JP2009251298A - 光コネクタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素で実装組み立てが容易な光コネクタモジュールを提供する。
【解決手段】光ファイバ２の端部を保持するファイバ端固定部５と、上記光ファイバ２の端部から該光ファイバ２に沿って所定距離離れた上記光ファイバ２の部分に係合される曲げ先係合部６と、上記光ファイバ２が上記ファイバ端固定部５と上記曲げ先係合部６との間で曲げられた状態で上記曲げ先係合部６を保持する曲げ先保持部７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造が簡素及び実装組み立てが容易で屈曲可能な光コネクタモジュールに関する。

ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）などの発光素子は、素子本体の上面又は下面から光を出射する構造になっている。このような構造の発光素子を基板に実装した場合、発光素子からの光を光ファイバに入射させるにあたり、単に光ファイバを発光素子の上面又は下面に接合するだけでは、そのまま光ファイバが基板の垂直方向に延びる構造となるため高さが高くなり、空間の利用効率が悪くなる。

そこで、発光素子からの光を基板と平行な方向に曲げるための部材を用意する。これにより、光ファイバの延出方向は基板と平行になり、高さを抑えることができるため、空間の利用効率を向上させることが可能となる。

図６に示した従来技術は、発光素子６１を基板６２の下面に実装し、基板６２の上方に上基板６６を配設し、この上基板６６にミラー部材６３を実装する。発光素子６１から上向きに出射される光が基板６２を透過してミラー部材６３で反射され光路が基板６２と平行に変換される。さらに、ミラー部材６３の出射側に光ファイバ６４が接続されており、外部に発光素子６１の光を伝送することができる。ここで、発光素子６１とミラー部材６３との間には、レンズ６５が配置され、効率よく発光素子６１の光をミラー部材６３に伝送することができる構造となっている。

図７に示した従来技術は、発光素子７１を基板７２の実装面の反対面から光が出射される構造とし、その発光素子７１を基板７２の上面に実装する。光ファイバ７３の向きが９０°変わるまで曲げを与えた光ファイバ７３をハウジング７４内に埋設して光コネクタ７５を形成する。この光コネクタ７５の下面を発光素子７１の上面に接合する。ただし、実際にはマイクロレンズ７６とレンズ焦点合わせ用のスペーサ７７が挟まれている。そして、光コネクタ７５の横面から光ファイバ７３が基板７２と平行に延出される。

なお、素子本体の上面又は下面に光を入射する受光素子を基板に実装する場合も、光ファイバとの接続構造は上記発光素子の場合と同様である。本明細書では、発光素子と受光素子を統合して光素子と称する。

特開２００５−２５７９３７号公報 特開２００７−２７１９９８号公報 特開２００７−１２１９７３号公報

図６の構成は、発光素子６１とミラー部材６３とが基板６２と上基板６６の表裏にそれぞれ実装されているため、発光素子６１からミラー部材６３を経て光ファイバ６４に到達するまでの光路長が長く、途中で光が拡散しないようにするにはコリメート用のレンズ６５を設置する必要がある。この結果、部材の数が多くなり、構造が複雑化する。

一方、図７の構成は、光軸の方向が９０°変わるまで曲げを与えた光ファイバ７３をハウジング７４内に埋設する光ファイバ７３の実装作業や、ハウジング７４の組み立て作業が複雑である。

そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡素で実装組み立てが容易な光コネクタモジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、光ファイバの端部を保持するファイバ端固定部と、上記光ファイバの端部から該光ファイバに沿って距離が所定距離離れた上記光ファイバの部分に係合される曲げ先係合部と、上記光ファイバが上記ファイバ端固定部と上記曲げ先係合部との間で曲げられた状態で上記曲げ先係合部を保持する曲げ先保持部とを備えたものである。

上記ファイバ端固定部から上記曲げ先係合部までを繋ぎ可撓性を有する可撓性連結部を備えてもよい。

上記曲げ先係合部が上記光ファイバを該光ファイバに沿った方向に運動自在に係合してもよい。

上記ファイバ端固定部と上記曲げ先係合部と上記可撓性連結部とが可撓性部材により一体形成されてもよい。

上記光ファイバのクラッド径が６０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。

上記ファイバ端固定部が上記光ファイバを基板に実装された光素子に臨ませた状態で上記基板に固定されてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）構造が簡素になる。

（２）実装組み立てが容易になる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１及び図２に示されるように、屈曲可能な本発明に係る光コネクタモジュール１は、光ファイバ２の端部を保持すると共に、該光ファイバ２を基板３に実装された光素子４に臨ませた状態で上記基板３に固定されるファイバ端固定部５と、上記光ファイバ２の端部から該光ファイバ２に沿って上記光ファイバ２の曲げに必要な所定距離離れた上記光ファイバ２の部分に係合される曲げ先係合部６と、上記基板３に固定され上記光ファイバ２が上記ファイバ端固定部５と上記曲げ先係合部６との間で曲げられた状態で上記曲げ先係合部６を保持する曲げ先保持部７とを備えたものである。

図示のように、本実施形態では、光ファイバ２は、複数本、例えば、１２本の光ファイバ２を平行に並べて１２芯ファイバとして提供される。各光ファイバ２は直径８０μｍファイバであってもよい。

本実施形態では、基板３はＳｉ基板３である。Ｓｉ基板３の下面には、光素子４と並んでＩＣチップ８がはんだバンプによって実装されている。さらに、Ｓｉ基板３には光素子４の実装面に臨む貫通孔９が形成されている。

Ｓｉ基板３は、フレキシブル基板１１にＡｕバンプによって取り付けられている。

ここで、光素子４は、発光素子又は受光素子のいずれでも良いことは明白である。

ファイバ端固定部５は、樹脂をモールド成形してほぼ直方体に形成されたブロック状の部材であり、光ファイバ２を挿通して保持するためのファイバ孔１２を有する。ファイバ端固定部５のファイバ孔１２は、ファイバ端固定部５の上面から中間付近までは光ファイバ２の樹脂被覆を除去することなく光ファイバ２を挿入し、ファイバ端固定部５の高さ方向の中間付近から下面までは樹脂被覆を除去してコアとクラッドだけの光ファイバ２を挿入するようになっている。ファイバ端固定部５の下面においてファイバ孔１２はＳｉ基板３の貫通孔９に正対しており、光素子４が発光素子の場合、発光素子からの光はこの貫通孔９を透過してファイバ孔１２に配設された光ファイバ２と光学的に結合することが可能となる。もちろん、光素子４が受光素子の場合にも、発光素子と光の経路が逆になるだけであり、発光素子の場合と同様に光学的に結合することが可能となる。

曲げ先係合部６は、樹脂をモールド成形してほぼ直方体に形成されたブロック状の部材であり、光ファイバ２を挿通して保持するためのファイバ孔１３を有する。曲げ先係合部６の樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）などを用いることができる。曲げ先係合部６のファイバ孔１３は、光ファイバ２の外径より大きい内径を有する。これにより、曲げ先係合部６は、光ファイバ２を該光ファイバ２に沿った方向に運動自在に係合することができる。

本実施形態では、曲げ先保持部７がファイバ端固定部５と一体に形成されている。よって、ファイバ端固定部５がＳｉ基板３に固定されていることで、曲げ先保持部７もＳｉ基板３に固定されている。曲げ先保持部７とファイバ端固定部５は、別体に形成してそれぞれＳｉ基板３に固定してもよい。この図にはないが、曲げ先保持部７と曲げ先係合部６の両方又は少なくとも一方に、曲げ先係合部６を曲げ先保持部７に保持するための機構が形成されている（図３参照）。

次に、本発明の屈曲可能な光コネクタモジュール１の実装組み立て方法を説明する。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、光ファイバ２は曲げないで真っ直ぐな状態において、曲げ先係合部６のファイバ孔１３に差し込む。この曲げ先係合部６を光ファイバ２に沿った方向に送り込み、曲げ先係合部６が光ファイバ２の端部から光ファイバ２に沿った距離で所定距離に位置するよう調節する。次いで、光ファイバ２の先端のみ樹脂被覆を除去してコアとクラッドだけにする。光ファイバ２をファイバ端固定部５のファイバ孔１２に差し込む。ファイバ端固定部５の下面においては、ファイバ孔１２の開口に光ファイバ２のコアとクラッドの端面が現れる。

ファイバ孔１２の下面より突き出した光ファイバ２をファイバ端固定部５と共に研磨する。これにより、光ファイバ２の端面がファイバ端固定部５の下面に揃う。

ファイバ端固定部５をＳｉ基板３に固定する。このとき、ファイバ孔１２（光ファイバ２のコアとクラッドの端面）がＳｉ基板３の貫通孔９に正対するようにファイバ端固定部５を位置合わせする。位置合わせは、Ｓｉ基板３の位置合わせ穴３１とファイバ端固定部５の位置合わせ穴３２とを位置合わせピン３３で貫通することにより行う。ファイバ端固定部５は接着剤によりＳｉ基板３に固定する。

このようにして、ファイバ端固定部５がＳｉ基板３に固定された時点で、光ファイバ２はＳｉ基板３の面に垂直に立ち、そのまま真っ直ぐに伸びた状態である。なお、Ｓｉ基板３に光素子４とＩＣチップ８を実装する工程及びＳｉ基板３をフレキシブル基板１１に取り付ける工程は、光ファイバ２を取り付ける工程よりも前にあらかじめ済ませておいてもよいし、光ファイバ２を取り付ける工程の後に行ってもよい。

ここで、曲げ先保持部７にはスナップ突起１４が形成されており、曲げ先係合部６にはスナップ突起１４に対応するスナップ受け１５が形成されている。スナップ突起１４の外径はスナップ受け１５の内径より数μｍ大きく、スナップ突起１４とスナップ受け１５は、曲げ先保持部７と曲げ先係合部６を所定以上の力で圧着すると嵌め付けられ、曲げ先保持部７と曲げ先係合部６を所定以上の力で引っ張ると嵌め付けが外れるようになっている。

また、曲げ先保持部７のスナップ突起１４の位置は、曲げ先係合部６が光ファイバ２の端部から該光ファイバ２に沿った距離で、上記光ファイバ２の曲げに必要な所定距離離れた位置にあって、かつ、光ファイバ２が適正な曲げ半径で曲げられることにより、光ファイバ２の向きが９０°変わるまで曲げられたとき、曲げ先係合部６のスナップ受け１５に位置が合うように配置されている。曲げ先係合部６の光ファイバ２の延長方向の位置は既に調節してあるので、光ファイバ２を自然に曲げればスナップ突起１４とスナップ受け１５が合わさる。

曲げ先保持部７と曲げ先係合部６を所定以上の力で圧着するとスナップ突起１４とスナップ受け１５が嵌め付けられて曲げ先係合部６に保持されると共に、光ファイバ２は光ファイバ２の向きが９０°変わるまで曲げられた図１の状態となる。この結果、光ファイバ２の延出方向は基板と平行になり、空間の利用効率を向上させることができる。光ファイバ２はＳｉ基板３の厚さ方向（Ｓｉ基板３のからの高さ方向）に大きく突き出さないのが好ましく、このためには光ファイバ２が伝送特性に影響しない程度にできるだけ小さい曲げ半径で曲げられることが望ましい。

ここで、光ファイバ２のΔ（比屈折率差）が２％、クラッド径が８０μｍ、曲げ半径が２．５ｍｍとすると、曲げ損失は０．２８ｄＢ（φ５ｍｍ１０ターン）、断線確率１０^-6（φ５ｍｍ１ターン）である。光ファイバ２のΔが１％、クラッド径が１２５μｍ、曲げ半径が２．５ｍｍとすると、曲げ損失は０．２７ｄＢ（φ５ｍｍ１０ターン）、断線確率１０^-8（φ５ｍｍ１ターン）である。

以上説明したように、本発明の屈曲可能な光コネクタモジュール１は、発光素子４から光ファイバ２に到達するまでの光路長が従来に比して非常に短く、従来のようにコリメート用のレンズを設置する必要がない。この結果、従来より部材の数が少なくてすみ、構造が簡素になる。

本発明の屈曲可能な光コネクタモジュール１は、光ファイバ２を保持するファイバ端固定部５と光ファイバ２を係合する曲げ先係合部６の構造がいずれも従来のハウジングやミラー部材より簡素である。また、ファイバ端固定部５、曲げ先係合部６は単にファイバ孔１２、１３に光ファイバ２を挿入するだけで光ファイバ２と組み立てることができ、実装組み立てが容易である。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。

図４に示されるように、本発明に係る屈曲可能な光コネクタモジュール４１は、光ファイバ２の端部を保持すると共に該光ファイバ２を基板（図示せず）に実装された光素子（図示せず）に臨ませた状態で上記基板に固定されるファイバ端固定部５と、上記光ファイバ２の端部から該光ファイバ２に沿った距離が上記光ファイバ２の曲げに必要な所定距離離れた上記光ファイバ２の部分に係合される曲げ先係合部６と、上記基板（図示せず）に固定され上記光ファイバ２が上記ファイバ端固定部５と上記曲げ先係合部６との間で曲げられた状態で上記曲げ先係合部６を保持する曲げ先保持部（図示せず）とを備えたものである。

ここでは基板、光素子は省略したが、図１、図２の前記実施形態に準じるものとする。また、曲げ先保持部は省略したが、前記実施形態と同様にファイバ端固定部５と一体的に形成してもよいし、ファイバ端固定部５とは別個に形成して基板に実装してもよい。

本実施形態の屈曲可能な光コネクタモジュール４１は、上記構成に加えて、上記ファイバ端固定部５から上記曲げ先係合部６までを繋ぎ可撓性を有する可撓性連結部４２を備える。つまり、ファイバ端固定部５と曲げ先係合部６は可撓性連結部４２を介して一体化されている。可撓性連結部４２は、材料の軟らかさ、曲げ方向の厚み、断面形状（図５参照）を適宜選択することにより、光ファイバ２の向きが９０°変わるまで、あるいは任意の角度に曲げられるようになっている。

ファイバ端固定部５は、前記実施形態と同様に樹脂をモールド成形してほぼ直方体に形成されたブロック状の部材であり、光ファイバ２を挿通して保持するためのファイバ孔１２を有する。ファイバ端固定部５のファイバ孔１２は、ファイバ端固定部５の上面から中間付近までは光ファイバ２の樹脂被覆を除去することなく光ファイバ２を挿入し、ファイバ端固定部５の中間から下面までは樹脂被覆を除去してコアとクラッドだけの光ファイバ２を挿入するようになっている。

ファイバ端固定部５の下面４３にはファイバ孔１２の開口４４があり、光ファイバ２の端面がファイバ孔１２の開口４４に位置する。例えば、光ファイバ２の樹脂被覆を除去した先端をファイバ孔１２の開口４４から下面４３より下へ突き出すように余分に光ファイバ２をファイバ孔１２に差し込み、下面４３より突き出した光ファイバ２をファイバ端固定部５と共に研磨する。これにより、光ファイバ２の端面がファイバ端固定部５の下面４３に揃う。光ファイバ２の端面は光ファイバ２が端面から十分な長さまで真っ直ぐな状態で研磨するのが好ましい。

ファイバ端固定部５には、複数のファイバ孔１２の並びの両端の外側に位置合わせ穴４５が形成されている。位置合わせ穴４５がファイバ端固定部５が固定される基板に設けられた位置合わせピン（図示せず）に嵌合させることにより、基板に実装された複数の光素子に対して各ファイバ孔１２が正対する。

ファイバ孔１２の並びピッチは光素子の並びピッチと同じにする。例えば、普及しているＶＣＳＥＬアレイではＶＣＳＥＬの並びピッチが２５０μｍであるから、ファイバ孔１２の並びピッチを２５０μｍとする。

曲げ先係合部６は、前記実施形態と同様に樹脂をモールド成形してほぼ直方体に形成されたブロック状の部材であり、光ファイバ２を挿通して保持するためのファイバ孔１３を有する。曲げ先係合部６のファイバ孔１３は、光ファイバ２の外径より大きい内径を有する。これにより、曲げ先係合部６は、光ファイバ２を該光ファイバ２に沿った方向に運動自在に係合することができる。

ここで言う光ファイバ２の外径とは、被覆４６の外径である。ファイバ孔１３は、被覆４６の外径より大きい内径を有する。ファイバ孔１３の並びピッチはファイバ孔１２の並びピッチと同じにする。各ファイバ孔１３の位置は、各ファイバ孔１２の真上であり、すなわち、光ファイバ２が真っ直ぐな状態でファイバ孔１３を貫通してファイバ孔１２に挿入されるようになっている。

ファイバ端固定部５に対して光ファイバ２を接着等により固定するのに対し、曲げ先係合部６に対して光ファイバ２は固定しない。これにより、一点鎖線で示すように可撓性連結部４２を屈曲させたとき、光ファイバ２と可撓性連結部４２の曲げ径の違いによる曲げ部分の長さの違いのため、曲げ先係合部６に対して光ファイバ２が光ファイバ２に沿った方向に運動する。

光ファイバ２のクラッド径（石英径）は、１００μｍ以下とするのが好ましい。これはクラッド径を１００μｍ以下とすることで一般に使われているクラッド径１２５μｍの光ファイバに比して、光ファイバ２の耐曲げ性（機械的特性）を向上させることができる。また、一般の多芯光ファイバを基板や光素子等の対象物に接続するために、光ファイバを保持する部材としてコネクタフェルールが知られている。コネクタフェルールはセラミック、プラスチック等からなるブロックに径１２５μｍのファイバ孔を多芯光ファイバの光ファイバ配置ピッチと同じピッチで形成したものである。このコネクタフェルールをファイバ端固定部５に利用すると、クラッド径１００μｍの光ファイバ２を挿入するのに好適である。

一方、光ファイバ２のクラッド径厚（径方向の厚さ）は５μｍ以上あることが望ましい。コア径が５０μｍのときクラッド径は６０μｍとなる。クラッド径厚が５μｍ以上あるとコアに十分光を閉じ込めることができ、伝送損失が低減できる。従って、クラッド径は６０μｍ以上あると良い。

光ファイバ２は、耐曲げ性（光学的特性）のために、通常のΔ１％の光ファイバよりも、高Δ（Δ２〜３％）ＧＩファイバを用いるのが好ましい。

本実施形態の屈曲可能な光コネクタモジュール４１は、前記実施形態の光コネクタモジュール１と同様の作用効果を奏する。特に、光ファイバ２の端面は光ファイバ２が端面から十分な長さまで真っ直ぐな状態で研磨するのが好ましいが、その点、本実施形態の光コネクタモジュール４１は、可撓性連結部４２に曲げの力を加えない自然状態にて各ファイバ孔１３が各ファイバ孔１２の真上になるようにファイバ端固定部５と曲げ先係合部６とが上下に位置する。よって、光ファイバ２は曲げないで真っ直ぐな状態において、曲げ先係合部６のファイバ孔１３に挿通し、そのままファイバ端固定部５のファイバ孔１２に差し込んで樹脂などで固定した後、ファイバ端固定部５の下面４３を研磨すれば、光ファイバ２を好適に研磨することができる。

本実施形態の光コネクタモジュール４１は、光ファイバ２を真っ直ぐな状態で取り付けた後、所望したときに光ファイバ２を曲げることができる。また、図４では、光ファイバ２の向きが９０°変わるまで曲げた様子が一点鎖線で示されているが、これに限らず光ファイバ２は任意の角度で曲げられ、その角度になったところで光ファイバ２の曲げが保持できるように曲げ先保持部を形成し、配置することができる。

図５に、図４と同様の構成を有する光コネクタモジュールにおける可撓性連結部の実施形態を示す。図５（ａ）に示した光コネクタモジュール５１ａは、可撓性連結部５２ａの曲げ側の面に凹部５３を形成したものである。図５（ｂ）に示した光コネクタモジュール５１ｂは、可撓性連結部５２ｂに波形部（蛇腹部）５４を形成したものである。図５（ｃ）に示した光コネクタモジュール５１ｃは、可撓性連結部５２ｃの曲げ側の面とその反対側の面にそれぞれ凹部５３を形成したものである。

図５（ａ）〜図５（ｃ）の構造によれば、可撓性連結部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを容易に曲げることができる。

本発明の一実施形態を示す光コネクタモジュールの斜視図である。 図１の光コネクタモジュールの側断面図である。 図１の光コネクタモジュールの実装組み立て過程を示す図であり、（ａ）はフレキシブル基板の延長側から見た斜視図、（ｂ）は光ファイバの延長側から見た斜視図、（ｃ）は分解組立図である。 本発明の他の実施形態を示す光コネクタモジュールの光ファイバを含む面で切った側断面、光ファイバを含む面で切った正面断面、下面を示した三面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図４の光コネクタモジュールにおける各種実施形態を示した側断面図である。 従来技術を示す側断面図である。 従来技術を示す側断面図である。

符号の説明

１、４１、５１ａ〜５１ｃ 光コネクタモジュール
２ 光ファイバ
３ 基板（Ｓｉ基板）
４ 光素子
５ ファイバ端固定部
６ 曲げ先係合部
７ 曲げ先保持部
４２、５２ａ〜５２ｃ 可撓性連結部

Claims (6)

1. 光ファイバの端部を保持するファイバ端固定部と、上記光ファイバの端部から該光ファイバに沿って距離が所定距離離れた上記光ファイバの部分に係合される曲げ先係合部と、上記光ファイバが上記ファイバ端固定部と上記曲げ先係合部との間で曲げられた状態で上記曲げ先係合部を保持する曲げ先保持部とを備えたことを特徴とする光コネクタモジュール。
2. 上記ファイバ端固定部から上記曲げ先係合部までを繋ぎ可撓性を有する可撓性連結部を備えたことを特徴とする請求項１記載の光コネクタモジュール。
3. 上記曲げ先係合部が上記光ファイバを該光ファイバに沿った方向に運動自在に係合することを特徴とする請求項１記載の光コネクタモジュール。
4. 上記ファイバ端固定部と上記曲げ先係合部と上記可撓性連結部とが可撓性部材により一体形成されていることを特徴とする請求項２記載の光コネクタモジュール。
5. 上記光ファイバのクラッド径が６０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光コネクタモジュール。
6. 上記ファイバ端固定部が上記光ファイバを基板に実装された光素子に臨ませた状態で上記基板に固定されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光コネクタモジュール。

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