JP2004145250A - 双方向光通信モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ファイバ2から出射した受信光9は、反射ミラー12により反射されるとともに集光されて、受信素子5に結合し、発光素子4から出射された送信光8は、送信レンズ6により集光され、光学部材10を通過して光ファイバ2に結合される。発光素子4から出射された光のうち、送信レンズ6の外側を通過した光である内乱光14は、反射ミラー12の受信光9が照射される面とは反対側の面に形成された光低減膜13により吸収されるため、内乱光14は反射ミラー12の受信光9が照射される面とは反対側の面で反射せず、結果として、受信素子5に到達する内乱光14の量、ひいては混信が低減される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1本の光ファイバを伝送媒体として、双方向に光信号を送受信することのできる双方向光通信モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
情報化社会の進展に伴い、光ファイバによるネットワーク技術が注目されている。特に近年のプラスチック光ファイバ(以下POF)の低損失化および広帯域化に伴い、家庭内通信や電子機器間通信への応用が進んでいる。従来、光ファイバを伝送媒体として同一波長の信号光の送受信を行う光通信リンクにおいては、二本の光ファイバを用いた全二重方式のものが主流であった。しかし、二本の光ファイバを用いた場合、光通信モジュールの小型化が困難であるという問題、ならびに伝送距離が長くなるほど光ファイバのコストが高くなるという問題があった。これらの問題を回避するべく、1本(一芯)の光ファイバを用いて、全二重方式の光通信を行う双方向光通信モジュールが提案されている。
【0003】
1本の光ファイバにより全二重通信を行う光通信モジュールでは、送信および受信を同一の光ファイバで行うことから、送信光と受信光の混信を防止することが重要となる。受信光に送信光が混信する原因としては、▲1▼送信光が光ファイバに入射する時に光ファイバ端面で反射すること(以下、近端反射と表記)、▲2▼光ファイバを伝播した送信光が光ファイバより出射する時に光ファイバ端面で反射すること(以下、遠端反射と表記)、および▲3▼光ファイバから出射された送信光が通信相手の光通信モジュールから反射されて再び光ファイバに結合すること(以下、相手モジュール反射と表記)が挙げられ、さらに、▲4▼光通信モジュール内での内部散乱光(以下、内乱光と表記)に起因する混信、および▲5▼電気的および電磁気的な混信も問題となる。
【0004】
また、光ファイバを伝送媒体とした光通信リンクにおいては、高いSN(Signal to Noise Ratio)を得るために、光ファイバから出射される受信光を高効率で受光素子に結合させることが重要である。受信効率は、受光素子の受光面積を大きくすることにより高くすることができる。しかし、受光面積を大きくすると、受光素子の浮遊容量成分が増加することから、伝送速度を速くするほど、受光面積を小さくする必要がある。即ち、高い伝送速度と高い受光効率を両立させることは、一般に困難である。
【0005】
一本の光ファイバにより通信が可能な双方向光通信モジュールとして、反射面を用いて送受信光を分離するものが、特開平10−115732号公報(特許文献1)および特開平10−153720号公報(特許文献2)に開示されている。特開平10−115732号公報に記載の光送受信モジュールは、反射面としてハーフミラーを使用して送受信光を分離し、それにより一本の光ファイバによる双方向通信を可能としている。また、特開平10−153720号公報に記載の光送受信装置は、偏光反射膜のような偏光分離素子を使用して、同様に一本の光ファイバによる双方向通信を可能としている。しかし、いずれの公報に記載の光通信モジュールも、受信光の約半分だけがハーフミラーまたは偏光分離素子により反射されるため、約3dBの受信損失が生じてしまい、効率的な光の利用が行なえないという問題を有していた。また、ハーフミラーを用いる方式では近端反射による混信を防止できないため、全二重通信には利用することができない。偏光分離素子を用いる方式では、近端反射の防止は可能であるが、偏光がそろっていないために、遠端反射した光および相手モジュール反射した光と受信光とを分離することは困難である。更に、偏光分離素子を用いる方式では、偏光を利用していることから、発光素子として、安価な発光ダイオード(LED)を用いることができないという問題、ならびに高価な偏光分離膜が必要であるため、コストが高くなるという問題があった。
【0006】
また、光ファイバと対向する位置に遮光板を配置して送受信光を分離し、混信を低減する方式等も提案されている。しかし、この方式には、部品点数が多くなりコストが高くなるという問題、および遮光板に照射される受信光を受信できないために受信効率が悪くなるという問題があった。
【0007】
一方、本出願人は、上記の課題を解決するべく、一本の光ファイバにより全二重通信が可能な双方向光通信モジュールを、特願2001―159756(2001年5月28日)にて既に提案している。図7は、同出願にて提案した双方向光通信モジュールの概略図である。光ファイバ2から出射される受信光9は、光学部材10の曲面部に形成された反射ミラー12により反射されると共に集光されて、受光素子5に結合する。一方、発光素子4から出射された送信光8は送信レンズ6により集光されて光ファイバ2に結合する。光ファイバ2の端面で反射された送信光8(近端反射光)は反射ミラー12により遮光されて受光素子5には結合しない。また、発光素子4から出射された光のうち、送信レンズ6の外部を通過した光14(即ち、送信レンズ6を通過しない光、以下この光を「内乱光」と呼ぶ)も反射ミラー12により遮光されて受光素子5には結合しない。このように、反射ミラー12で送信光8と受信光9とを分離することにより、1本の光ファイバ2を用いた全二重通信が可能となる。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−115732号公報
【特許文献2】
特開平10−153720号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願2001―159756に記載されている双方向光通信モジュールに関して混信量を実際に測定したところ、内乱光14による混信量が予想以上に高い値となることが判明した。この内乱光14による混信の原因を詳しく調べた結果、図7に示すように、反射ミラー12により反射された内乱光14が双方向光通信モジュール内を反射(散乱)して受光素子に結合する場合があることが判った。同出願に記載された双方向光通信モジュールにおいては、反射ミラー12は金属の蒸着膜で形成される。したがって、反射ミラーはその両面にて光を反射する性質を有するために、内乱光もまた反射ミラーによって反射されるのである。
【0010】
反射ミラー12により反射された内乱光14は、光通信モジュール1の一部(例えば光学部材10)で反射して、光ファイバ2の方向に進行する場合がある。このような内乱光14は、予期せぬ方向から光ファイバ2に入射することがあるために、光ファイバ2の端面で予期せぬ方向に反射する場合がある。この予期せぬ方向に反射した光は、反射ミラー12で遮光されずに、受光素子5と結合しやすい、即ち、混信となりやすいものである。かかる混信を低減させる手法として、例えば、光学部材10の形状および/または光通信モジュール1の内壁の形状を工夫する方法が挙げられる。しかし、内乱光14は散乱光も含むことから、その光路を予期することは困難である。そのため、内乱光14による混信が低減するように光学部材10を設計することは非常に煩雑であるという問題がある。
【0011】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、1本の光ファイバにより全二重方式の双方向通信が可能な光通信モジュールであって、受信効率が高く、かつ煩雑な設計を要することなく内乱光による混信を低減することができ、さらには相手モジュール反射および近端反射による光学的混信ならびに電気的混信を低減させ、ひいては高いSNを得ることができる、安価で小型の光通信モジュールを提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、1本の光ファイバを伝送媒体とする双方向光通信モジュールであって、光ファイバから出射される受信光の少なくとも一部を反射する反射ミラーを有し、この反射ミラーの受信光が照射される面(以下、この面を「受信光反射面」とも呼ぶ)とは反対側の面で、発光素子から出射される光が反射することを防止する反射防止部材を形成したものである。この光通信モジュールにおいては、発光素子から出射される光のうち、内乱光となる光が、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面で反射されず、したがって、内乱光に起因する混信を有効に低減することができる。反射防止部材としては、1)反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面に到達した内乱光を吸収する部材、および2)反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面に内乱光が到達することを妨げる部材がある。以下にそれぞれの部材を有する光通信モジュールを説明する。
【0013】
本発明の第1の双方向光通信モジュールは、反射防止部材として、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面の少なくとも一部に、反射ミラーの受信光反射面の反射率よりも低い反射率を有する膜である光低減膜を有するものである。ここで、反射率の高低は受信光に対する反射率で比較される。また、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面は、図7に示すように、発光素子からの送信光のうち内乱光となる光が照射される面に相当する。さらに、この面は、図7に示すような双方向光通信モジュールにおいては、光学部材と接する界面を形成している。本発明の第1の双方向光通信モジュールは、この面を、内乱光が反射されにくい面としたことに特徴を有する。この特徴によれば、反射ミラーに到達した内乱光が、光学部材内部で光低減膜によって吸収されて、反射する光の量が少なくなるために、最終的に受光素子に到達する内乱光の量を全体として減少させることができる。即ち、この構成によれば、光学部材の形状および/またはモジュールの内壁の形状を従来のものから大幅に変更することなく、光低減膜を形成するだけで、内乱光に起因する混信の量を有効に低減させることができるという効果が得られる。この効果を達成するために、光低減膜は、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面において、少なくとも内乱光が照射される、即ち、内乱光が当たる位置に形成する必要がある。
【0014】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、好ましくは、近端反射された送信光の少なくとも一部が照射される位置に光低減膜が形成されたものである。近端反射された送信光は、光学部材内部および/または光通信モジュールの内壁で反射されると内乱光となり、混信の原因となる。近端反射された送信光の少なくとも一部が照射される位置に光低減膜を設けることで、近端反射光に由来する混信を減少させることが可能となる。より好ましくは、光低減膜は、近端反射された送信光が照射される全ての位置に形成される。
【0015】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、好ましくは、反射ミラーと光低減膜とが光学部材上に形成されたものである。本明細書において、「光学部材」は、光ファイバと発光素子とを光学的に結合させる部材、および光ファイバと受光素子とを光学的に結合させる部材を総称する。即ち、光学部材は、少なくとも受光素子および発光素子のいずれか一方と光ファイバとを光学的に結合させる機能を有する部材である。光学部材は、プリズムおよび集光レンズ等の1つ又は複数の光学素子を構成し、複数の光学素子を構成する場合には1つの部材で種々の機能を発揮し得る部材である。したがって、光学部材は、光学素子を形成できるように、透過性および屈折率等を考慮して適当な材料を選択し、適宜加工して作成する。光学部材に直接的に反射ミラーおよび光低減膜を形成することにより、双方向光通信モジュールを小型化することが可能となる。
【0016】
また、光学部材が、一体的に形成されたプリズム等の光学素子を複数有する場合、別個に形成されたプリズム等を組み立てる場合と比較して、製作時の公差が緩和される。したがって、かかる光学部材を採用することにより、より精度が向上した双方向光通信モジュールを、より低いコストで得ることが可能となる。
【0017】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、その1つの形態において、前記反射ミラーが、その受信光反射面が光学部材と接するように配置されるものである。かかる構成の双方向光通信モジュールにおいては、光学部材を通過した光が反射ミラーで反射されることとなる。かかる形態の双方向光通信モジュールは、光学部材上に反射ミラーおよび光低減膜がこの順に形成されるため、反射ミラーの表面形状が光低減膜の表面状態の影響を受けない。したがって、光低減膜の表面に反射ミラーを形成する場合と比べて、光低減膜の材料および形成方法をより広い範囲から選択できる。
【0018】
この形態の双方向光通信モジュールにおいては、反射ミラーで照射された光が集光されて受光素子に直接的に結合するように、光学部材を形成することが好ましい。それにより、光学部材と受光素子との間に、受信レンズ等を配置しなくてもよい場合があり、モジュールの構成をより簡単にできる。
【0019】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、1つの形態において、反射ミラーおよび光低減膜のいずれか一方または両方が自立性を有するものである。「自立性を有する」とは、それ自体が1つの部材として、他の部材に支持されることなく存在し得ることをいう。この形態においては、反射ミラーおよび光低減膜は、光学部材の上に形成する必要は必ずしもない。したがって、例えば、光学部材の上に反射ミラーおよび光低減膜を形成することが難しい場合に、この形態は都合良く採用される。
【0020】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、好ましくは、反射ミラーの受信光反射面の面積が光低減膜の面積と同じか、あるいはそれよりも小さいものである。前述のように、内乱光の光路を予測することが難しく、内乱光の照射される部分に正確に光低減膜を形成することは困難である。したがって、光低減膜は、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面の全部に形成されることが好ましく、そのためには、反射ミラーの受信光反射面の面積と光低減膜の面積とが、このような関係を満たすことが好ましい。
【0021】
光低減膜を有する本発明の双方向光通信モジュールは、好ましくは、光低減膜が、CrもしくはTi、またはCrもしくはTiを母材とする合金で形成されているものである。これらの材料は、前記Au等よりも反射率が低い、ならびに光学部材に反射ミラーと光低減膜とを光低減膜が反射ミラーと光学部材との間に位置するように形成する場合に、光学部材と反射ミラーとの密着性を高める等の理由により、好ましく使用される。
【0022】
光低減膜を有する本発明の双方向通信モジュールは、より好ましくは、反射ミラーおよび光低減膜がともに、薄膜から成るものである。薄膜とすることで、送信と受信の分離損失を実質的に零とすることができる。反射ミラーおよび光低減膜を薄膜とする場合、その厚さはいずれも300Å〜2μmであることが好ましく、500Å〜5000Åであることがより好ましい。
【0023】
本発明の第2の双方向光通信モジュールは、反射防止部材として、前記発光素子から出射される光が、前記反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面に到達することを防止する光低減部を有するものである。この光通信モジュールは、発光素子からの送信光のうち内乱光となる光が吸収等されて、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面に到達しないように構成されていることを特徴とする。この特徴によれば、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面に内乱光が到達せず、当該面での反射は生じない。後述のように、光低減部は光学部材を不透明な材料で形成することにより容易に形成できる。したがって、この構成によれば、光学部材の形状および/またはモジュールの内壁の形状を従来のものから大幅に変更することなく、光学部材の材料を変更するだけで、内乱光に起因する混信の量を有効に低減させる効果が得られる。この効果を達成するために、光低減部は、反射ミラーと発光素子との間で、内乱光が照射される又は通過する位置に設けられる。
【0024】
光低減部を有する本発明の光通信モジュールは、好ましくは、光低減部が、発光素子から出射される光が透過しない材料、即ち、発光素子から出射される光に対して不透明な材料から成るものである。そのような材料は、例えば、着色された樹脂である。
【0025】
光低減部を有する本発明の光通信モジュールは、好ましくは、光低減部が光学部材に形成され、該光学部材が前記発光素子から出射される光を通過させる送信領域を有するものである。光学部材の意味は先に説明したとおりである。光学部材において、送信領域は、光ファイバと結合する送信光の通路に相当する領域である。光学部材において、光低減部は送信領域を除く部分の一部または全部を構成してよく、好ましくは全部を構成する。光学部材において、送信領域は、空洞部であってよく、あるいは、送信光が透過する材料で形成された部分であってよい。
【0026】
あるいは、光送信領域は、光学部材の一部を屈折率の高い材料で形成し、それ以外の部分を屈折率の低い材料で形成することにより、形成することができる。このような光学部材において、屈折率の高い材料で形成された部分は、発光素子から出射された光を導く導波路として機能する。このように光送信領域を形成する場合には、屈折率の低い材料で形成される部分の一部または全部が、発光素子から出射される光を透過させない材料で形成されて、光低減部を構成する。
【0027】
本発明の双方向光通信モジュールは、その1つの形態において、反射ミラーの受信光反射面が曲率を有して、例えば凹面鏡を形成し、受信光を集光する構造を有するものである。反射ミラーがこのような構造を有することにより、受信光をより効率良く集光して、受光素子に結合させることが可能である。このような双方向光通信モジュールは、例えば、光学部材に所定の曲率を有する部分を形成し、当該部分に、光低減膜および反射ミラーをこの順に形成することにより得られる。
【0028】
本発明の双方向光通信モジュールは、好ましくは、反射ミラーの受信光反射面が、Au、AgおよびAlから選択されるいずれか1つの金属、またはこれらの金属から選択されるいずれか1つの金属を母材とする合金で形成されているものである。ここで、ある金属を「母材とする」とは、その金属が合金中、50重量%以上を占めることを意味する。これらの金属は、光通信で一般的に使用される波長(400〜1600nm)の光を高い反射率で反射するため、好ましく使用される。
【0029】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本発明に係る実施の形態1について、図1および図2を参照して説明する。
図1は、双方向光通信リンクの構成を示す概略図である。双方向光通信リンク3は、伝送するデータ信号に基づく、伝送に適した変調光を双方向に伝送するための光ファイバ2と、光ファイバ2の両端に光学的に結合するように、それぞれ接続された双方向光通信モジュール1とを備えている。
【0030】
図2は、本発明の実施の形態1の双方向光通信モジュールを示す概略図である。双方向光通信モジュール1は、データ信号に基づく変調光である送信光8を生成する発光素子4と、光ファイバ2からの受信光9を受光してデータ信号を生成するための受光素子5と、発光素子4から出射される送信光8を集光して光ファイバ2に結合させる送信レンズ6と、光ファイバ2から出射される受信光9を受光素子5が配置されている方向に反射する反射ミラー12と、受信光9を集光して受光素子5に結合させる受信レンズ7とを有している。送信レンズ6および反射ミラー12は共に光学部材10に形成されている。反射ミラー12の受信光反射面Sとは反対側の面には光低減膜13が設けられている。したがって、この形態において、光低減膜13は、反射ミラー12と光学部材10との間に位置している。
【0031】
発光素子4は、放熱特性に優れたサブマウント16上に配置されている。サブマウント16には発光素子4の光量を測定するためのモニタフォトダイオード15が設けられている。発光素子4の光量はモニタフォトダイオード15でモニタされ、一定の光量に制御される。サブマウント16および発光素子4は、送信ステム17上に配置されている。受光素子5の近傍には受光素子5の信号を電流・電圧変換するためのプリアンプ19が配置されている。受光素子5およびプリアンプ19は、受信リードフレーム18上に配置されており、それぞれ樹脂モールド20により外気から封止されている。受信レンズ7は樹脂モールド20と一体に形成されている。送信ステム17及び受信リードフレーム18はそれぞれ、図示しない回路に電気的に接続されている。
【0032】
発光素子4により生成された送信光8は、発光素子4の放射角にしたがって放射状に発散する。その後、送信レンズ6で任意の開口数に変換されて集光され、光学部材10を通過して、光ファイバ2に結合する。
【0033】
光ファイバ2から出射される受信光9は、反射ミラー12により、受光素子5に向かう方向に反射される。図示した形態において、反射ミラー12は曲率を有し、それ自体、受信光9を集光する構造である。受信光9は、反射ミラー12で反射され且つ集光されて受信レンズ7に入射し、受信レンズ7により更に集光されて受光素子5に結合する。
【0034】
このように、送信光8と受信光9とを光ファイバ2の口径内で空間的に分離することにより、一本の光ファイバ2で双方向に通信することが可能となる。
【0035】
送信光8は光学部材10のプリズム11で屈折され、光ファイバ2の外周部より光ファイバ2に入射する。光ファイバ2に入射する送信光8の一部は、光ファイバ2の端部にて反射され、反射した光は光ファイバ2の中心部に向かう。この形態においては、反射ミラー12は、光学部材10のプリズム11の先端にも形成されている。プリズム11の先端に形成されている反射ミラー12は、その一部が光ファイバ2に接触するように、または数十〜数百μm離れて位置するように設置されている。光ファイバ2に近接している反射ミラー12のこの部分は、光ファイバ2の端面で反射された送信光8を遮る役割をし、反射した送信光8が受光素子5に入射することを防止する。
【0036】
また、発光素子4から放射された送信光8のうち、送信レンズ6の外部を通過した光(内乱光14)も反射ミラー12により遮光されるため、直接は受光素子5に結合しない。しかしながら、前述のように、この内乱光14は、双方向光通信モジュール1内を反射(散乱)して、混信の原因となる。本発明の実施の形態1においては、この内乱光14が、光低減膜13によって吸収されるため、最終的に受信素子5に到達する内乱光14の量を確実に低減させることが可能となる。
【0037】
本発明のこの実施の形態1において、波長650nmの光に対する反射率が96%である、Auから成る反射ミラー12を使用し、また、同波長の光に対する反射率が30%である、Crから成る光低減膜13を使用して、内乱光14による混信量を測定したところ、混信量は受信光量に対して−22dBであった。一方、光低減膜13を形成しなかったことを除いては、測定条件を同一にして混信量を測定したところ、混信量は−19dBであった。即ち、光低減膜13によって、内乱光14による混信を3dB低減できた。ここで挙げた反射ミラーおよび光低減膜は、それぞれ実施可能な形態の一例にすぎない。以下に、反射ミラー12および光低減膜13の具体的な構成を説明する。
【0038】
反射ミラー12の材料としては、光通信に使用する波長領域で反射率が高いものが用いられる。使用する波長領域は、光ファイバ2の材質によって異なる。一般には、赤から赤外にかけての波長領域が使用される。例えば、光ファイバ2としてPOFを使用する場合、一般には650nm前後の波長が用いられる。これらの波長領域が使用される場合、反射ミラーの材料として、例えばAu、AgおよびAl等から選択される金属を使用することが好ましい。Alは価格が安く、波長650nmの光に対して約89%の反射率を示すことから、赤〜近赤外の波長の光が使用される場合に、反射ミラーの材料として適している。但し、Alの反射率は、光の波長が赤外に近づくにつれ低下する。そのため、赤外に近い波長の光を使用する場合には、AgまたはAuを用いることが好ましい。AlまたはAgの耐腐食性を向上させるために、受信光反射面の表面にSiO2等によるコーティングを行うことが好ましい。
【0039】
反射ミラー12は、上記金属から選択される金属を母材とする合金で形成してもよい。反射ミラー12を形成する合金は、具体的には、これらの金属から選択される2以上の金属から成る合金、又はこれらの金属から選択される1または2以上の金属とCuおよび/またはIn等の金属との合金である。合金を使用することにより、製膜性を向上させること、ならびに/または耐腐食性を改善することが可能となる。
【0040】
光低減膜13は、発光素子4から出射される光に対する反射率が、反射ミラー12のそれよりも小さくなるように、適宜材料を選択して形成する。好ましくは、光低減膜13は、その反射率が反射ミラー12の反射率の6割以下となるような材料で形成される。光低減膜13は、具体的には、CrもしくはTi、またはTiWのようなCrもしくはTiを母材とする合金で形成することが好ましい。前述のように、光低減膜13は、その材料を適宜選択することによって、光学部材10と反射ミラー12との密着性を改善する作用をも奏する。例えば、反射ミラー12をAuで形成する場合において、光低減膜13をCrまたはTiWで形成すると、光低減膜13は反射ミラー12と光学部材10との密着性を改善する密着層としても機能する。
【0041】
反射ミラー12の受信光反射面の面積は、光低減膜13の面積と同じか、あるいはそれよりも小さくすることが望ましい。即ち、発光素子4側から見たときに、反射ミラー12が光低減膜13で完全に覆われるようにすることが望ましい。それにより、発光素子4から放射される光が反射ミラー12に照射されない(即ち、当たらない)ようにすることができる。
【0042】
図示した形態において、光低減膜13はプリズム11の先端まで形成されている。前述のように、プリズム11の先端には反射ミラー12が形成されており、それにより近端反射された光が受光素子5と結合することを防止している。しかし、この反射光が反射ミラー12で反射されると、内乱光となって混信の原因となる。そこで、図示した形態においては、プリズム11の先端にも光低減膜13を形成することで、近端反射された光が反射ミラー12で反射されることを防止して、受光素子5に到達する内乱光の量、ひいては混信量がさらに減少されるようにしている。
【0043】
反射ミラー12および光低減膜13はともに、薄膜の形態であることが好ましい。薄膜の形態の反射ミラー12および光低減膜13は、例えば、蒸着法により形成される。その場合、光学部材10に光低減膜13を蒸着により先に形成し、それから反射ミラー12を蒸着により形成することによって、図示した形態の光通信モジュールが構成される。あるいは、反射ミラー12および光低減膜13の一方または両方は、予め形成された薄膜(例えばフィルムまたは箔)を光学部材10に貼付することによって形成してよい。薄膜の形態の反射ミラー12および光低減膜13の好ましい厚さは前述のとおりである。
【0044】
このようにして、本発明によれば、内乱光14に起因する混信を低減させることができる。それ以外の原因の混信は、常套的に採用されている方法により低減させることができる。例えば、遠端反射に起因する混信は、光ファイバ2の端面形状を曲面または傾斜面にして反射角度を変化させることにより低減できる。相手モジュール反射に起因する混信は、受信光9が照射される部分に反射防止コートを施すこと、ならびにプリズム11によって反射方向を光ファイバ2に結合しない方向に変えることにより低減できる。電気的混信は、反射ミラー7を電気的に接地することにより低減できる。
【0045】
次に、本発明の実施の形態1を構成する他の部材について説明する。光ファイバ2としては、例えばPOF等のマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。POFは、コアがPMMA(PolyMethylMethaAcrylate)またはポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックから成り、クラッドが上記コアより屈折率の低いプラスチックから成る、光ファイバである。このような光ファイバにおいては、そのコアの径を石英光ファイバのそれよりも大きくすることが可能であり、例えば、約200μm〜約1mmにし得る。したがって、POFを使用すれば、双方向光通信モジュール1との結合調整が容易であり、安価に双方向光通信リンク3を得ることができる。実施の形態1で示すように、送信光8と受信光9を空間的に分離する場合、光ファイバ2は、コア径が1mm程度のものを使用することが好ましい。
【0046】
光ファイバ2は、コアが石英ガラスから成り、クラッドがポリマーから成る、PCFであってもよい。PCFはPOFに比べるとその価格が高いものの、伝送損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する。このため、PCFを伝送媒体とすることにより、長距離通信および高速通信が可能な双方向光通信リンク3を得ることができる。
【0047】
発光素子4としては、半導体レーザ、発光ダイオード(LED)、または面発光型レーザ等が用いられる。発光素子4は、使用する光ファイバ2における伝送損失が少ない波長の光を発光し、かつ安価であることが好ましい。例えば、光ファイバ2としてPOFを用いる場合、DVD等で採用されている、波長650nmの半導体レーザ等を用いることができる。そのような半導体レーザは大量に生産されていることから、入手が容易であり、好ましく用いられる。
【0048】
受光素子5としては、受光した変調光の強弱を電気信号に変換し、発光素子4の波長域で感度の高いフォトダイオードを使用する。例えば、シリコンを材料とするPINフォトダイオード、またはアバランシェフォトダイオード等を、受光素子5として用いることができる。
【0049】
図2に示す光通信モジュールにおいては、光学部材10を反射ミラー12および光低減膜13を形成するための基材として用いている。光学部材10は、それ自体でレンズやプリズム等の光学素子を構成できる材料で形成されることが望ましい。光学部材10は、具体的には、PMMAまたはポリカーボネート等のプラスチックを射出成形等することにより作製される。図示した形態において、光学部材10は、送信レンズ6、プリズム11、および発光素子4との位置合わせに使用する位置決め用の切欠き部(図示せず)、ならびに光低減膜13および反射ミラー12を形成するための凹部を有するように成形される。凹部に反射ミラー12を形成することにより、集光作用を有する凹面鏡を得ることができる。この凹部への光低減膜13および反射ミラー12の形成は、マスク等によるパターニングを行なうことなしに簡単に実施できる。また、光学部材10は発光素子4の封止部材の一部としても用いられる。このように、図示した形態において、1つの光学部材10は多数の機能を有しており、かかる光学部材を使用することによって、モジュールの構成部材の数を大幅に減らすことができる。また、プラスチックの成形によって光学部材そのものがレンズ等の光学素子を有するように形成できるので、別個の部材を組み立てる場合のように製造公差に関して厳密な条件が課されない。したがって、かかる光学部材を採用することにより、低コストで小型な双方向光通信モジュール1を得ることが可能となる。
【0050】
以上において説明したように、図2に示す実施の形態1の光通信モジュールにおいては、光学部材に形成された光低減膜が内乱光による混信を有効に防止している。次に、本発明の双方向光通信モジュールの別の実施形態を説明する。
【0051】
(実施の形態2)
本発明に係る実施の形態2について、図3を参照して説明する。図3において図2で使用された符号と同じ符号は、図2においてそれらが表す部材または要素と同じ部材または要素を表している。
【0052】
図3に示した形態の双方向光通信モジュール1は、発光素子4と、受光素子5と、送信レンズ6と、反射ミラー12と、受信レンズ7と、モニタフォトダイオード15とを有している。受信レンズ7および反射ミラー12は共に光学部材10に形成されている。さらに、反射ミラー12の受信光反射面Sとは反対側の面に光低減膜13が設けられている。
【0053】
図示した形態において、発光素子4から放射される送信光8は送信レンズ6により集光されて光ファイバ2に結合する。光ファイバ2から放射される受信光9は光学部材10を通過し、反射ミラー12により反射され、受信レンズ7で集光された後、受光素子5に結合する。この形態においても、内乱光14は光低減膜13により遮光されて、受光素子5に結合しない。また、反射ミラー12および光低減膜13の先端部が光ファイバ2に近接しているために、図2に示す形態のものと同様、近端反射した送信光は反射ミラー12および光低減膜13により遮光され、受光素子5に結合しない。したがって、この形態の双方向光通信モジュールも、混信を有効に低減させる。
【0054】
図3に示す形態においては、光学部材10が反射ミラー12と接し、光低減膜が露出した構成となっている。そのため、反射ミラー12および光低減膜13はこの順に光学部材10に形成される。即ち、図2に示す形態のものとは逆の順序で形成される。反射ミラー12を形成し、その上に光低減膜13を形成すれば、反射ミラー12全体を容易に光低減膜13で覆うことができる。したがって、例えば、反射ミラー12としてAlまたはAgを用いる場合、反射ミラー12全体を光低減膜13で覆うことにより、光低減膜13を腐食防止膜として機能させることが可能となる。また、図2に示すように、光学部材10と反射ミラー12との間に光低減膜13が位置する構成とする場合、光低減膜13を形成する際に膜に凹凸が生じると、反射ミラー12の形状が変化する可能性がある。そのため、光低減膜13を金属の蒸着以外の方法で形成することは困難である。しかし、図3のような構成によれば、そのような可能性を大幅に低減できるので、光低減膜13を樹脂や塗料等を使用して形成することができ、したがって、より反射率が低い材料を選定することが可能となる。光低減膜13を構成するのに適した樹脂は、例えば、ポリイミド、アクリルおよびウレタン、ならびにこれらの樹脂に着色剤を添加したものである。当然のことながら、先に図2を参照して、説明した反射ミラー12および光低減膜13の好ましい材料は、この形態においても使用できる。
【0055】
その他の各部材または要素については、図2を参照して説明した通りであるから、その説明は省略する。
本発明の双方向光通信モジュールのさらに別の形態を、以下に説明する。
【0056】
(実施の形態3)
本発明に係る実施の形態3について、図4を参照して説明する。図4において図2および図3で使用された符号と同じ符号は、図2および図3においてそれらが表す部材または要素と同じ部材または要素を表している。
【0057】
図4に示した形態の双方向光通信モジュール1もまた、上述の実施の形態1および2と同様に、発光素子4と、受光素子5と、送信レンズ6と、受信レンズ7と、反射ミラー12と、光低減膜13と、モニタフォトダイオード15とを有している。
【0058】
図4に示す形態において、反射ミラー12および光低減膜13は光学部材に形成されておらず、いずれか一方または両方が自立性を有する。図示した形態においては、反射ミラー12を反射率の高い金属の板で形成し、その受信光反射面Sとは反対側の面に、光低減膜13を形成することによって、反射ミラー12と光低減膜13との組合せが自立するようにしている。光低減膜は、金属の蒸着、または樹脂もしくは塗料の塗布等により形成する。あるいは、光低減膜13を反射率の小さい材料、例えば着色した樹脂から成る板で形成し、片面に反射ミラー12を形成することによって、または板状部材の一方の面に反射ミラー12を形成し、他方の面に光低減膜13を形成することによって、反射ミラー12と光低減膜13との組合せを得るようにしてよい。図示した態様において、反射ミラー12および光低減膜13は、Lの字型である。これは、発光素子4の後部から出射される光による混信を防止するためである。反射ミラー12および光低減膜13を構成するのに適した材料は、図2および図3を参照して説明したとおりである。
【0059】
図示した形態において、発光素子4から放射される送信光8は送信レンズ6により集光されて光ファイバ2に結合する。光ファイバ2から放射される受信光9は受信レンズ7で集光された後、受光素子5に結合する。受信光9の一部は、反射ミラー12で反射されてから、受信レンズ7を通過する。反射ミラー12はまた、光低減膜13とともに、送信部と受信部とを光学的および電気的に分離する作用をも奏する。光低減膜13の作用は、図2および図3を参照して説明したとおりであり、近端反射光および内乱光14を吸収して、それらに起因する混信を低減させる。その他の各部材または要素の具体的な作用は、図2を参照して説明したとおりであるから、その説明は省略する。
【0060】
(実施の形態4)
本発明に係る実施の形態4について、図5を参照して説明する。図5において図2乃至図4で使用された符号と同じ符号は、図2乃至図4においてそれらが表す部材または要素と同じ部材または要素を表している。
【0061】
図5に示した形態の双方向光通信モジュール1もまた、上述の実施の形態1乃至3と同様に、発光素子4と、受光素子5と、送信レンズ6と、受信レンズ7と、反射ミラー12と、モニターフォトダイオード15とを有している。
【0062】
図5に示す形態において、双方向光通信モジュール1は実施の形態1(図2)のそれと類似した構成であるが、光低減膜13を有しておらず、光低減部22により内乱光14による混信を低減している。図示した形態において、光低減部22は、送信光8の波長領域の光に対して透明でない材料で形成されている。これに対し、実施の形態1においては、光学部材10は、送信光8の波長領域の光に対して透明な材料で形成されており、光学部材10を送信光8が通過する構成であることに留意されたい。図5に示す双方向光通信モジュール1においては、光学部材10の一部が空洞となっている。この空洞は、送信領域21に相当し、送信レンズ6で光路変換された送信光8は送信領域21を通過して、光ファイバ2に結合する。
【0063】
図示した形態においては、光学部材10の送信領域21以外の部分は全て、送信光8の波長領域において光透過率の低い(即ち、不透明な)材料で形成されており、光低減部22を構成している。ここで、不透明な材料とは、その材料で厚さ1mm程度の板を形成し、これに、ある波長(ここでは送信光の波長)の光を照射したときに、透過率が略零となるような材料をいう。図示した形態においては、送信領域21が空洞であるから、光学部材10全体が不透明な材料で形成されているといえる。図示した形態において、光学部材10の材料としては、黒色または灰色等に着色された樹脂を使用することができる。この形態の双方向光通信モジュールにおいて、発光素子4から出射される光のうち送信光8とならない光、即ち、内乱光14は、反射ミラー12の裏面(受信光9が照射される面とは反対側の面)に到達する前に、光低減部22(即ち、光学部材10)により吸収され又は反射されるため、この形態においても内乱光14による混信を確実に低減することができる。
【0064】
図示した形態によれば、光学部材10に例えばレーザを用いる穿孔加工を施すことにより空洞を形成して送信領域21を設ければよく、透明な樹脂の使用を要しない。したがって、使用する樹脂の選択範囲が広がる。そのため、例えば、液晶ポリマーのように耐熱性の高い樹脂を使用すること、または安価な材料を選定すること等が可能となり、その結果、双方向光通信モジュール1の機能向上またはコスト低減等が容易に実現される。勿論、光学部材10において、光低減部は光学部材の全部を占める必要は必ずしも無く、発光素子4から出射される光のうち、送信光8とならない光、即ち、内乱光14が照射される部分にのみ存在してよい。
【0065】
図5に示す光通信モジュールにおいては、光学部材10を反射ミラー12を形成するための基材として用いている。この光学部材10は、反射ミラー12が形成される面が凹部を有しており、集光作用を有するから、受光素子5と光ファイバ2とを光学的に結合している。但し、図5に示す光学部材10は、不透明な材料から成り、また、送信光8は空洞である送信領域21を通過するから、発信素子と光ファイバとを光学的に結合させる機能は有していない。また、この形態において、プリズム11は、前述のように、これに照射される受信光9の反射方向を変え、それにより相手モジュール反射に起因する混信を低減する役割を果たしている。
【0066】
図5に示す形態においては、送信レンズ6として、ガラスまたはPMMA等の透明な材料で形成されたボールレンズ等を使用することができる。ボールレンズを使用する場合には、送信領域21の穴径に合わせてボールレンズを選択し、これを配置することによって容易に位置合わせを行うことができる。
【0067】
反射ミラー12は、光ファイバ2と対向するように、光学部材10表面に形成されている。受信光9は前述したように、反射ミラー12で集光されて受光素子5に結合する。前述のように、発信素子4から出射される送信光8のうち、光ファイバ2に結合する(即ち、送信領域21を通過する)光以外の光は、光低減部22と送信ステム17とで形成される不透明な部分に吸収され、外部に漏れないから、内乱光14による混信を確実に低減することが可能となる。また、送信領域21を通過する送信光8は、この送信領域21内に閉じ込められており、散乱等しても周囲の光低減部22で吸収されるため混信が生じにくい。その他、近端反射、遠端反射、受信光反射、および電気的混信に関しては前述した方法と同様の方法で低減することが可能である。
【0068】
(実施の形態5)
本発明に係る実施の形態5について、図6を参照して説明する。図6において、図2乃至図5で使用された符号と同じ符号は、図2乃至図5においてそれらが表す部材または要素と同じ部材または要素を表している。
【0069】
図6に示す構成の双方向光通信モジュールは、送信レンズ6を使用していない点、および発光素子4を送信領域21に近接させて送信光8を送信領域21に結合させている点、送信領域21は空洞ではなく、送信光8の波長領域の光に対して透明な樹脂が埋め込まれた構成となっている点を除いて、図5に示すものとほぼ同じ構成を有する。即ち、図6に示すものは、送信領域21およびその付近の構成が、図5に示すものと異なる。
【0070】
図6に示す形態において、送信領域21を構成する樹脂は、光学部材10の送信領域21以外の部分(即ち、光低減部21)を構成する樹脂よりも高い屈折率を有する。即ち、送信領域21は送信光8を光ファイバ2に導く光導波路の役割を有する。このような構成とすることにより、送信光8が送信領域21により確実に閉じ込められるため、図5に示すように送信レンズ6で集光することが不要となる。その結果、部品点数を少なくできるという効果が得られる。
【0071】
図6に示す形態においても、図5で示したものと同様に光学部材10の送信領域21以外の部分は、送信光8の波長領域において光透過率の低い(即ち、不透明な)材料で形成されている。それにより、内乱光による混信が低減される。
【0072】
図5および図6に示す構成の変形例として、反射ミラー12を形成せずに、光学部材10と空気との屈折率の差によって生じる反射を利用して、受信光9を受光素子5に結合させてもよい。即ち、光学部材10の凹面部への受信光9の入射角度が大きくなるように、光ファイバ2と光学部材10とを位置決めして、受信光を屈折率の差により全反射させることによって、金属の蒸着膜から成る反射ミラーが無くても高い反射率で受信光を反射させることが可能となる。この場合、光学部材に形成された凹面部が反射ミラーとして作用する。反射ミラーとして、金属の蒸着膜を形成しない場合には、光通信モジュールの製造コストを低減させることが可能となる。このように金属の蒸着膜から成る反射ミラーを有しない構成は、図5および図6に示すように、光学部材10が送信光8に対して不透明な材料で形成されている場合にのみ用いることができる。
【0073】
図2、図5および図6で示した形態においては、光学部材10が複数の要素を複合一体化して成るものであるため、図3および図4で示した形態のものと比較して各部品の組立て調整が容易である。したがって、図2、図5および図6に示す光通信モジュールは、製造の容易性および部品間の位置調整を考慮した場合には、より好ましい構成である。
【0074】
上記において説明した、本発明の双方向光通信モジュールによれば、近端反射および内乱光による光の混信を防止できることから、一本の光ファイバによる全二重方式の双方向光通信を、より都合良く実施できる。特に、光低減膜の働きにより内乱光による混信を確実に低減することが可能となり、高性能で小型の双方向光通信モジュールを複雑な設計を要することなく、低コストで製造することができる。
【0075】
以上図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。また、上記の実施の形態には種々の変更を加えてよい。例えば、光学部材の形状は上述した形状以外のものであってよく、例えば、反射ミラー12が形成される面の形状、および送信レンズ6の形状等を異なる形状にしてよい。
【0076】
このような構成を有する双方向光通信モジュールは、家庭内通信、車載用通信、工場内通信、電子機器間通信、およびLAN(Local Area Network)等に使用することができる。
【0077】
【発明の効果】
本発明は、一芯の光ファイバを伝送媒体として双方向に光通信を行うことができる双方向光通信モジュールにおいて、光ファイバから出射される受信光を反射する反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面で内乱光が反射することを防止する反射防止部材を形成したことを特徴とする。この特徴によれば、内乱光の反射に起因する混信量が低減するという効果が得られる。
【0078】
本発明は、上記反射防止部材として、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面の少なくとも一部に、反射ミラーの受信光反射面の反射率よりも低い反射率を有する膜である光低減膜を形成したことを特徴とする。この特徴によれば、内乱光が光低減膜に吸収されるため、光通信モジュール内で反射して受光素子に到達する内乱光の量を低減させることができ、したがって、内乱光に起因する混信量が低減するという効果が得られる。
【0079】
また、光低減膜は、金属の蒸着、または樹脂もしくは塗料の塗布等により形成できるから、本発明の双方向光通信モジュールは複雑な工程を経ることなく、製造できる。したがって、本発明によれば、質の高い双方向光通信モジュールを容易に製造できる。
【0080】
さらに、光低減膜を有する双方向光通信モジュールは、光学部材の上に反射ミラーと光低減膜とを形成することによって、受信部と送信部の分離を明確にすることができるとともに、双方向光通信モジュールの小型化を図ることができる。
【0081】
本発明はまた、反射防止部材として、反射ミラーの受信光反射面とは反対側の面と反射ミラーとの間に、内乱光を吸収する光低減部を設けたことを特徴とする。この特徴によってもまた、内乱光が光通信モジュール内で反射して受光素子に到達する量を低減させることができる。
【0082】
光低減部を有する双方向光通信モジュールは、光学部材に送信光が通過する領域として例えば空洞部を形成し、それ以外の領域を不透明な材料で形成することによって構成される。この構成によれば、送信光が送信領域内に閉じ込められ、外部に漏出しにくいから、内乱光による混信をより低減できる。また、この構成によれば、光学部材を形成する材料選択の幅が広がり、耐熱性のような機能を光通信モジュールに付加すること、または価格を低減すること等を容易に達成できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光通信リンクの構成を説明する概略図である。
【図2】本発明の双方向光通信モジュールの実施の形態1を示す概略図である。
【図3】本発明の双方向光通信モジュールの実施の形態2を示す概略図である。
【図4】本発明の双方向光通信モジュールの実施の形態3を示す概略図である。
【図5】本発明の双方向光通信モジュールの実施の形態4を示す概略図である。
【図6】本発明の双方向光通信モジュールの実施の形態5を示す概略図である。
【図7】従来の双方向光通信モジュールの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 双方向光通信モジュール
2 光ファイバ
3 双方向光通信リンク
4 発光素子
5 受信素子
6 送信レンズ
7 受信レンズ
8 送信光
9 受信光
10 光学部材
11 プリズム
12 反射ミラー
13 光低減膜
14 内乱光
15 モニタフォトダイオード
16 サブマウント
17 送信ステム
18 受信リードフレーム
19 プリアンプ
20 樹脂モールド
21 送信領域
22 光低減部
Claims (16)
- 1本の光ファイバを伝送媒体とする双方向光通信モジュールにおいて、
送信光を出射する発光素子と、前記光ファイバから出射される受信光の少なくとも一部を反射して受光素子に結合させる反射ミラーであって、前記受光素子と前記送信光とを光学的に分離するように配置された反射ミラーとを有し、
前記発光素子から出射される光が前記反射ミラーの受信光が照射される面とは反対側の面で反射することを防止する反射防止部材を形成したことを特徴とする双方向光通信モジュール。 - 前記反射防止部材として、前記反射ミラーの受信光が照射される面とは反対側の面において、前記発光素子から出射される光の少なくとも一部が照射される位置に、前記反射ミラーの受信光が照射される面の反射率よりも低い反射率を有する光低減膜を有する、請求項1に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記光ファイバの端面で反射された前記送信光の少なくとも一部が照射される位置に前記光低減膜を形成したことを特徴とする請求項2記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーと前記光低減膜とを、光学部材上に形成したことを特徴とする請求項2乃至3のいずれか1項に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーが、その受信光が照射される面が前記光学部材と接するように配置されている請求項4に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーおよび前記光低減膜のいずれか一方または両方が自立性を有する請求項2乃至3のいずれか1項に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーの受信光が照射される面の面積が前記光低減膜の面積と同じか、あるいはそれよりも小さいことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記光低減膜が、CrもしくはTi、またはCrもしくはTiを母材とする合金で形成されていることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射防止部材として、前記発光素子から出射される光が、前記反射ミラーの受信光が照射される面とは反対側の面に到達することを防止する光低減部を有する、請求項1に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記光低減部が、前記発光素子から出射される光が透過しない材料から成る、請求項9に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記光低減部が光学部材に形成され、該光学部材は前記発光素子から出射される光を通過させる送信領域を有する、請求項10に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記送信領域が空洞部である請求項11に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記送信領域が発光素子から出射される送信光が透過する材料で形成されている、請求項11に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記光学部材において、前記送信領域を除く部分が該送信領域よりも屈折率の低い材料で形成されており、該屈折率の低い材料で形成された部分の一部または全部が前記光低減部である、請求項11に記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーが、その受信光が照射される面が曲率を有し、受信光を集光する構造である請求項1乃至14のいずれかに記載の双方向光通信モジュール。
- 前記反射ミラーの受信光が照射される面が、Au、AgおよびAlから選択されるいずれか1つの金属、またはこれらの金属から選択されるいずれか1つの金属を母材とする合金で形成されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の双方向光通信モジュール。
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