JP2000147324A - 光ファイバ接続器とこれを用いた光送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、発光素子からの出射光の安全性を
確保しながら、光ファイバの伝送効率を向上させるよう
にした、光ファイバ接続器及びこれを用いた光送受信装
置を提供すること。 【解決手段】 発光素子２１を有する発光部と光ファイ
バとを接続するための光ファイバ接続器であって、この
光ファイバ接続器には、上記発光素子２１からの出射光
の発散角を補正するための移動可能な発散角補正部２
２、２５が備わっていることを特徴とする光ファイバ接
続器１２。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子を有する
発光部と光ファイバとを接続するための光ファイバ接続
器及びこれを利用した光送受信装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばデジタル信号等の伝送等の
分野において、特に光通信に関しては、シリカ系の単一
モード光ファイバが、高速且つ大容量通信に適した光伝
送線として、幹線通信網等に使用されてきた。そして、
近年では、プラスチック系光ファイバ等の多モード光フ
ァイバが開発され、数１０ｍ程度の距離で、１００Ｍｂ
／秒程度の伝送速度で信号を伝送するような、比較的短
距離におけるデジタル通信への応用が行なわれている。

【０００３】このような多モード光ファイバでは、直径
が比較的太いことから、発光素子及び受光素子との結
合、あるいは光ファイバ同士の接続を比較的容易に行な
うことができるので、民生用デジタル機器間の通信媒体
として利用することが実用化されつつある。ここで、例
えば光送受信装置である光ファイバネットワークにおけ
る民生用デジタル機器間の光通信においては、映像や音
声等の大量のデジタル信号を数１０ｍの距離で送受信す
る必要があり、多モードプラスチック光ファイバにおけ
る伝送帯域性能の上限近くで使用することが望ましい。
これに対して、多モード光ファイバにおいては、モード
分散と呼ばれる伝送光の群遅延現象があり、これによっ
て信号波形が歪んでしまうことにより、伝送帯域周波数
特性の低下の原因になっている。このため、モード分散
を小さくして、帯域周波数特性を向上させるためには、
光ファイバに対する信号光の入射角度を小さくして、平
行光に近づけることにより、光ファイバ内に発生する伝
送モードの数を減少させる方法が有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、実際に
光ファイバに対する入射光を平行光にする場合、光送信
器から出射する信号光をほぼ平行光にして、接続すべき
光ファイバの端部である端面に入射させることになる
が、この場合、光ファイバの接続前には、発光素子を有
する光送信器から直接に外部に向かって平行光が出射す
ることになる。このため、光送信器からの平行光が、例
えば使用者等の周囲の人間の眼球に直接に入射した場
合、視覚機能に影響を与えることになり、安全性が低下
してしまう。このため、従来は、周囲の人間の眼球保護
のため、光送信器からの信号光の発散角を２０度以上に
設定して、安全性を確保するようにしている。従って、
光ファイバの端面に対して斜めに入射する信号光の影響
によって、モード分散が増大することになり、例えば長
さ５０ｍのプラスチック光ファイバを使用した場合で
も、約２４０ＭＨｚ程度の伝送帯域周波数が上限にな
り、光通信性能が制限されてしまい、伝送効率が低くな
ってしまうという問題があった。

【０００５】本発明は、以上の点に鑑み、発光素子から
の出射光の安全性を確保しながら、光ファイバの伝送効
率を向上させるようにした、光ファイバ接続器及びこれ
を用いた光送受信装置を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、発光素子を有する発光部と光ファイバとを接続す
るための光ファイバ接続器であって、この光ファイバ接
続器には、上記発光素子からの出射光の発散角を補正す
るための移動可能な発散角補正部が備わっていることを
特徴とする光ファイバ接続器により、達成される。

【０００７】また、上記目的は、本発明によれば、発光
素子を有する発光部と光ファイバとを接続するための光
ファイバ接続器を用いた光送受信装置であって、この光
ファイバ接続器には、上記発光素子からの出射光の発散
角を補正するための発散角補正部が備わっていることを
特徴とする光送受信装置により、達成される。

【０００８】上記構成によれば、上記光ファイバ接続器
には、上記発光素子からの出射光の発散角を補正するた
めの移動可能な発散角補正部が備わっているため、光フ
ァイバが上記光ファイバ接続器に接続されている場合
は、この発散角補正部が一方の方向に移動して、上記発
光素子から出射される光を平行光として光ファイバに入
射させることになる。また、上記光ファイバが上記光フ
ァイバ接続器に接続されていない場合は、上記発散角補
正部が他方の方向に移動して、上記発光素子から出射し
た光が発散光として、この光ファイバ接続器の外部に向
かって発散されることになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図１乃至図６を参照しながら、詳細に説明する。尚、
以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例である
から、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもの
ではない。

【００１０】図１は、本発明の実施の形態に係る光ファ
イバ接続器を適用することができる対象として、例えば
所謂コネクティッドホーム（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｈｏ
ｍｅ）と呼ばれる家庭をネットワークで世界の情報提供
者と接続する光送受信装置である光ファイバネットワー
クの構成例を示している。家２００の中には、各種電気
機器や、情報機器等が配置されている。家２００は、外
部のコンテンツ提供者２０１から、アクセスネットワー
ク２０２を介して、ホームサーバ２０３に情報の提供を
行なったり、ホームサーバ２０３側からアクセスネット
ワーク２０２を介してコンテンツ提供者２０１側に情報
を送ることができるようになっている。また、家２００
にはアンテナ２０４が設けられており、このアンテナ２
０４からは、コンテンツ提供者２０１からの情報が人工
衛星２０５を介して送ることができるようになってい
る。この情報の提供の仕方は、人工衛星２０５を使った
衛星回線の他に、地上波を用いた方式を採用することも
できる。

【００１１】図１の家２００の中には、上述した機器の
制御系２１０と、マルチメディア系２２０が設けられて
いる。制御系２１０は、一般家庭で用いる機器、例えば
電灯２１０Ａ，冷蔵庫２１０Ｂ，電子レンジ２１０Ｃ，
エアコンディショナー２１０Ｄ，電気カーペット２１０
Ｅ，ガス給湯器２１０Ｆ，在宅医療用機器２１０Ｇ等を
コントロールするための信号経路を形成している。これ
に対して、マルチメディア系２２０は、マルチメディア
時代に対応する機器、例えばコンピュータ２２０Ａ，電
話機２２０Ｂ，オーディオ機器２２０Ｃ，携帯型情報機
器２２０Ｄ，デジタルスチルカメラ２２０Ｅ，プリンタ
・ファクシミリ２２０Ｆ，デジタルビデオカメラ２２０
Ｇ，ゲーム機２２０Ｈ，ＤＶＤ（デジタルバーサタイル
ディスクあるいはデジタルビデオディスク：商標）プレ
イヤー２２０Ｉ，テレビジョン受像機２２０Ｊ等をコン
トロールするための信号経路を形成している。これらの
制御系２１０やマルチメディア系２２０の各種機器は、
ホームサーバ２０３に対して後述する光ファイバを用い
て順次にリング状に接続され、一芯単方向光通信方式で
光信号を送受信することで、制御系２１０の各機器のオ
ンオフ制御や各種機器への情報の供給を行なったり、マ
ルチメディア系２２０のテレビジョン受像機２２０Ｊの
スイッチのオンオフ，情報の供給や発送等の操作を行な
うことができるようになっている。

【００１２】図２は、図１に示す制御系２１０あるいは
マルチメディア系２２０の各種機器間及び各種機器とホ
ームサーバ２０３を接続するための光送受信装置の構成
を示している。図２において、光送受信装置である光通
信装置１０は、所謂一芯単方向光通信方式で光伝送を行
なうものであり、一方の機器Ｍ１から他方の機器Ｍ２へ
光ファイバ１１を介して光伝送を行なうようになってい
る。光通信装置１０は、一方の機器Ｍ１に接続された光
送信器１２と、他方の機器Ｍ２に接続された光受信器１
３と、光送信器１２と光受信器１３とを光学的に接続す
る光ファイバ１１と、から構成されている。

【００１３】ここで、上記光受信器１３は、公知の如
く、光ファイバ１１を介して伝送される光信号を受光し
て電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子か
らの出力信号を増幅する増幅回路と、から構成されてお
り、上記光信号に対応した電気信号を出力するようにな
っている。尚、機器Ｍ１，Ｍ２は、図１に示す制御系２
１０の各機器やマルチメディア系２２０の各機器そして
ホームサーバ２０３等のことである。

【００１４】ここで、上記光通信装置１０における光送
信器１２は、より詳細には、図３に示すように構成され
ている。図３において、光ファイバ接続器である例えば
光送信器１２は、例えば機器Ｍ１の出力信号に基づくデ
ジタル信号により駆動回路（図示せず）により発光され
る発光素子２１と、発光素子２１からの出射光の光軸上
に配設された光学系２２ａ、２２ｂと、この光軸上にて
光ファイバの一端を位置決めする位置決め部２３と、か
ら構成されている。

【００１５】上記発光素子２１は、例えば波長約６５０
ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
例えば縦方向放射角度が約１０度で、横方向の放射角度
が約３０度であり、長楕円型のレーザ光を出射するよう
になっている。

【００１６】上記光学系２２ａ、２２ｂは、図示の場
合、二つのレンズ、即ち発光素子２１側の固定光学系で
ある凹型シリンドリカルレンズ２２ａと、光ファイバ側
の移動光学系である凸レンズ２２ｂと、から構成されて
いる。この固定光学系である凹型シリンドリカルレンズ
２２ａは、固定枠２４により固定配置されていると共
に、発光素子２１からの出射光の発散角を、放射角度が
縦横共３０度となるように補正する。

【００１７】上記移動光学系である凸レンズ２２ｂは、
対物レンズであって、可動枠２５により光軸方向に移動
可能に支持されていると共に、バネ２６により図３に示
す不使用状態の位置に付勢されている。また、これら凸
レンズ２２ｂと可動枠２５等によって発散角補正部か形
成している。さらに、この凸レンズ２２ｂは、上記位置
決め部２３に対して光ファイバ１１の一端が接続された
とき、光ファイバ１１の一端の端面により、バネ２６の
張力に抗して、上記可動枠２５が押動されて発光素子２
１側に移動されることになる。これにより、この可動枠
２５は、固定枠２４に当接し、図４に示す使用位置に移
動させられることになる。なお、上記光ファイバ１１
は、例えば一般的なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレー
ト）系ＳＩ（Ｓｔｅｐ Ｉｎｄｅｘ）型ＰＯＦが使用さ
れており、導光部の直径は、例えば約１ｍｍに選定され
ている。

【００１８】本発明の実施の形態による光通信装置１０
は、以上のように構成されており、先づ光ファイバが接
続されていない状態においては、図３に示すように、バ
ネ２６の張力により、凸レンズ２２ｂは不使用位置に位
置している。この不使用位置において、凸レンズ２２ｂ
は、凹型シリンドリカルレンズ２２ａから十分に離反さ
せられている。これにより、発光素子２１からの光は、
凹型シリンドリカルレンズ２２ａにより縦方向に発散さ
れることにより、例えば縦横共に約３０度の発散角とな
るように補正されるが、凹型シリンドリカルレンズ２２
ａを透過した光は、その極一部のみが凸レンズ２２ｂに
入射することになる。従って、凸レンズ２２ｂを通っ
て、外部に出射する光は、凸レンズ２２ｂが凹型シリン
ドリカルレンズ２２ａから十分に離反していることか
ら、凸レンズ２２ｂにより平行光には変換されず、また
その強度は非常に低くなる。したがって、例えば周囲の
人間の眼球に入射したとしても、視覚機能等に影響を与
えるようなことはない。かくして、使用者等の周囲の人
間の眼球の安全性が十分に確保され得ることになる。

【００１９】ここで、例えば、発光素子２１の発光強度
を毎秒１ｍＷ、凸レンズ２２ｂの有効直径を１．６ｍ
ｍ、凸レンズ２２ｂの不使用位置を凹型シリンドリカル
レンズ２２ａから８ｍｍの距離とした場合、外部に出射
される光の強度は、毎秒０．１ｍＷ以下であり、凸レン
ズ２２ｂの有効直径から換算すると、１平方ｃｍあたり
毎秒０．５μＷとなるので、これは、人間の眼球に直接
に入射したとしても、視覚機能等に影響を与えない程度
の安全な光強度である。

【００２０】次に、光送信器１２の位置決め部２３に対
して光ファイバ１１の一端を接続する場合、光ファイバ
１１の一端が、光送信器１２の位置決め部２３内に押し
込まれると、光ファイバ１１の一端が、バネ２６の張力
に抗して、可動枠２５を光軸方向に沿って移動させられ
る。そして、この可動枠２５が固定枠２４に当接した使
用位置（図４参照）で停止する。この使用位置におい
て、発光素子２１から出射した信号光は、凹型シリンド
リカルレンズ２２ａにより、縦横の発散角が共に約３０
度に補正された後、凸レンズ２２ｂに入射する。その
際、凹型シリンドリカルレンズ２２ａを透過した光がほ
ぼ全量凸レンズ２２ｂに入射することになり、凸レンズ
２２ｂによりほぼ平行光に変換されて、光ファイバ１１
の一端の端面に対してほぼ垂直に入射することになる。
従って、光ファイバ１１が接続された状態においては、
光送信器１２からは、信号光がほぼ平行光として出射さ
れ、光ファイバ１１の端面に入射することになるので、
入射角がほぼゼロとなる。したがって、光ファイバ１１
内での伝送モードの数が減少し、モード分散が小さくな
るので、信号波形の歪みが低減され得ることになり、伝
送帯域周波数特性が向上する。

【００２１】ここで、例えば発光素子２１を約１ｍＷの
発光強度で発光させると、光ファイバ１１には、約０．
６５ｍＷの強度で信号光が入射し、光ファイバ１１から
光受信器１３（図２参照）までの距離を約５０ｍとし
て、単パルス応答法で伝送帯域周波数特性を測定したと
ころ、上限は約４２０ＭＨｚとなる。

【００２２】このようにして、本発明の実施の形態の光
送信器１２によれば、人間の眼球に対する安全性を保持
しながら、大幅に光通信性能を向上させることが可能で
ある。

【００２３】図５及び図６は、本発明の光ファイバ接続
器の第２の実施形態にかかる光送信機を示している。図
５において、光ファイバ接続器である例えば光送信器３
０は、図３及び図４に示した光送信器１２とほぼ同様の
構成であるが、以下の点で異なる構成になっている。す
なわち、光送信器３０においては、その光学系３１ａ、
３１ｂが、固定光学系である固定枠２４に取り付けられ
た凸レンズ３１ａと、移動光学系である可動枠２５に取
り付けられた凹レンズ３１ｂとから構成されている。ま
た、これら凹レンズ３１ｂと可動枠２５等により発散角
補正部が形成されている。ここで、凸レンズ３１ａ及び
凹レンズ３１ｂは、図６に示す使用位置にて、発光素子
２１から出射される信号光の縦横の発散角を補正すると
共に、凹レンズ３１ｂを出射した光がほぼ平行光になる
ように、曲率半径，屈折率等の光学定数が選定されてい
る。

【００２４】このような構成の光送信器３０によれば、
先づ光ファイバが接続されていない状態においては、図
５に示すように、バネ２６の張力により、凹レンズ３１
ｂは不使用位置に位置しており、凹レンズ３１ｂは、凸
レンズ３１ａから十分に離反している。これにより、発
光素子２１からの光は、凸レンズ３１ａにより集束され
た後、発散することになり、凹レンズ３１ｂにより、さ
らに発散されることになる。従って、凹レンズ３１ｂを
通って、外部に出射する光は、広く発散することによ
り、強度は非常に低くなる。従って、例えば使用者等の
周囲の人間の眼球に入射したとしても、視覚機能等に影
響を与えるようなことはない。かくして、使用者等の周
囲の人間の眼球の安全性が十分に確保され得ることにな
る。

【００２５】次に、光送信器３０の接続部２３に対して
光ファイバ１１の一端を接続する場合、光ファイバ１１
の一端が、光送信器３０の接続部２３内に押し込まれる
と、光ファイバ１１の一端が、バネ２６の張力に抗し
て、可動枠２５を光軸方向に沿って移動させ、可動枠２
５が固定枠２４に当接した使用位置（図６参照）で停止
する。この使用位置において、発光素子２１から出射し
た信号光は、凸レンズ３１ａにより集束され、続いて凹
レンズ３１ｂに入射する。その際、凸レンズ３１ａを透
過した光がほぼ全量凹レンズ３１ｂに入射すると共に、
凹レンズ３１ｂによりほぼ平行光に変換されて、光ファ
イバ１１の一端の端面に対してほぼ垂直に入射すること
になる。従って、光ファイバ１１が接続された状態にお
いては、光送信器３０からは、信号光がほぼ平行光とし
て出射され、光ファイバ１１の端面に入射することにな
るので、入射角がほぼゼロとなるので、光ファイバ１１
内での伝送モードの数が減少し、モード分散が小さくな
るので、信号波形の歪みが低減され得ることになり、伝
送帯域周波数特性が向上する。

【００２６】上述の第１及び第２の実施の形態において
は、光ファイバとして、プラスチック系ステップインデ
ックス型光ファイバが使用されているが、これに限ら
ず、例えばフッ化物系光ファイバやシリカ系光ファイバ
を使用する場合であっても、本発明を適用し得ることは
明らかである。また、上記第１及び第２の実施の形態に
おいては、発光素子として、半導体レーザが使用されて
いるが、これに限らず、発光ダイオード等の他の発光素
子を使用してもよいことは明らかである。さらに、上記
第１及び第２の実施の形態においては、家庭内光ファイ
バネットワークに使用される光通信装置１０について説
明したが、これに限らず、所謂ＳＯＨＯ等における光フ
ァイバネットワークや企業内や地域内等の光ファイバネ
ットワークに対しても本発明を適用することも可能であ
る。

【００２７】また、上記第１の実施の形態において、光
送信器１２の光学系は、凹部シリンドリカルレンズ２２
ａ及び凸部シリンドリカルレンズ２２ｂから構成されて
いるが、凹部シリンドリカルレンズ２２ａは、省略され
てもよい。この場合、凸部シリンドリカルレンズ２２ｂ
は、発光素子２１からの発散光をほぼ平行に変換するよ
うに、曲率半径、屈折率等の光学定数が設定される。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、発
光素子からの出射光の安全性を確保しながら、光ファイ
バの伝送効率を向上させるようにした、光ファイバ接続
器及びこれを用いた光送受信装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光送信器を使用した光通信装置を
備えた制御系及びマルチメディア系から成る光ファイバ
ネットワークの構成例を示す概略図である。

【図２】図１の光ファイバネットワークにおける各機器
間を接続するための光通信装置の一実施形態を示す概略
図である。

【図３】図１の光通信装置における光送信器の第１の実
施形態の要部の光ファイバを接続しない状態を示す概略
断面図である。

【図４】図３の光送信器の要部の光ファイバを接続した
状態を示す概略断面図である。

【図５】本発明による光送信器の第２の実施形態の要部
の光ファイバを接続しない状態を示す概略断面図であ
る。

【図６】図５の光送信器の要部の光ファイバを接続した
状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０・・・光通信装置、１１・・・光ファイバ、１２・
・・光送信器、１３・・・光受信器、２１・・・発光素
子、２２・・・光学系、２２ａ・・・凹型シリンドリカ
ルレンズ、２２ｂ・・・凸レンズ、２３・・・位置決め
部、２４・・・固定枠、２５・・・可動枠、２６・・・
バネ、３０・・・光送信器、３１・・・光学系、３１ａ
・・・凸レンズ、３１ｂ・・・凹レンズ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子を有する発光部と光ファイバと
   を接続するための光ファイバ接続器であって、 この光ファイバ接続器には、上記発光素子からの出射光
   の発散角を補正するための移動可能な発散角補正部が備
   わっていることを特徴とする光ファイバ接続器。
2. 【請求項２】 上記移動可能な発散角補正部が、移動光
   学系であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイ
   バ接続器。
3. 【請求項３】 上記発光素子からの出射光の光軸上に光
   ファイバの端部を位置決めするための位置決め部を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続
   器。
4. 【請求項４】 上記発光部の発光素子の近傍には、固定
   された固定光学系が備えられていることを特徴とする請
   求項１に記載の光ファイバ接続器。
5. 【請求項５】 発光素子を有する発光部と光ファイバと
   を接続するための光ファイバ接続器を用いた光送受信装
   置であって、 この光ファイバ接続器には、上記発光素子からの出射光
   の発散角を補正するための発散角補正部が備わっている
   ことを特徴とする光送受信装置。