JP2007178790A - 光結合器及び光コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバとレンズとの間において所望の光路を構成できるようにした光結合器を提供する。
【解決手段】光結合器１Ａは、複数本の光ファイバ２を並べて構成されるファイバアレイ３Ａと、光ファイバ２と同数のレンズ４が形成されたレンズアレイ５Ａを備えると共に、異なるピッチで配列された光ファイバ２とレンズ４を光学的に結合させる光路を構成するコア６Ａが形成された光導波路７Ａを備える。コア６Ａは、ファイバアレイ３Ａが接合されるファイバアレイ接合部１３Ａ側から、レンズアレイ５Ａが接合されるレンズアレイ接合部１２Ａに向かうに従って、徐々に間隔が広がるように曲線部分を有したＳ字型導波路である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号が伝播される光ファイバ等の光伝播経路とレンズが光学的に結合された光結合器及びこの光結合器を備えた光コネクタに関する。詳しくは、光伝播経路とレンズを光導波路を介して結合することで、レンズ設計や、光伝播経路とレンズとの間の光路の設計の自由度を向上させたものである。

光信号が伝播される光ファイバ同士を結合する場合、あるいは、光ファイバと各種光デバイスを結合する場合等に、レンズを用いることで結合効率を向上させる技術が提案され、単数あるいは複数の光ファイバとレンズを結合させる光結合器が提案されている。

従来の光結合器では、複数のレンズを有したレンズ基板の裏面にレンズの位置に合わせて形成された凹部に、それぞれ光ファイバを挿入して固定し、光ファイバとレンズ基板を直接結合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１７９１５５号公報

しかし、従来の光結合器では、光ファイバとレンズが直接結合されるので、光ファイバとレンズとの間において簡単な構成では所望の光路を形成することができず、レンズの配置や光路設計等の自由度が低いという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、光ファイバ等の光伝播経路とレンズとの間において簡単な構成で所望の光路を構成できるようにした光結合器及びこの光結合器を備えた光コネクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の光結合器は、少なくとも１個のレンズが形成されたレンズ部材と、光信号が伝播される少なくとも１本の光伝播経路が形成された光伝播部材と、一端にレンズ部材が接合されると共に、他端に光伝播部材が接合され、レンズと光伝播経路との間を光学的に結合して、光信号を伝播するコアが、レンズと光伝播経路の数及び配置に応じたパターンで形成された光導波路とを備えたことを特徴とする。

本発明の光結合器では、光伝播部材の光伝播経路を伝播される光信号は、光導波路のコアに入射する。コアに入射した光信号は、コアを伝播されて、レンズ部材の対応するレンズに入射する。レンズに入射した光信号は、例えば平行光となって出射される。

また、レンズから入射した光信号は、光導波路のコアに集光してコアに入射する。コアに入射した光信号は、コアを伝播されて、光伝播部材の光伝播経路に入射し、光伝播経路を伝播される。

また、本発明に係る光コネクタは、光信号が伝播される光伝播経路とレンズとを光学的に結合させた光結合器と、一対の光結合器を対向させて位置合わせを行い、光結合器同士を着脱自在とした位置合わせ部材を備えた光コネクタであって、光結合器は、少なくとも１個のレンズが形成されたレンズ部材と、少なくとも１本の光伝播経路が形成された光伝播部材と、一端にレンズ部材が接合されると共に、他端に光伝播部材が接合され、レンズと光伝播経路との間を光学的に結合して、光信号を伝播するコアが、レンズと光伝播経路の数及び配置に応じたパターンで形成された光導波路とを備えたことを特徴とする。

本発明の光コネクタでは、一対の光結合器を接続すると、対向するレンズの光軸が位置合わせされて光学的に結合される。

一方の光結合器に結合された光伝播部材の光伝播経路を伝播される光信号は、光導波路のコアに入射する。コアに入射した光信号は、コアを伝播されて、レンズ部材の対応するレンズに入射する。レンズに入射した光信号は、例えば平行光となって出射される。

一方の光結合器のレンズから出射された光信号は、他方の光結合器のレンズに入射する。光結合器においてレンズから入射した光信号は、光導波路のコアに集光してコアに入射する。コアに入射した光信号は、コアを伝播されて、光伝播部材の光伝播経路に入射し、光伝播経路を伝播される。

本発明の光結合器によれば、光ファイバ等の光伝播経路とレンズを光導波路を介して結合したので、光伝播経路とレンズとの間において所望の光路を構成することができる。これにより、簡単な構成で光路のピッチ変換が可能となり、レンズの配置やレンズ径等の設計の自由度を向上させることができる。

例えば、複数の光伝播経路とレンズとを結合する光結合器において、光伝播経路のピッチの制約を受けずに、簡単な構成で大径のレンズを使用することが可能となり、結合トレランスを緩和することができる。

また、光伝播経路とレンズとの間における光路の設計の自由度を向上させることができ、例えば、光伝播経路とレンズとの間における光路の分岐や結合等を、簡単な構成で実現することが可能である。

本発明の光コネクタによれば、上述した光結合器を備えることで、結合トレランスが緩和された光コネクタや、光信号の分岐や結合が行える光コネクタを、簡単な構成で低コストに実現できる。

以下、図面を参照して本発明の光結合器及び光コネクタの実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態の光結合器の構成例＞
図１及び図２は第１の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図で、図１（ａ）は第１の実施の形態の光結合器１Ａの平面図、図１（ｂ）は光結合器１Ａの側面図、図２は光結合器１Ａの斜視図である。

第１の実施の形態の光結合器１Ａは、複数本の光ファイバ２を並べて構成されるファイバアレイ３Ａと、光ファイバ２と同数のレンズ４が形成されたレンズアレイ５Ａを備えると共に、異なるピッチで配列された光ファイバ２とレンズ４を光学的に結合させる光路を構成するコア６Ａが形成された光導波路７Ａを備える。

ファイバアレイ３Ａは光伝播部材の一例で、光伝播経路を構成する複数本の光ファイバ２（ファイバ素線）を、アレイ状に並べて被覆したリボンファイバであり、リボンファイバの先端部分の被覆を剥がす等によって、個々の光ファイバ２を露出させている。ファイバアレイ３Ａは、本例では、光ファイバ２としてマルチモード光ファイバが用いられる。また、ファイバアレイ３Ａは、本例では４本の光ファイバ２を備え、光ファイバ２のピッチは、約２５０μｍである。

レンズアレイ５Ａはレンズ部材の一例で、所望の波長の光を透過する例えば樹脂材料で構成される透明な板状部材の一方の面である前面に、複数のレンズ４が所定のピッチで１列に並んで形成される。各レンズ４は、金型を用いたモールド成形等で、光を集光もしくはコリメート（平行光化）する凸レンズを、レンズアレイ５Ａと一体に形成することで構成される。なお、本例では、レンズ４は、所定の角度で放射される光をコリメートするように構成されている。

また、レンズアレイ５Ａは、他方の面である裏面に、光導波路７Ａとの位置合わせを行う嵌合用突起８が形成される。嵌合用突起８はガイド部材の一例で、円筒形状のガイド凸部をレンズアレイ５Ａと一体に形成することで構成される。本例では、２本の嵌合用突起８が、レンズアレイ５Ａの長手方向の両端側にそれぞれ形成される。

レンズアレイ５Ａは、本例では、ファイバアレイ３Ａの光ファイバ２のピッチ（約２５０μｍ）に比較して、大径のレンズ４が形成されている。これは、レンズ４を大径にすることで、光結合器１Ａを結合する際の結合トレランスが緩和されるためである。そこで、レンズ４の直径は、例えば５００μｍ前後とする。このため、レンズ４のピッチは、一例として約５００μｍとした。これにより、ファイバアレイ３Ａにおける光ファイバ２のピッチと、レンズアレイ５Ａにおけるレンズ４のピッチは異なっている。

光導波路７Ａは、ファイバアレイ３Ａの各光ファイバ２と、レンズアレイ５Ａの各レンズ４を光学的に結合するコア６Ａが形成された導波路フィルム９Ａと、導波路フィルム９Ａを支持する支持基板１０を備える。

導波路フィルム９Ａは、光ファイバ２及びレンズ４と同数のコア６Ａが、互いに分岐もしくは結合することなく所定のパターンで延在している。導波路フィルム９Ａは、例えばアクリル系有機溶剤等の感光性を有した高分子材料で作製され、各コア６Ａがクラッド１１で覆われた埋め込み型導波路である。ここで、コア６Ａは断面形状が四角形で、コア径は本例では４０×４０μｍとした。

導波路フィルム９Ａでは、コア６Ａとクラッド１１の比屈折率差を約１％として、コア６Ａの屈折率がクラッド１１の屈折率より若干大きくなるようにすることで、各コア６Ａに結合された光が、コア６Ａに閉じ込められて伝播される構成である。

支持基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）で作製された板状部材で、支持基板１０の表面に導波路フィルム９Ａが接着等によって実装されることで、導波路フィルム９Ａの形状を保持している。

導波路フィルム９Ａ及び支持基板１０が積層されて構成される光導波路７Ａは四角形状で、コア６Ａの延在方向における一方の端部に、レンズアレイ５Ａが接合されるレンズアレイ接合部１２Ａが形成される。また、光導波路７Ａは、コア６Ａの延在方向における他方の端部に、ファイバアレイ３Ａが接合されるファイバアレイ接合部１３Ａが形成される。

光導波路７Ａの各コア６Ａは、レンズアレイ接合部１２Ａ側はレンズアレイ５Ａの各レンズ４と結合されるため、レンズアレイ接合部１２Ａ側における各コア６Ａのピッチは、レンズ４のピッチと等しく構成される。本例では、レンズアレイ接合部１２Ａ側における各コア６Ａのピッチは、約５００μｍである。

また、光導波路７Ａの各コア６Ａは、ファイバアレイ接合部１３Ａ側はファイバアレイ３Ａの各光ファイバ２と結合されるため、ファイバアレイ接合部１３Ａ側における各コア６Ａのピッチは、光ファイバ２のピッチと等しく構成される。本例では、ファイバアレイ接合部１３Ａ側における各コア６Ａのピッチは、約２５０μｍである。

本例の光結合器１Ａでは、ファイバアレイ３Ａにおける光ファイバ２のピッチと、レンズアレイ５Ａにおけるレンズ４のピッチが上述したように異なり、レンズ４のピッチが光ファイバ２のピッチより広い。

このため、各コア６Ａは、ファイバアレイ接合部１３Ａ側からレンズアレイ接合部１２Ａに向かうに従って、徐々に間隔が広がるように曲線部分を有したＳ字型導波路である。

なお、各コア６Ａは、曲線部分での損失を抑えるため、曲率半径は例えば１０ｍｍ以上となるように構成され、損失が大きくなるような半径が小さい曲線部分や、角度がきつい折り曲げ部分が光路中に存在しない滑らかな曲線で繋がった形状である。

光導波路７Ａは、レンズアレイ接合部１２Ａ側の端部の導波路フィルム９Ａに、各コア６Ａの一方の端面がレンズ４と同じピッチで露出すると共に、レンズアレイ５Ａとの位置合わせを行う嵌合溝１４が形成される。

嵌合溝１４はガイド部材の一例で、レンズアレイ５Ａに形成された嵌合用突起８が所定の精度で挿入される寸法の幅及び奥行き等を有した角柱形状のガイド凹部が、嵌合用突起８の配置に合わせて導波路フィルム９Ａに形成されることで構成される。なお、嵌合溝１４は、導波路フィルム９Ａの作製工程で、例えばフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

光結合器１Ａは、光導波路７Ａの嵌合溝１４にレンズアレイ５Ａの嵌合用突起８を挿入して、光導波路７Ａとレンズアレイ５Ａを接着固定している。

そして、光導波路７Ａは、嵌合溝１４にレンズアレイ５Ａの嵌合用突起８が挿入されると、導波路フィルム９Ａの各コア６Ａと、レンズアレイ５Ａの対応するレンズ４の光軸が合うように、嵌合溝１４の形成位置等が設定される。

従って、レンズアレイ５Ａと光導波路７Ａは、レンズアレイ５Ａの嵌合用突起８が光導波路７Ａの嵌合溝１４に挿入されると、導波路フィルム９Ａの各コア６Ａと、レンズアレイ５Ａの対応するレンズ４が、それぞれ光軸が一致するように位置調芯される構成となっており、レンズアレイ５Ａと光導波路７Ａとの結合を、光を伝播させながら損失が最小となる結合位置を決めるアクティブアライメントではなく、機械的な位置決め精度によるパッシブアライメントで行うことが可能となっている。

光導波路７Ａは、ファイバアレイ接合部１３Ａ側の端部の導波路フィルム９Ａに、光ファイバ２が挿入されるファイバガイド溝１５が形成される。各ファイバガイド溝１５は断面形状が四角形で、それぞれ対応するコア６Ａと繋がり、各ファイバガイド溝１５の先端には、コア６Ａの他方の端面が露出している。

また、各ファイバガイド溝１５は、直線状に延在して、導波路フィルム９Ａにおいてファイバアレイ接合部１３Ａ側の端部に到達して開口している。なお、ファイバガイド溝１５は、導波路フィルム９Ａの作製工程で、例えばフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

ファイバガイド溝１５の幅及び深さは、光ファイバ２の直径と略同等に構成される。ファイバガイド溝１５の幅は、本例では光ファイバ２の直径より若干大きく約１２８μｍとした。また、ファイバガイド溝１５の奥行き方向の長さは、本例では約２０００μｍとした。なお、ファイバガイド溝１５の深さは、光ファイバ２の直径より若干浅く構成した。

これにより、光導波路７Ａは、導波路フィルム９Ａのファイバガイド溝１５に光ファイバ２が挿入されると、光ファイバ２の外周面とファイバガイド溝１５の内壁面との間にはほとんど隙間が形成されず、光ファイバ２の径方向の移動が規制される。

光結合器１Ａは、光導波路７Ａのファイバガイド溝１５に光ファイバ２を挿入して、光導波路７Ａと光ファイバ２を接着固定している。

そして、光導波路７Ａは、ファイバガイド溝１５に光ファイバ２が挿入されると、導波路フィルム９Ａのコア６Ａと、光ファイバ２のコア２ａの光軸が合うように、ファイバガイド溝１５の形成位置等が設定される。

従って、ファイバアレイ３Ａと光導波路７Ａは、光ファイバ２がファイバガイド溝１５に挿入されると、光ファイバ２のコア２ａが、導波路フィルム９Ａのコア６Ａに対して光軸が一致するように位置調芯される構成となっており、ファイバアレイ３Ａと光導波路７Ａとの結合も、パッシブアライメントで行うことが可能となっている。

ここで、ファイバガイド溝１５のピッチは、ファイバアレイ接合部１３Ａ側における各コア６Ａのピッチと等しく構成され、本例では約２５０μｍである。これにより、各光ファイバ２に曲線部分を形成することなく、ファイバアレイ３Ａと光導波路７Ａを接合することが可能である。

＜第１の実施の形態の光結合器の動作例＞
光結合器１Ａは、図示しない送信装置から出力され、各光ファイバ２のコア２ａを伝播される光信号が、光ファイバ２の端面から出射して、光導波路７Ａのファイバガイド溝１５に露出したコア６Ａの端面から入射する。

コア６Ａに入射した光信号は、コア６Ａを伝播され、光導波路７Ａのレンズアレイ接合部１２Ａに露出したコア６Ａの端面から出射して、レンズアレイ５Ａの対応するレンズ４に入射する。所定の放射角でコア６Ａから出射した光信号は、レンズ４を通ることで平行光となって、光結合器１Ａから出射する。

一方、光結合器１Ａのレンズ４から入射した光信号は、光導波路７Ａのレンズアレイ接合部１２Ａに露出したコア６Ａの端面に集光し、コア６Ａに入射する。コア６Ａに入射した光信号は、コア６Ａを伝播され、ファイバガイド溝１５に露出したコア６Ａの端面から出射して、光ファイバ２に入射する。光ファイバ２に入射した光信号は、光ファイバ２のコア２ａを伝播されて、図示しない受信装置に入力される。

＜第１の実施の形態の光結合器の効果例＞
第１の実施の形態の光結合器１Ａでは、ファイバアレイ３Ａとレンズアレイ５Ａを光導波路７Ａを介して結合すると共に、光導波路７Ａにおいて、コア６Ａの間隔をファイバアレイ３Ａと結合される側とレンズアレイ５Ａと結合される側で変えることで、例えば汎用のリボンファイバ等、光ファイバのピッチが予め決まっている多芯ファイバと、ファイバピッチと異なるピッチでレンズが配置されたレンズアレイとを、光ファイバを曲げる等の作業を伴うことなく、一括で実装することが可能となる。

これにより、ファイバアレイ３Ａにおけるファイバピッチと、レンズアレイ５Ａにおけるレンズピッチを統一する必要が無くなるため、レンズ設計の制約が少なくなり、径の大きなレンズや、より性能の高いレンズを使用することができる。

なお、コア６Ａの間隔を広げたり、狭くするために、コア６Ａを急激に曲げたり、曲率半径の小さな曲線部分がつながるような形状とすると、損失が大きくなる。そこで、コア６Ａを、損失を抑えることができるような曲率半径を有した滑らかな曲線部分で繋がった形状とすることで、コア６Ａのピッチを変えることに伴う損失の発生を抑えることができる。

また、光導波路７Ａにファイバガイド溝１５を形成し、ファイバガイド溝１５に光ファイバ２が挿入されると、光ファイバ２と光導波路７Ａのコア６Ａが光学的に結合されるようにしたので、ファイバアレイ３Ａと光導波路７Ａの結合をパッシブアライメントで行うことが可能となる。これにより、ファイバアレイ３Ａの実装が簡易かつ短時間で行うことができることから、実装コストの低コスト化を図ることができる。

更に、光導波路７Ａにレンズアレイ５Ａとの位置合わせを行う嵌合溝１４を形成し、嵌合溝１４にレンズアレイ５Ａの嵌合用突起８が挿入されると、レンズアレイ５Ａのレンズ４と光導波路７Ａのコア６Ａが光学的に結合されるようにしたので、レンズアレイ５Ａと光導波路７Ａの結合をパッシブアライメントで行うことが可能となる。これにより、レンズアレイ５Ａと光導波路７Ａの実装が簡易かつ短時間で行うことができることから、実装コストの低コスト化を図ることができる。

また、光導波路７Ａを構成する導波路フィルム９Ａを、感光性を有した高分子材料で作製することで、溝等の形成が容易に行え、ファイバガイド溝１５や嵌合溝１４を、露光と現像のみのフォトリソグラフィプロセスによって形成が可能となる。これにより、溝形成に際してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やウエットエッチング等の作業が不要となり、短時間かつ低コストでファイバガイド溝１５等の形成が可能となる。

なお、光結合器１Ａでは、結合する光ファイバ２及びレンズ４の数は４チャンネルとしたが、２チャンネル以上の任意の多チャンネルの光結合器に適用可能である。

＜第２の実施の形態の光結合器の構成例＞
図３及び図４は第２の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図で、図３（ａ）は第２の実施の形態の光結合器１Ｂの平面図、図３（ｂ）は光結合器１Ｂの側面図、図４は光結合器１Ｂの斜視図である。

第２の実施の形態の光結合器１Ｂは、複数本の光ファイバ２を並べて構成されるファイバアレイ３Ｂと、光ファイバ２の本数と異なる数のレンズ４が形成されたレンズアレイ５Ｂを備えると共に、異なる数の光ファイバ２とレンズ４を光学的に結合させる分岐または結合した光路を構成するコア６Ｂが形成された光導波路７Ｂを備える。

ファイバアレイ３Ｂは光伝播部材の一例で、光伝播経路を構成する複数本の光ファイバ２（ファイバ素線）を、アレイ状に並べて被覆したリボンファイバであり、リボンファイバの先端部分の被覆を剥がす等によって、個々の光ファイバ２を露出させている。ファイバアレイ３Ｂは、本例では、光ファイバ２としてマルチモード光ファイバが用いられる。また、ファイバアレイ３Ｂは、本例では２本の光ファイバ２を備える。

レンズアレイ５Ｂはレンズ部材の一例で、所望の波長の光を透過する例えば樹脂材料で構成される透明な板状部材の一方の面である前面に、本例では光ファイバ２の本数より多い数のレンズ４が所定のピッチで１列に並んで形成される。各レンズ４は、金型を用いたモールド成形等で、光を集光もしくはコリメート（平行光化）する凸レンズを、レンズアレイ５Ｂと一体に形成することで構成される。なお、本例では、レンズ４は、所定の角度で放射される光をコリメートするように構成されている。

また、レンズアレイ５Ｂは、他方の面である裏面に、光導波路７Ｂとの位置合わせを行う嵌合用突起８が形成される。嵌合用突起８はガイド部材の一例で、円筒形状のガイド凸部をレンズアレイ５Ｂと一体に形成することで構成される。本例では、２本の嵌合用突起８が、レンズアレイ５Ｂの長手方向の両端側にそれぞれ形成される。

光導波路７Ｂは、ファイバアレイ３Ｂの各光ファイバ２と、レンズアレイ５Ｂの各レンズ４を光学的に結合するコア６Ｂが形成された導波路フィルム９Ｂと、導波路フィルム９Ｂを支持する支持基板１０を備える。

導波路フィルム９Ｂは、１本の光路を２本に分岐する分岐・結合部１６を有したＹ字形状のコア６Ｂが延在している。導波路フィルム９Ｂは、例えばアクリル系有機溶剤等の感光性を有した高分子材料で作製され、各コア６Ｂがクラッド１１で覆われた埋め込み型導波路である。ここで、コア６Ｂは断面形状が四角形で、コア径は本例では４０×４０μｍとした。

導波路フィルム９Ｂでは、コア６Ｂとクラッド１１の比屈折率差を約１％として、コア６Ｂの屈折率がクラッド１１の屈折率より若干大きくなるようにすることで、各コア６Ｂに結合された光が、コア６Ｂに閉じ込められて伝播される構成である。

支持基板１０は、例えばシリコンで作製された板状部材で、支持基板１０の表面に導波路フィルム９Ｂが接着等によって実装されることで、導波路フィルム９Ｂの形状を保持している。

導波路フィルム９Ｂ及び支持基板１０が積層されて構成される光導波路７Ｂは四角形状で、コア６Ｂの延在方向における一方の端部に、レンズアレイ５Ｂが接合されるレンズアレイ接合部１２Ｂが形成される。また、光導波路７Ｂは、コア６Ｂの延在方向における他方の端部に、ファイバアレイ３Ｂが接合されるファイバアレイ接合部１３Ｂが形成される。

光導波路７Ｂの各コア６Ｂは、レンズアレイ接合部１２Ｂ側はレンズアレイ５Ｂの各レンズ４と結合されるため、レンズアレイ接合部１２Ｂ側における各コア６Ｂのピッチは、レンズ４のピッチと等しく構成される。

また、光導波路７Ｂの各コア６Ｂは、ファイバアレイ接合部１３Ｂ側はファイバアレイ３Ｂの各光ファイバ２と結合されるため、ファイバアレイ接合部１３Ｂ側における各コア６Ｂのピッチは、光ファイバ２のピッチと等しく構成される。

本例の光結合器１Ｂでは、ファイバアレイ３Ｂにおける光ファイバ２の本数と、レンズアレイ５Ｂにおけるレンズ４の数が上述したように異なり、例えば、１本の光ファイバ２に対して、２個のレンズ４を対応させた構成である。

このため、各コア６Ｂは、ファイバアレイ接合部１３Ｂ側では１本のコアを、分岐・結合部１６でＹ字形状に２本に分岐し、レンズアレイ接合部１２Ｂ側ではレンズ４のピッチに合わせるように、徐々に間隔を広げた曲線部分を有した分岐導波路である。

なお、各コア６Ｂは、曲線部分での損失を抑えるため、曲線部分の曲率半径は例えば１０ｍｍ以上となるように構成され、損失が大きくなるような半径が小さい曲線部分や、角度がきつい折り曲げ部分が光路中に存在しない滑らかな曲線で繋がった形状である。

光導波路７Ｂは、レンズアレイ接合部１２Ｂ側の端部の導波路フィルム９Ｂに、各コア６Ｂの一方の端面がレンズ４と同じピッチで露出すると共に、レンズアレイ５Ｂとの位置合わせを行う嵌合溝１４が形成される。

嵌合溝１４はガイド部材の一例で、レンズアレイ５Ｂに形成された嵌合用突起８が所定の精度で挿入される寸法の幅及び奥行き等を有した角柱形状のガイド凹部が、嵌合用突起８の配置に合わせて導波路フィルム９Ｂに形成されることで構成される。なお、嵌合溝１４は、導波路フィルム９Ｂの作製工程で、例えばフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

光結合器１Ｂは、光導波路７Ｂの嵌合溝１４にレンズアレイ５Ｂの嵌合用突起８を挿入して、光導波路７Ｂとレンズアレイ５Ｂを接着固定している。

そして、光導波路７Ｂは、嵌合溝１４にレンズアレイ５Ｂの嵌合用突起８が挿入されると、導波路フィルム９Ｂの各コア６Ｂと、レンズアレイ５Ｂの対応するレンズ４の光軸が合うように、嵌合溝１４の形成位置等が設定される。

従って、レンズアレイ５Ｂと光導波路７Ｂは、レンズアレイ５Ｂの嵌合用突起８が光導波路７Ｂの嵌合溝１４に挿入されると、導波路フィルム９Ｂの各コア６Ｂと、レンズアレイ５Ｂの対応するレンズ４が、それぞれ光軸が一致するように位置調芯される構成となっており、レンズアレイ５Ｂと光導波路７Ｂとの結合を、パッシブアライメントで行うことが可能となっている。

光導波路７Ｂは、ファイバアレイ接合部１３Ｂ側の端部の導波路フィルム９Ｂに、光ファイバ２が挿入されるファイバガイド溝１５が形成される。各ファイバガイド溝１５は断面形状が四角形で、それぞれ対応するコア６Ｂと繋がり、各ファイバガイド溝１５の先端には、コア６Ｂの他方の端面が露出している。

また、各ファイバガイド溝１５は、直線状に延在して、導波路フィルム９Ｂにおいてファイバアレイ接合部１３Ｂ側の端部に到達して開口している。なお、ファイバガイド溝１５は、導波路フィルム９Ｂの作製工程で、例えばフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

ファイバガイド溝１５の幅及び深さは、光ファイバ２の直径と略同等に構成される。ファイバガイド溝１５の幅は、本例では光ファイバ２の直径より若干大きく約１２８μｍとした。また、ファイバガイド溝１５の奥行き方向の長さは、本例では約２０００μｍとした。なお、ファイバガイド溝１５の深さは、光ファイバ２の直径より若干浅く構成した。

これにより、光導波路７Ｂは、導波路フィルム９Ｂのファイバガイド溝１５に光ファイバ２が挿入されると、光ファイバ２の外周面とファイバガイド溝１５の内壁面との間にはほとんど隙間が形成されず、光ファイバ２の径方向の移動が規制される。

光結合器１Ｂは、光導波路７Ｂのファイバガイド溝１５に光ファイバ２を挿入して、光導波路７Ｂと光ファイバ２を接着固定している。

そして、光導波路７Ｂは、ファイバガイド溝１５に光ファイバ２が挿入されると、導波路フィルム９Ｂのコア６Ｂと、光ファイバ２のコア２ａの光軸が合うように、ファイバガイド溝１５の形成位置等が設定される。

従って、ファイバアレイ３Ｂと光導波路７Ｂは、光ファイバ２がファイバガイド溝１５に挿入されると、光ファイバ２のコア２ａが、導波路フィルム９Ｂのコア６Ｂに対して光軸が一致するように位置調芯される構成となっており、ファイバアレイ３Ｂと光導波路７Ｂとの結合も、パッシブアライメントで行うことが可能となっている。

ここで、ファイバガイド溝１５のピッチは、ファイバアレイ接合部１３Ｂ側における各コア６Ｂのピッチと等しく構成される。これにより、各光ファイバ２に曲線部分を形成することなく、ファイバアレイ３Ｂと光導波路７Ｂを接合することが可能である。

＜第２の実施の形態の光結合器の動作例＞
光結合器１Ｂは、図示しない送信装置から出力され、各光ファイバ２のコア２ａを伝播される光信号が、光ファイバ２の端面から出射して、光導波路７Ｂのファイバガイド溝１５に露出したコア６Ｂの端面から入射する。

コア６Ｂに入射した光信号は、分岐・結合部１６で分岐され、分岐されたそれぞれのコア６Ｂを伝播されて、光導波路７Ｂのレンズアレイ接合部１２Ｂに露出した各コア６Ｂの端面から出射し、レンズアレイ５Ｂの対応するレンズ４に入射する。所定の放射角でコア６Ｂから出射した光信号は、レンズ４を通ることで平行光となって、光結合器１Ｂから出射する。

一方、光結合器１Ｂのレンズ４から入射した光信号は、光導波路７Ｂのレンズアレイ接合部１２Ｂに露出したコア６Ｂの端面に集光し、コア６Ｂに入射する。各コア６Ｂに入射した光信号は、分岐・結合部１６で結合され、コア６Ｂを伝播されて、ファイバガイド溝１５に露出したコア６Ｂの端面から出射し、光ファイバ２に入射する。光ファイバ２に入射した光信号は、光ファイバ２のコア２ａを伝播されて、図示しない受信装置に入力される。

＜第２の実施の形態の光結合器の効果例＞
第２の実施の形態の光結合器１Ｂでは、ファイバアレイ３Ｂとレンズアレイ５Ｂを結合する光導波路７Ｂにおいて、１本のコアを２本以上に分岐あるいは２本以上のコアを１本に結合する分岐・結合部１６を有したコア６Ｂを備えて、光ファイバ２とレンズ４を結合することで、光信号の分岐あるいは結合といった高機能化を図ることができる。

例えば、分岐・結合部１６を有したコア６Ｂの分岐される手前側に光ファイバ２を結合し、分岐された側にレンズ４を結合すると、光ファイバ２を伝播された光信号を、分岐後のコア６Ｂの本数に応じて分岐して、それぞれレンズ４から出射することができる。また、各レンズ４から入射した光信号を結合して、光ファイバ２へ伝播することができる。

なお、図示しないが、分岐・結合部を有したコアの分岐される手前側にレンズを結合し、分岐された側に光ファイバを結合する構成とすれば、レンズから入射した光信号を、分岐後のコアの本数に応じて分岐して、それぞれ光ファイバへ伝播することができる。また、各光ファイバを伝播された光信号を結合して、レンズから出射することができる。

なお、第２の実施の形態の光結合器１Ｂでも、レンズアレイ５Ｂにおけるレンズ４のピッチは、光導波路７Ｂのコア６Ｂの形状によって任意に設定可能である。よって、レンズ設計の制約が少なく、光結合器１Ｂを結合する際の結合トレランスを緩和させるために、大径のレンズを備えること等が可能である。

なお、光結合器１Ｂでは、２チャンネルの光ファイバ２と４チャンネルのレンズ４を結合する構成としたが、任意のｍチャンネルの光ファイバ２とｎチャンネルのレンズ４を結合する光結合器に適用可能である。

＜第１の実施の形態の光コネクタの構成例＞
図５及び図６は第１の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図で、図５は第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａの平面図、図６は光コネクタ２１Ａの斜視図である。

第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａは、図１及び図２で説明した第１の実施の形態の光結合器１Ａ同士、図３及び図４で説明した第２の実施の形態の光結合器１Ｂ同士、あるいは、光結合器１Ａと光結合器１Ｂを結合させるものである。なお、以下の実施の形態では、光結合器１Ａと光結合器１Ｂを結合させる構成を例に説明する。

第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａは、光結合器１Ａと、光結合器１Ｂと、光結合器１Ａと光結合器１Ｂとの位置合わせを行う位置合わせ部材としての嵌合ピン２２を備える。

光結合器１Ａは、図１等で説明したように、複数本の光ファイバ２を並べて構成されるファイバアレイ３Ａと、光ファイバ２と同数のレンズ４が形成されたレンズアレイ５Ａが、光導波路７Ａを介して結合される。

光導波路７Ａは、光ファイバ２とレンズ４との間をそれぞれ結合する複数のコア６Ａの間隔が、ファイバアレイ３Ａと結合される側とレンズアレイ５Ａと結合される側で変えられており、光結合器１Ａは、ファイバピッチの制約を受けずに、例えば大径のレンズ４を備えている。

光結合器１Ｂは、図３等で説明したように、複数本の光ファイバ２を並べて構成されるファイバアレイ３Ｂと、光ファイバ２の本数と異なる数のレンズ４が形成されたレンズアレイ５Ｂが、光導波路７Ｂを介して結合される。

光導波路７Ｂは、１本のコアが２本以上に分岐あるいは２本以上のコアを１本に結合する分岐・結合部１６を有したコア６Ｂを備えて、１本の光ファイバ２と複数のレンズ４あるいは１個のレンズ４と複数本の光ファイバ２を結合することで、光信号の分岐あるいは結合が行われる。

なお、光結合器１Ａにおけるレンズアレイ５Ａのレンズ４の数及びピッチと、光結合器１Ｂにおけるレンズアレイ５Ｂのレンズ４の数及びピッチは等しく構成されている。

光結合器１Ａは、嵌合ピン２２が挿入されるガイド穴２３Ａが形成される。また、光結合器１Ｂは、嵌合ピン２２が挿入されるガイド穴２３Ｂが形成される。

光結合器１Ａのガイド穴２３Ａに嵌合ピン２２の一端側が挿入され、光結合器１Ｂのガイド穴２３Ｂに嵌合ピン２２の他端側が挿入されると、光結合器１Ａのレンズアレイ５Ａの各レンズ４と、光結合器１Ｂのレンズアレイ５Ｂの各レンズ４が対向して、それぞれ光軸が合うように構成されており、光結合器１Ａと光結合器１Ｂを着脱自在とした光コネクタ２１Ａが構成される。

なお、光コネクタ２１Ａは、嵌合ピン２２が光結合器１Ａあるいは光結合器１Ｂの何れか一方に固定される構成でも良いし、図示しないスリーブに嵌合ピン２２を備えて、スリーブを介して光結合器１Ａと光結合器１Ｂを結合する構成としても良い。

＜第１の実施の形態の光コネクタの動作例＞
光コネクタ２１Ａは、嵌合ピン２２の一端側に光結合器１Ａのガイド穴２３Ａが挿入され、嵌合ピン２２の他端側に光結合器１Ｂのガイド穴２３Ｂが挿入されると、光結合器１Ａのレンズアレイ５Ａの各レンズ４と、光結合器１Ｂのレンズアレイ５Ｂの各レンズ４が対向して、光結合器１Ａと光結合器１Ｂが光学的に結合される。

例えば、図示しない送信装置から出力され、光結合器１Ａに結合されたファイバアレイ３Ａの各光ファイバ２を伝播される光信号は、光ファイバ２の端面から出射して、光導波路７Ａのファイバガイド溝１５に露出したコア６Ａの端面から入射する。

コア６Ａに入射した光信号は、コア６Ａを伝播され、光導波路７Ａのレンズアレイ接合部１２Ａに露出したコア６Ａの端面から出射して、レンズアレイ５Ａの対応するレンズ４に入射する。所定の放射角でコア６Ａから出射した光信号は、レンズ４を通ることで平行光となって、光結合器１Ａから出射する。

光結合器１Ａの各レンズ４から出射した光信号は、光結合器１Ｂの対向するレンズ４に入射する。

光結合器１Ｂの各レンズ４から入射した光信号は、光導波路７Ｂのレンズアレイ接合部１２Ｂに露出したコア６Ｂの端面に集光し、コア６Ｂに入射する。各コア６Ｂに入射した光信号は、分岐・結合部１６で結合され、コア６Ｂを伝播されて、ファイバガイド溝１５に露出したコア６Ｂの端面から出射し、光ファイバ２に入射する。光ファイバ２に入射した光信号は、光ファイバ２のコア２ａを伝播されて、図示しない受信装置に入力される。

これに対して、例えば、図示しない送信装置から出力され、光結合器１Ｂに結合されたファイバアレイ３Ｂの各光ファイバ２を伝播される光信号は、光ファイバ２の端面から出射して、光導波路７Ｂのファイバガイド溝１５に露出したコア６Ｂの端面から入射する。

コア６Ｂに入射した光信号は、分岐・結合部１６で分岐され、分岐されたそれぞれのコア６Ｂを伝播されて、光導波路７Ｂのレンズアレイ接合部１２Ｂに露出した各コア６Ｂの端面から出射し、レンズアレイ５Ｂの対応するレンズ４に入射する。所定の放射角でコア６Ｂから出射した光信号は、レンズ４を通ることで平行光となって、光結合器１Ｂから出射する。

光結合器１Ｂの各レンズ４から出射した光信号は、光結合器１Ａの対向するレンズ４に入射する。

光結合器１Ａのレンズ４から入射した光信号は、光導波路７Ａのレンズアレイ接合部１２Ａに露出したコア６Ａの端面に集光し、コア６Ａに入射する。コア６Ａに入射した光信号は、コア６Ａを伝播され、ファイバガイド溝１５に露出したコア６Ａの端面から出射して、光ファイバ２に入射する。光ファイバ２に入射した光信号は、光ファイバ２のコア２ａを伝播されて、図示しない受信装置に入力される。

＜第１の実施の形態の光コネクタの効果例＞
第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａでは、ファイバアレイとレンズアレイを光導波路を介して結合した光結合器として、コア６Ａの間隔を変えた光導波路７Ａを備えて、簡単な構成で例えば大径のレンズ４を結合できるようにした光結合器１Ａや、分岐・結合部１６を有したコア６Ｂが形成された光導波路６Ｂを備えて、光信号の分岐や結合を行えるようにした光結合器１Ｂを、着脱自在に結合することができる。

これにより、結合トレランスが緩和されることで、各部品に要求される精度が緩和された低コストな光コネクタを提供できる。また、光信号の分岐や結合等が行える高機能な光コネクタを、簡単な構成で低コストに提供できる。

本発明は、家庭等で光ファイバを利用した光通信システムを構築する際に使用される光コネクタ等に適用される。

第１の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。 第１の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ・・・光結合器、２・・・光ファイバ、３Ａ，３Ｂ・・・ファイバアレイ、４・・・レンズ、５Ａ，５Ｂ・・・レンズアレイ、６Ａ，６Ｂ・・・コア、７Ａ，７Ｂ・・・光導波路、８・・・嵌合用突起、９Ａ，９Ｂ・・・導波路フィルム、１０・・・支持基板、１１・・・クラッド、１２Ａ，１２Ｂ・・・レンズアレイ接合部、１３Ａ，１３Ｂ・・・ファイバアレイ接合部、１４・・・嵌合溝、１５・・・ファイバガイド溝、１６・・・分岐・結合部、２１Ａ・・・光コネクタ、２２・・・嵌合ピン、２３Ａ，２３Ｂ・・・ガイド穴

Claims (9)

1. 少なくとも１個のレンズが形成されたレンズ部材と、
   光信号が伝播される少なくとも１本の光伝播経路が形成された光伝播部材と、
   一端に前記レンズ部材が接合されると共に、他端に前記光伝播部材が接合され、前記レンズと前記光伝播経路との間を光学的に結合して、光信号を伝播するコアが、前記レンズと前記光伝播経路の数及び配置に応じたパターンで形成された光導波路と
   を備えたことを特徴とする光結合器。
2. 前記光伝播部材は、複数本の前記光伝播経路が形成されると共に、前記レンズ部材は、前記光伝播経路と同数の前記レンズが、前記光伝播経路のピッチと異なるピッチで形成され、
   前記光導波路は、前記各レンズと前記各光伝播経路を結合する複数本の前記コアが形成され、前記各コアは、曲げによる損失を抑える曲率で構成される曲線部分を有して間隔が変えられて、前記光伝播部材と接合される側の前記各コアのピッチは、前記光伝播経路のピッチと同等に構成されると共に、前記レンズ部材と接合される側の前記各コアのピッチは、前記レンズのピッチと同等に構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
3. 前記光導波路は、前記コアを２本以上に分岐あるいは２本以上の前記コアを結合する分岐・結合部を有して、少なくとも１本の前記光伝播経路と２個以上の前記レンズとの間あるいは少なくとも１個の前記レンズと２本以上の前記光伝播経路との間を、前記コアで結合した
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
4. 前記光伝播部材は、前記光伝播経路として光ファイバを備え、
   前記光導波路は、前記光ファイバが挿入され、この光ファイバを前記コアに対して位置合わせして結合させるファイバガイド溝を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
5. 前記レンズ部材及び前記光導波路に形成され、前記レンズと前記コアが結合される位置に合わせて、前記レンズ部材と前記光導波路とを接合するガイド部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
6. 前記光導波路は、前記コアがクラッドで覆われて構成される導波路フィルム及び前記導波路フィルムを支持する支持基板を備え、
   前記導波路フィルムは、感光性を有した高分子材料で作製される
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
7. 前記光伝播部材は、前記光伝播経路として光ファイバを備え、
   前記光導波路は、前記光ファイバが挿入され、この光ファイバを前記コアに対して位置合わせして結合させるファイバガイド溝を前記導波路フィルムに備え、
   前記ファイバガイド溝は、フォトリソグラフィプロセスで作製される
   ことを特徴とする請求項６記載の光結合器。
8. 前記レンズ部材及び前記光導波路に形成され、前記レンズと前記コアが結合される位置に合わせて、前記レンズ部材と前記光導波路とを接合するガイド部材を備え、
   前記ガイド部材は、前記レンズ部材に形成されたガイド凸部と、前記光導波路の前記導波路フィルムに形成され、前記ガイド凸部が挿入されるガイド凹部を備え、
   前記ガイド凹部は、フォトリソグラフィプロセスで作製される
   ことを特徴とする請求項６記載の光結合器。
9. 光信号が伝播される光伝播経路とレンズとを光学的に結合させた光結合器と、
   一対の前記光結合器を対向させて位置合わせを行い、前記光結合器同士を着脱自在とした位置合わせ部材を備えた光コネクタであって、
   前記光結合器は、
   少なくとも１個の前記レンズが形成されたレンズ部材と、
   少なくとも１本の前記光伝播経路が形成された光伝播部材と、
   一端に前記レンズ部材が接合されると共に、他端に前記光伝播部材が接合され、前記レンズと前記光伝播経路との間を光学的に結合して、光信号を伝播するコアが、前記レンズと前記光伝播経路の数及び配置に応じたパターンで形成された光導波路とを備えた
   ことを特徴とする光コネクタ。

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