JP5328532B2

JP5328532B2 - 光コネクタ

Info

Publication number: JP5328532B2
Application number: JP2009162882A
Authority: JP
Inventors: 顕人西村; 幸生林
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: JP2011017924A

Description

本発明は光コネクタに係り、特に、光ファイバ等の光導波路を保持し、光素子が設けられた光素子部品の光素子に対向して配置され、光導波路と光素子との間を光結合する光コネクタに関する。

近年、伝送容量の拡大にともない情報通信網の光化が注目され、光ファイバ通信網は急速に発展している。光ファイバ通信網の中で光コネクタの果たす役割は極めて重要であり、様々な光コネクタの開発が行われている。

また、マルチメディアの急速な進展にともない、大容量交換機や超並列コンピュータ等の情報処理装置において、高密度配線が必須の事項となりつつあり、光インターコネクション技術の研究がさかんに行われている。

光ファイバと、回路基板上に設けられた光モジュールの光素子との間で信号光の入出力を行う光コネクタとして、回路基板面と平行に導かれる光ファイバと、光モジュールの光素子との間で信号光の入出力を行う光コネクタがある。

このような光コネクタでは、光素子の光軸方向が、回路基板面と平行に導かれる光ファイバの光軸方向に対して略垂直となるので、光ファイバの光軸方向を光モジュールの光素子側に向ける必要がある。そのために、光コネクタの内部に光ファイバの光軸方向を光素子側に向ける光路変更面を形成して、光ファイバから出射された信号光の光路変換が行われている。

特許文献１には、基板面に上面を向くように取り付けられる受光素子に基板面に平行に引き回される光ファイバからの光を入射させる光結合部品を提供するため、光ファイバの先端を保持するための取付孔と、この取付孔内に取り付けられた光ファイバの先端から出射する光を９０度進路変更させる共に集光させて基板上の受光素子に入射させる凹面鏡部とを、透明プラスチック材により一体的に成形することが記載されている。

特開２００１−５１１６２号公報

ところで、上述した光コネクタでは、光ファイバ等の光軸方向を変更する光路変更面は、一般的に、合成樹脂を用いてコネクタ本体と一体成形されている。光路変更面を有するコネクタ本体を一体成形する成形金型には、微小な光路変更面の角度や位置を精度よく成形するため、高い精度が要求される多数の金型部品を組み合わせた成形金型が用いられている。

ここで、上記の成形金型では、金型構造が複雑になるため金型製作のリードタイムが長くなり、金型製作コストが増加する場合がある。また、上記の成形金型を用いた樹脂成形では、金型構造が複雑なために、各金型部品の組み付けに多くの時間を要し、光コネクタの生産性が低下する場合がある。このように、光路変更面を有するコネクタ本体を一体成形して光コネクタを製造する場合には、光コネクタの製造コストが高くなる可能性がある。

そこで本発明の目的は、製造コストを低減した光コネクタを提供することである。

本発明に係る光コネクタは、光導波路を保持し、光素子が設けられた光素子部品の前記光素子に対向して配置され、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光コネクタであって、合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、前記コネクタ本体の端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、前記コネクタ本体上面に設けられ、前記窓部と連通する嵌合溝と、を含み、前記コネクタ本体と別体で形成され、前記嵌合溝に嵌合され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を変更させる光路変更体を備え、前記光路変更体は、前記窓部に挿入されて配置され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、前記コネクタ本体に取り付けられ、前記光路変更部を支持する光路変更部支持部材と、を含み、前記光路変更部支持部材は、前記光路変更部側に前記嵌合溝の溝底面と当接する当接面を有しており、前記光路変更部支持部材の当接面と、前記嵌合溝の溝底面とは、前記窓部の貫通方向に対して前記光路変更面を前記光導波路の光軸方向の延長上に位置規制する規制面であり、前記光素子部品は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、前記コネクタ本体は、前記光素子部品のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記光素子部品のガイド穴に挿入されるガイドピンを有し、前記光路変更部支持部材は、前記光素子部品のガイドピンまたは前記コネクタ本体のガイドピンを挿通して前記光路変更体を前記コネクタ本体に位置決めするガイド穴を有し、前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の上面側に位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、前記光路変更面は、前記傾斜面に反射ミラーを設けて形成され、前記信号光を集光する凹鏡面を有することを特徴とする。

本発明に係る光コネクタは、光導波路を保持し、光素子が設けられた光素子部品の前記光素子に対向して配置され、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光コネクタであって、合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、前記コネクタ本体の端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、前記コネクタ本体上面に設けられ、前記窓部と連通する嵌合溝と、を含み、前記コネクタ本体と別体で形成され、前記嵌合溝に嵌合され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を変更させる光路変更体を備え、前記光路変更体は、前記窓部に挿入されて配置され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、前記コネクタ本体に取り付けられ、前記光路変更部を支持する光路変更部支持部材と、を含み、前記光路変更部支持部材は、前記光路変更部側に前記嵌合溝の溝底面と当接する当接面を有しており、前記光路変更部支持部材の当接面と、前記嵌合溝の溝底面とは、前記窓部の貫通方向に対して前記光路変更面を前記光導波路の光軸方向の延長上に位置規制する規制面であり、前記光素子部品は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、前記コネクタ本体は、前記光素子部品のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記光素子部品のガイド穴に挿入されるガイドピンを有し、前記光路変更部支持部材は、前記光素子部品のガイドピンまたは前記コネクタ本体のガイドピンを挿通して前記光路変更体を前記コネクタ本体に位置決めするガイド穴を有し、前記光路変更体は、光学樹脂で形成され、前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の下面側に位置し、前記直角三角柱の垂直面を前記光導波路の先端に突き当てて位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、前記光路変更面は、前記傾斜面で形成され、前記信号光を集光する集光レンズを有し、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を前記信号光の内部反射により変更させることを特徴とする。

本発明に係る光コネクタにおいて、前記光路変更部支持部材は、前記信号光が入射または出射される光入出射面に、前記信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列されて形成される凹凸面が設けられることが好ましい。

本発明に係る光コネクタにおいて、前記光導波路は、光ファイバまたは平面型光導波路であることが好ましい。

上記構成の光コネクタによれば、光路変更面とコネクタ本体とを別体で成形することにより、成形金型の金型構造がより単純化されて簡素化されるので、光コネクタの製造コストが低減される。

本発明の実施の形態において、光コネクタの構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態において、光コネクタにおける光ファイバ挿通方向の断面図である。本発明の実施の形態において、光コネクタを光モジュールに取り付けた状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態において、光コネクタを光モジュールに取り付けた状態を示す光ファイバ挿通方向の断面図である。本発明の実施の形態において、凹鏡面が形成された光路変更面を有する光コネクタにおける光ファイバ挿通方向の断面図である。本発明の他の実施の形態において、光コネクタの構成を示す斜視図である。本発明の他の実施の形態において、光コネクタにおける光ファイバ挿通方向の断面図である。本発明の他の実施の形態において、光コネクタを光モジュールに取り付けた状態を示す斜視図である。本発明の他の実施の形態において、光コネクタを光モジュールに取り付けた状態を示す断面図である。本発明の他の実施の形態において、光路変更面に集光レンズを有する光コネクタにおける光ファイバの挿通方向の断面図である。本発明の他の実施の形態において、光路変更面と信号光の光入出射面とに集光レンズを設けた光路変更体を示す断面図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、光コネクタ１０の構成を示す斜視図である。光コネクタ１０は、光導波路である、例えば、光ファイバ１２を保持し、光モジュールの光素子に対向して配置されるコネクタ本体１４と、コネクタ本体１４に別体として取り付けられ、光ファイバ１２または光素子の光軸方向を変更させる光路変更体１５と、を備えている。図２は、光コネクタ１０における光ファイバ挿通方向の断面図であり、図２（ａ）は、コネクタ本体１４に光路変更体１５を取り付ける前の状態を示す断面図であり、図２（ｂ）は、コネクタ本体１４に光路変更体１５を取り付けた状態を示す断面図である。

また、図３は、光コネクタ１０を光モジュール１６に取り付けた状態を示す斜視図である。図４は、光コネクタ１０を光モジュール１６に取り付けた状態を示す光ファイバ挿通方向の断面図である。光コネクタ１０は、回路基板１７に配置された光モジュール１６の光素子１８に対向して取り付けられ、光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する。光モジュール１６は、光素子１８が設けられた光素子部品としての機能を有している。光素子１８は、発光素子または受光素子で構成され、光モジュール１６の光入出力端としての機能を有している。発光素子には、面発光素子型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）等が用いられる。また、受光素子には、フォトダイオード（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）等が用いられる。

光ファイバ１２には、例えば、全石英型のマルチモード型光ファイバ、あるいはシングルモード型光ファイバ等を用いることができる。光ファイバ１２の形態としては、例えば、単心光ファイバや光ファイバテープ（リボン）等が用いられる。また、光導波路には、平面型光導波路を用いてもよい。平面型光導波路には、例えば、高分子系や石英系の平面型光導波路を用いることができる。高分子系の平面型光導波路には、例えば、ポリイミド樹脂で形成された平面型光導波路が用いられる。なお、以下では、コネクタ本体１４に保持される光導波路を光ファイバ１２として説明するが、勿論、光導波路は、光ファイバ１２に限定されることはなく平面型光導波路でもよい。

コネクタ本体１４は、例えば、幅広の略角形に成形され、光ファイバ１２を保持する機能を有している。コネクタ本体１４は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いたトランスファ成形や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や液晶ポリマ（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂を用いた射出成形等の金型成形により成形される。なお、光ファイバ１２は、コネクタ本体１４に接着剤等で固着される。

光コネクタ１０は、コネクタ本体１４の端面に設けられ、光ファイバ１２を挿入する光ファイバ挿入口１９と、コネクタ本体１４に設けられ、光ファイバ挿入口１９と連通し、光ファイバ１２を挿通する光ファイバ挿通路２０と、コネクタ本体１４に設けられ、光ファイバ挿通路２０と連通し、コネクタ本体上面２７とコネクタ本体下面２８との間を貫通して形成された窓部２２と、を有している。

光ファイバ挿入口１９は、コネクタ本体１４の後端面に設けられ、光ファイバ１２をコネクタ本体１４に挿入する光導波路挿入口としての機能を有している。光ファイバ挿入口１９は、例えば、コネクタ本体１４における後端面の略中央に設けられ、光ファイバ１２を挿入可能な大きさに形成される。例えば、光ファイバ１２に多心光ファイバテープを用いる場合には、光ファイバ挿入口１９は、幅広で略矩形状に形成される。

光ファイバ挿通路２０は、光ファイバ挿入口１９と連通して設けられ、光ファイバ１２を挿通する光導波路挿通路としての機能を有している。光ファイバ挿通路２０は、光ファイバ挿入口１９と連通し、被覆された光ファイバ１２が挿通される第1挿通路２４と、第1挿通路２４と連通し、被覆を除去された裸ファイバの先端部が挿通される第２挿通路２６と、を備えている。第２挿通路２６は、第1挿通路２４より細く形成される。

窓部２２は、コネクタ本体１４に光素子１８と対向するように、コネクタ本体上面２７とコネクタ本体下面２８との間を貫通させて形成され、光ファイバ１２の挿通方向に対して略直交方向に中空状に形成される。窓部２２は、例えば、貫通方向に対して略直交方向の断面を略矩形状にして形成される。窓部２２の内周面には、光ファイバ挿通路２０の第２挿通路２６と連通して設けられ、被覆が除去された裸ファイバの先端を露出させる少なくとも１つの光ファイバ穴２９が形成される。例えば、光ファイバ穴２９は、光ファイバ１２の挿通方向に対して略直交方向に沿って複数箇所設けられ、複数の光ファイバ穴２９は、1列に配列されて形成される。光ファイバ穴２９は、例えば、丸穴等で形成される。なお、光導波路に平面型光導波路を用いる場合には、窓部２２の内周面に、平面型光導波路の先端部を窓部２２内に露出させるための矩形穴が形成される。

コネクタ本体１４には、コネクタ本体上面２７に、窓部２２と連通し、光路変更体１５を嵌合させて取り付ける嵌合溝３０が設けられることが好ましい。嵌合溝３０は、例えば、光ファイバ１２の挿通方向に対して略直交方向に沿って一方のコネクタ本体側面から他方のコネクタ本体側面まで形成され、溝底面３１と溝側面３２とを含んで構成される。嵌合溝３０の溝底面３１には、後述する光路変更体１５の光路変更部を窓部２２に挿入する光路変更部挿入口３３が設けられている。

嵌合溝３０の溝底面３１には、コネクタ本体１４を光モジュール１６に位置決めするガイドピン３４が挿通される少なくとも１つのガイド穴３５が設けられることが好ましい。例えば、光モジュール１６に突出させて設けられたガイドピン３４にガイド穴３５を通してコネクタ本体１４を取り付けることにより、コネクタ本体１４の窓部２２を光モジュール１６の光素子１８に精度よく対向させて位置決めできる。ガイド穴３５は、例えば、光路変更部挿入口３３を挟んでその両側に一対で設けられる。なお、光モジュール１６にコネクタ本体１４を位置決めするガイド穴を設け、コネクタ本体１４に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。

光コネクタ１０は、コネクタ本体１４と別体で形成され、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向を変更させて、光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する光路変更体１５を備えている。

光路変更体１５は、窓部２２に挿入されて配置され、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を信号光の反射により変更させて光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合させる光路変更面４０を有する光路変更部４２と、コネクタ本体１４に取り付けられ、光路変更部４２を支持する光路変更部支持部材４４と、を有している。

光路変更部４２は、例えば、直角三角柱で形成され、直角二等辺三角柱で形成されることが好ましい。光路変更部４２は、コネクタ本体１４の光路変更部挿入口３３から窓部２２に挿入され、直角三角柱の直角部をコネクタ本体上面２７側に位置し、直角三角柱の傾斜面を光ファイバ穴２９または光素子１８と対向させて、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に位置して配置される。

光路変更部４２は、光路変更部挿入口３３から窓部２２に挿入されるため、直角三角柱の長手方向の長さが光路変更部挿入口３３の長手方向の長さより短く形成され、直角三角柱の幅が光路変更部挿入口３３の幅より小さく形成される。また、光路変更部４２は、窓部２２からの突出を抑えるために、直角三角柱の高さが窓部２２の貫通方向の長さより小さくなるように形成されることが好ましい。

光路変更面４０は、例えば、直角三角柱の傾斜面に金属蒸着等した反射ミラーで形成され、光ファイバ１２または光素子１８から出射された信号光を反射させる機能を有している。光路変更面４０は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向に対して略４５度傾斜して配置されることが好ましい。それにより、光コネクタ１０を光モジュール１６に設置したときに、光素子１８の上方に位置して光素子１８の発光面または受光面と対面し、光ファイバ１２の先端から出射された信号光を略９０度に屈曲させて光素子１８に入射させることができ、光素子１８から出射された信号光を略９０度に屈曲させて光ファイバ１２に入射させることができる。なお、光路変更面４０の傾斜角度は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向に対して略４５度の傾斜角が好ましいが、必ずしも略４５度に限定されることはない。光路変更面４０は、光ファイバ１２の先端から出射された信号光が光素子１８に入射するような反射が可能であり、光素子１８から出射された信号光が光ファイバ１２に入射するような反射が可能である傾斜角度で形成される。

光路変更面４０は、光ファイバ１２または光素子１８から出射された信号光を集光する凹鏡面を有していることが好ましい。図５は、凹鏡面４６が形成された光路変更面４０を有する光コネクタ１０における光ファイバ挿通方向の断面図である。凹鏡面４６は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に形成され、光ファイバ１２から出射された信号光を光素子１８に正しく焦点を結ぶように集光し、光素子１８から出射された信号光を光ファイバ１２の先端に正しく焦点を結ぶように信号光を集光させることができる。信号光を集光させることにより信号光の拡散を抑制できるので、光ファイバ１２と光素子１８との間の光結合効率を向上させることができる。凹鏡面４６は、例えば、球面、あるいは回転放物線面（パラボラ面）等の非球面で形成される。また、光ファイバ１２に多心光ファイバテープを用いる場合には、各光ファイバ心線ごとに凹鏡面４６が光路変更面４０に設けられることが好ましい。凹鏡面４６は、例えば、金型の光路変更面４０を成形する成形面に少なくとも１つの微小凸曲面を設けて成形される。光路変更体１５は、コネクタ本体１４と別体で成形されるので、このような微小凸曲面を有する成形金型を容易に精度よく製作することができる。

再び、図１から図４に戻り、光路変更部支持部材４４は、コネクタ本体１４に取り付けられ、光路変更部４２を支持する機能を有している。光路変更部支持部材４４は、例えば、シート状に形成され、コネクタ本体上面２７の嵌合溝３０に嵌合されてコネクタ本体１４に取り付けられる。光路変更部支持部材４４を嵌合溝３０に嵌合させて取り付けることにより、光路変更体１５をコネクタ本体１４により安定させて取り付けることができる。

光路変更部支持部材４４は、コネクタ本体上面２７からの突出を抑えるため、溝側面３２の深さと略同じ厚み、または溝側面３２の深さより小さい厚みで形成されることが好ましい。また、光路変更部支持部材４４は、コネクタ本体側面からの突出を抑えるため、嵌合溝３０の長手方向の長さと略同じ長さ、または長手方向の長さより短い長さで形成されることが好ましい。

光路変更部支持部材４４は、光路変更部４２側に嵌合溝３０の溝底面３１と当接する当接面を有しており、光路変更部支持部材４４を嵌合溝３０に嵌合させたとき、光路変更部支持部材４４の当接面と嵌合溝３０の溝底面３１とを当接させることにより、窓部２２の貫通方向に対する光路変更面４０の位置が規制される。このように、光路変更部支持部材４４の当接面と、嵌合溝３０の溝底面３１とは、窓部２２の貫通方向に対して光路変更面４０を光ファイバ１２の光軸方向の延長上に位置規制する規制面としての機能を有している。

光路変更部支持部材４４は、窓部２２への粉塵等の入り込みを防止するため、溝底面３１に設けられた光路変更部挿入口３３を全て覆うように取り付けられることが好ましい。勿論、清浄な環境等で光コネクタ１０を用いる場合には、光路変更部支持部材４４は、光路変更部挿入口３３の全てでなく、光路変更部挿入口３３の一部を覆うように取り付けられてもよい。

光路変更部支持部材４４は、上述したガイドピン３４を挿通して光路変更体１５をコネクタ本体１４に位置決めする少なくとも１つのガイド穴４８を有していることが好ましい。ガイド穴４８は、コネクタ本体１４のガイド穴３５に挿通されたガイドピン３４に挿通可能な位置に形成される。コネクタ本体１４にガイド穴３５が一対で形成されている場合には、光路変更部支持部材４４にガイド穴４８が一対で形成される。光路変更体１５は、ガイドピン３４にガイド穴４８を挿通して位置決めされてコネクタ本体１４に取り付けられるため、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向に対する光路変更面４０の位置決めを容易に精度よく行うことができる。なお、コネクタ本体１４に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンが設けられている場合には、光路変更体１５は、コネクタ本体１４のガイドピンをガイド穴４８に挿通して位置決めされてコネクタ本体１４に取り付けられる。

なお、光路変更部支持部材４４は、嵌合溝３０の溝幅より小さい幅で形成されることが好ましい。ガイドピン３４にガイド穴４８を通して光路変更体１５をコネクタ本体１４に取り付けるときに、光路変更部支持部材４４と嵌合溝３０との間のかじりを防止できるので、光路変更面４０の位置決めを精度よく行うことができる。

光路変更体１５は、合成樹脂の一般的な成形方法により成形される。光路変更体１５を成形する合成樹脂には、コネクタ本体１４を成形する合成樹脂と同じ合成樹脂を用いてもよいし、異なる合成樹脂を用いてもよい。また、光路変更部４２と光路変更部支持部材４４とは、一体で成形されることが好ましいが、別体として成形された後、接着剤等で接合されてもよい。

次に、光コネクタ１０の作用について説明する。

光コネクタ１０は、回路基板１７に配置された光モジュール１６の光素子１８に対向して取り付けられ、光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する。まず、コネクタ本体１４は、光モジュール１６に設けられたガイドピン３４にガイド穴３５を挿通して光モジュール１６に位置決めされる。コネクタ本体１４は、ガイドピン３４で案内されて、窓部２２が光モジュール１６の光素子１８に対面して位置するように取り付けられる。

光路変更体１５は、光路変更部４２が窓部２２に挿入され、光路変更部支持部材４４が嵌合溝３０に嵌合されてコネクタ本体１４に取り付けられる。また、光路変更部支持部材４４のガイド穴４８をガイドピン３４に挿通させることにより、光路変更面４０が光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に位置決めされる。

光素子１８が受光素子の場合には、光ファイバ１２の先端から出射された信号光は、光路変更面４０で反射により略９０度に屈曲させて光モジュール１６の光素子１８に入射される。また、光素子１８が発光素子の場合には、光モジュール１６の光素子１８から出射された信号光は、光路変更面４０で反射により略９０度に屈曲させて光ファイバ１２の先端に入射される。このようにして、光コネクタ１０は、光ファイバ１２と光モジュール１６の光素子１８との間を光結合することができる。

次に、他の光コネクタについて図面を用いて説明する。なお、同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６は、光コネクタ６０の構成を示す斜視図である。光コネクタ６０は、光導波路である、例えば、光ファイバ１２を保持し、光モジュールの光素子に対向して配置されるコネクタ本体６２と、コネクタ本体６２に別体として取り付けられ、光ファイバ１２または光素子の光軸方向を変更させる光路変更体６４と、を備えている。図７は、光コネクタ６０における光ファイバ挿通方向の断面図であり、図７（ａ）は、コネクタ本体６２に光路変更体６４を取り付ける前の状態を示す断面図であり、図７（ｂ）は、コネクタ本体６２に光路変更体６４を取り付けた状態を示す断面図である。

また、図８は、光コネクタ６０を光モジュール１６に取り付けた状態を示す斜視図である。図９は、光コネクタ６０を光モジュール１６に取り付けた状態を示す断面図である。光コネクタ６０は、回路基板１７に配置された光モジュール１６の光素子１８に対向して取り付けられ、光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する。なお、上述したように、コネクタ本体６２に保持される光導波路を光ファイバ１２として説明するが、勿論、光導波路は、平面型光導波路でもよく光ファイバ１２に限定されることはない。

光コネクタ６０は、光素子１８に対向して配置され、エポキシ樹脂等の合成樹脂で形成されたコネクタ本体６２を備え、コネクタ本体６２の後端面に設けられ、光ファイバ１２を挿入する光ファイバ挿入口１９と、コネクタ本体６２に設けられ、光ファイバ挿入口１９と連通し、光ファイバ１２を挿通する光ファイバ挿通路２０と、コネクタ本体６２に設けられ、光ファイバ挿通路２０と連通し、光ファイバ１２の挿通方向に対して略直交方向に、コネクタ本体上面６６とコネクタ本体下面６８との間を貫通して形成された窓部２２と、を含んで構成される。光ファイバ挿通路２０は、上述したように、第1挿通路２４と第２挿通路２６とから構成される。また、窓部２２の内周面には、第２挿通路２６と連通して設けられ、裸ファイバの先端を露出させる少なくとも１つの光ファイバ穴２９が形成される。なお、光導波路に平面型光導波路を用いる場合には、窓部２２の内周面に、平面型光導波路の先端部を窓部２２内に露出させるための矩形穴が形成される。

コネクタ本体６２には、コネクタ本体下面６８に、窓部２２と連通し、光路変更体６４を嵌合させて取り付ける嵌合溝３０が設けられることが好ましい。嵌合溝３０は、例えば、光ファイバ１２の挿通方向に対して略直交方向に沿って、一方のコネクタ本体側面から他方のコネクタ本体側面まで形成される。嵌合溝３０の溝底面３１には、後述する光路変更体６４の光路変更部を窓部２２に挿入する光路変更部挿入口３３が設けられている。嵌合溝３０の溝底面３１には、コネクタ本体６２が取り付けられる光モジュール１６と、少なくとも１つガイドピン３４を挿通して位置決めされるガイド穴３５が設けられることが好ましい。ガイド穴３５は、例えば、光路変更部挿入口３３を挟んでその両側に一対で設けられる。なお、光モジュール１６にコネクタ本体６２を位置決めするガイド穴を設け、コネクタ本体６２に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンを設けてもよい。

光コネクタ６０は、コネクタ本体６２と別体で光学樹脂を用いて形成され、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向を変更させて光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する光路変更体６４を備えている。光路変更体６４は、窓部２２に挿入されて配置され、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、光軸方向を信号光の内部反射により変更させて光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合させる光路変更面７０を有する光路変更部７２と、コネクタ本体６２に取り付けられ、光路変更部７２を支持する光路変更部支持部材７４と、を有している。

光路変更体６４は、透明樹脂等の光学樹脂で形成され、光路変更部７２と光路変更部支持部材７４との内部に信号光を透過させることができる。光路変更体６４は、使用される信号波長（例えば、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ等）の光を効率よく透過する光学樹脂で形成されることが好ましい。光学樹脂には、ＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド樹脂）等を用いることができる。光路変更部７２と光路変更部支持部材７４とは、一体で成形されることが好ましい。

光路変更部７２は、例えば、直角三角柱のプリズム状に形成され、直角二等辺三角柱で形成されることが好ましい。光路変更部７２は、コネクタ本体６２の光路変更部挿入口３３から窓部２２に挿入され、直角三角柱の直角部をコネクタ本体下面６８側に位置し、直角三角柱の垂直面７６を光ファイバ１２の先端に突き当てて位置し、直角三角柱の傾斜面を光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に位置して配置される。直角三角柱の垂直面７６を光ファイバ１２の先端に突き当てて位置させるのは、空気層による反射を抑えて無反射状態にするためである。

光路変更部７２は、光路変更部挿入口３３から窓部２２に挿入されるため、直角三角柱の長手方向の長さが光路変更部挿入口３３の長手方向の長さより短く形成され、直角三角柱の幅が光路変更部挿入口３３の幅より小さく形成される。光路変更部７２は、窓部２２からの突出を抑えるために、光路変更部７２の高さが窓部２２の貫通方向の長さより小さくなるように形成されることが好ましい。

光路変更面７０は、直角三角柱の傾斜面で形成され、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向を信号光の内部反射で変更させる機能を有している。ここで、内部反射とは、透明体内に入射した光が、透明体を透過することなく外部との境界面（空気等との境界面）で反射することをいう。光路変更面７０は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向に対して略４５度傾斜して配置されることが好ましい。それにより、光コネクタ６０を光モジュール１６に設置したときに、光モジュール１６の光素子１８の上方に位置して光素子１８の発光面または受光面と対面し、光ファイバ１２の先端からの出射された信号光を内部反射で略９０度に屈曲させて光素子１８に入射させ、光素子１８からの出射された信号光を内部反射で略９０度に屈曲させて光ファイバ１２の先端に入射させることができる。なお、光路変更面７０の傾斜角度は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向に対して略４５度の傾斜角が好ましいが、必ずしも略４５度に限定されることはない。光路変更面７０は、光ファイバ１２の先端から出射した信号光が光素子１８に入射するような反射が可能であり、光素子１８から出射された信号光が光ファイバ１２に入射するような反射が可能である傾斜角度で形成される。

光路変更面７０は、光ファイバ１２または光素子１８から出射された信号光を集光する集光レンズを有することが好ましい。図１０は、光路変更面７０に集光レンズ７８を有する光コネクタ６０における光ファイバ挿通方向の断面図である。集光レンズ７８は、例えば、光路変更面７０から突出させた凸レンズで形成される。集光レンズ７８は、光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に形成され、光ファイバ１２から出射された信号光を光素子１８に正しく焦点を結ぶように集光し、光素子１８から出射された信号光を光ファイバ１２に正しく焦点を結ぶように信号光を集光させる機能を有している。信号光を集光レンズ７８で集光させることにより信号光の拡散を抑制できるので、光ファイバ１２と光素子１８との間の光結合効率を更に向上させることができる。集光レンズ７８は、光路変更面７０に一体で形成されることが好ましい。集光レンズ７８の凸面は、例えば、球面、あるいは回転放物線面（パラボラ面）等の非球面で形成される。また、光ファイバ１２に多心光ファイバテープを用いる場合には、各光ファイバ心線ごとに集光レンズ７８が光路変更面７０に設けられることが好ましい。集光レンズ７８は、例えば、金型の光路変更面７０を成形する成形面に少なくとも１つの微小凹曲面を設けて成形される。光路変更体６４は、コネクタ本体６２と別体で成形されるので、このような微小凹曲面を有する成形金型を容易に精度よく製作することができる。

集光レンズ７８は、光路変更体６４の光路変更面７０だけでなく、信号光の光入出射面に設けられてもよい。図１１は、光路変更面７０と信号光の光入出射面とに集光レンズ７８を設けた光路変更体６４を示す断面図である。集光レンズ７８は、光ファイバ１２から光路変更部７２へ信号光が入射され、または光路変更面７０で内部反射した信号光が光ファイバ１２へ出射される光路変更部７２の垂直面７６で形成される光入出射面や、光モジュール１６の光素子１８から光路変更部支持部材７４へ信号光が入射され、または光路変更面７０で内部反射した信号光が光モジュール１６の光素子１８へ出射される光路変更部支持部材７４の光入出射面８０に設けられてもよい。なお、集光レンズ７８は、光路変更面７０、光路変更部７２の垂直面７６及び光路変更部支持部材７４の光入出射面８０の少なくとも１つに設けられていることが好ましい。

再び、図６から図９に戻り、光路変更部支持部材７４は、信号光が入射または出射される光入出射面８０に、信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列されて形成される凹凸部が設けられることが好ましい。光路変更部支持部材７４の光入出射面８０に、信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列された微細な凹凸部を形成することにより、光入出射面８０での信号光の反射を無反射状態にすることができる。

微細凹凸部は、例えば、光路変更体６４を成形する成形金型の金型面に、微細凹凸部を成形する成形面を設けて形成することができる。微細凹凸部を成形する成形面は、例えば、金型面に金属ナノ粒子を設けて形成される。微細凹凸部を成形する成形面を有する成形金型を用いて光学樹脂を成形することにより、微細凹凸部を転写により成形することができる。光路変更体６４は、コネクタ本体６２と別体で成形されるので、光路変更体６４の成形金型に微細凹凸部を成形する成形面を容易に精度よく形成することができる。また、微細凹凸部は、電子線リソグラフィ法を用いて光入出射面に直接形成されてもよい。電子線リソグラフィ法によれば、光入出射面にナノメートルサイズで加工することができる。

反射防止膜を光路変更部支持部材７４の光入出射面８０に設けることにより、光入出射面８０での信号光の反射を防止してもよい。反射防止膜は、例えば、誘電体材料を光入出射面８０に塗布、真空蒸着またはスパッタリング等することにより形成される。また、光減衰膜を光入出射面８０に設けることにより、信号光の光強度を低下させて目を保護するようにしてもよい。光減衰膜は、例えば、金属材料等をスパッタリングして形成される。

光路変更部支持部材７４は、例えば、シート状に形成され、コネクタ本体下面６８の嵌合溝３０に嵌合されて取り付けられる。光路変更部支持部材７４は、嵌合溝３０の溝底面３１に設けられた光路変更部挿入口３３を全て覆うように取り付けられることが好ましい。光路変更部支持部材７４は、嵌合溝３０の溝幅より小さい幅で形成されることが好ましい。光路変更部支持部材７４は、嵌合溝３０の溝底面３１と当接する当接面を有しており、光路変更部支持部材７４を嵌合溝３０に嵌合させたとき、光路変更部支持部材７４の当接面と嵌合溝３０の溝底面３１とを当接させることにより、窓部２２の貫通方向に対する光路変更面７０の位置が規制される。

光路変更部支持部材７４は、ガイドピン３４を挿通して光路変更体６４をコネクタ本体６２に位置決めする少なくとも１つのガイド穴４８を有している。ガイド穴４８は、コネクタ本体６２のガイド穴３５に挿通されたガイドピン３４に挿通可能な位置に形成される。コネクタ本体６２にガイド穴３５が一対で形成されている場合には、光路変更部支持部材７４にガイド穴４８が一対で形成される。なお、コネクタ本体６２に光モジュール１６のガイド穴に挿入されるガイドピンが設けられている場合には、光路変更体６４は、コネクタ本体６２のガイドピンをガイド穴４８に挿通して位置決めされてコネクタ本体６２に取り付けられる。

次に、光コネクタ６０の作用について説明する。

光コネクタ６０は、回路基板１７に配置された光モジュール１６の光素子１８に対向して取り付けられ、光ファイバ１２と光素子１８との間を光結合する。まず、コネクタ本体６２は、光モジュール１６に設けられたガイドピン３４にガイド穴３５を挿通して光モジュール１６に位置決めされる。コネクタ本体６２は、ガイドピン３４で案内されて、窓部２２が光モジュール１６の光素子１８に対面して位置するように取り付けられる。

光路変更体６４は、光路変更部７２が窓部２２に挿入され、光路変更部支持部材７４が嵌合溝３０に嵌合されてコネクタ本体１４に取り付けられる。また、光路変更部支持部材７４のガイド穴４８にガイドピン３４を挿通させることにより、光路変更部７２の垂直面７６が光ファイバ１２の先端に当接するように位置決めされ、光路変更面７０が光ファイバ１２または光素子１８の光軸方向の延長上に位置決めされる。

光素子１８が受光素子である場合には、光ファイバ１２の先端から出射された信号光は、光路変更部７２の垂直面７６に入射し、光路変更面７０で内部反射により略９０度に屈曲させて光モジュール１６の光素子１８に入射される。また、光素子１８が発光素子である場合には、光モジュール１６の光素子１８から出射された信号光は、光路変更面７０で内部反射により略９０度に屈曲させて光路変更部７２の垂直面７６から出射し、光ファイバ１２の先端に入射される。このようにして、光コネクタ６０により、光ファイバ１２と光モジュールの光素子との間が光結合される。なお、コネクタ本体上面６６側に形成される窓部２２の開口８２は、粉塵等が窓部２２内に入り込んで光路変更面７０を汚染することを防止するため蓋体等で覆われることが好ましい。

以上、上記構成の光コネクタによれば、コネクタ本体と光路変更体とが別体で形成されているので、コネクタ本体と光路変更体とは、別々の成形金型で成形することができる。そのため、微小で精密な光部品である光路変更面を有する光コネクタを一体で成形するための複雑構造の成形金型を用いる必要がなく、より単純化され簡略化された構造の成形金型を用いて成形できる。従って、金型製作のリードタイムを短縮化できるとともに、金型製作費用を抑えることができる。また、コネクタ本体と光路変更体とを別体で製造することにより、複雑構造の成形金型で樹脂成形する必要がない。従って、コネクタ本体または光路変更体の成形性が向上するとともに、高精度なコネクタ本体または光路変更体を容易に製造することができる。これらのことから、光コネクタの製造コストを抑えることができる。

上記構成の光コネクタによれば、コネクタ本体と光路変更体とが別体で構成されているので、光路変更面等の設計変更を行う場合には、光路変更体を成形する成形金型のみを新たに製作すればよい。例えば、光路変更面における傾斜角度の変更、凹鏡面や集光レンズのサイズや曲率の変更、光ファイバのピッチや配列の変更に伴う凹鏡面や集光レンズの配置変更等を行う場合でも、光路変更体を成形する成形金型のみを新たに製作すればよい。従って、光コネクタの製造コストを抑えることができる。

上記構成によれば、コネクタ本体は、ガイドピンを挿通して光モジュールに位置決めされる少なくとも１つのガイド穴を有し、光路変更部支持部材は、上記ガイドピンを挿通して光路変更体をコネクタ本体に位置決めする少なくとも１つのガイド穴を有している。従って、光ファイバまたは光素子の光軸方向に対する光路変更面の位置決めを容易に行うことができる。

１０、６０光コネクタ
１２光ファイバ
１４、６２コネクタ本体
１５、６４光路変更体
１６光モジュール
１７回路基板
１８光素子
１９光ファイバ挿入口
２０光ファイバ挿通路
２２窓部
２４第１挿通路
２６第２挿通路
２７、６６コネクタ本体上面
２８、６８コネクタ本体下面
２９光ファイバ穴
３０嵌合溝
３１溝底面
３２溝側面
３３光路変更部挿入口
３４ガイドピン
３５、４８ガイド穴
４０、７０光路変更面
４２、７２光路変更部
４４、７４光路変更部支持部材
４６凹鏡面
７６垂直面
７８集光レンズ
８０光入出射面
８２開口

Claims

光導波路を保持し、光素子が設けられた光素子部品の前記光素子に対向して配置され、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光コネクタであって、
合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、
前記コネクタ本体の端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、
前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、
前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、
前記コネクタ本体上面に設けられ、前記窓部と連通する嵌合溝と、
を含み、
前記コネクタ本体と別体で形成され、前記嵌合溝に嵌合され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を変更させる光路変更体を備え、
前記光路変更体は、
前記窓部に挿入されて配置され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、
前記コネクタ本体に取り付けられ、前記光路変更部を支持する光路変更部支持部材と、
を含み、
前記光路変更部支持部材は、前記光路変更部側に前記嵌合溝の溝底面と当接する当接面を有しており、前記光路変更部支持部材の当接面と、前記嵌合溝の溝底面とは、前記窓部の貫通方向に対して前記光路変更面を前記光導波路の光軸方向の延長上に位置規制する規制面であり、
前記光素子部品は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、
前記コネクタ本体は、前記光素子部品のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記光素子部品のガイド穴に挿入されるガイドピンを有し、
前記光路変更部支持部材は、前記光素子部品のガイドピンまたは前記コネクタ本体のガイドピンを挿通して前記光路変更体を前記コネクタ本体に位置決めするガイド穴を有し、
前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の上面側に位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、
前記光路変更面は、前記傾斜面に反射ミラーを設けて形成され、前記信号光を集光する凹鏡面を有することを特徴とする光コネクタ。
光導波路を保持し、光素子が設けられた光素子部品の前記光素子に対向して配置され、前記光導波路と前記光素子との間を光結合する光コネクタであって、
合成樹脂で形成されるコネクタ本体を備え、
前記コネクタ本体の端面に設けられ、前記光導波路を挿入する光導波路挿入口と、
前記コネクタ本体に設けられ、前記光導波路挿入口と連通し、前記光導波路を挿通する光導波路挿通路と、
前記コネクタ本体に前記光素子と対向するように、前記光導波路挿通路と連通し、コネクタ本体上面とコネクタ本体下面との間を貫通して形成された窓部と、
前記コネクタ本体上面に設けられ、前記窓部と連通する嵌合溝と、
を含み、
前記コネクタ本体と別体で形成され、前記嵌合溝に嵌合され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を変更させる光路変更体を備え、
前記光路変更体は、
前記窓部に挿入されて配置され、前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に傾斜して形成され、前記光軸方向を信号光の反射により変更させて前記光導波路と前記光素子との間を光結合させる光路変更面を有する光路変更部と、
前記コネクタ本体に取り付けられ、前記光路変更部を支持する光路変更部支持部材と、
を含み、
前記光路変更部支持部材は、前記光路変更部側に前記嵌合溝の溝底面と当接する当接面を有しており、前記光路変更部支持部材の当接面と、前記嵌合溝の溝底面とは、前記窓部の貫通方向に対して前記光路変更面を前記光導波路の光軸方向の延長上に位置規制する規制面であり、
前記光素子部品は、前記コネクタ本体を前記光素子部品に位置決めするガイドピンまたはガイド穴を有し、
前記コネクタ本体は、前記光素子部品のガイドピンが挿入されるガイド穴または前記光素子部品のガイド穴に挿入されるガイドピンを有し、
前記光路変更部支持部材は、前記光素子部品のガイドピンまたは前記コネクタ本体のガイドピンを挿通して前記光路変更体を前記コネクタ本体に位置決めするガイド穴を有し、
前記光路変更体は、光学樹脂で形成され、
前記光路変更部は、直角三角柱で形成され、前記直角三角柱の直角部を前記コネクタ本体の下面側に位置し、前記直角三角柱の垂直面を前記光導波路の先端に突き当てて位置し、前記直角三角柱の傾斜面を前記光導波路または前記光素子の光軸方向の延長上に位置して配置され、
前記光路変更面は、前記傾斜面で形成され、前記信号光を集光する集光レンズを有し、前記光導波路または前記光素子の光軸方向を前記信号光の内部反射により変更させることを特徴とする光コネクタ。
請求項２に記載の光コネクタであって、
前記光路変更部支持部材は、前記信号光が入射または出射される光入出射面に、前記信号光の信号波長より小さい周期で凹凸状に配列されて形成される凹凸面が設けられることを特徴とする光コネクタ。
請求項１から３のいずれか１つに記載の光コネクタであって、
前記光導波路は、光ファイバまたは平面型光導波路であることを特徴とする光コネクタ。