(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に関連回路素子と共に接続された光電素子と、
該光電素子が接続された前記基板を少なくとも部分的に包囲するケースと、
該ケースの側壁に取付けられ、該側壁を介して前記ケース内へ導かれる光ファイバ伝送線と、
該光ファイバ伝送線の伝送軸を該伝送軸と略直交する法線を有する前記光電素子の発光／受光面に結合する光結合装置とを具備する光コネクタにおいて、
前記光結合装置は、前記光ファイバ伝送線のフェルールを受容する光スリーブ部と、前記光ファイバ伝送線の端部に対向する第１レンズ、反射面、及び前記発光／受光面と対向する第２レンズが一体形成されてなる光軸変更手段とを具備し、
前記光スリーブ部及び前記光軸変更手段は、プラスチック材料を成形することにより一体形成されてなることを特徴とする光コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光コネクタ、特に光ファイバケーブルと光電素子を光学的に結合する光コネクタ及びそれに使用する光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送線又は光ファイバケーブルは一般には夫々アナログ及びデジタル信号である電気通信及びデータ伝送用に益々使用されている。斯る光ファイバ伝送線の従来の電気ケーブルに対する利点は多い。例えば、光ファイバ材料は電気ケーブルに対して安価である。更に、光信号の駆動に必要とする電力は多くの電気ケーブルに要する電力よりも少ない。また、データの光伝送は長距離にわたり情報伝送速度が増強できる。
【０００３】
典型的な用途では、光ファイバコネクタは光ファイバ伝送線を光電素子（ＯＥＤ）と光学的に効率よく結合するカップリング装置を必要とする。ＯＥＤは更にこれと一体に動作する電子回路と２本以上のワイヤで電気的に結合される。多くの重要な用途では、集積回路（ＩＣ）を含む電子回路はプリント基板又はセラミックサブストレートに取付けられる。更に、コンピュータ、診断デバイス、分析機器等の電子機器はしばしば２枚以上のプリント基板を高密度で平行に重ねられ、電子機器の限りない小型化の要求を満足する。回路板を高密度で平行配置した光伝送デバイスを使用可能にする為に、光ファイバケーブルをプリント基板と略平行状態でプリント基板に入れることが必要となるのが普通である。
【０００４】
光ファイバケーブルと関連するプリント基板間を平行状態とする為に、従来のコネクタは光ファイバケーブルのフェルールと同軸状に嵌合するよう構成される筒状ハウジング内にＯＥＤが取付けられているパッケージ構成を採用していた。斯る筒状ハウジングは一般にケースに取付けられ、これは更に関連する電子回路を含むプリント基板に取付けられる。
【０００５】
従来の光ファイバコネクタは米国特許第４，１８６，９９５号、同第４，２２２，６２９号、同第４，２７３，４１３号、同第４，３０７，９３４号及び同第４，９１１，５１９号等に開示されている。
【０００６】
ＯＥＤを光ファイバ伝送線に光学的に結合する典型的な従来例を図１に示す。ここで「光ファイバ伝送線」又は「光ファイバ」の用語は単一又は多芯光ガイドの総称と解すべきである。光ファイバは例えばガラス又は適当なプラスチッククラッドに、光ファイバ自体の屈折率より低い屈折率の材料をコーティングして構成される。これにより光はファイバコアの屈折率の変化によりすべて全反射又は屈折され、光の損失が実質的に生じないこと周知のとおりである。
【０００７】
斯る従来の構成によると、「能動デバイスマウント」又は「ＡＤＭ」と称されることもある筒状スリーブ２００は端部２０１を有し、それに同軸（又は同心）状に取付けられた光ファイバ伝送線２０３を有する光フェルール２０２が挿入される。端部２０１は精密加工され、フェルール端２１７を保持することによりファイバ端２０５を位置決めする。
【０００８】
また、ＡＤＭ２００はフランジ端２０６を有する。これは図中ハッチングを施して示す。このフランジ端２０６はキャップ２０７とヘッダ組立体２０８とを有する「ＴＯ組立体」と称されることもある組立体を永久的に取付けるよう構成されている。ヘッダ組立体２０８はハイブリッド型マイクロエレクトロニクス（ＩＣ）組立体であってもよく、ＯＥＤ以外に１個以上のＩＣや受動部品２０９を含んでいる。このＩＣはプレ又はポスト（前段又は後段）増幅器であってもよく、フォトダイオード等の光電素子から入力される信号電流を増幅又は量子化する。また、このＩＣは駆動回路であってもよく、発光ダイオード等を変調又は制御する。受動部品は抵抗やコンデンサ等の電気部品であってもよい。ヘッダ組立体はセラミック製サブマウント等の絶縁板２１１を含み、その上にＩＣやＯＥＤをマウントする。この絶縁板２１１は次にリード２１３が貫通する金属ヘッダ２１２に取付ける。リード２１３のうちの一部はベース板（金属ヘッダ）２１２の開口を介して延びる絶縁スリーブ２１５により絶縁される。３本のリード又はピン２１３のすべてでなくともよいが、少なくとも１本は入出力信号用に使用され、１本は電力用、１本は接地用に使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す従来の結合（カップリング）装置はいくつかの欠点を有する。例えば斯る従来の結合装置は多くの部品を組立てる必要があり、また相互に精密に位置合せ（アライメント）する必要がある。即ち、ＯＥＤ２１０はヘッダ組立体の中心に所定許容誤差内で精密に取付け固定する必要がある。更に、ヘッダ組立体２０８はサブアセンブリ（副組立体）を構成するようキャップに取付け固定する必要があり、この場合にも所定誤差で中心に精密位置合わせが必要である。このサブアセンブリはキャップ２０７のレンズ部２１４と再度高精度にＯＥＤ２１０と位置合せして形成しなければならない。このサブアセンブリはＡＭＤ２００に所定の高精度で取付け固定し、ＯＥＤ２１０が内部の穴の中心と位置合せされなければならない。従って、斯る従来のパッケージの組立体に関する許容誤差は累積され、位置合せに相当大きな誤差が生じ得る。斯る誤差は、光がこの結合装置を伝送される際に相当大きい信号損失を招来することとなる。累積された誤差は約５デシベル程度の回復不能な位置合せ損失となり得る。
【００１０】
斯る製造工程での誤差が「累積されるという問題点はサブアセンブリをＡＭＤ２００に取付ける「能動アライメント」技法を使用することにより、少なくとも部分的に克服可能である。この能動アライメント技法では、ＯＥＤ２１０は一時的に駆動され、光ファイバフェルール２０２をＡＭＤ２００の端部２０１に配置され、サブアセンブリの取付位置は、その位置を調整してケーブル２０３に伝送される又はそれから受信する光信号をモニタすることにより決定する。能動アライメントは斯る結合装置の光効率を改善することができるが、製造工程を一層複雑とし且つ結合装置の価格を上昇するという欠点があった。
【００１１】
更にまた、上述特許に開示される従来の光コネクタにあっては、いくつかの優れた特長を有するが、斯る装置の有効性を損なう欠点も有する。例えば、ＯＥＤと基板間の多くの半田付接続又はワイヤボンディング接続により比較的大きい寄生インピーダンス、キャパシタンス及び抵抗を有する。更に、斯る結合装置及び他の電子部品との組立体は製造工程が比較的複雑且つ高価となる。
【００１２】
従って、本発明の目的は製造工程が簡単であり且つ安価に製造でき、しかも改善された諸特性を有する光コネクタを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため本発明による光コネクタは、
基板に関連回路素子と共に接続された光電素子と、該光電素子が接続された前記基板を少なくとも部分的に包囲するケースと、該ケースの側壁に取付けられ、該側壁を介して前記ケース内へ導かれる光ファイバ伝送線と、該光ファイバ伝送線の伝送軸を該伝送軸と略直交する法線を有する前記光電素子の発光／受光面に結合する光結合装置とを具備する光コネクタにおいて、
前記光結合装置は、前記光ファイバ伝送線のフェルールを受容する光スリーブ部と、前記光ファイバ伝送線の端部に対向する第１レンズ、反射面、及び前記発光／受光面と対向する第２レンズが一体形成されてなる光軸変更手段とを具備し、
前記光スリーブ部及び前記光軸変更手段は、プラスチック材料を成形することにより一体形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に他の態様による光コネクタは、基板の表面に関連回路素子と共に接続された光電素子と、該光電素子が接続された前記基板を包囲するケースと、該ケースの側壁に形成された開口を介して光ファイバ伝送線の一端を固定する固定手段と、前記光ファイバ伝送線の伝送軸を前記光電素子の発光／受光面に光学的に結合する光結合装置とを具え、該光結合装置及び前記固定手段を一体的に形成し前記ケースに固定している。
【００１６】
本発明の他の態様による光結合装置は、光ファイバ伝送線の一端からの光ファイバを挿入する光ファイバ挿入端と、該光ファイバ挿入端から離間し、前記光ファイバ伝送線の伝送軸と異なる方向へ光路を変更する反射面を含む光軸変更部と、を具え、前記光ファイバ伝送線の伝送軸を光電素子の発光／受光面に結合する一体構造としている。
【００１７】
【作用】
本発明は光ファイバ伝送線とサブストレートに電気的にインターフェースされたＯＥＤ間を光学的に結合する改良された光コネクタである。この光コネクタはプリント基板等のサブストレートに取付けられたＯＥＤと、光ファイバ伝送線をサブストレートに取付ける手段とを含み、ＯＥＤの動作軸又は光軸は光ファイバ伝送線の光伝送軸と不一致である。この光コネクタは更に光軸変更手段を含み、ＯＥＤの光軸を光ファイバ伝送線の光伝送軸に沿うように向け、ＯＥＤから放射された光の少なくとも一部分を光ファイバ伝送線に入力させるか、光ファイバ伝送線から放射された光の少なくとも一部分がＯＥＤの光軸に沿って入射するようにする。本発明の光コネクタによると従来のこの種光コネクタに関連する欠点の多くが克服可能であることが判明した。
【００１８】
また、本発明は、この光コネクタに好適な結合装置も提供する。好適実施例においては、結合装置は第１端、第２端及び両端間に光通路を形成する穴を有する光スリーブ（筒状部材）を含んでいる。この穴は光ファイバ伝送線と共働し、第１端の開口に光ファイバ伝送線の光軸が穴の光軸と略一致するようにする。光軸変更手段（又は光曲げ手段）を光スリーブと光学的に共働関係に配置する。穴の第２端の開口又はその近傍に配置されるのが好ましい光軸変更手段は穴による光路と共働してスリーブに接続された光ファイバ伝送線から放射された光の少なくとも一部がＯＥＤの動作（光）軸に沿って進行するようにする。また、光軸変更手段はＯＥＤから放射された光の少なくとも一部が光ファイバ伝送線に沿って進行するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の光コネクタ及び光結合装置は種々の周知の光コネクタ形式のいずれを使用してもよい。例えば、本発明はＳＣ型、ＳＴ型及びＦＤＤＩ型コネクタのいずれであってもよい。ＳＣ型光コネクタは日本のＮＴＴ社により提案されたＡＮＳＩ  Ｘ３Ｔ９・５，ＦＤＤＩ，ＬＣＦ−ＰＭＤ規格に採用された周知の光コネクタである。ＳＴコネクタは米国ＡＴ＆Ｔ社の周知の光コネクタである。また、ＦＤＤＩコネクタは米国ＡＭＰ社により製造されＩＳＯ−ＩＣＥ−９３１４−３ＦＤＤＩ−ＰＭＤに規格化された周知の光コネクタである。
【００２０】
また、光ファイバ伝送線をサブストレートにマウントされたＯＥＤと結合する装置は、光ファイバ伝送線をサブストレートにマウントする手段を含み、ＯＥＤの光軸は光ファイバ伝送線の光伝送軸と不一致である。この結合装置は更に光軸変更手段を含み、ＯＥＤと協働して、ＯＥＤから放射された光の少なくとも一部分が光ファイバ伝送線の光伝送軸に沿って進行するか、光ファイバ伝送線から放射された光の少なくとも一部分がＯＥＤの動作軸に沿って進行するようにする。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の光コネクタ及びその光結合装置の好適実施例を添付図を参照して詳細に説明する。
先ず図２を参照して説明する。図２は本発明の一実施例による光コネクタ１０の説明図である。ハイブリッド（混成）回路素子１０は別のサブストレート（図示せず）と嵌合するよう構成された接続ピン２０を有するサブストレート（基板）１５を具える。ここで、「サブストレート」の用語は電気回路を構成する回路素子をマウントする電子回路素子一般を意味する。典型的な実施例では、サブストレート１５は当業者には周知のプリント基板（ＰＣＢ）、プリント配線板（ＰＷＢ）及び／又は同様のサブストレートである。好適実施例では、ハイブリッド回路素子１０はデュアルインライン型パッケージ（ＤＩＰ）であり、マザーボード又は電子デバイスの他のシステムボードにマウント可能に構成されている。サブストレート１５はその表面１７にマウントされる各種回路素子１６を含んでいる。このプリント基板は例えば複数のＩＣチップを含んでいてもよい。斯るチップは例えばプレ又はポスト増幅器及び付加電子回路であってもよい。斯る回路素子の形式及び性質及びサブストレート１５への斯る素子のマウント技法及び方法は当業者に周知であるので本発明の一部を構成するものではない。
【００２２】
ＯＥＤ３０はサブストレート１５の表面１７にマウント、特に好ましくは表面実装（ＳＭＴ）されている。ここで「光電素子（ＯＥＤ）」の用語は電流を光に及び／又は光を電流に変換するデバイスを意味する。また、「光」の用語は電磁放射一般を意味し、好ましくは人間の裸眼に可視又は不可視であるに拘らず半導体デバイスが敏感に応答する波長の電磁波を意味する。ＯＥＤの例えばレーザ（例えばダブルチャンネル・プレーナ埋込みヘテロ構造（ＤＣ−ＰＢＨ）、埋込みクレセント（ＢＣ）、ディストリビューテッドフィードバック（ＤＦＢ）、ディストリビューテッドブラグリフレクタ（ＯＢＲ）等）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば表面放射ＬＥＤ（ＳＬＥＤ）、端縁放射ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等）又はフォトダイオード（ＰＩＮ半導体、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等）を含む。
【００２３】
ＯＥＤ３０をサブストレート１５にＳＭＴすることにより、ＯＥＤ３０とサブストレート１５間に必要な電気的接続は、周知の如くサブストレート１５の表面１７のコンタクトパッド等を介して行うことができる。当業者には周知の如く、斯るＳＭＴ手段により、図１の従来のＯＥＤ２１０及びＩＣ２０９間及びリード２１３とプリント基板間の電気的接続により生じた寄生インダクタンス及びキャパシタンスに比して大幅に低減可能である。更に、ＯＥＤ３０をサブストレート１５にマウントすることによりデバイスと関連回路素子間の距離を最小にすることができる。これにより本発明の光コネクタに関連する寄生インダクタンス及びキャパシタンスを一層低減することができる。本発明によると、ＯＥＤ３０とサブストレート１５上の１以上の付加回路素子１６との接続にワイヤボンド３１が使用できる。
【００２４】
ＯＥＤ３０の動作軸Ｚがサブストレート１５に対して任意角度に選定可能である。しかし、従来の組立方法との適合性及び容易性の為に、ＯＥＤ３０の動作軸はサブストレート１５の表面１７に対して直交（法線）方向とするのが好ましい。当業者には理解可能な如く、ＯＥＤ３０は一般に「能動領域」又は「能動面」を含み、光を放射するか、入射光に応答する。ここで、これらデバイスの「動作軸」とは、斯る能動領域又は能動面に法線方向であり、この中心を通過する軸を意味する。図２に示す如く、例えばＯＥＤ３０の能動領域はサブストレート１５の表面１７に略平行な実質的に平面３５より成る。従って、ＯＥＤ３０の動作軸Ｚはサブストレート１５の表面１７と略法線方向となる。そこで、例えばＬＥＤであるＯＥＤの動作軸Ｚは図３乃至図５に示す如く、それからの放射光の平均的方向と一致する。
【００２５】
また、本発明の光コネクタ１０は図２に参照番号４０で示す光スリーブを含んでいる。この光スリーブ４０は光ファイバ伝送線と光学的に結合し、特に図１に示す形式のフェルール２０２内に収められた光ファイバ伝送線２０３と光結合する。
【００２６】
好適実施例では、光スリーブ４０はケース５０に取付けられ、また特定実施例ではケース５０と一体形成されるのが好ましい。ケース５０はサブストレート１５に取付けられ、且つ好ましくはサブストレート１５の表面１７に環境保護を行う。光スリーブ４０は好ましくはケース５０の端壁５１から延び、穴又はキャビティ４５を形成する。当業者には理解される如く、光スリーブ４０及び穴４５の精密形状及び寸法は、それが結合される光ファイバフェルールの特定寸法形状に依り大幅に変化する。光スリーブ４０は略筒状の穴を有するのが好ましい。光スリーブ４０の穴４５の形状は光ファイバ伝送線と動作上関連付けられ、その光伝送軸が穴４５のＸ軸と略一致するようにする。光を放射する光ファイバ伝送線にあっては、「光伝送軸」の用語は光ファイバケーブルからの放射光の平均方向を意味する。受光する光ファイバ伝送線にあっては、「光伝送軸」の用語は、この伝送線の軸又は光ファイバケーブルの受光端の平均軸を意味する。図２において、この軸は１点鎖線Ｘで示す。図２に示す好適実施例において、光伝送軸及び穴４５の軸はサブストレート１５の表面１７と略平行であり、ＯＥＤ３０の能動領域の光軸Ｚと略法線方向である。また、ＯＥＤ３０の動作軸Ｚは光伝送軸Ｘと略交差するのが好ましい、特に図１に示す形式のフェルール２０２に収められる光ファイバ伝送線２０３と交差するのが好ましい。更に好適実施例では、これら交差角は略９０°であるのが好ましい。
【００２７】
また、本発明の光コネクタ１０は光軸変更手段（又は光結合装置）１５０がＯＥＤ３０及び光スリーブ４０と動作関係に設けられ、光の進行方向を変化させる。ここで、「光動作関係」の用語は、光軸変更手段が発光デバイスからの光路の少なくとも一部内に配置され、又は受光デバイスの光路の少なくとも一部に配置されて、この光軸変更手段で光の進行方向が変更されることを意味する。当業者には明らかな如く、本発明の光コネクタ１０はＯＥＤ３０が発光デバイスより構成されるか受光デバイスより構成される実施例での使用に好適である。また、当然乍ら、光ファイバ伝送線も夫々受光デバイス又は発光デバイスとなる。
【００２８】
本発明の光スリーブは光ファイバ伝送線が発光又は受光光路を生じるので、この光スリーブと光軸変更手段との光動作関係により、光ファイバ伝送線が光スリーブ内に取付けられている場合には、光が適切な光路に沿って進行するよう保証する。好適実施例によると、光軸変更手段は発光デバイスからの放射光の相当部分の方向を変化させて、放射光の相当部分が受光デバイスに受光されるようにする手段を具える。光ファイバ伝送線が６２ミクロン（μ）のコアを有する傾斜屈折率型ファイバとＳＬＥＤより成るＯＥＤで構成される実施例の場合には、光結合効率は約５乃至１０％であることが期待されている。他方、光ファイバ伝送線が６２ミクロンのコアを有する傾斜屈折率型ファイバとＰＩＮより成るＯＥＤで構成される実施例の場合には、光結合効率は約７５乃至９８％であることが期待される。
【００２９】
当業者には明らかな如く、本発明による光コネクタ及び光結合装置によると、従来デバイスによっては決して達成又は実現し得なかった利点及び特長が得られる。例えば、ＯＥＤが検出器（ディテクタ）の場合には、ＯＥＤの面のファイバの像は受光器（レシーバ）の能動領域より一般に小さい。斯る実施例の場合、本発明の光コネクタ及び光結合装置の結合効率は少なくとも７５％であり、好ましくは約８５乃至９８％の高い値である。実際の効率は本発明を使用する設計に依存する。ここで、「結合効率」の用語は、利用可能な光量全体に対する結合された光量を％で表わしたものを意味する。更に、本発明は従来得られたものよりも十分大きい能動領域を有するＯＥＤの光結合装置が得られる。斯る利点が得られる要因は、先ず本発明のＳＭＴ構成による。これにより、寄生キャパシタンスを低減する為である。能動領域が大きいことの利点は、プリント基板へのＯＥＤの配置寸法精度又は自由度が増大し、特定実施例においては上述した能動アライメントを不要にする。
【００３０】
また、本発明によると、ＯＥＤがＳＬＥＤであってもよいという特長を有する。斯るデバイスの場合、光コネクタ及び光結合装置の結合効率は約５乃至１０％である。しかし、当業者には明らかな如く、発光量のより大きい部分を光ファイバ伝送線の受像面に集束させることができる。例えば非球面を用いてＯＥＤの発光量の約４０乃至８０％を斯る受像面に集束可能である。このように高い割合の集束光線が受像面に得られると、少なくとも次の２つの利点がある。第１に、フェルールと穴の不一致があっても良好な光結合が得られる。第２に、この特長又は利点により、プリント基板のＬＥＤの配置誤差による悪影響を最小にする。上述した如く、能動アライメントを不要にすることができる。
【００３１】
本発明の光軸変更手段の特定構造は、方向が変化される光が結合される特定の発光及び受光デバイス及びＯＥＤと光スリーブの相対位置により大幅に変化し得る。しかし、一般に、光軸変更手段はＯＥＤ及び光スリーブと光動作関係の反射手段を有し、発光デバイスからの放射光の少なくとも一部分を受光デバイスに反射する。当業者には明らかな如く、この作用を行うには種々の構成が考えられる。例えば、ＯＥＤの動作軸及び光伝送軸に対して所定角度で配置した１以上のミラー（鏡）を使用してこの作用を行ってもよい。詳細は後述する如く、好適実施例においては、斯る反射手段はＯＥＤ及び光ファイバ伝送線の軸に対して所定角度に配置された内面を有するプリズム等の反射面より構成される。
【００３２】
本発明の光結合装置の信号損失を最小にする為に、この反射手段は全反射プリズムであるのが好ましい。ＯＥＤが発光デバイスより成る実施例にあっては、このデバイスから放射された光はコヒーレント又は非コヒーレントであってもよい。例えば、ＯＥＤの能動領域から放射された光は、このデバイスの動作軸と略平行且つこの軸を中心とする略平行なビーム状であってもよい。斯る実施例にあっては、光軸変更手段は好ましくはビーム通路に配置された光反射手段より成る。ＯＥＤと光ファイバ線の動作に関連付けられた反射手段を使用する場合の光跡を図３に示す。ＯＥＤ３０よりの発光光線３００はＯＥＤ３０の動作軸Ｚと略平行であり、反射面３１０に入射する。この反射面３１０は好ましくは動作軸Ｚと光ファイバケーブル２０３の光伝送軸Ｘの双方に対して４５°の角度に配置されているので、光線３００の進行方向は光伝送軸Ｘに略平行になるよう変更される。光線は可逆性を有するので、同じ光軸変更手段１５０を用いて、光ファイバ伝送線が発光デバイスである実施例にも同様に使用可能である。
【００３３】
当業者には明らかな如く、光軸変更手段１５０の特定構成は、ここに開示する技術に基づいて、異なる型式の発光デバイス及び受光デバイスを最適に収めるように容易に変形することが可能である。例えば、ＯＥＤ３０は発光デバイスは実質的に非コヒーレント光線を発光する発光デバイスであってもよく、その場合にはレンズ３３０の如くＯＥＤ３０と光動作関係のコリメーション素子を光軸変更手段１５０が含んでいるのが好ましい。この例を図４に光跡図に示す。本発明のコリメーション素子の主目的はＯＥＤ３０又は光ファイバケーブル端からの拡散光を集めることである。図４から明らかな如く、コリメートされた光線は図示の例では平行光線となるよう示すが、実際には必ずしも完全に平行光線である必要はない。このコリメーション素子３３０は好ましくは正（ポジティブ）非球面レンズの如く光学的パワー面を具える。斯るコリメーション素子はレンズ３３０の光軸をＯＥＤ３０の動作軸Ｚと位置合せすることによりＯＥＤ３０と動作上関連付けるのが好ましい。これにより、斯る非コヒーレントＯＥＤ３０からの放射光線３００の相当大きい部分（大半）がレンズ３３０角に入射することとなる。コリメートされた光ビームを光伝送軸Ｘと一致させるには、図４に示す光軸変更手段も好ましくは反射面３１０を含み、これを各軸に対して約４５°の角度に配置する。これにより、光線の進行方向は光ファイバ２０３の光伝送軸Ｘに実質的に沿う方向となるよう変更される。
【００３４】
図５に示す好適実施例にあっては、光軸変更手段１５０は更に第２レンズ３４０を有し、反射面３１０で反射された光線を集束する。レンズ３４０は非球面レンズの如くパワー付き光学面を具える。レンズ３４０は好ましくは反射面３１０からの反射光線を光ファイバ伝送線２０３の受光端面の選択された領域に一致するようにする。
【００３５】
図２乃至図５に示した光軸変更手段１５０はＯＥＤ３０が発光デバイスであり、光ファイバケーブル２０３が受光デバイスである実施例として説明した。しかし、光の進行方向を変更する構成は一般に可逆性を有するので、図２乃至図５と同じ構成を用いてＯＥＤ３０が受光デバイスであり、光ファイバケーブル２０３が発光デバイスである場合にも適用可能である。従って、本発明は光電ディテクタであるＯＥＤのみならず、発光デバイスであるＯＥＤの効果的な結合を行うことができることが判った。図５に示す如く、好適な光軸変更手段１５０は第１レンズ３４０、反射面３１０及び第２レンズ３３０を有する。この型式の実施例についての詳細は後述する。
【００３６】
図２乃至図５の実施例は光ファイバ伝送線の軸がＯＥＤ３０の動作軸と９０°の角度で交する場合である。簡単、製造の容易性及び効率の点で斯る構成が好ましいが、光ファイバ伝送線の伝送軸とＯＥＤの動作軸との関係は上述以外であっても本発明の技術的範囲に入ると解すべきである。
【００３７】
次に、図６を参照して説明する。ＤＩＰ構造の第１コネクタ組立体１０を開示する。このＤＩＰコネクタ組立体１０は従来の１６ピンＤＩＰより成る。ＯＥＤ３０及びその関連電子回路をＤＩＰ内のプリント基板１７上に取付けると、光ファイバ結合装置は寄生インダクタンス及びキャパシタンスが従来の結合装置に比して大幅に低減することが判った。その主要因は、従来の結合装置では少なくとも２本の半田付け及び／又はワイヤボンディングされたリード線がＯＥＤ（及び／又はその取付けサブストレート）からＤＩＰ内のプリント基板へ延びる為である。
【００３８】
このコネクタ組立体１０はサブストレート１５、ケース５０及び光結合装置６０より成る。サブストレート１５は、その表面１７に配置される電子回路部品１６を含んでいる。サブストレート１５の底面から下方へピン２０が延出し、別のサブストレート、例えば電子機器のマザーボード又はシステムボードとインターフェースするよう構成されている。また、サブストレート１５の上面１７にはＯＥＤ３０がマウントされている。ＯＥＤ３０は周知技法によりプリント基板にＳＭＴ実装され、更にワイヤボンド３１によりプリント基板の回路素子にワイヤボンドされている。放熱を助ける為に、斯るＯＥＤ３０は例えば銅製バイアスを介してプリント基板内の大きな銅接地面等のヒートシンクに結合してもよい。
【００３９】
箱状ケース５０はプリント基板１５の上面１７を実質的に覆うよう構成されている。このケース５０は好ましくは２枚の実質的に平行な側壁５３，５４と、２枚の実質的に平行な端壁５１，５２より成り、相互に結合されている。端壁５１１，５２と側壁５３，５４を連結する上壁５５が設けられている。端壁５１には好ましくはこれと一体に光ファイバコネクタの取付具と嵌合するよう構成された嵌合スリーブ７０が結合されている。斯る取付具及び関連するフェルールは当業者には周知であるので、ここで詳細説明は省略することとする。嵌合スリーブ７０は略筒状の穴又はキャビティ７５を有し、このスリーブの第１端７６に光ファイバ伝送線を取外し可能に受ける。また、穴７５は側壁５１の開口７７を形成し、光結合装置６０の光スリーブ部６１を永久的に受けるよう構成される。
【００４０】
図７乃至図１０は図６の実施例とは異なる本発明による光コネクタの別の実施例を示す。図７及び図８はシンプレックス型コネクタの例であり、図９及び図１０はデュプレックス型コネクタの実施例である。
【００４１】
両光コネクタの実施例共にＳＣ型コネクタであり、米国特許第５，０４２，８９１号に開示する型式の光コネクタである。詳細はこの米国特許公報を参照にされたい。
【００４２】
シンプレックス型光コネクタの実施例を示す図７及び図８を参照すると、第１コネクタ半体７１はベース７３を有し、少なくとも２個の弾性キャッチピース（係合片）７２がベース７３から外方へ延出する。この弾性キャッチピース７２は片持ち梁状であって、光スリーブ部６１の長軸の反対側に平行に延び、突起７４及びリップ７６で終端する。スロット７９を有する矩形シュラウド７８がキャッチピース７２を包囲してベース７３と連結する。
【００４３】
第２コネクタ半体８０は後部８２と前部８４を有し、その表面には開口８６を有し、第１コネクタ半体７１と嵌合する。前方部８４は第１コネクタ半体７１と、また片持ち梁状キャッチピース７２間に結合する。所定形状の開口８６はノッチを有し、第１コネクタ半体７１の突起７４を位置させ且つ長手方向の凸条８９がスロット７９と係合する。図９及び図１０に示すデュプレックス型コネクタの構成及び動作は図７及び図８の実施例を２個組合せたものであることが理解できよう。
【００４４】
付加的に図１１を参照すると、光結合装置６０は光軸変更手段１５０に連結された光スリーブ部６１を具える。光スリーブ部６１は光ファイバ伝送線２０３のフェルール２０２を受け且つ取外し可能にマウントするよう構成されている。これら図に示す好適実施例では、光スリーブ部６０は内部に略筒状穴４５を有する略筒状スリーブ４０を具える。スリーブ４０の第１端に、穴４５が略円形開口６２を有し、これを介してフェルール２０２がスリーブ４０に入る。光軸変更手段１５０が光スリーブ４０の反対端に配置され、穴４５と光連通する。よって穴４５はスリーブ４０の第２端と光軸変更手段１５０へ到る光路を形成する。更に、穴４５は光ファイバ２０３のフェルール２０２と作動関係に構成され、光ファイバ伝送線の光伝送軸が穴４５の光軸と略一致する。即ち、軸穴４５はスリーブ内に正確にモールドされ、すべて正確な長手方向のアライメント面を形成し、軸穴に挿入される光ファイバコネクタの寸法により決まる。特に、軸穴４５はその内部に正確に軸方向に位置する肩６３を含んでいる。光ファイバフェルールが光スリーブ４０と結合されると、フェルール２０２の端部及びその他の部分が肩６３と正しく接触するよう維持される。この正確な接触の維持の結果、集束レンズ３４０と光ファイバ伝送線２０３の端部２０５間隔（又は距離）は正確に固定される。この間隔は本発明の光ファイバ結合装置の効果的な動作の為に重要なパラメータとなる。この間隔は好ましくはＯＥＤ３０の受像面に対応する。
【００４５】
本発明の好適実施例によると、光結合装置６０は流動性プラスチック材料をモールドすることにより一体形成され、その各部品の組立誤差の累積を排除するようにする。光結合装置は成型可能なプラスチック材料のモールドで形成するのが好ましく、特にポリカーボネート、ポリエーテルイミド又はポリアリルサルフォン等の高級エンジニアリング用プラスチック材料でモールドするのが好ましい。更に、嵌合スリーブ部７０を含む本発明のケース５０の形成に使用する材料は実質的に不透明であり、漏光等による偽信号の発生を最小にするのが好ましい。この目的に好適な材料としては、めっき処理した自然又は炭素封入ポリアリルサルフォン、液晶ポリマ及び亜鉛である。モールドは射出成型、圧縮成型又はトランスファ成型等の周知の技法で行うことができる。モールドされた結合装置６０を使用する利点は、光スリーブ６０及び光軸変更手段１５０の相対寸法及び形状は許容誤差の累積を最小にするよう正確に制御される。
【００４６】
レンズ３４０の光軸は穴４５の軸と略一致するのが好ましい。これにより、レンズ３４０の光軸は光結合装置６０にマウントされる光ファイバケーブルの光伝送軸と略位置合せ（アライメント）される。更に、光結合装置６０は一体即ち単一結合装置であって、レンズ３４０と穴４５の軸との間のアライメントの誤差累積が排除又は実質的に低減できるようにするのが好ましい。従って、本発明の好適実施例によると、光軸変更手段１５０は一体形成のレンズ３４０を含み、穴４５を閉じる。レンズ３４０は穴４５の閉端に一体形成されるので、レンズ及び穴の相対軸及び放射位置はその肩６３を含め極めて高精度とすることができる。
【００４７】
図６、図１１及び図１２に示す光軸変更手段１５０は第１レンズ３４０、反射面３１０及び第２レンズ３３０より成る。これら各素子は光スリーブ６１と一体形成されるのが好ましい。夫々第１及び第２レンズ３４０，３３０を含む面を有する光軸変更手段１５０の反射面３１０は集束面を有する全反射プリズムより成るのが好ましい。
【００４８】
また、光結合装置６０は一般にはケース、特定の場合には嵌合スリーブ７０にこの光結合装置をマウントする為の外部フランジ８０を含んでいる。図２に最もよく示す如く、キー８１がフランジ８０の下部から突出し、側壁５１の底部にスロット９０を嵌合するよう構成する。このフランジ８０のキー８１と側壁５１のスロット９０は共に光軸変更手段１５０をＯＥＤ３０と動作関係でアライメントする第１手段を具える。特に、当業者には明らかな如く、斯るキー／スロット構成は第１コリメーション用レンズ３３０の光軸Ｚをアライメントする手段を構成し、プリント基板１５と略法線関係になるようにする。更に、フランジ８０は好ましくは第１データム面８２を含み、これに対してプリント基板１５の前縁が組立てられた結合装置に着座するようにする。図１２に示す如く、データム面８２は平面であって、レンズ３３０の光軸と略平行であり、ＯＥＤ３０とレンズ３３０間の軸アライメントを確立する正確な基準面となるようにする。本発明の好適光結合装置は一体形成されるので、データム面８２とレンズ３３０の集束軸間の正確な軸方向距離は光結合装置の形成工程中に正確に確立される。その結果、ＯＥＤ３０の光軸Ｚはレンズ３３０の集束軸と極めて小さい誤差累積でアライメントされる。
【００４９】
光結合装置６０は更に第２データム面８３を含み、プリント基板１５の上面１７に従ってＯＥＤ３０の能動領域３５とレンズ３３０間の距離を正確に確立する基準面を与える。
【００５０】
本発明の光結合装置６０は本発明の光コネクタの組立を容易にし且つ組立工程で生じる誤差の累積を最小にすることが理解できよう。特に、図６及び図１２に最もよく示す如く、光コネクタの組立は好ましくは先ず光結合装置６０の光スリーブ６１を嵌合スリーブ７０の穴７５内に挿入して始まる。嵌合スリーブ７０付き光結合装置６０の光軸変更手段１５０の適切な角度方向は、キー８１をスロット９０に係合させて保証する。特に、キー８１とスロット９０との係合により、データム面８３が側壁５３，５４と略法線方向となり、上壁５５と略平行になるよう保証する。これにより、データム面８３はプリント基板１５の上面１７を受け且つこれと嵌合するよう位置される。次に、光結合装置６０をケース５０とアライメントされて連結される。光結合装置６０がケース５０と一度連結されると、プリント基板１５がケース５０に連結される。データム面８２，８３はＯＥＤ３０がレンズ３３０と略光的にアライメントされる。光コネクタ１０の各素子の連結はエポキシ等の接着剤を使用するか超音波溶接等の周知技法により実現可能である。組立てられると、ＯＥＤ３０は光軸変更手段１５０のレンズ３３０と光動作関係となる。更に、光ファイバコネクタの結合具が嵌合スリーブ７０と嵌合すると、フェルール２０２は穴４５と嵌合し、光軸変更手段１５０のレンズ３４０と光動作関係となる。
【００５１】
図１３に示す如く、本発明の実施例によると、光結合装置６０は更に付加アライメント手段を含み、レンズ３３０の光軸がＯＥＤ３０の動作軸Ｚと横方向に位置合せされるようにする。斯る実施例では、この横位置合せは光結合装置６０から延びる１以上のアライメントペグ１００を具える。この組立工程中に、斯るペグ１００はプリント基板１５に含まれるソケット１１０に正確にマウントされるよう構成される。斯るソケット１１０はプリント基板１５の製造中に形成され、ＯＥＤ３０の動作軸Ｚに対して精密に位置決めされるようにする。更に、ペグ１００のレンズ３３０に対する位置は光結合装置６０の形成中に精密に固定できる。上述した如く、本発明の光結合装置６０は流動性プラスチック材料を精密寸法形状にモールドすることにより一体形成可能である。当業者には明らかな如く、光結合装置の各部品間の許容限界は単一モールド操作により決められる。従って、斯る単一モールド操作の使用により、従来装置では生じ得た誤差累積を大幅に低減することができる。
【００５２】
図１３の実施例は、穴４５内に形成された肩６３が除去されて、円錐台形のキャビティ１２５であるスペーサ素子１２０に置換されるという点で図１１及び図１２の実施例と異なる。
【００５３】
本発明の更に他の実施例を図１４に示す。この実施例によると、光結合装置はケース５０と一体形成された光スリーブ４０／７０より成る。特に、ケース５０はフェルール２０２をマウントするよう構成されているスリーブ４０／７０を含んでいる。更に、スリーブ４０／７０は図１１乃至図１３の嵌合スリーブ７０と同一機能を果たす。即ち、それは光コネクタの取付具と嵌合するよう構成されている。光結合装置の光軸変更手段１５０は第１レンズ３４０、内部反射面３１０及び第２レンズ３３０より構成される。この実施例の光軸変更手段は上述した透明プラスチック材料で一体形成するのが好ましい。この光結合装置は更に光軸変更手段１５０をＯＥＤ３０及び光スリーブ４０／７０と光動作関係に維持する手段より成る。特に、この維持手段は軸穴１７５が形成されたハウジングジャケット１７０を具える。このハウジングジャケット１７０はスリーブ４０／７０の穴４５の内端を介してケース５０に連結され、穴１７５の軸が穴４５の軸Ｘと実質的に一致するようにする。軸穴４５，１７５の第１端にレンズ３４０がマウントされて、これを閉じ、レンズ３４０の軸が軸Ｘと位置合せされ且つレンズ３３０の軸がＯＥＤ３０の動作軸と位置合せされるようにする。ハウジングジャケット１７０は端壁１７８を有し、これで軸穴４５を部分的に閉鎖する。端壁１７８は略円形開口１８０を含み、これが軸Ｘに沿ってレンズ３４０への光路を形成する。ハウジングジャケット１７０は図１４中に別部材として示され穴４５内にマウントされているが、穴４５は一体形成され、内部にレンズ３４０をマウントするキャビティを有するようにしてもよい。
【００５４】
以上、本発明の光コネクタ及びそれに使用する光結合部材を好適実施例につき説明した。しかし、本発明は斯る実施例のみに限定するべきではなく、本発明の要旨を逸脱することなく用途に応じて種々の変形変更が可能であることが当業者には容易に理解できよう。
【００５５】
【発明の効果】
上述の説明から理解される如く、本発明の光コネクタ及びそれに使用する光結合装置は種々の実用上の顕著な効果を有する。発光又は受光用ＯＥＤと光伝送用光ファイバとの光軸が不一致であっても、光軸変更手段又は光結合装置により両者間を光動作関係に結合することができる。従って、ＯＥＤ及び関連電子回路素子はプリント基板にＳＭＴ技法で直接接続し、寄生インダクタンス、キャパシタンス及び抵抗を最小にすることができる。また、ＯＥＤと光ファイバ伝送線間の配置の自由度が増加し組立作業性が大幅に改善できる。更にまた、レンズや反射面等の光軸変更手段を有する光結合装置をプラスチック材料で一体モールドしてケースにマウントすることにより、光コネクタの組立作業性が改善されるのみならず、一体構造であるので多数の部品から構成される従来装置に比して累積誤差がなく高精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光コネクタの分解斜視図。
【図２】本発明の光コネクタの実施例の模型図。
【図３】直交するコヒーレント光源と受光素子間を結合する本発明の光結合装置の第１実施例の構成図。
【図４】直交する非コヒーレント光源と受光素子間を結合する本発明の光結合装置の第２実施例の構成図。
【図５】直交する非コヒーレント光源と受光素子間を結合する本発明の光結合装置の第３実施例の構成図。
【図６】本発明の光コネクタの第１実施例の一部切欠いた分解斜視図。
【図７】本発明のシンプレックス型光コネクタの実施例の一部切欠いた分解斜視図。
【図８】図７のシンプレックス型光コネクタの嵌合状態説明用斜視図。
【図９】本発明のデュプレックス型光コネクタの実施例の一部切欠いた分解斜視図。
【図１０】図９のデュプレックス型光コネクタの嵌合状態を説明する斜視図。
【図１１】本発明の光結合装置の第１実施例の縦断面図。
【図１２】図１１の光結合装置を使用する本発明の光コネクタの一実施例の断面図。
【図１３】光結合装置の変形実施例を使用する本発明の光コネクタの断面図。
【図１４】光結合装置の更に他の実施例を使用する本発明の光コネクタの断面図。
【符号の説明】
１０      光コネクタ
３０      光電素子（ＯＥＤ）
３５      発光／受光面
１５      基板
１７      基板表面
５０      ケース
５１      側壁
１５０    光結合装置
２０３    光ファイバ伝送線
３１０    反射面
３３０，３４０    レンズ
【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】
0003540834.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003540834.tif 000012
【図１２】
0003540834.tif 000013
【図１３】
0003540834.tif 000014
【図１４】
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