JP2019164287A - 光コネクタ及びこれを搭載する機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】シンプルな構造で高い位置決め精度を実現すること。【解決手段】光導波路基板と光ファイバのコネクタ部材との接続に用いる光コネクタが提供される。この光コネクタは、コネクタ部材に一端が挿入されるピンの他端を挿入するための円筒状のホールと、ホールの開口端が位置する第1の面に垂直な第2の面に形成されるグルーブと、を有する複数の位置決め構造を具備し、グルーブとホールとは連続し、グルーブの断面は円弧状であり、ホールの断面が成す円の中心とグルーブの断面が成す円弧の中心とは一致し、断面が方形を成す複数の凸部を有する光導波路基板に光コネクタを連結したとき、複数の位置決め構造のそれぞれにおいて、複数の凸部のうち、対応する凸部の少なくとも2つの角部がグルーブの内壁で支持される。【選択図】図5

Description

本発明は、光コネクタ及びこれを搭載する機器に関する。
多くのデバイスでは、プロセッサやメモリなどのコンポーネントが電気的な信号経路を介して接続されている。しかし、最近では、コンポーネント間のデータ伝送に要求される遅延が従来に比べて格段に短くなり、電気的な信号経路を利用したデータ伝送では要求を満たすのが困難になってきている。そのため、光信号によるデータ伝送に注目が集まっている。
例えば、PCB(Poly-Chlorinated Biphenyl)などで形成されるポリマー導波路基板上のコンポーネントに光導波路を配置し(非特許文献1を参照)、その光導波路をコンポーネントへの導光手段として利用する方法が提案されている。外部から光導波路に導光する手段としては、例えば、フレキシブルな光ファイバアレイが利用される。
光ファイバアレイの先端には光コネクタが設けられている。ポリマー導波路基板上の光導波路に光ファイバアレイを接続する場合、ポリマー導波路基板側にも光コネクタを設けて光コネクタ同士を連結することで、光導波路と光ファイバアレイとの接続が実現されうる。
但し、対向面で光ファイバコアと光導波路コアの位置がずれると光接続損失が生じる。対向するコアの軸ずれ量、及び、対向するコアの端面間隔が増加すると光接続損失が増大する。例えば、SM(Single Mode)ファイバを接続した実験で、軸ずれ量が1.6μmの場合に0.5dBの光接続損失が生じたという報告がある。
コア同士の位置を合わせるため、接続する2つの光コネクタにそれぞれ複数のホールを設け、金属ピンをホールに挿入して両コネクタを連結する方法が提案されている(特許文献1−3を参照)。なお、光導波路側では、ホールが設けられる光導波路側の光コネクタ(以下、導波路側コネクタ)とポリマー導波路基板との位置を合わせる必要がある。
導波路側コネクタとポリマー導波路基板との位置を合わせる手段としては、例えば、光導波路が配置されるポリマー導波路基板の面に位置決め用の凸部を設け、導波路側コネクタに設けた段状の部分に凸部を掛ける方法が提案されている(特許文献4を参照)。また、ポリマー導波路基板に対向する導波路側コネクタの面に段差を設け、ポリマー導波路基板のエッジに段差を掛けて奥行き方向の位置を決める方法が提案されている(特許文献5を参照)。
米国特許7,369,728号明細書 米国特許7,447,405号明細書 米国特許7,889,958号明細書 米国特許7,936,953号明細書 米国特許公開2012/0114280号公報
Richard C. A. Pitwon et. al, "Firstlight: Pluggable Optical Interconnect Technologies for Polymeric Electro-Optical Printed Circuit Boards in Data Centers", Journal of Light wave technology, vol. 30, No. 21, November 1, 2012.
しかしながら、上記のいずれの方法においても導波路側コネクタに設けるホール及び位置決め用の構造部(上記の段状の部分や段差)が別々の工程で形成される。そのため、両者の位置を精度良く合わせなければ、ホールとコアとの位置関係が正しく規定されていても光導波路コアと光ファイバコアとの位置がずれてしまう。
上記の課題に鑑み、本発明の1つの観点によれば、本発明の目的は、シンプルな構造で高い位置決め精度を実現することが可能な光コネクタを提供することにある。
本発明の一態様によれば、光導波路基板と光ファイバのコネクタ部材との接続に用いる光コネクタが提供される。この光コネクタは、コネクタ部材に一端が挿入されるピンの他端を挿入するための円筒状のホールと、ホールの開口端が位置する第1の面に垂直な第2の面に形成されるグルーブと、を有する複数の位置決め構造を具備し、グルーブとホールとは連続し、グルーブの断面は円弧状であり、ホールの断面が成す円の中心とグルーブの断面が成す円弧の中心とは一致し、断面が方形を成す複数の凸部を有する光導波路基板に光コネクタを連結したとき、複数の位置決め構造のそれぞれにおいて、複数の凸部のうち、対応する凸部の少なくとも2つの角部がグルーブの内壁で支持される。
本発明によれば、シンプルな構造で高い位置決め精度を実現することができる。
光導波路ユニットと光ファイバアレイとの接続機構について説明するための模式図である。 導波路側コネクタの構造について説明するための模式図(下面図、側面図、X−Z断面図)である。 導波路側コネクタが有するグルーブ及びホールの形状について更に説明するための模式図(Y−Z断面図)である。 ポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための模式図(上面図、側面図)である。 ポリマー導波路基板と導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について説明するための模式図(上面図、Y−Z断面図、断面拡大図)である。 ポリマー導波路基板と導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について更に説明するための模式図(X−Z断面図)である。 第1変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための模式図(上面図、側面図)である。 第2変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための模式図(上面図、側面図)である。 第3変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための模式図(上面図、Y−Z断面図、接続状態図)である。 第4変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための模式図(上面図、Y−Z断面図、接続状態図)である。 第5変形例に係る導波路側コネクタの構造について説明するための模式図(下面図、側面図、X−Z断面図)である。 第5変形例に係るポリマー導波路基板及びそれと導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について説明するための模式図(上面図、接続状態図、側面図、X−Z断面図)である。 グルーブ及びホールの形成に用いる金型の構造を示した模式図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
図1を参照しながら、本発明の一実施形態に係る光導波路ユニットと光ファイバアレイとの接続機構について説明する。図1は、光導波路ユニットと光ファイバアレイとの接続機構について説明するための図である。以下では、説明の都合上、ポリマー導波路基板と導波路側コネクタとを接続した構造体を光導波路ユニット又は光導波路基板と称する。
図1には、光導波路ユニット1、光ファイバ2、及び金属ピン3a、3bが示されている。光導波路ユニット1は、導波路側コネクタ1a(レセプタクル)及びポリマー導波路基板1bを有する。光ファイバ2は、ファイバ側コネクタ2a及び光ファイバアレイ2bを有する。なお、図1において、導波路側コネクタ1aに付した破線は内部の構造を示している。また、本稿では説明の都合上、ポリマー導波路基板を例に説明を進めるが、有機基板、セラミック基板、シリコン基板などに対しても、本発明の一実施形態に係る光導波路ユニットの位置決め構造を適用することができる。つまり、光導波路の材料自体は、シリコン、石英、化合物半導体など、他の材料であってもよい。
以下、図1に示したSa1の面を導波路側コネクタ1aの上面、Sb1の面をポリマー導波路基板1bの上面と表記する場合がある。また、導波路側コネクタ1aの下面をSa2の面と表記する場合がある。但し、「上、下」という表現は説明の都合上用いるが、この表現により光導波路ユニット1の向きを限定する趣旨ではない。
ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。また、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、ポリマー導波路基板1bに対する導波路側コネクタ1aの位置を決めるために用いる凸部12a、12bが形成される。凸部12a、12bは、光導波路コア11a、11b、11c、11dを被覆するクラッドの形成手法と同様に、例えば、フォトリソグラフィにより形成できる。
なお、説明の都合上、光導波路コアの数を4にしているが、3以下又は5以上にしてもよい。また、光導波路コア11a、11b、11c、11dを被覆するクラッド(例えば、非特許文献1を参照)の記載及び詳細な説明については省略する。
導波路側コネクタ1a及びファイバ側コネクタ2aには、位置決め用の金属ピン3a、3bを挿入するための複数のホールが形成される。図1の例では、ファイバ側コネクタ2aにホール22a、22bが形成され、それぞれ金属ピン3a、3bの一端が挿入される。導波路側コネクタ1aのホール(後述するホール13b、13d)には、それぞれ金属ピン3a、3bの他端が挿入される。
ホール22a、22bの開口端が位置するファイバ側コネクタ2aの端面には、レンズユニット21の端面が露出する。図1(A)には、X−Y面でファイバ側コネクタ2aを切断した場合のII−II断面図を模式的に示した。また、図1(B)には、X−Z面でファイバ側コネクタ2aを切断した場合のI−I断面図を模式的に示した。図1(A)(B)に示すように、レンズユニット21には、複数のレンズが含まれ、それぞれが光ファイバコア21a、21b、21c、21dの端面に接続される。
なお、光ファイバコア21a、21b、21c、21dの端面と、光導波路コア11a、11b、11c、11dの端面とが直接接続される構造の場合には、レンズユニット21が省略されうる。また、説明の都合上、光ファイバコアの数を4にしているが、3以下又は5以上にしてもよい。
円柱状の金属ピン3a、3bが挿入されるホール22a、22bは円筒形であり、いずれも直径が金属ピン3a、3bの直径と略同一に形成される。また、ホール22a、22bの位置は、例えば、開口端においてホール22a、22bの中心を結んだ直線上に光ファイバコア21a、21b、21c、21dの中心が乗るように設定される。また、ホール22a、22bの中心の少なくとも一方から光ファイバコア21a、21b、21c、21dのそれぞれまでの距離が予め設定される。
上記のようなホール22a、22bの設定から、金属ピン3a、3bの中心を基準にして光導波路コア11a、11b、11c、11dの位置を決めることで、光ファイバコア21a、21b、21c、21dとの位置合わせができる。但し、この位置合わせの精度は、金属ピン3a、3bが挿入される導波路側コネクタ1aと、光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置されるポリマー導波路基板1bとの間の位置合わせの精度に依存する。
例えば、金属ピン3a、3bの軸に沿って、対向するファイバ側コネクタ2aの端面から導波路側コネクタ1aの端面に向かう方向をX方向とすると、X方向の位置ずれはコア間に隙間を生じさせ、光接続損失の原因となる。また、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1に垂直上向きの方向をZ方向とし、X−Z面に垂直な方向をY方向とすると、Y−Z面内の位置ずれはコア同士の軸ずれを生じさせ、やはり光接続損失の原因となる。なお、以下では、説明の都合上、上述したX方向、Y方向、Z方向で規定される直交座標系(XYZ座標系)を用いて説明する場合がある。
X方向、Y方向、Z方向、X−Y面内の回転方向、Y−Z面内の回転方向、Z−X面内の回転方向の全てについて位置合わせの精度を高めることが、光接続損失を低減するために有効である。本実施形態では、導波路側コネクタ1aの下面Sa2に位置決め構造を設け、その位置決め構造とポリマー導波路基板1b上の凸部12a、12bとの物理的な接続により上述した位置合わせの精度を改善する。
以下、図2〜図6を参照しながら、上記の位置決め構造及びポリマー導波路基板1b上の凸部12a、12bの構造について、さらに説明する。
まず、図2及び図3を参照しながら、導波路側コネクタ1aの下面Sa2に形成される上記の位置決め構造について説明する。
図2は、導波路側コネクタの構造について説明するための図(下面図、側面図、X−Z断面図)である。図3は、導波路側コネクタが有するグルーブ及びホールの形状について更に説明するための図(Y−Z断面図)である。なお、図2(B)のポリマー導波路基板1bに付した破線は内部の構造を示している。
図2(A)は、導波路側コネクタ1aを−X方向に沿って見た側面(ファイバ側コネクタ2aと対向しない面)の形状を示している。図2(B)は、導波路側コネクタ1aの下面Sa2の形状を示している。図2(C)は、導波路側コネクタ1aをX方向に沿って見た側面(ファイバ側コネクタ2aと対向する面)の形状を示している。
図2(B)に示すように、導波路側コネクタ1aの下面Sa2には、グルーブ13a、13c、及び凹部13eが形成される。また、図2(A)(B)に示すように、凹部13eは、グルーブ13a、13cの間に配置される。グルーブ13a、13cは、それぞれ図2(C)に示すホール13b、13dに接続する。
ここで、図3を参照する。図3(A)は、図2(B)のIII−III線に沿って導波路側コネクタ1aを切断した場合の断面図である。図3(B)は、図2(B)のIV−IV線に沿って導波路側コネクタ1aを切断した場合の断面図である。図3(C)は、図2(B)のV−V線に沿って導波路側コネクタ1aを切断した場合の断面図である。
図2(A)及び図3(A)(B)に示すように、グルーブ13a、13cの断面形状(Y−Z断面の形状)は円弧である。また、図2(C)及び図3(C)に示すように、ホール13b、13dは導波路側コネクタ1aを貫通し、IV−IV線の部分でそれぞれグルーブ13a、13cに接続する。なお、ホール13b、13dのサイズは、金属ピン3a、3bのサイズに対応する。
また、図3(A)−(C)に示すように、グルーブ13cに対応する円弧の中心とホール13dに対応する円の中心とが一致する。つまり、同一軸で位置決め構造が作製される。同一軸で位置決め構造が作製されることで、高い位置決め精度が実現される他、製品検査が簡便になるなどのメリットも得られる。なお、図3には、図面上で中心の位置を理解しやすくするために、導波路側コネクタ1aの上面Sa1から中心までの高さh、及び導波路側コネクタ1aの側面から中心までの距離uを記載しているが、高さh及び距離uによらず同一軸でグルーブ13c及びホール13dが形成されていればよい。なお、グルーブ13a及びホール13bの構造についても同様である。
ここで、図2(D)を参照する。図2(D)は、図2(B)のI−I線に沿って導波路側コネクタ1aを切断した場合の断面図である。図2(D)に示したように、ホール13dがIV−IV線の位置でグルーブ13cと接続し、導波路側コネクタ1aを貫通していることが分かる。なお、ホール13bの構造についても同様である。
図2(B)(D)に示すように、グルーブ13cには、幅及び深さが一定の区間(つまり、円弧の半径が一定の区間;以下、等幅区間)が設けられている。また、グルーブ13cには、等幅区間からホール13dとの接続部にかけてテーパ状に幅及び深さが大きくなる区間(つまり、円弧の半径が徐々に大きくなる区間;以下、テーパ区間)が設けられている。なお、グルーブ13aの構造についても同様である。
グルーブ13a、13c及びホール13b、13dは上記のような構造を有する。
凹部13eは、導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとを接続したときに、光導波路コア11a、11b、11c、11dと導波路側コネクタ1aの下面Sa2との接触を回避するための構造部である。凹部13eの深さは、光導波路コア11a、11b、11c、11d及びそれらを被覆するクラッドの高さ(ポリマー導波路基板1bの上面Sb1を基準とするZ方向の高さ)以上に設定される。
図2(E)は、図2(B)のII−II線に沿って導波路側コネクタ1aを切断した場合の断面図である。図2(C)(E)に示すように、この例では、ファイバ側コネクタ2aに対向する導波路側コネクタ1aの端面付近にレンズユニット14が設けられる。レンズユニット14は、光導波路コア11a、11b、11c、11dの端部に対応する位置にレンズが設けられ、端部へ入力又は端部から出力される光の光路を調整する。
図2(D)(E)に示すように、導波路側コネクタ1aは、グルーブ13a、13cに対応する区間X1と、ホール13b、13dに対応する区間X2とで厚み(Z方向の高さ)が異なる。そのため、区間X1、X2の境界で段差が形成される。
次に、図4を参照しながら、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1に形成される凸部12a、12bの形状について説明する。図4は、ポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための図(上面図、側面図)である。
図4(A)は、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1の形状を示している。図4(B)は、ポリマー導波路基板1bをX方向に沿って見た側面の形状を示している。図4(A)に示すように、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、凸部12a、12bが形成され、凸部12a、12bの間に光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。
例えば、凸部12a、12bは、X方向に沿って形成される。また、凸部12a、12bの間隔は、グルーブ13a、13cと同じに間隔に形成される。また、凸部12a、12bの高さは、光導波路コア11a、11b、11c、11dと同じ高さ(ポリマー導波路基板1bの上面Sb1を基準とするZ方向の高さ)に形成される。
また、凸部12a、12bの幅(Y方向の長さ)は、グルーブ13a、13cの断面が形成する円弧の開口幅と略同じ幅に形成される。但し、円弧の開口幅は、例えば、図3(A)に示したグルーブ13cに対応する円弧のうち、導波路側コネクタ1aの下面Sa2と円弧とが接続する2つの点の間の距離である。凸部12a、12bの幅は、グルーブ13a、13cのうち等幅区間における円弧の開口幅を用いて決めうる。
なお、図4では、説明の都合上、両者の幅を同じに記載しているが、作製工程で生じる誤差が生じることや、嵌合を容易にするなどの理由で設けられるマージンが設けられることがある。このような幅のずれが生じるケースについても、当業者において当然に想定される範囲内であり、本実施形態の技術的範囲に属する。
図4(A)に示すように、凸部12a、12bのうち、図4(B)の面に近い先端部分はテーパ状に形成され、幅が徐々に狭くなっている。凸部12a、12bの先端部分をテーパ状にすることで、導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとを接続する際に、凸部12a、12bとグルーブ13a、13cとの接続が容易になる。
導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとを接続すると、図5のような状態になる。図5は、ポリマー導波路基板と導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について説明するための図(上面図、Y−Z断面図、断面拡大図)である。
図5(A)は、ポリマー導波路基板1bと導波路側コネクタ1aとを接続した状態における光導波路ユニット1の上面図である。なお、図5(A)の導波路側コネクタ1aの上面Sa1に付した破線は内部の構造を示している。
接続の方法としては、例えば、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1と導波路側コネクタ1aの下面Sa2とが接触する状態で、グルーブ13a、13cの開口部(図2(A)を参照)に、凸部12a、12bの先端部(図4(B)を参照)を滑り込ませるようにX方向にスライドさせる方法がある。この方法によれば、凸部12a、12bの先端部がテーパ状にしてあるため、より容易に接続できる。
図5(B)は、図5(A)のI−I線に沿って光導波路ユニット1を切断した場合の断面形状を示している。図5(B)に示すように、導波路側コネクタ1aのグルーブ13aには凸部12aが嵌合され、グルーブ13cには凸部12bが嵌合される。また、導波路側コネクタ1aの凹部13eの内側には、光導波路コア11a、11b、11c、11dが配置される。
ここで、図5(C)を参照しながら、凸部12b及びグルーブ13cの形状について、さらに説明する。図5(C)は、凸部12bが嵌合されたグルーブ13c周辺の拡大図である。但し、見やすさのため、図5(C)ではハッチングを省略している。
図5(C)には、グルーブ13cの断面が形成する円弧の中心C0、グルーブ13cと凸部12bとの接触点C1、C2、C3、C4を追記した。なお、接触点C3、C4は、円弧の端点である。また、図5(C)には、凸部12bの高さ(d1×2)、円弧の半径(d2)、凸部12bとグルーブ13cの側壁との間の間隔(d3)、凸部12bの幅(d4×2)などのパラメータを記載した。
図5(C)に示すように、凸部12bは、少なくとも2つの接触点C1、C2でグルーブ13cの内壁を支持する。同様に、断面が方形の凸部12aが有する4つの角部のうち接触点C1、C2に対応する2つの角部でグルーブ13aの内壁を支持する。そのため、凸部12a、12bは、少なくとも4つの角部で導波路側コネクタ1aを支持する。
凸部12a、12bの少なくとも4つの角部でグルーブ13a、13cの内壁を支持することで、Y方向、Z方向、X−Y面内の回転方向、Y−Z面内の回転方向、Z−X面内の回転方向について、グルーブ13a、13cと凸部12a、12bとの位置関係を画定できる。
また、図5(C)に示すように、円弧の内壁に方形の2点(接触点C1、C2)が接するように配置すると、方形の中心は円弧の中心C0に一致する。また、方形の底面から中心までの距離は方形の高さの半分になる。
図5(C)の例では、凸部12bの高さ(d1×2)の半分d1の高さに円弧の中心C0が位置する。つまり、凸部12bの断面中心と光導波路コア11a、11b、11c、11dの中心(以下、コア中心)とを同じ高さd1にすれば(図5(D)を参照)、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1からコア中心までの距離が、グルーブ13cの断面中心(円弧の中心)に一致する。
グルーブ13a、13cの断面中心はホール13b、13dの断面中心(つまり、金属ピン3a、3bの中心軸)と一致するから、金属ピン3a、3bの中心軸とコア中心との位置関係を容易に合わせることができる。また、凸部12a、12bの形成手段としてフォトリソグラフィを用いれば、コア中心と凸部12a、12bの断面中心とを0.1μm未満の精度で合わせることが可能である。
例えば、光導波路コア11a、11b、11c、11dの高さが7μm、d1=3.5μm、d2=40μm、d3=0.2μm、d4=39.8μm、θ=5°(角度θについては図5(C)を参照)の条件で評価が行われており、本実施形態の位置決め構造を適用することで所望の精度が得られると期待されている。もちろん、これらの数値条件は一例であり、評価結果や実施の態様に応じて数値範囲を適宜変更することができ、本実施形態の技術的範囲がこの例に限定されるものではない。
X方向の位置決めは、導波路側コネクタ1aの区間X1、X2に設けた段差を利用して実現する。ここで、X方向の位置決めについて、図6を参照しながら説明する。図6は、ポリマー導波路基板と導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について更に説明するための図(X−Z断面図)である。
図6(A)は、図5(A)のII−II線に沿って光導波路ユニット1を切断した場合の断面形状を示している。図6(B)は、図5(A)のIII−III線に沿って光導波路ユニット1を切断した場合の断面形状を示している。
上記の通り、導波路側コネクタ1aをポリマー導波路基板1bに接続すると、グルーブ13aの内部に凸部12aが配置され(図6(A)を参照)、凹部13eの内部に光導波路コア11a、11b、11c、11dが配置される(図6(B)を参照)。区間X2には、グルーブ13aと連続するホール13b(図6(A)を参照)、及びレンズユニット14(図6(B)を参照)が設けられる。
上記の状態において、区間X1の部分で導波路側コネクタ1aの下面Sa2とポリマー導波路基板1bの上面Sb1とは接触する。一方、区間X2の部分は区間X1の部分より厚みがあるため、区間X1、X2の境界にある段差が、ポリマー導波路基板1bのエッジ部分(ファイバ側コネクタ2aに対向する側の面)に引っかかる形で当接する。これにより、導波路側コネクタ1aのX方向への移動が制限される。
ポリマー導波路基板1bのエッジ部分に光導波路コア11a、11b、11c、11dの端面を合わせ(図4(A)を参照)、段差の近傍にレンズユニット14が来るように設計(図2(E)を参照)することで、容易にX方向の位置合わせができる。なお、レンズユニット14を設けない場合の構造については後述する。また、X方向の位置合わせを実現する構造については様々な変形が可能である。これらの変形について次に説明する。
(第1変形例)まず、図7を参照する。図7は、第1変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための図(上面図、側面図)である。図7(A)は、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1の形状を示している。図7(B)は、ポリマー導波路基板1bをX方向に沿って見た側面の形状を示している。
図7(A)に示すように、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、凸部121a、121bが形成され、凸部121a、121bの間に光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。図4(A)に示した位置決め構造との違いは、凸部121a、121bの形状にある。
図7(A)に示すように、凸部121a、121bは、図4(A)に示した凸部12a、12bと同様に先端部分(図7(B)の側面に近い側の端部)がテーパ状に形成されると共に、幅が一定の等幅区間(グルーブ13a、13cの等幅区間に嵌合する区間)を有する。さらに、凸部121a、121bは、終端部分に等幅区間より幅が広い区間(以下、幅広区間)が設けられ、全体としてT字の形状を有する。
図7の位置決め構造を適用する場合、図5の例と同様に導波路側コネクタ1aをポリマー導波路基板1bに接続したとき、図2(A)に対応する導波路側コネクタ1aの側面(ファイバ側コネクタ2aと対向しない面)が幅広区間の側面に当接し、導波路側コネクタ1aのX方向への移動を制限する。
上述したように、導波路側コネクタ1aのX方向への移動の制限は、導波路側コネクタ1aに設けられる段差を利用して実現できる。しかし、凸部121a、121bは、例えば、フォトリソグラフィを用いて精巧に形成できる。そのため、図7に示した第1変形例の構造を適用することでX方向の位置決め精度を高めることができる場合がある。
(第2変形例)次に、図8を参照する。図8は、第2変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための図(上面図、側面図)である。図8(A)は、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1の形状を示している。図8(B)は、ポリマー導波路基板1bをX方向に沿って見た側面の形状を示している。
図8(A)に示すように、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、凸部122a、122bが形成され、凸部122a、122bの間に光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。図7(A)に示した位置決め構造との違いは、凸部122a、122bの形状にある。
凸部122aは、凸部121aと同じ終端部分の構造を有する。一方、凸部122aは、等幅区間及び先端部分の形状が凸部121aとは異なる。凸部122aの等幅区間は、凸部121aの等幅区間のうち光導波路コア11aに近い側の半分を省略した構造を有する。
同様に、凸部122bは、凸部121bと同じ終端部分の構造を有する。一方、凸部122bは、等幅区間及び先端部分の形状が凸部121bとは異なる。凸部122bの等幅区間は、凸部121bの等幅区間のうち光導波路コア11dに近い側の半分を省略した構造を有する。
上記のように、等幅区間の半分を省略したことで、凸部122a、122bをグルーブ13a、13cに挿入しやすくなる。但し、図8の位置決め構造を適用する場合、図5の例と同様に導波路側コネクタ1aをポリマー導波路基板1bに接続したとき、凸部122a、122bとグルーブ13a、13cの内壁との接触点が少なくなる。例えば、凸部122bは、グルーブ13cの内壁と接触点C2、C3で当接する。
上記のように、図8に示した第2変形例の構造を適用することで、凸部122a、122bとグルーブ13a、13cとの接触点は少なくなる。しかし、凸部122a、122bの上面に位置する角部がそれぞれグルーブ13a、13cを支持するため、十分な位置決め精度は得られる。その上で、導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとの接続を容易にするという利点が得られる。
(第3変形例)次に、図9を参照する。図9は、第3変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための図(上面図、Y−Z断面図、接続状態図)である。
図9(A)は、ポリマー導波路基板1bの断面(図9(B)のI−I線に沿ってポリマー導波路基板1bを切断した場合の断面)を−X方向に沿って見た断面形状を示している。図9(B)は、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1の形状を示している。図9(C)は、図9(A)(B)のポリマー導波路基板1bと導波路側コネクタ1aとを接続した状態の光導波路ユニット1の上面図である。なお、図9(C)の導波路側コネクタ1aの上面Sa1に付した破線は内部の構造を示している。
図9(B)に示すように、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、凸部123a、123bが形成され、凸部123a、123bの間に光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。図4(A)に示した位置決め構造との違いは、凸部123a、123bの形状にある。
図9(B)に示すように、凸部123a、123bは、上面から見た形状(−Z方向に沿って見た形状)がX方向に頂点を向けた二等辺三角形である。また、凸部123a、123bは、図4(A)に示した凸部12a、12bと同じ高さ(一様なZ方向の厚み)である(図9(A)を参照)。よって、凸部123a、123bをY−Z面に沿って切断した断面は方形になる。
また、凸部123a、123bは、二等辺三角形の頂点に対応する先端部分と、底辺に対応する終端部分とを有し、底辺の長さに対応する終端部分の幅がグルーブ13a、13cの等幅区間の幅より大きい。そのため、導波路側コネクタ1aを−X方向にスライドさせるようにして凸部123a、123bをグルーブ13a、13cに接続すると、図9(C)に示すように、グルーブ13a、13cのテーパ区間にそれぞれ凸部123a、123bが引っ掛かる。
グルーブ13a、13cのテーパ区間にそれぞれ凸部123a、123bが引っ掛かることで、導波路側コネクタ1aの−X方向への移動が制限される。また、図9に示した構造を適用した場合でも、凸部123a、123bのY−Z断面が方形であることから、凸部123a、123bとグルーブ13a、13cの内壁とがそれぞれ、接触点C1、C2、C3、C4(図5(C)を参照)で当接し、凸部123a、123bが導波路側コネクタ1aを支持する。
上記のように、図9に示した第3変形例の構造を適用することで、図5に示した構造と同様に、グルーブ13a、13cの内壁を接触点C1、C2、C3、C4で支持できる。また、凸部123a、123bがテーパ区間に引っ掛かることでX方向の位置決めもでき、全ての方向について高い位置決め精度を実現できる。さらに、導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとの接続を容易にするという利点も得られる。
(第4変形例)次に、図10を参照する。図10は、第4変形例に係るポリマー導波路基板及びその上面に形成される凸部の形状について説明するための図(上面図、Y−Z断面図、接続状態図)である。
図10(A)は、ポリマー導波路基板1bの断面(図10(B)のI−I線に沿ってポリマー導波路基板1bを切断した場合の断面)を−X方向に沿って見た断面形状を示している。図10(B)は、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1の形状を示している。図10(C)は、図10(A)(B)のポリマー導波路基板1bと導波路側コネクタ1aとを接続した状態の光導波路ユニット1の上面図である。なお、図10(C)の導波路側コネクタ1aの上面Sa1に付した破線は内部の構造を示している。
図10(B)に示すように、ポリマー導波路基板1bの上面Sb1には、凸部124a、124bが形成され、凸部124a、124bの間に光導波路コア11a、11b、11c、11dが設置される。図4(A)に示した位置決め構造との違いは、凸部124a、124bの形状にある。
図10(B)に示すように、凸部124a、124bは、上面から見た形状(−Z方向に沿って見た形状)が−X方向に頂点を向けた二等辺三角形である。また、凸部124a、124bは、図4(A)に示した凸部12a、12bと同じ高さ(一様なZ方向の厚み)である(図10(A)を参照)。よって、凸部124a、124bをY−Z面に沿って切断した断面は方形になる。
また、凸部124a、124bは、二等辺三角形の頂点に対応する先端部分と、底辺に対応する終端部分とを有し、底辺の長さに対応する終端部分の幅がグルーブ13a、13cの等幅区間の幅より大きい。そのため、導波路側コネクタ1aをX方向にスライドさせるようにして凸部124a、124bをグルーブ13a、13cに接続すると、図10(C)に示すように、グルーブ13a、13cの等幅区間の開口部にそれぞれ凸部124a、124bが引っ掛かる。
グルーブ13a、13cの等幅区間にそれぞれ凸部124a、124bが引っ掛かることで、導波路側コネクタ1aのX方向への移動が制限される。また、図10に示した構造を適用した場合でも、凸部124a、124bのY−Z断面が方形であることから、凸部124a、124bとグルーブ13a、13cの内壁とがそれぞれ、接触点C1、C2、C3、C4(図5(C)を参照)で当接し、凸部124a、124bが導波路側コネクタ1aを支持する。
上記のように、図10に示した第4変形例の構造を適用することで、図5に示した構造と同様に、グルーブ13a、13cの内壁を接触点C1、C2、C3、C4で支持できる。また、凸部124a、124bが等幅区間の開口部に引っ掛かることでX方向の位置決めもでき、全ての方向について高い位置決め精度を実現できる。さらに、導波路側コネクタ1aとポリマー導波路基板1bとの接続を容易にするという利点も得られる。
(第5変形例)次に、図11を参照する。図11は、第5変形例に係る導波路側コネクタの構造について説明するための図(下面図、側面図、X−Z断面図)である。ここで、説明の都合上、第5変形例に係る導波路側コネクタを導波路側コネクタ101a、ポリマー導波路基板をポリマー導波路基板101bと表記する。
図11(A)−図11(E)は、それぞれ導波路側コネクタ1aの構造を示した図2(A)−図2(E)に対応する。なお、図11(B)の導波路側コネクタ1aに付した破線は内部の構造を示している。導波路側コネクタ1a、101aの主な違いは、導波路側コネクタ1aが凹部13eを有するのに対し、導波路側コネクタ101aが凹部131eを有する点、及び、導波路側コネクタ101aがレンズユニット14を有しない点にある。
図11(A)−(C)及び(E)に示すように、凹部131eは、一定の幅(Y2)を有し、深さが一定の方形グルーブ(Y−Z断面が方形のグルーブ)を形成している。そのため、導波路側コネクタ101aにおいては凹部131eの領域で段差(導波路側コネクタ1aでは区間X1、X2の境界にある段差)がない。
但し、導波路側コネクタ101aにおいても、グルーブ13a、13c及びホール13b、13dが形成される領域(図11(A)のY1、Y3に対応する領域)には段差(図11(D)を参照)が形成される。よって、導波路側コネクタ101aを適用した場合でも、図5に示した構造と同様に、段差により導波路側コネクタ101aのX方向への移動を制限でき、X方向の位置を決めることができる。
次に、図12を参照しながら、導波路側コネクタ101aに接続されるポリマー導波路基板101bの構造について説明する。図12は、第5変形例に係るポリマー導波路基板及びそれと導波路側コネクタとを接続した状態における光導波路ユニットの構造について説明するための図(上面図、接続状態図、側面図、X−Z断面図)である。
図12(A)は、ポリマー導波路基板101bの上面図である。図12(B)は、導波路側コネクタ101aとポリマー導波路基板101bとを接続した状態における光導波路ユニット1の上面図である。なお、図12(B)の導波路側コネクタ1aの上面Sa1に付した破線は内部の構造を示している。
図12(C)は、第5変形例に係る光導波路ユニット1をX方向に沿って見た側面図である。図12(D)は、図12(B)のI−I線に沿って第5変形例に係る光導波路ユニット1を切断した場合の断面図である。
図12(A)に示したポリマー導波路基板101bと、図4(A)に示したポリマー導波路基板1bとの違いは、切り欠き部15a、15bの有無である。切り欠き部15a、15bには、図12(B)(D)に示すように、図11(A)に示したY1、Y3の領域及び区間X2で画定される部分(Z方向の厚みが大きい部分)が嵌合される。つまり、図12の例において、切り欠き部15a、15bは、X方向に区間X2と同じ奥行きを有し、Y方向にそれぞれY1、Y3の領域と略同じ幅を有する。
上記の切り欠き部15a、15bを設けることで、ホール13b、13dの開口部が位置する導波路側コネクタ101aの側面と、ファイバ側コネクタ2aに対向するポリマー導波路基板101bの側面とが略同一面上に位置する関係となりうる。
なお、切り欠き部15a、15bと区間X2とを異なる奥行きに設定してもよい。例えば、導波路側コネクタ101aの側面がポリマー導波路基板101bの側面より外側に又は内側に位置するように、切り欠き部15a、15bの奥行きを設計してもよい。
また、切り欠き部15a、15bの幅は、それぞれY1、Y3の領域より大きくしてもよい。この場合、導波路側コネクタ101aと切り欠き部15a、15bとの間に隙間ができる。実際には、作製時の誤差が生じることや余裕を持たせた設計をすることがあるため、このような隙間があることは当業者であれば当然に想定しうるし、敢えて隙間を設けるか、隙間が生じるケースについても当然に本実施形態の技術的範囲に属する。
上記の関係から、そのポリマー導波路基板101bの側面に光導波路コア11a、11b、11c、11dの端面を合わせれば、光導波路ユニット1の端面と光導波路コア11a、11b、11c、11dの端面とが一致する。そのため、光導波路ユニット1とファイバ側コネクタ2aとが接続されたとき、ファイバ側コネクタ2aの端面に露出する光ファイバコア21a、21b、21c、21dの端面と、光導波路コア11a、11b、11c、11dの端面とが隙間なく接続される。
以上、本実施形態及びその変形例に係る位置決め構造について説明した。この位置決め構造によれば、断面形状が円弧のグルーブと、断面形状が方形の凸部とを組み合わせるというシンプルな構造で精度の良い位置決めを実現できる。
(グルーブとホールの形成方法について)最後に、グルーブ13a、13cと、ホール13b、13dとを形成する方法について説明する。上述した位置決め精度は、凸部12a、12bと接続するグルーブ13a、13cの断面中心と、金属ピン3a、3bが挿入されるホール13b、13dの断面中心とが一致していることを前提とする。そのため、これら断面中心の一致が位置決めの精度を決める上で重要になる。
本実施形態では、図13に示した金型4を利用してグルーブ13a、13c及びホール13b、13dを形成する方法を示す。図13は、グルーブ及びホールの形成に用いる金型の構造を示した図である。なお、図13に示した金型4は一例であり、同様の特徴部分を有する金型であれば、同じように適用可能である。
図13(A)に示すように、金型4は、先端部41、グルーブ形成部42、テーパ構造形成部43、ホール形成部44を有する。なお、グルーブ形成部42及びホール形成部44以外の部分については、実施の態様に応じて適宜変形することが可能である。
グルーブ形成部42は、円柱状であり、図13(B)に示した円形の断面を有する。グルーブ形成部42の中心軸から外周面までの距離(断面が成す円の半径)は、グルーブ13a、13cの断面が成す円弧の半径(図5の例ではd2)と同じである。
ホール形成部44は、円柱状であり、図13(C)に示した円形の断面を有する。ホール形成部44の中心軸から外周面までの距離(断面が成す円の半径)は、ホール13b、13dの断面が成す円の半径(d5)と同じである。グルーブ形成部42の中心軸とホール形成部44の中心軸とは一致する。
上記の金型4を利用することで、中心軸が一致し、かつ連続するグルーブ13aとホール13b、及びグルーブ13cとホール13dを精度良く形成することができる。
以上、実施形態について説明した。
1 光導波路ユニット
1a、101a 導波路側コネクタ
1b、101b ポリマー導波路基板
11a、11b、11c、11d 光導波路コア
12a、12b、121a、121b、122a、122b、123a、123b 凸部
13a、13c グルーブ
13b、13d ホール
13e、131e 凹部
14 レンズユニット
15a、15b 切り欠き部
2 光ファイバ
2a ファイバ側コネクタ
2b 光ファイバアレイ
21a、21b、21c、21d 光ファイバコア
22a、22b ホール
3a、3b 金属ピン
4 金型
41 先端部
42 グルーブ形成部
43 テーパ構造形成部
44 ホール形成部
Sa1、Sb1 上面
Sa2 下面

Claims (6)

  1. 光導波路基板と光ファイバのコネクタ部材との接続に用いる光コネクタであって、
    前記コネクタ部材に一端が挿入されるピンの他端を挿入するための円筒状のホールと、前記ホールの開口端が位置する第1の面に垂直な第2の面に形成されるグルーブと、を有する複数の位置決め構造を具備し、
    前記グルーブと前記ホールとは連続し、前記グルーブの断面は円弧状であり、前記ホールの断面が成す円の中心と前記グルーブの断面が成す円弧の中心とは一致し、
    断面が方形を成す複数の凸部を有する前記光導波路基板に前記光コネクタを連結したとき、前記複数の位置決め構造のそれぞれにおいて、前記複数の凸部のうち、対応する凸部の少なくとも2つの角部が前記グルーブの内壁で支持される、
    光コネクタ。
  2. 前記複数の位置決め構造のそれぞれは、前記グルーブの形状に対応する第1の円柱部分と、前記第1の円柱部分と同一中心であって前記ホールの形状に対応する第2の円柱部分とを有する金型により形成される、
    請求項1に記載の光コネクタ。
  3. 前記グルーブの断面が成す円弧の開口幅と前記凸部の幅とが同じであり、
    前記凸部の4つの角部を前記グルーブの内壁で支持する、
    請求項1又は2に記載の光コネクタ。
  4. 前記凸部の高さは、前記凸部と同じ前記光導波路基板の一面に配置される光導波路コアと前記一面との間の距離と同じであり、
    前記グルーブの断面が成す円弧の中心から前記第2の面までの距離は、前記光導波路コアと前記一面との間の距離の半分である、
    請求項3に記載の光コネクタ。
  5. 前記グルーブが位置する第1の部分における前記光コネクタの厚みは、前記ホールが位置する第2の部分における前記光コネクタの厚みより小さく、前記第1の部分と前記第2の部分との境界に形成される段差が前記光導波路基板の角部に当接することで、前記グルーブの長さ方向についての前記光コネクタの位置が決定される、
    請求項4に記載の光コネクタ。
  6. 光導波路基板と光ファイバのコネクタ部材との接続に用いる光コネクタを搭載する機器であって、
    前記光コネクタが、前記コネクタ部材に一端が挿入されるピンの他端を挿入するための円筒状のホールと、前記ホールの開口端が位置する第1の面に垂直な第2の面に形成されるグルーブと、を有する複数の位置決め構造を具備し、
    前記グルーブと前記ホールとは連続し、前記グルーブの断面は円弧状であり、前記ホールの断面が成す円の中心と前記グルーブの断面が成す円弧の中心とは一致し、
    断面が方形を成す複数の凸部を有する前記光導波路基板に前記光コネクタを連結したとき、前記複数の位置決め構造のそれぞれにおいて、前記複数の凸部のうち、対応する凸部の少なくとも2つの角部が前記グルーブの内壁で支持される、機器。
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