(57)【要約】【課題】耐熱性、耐傷性等が大きく、光ファイバーを装着した際には光学的に高精度なものを提供することができる光モジュールである。【解決手段】光ファイバーを接続する光モジュールにおいて、有機材料と、金属アルコキシドの加水分解生成物物から生成した三次元網目骨格体、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの無機微粒子、もしくは金属微粒子の少なくともいずれかを含有する有機無機複合材料で、フェルールと光学素子とを一体に成形された光モジュール。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーを接続する光モジュールにおいて、フェルールと光学素子とが有機無機複合材料で一体に成形されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
有機無機複合材料は、無機材料が金属アルコキシドの加水分解生成物物から生成した三次元網目骨格体、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの無機微粒子、もしくは金属微粒子の少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光ファイバーの接続に用いられる光モジュールに関し、とくにレンズ等の光学素子を備えた光モジュールに関する。
【０００２】
【従来技術】
光ファイバーを用いた光通信において、光ファイバーを接続する等の目的で、各種の光モジュールが使用されている。
これらの光モジュールにおいては、光ファイバーの末端にフェルールを装着し、レンズ等の光学素子とを位置決めすることによって製造されている。例えば、特開２０００−１０５３２５号公報においては、光ファイバーの一端をフェルール中に保持するとともに、フェルールの端部に、光ファイバーからの伝送光を平行光にするためのレンズを備えた光ファイバーコリメータを用いた光モジュールが記載されている。
【０００３】
図７は、光ファイバーコリメータの一例を説明する図である。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）はそれぞれ、１芯型および２芯型の断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示した１芯型の断面図を拡大した図である。
これらの光ファイバーコリメータは、１芯型同士、あるいは２芯型同士を、アイソレータ素子等を介して接続して光伝送回路が形成される。
【０００４】
図７（Ａ）の光ファイバーコリメータ７２において、光ファイバー７１の端部は、フェルール７３の孔に挿入されて接合され、その端面にフィルター７４が透光性接着剤によって取り付けられている。
一方、フェルール７３の端部から所定の間隔を設けて、レンズ７６が取り付けられている。レンズは、外周部がレンズホルダー７５の内周側７７に接着剤、半田、低融点ガラス等によって固定されて取り付けられている。そして、光ファイバー７１を取り付けたフェルール７３の一端側外周面とレンズ７６を取り付けたレンズホルダー７５の一端側内周面とが嵌合されて両者が一体に固定されたものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光ファイバーコリメータを用いた光モジュール等においては、光ファイバーを装着したフェルールとレンズ等の光学素子を設けた部材は、光ファイバーの中心軸とレンズの光軸との間で、所定の設定量に比べてずれが生じると、伝送される光の伝送損失が大きくなるという問題点があった。
そこで、図７（Ａ）あるいは図７（Ｂ）に示すものでは、レンズの外周をレンズホルダーの内周に取り付けて固定する際のレンズ外径の寸法と、レンズホルダーの内径寸法との寸法差、フェルール一端側の外径寸法とレンズホルダーの一端側の内径寸法との寸法差、およびレンズホルダーの一端側のレンズを固定する部分と他端側のフェルールを固定する部分との同軸度等に高精度が要求される。よって、ずれ等が発生しないようするために光ファイバーコリメータを用いた光モジュールの組立には、高度の組立装置を要し、また組立工程も複雑なものであった。
本発明は、光ファイバーとレンズ等の光学素子の光軸とが所定の設定量に比べてずれが生じることがなく、組立が容易である光モジュールを提供することを課題とするものであり、光ファイバーを装着するフェルールとレンズからなる光モジュールを提供することを課題とするものである。
また、光ファイバーとフェルールとレンズ等の光学素子から構成された、外部からの力に対して変形しにくい光モジュールを提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、光ファイバーを接続する光モジュールにおいて、フェルールと光学素子とが有機無機複合材料で一体に成形されている光モジュールによって解決することができる。
有機無機複合材料は、無機材料が金属アルコキシドの加水分解生成物物から生成した三次元網目骨格体、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの無機微粒子、もしくは金属微粒子の少なくともいずれかを含有する光モジュールである。
光ファイバーを装着する開口部の光学素子側には、光ファイバーの径よりも小さな部分を設けた前記の光モジュールである。
光学素子がレンズである前記の光モジュールである。
有機無機複合材料は、組成物の光硬化によって形成されたものである前記の光モジュールである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の光モジュールは、光ファイバーと光学素子とを一体化した光モジュールにおいて、光ファイバーを装着するフェルール、および光学素子とを有機無機複合材料で一体物として成形したことによって、組立が容易であるとともに、合成樹脂材料では得ることができなかった高靱性を有し、高精度で安定した性能を発揮する光モジュールを提供することが可能であることを見いだしたものである。
本発明の光モジュールを形成する有機無機複合材料は、有機成分中に微細化された無機成分が均質に分散されて複合化されたものであり、有機成分と無機成分とが分散し、いわゆる分子レベルもしくはナノスケールレベルで混合されて複合化されたものであり、両者に作用する相互作用によって単に有機高分子中に無機粒子を分散した組成物の硬化物には見られない優れた性質を有している。
【０００８】
以下に図面を参照して、本発明を説明する。
図１は、本発明の光モジュールの一実施例を説明する図であり、断面を説明する図である。
図１に示す、光モジュール１は、有機無機複合材料から構成されており、光ファイバー２が挿入される光ファイバー挿入孔３を形成したスリーブ部４と、レンズ５等の光学素子を形成した光学素子部６が一体に構成されている。
そして、光ファイバー挿入孔３側には、挿入された光ファイバー２の光軸と一致したレンズ５の第１の曲面７が形成されており、第１の曲面とは反対側の光モジュールの端面には、第１の曲面７の光軸とが一致した第２の曲面８が形成されている。
光モジュール１に装着される光ファイバー２は、その光放出端部を第１の曲面７から所定の間隔を設けて配置することが必要であるが、光ファイバー挿入孔３の径、長さを、光ファイバー２の径との関係に所定の大きさに保持することによって、所定の位置に装着することができ、光学的特性が優れた光ファイバーを取り付けた光モジュールを得ることができる。
【０００９】
図２は、本発明の光モジュールの他の実施例を説明する図であり、断面を説明する図である。
図２（Ａ）に示す、光モジュール１は、有機無機複合材料から構成されており、光ファイバー２が挿入される光ファイバー挿入孔３を形成したスリーブ部４と、レンズ５等の光学素子を形成した光学素子部６が一体に構成されている。
そして、光ファイバー挿入孔３側には、挿入された光ファイバー２の光軸と一致したレンズ５の第１の曲面７が形成されており、第１の曲面とは反対側の光モジュールの端面には、第１の曲面７の光軸とが一致した第２の曲面８が形成されている。
光モジュール１に装着される光ファイバー２は、その光放出端部を第１の曲面７から所定の間隔を設けて配置することが必要であるが、光ファイバー挿入孔３の端部には段差部９が形成されているので、光モジュール１へ光ファイバー２を装着する際の位置決めを容易としたことを特徴とするものであって、単に光ファイバーを光ファイバー挿入孔３に挿入するのみで、所定の位置に装着することができ、光学的特性が優れた光ファイバーを取り付けた光モジュールを得ることができる。
【００１０】
図２（Ｂ）は、本発明の他の実施例を説明する図である。
図２（Ｂ）に示す、光モジュール１は、図２（Ａ）に示す光モジュールと同様に有機無機複合材料から構成されており、光ファイバー２が挿入される光ファイバー挿入孔３を形成したスリーブ部４と、レンズ５等の光学素子を形成した光学素子部６が一体に構成されている。
光モジュール１には、光ファイバー２と光学素子部６の間の空間に、各種の光学的機能部品を装着可能な内部空間１０との連通部１１が形成されており、連通部１１からフィルター１２等が挿入されて所望の光学的な特性が付与される。
また、光ファイバー挿入孔３側には、挿入された光ファイバー２の光軸と一致したレンズ５の第１の曲面７が形成されており、第１の曲面とは反対側の光モジュールの端面には、第１の曲面７の光軸とが一致した第２の曲面８が形成されている。
【００１１】
光モジュール１に装着される光ファイバー２は、その光放出端部を第１の曲面７から所定の間隔を設けて配置することが必要であるが、光ファイバー挿入孔３の端部には段差部９が形成されているので、光モジュール１への光ファイバー２を装着する際には、単に光ファイバーを光ファイバー挿入孔３に挿入するのみで、所定の位置に装着することができ、光学的特性が優れた光ファイバーを取り付けた光モジュールを得ることができる。
【００１２】
図２（Ｃ）は、本発明の他の実施例を説明する図である。
図２（Ｃ）に示す、光モジュール１は、図１（Ａ）に示す光モジュールと同様に有機無機複合材料から構成されており、光ファイバー２が挿入される光ファイバー挿入孔３を形成したスリーブ部４と、レンズ５等の光学素子を形成した光学素子部６が一体に構成されている。
光モジュール１には、光ファイバー２と光学素子部６の間の空間に、各種の光学的機能部品を装着可能な内部空間１０との連通部１１が形成されており、連通部１１からフィルター１２等が挿入されて所望の光学的な特性が付与される。
また、光ファイバー挿入孔３側には、挿入された光ファイバー２の光軸と一致したレンズ５の第１の曲面７が形成されており、第１の曲面とは反対側の光モジュールの端面には、第１の曲面７の光軸とが一致した第２の曲面８が形成されている。
【００１３】
光モジュール１に装着される光ファイバー２は、その光放出端部を第１の曲面７から所定の間隔を設けて配置することが必要であるが、光ファイバー挿入孔３の端部にフィルター１２が装填されているので、光ファイバー２を光ファイバー挿入孔３に挿入する際には、光ファイバーの先端部はフィルター１２に突き当たり、レンズ５の第１の曲面７との距離を所定の位置に設定することが可能となる。
【００１４】
本発明の光モジュールに使用する有機無機複合材料について説明する。
図３は、有機無機複合材料を説明する図である。
図３（Ａ）に示す有機無機複合材料１３は、有機高分子鎖１４の存在下に金属アルコキシドのゾル−ゲル反応によって生成した無機成分鎖１５が、有機高分子鎖１４と相互に絡み合い、互いのマトリックスへ貫入した貫入型のものであり、有機高分子鎖１４と無機成分１５の網目状分子鎖が相互にからみあったものである。そして、無機成分の網目状分子鎖も可視光の波長に比べて十分に小さいので、光学的な特性には影響を及ぼさない有機無機複合材料を得ることができる。
図３（Ｂ）に示す有機無機複合材料１３は、有機高分子成分１６中に、可視光の波長に比べて十分に短い、無機酸化物微粒子、金属微粒子等の無機微粒子１７が分散したコンポジット構造のものである。そして、可視光の波長に比べて十分に小さな無機微粒子が大きく凝集しない状態で混合することによって、光学的な特性には影響を及ぼさない有機無機複合材料を得ることができる。
【００１５】
図３（Ｃ）は、共重合型の有機無機複合材料を説明する図である。
有機成分のモノマーもしくはオリゴマーと、無機成分のモノマーもしくはオリゴマーとが共重合し、有機成分１８と無機成分１９との共重合体からなる有機無機複合材料１３を形成したものである。
また、本発明の有機無機複合材料には、以上の図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）に示したものの複数成分を含有した複合材料を挙げることができる。
【００１６】
以下に、貫入型の有機無機複合材料とコンポジット型の有機無機複合材料について詳細に説明する。
有機高分子としては、鎖状もしくは架橋された高分子物質であり、メチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ラダー型シルセスキオキサン樹脂など、およびこれらの共重合体や官能基の一部が変性された樹脂などの熱可塑性樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等に代表されるエポキシ樹脂、あるいは不飽和エステル樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテル樹脂、シリコーン樹脂、かご型、またはオキセタニル基、アクリル基等の各種反応性官能基を含有したシルセスキオキサン樹脂、および官能基の一部が変性された樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。
【００１７】
無機成分としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂａ、Ｔａ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｓｃ、Ｂｉ、ランタノイドなどを含有する金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、あるいは金属カルボキシレートから選ばれる有機金属化合物のゾル−ゲル反応で得られたメタロキサン骨格をもつ無機高分子やＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐｂなどの金属元素を骨格に有する無機高分子などが挙げられる。また、分子鎖中には、イオウ、ホウ素、セレン、テルルなどを含むものであっても良い。
【００１８】
貫入型の有機無機複合材料は、有機無機複合材料を形成する有機成分のモノマーあるいはオリゴマーと無機成分の金属アルコキシドを、触媒、重合開始剤、硬化剤等と混合し、有機成分の重合反応と金属アルコキシドのゾル−ゲル反応を同時に進行させることによって有機成分と無機成分が相互にネットワーク構造を絡ませた有機無機ハイブリッド材料の組成物が得る方法が挙げられる。
【００１９】
また、無機成分の金属アルコキシドを部分的に加水分解し、ゾル−ゲル反応を進行させた後に、有機成分のモノマーあるいはオリゴマーを混合した後に、触媒、重合開始剤、硬化剤等を混合し、有機成分の重合反応を進行させることによってネットワーク構造を絡ませた有機無機複合材料を得る方法が挙げられる。
具体的には、金属アルコキシドをエタノール等のアルコール中に混合し、水、および塩酸等の酸を加えて加水分解、縮合反応を進めて、三次元網目構造を形成した後に、アルコールと水をメタクリル酸メチルモノマー等の透明なモノマーで置換した後に、重合開始剤、硬化剤を混合して組成物を調整し、得られた組成物を所望の形状の型枠内において重合するか、あるいは光造形方法によって金型を使用することなく光モジュールを得る方法を挙げることができる。
これらの方法では溶剤、触媒の種類と添加量等によって反応速度の調整が可能であり、溶剤の種類と添加量によって得られる組成物の成形性や他の物品への塗布性の調整が可能である。
【００２０】
コンポジット構造型の有機無機複合材料の有機成分としては、貫入型の有機無機複合材料で挙げた熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が挙げられる。無機成分としては、無機微粒子の大きさが可視光の波長より十分小さな１００ｎｍ以下、より好ましくは１０〜３０ｎｍ程度の金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ハロゲン化物、あるいは金属単体などであり、これらに含有されている金属元素としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂａ、Ｔａ、Ｇｅ、ランタノイド、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｙ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｗなど各種金属元素を挙げることができ、具体的には、ケイ素酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、硫化亜鉛、チタン酸バリウム、フッ化マグネシウム、酸化インジウム、酸化スズ、炭化ケイ素、ｃ−ＢＮ等の微粒子を挙げることができる。また、これらの微粒子としては、金属元素の金属アルコキシドを加水分解後に縮合反応させたものからなる無機微粒子もしくは金属錯体を還元することで得られる金属単体からなる金属微粒子を無機成分として用いることもできる。
これらの無機微粒子、金属微粒子は、分散性を向上させるために、カップリング剤、界面活性剤によって表面処理を施したものを用いても良い。
【００２１】
有機無機複合材料がコンポジット構造を有する場合には、無機微粒子または金属微粒子は、平均粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。平均粒径が１ｎｍよりも小さい粒子では、有機高分子中に分散させるときに微粒子が凝集して均一に分散させることが困難となる。また、平均粒径が１００ｎｍよりも大きい場合は、可視光に対して光拡散性が生じるので、有機無機複合材料自体の透明性が低下したり、沈降したりするという問題が発生する。
コンポジット構造の有機無機複合材料の合成方法としては、これら金属成分の微粒子を可視光の波長（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）より十分小さな大きさを保ちながら有機成分へ均一に分散させれることによって製造することができる。
【００２２】
例えば、有機成分中で金属アルコキシドのゾル−ゲル反応を進行させて微粒子を生成させる方法、有機樹脂モノマーと金属錯体を混合した後、金属成分を還元して金属微粒子の生成と有機成分の重合を同時に行う方法、あるいは前もって微粒子表面を表面処理して有機成分との親和性を高めて分散しやすくしたり、反応性を持たせてより強固な結合構造を発現させたりする等の方法を挙げることができる。
共重合構造型の有機無機複合材料では、有機成分としては、アクリレートモノマー、エポキシオリゴマーなど、貫入構造で挙げた熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の各種有機成分が挙げられる。
【００２３】
無機成分としては、ＳｉやＴｉ、Ａ１、Ｇｅ，Ｓｅ，Ｔｅなどの元素を含有する、無機成分含有有機モノマーあるいはオリゴマーがあげられる。共重合構造型の合成方法としては、前記有機成分と前記無機成分含有有機モノマーあるいはオリゴマー、さらにこれらに加えて溶剤、触媒、硬化剤、安定剤等を混合して両者を共重合させることで得られる。
なお、成形用組成物は、熱硬化、もしくは紫外線、電子線等による光硬化によって成形することができるが、とくに光硬化は、金型の加熱、冷却工程が不要であるので、高精度品の量産化には好適である。
【００２４】
光硬化反応は、ラジカル重合系やアニオン重合系やカチオン重合系等の反応系から選択することが可能であるが、特に寸法安定性や耐環境性や耐薬品性等の観点からは、エポキシ樹脂をカチオン重合する系が更に好ましい。カチオン重合開始剤としては、一般に、孤立電子対を有する元素を含み、これらの孤立電子対にプロトンまたは他の陽イオン化合物が配位結合しているオニウム塩類を挙げることができる。これらのオニウム塩の具体例としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩などが挙げられる。オニウム塩類の多くは、ハロゲン金属錯体アニオン（ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＳｂＦ６−など）を対イオンとして有している。ただ、これらの開始剤では、光照射だけでなく熱併用でないと厚膜硬化がし難く、高精度なバルク体を形成することが困難な場合があるため、式（１）で示されるようなイオン会合体結晶物質、例えば、デカメチルフェロセン／テトラキス（３，５−ジフルオロフェニル）ボラートのようなものを開始剤として用いると、光硬化だけで高精度バルク体を形成できるので更に好ましい。
【００２５】
［｛Ｃ５（Ｒ１）ｎ｝２ｍＭｍ］Ｌ＋［｛Ｂ（Ｒ２）４｝−］Ｌ　　式（１）
ただし、式中、Ｍは中心核遷移金属であり、Ｃ５　はシクロペンタジエニルを表し、Ｒ１はシクロペンタジエニルの炭素に結合する電子供与性置換基であり、ｎは４または５であり、ｍは１または２であり；Ｌは１または２であり；Ｒ２はホウ素原子に配位する配位子であり、４個のＲ２は同一である。
光硬化反応で成形するには、離型処理を施した、少なくとも一部が透明で硬化に必要な光を内部に照射できる金型に光硬化性組成物を注入し、光を照射して硬化後に金型を取り除いて成形する方法を用いたり、光造形装置を用いて、高精細レーザー光照射で成形する方法を用いたりすることができる。
【００２６】
以下に、図面を参照して、光硬化反応による成形方法を説明する。
図４は、金型内における光硬化反応による成形方法の一実施例を説明する図である。図４（Ａ）は、成形方法を説明する断面図であり、図４（Ｂ）は成形方法を示す斜視図であり、図４（Ｃ）は、作製した光モジュールを説明する図である。
成形型２０は上型２１と下型２２とから構成されており、上型、下型の少なくともいずれか一方は、ガラス、合成樹脂等の紫外線等の硬化用のエネルギー線が透過する透明材料で構成されている。
上型２１の上部には成形用組成物の注入口２３が設けられ、上型および下型の会合部には光ファイバー側開口２４を形成する光ファイバー側開口形成ピン２５を取り付ける小径部２６と、レンズ等の光学素子を形成する光学素子形成ピン２７を取り付ける大径部２８が形成されている。
光ファイバー側開口形成ピン２５の先端面には、光学素子の光学面の曲率に対応した第１の曲面２９が形成され、光学素子形成ピン２７の先端面には、光学素子の光学面の曲率に対応した第２の曲面３０が形成されている。
【００２７】
また、光モジュール内に、フィルター等を装着する内部空間１０を形成する場合には、下型２２に設けた空間形成部材挿入孔３１から空間形成用部材３２が挿入される。空間形成用部材３２には、光ファイバー側開口形成ピン２５の軸線と一致した開口３３を形成することによって、内部空間１０を越えて延びる所望の管路を形成することができる。
本発明の光モジュールの成形は、上型２１と下型２２とを各分離面を接触させて内部に成形空間を形成し、内部に空間を形成する場合には、下型に設けた空間形成用部材挿入孔３１から空間形成用部材３２を挿入した後に、金型内部に光ファイバー側開口形成ピン２５および、光学素子形成ピン２７をそれぞれ所定量挿入した後に、注入口２３から紫外線硬化性の有機無機複合材料形成用組成物を注入した後に、下面側から紫外線照射装置によって紫外線３４を照射することによって組成物を硬化させた後に、光ファイバー側開口形成ピン２５、光学素子形成ピン２７、および空間形成用部材３２を後退させて取り除いた後に、上型、下型とを分離することによって、図４（Ｃ）に示すように内部に空間を形成した光モジュールを作製することができる。
光モジュールとして、内部にフィルター等を装着する空間を設ける必要がない場合には、光モジュール内部にフィルター等を装着する空間を形成するための空間形成部材挿入孔３１を設けなくても良い。
【００２８】
図５は、本発明の光モジュールの他の成形方法を説明する図であり、図５（Ａ）は、成形方法を示す断面図であり、図５（Ｂ）は成形方法を示す斜視図であり、図５（Ｃ）は、作製した光モジュールを説明する図である。
成形型２０は上型２１と下型２２とから構成されており、上型、下型の少なくともいずれか一方は、ガラス、合成樹脂等の紫外線等の硬化用のエネルギー線が透過する透明材料で構成されている。
上型２１の上部には成形用組成物の注入口２３が設けられ、上型および下型の会合部には光ファイバー側開口２４を形成する光ファイバー側開口形成ピン２５を取り付ける小径部２６と、レンズ等の光学素子を形成する光学素子形成ピン２７を取り付ける大径部２８が形成されている。
【００２９】
光ファイバー側開口２４を形成する光ファイバー側開口形成ピン２５の先端側には、第１の曲面２９から所定の距離の部分に径の大きさが変化する段差部３５が形成されている。その結果、段差部３５より先端部側の開口径３６を光ファイバーが通過することができない径とすることによって、光ファイバー側開口２４から光ファイバーを挿入した場合には、光ファイバーは段差部３５によって位置決めされるので、段差部３５を第１の曲面２９から所定の距離に設定することによって、光ファイバー側開口から光ファイバーを段差部３５に突き当たるように挿入するのみで、光ファイバーと光モジュールとを光学的に位置決めすることが可能となる。
【００３０】
また、光モジュール内に、フィルター等を装着する内部空間１０を形成する場合には、下型２２に設けた空間形成部材挿入孔３１から空間形成用部材３２が挿入される。空間形成用部材３２には、光ファイバー側開口形成ピン２５の軸線と一致した開口３３を形成することによって、空間部を越えた所望の管路を形成することができる。
【００３１】
本発明の有機無機複合材料からなる光モジュールは、光造形方法による光硬化反応で一体に成形しても良い。
図６は、光造形方法による成形方法の一実施例を説明する図である。
図６（Ａ）は、光造形方法に使用する光造形装置の一例を説明する図である。成形槽５１内に液体状の光硬化性組成物５２を満たし、成形槽内部には位置調整手段５３に結合された上下左右方向に位置の調整可能な成形物載置台５４が設けられている。成形物載置台５４には成形すべき光モジュールの形状に応じた光モジュール受け台５５が取り付けられており、光造形装置の各部を制御する制御手段５６を有している。また、紫外線レーザ光源５７、フィルター５８、光ファイバー５９、照射位置調整手段６０、および照射手段６１からなるレーザ光線照射機構を有しており、制御手段５６によって制御される。
【００３２】
レーザ光線６２は、制御手段５６によって与えられる光モジュールの等高線データに基づいて照射位置調整手段６０によって移動される照射手段６１から、液状の光硬化性組成物５３の上層部に照射されて光硬化によって光造形が行われる。　等高線の一段に相当する光成形の後に、制御手段５６は位置調整手段５３を作動させて成形物載置台５５を等高線データの一段の光造形量に相当する高さだけ降下させ、ついで次の等高線データに基づいて、同様にレーザ光線６２を照射して光硬化反応を起こして硬化させる。
一度の光造形量を大きくすると、成形された光モジュールには段差が生じるので、等高線データは、光造形の際に積層される層の段差が光学的に悪影響を及ぼさないようなものとすることが必要となる。
また、照射手段６１を照射位置調整手段６０により移動させる際に、レーザ光線が照射されない部分を設けることによって、光ファイバー側開口２４、内部空間１０を形成することができる。また、形成した内部空間はフィルター等の装着口として利用することができる。
【００３３】
図６（Ｂ）は、成形物載置台５４に装着する光モジュール受け台５５を説明する図であり、予め成形すべき光モジュールの形状に合致した光モジュール受け台５５を取り付けることによって、成形工程を簡素化することができる。
図６（Ｃ）は、光造形法によって形成された光モジュールの一例を説明する図であり、光モジュール１には、光ファイバー側開口２４、フィルター等を装着することが可能な内部空間１０および連通部１１が形成されており、連通部１１から内部空間にフィルター等が挿入されて所望の光学的な特性が付与される。また、光ファイバー側開口側には、挿入される光ファイバーの光軸と一致したレンズ５の第１の曲面７が形成されており、第１の曲面とは反対側の光モジュールの端面には、第１の曲面７の光軸とが一致した第２の曲面８が形成されている。
光造形法による場合には、第１の曲面７を形成するレンズ面の外形寸法を、光ファイバー側開口２４の直径より大きくできる。また、照射手段６１の多数個を成型物載置台５４の上方に並設すれば、一度に多数個の成形が可能になる。
【００３４】
このようにして得られた有機無機複合材料からなる光モジュールは、無機成分の作用により有機成分を補強した結果、弾性率や表面硬度など機械的特性の向上、熱軟化点の上昇、ガラス転移点の上昇、熱膨張率の低下などの熱的特性の向上が得られるようになる。有機無機複合材料では、有機成分と無機成分が分子レベルもしくはナノスケールレベルで相互作用を及ぼしながら構成され、有機成分の主鎖骨格の分子振動が無機成分で制限されているため、特性の向上が得られるものと考えられる。
また、構造が繊密になるため、吸水率が低下し、耐溶剤性あるいは耐候性が向上するなどの効果も得られる。
【００３５】
さらに、有機無機複合材料のように不均一な材料を媒質とした光波の伝播においては、存在する無機成分の微粒子の大きさ、含有量が屈折率、波長分散性に影響を及ぼすことが知られているが、本発明の有機無機複合材料においては、このような特性を利用して、無機成分の微粒子の大きさ、含有量を所望の範囲に設定することによって、光モジュールに取り付ける光ファイバーの屈折率と合致する材料を調製して、フェルールと光学素子が一体成形された光モジュールを作製することが可能となる。
【００３６】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
有機高分子としてオキセタニル基含有シルセスキオキサン（東亞合成製ＯＸ−ＳＱ）４０重量部、分子量２０００の脂環式エポキシ樹脂（バンテイコ社製、アラルダイトＣＹ−１７９）６０重量部、光重合開始剤としてデカメチルフェロセン／テトラキス（３，５−ジフルオロフェニル）ボラート１重量部、無機微粒子として、エタノール中に分散させた平均粒径１５ｎｍで固形分２０質量％のコロイダルシリカ２５０重量部を混合してエタノール成分を揮発除去させて組成物を調製した。
【００３７】
この組成物を２５℃において、光造形法により、照射スポット径１００μｍ、積層ピッチ１０μｍとし、６０００ｍＪ／ｃｍ２　の紫外線照射エネルギー量を照射し、フェルールとレンズが一体になった図１において示す、光モジュールを作製した。光モジュール１の光ファイバー挿入孔の内径は１２５μｍ、スリーブ部４の外径は１．２ｍｍ、スリーブ部の長さは５ｍｍ、光モジュールの全長は１５ｍｍであった。得られた光モジュールの線膨張係数１×１０−６／℃、ヤング率３０ＧＰａ、屈折率ｎｄ＝１．４５であった。
【００３８】
そして、この光モジュール１の光ファイバー挿入孔３に、コア部の屈折率ｎｄ＝１．４５の光ファイバー２を挿入して光モジュールを組み立てたところ、レンズ５に対して、光ファイバー２が高精度に位置出しができ、従来のような光軸のずれがなく、組立も容易であった。
なお、エポキシ樹脂単体の注型品では、熱膨張係数は５．５〜８×１０−５／℃であるので、本実施例の光モジュールでは、熱膨張係数が低下し、高剛性となり、光ファイバーの屈折率に近づけることができた。
【００３９】
実施例２
実施例１におけるオキセタニル基含有シルセスキオキサンに代えて、シリコーン鎖を導入したオキセタニル基含有シルセスキオキサン（東亞合成製ＩＳＱ−２０）２０重量部、分子量２０００の脂環式エポキシ樹脂（バンテイコ社製、アラルダイトＣＹ−１７９）８０重量部を用いた点を除き、実施例１と同様にフェルールとレンズが一体になった、光モジュールを成形した。得られた光モジュールは、線膨張係数２×１０−６／℃、ヤング率２０ＧＰａ、屈折率ｎｄ＝１．４６であった。
ここで得られた、光モジュールに実施例１と同様に光ファイバーを組立たところ、レンズに対して光ファイバーが高精度に位置出しができて、従来のような光軸のずれがなく組み立ても容易であった。
【００４０】
実施例３
無機微粒子として、表面をチタネート系カップリング剤で処理した平均粒径１５ｎｍのシリカ微粒子４０重量部を用いた点以外は、実施例１と同様にして組成物を作製した。
この組成物を、図５（Ａ）、（Ｂ）に示したように、上下一対の型内に注入充填するとともに、透明にした下型側から紫外線照射して６０％程度の半硬化した後、続いて全硬化することにより、スリーブ部と光学素子部が一体化した光モジュールを成形した。得られた光モジュールは、線膨張係数４×１０−６／℃、ヤング率１０ＧＰａ、屈折率ｎｄ＝１．４５であった。
【００４１】
ここで得られた、光モジュールの成形寸法は、実施例１と同様のものであり、光ファイバー挿入孔３の段差部３５までの長さは７ｍｍ、開口径３６は１２０μｍであった。
この光モジュールに光ファイバーを挿入して組立たところ、レンズに対して光ファイバーが高精度に位置出しができて、従来のような光軸のずれがなく組み立ても容易であった。
【００４２】
実施例４
テトラエトキシシラン２１ｇと無水酢酸１０ｇおよび０．１Ｎ塩酸０．５ｇとをエタノール３０ｇ中に投入し、混合溶液を２５℃で５時間撹拌して、溶液１を調製した。
また、テトラエトキシシラン２１ｇをエタノール４０ｇに溶解させて、溶液２を調製した。
次いで、溶液１の５０ｇと溶液２の５０ｇ混合し、混合溶液を室温で２４時間撹拌して、無機成分溶液３を調製した。
【００４３】
一方、シリコーン鎖を導入したオキセタニル基含有シルセスキオキサン（東亞合成製ＩＳＱ−２０）２０重量部、分子量２０００の脂環式エポキシ樹脂（バンテイコ社製、アラルダイトＣＹ−１７９）８０重量部と、光重合開始剤としてデカメチルフェロセン／テトラキス（３，５−ジフルオロフェニル）ボラート１重量部を、メチルエチルケトン１００重量部中に溶解させ、有機高分子溶液４を調製した。
【００４４】
次いで、無機成分溶液３の３０ｇと有機高分子溶液４の５０ｇとを撹拌しながら混合し、６０℃で２４時間放置してエタノール成分を揮発除去させて調製した組成物を得た後、実施例３と同様に光学素子を一体化した光モジュールを成形した。得られた光モジュールは、線膨張係数２×１０−６／℃、ヤング率２０ＧＰａ、屈折率ｎｄ＝１．４５であった。
この光モジュールに光ファイバーを挿入して組立たところ、レンズに対して光ファイバーが高精度に位置出しができて、従来のような光軸のずれがなく組み立ても容易であった。
【００４５】
実施例５
シリコーン鎖を導入したオキセタニル基含有シルセスキオキサン（東亞合成製ＩＳＱ−２０）２０重量部、分子量２０００の脂環式エポキシ樹脂（バンテイコ社製、アラルダイトＣＹ−１７９）８０重量部と、光重合開始剤としてデカメチルフェロセン／テトラキス（３，５−ジフルオロフェニル）ボラートを１重量部を、メチルエチルケトン２００重量部中に溶解させ、有機高分子溶液を調製した。
次いで、有機高分子溶液中に、セロソルブアセテート２００重量部、テトラエトキシシラン２１ｇ、メチルシリケート縮合物（多摩化学製　ＭＳ−５１）２３．５ｇ、水４．６ｇ、ジブチル錫ジラウレート０．５ｇを撹拌しながら加え、室温で２時間撹拌し、有機無機複合材料形成用組成物を得た。
【００４６】
得られた組成物中の溶媒を、１００℃において５時間で乾燥除去した後に、実施例１と同様に光モジュールを成形した。得られた光モジュールは、線膨張係数１×１０−６／℃、ヤング率２５ＧＰａ、屈折率ｎｄ＝１．４５であった。
この光モジュールに光ファイバーを挿入して組立たところ、実施例１と同様に、高精度に位置出しができて、従来のような光軸のずれがなく組み立ても容易であった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の有機無機複合材料の組成物を硬化させた光透過性材料で光ファイバーの導入部と光学素子とを一体化して成形したので、熱膨張係数が小さく、高剛性であるとともに、光ファイバーの中心軸と光学素子の光軸とを高精度に一致させることが容易となり、照射用の光源の発熱による変形防止や耐傷性が大きな高精度の光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光モジュールの一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の光モジュールの他の実施例を説明する図である。
【図３】図３は、有機無機複合材料を説明する図である。
【図４】図４は、金型内における光硬化反応による成形方法の一実施例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の光モジュールの他の成形方法を説明する図である。
【図６】図６は、光造形方法による成形方法の一実施例を説明する図である。
【図７】図７は、光ファイバーコリメータの一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…光モジュール、２…光ファイバー、３…光ファイバー挿入孔、４…スリーブ部、５…レンズ、６…光学素子部、７…第１の曲面、８…第２の曲面、９…段差部、１０…内部空間、１１…連通部、１２…フィルター、１３…有機無機複合材料、１４…有機高分子鎖、１５…無機成分鎖、１６…有機高分子成分、１７…無機微粒子、１８…有機成分、１９…無機成分、２０…成形型、２１…上型、２２…下型、２３…注入口、２４…光ファイバー側開口、２５…光ファイバー側開口形成ピン、２６…小径部、２７…光学素子形成ピン、２８…大径部、２９…第１の曲面、３０…第２の曲面、３１…空間形成部材挿入孔、３２…空間形成用部材、３３…開口、３４…紫外線、３５…段差部、３６…開口径、５１…成形槽、５２…光硬化性組成物、５３…位置調整手段、５４…成形物載置台、５４…光モジュール受け台、５６…制御手段、５７…紫外線レーザ光源、５８…フィルター、５９…光ファイバー、６０…照射位置調整手段、６１…照射手段、６２…レーザ光線、７１…光ファイバー、７２…光ファイバーコリメータ、７３…フェルール、７４…フィルター、７５…レンズホルダー、７６…レンズ、７７…内周側
【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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