(57)【要約】【課題】コストダウンを図りながらも光ファイバを確実に結合させる。【解決手段】光コネクタ２は、本体部２ａ、レンズ部２ｂを備える。本体部２ａには、光ファイバ３のクラッド３ｂの先端部が挿入され、クラッド３ｂの外周面に接触して光ファイバ３の径方向を位置決めする位置決め凹部２ｃが形成されている。位置決め凹部２ｃの底部には、光ファイバ３のコア３ａの先端面に接触して光ファイバ３の軸方向を位置決めするとともに、光ファイバ３を結合させる球面状の結合面２ｅを有する凸状の結合部２ｄが形成されている。コア３ａ及びクラッド３ｂは、クラッド３ｂの外周面にすり傷をつけ、その部分を折り曲げ加工することにより傷を進行させて破断するクリーブ加工により先端面が形成され、クラッド３ｂの先端面の外周端には、バリ１１が形成されている。バリ１１は、結合部２ｄと位置決め凹部２ｃの壁面との間の接着剤７が充填された部分に入る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアをクラッドで覆った光ファイバが結合される光コネクタにおいて、
前記光ファイバの先端部が挿入され、前記クラッドの外周面に接触して前記光ファイバの径方向を位置決めする位置決め凹部が形成された本体部と、
前記位置決め凹部の底部に形成され、前記位置決め凹部に挿入された前記コアの先端面に接触して前記光ファイバの軸方向を位置決めするとともに、前記光ファイバを結合させる曲面状の結合面を有する凸状の結合部と、
を備えることを特徴とする光コネクタ。
【請求項２】
前記位置決め凹部の入口には、前記光クラッドのガイド用のテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光コネクタ。
【請求項３】
前記位置決め凹部が形成された端部とは反対側の端部には、端面が曲面状のレンズ部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光コネクタ。
【請求項４】
前記本体部と前記レンズ部とは、分割可能であることを特徴とする請求項３記載の光コネクタ。
【請求項５】
前記結合面の曲面の円弧中心は、前記位置決め凹部の中心に対して偏心していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の光コネクタ。
【請求項６】
前記位置決め凹部の中心は、前記本体部の中心に対して偏心していることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の光コネクタ。
【請求項７】
前記光ファイバと前記結合部とは、ＵＶ硬化型の接着剤により接着されていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載の光コネクタ。
【請求項８】
伝送する光の波長に対して前記コアと同程度の透過率が得られるプラスチックから構成されていることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の光コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバが結合される光コネクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル情報を伝送するインターネットやＬＡＮシステム等の通信ネットワークが広く一般に普及しており、近年では、より多くのデジタル情報を伝送するために、光ファイバを用いている。光ファイバは、石英ガラス製のコアがクラッドにより覆われており、コアの内部を光が伝送される。光ファイバは、光コネクタに結合されて使用され、光ファイバにより伝送された光は、フォトダイオード等の受光素子で受光されて光電変換された後にアンプで増幅され、通信ネットワークが接続されたＬＣＤ等の表示装置に表示される。
【０００３】
特許文献１記載の光モジュールでは、スリーブ部品（本発明の光コネクタに相当）に、光ファイバを覆うフェルールを受納するフェルール受納部と、レンズと受光素子や発光素子等の光デバイスとを受納する光デバイス受納部とを形成し、フェルール受納部と光デバイス受納部との間に、光を通すための貫通孔を形成している。この貫通孔に、樹脂製の窓部品を嵌め込み、光ファイバの端面を窓部品に押圧することで、光ファイバの密着性を向上している。光ファイバと窓部品との間に隙間ができた場合、光ファイバと空気との界面が発生し、反射戻り光が発生するが、特許文献１では、光ファイバと窓部品との間の隙間をなくしているので、反射戻り光の発生を防止することができ、反射戻り光の発生による発光素子のノイズ増加や発光素子へのダメージを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５６７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバを確実に結合させるためには、光ファイバの端面を光学研磨して平坦性を確保する必要があり、特許文献１では、光ファイバをフェルールで保持し、光ファイバ及びフェルールそれぞれの端面を一緒に光学研磨している。このため、部品点数が増加し、さらに、光ファイバをフェルールに固着するための熱硬化接着工程が必要となり、コストアップする。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、コストダウンを図りながらも光ファイバを確実に結合させることができる光コネクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の光コネクタは、コアをクラッドで覆った光ファイバが結合される光コネクタにおいて、光ファイバの先端部が挿入され、クラッドの外周面に接触して光ファイバの径方向を位置決めする位置決め凹部が形成された本体部と、位置決め凹部の底部に形成され、位置決め凹部に挿入されたコアの先端面に接触して光ファイバの軸方向を位置決めするとともに、光ファイバを結合させる曲面状の結合面を有する凸状の結合部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、位置決め凹部の入口には、光クラッドのガイド用のテーパ部が形成されていることが好ましい。
【０００９】
さらに、位置決め凹部が形成された端部とは反対側の端部には、端面が曲面状のレンズ部が形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、本体部とレンズ部とは、分割可能であることが好ましい。
【００１１】
さらに、結合面の曲面の円弧中心は、位置決め凹部の中心に対して偏心していることが好ましい。
【００１２】
また、位置決め凹部の中心は、本体部の中心に対して偏心していることが好ましい。
【００１３】
さらに、光ファイバと結合部とは、ＵＶ硬化型の接着剤により接着されていることが好ましい。
【００１４】
また、伝送する光の波長に対してコアと同程度の透過率が得られるプラスチックから構成されていることが好ましい。なお、コアと同程度の透過率とは、コアの透過率のプラスマイナス１０％程度の範囲である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光ファイバのクラッドの外周面に接触して光ファイバの径方向を位置決めする位置決め凹部の底部に、コアの先端面に接触して光ファイバの軸方向を位置決めするとともに、光ファイバを結合させる曲面状の結合面を有する凸状の結合部を形成したから、例えばＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）で出来たエッジによってクラッドの外周面にすり傷をつけ、その部分を折り曲げ加工することにより傷を進行させて破断するクリーブ加工によりクラッド及びコアの先端面を形成し、クラッドの先端面の外周端に軸方向に延びるバリが発生した場合でも、このバリは、結合部と位置決め凹部の壁面との間の隙間に入り込む。これにより、バリにより光ファイバが傾いたり、位置ズレすることがないので、光ファイバを光コネクタに確実に結合させることができる。さらに、クラッド及びコアの先端面を光学研磨する必要がなく、光ファイバを覆うフェルールを用いる必要もないので、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光ファイバと光コネクタと保護スリーブとを示す斜視図である。
【図２】光ファイバと光コネクタとを示す斜視図である。
【図３】光ファイバと光コネクタとを示す断面斜視図である。
【図４】コア内の屈折率を示す図である。
【図５】光ファイバと光コネクタと保護スリーブとを示す断面図である。
【図６】光ファイバと光コネクタとを分解して示す断面図である。
【図７】光ファイバと光コネクタとの接続部分の拡大断面図である。
【図８】位置決め凹部を光コネクタの中心に対して偏心した位置に形成した第２実施形態の光ファイバと光コネクタとを示す断面図である。
【図９】第２実施形態の光ファイバと光コネクタとの接続部分の拡大断面図である。
【図１０】発光デバイスから発光された光を光コネクタに入射する第３実施形態の光ファイバと光コネクタとを示す断面図である。
【図１１】光コネクタにフレネルレンズを形成した第４実施形態の光ファイバと光コネクタとを示す断面図である。
【図１２】光コネクタの本体部とレンズ部とを分割した第５実施形態の光ファイバと光コネクタとを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、光コネクタ２には、光ファイバ３が接続されている。光コネクタ２及び光ファイバ３は、光コネクタ２が対面するように２個ずつ設けられ、筒状の保護スリーブ４内に収納され、ＬＡＮシステム（例えば、会社内ＬＡＮシステム）に用いられる。
【００１８】
図２〜図６に示すように、光ファイバ３は、光を伝送するコア３ａと、このコア３ａを覆うクラッド３ｂとを備える。光ファイバ３は、光を伝送するモードが複数あり、コア３ａ内の軸方向に直交する直交方向Ａにおける屈折率が滑らかに変化する（図４参照）ＧＩ（グレーデッドインデックス）型のマルチモードの光ファイバである。コア３ａ及びクラッド３ｂは、例えば石英ガラスから構成されており、コア３ａはクラッド３ｂよりも屈折率が高い。本実施形態では、コア３ａの直径が５０μｍ、クラッド３ｂの直径が１２５μｍ、コア３ａのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）＝０．２である。なお、これらの数値は適宜変更可能である。
【００１９】
光コネクタ２は、光ファイバ３からの光が入射、または、光ファイバ３に光を出射する。光コネクタ２は、円柱状の本体部２ａと、この本体部２ａに連続して形成され、先端面（図６における右面）が球面（半球）状のレンズ部２ｂとを備える。光コネクタ２は、屈折率が１．５３で、伝送する光の波長に対してコア３ａと同程度の透過率が得られる透明なプラスチック（例えばＰＣ（ポリカーボネート））から構成されている。なお、光コネクタ２を、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリアミド樹脂（アラミド）、シクロオレフィンポリマー等の射出成型樹脂から構成してもよい。また、レンズ部２ｂの先端面は、球面状に限らず、曲面状であればよい。
【００２０】
本体部２ａには、光ファイバ３のクラッド３ｂの先端部が挿入され、クラッド３ｂの外周面に接触して光ファイバ３の径方向を位置決めする位置決め凹部２ｃが形成されている。この位置決め凹部２ｃの底部には、光ファイバ３のコア３ａの先端面に接触して光ファイバ３の軸方向を位置決めするとともに、光ファイバ３を結合させる球面状の結合面２ｅを有する凸状の結合部結合部２ｄが形成されている。この結合面２ｅには、光ファイバ３を固着するためのＵＶ硬化型の接着剤７が塗布されている。なお、図３においては、接着剤７の図示を省略している。また、結合面２ｅは、球面状に限らず、曲面状であればよい。
【００２１】
結合面２ｅは、例えば曲率半径３０ｍｍの球面状に形成され、結合部２ｄは、例えば直径１０５μｍ、長さ５０μｍで形成され、位置決め凹部２ｃは、例えば凹部の内側は直径１３０μｍ、深さ１００μｍで形成されている。結合部２ｄと位置決め凹部２ｃの壁面との間の隙間には、接着剤７が充填されている。位置決め凹部２ｃの光ファイバ３の入口には、挿入ガイド用のテーパ部２ｆが形成されている。なお、上記数値は適宜変更可能であり、結合面２ｅの曲率半径は、５〜３０ｍｍの範囲が好ましい。また、本実施形態の図においては、結合面２ｅの球面形状を分かりやすくするために、小さい曲率半径で描いている。
【００２２】
光ファイバ３のコア３ａの屈折率をｎ１、接着剤７の屈折率をｎ２、光コネクタ２の屈折率をｎ３としたときに、ｎ３＞ｎ２＞ｎ１、ｎ２＝√（ｎ３２＋ｎ１２）／２としている。本実施形態では、コア３ａの屈折率ｎ１＝１．４６、光コネクタ２の屈折率ｎ３＝１．５３であり、接着剤７の屈折率ｎ２＝１．５０となり、接着剤７は、例えばエポキシが主成分で屈折率が１．５０のものが用いられる。
【００２３】
左側の光ファイバ３のコア３ａには、光源（図示せず）からの光が入射される。この光は、それぞれ屈折率が１．４６のコア３ａ、１．５３の光コネクタ２、１．５０の接着剤７に対して高い透過率を有する４００〜１６２５ｎｍの波長の光が好ましく、本実施形態では、赤外線である８００〜１６２５ｎｍの波長の光である。
【００２４】
本実施形態では、光ファイバ３は、例えばＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）等で出来たエッジによってクラッド３ｂの外周面にすり傷をつけ、その部分を折り曲げ加工することにより傷を進行させて破断するクリーブ加工により先端面が形成されている。このため、クラッド３ｂの先端面の外周端には、光ファイバ３の軸方向に延びるバリ１１が発生している。なお、図５〜図７においては、バリ１１のサイズを誇張して描いている。
【００２５】
図５及び図６に示すように、クラッド３ｂの先端部を位置決め凹部２ｃに挿入して、コア３ａが結合部２ｄに当接するまで押し込むと、光ファイバ３は径方向及び軸方向が位置決めされる。そして、この状態で接着剤７に向けて紫外線を照射すると、接着剤７が硬化し、光ファイバ３の先端面と結合面２ｅとが固着される。このとき、クラッド３ｂの先端面に発生しているバリ１１は、結合部２ｄと位置決め凹部２ｃの壁面との間の隙間に充填された接着剤７に入り込むので、バリ１１により光ファイバ３が傾いたり、位置ズレすることがない。さらに、クラッド３ｂを覆うフェルールを用いていないので、クラッドをフェルールで覆った光ファイバを用い、フェルール及び光ファイバの先端面を一緒に光学研磨するものに比べて、部品数及び組立工数が削減される。
【００２６】
また、クリーブ加工により形成されたコア３ａ及びクラッド３ｂの先端面は、平面度が低いが、その先端面と結合される結合部２ｄの結合面２ｅが球面状に形成されているので、平面度が低いコア３ａ及びクラッド３ｂの先端面でも、光コネクタ２に確実に結合させることができる。
【００２７】
図７に示すように、左側の光ファイバ３のコア３ａの中心部を通り結合部２ｄに入射する入射光Ｒ１は、結合部２ｄとの境界で屈折光Ｒ２となる。入射光Ｒ１の入射角をθ１、屈折光Ｒ２の出射角をθ２としたときに、ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ３×ｓｉｎθ２が成立する。本実施形態では、光ファイバ３のコア３ａの屈折率ｎ１＝１．４６、光コネクタ２の屈折率ｎ３＝１．５３であり、θ２＝１２．５°とするために、θ１＝１３．１°としている。なお、図７では、光コネクタ２のハッチングを省略している。また、光ファイバ３は、ＧＩ型の光ファイバであるため、入射光Ｒ１は曲線状になるが、光の経路を分かりやすくするために、図７では簡易的に直線状に示している。
【００２８】
図５に示すように、左側の光コネクタ２から出射した光は、保護スリーブ４内を通って右側の光コネクタ２に入射し、光コネクタ２、接着剤７を通って、右側の光ファイバ３のコア３ａに入射する。右側の光ファイバ３により伝送された光は、フォトダイオードで受光されて光電変換された後にアンプで増幅され、ＬＡＮシステムが接続されたＬＣＤ（いずれも図示せず）に表示される。
【００２９】
［第２実施形態］
図８及び図９に示す第２実施形態では、位置決め凹部２２ｃが、光コネクタ２２の中心に対して上方に偏心された位置に形成されている。なお、第１実施形態のものと同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
光コネクタ２２は、本体部２２ａ、レンズ部２２ｂ、位置決め凹部２２ｃ、結合部２２ｄ、結合面２２ｅ、テーパ部２２ｆを備える。結合面２２ｅは、例えば半径３０ｍｍの球面状で、その球面の円弧中心ＡＣが位置決め凹部２２ｃの中心（光ファイバ３の中心）に対して上方に偏心している。
【００３１】
左側の光ファイバ３のコア３ａの中心部を通り結合部２２ｄに入射する入射光Ｒ３は、結合部２２ｄとの境界で屈折光Ｒ４となる。なお、図９では、光コネクタ２２と接着剤７のハッチングを省略している。
【００３２】
コア３ａの下側部分から出射された出射光Ｒ５は、結合部２２ｄとの境界で反射されて反射光Ｒ６となるが、結合面２２ｅの球面の円弧中心ＡＣが光ファイバ３の中心に対して上方に偏心しているので、反射光Ｒ６は、コア３ａには入射しない。これにより、結合面の球面の円弧中心ＡＣを位置決め凹部の中心と同軸にし、出射光Ｒ５の反射光がコア３ａに入射するものに比べて、コア３ａに入射する反射光が抑制される。
【００３３】
図８に示すように、光コネクタ２２を通る屈折光４は、レンズ部２２ｂの先端面で反射光Ｒ７となるが、位置決め凹部２２ｃが、光コネクタ２２の中心に対して偏心された位置に形成されているので、反射光Ｒ７は、コア３ａには入射しない。これにより、位置決め凹部を光コネクタの中心と同軸にし、屈折光Ｒ４の反射光がコア３ａに入射するものに比べて、コア３ａに入射する反射光が抑制される。
【００３４】
本実施形態では、光ファイバ３のコア３ａの屈折率ｎ１＝１．４６、光コネクタ２の屈折率ｎ３＝１．５３であり、反射率ｒｅ＝（（ｎ１−ｎ３）／（ｎ１＋ｎ３））２、反射減衰率＝１０×ｌｏｇ（ｒｅ）の計算式から、反射減衰率＝−３２．６ｄＢとなり、光源としてレーザを用い、かつシステムの高い安定性が必要となる場合に、レーザを安定して駆動するために必要とされる反射減衰量−５０ｄＢ以下を確保することができないが、コア３ａに入射する反射光を抑制することで、レーザを安定して駆動することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、コア３ａを伝送された光を光コネクタ２に入射しているが、図１０に示すように、発光デバイス３０から発光された光を光コネクタ３２に入射してもよい。この光コネクタ３２は、本体部３２ａ、レンズ部３２ｂ、位置決め凹部３２ｃ、結合部３２ｄ、結合面３２ｅ、テーパ部３２ｆを備える。レンズ部３２ｂは、発光デバイス３０から発光された光がコア３ａに入射するような長さ及び球面形状となっている。
【００３６】
また、図１１に示すように、光コネクタ４２のレンズ部４２ｂをフレネルレンズ形状としてもよい。この光コネクタ４２は、本体部４２ａ、レンズ部４２ｂ、位置決め凹部４２ｃ、結合部４２ｄ、結合面４２ｅ、テーパ部４２ｆを備える。レンズ部４２ｂをフルネルレンズ形状とすることで、コア３ａに入射する反射光が抑制される。なお、フレネルレンズ形状に代えて、レンズ表面にモスアイ構造を設けて反射光を抑制してもよい。
【００３７】
さらに、図１２に示すように、光コネクタ５２の本体部５２ａとレンズ部５２ｂとを分割可能にしてもよい。この光コネクタ５２は、右側面がフラットな本体部５２ａ、左側面がフラットなレンズ部５２ｂ、位置決め凹部５２ｃ、結合部５２ｄ、結合面５２ｅ、テーパ部５２ｆを備える。レンズ部５２ｂのフラット面が、熱硬化型の接着剤により本体部５２ａのフラット面に固着される。この場合、長さや形状が異なるレンズ部を複数用意し、用途に応じたレンズ部を本体部５２ａに固着することで、コリメート用、集光用等、使い分けることができる。また、本体部とレンズ部の両方にフラット面が形成されるので、成型が容易になる。なお、本体部５２ａとレンズ部５２ｂとの固定は、ＵＶ硬化型の接着剤や樹脂充填等により行ってもよい。また、位置決め凹部を、光コネクタの中心に対して上方に偏心された位置に形成してもよく、結合面の球面の円弧中心を位置決め凹部の中心（光ファイバの中心）に対して上方に偏心してもよい。さらに、レンズ部をフルネルレンズ形状にしたり、レンズ表面にモスアイ構造を設けてもよい。
【００３８】
なお、上記実施形態では、円柱状の本体部に凹部を形成して位置決め凹部としているが、円柱状の本体部に複数のガイドリブを立設し、これらに囲まれた範囲を位置決め凹部としてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、接着剤により光ファイバを固定しているが、光ファイバを光コネクタの位置決め凹部に圧入することで固定してもよい。
【００４０】
さらに、上記実施形態では、光コネクタはレンズ部を備えているが、少なくとも位置決め凹部が形成された本体部を備えていればよく、位置決め凹部の光ファイバガイド用のテーパ部も省略してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、光コネクタをプラスチックから構成しているが、ガラスから構成してもよい。
【００４２】
さらに、上記実施形態では、光を伝送するモードが複数あり、コア内の屈折率が滑らかに変化するＧＩ（グレーデッドインデックス）型のマルチモードの光ファイバを用いているが、光を伝送するモードが複数あり、コア内の屈折率が一定のＳＩ（ステップインデックス）型のマルチモードの光ファイバを用いてもよい。また、モードが１つのシングルモードの光ファイバを用いてもよい。
【００４３】
また、クラッドがプラスチック樹脂等により被覆された光ファイバの場合には、被覆したプラスチック樹脂を剥がした後にクラッドを光コネクタに結合させる。
【００４４】
さらに、本発明は、会社や自宅用のＬＡＮシステム、車載ＬＡＮシステム、インターネット等の通信ネットワークに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
２  光コネクタ
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ  本体部
２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ  レンズ部
２ｃ，２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ，５２ｃ  位置決め凹部
２ｄ，２２ｄ，３２ｄ，４２ｄ，５２ｄ  結合部
２ｅ，２２ｅ，３２ｅ，４２ｅ，５２ｅ  結合面
２ｆ，２２ｆ，３２ｆ，４２ｆ，５２ｆ  テーパ部
３  光ファイバ
３ａ  コア
３ｂ  クラッド
７  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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