JP2002182077A

JP2002182077A - 光通信用受光装置

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Publication number: JP2002182077A
Application number: JP2000384207A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Koshibe; 茂越部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、大口径光ファイバより出射された信
号光を有効に受信する受光装置を提供する。【解決手段】多管状又は多層状の光伝送体を有する導光
体を装着した受光装置。ＰＯＦから受光半導体に向けて
先細りとなる導光体形状が好ましい。受光素子は通光孔
を加工した回路基板にフリップ実装されていることが好
ましい。受光半導体部は受光素子と増幅素子等を複合化
し小型化・高速化を図ることが好ましい。光伝送体の屈
折率は光ファイバの屈折率とほぼ同等であることが好ま
しい。導光体の接続端面の片側もしくは両側には柔軟な
光透過体が装着されていることが好ましい。光透過体の
特性は、屈折率は光ファイバとほぼ同等で硬度はＪＩＳ
（Ａ型）５０度以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバからの
信号光を受信する受光装置に係わる。特に、大きな出射
領域を持つ光ファイバからの信号光を小さな入射領域の
受光半導体に光学接続する装置であり、接続時の光伝送
損失を低減する実用的な受光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた光伝送路の伝送効率
は、光伝送路における光ファイバ同士や光ファイバと他
の光学部品との光学的な接続部における接続損失に大き
く影響される。特に、光学接続面が狭まっていく場合に
は大きな損失を発生し問題となる。出射径の大きな光フ
ァイバから入射径の小さな受光半導体に接続する場合が
これに該当する。単純に両部品を直結すると当然ながら
入射径と出射径の面積比しか有効に伝送されない。

【０００３】そこで、特開平１０−２２１７７３のよう
に反射面で囲まれた先細り形状の導光体で光学接続する
構造が提案されている。しかしながら、この構造は極め
て長い経路を持つ導光体が可能な場合にのみ有効とな
る。光ファイバからのランダムな出射光を短い距離で集
光させることは理論的に難しく、特に大きな出射角を持
つ信号光は導光路内部で数多くの反射を経て減衰し受光
半導体に到達したり逆に光ファイバに信号光が戻ったり
する可能性がある。

【０００４】従来のレンズを介在させる方法でもかなり
の接続損失を招く。ロッドレンズを使用する場合には特
開平１０−２２１７７３と同様の問題を抱えており、凸
レンズを用いる場合には反射等の現象を生じ数ｄＢの大
きな接続損失を招くことが知られている。ボールレンズ
は平行光もしくは点光源光を集光する機能を有するがラ
ンダム光を有効に集光することは難しい。

【０００５】今までは、光ファイバ即ちコア径の小さな
石英ファイバであり、受光半導体の受光部は石英ファイ
バのコア径より大きいため上記のような問題は発生しな
かった。むしろ、微細径の石英ファイバと光学接続する
ための精密加工技術が問題となっていた。

【０００６】最近、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦと
称する）が利用できるようになってきた。例えば、ポリ
メチルメタクリレート樹脂製ＰＯＦ（三菱レイヨン、東
レ等）やフッ素樹脂製ＰＯＦ（旭硝子）が市販されてい
る。これにより、光伝送通路が狭まる光学接続が現実問
題となり、該接続損失を低減する技術の実用化が強く要
求されるようになってきた。

【０００７】又、光学接続時の位置決めや密着性に依存
する光伝送損失も無視できず低減することが要求されて
いる。例えば、軸ずれ、傾斜、隙間などに起因する接続
損失を低くすることが重要となる。

【０００８】本発明者は、上記問題を鋭意検討し光ファ
イバからのランダムな出射光を効率的に伝送する構造を
考案するものである。特に、大口径の光ファイバから小
口径の受光半導体への光伝送時における接続損失の極め
て少さい接続装置を提案するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、光ファイバ
と受光半導体の光学接続時における伝送損失の低減化技
術に関するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバか
ら出射するランダムな信号光を特殊な多管状又は多層状
の光伝送体を経由することにより受光半導体に有効に伝
送する光学接続用装置を提供するものである。

【００１１】請求項１は多管状又は多層状（円柱状の光
伝送体を束ねた、管状の光伝送体を重ねた又はフィルム
状の光伝送体を巻いた形状）の導光体を装着した光通信
用受光装置であり、請求項２は、さらに光透過体の径又
は厚みが中心部から外周部に向けて細くなるような構造
の導光体を装着した受光装置である。

【００１２】請求項３は、大きな光ファイバから小さな
受光半導体への光学伝送時において導光体が光伝送方向
に向けて先細りとなる形状を特徴とする装置である。

【００１３】請求項４は、受光半導体が、いわゆるフリ
ップ実装構造であり、回路基板には受光素子の受光部へ
信号光を導く通光孔が加工されており、該通光孔が光透
過体で封止されていることを特徴とする装置である。

【００１４】請求項５は、導光体が回路基板内部に装着
されている受光装置である。

【００１５】請求項６は、受光半導体が受光素子及び増
幅素子等を複合化した構造を有する受光装置である。

【００１６】請求項７は、光伝送体の屈折率が光ファイ
バの屈折率とほぼ同等であることを特徴とする光学接続
装置である。

【００１７】請求項８は、導光体の接続端面の片側もし
くは両側に柔軟な光透過体が装着されていることを特徴
とする光学接続装置である。

【００１８】請求項９及び請求項１０は、光透過体に関
するものであり、該屈折率は光ファイバの屈折率と同
等、硬度はＪＩＳ（Ａ型）５０度以下、のシリコーン系
樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エラストマー
系樹脂、及びこれら樹脂の誘導体から選ばれた少なくと
も１種である。

【００１９】本発明の接続装置では、光ファイバと受光
半導体を多管状又は多層状の導光体を介在させ接続させ
ることが必要である。円柱状、管状、フィルム状の光伝
送体の外周部は接続端面以外は反射面で囲まれている。
又、光透過体の径又は厚みが中心部より外周部に向かっ
て小さくなる構造も有効である。

【００２０】導光体は自作することもできるし市販品を
転用することもできる。例えば、多管状のポリメチルメ
タクリレート樹脂導光体は、該樹脂のペレット購入、溶
融糸引加工、表面反射加工、集束加工、そして切断円滑
加工により制作できる。又、コア径の異なるＰＯＦを購
入し集束切断円滑加工することにより導光体として利用
することもできる。表面反射加工としては、屈折率の低
いフッ素樹脂等又は高反射性の物質で被覆する方法があ
る。一般的にはメッキ、蒸着、塗布等の方法が良く用い
られている。

【００２１】大口径の光ファイバから小口径の受光半導
体への光学伝送時においては、光透過体及び導光体は光
伝送方向に向けて先細りとなる形状が好ましい。具体的
形状は光ファイバからの出射光の特性を考慮し円錐、放
物体、回転楕円体等より選択する。又、導光体の断面寸
法は接続する光ファイバ及び受光半導体の入出射口と同
等であることが好ましい。

【００２２】受光半導体は、回路基板に受光素子がフリ
ップ搭載されており、回路基板には受光素子の受光部へ
信号光を導く通光孔が加工されており、該通光孔が光透
過体で封止されている構造が好ましい。接続損失の低減
には光伝送経路を短縮することが有効で、従来のワイヤ
ーボンディング実装方式に比べフリップ実装方式が好ま
しいことは明らかである。尚、導光体を回路基板に内蔵
しても良い

【００２３】又、受光半導体は受光素子及び増幅素子等
を複合化した構造が好ましい。高速通信及び小型化に対
応するためには受光関連部品を極力近くに配置すること
が好ましい。これら素子のスタック構造やワンチップ構
造は特に好ましい。

【００２４】導光体の接続端面の片側もしくは両側には
柔軟な光透過体が装着されていることが好ましい。接続
界面に隙間が生じると屈折や反射等の現象により光伝送
損失を招く。

【００２５】光伝送体及び光透過体の屈折率は光ファイ
バとほぼ同等（光ファイバの屈折率±０．０５以内）で
あることが好ましい。光ファイバと光伝送体又は光透過
体の屈折率の差が大きすぎると反射等による光伝送損失
を招く。又、光ファイバの屈折率は１．３５から１．６
０であり光伝送体及び光透過体の屈折率もこの範囲とな
る。

【００２６】光伝送体として必要とされる他の特性は光
ファイバと同じで、光透過性、耐候性、耐熱性等であ
る。これら条件を満足する樹脂なら何を使用しても良
く、旭化成、三井化学、ＪＳＲ等より各種の適用可能な
透明樹脂が市販されている。

【００２７】光透過体は、柔軟であり該硬度がＪＩＳ
（Ａ型）５０度以下が好ましい。硬すぎると接続時の密
着が不十分となり間隙を生じ、結果的に光伝送時に損失
をもたらす。これに適する樹脂類は、シリコーン系、ア
クリル系、エポキシ系、エラストマー系、及びこれらの
誘導体を挙げることができる。市販品は信越化学工業、
東芝シリコーン、東亞合成、日本化薬、旭化成等の製品
より選択することができる。

【００２８】図１−１及び図１−２は、本発明による導
光体の例を模式図で示したものである。（１）（３）は
接続方向の横から見た断面図である。（２）（４）は接
続方向から見た図である。（ａ）は円柱状伝送体を束ね
た形状（ｂ）は管状光伝送体を重ねた形状（ｃ）はフィ
ルム状光伝送体を巻いた形状、（ｄ）（ｅ）（ｆ）は光
伝送体の径又は厚みを中心部より外周部に向けて小さく
なる形状の導光体である。

【００２９】図２は、本発明による受光装置のいくつか
の例を示したものである（接続方向横から見た断面図で
ある。１）は導光体のみ内蔵した装置、２）は導光体の
片側に光透過体を装着した装置、３）は導光体の両側に
光透過体を装着した装置である。２１は導光体、２２は
支持体、２３は光透過体、２４は電気回路、２５は封止
材料、２６は受光素子、２８は増幅素子である。当然な
がら、受光素子の受光面は光透過体にて封止されてい
る。

【００３０】図３は、本発明による受光装置と光ファイ
バを接続した例を示す図である（接続方向の断面図）。
３０はＰＯＦ、３１は導光体、３２は支持体、３３は光
透過体、３４は電気回路、３５は封止材料、３６は受光
素子（受光面３７）、３８はコネクター、３９は信号光
である。

【００３１】図４は、特開平１０−２２１７７３の接続
構造に準じて図３同様に光ファイバと受光半導体を光学
接続した例を示す図である（接続方向の断面図）。４０
はＰＯＦ、４１は導光体、４２は支持体、４４は電気回
路、４５は封止材料、４６は受光素子（受光面４７）、
４８はコネクター、４９は信号光である。

【００３２】図５は、凸レンズを用いて図３同様に光フ
ァイバと受光半導体を接続した例を示す図である（接続
方向の断面図）。５０はＰＯＦ、５１は凸レンズ、５２
は支持体、５４は電気回路、５５は封止材料、５６は受
光素子（受光面５７）、５８はコネクター、５９は信号
光である。

【００３３】

【実施形態】本発明の実施形態を実施例及び比較例にて
具体的に説明する。

【００３４】

【実施例】本発明の受光装置を用いてポリメチルメタク
リレート樹脂製ＰＯＦ（東レ、コア径０．５ｍｍ、屈折
率１．５０）と受光半導体を図３のように接続した。受
光半導体はフォトダイオードの素子をフレキシブル回路
基板にフリップ実装し試作したものである。又、ＰＯＦ
と導光体との接触界面には柔軟な光透過体を装着した。
本実施例の接続損失は０．６ｄＢと極めて少なかった。
ＰＯＦからの出射角の大きな信号光３９は導光路内を反
射して受光素子の受光面に確実に伝送されたと判断でき
る。

【００３５】導光体は本実施例のＰＯＦを用い、まず延
伸（径０．０５ｍｍ）し表面をフッ素コーティング、次
に集束（径０．５ｍｍ）し円錐台状に引張加工、そして
切断更に接続断面を熱板溶融し平滑にする工程にて試作
した。

【００３６】光透過体は、硬さがＪＩＳ（Ａ）１５度の
付加反応型ジフェニルシリコーン原料（信越化学工業）
を加熱硬化させたものであり、屈折率は１．５０であっ
た。

【００３７】

【比較例１】特開平１０−２２１７７３に基づく接続装
置を用いて図４のようにＰＯＦと受光半導体を接続し
た。この場合の接続損失は３．６ｄＢであった。信号光
が有効に受光半導体に伝送されておらず、例えば、出射
角の大きな信号光４９が導光体で反射し光ファイバに戻
り損失を招いた等の原因が考えられる。尚、本比較例で
は光透過体は装着しなかった。

【００３８】

【比較例２】従来の凸レンズを用いた接続装置を用いて
実施例同様にＰＯＦと受光半導体を図５のように接続し
た。本比較例での接続損失は５．１ｄＢと最大であっ
た。出射角の大きな信号光５９がレンズ表面で反射し受
光半導体に伝送されなかったことが主な原因であると思
われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、出射径の大きな光ファイ
バと入射径の小さな受光半導体を光学結合する場合の接
続損失を大幅に低減することができる。特に、民生用に
使用が予定されている大口径ＰＯＦを用いた光通信の普
及に大きな役割を果たすことが期待される。本発明によ
り低価格で簡便な汎用の光ファイバ用の受光装置が実用
化され、オフィスや家庭への光通信システムの普及が格
段と促進されると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導光体の例を示す図である。

【図２】本発明の受光装置の例を示す図である。

【図３】本発明の受光装置を用いた接続例を示す図で
ある。

【図４】先行技術による光学接続例を示す図である。

【図５】凸レンズを用いた光学接続例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３０、４０、５０ＰＯＦ２１、３１、４１導光体２２、３２、４２、５２支持体２３、３３光透過体２４、３４、４４、５４電気回路２５、３５、４５、５５封止材料２６、３６、４６、５６受光素子２８増幅素子３７、４７、５７受光部３８、４８、５８コネクター３９、４９、５９信号光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多管状又は多層状（円柱状の光伝送体を束
ねた、管状の光伝送体を重ねた又はフィルム状の光伝送
体を巻いた形状）の導光体を装着した光通信用受光装
置。
【請求項２】請求項１において、光透過体の径又は厚み
が中心部から外周部に向けて小さくなるような構造の導
光体を装着した光通信用受光装置。
【請求項３】導光体が受光素子側に向けて先細りとなる
形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の光通信用受光装置。
【請求項４】受光装置の受光半導体部の構造が、回路基
板に受光素子がフリップ搭載されており、回路基板には
受光素子の受光部へ信号光を導く通光孔が加工されてお
り、該通光孔が光透過体で封止されていることを特徴と
する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光通
信用受光装置。
【請求項５】導光体が回路基板内に装着されていること
を特徴とする請求項４に記載の光通信用受光装置。
【請求項６】受光半導体部が、受光素子及び増幅素子等
を複合化した構造を有することを特徴とする請求項４又
は請求項５に記載の光通信用受光装置。
【請求項７】光伝送体の屈折率が光ファイバの屈折率±
０．０５以内であることを特徴とする請求項１から請求
項６のいずれか１項に記載の光通信用受光装置。
【請求項８】導光体の片側もしくは両側に光透過体が装
着されていることを特徴とする請求項１から請求項７の
いずれか１項に記載の光通信用受光装置。
【請求項９】光透過体の屈折率が光ファイバの屈折率±
０．０５以内であることを特徴とする請求項１から請求
項８のいずれか１項に記載の光通信用受光装置。
【請求項１０】光透過体が、硬度がＪＩＳ（Ａ型）５０
度以下のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ
系樹脂、エラストマー系樹脂、及びこれら樹脂の誘導体
から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請
求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光通信用受
光装置。