JP2003057500A - Optical coupling mirror - Google Patents

Optical coupling mirror

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JP2003057500A
JP2003057500A JP2001247706A JP2001247706A JP2003057500A JP 2003057500 A JP2003057500 A JP 2003057500A JP 2001247706 A JP2001247706 A JP 2001247706A JP 2001247706 A JP2001247706 A JP 2001247706A JP 2003057500 A JP2003057500 A JP 2003057500A
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JP
Japan
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light
parabola
optical coupling
light source
coupling mirror
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Application number
JP2001247706A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Yago
栄郎 矢後
Nobuyuki Tokura
信之 戸倉
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make an NA of incident light on an optical fiber as small as possible, and also, to improve an optical coupling efficiency as compared with that in a conventional method. SOLUTION: A 1st parabola 100 has an optical axis (x-axis) between a light source and a light receiving part as a symmetry axis, and a parabola rotary- moved by taking the focus (origin) of the 1st parabola as a center is regarded as a 2nd parabola 200, the optical coupling mirror is a cylindrical rotary mirror obtained by rotating a certain part 400 of a curve 300 cut by two intersections between the 2nd parabola and the symmetry axis of the 1st parabola by taking the symmetry axis of the 1st parabola as a rotating axis.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光源からの光を
光ファイバに結合させる光結合鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling mirror that couples light from a light source into an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光源からの光を光ファイバに結合
させる手段として、例えば、文献1(文献1:特開平6
−209124号公報)に開示された光電子装置があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for coupling light from a light source into an optical fiber, for example, reference 1 (Reference 1: Japanese Patent Laid-Open No. H6-6)
-209124).

【0003】文献1によれば、放物面の焦点に、光の出
射方向が放物面側を向くように、光源が配置されてい
る。そして、光源からの出射光をこの放物面で以て反射
させる。反射光は放物面の回転軸に対して平行となり、
この平行光を光ファイバに結合させる。
According to Reference 1, a light source is arranged at the focal point of a paraboloid so that the emission direction of light is directed to the parabolic side. Then, the light emitted from the light source is reflected by this parabolic surface. The reflected light becomes parallel to the rotation axis of the paraboloid,
This collimated light is coupled into the optical fiber.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光源と
して、例えば発光面の直径が200μmあるLEDを用
い、かつ光ファイバとして、例えば入射端面の直径が1
mm程度のものを用いる場合、光源のサイズは無視でき
なくなる。すなわち、光源は点光源とは言えず平面的に
広がりを有している。このため、光源から出射した光軸
に対して浅い角度の(出射角度の小さい)光に関して
は、その反射光が光源に遮られるので光ファイバに到達
できなくなり、この結果、光結合効率が低くなるという
問題がある。
However, as the light source, for example, an LED having a light emitting surface with a diameter of 200 μm is used, and as an optical fiber, for example, the incident end surface has a diameter of 1 μm.
When using a material of about mm, the size of the light source cannot be ignored. That is, the light source is not a point light source and has a planar spread. Therefore, with respect to light emitted from the light source and having a shallow angle (small emission angle), the reflected light is blocked by the light source and cannot reach the optical fiber, resulting in low optical coupling efficiency. There is a problem.

【0005】そこで、光源からの光の出射方向を光ファ
イバの入射端面側に向けて光源を配置し、光源と光ファ
イバとの間にレンズを介在させるという光結合方法が考
えられる。この光結合方法によれば、光源からの出射光
をレンズによって集光させて光ファイバに結合させれば
良い。
Therefore, an optical coupling method is conceivable in which the light source is arranged so that the light emitted from the light source is directed toward the incident end face side of the optical fiber, and a lens is interposed between the light source and the optical fiber. According to this optical coupling method, the light emitted from the light source may be condensed by the lens and coupled to the optical fiber.

【0006】しかしながら、このような光結合方式の構
成では、光軸に対して浅い角度の光しか光ファイバに結
合させることができず、光軸に対して深い角度(出射角
度の大きい、例えば、垂直に近い角度)の光はレンズに
よって集光されない。また、光源にはサイズがある。よ
って、光源の中心付近の光はレンズによって集光するこ
とができるが、光源の端の方から出射する光はレンズに
よる屈折で発散してしまうおそれがある。したがって、
このような光結合方式の構成にしても所望の光結合効率
を得ることはできない。
However, in such a structure of the optical coupling system, only light having a shallow angle with respect to the optical axis can be coupled to the optical fiber, and a deep angle with respect to the optical axis (a large emission angle, for example, Light at angles near vertical are not collected by the lens. Also, the light source has a size. Therefore, the light near the center of the light source can be condensed by the lens, but the light emitted from the end of the light source may be diverged due to refraction by the lens. Therefore,
The desired optical coupling efficiency cannot be obtained even with such a configuration of the optical coupling system.

【0007】そこで、上述した従来構成を踏まえて、光
軸に対して浅い角度の光も、光軸に対して深い角度の光
も光ファイバに結合できるような光結合手段として、例
えば、光源の出射光の方向を光ファイバの入射端面側に
向けるようにして光源を配置し、かつ、光源の光ファイ
バ側とは反対側に、放物面から成る鏡を配置するという
構成を想定できる。
In view of the above-mentioned conventional structure, therefore, as an optical coupling means capable of coupling light having a shallow angle with respect to the optical axis and light having a deep angle with respect to the optical axis to, for example, a light source, It is conceivable that the light source is arranged such that the direction of the emitted light is directed to the incident end face side of the optical fiber, and the parabolic mirror is arranged on the side opposite to the optical fiber side of the light source.

【0008】しかしながら、この構成においては、光フ
ァイバの入射端面の直径を1mm程度とし、かつ、例え
ば0.2mmφのサイズといった大きいサイズの光源を
使用する場合には、以下のような問題が生じる。すなわ
ち、放物面鏡の焦点にこのサイズの光源が設置できるよ
うに、回転放物面を設計すると、回転放物面を構成する
放物線は、焦点から対称軸上に沿って離れるにしたがっ
て、対称軸から遠く離れた曲線となる。すなわち、曲線
は準線側に広がった曲線となる。このため、放物面で反
射して光ファイバに入射する光の角度範囲が狭くなり、
よって、光源から直接光ファイバの入射端側へ向かう光
(直接光とも称する。)の角度範囲が相対的に広くな
る。したがって直接光に出射角の大きい光が含まれるの
で、光ファイバへの入射光のNAが大きくなり、しか
も、光径が広がってしまう。この結果、結合損失が大き
くなってしまう。
However, in this structure, when the diameter of the incident end face of the optical fiber is about 1 mm and a large size light source such as 0.2 mmφ is used, the following problems occur. In other words, if a paraboloid of revolution is designed so that a light source of this size can be installed at the focal point of the parabolic mirror, the parabola that constitutes the paraboloid of revolution will become symmetric as it moves away from the focal point along the axis of symmetry. The curve is far away from the axis. That is, the curve becomes a curve that spreads to the quasi-line side. Therefore, the angle range of the light reflected by the parabolic surface and incident on the optical fiber becomes narrow,
Therefore, the angle range of the light (also referred to as direct light) traveling directly from the light source to the incident end side of the optical fiber becomes relatively wide. Therefore, since the direct light includes the light having a large emission angle, the NA of the light incident on the optical fiber is increased and the light diameter is also expanded. As a result, the coupling loss increases.

【0009】また、光ファイバへの入射光の光径を狭め
ると共にNAを小さくするために、回転放物面を構成す
る放物線を対称軸に近づけるように設計すると、放物面
鏡内に上記のような大きいサイズの光源を設置すること
ができなくなる。したがって、この構成にしても光結合
効率の向上を図るのは困難である。
Further, in order to narrow the light diameter of the incident light to the optical fiber and reduce the NA, the parabola forming the paraboloid of revolution is designed to be close to the axis of symmetry. It becomes impossible to install such a large-sized light source. Therefore, even with this configuration, it is difficult to improve the optical coupling efficiency.

【0010】このため、光ファイバへ入射する光のNA
をできるだけ小さくでき、かつ、従来よりも光結合効率
を向上させることのできる光結合手段の出現が望まれて
いた。
Therefore, the NA of the light entering the optical fiber is
There has been a demand for the appearance of an optical coupling means capable of reducing the optical coupling efficiency as much as possible and improving the optical coupling efficiency more than ever before.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このため、光源からの光
を受光部品の受光面に結合させるこの発明の光結合鏡
は、以下のようにして設計されている。まず、光源と受
光部品との間の光軸を対称軸とする第1放物線を、この
第1放物線の焦点を中心にして回転移動させる。これに
より得られた放物線を第2放物線とする。この第2放物
線と第1放物線の対称軸すなわち光軸とは2つの交点で
交わる。そして、この交点で切り取られる第2放物線の
曲線をそれぞれの交点側の所望の位置でさらに切断す
る。このようにして切断された上記曲線の一部分を、第
1放物線の対称軸を回転軸として回転させる。この回転
によって得られる筒状の回転面鏡を光結合鏡とする。第
2放物線の曲線をさらに切断する位置は、最終的に得ら
れる回転面鏡の使用条件、光結合効率、受光面の大きさ
等を考慮して決定される。
For this reason, the optical coupling mirror of the present invention for coupling the light from the light source to the light receiving surface of the light receiving component is designed as follows. First, the first parabola having the optical axis between the light source and the light receiving component as the axis of symmetry is rotationally moved around the focal point of the first parabola. The parabola obtained by this is referred to as a second parabola. The symmetry axis of the second parabola and the first parabola, that is, the optical axis, intersect at two intersections. Then, the curve of the second parabola cut at this intersection is further cut at a desired position on the side of each intersection. A part of the curve thus cut is rotated with the axis of symmetry of the first parabola as the axis of rotation. The cylindrical rotary mirror obtained by this rotation is called an optical coupling mirror. The position where the curve of the second parabola is further cut is determined in consideration of the usage conditions of the finally obtained rotary mirror, the optical coupling efficiency, the size of the light receiving surface, and the like.

【0012】このような回転面鏡の回転面を構成する部
分曲線は、回転軸を対称軸とする放物線(第1放物線)
よりも、回転軸側により近づいた曲線となる。しかも、
第2放物線が光源に接触しないように第1放物線の設計
がなされているので大きいサイズの光源を回転面鏡内に
設置することが可能である。よって、光源からの出射光
のうち、鏡面で反射する光の角度範囲を広くすることが
できる。また、光源から直接受光面に入射する光のNA
の低減が図れる。したがって、光結合損失の低減が図
れ、光結合効率を向上させることができる。
The partial curve forming the plane of rotation of such a rotary mirror is a parabola (first parabola) whose axis of symmetry is the axis of symmetry.
The curve becomes closer to the rotation axis side. Moreover,
Since the first parabola is designed so that the second parabola does not come into contact with the light source, it is possible to install a large-sized light source in the rotary mirror. Therefore, it is possible to widen the angular range of the light reflected by the mirror surface in the light emitted from the light source. Also, the NA of the light that is directly incident on the light receiving surface from the light source.
Can be reduced. Therefore, the optical coupling loss can be reduced and the optical coupling efficiency can be improved.

【0013】また、このような光結合鏡において、第1
放物線および第2放物線の焦点に光源の中心が位置する
ように光源を配置し、かつ回転軸の延長線上に受光面が
位置するように受光部品を配置する場合に、好ましく
は、光源から光結合鏡の鏡面に反射しないで受光面に到
達する直接入射光の開口数(NA)と、光源から鏡面で
反射した後受光面に到達する反射光のNAとの平均NA
の値が光源のNAより小さくなるように、第1放物線の
回転移動角(θ)および曲線の一部分(詳細には、曲線
の一部分の端部間の距離(L))を決めておくのがよ
い。
Further, in such an optical coupling mirror, the first
When the light source is arranged so that the center of the light source is located at the focal point of the parabola and the second parabola, and the light receiving component is arranged so that the light receiving surface is located on the extension line of the rotation axis, it is preferable that the light coupling from the light source is performed. The average NA of the numerical aperture (NA) of the direct incident light that reaches the light receiving surface without being reflected by the mirror surface of the mirror and the NA of the reflected light that reaches the light receiving surface after being reflected by the mirror surface from the light source.
The angle of rotation (θ) of the first parabola and the part of the curve (specifically, the distance (L) between the ends of the part of the curve) are determined so that the value of is smaller than the NA of the light source. Good.

【0014】したがって、決定された第1放物線の回転
移動角(θ)および曲線の一部分(L)に基づいて設計
される光結合鏡から出射される光のNAは従来よりも小
さくなる。光源からの出射パターンが、直接入射光とな
る出射角度の小さい光よりも、反射光となる出射角度の
大きい光の割合が大きい場合においても、これらの光の
平均のNAが小さくなるように設計してあるので、NA
を小さくすることができる。よって、この光結合鏡を用
いれば、光源から受光面への光結合効率を向上させるこ
とができる。
Therefore, the NA of the light emitted from the optical coupling mirror designed based on the determined rotational movement angle (θ) of the first parabola and the part (L) of the curve is smaller than that in the conventional case. Designed so that the average NA of the light emitted from the light source is small even when the ratio of light having a large emission angle that is reflected light is larger than that of light that has a small emission angle that is directly incident light. Because it is done, NA
Can be made smaller. Therefore, by using this optical coupling mirror, the optical coupling efficiency from the light source to the light receiving surface can be improved.

【0015】また、光源からの出射光のうち、鏡面に反
射させた反射光を主として受光面に結合させる場合に
は、反射光の開口数の値が最小となるように、θおよび
Lを決定すればよい。
In the case where the reflected light reflected by the mirror surface of the light emitted from the light source is mainly coupled to the light receiving surface, θ and L are determined so that the numerical aperture of the reflected light is minimized. do it.

【0016】このような場合とは、例えば直接入射光と
なるような出射角の小さい光の光量が無視できる程度に
少なく、一方反射光となる出射角の大きい光の光量が非
常に多い場合や、光源の発光面の中心付近で配線との接
続がなされていたりする場合である。光源の発光面の中
心付近に接続用の部品等が設けられていると、光軸から
浅い角度の光、すなわち出射角度が小さい光は上記部品
に遮られるので受光面に結合させることができない。し
たがって、光源からの出射光のうち出射角度の大きい光
を受光面に結合させることになる。出射角度の大きい光
は、光結合鏡の鏡面で反射させ、その反射光が受光面に
入射する。よって、反射光のNAが最小となるようにθ
およびLを決めればよい。これにより、受光面に入射す
る光全体のNAを小さくすることができる。
In such a case, for example, the amount of light with a small emission angle such as direct incident light is negligibly small, while the amount of light with a large emission angle that is reflected light is very large. In some cases, the wiring is connected near the center of the light emitting surface of the light source. If a connecting component or the like is provided near the center of the light emitting surface of the light source, light having a shallow angle from the optical axis, that is, light having a small emission angle is blocked by the component and cannot be coupled to the light receiving surface. Therefore, of the light emitted from the light source, the light having a large emission angle is coupled to the light receiving surface. Light having a large emission angle is reflected by the mirror surface of the optical coupling mirror, and the reflected light is incident on the light receiving surface. Therefore, in order to minimize the NA of the reflected light, θ
And L may be determined. As a result, the NA of the entire light incident on the light receiving surface can be reduced.

【0017】また、直接入射光の光量と反射光の光量と
が大体同じぐらいであるときは、直接入射光の最大入射
角と、反射光の最大入射角とが略等角(実質的に等角と
みなせる角度とする。)となるように第1放物線の回転
移動角が決定されているのが好ましい。
When the light amount of the direct incident light and the light amount of the reflected light are approximately the same, the maximum incident angle of the direct incident light and the maximum incident angle of the reflected light are substantially equiangular (substantially equal to each other). It is preferable that the rotational movement angle of the first parabola is determined such that the angle can be regarded as an angle.

【0018】以上のようにして、回転面鏡から受光面に
入射する光のNAを、光源の出射パターンに応じて小さ
くすることができる。
As described above, the NA of the light incident on the light receiving surface from the rotary mirror can be reduced according to the emission pattern of the light source.

【0019】また、この発明の光結合鏡の設計段階で、
第1放物線の回転移動角を、直接入射光の最大入射角と
反射光の最大入射角とが実質的に等角とし、かつ光源が
鏡面と接触しないような角度とする。また、回転軸に垂
直でかつ焦点を通る直線と交わる発光面の2点の端部
は、曲線および回転軸と同一面内にあり、2つの端部の
うち、回転軸を基準にして曲線側に位置する端部を第1
端部とし、回転軸を基準にして曲線側とは反対側に位置
する端部を第2端部とする。このとき、曲線の一部分
を、発光面の第2端部から出射しかつ最大入射角で受光
面に入射する直接入射光を表す直線と、曲線との交点
で、この曲線を切断して得るものとする。但し、直接入
射光は、曲線の一部分には接触させないようにする。
In the design stage of the optical coupling mirror of the present invention,
The rotational movement angle of the first parabola is set such that the maximum incident angle of the direct incident light and the maximum incident angle of the reflected light are substantially equiangular and the light source does not come into contact with the mirror surface. Further, the two end portions of the light emitting surface which intersect the straight line which is perpendicular to the rotation axis and which passes through the focal point are in the same plane as the curved line and the rotation axis, and among the two end portions, the curved side is based on the rotation axis. The end located at
The end is defined as the end, and the end located on the side opposite to the curved side with respect to the rotation axis is defined as the second end. At this time, a part of the curve is obtained by cutting the curve at the intersection of the straight line representing the direct incident light emitted from the second end of the light emitting surface and entering the light receiving surface at the maximum incident angle. And However, the direct incident light should not touch a part of the curve.

【0020】これにより、回転面鏡からの出射光のNA
を最小にして、さらに光源から出射する光の受光面への
結合効率を従来よりも大幅に向上させることができる。
As a result, the NA of the light emitted from the rotary mirror is
Can be minimized, and the coupling efficiency of the light emitted from the light source to the light receiving surface can be significantly improved as compared with the conventional case.

【0021】ここで、POF(プラスチック光ファイ
バ)のような大きいコア径を有するマルチモードファイ
バの通信周波数帯域は、光源のNAおよび光ファイバの
NAに依存することが当業者の間では知られている。光
源のNAが小さいほど、また光ファイバのNAが小さい
ほど、周波数帯域の広帯域化が図れる。
Here, it is known to those skilled in the art that the communication frequency band of a multimode fiber having a large core diameter such as POF (plastic optical fiber) depends on the NA of the light source and the NA of the optical fiber. There is. The smaller the NA of the light source and the smaller the NA of the optical fiber, the wider the frequency band can be achieved.

【0022】したがって、上述のように、光結合鏡から
受光面に入射する光のNAを小さくすることによって、
光源および受光部品間の通信周波数帯域を従来よりも広
げることができる。
Therefore, as described above, by reducing the NA of the light incident on the light receiving surface from the optical coupling mirror,
The communication frequency band between the light source and the light receiving component can be expanded as compared with the conventional case.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の実
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概
略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示
例に限定するものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the drawings merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each constituent component to the extent that the invention can be understood, and therefore the present invention is not limited to the illustrated examples.

【0024】<基本的概念の説明>まず、図1〜図3を
参照して、この発明の基本的な概念について説明する。
<Description of Basic Concept> First, the basic concept of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0025】この発明の光結合鏡は、例えば光源をLE
Dとし、かつ、受光部品を受光面の直径が1mmの光フ
ァイバとしたとき、LEDの光を光ファイバに結合させ
る光結合鏡として用いられる。
The optical coupling mirror of the present invention uses, for example, an LE as a light source.
When the light receiving component is D and the light receiving surface is an optical fiber having a diameter of 1 mm, it is used as an optical coupling mirror for coupling the light of the LED to the optical fiber.

【0026】光ファイバは、受光面すなわち入射端面
が、光結合鏡の設計段階で用いられる第1放物線の対称
軸の延長線上の位置にくるように設置する。また、通
常、光源は、広がりのある発光面を有している。そのた
め、光源の中心すなわち発光面の中心が光結合鏡の第1
放物線および第2放物線の焦点に位置するように、光源
を設置する。また、光源からの光の出射方向は、光ファ
イバの受光面側に向けるようにする。したがって、光源
から光結合鏡を介して光ファイバに至る光の光軸は、第
1放物線の対称軸であり、かつ光結合鏡の回転軸でもあ
る。
The optical fiber is installed so that the light-receiving surface, that is, the incident end surface is located at a position on the extension line of the symmetry axis of the first parabola used in the design stage of the optical coupling mirror. In addition, the light source usually has a light emitting surface that is wide. Therefore, the center of the light source, that is, the center of the light emitting surface is the first of the optical coupling mirror.
The light source is installed so as to be located at the focal points of the parabola and the second parabola. Moreover, the light is emitted from the light source toward the light receiving surface of the optical fiber. Therefore, the optical axis of the light from the light source to the optical fiber via the optical coupling mirror is the axis of symmetry of the first parabola and also the rotation axis of the optical coupling mirror.

【0027】今、図1を参照して、xy座標の2次元座
標系で、放物線を考える。第1放物線をxy座標面にと
り、および主軸すなわちx軸を光軸とする。よって、光
源からの光の出射方向は、x軸におけるxの値が増加す
る方向である。光軸を対称軸とする第1放物線100は
周知の通り、次式(1)で表される。なお、次式(1)
は、焦点を原点(x,y)=(0,0)としたときの第1放物線を
表している。
Now, referring to FIG. 1, consider a parabola in a two-dimensional coordinate system of xy coordinates. The first parabola is on the xy coordinate plane, and the principal axis, that is, the x axis is the optical axis. Therefore, the emission direction of the light from the light source is the direction in which the value of x on the x-axis increases. As is well known, the first parabola 100 having the optical axis as the axis of symmetry is expressed by the following equation (1). In addition, the following equation (1)
Represents the first parabola when the focal point is the origin (x, y) = (0,0).

【0028】y = √(1/a + 4x)/ 2√a・・・(1) 上記(1)式において、aは第1放物線の傾斜を決める
係数である。係数aについては後に示す式(3)によっ
て定義される。第1放物線100は、この第1放物線1
00の対称軸(x軸)を回転軸として回転させて得られ
る放物面の焦点に、発光面に広がりがある光源の発光中
心が位置するように、光源を配置したとき、光源が放物
面に接触しないような放物線とする。そして、第1放物
線100を焦点を中心として角θだけ回転移動させて第
2放物線200を得る。ただし光源の位置は移動させな
い。すると、光源のサイズおよび第1放物線の回転移動
角(θ)によっては、光源に第2放物線が接触するおそ
れがある。光源と第2放物線とを接触させないように、
第1放物線の傾斜を予め決定しておくための係数が上記
係数aである。
Y = √ (1 / a + 4x) / 2√a (1) In the above equation (1), a is a coefficient that determines the slope of the first parabola. The coefficient a is defined by the equation (3) shown below. The first parabola 100 is the first parabola 1
When the light source is arranged such that the light emission center of the light source having a spread on the light emitting surface is located at the focal point of the parabolic surface obtained by rotating about the axis of symmetry (x axis) of 00 as the rotation axis, the light source is parabolic. The parabola should not touch the surface. Then, the first parabola 100 is rotationally moved about the focal point by the angle θ to obtain the second parabola 200. However, the position of the light source is not moved. Then, the second parabola may come into contact with the light source depending on the size of the light source and the rotational movement angle (θ) of the first parabola. Do not let the light source contact the second parabola,
The coefficient for previously determining the slope of the first parabola is the coefficient a.

【0029】上記(1)式の第1放物線100を、焦点
(原点)を中心にして、xy平面内で例えば時計回りに
角θだけ回転移動させた放物線、すなわち第2放物線2
00は、次式(2)で表される。
A parabola obtained by rotationally moving the first parabola 100 of the above equation (1) about the focal point (origin) in the xy plane, for example, by the angle θ, that is, the second parabola 2
00 is represented by the following equation (2).

【0030】 y = -(Sec2θ(-√(1 + (4aCosθ)x)+ Sinθ+ axSin2θ)) / (2a)・・・(2 ) そして、上記係数aは次式(3)とする。光源の半幅
(光源の光の出射端面が円形の場合、半幅は半径であ
る。)をy方向にとってDinとする。
Y = − (Sec 2 θ (−√ (1+ (4aCosθ) x) + Sinθ + axSin2θ)) / (2a) (2) Then, the coefficient a is given by the following equation (3). . The half width of the light source (when the light emitting end face of the light source is circular, the half width is the radius) is defined as Din in the y direction.

【0031】 a = 1 / (2 Din(1 + Sinθ))・・・(3) したがって、上記(2)式で示された第2放物線200
は、焦点を原点とし、第1放物線の回転移動角をθと
し、および光源の半幅をDinとするとき、次式(4)で
表される。
A = 1 / (2 Din (1 + Sin θ)) (3) Therefore, the second parabola 200 shown by the above equation (2) is used.
Is expressed by the following equation (4), where the focal point is the origin, the rotational movement angle of the first parabola is θ, and the half width of the light source is Din.

【0032】 y = (Din(-1 + Cos2θ- 2Sinθ+2√(1 + Sinθ)√(1 + (2Cosθ)x / Din + Si nθ))- (Sin2θ)x) / (1 + Cos2θ)・・・(4) この(4)式で表される第2放物線200と第1放物線
の対称軸(x軸)とは2点、例えばP1(x1,0)およびP
2(x2,0)で交わる。1点P1(x1,0)は光源側であり、もう
1点P2(x2,0)は受光部品側である。この2点の交点で切
り取られる2点間の曲線300を、部分的に切り出し
て、曲線の一部400(部分曲線とも称する。)とす
る。この曲線の一部400を、第1放物線100の対称
軸(x軸)を回転軸として、回転させる。
Y = (Din (-1 + Cos2θ-2 Sinθ + 2√ (1 + Sinθ) √ (1 + (2Cosθ) x / Din + Si nθ))-(Sin2θ) x) / (1 + Cos2θ) ・.. (4) The second parabola 200 represented by the equation (4) and the symmetry axis (x axis) of the first parabola are two points, for example, P 1 (x 1 , 0) and P
They intersect at 2 (x 2 , 0). One point P 1 (x 1 , 0) is on the light source side, and the other point P 2 (x 2 , 0) is on the light receiving component side. A curve 300 between two points cut at the intersection of these two points is partially cut out to form a part 400 of the curve (also referred to as a partial curve). A part 400 of this curve is rotated with the axis of symmetry (x axis) of the first parabola 100 as the axis of rotation.

【0033】回転によって筒形状の回転面500が得ら
れる。この回転面500の内面を回転面鏡とする。この
回転面鏡が光結合鏡となる。図2(A)に、xyz座標の
3次元座標系で、回転面500の形状を示す。
By rotating, a cylindrical rotating surface 500 is obtained. The inner surface of the rotating surface 500 is a rotating surface mirror. This rotating mirror serves as an optical coupling mirror. FIG. 2A shows the shape of the rotating surface 500 in a three-dimensional coordinate system of xyz coordinates.

【0034】ここで、この回転面500の受光部品側の
開口部600は、光源からの光を出射して受光部品の受
光面に出射光を結合させる必要がある。そのため、開口
部600は大きくても受光面と同じ大きさの窓(出射
窓)である必要がある。よって、上述した曲線300を
受光部品側の交点P2(x2,0)から一方の交点P1(x1,0)側
の適当な位置Px(xx,yx)で切断しておく(図1参
照。)。また、この回転面500の光源側の開口部70
0は、小さくても光源の発光面と同じ大きさの窓(入射
窓)とするのがよい。したがって、例えば焦点における
回転軸(x軸)に垂直な線(y軸)と上述の曲線300
との交点で曲線300を切断する(図1参照。)。この
ように曲線300を切断して得られた部分曲線400
を、x軸を回転軸にして回転させると、図2(A)に示
すような、入射窓700および出射窓600を具えた光
結合鏡500が得られる。
Here, the opening 600 on the light receiving component side of the rotating surface 500 is required to emit the light from the light source and couple the emitted light to the light receiving face of the light receiving component. Therefore, the opening 600 needs to be a window (emission window) having the same size as the light receiving surface even if it is large. Therefore, the above curve 300 is cut from the intersection P 2 (x 2 , 0) on the light receiving component side at an appropriate position P x (x x , y x ) on the one intersection P 1 (x 1 , 0) side. (See Fig. 1). In addition, the opening 70 on the light source side of the rotating surface 500.
It is preferable that 0 is a window (incident window) having the same size as the light emitting surface of the light source even if it is small. Thus, for example, a line (y-axis) perpendicular to the axis of rotation (x-axis) at the focal point and the curve 300 described above.
The curve 300 is cut at the intersection with and (see FIG. 1). The partial curve 400 obtained by cutting the curve 300 in this way
Is rotated about the x axis as a rotation axis, an optical coupling mirror 500 having an entrance window 700 and an exit window 600 as shown in FIG. 2A is obtained.

【0035】そして、図2(B)に示すように、入射窓
700には光源750が設置され、出射窓600には受
光部品650が取り付けられる。図2(B)では、光結
合鏡をxy平面で切った断面の切り口で示している。ま
た、光源として例えばLEDを用い、受光部品として光
ファイバを用いている。また、図2(B)は、光結合
鏡、光源および受光部品間の位置関係を示す図であり、
光源および受光部品の形状や大きさはこの図に限られる
ものではない。
Then, as shown in FIG. 2B, a light source 750 is installed in the entrance window 700, and a light receiving component 650 is installed in the exit window 600. In FIG. 2B, the optical coupling mirror is shown by a cross section cut along the xy plane. Further, for example, an LED is used as the light source and an optical fiber is used as the light receiving component. Further, FIG. 2B is a diagram showing a positional relationship between the optical coupling mirror, the light source, and the light receiving component,
The shapes and sizes of the light source and the light receiving component are not limited to those shown in this figure.

【0036】また、この構成例では、光源750の発光
面770は、入射窓700と同形状でかつ同じ大きさで
ある。また、受光部品650の受光面660は、出射窓
600の大きさ以下の大きさとする。図2(B)では、
出射窓600と受光面660とは、同形状でかつ同じ大
きさにしてある。
Further, in this configuration example, the light emitting surface 770 of the light source 750 has the same shape and the same size as the entrance window 700. The light receiving surface 660 of the light receiving component 650 has a size equal to or smaller than the size of the emission window 600. In FIG. 2 (B),
The emission window 600 and the light receiving surface 660 have the same shape and the same size.

【0037】次に、第1放物線の回転移動角(θ)およ
び曲線の一部の長さ(L)の決定方法について説明する。
Next, a method for determining the rotational movement angle (θ) of the first parabola and the length (L) of a part of the curve will be described.

【0038】この発明の光結合鏡においては、光源から
光結合鏡の鏡面に反射しないで受光面に到達する直接入
射光のNAと、光源から出射して鏡面で反射した後受光
面に到達する反射光のNAとの平均NAの値が光源のN
Aより小さくなるように上記θおよびLを決める。
In the optical coupling mirror of the present invention, the NA of the direct incident light which reaches the light receiving surface from the light source without being reflected on the mirror surface of the optical coupling mirror and the NA of the light which is emitted from the light source and is reflected on the mirror surface and then reaches the light receiving surface. The value of the average NA with the NA of the reflected light is N of the light source.
The θ and L are determined so as to be smaller than A.

【0039】ここで、直接入射光の光量(光強度)をSd
とし、およびNAをNAdとする。また、反射光の光量
(光強度)をSrとし、およびNAをNArとすると、光結
合鏡から出射する光の平均NAは、次式(5)で表され
る。
Here, the light quantity (light intensity) of the direct incident light is Sd
, And NA is NAd. Further, when the amount of reflected light (light intensity) is Sr and NA is NAr, the average NA of the light emitted from the optical coupling mirror is expressed by the following equation (5).

【0040】 平均NA = (Sd×NAd)/(Sd + Sr) + (Sr×NAr)/(Sd + Sr)・・・(5) また、光結合鏡の出射窓(受光部品側の開口部)の口径
を、受光面の大きさとするための条件は、受光面の半幅
をDoutとすると、次式(6)で表される。
Average NA = (Sd × NAd) / (Sd + Sr) + (Sr × NAr) / (Sd + Sr) (5) Further, the exit window of the optical coupling mirror (the opening on the side of the light receiving component) The condition for making the aperture of () the size of the light receiving surface is expressed by the following equation (6), where Dout is the half width of the light receiving surface.

【0041】y = Dout ・・・(6) そして、光結合鏡の反射光が、鏡面で再度反射しないと
いう条件は、次の(7)式で表される。
Y = Dout (6) Then, the condition that the reflected light of the optical coupling mirror is not reflected again on the mirror surface is expressed by the following equation (7).

【0042】y - Dout = Tanθ(x - L)・・・(7) したがって、直接入射光のNA(NAd)は、次式(8)式
で表される。
Y − Dout = Tan θ (x − L) (7) Therefore, the NA (NAd) of the direct incident light is expressed by the following equation (8).

【0043】NAd = Sin(ATan(Dout / L))・・・(8) また、反射光のNA(NAr)は、次式(9)で表される。NAd = Sin (ATan (Dout / L)) (8) The NA (NAr) of the reflected light is expressed by the following equation (9).

【0044】NAr = Sinθ・・・(9) よって、上記(5)式、(8)式および(9)式から、
平均NAが光源のNAより小さくなるθおよびLを決定
すればよい。この平均NAを光源のNAよりも小さく最
小の値にできればより好ましい。
NAr = Sin θ (9) Therefore, from the above equations (5), (8) and (9),
It suffices to determine θ and L at which the average NA becomes smaller than the NA of the light source. It is more preferable if this average NA can be made smaller than the NA of the light source to be the minimum value.

【0045】ところで、光源のサイズに起因して、光結
合鏡からの出射光の最大出射角(受光面への最大入射
角)にはαだけずれが生じる。ここで、図3を参照す
る。図3は、この発明の光結合鏡をxy平面で切った断
面の切り口を示している。
By the way, due to the size of the light source, the maximum outgoing angle of the outgoing light from the optical coupling mirror (the maximum incident angle to the light receiving surface) is deviated by α. Reference is now made to FIG. FIG. 3 shows a cross section of the optical coupling mirror of the present invention cut in the xy plane.

【0046】光源が、点光源であれば、光源から光結合
鏡の出射窓の端を通る出射光の光軸に対する角度は、い
ずれの端を通っても等しい角度となる。しかしながら、
光源の発光面が大きくなるのに伴い、光源のある端部Q1
から出射窓の任意のある端Rを通る出射光800の最大
出射角と、別の端部Q2から端Rを通る出射光900の最
大出射角との間には差が生じる。この角度の差をαとす
る。
If the light source is a point light source, the angle of the outgoing light from the light source passing through the end of the exit window of the optical coupling mirror with respect to the optical axis is the same regardless of the end. However,
As the light emitting surface of the light source becomes larger, the edge Q 1
Therefore, there is a difference between the maximum output angle of the output light 800 passing through any one end R of the output window and the maximum output angle of the output light 900 passing through another end Q 2 through the end R. The difference between these angles is α.

【0047】よって、直接入射光のNA(NAd)は、上
記(8)式に光源のサイズの条件を加えると次式(1
0)式で表される。また、反射光のNA(NAr)は次式
(11)式で表される。
Therefore, the NA (NAd) of the direct incident light is given by the following equation (1) when the condition of the size of the light source is added to the above equation (8).
It is represented by the formula 0). The NA (NAr) of the reflected light is expressed by the following equation (11).

【0048】 NAd = Sin(ATan((Dout + Din)/ L))・・・(10) NAr = Sin (θ+ α)・・・(11) したがって、このずれαを考慮する場合には、上記
(5)式、(10)式および(11)式から、平均NA
が最少となるθおよびLを決定するのが好ましい。
NAd = Sin (ATan ((Dout + Din) / L)) (10) NAr = Sin (θ + α) (11) Therefore, when considering this deviation α, From the above equations (5), (10) and (11), the average NA
It is preferable to determine θ and L that minimize.

【0049】<第1の実施の形態>この実施の形態で
は、この発明の光結合鏡の特性について調べる。光結合
鏡に光を入射させる光源として円形の出射端面を有する
LEDを用いる。LEDは、光結合鏡の、半径0.13
mmの入射窓に対応したサイズのものを用いる。
<First Embodiment> In this embodiment, the characteristics of the optical coupling mirror of the present invention will be examined. An LED having a circular emission end face is used as a light source for making light incident on the optical coupling mirror. The LED has a radius of 0.13 of the optical coupling mirror.
A size corresponding to an entrance window of mm is used.

【0050】この実施の形態では、まず光結合鏡を設計
する。図4および図5は、概略的な光結合鏡の設計工程
図である。
In this embodiment, first, an optical coupling mirror is designed. 4 and 5 are schematic design process diagrams of the optical coupling mirror.

【0051】この実施の形態では、光結合鏡の出射窓の
半径が0.45mmとなり、光源からの光が鏡面に反射
して出射する反射光のNAと、光源から直接出射する直
接光のNAとが等しくなるようにする。上述した式を用
いて計算を行うと、この条件を満たすような光結合鏡の
設計に用いる第1放物線の回転移動角(θ)は約10°
で、かつ光結合鏡の入射窓および出射窓間の距離(L)は
2.6mmであった。以上の条件を満たす曲線の形状か
ら、第1放物線の形状が決定される。
In this embodiment, the radius of the exit window of the optical coupling mirror is 0.45 mm, and the NA of the reflected light emitted from the light source after being reflected on the mirror surface and the NA of the direct light directly emitted from the light source. So that and are equal. When calculation is performed using the above equation, the rotational movement angle (θ) of the first parabola used in the design of the optical coupling mirror satisfying this condition is about 10 °.
The distance (L) between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror was 2.6 mm. The shape of the first parabola is determined from the shape of the curve that satisfies the above conditions.

【0052】例えば、図4(A)に示す放物線を第1放
物線12とする。第1放物線12は、焦点を原点とする
放物線で、第1放物線12とy軸との交点で切り取られ
るy軸の線分14の長さは、LEDの発光面の直径
(0.26mm)と同じかそれ以上の長さを有してい
る。
For example, the parabola shown in FIG. 4A is the first parabola 12. The first parabola 12 is a parabola whose focal point is the origin, and the length of the y-axis line segment 14 cut at the intersection of the first parabola 12 and the y-axis is the same as the diameter (0.26 mm) of the light emitting surface of the LED. It has the same or longer length.

【0053】次に、この第1放物線12を用いて、この
実施の形態では、第1放物線12を焦点を中心に、回転
移動角θとして、第2放物線16を得る(図4
(B))。この実施の形態では、θを5°、10°、1
5°および20°として、それぞれのθでの第2放物線
を形成する。
Next, using this first parabola 12, in this embodiment, the second parabola 16 is obtained with the first parabola 12 as the center of rotation and the rotational movement angle θ (FIG. 4).
(B)). In this embodiment, θ is 5 °, 10 °, 1
A second parabola is formed at each θ of 5 ° and 20 °.

【0054】この第2放物線16と第1放物線12の対
称軸(x軸)との2つの交点によって1つの曲線18が
切り取られる。第1の交点20は光源側(焦点側、原点
側))の交点であり、第2の交点は受光面側(x軸のプ
ラス側)の交点(図4では図示せず。)である(図4
(C))。
One curve 18 is cut out by two intersection points of the second parabola 16 and the axis of symmetry (x axis) of the first parabola 12. The first intersection 20 is an intersection on the light source side (focal side, origin side), and the second intersection is an intersection on the light-receiving surface side (plus side of the x-axis) (not shown in FIG. 4). Figure 4
(C)).

【0055】次に、この曲線18を、焦点における第1
放物線の対称軸(x軸)と直角に交わる直線(y軸)で
切断する(図5(A))。さらに、第1放物線の対称軸
(x軸)上の、焦点(原点)からの距離が0〜4mmの
範囲内の任意の点Pにおいて、上記対称軸(x軸)と直
角に交わる直線(点線で示している)で切断する(図5
(B))。
Next, this curve 18 is converted into the first curve at the focal point.
It cuts by the straight line (y-axis) which intersects with the symmetry axis (x-axis) of a parabola at right angles (FIG. 5 (A)). Furthermore, at an arbitrary point P on the symmetry axis (x axis) of the first parabola within a range of 0 to 4 mm from the focus (origin), a straight line (dotted line) intersecting the symmetry axis (x axis) at a right angle. (Fig. 5)
(B)).

【0056】これにより、特性を調べるためのシミュレ
ーション用の光結合鏡を構成する曲線の一部(部分曲
線)22が得られる。この曲線の一部22を第1放物線
12の対称軸(x軸)を回転軸として回転することによ
り得られる形状を、この実施の形態の光結合鏡24の形
状とする。この実施の形態の光結合鏡24の断面の切り
口を図5(C)に示す。図5(C)によれば、光結合鏡
24には、入射窓26および出射窓28が形成されてい
る。
As a result, a part (partial curve) 22 of the curve forming the optical coupling mirror for simulation for investigating the characteristics can be obtained. The shape obtained by rotating a part 22 of this curve with the axis of symmetry (x axis) of the first parabola 12 as the axis of rotation is the shape of the optical coupling mirror 24 of this embodiment. The cross section of the optical coupling mirror 24 of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 5C, the optical coupling mirror 24 has an entrance window 26 and an exit window 28.

【0057】このような光結合鏡からの出射光のNA
を、上述した(10)式および(11)式から求める。
NA of light emitted from such an optical coupling mirror
Is calculated from the above equations (10) and (11).

【0058】この結果を図6に示す。図6は、光結合鏡
24の入射窓26から出射窓28までの距離(L)と、光
結合鏡24からの出射光のNAとの関係を、第1放物線
の回転移動角(θ)毎に示した特性図である。図6にお
いて、この特性は、横軸に入射窓26および出射窓28
間の距離(L)をとり、縦軸に出射光のNAをとって、回
転移動角(θ:θ=5°、10°、15°および20
°)毎に示してある。
The results are shown in FIG. FIG. 6 shows the relationship between the distance (L) from the entrance window 26 to the exit window 28 of the optical coupling mirror 24 and the NA of the output light from the optical coupling mirror 24 for each rotational movement angle (θ) of the first parabola. It is a characteristic diagram shown in FIG. In FIG. 6, this characteristic is represented by an entrance window 26 and an exit window 28 on the horizontal axis.
The distance (L) between them, and the NA of the emitted light is taken on the vertical axis, and the rotational movement angle (θ: θ = 5 °, 10 °, 15 ° and 20
°).

【0059】入射窓26から出射窓28までの距離(L)
が短いと、光源から出射される光のうち、光結合鏡24
の鏡面で反射する光の角度範囲が狭くなる。よって、光
結合鏡24の鏡面で反射される光が少ない。これに伴
い、反射しない光(直接光と称する。)の角度範囲が広
くなる。よって、直接光の光量が多くなり、かつそのN
Aも高くなってしまう。入射窓26から出射窓28まで
の距離(L)が長くなるにしたがって、直接光のNAが高
くなる原因である出射角度の大きい直接光は、鏡面で反
射する。よって、反射光の光量が増え、直接光のNAを
低減することができる。しかしながら、例えば第1放物
線の回転移動角(θ)を20°と比較的大きい角度にす
ると、反射光の光軸に対する角度も20°と大きくなっ
てしまうので、この結果、NAが大きくなってしまう。
したがって、θを20°としたときには、図6に示され
ているように、入射窓26および出射窓28間の距離
(L)が約1.2mmよりも長くしても、光結合鏡24か
らの出射光のNAを、0.4からほとんど低減させるこ
とができない。
Distance from entrance window 26 to exit window 28 (L)
Is short, of the light emitted from the light source, the optical coupling mirror 24
The angle range of the light reflected by the mirror surface is narrowed. Therefore, less light is reflected by the mirror surface of the optical coupling mirror 24. Along with this, the angular range of light that is not reflected (referred to as direct light) is widened. Therefore, the amount of direct light increases and the N
A also becomes high. As the distance (L) from the entrance window 26 to the exit window 28 increases, the direct light with a large exit angle, which causes the NA of the direct light to increase, is reflected by the mirror surface. Therefore, the amount of reflected light increases, and the NA of direct light can be reduced. However, for example, when the rotational movement angle (θ) of the first parabola is set to a relatively large angle of 20 °, the angle of the reflected light with respect to the optical axis also increases to 20 °, resulting in an increase in NA. .
Therefore, when θ is set to 20 °, the distance between the entrance window 26 and the exit window 28 as shown in FIG.
Even if (L) is longer than about 1.2 mm, the NA of the light emitted from the optical coupling mirror 24 can hardly be reduced from 0.4.

【0060】第1放物線の回転移動角が15°、10
°、5°と低くなるにしたがって、理論的には反射光の
NAを低減することができる。しかしながら、光結合鏡
24からの出射光を、例えばコアの口径が1mmの光フ
ァイバに結合しようとする場合、光結合鏡の出射窓28
の口径を0.9mm程度にしなければならない。図6に
よれば、回転移動角θが5°の光結合鏡は、入射窓およ
び出射窓間の距離(L)を4mmにすることにより、出射
光のNAが0.2以下になる。しかしながら、θが5°
では、Lを4mmという長さにしたとき出射窓28の口
径は0.9mmよりもはるかに大きくなってしまう。よ
って、受光面が非常に大きい光ファイバに光結合させる
という特殊な場合には利用可能であるが、実用的ではな
い。
The rotational movement angle of the first parabola is 15 °, 10
The NA of the reflected light can theoretically be reduced as the angle decreases to 5 °. However, when the outgoing light from the optical coupling mirror 24 is to be coupled to an optical fiber having a core diameter of 1 mm, for example, the outgoing window 28 of the optical coupling mirror 24 is used.
Must have a diameter of about 0.9 mm. According to FIG. 6, in the optical coupling mirror having the rotational movement angle θ of 5 °, the NA of the outgoing light becomes 0.2 or less by setting the distance (L) between the entrance window and the exit window to 4 mm. However, θ is 5 °
Then, when L is set to a length of 4 mm, the diameter of the exit window 28 becomes much larger than 0.9 mm. Therefore, although it can be used in a special case of optically coupling to an optical fiber having a very large light receiving surface, it is not practical.

【0061】発光面の口径が0.26mmのLEDの光
をコアの口径が1mmの光ファイバに結合させるのに使
用される光結合鏡においては、出射窓の口径を1mm以
下にしなければならないので、回転移動角(θ)が小さ
いと、光結合鏡の入射窓および出射窓間の距離(L)が短
くなってしまう。よって、鏡面で反射する反射光のNA
は小さいがその光量は少ない。また、鏡面で反射しない
直接光の光量は多く、そのNAは大きい。したがって光
結合鏡からの出射光全体のNAは大きくなり、光結合効
率も低い。
In the optical coupling mirror used for coupling the light of the LED having the light emitting surface with the diameter of 0.26 mm to the optical fiber with the diameter of the core of 1 mm, the diameter of the emission window must be 1 mm or less. If the rotational movement angle (θ) is small, the distance (L) between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror will be short. Therefore, the NA of the reflected light reflected by the mirror surface
Is small, but the amount of light is small. Also, the amount of direct light that is not reflected by the mirror surface is large, and its NA is large. Therefore, the NA of the entire light emitted from the optical coupling mirror is large, and the optical coupling efficiency is low.

【0062】一方、回転移動角が大きいと、光結合鏡の
入射窓および出射窓間の距離を長くすることができる。
このため、反射光の光量を多くすることができるがその
NAは大きくなる。また、直接光のNAは小さくなる。
したがって、光結合鏡からの出射光全体のNAはやはり
大きくなり、これに伴い光結合効率も低くなる。
On the other hand, if the rotational movement angle is large, the distance between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror can be lengthened.
Therefore, the amount of reflected light can be increased, but its NA is increased. Further, the NA of the direct light becomes small.
Therefore, the NA of the entire emitted light from the optical coupling mirror is still large, and the optical coupling efficiency is also reduced accordingly.

【0063】以上により、この実施の形態の光結合鏡2
4からの出射光をコアの口径が1mmの光ファイバに光
結合させることを考えると、第1放物線の回転移動角を
約10°とすると距離(L)が2.6mmのとき出射窓の
径が0.9mm付近となる。そして、このとき反射光の
NAと直接光のNAとが等しくなるので、光結合鏡から
の出射光のNAを最少にすることができる。
As described above, the optical coupling mirror 2 of this embodiment is
Considering that the output light from 4 is optically coupled to the optical fiber with a core diameter of 1 mm, the diameter of the output window when the distance (L) is 2.6 mm when the rotational movement angle of the first parabola is about 10 °. Is about 0.9 mm. At this time, the NA of the reflected light becomes equal to the NA of the direct light, so that the NA of the light emitted from the optical coupling mirror can be minimized.

【0064】<第2の実施の形態>この実施の形態で
は、光結合鏡の、第1の実施の形態とは異なる特性につ
いて調べる。
<Second Embodiment> In this embodiment, the characteristics of the optical coupling mirror different from those of the first embodiment will be examined.

【0065】この実施の形態においては、光源としてL
EDを用いる。また、第1放物線の傾きは10°とす
る。そして、光源のサイズを変えて、入射窓および出射
窓との距離(L)に対する出射光のNAの値の変化特性を
調べる。
In this embodiment, L is used as the light source.
Use ED. The inclination of the first parabola is 10 °. Then, the size of the light source is changed, and the change characteristic of the NA value of the emitted light with respect to the distance (L) between the incident window and the outgoing window is examined.

【0066】光源のサイズを変えるとは、すなわち光結
合鏡の入射窓の半径を変えることを意味する。ここで
は、入射窓の半径を0.05mm、0.1mm、0.2
mmおよび0.4mmとする。
Changing the size of the light source means changing the radius of the entrance window of the optical coupling mirror. Here, the radius of the entrance window is 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2
mm and 0.4 mm.

【0067】図7に光源のサイズによる、入射窓および
出射窓間の距離(L)に対する出射光のNAの変化特性を
示す。図7では、横軸に入射窓および出射窓間の距離
(L)をとって示し、縦軸にNAをとって示してある。
FIG. 7 shows the change characteristics of the NA of the outgoing light with respect to the distance (L) between the entrance window and the exit window depending on the size of the light source. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the distance between the entrance window and the exit window.
(L) is shown, and NA is shown on the vertical axis.

【0068】図7によれば、光源のサイズが小さいほど
光結合鏡からの出射光のNAを小さくできる。また、光
源のサイズが大きくても、入射窓および出射窓間の距離
を長くすることによってNAをある程度小さくすること
ができることが示されている。
According to FIG. 7, the smaller the size of the light source, the smaller the NA of the light emitted from the optical coupling mirror. It is also shown that even if the size of the light source is large, the NA can be reduced to some extent by increasing the distance between the entrance window and the exit window.

【0069】ここで、図8を参照する。図8は、第1放
物線の回転移動角(θ)に対する入射窓および出射窓間
の距離(L)の特性を、光源のサイズ毎に示した特性図で
ある。
Reference will now be made to FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristics of the distance (L) between the entrance window and the exit window with respect to the rotational movement angle (θ) of the first parabola for each size of the light source.

【0070】図8によれば、第1放物線の回転移動角を
大きくすると、入射窓および出射窓間の距離(L)は長く
なる。しかしながら、この特性は、光源のサイズが小さ
い方が顕著であり、発光面の半径が0.4mmとなるよ
うな大きいサイズの光源の場合には、回転移動角を20
°としても入射窓および出射窓間の距離(L)はほとんど
0mmに近い距離となる。
According to FIG. 8, when the rotational movement angle of the first parabola is increased, the distance (L) between the entrance window and the exit window becomes longer. However, this characteristic is remarkable when the size of the light source is small, and in the case of a light source of a large size such that the radius of the light emitting surface is 0.4 mm, the rotational movement angle is 20.
Even if the angle is 0, the distance (L) between the entrance window and the exit window is almost 0 mm.

【0071】したがって、実際には、図7のように、光
源のサイズが大きいと、入射窓および出射窓間の距離
(L)を長くすることはできない。したがって光源のサイ
ズが大きいとNAを小さくすることはできない。
Therefore, in reality, as shown in FIG. 7, when the size of the light source is large, the distance between the entrance window and the exit window is large.
(L) cannot be lengthened. Therefore, if the size of the light source is large, the NA cannot be reduced.

【0072】よって、光源のサイズは小さい方が好まし
い。
Therefore, it is preferable that the size of the light source is small.

【0073】また、図8に点線で示している曲線は、光
源から鏡面に反射して受光面に入射する反射光のNAと
鏡面で反射せずに直接受光面に入射する直接光のNAと
が等しくなるときの、第1放物線の回転移動角と光結合
鏡の入射窓および出射窓間の距離を表している。また、
図8において、この曲線よりも右側の領域は、反射光の
NAが大きくなってしまう領域である。反射光のNAが
大きくなると光結合鏡からの出射光全体のNAも大きく
なるので、この領域の回転移動角(θ)および入射窓お
よび出射窓間の距離(L)では、光結合鏡の設計は行わな
い。
The curve shown by the dotted line in FIG. 8 is the NA of the reflected light reflected from the light source to the mirror surface and incident on the light receiving surface and the NA of the direct light directly incident on the light receiving surface without being reflected on the mirror surface. Represents the rotational movement angle of the first parabola and the distance between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror when the values are equal. Also,
In FIG. 8, a region on the right side of this curve is a region where the NA of reflected light becomes large. As the NA of the reflected light increases, the NA of the entire light emitted from the optical coupling mirror also increases. Therefore, at the rotational movement angle (θ) and the distance between the entrance window and the exit window (L) in this region, the design of the optical coupling mirror Does not.

【0074】<光結合鏡の応用構成例>また、上述で説
明した光結合鏡の応用例として、以下に示すような構成
も利用可能である。
<Application Example of Optical Coupling Mirror> As an application example of the optical coupling mirror described above, the following configuration can be used.

【0075】例えば、図9を参照して一構成例を説明す
る。第1放物線100の回転移動角(θ)を、直接入射
光の最大入射角と反射光の最大入射角とが実質的に等角
となり、かつ光源が鏡面と接触しないような回転移動角
度であって、さらに、第2放物線200が、回転軸(x
軸)と平行でかつ焦点から受光面の半幅以下の所定の距
離だけ離間した直線(y = S)と、一点(S)で接するよう
な角度とする。
For example, one configuration example will be described with reference to FIG. The rotational movement angle (θ) of the first parabola 100 is set such that the maximum incident angle of the direct incident light and the maximum incident angle of the reflected light are substantially equiangular and the light source does not come into contact with the mirror surface. Further, the second parabola 200 has a rotation axis (x
The angle is such that it makes contact with a straight line (y = S) parallel to the axis) and separated from the focal point by a predetermined distance equal to or less than the half width of the light receiving surface at one point (S).

【0076】回転移動角(θ)をこのような角度とし、
さらに、曲線300と上記直線(y =S)との接する一点
(S)の位置で切断したものを曲線の一部400aとし
て、光結合鏡を設計する。図9(B)にその光結合鏡5
00を示す。光源のサイズが十分に小さい場合には、光
結合鏡から受光面に入射するNAを小さくすることがで
きる。また、光結合鏡500の形状は、入射窓700か
ら出射窓600にかけて光軸(x軸)に垂直な断面の大
きさが徐々に大きくなるような筒形状である。このよう
な形状は製造しやすい。
The rotational movement angle (θ) is such an angle,
Furthermore, a point where the curve 300 and the above straight line (y = S) touch
The optical coupling mirror is designed with the part 400a of the curve cut at the position (S). The optical coupling mirror 5 is shown in FIG.
Indicates 00. When the size of the light source is sufficiently small, the NA incident on the light receiving surface from the optical coupling mirror can be reduced. Further, the shape of the optical coupling mirror 500 is a tubular shape in which the size of the cross section perpendicular to the optical axis (x axis) gradually increases from the entrance window 700 to the exit window 600. Such a shape is easy to manufacture.

【0077】また、図10を参照して、別の一構成例に
ついて説明する。光結合鏡の設計段階において、まず、
第1放物線100の回転移動角(θ)を、直接入射光の
最大入射角と反射光の最大入射角とが実質的に等角とな
り、かつ光源が鏡面と接触しないような角度とする。
Another configuration example will be described with reference to FIG. At the design stage of the optical coupling mirror, first,
The rotational movement angle (θ) of the first parabola 100 is set such that the maximum incident angle of the direct incident light and the maximum incident angle of the reflected light are substantially equal and the light source does not come into contact with the mirror surface.

【0078】そして、光軸(x軸)と平行でかつ焦点か
ら受光面の半幅以下の所定の距離だけ離間した直線(y =
T)と曲線300とが2つの交点T1およびT2を持つ場
合、受光部品側の開口部(出射窓)を構成する曲線の切
断部を、上記2つの交点のうち光源側の交点T1とす
る。また、光源側の開口部(入射窓)を構成する曲線の
切断部は、焦点における光軸(x軸)と垂直な直線(y
軸)と曲線300との交点で切断する。この切断により
部分曲線400b、すなわち曲線の一部が得られる。こ
の曲線の一部400bをx軸を回転軸として回転させる
と、図10(B)で示されるような構成の光結合鏡50
0が得られる。光結合鏡500は、入射窓700および
出射窓600を具えている。
A straight line parallel to the optical axis (x-axis) and separated from the focal point by a predetermined distance equal to or less than the half width of the light receiving surface (y =
When T) and the curve 300 have two intersections T 1 and T 2 , the cut portion of the curve forming the opening (emission window) on the light receiving component side is the intersection T 1 on the light source side of the above two intersections. And In addition, the cut section of the curve forming the opening (incident window) on the light source side is a straight line (y) perpendicular to the optical axis (x axis) at the focal point.
Cut at the intersection of the axis) and the curve 300. By this cutting, a partial curve 400b, that is, a part of the curve is obtained. When a part 400b of this curve is rotated around the x-axis as the rotation axis, the optical coupling mirror 50 having the structure as shown in FIG.
0 is obtained. The optical coupling mirror 500 includes an entrance window 700 and an exit window 600.

【0079】また、上記光軸(x軸)と平行でかつ焦点
から受光面の半幅以下の所定の距離だけ離間した直線と
曲線とが全く交わらない場合には、曲線が直線に最も接
近した位置で曲線を切断することにより、上記曲線の一
部分を得る。この曲線の一部を回転させて得られる光結
合鏡は、図9(B)に示した光結合鏡と同様の形状とな
る。
If a straight line parallel to the optical axis (x-axis) and separated from the focal point by a predetermined distance less than the half width of the light receiving surface does not intersect with the curved line, the position where the curved line is closest to the straight line is not present. A section of the curve is obtained by cutting the curve at. The optical coupling mirror obtained by rotating a part of this curve has the same shape as the optical coupling mirror shown in FIG.

【0080】以上のようにして設計された光結合鏡は、
いずれも入射窓700から出射窓600にかけて断面が
次第に大きくなるような筒形状である。よって、入射窓
700と出射窓600との間の途中で筒が大きく膨らん
でいるような形状の光結合鏡よりは製造が容易である。
ただし、この光結合鏡は鏡面で反射する光の角度範囲が
狭く光源からの光の出射角度の大きい光しか反射するこ
とができない。したがって直接入射光のNAが大きくな
ってしまう。よって、光源から出射する光のNAが大き
い、すなわち、光源からの出射角度が大きい光の光量が
多い場合に有効な光結合鏡となる。
The optical coupling mirror designed as described above is
Each of them has a tubular shape whose cross section gradually increases from the entrance window 700 to the exit window 600. Therefore, it is easier to manufacture than an optical coupling mirror having a shape in which the tube is largely swollen in the middle between the entrance window 700 and the exit window 600.
However, this optical coupling mirror has a narrow angle range of light reflected by the mirror surface and can only reflect light having a large emission angle of light from the light source. Therefore, the NA of the direct incident light becomes large. Therefore, it becomes an effective optical coupling mirror when the NA of the light emitted from the light source is large, that is, when the light amount of the light emitted from the light source is large.

【0081】また、図11を参照して、この発明の光結
合鏡の別の応用例について説明する。この発明の光結合
鏡500において、光結合鏡500の出射窓600と同
形状の窓150を有し、かつ光軸(x軸)の延長線に沿
って、この延長線と実質的に平行に延在する筒状の反射
鏡250が、光結合鏡500の出射窓600と受光面と
の間に連通して形成してあってもよい。
Further, another application example of the optical coupling mirror of the present invention will be described with reference to FIG. The optical coupling mirror 500 of the present invention has a window 150 having the same shape as the exit window 600 of the optical coupling mirror 500, and extends substantially parallel to the extension line of the optical axis (x axis). The extending cylindrical reflecting mirror 250 may be formed so as to communicate between the emission window 600 of the optical coupling mirror 500 and the light receiving surface.

【0082】設計された光結合鏡500の入射窓700
および出射窓600間の距離(L)が短くなり、光結合鏡
500と受光部品との結合が困難となる場合や、上記距
離(L)が短いことによる不具合が生じる場合に、このよ
うな反射鏡250が出射窓600と連続して形成されて
いれば、出射窓600から反射鏡250に出射した光は
反射鏡250の鏡面で反射して受光部品に到達する。し
たがって、光結合鏡500の入射窓700および出射窓
600間の距離(L)が短くなることによる不具合を解消
することができる。
The entrance window 700 of the designed optical coupling mirror 500
In addition, when the distance (L) between the output windows 600 becomes short, it becomes difficult to connect the optical coupling mirror 500 and the light receiving component, or when a problem occurs due to the short distance (L), such reflection occurs. If the mirror 250 is formed continuously with the emission window 600, the light emitted from the emission window 600 to the reflection mirror 250 is reflected by the mirror surface of the reflection mirror 250 and reaches the light receiving component. Therefore, it is possible to solve the problem that the distance (L) between the entrance window 700 and the exit window 600 of the optical coupling mirror 500 becomes short.

【0083】[0083]

【実施例】次に、この発明の光結合鏡について、より具
体的な設計例を挙げて説明する。なお、以下の実施例は
いずれもこの発明の好適な一例であり、実施例内で挙げ
る数的条件については、この発明がこの条件に限って適
用されるものではない。
Next, the optical coupling mirror of the present invention will be described with reference to more specific design examples. The following embodiments are all preferable examples of the present invention, and the present invention is not limited to the numerical conditions mentioned in the embodiments.

【0084】<第1の実施例>この例では、光源とし
て、発光面の口径が260μmのLEDを用い、受光部
品として受光面、すなわちコアの口径が1mmの光ファ
イバを用いる。
<First Embodiment> In this example, an LED whose light emitting surface has a diameter of 260 μm is used as a light source, and a light receiving surface, that is, an optical fiber whose core diameter is 1 mm is used as a light receiving component.

【0085】このLEDからの出射光を効率よくしかも
小さいNAで光ファイバに結合させるための光結合鏡を
設計する。
An optical coupling mirror for efficiently coupling the light emitted from the LED with an optical fiber with a small NA is designed.

【0086】上述した(1)〜(3)式より、焦点が原
点の第1放物線の回転移動角をθとし、光源の半径をDi
nとすると、第2放物線は上記(4)式で表される。
From the above equations (1) to (3), the rotational movement angle of the first parabola whose focus is the origin is θ, and the radius of the light source is Di.
If n, the second parabola is represented by the above equation (4).

【0087】次に、光を結合させる光ファイバのコアの
口径は1mmであるため、この実施例では、この口径内
の900μmの口径範囲内に光を結合させるように設計
する。
Next, since the diameter of the core of the optical fiber for coupling light is 1 mm, this embodiment is designed to couple the light within the diameter range of 900 μm within this diameter.

【0088】よって、上記(6)式のDoutを0.45m
m(450μm)とする。
Therefore, Dout of the above equation (6) is 0.45 m
m (450 μm).

【0089】次に、この例では、光結合鏡の反射光が2
度反射をしないようにする。よって、上記(7)式を設
計条件に加える。
Next, in this example, the reflected light from the optical coupling mirror is 2
Avoid reflections. Therefore, the above equation (7) is added to the design conditions.

【0090】また、光ファイバに入射する直接入射光の
うちの最大入射角と、反射光の最大入射角とがほぼ等し
くなるようにする。
Further, the maximum incident angle of the direct incident light incident on the optical fiber and the maximum incident angle of the reflected light are made substantially equal to each other.

【0091】よって、上述した(8)式および(9)式
から、直接入射光のNAと反射光のNAとがほぼ等しく
かつ最小値が得られるように、第1放物線の回転移動角
(θ)および曲線の一部分の長さを求める。曲線の一部
分の長さは、光結合鏡の入射窓と出射窓との距離(L)に
対応している。したがって、第2放物線と光軸との交点
で切り取られた曲線を、焦点位置でさらに切断する。そ
して、計算により得られた距離(L)にしたがって焦点
とは反対側(光ファイバ側)の曲線の部分を切断する。
Therefore, from the above equations (8) and (9), the rotational movement angle (θ) of the first parabola is set so that the NA of the direct incident light and the NA of the reflected light are substantially equal and the minimum value is obtained. ) And the length of a part of the curve. The length of a part of the curve corresponds to the distance (L) between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror. Therefore, the curve cut at the intersection of the second parabola and the optical axis is further cut at the focal position. Then, according to the distance (L) obtained by the calculation, the curved portion on the opposite side (optical fiber side) from the focus is cut.

【0092】この例では、θが9.5°およびLが3.
5mmという値が算出された。
In this example, θ is 9.5 ° and L is 3.
A value of 5 mm was calculated.

【0093】これにより、光結合鏡を構成するための曲
線の一部30は、図12に太線で示す通りになる。そし
て、この曲線の一部30を回転させて得られる光結合鏡
のxy座標面で切った断面の切り口は、太線30と細線
32とで示される(図12)。
As a result, the part 30 of the curve for constructing the optical coupling mirror becomes as shown by the thick line in FIG. Then, the cross-section cut along the xy coordinate plane of the optical coupling mirror obtained by rotating a part 30 of this curve is indicated by a thick line 30 and a thin line 32 (FIG. 12).

【0094】この光結合鏡によれば、LEDの端部Q1
よびQ2から光ファイバに結合可能な最大入射角で光ファ
イバに直接入射する光(H)および、LEDから回転軸
(x軸)に対して垂直に出射した光の反射光(h)を、
光結合鏡で妨げるおそれはない。これらの光Hおよびh
は、いずれも図12中点線で示されている。
According to this optical coupling mirror, the light (H) directly incident on the optical fiber from the ends Q 1 and Q 2 of the LED at the maximum incident angle that can be coupled to the optical fiber, and the rotation axis (x-axis) from the LED. ), The reflected light (h) of the light emitted perpendicularly to
There is no danger of interference with the optical coupling mirror. These lights H and h
Are all shown by dotted lines in FIG.

【0095】この結果、光結合鏡から光ファイバに入射
する光のNAを0.20にすることができる。そして、
このときの理論的な光結合効率は、光結合鏡の鏡面の反
射率を90%とし、フレネル反射による損失を7.6%
としても、90%という高い効率が得られる。
As a result, the NA of the light entering the optical fiber from the optical coupling mirror can be 0.20. And
The theoretical optical coupling efficiency at this time is such that the reflectance of the mirror surface of the optical coupling mirror is 90% and the loss due to Fresnel reflection is 7.6%.
Even so, a high efficiency of 90% can be obtained.

【0096】<第2の実施例>第2の実施例として、第
1放物線の回転移動角(θ)を、回転移動後の第2放物
線が、回転軸と平行でかつ焦点からコアの口径の半分以
下の所定の距離だけ離間した直線と1点で接するような
角度とする例につき説明する。
<Second Embodiment> As a second embodiment, the rotational movement angle (θ) of the first parabola is set so that the second parabola after rotational movement is parallel to the rotation axis and from the focal point to the aperture of the core. An example will be described in which the angle is such that a straight line separated by a predetermined distance of half or less is in contact with one point.

【0097】ここでは、原点(焦点)から0.45mm
離間した直線(y = 0.45 )と第2放物線とが1点で接す
るようにする。そして、接した点で曲線を切断する。
Here, 0.45 mm from the origin (focus)
Make the separated straight line (y = 0.45) and the second parabola touch at one point. Then, the curve is cut at the contact point.

【0098】したがって、入射窓と出射窓との距離L
は、第2放物線のyが0.45となったときのxの値に
相当する。
Therefore, the distance L between the entrance window and the exit window is L
Corresponds to the value of x when y of the second parabola becomes 0.45.

【0099】計算の結果、θは9.7°となった。そし
て、第2放物線と直線(y = 0.45)とが接する点は、L=
2.6mmの位置であった。
As a result of the calculation, θ was 9.7 °. Then, the point where the second parabola and the straight line (y = 0.45) contact is L =
The position was 2.6 mm.

【0100】よって、この実施例の光結合鏡を構成する
曲線の一部40は、図13に太線で示されるような曲線
となる。そして、この曲線の一部40を回転させて得ら
れる光結合鏡をxy座標面で切った断面の切り口が図1
3に太線40および細線42で示されている。
Therefore, a part 40 of the curve forming the optical coupling mirror of this embodiment becomes a curve shown by the thick line in FIG. The cross section of the optical coupling mirror obtained by rotating a part 40 of this curve along the xy coordinate plane is shown in FIG.
3 is indicated by a thick line 40 and a thin line 42.

【0101】この例の光結合鏡は、入射窓44から出射
窓46にかけて、光軸(x軸)に垂直な断面に形成され
る円の径が大きくなるような筒形状となる。よって、例
えば、光結合鏡の鏡面形状を反映する金型を用いて、樹
脂の型を作り、この樹脂の外側に金属を蒸着させて光結
合鏡を製造しようとした場合に、この実施例の光結合鏡
は出射窓46の口径が最も大きいため、蒸着させた金属
の内部の樹脂を取り出しやすい。したがって、第1の実
施例の光結合鏡よりも製造しやすいという利点がある。
The optical coupling mirror of this example has a tubular shape such that the diameter of a circle formed in a cross section perpendicular to the optical axis (x axis) from the entrance window 44 to the exit window 46 is large. Therefore, for example, when a mold of resin is formed using a mold that reflects the mirror surface shape of the optical coupling mirror, and a metal is vapor-deposited on the outside of the resin to manufacture an optical coupling mirror, Since the exit window 46 of the optical coupling mirror has the largest diameter, it is easy to take out the resin inside the deposited metal. Therefore, there is an advantage that it is easier to manufacture than the optical coupling mirror of the first embodiment.

【0102】しかしながら、この実施例の光結合鏡の入
射窓44および出射窓46間の距離(L)は、第1の実
施例の光結合鏡に比べて短い。したがって、LEDの端
部から光ファイバに最大入射角で入射可能な光(H)
(図13の点線)からΔθだけ大きな角度の光(J)
(図13の一点鎖線)までの角度範囲の光は、光結合鏡
で反射されず、また、直接入射光として光ファイバに結
合させることもできない。
However, the distance (L) between the entrance window 44 and the exit window 46 of the optical coupling mirror of this embodiment is shorter than that of the optical coupling mirror of the first embodiment. Therefore, the light (H) that can enter the optical fiber at the maximum incident angle from the end of the LED
Light (J) at an angle larger than (dotted line in FIG. 13) by Δθ
Light in the angular range up to (the one-dot chain line in FIG. 13) is not reflected by the optical coupling mirror, and cannot be directly coupled to the optical fiber as incident light.

【0103】また、第1放物線の回転移動角(θ)が第
1の実施例よりも大きくなった分、反射光の光ファイバ
への入射角度が大きくなってしまうので、NAが大きく
なるおそれがある。この実施例では、回転移動角(θ)
は第1の実施例と比較して0.2°と角度の変化は小さ
いのでNAはさほど増大しないですむ。
Further, since the rotational movement angle (θ) of the first parabola becomes larger than that in the first embodiment, the incident angle of the reflected light to the optical fiber becomes large, so that the NA may increase. is there. In this embodiment, the rotational movement angle (θ)
In comparison with the first embodiment, the change of the angle is as small as 0.2 °, so that the NA does not increase so much.

【0104】この例では、光結合鏡から光ファイバに入
射する光のNAは0.22であった。
In this example, the NA of the light entering the optical fiber from the optical coupling mirror was 0.22.

【0105】第1および第2の実施例では、光ファイバ
に入射する光のNAを0.2程度にすることができる。
これにより、光ファイバのNAが0.5である従来のS
I−POF(ステップインデックス型プラスチック光フ
ァイバ)100mを用いたとしても、通信周波数帯域を
100MHz以上にすることができる。
In the first and second embodiments, the NA of the light incident on the optical fiber can be set to about 0.2.
As a result, the conventional S in which the NA of the optical fiber is 0.5
Even if I-POF (step index type plastic optical fiber) 100 m is used, the communication frequency band can be 100 MHz or more.

【0106】<第3の実施例>第3の実施例として、発
光面の口径が200μmのLEDを用いる例につき説明
する。以下、第1および第2の実施例と相違する点につ
き説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略す
る。
<Third Embodiment> As a third embodiment, an example using an LED having a light emitting surface with a diameter of 200 μm will be described. Hereinafter, points different from the first and second embodiments will be described, and detailed description of the same points will be omitted.

【0107】光源以外は第1の実施例と同様の条件で光
結合鏡を設計する。
The optical coupling mirror is designed under the same conditions as in the first embodiment except for the light source.

【0108】この結果、第1放物線の回転移動角(θ)
は7.1°であり、入射窓から出射窓までの距離(L)
は4.4mmとなった。
As a result, the rotational movement angle (θ) of the first parabola
Is 7.1 °, the distance from the entrance window to the exit window (L)
Was 4.4 mm.

【0109】したがって、入射窓が小さい(光源の発光
面の口径が小さい)方が、第1放物線の回転移動角は小
さくてすみ、また、光結合鏡の入射窓から出射窓までの
距離が長くなる。
Therefore, the smaller the entrance window (smaller diameter of the light emitting surface of the light source), the smaller the rotational movement angle of the first parabola, and the longer the distance from the entrance window to the exit window of the optical coupling mirror. Become.

【0110】また、この実施例の光結合鏡から光ファイ
バに入射する光のNAは0.15と非常に低い値が得ら
れた。
Further, the NA of the light incident on the optical fiber from the optical coupling mirror of this embodiment was 0.15, which was a very low value.

【0111】<第4の実施例>第4の実施例として、第
3の実施例と同様に発光面の口径が200μmのLED
を用い、光源以外は第2の実施例と同様の条件で光結合
鏡を設計する。
<Fourth Embodiment> As a fourth embodiment, an LED having a light-emitting surface with a diameter of 200 μm is used as in the third embodiment.
And the optical coupling mirror is designed under the same conditions as in the second embodiment except for the light source.

【0112】この結果、第1放物線の回転移動角(θ)
は7.2°となった。また、第2放物線と、y = 0.45
の直線との接点の位置は、光結合鏡の入射窓および出射
窓間の距離が3.6mmの位置であった。
As a result, the rotational movement angle (θ) of the first parabola
Was 7.2 °. Also, with the second parabola, y = 0.45
The position of the contact point with the straight line was a position where the distance between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror was 3.6 mm.

【0113】この例の第1放物線の回転移動角(θ)
と、第3の実施例の回転移動角(θ)との差は0.1°
とわずかであった。よって、光結合鏡から光ファイバに
入射する光のNAは、第3の実施例と変わらず0.15
という低い値であった。
Rotational movement angle (θ) of the first parabola in this example
And the rotational movement angle (θ) of the third embodiment is 0.1 °.
It was a little. Therefore, the NA of the light entering the optical fiber from the optical coupling mirror is 0.15, which is the same as that in the third embodiment.
That was a low value.

【0114】第3および第4の実施例では、光ファイバ
に入射する光のNAを第1および第2の実施例よりも小
さくすることができる。これにより、周波数帯域のさら
なる広帯域化が期待できる。
In the third and fourth embodiments, the NA of the light incident on the optical fiber can be made smaller than that in the first and second embodiments. This can be expected to further widen the frequency band.

【0115】<第5の実施例>第5の実施例として、発
光面の口径が300μmのLEDを用いる例につき説明
する。以下、第1〜第4の実施例と相違する点につき説
明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
<Fifth Embodiment> As a fifth embodiment, an example using an LED having a light emitting surface with a diameter of 300 μm will be described. Hereinafter, differences from the first to fourth embodiments will be described, and detailed description of the same points will be omitted.

【0116】光源以外は第1の実施例と同様の条件で光
結合鏡を設計する。
The optical coupling mirror is designed under the same conditions as in the first embodiment except for the light source.

【0117】この結果、第1放物線の回転移動角(θ)
は、11.3°となり、入射窓から出射窓までの距離
(L)は3.0mmとなった。
As a result, the rotational movement angle (θ) of the first parabola
Was 11.3 °, and the distance (L) from the entrance window to the exit window was 3.0 mm.

【0118】また、この光結合鏡から光ファイバに入射
する光のNAは0.24であり、光ファイバへの入射光
としては十分に低いNAの値が得られた。
The NA of the light incident on the optical fiber from this optical coupling mirror was 0.24, and a sufficiently low NA value was obtained for the light incident on the optical fiber.

【0119】<第6の実施例>第6の実施例として、第
5の実施例と同様に発光面の口径が300μmのLED
を用い、光源以外は第2の実施例と同様の条件で光結合
鏡を設計する。
<Sixth Embodiment> As a sixth embodiment, an LED whose light emitting surface has a diameter of 300 μm as in the fifth embodiment.
And the optical coupling mirror is designed under the same conditions as in the second embodiment except for the light source.

【0120】この結果、第1放物線の回転移動角(θ)
は11.5°となった。また、第2放物線と、y = 0.45
の直線との接点の位置は、光結合鏡の入射窓および出射
窓間の距離が2.2mmの位置であった。
As a result, the rotational movement angle (θ) of the first parabola
Became 11.5 °. Also, with the second parabola, y = 0.45
The position of the contact point with the straight line was a position where the distance between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror was 2.2 mm.

【0121】また、この光結合鏡から光ファイバに入射
する光のNAは0.26であった。このNAの値は、第
5の実施例の光結合鏡のNAの値よりは大きいが、十分
利用できる範囲内の値である。
The NA of the light incident on the optical fiber from this optical coupling mirror was 0.26. This NA value is larger than the NA value of the optical coupling mirror of the fifth embodiment, but is within a range that can be sufficiently utilized.

【0122】第5および第6実施例においては、光ファ
イバに入射する光のNAは0.24〜0.26である。
これは、発光面の口径が300μmと大きいサイズのL
EDを用いていることを考えると、従来よりもずっと低
いNAである。したがって、周波数帯域を従来よりもず
っと広くすることができる。
In the fifth and sixth embodiments, the NA of the light incident on the optical fiber is 0.24 to 0.26.
This is a large size L with a light emitting surface diameter of 300 μm.
Considering that the ED is used, the NA is much lower than the conventional one. Therefore, the frequency band can be made much wider than before.

【0123】なお、設計された光結合鏡の入射窓および
出射窓間の距離が短くなり、光結合鏡と受光部品との結
合が困難となる場合や、上記距離が短いことによる不具
合が生じた場合、光結合鏡の出射端面に連通させて筒状
の反射鏡を設けておけばよい。この反射鏡は、光結合鏡
の出射端面と同形状の端面を有している。そして、回転
軸(光軸)の延長線に沿って、この延長線に略平行に延
在しているものとする。これにより、光結合鏡の出射端
面から反射鏡内に入射した光は反射鏡の鏡面で反射して
受光部品に到達することになる。よって、光結合鏡の入
射窓および出射窓間の距離が短くなることによる不具合
を解消することができる。
Incidentally, the distance between the entrance window and the exit window of the designed optical coupling mirror becomes short, which makes it difficult to connect the optical coupling mirror and the light receiving component, and the short distance causes a problem. In this case, a cylindrical reflecting mirror may be provided so as to communicate with the emitting end face of the optical coupling mirror. This reflecting mirror has an end face having the same shape as the emitting end face of the optical coupling mirror. Then, it is assumed that it extends along the extension line of the rotation axis (optical axis) substantially parallel to the extension line. As a result, the light that has entered the reflecting mirror from the emission end face of the optical coupling mirror is reflected by the mirror surface of the reflecting mirror and reaches the light receiving component. Therefore, it is possible to solve the problem caused by the reduction in the distance between the entrance window and the exit window of the optical coupling mirror.

【0124】[0124]

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の光結合鏡は、次のような設計により得られる。ま
ず、光源と受光部品との間の光軸を対称軸とする第1放
物線を、この第1放物線の焦点を中心にして回転移動さ
せる。これにより得られた放物線を第2放物線とする。
この第2放物線と第1放物線の対称軸とは2つの交点で
交わる。そして、この交点で切り取られる曲線の一部分
を、第1放物線の対称軸を回転軸として回転させる。こ
の回転によって得られる筒状の回転面鏡を光結合鏡とす
る。
As is apparent from the above description, the optical coupling mirror of the present invention can be obtained by the following design. First, the first parabola having the optical axis between the light source and the light receiving component as the axis of symmetry is rotationally moved around the focal point of the first parabola. The parabola obtained by this is referred to as a second parabola.
The second parabola and the symmetry axis of the first parabola intersect at two intersections. Then, a part of the curve cut at this intersection is rotated with the axis of symmetry of the first parabola as the axis of rotation. The cylindrical rotary mirror obtained by this rotation is called an optical coupling mirror.

【0125】このような回転面鏡は、回転面を構成する
曲線が、回転軸を対称軸とする放物線(第1放物線)よ
りも、回転軸と近接した曲線となる。しかも、大きいサ
イズの光源を回転面鏡内に設置することが可能である。
よって、鏡面で反射して受光面に到達する光の量を増や
すことができる。したがって、結合損失の低減が図れ、
光結合効率を向上させることができる。
In such a rotating surface mirror, the curve forming the rotating surface is a curve closer to the rotation axis than a parabola (first parabola) having the rotation axis as the axis of symmetry. Moreover, it is possible to install a large-sized light source in the rotary mirror.
Therefore, the amount of light reflected by the mirror surface and reaching the light receiving surface can be increased. Therefore, the coupling loss can be reduced,
The optical coupling efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の基本的概念の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic concept of the present invention.

【図2】(A)および(B)は、この発明の基本的概念
の説明図である。
2A and 2B are explanatory diagrams of the basic concept of the present invention.

【図3】この発明の基本的概念の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a basic concept of the present invention.

【図4】(A)〜(C)は、この発明の光結合鏡の概略
的な設計工程図である。
4A to 4C are schematic design process diagrams of the optical coupling mirror of the present invention.

【図5】(A)〜(C)は、図1に続く、光結合鏡の設
計工程図である。
5A to 5C are design process diagrams of the optical coupling mirror following FIG.

【図6】第1の実施の形態の説明に供する、光結合鏡の
入射窓から出射窓までの距離と、光結合鏡からの出射光
のNAとの関係を、第1放物線の回転移動角毎に示す特
性図である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance from the entrance window to the exit window of the optical coupling mirror and the NA of the light emitted from the optical coupling mirror, which is used in the description of the first embodiment; It is a characteristic view shown for every.

【図7】第2の実施の形態の説明に供する、入射窓およ
び出射窓間の距離と出射光のNAとの関係を光源のサイ
ズ毎に示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the distance between the entrance window and the exit window and the NA of the exit light for each size of the light source, which is used in the description of the second embodiment.

【図8】第2の実施の形態の説明に供する、第1放物線
の回転移動角に対する入射窓および出射窓間の距離の特
性を、光源のサイズ毎に示した特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristics of the distance between the entrance window and the exit window with respect to the rotational movement angle of the first parabola for each size of the light source, which is used in the description of the second embodiment.

【図9】(A)は、光結合鏡の応用例を示す設計図であ
り、(B)は、応用例の光結合鏡の構成図である。
FIG. 9A is a design diagram showing an application example of an optical coupling mirror, and FIG. 9B is a configuration diagram of an optical coupling mirror of the application example.

【図10】(A)は、光結合鏡の別の応用例を示す設計
図であり、(B)は、この応用例の光結合鏡の構成図で
ある。
10A is a design diagram showing another application example of the optical coupling mirror, and FIG. 10B is a configuration diagram of the optical coupling mirror of this application example.

【図11】光結合鏡の応用例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing an application example of an optical coupling mirror.

【図12】第1の実施例の説明に供する、光結合鏡を構
成する曲線の一部、および、光結合鏡の断面の切り口を
概略的に示した図である。
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a part of a curve forming an optical coupling mirror and a cross section of the optical coupling mirror, which is used in the description of the first embodiment.

【図13】第2の実施例の説明に供する、光結合鏡を構
成する曲線の一部、および、光結合鏡の断面の切り口を
概略的に示した図である。
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a part of a curve forming an optical coupling mirror and a cross section of the optical coupling mirror, which is used in the description of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12,100:第1放物線 14:線分 16,200:第2放物線 18,300:曲線 20:第1の交点 22,30,40,400,400a,400b:曲線
の一部(太線、部分曲線) 24:光結合鏡 26,44:入射窓 28,46:出射窓 32,42:細線 150:窓 250:反射鏡 500:回転面(光結合鏡) 600:受光部品側の開口部(出射窓) 650:受光部品 660:受光面 700:光源側の開口部(入射窓) 750:光源 770:発光面 800:端部Q1から端Rを通る出射光 900:端部Q2から端Rを通る出射光
12, 100: First parabola 14: Line segment 16,200: Second parabola 18,300: Curve 20: First intersection 22, 30, 40, 400, 400a, 400b: Part of curve (thick line, partial curve) ) 24: Optical coupling mirrors 26, 44: Incident windows 28, 46: Output windows 32, 42: Fine line 150: Window 250: Reflecting mirror 500: Rotating surface (optical coupling mirror) 600: Opening on the light receiving component side (emission window) ) 650: Light receiving component 660: Light receiving surface 700: Light source side opening (incident window) 750: Light source 770: Light emitting surface 800: Outgoing light passing through end Q 1 to end R 900: End Q 2 to end R Outgoing light passing through

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を受光部品の受光面に結合
させる光結合鏡において、 前記光源と受光部品との間の光軸を対称軸とする第1放
物線を、当該第1放物線の焦点を中心として回転移動さ
せた放物線を第2放物線とし、 前記第2放物線と、前記第1放物線の対称軸との2つの
交点で切り取られる前記第2放物線の曲線の一部分を、
前記第1放物線の対称軸を回転軸として回転させて得ら
れる筒形状の回転面鏡で構成されていることを特徴とす
る光結合鏡。
1. An optical coupling mirror for coupling light from a light source to a light receiving surface of a light receiving component, wherein a first parabola having an optical axis between the light source and the light receiving component as an axis of symmetry is a focal point of the first parabola. The parabola rotated about the center as a second parabola, the second parabola, a part of the curve of the second parabola cut at two intersections of the axis of symmetry of the first parabola,
An optical coupling mirror, characterized in that it is composed of a cylindrical rotary mirror obtained by rotating about a symmetry axis of the first parabola as a rotation axis.
【請求項2】 請求項1に記載の光結合鏡において、 前記焦点を前記光源の発光面の中心とし、かつ前記回転
軸の延長線上に前記受光面を配置する場合に、 前記光源から前記受光面に直接入射する直接入射光の開
口数と、前記光源から鏡面で反射した後前記受光面に到
達する反射光の開口数との平均開口数の値が、前記光源
の開口数よりも小さくなるように、前記第1放物線の回
転移動角および前記曲線の一部分が決められていること
を特徴とする光結合鏡。
2. The optical coupling mirror according to claim 1, wherein the focal point is a center of a light emitting surface of the light source, and the light receiving surface is arranged on an extension line of the rotation axis, the light receiving surface is received from the light source. The average numerical aperture value of the numerical aperture of the direct incident light that directly enters the surface and the numerical aperture of the reflected light that reaches the light receiving surface after being reflected from the light source by the mirror surface is smaller than the numerical aperture of the light source. Thus, the rotation coupling angle of the first parabola and a part of the curve are determined.
【請求項3】 請求項1に記載の光結合鏡において、 前記焦点を前記光源の発光面の中心とし、かつ前記回転
軸の延長線上に前記受光面を配置する場合であって、前
記光源からの出射光のうち、主として前記光結合鏡の鏡
面で反射する反射光を前記受光面に結合させるとき、 前記反射光の開口数の値が最小となるように、前記第1
放物線の回転移動角および前記曲線の一部分が決められ
ていることを特徴とする光結合鏡。
3. The optical coupling mirror according to claim 1, wherein the focal point is the center of the light emitting surface of the light source, and the light receiving surface is arranged on an extension line of the rotation axis. When the reflected light that is reflected mainly on the mirror surface of the optical coupling mirror among the emitted light of (1) is coupled to the light receiving surface, the first numerical value is set so that the numerical aperture of the reflected light is minimized.
An optical coupling mirror, wherein a rotational movement angle of a parabola and a part of the curve are determined.
【請求項4】 請求項1に記載の光結合鏡において、 前記焦点を前記光源の発光面の中心とし、かつ前記回転
軸の延長線上に前記受光面を配置する場合に、 前記光源から前記受光面に直接入射する直接入射光の最
大入射角と、前記光源から鏡面で反射した後前記受光面
に到達する反射光の最大入射角とが実質的に等角となる
ように、 前記第1放物線の回転移動角が決定されていることを特
徴とする光結合鏡。
4. The optical coupling mirror according to claim 1, wherein the focal point is a center of a light emitting surface of the light source, and the light receiving surface is arranged on an extension line of the rotation axis, the light receiving surface is received from the light source. The first parabola so that the maximum incident angle of the direct incident light that is directly incident on the surface and the maximum incident angle of the reflected light that reaches the light receiving surface after being reflected by the light source on the mirror surface are substantially equiangular. An optical coupling mirror characterized in that the rotational movement angle of is determined.
【請求項5】 請求項4に記載の光結合鏡において、 前記回転軸に垂直でかつ前記焦点を通る直線と交わる前
記発光面の2点の端部は、前記曲線および前記回転軸と
同一面内にあり、 前記2つの端部のうち、前記回転軸を基準にして曲線側
に位置する端部を第1端部とし、前記回転軸を基準にし
て曲線側とは反対側に位置する端部を第2端部とすると
き、 前記曲線の一部分は、前記発光面の第2端部から出射し
かつ最大入射角で前記受光面に入射する直接入射光を表
す直線と、前記曲線との交点で、当該曲線を切断して得
られることを特徴とする光結合鏡。
5. The optical coupling mirror according to claim 4, wherein two ends of the light emitting surface which intersect the straight line which is perpendicular to the rotation axis and which passes through the focus are flush with the curve and the rotation axis. An end located on the curved side with respect to the rotation axis as a first end of the two ends, and an end located on the opposite side to the curved side with respect to the rotation axis. When the portion is the second end, a part of the curve is a straight line representing the direct incident light emitted from the second end of the light emitting surface and incident on the light receiving surface at the maximum incident angle, and the curve. An optical coupling mirror, which is obtained by cutting the curve at an intersection.
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