JP7623357B2 - 光コネクタ及び光コネクタ接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、光コネクタ及び光コネクタ接続構造に関し、特にレンズ方式で光ファイバを接続するレンズコネクタ及びそれを備える光コネクタ接続構造に関する。

データセンタ内における光ファイバを用いた光配線の構築にあたって、光配線の高密度化に対処するため、バックプレーン（ＢＰ）用光コネクタの需要が拡大している。また、長距離伝送、大容量伝送の要求が高まっており、ＢＰ用光コネクタとして、これらの要求を満たし得るシングルモード（ＳＭ）の光ファイバの利用が増大している。さらに、ＢＰ用光コネクタにおいては、データ通信量の増大による大規模化に対処するため、光コネクタの多心化も検討されている。

ＢＰ用光コネクタにおける光ファイバを接続する方式として、フィジカル・コンタクト（ＰＣ）方式とレンズ方式とが知られている。ＰＣ方式では、接続すべき光ファイバアレイにおける光ファイバの端面同士を押圧力により互いに突き合わせて物理的に接触させることにより、光ファイバを物理的に接続する。しかしながら、ＢＰ用光コネクタは、一般的に清掃が困難な場所で使用されるため、光接続部のダストによる通信品質の低下が懸念される。例えば、ダストにより光路が遮断されると挿入損失（光パワー損失）が増大してしまい、また、ダストの挟み込みによりフィジカル・コンタクトが阻害されるおそれがある。さらに、ＰＣ方式では光ファイバの心数が増加するにつれてボード当たりの押圧力が過大になるため、心数の拡張が困難である。

一方、近年では、光コネクタに対する更なる多心化要求により、レンズ方式の多心コネクタが注目されている。レンズ方式では、光ファイバアレイの各光ファイバに対応したレンズを有するレンズアレイが光コネクタに設けられており、レンズアレイが設けられた光コネクタを対向させて固定することにより、レンズを介して光ファイバを光学的に接続する。このようなレンズ方式では、レンズを介して光ファイバのビーム径が拡大するためダストの影響が低減され、また、接続部のパワー密度の低減によりダストによる光ファイバの端面の焦げ付きも抑制される。さらに、光ファイバ同士が非接触で接続可能であるため、押圧力を光ファイバの心数によらず一定にできる。

このようなレンズ方式の多心コネクタの接続構造として、例えば、特許文献１には、多心光ファイバを備える２つの光コネクタを、透明樹脂で形成されたレンズを備える光コネクタ用レンズアレイを介して接合した光コネクタ接続構造が開示されている。

特開２００３－１０７２７７号公報

ところで、現在、１００ギガビット・イーサネット（登録商標）の光伝送システムが広く普及されており、伝送距離、伝送速度等の伝送特性の向上についての研究が進められている。このような光伝送システムでは、最大約＋１０．５ｄＢｍの入光パワーで利用されている。

しかしながら、従来の多心光ファイバをレンズ方式で接続する光コネクタ接続構造を、波長分割多重方式等＋２０ｄＢｍを超える高パワーの光伝送システムに利用すると、樹脂製レンズ中でわずかに光が吸収されて熱に変換され、その熱により光路にあたる樹脂製レンズの温度が上昇する。樹脂製レンズの温度が上昇すると実効的な屈折率が変化し、レンズから理想的な焦点までの距離にズレが生じる。理想的な焦点位置の変化に伴い、光ファイバのコアに対してピントのズレが生じるため、挿入損失の増大を招くことが懸念される。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高パワー入光時においても、挿入損失を抑制可能なレンズ方式の光コネクタを提供することを目的とする。

本発明の代表的な実施の形態に係る光コネクタは、少なくとも１つの光ファイバと、前記光ファイバの端面に光を結合する少なくとも１つのレンズを有するレンズ素子とを備え、前記光ファイバの端面と前記レンズの頂点との間の距離ＦＬｈ（μｍ）が、前記レンズの頂点から前記レンズの背面方向に位置する焦点Ｆまでの距離ＦＬ（μｍ）と、前記光ファイバの端面と前記焦点Ｆとの間隔δ（μｍ）との和で表され、且つ、前記間隔δが１０μｍより長いことを特徴とする。

本発明に係る光コネクタによれば、高パワー入光時においても、挿入損失を抑制することが可能となる。

実施形態１に係る光コネクタの外観を示す斜視図である。 実施形態１に係る光コネクタの構成を示す分解斜視図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子との接合部分を模式的に示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の別の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の別の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の別の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子の接合方法の別の一例を示す図である。 図５Ａ～図５Ｄに示す接合方法で用いる光ファイバの別の一例を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタにおける距離ＦＬｈと距離ＦＬと間隔δとの関係を模式的に示す図である。 距離ＦＬを算出するための方程式を説明するための模式図である。 実施形態２に係る光コネクタにおける光ファイバとレンズ素子との接合部分を模式的に示す図である。 実施形態２に係る光コネクタにおける距離ＦＬｈと距離ＦＬと間隔δとの関係を模式的に示す図である。 実施形態１に係る光コネクタについて、δ＝約２３の場合における入光パワーと挿入損失との関係を示す図である。 実施形態１に係る光コネクタについて、δ＝約３３の場合における入光パワーと挿入損失との関係を示す図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本発明における代表的な実施形態について概要を説明する。尚、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

［１］本発明の代表的な実施形態に係る光コネクタ（１０）は、少なくとも１つの光ファイバ（１８）と、前記光ファイバの端面に光を結合する少なくとも１つのレンズ（４４）を有するレンズ素子（１４）とを備え、前記光ファイバの端面（１８０）と前記レンズの頂点（１４４）との間の距離ＦＬｈ（μｍ）が、前記レンズの頂点から前記レンズの背面方向に位置する焦点Ｆまでの距離ＦＬ（μｍ）と、前記光ファイバの端面と前記焦点との間隔δ（μｍ）との和で表され、且つ、前記間隔δが１０μｍより長い。

［２］上記光コネクタ（１０）は、低パワー入光時の接続損失より高パワー入光時の接続損失の方が小さくなる入光パワーを有していてもよい。

［３］上記光コネクタ（１０）において、前記高パワーとは＋２０ｄＢｍ以上の入光パワーであってもよい。

［４］上記光コネクタ（１０）において、前記低パワーとは＋１１ｄＢｍ未満の入光パワーであってもよい。

［５］上記光コネクタ（１０）において、前記レンズ素子（１４）は樹脂材料を含んでいてもよい。

［６］上記光コネクタ（１０）は、前記光ファイバ（１８）を保持するフェルール（１２）を更に備え、前記レンズ素子（１４）と前記フェルールは同じ樹脂材料を含んでいてもよい。

［７］上記光コネクタ（１０）において、前記樹脂材料が、シクロオレフィンポリマー又はポリエーテルイミドであってもよい。

［８］上記光コネクタ（１０）は、前記光ファイバの端面（１８０）と前記レンズ素子との間に充填媒体（１９）を備え、前記充填媒体は接着剤であってもよい。

［９］上記光コネクタ（１０）は、複数の光ファイバ（１８）と、当該複数の光ファイバに対応する複数のレンズ（４４）とを備えていてもよい。

［１０］上記光コネクタ（１０）において、前記間隔δは２０μｍより長くてもよい。

［１１］上記光コネクタ（１０）において、前記間隔δは１００μｍ以下であってもよい。

［１２］上記光コネクタ（１０）において、前記光ファイバ（１８）はシングルモードファイバであってもよい。

［１３］光コネクタ接続構造は、接続する少なくとも一方が上記光コネクタ（１０）であってもよい。

２．実施形態の具体例
以下、本発明の実施形態の具体例について図を参照して説明する。尚、以下の説明において、各実施形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係及び各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係及び比率が異なる部分が含まれている場合がある。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光コネクタの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る光コネクタの構成を示す分解斜視図である。

図１、２に示すように、実施形態１に係る光コネクタ１０は、当該光コネクタ１０に固定された複数の光ファイバを、接続先の他の光コネクタに固定された複数の光ファイバにそれぞれ接続するための多心光コネクタである。具体的に、光コネクタ１０は、複数の光ファイバ１８と、フェルール１２と、レンズ素子１４と、一対のガイドピン１６とを有している。

図３に示すように、光ファイバ１８は、コア１１８とクラッド２１８を有する石英系の光ファイバである。例えば、光コネクタ１０では、所定数の光ファイバ１８を平行に並べて紫外線硬化樹脂等の樹脂からなる被覆２２で一体的に被覆した光ファイバテープ心線２０を用い、その光ファイバテープ心線２０が複数積層されてフェルール１２に固定されている。光ファイバ１８は、例えば、シングルモードファイバである。

フェルール１２は、アレイ状に配列された複数の光ファイバ１８を整列して収容するコネクタ本体部である。フェルール１２は、一般的な樹脂フェルールに用いられる、樹脂を含むベース材と、ベース材とは異なる材料からなる固形材であるフィラーとの混合材を含んでいる。フェルール１２は、混合材を成形加工することにより形成されている。尚、フェルール１２の成形方法は、特に限定されるものではないが、例えば、トランスファー成形法、射出成形法等を用いることができる。

フェルール１２に用いられるベース材は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の少なくとも一方を含んでいる。フェルール１２のベース材に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ、ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ、ＬＣＰ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等を用いてよい。また、フェルール１２のベース材に用いられる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いてよい。

フェルール１２に用いられるフィラーとしては、例えば、石英ガラス、石英結晶を所定の形状に加工した固形材を用いてよい。フェルール１２のフィラーは、フェルール１２の線膨張係数を低下させるためにベース材に配合されている。

図１、２に示されるように、フェルール１２は、フェルール本体部２４と、鍔部２６とを有している。

フェルール本体部２４は、光コネクタ１０の接続端側に設けられ、鍔部２６は光コネクタ１０の接続端と反対側に設けられている。尚、以下の説明では、光コネクタ１０の接続端側を光コネクタ１０の「前」と、光コネクタ１０の接続端と反対側を光コネクタ１０の「後」と称する。

フェルール１２は、多心光コネクタ用のフェルールである。具体的には、フェルール１２は、ＭＴ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅ）フェルールであり、例えば、国際電気標準会議によるＩＥＣ ６１７５４－５、日本工業規格によるＪＩＳ Ｃ ５９８１等の規格に適合又は準拠している。

鍔部２６には、複数の光ファイバ１８をフェルール１２内に導入するための光ファイバ導入口２８が形成されている。光ファイバ導入口２８は、光コネクタ１０の前後方向に貫通するように鍔部２６に形成されている。

フェルール本体部２４には、鍔部２６の光ファイバ導入口２８に接続する中空部３０が形成されている。また、フェルール本体部２４の上面には、中空部３０に接続する開口部３２が形成されている。開口部３２は、光ファイバ１８をフェルール１２に固定する接着剤２９を導入するための穴である。

フェルール本体部２４は、光コネクタ１０の前方側に接続側端面３４を有している。接続側端面３４は、光コネクタ１０の前後方向に垂直な平面に対して傾斜している。フェルール本体部２４の接続側端面３４には、複数の光ファイバ１８がその光ファイバの光軸に沿って挿入される複数の光ファイバ挿入孔３６が形成されている。複数の光ファイバ挿入孔３６は、それぞれ光コネクタ１０の前後方向に沿って形成されている。複数の光ファイバ挿入孔３６の一端は、それぞれ接続側端面３４に開口している。複数の光ファイバ挿入孔３６の他端は、それぞれ中空部３０に接続するように開口している。

複数の光ファイバ挿入孔３６は、アレイ状に配列されている。例えば、光コネクタ１０の幅方向に沿って平行に並んだ所定の本数の光ファイバ挿入孔３６の列が、光コネクタ１０の上下方向に平行に複数段形成されている。図２では、一例として、１２本の光ファイバ挿入孔３６の列が５段形成されている場合が示されている。尚、複数の光ファイバ挿入孔３６の配列の態様、複数の光ファイバ挿入孔３６の総本数、１列当たりの光ファイバ挿入孔３６の本数及び光ファイバ挿入孔３６の列の段数は、複数の光ファイバ１８の本数等に応じて適宜設定することができる。また、光ファイバ挿入孔３６の孔径及びピッチも、光ファイバ１８の外径及びピッチに応じて適宜設定することができる。また、光ファイバ挿入孔３６の段数は、複数段である必要はなく、１段であってもよい。

尚、各光ファイバ１８は、その外径（コア及びクラッドから成るガラス部分の外径）が８０～１２６μｍである。光コネクタ１０において、光ファイバ１８の外径が８０μｍの場合には例えばピッチは１２５μｍ又は２５０μｍであり、光ファイバ１８の外径が１２５μｍの場合には例えばピッチは２５０μｍである。尚、ピッチはこれに限定されず、光ファイバ１８の外径以上に設定すればよい。

上述のように形成されたフェルール１２において、鍔部２６の光ファイバ導入口２８からフェルール本体部２４の中空部３０内に、複数の光ファイバテープ心線２０の先端部が導入されている。複数の光ファイバテープ心線２０は、光コネクタ１０の上下方向に積層されている。複数の光ファイバテープ心線２０は、光コネクタ１０の後端においてブーツ等により覆われて保持されることにより保護されていてもよい。中空部３０内に導入された複数の光ファイバテープ心線２０の先端部では、それぞれ被覆２２が除去されており、光ファイバ１８の端面１８０が露出している。

フェルール本体部２４に形成された複数の光ファイバ挿入孔３６のそれぞれには、光ファイバ１８が挿入されて固定されている。同一の列の複数の光ファイバ挿入孔３６に挿入されて固定された複数の光ファイバ１８は、同一の光ファイバテープ心線２０に含まれるものになっている。

光ファイバ１８は、フェルール本体部２４の上面の開口部３２から導入された接着剤２９により、光ファイバ挿入孔３６に接着されて固定されている。中空部３０内に導入された複数の光ファイバテープ心線２０の端部も、開口部３２から導入された接着剤２９によりフェルール本体部２４に接着されて固定されている。

光ファイバ挿入孔３６に挿入されて固定された光ファイバ１８は、樹脂被覆で覆われている状態であってもよく、樹脂被覆が除去された状態であってもよい。

光ファイバ挿入孔３６に固定された光ファイバ１８の端面は、フェルール本体部２４の接続側端面３４とともに研磨されて接続側端面３４と揃えられている。

このようにして、フェルール１２は、複数の光ファイバ１８がアレイ状に配列されるように複数の光ファイバ１８を収容する。複数の光ファイバ１８を収容したフェルール１２は、複数の光ファイバ１８を含むファイバアレイを有している。

また、光コネクタ１０の幅方向において、フェルール本体部２４の複数の光ファイバ挿入孔３６及び中空部３０の両側における両側端部には、それぞれガイドピン１６が挿入される一対のガイドピン挿入孔３８が形成されている。一対のガイドピン挿入孔３８は、それぞれ光コネクタ１０の前後方向に沿って形成されている。

フェルール本体部２４の接続側端面３４には、レンズ素子１４が取り付けられている。レンズ素子１４は、フェルール１２に収容された複数の光ファイバ１８に対応する複数のレンズ４４を含むレンズアレイである。

レンズ素子１４は、１．４０～１．６７の屈折率を有する樹脂材料を含むことが好ましい。レンズ素子１４を樹脂材料で形成することで、加工性及び量産性を高めることができる。また、レンズ素子１４を形成する樹脂材料とフェルール１２を形成する樹脂材料の特性、例えば線膨張係数を近づけ、あるいは一致させることで光コネクタにおける結合損失を抑制することができる。レンズ４４は、レンズ素子１４と同様の樹脂材料を含んでいてもよく、レンズ素子１４はレンズ４４と一体に成形されていてもよい。

このような樹脂材料は、伝送対象の光が伝搬可能な材料であればよく、透明であることが好ましい。樹脂材料として、例えば、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ：屈折率ｎ＝１．５１）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：屈折率ｎ＝１．６６）、ポリカーボネート（ＰＣ：屈折率ｎ＝１．５８）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ：屈折率ｎ＝１．６３）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：屈折率ｎ＝１．４９）及びシリコーン系樹脂（屈折率ｎ＝１．４０～１．５０）等が挙げられる。また、樹脂材料はフィラーを含有してもよい。レンズ素子１４が樹脂プレートであることにより、成形が容易でありガラスに比べて量産可能である。また、レンズ素子１４とレンズ４４とが同じ樹脂材料から形成されることにより、異種材料間での屈折率の変化を防止できる。

レンズ素子１４は、複数の光ファイバ１８に対応する複数のレンズ４４を含むレンズアレイ部４２が形成された第１主面としてのレンズアレイ側端面４０と、レンズアレイ側端面４０に対向する第２主面としてのレンズアレイ背面４１とを有する。

レンズアレイ側端面４０は、レンズ素子１４における光コネクタ１０の前方の面であって、２つの光コネクタ１０を接続する際に、接続先の他の光コネクタ１０と対面配置される面である。より具体的には、レンズアレイ側端面４０は、接続先の他の光コネクタ１０のレンズ素子１４のレンズアレイ側端面４０と互いに対向して配置される。

レンズアレイ部４２には、フェルール本体部２４の接続側端面３４に並ぶ複数の光ファイバ１８に対応してアレイ状に配列された複数のレンズ４４が形成されている。

複数のレンズ４４は、それぞれ、レンズアレイ側端面４０の凸の曲面を有し、光コネクタ１０の前後方向に沿った方向が光軸となるように形成されている。尚、各レンズ４４は、球面レンズであってもよいし、非球面レンズであってもよい。

レンズアレイ背面４１は、レンズ素子１４における光コネクタ１０の後方の面であって、接着剤２９によってフェルール１２の接続側端面３４と接合される面である。具体的には、レンズアレイ背面４１は、後述するように、光コネクタ１０の前後方向に垂直な平面に対して傾斜した面であって、各レンズ４４が対応する光ファイバ１８と光学的に結合するように、フェルール本体部２４の接続側端面３４と接合されている。尚、レンズ素子１４と光ファイバ１８との接合部分の詳細については、後述する。

このように、レンズアレイ背面４１をフェルール１２の接続側端面３４に接合することにより、複数のレンズ４４は、そのレンズ４４に向けて対応する光ファイバ１８から出射された光を、平行光にコリメートして接続の相手方の光コネクタに向けて出射するコリメートレンズとして機能することができる。また、複数のレンズ４４は、そのレンズ４４に向けて接続の相手方の光コネクタから入射した平行光を、対応する光ファイバ１８の端面に集光してその光ファイバ１８に入射させる集光レンズとしても機能することができる。

光コネクタ１０の幅方向において、レンズ素子１４のレンズアレイ部４２の両側における両側端部には、それぞれガイドピン１６が挿入される一対のガイドピン挿入孔４６が形成されている。一対のガイドピン挿入孔４６は、それぞれ光コネクタ１０の前後方向に沿って形成されている。一対のガイドピン挿入孔４６は、フェルール本体部２４の一対のガイドピン挿入孔３８に対応して形成されている。

レンズ素子１４は、一対のガイドピン１６により、すなわちフェルール１２に対して位置決めされた状態で、接着剤２９により、フェルール１２の接続側端面３４に接着されて固定されている。ガイドピン挿入孔４６、３８に挿入されたガイドピン１６は、接続の相手方の光コネクタに同様に挿入して接続するために、レンズ素子１４から光コネクタ１０の前方に突出した部分を有している。

以上により、フェルール１２に収容されて固定された複数の光ファイバ１８を有する光コネクタ１０が実現される。

次に、レンズ素子１４と光ファイバ１８との接合部分について詳細に説明する。

図３は、実施の形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合部分を模式的に示す図である。図３では、シングルモードの多心光ファイバをレンズ方式で接続するための光コネクタ１０の一例として、フェルール１２に固定された複数の光ファイバ１８のうち、一つの光ファイバ１８を代表的に図示している。

図３に示されるように、レンズアレイ背面４１は、フェルール１２（フェルール本体部２４）の接続側端面３４及び光ファイバ１８の端面１８０と、充填媒体としての接着剤１９を介して接合されている。

接着剤１９には、レンズ素子１４に使用される樹脂材料に応じて、最適な屈折率を有する材料が用いられる。接着剤１９に使用される材料の屈折率は、光ファイバ１８（コア１１８）の屈折率とレンズ素子１４に使用される樹脂材料の屈折率との間の値であることが好ましい。また、接着剤１９は、硬化後に、伝送対象の波長帯の光に対して透明となる材料であることが好ましい。このような接着剤１９として、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤を用いることができる。

図３に示されるように、光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面は、各光ファイバ１８の光軸１８１に対して垂直ではない。すなわち、光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面は、光ファイバ１８の光軸１８１に垂直な平面１８２に対して傾斜している。

ここで、光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面とは、接着剤１９を介して互いに接合された、光ファイバ１８の端面１８０及びレンズアレイ背面４１をいう。

すなわち、光ファイバ１８の端面１８０は、その光ファイバ１８の光軸１８１に垂直な平面１８２に対して傾斜し、レンズアレイ背面４１は、平面１８２に対して傾斜している。ここで、平面１８２に対する光ファイバ１８の端面１８０の傾斜角度と、平面１８２に対するレンズアレイ背面４１の傾斜角度は互いに等しい。

平面１８２に対する光ファイバ１８の端面１８０の傾斜角度（平面１８２に対するレンズアレイ背面４１の傾斜角度）をθ〔度（°）〕としたとき、０°＜θ＜９０°であり、好ましくはθ≧３°であり、より好ましくはθ＝略８°である。

具体例を挙げるとすれば、レンズ素子１４と光ファイバ１８との接合面での反射光が光ファイバ１８に結合する割合、すなわちレンズ素子１４と光ファイバ１８との接合面における反射減衰量を－４５ｄＢ以下とするために、レンズ素子１４をＣＯＰ（屈折率ｎ＝１．５１）で形成した場合はθ≧３°、レンズ素子１４をＰＥＩ（屈折率ｎ＝１．６６）で形成した場合はθ≧６°とすることが好ましい。また、レンズ素子１４の材料によらず、θ＝略８°としてもよい。

尚、実施の形態１に係る光コネクタ１０において、レンズ４４に反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングを施した場合、反射減衰量を－４５ｄＢ以下にすることが可能である。また、光コネクタ１０は、用途によっては、ＯバンドからＬバンドまで（１２６０ｎｍから１６２５ｎｍまで）の光通信波長帯に対応した波長帯域を利用することが好ましい。例えば、シングルモードの光ファイバ１８であれば、Ｏバンド（１２６０ｎｍ～１３６０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）の波長帯域の波長が利用される。

次に、実施形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合方法について説明する。ここでは、光ファイバ１８とレンズ素子１４とを接合する方法として、２つの方法を例示する。

図４Ａ～４Ｃは、実施形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４の接合方法の一例を示す図である。

先ず、図４Ａに示すように、複数の光ファイバ挿入孔３６が形成されたフェルール１２を用意し、そのフェルール１２の各光ファイバ挿入孔３６に光ファイバ１８をそれぞれ挿入して固定する（ステップＳ１１）。例えば、各光ファイバ挿入孔３６に光ファイバ１８をそれぞれ挿入した状態で、各光ファイバ挿入孔３６と光ファイバ１８との隙間に接着剤１９を流し込むことにより、固定する。

次に、図４Ｂに示すように、光ファイバ１８が固定されたフェルール１２の一方の端面を研磨する（ステップＳ１２）。具体的には、フェルール１２の接続側端面３４が光ファイバ１８の光軸１８１に対して非垂直となるように、公知の研磨技術により、フェルール１２を研磨する。このとき、光ファイバ１８の光軸１８１に垂直な平面１８２に対するフェルール１２の接続側端面３４の傾斜角度θは、上述したように、レンズ素子１４を形成する材料に応じて適切な値に設定すればよい。

次に、図４Ｃに示すように、フェルール１２と同様にレンズアレイ背面４１を斜めに研磨したレンズ素子１４を用意し、レンズ素子１４のレンズアレイ背面４１とフェルール１２の接続側端面３４とを接着剤１９によって接合する（ステップＳ１３）。このとき、フェルール１２に接着固定された各光ファイバ１８の端面１８０と対応するレンズ４４とが対向するように、フェルール１２とレンズ素子１４とを接合する。

以上の処理ステップにより、実施形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合部分を実現することができる。

図５Ａ～５Ｄは、実施形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４の接合方法の別の一例を示す図である。

先ず、図５Ａに示すように、複数の光ファイバ挿入孔３６が形成されたフェルール１２を用意し、公知の研磨技術により、そのフェルール１２の一方の端面を研磨する（ステップＳ２１）。研磨の方法は、上述したステップＳ１２と同様である。

次に、図５Ｂに示すように、フェルール１２と同様にレンズアレイ背面４１を斜めに研磨したレンズ素子１４を用意し、レンズ素子１４のレンズアレイ背面４１とフェルール１２の接続側端面３４とを接着剤１９によって接合する（ステップＳ２２）。このとき、フェルール１２の光ファイバ挿入孔３６と対応するレンズ４４とが対向するように、フェルール１２とレンズ素子１４とを接合する。

次に、図５Ｃに示すように、フェルール１２と同様に、一方の端面１８０を斜めに研磨した複数の光ファイバ１８を用意し、それらの光ファイバ１８をフェルール１２の対応する光ファイバ挿入孔３６にそれぞれ挿入する（ステップＳ２３）。

次に、図５Ｄに示すように、接着剤１９を介して、各光ファイバ１８をレンズ素子１４のレンズアレイ背面４１に接着固定する（ステップＳ２４）。

以上の処理ステップにより、実施形態１に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合部分を実現することができる。

上述した後者の接合方法（図５Ａ～５Ｄ）では、図６に示すように、例えばレーザークリーバー（またはレーザーカッター）を用いて一端を溶融によって切断した光ファイバ１８を用いてもよい。光ファイバ１８の切断面（端面１８０）は、溶融時の熱により、丸まった形状となる。尚、上記レーザークリーバーのレーザーは、一般的に、ＣＯ_２レーザー、紫外線レーザーなどの光ファイバの吸収波長のレーザーである。ここで、光ファイバ１８の端面１８０は、コア１１８の中心に接する面である。

次に、光コネクタ１０において高パワー入光時に挿入損失を抑制させるアプローチについて詳細に説明する。

図７は、実施形態１に係る光コネクタ１０において、光ファイバ１８の端面とレンズ４４の頂点との間の距離ＦＬｈと、レンズ４４の頂点からレンズ４４の背面方向に位置する焦点Ｆまでの距離ＦＬと、光ファイバ１８の端面と焦点Ｆとの間隔δとの関係を模式的に示す図である。図７では、図３と同様、シングルモードの多心光ファイバをレンズ方式で接続するための光コネクタ１０の一例として、フェルール１２に固定された複数の光ファイバ１８のうち、一つの光ファイバ１８を代表的に図示している。

図７に示すように、レンズアレイ背面４１は、図３と同様に、光ファイバ１８の端面１８０と、接着剤１９を介して接合されており、光ファイバ１８の端面１８０及びレンズアレイ背面４１は、互いに等しい傾斜角度で傾斜している。

光ファイバ１８の端面１８０とレンズの頂点１４４との間の距離ＦＬｈは、レンズの頂点１４４からレンズ背面２４４の方向に位置する焦点Ｆまでの距離ＦＬと、光ファイバ１８の端面１８０と焦点Ｆとの間隔δとの和で表される。焦点Ｆの位置は、レンズ素子１４及びレンズ４４の屈折率の変化がほとんど生じない程度の光パワーを入射した場合におけるレンズの頂点１４４から入光した光の焦点位置、すなわち、低パワー入光時の焦点位置である。以下、焦点Ｆの位置を理想的焦点位置Ｆと称する。尚、低パワーとは、従来から利用されている＋１１ｄＢｍ未満の入光パワーを意味する。

低パワー入光時にレンズの頂点１４４から入射した光は、光路Ａで示したようにレンズ４４を介して屈折し、さらにレンズ素子１４を透過して理想的焦点位置Ｆに到達する。このような、レンズの頂点１４４から理想的焦点位置Ｆまでの距離を距離ＦＬ（μｍ）として定義する。焦点Ｆは、接着剤１９とレンズ素子１４との接合面、すなわち、レンズアレイ背面４１に位置している。そのため、低パワー入光時において入射した光の伝送損失を低減するためには、光ファイバ１８の端面１８０は、レンズアレイ背面４１にできる限り近づけて配置されることが好ましい。

一方、高パワー入光時にレンズの頂点１４４から入射した光は、光路Ｂで示したようにレンズ４４を介して屈折し、さらにレンズ素子１４及び接着剤１９を透過して光ファイバ１８の端面１８０に到達する。具体的には、高パワー入光時の焦点は光ファイバ１８の端面１８０に位置するように調整される。すなわち、高パワー入光時には光ファイバ１８の端面１８０に焦点が位置するように、高パワー入光時の焦点は理想的焦点位置Ｆから間隔δだけずれている。このような、レンズの頂点１４４から高パワー入光時の焦点位置までの距離を距離ＦＬｈ（μｍ）として定義する。尚、高パワーとは、＋２０ｄＢｍ以上の入光パワーを意味し、上限値は特に限定されないが現実的に実施可能な入光パワーとして、例えば＋３０ｄＢｍ以下であればよい。

間隔δは、理想的焦点位置Ｆと高パワー入光時の焦点位置との距離（間隔）であり、１０μｍより長く設定される。間隔δが１０μｍより長いことにより、挿入損失を抑制することができ、間隔δが２０μｍより長いことがより好ましい。このように、高パワー入光時の焦点が、理想的焦点位置Ｆから光ファイバ１８の端面１８０に向かって１０μｍより長い間隔δだけずらした位置になるように、すなわち、光ファイバ１８のコア１１８に高パワー入光時の焦点が到達するように、距離ＦＬｈが調整される。間隔δの上限値は特に限定されないが、１００μｍ以下であればよい。

図８は、距離ＦＬを算出するための方程式を説明するための模式図である。距離ＦＬは、下記式（１）より算出することができ、レンズの公式に基づく。下記式（１）より距離ＦＬが算出されるため、理想的焦点位置Ｆが定まる。そのため、上述した理想的焦点位置Ｆと間隔δとの関係から高パワー入光時の焦点位置を調整することができる。尚、図８において、光ファイバ１８の端面１８０及びレンズアレイ背面４１は、便宜上それぞれ傾斜していない態様で示しているが、これらがそれぞれ傾斜していても同様に、距離ＦＬを下記式（１）より算出することができる。

ＦＬ：レンズ頂点から理想的焦点位置までの距離
Ｔ：レンズ頂点からレンズ素子までの距離
Ｒ：レンズ面の中心軸付近の曲率半径（非球面の場合は下記式（２）で表される非球面方程式におけるｒ）
ｎ_Ｌ：レンズ媒体の屈折率
ｎ_ｌ：充填媒体（接着剤等）の屈折率（空気の場合は１）

ｒ：曲率半径
ｈ：光軸からの距離（ラジアル方向）
ｋ：円錐定数
ｚ：サグ量（レンズの光軸に平行な方向に対する）
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・：非球面係数

次に、高パワー入光時の光コネクタ１０が示す挿入損失について、具体例を挙げて説明する。

図１１は、実施形態１に係る光コネクタ１０について、δ＝約２３の場合における入光パワーと挿入損失との関係を示す図である。図１１に示すように、δ＝約２３の場合では、入光パワーが＋２０～＋２３ｄＢｍの範囲で挿入損失が最小となる。尚、図１１では、４８回の測定結果の平均値で算出された値をプロットし、各プロットの上下に伸びる直線は各測定結果の上限値と下限値の範囲を表す。

図１２は、実施形態１に係る光コネクタ１０について、δ＝約３３の場合における入光パワーと挿入損失との関係を示す図である。図１２に示すように、δ＝約３３の場合では、入光パワーが＋２５ｄＢｍを超えても挿入損失が低減され、＋２７ｄＢｍ又はそれ以上で最小となることが予測される。すなわち、実施形態１に係る光コネクタ１０は、低パワー入光時の接続損失より高パワー入光時の接続損失の方が小さくなる入光パワーを有していてもよい。尚、図１２では、１２回の測定結果をそれぞれ表す。

以上、実施形態１に係る光コネクタ１０では、高パワー入光時の焦点が、理想的焦点位置Ｆから光ファイバ１８の端面１８０に向かって１０μｍより長い間隔δだけずらした位置になるように距離ＦＬｈが調整される。すなわち、距離ＦＬｈが、レンズの頂点１４４から理想的焦点位置Ｆまでの距離ＦＬよりも１０μｍより長くなるように調整される。これにより、高パワー入光時に光ファイバ１８の端面１８０（コア１１８）に焦点が位置するため、レンズ素子１４及びレンズ４４が樹脂材料で形成されていても、光ファイバ１８のコア１１８に対するピントのずれを防止できる。

したがって、実施形態１に係る光コネクタ１０によれば、高パワー入光時においても、挿入損失を抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係る光コネクタ１０において、レンズ素子１４におけるレンズ４４の凸面に反射防止コーティングを施すことにより、反射減衰量を減らすことが可能となる。レンズ４４の凸面に多層反射防止コーティングを施した場合、例えば１３１０ｎｍを中心とした±４０ｎｍの帯域でレンズ４４の凸面での反射を－４０ｄＢ以下に、レンズ４４の凸面で反射した光の光ファイバ１８への結合分を－５５ｄＢ以下とすることが可能となる。

尚、実施形態１に係る光コネクタ１０では、フェルール１２とレンズ素子１４の線膨張係数に差がある場合、温度変化によりフェルール１２に固定された各光ファイバ１８の光軸とレンズ４４の光軸との間にずれが生じるため、温度変化によって光コネクタ１０への光の挿入損失が変動するおそれがある。

そこで、光コネクタ１０において、フェルール１２とレンズ素子１４の線膨張係数差が小さくなるように、フェルール１２及びレンズ素子１４の材料を選択することが望ましい。例えば、フェルール１２とレンズ素子１４の線膨張係数差が２０ｐｐｍ／℃以下となるように、フェルール１２のベース材（例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ））に混合するフィラー（例えば、石英ガラス）の混合量を調整する（例えば、減らす）ことが好ましい。

また、光コネクタ１０において、フェルール１２とレンズ素子１４を同一の材料で形成してもよい。上記材料としては、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ，線膨張係数：６０～８０ｐｐｍ／℃）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ，線膨張係数：５６ｐｐｍ／℃）等の樹脂材料を例示することができる。

＜実施形態２＞
図９は、実施形態２に係る光コネクタ１０における光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合部分を模式的に示す図である。図９では、シングルモードの多心光ファイバをレンズ方式で接続するための光コネクタ１０において、複数のレンズ４４が表面に形成されたレンズ素子１４と複数の光ファイバ１８を収容したフェルール１２とが接合される部分の構造のうち、一つの光ファイバ１８の接合部分を代表的に図示している。

図９に示すように、レンズアレイ背面４１は、フェルール１２（フェルール本体部２４）の接続側端面３４及び光ファイバ１８の端面１８０と、接着剤１９を介して接合されている。尚、図示はしていないが、接着剤１９は、フェルール１２の光ファイバ挿入孔３６の内壁と光ファイバ１８との隙間にも充填されている。

光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面は、各光ファイバ１８の光軸１８１に対して垂直である。すなわち、光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面は、光ファイバ１８の光軸１８１に垂直な平面１８２に対して平行である。

ここで、光ファイバ１８とレンズ素子１４との接合面とは、接着剤１９を介して互いに接合された、光ファイバ１８の端面１８０及びレンズアレイ背面４１をいう。

すなわち、光ファイバ１８の端面１８０及びレンズアレイ背面４１は、その光ファイバ１８の光軸１８１に垂直な平面１８２に対して平行であり、それぞれ傾斜せずに接着剤１９を介して接合されている。尚、図９に示す実施形態２に係る光コネクタ１０は、光ファイバ１８とレンズ素子１４とがそれぞれ傾斜していない以外は、図３に示す実施形態１に係る光コネクタ１０と同様の構造である。

図１０は、実施形態２に係る光コネクタ１０において、光ファイバ１８の端面とレンズ４４の頂点との間の距離ＦＬｈと、レンズ４４の頂点からレンズ４４の背面方向に位置する焦点Ｆ’までの距離ＦＬと、光ファイバ１８の端面と焦点Ｆ’との間隔δとの関係を模式的に示す図である。図１０では、図７と同様、シングルモードの多心光ファイバをレンズ方式で接続するための光コネクタ１０の一例として、フェルール１２に固定された複数の光ファイバ１８のうち、一つの光ファイバ１８を代表的に図示している。

光ファイバ１８の端面１８０とレンズの頂点１４４との間の距離ＦＬｈは、レンズの頂点１４４からレンズ背面２４４の方向に位置する焦点Ｆ’（理想的焦点位置Ｆ’）までの距離ＦＬと、光ファイバ１８の端面１８０と焦点Ｆ’との間隔δとの和で表される。

低パワー入光時にレンズの頂点１４４から入射した光は、光路Ａ’で示したようにレンズ４４を介して屈折し、さらにレンズ素子１４を透過して理想的焦点位置Ｆ’に到達する。焦点Ｆ’は、レンズアレイ背面４１と光ファイバ１８の端面１８０との間、すなわち接着剤１９内に位置する。

一方、高パワー入光時にレンズの頂点１４４から入射した光は、光路Ｂ’で示したようにレンズ４４を介して屈折し、さらにレンズ素子１４及び接着剤１９を透過して光ファイバ１８の端面１８０に到達する。具体的には、高パワー入光時の焦点は光ファイバ１８のコア１１８に位置するように調整される。

間隔δは、理想的焦点位置Ｆ’と高パワー入光時の焦点位置との距離（間隔）であり、１０μｍより長く設定される。このように、高パワー入光時の焦点が、理想的焦点位置Ｆ’から光ファイバ１８の端面１８０に向かって１０μｍより長い間隔δだけずらした位置になるように距離ＦＬｈが調整される。

以上、実施形態２に係る光コネクタ１０においても、高パワー入光時の焦点が、理想的焦点位置Ｆ’から光ファイバ１８の端面１８０（コア１１８）に向かって１０μｍより長い間隔δだけずらした位置になるように距離ＦＬｈが調整される。これにより、高パワー入光時に光ファイバ１８の端面１８０（コア１１８）に焦点が位置するため、レンズ素子１４及びレンズ４４が樹脂材料で形成されていても、光ファイバ１８のコア１１８に対するピントのずれを防止できる。

＜実施形態の拡張＞
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、上記の各実施形態では、フェルール１２がレンズ素子１４とは別個の部品として形成されている場合を例示したが、フェルール１２は、レンズ素子１４と一体的に形成されていてもよい。

また、上記の各実施形態では、複数の光ファイバ１８が備えられている場合を例示したが、これに限定されるものではなく、単心の光ファイバを用いてもよい。また、光ファイバ１８は、ケーブル、コード等に内蔵されたものであってもよい。

また、上記の各実施形態では、光ファイバ１８がシングルモード（ＳＭ）の光ファイバである場合を例示したが、光ファイバ１８はマルチモード（ＭＭ）の光ファイバであってもよい。光ファイバ１８がマルチモード（ＭＭ）の光ファイバである場合、８５０ｎｍ（８５０ｎｎ±５０ｎｍの範囲）、１０６０ｎｍ（１０６０ｎｎ±５０ｎｍの範囲）、１３１０ｎｍ（１３１０ｎｎ±５０ｎｍの範囲）の波長帯域の波長が利用される。

また、上記の各実施形態では、光コネクタ１０にガイドピン１６が備えられている雄型コネクタの場合を例示したが、ガイドピン１６がない雌型コネクタであってもよい。また、光コネクタ１０は、ガイドピン１６がアダプタ等のハウジングに組み込まれたＭＰＯコネクタ（マルチファイバ・プッシュオン・コネクタ）であってもよい。

また、光コネクタ接続構造として、上記の各実施形態における光コネクタ１０を用いてもよく、このような光コネクタ接続構造は、接続する少なくとも一方が光コネクタ１０であってもよい。

１０ 光コネクタ
１２ フェルール
１４ レンズ素子
１６ ガイドピン
１８ 光ファイバ
１９，２９ 接着剤
２４ フェルール本体部
３４ 接続側端面
３６ 光ファイバ挿入孔
３８ ガイドピン挿入孔
４０ レンズアレイ側端面
４１ レンズアレイ背面
４４ レンズ
４６ ガイドピン挿入孔
１１８ コア
１４４ レンズの頂点
１８０ 光ファイバの端面
１８１ 光ファイバの光軸
１８２ 光軸に垂直な平面
２１８ クラッド
２４４ レンズ背面
θ 傾斜角度
Ｆ，Ｆ’ 焦点（理想的焦点）
ＦＬ レンズの頂点から理想的焦点位置までの距離
ＦＬｈ 光ファイバの端面とレンズの頂点との間の距離
δ 理想的焦点位置と高パワー入光時の焦点位置との距離
Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’ 光路

Claims (12)

1. 少なくとも１つの光ファイバと、前記光ファイバの端面に光を結合する少なくとも１つのレンズを有するレンズ素子とを備え、
   前記光ファイバの端面と前記レンズの頂点との間の距離ＦＬｈ（μｍ）が、前記レンズの頂点から前記レンズの背面方向に位置する焦点Ｆまでの距離ＦＬ（μｍ）と、前記光ファイバの端面と前記焦点Ｆとの間隔δ（μｍ）との和で表され、
   前記間隔δが２０μｍより長く、１００μｍ以下であることを特徴とする光コネクタであって、
   前記光コネクタが、複数本の前記光ファイバを保持するフェルールを更に備え、
   前記フェルールと前記レンズ素子間に接着剤の接着層がある、光コネクタ。
2. 低パワー入光時の接続損失より高パワー入光時の接続損失の方が小さくなる入光パワーを有する、請求項１に記載の光コネクタ。
3. 前記高パワーとは＋２０ｄＢｍ以上の入光パワーである、請求項２に記載の光コネクタ。
4. 前記低パワーとは＋１１ｄＢｍ未満の入光パワーである、請求項２に記載の光コネクタ。
5. 前記レンズ素子が樹脂材料を含む、請求項１乃至４までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
6. 前記レンズ素子と前記フェルールが同じ樹脂材料を含む、請求項１乃至５までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
7. 前記フェルールと前記レンズ素子の線膨張係数差が２０ｐｐｍ／℃以下である、請求項６に記載の光コネクタ。
8. 前記樹脂材料が、シクロオレフィンポリマー又はポリエーテルイミドである、請求項５乃至７までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
9. 前記光ファイバの端面と前記レンズ素子との間に充填媒体を備え、
   前記充填媒体が接着剤である、請求項１乃至８までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
10. 複数の光ファイバと、当該複数の光ファイバに対応する複数のレンズとを備える、請求項１乃至９までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
11. 前記光ファイバがシングルモードファイバである、請求項１乃至１０までのいずれか一項に記載の光コネクタ。
12. 接続する少なくとも一方が請求項１乃至１１までのいずれか一項に記載の光コネクタを備える、光コネクタ接続構造。

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