JP2002196191A

JP2002196191A - 光送受信用光結合器及びこれを用いた光信号結合装置並びにこれを用いた光電信号共用結合装置

Info

Publication number: JP2002196191A
Application number: JP2000392132A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakagawa; 浩志中川
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な部品を用いることで光信号の授受の効
率を向上させつつ、コストアップももたらさない光送受
信用光結合器を提供する。【構成】光信号を発光する発光素子２００の前面に設
けられ、前記発光素子２００からの光信号を導出する導
光性を有する樹脂からなる発光側光結合器１１０と、光
信号を受光する受光素子３００の前面に設けられ、前記
受光素子３００への光信号を導入する導光性を有する樹
脂からなる受光側光結合器１２０とを備えており、前記
発光側光結合器１１０は、発光素子２００に面する発光
側入射端部１１１の面積が他方の発光側射出端部１１２
の面積より大きく、前記受光側光結合器１２０は、受光
素子３００に面する受光側射出端部１２２の面積が他方
の受光側入射端部１２１の面積より小さく設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光送受信用光結合
器と、これを用いた光信号結合装置と、これを用いた光
電信号共用結合装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】光信号を送受信するための光送受信用光
結合器８００には、図６に示すようなものがある。この
光送受信用光結合器８００は、複数のコアを有するいわ
ゆるマルチコアファイバーから構成される。かかる光送
受信用光結合器８００は、一端においてマルチコアファ
イバーが収束され、他端においてマルチコアファイバー
が２つに分岐されている。分岐された一方が発光素子２
００と対向する発光側光結合器８１０であり、分岐され
た他方が受光素子３００と対向する受光側光結合器８２
０である。また、収束された一端は、図６（Ａ）に示す
ように、一方側が発光側で、他方側が受光側というよう
になっている。なお、この収束された一端は、図６
（Ｂ）に示すように、光ファイバーケーブル９００と対
向させられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た光送受信用光結合器には以下のような問題点がある。
すなわち、この光送受信用光結合器では、発光素子から
発光される光信号を効率よく受け入れるためには、受光
側光結合器の径を大きくする必要がある。しかし、受光
側光結合器の径を大きくすると、光ファイバーケーブル
と対向させられる部分の径も大きくなる。また、同時
に、発光側端部の径が小さくなり、受光素子に入射され
る光信号の量が少なくなる。

【０００４】また、レンズ、ビームスプリッター等の光
学部品を用いて光信号の授受の効率を向上させることも
考えられるが、大きなコストアップの要因となってい
た。また、発光素子に発光ダイオード素子を用いる場合
には、前記光学部品を用いることは平行光にし難いとい
う理由から非常に困難であった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
で、簡単な部品を用いることで光信号の授受の効率を向
上させつつ、コストアップももたらさない光送受信用光
結合器と、これを用いた光信号結合装置と、これを用い
た光電信号共用結合装置と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】本発明に係る光送受信用
光結合器は、光信号を発光する発光素子の前面に設けら
れ、前記発光素子からの光信号を導出する導光性を有す
る樹脂からなる発光側光結合器と、光信号を受光する受
光素子の前面に設けられ、前記受光素子への光信号を導
入する導光性を有する樹脂からなる受光側光結合器とを
備えており、前記発光側光結合器は、発光素子に面する
発光側入射端部の面積が他方の発光側射出端部の面積よ
り大きく、前記受光側光結合器は、受光素子に面する受
光側射出端部の面積が他方の受光側入射端部の面積より
小さく設定されている。

【０００７】また、前記発光側光結合器と受光側光結合
器との間に遮光手段を設けることが望ましく、前記発光
側光結合器と受光側光結合器とは、それらを構成する樹
脂より屈折率の小さい樹脂でコーティングされているこ
とが望ましい。

【０００８】また、本発明に係る光送受信用光結合器を
用いた光信号結合装置は、前記光送受信用光結合器と、
この光送受信用光結合器の発光側光結合器の発光側入射
端部に面する発光素子と、前記光送受信用光結合器の受
光側光結合器の受光側射出端部に面する受光素子と、前
記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素子を収納す
る収納体とを備えている。

【０００９】さらに、本発明に係る光送受信用光結合器
を用いた光電信号共用結合装置は、前記光送受信用光結
合器と、この光送受信用光結合器の発光側光結合器の発
光側入射端部に面する発光素子と、前記光送受信用光結
合器の受光側光結合器の受光側射出端部に面する受光素
子と、前記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素子
を収納する収納体と、この収納体に内蔵されており、電
気信号の授受を行う電気接続端子とを備えている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
光送受信用光結合器を用いた光電信号共用結合装置の構
成を示す概略的断面図、図２は本発明の実施の形態に係
る光送受信用光結合器と発光素子、受光素子及び光ファ
イバーケーブルの関係を示す概略的説明図、図３は図２
におけるＡ−Ａ線矢視図、図４は本発明の実施の形態に
係る光送受信用光結合器と発光素子及び受光素子との関
係を示す概略的説明図、図５は本発明の実施の形態に係
る光送受信用光結合器による光信号のパルス幅歪みの説
明図である。

【００１１】まず、この光送受信用光結合器１００の説
明の前に、この光送受信用光結合器１００を用いた光電
信号共用結合装置Ａに接続されるプラグＢについて説明
する。このプラグＢは、いわゆるミニジャックタイプの
単頭プラグ６００と、この単頭プラグ６００の内側に内
蔵される単心の光ファイバーケーブル６１０とを有して
いる。単頭プラグ６００は電気信号の授受を担当し、光
ファイバーケーブル６１０は、光信号の授受を担当す
る。従って、前記光ファイバーケーブル６１０の先端
は、単頭プラグ６００の先端から覗くことになる。

【００１２】本発明の実施の形態に係る光送受信用光結
合器１００は、光信号を発光する発光素子２００の前面
に設けられ、前記発光素子２００からの光信号を導出す
る導光性を有する樹脂からなる発光側光結合器１１０
と、光信号を受光する受光素子３００の前面に設けら
れ、前記受光素子３００への光信号を導入する導光性を
有する樹脂からなる受光側光結合器１２０とを備えてお
り、前記発光側光結合器１１０は、発光素子２００に面
する発光側入射端部１１１の面積が他方の発光側射出端
部１１２の面積より大きく、前記受光側光結合器１２０
は、受光素子３００に面する受光側射出端部１２２の面
積が他方の受光側入射端部１２１の面積より小さく設定
されている。

【００１３】前記発光側光結合器１１０は、導光性を有
する透明樹脂、例えばメタクリル系樹脂、アクリル系樹
脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等か
ら成形される。かかる発光側光結合器１１０は、図１に
示すように、全体として略Ｓ字形状に形成されており、
発光素子２００の前面に対向される端部である発光側入
射端部１１１は、他端である発光側射出端部１１２より
大きく設定されている。また、この発光側光結合器１１
０は、図３に示すように、発光側射出端部１１２におい
てその断面は平坦面１１３を有する円弧状になってい
る。これは、後述する受光側光結合器１２０と組み合わ
されて用いられるためである。ただし、発光側入射端部
１１１において、その断面は図４（Ａ）示すように、円
形になっている。しかも、発光側入射端部１１１は、発
光素子２００の凸部２２１より径大になっている。

【００１４】例えば、光ファイバーケーブル６１０の直
径が１ｍｍの場合、発光側光結合器１１０の発光側射出
端部１１２は、Ｒ０．４ｍｍの円弧状に設定する。すな
わち、光ファイバーケーブル６１０の中心６１１から
０．１ｍｍ程度、外側に向かって後退しているのであ
る。このため、発光側射出端部１１２に０．１ｍｍ程度
の位置ずれがあったとしても、確実に１／２以上の光信
号を光ファイバーケーブル６１０に入射することができ
るようにする。

【００１５】一方、前記受光側光結合器１０２も、導光
性を有する透明樹脂、例えばメタクリル系樹脂、アクリ
ル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹
脂等から成形される。かかる受光側光結合器１２０は、
図１に示すように、全体として略Ｓ字形状に形成されて
おり、受光素子３００の前面に対向される端部である受
光側射出端部１２２は、他端である受光側入射端部１２
１より小さく設定されている。また、この受光側光結合
器１２０は、図３に示すように、受光側入射端部１２１
においてその断面は平坦面１２３を有する略半円形にな
っている。これは、前記発光側光結合器１１０と組み合
わされて用いられるためである。ただし、受光射出射端
部１２２において、その断面は図４（Ｂ）示すように、
円形になっている。

【００１６】また、光ファイバーケーブル６１０の直径
が１ｍｍの場合、受光側光結合器１２０の受光側入射端
部１２１は、Ｒ０．６ｍｍの円弧状に設定する。すなわ
ち、この受光側入射端部１２１は、光ファイバーケーブ
ル６１０の中心６１１から０．１ｍｍ程度、発光側射出
端部１１２側へ突出するようになっているのである。こ
のため、受光側入射端部１２１に０．１ｍｍ程度の位置
ずれがあったとしても、確実に１／２以上の光信号を受
光できるようになる。

【００１７】このように構成された発光側光結合器１１
０と受光側光結合器１２０とは、発光側光結合器１１０
の発光側射出端部１１２の平坦面１１３と受光側光結合
器１２０の受光側入射端部１２１の平坦面１２３とを
０．１５ｍｍのギャップで対向させ、かつ両面１１３、
１２３の間に遮光手段である遮光板１３０を介在させて
一纏めにされて光送受信用光結合器１００となってい
る。なお、両結合器１１０、１２０は、全体が略Ｓ字形
状に形成されているため、前記両平坦面１１３、１２３
を対向させて両結合器１１０、１２０を一纏めにする
と、光送受信用光結合器１００は図１に示すような略Ｙ
字形状になる。

【００１８】かかる光送受信用光結合器１００は、それ
らを構成する樹脂がメタクリル系樹脂である場合、これ
より屈折率の小さい樹脂、例えばフッ素系樹脂でコーテ
ィングされている。また、前記端部１１１、１１２、１
２１、１２２には鏡面処理が施されている。なお、光送
受信用光結合器１００を構成する樹脂の種類によって、
コーティングされる素材は選定されるが、例えば同じ樹
脂を用いても樹脂への添加物の配合具合によってそれぞ
れの屈折率を変化させることも可能である。従って、光
送受信用光結合器１００をフッ素系樹脂で構成するとと
もに、この光送受信用光結合器１００をコーティングす
るものがより屈折率を低くしたフッ素系樹脂である場合
もある。

【００１９】このような光送受信用光結合器１００を用
いた光電信号共用結合装置Ａについて説明する。

【００２０】この光電信号共用結合装置Ａは、図１に示
すように、前記光送受信用光結合器１００と、この光送
受信用光結合器１００の発光側光結合器１１０の発光側
入射端部１１１に面する発光素子２００と、前記光送受
信用光結合器１００の受光側光結合器１２０の受光側射
出端部１２２に面する受光素子３００と、前記光送受信
用光結合器１００、発光素子２００及び受光素子３００
を収納する収納体４００と、この収納体４００に内蔵さ
れており、電気信号の授受を行う電気接続端子５００と
を備えている。

【００２１】前記発光素子２００は、一般的な発光ダイ
オード素子であって、発光ダイオードチップ２１０がモ
ールド樹脂２２０にモールドされたものである。発光ダ
イオードチップ２１０の前面のモールド樹脂２２０に
は、レンズ効果を発揮するための凸部２２１が形成され
ている。なお、前記発光ダイオードチップ２１０は、従
来のものであれば、約２ｍｍ角のものが必要とされた
が、本発明の実施の形態に係る光送受信用光結合器１０
０であれば約０．８ｍｍ角のもので同等の性能を得るこ
とができることが確認されている。

【００２２】また、前記受光素子３００は、一般的なフ
ォトダイオード素子であって、フォトダイオードチップ
３１０がモールド樹脂３２０にモールドされたものであ
る。フォトダイオードチップ３１０の前面のモールド樹
脂３２０には、レンズ効果を発揮するための凸部３２１
が形成されている。

【００２３】上述した発光素子２００、受光素子３０
０、光送受信用光結合器１００は収納体４００に収納さ
れる。この収納体４００は、有底筒状に形成されてお
り、大きく分けると、前記プラグＢを構成する単頭プラ
グ６００の電気的接続を行うための電気的接続部４１０
と、光ファイバーケーブル６１０との光的接続を行うた
めの光的接続部４２０との２つに分けられる。

【００２４】電気的接続部４１０は、光的接続部４２０
の手前側に位置しており、内部には挿入された単頭プラ
グ６００に接触する一対の電気接続端子５００が設けら
れている。この電気接続端子５００は、一般的なもので
あって、全体が略Ｕ字形状に折曲形成されており、先端
側が単頭プラグ６００の凹部６０１に弾性的に接触する
ような構成になっている。

【００２５】一方、光的接続部４２０は、内壁４３０に
よって電気的接続部４１０と分割されている。かかる内
壁４３０の中央には、挿入されたプラグＢの単頭プラグ
６００の先端が嵌まり込む略すり鉢状の開口４３１が開
設されている。そして、この開口４３１には、前記光送
受信用光結合器１００の発光側射出端部１１２及び受光
側入射端部１２１とが組み合わせられた部分が臨んでい
る。すなわち、単頭プラグ６００に内蔵された光ファイ
バーケーブル６１０の先端は、前記光送受信用光結合器
１００の発光側射出端部１１２及び受光側入射端部１２
１と対向するのである。

【００２６】また、この光的接続部４２０の奥側には、
発光素子２００及び受光素子３００が設置されている。
そして、この発光素子２００の前面には発光側光結合器
１１０の発光側入射端部１１１が、受光素子３００の前
面には受光側光結合器１２０の受光側射出端部１２２が
それぞれ対向して臨んでいる。

【００２７】このように構成された光電信号共用結合装
置１００にプラグＢを接続すると、単頭プラグ６００は
電気的接続部４１０において電気接続端子５００と電気
的に接続される。また、同時に光ファイバーケーブル６
１０は、光送受信用光結合器１００を介して発光素子２
００及び受光素子３００と光的に接続される。

【００２８】発光素子２００が発光する光信号は発光側
光結合器１１０の発光側入射端部１１１に入射され、発
光側光結合器１１０の発光側射出端部１１２から光ファ
イバーケーブル６１０に入射される。すなわち、発光素
子２００からの光信号は、光送受信用光結合器１００を
介して外部に導出されるのである。

【００２９】また、光ファイバーケーブル６１０からの
光信号は、受光側光結合器１２０の受光側入射端部１２
１に入射され、受光側光結合器１２０の射出側端部１２
２から受光素子３００に入射される。すなわち、光ファ
イバーケーブル６１０からの光信号は、光送受信用光結
合器１００を介して受光素子３００に導入されるのであ
る。

【００３０】光送受信用光結合器１００を構成する発光
側光結合器１１０の発光側入射端部１１１の面積が、発
光側射出端部１１２の面積より大きいことによるメリッ
トは以下の通りである。すなわち、発光側入射端部１１
１の面積が大きいため、発光素子２００から発光される
光信号の光量は、従来のものより少なくて済む。すなわ
ち、発光素子２００にはより小型のものが使用できるの
である。

【００３１】また、光送受信用光結合器１００を構成す
る受光側光結合器１２０の受光側入射端部１２１の面積
が、受光側射出端部１２２の面積より小さいことによる
メリットは以下の通りである。すなわち、受光側入射端
部１２１の面積が大きいため、光ファイバーケーブル６
１０から発光される光信号の光量は、従来のものより少
なくて済む。

【００３２】例えば、帯域５００ＭＨｚ（１Ｇｂｐｓ）
の光信号であれば、１つのパルスの幅は１ｎｓである。
これを誤動作なしに伝播させるためには、パルス幅歪み
が約１／８以下（０．１２５ｎｓ）以下であることが必
要となる。また、光送受信用光結合器１００におけるパ
ルス幅歪みは、その約１／１０にする必要がある。すな
わち、光送受信用光結合器１００におけるパルス幅歪み
は０．０１ｎｓ程度でなければならない。

【００３３】光送受信用光結合器１００をメタクリル系
樹脂で構成した場合について考察する。例えば、図５に
示すように、この光送受信用光結合器１００を用いた一
対の光電信号共用結合装置Ａの間で光信号の授受を行う
場合、メタクリル系樹脂の屈折率は約１．５であり、周
囲が空気（屈折率ｎ＝１）とすると、光送受信用光結合
器１００のトータルでは２０ｍｍ以下の長さ（すなわち
一方の光送受信用光結合器１００の発光側光結合器１１
０では１０ｍｍの長さ、もう一方の光送受信用光結合器
１００の受光側光結合器１２０では１０ｍｍの長さ）と
なる。この場合のパルス幅歪みは０．０１４ｎｓ程度と
なる。このパルス幅歪みは上記条件をほぼ充足するもの
である。

【００３４】また、帯域２５０ＭＨｚの光信号であれ
ば、光送受信用光結合器１００の長さは４０ｍｍ以下と
することができる。

【００３５】この考察は、光送受信用光結合器１００
が、それらを構成する樹脂より屈折率の小さい樹脂でコ
ーティングされていない場合を想定しているが、前記樹
脂より屈折率の小さい樹脂でコーティングされている場
合には、光ファイバーケーブルと同等の構造を有するこ
とになるので、パルス幅歪みをより小さくすることがで
きるので、より大きな光送受信用光結合器１００とする
ことができる。

【００３６】上述した実施の形態は、光信号の授受と電
気信号の授受とを行うことができる光電信号共用結合装
置であるが、電気接続端子５００を省略することによっ
て光信号の授受のみを行う光信号結合装置とすることも
可能である。

【００３７】また、上述した実施の形態では、発光素子
２００を発光ダイオード素子であるとしているが、レー
ザダイオードであってもよいことは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る光送受信用光結合器は、以
上説明したように、光信号を発光する発光素子の前面に
設けられ、前記発光素子からの光信号を導出する導光性
を有する樹脂からなる発光側光結合器と、光信号を受光
する受光素子の前面に設けられ、前記受光素子への光信
号を導入する導光性を有する樹脂からなる受光側光結合
器とを備えており、前記発光側光結合器は、発光素子に
面する発光側入射端部の面積が他方の発光側射出端部の
面積より大きく、前記受光側光結合器は、受光素子に面
する受光側射出端部の面積が他方の受光側入射端部の面
積より小さく設定されている。

【００３９】従って、この光送受信用光結合器であれ
ば、光ファイバーケーブルとの間において光信号の授受
の効率を向上させることができる。このため、発光素
子、受光素子は従来のものより安価なものを使用するこ
とができる。発光素子であれば、光信号の光量を従来よ
り低下させても同等の性能を得ることができるので、消
費電力の削減をもたらす。また、光信号の授受の効率の
向上から、光信号が従来のものと同じ光量であれば、伝
播距離を長くすることが可能となる。

【００４０】また、前記発光側光結合器と受光側光結合
器との間に遮光手段を設けると、両光結合器の間での光
信号の漏洩がないため、光信号の確実な授受が可能にな
る。

【００４１】さらに、前記発光側光結合器と受光側光結
合器とが、それらを構成する樹脂より屈折率の小さい樹
脂でコーティングされていると、光ファイバーケーブル
と同等の構造を有することになるので、パルス幅歪みを
より小さくすることができる。

【００４２】一方、本発明に係る光送受信用光結合器を
用いた光信号結合装置は、前記光送受信用光結合器と、
この光送受信用光結合器の発光側光結合器の発光側入射
端部に面する発光素子と、前記光送受信用光結合器の受
光側光結合器の受光側射出端部に面する受光素子と、前
記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素子を収納す
る収納体とを備えている。

【００４３】このため、この光信号結合装置は、光信号
の授受の効率を向上させることが可能となる。

【００４４】また、本発明に係る光送受信用光結合器を
用いた光電信号共用結合装置は、前記光送受信用光結合
器と、この光送受信用光結合器の発光側光結合器の発光
側入射端部に面する発光素子と、前記光送受信用光結合
器の受光側光結合器の受光側射出端部に面する受光素子
と、前記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素子を
収納する収納体と、この収納体に内蔵されており、電気
信号の授受を行う電気接続端子とを備えている。

【００４５】従って、光信号のみならず同時に電気信号
の授受も行えるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光送受信用光結合器
を用いた光電信号共用結合装置の構成を示す概略的断面
図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る光送受信用光結合器
と発光素子、受光素子及び光ファイバーケーブルの関係
を示す概略的説明図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ線矢視図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る光送受信用光結合器
と発光素子及び受光素子との関係を示す概略的説明図で
ある。

【図５】本発明の実施の形態に係る光送受信用光結合器
による光信号のパルス幅歪みの説明図である。

【図６】従来のこの種の光送受信用光結合器の概略的説
明図である。

【符号の説明】

１００光送受信用光結合器１１０発光側光結合器１１１発光側入射端部１１２発光側射出端部１２０受光側光結合器１２１受光側入射端部１２２受光側射出端部２００発光素子３００受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を発光する発光素子の前面に設け
られ、前記発光素子からの光信号を導出する導光性を有
する樹脂からなる発光側光結合器と、光信号を受光する
受光素子の前面に設けられ、前記受光素子への光信号を
導入する導光性を有する樹脂からなる受光側光結合器と
を具備しており、前記発光側光結合器は、発光素子に面
する発光側入射端部の面積が他方の発光側射出端部の面
積より大きく、前記受光側光結合器は、受光素子に面す
る受光側射出端部の面積が他方の受光側入射端部の面積
より小さく設定されていることを特徴とする光送受信用
光結合器。
【請求項２】前記発光側光結合器と受光側光結合器と
の間に遮光手段を設けたことを特徴とする請求項１記載
の光送受信用光結合器。
【請求項３】前記発光側光結合器と受光側光結合器と
は、それらを構成する樹脂より屈折率の小さい樹脂でコ
ーティングされていることを特徴とする請求項１又は２
記載の光送受信用光結合器。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の光送受信用光
結合器と、この光送受信用光結合器の発光側光結合器の
発光側入射端部に面する発光素子と、前記光送受信用光
結合器の受光側光結合器の受光側射出端部に面する受光
素子と、前記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素
子を収納する収納体とを具備したことを特徴とする光送
受信用光結合器を用いた光信号結合装置。
【請求項５】請求項１、２又は３記載の光送受信用光
結合器と、この光送受信用光結合器の発光側光結合器の
発光側入射端部に面する発光素子と、前記光送受信用光
結合器の受光側光結合器の受光側射出端部に面する受光
素子と、前記光送受信用光結合器、発光素子及び受光素
子を収納する収納体と、この収納体に内蔵されており、
電気信号の授受を行う電気接続端子とを具備したことを
特徴とする光送受信用光結合器を用いた光電信号共用結
合装置。