａにより、フェルール１０５の縮径部１０５Ｃと固定スリーブ１０６の延在部１０６Ａとが離間した状態で接触することのない構成とされている。
本実施形態では、加熱硬化剤１１４として半田を用いている。

一方、フェルール１０５の基端部１０５Ａ側は、光コリメータ固定部１１２に対してエポキシ樹脂等の接着剤１１６を介して固定されている。接着剤１１６は、光コリメータ固定部１１２の筐体１０３側とは反対側の端部側から、フェルール１０５の基端部１０５Ａと光コリメータ固定部１１２との間を埋めるようにフェルール挿入孔１０６ａ内に注入される。
なお、接着剤１１６による固定ではなく、ＹＡＧレーザーを照射することで固定してもよい。

図３は、光ファイバ心線１０１およびフェルール１０５の各寸法を示す断面図である。
図３に示すように、被覆層１０８を含めた光ファイバ心線１０１の直径ｄ１は約１ｍｍであり、その中心に配置された光ファイバ１０９の直径ｄ２は１２５μｍである。このような光ファイバ心線１０１を保持するフェルール１０５は、上記したように軸方向で直径が異なる３つの部位、基端部１０５Ａ、先端部１０５Ｂおよび縮径部１０５Ｃより構成されている。基端部１０５Ａの直径Ｄ１は２ｍｍ、先端部１０５Ｂの直径Ｄ２は２ｍｍ弱、縮径部１０５Ｃの直径Ｄ３は１ｍｍに設定されている。さらに、縮径部１０５Ｃの軸方向の長さＬは５ｍｍ、フェルール用筒状体１１０の直径ｄ３は約１ｍｍである。尚、これらの寸法はこれに限られることはなく適宜変更が可能である。

特にフェルール１０５の材料がコバールやステンレスで、縮径部１０５Ｃの直径Ｄ３が０.６〜１.２ｍｍの場合、縮径部１０５Ｃの軸方向の長さＬ（ｍｍ）は、Ｌ：Ｄ３＝６〜３０：１、先端部１０５Ｂの直径Ｄ２（ｍｍ）は、Ｄ２：Ｄ３＝２〜１０：１とすることで、フェルールの剛性を確保するとともに、縮径部を介した基端部への伝熱を抑制し基端部の温度上昇を抑えることができるため、光学モジュールの特性劣化防止及び信頼性の向上を図ることが可能となる。
また、上記条件で縮径部１０５Ｃの直径Ｄ３を０.８〜１.２ｍｍとすることで更に効果を高めることができる。

従来では、図７に示すように光ファイバ心線１０１の先端部を保持するフェルール２０５は、その軸方向全体が固定スリーブ２０６に接触するようにして当該固定スリーブ２０６内に固定されていた。そのため、このような光コリメータ１０２を光コリメータ固定部１１２に半田によって接合する際に、接合温度によって光ファイバ心線１０１の被覆層１０８が溶けたり変形したりするなどのダメージが生じてしまっていた。

これに対して図２に示す本実施形態では、フェルール１０５の軸方向における一部分が他の部分よりも細くなっており、フェルール１０５が固定スリーブ１０６に固定された状態において軸方向全体が固定スリーブ１０６に接触することのない構成となっている。

つまり、固定スリーブ１０６に接触状態で固定されるのはフェルール１０５の先端部１０５Ｂのみであり、これに連続する縮径部１０５Ｃや基端部１０５Ａは固定スリーブ１０６には接触していない。
基端部１０５Ａには、光ファイバ心線１０１のうち被覆層１０８によって覆われている部分が一部挿入されているが、縮径部１０５Ｃの断面積が小さく熱伝導率が悪いため、固定スリーブ１０６と光コリメータ固定部１１２との半田接合時における基端部１０５Ａの温度上昇を抑えることが可能となり、被覆層１０８へのダメージを抑えることができる。これにより、光学モジュール１００の特性の劣化および信頼性の低下を防止することができる。

また、固定スリーブ１０６に対するフェルール１０５の接合部位はフェルール１０５の先端部１０５Ｂのみであり、またフェルール１０５の基端部１０５Ａ方向への熱伝導率は悪いため、固定スリーブ１０６と光コリメータ固定部１１２との半田接合時の熱は半田部分付近に局所的に保持することとなり、加熱効率を高めることが可能となる。
このため、加熱硬化剤１１４である半田を短時間で効率的に加熱硬化させることができる。また、基端部１０５Ａへの熱伝導が少なく被覆層１０８へのダメージを抑えることができるため、歩留まりの向上及び特性や信頼性の向上を図ることができる。

本実施例のような構成により、光コリメータ１０２を筐体１０３に実装するにあたり、ＹＡＧレーザーによる固定が不要になることで光コリメータ１０２同士を近接配置することができ、光コリメータ１０２の実装密度を向上させることができる。これにより、光学モジュール１００の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の光モジュールの第２実施形態の構成について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、第２実施形態の光コリメータ及び筐体の概略構成を中心に示す断面図、（ｂ）は、平面図である。
以下に示す本実施形態の光コリメータの基本構成は、先の実施形態と略同様であるが、筐体１０３部分の構成において一部異なる。よって、以下の説明では共通な箇所の説明は省略し、説明に用いる各図面において、図１〜図３と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では筐体１０３の壁部１０３Ａの一部分が他の部分の厚みよりも薄くなっている。具体的には、筐体１０３の壁部１０３Ａの表面１０３ａに設けられた光コリメータ固定部１１２の近傍において、壁部１０３Ａの表面１０３ａから厚さ方向に凹む溝部１１７が形成されている。この溝部１１７は、光コリメータ固定部１１２の周囲を取り囲む平面視環状を呈するもので、所定の幅を有する。
ここで、光コリメータ固定部１１２と溝部１１７との間隔は筐体１０３としての強度が確保される範囲内で設定される。

このような構成にすることで、半田接合時における筐体１０３側への熱伝播を小さくすることができるため、加熱効率を高めることができ、加熱硬化剤１１４である半田を短時間で効率的に加熱硬化させることができる。また、基端部１０５Ａへの熱伝導が少なく被覆層１０８へのダメージを抑えることができるため、歩留まりの向上及び特性や信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態では溝部１１７の平面形状が環状をなす構成とされているが、平面形状はこれに限られることはなく、楕円や四角形等の他の形状とすることも可能であり、更にそれらの形状を同心状に複数構成してもよい。例えば、図８に示すように、同心状に円形溝１１７ａ，１１７ｂを２重に設けてもよい。また、平面形状は連続的ではなく、断続的（図５参照）に設けられていてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、先の実施形態においては、光コリメータ固定部１１２に、加熱硬化剤を貫通孔１１３内に注入するための注入孔１１５が設けられた構成となっているが、この注入孔１１５が設けられていなくてもよい。この場合は、フェルール１０５を保持した固定スリーブ１０６の外周面に半田を巻き付けた状態で、光コリメータ固定部１１２の貫通孔１１３内に上記固定スリーブ１０６を挿入させ、その後、半田を加熱溶融させて接合させてもよい。
あるいは、筐体１０３の内側から光コリメータ固定部１１２の貫通孔１１３内に半田を注入するようにしてもよい。

１００…光学モジュール、１０２…光コリメータ、１０３…筐体、１０３ａ…表面、１０４…光学レンズ、１０５…フェルール、１０５Ａ…基端部、１０５Ｂ…先端部、１０５Ｃ…縮径部、１０６…固定スリーブ、１０９…光ファイバ、１１２…光コリメータ固定部、１１４…加熱硬化剤、１１５…注入孔、１１６…接着剤、１１７…半田

Claims

光ファイバを有する光コリメータと、
表面上に前記光コリメータを固定する光コリメータ固定部が設けられた筐体と、を備え、
前記光コリメータは、光学レンズと、
被覆層が一部除去された前記光ファイバの先端側を保持するフェルールと、
前記光学レンズと前記フェルールとを固定する固定スリーブと、を有し、
前記フェルールは、軸方向の一部に他の部分よりも外径の小さい縮径部を有しており、
前記光コリメータの前記固定スリーブと前記光コリメータ固定部とが、
前記フェルールの前記縮径部および前記被覆層から遠ざかる箇所において加熱硬化剤により固定されている
ことを特徴とする光学モジュール。
請求項１に記載の光学モジュールにおいて、
前記フェルールが、前記光ファイバの前記被覆層を含む部位を保持する基端部と、当該基端部と軸方向で連続する前記縮径部と、前記縮径部の前記基端部とは軸方向反対側に設けられた先端部と、を有してなり、前記固定スリーブに前記先端部が接触した状態、かつ、前記基端部および前記縮径部が前記固定スリーブから離間した状態で前記固定スリーブに対して固定されている
ことを特徴とする光学モジュール。
請求項１または２に記載の光学モジュールにおいて、
前記光コリメータ固定部と前記フェルールとが、
前記フェルールの前記縮径部および前記被覆層に近い箇所において接着剤あるいはレーザー照射により固定されている
ことを特徴とする光学モジュール。
請求項１から３のいずれか一項の光学モジュールにおいて、
前記筐体は、前記光コリメータ固定部近傍の部分における厚さが他の部分の厚さよりも薄くなっていることを特徴とする光学モジュール。
請求項４に記載の光学モジュールにおいて、
前記筐体には、前記光コリメータ固定部の周囲に溝を環状に形成する
形成されている
ことを特徴とする光学モジュール。
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学モジュールにおいて、
前記加熱硬化剤が半田である
ことを特徴とする光学モジュール。
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学モジュールにおいて、
前記光コリメータ固定部の前記筐体側には、当該光コリメータ固定部の固定スリーブ挿入孔内に連通するとともに前記光コリメータ固定部と前記固定スリーブとを固定する前記加熱硬化剤を注入するための注入孔が形成されている
ことを特徴とする光学モジュール。