JP4749317B2 - 光路変換型光コネクタ及びこれを用いた回路基板 - Google Patents

Description

この発明は、基板面と平行な光路を基板面に向けて変換する表面実装用の光路変換型光コネクタ、及びこれを用いた回路基板に関する。

基板上の光素子と光ファイバとの間の光接続部品として、基板面と平行な光路を基板面に向けて直角に変換する表面実装用の光路変換型光コネクタがある。この種の従来の光路変換型光コネクタとして種々のものがあるが、例えば特許文献１の光コネクタ（光インターフェースコネクタ）は、コネクタ本体に光ファイバテープの光ファイバを片端から挿入固定し、他端側を斜面にして端面ミラーとした構造で、光素子を搭載したパッケージにコネクタ設置枠を介して取り付けられている。また、光素子に対する位置決めとしては、コネクタ設置枠に対してピン固定により位置決めして、光素子に正しく光結合するようにしている。

特許文献２の光モジュールにおける光ファイバコネクタは、コネクタ本体の下面に下向き４５°傾斜のミラー及びこのミラーに臨むＶ溝列を形成し、このＶ溝列に光ファイバテープ（光ファイバアレイ）の各光ファイバを配置して、光素子アレイを搭載したＬＳＩパッケージ上に載せ、ガイドピンにより光素子との位置決めをし、かつクランプの弾力によりＬＳＩパッケージに押し付け固定する構成である
特開２０００−２９２６５８の図４、図５等 特開２００３−２０７６９４の図１、図２

上記従来の光路変換型光コネクタは、いずれもコネクタ本体から光ファイバテープが導出している。したがって、その光ファイバテープを外部の光コネクタ（外部光コネクタと呼ぶ）と接続するためには、光路変換型光コネクタに光ファイバテープを取り付けた後に、光ファイバテープの端部に例えばJIS C 5981のＦ１２形多心光ファイバコネクタで用いられるいわゆるＭＴコネクタ等の光コネクタを取り付ける必要がある。また、光コネクタ間の接続には、中継用のアダプタあるいはレセプタクルが必要である。

上記従来の光路変換型光コネクタのように、光ファイバテープをコネクタ本体に直接挿入固定し他端にＭＴコネクタを接続した完成品では、基板設計の際、例えば、光路変換型光コネクタと外部光コネクタとの距離を短くする要求がある場合、光ファイバテープを曲げることができる量には限界があるので、前記光コネクタ間の距離の短縮には限界があった。
また、製品設計に応じて、予めテープ長さの調整が可能な場合でも、ＭＴコネクタ取付のテープ作業余長が必要であるためテープ長の短縮には限界があった。
したがって、配線距離の変化に対応できず配線自由度に乏しく、配線が輻輳して、配線すスペースが不足することにより配線設計が困難になるという問題があった。
また、中継用のアダプタあるいはレセプタクルのスペースを、配線基板上、配線盤内、配線ボックス内に確保する必要があるが、その要求を満たすことが難しく、光機器の高密度実装の障害になるという問題がある。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、基板に光路変換型光コネクタを表面実装する場合に、省スペースが図られるとともに配線上の制約が少なくなって配線設計が容易になり、光機器の高密度実装が可能となる光路変換型光コネクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の光路変換型光コネクタは、発光素子又は受光素子が搭載された基板の基板面と平行に配置した複数の光ファイバの端末に組み立てられ、前記基板に表面実装され、前記複数の光ファイバを伝搬する光の光路を前記発光素子又は受光素子に入出射する光の光路に変換するミラーを備えた光路変換本体部と、
前記複数の光ファイバをそれぞれ内挿固定した複数の光ファイバ穴を有する光フェルール部とを樹脂一体成形してなり、
ガイドピン穴とガイドピンによるピン嵌合位置決め方式の位置決め手段を、前記光路変換本体部の光入出射面と、前記光フェルール部の接続端面側に設け、
前記光フェルール部の接続端面側に設けたピン嵌合位置決め方式の位置決め手段は、前記光フェルール部の接続端面を外部光コネクタの相手側フェルールとピン嵌合位置決めし、
前記光路変換本体部の光入出射面と光フェルール部の同じ側の面との間に段差部が形成されており、
前記光フェルール部の光ファイバ穴が前記段差部の段差面まで真っ直ぐに貫通しており、
前記光路変換本体部の光入出射面に凹所が形成され、この凹所に前記複数の光ファイバ穴のそれぞれと連続して複数の溝が形成され、
前記複数の光ファイバ穴に内挿固定された前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数の溝上に位置決めされ、前記複数の光ファイバの先端を前記凹所の一部であるミラー空間を介して前記ミラーに対峙させたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の光路変換型光コネクタにおいて、前記凹所に接着剤を充填し、その上から透明な蓋をして前記空間を封止し、前記複数の光ファイバを接着固定したことを特徴とする。
請求項３は、請求項１又は２の光路変換型光コネクタにおいて、前記光フェルール部が、JIS C 5981に規定されるＦ１２形多心光ファイバコネクタと光接続可能な構成であることを特徴とする。

請求項４の発明の回路基板は、請求項１〜３のいずれか１項の光路変換型光コネクタを、前記光路変換本体部の光入出射面と光フェルール部の同じ側の面との間の段差部が基板の側端面に当たるように基板縁部近傍に表面実装したことを特徴とする。

本発明の光路変換型光コネクタによれば、光路変換するミラーを備えた光路変換本体部と、ミラーへの光路となる光導波路を備えたピン嵌合位置決め方式の光フェルール部とが樹脂一体成形されているので、この光路変換型光コネクタを基板に表面実装した時、基板に固定されているこの光路変換型光コネクタに対して外部の光コネクタをアダプタやレセプタクルなしに直接接続することが可能となる。
したがって、コネクタ本体に光ファイバテープを直接挿入固定した従来の光路変換型光コネクタと異なり、光ファイバテープ長のスペースが不要であるだけでなく、アダプタやレセプタクルのスペースの確保が不要となり、大幅な省スペースが図られる。また配線長さについての制約が少なくなって配線設計が容易になる。したがって、前記従来の光路変換型光コネクタと比べて、光機器の高密度実装が可能となる。

また、光路変換本体部の光入出射面と光フェルール部の同じ側の面との間に段差が形成されているので、この光路変換型光コネクタを請求項４のように、段差部が回路基板の側端面に当たるように基板縁部近傍に表面実装した時、光フェルール部が回路基板の外側に突出する態様となり、その突出部（光フェルール部）の分だけ回路基板を占める面積を小さくすることができ、この点でも省スペースが図られる。
また、外部光コネクタを接続する際に、外部光コネクタの挿入力は光路変換型光コネクタの光路変換本体部が載る基板面に加わるのでなく、段差部が当たる基板の側端面に加わるので、回路基板の内側に加わる力を軽減することができ、したがって、光路変換型光コネクタと基板側の光素子との位置決め精度が損なわれたり、基板自体が損傷したりする恐れを少なくすることができる。

以下、本発明を実施した表面実装用の光路変換型光コネクタ及びこれを用いた回路基板について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の表面実装用の光路変換型光コネクタ１の斜視図、図２は同平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４はこの光路変換型光コネクタ１を基板２に表面実装した状態（光路変換型光コネクタ１は図１〜３とは上下反転して実装されている）を示した断面図である。
この光路変換型光コネクタ１は、基板２の面と平行な光路を導かれた光を基板面に向けて直角に反射するミラー３を備えた光路変換本体部４と、光コネクタ内の前記光路の一部を構成する光ファイバ５を備えるとともに基板２と平行なガイドピン穴（位置決め穴、嵌合ピン穴という場合がある）６を有して相手側光フェルール１０とピン（ガイドピン、嵌合ピン、位置決めピンと呼ぶ場合がある）嵌合による位置決めが可能なピン嵌合位置決め方式の光フェルール部７とを、好ましくは樹脂で一体成形したものである。使用する樹脂は種々であるが、例えばＰＰＳ（ポニフェニレンスルファイド）やエポキシ樹脂など適宜の素材を選択できる。

光路変換本体部４の図１〜３における上面が光入出射面４ａであるが、光路変換本体部４の光入出射面４ａと光フェルール部７の同じ側の面７ｂとの間に段差部１１が形成されている。
この段差部１１の高さは、基板上に搭載される受発光素子が搭載された光モジュールの厚みに相当させることができる。
実施例の光路変換型光コネクタ１は１２心であり、光フェルール部７に、ミラー３に向けて段差面（段差部１１の面）まで真っ直ぐに貫通する１２個の光ファイバ穴７ａが形成され、各光ファイバ穴７ａにそれぞれ光ファイバ（例えば、裸ファイバ）５が内装固定されている。光ファイバ５は例えばマルチモード系の９０ミクロン径の石英ファイバを用いる。しかし、光ファイバの種類や外径は特に限定されず、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）を用いることもできる。

光路変換本体部４の上面に凹所８が形成され、この凹所８に各光ファイバ穴７ａと連続して形成された光ファイバ断面方向から見てＶ形断面をなす溝（Ｖ溝、位置決め溝）４ｂが形成されている。
各光ファイバ５は光ファイバ穴７ａから出てＶ溝４ｂに載置収容されて光路変換本体部４の表面に位置決めされ、その先端がミラー３に対峙している。
光ファイバ５の先端の前方は凹所８の一部である空間（ミラー空間、あるいは光伝送空間と呼ぶ）１２となっている。
ミラー３は光路変換本体部４のミラー空間１２を区画する傾斜面に金属等の一層あるいは複層の反射膜を形成して構成されている。
傾斜面は光ファイバの光軸方向に対して４５°をなし、伝搬光の光軸を９０°変換する。
ミラー空間１２を含み凹所８の全体に透明な光学接着剤１３を充填し、その上から光ファイバ押さえ用の透明なガラス蓋１４をしてミラー空間を封止し光ファイバ５をＶ溝４ｂに接着固定している。
また、光路変換本体部４におけるミラー３の長手方向の両側に、基板２側の光素子（発光素子又は受光素子）１５との光軸を合わせるための２箇所の位置決めピン穴１６（丸型）を形成している。
なお、本実施例では、光ファイバの先端をミラー空間１２までガイドする構造としてＶ溝４ｂを用いているが、Ｖ溝４ｂを省くために光フェルール部７を延長して貫通孔が開口する位置をミラー空間に臨むようにしても良い。この場合、光フェルール部７の厚みは均一ではなくＶ溝４ｂが存在する部分に対応した領域の肉厚を薄くすることもできる。

この実施例では、光路変換本体部４の光入出射面４ａと反対側の面４ｂと光フェルール部７の同じ側の面７ｃとの間にも段差部１７を形成している。
ただし、図３に２点鎖線で示した面７ｃ’のように段差がない形状としてもよい。
実施例のガイドピン穴６は光フェルール部７を接続方向左右に貫通していないが、貫通させた時に段差面に開口するような段差部１１を貫通する貫通穴としてもよい。
実施例における光フェルール部７はいわゆるＭＴ光コネクタに相当するが、特にこれに限定されない。本発明では、ＭＴ光コネクタとは、ガイドピン穴を有して相手側光フェルールとピン嵌合による位置決めが可能なピン嵌合位置決め方式の構造であればよい。
さらに、図示例では、光路変換本体部４側にガイドピン穴が形成され、相手側から突出するピンが挿入固定されるが、光路変換本体部４側からピンが突出し、相手側に形成されたガイドピン穴にピンが挿入固定される方式であっても良い。
また、特に図示はしないが、光フェルール部７は接続端面側からみて、２箇所の嵌合ピン穴に挟まれた部分の片側あるいは両側の肉厚が薄くなり窪んだ形状（いわゆる眼鏡型の形状）であっても良い。

上記の光路変換型光コネクタ１は、図４に示すように回路基板２の端縁部に図１〜３とは上下反転して（光入出射面４ａを下にして）表面実装することができる。この場合、図示のように、光路変換型光コネクタ１を、光路変換本体部４と光フェルール部７との段差部１１が基板２の側端面２ａに当たるように基板縁部近傍に実装する。
光素子の位置は、光路変換された光ファイバの光軸と位置合わせされており、光路変換型光コネクタ１の位置決め穴１６と基板２にあけた位置決め穴２ｂとを合わせて両穴１６、２ｂに亘った位置決めピン１８、あるいは片側から突出する位置決めピン１８の位置決めにより、光路変換型光コネクタ１の基板２に対する位置決め、すなわち、光ファイバ５から出てミラー３で反射した光の光路と基板２上の光素子１５との位置決めをする。

上記の光路変換型光コネクタ１によれば、光路変換するミラーを備えた光路変換本体部４と、ミラーへの光路となる光ファイバ５を内装固定したピン嵌合位置決め方式の光フェルール部７とが樹脂一体成形されているので、図４に示すように、この光路変換型光コネクタ１を基板２に表面実装した時、基板２に固定されているこの光路変換型光コネクタ１に対して外部光コネクタ１０をアダプタやレセプタクルなしに直接接続することが可能となる。したがって、コネクタ本体に光ファイバテープを直接挿入固定した従来の光路変換型光コネクタと異なり、光ファイバテープ長のスペースが不要であるだけでなく、アダプタやレセプタクルのスペースの確保が不要となり、大幅な省スペースが図られる。
また配線長さについての制約が少なくなって配線設計が容易になる。したがって、前記従来の光路変換型光コネクタと比べて、光機器の高密度実装が可能となる。
また、光フェルール部７が基板２の外側に突出する態様とすることができるので、その突出部（光フェルール部７）の分だけ基板２を占める面積を小さくすることができ、この点でも省スペースが図られる。
その際、外部光コネクタ１０を接続する際に、外部光コネクタ１０の挿入力は光路変換型光コネクタ１の光路変換本体部４が載る基板の表面（４ａに接する基板２側の面）に加わるのでなく、段差部１１が当たる基板２の側端面２ａに加わるので、回路基板２の内側の光素子や配線パターンに加わる力が軽減され、したがって、光路変換型光コネクタ１と光素子１５との位置決め精度が損なわれたり、基板２自体が損傷したり寿命が劣化する恐れを少なくすることができる。

図５は本発明の他の実施例の表面実装用の光路変換型光コネクタ２１の斜視図、図６は図５の光路変換型光コネクタ２１を中央で切断した片側部分の斜視図、図７は図５の平面図、図８は図７のＢ−Ｂ断面図、図９はこの光路変換型光コネクタ２１を基板２に実装した状態を示した断面図（光路変換型光コネクタ２１は図５〜８とは上下反転して実装されている）である。
この光路変換型光コネクタ２１は基本構造としては前記光路変換型光コネクタ２１と概ね同様であり、基板２の面と平行な光路を導かれた光を基板面に向けて直角に反射するミラー２３を備えた光路変換本体部２４と、コネクタ内部の光路を構成する光導波路２５を備えるとともに基板２と平行なガイドピン穴２６を有して相手側光フェルール１０とピン嵌合による位置決めが可能なピン嵌合位置決め方式の光フェルール部２７とを樹脂一体成形したものである。
この実施例と他実施例との違いは、光フェルール部２７が内蔵する光導波路２５が、光ファイバの集合ではなく基板型の光導波路（以下、基板型導波路）であることである。
基板型導波路とは、石英系あるいはプラスチック系（高分子系）の材料よりなるコア埋め込み型の導波路であり、１２心のコア層２５ａ全体をクラッド層２５ｂで埋め込んだフラットな導波構造を有する。
基板型導波路の一方の端部は光コネクタとの接続端面であり、平面をなしている。
他方の端部は導波路の延在方向に対して４５°傾斜した傾斜面となるように加工されている。
傾斜面の外部は空気層であるから導波路端部はそのまま反射ミラー２３として機能するが、必要に応じて金属膜を蒸着することができる。
光フェルール部２７には、この基板型導波路を填め込める程度の大きさを持った矩形の貫通孔２７ａが形成されている。
光路変換本体部２４の上面には、貫通孔２７ａの開口部に連続して、貫通孔２７ａと同じの横幅の矩形断面の凹所２８が形成されている。
光フェルール部２７側から貫通穴２７ａに挿入された基板型光導波路の傾斜面側の端部は、貫通穴２７ａの開口部から凹所２８に突出している。
前記実施例と同じく、光路変換本体部２４の図１〜３における上面が光入出射面２４ａであり、光路変換本体部２４の光入出射面２４ａと光フェルール部２７の同じ側の面２７ｂとの間に段差部３１が形成されている。
また、基板２側の光素子１５との位置決めをするための位置決めピン穴３６が形成されている。

この光路変換型光コネクタ２１においても、前記実施例の光路変換型光コネクタと同様な効果が得られるが、ミラー面を有する複数本の光導波路が形成された基板導波路を貫通孔２７ａに挿入するだけで組み立てることができるから、個々の光ファイバを固定するための構造や挿入コストを低減させることができる。

上記各実施例において、位置決め手段としては丸型の位置決めピン穴と、この位置決めピン穴に挿抜自在な丸型の金属製嵌合ピン（位置決めピン）による一般的なピン嵌合方式が採用されている。
しかし、位置決め手段はこれに限定されない。
例えば、光コネクタ成形時に、光コネクタ成形と同時に、接続面側に丸断面あるいは異形断面の突出部を一体成型し、これを相手側部材の位置決め用の嵌合部材とし、相手側の端面にこれら突出部に嵌合可能な凹部を設ける位置決め手段を採用することもできるため
別体の嵌合ピンを準備する必要が無いので組立コストの低減が可能である。
本発明で、嵌合ピンとは別体の場合のみならず、光コネクタと同時に成型された場合の樹脂製突出部も含むものとし、その形状（断面形状等）も限定されず、位置決めピン穴も突出部の形状に整合する種々変形例を採用することができる。

本発明の一実施例の表面実装用の光路変換型光コネクタの斜視図である。 図１の光路変換型光コネクタの平面図である（光学接着剤及びガラス蓋をしていない状態で示している）。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３の光路変換型光コネクタを基板に表面実装した状態を示した断面図である。 本発明の他の実施例の表面実装用の光路変換型光コネクタの斜視図である。 図５の光路変換型光コネクタを中央で切断した片側部分の斜視図である。 図５の光路変換型光コネクタの平面図である。 図７のＢ−Ｂ断面図である。 図８の光路変換型光コネクタを基板に実装した状態を示した断面図である。

符号の説明

１ 光路変換型光コネクタ
２ 基板（回路基板）
２ａ 側端面
２ｂ 位置決め穴
３、２３ ミラー
４、２４ 光路変換本体部
４ａ、２４ａ 光入出射面
４ｂ Ｖ溝（位置決め溝）
５ 光ファイバ（光導波路）
２５ （狭義の）光導波路
２５ａ コア層
２５ｂ クラッド層
６、２６ ガイドピン穴
７、２７ 光フェルール部
７ａ 光ファイバ穴
２７ａ （光導波路２５が形成される）矩形の貫通穴
７ｂ、２７ｂ （光路変換本体部４の光入出射面４ａと光フェルール部７の）同じ側の面
８、２８ 凹所
１０ 外部光フェルール
１１、３１ 段差部
１２ ミラー空間
１３ 光学接着剤
１４ ガラス蓋
１５ 光素子（発光素子又は受光素子）
１６ ピン穴

Claims (4)

1. 発光素子又は受光素子が搭載された基板の基板面と平行に配置した複数の光ファイバの端末に組み立てられ、前記基板に表面実装され、前記複数の光ファイバを伝搬する光の光路を前記発光素子又は受光素子に入出射する光の光路に変換するミラーを備えた光路変換本体部と、
   前記複数の光ファイバをそれぞれ内挿固定した複数の光ファイバ穴を有する光フェルール部とを樹脂一体成形してなり、
   ガイドピン穴とガイドピンによるピン嵌合位置決め方式の位置決め手段を、前記光路変換本体部の光入出射面と、前記光フェルール部の接続端面側に設け、
   前記光フェルール部の接続端面側に設けたピン嵌合位置決め方式の位置決め手段は、前記光フェルール部の接続端面を外部光コネクタの相手側フェルールとピン嵌合位置決めし、
   前記光路変換本体部の光入出射面と光フェルール部の同じ側の面との間に段差部が形成されており、
   前記光フェルール部の光ファイバ穴が前記段差部の段差面まで真っ直ぐに貫通しており、
   前記光路変換本体部の光入出射面に凹所が形成され、この凹所に前記複数の光ファイバ穴のそれぞれと連続して複数の溝が形成され、
   前記複数の光ファイバ穴に内挿固定された前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数の溝上に位置決めされ、前記複数の光ファイバの先端を前記凹所の一部であるミラー空間を介して前記ミラーに対峙させたことを特徴とする光路変換型光コネクタ。
2. 前記凹所に接着剤を充填し、その上から透明な蓋をして前記空間を封止し、前記複数の光ファイバを接着固定したことを特徴とする請求項１に記載の光路変換型光コネクタ。
3. 前記光フェルール部が、JIS C 5981に規定されるＦ１２形多心光ファイバコネクタと光接続可能な構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光路変換型光コネクタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の光路変換型光コネクタを、前記光路変換本体部の光入出射面と光フェルール部の同じ側の面との間の段差部が基板の側端面に当たるように基板縁部近傍に表面実装したことを特徴とする回路基板。

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