JP2014232261A - 光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型の光レセプタクルを樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置および光ファイバをそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合することができる光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールを提供する。
【解決手段】光ファイバ１５の端部を挿入して取り付けるための筒状の光ファイバ取付部５と、受光素子１０を有する光電変換装置８を挿入するとともに環状の接着間隙１９内に介装させた接着剤をもって取り付けるための内周面を備えている筒状の光電変換装置取付部３と、光ファイバ１５の端部と受光素子１０とを光学的に結合するためのレンズ２１とを備えた光レセプタクル２０であって、レンズ２１は、受光素子１０に対面する第二面２１ｂが凸面を備えたフレネルレンズ２１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールに係り、特に、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合するのに好適な光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールに関する。

従来から、光ファイバを用いた光通信には、光レセプタクルと称される光モジュール部品が用いられており、この光レセプタクルは、筒状のフェルール内に保持された光ファイバの端部がフェルールとともに挿入されて固定され、かつ、光電変換素子を有する光電変換装置が取り付けられるようになっている。そして、このようにして光電変換装置および光ファイバが組み付けられた光レセプタクルは、光電変換素子と光ファイバの端部とを光学的に結合するようになっていた。

ここで、図６は、この種の光レセプタクル１の一例を示したものである（例えば、特許文献１、図４参照）。この光レセプタクル１は、例えば、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）またはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の透光性の樹脂材料を射出成形することによって一体的に形成されている。

図６に示すように、光レセプタクル１は、長手方向におけるほぼ中央位置に、レンズ２を有しており、このレンズ２は、これの光軸ＯＡ方向における光の上流側（図６における上方）の第一面２ａが平面とされ、光の下流側（図６における下方）の第二面２ｂが凸面とされた平凸レンズに形成されている。

また、図６に示すように、光レセプタクル１は、レンズ２の径方向における外側位置から光軸ＯＡ方向における下流側（図６における下方）に向かって延在された光電変換装置取付部３を有している。この光電変換装置取付部３は、内周面が光軸ＯＡと同心の円筒形状とされた筒状に形成されている。ただし、図６に示すように、光電変換装置取付部３には、光電変換装置を接着剤（熱硬化性樹脂等）を用いて光電変換装置取付部３に固定する際に接着剤から発生したガスを外部に逃がすための貫通孔４が穿設されている。

さらに、図６に示すように、光レセプタクル１は、レンズ２の径方向における外側位置から光軸ＯＡ方向における光電変換装置取付部３と反対の方向に向かって延在された光ファイバ取付部５を有している。この光ファイバ取付部５は、内周面が光軸ＯＡと同心の略円筒形状とされた筒状に形成されている。

次に、図７は、このような光レセプタクル１を備えた光モジュールの一例として、受信用の光モジュール７を示したものである。

すなわち、図７に示すように、光モジュール７は、光レセプタクル１の光電変換装置取付部３に、光受信機能を備えたＣＡＮパッケージ型の光電変換装置８が接着剤１８をもって取り付けられている。より具体的には、図７に示すように、光電変換装置８は、円板状のステム９と、これに搭載されたフォトディテクタ（ＰＤ）等の受光素子１０と、この受光素子１０を覆うように配置された頂部に窓部を有するキャップ１１と、受光素子１０の受光結果（光電変換）に応じた電気信号が流れるリード１２とによって構成されている。

また、図７に示すように、光モジュール７は、光ファイバ取付部５に、光ファイバ１５が、これを保持するフェルール１７とともに着脱可能に取り付けられている。

このような受信用の光モジュール７においては、送信側のデバイス（半導体レーザＬＤ等）から送信された送信情報を含む光が、光ファイバ１５を介して伝送されて、光ファイバ１５の端部（端面）１５ａからレンズ２に向けて出射される。そして、このレンズ２に向けて出射された光は、レンズ２において収束されて光電変換装置８に向けて出射された後に、光電変換装置８の受光素子１０によって受光される。このようにして、光ファイバ１５の端部１５ａと受光素子１０とが光学的に結合される。

この光モジュール７においては、光ファイバ取付部５に対して、フェルール１７とともに光ファイバ１５が頻繁に着脱して利用されている。

特開２００９−２５８３６５号公報

このように形成されている光レセプタクル１においては、全体構成の高精度化および小型化が要請されている。

しかしながら、光レセプタクル１の大きさは全長が約３ｍｍで、外直径が約２ｍｍ程度の小型なものであるために、樹脂回り良く高精度に成形したり、光電変換装置８および光ファイバ１５をそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けるには困難性があった。

さらに説明すると、光レセプタクル１の光電変換装置取付部３への光電変換装置８の取付は、光電変換装置取付部３の内周面と光電変換装置８のキャップ１１の外周面との間の両者が重複している軸長Ｌ２の円筒状の接着間隙１９内に接着剤１８を介装させて行っている。ところが、レンズ２の第２面２ｂが凸面であるために下流側に出光した光が集光する位置までの焦点距離Ｆ２が長いために、光電変換装置８の受光素子１０を当該焦点距離Ｆ２の位置に合わせて設置すると、接着間隙１９の軸長Ｌ２が物理的に短くなり、当該軸長Ｌ２を長くして光電変換装置取付部３に対する光電変換装置８の取付強度を高くすることができないという不都合があった。

また、光レセプタクル１においては、光ファイバ取付部５とフェルール１７とが所定の耐久性と嵌め合い性をもって着脱自在に形成されているが、着脱操作数の増加に伴って両者の接合面が次第に摩耗して行き、光ファイバ１５およびフェルール１７の光軸が、これらより下流側の光ファイバ取付部５、レンズ２および光電変換装置８の光軸に対して傾斜するいわゆるウイグルが発生してしまう。

このウイグルが発生すると、レンズ２の光軸に対して光ファイバ１５の光軸が傾斜して、光ファイバ１５の端面１５ａから出射した光は、光軸上の光と光軸から小さく拡散する光はレンズ２の集光特性によって受光素子１０の光軸上の中心部に集光されるが、光軸から大きく拡散する光は平凸状に形成されているレンズ２の集光特性をもってしても受光素子１０の光軸上の中心部に集光されない状態となり、結合効率が悪くなり、ひいては光情報の伝達効率が低下するという不都合があった。

また、小型の光レセプタクル１において、平凸状のレンズ２を樹脂回り良く高精度に歩留まり良く樹脂成形することが困難であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小型の光レセプタクルを樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置および光ファイバをそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合することができる光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の第１の態様の光レセプタクルは、光ファイバの端部を挿入して取り付けるための筒状の光ファイバ取付部と、受光素子を有する光電変換装置を挿入するとともに環状の接着間隙内に介装させた接着剤をもって取り付けるための内周面を備えている筒状の光電変換装置取付部と、 前記光ファイバの端部と前記受光素子とを光学的に結合するためのレンズとを備えた光レセプタクルであって、前記レンズは、前記受光素子に対面する第二面が凸面を備えたフレネルレンズであることを特徴とする。

そして、この第１の態様の発明によれば、小型の光レセプタクルを樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置および光ファイバをそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合することができる。

また、第２の態様の光レセプタクルは、第１の態様において、更に、前記フレネルレンズは、同一の光学的パワーを備える凸レンズに比較して、短焦点となるとともに前記接着間隙の軸長を長くすることができるように形成されていること を特徴とする。

そして、この第２の態様の発明によれば、筒状の光電変換装置取付部に対して光電変換装置を長い接着間隙内に介装させた接着剤によって取り付けることができるため、更に光電変換装置および光ファイバをそれぞれより精度良くしかもより高い強度をもって取り付けることができる。

さらにまた、本発明の第１の態様の光モジュールは、第１または第２の態様の光レセプタクルと、第１の態様の光ファイバと、第１の態様の光電変換装置とを備えたことを特徴とする。

そして、この第１の態様の光モジュールによれば、小型の光レセプタクルを樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置および光ファイバをそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合することができ、光学特性の優れたものとなる。

このような本発明の光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュールによれば、小型の光レセプタクルを樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置および光ファイバをそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバの端部と光電変換装置の受光素子とを優れた光学特性をもって結合することができ、光学特性の優れたものとなる。

（ａ）は本発明に係る光レセプタクルの１実施形態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のレンズの第二面部分の拡大図 本発明に係る光モジュールの１実施形態を示す縦断面図 （ａ）は本発明のフレネルレンズの光路と大きさとを示す模式図、（ｂ）は従来の凸レンズの光路と大きさとを示す模式図 本発明のフレネルレンズと従来例の凸レンズとのＰＤシフトした場合の結合効率を比較して示すトレランスカーブ 本発明のフレネルレンズと従来例の凸レンズとの光ファイバをシフトした場合の結合効率を比較して示すトレランスカーブ （ａ）は従来の光レセプタクルの構成例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のレンズの第二面部分の拡大図 従来の光モジュールの構成例を示す縦断面図

以下、本発明の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。

ただし、従来と基本的な構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態における光レセプタクル２０は、従来の光レセプタクル１と同様に、レンズ２１、光電変換装置取付部３および光ファイバ取付部５が、透光性の樹脂材料を用いて一体的に形成されることによって構成されている。また、本実施形態における光レセプタクル２０は、従来例とは異なり、レンズ２１が受光素子１０に対面する第二面２１ｂが凸面を備えたフレネルレンズに形成されている。

更に説明すると、図６に示した従来の構成においては、レンズ２が、その光軸ＯＡ方向における光の上流側（図６における上方）の第一面２ａが平面とされ、光の下流側（図６における下方）の第二面２ｂが凸面とされた平凸レンズに形成されている。

これに対して、図１に示すように、本実施形態においては、レンズ２１の光軸ＯＡ方向における光の上流側（図１における上方）の第一面２１ａが平面とされ、光の下流側（図１における下方）の受光素子１０に対面する第二面２１ｂがフレネルレンズに形成されている。

そして、このような本実施形態の光レセプタクル２０は、図２に示すように、光ファイバ取付部５への光ファイバ１５の取り付けと、光電変換装置取付部３への光電変換装置８の取り付けとを行うことによって、本実施形態における光モジュール２２を構成するようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図１および図２に示す本実施形態と、図６および図７に示す従来例とを比較して説明する。

本実施形態と従来例において、フレネルレンズ２１と凸レンズ２とを相違させる他は全部同一に形成してあり、フレネルレンズ２１と凸レンズ２とは同一の光学的パワーを備えるように形成してある。

フルネルレンズ２１は、凸レンズ２に比較して樹脂の成型時における樹脂回り性が優れているために、偏肉を少なくして成型でき、光レセプタクル２０の成型性を向上させることができる。

更に、フレネルレンズ２１の焦点距離Ｆ１は凸レンズ２の焦点距離Ｆ２より短い短焦点となり、光電変換装置８の受光素子１０を当該焦点距離Ｆ１の位置に合わせて設置すると、接着間隙１９の軸長Ｌ１が物理的に長くなり、当該軸長Ｌ１を長くして光電変換装置取付部３に対する光電変換装置８の取付強度を高くすることができる。

例えば、図３（ａ）に示す本実施形態のフレネルレンズ２１と同図（ｂ）に示す従来例の凸レンズ２とをレンズ長を２．０ｍｍとし光ファイバ１５の端面１５ａと各レンズ２１、２の第１面２１ａ、２ａとの距離を０．８ｍｍとして各レンズ２１、２の焦点距離Ｆ１、Ｆ２を比較すると、Ｆ１＝０．９ｍｍおよびＦ２＝１．１２４ｍｍとなり、本実施形態のフルネルレンズ２１が焦点距離を０．２２４ｍｍも短くすることができ、接着間隙１９の軸長Ｌ１を同様に０．２２４ｍｍも長くすることができ、光電変換装置取付部３に対する光電変換装置８の取付強度を高くすることができる。

更にまた、フルネルレンズ２１は凸レンズ２に比較して、光軸から大きく拡散する光であっても光軸側に屈折させて集光させる作用が高いので、ウイグルが発生してフルネルレンズ２１の光軸に対して光ファイバ１５の光軸が傾斜しても、光ファイバ１５の端面１５ａから出射した光は、フルネルレンズ２１の集光特性によって光軸から大きく拡散する光であっても光軸側に屈折させられて受光素子１０の光軸上の中心部に集光されることとなる。これにより本実施形態によれば、ウイグルが発生しても十分に対応して、フレネルレンズ２１により結合効率が良く、光情報の伝達効率も高く維持されることがわかる。

図４および図５はフレネルレンズ２１と凸レンズ２との結合効率を比較して示すトレランスカーブである。

図４は、ＰＤシフトの場合を示しており、最良位置から−１ｄＢ損失の点を比較すると、従来例の凸レンズ２が±１６μｍ（破線参照）であるのに対し本実施例のフレネルレンズ２１は±１７μｍ（実線参照）であり、フレネルレンズ２１の方が凸レンズ２に比較して半径で１μｍ・直径で２μｍの余裕がある。

図５は、光ファイバ１５のシフトの場合を示しており、最良位置から−１ｄＢ損失の点を比較すると、従来例の凸レンズ２が±２３μｍ（破線参照）であるのに対し本実施例のフレネルレンズ２１は±３１μｍ（実線参照）であり、フレネルレンズ２１の方が凸レンズ２に比較して半径で８μｍ・直径で１６μｍの余裕がある。

これらの図４および図５のトレランスカーブの比較により、本実施形態のフレネルレンズ２１の方が凸レンズ２に対してレンズの公差を低くしても十分な光学特性が得られることがわかる。

従って、本実施形態によれば、小型の光レセプタクル２０を樹脂回り良く高精度に成形することができ、光電変換装置８および光ファイバ１５をそれぞれ精度良くしかも高い強度をもって取り付けることができ、光ファイバ１５の端部１５ａと光電変換装置８の受光素子１０とを優れた光学特性をもって結合することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。

３ 光電変換装置取付部
５ 光ファイバ取付部
１０ 受光素子
１５ 光ファイバ
２０ 光レセプタクル
２１ フレネルレンズ
２１ａ 第一面
２１ｂ 第二面
２２ 光モジュール

Claims (3)

1. 光ファイバの端部を挿入して取り付けるための筒状の光ファイバ取付部と、
   受光素子を有する光電変換装置を挿入するとともに環状の接着間隙内に介装させた接着剤をもって取り付けるための内周面を備えている筒状の光電変換装置取付部と、
   前記光ファイバの端部と前記受光素子とを光学的に結合するためのレンズと
   を備えた光レセプタクルであって、
   前記レンズは、前記受光素子に対面する第二面が凸面を備えたフレネルレンズであること
   を特徴とする光レセプタクル。
2. 前記フレネルレンズは、同一の光学的パワーを備える凸レンズに比較して、短焦点となるとともに前記接着間隙の軸長を長くすることができるように形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
3. 請求項１または請求項２に記載の光レセプタクルと、
   請求項１に記載の光ファイバと、
   請求項１に記載の光電変換装置と
   を備えたことを特徴とする光モジュール。