WO2005006032A1 - 光路変換型光結合素子 - Google Patents

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optical path
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Ryo Yamamoto
Makoto Tuchida
Masayoshi Tani
Syogo Nagasaka
Hirokazu Tanaka
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Omron Corporation
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    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate

Definitions

  • the present invention relates to an optical path conversion type optical coupling element used for optical coupling between optical transmission paths.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional optical path conversion type optical coupling device 1 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1281302).
  • a conventional optical path conversion type optical coupling device 1 for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1281302.
  • a plurality of microlenses 3 are arranged on the front (or lower) surface of a glass substrate 2, and an inclined surface 4 is formed on the upper rear surface of the glass substrate 2.
  • the lower surface 5 is formed to be horizontal.
  • FIG. 1 shows a use state of the optical path conversion type optical coupling device 1.
  • a plurality of optical fibers 6 are respectively opposed to each microlens 3 provided on the front surface of the optical path conversion type optical coupling element 1, and are emitted from each optical fiber 6 and totally reflected by the inclined surface 4.
  • a light receiving element 8 mounted on a substrate 7 is arranged at a light collecting point of the light L. Therefore, if such an optical path conversion type optical coupling device 1 is used, the light L emitted from the optical fiber 6 is condensed by the microlens 3 and introduced into the glass substrate 2, and this light L is transmitted through the inclined surface 4. The direction of light is converted downward by total reflection, and the light L emitted from the lower surface 5 of the optical path conversion type optical coupling element 1 is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 8.
  • the microlens 3 is provided only on one of the front surface and the lower surface of the glass substrate 2, so that the optical fiber and the light receiving element or the light emitting element are not provided. Two-way binding failed. That is, when the optical fiber 6 is opposed to the front surface of the optical path conversion type optical coupling element 1 and the light receiving element 8 is arranged on the lower surface, as shown in FIG. Lens 3 had to be provided. Further, when an optical fiber is opposed to the front surface of the optical path conversion type optical coupling element 1 and the light emitting element is arranged on the lower surface, it is necessary to provide a microlens on the lower surface of the optical path conversion type optical coupling element 1.
  • an optical path conversion type optical coupling element 1 having a different structure is manufactured between the case where it is used between an optical fiber and a light receiving element and the case where it is used between an optical fiber and a light emitting element. Had to be kept. Further, it cannot be used in a case where bidirectional coupling is performed between optical fibers.
  • the inventors of the present invention require that the position of the end face of the optical fiber be the focal position of the microlens 3 so that the optical path conversion type optical coupling device 1 as shown in FIG. Attempting a method in which a lens substrate provided with a plurality of microlenses (microlens array) on the lower surface 5 of the optical path conversion type optical coupling element 1 was mounted.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-281302
  • the optical path conversion type optical coupling element according to the present invention includes two surfaces substantially orthogonal to the resin molded body and a total reflection surface forming an angle of approximately 45 ° with respect to the two surfaces. It is characterized in that a plurality of lenses are provided integrally on one surface.
  • the optical path-changing optical coupling element of the present invention after light incident through the lens formed on one surface is reflected by the total reflection surface, the light from the lens formed on the other surface is externally reflected.
  • the optical fiber, the light emitting element, the light receiving element, and the like arranged so as to face the two surfaces of the resin molded body can be optically coupled to each other.
  • the optical path conversion type optical coupling element since each lens is provided integrally on two surfaces of the resin molded body, the optical axis adjustment between the lenses that requires assembly of the resin molded body and the lens is required. This eliminates the need for such a device, and can be easily manufactured and the cost can be reduced.
  • Each of the lenses according to the embodiment of the present invention is characterized in that it is a lens that converts light incident from almost one point into parallel light.
  • a spacer having a thickness substantially equal to the focal length of the lens is integrally protruded from each of the two surfaces.
  • a spacer having a thickness substantially equal to the focal length of the lens is integrally protruded from each of the two surfaces, so that the spacer is an optical fiber.
  • the end face of the optical fiber, the light-emitting element, the light-receiving element, and the like can be arranged almost at the focal position of the lens by contacting the optical connector holding the light-emitting element, the light-emitting element, and the circuit board on which the light-receiving element is mounted.
  • a plurality of holes used for positioning at the time of connection are opened in each of the two surfaces.
  • a depression is formed in a portion of the resin molded body opposite to the total reflection surface. Further, an inner surface of the depression is formed in parallel with the total reflection surface, a distance from each lens along the optical axis of each lens formed on the two surfaces to the total reflection surface, and a distance of the depression. The distance from the inner surface to the total reflection surface may be substantially equal.
  • a depression is formed in a portion of the resin molded body opposite to the total reflection surface, the resin molding is performed on the total reflection surface during molding. Warpage of the body can be minimized.
  • the inner surface of the depression is formed in parallel with the total reflection surface, and the inner surface of each of the lenses formed on the two surfaces is located in front of each lens along the optical axis.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure and a use state of a conventional optical path conversion type optical coupling element.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an optical path conversion type optical coupling element according to the present invention with a front-side downward force.
  • FIG. 3 is a perspective view of the above-described optical path conversion type optical coupling element as viewed from above on the rear side.
  • FIG. 4 is a front view of the same optical path conversion type optical coupling device.
  • FIG. 5 is a bottom view of the above-described optical path conversion type optical coupling element.
  • FIG. 6 is a plan view of the above-described optical path conversion type optical coupling element.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line XX of FIG. 4.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along the line Y—Y of FIG. 4.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state where two optical connectors are connected using the optical path conversion type optical coupling element of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of FIG. 9.
  • FIG. 11 is an operation explanatory view of FIG. 9.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state where an optical connector and an element on a circuit board are connected using the optical path conversion type optical coupling element of the present invention.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of FIG.
  • FIG. 14 is an operation explanatory view of FIG. 12.
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical path-changing optical coupling element 11 according to one embodiment of the present invention from the lower front side
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical path-changing optical coupling element 11 from the upper rear side. is there .
  • 4, 5, and 6 are a front view, a bottom view, and a plan view of the optical path-changing optical coupling element 11,
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 4, and
  • FIG. -It is a Y line sectional view.
  • the entire optical path conversion type optical coupling element 11 is integrally formed of a transparent resin. For example, it is integrally molded by injection molding with a thermoplastic transparent resin having a refractive index of 1.5.
  • the optical path conversion type optical coupling element 11 has a first connection part 12 located on the front side and a second connection part 13 located on the bottom side, and has a lower end part of the first connection part 12.
  • the front end portion of the second connection portion 13 is integrally connected and is formed in a substantially L-shape.
  • a triangular rib 14 is provided integrally between each of the left and right ends of the first connection portion 12 and the left and right ends of the second connection portion 13 so as to form the first connection portion. The strength between 12 and the second connection portion 13 is increased.
  • the front surface 15 of the first connection portion 12 is a surface perpendicular to the horizontal plane, and as shown in FIG. 4, a plurality of (for example, 12) spherical or aspherical lenses are provided at the center thereof.
  • Collimating lenses 16 (lens array) are arranged in a horizontal row.
  • the height of the spacer 17 is substantially equal to the focal length of the collimating lens 16.
  • a cylindrical guide hole 18 is formed on both left and right sides of the first connection portion 12 in the front-rear direction.
  • the collimating lenses 16 are arranged at predetermined positions with reference to the center of the guide hole 18. Further, the collimating lenses 16 are arranged at a constant pitch.
  • the lower surface 19 of the second connection portion 13 is a horizontal surface, and as shown in FIG. 5, a plurality (for example, 12) of collimators formed of a spherical lens or an aspherical lens is provided at the center thereof.
  • the lenses 20 (lens array) are arranged in a horizontal row.
  • At least three spacers 21 protrude from the lower surface 19 of the second connection portion 13.
  • the height of the spacer 21 is substantially equal to the focal length of the collimating lens 20.
  • a cylindrical guide hole 22 penetrates the left and right sides of the second connecting portion 13 in the vertical direction.
  • the collimating lens 20 is arranged at a predetermined position with reference to the center of the guide hole 22.
  • the collimating lenses 20 are arranged at a constant pitch.
  • a total reflection surface 23 which is inclined at an angle of 45 ° with respect to the lower surface 19 is provided.
  • the total reflection surface 23 is not provided at a position corresponding to the guide holes 18 and 22, but is provided at a position facing the collimating lenses 16 and 20.
  • a concave portion 24 is provided on the back surface of the first connecting portion 12
  • a concave portion 25 is provided on the upper surface of the second connecting portion 13, and a total reflection surface 23 is formed between the concave portions 24, 25, so that total reflection is achieved. The length of the surface 23 along the inclination direction is earned.
  • the distance b from the lower surface 19 of the second connection portion 13 to the total reflection surface 23 measured along the optical axis of the collimator lens 20 provided in the second connection portion 13 is equal.
  • a fleshy (concave) 26 is provided so as to face the total reflection surface 23.
  • the flesh fillet 26 has an inclined surface 27 parallel to the total reflection surface 23, a horizontal surface 28 located at the upper end of the inclined surface 27 and parallel to the lower surface 19 of the second connection portion 13, and a lower end of the inclined surface 27. Is located on the front 15 of the first connection 12 It consists of parallel vertical surfaces 29.
  • the distance c between the inclined surface 27 and the total reflection surface 23 is equal to the distance a along the optical axis of the collimating lens 16 (or the distance b along the optical axis of the collimating lens 20). I'm familiar. If the distance c between the inclined surface 27 and the total reflection surface 23 is too thin, sink marks will occur at the position of the collimating lens 16 and the collimating lens 20, so this distance c is the distance along the optical axis of the collimating lens 16. It is desirable to make it approximately equal to a (or the distance b along the optical axis of the collimating lens 20).
  • the entire optical path conversion type optical coupling element 11 of the present invention is integrally formed of resin as described above, the number of parts can be reduced, and the cost of parts can be reduced.
  • it since it is integrally molded as a resin molded body, it is easy to assemble the optical path conversion type optical coupling element 11 ⁇ It is easy to manufacture because alignment work between the collimating lenses 16 and 20 is required, and low cost is easy. . Further, by integrally molding the optical path conversion type optical coupling element 11, it is possible to reduce return light, scattering, and the like at the interface between different materials.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state where two optical connectors 30 A and 30 B are connected using the optical path conversion type optical coupling element 11 of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded perspective view thereof.
  • the illustrated optical connectors 30A and 30B are commercially available multi-core optical connectors such as an MT connector and an MPO connector, and hold a plurality (for example, 12) of optical fibers 31 as shown in FIG.
  • the end faces of the optical fibers 31 are held in line with the tip faces of the optical connectors 30A and 30B.
  • a pair of guide holes 32 penetrates on both left and right sides of the optical fiber 31.
  • the diameter of the guide hole 18 formed in the first connection portion 12 of the optical path conversion type optical coupling element 11 and the diameter of the guide hole 22 formed in the second connection portion 13 are both optical connectors 30A and 30B.
  • Guide? Each guide is equal to the diameter of L32? L18, 22, 32, each guide?
  • the guide pins 33 having the same diameters as 18, 22, and 32 can be inserted without looseness.
  • each collimating lens 16 of the optical path conversion type optical coupling element 11 is provided at a predetermined position with reference to the center of the guide hole 18, and each collimating lens 20 is provided at a predetermined position with reference to the center of the guide hole 22.
  • the end faces of the optical fibers 31 of the optical connectors 30A and 30B are also provided at predetermined positions with reference to the center of the guide hole 32, and the force of each collimating lens 16, 20 and the end face of each optical fiber 31 are also set. All are provided so as to have the same positional relationship with respect to the center of each of the guide holes 18, 22, and 32.
  • the optical connector 30A and the optical path conversion are performed.
  • the optical coupling element 11 is connected so that the end face of each optical fiber 31 and each collimating lens 16 are opposed to each other. That is, the optical axis of each optical fiber 31 of the optical connector 30A and the optical axis of the collimating lens 16 of the first connection portion 12 are aligned by the guide pin 33.
  • the optical connector 30B and the optical path conversion type optical coupling element 11 are connected so that the end face of each optical fiber 31 and each collimating lens 20 face each other, and the optical axis of each optical fiber 31 of the optical connector 30B and the light of the collimating lens 20 of the second connection portion 13 are guided by the guide pin 33.
  • the axis is aligned. Therefore, the alignment (optical axis alignment) between the optical fibers 31 of the optical connectors 30A and 30B and the collimating lenses 16 and 20 of the optical path conversion type optical coupling element 11 can be easily performed.
  • the spacer 17 of the first connection portion 12 is in contact with the end face of the optical connector 30A.
  • the spacer 21 of the second connecting portion 13 is in contact with the end face of the optical connector 30B.
  • the spacers 17 and 21 may be bonded to the end faces of the optical connectors 30A and 30B, respectively, or the spacers 17 and 21 may be bonded to the end faces of the optical connectors 30A and 30B respectively.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation of the optical connector 30A and the optical connector 30B connected at right angles via the optical path conversion type optical coupling element 11.
  • the thickness of the spacer 21 is substantially equal to the focal length of the collimator lens 20, and the core end face of the optical fiber 31 is located at the approximate focal point of the collimator lens 20. Therefore, when light (optical signal) L is emitted from the core end face of the optical fiber 31 held by the optical connector 30B, the light L is converted into parallel light by passing through the collimating lens 20.
  • the parallel light that has entered the total reflection surface 23 is totally reflected in the horizontal direction by the total reflection surface 23 and enters the collimator lens 16. Since the thickness of the spacer 17 is substantially equal to the focal length of the collimating lens 16 and the core end face of the optical fiber 31 is located substantially at the focal point of the collimating lens 16, the parallel light incident on the collimating lens 16 is The light L collected and collected by the collimating lens 16 is coupled to the core end face of the optical fiber 31 held by the optical connector 30A.
  • the optical signal emitted from the optical fiber 31 of the optical connector 30A on the front side is transmitted via the optical path conversion type optical coupling element 11 to the optical fiber 31 of the optical connector 30B on the lower side. Can also be incident. That is, the optical path conversion type optical coupling element 11 can couple the optical fiber 31 of the optical connector 30A and the optical fiber 31 of the optical connector 30B bidirectionally.
  • the collimating lenses 16 and 20 are provided on the front surface 15 and the lower surface 19 of the optical path conversion type optical coupling element 11, respectively, the sensitivity of misalignment with the optical fiber 31 is reduced, thereby simplifying the alignment work. .
  • the light emitted from the optical fiber 31 of the optical connector 30A is converted into parallel light by the collimating lens 16, then totally reflected by the total reflection surface 23, guided to the collimating lens 20, and collimated by the collimating lens 20. Since the light is condensed by 20 and is coupled to the optical fiber 31 of the optical connector 30B, the dissipation of light can be reduced, and the light coupling efficiency between the optical fibers 31 of the optical connector 30A and the optical connector 30B is high. I'm familiar. Further, since the light is incident on the total reflection surface 23 as parallel light, the light is incident on the total reflection surface 23 at a certain incident angle, and as a result, light leakage on the total reflection surface 23 can be suppressed. Combine light with higher efficiency Can power s. In addition, since the light is converted by total reflection in the optical path conversion type optical coupling element 11, the reflection efficiency is high, and it is not necessary to perform mirror finishing by metal deposition or the like.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state where the optical connector 30A and the light receiving element 35 on the circuit board 34 are connected using the optical path conversion type optical coupling element 11 of the present invention
  • FIG. 13 is an exploded perspective view thereof. is there.
  • the optical connector 30A is connected to the optical path conversion type optical coupling element 11 by inserting the guide pin 33 passed through the guide hole 32 into the guide hole 18 of the first connection portion 12 of the optical path conversion type optical coupling element 11.
  • the optical axis of each optical fiber 31 of the optical connector 30A is aligned with the optical axis of the collimating lens 16 of the first connection portion 12 by the guide pin 33.
  • the alignment between the optical fiber 31 of the optical connector 30A and the collimator lens 16 of the optical path conversion type optical coupling element 11 can be easily performed.
  • the spacer 17 of the first connection portion 12 comes into contact with the end surface of the optical connector 30A, so that the end surface of the optical fiber 31 is formed. Is located at the focal position of the collimating lens 16.
  • light receiving elements 35 such as photodiodes are arranged at the same pitch as the collimating lens 20 on the upper surface of the circuit board 34.
  • a positioning hole 36 is opened for the light receiving element 35 so as to have the same positional relationship as the guide hole 22 with respect to the collimating lens 20 on the lower surface of the optical path conversion type optical coupling element 11. . Therefore, the optical path conversion type optical coupling element 11 is placed on the circuit board 34, the spacer 21 is brought into contact with the surface of the circuit board 34, and the guide pins 33 inserted through the guide holes 22 of the second connection portion 13 are connected.
  • the positioning of the collimating lens 20 of the optical path conversion type optical coupling element 11 and the light receiving element 35 on the circuit board 34 can be easily performed. Further, the spacer 21 positions the light receiving element 35 almost at the focal position of the collimating lens 20.
  • the circuit board 34 may be provided with protrusions that fit into the guide holes 22 of the optical path conversion type optical coupling element 11.
  • FIG. 14 is an operation explanatory view of the optical connector 30 A and the light receiving element 35 connected at right angles via the optical path conversion type optical coupling element 11.
  • the thickness of the spacer 17 is substantially equal to the focal length of the collimating lens 16, and the optical fiber 31
  • the light (optical signal) L is emitted from the core end face of the optical fiber 31 held by the optical connector 30A, the light L is collimated.
  • the light is converted into parallel light by passing through the lens 16, travels in the horizontal direction, and enters the total reflection surface 23 at an angle of 45 ° as parallel light.
  • the parallel light that has entered the total reflection surface 23 is totally reflected downward by the total reflection surface 23 and enters the collimator lens 20.
  • the thickness of the spacer 21 is substantially equal to the focal length of the collimating lens 20, and the light receiving element 35 is located substantially at the focal point of the collimating lens 16, the parallel light incident on the collimating lens 20 is The light L condensed by the light 20 is received by the light receiving element 35.
  • the optical signal emitted from the light emitting element mounted on the circuit board 34 is transmitted to the optical fiber 31 of the optical connector 30 A on the front side via the optical path conversion type optical coupling element 11. It can also be incident. That is, the optical path conversion type optical coupling element 11 can couple the optical fiber 31 of the optical connector 30A and the optical fiber 31 of the optical connector 30B in two directions. Further, the light emitting element and the light receiving element may be mounted on the circuit board 34 at the same time.
  • the optical connector 30A can be connected in a posture lying sideways with respect to the circuit board 34, so that the height of the connection portion can be reduced. it can.
  • the first connecting portion 12 and the second connecting portion 13 may be arranged such that the collimating lenses 16 and 20 are arranged in a line in a row.
  • an optical path conversion type optical coupling element 11 a case where an optical fiber is connected to an optical connector arranged in two or more rows or a circuit board in which elements such as a light emitting element and a light receiving element are arranged in two rows. It can be used when connecting with.
  • optical path conversion type optical coupling element of the present invention is used when optical fibers are coupled to each other in the field of optical communication, for example, when an optical fiber is coupled to a light emitting element and a light receiving element.

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Abstract

【課題】　双方向で使用することができ、かつ、部品点数も最小限に抑えることができる光路変換型光結合素子を提供する。 【解決手段】　樹脂成形体は、互いに直交する２つの面（正面１５、下面１９）と当該２面に対してほぼ４５°の角度をなす全反射面２３を備える。一方の面には複数のコリメートレンズ１６とスペーサ１７が一体に形成され、他方の面にも複数のコリメートレンズ２０とスペーサ２１が一体に形成されている。２つの面の間においては、全反射面２３の裏面側に位置するようにして肉ヌスミ２６を凹設する。また、樹脂成形体の前記２面には、ガイドピンを挿入して光コネクタ等と接続するためのガイド孔１８、２２をあけている。

Description

明 細 書
光路変換型光結合素子
技術分野
[0001] 本発明は、光伝送路間の光結合に用いられる光路変換型光結合素子に関する。
背景技術
[0002] 図 1は従来の光路変換型光結合素子 1 (例えば、特開平 9一 281302号公報）の構 造を示す概略断面図である。この光路変換型光結合素子 1にあっては、ガラス基板 2 の前面（あるいは、下面）に複数のマイクロレンズ 3を配列し、ガラス基板 2の背面上部 に傾斜面 4を形成し、ガラス基板 2の下面 5を水平面となるように形成している。
[0003] また、図 1はこの光路変換型光結合素子 1の使用状態を表している。光路変換型光 結合素子 1の前面に設けられた各マイクロレンズ 3には、複数本の光ファイバ 6をそれ ぞれ対向させてあり、各光ファイバ 6から出射され傾斜面 4で全反射された光 Lの集 光点には基板 7上に実装された受光素子 8が配列されている。よって、このような光路 変換型光結合素子 1を用いれば、光ファイバ 6から出射された光 Lをマイクロレンズ 3 で集光させてガラス基板 2内に導入し、この光 Lを傾斜面 4で全反射させることによつ て光の方向を下方へ変換させ、光路変換型光結合素子 1の下面 5から出射した光 L を受光素子 8の受光面で集光させてレ、る。
[0004] このような光路変換型光結合素子 1では、ガラス基板 2の前面又は下面のうち一方 にしかマイクロレンズ 3が設けられていないので、光ファイバと受光素子又は発光素 子との間で双方向の結合ができなかった。すなわち、光路変換型光結合素子 1の前 面に光ファイバ 6を対向させ、下面に受光素子 8を配置する場合には、図 1に示した ように光路変換型光結合素子 1の前面にマイクロレンズ 3を設ける必要があった。また 、光路変換型光結合素子 1の前面に光ファイバを対向させ、下面に発光素子を配置 する場合には、光路変換型光結合素子 1の下面にマイクロレンズを設ける必要があ つに。
[0005] よって、従来にあっては、光ファイバ及び受光素子間に用いる場合と、光ファイバ及 び発光素子間に用いる場合とでは、異なる構造の光路変換型光結合素子 1を製作し ておく必要があった。また、光ファイバ及び光ファイバ間で双方向の結合を行わせる ような場合には使用することができなかった。
[0006] 本発明の発明者らは、図 1のような光路変換型光結合素子 1を双方向で用いること ができるようにするためには、光ファイバの端面位置をマイクロレンズ 3の焦点位置ま でずらし、光路変換型光結合素子 1の下面 5に複数のマイクロレンズ (マイクロレンズ アレイ）を設けたレンズ基板を取り付けるとレ、う方法を試みた。
[0007] ところ力 光路変換型光結合素子 1の下面 5に複数のマイクロレンズを有するレンズ 基板を取り付けようとすれば、ガラス基板 2の前面のマイクロレンズ 3とマイクロレンズ 基板に設けられているマイクロレンズとの光軸調整 (調芯作業）が必要となり、組立て が難しくなつた。また、光ファイバも本来のセット位置から遠い位置に配置しなければ ならないので、光ファイバの光軸調整も難しくなつた。さらに、部品点数が増加するた めに、組立の手間が掛かり、コストも高くつくことになつた。
[0008] 特許文献 1 :特開平 9 - 281302号公報
発明の開示
[0009] 本発明の目的とするところは、双方向で使用することができ、かつ、部品点数も最小 限に抑えることができる光路変換型光結合素子を提供することにある。
[0010] 本発明にかかる光路変換型光結合素子は、樹脂成形体にほぼ直交する 2つの面と 前記 2つの面に対してほぼ 45° の角度をなす全反射面とを形成し、前記 2つの面に それぞれ複数のレンズを一体に設けたことを特徴としている。
[0011] 本発明の光路変換型光結合素子によれば、一方の面に形成されたレンズを通って 入射した光を全反射面で反射させた後、他方の面に形成されたレンズから外部へ出 射させることができ、樹脂成形体の 2つの面に対向させるように配置された光ファイバ や発光素子、受光素子などどうしを光結合させることができる。しかも、この光路変換 型光結合素子にあっては、樹脂成形体の 2つの面に各レンズが一体に設けられてい るので、樹脂成形体とレンズとの組立が必要なぐレンズどうしの光軸調整なども不要 で、簡易に製造することができると共にコストを安価にすることができる。さらに、 2つ の面にそれぞれレンズを備えているので、双方向で光ファイバや発光素子、受光素 子などを結合させることができる利点がある。 [0012] 本発明の実施態様における前記各レンズは、ほぼ 1点から出たようにして入射した 光を平行光に変換させるレンズであることを特徴としている。
[0013] 本発明の実施態様では、ほぼ 1点から出たようにして入射した光を平行光に変換さ せるレンズを用いているので、光ファイバ等から出射された光は平行光となって樹脂 成形体内に導かれて全反射面に入射する。この結果、全反射面における光の漏れ が低減され、光の結合効率を向上させることができる。
[0014] また、本発明の別な実施態様においては、前記 2つの面にそれぞれ、前記レンズの 焦点距離にほぼ等しい厚みのスぺーサを一体に突出させたことを特徴としている。
[0015] 本発明の別な実施態様では、前記 2つの面にそれぞれ、前記レンズの焦点距離に ほぼ等しい厚みのスぺーサを一体に突出させているので、このスぺーサを、光フアイ バを保持した光コネクタや、発光素子、受光素子を実装された回路基板などに当接 させることによって光ファイバの端面や発光素子、受光素子などをレンズのほぼ焦点 位置に配置させることができる。
[0016] 本発明のさらに別な実施態様においては、前記 2つの面にそれぞれ、接続時に位 置決め用として用いられる複数の孔を開口させたことを特徴としている。
[0017] 本発明のさらに別な実施態様では、前記 2つの面にそれぞれ、接続時に位置決め 用として用いられる複数の孔を開口させているので、光コネクタ等に挿通されたガイド ピンをこの孔に挿入することによって光コネクタ等と光路変換型光結合素子との位置 合わせや光軸調整を簡単に行える。
[0018] 本発明のさらに別な実施態様においては、前記樹脂成形体の、前記全反射面と反 対側の部分に窪みを形成したことを特徴としている。さらには、前記窪みの内面を前 記全反射面と平行に形成し、前記 2つの面に形成された各レンズの光軸に沿った各 レンズから前記全反射面までの距離と、前記窪みの内面から前記全反射面までの距 離とがほぼ等しくなるようにしてもょレ、。
[0019] 本発明のさらに別な実施態様では、前記樹脂成形体の、前記全反射面と反対側の 部分に窪みを形成しているので、成形時における前記全反射面でのヒケゃ樹脂成形 体の反りなどを最小限に抑えることができる。特に、前記窪みの内面を前記全反射面 と平行に形成し、前記 2つの面に形成された各レンズの光軸に沿った各レンズから前 記全反射面までの距離と、前記窪みの内面から前記全反射面までの距離とがほぼ 等しくなるようにすれば、全反射面のヒケと共にレンズのヒケも低減させることができる
[0020] なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることが できる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]従来の光路変換型光結合素子の構造と使用状態を説明する図である。
[図 2]本発明にかかる光路変換型光結合素子を示す前面側下方力もの斜視図である
[図 3]同上の光路変換型光結合素子の背面側上方からの斜視図である。
[図 4]同上の光路変換型光結合素子の正面図である。
[図 5]同上の光路変換型光結合素子の下面図である。
[図 6]同上の光路変換型光結合素子の平面図である。
[図 7]図 4の X— X線断面図である。
[図 8]図 4の Y— Y線断面図である。
[図 9]本発明の光路変換型光結合素子を用いて 2つの光コネクタを接続した状態を 示す斜視図である。
[図 10]図 9の分解斜視図である。
[図 11]図 9の作用説明図である。
[図 12]本発明の光路変換型光結合素子を用いて光コネクタと回路基板上の素子とを 接続した状態を示す斜視図である。
[図 13]図 12の分解斜視図である。
[図 14]図 12の作用説明図である。
[0022] なお、図面において用いられている主な符号は、次の通りである。
11 光路変換型光結合素子
15 前面
16 コリメートレンズ
17 スぺーサ 18 ガイド孔
19 下面
20 コリメートレンズ
21 スぺーサ
22 ガイド孔
23 全反射面
26 肉ヌスミ
30A、 30B 光コネクタ
31 光ファイバ
33 ガイドピン
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限 定されるものでなぐ本発明の技術的思想を逸脱しなレ、範囲にぉレ、て変形することが できることはもちろんである。
[0024] 図 2は本発明の一実施例による光路変換型光結合素子 11を示す前面側下方から の斜視図、図 3は当該光路変換型光結合素子 11の背面側上方からの斜視図である 。また、図 4、図 5及び図 6は光路変換型光結合素子 11の正面図、下面図及び平面 図であり、図 7は図 4の X— X線断面図、図 8は図 4の Y— Y線断面図である。この光路 変換型光結合素子 11は、全体が透明樹脂によって一体成形されている。例えば、屈 折率が 1.5の熱可塑性の透明樹脂によって射出成形により一体成形されている。
[0025] 光路変換型光結合素子 11は、前面側に位置する第 1接続部 12と、下面側に位置 する第 2接続部 13とを有しており、第 1接続部 12の下端部と第 2接続部 13の前端部 とが一体につながっていて略 L字状に形成されている。また、図 3に示すように、第 1 接続部 12の左右各端部と第 2接続部 13の左右各端部との間には、三角リブ 14を一 体に設けることによって第 1接続部 12と第 2接続部 13との間の強度を高くしている。
[0026] 第 1接続部 12の前面 15は水平面に垂直な面となっており、図 4に示すように、その 中央部には球面レンズ又は非球面レンズからなる複数個（例えば、 12個）のコリメート レンズ 16 (レンズアレイ）が横一列に配列されている。第 1接続部 12の前面 15には、 少なくとも 3個のスぺーサ 17が突設されている。このスぺーサ 17の高さは、コリメート レンズ 16の焦点距離とほぼ等しくなつている。また、図 8に示すように、第 1接続部 12 の左右両側部には、円柱状をしたガイド孔 18が前後方向に向けて貫通されている。 コリメートレンズ 16はガイド孔 18の中心を基準として所定位置に配列されている。ま た、コリメートレンズ 16は一定のピッチで配列されている。
[0027] 第 2接続部 13の下面 19は水平な面となっており、図 5に示すように、その中央部に は球面レンズ又は非球面レンズからなる複数個（例えば、 12個）のコリメートレンズ 20 (レンズアレイ）が横一列に配列されている。第 2接続部 13の下面 19には、少なくとも 3個のスぺーサ 21が突設されている。このスぺーサ 21の高さは、コリメートレンズ 20 の焦点距離にほぼ等しくなつている。また、図 8に示すように、第 2接続部 13の左右 両側部には、円柱状をしたガイド孔 22が上下方向に向けて貫通されている。コリメ一 トレンズ 20はガイド孔 22の中心を基準として所定位置に配列されている。また、コリメ 一トレンズ 20は一定のピッチで配列されている。
[0028] 図 3及び図 7に示すように、第 1接続部 12の背面側から第 2接続部 13の上面側に かけては、第 1接続部 12の前面 15及び第 2接続部 13の下面 19に対して 45° の角 度となるようにして傾斜した全反射面 23が設けられている。図 3及び図 6に示すように 、全反射面 23は、ガイド孔 18、 22に対応する位置には設けられておらず、コリメート レンズ 16、 20に向かい合う位置に設けられている。さらに、第 1接続部 12の裏面に は凹部 24を設け、第 2接続部 13の上面にも凹部 25を設け、両凹部 24、 25間に全反 射面 23を形成することで、全反射面 23の傾斜方向に沿った長さを稼いでいる。
[0029] 図 7に示すように、第 1接続部 12に設けられたコリメートレンズ 16の光軸に沿って計 測した第 1接続部 12の前面 15から全反射面 23までの距離 aと、第 2接続部 13に設 けられたコリメートレンズ 20の光軸に沿って計測した第 2接続部 13の下面 19から全 反射面 23までの距離 bとは、等しくなつている。
[0030] 図 2および図 7に示すように、第 1接続部 12と第 2接続部 13の間の外隅部には、全 反射面 23に対向させて肉ヌスミ（凹所） 26を設けている。この肉ヌスミ 26は、全反射 面 23と平行な傾斜面 27と、傾斜面 27の上端に位置していて第 2接続部 13の下面 1 9と平行な水平面 28と、傾斜面 27の下端に位置していて第 1接続部 12の前面 15と 平行な垂直面 29とからなっている。このような肉ヌスミ 26を設けることにより、全反射 面 23の設けられている部分の肉厚を薄くすることができるので、成形時における全反 射面 23のヒケを最小限にすることができ、全反射面 23のヒケによる光の拡散を防止 できる。また、このような肉ヌスミ 26を設けることによって前面 15や下面 19におけるヒ ケも防止し、光路変換型光結合素子 11に反りが生じるのを防止することができる。
[0031] また、傾斜面 27と全反射面 23との間の距離 cは、コリメートレンズ 16の光軸に沿つ た距離 a (あるいは、コリメートレンズ 20の光軸に沿った距離 b)と等しくなつている。傾 斜面 27と全反射面 23との間の距離 cを薄くし過ぎるとコリメートレンズ 16ゃコリメート レンズ 20の位置でヒケが生じるので、この距離 cは、コリメートレンズ 16の光軸に沿つ た距離 a (あるいは、コリメートレンズ 20の光軸に沿った距離 b)とほぼ等しくするのが 望ましい。
[0032] 本発明の光路変換型光結合素子 11は、上記のように全体が樹脂で一体成形され ているので、部品点数を少なくでき、部品コストを安価にすることができる。また、樹脂 成形体として一体成形されているので、光路変換型光結合素子 11を組み立てる手 間ゃコリメートレンズ 16、 20どうしの調芯作業などが必要なぐ製造が容易でローコス ト化が容易となる。さらに、光路変換型光結合素子 11を一体成形することで異なる材 料の界面などでの戻り光や散乱などを低減することができる。
[0033] 図 9は本発明の光路変換型光結合素子 11を用いて 2つの光コネクタ 30A、 30Bを 接続した状態を示す斜視図、図 10はその分解斜視図である。図示の光コネクタ 30A , 30Bは、 MTコネクタや MPOコネクタ等の市販の多芯光コネクタであって、図 10に 示すように、複数本 (例えば、 12本）の光ファイバ 31が保持されており、各光ファイバ 31の端面は光コネクタ 30A、 30Bの先端面に一列に並んで保持されている。また、 光ファイバ 31の左右両側では、一対のガイド孔 32が貫通している。
[0034] 光路変換型光結合素子 11の第 1接続部 12にあけられたガイド孔 18の直径と、第 2 接続部 13にあけられたガイド孔 22の直径は、いずれも光コネクタ 30A、 30Bのガイド ？ L32の直径と等しくなつており、各ガイド？ L18、 22、 32には、各ガイド？し18、 22、 32 と直径の等しいガイドピン 33がガタツキ無く揷入できるようになつている。
[0035] 光路変換型光結合素子 11の第 1接続部 12の前面 15におけるコリメートレンズ 16 の配列ピッチや、第 2接続部 13の下面 19におけるコリメートレンズ 20の配列ピッチは 、光コネクタ 30A、 30Bに保持されている光ファイバ 31の配列ピッチと等しくなつてい る。また、光路変換型光結合素子 11の各コリメートレンズ 16はガイド孔 18の中心を 基準として所定位置に設けられており、各コリメートレンズ 20はガイド孔 22の中心を 基準として所定位置に設けられており、また、光コネクタ 30A、 30Bの各光ファイバ 3 1端面もガイド孔 32の中心を基準として所定位置に設けられており、し力も、各コリメ 一トレンズ 16、 20及び各光ファイバ 31端面はいずれも各ガイド孔 18、 22、 32の中 心を基準として同じ位置関係となるように設けられている。
[0036] したがって、光コネクタ 30Aのガイド孔 32に揷通させたガイドピン 33を光路変換型 光結合素子 11の第 1接続部 12のガイド孔 18に揷入すると、光コネクタ 30Aと光路変 換型光結合素子 11が接続されて各光ファイバ 31の端面と各コリメートレンズ 16とが 対向させられる。すなわち、ガイドピン 33により光コネクタ 30Aの各光ファイバ 31の光 軸と第 1接続部 12のコリメートレンズ 16の光軸とがー致させられる。同様に、光コネク タ 30Bのガイド孔 32に挿通させたガイドピン 33を光路変換型光結合素子 11の第 2 接続部 13のガイド孔 22に挿入すると、光コネクタ 30Bと光路変換型光結合素子 11 が接続されて各光ファイバ 31の端面と各コリメートレンズ 20とが対向させられ、ガイド ピン 33により光コネクタ 30Bの各光ファイバ 31の光軸と第 2接続部 13のコリメートレン ズ 20の光軸とがー致させられる。よって、光コネクタ 30A、 30Bの光ファイバ 31と光 路変換型光結合素子 11のコリメートレンズ 16、 20との調芯（光軸合わせ）を簡易に 行うことができる。
[0037] また、光コネクタ 30Aと光路変換型光結合素子 11とが接続された状態では、第 1接 続部 12のスぺーサ 17が光コネクタ 30Aの端面に当接している。同様に、光コネクタ 3 0Bと光路変換型光結合素子 11とが接続された状態では、第 2接続部 13のスぺーサ 21が光コネクタ 30Bの端面に当接している。この状態を保持するためには、スぺーサ 17、 21をそれぞれ光コネクタ 30A、 30Bの端面に接着させてもよぐあるいは、スぺ ーサ 17、 21をそれぞれ光コネクタ 30A、 30Bの端面に当接させた状態でクリップ状 の金具等を用いて光コネクタ 30A、 30Bと光路変換型光結合素子 11とを圧接させて 保持するようにしてもよい。 [0038] 図 11は光路変換型光結合素子 11を介して直角に接続された光コネクタ 30Aと光 コネクタ 30Bの作用説明図である。この光路変換型光結合素子 11にあっては、スぺ ーサ 21の厚みがコリメートレンズ 20の焦点距離にほぼ等しくなつており、光ファイバ 3 1のコア端面がコリメートレンズ 20のほぼ焦点に位置しているので、光コネクタ 30Bに 保持されている光ファイバ 31のコア端面から光（光信号) Lが出射されると、当該光 L は、コリメートレンズ 20を通過することによって平行光に変換され、垂直方向に進んで 平行光のままで全反射面 23に対して 45° の角度で入射する。全反射面 23に入射 した平行光は、全反射面 23によって水平方向へ向けて全反射され、コリメートレンズ 16に入射する。スぺーサ 17の厚みがコリメートレンズ 16の焦点距離にほぼ等しくな つており、光ファイバ 31のコア端面がコリメートレンズ 16のほぼ焦点に位置しているの で、コリメートレンズ 16に入射した平行光は、コリメートレンズ 16によって集光され、集 光された光 Lは光コネクタ 30Aに保持されている光ファイバ 31のコア端面に結合され る。
[0039] 図示しないが、同様にして、前面側の光コネクタ 30Aの光ファイバ 31から出射され た光信号を、光路変換型光結合素子 11を介して下面側の光コネクタ 30Bの光フアイ バ 31に入射させることもできる。すなわち、この光路変換型光結合素子 11は双方向 で光コネクタ 30Aの光ファイバ 31と光コネクタ 30Bの光ファイバ 31を結合させること ができる。
[0040] また、光路変換型光結合素子 11の前面 15と下面 19にそれぞれコリメートレンズ 16 、 20を設けることにより、光ファイバ 31との軸ずれ感度が減少するので、調芯作業が 簡単になる。
[0041] よって、例えば光コネクタ 30Aの光ファイバ 31から出射された光は、コリメートレンズ 16で平行光に変換された後、全反射面 23で全反射されてコリメートレンズ 20へ導か れ、コリメートレンズ 20で集光されて光コネクタ 30Bの光ファイバ 31に結合されるので 、光の散逸を少なくすることができ、光コネクタ 30Aと光コネクタ 30Bの各光ファイバ 3 1間における光の結合効率が高くなつている。さらに、光は、全反射面 23には平行光 として入射するので、一定の入射角度をもって全反射面 23に入射しており、その結 果全反射面 23における光の漏れを抑制することができ、より高効率で光を結合させ ること力 sできる。また、この光路変換型光結合素子 11では全反射によって光を反射さ せているので、反射効率が高ぐまた、金属蒸着などによって鏡面加工を施す必要も ない。
[0042] 図 12は本発明の光路変換型光結合素子 11を用いて光コネクタ 30Aと回路基板 3 4上の受光素子 35とを接続した状態を示す斜視図、図 13はその分解斜視図である。 光コネクタ 30Aは、ガイド孔 32に揷通させたガイドピン 33を光路変換型光結合素子 11の第 1接続部 12のガイド孔 18に揷入することにより、光路変換型光結合素子 11と 接続されており、ガイドピン 33により光コネクタ 30Aの各光ファイバ 31の光軸と第 1接 続部 12のコリメートレンズ 16の光軸とがー致させられている。よって、光コネクタ 30A の光ファイバ 31と光路変換型光結合素子 11のコリメートレンズ 16との調芯を簡易に 行うことができる。また、光コネクタ 30Aと光路変換型光結合素子 11とが接続された 状態では、第 1接続部 12のスぺーサ 17が光コネクタ 30Aの端面に当接することによ り、光ファイバ 31の端面がコリメートレンズ 16の焦点位置に位置させられている。
[0043] 図 13に示すように、回路基板 34の上面には、フォトダイオード等の受光素子 35が コリメートレンズ 20と同じピッチで配列されている。また、回路基板 34には、光路変換 型光結合素子 11の下面におけるコリメートレンズ 20に対するガイド孔 22の位置関係 と同じになるようにして、受光素子 35に対して位置決め孔 36が開口されている。よつ て、光路変換型光結合素子 11を回路基板 34の上においてスぺーサ 21を回路基板 34の表面に当接させ、第 2接続部 13のガイド孔 22に挿通させたガイドピン 33を回路 基板 34の位置決め孔 36に嵌合させることにより、光路変換型光結合素子 11のコリメ 一トレンズ 20と回路基板 34上の受光素子 35との位置決めを簡易に行うことができる 。さらに、スぺーサ 21によって受光素子 35がコリメートレンズ 20のほぼ焦点位置に位 置させられている。
[0044] なお、回路基板 34に位置決め孔 36をあける代わりに、回路基板 34に光路変換型 光結合素子 11のガイド孔 22と嵌合する突起を設けておいてもよい。
[0045] 図 14は光路変換型光結合素子 11を介して直角に接続された光コネクタ 30Aと受 光素子 35の作用説明図である。この光路変換型光結合素子 11にあっては、スぺー サ 17の厚みがコリメートレンズ 16の焦点距離にほぼ等しくなつており、光ファイバ 31 のコア端面がコリメートレンズ 16のほぼ焦点に位置しているので、光コネクタ 30Aに 保持されている光ファイバ 31のコア端面から光（光信号) Lが出射されると、当該光 L は、コリメートレンズ 16を通過することによって平行光に変換され、水平方向に進んで 平行光のままで全反射面 23に対して 45° の角度で入射する。全反射面 23に入射 した平行光は、全反射面 23によって下向きに全反射され、コリメートレンズ 20に入射 する。スぺーサ 21の厚みがコリメートレンズ 20の焦点距離にほぼ等しくなつており、 受光素子 35がコリメートレンズ 16のほぼ焦点に位置しているので、コリメートレンズ 2 0に入射した平行光は、コリメートレンズ 20によって集光され、集光された光 Lが受光 素子 35に受光される。
[0046] 図示しないが、同様にして、回路基板 34の上に実装した発光素子から出射された 光信号を、光路変換型光結合素子 11を介して前面側の光コネクタ 30Aの光ファイバ 31に入射させることもできる。すなわち、この光路変換型光結合素子 11は双方向で 光コネクタ 30Aの光ファイバ 31と光コネクタ 30Bの光ファイバ 31を結合させることが できる。また、回路基板 34には、発光素子と受光素子を同時に実装していてもよい。
[0047] このような使用形態においても、光路変換型光結合素子 11の前面 15と下面 19に それぞれコリメートレンズ 16、 20を設けることにより、光ファイバ 31との軸ずれ感度が 減少するので、調芯作業が簡単になる。また、光コネクタ 30A、 30Bどうしを結合する 場合と同様に、光の結合効率を高効率化することができる。さらに、本発明の光路変 換型光結合素子 11を用いれば、回路基板 34に対して横に倒れた姿勢で光コネクタ 30Aを接続することができるので、接続部分の低背化を図ることができる。
[0048] なお、上記実施例では、第 1接続部 12及び第 2接続部 13には、それぞれコリメート レンズ 16、 20を一列に配列させた力 いずれも 2列以上に配列させてもよレ、。このよ うな光路変換型光結合素子 11によれば、光ファイバを 2列以上に配列させた光コネ クタと接続する場合や、発光素子ゃ受光素子等の素子を 2列に配列させた回路基板 と接続する場合に用いることができる。
産業上の利用可能性
[0049] 本発明の光路変換型光結合素子は、光通信の分野において光ファイバどうし、ある レ、は、光ファイバと発光素子ゃ受光素子などとを結合させる際に使用される。

Claims

請求の範囲
[1] 樹脂成形体にほぼ直交する 2つの面と前記 2つの面に対してほぼ 45° の角度をな す全反射面とを形成し、前記 2つの面にそれぞれ複数のレンズを一体に設けたことを 特徴とする光路変換型光結合素子。
[2] 前記各レンズは、ほぼ 1点から出たようにして入射した光を平行光に変換させるレン ズであることを特徴とする、請求項 1に記載の光路変換型光結合素子。
[3] 前記 2つの面にそれぞれ、前記レンズの焦点距離にほぼ等しい厚みのスぺーサをー 体に突出させたことを特徴とする、請求項 1に記載の光路変換型光結合素子。
[4] 前記 2つの面にそれぞれ、接続時に位置決め用として用いられる複数の孔を開口さ せたことを特徴とする、請求項 1に記載の光路変換型光結合素子。
[5] 前記樹脂成形体の、前記全反射面と反対側の部分に窪みを形成したことを特徴とす る、請求項 1に記載の光路変換型光結合素子。
[6] 前記窪みの内面を前記全反射面と平行に形成し、前記 2つの面に形成された各レン ズの光軸に沿った各レンズから前記全反射面までの距離と、前記窪みの内面から前 記全反射面までの距離とがほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする、請求項 5に記 載の光路変換型光結合素子。
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