説明

光ファイバ用ソケット

【課題】光ファイバ用ソケットにおいて、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせ作業の簡単化及び光軸合わせの精度向上を図り、かつ、光電変換素子の封止を容易にする。
【解決手段】ソケット1は、樹脂封止されるベアチップの光電変換素子2が実装される回路基板31とそれと一体成形され複数の嵌合穴35を持つ受け部材32とを有する回路ブロック3と、スリーブ41と光電変換素子2を収納する空洞部42と複数の嵌合突起43とが一体に形成されたスリーブブロック4と、を備える。嵌合突起43が嵌合穴35に嵌合された状態で、スリーブブロック4に挿入される光ファイバ5と光電変換素子2の光軸が合うように、嵌合穴35及び嵌合突起43が成形技術の精度と同程度の精度で位置決めされる。従って、嵌合、挿入作業だけの光軸合わせでその精度の向上が図れ、かつ、樹脂封止により光電変換素子の封止が容易になる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌合され、光ファイバと光電変換素子とを光学的に結合する光ファイバ用ソケットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、光電変換素子が実装された基板と、その基板に嵌合され位置決めされたスリーブとを備え、使用時にはスリーブにフェルールが嵌挿され、光ファイバと光電変換素子とが光結合される光ファイバ用ソケットが知られている(例えば、特許文献1参照)。このソケットにおいては、基板に2つの嵌合穴が穿設され、スリーブの基板と対向する面には2本の嵌合軸が設けられ、2本の嵌合軸がそれぞれ2つの嵌合穴に嵌め込まれている。嵌合穴は、嵌合突起が嵌め込まれたときに光ファイバと光電変換素子の光軸が一致するように、位置決めされている。このソケットによれば、嵌合軸を嵌合穴に合わせてスリーブを基板に嵌合するだけで、光ファイバと光電変換素子の光軸を合わせることができ、光軸合わせの作業が簡単になる。また、レンズを有するスリーブで光電変換素子を覆うことにより、中空封止で光電変換素子を外気のガス等から保護している。
【0003】
ところで、基板に嵌合穴を穿設する方法としては各種の方法があるが、例えば、パンチングにより基板の一部を抜いて嵌合穴を形成する場合、その加工精度は40μm程度である。従って、その加工誤差に、光電変換素子の位置決め誤差が重なると、たとえスリーブが光学部品に要求される寸法精度を有していたとしても、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせの精度が50μm程度になってしまう。そのため、光軸合わせの精度向上が望まれていた。また、中空封止では、光電変換素子の密封封止が困難なことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平8−5872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせ作業の簡単化及びその光軸合わせの精度向上を図ることができ、かつ、光電変換素子の封止が容易な光ファイバ用ソケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために本発明の光ファイバ用ソケットは、光電変換素子と、前記光電変換素子が実装された回路基板、及び前記回路基板と一体成形され複数の嵌合穴が設けられた樹脂製のスリーブブロック受け部材を有する回路ブロックと、前記スリーブブロック受け部材と対向する面に設けられ前記複数の嵌合穴にそれぞれ嵌合される複数の嵌合突起と、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌挿されるスリーブと、前記スリーブに前記フェルールが嵌挿された状態で前記光電変換素子を収納するための空洞部とが一体に形成されたスリーブブロックと、を備え、前記複数の嵌合突起が前記複数の嵌合穴に嵌合された状態で、前記スリーブブロックと前記回路ブロックとが接して前記光電変換素子が前記空洞部に収納され、かつ、前記光ファイバの光軸と前記光電変換素子の光軸とが一致するように、各嵌合穴及び各嵌合突起の位置決めがなされ、前記光電変換素子は、ベアチップから成り、光を透過する樹脂により封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、スリーブブロックの嵌合突起をスリーブブロック受け部材の嵌合穴に嵌合させ、フェルールをスリーブブロックに嵌合するだけで、回路基板上の光電変換素子とフェルール内の光ファイバの光軸合わせを行うことができる。従って、光軸合わせ作業が簡単になる。また、スリーブブロック受け部材の嵌合穴は、当該部材と回路基板との一体成形により形成することができ、成形技術で実現可能な最高成形精度は、寸法誤差が1μm以下の精度であることから、嵌合穴の寸法及び位置の各精度を同程度とすることができる。従って、従来のように回路基板をパンチング加工して嵌合穴を形成する場合と比べ、嵌合穴の寸法及び位置精度を高くすることができ、それにより、嵌合穴と嵌合突起との嵌合精度を向上することができ、結果として、光軸合わせの精度向上を図ることができる。また、光電変換素子の封止を樹脂封止により容易に行うことができ、光電変換素子を外気のガス等による腐食、結露等の悪影響から保護し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】(a)は本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、(b)はその分解断面図。
【図2】(a)は上記ソケットの回路ブロックの平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図。
【図3】(a)は上記ソケットの組立てが完了しフェルールが嵌装された状態を示す斜視図、(b)はその断面図。
【図4】(a)は上記実施形態の第1の変形例に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、(b)はその分解断面図。
【図5】(a)は上記実施形態の第2の変形例に係る光ファイバ用ソケットの斜視図、(b)はその分解断面図。
【図6】(a)は上記実施形態の第3の変形例に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、(b)はその分解断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ソケット(以下、ソケットという)について図1乃至図3を参照して説明する。図1(a)(b)は、本実施形態のソケットの構成を示す。ソケット1は、光電変換素子2と、光電変換素子2が実装された回路ブロック3と、回路ブロック3に嵌合されるスリーブブロック4とを備え、スリーブブロック4には、光ファイバ5の先端部に嵌装された円柱状のフェルール6が挿入され、嵌合される。
【0010】
光電変換素子2は、ベアチップから成り、発光素子と受光素子のいずれであってもよく、また、光を透過する光透過樹脂7により封止されている。回路ブロック3は、光電変換素子2が実装された回路基板31と、回路基板31と一体成形された樹脂製で矩形のスリーブブロック受け部材(以下、受け部材という)32とを有した矩形状ブロックを成す。光電変換素子2は、回路基板31に実装された後、光透過樹脂7を硬化して封止される。
【0011】
回路基板31は、片面の表面に配線パターン31aが形成され、その裏面側に他の配線パターンや接地パターンが形成された基板であり、その基板は配線パターンを形成してもそのパターンが剥離し難い材料から成り、樹脂基板やセラミック基板を用いてもよい。配線パターン31aは、光電変換素子2への信号送信又は光電変換素子2からの信号受信のための信号ライン等を含む。回路基板31は、平面視で、四角形の一辺が突出した形状であり、その突出部分において配線パターン31aが形成された面に光電変換素子2が実装されている。以下、回路基板31において光電変換素子2が実装された面を素子実装面31bという。なお、回路基板31の配線パターンは片面のみでもよい。
【0012】
受け部材32は、例えば、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂の樹脂部材等からなり、インサート成形などにより回路基板31と一体成形され、スリーブブロック4を嵌挿するための円筒状の凹型空洞33を有する矩形状ブロックからなる。回路基板31は、少なくともその突出部分が受け部材32の矩形状ブロック内にあり、かつ、基板の一部が矩形状ブロックの一側面側から外部に突出し、その素子実装面31b側が凹型空洞33の開口側に対向するように配置されている。
【0013】
凹型空洞33は、回路基板31の上面まで貫通し、その底面である空洞底面34が回路基板31の素子実装面31bと同一面となるように形成されている。また、凹型空洞33の空洞底面34側から、2つの円筒状の嵌合穴35が受け部材32の底を貫通して形成されている。これらの嵌合穴35は、回路基板31の突出部分を挟むようにその両側に、光電変換素子2に対して対称の位置に形成されている。なお、嵌合穴35は上記の数に限定されず、複数であればよい。嵌合穴35は貫通孔でなく、一端が閉塞した穴であってもよい。
【0014】
上記受け部材32のインサート成形においては、例えば、回路基板31を上下から挟む上部金型と下部金型との2つの枠状の金型を準備し、下部金型に回路基板31を固定し、その上から上部金型を合わせた後、空いた空間に樹脂注入が行われる。この場合、上部金型は、枠型の中に凹型空洞33及び複数の嵌合穴35に対応する型部を備える。ここで、受け部材32は、嵌合穴35の寸法精度及び位置精度の向上のため、例えば上記樹脂部材にガラス繊維を含んでもよい。このような光学材料による光学部品は、非常に高精度に成形することができ、最も高精度なものは、いわゆるサブミクロンの精度、すなわち寸法誤差が1μm以下の精度であり、受け部材32はその成形精度で形成されている。
【0015】
スリーブブロック4は、フェルール6を嵌挿するスリーブ41と、スリーブ41にフェルール6が嵌挿された状態で光電変換素子2を収納するための空洞部42と、受け部材32の嵌合穴35に嵌合する嵌合突起43とが一体に形成されている。スリーブ41は、その内部に貫通孔となる円筒空洞を有し、その外径が回路ブロック3側の端部44で太くなっており、この端部44が受け部材32の凹型空洞33に嵌まり込む。また、スリーブ41は、その円筒空洞内の周壁にフェルール6の挿入長を一定の長さに保持するための突起状のストッパ46を有している。スリーブ41とフェルール6は、スリーブ41の円筒空洞の中心軸と光ファイバ5の光軸とが一致するように嵌合される。
【0016】
空洞部42は、スリーブ41内にフェルール6が一定の長さまで嵌挿された状態で、スリーブ41の回路ブロック3に対向する開口側に形成される空間から成り、スリーブブロック4と回路ブロック3とが接した状態で光電変換素子2を収納する。また、これらスリーブブロック4と回路ブロック3とが接触した状態においては、光ファイバ5と光電変換素子2とが光学的に結合されるようになっている。
【0017】
嵌合突起43は、嵌合穴35と同数であり、これら嵌合突起43は、受け部材32と対向するスリーブブロック4の底面45に設けられている。嵌合突起43は、嵌合穴35に嵌合可能な形状であり、例えば円柱状のピンである。2個の嵌合突起43は、2個の嵌合穴35にそれぞれ嵌合される。ここでは、嵌合突起43の長さは、嵌合穴35の深さ以下としているが、それらの寸法は互いの嵌合強度を保持できるサイズであればよい。
【0018】
スリーブブロック4は、上記受け部材32と同様に、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂の樹脂部材等により形成されている。スリーブブロック4の成形精度は受け部材32と同程度とする。
【0019】
図2(a)(b)は、回路ブロック3の構成を示す。図2(a)に示されるように、光電変換素子2が実装される位置は、各嵌合穴35の中心を結ぶ線分Lの中点Cである。ここでは、光電変換素子2は、その中心軸(光軸)が上記中心Cに位置するように配置される。図2(b)に示されるように、受け部材32における各嵌合穴35の周縁部の空洞底面34は、回路基板31において光電変換素子2が実装される部位の表面31cと同じ高さである。各嵌合穴35の周縁部の空洞底面34と表面31cの高低差は、1mm以内であることが好ましく、0.5mm以内であることが特に望ましい。本実施形態においては、受け部材32における嵌合穴35の周縁部の空洞底面34と光電変換素子2が実装される部位の表面31cとの高さ関係が、空洞底面34の高さと、回路基板31の素子実装面31b全体の高さとを同じとすることにより実現される。また、光電変換素子2は、回路基板31の上記中点Cに実装された状態で、光透過樹脂7により封止される。
【0020】
図3(a)(b)は、ソケット1が組み立てられ、かつ、スリーブブロック4にフェルール6が嵌合された状態を示す。組立て完成状態においては、嵌合突起43が嵌合穴35に嵌合される。この嵌合により、スリーブブロック4はその底面45が回路ブロック3の空洞底面34と接し、それにより、光透過樹脂7で樹脂封止された光電変換素子2がスリーブブロック4の空洞部42内に収納される。このフェルール6がスリーブ41に嵌合された状態で、光ファイバ5の光軸が、光電変換素子2の発光面又は受光面とその中央部で直交する中心軸、すなわち、光電変換素子2の光軸と一致するように、光ファイバ5と光電変換素子2の光軸合わせが行われる。それにより、いわゆるパッシブアライメントが実行される。その結果、光ファイバ5と光電変換素子2は、両者の光軸が一致し、互いに光学的に結合される。各嵌合穴35及び各嵌合突起43は、嵌合時に、上記光軸調整が可能となるように、位置決めがなされている。
【0021】
次に、ソケット1の組立て方法を説明する。本実施形態では、測定装置で光信号のレベルをモニタしながら光ファイバと光電変換素子の光軸合わせを行うアクティブアラインメントを実行せず、各部品の寸法精度と位置決め精度だけで所定の組立て精度を確保する。
【0022】
まず、2つの嵌合穴35の各々の周縁形状と位置とが測定される。この測定は、例えばチップマウンタの撮像装置を用いて、回路ブロック3の嵌合穴35を含む領域を撮像することにより行われる。ここで、各部の寸法を例示する。光電変換素子2の平面寸法は□0.3(0.3mm×0.3mm)程度であり、また、2つの嵌合穴35の間隔は4mm程度である。従って、チップマウンタの撮像装置は微小領域を撮像すればよいので、レンズの撮像倍率を高くすることにより、周縁形状及び位置の測定精度を高くすることができる。例えば、10μm程度の精度まで位置決め精度を上げることができ、本実施形態ではそのようにする。
【0023】
各嵌合穴35の周縁形状及び位置の測定後、その測定された各嵌合穴35の周縁形状に応じた方法により、上記測定された各嵌合穴35の位置を基準として、光電変換素子2の位置決めがなされ、光電変換素子2は回路基板31に実装される。上記位置決めにおいては、各嵌合穴35の外周が複数に分割され、各円弧の両端を結ぶ線分を底辺とした二等辺三角形が求められ、それら二等辺三角形の頂点の位置から嵌合穴35の中心が検出される。そして、その検出された各嵌合穴35の中心を結ぶ線分が求められ、その線分の中心が光電変換素子2の実装位置に決められる。この方法によれば位置決め精度を高精度なものとすることが可能である。
【0024】
光電変換素子2を回路基板31に実装し光透過樹脂7で封止した後、嵌合突起43が嵌合穴35に嵌合されてスリーブブロック4が受け部材32に嵌合される。そして、使用時には、フェルール6がスリーブブロック4に嵌合される。なお、スリーブブロック4及びフェルール6は、光学部品として要求されるレベルの嵌合精度を満たしている。
【0025】
本実施形態においては、スリーブブロック4の嵌合突起43を受け部材32の嵌合穴35に嵌合させ、フェルール6をスリーブブロック4に嵌合するだけで、光電変換素子2と光ファイバ5の光軸合わせを行うことができ、光軸合わせ作業が簡単になる。
【0026】
また、受け部材32の嵌合穴35は、受け部材32と回路基板31との一体成形で形成することができ、成形技術で実現可能な最高成形精度は、寸法誤差が1μm以下の精度であることから、嵌合穴35の寸法及び位置の各精度を同程度とすることができる。従って、従来のように回路基板をパンチング加工し嵌合穴を形成する場合と比べ、嵌合穴35の寸法及び位置精度を高くすることができるので、嵌合穴35と嵌合突起43との嵌合精度を向上することができる。その結果、光軸合わせの精度向上を図ることができる。
【0027】
また、光電変換素子2の実装位置を決めるのに、撮像装置が用いられ、その撮像装置による撮像範囲は回路基板31全体ではなく、位置決めの基準となる各嵌合穴35を含む微小範囲で済む。そのため、撮像装置のレンズの撮像倍率を高くすることにより、各嵌合穴35の測定精度を高くすることができ、従って、位置決め精度は、寸法誤差が10μm程度の精度にまで上げることができる。さらに、スリーブブロック4は光学部品に要求される成形精度を有することから、嵌合突起43と嵌合穴35との嵌合精度を数μm程度にすることができる。従って、スリーブブロック4とフェルール6とが、光学部品として要求されるレベルの嵌合精度を有していれば、上記各種精度から、光電変換素子2と光ファイバ5を十数μm程度の精度で光結合させることができる。そのため、光軸合わせの精度をさらに向上することができる。
【0028】
また、光軸合わせにおいて、光信号の測定装置の接続及びスリーブブロック4の位置の微調整が必要なアクティブアライメントと比べ、それらが不要なので、光軸合わせに要する時間を大幅に短縮することができる。
【0029】
また、嵌合穴35の周縁形状に応じた方法により光電変換素子2の位置決めがなされるので、嵌合穴35の周縁形状に係わらず、高精度な位置決めが可能になる。また、嵌合穴35の周縁部の空洞底面34と、光電変換素子2が実装される部位の表面31cとの高さが同じなので、撮像装置によるそれらの平面視撮像画像を基に各嵌合穴35間及び各嵌合穴35と上記実装位置との間の距離を正確に測定することができる。従って、光電変換素子2の位置決め精度がさらに高まる。
【0030】
また、光電変換素子2のベアチップによる小型化により、ベアチップを面積の広いパッケージ実装とした場合に比べ、その中心位置が分かり易くなり、光電変換素子2はその中心を受け部材32の各嵌合穴35間の中点Cに合わせるように配置され易くなる。従って、光電変換素子2の実装位置精度が高まり、その中心と、受け部材32の各嵌合穴35間の中点Cとの位置合わせ誤差が少なくなり、光ファイバ5に対する光電変換素子2の光軸のずれの発生が低減される。また、光電変換素子2の光透過樹脂7による封止により、スリーブブロック4がレンズを備えず、光電変換素子2が中空封止されない場合においても、簡単な封止構成で、光電変換素子2を外気に含まれる各種ガスによる腐食や結露等から保護し易くなる。
【0031】
以下、上記実施形態の各種変形例を示す。
(第1の変形例)
図4(a)(b)は、第1の変形例に係るソケット1を示す。そのソケット1においては、光電変換素子2は、スリーブブロック4と回路ブロック3とが嵌合して一体化された後に、空洞部42内を光透過樹脂7で充満し硬化して封止される。これにより、空洞部42内全体が密封されるので、空洞部42内の光電変換素子2に加え、回路基板31上の配線パターン31a等を外気からの腐食ガス及び結露等から保護することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、光透過樹脂7を接着性の強い部材とすることにより、スリーブブロック4と回路ブロック3との接続強度を、嵌合に加え、接着により補強することができる。
【0032】
(第2の変形例)
図5(a)(b)は、第2の変形例に係るソケット1の構成を示す。そのソケット1においては、スリーブブロック4は、スリーブ41内のフェルール6挿入部分と空洞部42との間に光学用のレンズ47を有する。ここでは、スリーブブロック4は、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂であって、かつ、特定波長、例えば850nmのレーザ光を透過させる光学材料により形成されている。レンズ47は、スリーブブロック4が回路ブロック3に嵌合され、かつ、フェルール6がスリーブ41に嵌挿された状態で、光ファイバ5と光電変換素子2とを光学的に結合させる集光機能を有する。また、ソケット1は、空洞部42がレンズ47で覆われているので、スリーブブロック4が回路ブロック3に嵌合した状態で、空洞部42内を中空封止する。また、ソケット1は、受け部材32の凹型空洞33と接するスリーブブロック4の端部44の外周縁にシール材9が塗布され、その外周縁と凹型空洞33の開口周縁とが接着されるようになっている。このソケット1は、レンズ47の集光作用により、光ファイバ5と光電変換素子2との光結合をより効率良く行うことができる。また、中空封止による密封が不十分な場合においても、シール材9の塗布により、空洞部42内が気密封止される。従って、樹脂封止された光電変換素子2に加え、空洞部42内の回路基板31上の実装部品や配線パターン等を外気のガス等による悪影響から二重又は三重に保護することができる。なお、このシール材9の塗布は、前述の実施形態及び第1の変形例にも適用することができる。
【0033】
(第3の変形例)
図6(a)(b)は、第3の変形例に係るソケット1の構成を示す。そのソケット1においては、受け部材32は、平面視で四角形の一辺が窪んだ板状部材であり、その窪み部分は、上記回路基板31の突出部分に対応した形状を成す。この受け部材32は、上記と同様に、インサート成形により回路基板31と一体成形され、高い成形精度で形成される。嵌合突起43は嵌合穴35の深さ以上に長い。嵌合穴35が、一端が閉塞された穴である場合には、嵌合突起43の長さは嵌合穴35の深さ以下とする。このソケット1は、受け部材32を板状部材で形成するので、構成が簡単になる。
【0034】
なお、本発明は、上記実施形態及び各種変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、上記各種変形例のいずれかが他のいずれかと組み合わされていてもよい。また、回路基板31は配線パターンが積層された多層基板としてもよい。また、空洞部42内の回路基板31上に光電変換素子2と電気接続される信号処理用IC回路等の回路部品を装着し、光電変換素子2と一緒に樹脂封止してもよい。また、スリーブブロック4の端部44がレーザ又は超音波等の照射により回路ブロック3に溶着されて、空洞部42内が気密封止されていてもよい。
【符号の説明】
【0035】
1 ソケット(光ファイバ用ソケット)
2 光電変換素子
3 回路ブロック
31 回路基板
32 受け部材(スリーブブロック受け部材)
35 嵌合穴
4 スリーブブロック
41 スリーブ
42 空間部
43 嵌合突起
5 光ファイバ
6 フェルール
7 光透過樹脂(封止樹脂)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光電変換素子と、
前記光電変換素子が実装された回路基板、及び前記回路基板と一体成形され複数の嵌合穴が設けられた樹脂製のスリーブブロック受け部材を有する回路ブロックと、
前記スリーブブロック受け部材と対向する面に設けられ前記複数の嵌合穴にそれぞれ嵌合される複数の嵌合突起と、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌挿されるスリーブと、前記スリーブに前記フェルールが嵌挿された状態で前記光ファイバと前記光電変換素子とを光学的に結合させる集光機能を有したレンズとが一体的に形成されたスリーブブロックと、を備え、
前記複数の嵌合突起が前記複数の嵌合穴に嵌合された状態で、前記スリーブブロックと前記回路ブロックとが接して前記光電変換素子が該スリーブブロックにより中空封止され、かつ、前記光ファイバの光軸と前記光電変換素子の光軸とが一致するように、各嵌合穴及び各嵌合突起の位置決めがなされ、
前記フェルールを前記スリーブブロックに保持するための弾性部材を有する保持部を備えていることを特徴とする光ファイバ用ソケット。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−242659(P2012−242659A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−113626(P2011−113626)
【出願日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】