CN107735708A - 光信号传送系统和光插座 - Google Patents

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Abstract

在将信号光经由发送光纤、光连接器以及接收光纤传送给光插座的光信号传送系统中，在将发送光纤的射出端面上的芯直径设为Φ1ex、将接收光纤的入射端面上的芯直径设为Φ2en、将光插座的受光元件的受光面的直径设为Φpd时，满足Φ1ex＜Φ2en、Φpd＜Φ2en，在将光连接器中的从发送光纤射出的信号光的NA设为NA1ex、将入射到接收光纤的信号光的NA为NA2en时，满足NA1ex＞NA2en。

Description

光信号传送系统和光插座
技术领域
本发明涉及光信号传送系统以及能够在该光信号传送系统中使用的光插座。
背景技术
作为光信号传送系统，公知有例如专利文献1所公开的光信号传送系统。专利文献1所公开的光信号传送系统将从激光二极管射出的信号光经由发送光纤、光连接器以及接收光纤而传送给光插座。作为这样的光信号传送系统所使用的光连接器，公知有例如专利文献2所公开的光连接器。并且，作为光插座，公知有例如专利文献3所记载的光插座。
专利文献2所公开的光连接器是经由透镜将发送光纤和接收光纤结合的、所谓的空间结合型的光连接器。这里，透镜构成为使发送光纤的射出端面缩小地成像于接收光纤的入射端面。由此，即使入射到接收光纤的信号光的光斑位置从接收光纤的芯中心稍微偏离，也能够维持光线路。因此，需要使接收光纤的NA(数值孔径)大于发送光纤的NA。
并且，专利文献3所公开的光插座具有透镜和受光元件，利用透镜将从接收光纤的射出端面发散而向空间射出的信号光会聚于受光元件并进行光电转换。这里，受光元件使用受光面的直径较小的元件。尤其是，近年来的光信号传送系统期待应对例如高清晰的影像信号的传送，因此要求10Gbps～40Gbps的高速通信。因此，受光元件为了取得良好的频率响应速度，因此具有受光面的直径(受光直径)变小的趋势，多数情况下使用50μm左右的元件。因此，透镜构成为将接收光纤的射出端面缩小地成像于受光元件上。其结果为，入射到受光元件的光束的NA大于接收光纤的NA。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-318532号公报
专利文献2：日本特开平7-181339号公报
专利文献3：日本特开2014-232261号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，若使用上述的光连接器和光插座来构成光信号传送系统，则在光连接器和光插座中反复进行信号光的缩小成像，因此最终入射到受光元件的光束的NA变得过大。图28是示出该情况下的光信号传送系统的结构例的图，将从激光二极管110发散射出的信号光经由发送光纤120、光连接器130以及接收光纤140而传送给光插座150。
光连接器130具有透镜131和132，利用透镜131使从发送光纤120的射出端面120ex射出的信号光成为平行光，利用透镜132使该平行光会聚而入射到接收光纤140的入射端面，构成为透镜131与透镜132之间装卸自如。并且，光插座150具有透镜151和受光元件152，利用透镜151使从接收光纤140的射出端面射出的信号光会聚于受光元件152。
如图28所示，在使从激光二极管110发散射出的信号光直接入射到发送光纤120的情况下，要想使更多的光量入射到发送光纤120，需要将发送光纤120的芯直径和NA增大某种程度，例如芯直径为50μm、NA为0.27。在该情况下，若将接收光纤140设为与发送光纤120相同的芯直径时，则光连接器130需要通过透镜131和132使从发送光纤120射出的信号光以比芯直径小的光斑入射到接收光纤140。因此，该情况下的对准误差的允许值较小，至多为20μm～30μm左右。
因此，假定为接收光纤140比发送光纤120粗，例如将芯直径设为150μm、将NA设为0.3。在该情况下，要想在光插座150中通过透镜151使从接收光纤140射出的信号光会聚于受光元件152，若将受光元件152的受光直径设为50μm，则透镜151的缩小倍率为1/3。因此，在该情况下会聚于受光元件152的光束的NA为接收光纤140的NA的三倍即0.9。
但是，若像这样入射到受光元件152的光束的NA变大，则透镜151的像差也变大而使会聚性降低，难以缩小受光元件152的受光面的直径。其结果为，无法期待频率响应速度的提高。并且，受光元件152由硅等高折射率的材质构成，具有30％以上的表面反射率，因此受光元件152上的信号光的反射所产生的返回光也有可能对于从激光二极管110射出的信号光带来不良影响。因此，常常在受光元件152的受光面上实施防反射膜，但防反射膜具有入射角依赖性，对于广角的入射光无法期待充分的效果。
从这样的情况可知，在现有的光信号传送系统中，担心难以稳定地维持光线路，系统的可靠性降低。
因此，鉴于该观点而完成的本发明的目的在于，提供如下的光信号传送系统以及能够在该光信号传送系统中使用的光插座：能够维持受光元件的频率响应速度并且稳定地维持光线路，能够提高系统的可靠性。
用于解决课题的手段
达成上述目的的本发明的光信号传送系统具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
在将所述光连接器中的从所述发送光纤射出的所述信号光的NA设为NA1ex、
将所述光连接器中的入射到所述接收光纤的所述信号光的NA设为NA2en时，
满足
NA1ex＞NA2en。
而且，本发明的光信号传送系统具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
所述光插座还具有与所述受光元件结合的固体浸没透镜。
而且，达成上述目的的本发明的光插座具有：
透镜，其对从光纤射出的光进行会聚；
受光元件，其接受由所述透镜会聚的所述光；以及
固体浸没透镜，其与所述受光元件的受光面结合配置。
发明效果
根据本发明，能够维持受光元件的频率响应速度并且稳定地维持光线路，能够提高系统的可靠性。
附图说明
图1是光学扩展量的说明图。
图2是本发明的第一主要结构中的光插座的说明图。
图3是本发明的第一主要结构中的光连接器的说明图。
图4A是本发明的第二主要结构中的半球透镜的说明图。
图4B是本发明的第二主要结构中的超半球透镜的说明图。
图5是第一实施方式的光信号传送系统的主要部分结构图。
图6是在图5中能够使用的接收光纤的说明图。
图7是图5的光连接器的概略结构图。
图8是图7的光连接器的透镜数据中的面编号的说明图。
图9是图5的光插座的光学系统的结构图。
图10是图9的光插座的透镜数据中的面编号的说明图。
图11是示出图9的光插座的主要部分结构的剖视图。
图12是第二实施方式的光信号传送系统的光连接器的光学系统的结构图。
图13A是从光纤射出的光线的说明图。
图13B是在将半球透镜与光纤的射出端面接合的情况下射出的光线的说明图。
图13C是将超半球透镜与光纤的射出端面接合的情况下射出的光线的说明图。
图14是图12的光连接器的透镜数据中的面编号的说明图。
图15是图12的光连接器结合时的相对于光轴倾斜误差θ(°)的光斑的位置偏移的说明图。
图16是示出图12的光连接器的相对于光轴倾斜误差θ(°)的吞吐量特性的图。
图17是示出硅和防反射膜相对于入射角的反射率特性的图。
图18是示出第三实施方式的光信号传送系统的光插座的光学系统的结构图。
图19是图18的局部剖视图。
图20是图18的光插座的透镜数据中的面编号的说明图。
图21是示出图18的光插座的主要部分结构的剖视图。
图22是示出在第三实施方式的光信号传送系统的受光元件(硅)上实施的防反射膜相对于入射角的反射率特性的图。
图23是示出第三实施方式的光连接器相对于光轴倾斜误差θ(°)的吞吐量特性的图。
图24是第四实施方式的光信号传送系统的主要部分结构图。
图25是示出图7的光连接器的变形例的图。
图26是示出图25的光连接器的变形例的图。
图27是示出图12的光连接器的变形例的图。
图28是现有的光信号传送系统的说明图。
具体实施方式
首先，在对本发明的实施方式进行说明之前，对本发明的光信号传送系统的主要结构和作用进行说明。
(主要结构)
在本发明的光信号传送系统的第一主要结构中，在将接收光纤的入射端面上的芯直径设为Φ2en、将发送光纤的射出端面上的芯直径设为Φ1ex、将受光元件的受光面的直径设为Φpd时，使Φ2en大于Φ1ex和Φpd。并且，在光连接器中，在将从发送光纤射出的信号光的NA设为NA1ex、将入射到接收光纤的信号光的NA设为NA2en时，采用使NA1ex大于NA2en的结构。换言之，使用芯直径比发送光纤和受光元件的受光面大的光纤来作为接收光纤，通过配置于光连接器的透镜而使入射到接收光纤的信号光的NA2en小于从发送光纤射出的信号光的NA1ex。
在本发明的光信号传送系统的第二主要结构中，使接收光纤的入射端面上的芯直径Φ2en大于发送光纤的射出端面上的芯直径Φ1ex和受光元件的受光面的直径Φpd。并且，将固体浸没透镜(SIL：Solid Immersion Lens)与光插座的受光元件结合。换言之，使用芯直径比发送光纤和受光元件的受光面大的光纤来作为接收光纤，在光插座中将固体浸没透镜接合到受光元件上。
(作用)
首先，对第一主要结构的作用进行说明。
在经由透镜对光连接器的接收光纤或光插座的受光元件那样的小面积进行照明的情况下，具有以下这样的平衡：若想要缩小照明光的光斑，则NA变大，若想要减小照明光的NA，则光斑变大。为了研究该平衡，在本发明中导入“光学扩展量”的概念。
光学扩展量是指将立体角和面积相乘而得到的物理量。如图1所示，在使从发光面1射出的照明光由透镜2会聚并入射到受光面3的情况下，在发光面1或受光面3的形状为直径D的圆的情况下，能够使用射出或入射的照明光的NA像下式(1)所示那样近似取得光学扩展量E。另外，图1例示了从直径D的圆形的发光面1以数值孔径NA射出照明光、该照明光由透镜2会聚而入射到受光面3的情况。
【数学式1】
若使用光学扩展量，则用于不浪费光而高效地照明的条件能够表示为：
发光面1的光学扩展量≤受光面3的光学扩展量。
若将该条件用于光信号传输系统，则无损失地传输信号光的条件为：
(发送光纤的光学扩展量)≤(接收光纤的光学扩展量)≤(受光元件的光学扩展量)。
根据以上的研究，在光插座中，在将入射到受光元件的信号光的NA设为NApd时，能够导出用于减小NApd的条件。即，如图2所示，在光插座50中，在通过透镜51使从接收光纤40的射出端面40ex射出的信号光会聚并入射到受光元件52的受光面52a的情况下，若将接收光纤40的射出端面40ex上的芯直径设为Φ2ex、将从接收光纤40射出的信号光的NA设为NA2ex，则根据透镜的成像关系而下式(2)成立。
【数学式2】
并且，根据上式(1)的光学扩展量的近似式，入射到受光面52a的信号光的NApd由下式(3)表示。
【数学式3】
根据上式(3)，通过减小接收光纤40的光学扩展量E，能够减小入射到受光面52a的信号光的NApd。
这里，接收光纤40的光学扩展量不仅需要考虑光插座50，还需要考虑将来自发送光纤的信号光中继到接收光纤40的光连接器而决定。在光连接器中，为了无损失地传输信号光，需要使接收光纤40的光学扩展量大于发送光纤的光学扩展量。但是，如果采取过大的接收光纤40的光学扩展量，则像上述那样入射到受光面52a的信号光的NApd变大，因此需要适当地设定接收光纤40的光学扩展量。
图3是示出光连接器的概略结构的图。光连接器30具有透镜31，该透镜31将从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光引导到接收光纤40的入射端面40en。在图3中，透镜31形成为具有彼此以凸面相对的方式配置的两个平凸透镜32和33，例如光连接器30在平凸透镜32与33之间装卸自如地结合。光连接器30利用平凸透镜32使从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光成为平行光，利用平凸透镜33使该平行光的信号光会聚而入射到接收光纤40的入射端面40en。
在第一主要结构中，在图3中，若将从发送光纤20射出的信号光的光学扩展量为E0、将入射到接收光纤40的入射端面40en的信号光的光斑的间隙设为δ时，则入射到接收光纤40的信号光的光学扩展量E由下式(4)表示。
【数学式4】
在上式(4)中，根据上式(1)，使用发送光纤20的射出端面20ex上的芯直径Φ1ex、从发送光纤20射出的信号光的NA1ex而由下式(5)表示光学扩展量E0。
【数学式5】
并且，在上式(4)中，若将光连接器30的成像倍率设为βcon，则入射到接收光纤40的入射端面40en上的信号光的NA2en由下式(6)表示。
【数学式6】
即，在本发明的光信号传送系统的第一主要结构中，作为使接收光纤的芯直径比发送光纤的芯直径粗的平衡，通过减小朝向接收光纤的信号光的入射光束的NA2en，使得接收光纤的光学扩展量不会变得过大。换言之，在现有的光连接器中发送光纤与接收光纤的透镜的成像关系处于缩小倍率，与此相对，在第一主要结构中采用放大倍率的透镜配置。由此，能够使用NA较小的光纤来作为接收光纤，其结果为，能够在光插座中减小入射到受光元件的光束的NApd。
接下来，对上述的第二主要结构的作用进行说明。
在图28所示的光信号传送系统中，按照信号光从发送光纤120经由接收光纤140到达受光元件152的顺序，光学扩展量逐渐放大，最终从光插座150的透镜151入射到受光元件152的光线的最大入射角变得过大。这是因为要求受光元件152具有较大的光学扩展量，另一方面，作为减小受光元件152的直径的平衡，不得不采取较大的NA。
因此，在本发明的光信号传送系统的第二主要结构中，通过将固体浸没透镜与受光元件接合，而将例如受光面埋入到固体浸没透镜的介质中。由此，增大了受光元件的NA而不会增大所入射的信号光的最大入射角。换言之，固体浸没透镜发挥作用以放大受光元件的光学扩展量。
固体浸没透镜能够使用例如图4A所示的半球透镜56或者图4B所示的超半球透镜57。在图4A中，半球透镜56将来自球面的入射光会聚于球心。因此，受光元件52以使受光面52a位于半球透镜56的球心的方式经由粘接剂等与半球透镜56的平面接合。并且，在图4B中，关于超半球透镜57，光束的入射点和会聚点相对于球面处于满足等光程条件(不会产生球面像差和彗形像差的条件)的位置关系，会聚点形成在平面上。因此，受光元件52以使受光面52a位于超半球透镜57的会聚点的方式经由粘接剂等与超半球透镜57的平面接合。
在图4A所示的半球透镜56的情况下，朝向半球透镜56的球心的光线在半球透镜56的介质中会聚而不会在半球透镜56的球面上发生折射。因此，入射到受光元件52的信号光的NApd为半球透镜56的介质相对于空气的折射率倍。并且，在图4B所示的超半球透镜57的情况下，信号光在超半球透镜57的球面上发生折射，以超半球透镜57的介质的折射率倍的数值孔径会聚，进而在超半球透镜57的介质中会聚。因此，入射到受光元件52的信号光的NApd为超半球透镜57的介质相对于空气的折射率的二次方倍。
这样，在本发明的光信号传送系统的第二主要结构中，与在空气中直接会聚于受光元件52的情况相比，在固体浸没透镜的介质中会聚的情况下的NApd更大，因此能够得到期望的光学扩展量，而取得较小的入射到受光元件的光线的最大入射角度。其结果为，能够使用芯直径较大的接收光纤。
以下，对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图5是示出第一实施方式的光信号传送系统的主要部分的结构的图。图5所示的光信号传送系统将从激光二极管10发散射出的信号光经由发送光纤20、光连接器30以及接收光纤40而传送给光插座50。
激光二极管10与发送光纤20的入射端面20en结合，使信号光直接入射到发送光纤20。发送光纤20对入射到入射端面20en的信号光进行传送并从射出端面20ex向光连接器30射出。
光连接器30像图3中所说明那样具有彼此以凸面相对的方式配置的平凸透镜32和33来作为将从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光引导到接收光纤40的入射端面40en的透镜31。平凸透镜32使从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光作为平行光而入射到平凸透镜33。平凸透镜33使来自平凸透镜32的平行光的信号光会聚而入射到接收光纤40的入射端面40en。光连接器30构成为平凸透镜32与平凸透镜33之间装卸自如。
接收光纤40对入射到入射端面40en的信号光进行传送并使其从射出端面40ex射出而入射到光插座50。光插座50具有透镜51和受光元件52，通过透镜51对从接收光纤40的射出端面40ex射出的信号光进行会聚而入射到受光元件52。
在本实施方式中，关于发送光纤20，为了使从激光二极管10发散射出的信号光直接入射，若将芯直径为Φ1、设NA设为NA1，则需要将Φ1和NA1增大某种程度。因此，发送光纤20由芯直径Φ1为例如50μm、NA1为0.27的多模光纤构成。另外，假设发送光纤20具有入射端面20en上的芯直径Φ1en与射出端面20ex上的芯直径Φ1ex相等的芯直径Φ1。
在光连接器30中，使接收光纤40满足(发送光纤20的光学扩展量)≤(接收光纤40的光学扩展量)。因此，作为条件1，接收光纤40构成为若将芯直径设为Φ2、将NA设为NA2则满足50μm×0.27≤Φ2×NA2。另外，假设接收光纤40具有入射端面40en上的芯直径Φ2en与射出端面40ex上的芯直径Φ2ex相等的芯直径Φ2。
另一方面，关于光插座50，为了应对10Gbps～40Gbps的高速通信，受光元件52按照受光面52a的口径(受光直径)为例如50μm的小口径而构成。并且，入射到受光元件52的信号光的NApd例如设定为0.65而作为使例如透镜51的NA在光学设计上不勉强的上限。因此，作为条件2，根据(接收光纤40的光学扩展量)≤(受光元件52的光学扩展量)，光插座50构成为满足Φ2×NA2≤50μm×0.65。
并且，光连接器30构成为使会聚到接收光纤40的信号光的NA2en小于从发送光纤20射出的信号光的NA1ex。因此，作为条件3，接收光纤40构成为满足NA2＜0.27。
图6是用于对在本实施方式中能够使用的接收光纤40进行说明的图。在图6中，纵轴表示NA，横轴表示芯直径Φ。实线I表示根据光插座50的光学扩展量而决定的接收光纤40的NA2的上限。实线Ⅱ表示根据光连接器30的光学扩展量而决定的接收光纤40的NA2的下限。虚线Ⅲ表示发送光纤20的NA1(＝0.27)。
在本实施方式中，图6中实施了阴影来表示的区域是作为受光光纤40满足上述的条件1～3的可使用区域。根据图6可知，在受光光纤40采取较大的芯直径Φ2的情况下，只要成反比例地采取较小的NA2即可。在本实施方式中，接收光纤40例如由芯直径Φ2为150μm、NA2为0.2的多模光纤构成。
另外，在多模光纤中存在具有芯的折射率从中心朝向外侧减小的分布的缓变折射率型和芯的折射率均匀的阶跃折射率型。缓变折射率型在通过芯的中心的光与通过周边的光之间不会产生传输时间的延迟，因此认为信号质量好。但是，由于NA从芯的中心朝外逐渐变小，因此当用于光连接器的接收侧时，即使在没有对准误差的情况下，也存在入射光的泄漏，与阶跃折射率型相比光损失较大。因此，在屋内配线那样的短距离通信的用途中，光信号的时间延迟几乎不是问题，因此优选光损失少的阶跃折射率型。
接下来，对光连接器30的透镜结构进行说明。
图7是光连接器30的概略结构图。光连接器30像上述那样具有平凸透镜32和33，在平凸透镜32与平凸透镜33之间的平行光部分，发送侧和接收侧构成为装卸自如。在该情况下，在作为平行光的装卸部分，若灰尘等污垢附着在平凸透镜32和33的凸面上，则信号光被遮挡而无法维持光线路。因此，需要使平行光的光束直径充分大于假定的污垢的大小。具体而言，1mm～3mm左右是合适的。在本实施方式中，将光束直径设为例如3mm。
在该情况下，发送光纤20侧的平凸透镜32的光束半径为1.5mm，将发送光纤20的NA1设为0.27，因此焦距为5.5mm。
接收光纤40侧的平凸透镜33的光束半径为1.5mm，将接收光纤40的NA2设为0.2，因此焦距为7.5mm，但在本实施方式中比其稍微长一些。若像这样稍微加长平凸透镜33的焦距，则会聚于接收光纤40的光束的NA2en变得比接收光纤40的NA2稍小，因此能够减少由于光连接器30结合时的光轴倾斜误差所引起的朝向接收光纤40的入射光泄漏。因此，在本实施方式中，将平凸透镜33的焦距设为比7.5mm稍长的8.0mm。
由此，光连接器30使发送光纤20的射出端面(芯端面)20ex的像以1.45倍的成像倍率βcon成像于接收光纤40的入射端面(芯端面)40en。因此能够使信号光以相对于接收光纤40的芯直径150μm充分小的72μm(＝发送光纤20的芯直径Φ1(50μm)×成像倍率βcon(1.45))的光斑直径入射到接收光纤40。
平凸透镜32和33也可以由球面透镜构成，但在本实施方式中，平凸透镜32和33由非球面透镜构成。在该情况下，能够使发送光纤20侧的平凸透镜32为与接收光纤40侧的平凸透镜33相同的非球面透镜。但是，若使平凸透镜32为与平凸透镜33相同的非球面透镜，则平凸透镜32的NA为0.1875(＝光束半径1.5mm/焦距8.0mm)，与发送光纤20的NA1(＝0.27)产生1.44倍的差异。
因此，在本实施方式中，如图7所示，在发送光纤20与平凸透镜32之间还配置有等光程透镜34而实现NA的匹配。这里，等光程透镜34具有将平凸透镜32的NA放大到透镜材质的折射率倍而不会给像差带来影响的作用。因此，如果使用折射率1.45的石英来作为等光程透镜34的透镜材质，则能够使平凸透镜32的NA与发送光纤20的NA1大致一致。
这样，如果由非球面透镜构成平凸透镜32和33，则能够减小由像差引起的光斑模糊，能够提高信号光朝向接收光纤40的入射端面40en的会聚状态。因此，具有能够增大接收光纤40的芯直径与入射光斑直径的间隙的优点。
表1示出了图7所示的光连接器30的透镜数据。在表1中，发送侧芯表示发送光纤20的射出端面20ex，接收侧芯表示接收光纤40的入射端面40en，折射率是测定波长850nm时的测定值。曲率半径和面间隔的单位是mm。并且，在图8中示出表1的面编号。
【表1】
面 曲率半径 面间隔 玻璃材料 折射率
发送侧芯 ∞ 2.4955 1
面1 -2.5 1.5 石英 1.45311
面2 -2.366 0.714 1
面3 ∞ 2.5 N-SF5 1.65669
面4ASP -5.2766 4 1
面5ASP 5.2766 2.5 N-SF5 1.65669
面6 ∞ 6.5264 1
接收侧芯 ∞ 0
在表1中，关于面4和面5的非球面形状(ASP)，将z设为以光的行进方向为正的光轴、将y设为与光轴垂直的方向而由下式(7)表示。但是，在式子(7)中，R是近轴曲率半径，k是圆锥系数，A4、A6、A8、A10分别是4阶、6阶、8阶、10阶非球面系数。并且，在表2中示出了基于式子(7)的面4和面5的各非球面系数。在表2中，“E-n”(n为整数)表示“10-n”。
【数学式7】
【表2】
非球面系数 面4 面5
R -5.2766 5.2766
k -0.5931 -0.5931
A4 0 0
A6 -1.4237E-06 1.4237E-06
A8 6.0500E-07 -6.0500E-07
A10 -3.9471E-08 3.9471E-08
A12 0 0
如上所述，在本实施方式中，在光连接器30中，将发送光纤20的射出端面20ex的像放大地成像于接收光纤40的入射端面40en，但根据市售的光纤的粗细的组合，其放大倍率为4以下。因此，可以将光连接器30的成像倍率βcon设为1.1＜|βcon|＜3.9。
接下来，对光插座50的结构进行说明。
图9是示出光插座50的光学系统的结构的图。图9所示的光插座50具有配置于接收光纤40侧的准直透镜53和配置于受光元件52侧的会聚透镜54来作为将从接收光纤40的射出端面40ex射出的信号光引导到受光元件52的受光面52a上的透镜51。由此，光插座50将接收光纤40的射出端面(芯端面)40ex的像按照成像倍率βrec缩小成像于受光元件52的受光面52a上。准直透镜53和会聚透镜54例如能够由非球面透镜构成。
表3示出了图9所示的光插座50的透镜数据。在表3中，接收侧芯表示接收光纤40的射出端面40ex，受光元件表示受光面52a，折射率是测定波长850nm时的测定值。曲率半径和面间隔的单位为mm。并且，在图10中示出了表3的面编号。
【表3】
面 曲率半径 面间隔 玻璃材料 折射率
接收侧芯 ∞ 6.5264 1
面1 ∞ 2.5 N-SF5 1.65669
面2ASP -5.2766 1 1
面3ASP 2.1751 2.24 DZLaF52LA 1.79041
面4 ∞ 1.5008 1
受光元件 ∞
在表3中，面2的非球面形状(ASP)由上式(7)表示。在表4中示出了基于式子(7)的面2的各非球面系数。从表4可知，准直透镜53与图7的平凸透镜32和33相同。
【表4】
非球面系数 面2
R -5.2766
k -0.5931
A4 0
A6 -1.4237E-06
A8 6.0500E-07
A10 -3.9471E-08
A12 0
并且，在表3中，面3的非球面形状(ASP)由上式(7)表示。在表5中示出了基于式子(7)的面3的各非球面系数。
【表5】
非球面系数 面3
R 2.1751
k -1.2764
A4 8.8692E-03
A6 -3.0822E-05
A8 -8.5691E-06
A10 -3.8098E-06
A12 1.9376E-07
图11是示出图9所示的光插座50的主要部分结构的剖视图。光插座50具有：受光元件支架60，其对受光元件52进行保持；第一透镜支架61，其对会聚透镜54进行保持；第二透镜支架62，其对准直透镜53进行保持；以及FC接收器63。受光元件支架60、第一透镜支架61、第二透镜支架62以及FC接收器63分别形成为中空状。
受光元件52由具有凸缘的CAN封装类型构成，在受光面52a露出的状态下经由凸缘而安装于受光元件支架60的一端部。第一透镜支架61在保持着会聚透镜54的状态下以能够在光轴方向上进行位置调节的方式安装于受光元件支架60的内周面上。受光元件支架60在第一透镜支架61的位置调节后安装于对准直透镜53进行保持的第二透镜支架62的一端部内周面上。FC接收器63以能够在光轴方向上进行位置调节的方式安装于第二透镜支架62的另一端部外周面上。
在FC接收器63上装卸自如地安装有FC连接器41，该FC连接器41像图11的外观图所示那样安装于接收光纤40的射出端部。而且，当FC连接器41安装于FC接收器63的状态下信号光从接收光纤40射出时，该信号光经由准直透镜53和会聚透镜54会聚于受光元件52的受光面52a上。
根据本实施方式的光插座50，准直透镜53的焦距为8.03mm、会聚透镜54的焦距为2.75mm，因此成像倍率βrec为0.34(＝2.75mm/8.03mm)。因此，形成在受光面52a上的信号光的光斑直径为51μm(＝接收光纤40的芯直径Φ2(150μm)×成像倍率βrec(0.34))，能够与受光元件52的受光面52a的受光直径Φpd(＝50μm)大致一致。
并且，会聚于受光元件52的信号光的NApd为0.58(＝接收光纤40的NA2(0.2)/成像倍率βrec(0.34))，能够使信号光以比作为最初的设计目标的0.65小的NApd入射到受光元件52。另外，该情况下的光插座50的轴上的透射波像差为rms0.0015λ(其中，λ＝850nm)，像差充分小，光斑的会聚状态良好。
如上所述，在本实施方式中，在光插座50中，使接收光纤40的射出端面40ex的像缩小地成像于受光元件52的受光面52a上。因此，使光插座50的成像倍率βrec为0.1＜βrec＜1即可。
根据本实施方式的光信号传送系统，使用芯直径比发送光纤20粗的接收光纤40。由此，在光连接器30中，能够使光斑与受光光纤40的芯的位置偏差的允许量比图28的结构大。因此，在光插座50中，能够利用通常使用的透镜使入射到受光元件52的信号光的NApd有效地缩小，因此能够维持受光元件的频率响应速度并且使信号光以良好的会聚状态入射到小径的受光面52上。
并且，由于光连接器30构成为彼此以凸面相对的方式配置的平凸透镜32和平凸透镜33之间装卸自如，因此在光连接器30分离的状态下平凸透镜32和33的凸面露出。因此，水滴等不容易附着在平凸透镜32和33的凸面上，因此能够将作为信号光的传送的阻碍的污垢等防患于未然。
(第二实施方式)
在第二实施方式的光信号传送系统中，在第一实施方式中构成光连接器30的平凸透镜32和33由球面透镜构成。在该情况下，如果仅在图7所示的结构中省略等光程透镜34并且由球面透镜构成平凸透镜32和33，则根据设计，有时由于像差导致形成在受光光纤40的入射端面40en上的信号光的光斑模糊。为了减小该像差，需要减小发送和接收的光纤的NA(例如，使NA在0.15以下)，但为了便于使光容易入射，通常多模光纤的芯直径和NA较大。
在本实施方式中，光连接器30像图12所示那样构成。在图12所示的光连接器30中，作为将从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光引导到接收光纤40的入射端面40en上的透镜31，除了具有由球面透镜构成的平凸透镜32和33之外，还具有与发送光纤20的射出端面20ex接合的固体浸没透镜35以及与接收光纤40的入射端面40en接合的固体浸没透镜36。即，在本实施方式中，通过将固体浸没透镜35与发送光纤20接合并且将固体浸没透镜36与接收光纤40接合，而减小发送光纤20和接收光纤40所表现出的NA。
发送光纤20和接收光纤40例如由玻璃制成的光纤构成。在该情况下，芯通常由石英形成。因此，如图13A所示，在玻璃制成的光纤80的芯80a中传送的光线从光纤80的端面发生折射而射出。为了方便，将该情况下的光纤80的NA设为NA0。
与此相对，如图13B所示，当将例如由与芯80a相同的材质的折射率n构成的半球透镜81作为固体浸没透镜而接合于光纤80的射出端面时，在芯80a中传送的光线不折射地向空中射出，光纤80所表现出的NA缩小为1/n。并且，如图13C所示，当将例如由与芯80a相同的材质的折射率n构成的超半球透镜82作为固体浸没透镜而接合于光纤80的射出端面时，光纤80所表现出的NA进一步缩小为1/n2。
在本实施方式中，发送光纤20的NA1为0.27，接收光纤40的NA2为0.2。因此，与NA较大的发送光纤20的射出端面20ex接合的固体浸没透镜35由超半球透镜构成，与NA较小的接收光纤40的入射端面40en接合的固体浸没透镜36由半球透镜构成。
因此，若由例如BK7构成固体浸没透镜35和36，则BK7的测定波长850nm时的折射率为1.509，因此发送光纤20所表现出的NA为0.12。并且，接收光纤40所表现出的NA为0.13。由此，能够分别减小发送光纤20和接收光纤40所表现出的NA，同时使它们大致相同。
其结果为，即使平凸透镜32和33由球面透镜构成，也能够使像差充分小，因此能够将从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光以没有模糊的光斑的形式会聚到受光光纤40的入射端面40en上。并且，由于能够使发送光纤20和接收光纤40所表现出的NA大致相同，因此能够使用相同的透镜作为平凸透镜32和33。
在本实施方式中，作为平凸透镜32和33，使用焦距为8.13mm的相同的平凸透镜。并且，超半球的固体浸没透镜35和半球的固体浸没透镜36各自的球面的曲率半径相同。固体浸没透镜是通过将球透镜的一部分加工成平面而制作的，因此通过像这样使固体浸没透镜35和36的球面的曲率半径相同，能够使作为固体浸没透镜35和36的原材料的球透镜共用，具有实现了成本降低的优点。
表6示出了图12所示的光连接器30的透镜数据。在表6中，发送侧芯表示发送光纤20的射出端面20ex，接收侧芯表示接收光纤40的入射端面40en，折射率是测定波长850nm时的测定值。曲率半径和面间隔的单位为mm。并且，在图14中示出了表6的面编号。
【表6】
面 曲率半径 面间隔 玻璃材料 折射率
发送侧芯 ∞ 0 1
面1 ∞ 4.09 N-BK7 1.50984
面2 -2.461 1.0875 1
面3 ∞ 1.39 N-BAF10 1.65855
面4 -5.36 4 1
面5 5.36 1.39 N-BAF10 1.65855
面6 ∞ 4.7999 1
面7 2.461 2.461 N-BK7 1.50984
面8 ∞ 0 1
接收侧芯 ∞
根据图12所示的光连接器30，光连接器30的轴上的透射波像差为rms0.049λ(其中，λ＝850nm)。该数值小于“Marechal标准(将rms0.07λ以下视为良好的像差的评价基准)”。因此，能够将从发送光纤20的射出端面20ex射出的信号光以像差充分小并且良好的会聚状态会聚到受光光纤40的入射端面40en上。
并且，接收光纤40侧的平凸透镜33具有与第一实施方式中的由非球面透镜构成的平凸透镜33大致相同的焦距，但与半球的固体浸没透镜36的组合焦距为5.3mm(＝8.13mm/1.509)，因此与第一实施方式的情况相比较短。因此，如图15所示，相对于光连接器30结合时的发送侧与接收侧的光轴倾斜误差θ(°)，能够减小接收光纤40的入射端面40en上的光斑的位置偏移。
由此，在光连接器30中，能够得到图16所示那样的相对于光轴倾斜误差θ(°)的发送和接收的吞吐量特性。从图16可知，根据图12所示的光连接器30，只要光轴倾斜误差在0.5°以内，就能够得到80％以上的吞吐量，与第一实施方式的情况下的光连接器30相比，能够允许1.5倍的光轴倾斜误差。
根据本实施方式的光信号传送系统，除了第一实施方式的效果之外，光连接器30的透镜结构由能够研磨制造的球面透镜构成，因此能够在透镜制作中使用共用部件，能够提高生产率。并且，对于光连接器30的发送和接收侧的光轴倾斜误差也具有耐性，能够减小由光轴倾斜误差引起的吞吐量的下降。
而且，在光连接器30中，在发送光纤20的射出端面20ex上接合有固体浸没透镜35，在接收光纤40的入射端面40en上接合有固体浸没透镜36，因此具有能够保护各个光纤的芯的优点。如果能够像这样保护光纤的芯，则能够将光线路中断防患于未然，即使在恶劣的环境下也能够稳定地使用。因此，在通信设备中能够进一步提高重要的可靠性。即，由于光纤的芯直径极小，因此即使当在空气中露出时附着了一滴水蒸气的水滴或一粒灰尘，信号光也被遮挡，无法维持光线路。与此相对，如果像本实施方式那样在光连接器30中在发送光纤20和接收光纤40的端面上分别接合有固体浸没透镜35和36，则固体浸没透镜35和36也分别实现罩玻璃的作用，因此能够得到上述的效果。
并且，为了减小由表面反射引起的光损失，通常利用真空蒸镀工艺在光纤的端面上实施防反射膜。但是，由于光纤体积较大，因此无法将更多根的光纤放入到真空蒸镀槽中。因此，蒸镀处理的单价与透镜的情况相比较高。关于该点，在本实施方式的光连接器30中，只要代替发送光纤20和接收光纤40的端面而在固体浸没透镜35和36的球面上分别实施防反射膜即可，因此能够以低成本来减小由表面反射引起的光损失。
(第三实施方式)
像第一实施方式中说明的那样，在光插座50中，为了使入射到受光元件52的光线的最大入射角不会过大，需要使接收光纤40的芯直径Φ2和NA2的组合处于图6的可使用区域内。因此，在第一实施方式中，例如将接收光纤40的芯直径Φ2设为150μm，将NA2设为0.2。
第三实施方式的光信号传送系统构成为在第一实施方式的结构中使接收光纤40与第一实施方式的情况相比较粗，例如芯直径Φ2为200μm、NA2为0.2。与此相伴，光插座50的结构也不同。以下，对与第一实施方式不同点进行说明。
若增大接收光纤40的芯直径Φ2，则光连接器30像第二实施方式中说明那样对于光轴倾斜误差，耐性进一步增加，但作为接收光纤40，偏离图6的可使用区域。因此，在光插座50中入射到受光元件52的信号光的最大入射角变大。具体而言，为了将接收光纤40的芯直径200μm缩小成像于受光元件52的受光直径50μm，缩小倍率为1/4，会聚透镜54的NA为0.8(＝接收光纤40的NA2(0.2)×4)。
但是，像这样较大的NA的会聚透镜不常见，并且，透镜制造和组装要求高精度。并且，在该情况下，入射到受光元件52的信号光的最大入射角为53°(＝sin-10.8)，即使在受光面52a上实施防反射膜，广角的防反射也不充分，从而产生返回光。
例如，在受光元件52的受光面52a由作为常见的半导体的硅(Si：折射率3.6)构成的情况下，如图17中的虚线所示，相对于入射角的平均反射率大致是30％。并且，即使在该受光面52a上以光路长λ/4的厚度实施由MgO(折射率1.7)构成的单层的防反射膜，如图17中的实线所示，观察到在入射角40°以上时反射率上升，在入射角为53°时为5％左右的反射率。另外，图17示出了λ为850nm的情况下的反射率特性。
根据这样的情况，作为第一实施方式的光插座50的设计方针，将入射到受光元件52的信号光的NApd限制在0.65以下比较妥当。这是因为反射率开始上升的入射角40°相当于NApd为0.64(＝sin40°)。
在本实施方式中，在光插座50中改善了由于增大接收光纤的芯直径而产生的上述的课题。
图18是示出本实施方式的光插座50的光学系统的结构的图。图18所示的光插座50除了具有构成透镜51的准直透镜53和会聚透镜54之外，还具有与受光元件52结合配置的固体浸没透镜55。受光元件52像图19中主要部分截面所示那样具有层叠在受光面52a上的单层的防反射膜58。防反射膜58例如由TiO2(折射率2.3)以光路长λ/4(λ＝850nm)的厚度构成。
固体浸没透镜55经由粘接剂59而接合在受光面52a上。粘接剂59能够使用相对于使用波长光为透明的并且折射率为例如1.56左右的粘接剂。固体浸没透镜55可以是图4A所示的半球透镜56，也可以是图4B所示的超半球透镜57，但图18例示了超半球透镜的情况。
表7示出了图18所示的光插座50的透镜数据。在表3中，接收侧芯表示接收光纤40的射出端面40ex，受光元件表示受光面52a，折射率是测定波长850nm时的测定值。曲率半径和面间隔的单位为mm。并且，在图20中示出了表7的面编号。
【表7】
面 曲率半径 面间隔 玻璃材料 折射率
接收侧芯 ∞ 6.5264 1
面1 ∞ 2.5 N-SF5_G 1.65669
面2ASP -5.2766 1 1
面3ASP 2.8828 3.64 ECO 550 1.59326
面4 -19.136 1.1295 1
面5 0.5 0.8321 N-BK7_G 1.50984
受光元件 ∞ 0
在表7中，面2和面3的非球面形状(ASP)由上式(7)表示。在表8中示出了基于式子(7)的面2的各非球面系数，在表9中示出了面3的各非球面系数。
【表8】
非球面系数 面2
R -5.2766
k -0.5931
A4 0
A6 -1.4237E-06
A8 6.0500E-07
A10 -3.9471E-08
A12 0
【表9】
非球面系数 面3
R 2.8828
k -1.0033
A4 2.1824E-03
A6 2.3731E-05
A8 -4.5110E-06
A10 0
A12 0
图21是示出图18所示的光插座50的主要部分的结构的剖视图。图21所示的光插座50的受光元件52的结构与图11所示的光插座50不同。以下，对不同的点进行说明。即，受光元件52是面安装基板类型的结构，例如经由凸块71倒装片式安装在柔性基板70上。受光元件52经由柔性基板70安装于受光元件支架60的一端部，以使得在固体浸没透镜55经由防反射膜58和粘接剂59而接合在受光面52a上的状态下该固体浸没透镜55位于受光元件支架60内。
根据本实施方式的光插座50，若将材质的折射率设为n，则超半球的固体浸没透镜55具有将会聚透镜54的NA放大到n2倍的作用。在本实施方式中，如表7所示，固体浸没透镜55的玻璃材料为BK7、折射率为1.509，因此NA的放大率为2.27倍(＝1.5092)。因此，会聚透镜54的NA可以是0.35(＝0.8/2.27)。这样的NA的透镜是常见的，能够由准直透镜53和市售的非球面透镜构成。
并且，由于光插座50的成像倍率βrec为0.245，因此能够使从接收光纤40的芯直径200μm射出的信号光以49μm(＝200μm×0.245)的光斑直径会聚到受光直径50μm的受光面52a上。该情况下的光插座50的光学系统的轴上透射波像差为rms0.00058λ(其中，λ＝850nm)，像差充分小，光斑的会聚状态良好。
并且，关于入射到受光面52a的信号光的入射角度，由于入射角相应于固体浸没透镜55的材质的折射率而减小，因此在轴上最大为33°(≒sin-1(0.8/1.509))。而且，介于固体浸没透镜55与受光面52a之间的粘接剂59和防反射膜58的薄膜具有固体浸没透镜55的介质的折射率与形成受光面52的介质的折射率之间的中间折射率，因此介质的折射率差较小。因此，再加上入射角减小，如图22所示，防反射膜58上的反射率在0°～33°的整个入射角度的范围内极小，为0.5％以下。其结果为，能够使光插座50中的返回光极少。
而且，在本实施方式中，在光插座50中，通过将固体浸没透镜55与受光元件52结合，尽管信号光以NA为0.8这样的高NA入射到受光元件52，却能够相对于受光元件52的位置变化而减小光斑相对于受光面52a的位移。例如，若将固体浸没透镜55的材质的折射率设为n，则与不存在固体浸没透镜55的情况相比，相对于偏心，光斑的位置偏移量只是1/n2≒1/2。并且，由于会聚透镜54的焦点深度与NA2成反比例，因此与不存在固体浸没透镜55的情况相比，放大到n4≒5倍。因此，由离焦引起的光斑模糊也变少，因此组装光插座50时的光学调节作业变得容易，并且组装后的经时变化的影响也能够变小。
这样能够使用芯直径200μm的较粗的接收光纤40的结果为，在光连接器30中，能够得到图23所示的相对于光轴倾斜误差θ(°)的发送和接收的吞吐量特性。从图23可知，只要光轴倾斜误差在0.8°以内，就能够得到80％以上的吞吐量，能够与第二实施方式的情况相比进一步提高光轴倾斜误差的耐性。
另外，在图18中，作为固体浸没透镜55，例示了超半球透镜，但也可以是半球透镜。并且，固体浸没透镜55不限于玻璃，例如也可以是树脂。在该情况下，也可以不经由粘接剂而是通过灌封等将受光元件52直接埋入到树脂内。这里，固体浸没透镜55由折射率为例如1.45～2的材质构成。因此，为了有效地放大受光元件52的光学扩展量，在将凸的透镜面的曲率半径设为R、将从该凸的透镜面的面顶到受光元件52的受光面52a为止的距离设为D时，使固体浸没透镜55满足0.4＜R/D＜0.9即可。
并且，如图21所示，在受光元件52中将面安装基板类型的结构倒装片式安装在柔性基板70上。因此，在例如将固体浸没透镜55对准地接合到受光元件52的受光面52a上时，由于没有线等障碍物，因此组装作业容易。
根据本实施方式的光信号传送系统，能够使用芯直径较大的接收光纤40，因此在光连接器30中，能够允许接收光纤40的芯与入射到该芯的光斑之间更大的位置偏移。其结果为，能够维持受光元件52的频率响应速度并且稳定地维持光线路，能够提高系统的可靠性。
(第四实施方式)
图24是示出第四实施方式的光信号传送系统的主要部分的结构的图。将图24所示的光信号传送系统应用于内窥镜系统。内窥镜系统91具有：内窥镜92，其导入到被检体内，对被检体的体内进行拍摄而生成被检体内的图像信号；信息处理装置93，其对内窥镜92所拍摄的图像信号实施规定的图像处理并且对内窥镜系统91的各部分进行控制；光源装置94，其生成内窥镜92的照明光；以及显示装置95，其对信息处理装置93的图像处理后的图像信号进行图像显示。
内窥镜92具有：插入部96，其插入到被检体内；操作部97，其为插入部96的基端部侧，由手术人员把持而进行操作；以及挠性的通用缆线98，其从操作部97延伸。在内窥镜92中，在插入部96和通用缆线98的内部延伸地配置有照明光纤、电缆以及发送光纤等。发送光纤与上述实施方式中所说明的发送光纤20同样地构成。
插入部96具有：前端部96a；弯曲自如的弯曲部96b，其由多个弯曲块构成；以及具有挠性的挠性管部96c，其设置于弯曲部96b的基端部侧。在前端部96a中设置有经由照明透镜对被检体内进行照明的照明部、对被检体内进行拍摄的观察部、与处理器具用通道连通的开口部96d以及送气/送水用喷嘴。
在前端部96a的观察部中配置有：摄像元件，其设置于会聚用的光学系统的成像位置，对光学系统所成像的被检体内的像实施光电转换等规定的信号处理；以及发送模块，其具有发光元件，该发光元件将从摄像元件输出的包含图像信息在内的电信号转换成光信号。发送模块使从发光元件射出的信号光入射到上述的发送光纤20的入射端面上。
操作部97具有：弯曲旋钮97a，其使弯曲部96b在上下方向和左右方向上弯曲；处置器具插入部97b，其供活体钳子、激光手术刀等处置器具插入到被检体的体腔内；以及多个开关部97c，其对信息处理装置93、光源装置94、送气装置、送水装置以及输气装置等周边设备进行操作。从处置器具插入部97b插入的处置器具经由设置于内部的处置器具用通道而从插入部96前端的开口部96d露出。
通用缆线98的基端部被分支成第一连接器98a和照明连接器98b。第一连接器98a相对于信息处理装置93的第二连接器98c装卸自如。照明连接器98b相对于光源装置94装卸自如。在第一连接器98a和第二连接器98c中内设有光连接器。光连接器与上述实施方式中说明的光连接器30同样地构成，通过第一连接器98a和第二连接器98c而构成为装卸自如。因此，发送光纤在从内窥镜92的前端部96a到第一连接器98a的范围内在插入部96和通用缆线98的内部延伸配设。
信息处理装置93具有：接收光纤，其对经由内设于第二连接器98c的光连接器而入射的信号光进行传送；以及光插座，其包含受光元件，该受光元件对经由接收光纤传送的信号光进行光电转换，该信息处理装置93对受光元件的输出信号实施规定的图像处理。接收光纤和光插座分别与上述实施方式中说明的接收光纤40和光插座50同样地构成。信息处理装置93根据从内窥镜92的操作部97的开关部97c经由通用缆线98发送来的各种指示信号，对内窥镜系统91的各部分进行控制。
光源装置94使用会聚透镜和发出光的光源等构成。光源装置94根据信息处理装置93的控制而从光源发出光。从光源发出的光经由照明连接器98b和照明光纤从内窥镜92的前端部96a的照明部射出而对被检体内进行照明。
显示装置95由使用液晶或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)的显示器等构成。显示装置95经由影像缆线95a对包含由信息处理装置93实施了规定的图像处理后的图像在内的各种信息进行显示。由此，手术人员通过一边观察显示装置95所显示的图像(体内图像)一边对内窥镜92进行操作，能够判定被检体内的期望的位置的观察和性状。
根据本实施方式的内窥镜系统91，能够得到与上述实施方式相同的效果。尤其是，根据本实施方式，能够减小配设于内窥镜92的插入部96内的发送光纤的芯直径，因此能够实现插入部96的细径化。因此，在将插入部96插入到体腔内的情况下，能够减轻被检人员痛苦。并且，作为接收光纤，能够使用芯直径比发送光纤大的光纤，因此即使构成光连接器的第一连接器98a和第二连接器98c稍微产生了嵌合偏差、或者少许的污垢或垃圾等附着于构成光连接器的光学元件上，也能够使信号光几乎不衰减地传送。因此，能够提高内窥镜系统91的可靠性。
另外，本发明不限于上述实施方式，能够进行许多变形或变更。例如，在第一实施方式中，光连接器30也可以在图7所示的结构中像图25所示那样将相对于使用波长透明的罩玻璃37和38与发送光纤20的射出端面20ex和接收光纤40的入射端面40en接合，而分别对它们的端面进行保护。这样，能够得到与第二实施方式中说明的效果相同的效果。并且，光连接器30也可以从图25所示的结构中省略等光程透镜34，而像图26所示那样构成。
而且，在第二实施方式中，光连接器30也可以在图12所示的结构中使固体浸没透镜35和36分别与发送光纤20的射出端面20ex和接收光纤40的入射端面40en分开，而像图27所示那样将罩玻璃37和38与射出端面20ex和入射端面40en接合，而对分别对它们的端面进行保护。
并且，本发明的光信号传送系统不限于上述实施方式所示的光信号传送系统和内窥镜系统，能够广泛地应用于将各种信号传送给信号处理部的传送系统。同样，本发明的光插座不限于上述实施方式所示的光信号传送系统和内窥镜系统，能够作为各种信号的受光装置而广泛使用。
并且，发送光纤和接收光纤不限于单芯光纤，也可以是多芯光纤。
并且，光连接器也可以通过包含石英或玻璃等无机材料的透镜，而减小由温度和湿度的变化引起的光学特性的变化。
同样，光插座也可以通过包含无机材料的透镜，而减小由温度和湿度的变化引起的光学特性的变化。
并且，用于光连接器的透镜和用于光插座的透镜可以通过包含折射率为1.5以上的透镜而有利于球面像差的减小。
并且，也可以通过满足以下的条件式中的任意一个或多个而使本发明的效果更可靠。
Φ2en/Φ1ex＞2
Φpd/Φ2en＜0.5
NA1ex/NA2en＞1.2
(Φ2en×NA2en)/(Φ1ex×NA1ex)＞1.5
标号说明
10：激光二极管；20：发送光纤；20ex：射出端面；30：光连接器；31：透镜；32、33：平凸透镜；34：等光程透镜；35、36：固体浸没透镜；37、38：罩玻璃；40：接收光纤；40en：入射端面；40ex：射出端面；50：光插座；51：透镜；52：受光元件；52a：受光面；55：固体浸没透镜；56：半球透镜；57：超半球透镜；70：柔性基板。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种光信号传送系统，其具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
在将所述光连接器中的从所述发送光纤射出的所述信号光的NA设为NA1ex、
将所述光连接器中的入射到所述接收光纤的所述信号光的NA设为NA2en时，
满足
NA1ex＞NA2en
Φ1ex×NA1ex＜Φ2en×NA2en，
关于所述光插座，
在将所述接收光纤侧的NA设为NA2ex、
将入射到所述受光元件的所述信号光的NA设为NApd时，
通过所述光插座内的所述透镜而成为
NA2ex＜NApd，
在将所述接收光纤的所述射出端面的芯直径设为Φ2ex时，
所述接收光纤和所述受光元件满足
Φ2ex×NA2ex＜Φpd×NApd。
2.(修改后)一种光信号传送系统，其具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
在将所述光连接器中的从所述发送光纤射出的所述信号光的NA设为NA1ex、
将所述光连接器中的入射到所述接收光纤的所述信号光的NA设为NA2en时，
满足
NA1ex＞NA2en
Φ1ex×NA1ex＜Φ2en×NA2en，
关于所述光插座，
在将所述接收光纤侧的NA设为NA2ex、
将入射到所述受光元件的所述信号光的NA设为NApd时，
通过所述光插座内的所述透镜而成为
NA2ex＜NApd，
在将所述接收光纤的所述射出端面的芯直径设为Φ2ex时，
所述接收光纤和所述受光元件满足
Φ2ex×NA2ex＜Φpd×NApd，
所述光插座还具有与所述受光元件结合的固体浸没透镜。
3.根据权利要求2所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光插座中，在所述固体浸没透镜与所述受光面之间夹有薄膜，该薄膜具有所述固体浸没透镜的介质的折射率与形成所述受光面的介质的折射率之间的中间折射率。
4.根据权利要求2或3所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述固体浸没透镜在所述接收光纤侧具有凸的透镜面，
在将所述凸的透镜面的曲率半径设为R、
将从所述凸的透镜面的面顶到所述受光面为止的距离设为D时，满足
0.4＜R/D＜0.9。
5.(删除)
6.(修改后)根据权利要求1至4中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述接收光纤由阶跃折射率型构成。
7.(修改后)根据权利要求1至4、6中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
在将所述光连接器的成像倍率设为βcon时，满足
1.1＜|βcon|＜3.9。
8.根据权利要求7所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光连接器中作为所述透镜包含多个透镜，该多个透镜中的任意相邻的透镜之间装卸自如地结合。
9.根据权利要求8所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光连接器中作为所述多个透镜包含彼此以凸面相对的方式配置的两个平凸透镜，该两个平凸透镜之间装卸自如地结合。
10.根据权利要求9所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述光连接器的所述两个平凸透镜彼此的凸面具有相等的曲率半径，所述光连接器还具有：超半球透镜，其配置在一个所述平凸透镜与所述发送光纤的所述射出端面之间；以及半球透镜，其配置在另一个所述平凸透镜与所述接收光纤的所述入射端面之间，具有与所述超半球透镜相同的曲率半径。
11.(修改后)根据权利要求1至4、6至10中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
在将所述光插座的成像倍率设为βrec时，满足
0.1＜βrec＜1。
12.一种光插座，其具有：
透镜，其对从光纤射出的光进行会聚；
受光元件，其接受由所述透镜会聚的所述光；以及
固体浸没透镜，其与所述受光元件的受光面结合配置。
13.根据权利要求12所述的光插座，其特征在于，
所述受光元件进行倒装片式安装，
所述固体浸没透镜粘接固定于所述受光元件的所述受光面侧。
14.(追加)根据权利要求12或13所述的光插座，其特征在于，
在所述固体浸没透镜与所述受光面之间夹有薄膜，该薄膜具有所述固体浸没透镜的介质的折射率与形成所述受光面的介质的折射率之间的中间折射率。
15.(追加)根据权利要求14所述的光插座，其特征在于，
所述薄膜是单层的防反射膜。
16.(追加)根据权利要求12至15中的任意一项所述的光插座，其特征在于，
在将入射到所述受光元件的所述信号光的NA设为NApd时，
NApd为0.65以下。
17.(追加)根据权利要求12至16中的任意一项所述的光插座，其特征在于，
所述固体浸没透镜在所述光纤侧具有凸的透镜面，
在将所述凸的透镜面的曲率半径设为R、
将从所述凸的透镜面的面顶到所述受光面为止的距离设为D时，满足
0.4＜R/D＜0.9。

Claims (13)

1.一种光信号传送系统，其具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
在将所述光连接器中的从所述发送光纤射出的所述信号光的NA设为NA1ex、
将所述光连接器中的入射到所述接收光纤的所述信号光的NA设为NA2en时，
满足
NA1ex＞NA2en。
2.一种光信号传送系统，其具有：
发送光纤，其传送信号光，具有射出所述信号光的射出端面；
接收光纤，其具有供从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光入射的入射端面和射出所述信号光的射出端面，传送所述信号光；
光连接器，其配置在所述发送光纤与所述接收光纤之间，具有将从所述发送光纤的所述射出端面射出的所述信号光引导到所述接收光纤的所述入射端面的透镜；以及
光插座，其具有受光元件和透镜，其中，该受光元件具有供经由所述接收光纤传送的所述信号光入射的受光面，对所入射的所述信号光进行光电转换，该透镜将经由所述接收光纤传送的所述信号光引导到所述受光面，
其特征在于，
在将所述发送光纤的所述射出端面上的芯直径设为Φ1ex、
将所述接收光纤的所述入射端面上的芯直径设为Φ2en、
将所述受光元件的所述受光面的直径设为Φpd时，
满足
Φ1ex＜Φ2en
Φpd＜Φ2en，
所述光插座还具有与所述受光元件结合的固体浸没透镜。
3.根据权利要求2所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光插座中，在所述固体浸没透镜与所述受光面之间夹有薄膜，该薄膜具有所述固体浸没透镜的介质的折射率与形成所述受光面的介质的折射率之间的中间折射率。
4.根据权利要求2或3所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述固体浸没透镜在所述接收光纤侧具有凸的透镜面，
在将所述凸的透镜面的曲率半径设为R、
将从所述凸的透镜面的面顶到所述受光面为止的距离设为D时，满足
0.4＜R/D＜0.9。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
在将所述光连接器中的所述发送光纤侧的NA设为NA1ex、
将所述光连接器中的入射到所述接收光纤的所述信号光的NA设为NA2en时，
所述发送光纤和所述接收光纤满足
Φ1ex×NA1ex＜Φ2en×NA2en，
关于所述光插座，
在将所述接收光纤侧的NA设为NA2ex、
将入射到所述受光元件的所述信号光的NA设为NApd时，
通过所述光插座内的所述透镜而成为
NA2ex＜NApd，
在将所述接收光纤的所述射出端面的芯直径设为Φ2ex时，
所述接收光纤和所述受光元件满足
Φ2ex×NA2ex＜Φpd×NApd。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述接收光纤由阶跃折射率型构成。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
在将所述光连接器的成像倍率设为βcon时，满足
1.1＜|βcon|＜3.9。
8.根据权利要求7所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光连接器中作为所述透镜包含多个透镜，该多个透镜中的任意相邻的透镜之间装卸自如地结合。
9.根据权利要求8所述的光信号传送系统，其特征在于，
在所述光连接器中作为所述多个透镜包含彼此以凸面相对的方式配置的两个平凸透镜，该两个平凸透镜之间装卸自如地结合。
10.根据权利要求9所述的光信号传送系统，其特征在于，
所述光连接器的所述两个平凸透镜彼此的凸面具有相等的曲率半径，所述光连接器还具有：超半球透镜，其配置在一个所述平凸透镜与所述发送光纤的所述射出端面之间；以及半球透镜，其配置在另一个所述平凸透镜与所述接收光纤的所述入射端面之间，具有与所述超半球透镜相同的曲率半径。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的光信号传送系统，其特征在于，
在将所述光插座的成像倍率设为βrec时，满足
0.1＜βrec＜1。
12.一种光插座，其具有：
透镜，其对从光纤射出的光进行会聚；
受光元件，其接受由所述透镜会聚的所述光；以及
固体浸没透镜，其与所述受光元件的受光面结合配置。
13.根据权利要求12所述的光插座，其特征在于，
所述受光元件进行倒装片式安装，
所述固体浸没透镜粘接固定于所述受光元件的所述受光面侧。
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