光学连接器

摘要

本发明公开了一种光学连接器，其包括：支持构件，支持光学传输线；透镜构件，具有透镜；凹凸结构，设置在支持构件与透镜构件之间；以及移动构件，在第一状态与第二状态之间移动凹凸结构，在第一状态下，凹凸结构的凸起和凹陷彼此接合，在第二状态下，间隙形成在凸起与凹陷之间。

权利要求

1.一种光学连接器，包括：

支持构件，支持光学传输线；

透镜构件，具有透镜；

凹凸结构，设置在所述支持构件与所述透镜构件之间；以及移动构件，在第一状态与第二状态之间移动所述凹凸结构，在所述第一状态下，所述凹凸结构的凸起和凹陷彼此接合，在所述第二状态下，间隙形成在所述凸起与所述凹陷之间，其中，从所述光学传输线射出的光在所述凸起的表面上的入射角满足全反射条件，其中，所述凸起的纵横比是0.4或更大，以及其中，所述凹凸结构的凸起形成在面对所述透镜构件的所述支持构件的表面上，并且所述凹凸结构的凹陷形成在面对所述支持构件的所述透镜构件的表面上。

2.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，当所述光学连接器与配对连接器连接时，所述凹凸结构处于所述第一状态，并且当所述光学连接器没有连接时，所述凹凸结构处于所述第二状态。

3.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，折射率等于或接近所述支持构件和所述透镜构件的折射率的粘附膜插入在所述凸起与所述凹陷之间。

4.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，所述凸起的中心与所述光学传输线的光学轴重合。

5.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，所述凸起的中心偏离所述光学传输线的光学轴。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学连接器，其中，所述移动构件是插入在所述支持构件与所述透镜构件之间的弹性体。

7.根据权利要求6所述的光学连接器，其中，所述移动构件包括形成在所述支持构件和所述透镜构件的侧表面上的导轨结构。

8.根据权利要求1所述的光学连接器，其中，所述移动构件包括柔性连接部分，所述柔性连接部分与所述支持构件和所述透镜构件一体地形成并且支持所述透镜构件能够在光学轴方向上相对于所述支持构件移动。

9.根据权利要求8所述的光学连接器，其中，所述移动构件还包括布置在壳体中的弹性体，所述壳体容纳所述光学连接器并且与所述支持构件的后端接触。

10.一种光学连接器，包括：

支持构件，支持光学传输线；

透镜构件，具有透镜；

凹凸结构，设置在所述支持构件与所述透镜构件之间；以及移动构件，在第一状态与第二状态之间移动所述凹凸结构，在所述第一状态下，所述凹凸结构的凸起和凹陷彼此接合，在所述第二状态下，所述凹凸结构的所述凸起和所述凹陷彼此脱离，其中，从所述光学传输线射出的光在所述凸起的表面上的入射角满足全反射条件，其中，所述凸起的纵横比是0.4或更大，以及其中，所述凹凸结构的凸起形成在面对所述透镜构件的所述支持构件的表面上，并且所述凹凸结构的凹陷形成在面对所述支持构件的所述透镜构件的表面上。

说明书

光学连接器

技术领域

[0001] 这里讨论的实施例涉及一种光学连接器。

背景技术

[0002] 近年来，采用将光学传输线光学耦合在一起的透镜的光学连接器正引起关注。微透镜以与诸如光纤的光学传输线的末端相距预定距离来布置。从光学传输线射出的光根据其数值孔径被放大，然后由微透镜校准并且与相对连接器的微透镜耦合。在这样的透镜型光学连接器中，光被放大然后被校准。因此，与使得光学传输线的末端彼此抵接在一起的对接（butt joint）型光学连接器相比，对于连接器之间的未对准的容差较大。另外，由于光学传输线不接触，因此耐久性良好。

[0003] 然而，对光进行放大然后校准的透镜型光学连接器具有以下问题。当光学连接器脱离时，校准的亚毫米尺寸的平行光会进入用户或工作者的眼中（激光危害）。特别地，用于高速通信的光学信号具有850nm或更大的波长，并且是裸眼不可见的。目前，为了降低该风险，连接器壳体设置有快门。当连接器接合时，快门容纳在壳体中。当连接器脱离时，快门自动降低以抑制光泄漏。

[0004] 特别地，在多光纤连接器的情况下，相同类型的带形光学传输线通常被连接以执行传送和接收。为此，两侧的连接器均需要设置快门，并且连接器的尺寸增加。另外，连接器中设置的传统快门容易利用手指打开和关闭，因此不能充分去除激光危害的风险。

[0005] 公知一种用于抑制激光危害以在适配器与光学连接器之间布置中继套圈（ferrule）的结构。当光学连接器断开时，适配器的透镜和中继套圈的入口端面彼此隔开足够的距离以抑制光学耦合。当光学连接器连接时，中继套圈沿着光学轴向前移动到透镜的焦点。（参见例如日本早期公开专利公布第5-323151号。）

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种可以抑制激光危害的光学连接器配置。

[0007] 根据实施例的方面，一种光学连接器包括：支持构件，支持光学传输线；透镜构件，具有透镜；凹凸结构，设置在支持构件与透镜构件之间；以及移动构件，在第一状态与第二状态之间移动凹凸结构，其中，在第一状态下，凹凸结构的凸起与凹陷彼此接合，在第二状态下，间隙形成在凸起与凹陷之间。

附图说明

[0008] 图1A和1B示出了实施例的光学连接器的基本配置；

[0009] 图2A示出了图1的光学连接器连接（凹凸结构的凸起和凹陷彼此接合）的状态；

[0010] 图2B示出了图1的光学连接器脱离（凹凸结构的凸起和凹陷彼此脱离）的状态；

[0011] 图3A至3C示出了凹凸结构（凹/凸）的示例；

[0012] 图4示出了凹凸结构的接合中心偏离光学轴的示例；

[0013] 图5A和5B示出了凹凸结构的凸起的散射效果；

[0014] 图6A至6C示出了根据凹凸结构的凸起或凹陷的纵横比、光学耦合强度的减小；

[0015] 图7A是根据凹凸结构的纵横比和间隙长度的散射状态的仿真图；

[0016] 图7B是根据凹凸结构的纵横比和间隙长度的散射状态的仿真图；

[0017] 图8A和8B是示出图4的偏移配置中的散射效果的仿真图；

[0018] 图9A和9B示出了光学连接器的第一变型；

[0019] 图10A和10B示出了光学连接器的第二变型；

[0020] 图11A和11B示出了光学连接器的第三变型；

[0021] 图12A和12B示出了壳体中的光学连接器的第一示例性安装；

[0022] 图12C示出了安装在壳体中的光学连接器彼此接合的状态；以及[0023] 图13A和13B示出了壳体中的光学连接器的第二示例性安装。

具体实施方式

[0024] 图1A和1B示出了实施例的光学连接器10的基本配置。光学连接器10具有：套圈（支持构件）21，支持光学传输线25；透镜构件11，布置在光学传输线25的末端处并具有透镜12；凹凸结构31，设置在套圈21与透镜构件11之间；以及移动构件27，根据光学连接器10的连接和断开而使得凹凸结构31能够在接合状态与脱离状态之间移动。

[0025] 凹凸结构31包括凸起23和凹陷13。当光学连接器10没有与配对连接器连接时，凸起23和凹陷13彼此脱离，并且在它们之间形成空间（间隙）15。当光学连接器10与配对连接器连接时，凸起23和凹陷13彼此接合。在图1（图1A和图1B）的示例中，插入在套圈21与透镜构件11之间的诸如橡胶的弹性体27用作移动构件。当光学连接器10与配对连接器连接时，弹性体27使得透镜构件11能够在沿着光纤25的光学轴的方向上相对于套圈
21移动。结果，如稍后所述，凹凸结构31的凸起23和凹陷13可以彼此接合或彼此脱离。

[0026] 光学传输线25例如是光纤25。在图1的示例中，四条光纤25覆盖有带24。每条光纤25的末端插入到形成在套圈21中的缝隙中，并且利用粘合剂等固定在预定位置。

[0027] 透镜构件11具有在对应于四条光纤25的位置处的四个微透镜。每个微透镜12位于包括透镜构件11的末端表面11a的平面的套圈21侧。凹陷13与微透镜12相对地形成在透镜构件11的表面中。微透镜12和凹陷13可与透镜构件11一体地由透光材料形成。

[0028] 套圈21具有在对应于透镜构件11的凹陷13的位置处的凸起23。套圈21的从光纤25的末端到凸起23的至少一部分由透光材料形成。套圈21的凸起23和透镜构件11的凹陷13优选地由具有相同折射率的材料形成。

[0029] 引导针孔14穿过透镜构件11、弹性体27以及套圈21形成。通过将引导针插入引导针孔14中，保证了相对于配对光学连接器的定位以及凹凸结构31的凸起23和凹陷13的接合。

[0030] 图2A示出了如下状态：光学连接器10A与配对光学连接器10B连接，并且每个光学连接器的凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合。光学连接器10A和配对光学连接器10B通过引导针26来定位。光学连接器10A的透镜构件11的末端表面11a和光学连接器10B的透镜构件11的末端表面11a彼此接触。由于透镜构件11的末端表面11a之间的接触，透镜构件11被压向相应的套圈21。结果，弹性体27被压缩，并且透镜构件11沿着光纤25的光学轴向相应的套圈21移动。每个光学连接器的凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合，并且间隙15消失。在该状态下，光纤25的末端表面位于相应的微透镜12的焦点处。

[0031] 在图2A中，假设光学信号从光学连接器10A传送到光学连接器10B。从光学连接器10A的光纤25A射出的光学信号穿过凸起23和凹陷13的接合表面同时根据其数值孔径而放大直径，并且被微透镜12校准。校准后的光传播通过光学连接器10A与光学连接器10B之间的空间，并且进入配对光学连接器10B的微透镜12。同样在光学连接器10B中，凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合。微透镜12收集的光穿过凸起23和凹陷13的接合表面，进入光纤25B，并且传播通过光纤25B。

[0032] 图2B示出了光学连接器10A和配对光学连接器10B彼此断开的状态。通过将光学连接器10A和光学连接器10B彼此分离，透镜构件11从按压力被释放。通过弹性体27的弹力，透镜构件11移动远离相应的套圈21，并且间隙15形成在每个凹陷结构31中。在该状态下，从光纤25A的末端表面射出的光线被凸起23散射并且没有耦合到微透镜12。稍后将描述光线没有被光学耦合的原因。

[0033] 图3A至3C示出了凹凸结构31的示例。如图3A所示，凸起23和与之对应的凹陷13彼此接合，以至少包括光纤25的光学轴。当凸起23和凹陷13彼此接合时，它们之间的间隙15消失。取决于套圈21和透镜构件11的材料，凸起23和凹陷13的表面上可能是粗糙的。在该情况下，当凸起23和凹陷13彼此接合时，它们之间仍存在微小的空间。如果光学信号在该状态下进入接合表面，则由于来自空气的反射而无法获得期望的光学耦合效率。为了抑制该情况，优选地，在凸起23或凹陷13的表面上形成折射率接近套圈21或透镜构件11的折射率的粘附膜28。粘附膜28例如是匹配油、胶或透明膜。这可以减小表面粗糙度的影响。

[0034] 图3B和图3C均示出了凸起23的示例。在图3B中，凸起23a以圆锥形状形成。在图3C中，凸起23b以棱锥形状形成。尽管图3B和图3C中未示出，但是透镜构件11具有在其中以与圆锥凸起23a或棱锥凸起23b对应的形状形成的凹陷13。如稍后所述，这些圆锥或棱锥（凸起23和凹陷13）具有预定值或更大的纵横比。取决于来自光纤25的发出光与圆锥或棱锥的表面之间的角，光学耦合模式变化。当从光纤25射出的光学信号在圆锥或棱锥的表面上的入射角小于全反射的角时，圆锥或棱锥的表面用作展象透镜，并且来自光纤25的发出光在从圆锥23a或棱锥23b射出之后被收集并且朝向透镜12传播。尽管传播光取决于间隙15的距离而无法与透镜耦合，但是光学耦合的校准光施加了激光危害。

[0035] 相反，当凸起23（和凹陷13）的纵横比增加以使得发出光在圆锥或棱锥的表面上的入射角大于全反射的角时，来自光纤25的发出光在圆锥23a或棱锥23b中被多次反射，并且不会发生朝向透镜12的光传播。稍后将参照图5至图8描述对此的仿真结果。

[0036] 图4示出了凹凸结构31的接合中心偏离光纤25的光学轴P的示例。在凹凸结构31的凸起23是如图3B或图3C所示的圆锥或棱锥时，每个圆锥或棱锥的顶点（接合中心）不一定需要位于相应的光纤25的光学轴P上。原因如上所述，当凸起23和凹陷13彼此接合以至少包括光学轴P时，来自光纤25的发出光会通过全反射被散射。

[0037] 图5A和5B示出了凸起23的散射效果。凸起23的纵横比改变，并且对此时的散射效果进行仿真。如图5A所示，凸起23具有500μm的基部直径和Xμm的高度。纵横比A被表示为X/500（A=X/500）。凸起23的高度和间隙15的距离改变，并且以各个纵横比A和间隙距离G来计算散射。仿真条件如下：光纤25的末端与相应微透镜12的透镜顶部之间的距离是1.25mm，并且在距微透镜12为100mm的距离处接收直径为7mm的光。通过3D光线跟踪方法来执行计算。所有构件由透明聚烯烃材料制成。该材料的折射率是1.53。光纤25是芯直径为50μm的一般多模光纤。微透镜12的弯曲半径是440μm。

[0038] 如图5B所示，当纵横比A为零时以及当纵横比A为0.2时，即使在凹凸结构31的间隙15增加到100μm时，从光纤25射出的光的60%或更多也被耦合到微透镜12并且被校准。这引起严重的激光危害。甚至当凹凸结构31的间隙15增加到200μm时，强度为来自光纤25的发出光的大约50%的校准光从微透镜12射出。

[0039] 相比之，当纵横比为0.4时，发出光的强度可以通过将凹凸结构31的间隙15增加到150μm而被减小到10%。当纵横比为0.6或更多时，发出光的强度可以仅通过在凹凸结构31中形成50μm的间隙而被减小到零。原因在于形成微小空间在圆锥中引起多次反射，并且光没有被光学耦合到校准器透镜（微透镜）12。

[0040] 图6A至6C是均示出根据凸起23和凹陷13的纵横比的耦合状态的图。如图6A所示，当凹凸结构31的纵横比是0.2或更小时，耦合到微透镜（校准器透镜）的光线的数量较大（耦合强度高），并且当光学连接器断开时校准光被输出到外面，甚至当间隙距离G较大时也是如此。当如图6B所示纵横比是0.4时，光线的数量根据间隙G而减小。当G=150μm时，发出光的强度可以减小到10%。在图6C中，纵横比是0.6或更大。当间隙距离G是50μm或更大时，与校准器透镜的光学耦合几乎为0%。应注意，由于图6B和图6C是仿真图，因此发出光线被描绘为如同它们被散射越过凹陷13一样，但是这些光线被散射从而不进入微透镜12，因此不发生光学耦合。

[0041] 图7A和图7B是描绘根据纵横比和间隙距离G的散射状态的图。如图7A所示，当纵横比A是1.0时，并且当间隙G是0μm时，即，当光纤的射出端位于微透镜12的焦点（参见图2A）时，从光纤的端面射出的光由微透镜校准并且传播到配对光学连接器。当间隙G是50μm时，来自光纤的大部分发出光被凸起（圆锥或棱锥）23的侧表面完全反射，并且不耦合到透镜。当间隙距离增加到100μm和200μm时也是如此。

[0042] 当纵横比是0.4时，并且当间隙距离G=0时，来自光纤的发出光被放大并校准，并且传播到配对连接器。当间隙G是50μm时，大约50%的发出光光学耦合到校准器透镜。当间隙G是100μm时，光线的数量减小到20%。当间隙G是150μm时，光线的数量减小到
10%（参见图5B）。

[0043] 如图7B所示，当纵横比是0.2时，并且当G=0μm时，发出光传播到配对光学连接器。通过增大间隙G，可以略微减小耦合强度。然而，即使当间隙G增加到200μm时，也有超过一半的光线耦合到校准器透镜。当纵横比是零时，即，当不存在凹凸结构时，可以通过增大间隙G来减小耦合到透镜的光线的数量。然而，即使当G增加到200μm时，40%或更多的发出光线变为校准光。

[0044] 图8A和图8B示出了图4的偏移配置中的凹凸结构的散射效果。在该仿真中，在与图5中的条件相同的条件下，凸起23的高度X被设置为500μm（纵横比A=1.0），凹凸结构31的间隙距离G被设置为200μm，并且凸起23的顶点（接合中心）偏离光纤25的光学轴P（参见图4）125μm。在图8A中，凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合（间隙距离G=0μm），并且从光纤25射出的光光学耦合到微透镜12并被校准。在图8B中，通过为凹凸结构31设置200μm的间隙，几乎所有的光都被散射并且不耦合到微透镜12。如上所述，如果光纤25的光学轴在凹凸结构31的接合范围内，则可以在脱离时实现散射效果。

[0045] 图9A和9B示出了图1的光学连接器10的第一变型。图9A是套圈21和透镜构件11的分解顶视图。图9B示出了从图9A的箭头方向观看的凸起23和凹陷13的接合表面。在第一变型中，导轨29设置在套圈21的侧表面上，并且导轨槽19形成在透镜构件11的内侧壁中，从而增加了导轨结构。当使用时，如在图1中，弹性体27插入在套圈21与透镜构件11之间。在该情况下，接受导轨29的槽可形成在弹性体27中。

[0046] 通过设置导轨29，限制了透镜构件11在X方向和Y方向上的移动，并且还在没有设置引脚的连接器中实现了在Z方向上的平滑移动。光纤25和微透镜12的位置可以利用导轨29和导轨槽19来粗略地调整，并且可以使用凹凸结构31（参见图1）的凸起23和凹陷13的接合来细微地调整。因此，每条光纤25的射出端和相应微透镜12的焦点可以以高精确度对准。在第一变型中，如图9B所示，四棱柱形状的凸起23和凹陷13用作凹凸结构。

[0047] 图10A和10B示出了图1的光学连接器10的第二变型。在第二变型中，线圈弹簧41用作在接合状态与脱离状态之间移动凹凸结构31的移动构件。线圈弹簧41可用于取代图1的弹性体27，或者可与弹性体27结合使用。当光学连接器从配对连接器断开时，通过线圈弹簧41的回弹力而在凹凸结构31的凸起23与凹陷13之间形成间隙15。因此，从每条光纤25射出的光被相应凸起23的凸起表面散射，并且不耦合到相应的微透镜12。

[0048] 图11A和11B示出了光学连接器的第三变型。在第三变型的光学连接器90中，套圈81和透镜构件71彼此一体地形成，并且通过柔性连接部分43连接。连接部分43形成为像薄片弹簧一样，并且可以位移和变形。连接部分43使得透镜构件71能够在光学轴方向上相对于支持构件81移动。套圈81、透镜构件71以及连接部分43可以例如通过注模来制成。

[0049] 图12A和12B示出了图11的光学连接器90的第一示例性安装。如参照图2A和图2B所述，套圈81与透镜构件71之间的凹凸结构31的凸起23和凹陷13可以通过连接光学连接器90和配对连接器而彼此接合。然而，对于实际使用，优选地，光学连接器90容纳在连接器壳体中。因此，在图12A和12B中，提供了使得光学连接器90容纳在连接器壳体51中的安装结构100。

[0050] 当光学连接器90容纳在连接器壳体51中时，并且当光学连接器90断开时，透镜构件71的末端从连接器壳体51的末端凸出。连接器壳体51在其内壁上具有限制套圈81在Z方向上的移动的壁表面54和止动器52。止动器52限制套圈81的移动，以使得透镜构件71不从连接器壳体51凸出预定距离或更多。壁表面54限制套圈81的移动，以使得当凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合时套圈81不过多地缩回到连接器壳体51中。利用止动器52和壁表面54，套圈81可以大致处于连接器壳体51中。在连接器壳体51中，线圈弹簧53与套圈81的后端相接触地布置。当凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合时，线圈弹簧53用作震动吸收机构，并且当光学连接器90断开时，用作按压机构。

[0051] 光学连接器90的凸起23和凹陷13被形成为使得其纵横比为0.4或更大，并且优选地为0.6或更大。当光学连接器90断开时，在凸起23与凹陷13之间形成间隙15。因此，当光学信号从每条光纤25的射出端输出时，光学信号被相应凸起23的凸起表面所散射并且不耦合到相应的微透镜12。

[0052] 图12C示出了图12A和12B的光学连接器90的连接状态。当光学连接器90A与光学连接器90B连接时，连接器壳体51的末端彼此接触，从而光学连接器90A和90B的透镜构件71的末端表面71a向后移动以与连接器壳体51的末端齐平。透镜构件71的末端表面71a彼此按压，从而柔性连接部分43弯曲，并且每个光学连接器的凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合。套圈81在连接器壳体51中也向后移动，但是其移动受到壁表面
54的限制。在该状态下，每条光纤25的射出端位于相应微透镜12的焦点处。当光学信号从光学连接器90A传播到光学连接器90B时，经光学连接器90A的微透镜12校准的光由光学连接器90B的微透镜12来收集并且被传送到光纤25。

[0053] 图13A和13B示出了光学连接器90的第二示例性安装。在第二示例性安装中，取代线圈弹簧53，连接器壳体51具有壳体弹簧55。壳体弹簧55通过使得连接器壳体51的后端的内壁成形为像片弹簧一样来制成。壳体弹簧55还可以实现如在图12A至12C中一样的按压功能和碰撞吸收功能。即，当连接器壳体51中的光学连接器90与配对连接器接合时，凹凸结构31的凸起23和凹陷13彼此接合，并且朝向连接器壳体51的后端推动套圈21。壳体弹簧55吸收当套圈21与壁表面54接触时的碰撞。当光学连接器90断开时，壳体弹簧55使套圈21和透镜构件11返回到其原始位置，从而使得凹凸结构31进入脱离状态。

[0054] 如上所述，根据实施例，凹凸结构31布置在其上形成有透镜的透镜构件11（或71）与支持光纤25的套圈21（或81）之间。当光学连接器断开时，间隙15形成在凸起23与凹陷13之间，并且降低了光纤25和透镜12的光学耦合效率。当凹凸结构31的凸起23和凹陷13的纵横比是预定值或更大时，满足来自光纤25的发出光的全反射条件，并且光学耦合效率可以降低到几乎为零。通过布置折射率接近套圈21和透镜构件11的折射率的油、胶、膜等，可以抑制凹凸结构31的表面的粗糙的影响。通过在透镜构件11与套圈21之间布置将凹凸结构31的凸起23和凹陷13接合和脱离的移动构件，保证了在接合状态与脱离状态之间的移动。

[0055] 本实施例不限于上述配置。光学传输线不限于四芯光纤。尽管在实施例中使用单层带形传输线，但是可以使用多层多芯带形传输线。在该情况下，根据多芯带形传输线的光纤数量和层数形成套圈21（81）的凸起23和透镜构件11（71）的凹陷13。凸起和凹陷的形状不限于圆锥形状或棱锥形状。凸起和凹陷可以具有任意形状，该形状可以接合并且满足来自光纤的发出光被凸起表面完全反射的条件。无需说，在第一至第三变型和第一至第二示例性安装中，诸如匹配油、胶或膜的粘附层可插入在凹凸结构31的凸起23与凹陷13之间。可使用常见MT连接器中使用的套管（boot）等。变型和示例性安装的任意组合是可能的。在第一至第三变型和第一至第二示例性安装中，光学轴和接合中心可偏离彼此。