(57)【要約】【課題】  光結合モジュールにおける発光素子と集光レンズと容易に組み付けることができるようになし、もって製造工数の削減、部品点数の削減を可能にする。【解決手段】  光通信用ケーブル２０の送信側コネクタ２１を通信端末１の光結合モジュール３に接続したときに、発光素子４，集光レンズ５及び光ファイバ２３との光軸が一致し、かつそれらが所定の間隔を保持するために、ケーシング６の小径部６ａにはフェルール２４の先端面が当接する基準壁９が形成されており、ケーシング６の大径部６ｂには収容空間７が形成されて、その内部にボールレンズで構成した集光レンズ５が位置決め部１０に当接する位置まで挿入し、ホルダ筒１１で集光レンズ５を押し込むようになし、かつ発光素子４は大径部６ｂの端部に圧入するようにして装着されている。【選択図】  図１
2005208267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と集光レンズとを含み、光信号伝送用の光ファイバの端部が結合される光通信用の光結合モジュールにおいて、
一方側に前記発光素子と前記集光レンズとが装着され、他方側には前記光ファイバが挿脱可能に挿入されるケーシングを有し、
前記ケーシングには、前記光ファイバの端面を位置決めするファイバ端位置決め部が形成されており、
前記ケーシング内に前記集光レンズが挿入された状態で、この集光レンズを固定的に保持するために、前記ケーシングの内面にホルダ筒が実質的に隙間のない状態で挿入されるガイド面を有する収容部が形成されており、
前記収容部には、前記ケーシングのガイド面に沿って前記発光素子を圧入することによって、前記ホルダ筒を固定すると共に、この発光素子を固定的に保持させる
構成としたことを特徴とする光結合モジュール。
【請求項２】
前記集光レンズはボールレンズからなり、前記ケーシングの収容部には、このボールレンズが突き当てられるレンズ基準部が形成されており、また前記ホルダ筒はこのボールレンズを前記レンズ基準部に向けて押圧するように組み付けられる構成としたことを特徴とする請求項１記載の光結合モジュール。
【請求項３】
前記集光レンズは、その外周の有効領域外の円環状部が前記ホルダ筒に固着されており、前記ケーシングの内面にホルダ基準部を形成して、前記ホルダ筒の前記集光レンズ固着側端面をこのホルダ基準部に当接させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の光結合モジュール
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信端末等の機器に装着され、光通信用ケーブルが挿脱可能に接続される光結合モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信における信号の伝送路として光ファイバが用いられ、この光ファイバを設けた光通信用ケーブルの両端にはそれぞれコネクタが設けられている。一方のコネクタは送信側コネクタであり、他方のコネクタは受信側コネクタであり、送信側コネクタは通信端末等の光結合モジュールに挿脱可能に接続されるようになっている。そして、この送信側コネクタが接続される光結合モジュールには、光信号を送信する発光素子と、この発光素子からの光を光ファイバの入射端面に集光させる集光レンズとを備えている。また、光通信用ケーブルの他端に設けた受信側コネクタは、パーソナルコンピュータやテレビジョン受像機等の機器類に接続される。
【０００３】
ここで、前述した光結合モジュールに設けられる発光素子は、レーザダイオード，発光ダイオード等からなるものであり、この発光素子と集光レンズとは光結合モジュールのケーシングに組み込まれている。光通信用ケーブル内の光ファイバの先端部は、ガイド用の筒体からなるフェルール内に挿通されており、このフェルールはコネクタが光結合モジュールのケーシングに差し込まれると、光ファイバの入射端が集光レンズの集光位置に臨むようになる。光ファイバの入射端に光信号を効率的に取り込むために、ケーシング内に設けられている発光素子及び集光レンズと、光結合モジュールに接続されるコネクタに設けた光ファイバとを正確にアライメントして、光ファイバの入射端に向けて確実に集光させなければならない。また、光ファイバに取り込まれた光信号をロスなく効率的に伝送するために、開口数（ＮＡ）を制御する必要があり、このために発光素子，集光レンズ及び光ファイバの相互の間隔も正確に制御する必要がある。従って、光結合モジュールにおける発光素子及び集光レンズの光軸が正確に一致し、かつ発光素子と集光レンズとの間隔が一定になるように極めて高い精度で組み付けられなければ、結合効率が低下することになる結果、光信号のＳ／Ｎ比の低下を招くという不都合が生じることになる。
【０００４】
以上のように、発光素子及び集光レンズの組み付け精度を向上させるために、光結合モジュールにおけるケーシングには、集光レンズをレンズホルダに組み込んで、ケーシング内の所定の位置に挿入し、レーザダイオード等からなる発光素子をこのケーシングの端部に固定するようにしている。さらに、ケーシングにはコネクタが接続されたときに、その光ファイバの入射端が常に一定の位置となるように位置決めする基準部が形成される。ここで、発光素子を集光レンズの光軸と一致させ、かつその間に適正な間隔を持たせるように位置調整して組み付ける構成としたものが、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】実開平１−１０８５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、光結合モジュールにおいて、集光レンズをレンズホルダに組み込んで、ケーシングに装着した後、発光素子を集光レンズに対して位置調整して装着するには、発光素子の光軸を集光レンズの光軸に対するずれ方向及び傾き方向の位置を調整すると共に、その間の間隔調整も必要となることから、発光素子を組み付けるに当って、極めて複雑で面倒な位置調整を行なわなければならず、しかも調整された位置がずれないようにして発光素子をケーシングに固定しなければならない。このために、光結合モジュールの組み立てを行なう作業は著しく困難かつ面倒であり、組み立てを高精度に行なうには、製造コストが極めて高くなってしまうという問題点がある。
【０００６】
ところで、光通信システムを構成する光ファイバにおいては、伝送距離に応じて損失が大きくなることから、長距離伝送を行なう光通信用ケーブルには、伝送損失を極力抑制するために、光ファイバとしては石英ガラス製のものを用いて、発光素子，集光レンズ及び光ファイバの入射端のアライメント及び間隔調整を極めて厳格に行なうようにしている。このように、光ファイバによる伝送損失は伝送距離に比例することから、近距離伝送用の光通信用ケーブル、例えば光通信システムとしての光ＬＡＮ（Local Area Network）等においては、伝送距離がせいぜい数十ｍ程度のものであることから、多少の伝送損失が生じたとしても、Ｓ／Ｎ比の低下は実用上で差し支えのない程度となる。そして、この種の光通信用ケーブルにおいては、光の伝送損失よりむしろコスト低減の点が重視される。
【０００７】
近年において、光ファイバの材質としては、前述した石英ガラスのような高価なものではなく、安価なプラスチック製の光ファイバも用いられるようになってきている。プラスチック製の光ファイバは石英製のものと比較すれば伝送損失が大きいものの、前述したような近距離伝送用のものとしては十分満足できる程度の結合効率を有したものも実用化されている。しかも、このプラスチック製の光ファイバはガラスと比較して柔軟性があり、ある程度太径（例えば０．２ｍｍ以上）のものとしても、曲げに対して高い耐久性を有する等といった特性がある。従って、特に近距離伝送用の光通信用ケーブルとしては、プラスチック製の光ファイバであって、太径のものを用いることが可能である。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光結合モジュールにおける発光素子と集光レンズと容易に組み付けることができるようになし、もって製造工数の削減、部品点数の削減を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明は、発光素子と集光レンズとを含み、光信号伝送用の光ファイバの端部が結合される光通信用の光結合モジュールであって、一方側に前記発光素子と前記集光レンズとが装着され、他方側には前記光ファイバが挿脱可能に挿入されるケーシングを有し、前記ケーシングには、前記光ファイバの端面を位置決めするファイバ端位置決め部が形成されており、前記ケーシング内に前記集光レンズが挿入された状態で、この集光レンズを固定的に保持するために、前記ケーシングの内面にホルダ筒が実質的に隙間のない状態で挿入されるガイド面を有する収容部が形成されており、前記収容部には、前記ケーシングのガイド面に沿って前記発光素子を圧入することによって、前記ホルダ筒を固定すると共に、この発光素子を固定的に保持させる構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
ここで、光通信用ケーブルにおける光の伝送路として用いられる光ファイバは、ガラス製のファイバと、プラスチック製のファイバとが実用化されているが、いずれのファイバであっても良い。ガラス製のファイバは伝送損失が小さいことから、発光素子からの集光率が多少低下しても、受信側にまで十分に伝送できるものもあり、この場合には、曲げに対する耐久性等の観点から、細径（例えば数十μｍ程度）のファイバを用いることになる。これに対して、プラスチック製のファイバは、コストの面から、また太径にしても曲げ方向における柔軟性が良好であるために、伝送距離によっては、プラスチック製の光ファイバを用いる方が望ましい。また、プラスチック製の光ファイバにおいては、集光効率を良好にするために、比較的口径の大きなファイバを用いることができる。
【００１１】
集光効率がそれほど厳しく要求されない状況下で使用される光通信用ケーブルや、大口径のプラスチック製ファイバを用いた光通信用ケーブルにあっては、発光素子と集光レンズとの光軸合わせの精度をあまり厳格にする必要はない。そこで、ケーシング内において、集光レンズを固定する機能を発揮し、かつ集光レンズと発光素子との間隔調整を行なうための機構としてホルダ筒を用いる構成とした。そして、ケーシングの内面をガイド面として機能させて、ホルダ筒をこのガイド面に対してほぼ隙間のない状態に組み込むようにする。また、発光素子は、このガイド面に圧入するようになし、しかも発光素子をホルダ筒の端面に当接させる構成としている。これによって、発光素子と集光レンズとを実質的に正確なアライメントを行なうことができ、かつ発光素子と集光レンズとの間隔を正確に調整することができる。
【００１２】
このように、ケーシングの内面を発光素子と集光レンズとの間の光軸合わせ機能を発揮する機構とし、かつホルダ筒を発光素子と集光レンズとの間隔調整を行なう機能を発揮する機構として利用することによって、これら発光素子及び集光レンズのケーシング内での位置決めを極めて容易に行なうことができる。そして、大口径のファイバを用いるようにすると、集光レンズに対して発光素子を厳格に位置合わせするようにして組み込んだ場合と比較しても、光ファイバの端面への集光効率は格別遜色がない程度のものとなる。
【００１３】
なお、受光レンズとフォトダイオード等からなる受光素子とを組み込んだ受信側の光結合部においても、前述した送信側のモジュールと同様の組み立て方でモジュールを形成することもできる。
【００１４】
集光レンズはボールレンズで構成することができる。このようにボールレンズを用いる場合に、ケーシングにこのボールレンズが突き当てられるレンズ基準部を形成することによって、光軸の傾きに対する配慮が必要としない。従って、ホルダ筒は単にボールレンズをケーシングのレンズ基準部に押圧するだけで、レンズとホルダ筒との間の位置調整が行なわれる。また、ケーシングに発光素子を圧入することによって、ホルダ筒はこの発光素子とボールレンズとの間で挟持されることから、ケーシングにおけるガイド面の奥行き方向の位置決めがなされる。
【００１５】
例えば平凸若しくは両凸の非球面レンズ等から集光レンズを構成した場合、この集光レンズをホルダ筒に固着することによって、光軸の傾きを防止することができる。この場合、集光レンズの有効領域の外に円環状の部分、例えば外周面に所定の幅を有するコバ部を形成し、このコバ部をホルダ筒の端面に固着するようにして組み付ける。この状態で、ホルダ筒をケーシングのガイド面に沿って挿入するが、この場合には、ケーシングの内面に、ホルダ筒の先端面が当接するホルダ基準部を形成しておく。これによって、発光素子をケーシングに圧入したときに、集光レンズを固定したホルダ筒はこの発光素子とホルダ基準部との間に挟持されるようにして位置決めされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、従って、光結合モジュールにおける発光素子と集光レンズと容易に組み付けることができるようになし、もって製造工数の削減、部品点数の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１及び図２において、１は光信号の送信側として、例えば通信端末を示し、また２０は通信端末１に挿脱可能に接続される光通信用ケーブルである。通信端末１には、光通信用ケーブル２０の先端における送信側コネクタ２１が接続される接続筒２が設けられている。
【００１８】
接続筒２には送信側の光結合モジュール３が装着されている。この光結合モジュール３はレーザダイオード，発光ダイオード等からなる発光素子４と集光レンズ５とをケーシング６内に組み付けたものである。ケーシング６は、小径部６ａと大径部６ｂとを一体に形成した段差付きの筒状部材からなり、小径部６ａは接続筒２内に臨み、また大径部６ｂは通信端末１の内部に延在されている。
【００１９】
発光素子４及び集光レンズ５はケーシング６の大径部６ｂに装着されている。従って、この大径部６ｂの内部はこれら発光素子４及び集光レンズ５の収容空間７となっている。また、光通信用ケーブル２０における送信側コネクタ２１の本体部２２には、光結合モジュール３のケーシング６における小径部６ａに挿入される凹部２２ａが形成されており、この凹部２２ａ内には、光伝送手段としての光ファイバ２３を挿通させたフェルール２４が装着されている。従って、送信側コネクタ２１は、その本体部２２における凹部２２ａが光結合モジュール３のケーシング６における小径部６ａに嵌合され、かつフェルール２４はこの小径部６ａの内部に挿入されることになり、小径部６ａの内部はフェルール２４の挿入路８となる。なお、図中において、２５は送信側コネクタ２１から延在させた可撓性のあるケーブルである。
【００２０】
光通信用ケーブル２０の送信側コネクタ２１と、通信端末１側の光結合モジュール３とは挿脱可能に接続されるようになっているが、その接続時には、発光素子４，集光レンズ５及び光ファイバ２３との光軸が一致し、かつそれらが所定の間隔を保持するようになっている。このために、送信側コネクタ２１の接続時に、そのフェルール２４の先端面が当接する基準壁９がケーシング６の小径部６ａに設けられている。この基準壁９は円環状の部材であって、その内部は光の透過部となっている。また、フェルール２４の外径と、ケーシング６における小径部６ａの内径とはほぼ一致しており、従ってフェルール２４はケーシング６の小径部６ａの挿入路８内に実質的に密嵌状態に挿入されて、基準壁９に当接する位置にまで挿入されることになる。
【００２１】
発光素子４及び集光レンズ５の光軸は、共に挿入路８の中心軸線と正確にアライメントされ、かつ発光素子４と集光レンズ５との間の間隔及び集光レンズ５と基準壁９との間隔が一定になるように、これら発光素子４及び集光レンズ５が収容空間７内に組み付けられる。ここで、集光レンズ５はボールレンズからなり、この集光レンズ５はケーシング６において、小径部６ａから大径部６ｂへの移行部に形成され、レンズ基準部となる円環状の位置決め部１０に当接するようになっている。そして、この集光レンズ５は位置決め部１０に押圧された状態に保持される。このために、収容空間７内にホルダ筒１１が挿入される。ホルダ筒１１は、円筒部１１ａの先端に円環状部１１ｂを連設したものであり、円筒部１１ａの外径はケーシング６における大径部６ｂの内面に実質的に密嵌状態に挿嵌されるようになっており、また先端の円環状部１１ｂは集光レンズ５と当接可能な内径を有するものである。
【００２２】
従って、集光レンズ５を収容空間７内に挿入した状態で、ホルダ筒１１をこの収容空間７内に挿入すると、このホルダ筒１１の先端で集光レンズ５が押し込まれるようになり、集光レンズ５は位置決め部１０に当接することになる。その結果、集光レンズ５は位置決め部１０とホルダ筒１１の円環状部１１ｂとの間に挟持されるよう固定される。
【００２３】
レーザダイオード等で構成される発光素子４は、その素子本体４ａとフランジ状に形成した基板部４ｂとから構成され、この基板部４ｂは円板状の部材となっている。そして、基板部４ｂからは複数本のリードピン１２が突出して設けられている。この発光素子４はケーシング６における収容部７を構成する大径部６ｂの端部に圧入するようにして装着される。従って、ケーシング６は、例えば金属等の弾性を有する部材から構成され、少なくともその大径部６ｂの端部側は薄肉化されて、発光素子４の基板部４ｂが挿入されると、この大径部６ｂが僅かに押し広げられるようになる。つまり、図３に示したように、大径部６ｂにおける収容空間７の開口径Ｄ１は、発光素子４の基板部４ｂの外径Ｄ２より僅かに小さい寸法を有するものであり、この寸法差は、発光素子４がケーシング６に装着したときに、この発光素子４の基板部４ｂの外周面が締め付けられて、容易には脱落しないように安定的に保持できる程度のものである。
【００２４】
そして、発光素子４は収容空間７内に圧入したときに、その基板部４ｂはホルダ筒１１の円筒部１１ａの端面を押動するようになり、その結果、ホルダ筒１１の円環状部１１ｂは集光レンズ５に押圧されて、この集光レンズ５に対する位置決め部１０とホルダ筒１１の円環状部１１ｂとの間での挟持力が得られ、集光レンズ５は固定的に保持されることになる。
【００２５】
このように構成される光結合モジュール３は、ケーシング６の大径部６ｂの端部から収容空間７の内部に集光レンズ５を落とし込み、次いでホルダ筒１１を、その円環状部１１ｂ側から収容空間７内に挿入した後、発光素子４を押し込むように装着することにより組み付けられる。このように、集光レンズ５を収容空間７の内部に挿入した後、ホルダ筒１１を挿入すると、集光レンズ５は位置決め部１０に押し当てられる。その結果、集光レンズ５は、基準壁９に対して所定の間隔だけ離間した位置に保持される。
【００２６】
光通信用ケーブル２０の送信コネクタ２１におけるフェルール２４は、この基準壁９に当接する位置まで挿入されるようになっており、このときにはフェルール２４内の光ファイバ２３の入射端２３ａは所定の位置に配置されることから、集光レンズ５と光ファイバ２３の入射端２３ａとの間隔が一定に保持されることになる。また、集光レンズ５と位置決め部１０との当接部は円環状となっており、しかもこの位置決め部１０は基準壁９と共にケーシング６に形成されているから、ケーシング６を高精度に加工することによって、集光レンズ５と光ファイバ２３の入射端２３ａとの間隔が定まる。
【００２７】
収容空間７内に集光レンズ５を挿入した後に、ホルダ筒１１が収容空間７内に挿入されて、その先端に形成した円環状部１１ｂが集光レンズ５に突き当てられると、球形をしてそのままでは安定性のないボールレンズからなる集光レンズ５が安定的に挟持される。そして、基準壁９と位置決め部１０とは同心円状の開口となっており、これによって集光レンズ５の光軸は基準壁９の開口の中心、つまりフェルール２４に設けた光ファイバ２３の入射端２３ａの中心と一致することになる。ここで、集光レンズ５はボールレンズで構成されているので、光軸の倒れが生じることがない。
【００２８】
ホルダ筒１１を収容空間７内に挿入した後に、発光素子４が大径部６ｂ内に圧入されることになる。その結果、ホルダ筒１１が発光素子４の基板部ｂに押圧されて、その円環状部１１ｂに圧接されるので、集光レンズ５が固定的に保持される。しかも、ホルダ筒１１は集光レンズ５と発光素子４との間の間隔を調整するスペーサとして機能することになるので、発光素子４と集光レンズ５との間の間隔が一定になる。また、収容空間７を形成するケーシング６の大径部６ｂの中心軸線と位置決め部１０の中心とが一致しており、発光素子４の外径である基板部４ｂが収容空間７に圧入され、かつ基板部４ｂは所定の厚みを有することから、発光素子４と集光レンズ５との光軸が自動調芯される。
【００２９】
ここで、発光素子４，集光レンズ５及びフェルール２４がケーシング６の小径部６ａにおける挿入路８に挿入された状態での光ファイバ２３における光軸は微細には調整されていないので、ケーシング６の加工誤差等に起因する光軸の微小なずれが生じている可能性は否定できない。ただし、光ファイバ２３をプラスチック製のもので、入射端２３ａの口径を０．２ｍｍ以上というように大きなものを用いることによって、集光レンズ５からの収束光は確実に光ファイバ２３の入射端２３ａに取り込まれることになる。従って、各部の位置調整も実用上で差し支えない程度にまで調整された状態となる。
【００３０】
以上のように、ケーシング６の収容空間７内に集光レンズ５、ホルダ筒１１及び発光素子４を挿入するという簡単な作業で、格別位置調整等を行なうことなく組み込むことができるので、極めて簡単に製造でき、その製造工数が著しく削減される。また、部品点数としても、発光素子４及び集光レンズ５の他にホルダ筒１１のみを設ければ良いことから、部品点数も極めて少なくなる。その結果、光結合モジュール３を容易に、しかも安価に製造できるようになる。
【００３１】
次に、図４に本発明における他の実施の形態を示す。この実施の形態においては、集光レンズとして、前述した実施の形態におけるボールレンズに代えて、平凸若しくは両凸レンズからなる集光レンズ３０を用いたものが示されている。ここで、この集光レンズ３０を非球面レンズとすることによって、集光効率を高くすることができる。このような形状の集光レンズ３０を用いる場合には、ホルダ筒３１として、円筒部３１ａの先端側の内部に円環状のストッパ壁３２を形成し、また集光レンズ３０の外周面には有効領域の外となるコバ部３０ａが形成されており、このコバ部３０ａをストッパ壁３２に接着等の手段で固着する。また、先端側にフェルール２４が挿入される挿入路３４を有し、かつ基準壁３５を設けた小径部３３ａとなったケーシング３３において、内部が収容空間３６となった大径部３３ｂの内面に位置決め部３７となる段差を設けるようにする。なお、この位置決め部３７は集光レンズ３０が当接するのではなく、ホルダ筒３１の円筒部３１ａの端面が当接するホルダ基準部となる。
【００３２】
以上のように構成することによっても、集光レンズ３０を固定したホルダ筒３１をケーシング３３の収容空間３６内に挿入し、次いで発光素子４の基板部４ｂを圧入することによって、ホルダ筒３１を位置決め部３７に圧接した状態に固定されて、発光素子４と、集光レンズ３０との間、及び集光レンズ３０と光ファイバ２３の入射端２３ａが位置決めされる基準壁３５との間における光軸のアライメントと、相互の間隔とを実用上で差し支えない程度にまで調整されるように、容易に組み付けることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における実施の一形態を示す通信端末の光結合モジュールと光通信用ケーブルの送信側コネクタとを連結した状態の断面図である。
【図２】図１における光結合モジュールと送信側コネクタとを分離した状態の断面図である。
【図３】光結合モジュールを分解して示した断面図である。
【図４】本発明における他の実施の形態を示す光結合モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  通信端末
３  光結合モジュール
４  発光素子
４ａ  素子本体
４ｂ  基板部
５，３０  集光レンズ
３０ａ  コバ部
６，３３  ケーシング
６ａ，３３ａ  小径部
６ｂ，３３ｂ  大径部
７，３６  収容空間
８，３４  挿入路
９，３５  基準壁
１０，３７  位置決め部
１１，３１  ホルダ筒
１１ａ，３１ａ  円筒部
１１ｂ  円環状部
２０  光通信用ケーブル
２１  送信側コネクタ
２３  光ファイバ
２３ａ  入射端
２４  フェルール
３２  ストッパ壁
【図１】
2005208267.tif 000003
【図２】
2005208267.tif 000004
【図３】
2005208267.tif 000005
【図４】
2005208267.tif 000006