JP2005316292A - 光ファイバモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光結合構造における部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることが可能な光ファイバモジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 光ファイバケーブル１２とフェルール１３とを備えて光ファイバモジュール１１を構成する。フェルール１３の一部又は全部を透明樹脂材で成形する。フェルール１３に凸レンズ１８ａを形成する。フェルール孔２０の最奥部２０ａ−１と光ファイバ１５の先端との間に屈折率整合オイル１４を隙間なく設ける。フェルール１３と光ファイバ被覆１６とによって屈折率整合オイル１４を封止するレーザ溶着部２１を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フェルールを光ファイバケーブル端末に固定してなる光ファイバモジュール及びその製造方法に関する。

自動車内の光通信が普及してきており、近年では通信容量の増大が図られている。このような状況下、近年の光通信において使用される光ファイバは、コア径が小さく伝送帯域が大きいものが使用され始めている。自動車においての光ファイバ同士の接続に関しては、振動や衝撃による影響から各光ファイバ心線の先端同士を接触させることができないという理由もあって、各光ファイバの端末にフェルールを設けた後に、その各フェルール間に一つ又は二つのレンズを介在させて光学的な結合を図るような光結合構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図７において、上記光結合構造を簡単に説明すると、結合すべき一対の光ファイバ１ａ、１ｂの各端末には、フェルール２ａ、２ｂが取り付けられている。そして、これらフェルール２ａ、２ｂの各外周面には、フランジ３ａ、３ｂが嵌合、固定されている。円筒状のレンズホルダ４ａ、４ｂの各一端側の中空部には、レンズ５ａ、５ｂが保持されており、各他端側の中空部には、フェルール２ａ、２ｂの各一端部が挿入されている。

フェルール２ａ、２ｂの対向する端面の中心には、光ファイバ１ａ、１ｂの端面が配置されており、その光ファイバ１ａ、１ｂの光軸とレンズ５ａ、５ｂの光軸とが一致するように調整された後には、フランジ３ａ、３ｂの端面とレンズホルダ４ａ、４ｂの端面とが溶接等により接合、固定されている。また、レンズ５ａ、５ｂを保持した側の端面同士を突き合わせた状態で、レンズホルダ４ａ、４ｂの各外周面には、その各外周面に共通の円筒状スリーブ６が嵌合、固定されている。

上記構成において、二つのレンズ５ａ、５ｂがフェルール２ａ、２ｂの端面間に配置されており、軸ずれによる接続損失の低減が図られている。
特開平８−２７１７５８号公報 （第２頁、第１図）

ところで、上記従来の光結合構造における光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続にあっては、部品点数が多いという問題点を有している。また、光ファイバ１ａ、１ｂ同士の接続を図るまでの工程が多く生産性が悪いという問題点を有している。生産性及び軸ずれによる接続損失に関しては、レンズ５ａ、５ｂがレンズホルダ４ａ、４ｂ及び円筒状スリーブ６によって調心され、フェルール２ａ、２ｂがフランジ３ａ、３ｂ及びレンズホルダ４ａ、４ｂによって調心される構造であることから、レンズ、レンズホルダ、フランジ、フェルールの全てに高い加工精度が要求されるという問題点も有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、光結合構造における部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることが可能な光ファイバモジュール及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の光ファイバモジュールは、心線案内部及び被覆案内部を有するフェルール孔を内部に形成したフェルールと、光ファイバ及び照射レーザ光の吸収量が大きい材料からなる光ファイバ被覆を有するとともに該光ファイバ被覆を皮剥して前記光ファイバを端末において露出させた光ファイバケーブルと、を備え、前記フェルールの一部又は全部を透明樹脂材で成形し、前記フェルールの光結合先端部分に凸レンズを形成し、該凸レンズ側となる前記心線案内部の最奥部と前記光ファイバの先端との間に屈折率整合オイルを隙間なく設け、前記フェルールと前記光ファイバ被覆との重なり部分に前記屈折率整合オイルを封止するレーザ溶着部を形成することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、凸レンズの機能を持たせたフェルールになる。すなわち、レンズとフェルールとが一体になった構造であることから、レンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等が不要になる。このようなフェルールを用いることにより、光ファイバ同士の接続を図るまでの工程が簡素化される。さらには、高い加工精度を要求する部分が削減される。フェルール先端部分に凸レンズの機能を持たせることにより、部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減に寄与する。一方、本発明によれば、フェルール孔の最奥部と光ファイバケーブルの光ファイバ先端との間に屈折率整合オイルを隙間なく設けることから、フェルールと光ファイバとの間に空気層が存在することはなく、反射や散乱による接続損失の増加が抑えられる。また、屈折率整合オイルを隙間なく設けることにより、光ファイバ加工やフェルール加工のバラツキにより生じる接続損失が補償される。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の本発明の光ファイバモジュールの製造方法は、一部又は全部を透明樹脂材で成形し、光結合先端部分に凸レンズを形成し、内部に心線案内部及び被覆案内部を有するフェルール孔を形成したフェルールを準備する工程と、光ファイバ及び照射レーザ光の吸収量が大きい材料からなる光ファイバ被覆を有し、該光ファイバ被覆を皮剥して前記光ファイバを端末において露出させた光ファイバケーブルを準備する工程と、最終的に前記心線案内部の最奥部から少なくとも前記被覆案内部の端部まで屈折率整合オイルが隙間なく存在するように該屈折率整合オイルを充填する工程と、前記光ファイバケーブルを前記フェルール孔に差し込んで前記光ファイバを前記心線案内部に位置させるとともに前記光ファイバ被覆を前記被覆案内部に位置させる工程と、前記フェルールと前記光ファイバ被覆とをレーザ溶着して前記屈折率整合オイルを封止する工程と、を含んで製造することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、フェルール及び光ファイバケーブルを準備し、準備したフェルールのフェルール孔に屈折率整合オイルを充填し、充填した屈折率整合オイルに光ファイバの先端が浸るように光ファイバケーブルをフェルールに差し込み、最後に光ファイバ被覆の位置でレーザ光をフェルールに照射してフェルールと光ファイバ被覆とをレーザ溶着すると、光ファイバモジュールが製造される。

請求項１に記載された本発明によれば、凸レンズの機能を持たせたフェルールにすることにより、部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができる。また、屈折率整合オイルを隙間なく設けることにより、接続損失の増加を抑えることや接続損失を補償することができる。

請求項２に記載された本発明によれば、上記効果を奏する光ファイバモジュールの製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の光ファイバモジュールの一実施の形態を示す構成図である。また、図２は屈折率整合オイルを充填した部分の拡大断面図、図３はフェルールの斜視図、図４は光結合構造の一実施の形態を示す断面図、図５は軸ずれ特性を示すグラフである。

図１において、引用符号１１は本発明の光ファイバモジュールを示している。その本発明の光ファイバモジュール１１は、光ファイバケーブル１２とフェルール１３と屈折率整合オイル１４とを備えて構成される。以下、各構成部材について説明する。

上記光ファイバケーブル１２は、光ファイバ（光ファイバ心線）１５と光ファイバ被覆１６とを備えて構成されている。このような光ファイバケーブル１２は、その端末側において、光ファイバ被覆１６が所定の位置で皮剥されている。すなわち、光ファイバケーブル１２の端末は、光ファイバ１５が所定の長さ分だけ露出するように加工されている。光ファイバ１５の先端（端面）は、平坦な面に形成されている。

光ファイバ１５は、コア及びそのコアよりも屈折率の小さいクラッドを有している。光ファイバ１５は、本形態において、特に限定するものではないが、例えば上記コアが透明なポリカーボネート（ＰＣ）から成形されている。また、上記クラッドは透明なポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）から成形されている。尚、光ファイバ１５は、既知のガラス製の光ファイバ心線であってもよいものとする。

光ファイバ被覆１６は、合成樹脂製のいわゆるシースであって、光ファイバ１５を保護するために設けられている。光ファイバ被覆１６は、本形態において、光ファイバ１５の上に形成される一次シース１６ａと、その一次シース１６ａの上に形成される二次シース１６ｂとを備えて構成されている。尚、一次シース１６ａが所定の長さ分だけ露出するように二次シース１６ｂが皮剥されている。

光ファイバ被覆１６は、後述するが光ファイバモジュール１１の製造の際に、上記フェルール１３と共にレーザ溶着が施されるようになっている。従って、レーザ溶着の対象となる光ファイバ被覆１６（一次シース１６ａ及び／又は二次シース１６ｂ）は、照射レーザ光の吸収量が大きくなる材料で形成されている。

図１ないし図３において、上記フェルール１３は、本形態において、透明な合成樹脂材によりその全体が成形されている。また、フェルール１３は、略筒形状のフェルール本体部分１７と、略砲弾形状のフェルール先端部分（光結合先端部分）１８とを有している。上記透明な合成樹脂材としては、特に限定するものではないが、アクリル樹脂、脂環式オレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂材は入手することが容易な市販品であり、コスト低減に寄与するのは言うまでもない。

フェルール本体部分１７の一端には、フェルール先端部分１８が光軸を一致させた状態で連成されている。フェルール本体部分１７の外周面（側面）には、フランジ１９が形成されている。フェルール本体部分１７の内部には、フェルール孔２０が上記一端の反対側に位置する他端において開口するような状態で形成されている。

フランジ１９は、上記外周面の中間に形成されている。また、フランジ１９における上記一端側の突出先端には、適宜角度のテーパ１９ａが周設されている。フェルール孔２０は、その中心軸が光軸に一致するように形成されており、上記一端側から順に心線案内部２０ａ、一次シース案内部（被覆案内部）２０ｂ、二次シース案内部（被覆案内部）２０ｃを有している。フェルール孔２０には、屈折率整合オイル１４が充填されるようになっている。

心線案内部２０ａは、光ファイバ１５が差し込まれる部分であって、光ファイバ１５と同径形状に形成されている。また、心線案内部２０ａは、その最奥部２０ａ−１と光ファイバ１５の先端との間に間隙が生じるように形成されている。心線案内部２０ａの最奥部２０ａ−１は、光の散乱を小さく抑えることができるような表面粗さに加工されている。尚、心線案内部２０ａは、本形態において、フェルール先端部分１８に跨るような位置にまでのびて形成されているが、この限りではないものとする。

一次シース案内部２０ｂは、一次シース１６ａが差し込まれる部分であって、一次シース１６ａと同径形状に形成されている。また、二次シース案内部２０ｃは、二次シース１６ｂが差し込まれる部分であって、二次シース１６ｂと同径形状に形成されている。心線案内部２０ａと一次シース案内部２０ｂとの間、及び一次シース案内部２０ｂと二次シース案内部２０ｃとの間には、径の違いからテーパ部２０ｄ及び２０ｅがそれぞれ形成されている。テーパ部２０ｄ及び２０ｅは、適宜角度に設定されている。このようなテーパ部２０ｄ及び２０ｅの形成によって光ファイバケーブル１２の挿入がし易くなっている。

フェルール先端部分１８は、凸レンズの機能を有している。すなわち、フェルール先端部分１８には、凸レンズ１８ａが一体に形成されている。凸レンズ１８ａは、本形態において、球面状に加工された凸レンズであって、光ファイバ１５からの出射光が平行光化し、且つ平行な入射光が光ファイバ１５に向けて集光するような形状に形成されている（図１中の波線は光路を示している）。このような凸レンズ１８ａは、心線案内部２０ａの最奥部２０ａ−１からの距離も含めて設計されている。

上記屈折率整合オイル１４は、熱や紫外線等に対して硬化することのない液状の部材であって、その屈折率は、フェルール材料（上記の合成樹脂材）の屈折率よりも大きく、且つ光ファイバ１５の開口角（開口数（Ｎ．Ａ．）とも言う。Ｎ．Ａ．：Numerical Aperture 。Ｎ．Ａ．はＮ．Ａ．＝ｓｉｎθmax で定義される（θmax ：最大受光角））に相当する屈折率差を有するように選定されている（導光路として機能する。レンズ設計が容易になるという利点もある）。

次に、上記構成に基づいて本発明の光ファイバモジュール１１の製造方法について説明する。本発明の光ファイバモジュール１１は、第一工程〜第四工程を順に経ることにより製造される。

上記第一工程では、端末から光ファイバ１５を露出させた光ファイバケーブル１２を準備する作業が行われる。また、第一工程では、凸レンズ１８ａとフェルール孔２０とを有する透明な樹脂製のフェルール１３を準備する作業が行われる。

上記第二工程では、準備したフェルール１３のフェルール孔２０に屈折率整合オイル１４を充填する作業が行われる。具体的には、心線案内部２０ａからテーパ部２０ｄにかけて屈折率整合オイル１４を充填する作業が行われる。屈折率整合オイル１４の充填は、次の第三工程において光ファイバケーブル１２がフェルール孔２０に差し込まれた状態で、心線案内部２０ａの最奥部２０ａ−１から少なくとも一次シース案内部２０ｂの端部（一次シース案内部２０ｂとテーパ部２０ｄの境界部分）まで屈折率整合オイル１４が隙間なく存在するように行われる。

上記第三工程では、フェルール孔２０に光ファイバケーブル１２を差し込む作業が行われる。この時、光ファイバ１５は心線案内部２０ａに差し込まれ、また、一次シース１６ａは一次シース案内部２０ｂに差し込まれ、さらに、二次シース１６ｂは二次シース案内部２０ｃに差し込まれる。光ファイバ１５は、第二工程で充填された屈折率整合オイル１４によってその全体が浸された状態になる。フェルール孔２０の最奥部２０ａ−１と光ファイバ１５の先端との間には、また、光ファイバ１５とテーパ部２０ｄとの間には、屈折率整合オイル１４が隙間なく充填された状態になる。

上記第四工程では、レーザ溶着部２１（図２参照）を形成する作業が行われる。レーザ溶着部２１は、溶着加工用のレーザ（不図示。波長が近赤外８０８ｎｍや９４０ｎｍの半導体レーザが一例として挙げられる）を用いて形成される。具体的には、照射レーザ光（レーザ連続光）をレンズで絞りつつフェルール１３を透過させながら一次シース１６ａの全周に照射すると、一次シース１６ａの表面と一次シース案内部２０ｂの内面とが溶着され、レーザ溶着部２１が形成される。レーザ溶着部２１は、フェルール１３と一次シース１６ａの重なり部分に形成される。屈折率整合オイル１４は、レーザ溶着部２１により漏れなく封止される。これにより、一連の作業が完了し、本発明の光ファイバモジュール１１が製造される。

上記照射レーザ光の照射に関しては、レーザ照射口をフェルール１３の回りに回転させるか、フェルール１３をレーザ照射口に対して回転させるかのいずれかにする。封止度を上げたり、光ファイバケーブル１２とフェルール１３との固着力を上げたりする場合には、レーザ溶着部２１の数を増やす。数を増やす方法としては、複数の周回数施すことが挙げられる。レーザ溶着は、二次シース案内部２０ｃと二次シース１６ｂとの部分で行ってもよいものとする。

図４において、以上のように製造された光ファイバモジュール１１、１１のフェルール１３、１３同士を光結合部材２２の中空部２３内で対向配置すると、光ファイバケーブル１２、１２同士の接続を図ることが可能な状態になる。

上記光結合部材２２は、本形態において、雄コネクタハウジング２２ａと雌コネクタハウジング２２ｂとを備えて構成されており（この構成に限定するものではないものとする。フェルール１３、１３同士を光軸を合わせた状態で対向配置することができればよいものとする）、図３に示されるような適宜嵌合構造を有するように形成されている。尚、引用符号２２ａ−１及び２２ｂ−１は、フェルール本体部分１７を案内する案内部を示している。フェルール１３、１３同士の光軸を合わせる部分、すなわち調心をする部分としては、中空部２３若しくは案内部２２ａ−１及び２２ｂ−１のいずれであってもよいものとする。

ここで、図５を参照しながらフェルール１３のレンズ効果を説明する。図５は軸ずれ特性を示すグラフである（コア径２００μｍの光ファイバを使用し、これに適した寸法で光ファイバモジュール１１を製作した。そして、その光ファイバモジュール１１、１１のフェルール１３、１３同士を図４に示される如く対向配置して軸ずれ特性を得た）。尚、グラフ中の実線は、本発明に係る光ファイバモジュール１１の軸ずれ特性を示している。また、波線は、凸レンズ１８ａ無しの状態の、すなわち従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性を示している。

図５において、本発明に係る光ファイバモジュール１１は、凸レンズ１８ａの効果によって出射光が平行光化されていることから、軸ずれ損失が小さく、５０μｍ以上の軸ずれにおいては、従来のフェルールを使用した場合の軸ずれ特性よりも接続損失が小さく抑えられている（比較的安価な樹脂成形による加工上、５０μｍを下回る軸ずれ量に加工するのは困難であり、実際にはこれ以上の軸ずれが発生している。従って、本発明に係る光ファイバモジュール１１を使用する方がよいことが分かる）。

以上、図１ないし図５までを参照しながら説明してきたように、フェルール先端部分１８に凸レンズの機能を持たせていることから、従来に比べて部品点数の削減や生産性の向上や接続損失の低減を図ることができる。すなわち、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３は、レンズとフェルールとが一体になった構造であることから、従来のようなレンズを保持する部材や、レンズ及びフェルールの調心（光軸を合わせ）をする部材等を不要にすることができる。また、上述からも分かるように、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３を用いることにより、光ファイバケーブル１２、１２同士の接続を図るまでの工程を従来よりも格段に簡素化することができる。さらに、本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３を用いることにより、高い加工精度を要求する部分を従来に比べて削減することができる。

本発明の光ファイバモジュール１１は、フェルール孔２０の最奥部２０ａ−１と光ファイバケーブル１２の光ファイバ１５の先端との間に屈折率整合オイル１４を隙間なく設けることから、フェルール１３と光ファイバ１５との間、すなわち導光路上に空気層が存在するようなことはなく、従って、反射や散乱による接続損失の増加を抑えることができる。また、屈折率整合オイル１４を隙間なく設けることにより、光ファイバケーブル１２の加工やフェルール１３の加工のバラツキにより生じる接続損失を補償することができる。

図６はフェルールの製造に係る説明図である。本発明の光ファイバモジュール１１に係るフェルール１３は、上述したように透明な合成樹脂材でその全体を成形してもよいが、生産性やコストの面に応じて線Ｌ１若しくは線Ｌ２で分割後付けするような構造に変更してもよいものとする。また、フェルール先端部分１８とレーザ溶着対象部分とを透明な合成樹脂材で成形し、他を安価な合成樹脂材で別途成形してもよいものとする。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。尚、本発明は自動車においての光ファイバ同士の接続に限定するものではないものとする。すなわち、他の分野の光通信にも当然に適用することができるものとする。

本発明の光ファイバモジュールの一実施の形態を示す構成図である。 屈折率整合オイルを充填した部分の拡大断面図である。 フェルールの斜視図である。 光結合構造の一実施の形態を示す断面図である。 軸ずれ特性を示すグラフである。 フェルールの製造に係る説明図である。 従来例の光結合構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ 光ファイバモジュール
１２ 光ファイバケーブル
１３ フェルール
１４ 屈折率整合オイル
１５ 光ファイバ
１６ 光ファイバ被覆
１６ａ 一次シース
１６ｂ 二次シース
１７ フェルール本体部分
１８ フェルール先端部分（光結合先端部分）
１８ａ 凸レンズ
１９ フランジ
１９ａ テーパ
２０ フェルール孔
２０ａ 心線案内部
２０ａ−１ 最奥部
２０ｂ 一次シース案内部（被覆案内部）
２０ｃ 二次シース案内部（被覆案内部）
２０ｄ、２０ｅ テーパ部
２１ レーザ溶着部
２２ 光結合部材
２２ａ 雄コネクタハウジング
２２ｂ 雌コネクタハウジング
２２ａ−１、２２ｂ−１ 案内部
２３ 中空部

Claims (2)

1. 心線案内部及び被覆案内部を有するフェルール孔を内部に形成したフェルールと、
   光ファイバ及び照射レーザ光の吸収量が大きい材料からなる光ファイバ被覆を有するとともに該光ファイバ被覆を皮剥して前記光ファイバを端末において露出させた光ファイバケーブルと、を備え、
   前記フェルールの一部又は全部を透明樹脂材で成形し、
   前記フェルールの光結合先端部分に凸レンズを形成し、
   該凸レンズ側となる前記心線案内部の最奥部と前記光ファイバの先端との間に屈折率整合オイルを隙間なく設け、
   前記フェルールと前記光ファイバ被覆との重なり部分に前記屈折率整合オイルを封止するレーザ溶着部を形成する
   ことを特徴とする光ファイバモジュール。
2. 一部又は全部を透明樹脂材で成形し、光結合先端部分に凸レンズを形成し、内部に心線案内部及び被覆案内部を有するフェルール孔を形成したフェルールを準備する工程と、
   光ファイバ及び照射レーザ光の吸収量が大きい材料からなる光ファイバ被覆を有し、該光ファイバ被覆を皮剥して前記光ファイバを端末において露出させた光ファイバケーブルを準備する工程と、
   最終的に前記心線案内部の最奥部から少なくとも前記被覆案内部の端部まで屈折率整合オイルが隙間なく存在するように該屈折率整合オイルを充填する工程と、
   前記光ファイバケーブルを前記フェルール孔に差し込んで前記光ファイバを前記心線案内部に位置させるとともに前記光ファイバ被覆を前記被覆案内部に位置させる工程と、
   前記フェルールと前記光ファイバ被覆とをレーザ溶着して前記屈折率整合オイルを封止する工程と、
   を含んで製造する
   ことを特徴とする光ファイバモジュールの製造方法。

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