JP2001350037A - レンズ部付プラスチック光ファイバ、光ファイバ結合器、その接続構造、及び接続方法 - Google Patents

レンズ部付プラスチック光ファイバ、光ファイバ結合器、その接続構造、及び接続方法

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plastic optical
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lens
face
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彩 今田
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肇 坂田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】端面からの突出が少ない形状で集光効果等の光
線制御効果の高いレンズ部が端部に作製されたレンズ部
付プラスチック光ファイバである。 【解決手段】レンズ部付プラスチック光ファイバ1は、
端面に凹構造2を有する。凹構造2にプラスチック光ファ
イバ1と異なる屈折率を有する屈折率整合材が充填され
て、集光作用等の光線制御作用を持つレンズ部が形成さ
れている。端面の周辺部に平面部分が存在する凹構造2
付きプラスチック光ファイバをそのまま用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、端面に作製される
球面状等の凹構造に光透過部と異なる(典型的には、光
透過部よりも高い)屈折率を有する屈折率整合材、充填
材ないし媒質（空気なども含む）を充填することによる
集光効果等を有するレンズ部付プラスチック光ファイ
バ、それを用いた光ファイバ結合器、それを用いた接続
方法ないし構造、レンズ部付プラスチック光ファイバと
受・発光素子(発光素子或いは受光素子であることを意
味する)を結合して構成した受・発光デバイスなどに関
する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック光ファイバ同士、またはプ
ラスチック光ファイバと受・発光素子との結合効率を高
めることを目的として、プラスチック光ファイバ端部を
凸レンズ化する提案が幾つか成されている。例えば、溶
剤によりプラスチック光ファイバ先端部を球面化する手
法(特開平10-239538号公報)、プラスチック光ファイバ
母材を溶解した有機溶剤中にプラスチック光ファイバ端
部を浸漬し、引き上げた後に乾燥させることにより球面
化する手法(特開平11-326689号公報)、感光性樹脂に光
ファイバを浸漬し、引き上げた後に硬化することにより
球面化する手法(特開平5-107427号公報)、レンズ形成用
型を加熱し押し付けて先端をレンズ形状にする手法(特
開平08-075935号公報)、先端部を加熱して軟化させ表面
張力により球面化する手法(特公昭62-57001号公報)等が
ある。
【0003】また、屈折率分布を有するプラスチック光ファ
イバ端面に凹形状を作製する提案としては、加熱金属体
によるモールド成形方法と、溶剤により溶解する形成方
法(特開平11-242129号公報)が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
れらプラスチック光ファイバの端面に作製されるレンズ
形状はいずれも凸型であり、受・発光素子とのアライメ
ント固定を行う際に平面端面時と比較して扱いにくい。
また、素子と光ファイバ端面を突き当てる様な場合にお
いて、素子の一部に高い圧力が加わり、破壊されるなど
の恐れも有る。
【0005】また、光ファイバを用いた長距離光伝送路の伝
送効率は、2本の光ファイバ同士の接続部分や、光ファ
イバと発光素子ないし受光素子との接続部分における接
続損失に大きく影響される。接続損失は、光学軸のずれ
や光ファイバ端面の形状による表面散乱などに起因す
る。この損失を減少させるため、従来より様々な集光レ
ンズを用いた結合方法が提案されている。
【0006】一方、近年では、安価で加工が容易である大口
径プラスチック光ファイバが開発され、中・短距離ネッ
トワークにおいて利用されている。これらローカルネッ
トワークと幹線系ネットワークの接続を行なう際には、
大口径光ファイバと石英系光ファイバといった開口数な
いしコア径の異なる素子からの伝搬光の結合を行なう必
要がある。開口数は、光ファイバの周りの媒質、コア、
クラッドの屈折率に係わるものであるのに対して、コア
径はコアの物理的寸法であって、次元が異なる概念であ
るが、これらのうちの一方でも異なる光ファイバ間の結
合が問題になる。
【0007】このような接続部において高い接続効率を得る
方法として、従来より、図11のような構造が提案されて
いる。図11(a)は、球レンズやロッドレンズ等の集光レ
ンズ103を用いた開口数変換構造であり(特開昭60-61707
号公報、特開平5-34545号公報)、図11(b)は、光ファイ
バ端面を球状に加工し、レンズと一体化した先球ファイ
バ114を用いた開口数変換構造である。各図に、光線105
の代表的進路が示されている。また逆に、開口数の小さ
な光ファイバ側の端面に凹レンズなどの素子を取り付け
る手法も提案されている(特開平11-264918号公報)。
【0008】しかしながら、3素子以上から成る図11(a)の構
造は、各素子102、103の軸ずれ・光学軸の傾斜の問題が
あり、光ファイバ102端面同士の間隔のアライメントも
困難であり、特にレンズ103の固定は難しく、設置後の
外部からの衝撃による耐性が小さい。また、図11(b)
は、集光レンズと一体化した先球ファイバ114であり、2
素子102、114に減るため光学系のずれの危険性は減る
が、光ファイバ端面の形状が球形であるために、端面を
スペーサに突き当てて固定するといった方法が困難にな
る。
【0009】本発明は、このような問題点を改善するために
成されたものであり、その目的は、端面がほぼ平面若し
くはその曲率半径が大きく、プラスチック光ファイバ端
面からの突出が少ない形状で集光効果等の光線制御効果
の高いレンズ部がプラスチック光ファイバ端部に作製さ
れたレンズ部付プラスチック光ファイバ、その簡易な加
工法、これを用いる受・発光素子や光ファイバとの接続
方法等を提供することにある。
【0010】また、本発明は、上記の如き集光効果を持つ凹
構造付きプラスチック光ファイバ（典型的には、集光効
果を持ちながらにして端面に平面部分が存在する凹構造
付きプラスチック光ファイバ）を利用することで、2素
子光学系で且つアライメントが容易な光ファイバ結合
器、そうした光ファイバの接続構造を提供することを目
的とする。
【0011】本発明におけるプラスチック光ファイバとは、
コアとクラッドから成る心線部がポリマーである光ファ
イバ素線、ないしはコア部のみがポリマーである光ファ
イバ素線を指す。心線周囲が、保護層やポリマージャケ
ットで被覆されていてもよい。また、心線部がスナップ
インデックス(SI)型(屈折率段階型)光ファイバでもクレ
ーデッドインデックス(GI)型(屈折率分布型)光ファイバ
でもよい。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のレンズ部付プラスチック光ファイバは、端面に凹構
造を有するプラスチック光ファイバにおいて、前記凹構
造にプラスチック光ファイバと異なる屈折率を有する屈
折率整合材が充填されて集光作用等の光線制御作用を持
つレンズ部が形成されていることを特徴とする。また、
端面に光線制御作用を持つレンズ部として働く凹構造を
有するプラスチック光ファイバにおいて、前記凹構造の
周りに平面部が形成されていることを特徴とする。後者
の光ファイバの凹構造には、典型的には、前記プラスチ
ック光ファイバと異なる屈折率を有する屈折率整合材、
空気、窒素ガスなどの媒質が充填される。
【0013】上記レンズ部付プラスチック光ファイバは、典
型的には、プラスチック特有の加工容易性を利用して次
のように作製される。剃刀等により平面状に切断した端
面に、表面の平滑な熱した凸球面等の鋳型を押し付け
る。若しくは溶剤により溶解するなどの手法によりプラ
スチック光ファイバ端面に凹球面等のレンズを作製す
る。凸球面等の鋳型の径は、プラスチック光ファイバの
光透過部径と同程度かそれ以上が好ましい。前記凹構造
の周りに平面部が形成される様にしてもよい。この球面
状等の凹構造には、プラスチック光ファイバと異なる
(典型的には、これよりも高い屈折率を有する)屈折率整
合材を充填し得る。整合材としては、透明性が優れ硬化
時の発泡が少ない樹脂性接着剤などの硬化性接着剤、な
いし非硬化性透明樹脂を用いることが好ましい。熱硬化
性の樹脂性接着剤においては、プラスチック光ファイバ
の軟化が起こらない低温硬化性接着剤が良く、ポリメチ
ルメタアクリレート系プラスチック光ファイバでは60℃
以下、フッ素系プラスチック光ファイバでは100℃以下
の硬化温度が好ましい。
【0014】球面状等の凹構造に前記屈折率整合材などの媒
質を充填することにより、プラスチック光ファイバと屈
折率整合材の界面において屈折による集光効果等を得る
ことが出来る。また、屈折率整合材の表面を表面張力を
利用し球面化することにより、更に外部と屈折率整合材
の界面においても屈折による集光効率等を得ることが出
来る。この結果、プラスチック光ファイバ端面を凸球面
レンズとする手法に比べ、平面若しくは曲率半径の大き
な凸形状端面でありながら同程度の集光効果等が実現で
き、受・発光素子や光ファイバ同士の接続や光ファイバ
のアライメント固定が容易になる。
【0015】上記基本構成に基づいて、以下の様な、より具
体的な形態が可能である。前記凹構造はプラスチック光
ファイバの心線軸を中心とする球面状等の回転体状凹構
造である。用途に応じて、非球面などの凹構造を採用し
てもよい。
【0016】前記屈折率整合材は、典型的には、プラスチッ
ク光ファイバよりも高い屈折率を有する屈折率整合材で
あり、前記レンズ部は集光レンズ部として形成される。
【0017】前記屈折率整合材は硬化性或いは非硬化性屈折
率整合材である。充填後の前記屈折率整合材の外端面形
状は、ほぼ平面であったり、ほぼ球面であったりする。
【0018】また、上記目的を達成する本発明のレンズ部付
プラスチック光ファイバの接続構造ないし接続方法は、
上記の端面に凹構造を有するプラスチック光ファイバ
と、このプラスチック光ファイバと開口数ないしコア径
の少なくとも一方が異なる光ファイバにおいて、端面を
対向して配置し、光学的に結合することを特徴とする。
【0019】典型的には、前記凹構造を有するプラスチック
光ファイバは、前記他方の光ファイバより開口数ないし
コア径の少なくとも一方が大きい。
【0020】前記凹構造を前記プラスチック光ファイバのコ
ア部材よりも高い屈折率を有する硬化性或いは非硬化性
充填材で充填し、前記2本の光ファイバの端面を対向し
て配置し、集光効果によって高効率に双方向に光学的に
結合したり、前記凹構造及びその周りを前記凹構造を有
するプラスチック光ファイバのコア部材よりも低い屈折
率を有する空気ないし気体で満たし、前記2本の光ファ
イバの端面を対向して配置し、前記他方の光ファイバか
ら前記凹構造を有するプラスチック光ファイバの方向に
光学的に結合したりできる。
【0021】ここで、充填材の表面を表面張力を利用し球面
化することも可能である。この結果、端面の周囲に平面
を有する曲率半径の大きな凸形状端面でありながら、従
来の先球ファイバと同程度の集光効果が実現でき、仲介
のレンズ素子数を減らすことが出来ると共に、端面の周
囲の平面を利用してアライメント固定を容易に出来る。
【0022】また、上記目的を達成する本発明の光ファイバ
結合器は、上記の接続構造と、前記2本の光ファイバを
実装したフェルールと、前記光ファイバ及びフェルール
を内部に装着する割スリーブまたは筒状部材とを備えた
ことを特徴とする。
【0023】ここで、前記2本の光ファイバの非結合側の端
面は、前記割スリーブまたは筒状部材の内部に或いはそ
の端面と同じ面に位置したり、前記割スリーブまたは筒
状部材の端面に非平行或いは凹凸を有したりする。後者
の場合、ここに光ファイバなどの光素子が構造的に位置
調整を行って所定の状態で容易に固定される。
【0024】前記割スリーブまたは筒状部材の端面には、他
の光素子を結合する為のネジ付き筒状部材の様な結合手
段が設けられてもよい。この結合手段を利用して、ここ
に光ファイバなどの光素子が固定される。
【0025】前記2本の光ファイバの非結合側の端面は、前
記割スリーブまたは筒状部材の外部に位置する様にして
もよい。この場合、異種の光ファイバの接続点などにお
いて、接続部を意識せずに両者を簡易に結合できる。
【0026】また、上記目的を達成する本発明のレンズ部付
プラスチック光ファイバの接続方法は、基板上に上記の
レンズ部付プラスチック光ファイバを保持する保持構造
体を作製し、該光ファイバを保持構造体に保持するとき
に光ファイバのレンズ部端面に対向する基板上の部位に
受・発光素子を配置し、光ファイバを受・発光素子に対
してアライメントして保持構造体に固定し、受・発光素
子とレンズ部付プラスチック光ファイバとを光学的に結
合することを特徴とする。
【0027】前記保持構造体が、前記レンズ部付プラスチッ
ク光ファイバの径よりも僅かに大きい径の孔から成り、
該孔の底面に前記受・発光素子を配置し、光ファイバの
該孔内への挿入の程度を調整することで受・発光素子と
光ファイバの端面の間の距離を調整する形態を採りう
る、また、前記保持構造体が、外から見て順に、前記レ
ンズ部付プラスチック光ファイバの径よりも僅かに大き
い径の孔と該光ファイバの径よりも小さい径を持ち所定
の深さに設定された孔が形成された凹部から成り、該凹
部の底面に前記受・発光素子を配置し、該2つの孔の間
を画する段部の表面に光ファイバの端面を突き当てるこ
とで受・発光素子と光ファイバの端面の間の距離を調整
する形態も採りうる。
【0028】前記レンズ部付プラスチック光ファイバの端面
の凹構造に該非硬化性屈折率整合材を滴下した後に光フ
ァイバを前記保持構造体内に挿入して前記受・発光素子
の周りを該非硬化性屈折率整合材で満たす形態も採りう
る。
【0029】また、上記目的を達成する本発明のレンズ部付
プラスチック光ファイバの接続構造は、上記のレンズ部
付プラスチック光ファイバを保持する保持構造体を有す
る基板を備え、該保持構造体に保持された光ファイバの
レンズ部端面に対向した基板上の部位に受・発光素子が
配置され、該光ファイバは該受・発光素子に対してアラ
イメントして保持構造体に固定されて、受・発光素子と
レンズ部付プラスチック光ファイバとが光学的に結合さ
れていることを特徴とする。
【0030】また、上記目的を達成する本発明による2本の
光ファイバの接続方法は、少なくとも一方が上記本発明
のレンズ部付プラスチック光ファイバであり、レンズ部
付プラスチック光ファイバの前記凹構造に屈折率整合材
(合成樹脂製接着剤など)を充填した後に、互いの光ファ
イバの端面が向かい合うように配置して該端面を接着
し、2本の光ファイバを光学的に結合することを特徴と
する。前記2本の光ファイバは共に本発明のレンズ部付
プラスチック光ファイバであってもよいし、一方のみが
本発明のレンズ部付プラスチック光ファイバであっても
よい(この場合、他方は端面の平らなプラスチック光フ
ァイバや石英系光ファイバなどであったりする)。
【0031】また、上記目的を達成する本発明による2本の
光ファイバの接続構造は、少なくとも一方が本発明のレ
ンズ部付プラスチック光ファイバであり、レンズ部付プ
ラスチック光ファイバの前記凹構造に屈折率整合材(合
成樹脂製接着剤など)が充填され、互いの光ファイバの
端面が向かい合うように配置されて該端面が接着され、
2本の光ファイバが光学的に結合されていることを特徴
とする。
【0032】前記2本の光ファイバは、水平方向に移動して
互いの端面が向かい合うように配置して該端面を接着す
るのがよい。前記屈折率整合材は、典型的には、最終的
に硬化される。これが非硬化性屈折率整合材である場合
は、互いの光ファイバの端面を突き合わせた後に光ファ
イバの周りを接着剤で接着する必要がある。
【0033】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ発明の
実施の形態を説明する。
【0034】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態に
よるレンズ部付プラスチック光ファイバの製造方法を説
明する。
【0035】図1に、剃刀等により平面状に切断したファイ
バ端面に表面の平滑な熱した凸球面鋳型を押し付ける手
法、若しくは該端面を溶剤により溶解するなどの手法に
より、端面に球面状凹構造2を作製したプラスチック光
ファイバ1を示す。例として、プラスチック光ファイバ1
の径よりも小さな、しかし光導波部(例えば、SI型プラ
スチック光ファイバではコア部)よりは大きな径を有す
る球面状凹構造2を作製し、その周囲の端面に平面が残
されている構成を図1((a)は斜視図、(b)は横断面図)に
示す。
【0036】この球面状凹構造2にプラスチック光ファイバ1
よりも高い屈折率を有する屈折率整合材3を充填し、硬
化する。この構成を図2に示す。図2(a)は、屈折率整合
材3をプラスチック光ファイバ1の端面と等しい位置まで
充填し、硬化した様子を示す。実際には、屈折率整合材
3の表面張力により図2(b)のように、屈折率整合材3はプ
ラスチック光ファイバ1の端面に対し僅かに後退した表
面を持つ。よって、屈折率整合材3の表面の縁部分には
曲面が生じ集光を妨げる効果を持つが、大部分は平面で
あるため、この影響は少ない(図2(b)の光線の模様を参
照)。
【0037】屈折率整合材3は1.40〜1.70程度の屈折率を有
し、全フッ素化プラスチック光ファイバの屈折率は約1.
35、ポリメチルメタアクリレート光ファイバの屈折率は
約1.49であり、光ファイバ1と屈折率整合材3の界面で集
光効果を得るには充分な屈折率差が得られる。
【0038】用途に応じて、凹構造の周囲の端面に平面が残
されている構成のプラスチック光ファイバを、空気、窒
素ガスなどのプラスチック光ファイバコア部よりも低屈
折率である媒質中でそのまま用いることもできる。
【0039】(第2の実施の形態)図3は、屈折率整合材3をプ
ラスチック光ファイバ1の端面に対し若干高い位置まで
凹構造2に充填し、硬化した第2の実施の形態を示す。屈
折率整合材3の表面張力により、屈折率整合材3と外部界
面において凸レンズが形成され、光ファイバ1と屈折率
整合材3の界面に加えて該凸レンズ面でも集光効果が得
られる。この際、形成可能な凸形状は、選択した屈折率
整合材3の種類により異なる。
【0040】(第3の実施の形態)図4に、本発明によるレンズ
部付プラスチック光ファイバ1と光学素子4(発光素子或
いは受光素子)との接続構造例を示す。
【0041】ここでは、集光レンズ付プラスチック光ファイ
バ1の径よりも僅かに大きい径の孔8を有するアライメン
ト基板5の孔底面に素子4を配置し、集光レンズ付プラス
チック光ファイバ1を孔8に挿入する。図4の例では、素
子4に対して光ファイバ1の端面を適当な位置に設定して
(例えば、素子4面に光ファイバ1の端面を突き当てる)、
接着剤でアライメント基板5に光ファイバ1を固定する。
【0042】プラスチック光ファイバ1の球面状凹構造2と屈
折率整合材3の屈折率とは、素子4のサイズや位置により
調整することが出来る。仮に、光ファイバ1の端面と素
子4との距離を図4の場合よりも長くするような場合は、
アライメント基板5のアライメント孔8を2段(外側から見
て光ファイバ1の径よりも僅かに大きい径の孔と光ファ
イバ1の径よりも小さい径の孔)にし、集光レンズ付プラ
スチック光ファイバ1よりも小さな径を有する1段目の孔
と大きな径を有する2段目の孔の間を画する段部の表面
に光ファイバ1の端面を突き当てることで該距離を調整
すればよい。本実施の形態の構成によれば光ファイバ1
の端面は平面或いは若干凸状になっている程度なので、
従来の凸レンズ形状のプラスチック光ファイバと比較
し、同程度の集光効果を持ちながら、素子4に加わる負
荷を大幅に軽減させることが出来る。
【0043】ここで、屈折率整合材3は非硬化性のものでも
よい。この場合、プラスチック光ファイバ1の球面状凹
構造2に非硬化性屈折率整合材3を滴下した後にアライメ
ント基板5の孔8に挿入し、素子4周辺の隙間を全て屈折
率整合材3で埋め尽くし、熱拡散媒質としての機能を持
たせるととも可能である。
【0044】(第4の実施の形態)図5に、本発明によるレンズ
付プラスチック光ファイバ1同士の接続構造例を示す。
【0045】図5(a)のように、2本のプラスチック光ファイ
バ1に対し、球面状凹構造2が上向きの状態で、合成樹脂
製接着剤6がプラスチック光ファイバ端面から突き出す
よう、該凹構造2に該接着剤6を充分な量充填する。ここ
で使用する合成樹脂製接着剤6は、発泡性でないものが
好ましい。
【0046】次に、充填した合成樹脂製接着剤6が流出しな
いよう、端面が向き合う状態で両プラスチック光ファイ
バ1を突き合わせ、光ないし熱により合成樹脂製接着剤
(硬化前の硬化性樹脂)6の硬化(硬化後の硬化性樹脂を7
で示す)を行う(図5(b)参照)。突き合わせ時には、空気
泡が接着剤6の内部に入らないように細心の注意を払
う。2本のプラスチック光ファイバ1を垂直方向に突き合
わせるよりも、水平方向に移動させ突き合わせた方が、
仮に空気泡が接着剤6の内部に出来ても光ファイバ1の光
透過部の端に移動するため、好ましい。このとき光ファ
イバ1の端面に沿って合成樹脂製接着剤6が広がり、プラ
スチック光ファイバ1の周囲に漏れ出すことがあるが、2
本のプラスチック光ファイバ1の接着強度を高める効果
も有り、光ファイバ端面間距離が過度に大きくならない
限り支障はない。
【0047】従来の光ファイバ同士の接続では、2つの光フ
ァイバの平端面間の中間にレンズを配置していたため、
精密な位置合わせを要した。しかし、本手法によると光
ファイバの光透過部の外形を一致させればよく、また、
全てが一体化されるため時間経過後の接続部の位置ずれ
も少ない。
【0048】(第5の実施の形態)図6に、本発明の第5の実施
の形態の接続構造の3つの例を示す。図6(a)、(b)、(c)
は、クラッド26に包まれたコア27の径の大きなプラスチ
ック光ファイバ21と、それよりコア径の小さな光ファイ
バ22(石英系光ファイバ、ポリマークラッド光ファイバ
など)とを光学的に結合する様子を示す。
【0049】図6(a)は、プラスチック光ファイバ21の凹構造
24のみでなく、その周辺もコア27の部材より高い屈折率
を有する充填材28で充填する例である。光ファイバ22の
端面は、凹構造24と充填材28から成る集光レンズによる
焦点位置付近に配置する（光線25を参照）。コネクタな
どのように筒状部材の内部にこの構造を一体化する場
合、この充填材28は硬化性ではなく非硬化性であっても
構わない。硬化性充填材においては、硬化する際に充填
材28の収縮により僅かに光学軸がずれる恐れがあるが、
反面、それ以降は封止されるため、周囲の環境による光
学系のずれの危険性が少ない。
【0050】図6(b)は、プラスチック光ファイバ21の凹構造
24に予めコア27の部材よりも高い屈折率を有する硬化性
充填材29を充填・硬化し、集光レンズ化した後に、コア
径の小さな光ファイバ22との光学的結合を行なう例であ
る。この場合も、光ファイバ22の端面は、凹構造24と充
填材29から成る集光レンズによる焦点位置付近に配置す
る（光線25を参照）。プラスチック光ファイバ21と光フ
ァイバ22は、適当な支持体ないしコネクタで図示の位置
に相対的に固定される。
【0051】図6(c)は、図6(b)における充填材29の量がプラ
スチック光ファイバ21の端面を越えるように充填材29を
凹構造24に注入し、表面張力により更に凸レンズを作製
した例である。凹構造24の径がプラスチック光ファイバ
21の端面の径よりも小さい場合は、プラスチック光ファ
イバ21の端面の周辺部に平面ができるため、図示のよう
に該平面をスペーサ45に付き当てることができ、光軸方
向のアライメントが容易になる。また、先球ファイバの
みでは光ファイバの端面付近に焦点を形成出来ないほど
開口数に差がある場合、光ファイバ間に更に集光レンズ
を挿入する必要があるが、この例を用いることで焦点距
離が小さく出来るため、素子数を減らせるほか、光学系
サイズも小型化できる。
【0052】(第6の実施の形態)図7に、プラスチック光ファ
イバ21の凹構造24に何も充填しない（すなわち、空気、
窒素ガスなどの気体が充填される）結合構造の例を示
す。
【0053】この接続構造は、プラスチック光ファイバ21の
開口数は凹構造24により大きくなり、平面端面のプラス
チック光ファイバに凹レンズを挿入した場合と同じ効果
を持つ。コア径の小さな光ファイバ22の側からそれの大
きな光ファイバ21の側への結合においては（光線25の矢
印でそれを示す。これに対して、図6の例では両方向に
結合が可能である）、プラスチック光ファイバ21がたと
え平面端面を持つものであっても、端面同士を近接させ
るのみで高効率に結合するが、更にこの凹構造24を付加
すると、光ファイバ22への反射戻り光を減少することが
出来る。ただし、コア径の大きな光ファイバからそれの
小さな光ファイバへ光波を伝搬させる際には、用いるこ
とが出来ない。この例は、凹構造24の周囲の端面に平面
が残されている構成のプラスチック光ファイバの使用例
である。
【0054】(第7の実施の形態)図8(a)、(b)に、開口数変換
器及びコア径変換器としての構成例を2例示す。
【0055】図8に示す結合器は、凹構造付プラスチック光
ファイバ21とそれよりコア径の小さな光ファイバ22と、
プラスチック光ファイバ21のコア部材よりも大きな屈折
率を有し凹構造を満たす充填材28と、2本の光ファイバ
を保持するフェルール41と、フェルール41を内部に一体
化する割スリーブないし筒状部材40から成る。充填材28
は、硬化性でも非硬化性でもよいが、大気と反応して硬
化するものではなく（筒状部材内は密封されるため大気
との反応は起こらないため）、2液混合性（エポキシ
系）や光硬化性樹脂が好ましい。また、硬化時の収縮率
が小さいものほど好ましく、発泡性は好ましくない。使
用する伝搬光波長において透過率が高い樹脂が良い。
【0056】製造法は、図8(a)のようなフェルール41に光フ
ァイバ21、22の端部を固定し、フェルール41を図のよう
な断面形状の割スリーブ40に固定して、これを筒状に合
わせた後に割スリーブ40に空けられた樹脂注入用の穴
（不図示）から、プラスチック光ファイバ21の凹構造に
空気泡が入らないよう硬化性樹脂28を注入する。樹脂28
は、2液混合性であればこのまま放置すればよく、光硬
化性であれば紫外線や可視光線を照射して硬化させる。
硬化用光線は、光ファイバ21または22にて照射してもよ
いし、割スリーブ40に透過材料を用いて照射してもよ
い。
【0057】一体的な筒状部材を用いる場合は、図8(b)に示
すように筒状部材40にスペーサ42を挿入し、凹構造付光
ファイバ21とフェルール41を挿入し、充填材28を充填し
た後、もう一方の光ファイバ22とフェルール41を挿入し
て固定する。フェルール41の外側の環状凹部には環状部
材を嵌め込む。
【0058】図8(a)や図8(b)の構造の外側端面には、適当な
手段を用いて、光ファイバや石英等からなる光導波路、
フォトダイオードや半導体レーザ等の受・発光素子が取
り付けられる。
【0059】(第8の実施の形態)図8(c)に、第8の実施の形態
による結合器での位置合わせ法の例を示す。
【0060】筒状部材40の内部に固定されたフェルール41と
光ファイバ21、22の外側端面を、筒状部材40の端面に平
行な面ではなく斜面や凹凸のある形状にしておき、それ
と鏡映な形状からなるフェルール46を外部から挿入し、
構造的に位置調整を行なって光学結合する。
【0061】フェルール46には、フェルール41と同様に光フ
ァイバや石英等からなる光導波路が固定されている他、
フォトダイオードや半導体レーザ等の受・発光素子が組
み込まれていてもよい。その他の点は図8(b)の例と同じ
である。
【0062】(第9の実施の形態)図9(a)、(b)に、コネクタ付
結合器の例を示す。
【0063】第7の実施の形態及び第8の実施の形態にて述べ
た結合器において、一連の構造を一体化する割スリーブ
ないし筒状部材40にコネクタ口43を設ける。図9に示し
たものはFC型コネクタの受け口43が付いた結合器であ
る。SC型、またはそれに類するコネクタの受け口であっ
てもよい。筒状のコネクタ口43の外面には雄ネジが切っ
てあり、ここに、内面に雌ネジが切られたコネクタがネ
ジ入れられて光ファイバや石英等からなる光導波路、フ
ォトダイオードや半導体レーザ等の受・発光素子が固定
される。
【0064】また、第8の実施の形態と同様に、結合器内部
のフェルール41とそれに固定される光ファイバ(21及び2
2)の外部側端面を、筒状部材40の端面に平行な面ではな
い形状とし、外部から挿入結合するフェルール（図8(c)
のフェルール46参照）と構造的に位置調整を行なってコ
ネクタで固定すると、より簡易な光学的結合が可能であ
る。
【0065】(第10の実施の形態)図10に、本発明による結合
器付光ファイバの例を示す。
【0066】第7の実施の形態に述べた結合器において、図1
0に示すように凹構造付光ファイバ21と光ファイバ22を
割スリーブないし筒状部材40より外部に継続して延長す
る。幹線からビル内や家庭へのローカルエリアネットワ
ークへの仲介をする光分配器における、石英系光ファイ
バとマルチモード光ファイバの接続点に、この結合器付
光ファイバを通常の1本の光ファイバと同様に挿入して
用いれば、接続部を意識せずに簡易に結合することが出
来、光ネットワークシステムを安価に敷設することがで
きる。
【0067】
【発明の効果】以上に説明した様に、本発明で使用され
るプラスチック光ファイバ自体の形状、これの接続方法
は簡易なものであり、またその加工方法の制御も、プラ
スチック光ファイバの端面凹形状あるいは屈折率整合材
の種類を変えるのみの調整でよい。よって、光ファイバ
同士または光学素子や電気素子との結合において、プラ
スチック光ファイバのアライメント固定を簡易化でき
る。
【0068】また、集光効果を持つ凹構造付プラスチック光
ファイバ(典型的には、集光効果を持ちながらにして端
面が平面である凹構造付プラスチック光ファイバ)を利
用することで、2素子で位置調整が容易であり、且つ集
光レンズ素子を仲介する際に見られる外部からの衝撃に
対しての軸ずれが少ない光ファイバ結合器が実現でき
る。また、光ネットワークシステム等で問題となる光フ
ァイバの接続効率を、素子数を押さえたまま向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による球面状凹構造を
有するプラスチック光ファイバの終端部を示す斜視図
(a)と横断面図(b)である。
【図2】第1の実施の形態を示す横断面図(a)と拡大横断
面図(b)である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す横断面図(a)と
拡大横断面図(b)である。
【図4】本発明の第3の実施の形態を示す横断面図であ
る。
【図5】本発明の第4の実施の形態を説明する横断面図で
ある。
【図6】第5の実施の形態の3例を説明する横断面図であ
る。
【図7】第6の実施の形態を説明する横断面図である。
【図8】第7の実施の形態（(a)、(b)）と 第8の実施の形
態（(c)）を説明する横断面図である。
【図9】第9の実施の形態を説明する横断面図である。
【図10】第10の実施の形態を説明する横断面図である。
【図11】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
1,21,22 プラスチック光ファイバ 2,24 球面状等の凹構造 3,28,29 屈折率整合材（充填材（媒質）、硬化性充填
材） 4 受・発光素子 5 アライメント基板 6 硬化前の硬化性樹脂(合成樹脂製接着剤) 7 硬化後の硬化性樹脂(合成樹脂製接着剤) 8 アライメント孔 25,105 光線 26 クラッド 27 コア 40 割スリーブまたは筒状部材 41,46 フェルール 42,45 スペーサ 43 コネクタ口 102 光ファイバ 103 集光レンズ 114 先球ファイバ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA12 BA32 CA02 CA08 DA04 DA15 2H050 AC87 AC90 5F041 AA39 EE02 EE04 EE06 5F088 BB01 JA14

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】端面に凹構造を有するプラスチック光ファ
    イバにおいて、前記凹構造に前記プラスチック光ファイ
    バと異なる屈折率を有する屈折率整合材が充填されて光
    線制御作用を持つレンズ部が形成されていることを特徴
    とするレンズ部付プラスチック光ファイバ。
  2. 【請求項2】端面に光線制御作用を持つレンズ部として
    働く凹構造を有するプラスチック光ファイバにおいて、
    前記凹構造の周りに平面部が形成されていることを特徴
    とするレンズ部付プラスチック光ファイバ。
  3. 【請求項3】前記凹構造に前記プラスチック光ファイバ
    と異なる屈折率を有する屈折率整合材が充填されている
    請求項2記載のレンズ部付プラスチック光ファイバ。
  4. 【請求項4】前記凹構造はプラスチック光ファイバの心
    線軸を中心とする回転体状凹構造である請求項1、2また
    は3記載のレンズ部付プラスチック光ファイバ。
  5. 【請求項5】前記凹構造はプラスチック光ファイバの心
    線軸を中心とする球面状凹構造である請求項4記載のレ
    ンズ部付プラスチック光ファイバ。
  6. 【請求項6】前記屈折率整合材はプラスチック光ファイ
    バよりも高い屈折率を有する屈折率整合材であり、前記
    レンズ部は集光レンズ部として形成されている請求項1
    及び3乃至5の何れかに記載のレンズ部付プラスチック光
    ファイバ。
  7. 【請求項7】前記屈折率整合材は硬化性屈折率整合材で
    ある請求項1及び3乃至6の何れかに記載のレンズ部付プ
    ラスチック光ファイバ。
  8. 【請求項8】充填後の前記屈折率整合材の外端面形状が
    ほぼ平面である請求項1及び3乃至7の何れかに記載のレ
    ンズ部付プラスチック光ファイバ。
  9. 【請求項9】充填後の前記屈折率整合材の外端面形状が
    ほぼ球面である請求項1及び3乃至8の何れかに記載のレ
    ンズ部付プラスチック光ファイバ。
  10. 【請求項10】請求項1乃至9の何れかに記載の端面に凹構
    造を有するプラスチック光ファイバと、前記プラスチッ
    ク光ファイバと開口数ないしコア径の少なくとも一方が
    異なる他方の光ファイバにおいて、前記2本の光ファイ
    バの端面を対向して配置し、光学的に結合することを特
    徴とする接続構造。
  11. 【請求項11】前記凹構造を有するプラスチック光ファイ
    バは、前記他方の光ファイバより開口数ないしコア径の
    少なくとも一方が大きい請求項10記載の接続構造。
  12. 【請求項12】前記凹構造を前記プラスチック光ファイバ
    のコア部材よりも高い屈折率を有する硬化性或いは非硬
    化性充填材で充填し、前記2本の光ファイバの端面を対
    向して配置し、光学的に結合する請求項10または11記載
    の接続構造。
  13. 【請求項13】前記凹構造及びその周りを前記凹構造を有
    するプラスチック光ファイバのコア部材よりも低い屈折
    率を有する空気ないし気体で満たし、前記2本の光ファ
    イバの端面を対向して配置し、前記他方の光ファイバか
    ら前記凹構造を有するプラスチック光ファイバの方向に
    光学的に結合する請求項11記載の接続構造。
  14. 【請求項14】請求項10乃至13の何れかに記載の接続構造
    と、前記2本の光ファイバを実装したフェルールと、前
    記光ファイバ及びフェルールを内部に装着する割スリー
    ブまたは筒状部材とを備えたことを特徴とする光ファイ
    バ結合器。
  15. 【請求項15】前記2本の光ファイバの非結合側の端面
    が、前記割スリーブまたは筒状部材の内部に或いはその
    端面と同じ面に位置する請求項14記載の光ファイバ結合
    器。
  16. 【請求項16】前記2本の光ファイバ及びフェルールの非
    結合側の端面が、前記割スリーブまたは筒状部材の端面
    に非平行或いは凹凸を有する請求項15記載の光ファイバ
    結合器。
  17. 【請求項17】前記割スリーブまたは筒状部材の端面に、
    他の光素子を結合する為の結合手段が設けられている請
    求項15または16記載の光ファイバ結合器。
  18. 【請求項18】前記2本の光ファイバの非結合側の端面
    が、前記割スリーブまたは筒状部材の外部に位置する請
    求項14記載の光ファイバ結合器。
  19. 【請求項19】請求項1乃至9の何れかに記載のレンズ部付
    プラスチック光ファイバの接続方法において、基板上に
    該レンズ部付プラスチック光ファイバを保持する保持構
    造体を作製し、該光ファイバを保持構造体に保持すると
    きに該光ファイバのレンズ部端面に対向する基板上の部
    位に受・発光素子を配置し、該光ファイバを該受・発光
    素子に対してアライメントして該保持構造体に固定し、
    受・発光素子とレンズ部付プラスチック光ファイバとを
    光学的に結合することを特徴とするレンズ部付プラスチ
    ック光ファイバの接続方法。
  20. 【請求項20】前記保持構造体は、前記レンズ部付プラス
    チック光ファイバの径よりも僅かに大きい径の孔から成
    り、該孔の底面に前記受・発光素子を配置し、該光ファ
    イバの該孔内への挿入の程度を調整することで受・発光
    素子と光ファイバの端面の間の距離を調整する請求項19
    記載のレンズ部付プラスチック光ファイバの接続方法。
  21. 【請求項21】前記保持構造体は、外から見て順に、前記
    レンズ部付プラスチック光ファイバの径よりも僅かに大
    きい径の孔と該光ファイバの径よりも小さい径を持ち所
    定の深さに設定された孔が形成された凹部から成り、該
    凹部の底面に前記受・発光素子を配置し、該2つの孔の
    間を画する段部の表面に該光ファイバの端面を突き当て
    ることで受・発光素子と光ファイバの端面の間の距離を
    調整する請求項19記載のレンズ部付プラスチック光ファ
    イバの接続方法。
  22. 【請求項22】前記屈折率整合材は非硬化性屈折率整合材
    であり、前記レンズ部付プラスチック光ファイバの端面
    の凹構造に該非硬化性屈折率整合材を滴下した後に前記
    保持構造体内に挿入して前記受・発光素子の周りを該非
    硬化性屈折率整合材で満たす請求項19、20または21に記
    載のレンズ部付プラスチック光ファイバの接続方法。
  23. 【請求項23】請求項1乃至9の何れかに記載のレンズ部付
    プラスチック光ファイバの接続構造において、該レンズ
    部付プラスチック光ファイバを保持する保持構造体を有
    する基板を備え、該保持構造体に保持された該光ファイ
    バのレンズ部端面に対向した基板上の部位に受・発光素
    子が配置され、該光ファイバは該受・発光素子に対して
    アライメントして該保持構造体に固定されて、受・発光
    素子とレンズ部付プラスチック光ファイバとが光学的に
    結合されていることを特徴とするレンズ部付プラスチッ
    ク光ファイバの接続構造。
  24. 【請求項24】前記保持構造体は、前記レンズ部付プラス
    チック光ファイバの径よりも僅かに大きい径の孔から成
    り、該孔の底面に前記受・発光素子が配置され、該光フ
    ァイバの該孔内への挿入の程度が調整されて受・発光素
    子と光ファイバの端面の間の距離が調整されている請求
    項23記載のレンズ部付プラスチック光ファイバの接続構
    造。
  25. 【請求項25】前記保持構造体は、外から見て順に、前記
    レンズ部付プラスチック光ファイバの径よりも僅かに大
    きい径の孔と該光ファイバの径よりも小さい径を持ち所
    定の深さに設定された孔が形成された凹部から成り、該
    凹部の底面に前記受・発光素子が配置され、該2つの孔
    の間を画する段部の表面に該光ファイバの端面が突き当
    てられて受・発光素子と光ファイバの端面の間の距離が
    調整されている請求項23記載のレンズ部付プラスチック
    光ファイバの接続構造。
  26. 【請求項26】前記屈折率整合材は非硬化性屈折率整合材
    であり、前記受・発光素子の周りが該非硬化性屈折率整
    合材で満たされている請求項23、24または25に記載のレ
    ンズ部付プラスチック光ファイバの接続構造。
  27. 【請求項27】2本の光ファイバの接続方法において、少
    なくとも一方が請求項1乃至9の何れかに記載のレンズ部
    付プラスチック光ファイバであり、該レンズ部付プラス
    チック光ファイバの前記凹構造に屈折率整合材を充填し
    た後に、互いの光ファイバの端面が向かい合うように配
    置して該端面を接着し、前記2本の光ファイバを光学的
    に結合することを特徴とする接続方法。
  28. 【請求項28】前記2本の光ファイバは共に請求項1乃至9
    の何れかに記載のレンズ部付プラスチック光ファイバで
    ある請求項27記載の接続方法。
  29. 【請求項29】前記屈折率整合材は合成樹脂製接着剤であ
    る請求項27または28に記載の接続方法。
  30. 【請求項30】前記2本の光ファイバは、水平方向に移動
    して互いの端面が向かい合うように配置して該端面を接
    着する請求項27、28または29に記載の接続方法。
  31. 【請求項31】前記屈折率整合材は最終的に硬化される請
    求項27乃至30の何れかに記載の接続方法。
  32. 【請求項32】2本の光ファイバの接続構造において、少
    なくとも一方が請求項1乃至9の何れかに記載のレンズ部
    付プラスチック光ファイバであり、該レンズ部付プラス
    チック光ファイバの前記凹構造に屈折率整合材が充填さ
    れ、互いの光ファイバの端面が向かい合うように配置さ
    れて該端面が接着され、前記2本の光ファイバが光学的
    に結合されていることを特徴とする接続構造。
  33. 【請求項33】前記2本の光ファイバは共に請求項1乃至9
    の何れかに記載のレンズ部付プラスチック光ファイバで
    ある請求項32記載の接続構造。
  34. 【請求項34】前記屈折率整合材は合成樹脂製接着剤であ
    る請求項32または33に記載の接続構造。
  35. 【請求項35】前記屈折率整合材は硬化されている請求項
    32、33または34に記載の接続構造。
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