特許 6796627 光コネクタ部、及び、光接続構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6796627

(24)【登録日】2020年11月18日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】光コネクタ部、及び、光接続構造体

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/30 20060101AFI20201130BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20201130BHJP

   G02B 6/34 20060101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/30

   G02B6/32

   G02B6/34

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-156228(P2018-156228)

(22)【出願日】2018年8月23日

(65)【公開番号】特開2020-30340(P2020-30340A)

(43)【公開日】2020年2月27日

【審査請求日】2019年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐場野 多賀彦

(72)【発明者】

【氏名】西村 顕人

(72)【発明者】

【氏名】中谷 晋

(72)【発明者】

【氏名】朝田 大貴

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２６１７０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１８２９９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１２２７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２３９６０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０１１２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００９１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５１６１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８０９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第６４４３６３１（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／３０，６／３２，６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に沿ってシングルモード光ファイバを保持するファイバ保持部と、光信号を反射する反射面と、を有する光路変換部材と、
基板面に垂直な方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラが設けられた基板に設けられる中継部材と、
を備え、
前記光路変換部材及び前記中継部材は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有し、
前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記入出射面には、凸レンズが形成されており、
前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記凸レンズとの間で前記光信号のコリメート光を入出射させるとともに、前記光路変換部材の前記反射面によって前記光信号の方向を変換することによって、前記シングルモード光ファイバと前記グレーティングカプラとの間を光結合させ、
前記ファイバ保持部は、幅方向に並ぶ複数のシングルモード光ファイバを保持するものであり、
前記光路変換部材は、前記幅方向に並ぶ３本の位置決めピンを有し、
前記中継部材は、前記幅方向に並び、前記位置決めピンが嵌合する３個の位置決め穴を有し、
前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの中央の位置決め穴は、前記第１方向に長い長穴であり、
前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの端の２個の位置決め穴は、前記幅方向に長い長穴である、
ことを特徴とする光コネクタ部。

【請求項2】

請求項１に記載の光コネクタ部であって、
前記中継部材の熱膨張率は、前記光路変換部材の熱膨張率よりも前記基板の熱膨張率に近い、
ことを特徴とする光コネクタ部。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の光コネクタ部であって、
前記光路変換部材の前記凸レンズの光軸が前記第２方向に沿うように、前記基板面に垂直な方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする光コネクタ部。

【請求項4】

請求項１〜３の何れかに記載の光コネクタ部であって、
前記中継部材の前記凸レンズの光軸が前記第２方向に沿うように、前記基板面に垂直な方向に対して傾斜している、
ことを特徴とする光コネクタ部。

【請求項5】

請求項１〜４の何れかに記載の光コネクタ部であって、
前記光路変換部材は、前記第１方向に垂直な面に対して傾斜した傾斜面と、前記第１方向に垂直な面で構成され、前記シングルモード光ファイバのクラッドに接触する突き当て部と、を有し、
前記突き当て部に前記シングルモード光ファイバの前記クラッドを突き当てたとき、前記シングルモード光ファイバのコアが、前記傾斜面と対向して配置される、
ことを特徴とする光コネクタ部。

【請求項6】

第１方向に沿ってシングルモード光ファイバを保持するファイバ保持部と、光信号を反射する反射面と、を有する光路変換部材と、
基板面に垂直な方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラが設けられた基板と、
前記基板に設けられた中継部材と、
を備え、
前記光路変換部材及び前記中継部材は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有し、
前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記入出射面には、凸レンズが形成されており、
前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記凸レンズとの間で前記光信号のコリメート光を入出射させるとともに、前記光路変換部材の前記反射面によって前記光信号の方向を変換することによって、前記シングルモード光ファイバと前記グレーティングカプラとの間を光結合させ、
前記ファイバ保持部は、幅方向に並ぶ複数のシングルモード光ファイバを保持するものであり、
前記光路変換部材は、前記幅方向に並ぶ３本の位置決めピンを有し、
前記中継部材は、前記幅方向に並び、前記位置決めピンが嵌合する３個の位置決め穴を有し、
前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの中央の位置決め穴は、前記第１方向に長い長穴であり、
前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの端の２個の位置決め穴は、前記幅方向に長い長穴である、
ることを特徴とする光接続構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光コネクタ部、及び、光接続構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光ファイバの端面を光素子（面発光レーザー）と対向させて、光ファイバと光素子とを接続する光学接続構造が記載されている。

【0003】

特許文献２、３及び非特許文献１には、光信号を入出力するグレーティングカプラが記載されている。これらの文献には、グレーティングカプラから出力される光信号が基板の垂直方向に対して傾斜していることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２７６６６８号公報

【特許文献2】特開２０１６−１６６９３９号公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ２０１６／００６０３７号

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Dirk T. et al. "Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides," Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.8A, pp.6071-6077, 2006年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

データセンターにおけるデータ通信の大容量化に伴い、光ファイバによる光信号の伝送速度の高速化・伝送距離の長距離化が望まれている。この場合、マルチモード光ファイバでは信号の劣化が問題になるため、シングルモード光ファイバを利用することが望ましい。但し、シングルモード光ファイバを用いた場合には、マルチモード光ファイバの場合と比べて、光信号の光路設計の高精度化が要求される。

【0007】

本発明は、グレーティングカプラとシングルモード光ファイバとの間を高精度に光接続できる新規な構造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】

【0008】

上記目的を達成するための主たる発明は、第１方向に沿ってシングルモード光ファイバを保持するファイバ保持部と、光信号を反射する反射面と、を有する光路変換部材と、基板面に垂直な方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラが設けられた基板に設けられる中継部材と、を備え、前記光路変換部材及び前記中継部材は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有し、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記入出射面には、凸レンズが形成されており、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記凸レンズとの間で前記光信号のコリメート光を入出射させるとともに、前記光路変換部材の前記反射面によって前記光信号の方向を変換することによって、前記シングルモード光ファイバと前記グレーティングカプラとの間を光結合させ、前記ファイバ保持部は、幅方向に並ぶ複数のシングルモード光ファイバを保持するものであり、前記光路変換部材は、前記幅方向に並ぶ３本の位置決めピンを有し、前記中継部材は、前記幅方向に並び、前記位置決めピンが嵌合する３個の位置決め穴を有し、前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの中央の位置決め穴は、前記第１方向に長い長穴であり、前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの端の２個の位置決め穴は、前記幅方向に長い長穴である、ことを特徴とする光コネクタ部である。

【0009】

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、グレーティングカプラとシングルモード光ファイバとの間を高精度に光接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１Ａは本実施形態の光接続構造体の断面図であり、図１Ｂは基板１０の拡大断面図である。

【図2】図２Ａは、本実施形態のレンズ配置の説明図であり、図２Ｂは、レンズ配置の変形例を示す説明図である。

【図3】図３Ａは第１比較例の光接続構造体を示す図であり、図３Ｂは第２比較例の光接続構造体を示す図である。

【図4】本実施形態の光コネクタ部３０の全体斜視図である。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、光コネクタ部３０の分解図である。

【図6】図６Ａは、本実施形態の光コネクタ部３０における位置決め部（位置決め穴３２Ｄ及び位置決めピン３１Ｈ）の配置図であり、図６Ｂは、比較例の位置決め部の配置図である。

【図7】ファイバ側入出射面３１Ｄ付近の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

【0013】

第１方向に沿ってシングルモード光ファイバを保持するファイバ保持部と、光信号を反射する反射面と、を有する光路変換部材と、基板面に垂直な方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラが設けられた基板に設けられる中継部材と、を備え、前記光路変換部材及び前記中継部材は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有し、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記入出射面には、凸レンズが形成されており、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記凸レンズとの間で前記光信号のコリメート光を入出射させるとともに、前記光路変換部材の前記反射面によって前記光信号の方向を変換することによって、前記シングルモード光ファイバと前記グレーティングカプラとの間を光結合させることを特徴とする光コネクタ部が明らかとなる。このような光コネクタ部によれば、グレーティングカプラとシングルモード光ファイバとの間を高精度に光接続（光結合）させることができる。

【0014】

前記中継部材の熱膨張率は、前記光路変換部材の熱膨張率よりも前記基板の熱膨張率に近いことが望ましい。これにより、光路変換部材と基板との熱膨張の差による光接続への影響を低減することができる。

【0015】

前記光路変換部材の前記凸レンズの光軸が前記第２方向に沿うように、前記基板面に垂直な方向に対して傾斜していることが望ましい。これにより、収差（コマ収差や非点収差）による光信号の損失を抑制できる。

【0016】

前記中継部材の前記凸レンズの光軸が前記第２方向に沿うように、前記基板面に垂直な方向に対して傾斜していることが望ましい。これにより、収差（コマ収差や非点収差）による光信号の損失を抑制できる。

【0017】

前記ファイバ保持部は、幅方向に並ぶ複数のシングルモード光ファイバを保持するものであり、前記光路変換部材は、前記幅方向に並ぶ３本の位置決めピンを有し、前記中継部材は、前記幅方向に並び、前記位置決めピンが嵌合する３個の位置決め穴を有し、前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの中央の位置決め穴は、前記第１方向に長い長穴であり、前記幅方向に並ぶ３個の位置決め穴のうちの端の２個の位置決め穴は、前記幅方向に長い長穴であることが望ましい。これにより、熱膨張時の位置誤差の影響を抑制することができる。また、位置決めピンや位置決め穴の位置に製造誤差があっても嵌合可能である。

【0018】

前記光路変換部材は、前記第１方向に垂直な面に対して傾斜した傾斜面と、前記第１方向に垂直な面で構成され、前記シングルモード光ファイバのクラッドに接触する突き当て部と、を有し、前記突き当て部に前記シングルモード光ファイバの前記クラッドを突き当てたとき、前記シングルモード光ファイバのコアが、前記傾斜面と対向して配置されることが望ましい。これにより、突き当て位置の精度を高めることができ、また、伝送損失を抑制することができる。

【0019】

また、第１方向に沿ってシングルモード光ファイバを保持するファイバ保持部と、光信号を反射する反射面と、を有する光路変換部材と、基板面に垂直な方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラが設けられた基板と、前記基板に設けられた中継部材と、を備え、前記光路変換部材及び前記中継部材は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有し、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記入出射面には、凸レンズが形成されており、前記光路変換部材及び前記中継部材のそれぞれの前記凸レンズとの間で前記光信号のコリメート光を入出射させるとともに、前記光路変換部材の前記反射面によって前記光信号の方向を変換することによって、前記シングルモード光ファイバと前記グレーティングカプラとの間を光結合させることを特徴とする光接続構造体が明らかとなる。このような光接続構造体によれば、グレーティングカプラとシングルモード光ファイバとの間を高精度に光接続させることができる。

【0020】

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜概要＞
図１Ａは本実施形態の光接続構造体の断面図であり、図１Ｂは基板１０の拡大断面図である。

【0021】

ここでは以下のように「前後方向」と「上下方向」を定義する。前後方向は、シングルモード光ファイバ２０の光軸方向であり、基板１０の表面（以下、基板面ともいう）に平行な方向である。前後方向においてシングルモード光ファイバ２０の端面の側を「前」とし、その逆側を「後」とする。上下方向は基板面に垂直な方向である。上下方向において基板１０から見てシングルモード光ファイバ２０の側を「上」とし、その逆側を「下」とする。なお、前後方向のことを「第１方向」と呼ぶことがある。また、グレーティングカプラ１４と反射面３１Ｅとの間の光信号の光路に平行な方向を「第２方向」と呼ぶことがある。

【0022】

本実施形態の光接続構造体は、基板１０と、シングルモード光ファイバ２０と、光コネクタ部３０とを備えている。

【0023】

基板１０は、シリコン製の基板であり、光導波路１２（シリコン導波路）が形成されている。光導波路１２は、光信号の伝送路であり、基板１０の上部に形成されている。光導波路１２を基板１０（シリコン基板）に形成することにより、従来の石英系の導波路に比べて極めてサイズを小さくでき、高い熱光学定数を得ることができる。また、ＣＭＯＳ（Complementary metal oxide semiconductor）プロセスで製造可能であり、電子回路との親和性がよい。

【0024】

また、基板１０の光導波路１２の表層には複数の溝が形成されており、これによりグレーティングカプラ１４が設けられている。グレーティングカプラ１４は、光導波路１２を伝搬中の光信号を回折させて上方もしくは下方（ここでは上方）に出射し、光ファイバ（ここではシングルモード光ファイバ２０）と光結合させるものである。逆に、反対方向（シングルモード光ファイバ２０から光導波路１２への方向）の光結合にも用いられる。なお、グレーティングカプラ１４は、基板面に垂直な方向（上下方向）に対して傾斜した方向（第２方向）に光信号を入出力させる。図１Ｂでは、グレーティングカプラ１４の発光性能又は受光性能が最大となる方向を１本の線（破線）で近似して示している。図中の角度θは、グレーティングカプラ１４から出力された光の強度が最大となる方向（第２方向）である。角度θは、グレーティングカプラ１４から出力される光の強度分布を測定することによって求めることが可能である。グレーティングカプラ１４は、フォトリソグラフィー技術で容易に形成可能である。

【0025】

シングルモード光ファイバ２０は、中心部のコア２１と、コア２１の周囲を覆うクラッド２２とを備えている（図３参照）。さらに、その外側は外被２３（図５参照）等で覆われている。シングルモード光ファイバ２０は、コア径を小さくすることで、光信号を単一のモードで伝送するようにした光ファイバである。このため、シングルモード光ファイバ２０は、マルチモード光ファイバと比べて信号が劣化しにくく、光信号の伝送距離を伸ばすこと（長距離伝送）が可能である。但し、コア径が小さいため、曲げに弱く、また、接続のときの不整合による減衰が大きいので、光信号の光路設計の高精度化が要求される。なお、以下の説明において、シングルモード光ファイバ２０のことをＳＭ光ファイバ２０ともいう。

【0026】

光コネクタ部３０は、基板１０のグレーティングカプラ１４と、ＳＭ光ファイバ２０との間を光接続（光結合）させるための部位であり、光路変換部材３１と中継部材３２を備えている。

【0027】

光路変換部材３１は、光の伝送路（光路）の方向を変換する部材であり、本実施形態では透明樹脂によって形成されている。透明樹脂としては、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などを用いることができる。また、光路変換部材３１は、ファイバ保持部３１Ａ、凹部３１Ｂ、レンズ３１Ｃ、ファイバ側入出射面３１Ｄ、反射面３１Ｅを有している。

【0028】

ファイバ保持部３１Ａは、ＳＭ光ファイバ２０の端部を前後方向（第１方向）に沿って固定（保持）するための部位である。本実施形態では、ファイバ保持部３１Ａは、後述するＶ溝３１Ｆと天板３１２で構成されている。但し、これには限られず、ＳＭ光ファイバ２０の端部を保持できれば、どのような構成であってもよい。例えばファイバ穴であってもよい。

【0029】

凹部３１Ｂは、光路変換部材３１の下面（中継部材３２との境界面）において上方に窪んだ部位である。図１Ａに示すように、凹部３１Ｂの底面（ここでは窪みの上端部）は基板面（上下方向に垂直な面）に対して傾斜している。より具体的には、凹部３１Ｂの底面は、第２方向に垂直である。

【0030】

レンズ３１Ｃは、凹部３１Ｂに設けられており、下側に凸状に形成されている（すなわち凸レンズである）。また、レンズ３１Ｃのレンズ面は、光信号が入射又は出射する面（ここでは入射面）であり、光路変換部材３１における基板１０側の入出射面である。凹部３１Ｂの底面（傾斜面）にレンズ３１Ｃが設けられているため、レンズ３１Ｃの光軸は、基板面に垂直な方向に対して傾斜している。具体的には、レンズ３１Ｃの光軸は、第２方向に平行である。なお、レンズ３１Ｃのレンズ面にＡＲコートを施しても良い。ＡＲコートを施すことにより、レンズ３１Ｃと空気との界面で起こる反射を防止でき、光信号の損失を抑制できる（後述のレンズ３２Ｃについても同様）。

【0031】

ファイバ側入出射面３１Ｄは、ＳＭ光ファイバ２０の端面との間において光信号が入射又は出射する面（ここでは出射面）である。なお、ファイバ側入出射面３１Ｄは、上下方向に対して若干傾斜している（図７参照）。

【0032】

反射面３１Ｅは、光信号を反射させるための平面（フラットな面）である。本実施形態の反射面３１Ｅにはレンズが設けられていない。この理由については後述する。

【0033】

中継部材３２は、光路変換部材３１と基板１０との間に設けられた部材である。中継部材３２は、光信号を伝搬可能であり、且つ、熱膨張率が、光路変換部材３１（透明樹脂）の熱膨張率よりも基板１０（シリコン）の熱膨張率に近い材料で形成されている。本実施形態では、中継部材３２は石英ガラス（シリカガラス）で形成されているが、これには限定されず、他の材料（例えば、硼珪酸ガラスなど）で形成されていてもよい。例えば、光路変換部材３１（透明樹脂）の熱膨張率は６０ｐｐｍであるのに対し、基板１０及び中継部材３２の熱膨張率は、３〜８ｐｐｍの範囲内である。中継部材３２は、基板側入出射面３２Ａと、凹部３２Ｂと、レンズ３２Ｃを有している。

【0034】

基板側入出射面３２Ａは、基板１０と対向する面であり、光信号が入射又は出射する面（ここでは入射面）である。

【0035】

凹部３２Ｂは、中継部材３２の上面において下方に窪んだ部位である。凹部３２Ｂは、光路変換部材３１の凹部３１Ｂと対向する位置に設けられており、凹部３１Ｂと凹部３２Ｂとによって空隙が形成されている。凹部３２Ｂの底面は、凹部３１Ｂの底面と平行である。すなわち、凹部３２Ｂの底面は、基板面（上下方向に垂直な面）に対して傾斜しており、第２方向に垂直である。

【0036】

レンズ３２Ｃは、凹部３２Ｂに設けられおり、上側に凸状に形成されている（すなわち凸レンズである）。また、レンズ３２Ｃのレンズ面は、光信号が入射又は出射する面（ここでは出射面）であり、中継部材３２におけるＳＭ光ファイバ２０側の入出射面である。凹部３２Ｂの底面にレンズ３２Ｃが設けられているため、レンズ３２Ｃの光軸は、基板面に垂直な方向に対して傾斜している。具体的には、レンズ３２Ｃの光軸は、第２方向と平行であり、光路変換部材３１のレンズ３１の光軸と平行である。なお、レンズ３２Ｃのレンズ面にＡＲコートを施しても良い。

【0037】

図２Ａは、本実施形態のレンズ配置の説明図であり、図２Ｂは、レンズ配置の変形例を示す説明図である。なお、図中の一点鎖線は光軸を示している。

【0038】

本実施形態では、図２Ａに示すように、凹部３１Ｂの底面と凹部３２Ｂの底面がともに基板面に対して傾斜しており、凹部３１Ｂに設けられたレンズ３１Ｃと、凹部３２Ｂに設けられたレンズ３２Ｃも基板面に対して傾斜している。具体的には、レンズ３１Ｃの光軸、及び、レンズ３２Ｃの光軸が、それぞれ、第２方向に沿うように上下方向に対して傾斜している。グレーティングカプラ１４から出射される光信号の方向は第２方向であるため、光軸が第２方向に沿うようにレンズ３１Ｃ、及び、レンズ３２Ｃを対向させて配置することで、収差（コマ収差や非点収差）による光信号の損失を抑制することができる。

【0039】

図２Ｂに示す変形例では、凹部３２Ｂの底面が上下方向に垂直であり、レンズ３２Ｃは傾斜していない（レンズ３２Ｃの光軸は基板１０に垂直な方向である）。

【0040】

この変形例においても、収差が許容できる範囲である場合や、レンズ３２Ｃとして特殊なレンズ（非球面レンズなど）を用いて収差を補正できる場合、光結合させることが可能である。この変形例では、凹部３２Ｂやレンズ３２Ｃを傾斜させなくてもよいので中継部材３２の製造が容易になる。特に、本実施形態のように中継部材３２が加工困難なシリカ製である場合、この変形例のように凹部３２Ｂやレンズ３２Ｃを傾斜させないことは、中継部材３２の製造上有利である。

【0041】

なお、図２Ｂに示す変形例と同様に、レンズ３１Ｃの光軸を基板１０に垂直な方向にしても良い。但し、加工困難なシリカ製の中継部材３２と比べて、樹脂製の光路変換部材３１は成型が容易であるため、光路変換部材３１のレンズ３１Ｃは、図２Ｂに示すように、光軸が基板１０に垂直な方向に対して傾斜するように形成されることが望ましい。

【0042】

＜光接続について＞

【0043】

光導波路１２を伝搬される光信号は、グレーティングカプラ１４で回折されて、基板面に垂直方向（上下方向）に対して角度θ傾斜した方向（第２方向）に出射される。

【0044】

グレーティングカプラ１４から出射された光信号は、中継部材３２の基板側入射面３２Ａに入射されて、中継部材３２の内部を伝搬する。なお、このときの光路は第２方向に沿っており、上下方向に対して傾斜している。

【0045】

中継部材３２の内部を伝搬した後、中継部材３２のレンズ３２Ｃから光信号が出射される。このとき出射される光信号はほぼコリメート光になる。光信号（コリメート光）は中継部材３２と光路変換部材３１との空隙部（凹部３２Ｂと凹部３１Ｂとによって形成された空隙部、レンズ３２Ｃとレンズ３１Ｃの間）を伝搬する。このときの光路も第２方向に沿っており、上下方向に対して傾斜している。

【0046】

空隙部を伝搬した光信号は、光路変換部材３１のレンズ３１Ｃに入射され、光ファイバ端面に向かって徐々に集束する。このように、レンズ３１Ｃと反射面３１Ｅの間を光信号が伝搬する（この間の光路も第２方向に沿っており、上下方向に対して傾斜している）。

【0047】

そして、反射面３１Ｅで光信号が反射し、光路変換が行われる（光信号の光路が第２方向から第１方向に変換される）。

【0048】

反射した光信号は、反射面３１Ｅとファイバ側入出射面３１Ｄとの間を伝搬する。このときの光路は基板１０に平行な方向（第１方向）である。そして、ファイバ側入出射面３１ＤからＳＭ光ファイバ２０の端面に向かって光信号が出射される（このときの光路も第１方向である）。

【0049】

図３Ａは第１比較例の光接続構造体を示す図であり、図３Ｂは第２比較例の光接続構造体を示す図である。

【0050】

第１比較例（図３Ａ）では、光路変換部材が設けられておらず、ＳＭ光ファイバ２０が基板１０に向けて曲げられている。このように第１比較例では、ＳＭ光ファイバ２０を曲げて使用する必要がある。この場合、ファイバ自体の物理的限界に基づいた、曲げ（ファイバ曲げ曲率）の許容値があり、高さ方向の寸法を抑制するのが困難である（特に、ＳＭ光ファイバ２０はマルチモード光ファイバに比べて曲げに弱い）。また、曲げたファイバを保持するための部材の費用や、ファイバを曲げる工程の工数も必要になる。

【0051】

本実施形態では、光路変換部材３１を用いて光路を変換するため、ＳＭ光ファイバ２０を曲げずに済む。これにより、高さ方向の寸法を抑制できる。

【0052】

第２比較例（図３Ｂ）では、基板１０に光路変換部材３１´を直接配置している。光路変換部材３１Ｅ´は、光路変換部材３１Ｅと同様に透明樹脂で形成されており、反射面３１Ｅ´を有している。なお、反射面３１Ｅ´にはレンズが設けられている（すなわち、反射面３１Ｅ´は平面ではない）。

【0053】

前述したように、基板１０はシリコンで形成されており、光路変換部材３１´は樹脂（透明樹脂）で形成されているので、基板１０と光路変換部材３１´との熱膨張の差が大きくなる。このため、基板１０に光路変換部材３１´を固定（例えば接着固定）しても、温度環境が変化したときに基板１０と光路変換部材３１´とが剥離してしまい、基板１０と光路変換部材３１´との間で光接続が難しくなるおそれがある（光信号の損失が増大するおそれがある）。

【0054】

これに対し、本実施形態では、基板１０と光路変換部材３１との間に中継部材３２を配置している。基板１０（シリコン）と中継部材３２（シリカガラス）とは熱膨張の差が小さい。これにより、基板１０と中継部材３２との間では、熱膨張の差による光接続の問題は生じにくい（理由１）。

【0055】

また、中継部材３２と光路変換部材３１との間では、コリメート光による光接続が行われる。よって、中継部材３２と光路変換部材３１に熱膨張の差があっても、光信号の損失を抑制できる（理由２）。

【0056】

上記理由１及び理由２により、本実施形態では、グレーティングカプラ１４と、ＳＭ光ファイバ２０との間を高精度に光接続することができる。

【0057】

また、第２比較例では、反射面３１Ｅ´にレンズを配置している。このように反射面にレンズを形成する場合、面の変化による影響度が大きくなり、必要となる成型精度が非常に厳しくなる。また、製造誤差が目立ちやすくなる。

【0058】

これに対し、本実施形態では、反射面３１Ｅが平面であり、レンズが設けられていない。よって、第２比較例の場合のような成型精度が求められず、製造誤差が目立ちにくい（次述）。また、反射面３１Ｅを平面にすることにより、グレーティングカプラ１４からの傾斜光を全反射させやすくなる。

【0059】

ところで、外部から光を透明樹脂に入射させる場合には、入射面で光が屈折することになる。この場合、仮に入射面の角度にズレが生じると、透明樹脂を伝播する光（入射面で屈折した光）の角度のズレは、入射面の角度のズレの約半分（一般的な透明樹脂の屈折率を想定）となる。これに対し、透明樹脂の内部を伝播する光を反射面で反射させて光路を変換させる場合、仮に反射面の角度にズレが生じると、光路変換後の光（反射面で反射した光）の角度のズレは、反射面の角度のズレの２倍となる。このため、光の入出射面にレンズを形成した場合と、反射面にレンズを形成した場合とを比較すると、成型誤差の影響が４倍も異なることになる。したがって、本実施形態のように、光路変換部材３１の光の入出射面にレンズ３１Ｃを設けつつ、反射面３１Ｅを平面にすれば、第２比較例のように反射面３１Ｅ´にレンズを配置した場合と比べて、光路変換部材３１の成型誤差の影響を緩和させることができる。本実施形態のようにシングルモード光ファイバを用いた場合には光信号の光路設計の高精度化が要求されるため、光路変換部材３１の成型誤差の影響を緩和させることは、特に重要である。

【0060】

上記の本実施形態の光接続構造体は、上下方向に対して傾斜した第２方向に光信号を入出力させるグレーティングカプラ１４が設けられた基板１０と、ＳＭ光ファイバ２０とグレーティングカプラ１４との間を光結合させる光コネクタ部３０と、を備えている。また、光コネクタ部３０は、第１方向に沿ってＳＭモード光ファイバ２０を保持するファイバ保持部３１Ａと、光信号を反射する反射面３１Ｅと、を有する光路変換部材３１と、基板１０に設けられる中継部材３２と、を備えている。
光路変換部材３１及び中継部材３２は、それぞれ光信号を入出射させる入出射面を有しており、光路変換部材３１の入出射面にはレンズ３１Ｃ（凸レンズ）が形成され、中継部材３２の入出射面にはレンズ３２Ｃ（凸レンズ）が形成されている。
そして、光路変換部材３１のレンズ３１Ｃ及び中継部材３２のレンズ３２Ｃとの間で光信号のコリメート光を入出射させるとともに、光路変換部材３１の反射面３１Ｅによって光信号の方向を変換することによって、ＳＭ光ファイバ２０とグレーティングカプラ１４との間を光結合させている。これにより、グレーティングカプラ１４とＳＭ光ファイバ２０との間を高精度に光接続させることができる。

【0061】

また、本実施形態では、中継部材３２として熱膨張率が、光路変換部材３１（透明樹脂）の熱膨張率よりも基板１０（シリコン）の熱膨張率に近い材料（シリカガラス）を用いている。これにより、光路変換部材３１と基板１０との熱膨張の差による光接続への影響を低減することができる。

【0062】

また、本実施形態では、光路変換部材３１のレンズ３１Ｃの光軸が第２方向に沿うように、上下方向に対して傾斜している。これにより、収差（コマ収差や非点収差）による光信号の損失を抑制できる。

【0063】

また、本実施形態では、中継部材３２のレンズ３２Ｃの光軸が第２方向に沿うように、上下方向に対して傾斜している。これにより、収差（コマ収差や非点収差）による光信号の損失を抑制できる。

【0064】

＜光コネクタ部３０の具体的構造＞
図４は、本実施形態の光コネクタ部３０の全体斜視図である。また図５Ａ及び図５Ｂは、光コネクタ部３０の分解図である。

【0065】

ここでは、前後方向、上下方向、左右方向を定義する。前後方向及び上下方向は図１の場合と同じであるので説明を省略する。左右方向は、上下方向及び前後方向に直交する方向である。左右方向のうち、後側から前側を見た時の右側を「右」とし、左側を「左」とする。また、左右方向のことを「幅方向」と呼ぶことがある。

【0066】

前述したように、光コネクタ部３０は、光路変換部材３１と中継部材３２を備えている。なお、本実施形態の光コネクタ部３０は、基板１０のグレーティングカプラ１４と、複数のＳＭ光ファイバ２０とを光接続する。複数のＳＭ光ファイバ２０は左右方向（幅方向）に並んでいる。なお、図４では不図示の基板１０には、複数のグレーティングカプラ１４が左右方向（幅方向）に並んでいる。

【0067】

光路変換部材３１は、本体部３１１と天板３１２を有している。

【0068】

本体部３１１は、光路変換部材３１の本体を構成する部位であり、凹部３１Ｂ、レンズ３１Ｃ、ファイバ側入出射面３１Ｄ、反射面３１Ｅ、Ｖ溝３１Ｆ、突き当て部３１Ｇ、及び、位置決めピン３１Ｈを有している。

【0069】

凹部３１Ｂは、光路変換部材３１の下面（中継部材３２との境界面）において上方に窪んだ部位であり、図５Ｂに示すように、左右方向に沿って細長く形成されている。また、凹部３１Ｂの底面は、上下方向に対して傾斜している。

【0070】

レンズ３１Ｃは、凹部３１Ｂにおいて、左右方向に複数並んで設けられている（レンズアレイ）。複数のレンズ３１Ｃは、それぞれ、複数のＳＭ光ファイバ２０と対応している。また、各レンズ３１Ｃの光軸は上下方向に対して傾斜している。

【0071】

ファイバ側入出射面３１Ｄは、ＳＭ光ファイバ２０の端面との間において光信号が入射又は出射する面（ここでは出射面）である。前述したように、ファイバ側入出射面３１Ｄは、上下方向に対して若干傾斜している。

【0072】

反射面３１Ｅは、光信号を反射させる（光路を変換させる）ための平面（フラットな面）である。

【0073】

Ｖ溝３１Ｆは、断面がＶ字の溝状の部位であり、反射面３１Ｅよりも後側に設けられている。また、Ｖ溝３１Ｆは、複数のＳＭ光ファイバ２０に対応して、左右方向に複数並んで設けられている。各Ｖ溝３１Ｆには、それぞれ、ＳＭ光ファイバ２０の端部が配置される。

【0074】

突き当て部３１Ｇは、ＳＭ光ファイバ２０の端面（先端面）が突き当てられる部位であり、光軸（第１方向）に垂直な面（以下、突き当て面ともいう）で構成されている。この突き当て面は、ＳＭ光ファイバ２０の端面のクラッド２２と接触する（後述）。

【0075】

位置決めピン３１Ｈは、本体部３１１の下面から下方に突出した突出部であり、反射面３１Ｅから見てＳＭ光ファイバ２０側（すなわち後側）に設けられている。本実施形態では左右方向に間隔を空けて３本の位置決めピン３１Ｈ（右端ピン３１ＨＲ、左端ピン３１ＨＬ、中央ピン３１ＨＣ）が設けられている。なお、３本の位置決めピン３１Ｈは同一形状（円柱形状）である。

【0076】

右端ピン３１ＨＲは、３本の位置決めピン３１Ｈのうち最も右側に設けられている。左端ピン３１ＨＬは、３本の位置決めピン３１Ｈのうち最も左側に設けられている。中央ピン３１ＨＣは、右端ピン３１ＨＲと左端ピン３１ＨＬとの間（中間）に設けられている。３本の位置決めピン３１Ｈ（右端ピン３１ＨＲ、左端ピン３１ＨＬ、中央ピン３１ＨＣ）は、中継部材３２の３個の位置決め穴３２Ｄ（右端穴３２ＤＲ、左端穴３２ＤＬ、中央穴３２ＤＣ）にそれぞれ挿入（嵌合）される。これにより、光路変換部材３１と中継部材３２との位置決めが行われる。

【0077】

天板３１２は、本体部３１１のＶ溝３１Ｆの上に配置される板状の部材である。Ｖ溝３１ＦにＳＭ光ファイバ２０を配置した状態でその上に天板３１２を配置することにより、ＳＭ光ファイバ２０はＶ溝３１Ｆと天板３１２に挟まれて固定（保持）される。すなわち、天板３１２及びＶ溝３１Ｆは、ＳＭ光ファイバ２０を保持するファイバ保持部３１Ａに相当する。なお、前述したようにファイバ穴を設けて、ファイバ穴にＳＭ光ファイバ２０の端部を挿入して固定（保持）するようにしてもよい。

【0078】

中継部材３２は、基板側入出射面３２Ａと、凹部３２Ｂと、レンズ３２Ｃと、位置決め穴３２Ｄとを有している。

【0079】

基板側入出射面３２Ａは、基板１０と対向する面であり、光信号が入射又は出射する面である。

【0080】

凹部３２Ｂは、中継部材３２の上面において下方に窪んだ部位であり、左右方向に沿って、細長く形成されている。また、凹部３２Ｂの底面は、基板面（上下方向に垂直な面）に対して傾斜している。

【0081】

レンズ３２Ｃは、凹部３２Ｂにおいて、左右方向に複数並んで設けられている（レンズアレイ）。複数のレンズ３２Ｃは、それぞれ、複数のＳＭ光ファイバ２０、及び、複数のレンズ３１Ｃに対応している。また、各レンズ３２Ｃの光軸は上下方向に対して傾斜している。

【0082】

位置決め穴３２Ｄは、光路変換部材３１の位置決めピン３１Ｈが挿入されることによって、光路変換部材３１と中継部材３２との位置決めを行うための穴（本実施形態では長穴）である。中継部材３２には、光路変換部材３１の３本の位置決めピン３１Ｈに対応して、３個の位置決め穴３２Ｄ（右端穴３２ＤＲ、左端穴３２ＤＬ、中央穴３２ＤＣ）が設けられている。

【0083】

右端穴３２ＤＲは、右端ピン３１ＨＲが挿入される穴であり、３個の位置決め穴３２Ｄのうちの最も右側に設けられている。右端穴３２ＤＲは、長軸が左右方向の楕円形状の穴（幅方向に長い長穴）に形成されている。なお、楕円の短軸の長さ（短径）は、位置決めピン３１Ｈの径とほぼ等しく、長軸の長さ（長径）は、位置決めピン３１Ｈの径よりも大きい（左端穴３２ＤＬ及び中央穴３２ＤＣについても同様）。

【0084】

左端穴３２ＤＬは、左端ピン３１ＨＬが挿入される穴であり、３個の位置決め穴３２Ｄのうちの最も左側に設けられている。左端穴３２ＤＬも、長軸が左右方向の楕円形状の穴（幅方向に長い長穴）に形成されている。すなわち、左端穴３２ＣＬの長軸は、右端穴３２ＤＲの長軸と同じ方向である。

【0085】

中央穴３２ＤＣは、中央ピン３１ＨＣが挿入される穴であり、右端穴３２ＤＲと左端穴３２ＤＬとの中間に設けられている。また、中央穴３２ＤＣは、長軸が前後方法の楕円形状の穴（第１方向に長い長穴）に設けられている。すなわち、中央穴３２ＤＣの長軸の方向と、右端穴３２ＤＲ及び左端穴３２ＤＬの長軸の方向とは異なっている。

【0086】

図６Ａは、本実施形態の光コネクタ部３０における位置決め部（位置決め穴３２Ｄ及び位置決めピン３１Ｈ）の配置図であり、図６Ｂは、比較例の位置決め部の配置図である。

【0087】

比較例（図６Ｂ）では、位置決めピン３１Ｈとして、右端ピン３１ＨＲと左端ピン３１ＨＬが設けられており、位置決め穴３２Ｄとして、右端穴３２ＤＲ´と左端穴３２ＤＬが設けられている。右端ピン３１ＨＲと左端ピン３１ＨＬの中心間距離は長さＬである。なお、右端穴３２ＤＲ´は位置決めピン３１Ｈの外形に対応した形状（すなわち円形）の穴である。この比較例の場合、光路変換部材３１と中継部材３２との熱膨張率の違いに応じて、熱膨張時に長さＬに比例した位置誤差が生じる。

【0088】

本実施形態（図６Ａ）では、各位置決めピン３１Ｈを対応する位置決め穴３２Ｄに嵌合した後、中央ピン３１ＨＣを中央穴３２ＤＣに接着固定させる（右端ピン３１ＨＲと右端穴３２ＤＲ、及び、左端ピンＨＬと左端穴３２ＤＬは嵌合のみで固定されていない）。この場合、熱膨張時の光路変換部材３１と中継部材３２との位置誤差の影響は、比較例の半分で済む。また、中央穴３２ＤＣの長軸が前後方向（左右方向に垂直な方向）なので、位置決めピン３１Ｈや位置決め穴３２Ｄの位置に製造誤差があっても、３本の位置決めピン３１Ｈを、それぞれ、対応する位置決め穴３２Ｄに嵌合可能である。

【0089】

図７は、ファイバ側入出射面３１Ｄ付近の拡大断面図である。図に示すように、ＳＭ光ファイバ２０の端面は、光軸（第１方向）に垂直な面である。

【0090】

突き当て部３１Ｇは、ＳＭ光ファイバ２０の端面のクラッド２２に接触している（ＳＭ光ファイバ２０のコア２１には接触していない）。突き当て部３１ＧにおけるＳＭ光ファイバ２０との接触面（突き当て面）は、光軸（第１方向）に垂直な面である。これにより、ＳＭ光ファイバ２０を傾斜面に突き当てる場合よりも位置の精度を高めることができる。

【0091】

また、ファイバ側入出射面３１Ｄ（傾斜面に相当）は、突き当て部３１Ｇの上側に設けられており、第１方向に垂直な面に対して若干傾斜している。この傾斜の角度は、光路変換部材３１の材料（ここでは透明樹脂）の屈折率に応じて最適化されている。そして、突き当て部３１ＧにＳＭ光ファイバ２０のクラッド２２が突き当てられたとき、ＳＭ光ファイバ２０のコア２１がファイバ側入出射面３１Ｄと対向して配置される。これにより、伝送損失を抑制することができる（若しくは、ファイバ側入出射面３１Ｄでの光信号の反射の影響を抑制することができる）。

【0092】

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更・改良され得ると共に、本発明には、その等価物が含まれることは言うまでもない。

【0093】

前述の実施形態では、光路変換部材３１として透明樹脂を用いていたが、これには限られず、光信号を通す材質のものであればよい。例えば、中継部材３２と同じ材料（シリカガラスなど）を用いてもよい。

【符号の説明】

【0094】

１０ 基板、１２ 光導波路、
１４ グレーティングカプラ、
２０ シングルモード光ファイバ、
２１ コア、２２ クラッド、２３ 外被、
３０ 光コネクタ部、３１ 光路変換部材、
３１Ａ ファイバ保持部、３１Ｂ 凹部、
３１Ｃ レンズ、３１Ｄ ファイバ側入出射面、
３１Ｅ 反射面、３１Ｆ Ｖ溝、
３１Ｇ 突き当て部、３１Ｈ 位置決めピン、
３１ＨＲ 右端ピン、３１ＨＬ 左端ピン、
３１ＨＣ 中央ピン、
３２ 中継部材、３２Ａ 基板側入出射面、
３２Ｂ 凹部、３２Ｃ レンズ、
３２Ｄ 位置決め穴、３２ＤＲ 右端穴、
３２ＤＬ 左端穴、３２ＤＣ 中央穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】