(57)【要約】 【課題】  光素子付き光ファイバにおけるファイバ端面の光素子と同軸構造の電気配線とを簡単に且つ確実に電気的接続させることができる接続構造を提供する。【解決手段】  光素子付き光ファイバ１の端部はファイバ端部にプラグ体３が取り付けられたプラグ構造となっており、このプラグ体３はファイバ挿入部３１と電極開口部３２と嵌合凸部３３とを有しており、同軸電気配線４の端部は配線端部にソケット体５が取り付けられたソケット構造となっており、このソケット体５は配線挿入部５１とプラグ体挿入部５２と電極部５３と嵌合凹部５４とを有しており、プラグ体３がソケット体５に挿入された際に、嵌合凸部３３および嵌合凹部５４が嵌合してプラグ体３およびソケット体５が接合されるとともに、電極開口部３２にて露出している光素子２の裏面電極２３および電極部５３にて露出している同軸電気配線４の配線電極４１が接触する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ端面に光素子を備えた光素子付き光ファイバを同軸電気配線に接続する接続構造であって、
光素子付き光ファイバの端部は、ファイバ端部にプラグ体が取り付けられたプラグ構造となっており、プラグ体は、ファイバ端面の光素子およびそのチップ基板とともにファイバ端部が挿入されるファイバ挿入部と、チップ基板を貫通した貫通電極を介してチップ基板上の光素子に電気的接続されているチップ基板裏面の裏面電極が露出する電極開口部と、プラグ体外壁面から外方に突出した嵌合凸部とを有しており、
同軸電気配線の端部は、配線端部にソケット体が取り付けられたソケット構造となっており、ソケット体は、配線端部が挿入される配線挿入部と、光素子付き光ファイバのプラグ体が挿入されるプラグ体挿入部と、配線端面から突出した配線電極がプラグ体挿入部に露出する電極部と、プラグ体の嵌合凸部が嵌合されるソケット体内壁面の嵌合凹部とを有しており、
光素子付き光ファイバ端部のプラグ体が同軸電気配線端部のソケット体に挿入された際に、嵌合凸部および嵌合凹部が嵌合してプラグ体およびソケット体が接合されるとともに、プラグ体の電極開口部にて露出している裏面電極およびソケット体の電極部にて露出している配線電極が接触することを特徴とする光素子付き光ファイバと同軸電気配線の接続構造。
【請求項２】
ソケット体は、複数対のファイバ挿入部および電極開口部を有しており、プラグ体は、複数対の配線挿入部および電極部を有していることを特徴とする請求項１記載の光素子付き光ファイバと同軸電気配線の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、受光素子または発光素子として機能する光素子をファイバ端面に取り付けた光素子付き光ファイバを、光素子との間で電気信号を送受する同軸電気配線に接続する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記の光素子付き光ファイバとしては、たとえば特許文献１に記載のものが知られており、これによれば、光ファイバと、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などといった、光ファイバからの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子または電気信号を光信号に変換して光ファイバへ出射する発光素子として機能する光素子とを、別体の光コネクタやガイド基板などを用いることなく実質的に直接接合させることができ、光通信に必要とされる光／電気変換デバイスとも呼べる光モジュールの小型化が可能になる。
【０００３】
この光素子付き光ファイバについては、実際に光通信を行う上で、ファイバ端面の光素子と外部機器や外部回路とを電気的接続させて両者間で電気信号の送受を可能ならしめる必要があり、上記特許文献１ではこの接続をソケット構造により実現している。
【０００４】
より具体的には、光ファイバ側の構成をファイバ端面に光素子およびその電極を設けたものとし、ソケット側の構成をファイバ挿入穴の底面に電極を設けたものとし、光ファイバをソケットに挿入させた際にファイバ端面の電極と挿入穴底面の電極とが電気的に接触する構成としている。
【特許文献１】特開２００４−１９１３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の光通信の高速化に対応するには、光素子と外部間の電気信号伝送路となる電気配線を同軸構造とすることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、ソケット内を挿入穴底面から横方向に水平に走る電極が開示されているのみで、同軸構造については全く考慮されていない。
【０００７】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本願発明は、光素子付き光ファイバにおいて、簡単にファイバ端面の光素子と同軸構造の電気配線（以下「同軸電気配線」）とを電気的接続させることができる接続構造を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、ファイバ端面に光素子を備えた光素子付き光ファイバを同軸電気配線に接続する接続構造であって、光素子付き光ファイバの端部は、ファイバ端部にプラグ体が取り付けられたプラグ構造となっており、プラグ体は、ファイバ端面の光素子およびそのチップ基板とともにファイバ端部が挿入されるファイバ挿入部と、チップ基板を貫通した貫通電極を介してチップ基板上の光素子に電気的接続されているチップ基板裏面の裏面電極が露出する電極開口部と、プラグ体外壁面から外方に突出した嵌合凸部とを有しており、同軸電気配線の端部は、配線端部にソケット体が取り付けられたソケット構造となっており、ソケット体は、配線端部が挿入される配線挿入部と、光素子付き光ファイバのプラグ体が挿入されるプラグ体挿入部と、配線端面から突出した配線電極がプラグ体挿入部に露出する電極部と、プラグ体の嵌合凸部が嵌合されるソケット体内壁面の嵌合凹部とを有しており、光素子付き光ファイバ端部のプラグ体が同軸電気配線端部のソケット体に挿入された際に、嵌合凸部および嵌合凹部が嵌合してプラグ体およびソケット体が接合されるとともに、プラグ体の電極開口部にて露出している裏面電極およびソケット体の電極部にて露出している配線電極が接触する。
【０００９】
第２には、前記接続構造において、ソケット体は、複数対のファイバ挿入部および電極開口部を有しており、プラグ体は、複数対の配線挿入部および電極部を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１の発明によれば、光素子付き光ファイバおよび同軸電気配線それぞれの端部を上記のとおりのプラグ体およびソケット体によるプラグ構造およびソケット構造とすることで、簡単なプラグ−ソケット接続だけで、光ファイバ端の光素子と同軸電気配線端の電極とを電気的接続でき、よって光素子付き光ファイバについて同軸電気配線を採用した高速通信を容易に且つ確実に実現できるようになる。
【００１１】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明と同様な効果が得られ、また、一度に複数の光素子付き光ファイバと同軸電気配線を接続させることができ、たとえば光素子付き光ファイバをその適宜位置に分岐路を設けて双方向伝送形態とした場合においても、各分岐路端の光素子をそれぞれ対応する同軸電気配線端の電極に一つのプラグ体および一つのソケット体で一度に簡単に電気的接続できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第一の実施形態］
図１および図２は、各々、上記のとおりの特徴を有する本願発明の一実施形態を示したものである。
【００１３】
本実施形態において、まず、光素子付き光ファイバ１の端部は、ファイバ端部にプラグ体３が取り付けられたプラグ構造となっており、プラグ体３は、ファイバ挿入部３１と電極開口部３２と嵌合凸部３３とを有している。
【００１４】
より具体的には、光ファイバ１の端面には光素子２が取り付けられている。取り付け手法は特に限定されず、接着剤等を用いてファイバ端面に実質的に直接取り付けられていればよい。
【００１５】
光素子２は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などといった受光素子または発光素子として機能するものであり、受光素子の場合では光ファイバ１内のクラッド１１に囲まれたコア１２を進んできた光信号６を受光面で受光して電気信号に変換し、発光素子の場合では電気信号を光信号６に変換して発光面から光ファイバ１内のコア１２に出射する。
【００１６】
この光素子２は、図３（ａ）（ｂ）にも例示したように、駆動用のチップ基板２１（ドライバチップとも呼べる）に搭載されており、チップ基板２１は貫通電極２２および裏面電極２３を備えている。貫通電極２２は、チップ基板２１の内部を上下方向に貫通したスルー電極である。裏面電極２３は、チップ基板２１の裏面に設けられた平板電極であり、貫通電極２２を介してチップ基板２１上の光素子２に電気的接続されている。光素子２は、これら貫通電極２２および裏面電極２３によってチップ基板２１を間にしてファイバ端面側が受発光面、その反対側が電極面となっており、後述するとおりに光素子２に向かって同軸電気配線４から真っ直ぐ伸びた配線電極４１と電気的接続されて、光信号６から変換した電気信号または光信号６に変換する電気信号を同軸電気配線４との間で送受可能となる。なお、貫通電極２２および裏面電極２３については、適宜の手法を用いて、光素子２をファイバ端面に取り付けた後に設けることもできる。
【００１７】
プラグ体３は、樹脂製のもので、上記のとおりの光素子付き光ファイバ１の端部を囲むようにして、その端部壁面に接着剤等によって取り付けられている。
【００１８】
このプラグ体３の略中央には、光素子２およびそのチップ基板２１ならびにファイバ端部を挿入可能な穴状のファイバ挿入部３１が設けられており、このファイバ挿入部３１に光素子２およびチップ基板２１とともにファイバ端部が挿入されて、ファイバ端部とファイバ挿入部３１とが接着剤等によって固定されている。
【００１９】
プラグ体３の先端部には、ファイバ挿入部３１に挿入された光素子２のチップ基板２１裏面の裏面電極２３が露出する電極開口部３２が設けられている。この電極開口部３２は、ファイバ挿入部３１から先端方向に開口した形状を有しており、後述の同軸電気配線４の配線電極４１と裏面電極２３とが接触可能な程度に十分に開口して、プラグ体３先端にて裏面電極２３を露出させている。
【００２０】
プラグ体３の外壁面における適宜位置には、外方に突出した嵌合突部３１が設けられている。この嵌合突部３１は、外壁面をぐるり一周した帯状となっていても、複数箇所に散在した点状となっていてもよい。
【００２１】
次に、同軸電気配線４の端部は、配線端部にソケット体５が取り付けられたソケット構造となっており、ソケット体５は、配線挿入部５１とプラグ体挿入部５２と電極部５３と嵌合凹部５４とを有している。
【００２２】
より具体的には、同軸電気配線４は、同軸構造の電気配線であって、端面から配線電極４１が外方に真っ直ぐ突出して伸びている。
【００２３】
ソケット体５は、樹脂製のもので、同軸電気配線４の端部を囲むようにして、その端部壁面に接着剤等によって取り付けられている。
【００２４】
このソケット体５の略中央には、同軸電気配線４の端部を挿入可能な穴状の配線挿入部５１が設けられており、配線挿入部５１に同軸電気配線４の端部が挿入されて、互いに接着剤等によって固定されている。
【００２５】
ソケット体５における配線挿入部５１とは反対側には、上記光素子付き光ファイバ１のプラグ体３が挿入可能な穴状のプラグ体挿入部５２が設けられており、プラグ体３が挿入された際に光素子付き光ファイバ１と同軸電気配線４とが同一直線上にて向かい合うようになっている。
【００２６】
また、ソケット体５における配線挿入部５１とプラグ体挿入部５２との間には、配線挿入部５１に挿入された同軸電気配線４の端面から上記のとおりに突出している配線電極４１がプラグ体挿入部５２内に露出する電極部５３が設けられている。配線電極４１は、配線挿入部５１から電極部５３を貫通してプラグ体挿入部５２へ露出しており、その露出した端部は、電極部５３上にて折れ曲がり、光素子２のチップ基板２１裏面の裏面電極２３との接触部分を形成している。
【００２７】
さらに、ソケット体５の内壁面つまりプラグ体挿入部５２の側壁面における適宜位置には、プラグ体３の上記嵌合凸部３３が嵌合される嵌合凹部５４が設けられている。この嵌合凹部５４は、嵌合凸部３３と同様に、外壁面をぐるり一周した帯状や複数箇所に散在した点状とできる。嵌合凸部３３の形状および位置に対応していればよい。なお、ソケット体５は、少なくともプラグ体挿入部５２を囲んだ側壁部分にある程度の弾性を持っており、プラグ体３がプラグ体挿入部５２に挿入されて嵌合凸部３３が嵌合凹部５４に嵌合する際に押圧力により一旦外方に広がり、嵌合した時にその力から解放されて元の形に戻るようになっている。
【００２８】
そして、上記のとおりのプラグ体３によりプラグ構造とされた光素子付き光ファイバ１の端部とソケット体５によりソケット構造とされた同軸電気配線４の端部とを接続させる際には、プラグ体３をソケット体５に挿入させることで、嵌合凸部３３および嵌合凹部５４が嵌合してプラグ体３およびソケット体５が接合されるとともに、電極部５３が電極開口部３２に嵌り込み、電極開口部３２にて露出しているチップ基板２１の裏面電極２３および電極部５３にて露出している同軸電気配線４の配線電極４１が接触することとなる（図２参照）。
【００２９】
これにより、光素子付き光ファイバ１と同軸電気配線４との接続をプラグ−ソケット接続だけで行うことができ、よって光素子付き光ファイバ１について同軸電気配線４を採用した１０Ｇｂｐｓ以上もの高速通信を簡単に且つ確実に実現できる。
【００３０】
以上のとおりの本願発明の接続構造を採用することで、たとえば図４に例示したように、光ファイバ１の一方の端部に発光素子となる光素子２を設けるとともにその端部を上記プラグ構造とし、他方の端部に受光素子となる光素子２を設けるとともにその端部を上記プラグ構造として、それぞれの端部を上記ソケット構造とされた同軸電極配線４の端部と簡単に電気的接続させることができ、両端にて同軸電気配線４を用いた高速光電気通信を実現できる。
【００３１】
［第二の実施形態］
ところで、光素子付き光ファイバ１については、たとえば図５に例示したように、適宜位置に分岐路１３を設け、各分岐路１３に受光機能および発光機能を割り当てて、双方向伝送を可能ならしめる実施形態も考えられる。
【００３２】
しかしながら、図５に示した形態では、光ファイバ１の各分岐路１３端にて個別に同軸電気配線４との接続を行う必要があり、上記のとおりのプラグ−ソケット構造により簡単に行えるとしても、一つ一つを接続するにはやはり手間がかかる。
【００３３】
そこで、本願発明では、図６に例示したように、上記のプラグ構造およびソケット構造を、一度に複数のファイバ端部および配線端部を接続できる構造として、分岐路１３を持つ双方向伝送形態の光素子付き光ファイバ１に対応可能なものとすることができる。
【００３４】
より具体的には、まず、プラグ構造を構成するプラグ体３については、分岐路１３に応じて上述したとおりのファイバ挿入部３１および電極開口部３２を複数対並設させる（図６では二対）。他方、ソケット構造を構成するソケット体５についても、上述したとおりの配線挿入部５１および電極部５３を複数対並設させる（図６では二対）。ソケット体５のプラグ体挿入部５２は、同様に複数対並設させてもよいが、図６に例示したようにプラグ体３全体が嵌る開口面積を広げた形状としてもよい。
【００３５】
これにより、一つのプラグ体３にて複数のファイバ端部をまとめたプラグ構造、一つのソケット体５にて複数の配線端部をまとめたソケット構造を実現でき、よって図７および図８にも例示したように、光ファイバ１の各分岐路１３端の光素子２をそれぞれ対応する同軸電気配線４に対して一度に簡単に電気的接続できるようになる。
【００３６】
図７では、両端にて２分岐した双方向伝送形態の光素子付き光ファイバ１を１系路、対応した２本の同軸電気配線４に接続させており、図８の例は、両端にて２分岐した双方向伝送形態の光素子付き光ファイバ１を２系路、対応した４本の同軸電気配線４に接続させており、それぞれ一つのプラグ体３およびソケット体５によってこれを行っている。
【００３７】
またさらに、本実施形態におけるプラグ体３は、光ファイバ１の分岐路１３をもプラグ体３内に納める形態を有しており、各分岐路１３および各分岐路１３端の光素子２ならびにそれらを囲むプラグ体３を一体化させたプラグ構造を実現している。
【００３８】
より具体的には、図６に例示したように、プラグ体３は、各ファイバ挿入部３１に連通した空間を持つ分岐路納め部３４を有しており、各分岐路１３の端部および光素子２が分岐路納め部３４を通ってファイバ挿入部３１内に挿入されて納まるとともに、それに続いて各分岐路１３が分岐路納め部３４内に入り込んで納まるようになる。
【００３９】
これにより、一層納まりが良く、扱い易い双方向伝送形態の光素子付き光ファイバ１の同軸電気配線４への接続を実現することができる。
【００４０】
［第三の実施形態］
ここで、本願発明が対象とする光素子付き光ファイバ１の一実施形態ついて説明する。
【００４１】
光ファイバ１にはシングルモードとマルチモードの２種類があるが、一般的には多種類の波長の光を多重できるマルチモードが用いられる。この場合、石英製の光ファイバ１ではコア径が５０ミクロン程度になる。一方、光素子２の寸法は、たとえばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）では発光部が１０ミクロン径程度である。ＶＣＳＥＬから出る光は一定の角度を持って広がるため、発光面と光ファイバ１の端面間の距離が大きいと、ＶＣＳＥＬの光を十分に光ファイバ１に導入することが困難になる。
【００４２】
従来では、そのためにＶＣＳＥＬとファイバ間にレンズを挿入するなどしていた。
【００４３】
これに対し、本願発明が対象とする光素子付き光ファイバ１においては、ファイバ端面にＶＣＳＥＬを直接貼り付けるため、ＶＣＳＥＬと光ファイバ１の距離をミクロンオーダーで近接することが可能で、十分な結合が得られる。
【００４４】
また、このときのＶＣＳＥＬと光ファイバ１のアライメントについては、たとえば、ＶＣＳＥＬの発光部を直径１０ミクロン、光ファイバ１のコア１２を直径５０ミクロンとすれば、±４５ミクロンの精度でよいことになる。この値は、機械的精度で十分にアライメント可能であり、光を用いた光軸合わせであるアクティブアライメントを必要とせずに、機械的なアライメントであるパッシブアライメントによって接続できることを示す。そのため、コストの削減に大きく貢献する。
【００４５】
以上の理由から、たとえば図９に例示したように、一つのチップ基板２１上に複数のＶＣＳＥＬが集積されたアレイ型ＶＣＳＥＬチップについても、ＶＣＳＥＬに対応する本数をまとめた光ファイバ１とパッシブアライメントで接着することが可能である。たとえば、４つのＶＣＳＥＬが２５０ミクロン間隔で集積されている場合には、４本の光ファイバ１をフェルール状の固定部材１４によって２５０ミクロン間隔でまとめて固定しておき、パッシブアライメント接着する。これにより、複数ＶＣＳＥＬおよび複数ファイバを一体化させた一つの光素子付き光ファイバ１を実現できる。
【００４６】
そして、この光素子付き光ファイバ１の電気的な接続も、上述と同様なプラグ体３およびソケット体５によって、各光ファイバ１に対応する同軸構造で実現できる。プラグ体３において、ファイバ挿入部３１は光素子付き光ファイバ１の端部をフェルール状の固定部材１４とともに挿入可能なもの、電極開口部３２は各ＶＣＳＥＬに対応する裏面電極２３を露出可能なものとする。ソケット体５においては、配線挿入部５１は複数の同軸電気配線４を挿入可能なもの、電極部５３は各同軸電気配線４の配線電極４１がプラグ体挿入部５２に露出可能なものとする。嵌合凸部３３、プラグ体挿入部５２、嵌合凹部５４その他の部位も当然、プラグ−ソケット接続を可能ならしめる形状寸法となっている。複数の同軸電気配線４は、予め一つにまとめて固定されていてもよい。
【００４７】
以上のとおりの本実施形態は、アレイ型ＶＣＳＥＬチップを用いて大容量の信号伝送を行う場合に特に有効である。もちろん、ＶＣＳＥＬ以外のＰＤ、ＬＤ、ＬＥＤなどの光素子２についても、同様に本実施形態を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本願発明の一実施形態を示した断面図。
【図２】図１の実施形態の接続後を示した断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）は各々発光素子および受光素子としての光素子を例示した断面図。
【図４】図１の実施形態の一使用例を示した概略図。
【図５】図１の実施形態の別の一使用例を示した概略図。
【図６】本願発明の別の一実施形態を示した断面図。
【図７】図６の実施形態の一使用例を示した概略図。
【図８】図６の実施形態の一応用例を示した概略図。
【図９】本願発明のさらに別の一実施形態を示した断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１  光素子付き光ファイバ（光ファイバ）
１１  クラッド
１２  コア
１３  分岐路
１４  フェルール状の固定部材
２  光素子
２１  チップ基板
２２  貫通電極
２３  裏面電極
３  プラグ体
３１  ファイバ挿入部
３２  電極開口部
３３  嵌合凸部
３４  分岐路納め部
４  同軸電気配線
４１  配線電極
５  ソケット体
５１  配線挿入部
５２  プラグ体挿入部
５３  電極部
５４  嵌合凹部
６  光信号
【図１】
2007017810.tif 000003
【図２】
2007017810.tif 000004
【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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