JP2005148115A - Optical coupling module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源から発せられた光を光ファイバへ結合する光結合モジュール、特に筐体内に光源を収納する光結合モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical coupling module that couples light emitted from a light source to an optical fiber, and more particularly to an optical coupling module that houses a light source in a housing.
従来より、光源から発せられる光を光ファイバに結合する光結合モジュールは種々のタイプのものが使用されている。光源としては、小型で安価なLED等の発光素子が使用されることが多くなってきている。通常、LEDは四方八方へ光を射出するものであり、例えば面発光型のLEDであっても、発光面に対して垂直な方向のみならず、多方向に光が発せられる。このため、反射部を備え、これらの多方向へ発せられる光を効率よく光ファイバへ導入する光結合モジュールが提案されている。 Conventionally, various types of optical coupling modules for coupling light emitted from a light source to an optical fiber have been used. As the light source, a light-emitting element such as a small and inexpensive LED is increasingly used. Usually, the LED emits light in all directions, and even a surface-emitting LED, for example, emits light not only in a direction perpendicular to the light emitting surface but also in multiple directions. For this reason, there has been proposed an optical coupling module that includes a reflection portion and efficiently introduces light emitted in these multi-directional directions into an optical fiber.
また光結合モジュールの小型化かつ低価格化を目的として、光源を収容する筐体そのものを反射部として使用するモジュールも提案されている(例えば特許文献1または特許文献2参照)。
上記特許文献1に記載される光結合モジュールでは、LEDを保持する筐体の一端に光源が取り付けられ、他の一端に光ファイバの入射端が取り付けられ、中央に乱反射面からなる光散乱部が設けられているため、LEDから光ファイバの入射端の方向へ発せられた光は直接光ファイバへ導入されるが、他の方向へ発せられた光は散乱反射面で反射された後、一部が光ファイバへ導入される。散乱反射面では、光は多方向へ散乱されるため、散乱反射面で散乱された光、すなわち光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が光ファイバへ導入される割合は少なく、結合効率がさほど向上しないという問題がある。 In the optical coupling module described in Patent Document 1, a light source is attached to one end of a housing that holds an LED, an incident end of an optical fiber is attached to the other end, and a light scattering portion including a diffuse reflection surface is provided at the center. The light emitted from the LED toward the incident end of the optical fiber is directly introduced into the optical fiber, but the light emitted in the other direction is partially reflected after being reflected by the scattering reflection surface. Is introduced into the optical fiber. Since light is scattered in multiple directions on the scattering reflection surface, light scattered from the scattering reflection surface, that is, light emitted in directions other than the direction of the incident end of the optical fiber, is introduced into the optical fiber at a low rate. There is a problem that the efficiency does not increase so much.
また、特許文献2に記載される光結合モジュールでは、光源が配置された光散乱反射部と光ファイバの入射端が配置された鏡面反射部とから筐体が構成され、LEDから光ファイバ入射面の方向へ発せられた光は直接光ファイバへ導入され、他の方向へ発せられた光は、鏡面反射面および乱反射面、あるいは乱反射面により散乱されて、一部が光ファイバへ導入される。このため、やはり光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が光ファイバへ導入される割合は少なく、結合効率がさほど向上しないという問題がある。
In addition, in the optical coupling module described in
本発明は、上記のような問題点に鑑みて、筐体に収容された光源と光ファイバとの結合効率を向上させることのできる光結合モジュールを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical coupling module capable of improving the coupling efficiency between a light source housed in a housing and an optical fiber.
本発明による光結合モジュールは、光を発する光源と、
該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有することを特徴とするものである。なお、ここで「鏡面反射面」とは光を正反射する反射率が80%以上となる面を意味している。
An optical coupling module according to the present invention includes a light source that emits light,
It has an opening which accommodates the light source and has an incident end face of an optical fiber facing, and an inner surface opposite to the opening has a casing made of a specular reflection surface that regularly reflects light emitted from the light source. Is. Here, the “specular reflection surface” means a surface having a reflectivity for regular reflection of light of 80% or more.
前記光源は、LEDであってもよい。また、このLEDは、透明基板上に形成されたものであってもよい。 The light source may be an LED. Moreover, this LED may be formed on a transparent substrate.
前記光源は、前記光ファイバの光軸方向に直線状に配設された複数個のLEDからなるものであってもよい。 The light source may be composed of a plurality of LEDs arranged linearly in the optical axis direction of the optical fiber.
上記光モジュールは、前記光源から発せられる光に対して透明であり、かつ空気の屈折率に比べ前記光ファイバの屈折率に近い屈折率を有する樹脂が前記筐体の内部に充填されているものであってもよい。なお、樹脂の屈折率は光ファイバの屈折率に近いことが好ましく、ほぼ同等であれば一層好ましい。樹脂としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。また、樹脂は少なくとも光ファイバの入射端面と光源の間に充填されている必要があり、また内部区間全体に充填されていることが一層好ましい。 The optical module is transparent to the light emitted from the light source, and is filled with a resin having a refractive index close to the refractive index of the optical fiber compared to the refractive index of air. It may be. In addition, it is preferable that the refractive index of resin is close to the refractive index of an optical fiber, and it is more preferable if it is substantially equal. Specific examples of the resin include silicone-based and acrylate-based resins. Further, it is necessary that the resin is filled at least between the incident end face of the optical fiber and the light source, and it is more preferable to fill the entire inner section.
本発明による光結合モジュールは、光を発する光源と、該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有しているため、光源から光ファイバの入射端の方向以外の方向へ発せられた光の一部が鏡面反射面で反射された後、乱反射面で反射されることなく、光ファイバへ導入される。鏡面反射面では光は正反射するため、光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が効率よく光ファイバへ導入され、光源と光ファイバ間の結合効率が向上する。なお、筐体の内面を鏡面反射面とするために、筐体内に別個に鏡面反射部を配設する必要がなく、光結合モジュールの大型化および構造の複雑化を招くことがない。 An optical coupling module according to the present invention includes a light source that emits light, an opening that accommodates the light source and faces an incident end face of an optical fiber, and an inner surface that faces the opening reflects specularly the light emitted from the light source. Since it has a housing made of a reflecting surface, a part of the light emitted from the light source in a direction other than the direction of the incident end of the optical fiber is reflected by the specular reflecting surface and then reflected by the irregular reflecting surface. Without being introduced into the optical fiber. Since light is specularly reflected at the specular reflection surface, light emitted in directions other than the direction of the incident end of the optical fiber is efficiently introduced into the optical fiber, and the coupling efficiency between the light source and the optical fiber is improved. In addition, since the inner surface of the casing is a specular reflection surface, it is not necessary to separately provide a specular reflection section in the casing, and the optical coupling module is not increased in size and structure.
光源としてLEDを使用する場合には、低価格な光結合モジュールを提供することができる。また光源として、透明基板上に形成されたLEDを使用する場合には、鏡面反射面で反射した光がLEDの基板により吸収または散乱される割合が減少し、さらに結合効率を向上することができる。 When an LED is used as the light source, an inexpensive optical coupling module can be provided. In addition, when an LED formed on a transparent substrate is used as the light source, the rate at which the light reflected by the specular reflection surface is absorbed or scattered by the LED substrate is reduced, and the coupling efficiency can be further improved. .
光源が光ファイバの光軸方向に直線状に配設された複数個のLEDからなるものであれば、より多くの光を光ファイバへ導入することができる。 If the light source is composed of a plurality of LEDs arranged linearly in the optical axis direction of the optical fiber, more light can be introduced into the optical fiber.
また、一般に屈折率の異なる媒質間の反射率は屈折率の差が大きくなると大きくなる。このため、屈折率差を減らせば反射率が減少する。本発明による光結合モジュールにおいて、光源から発せられる光に対して透明であり、かつ空気の屈折率に比べ光ファイバの屈折率に近い屈折率を有する樹脂が前記筐体の内部に充填されている場合であれば、光ファイバの入射端面における光の反射率が低減し、一層結合効率が向上する。なお、この樹脂が筺体の内部区間全体に充填されている場合には、光源や光ファイバの入射端が樹脂により確実に固定され、光源の位置ずれや光ファイバの脱落などを防止することができる。 In general, the reflectance between media having different refractive indexes increases as the difference in refractive index increases. For this reason, if the refractive index difference is reduced, the reflectance decreases. In the optical coupling module according to the present invention, the inside of the casing is filled with a resin that is transparent to light emitted from the light source and has a refractive index close to the refractive index of the optical fiber compared to the refractive index of air. In this case, the light reflectance at the incident end face of the optical fiber is reduced, and the coupling efficiency is further improved. When this resin is filled in the entire inner section of the housing, the light source and the incident end of the optical fiber are securely fixed by the resin, and it is possible to prevent the positional deviation of the light source and the dropping of the optical fiber. .
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1の実施形態である光結合モジュールの一部破断平面図、図2は図1に示す2−2線における断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially broken plan view of an optical coupling module according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 shown in FIG.
図1および図2に示すように、この光結合モジュール1は、光ファイバ20が取り付けられている開口部11を有する筐体10と、該筐体10の内部空間12内に収容されているLEDチップ23と、内部空間12の空き空間に充填されている樹脂24とから構成されている。筐体10の外形は、縦520μm、横550μm、高さ310μmの四角柱形状であり、その内部には、縦320μm、横350μm、高さ110μmの四角柱形状の内部空間12が設けられている。筐体10の側面の1つには直径110μmの円形の開口部11が中央に形成されている。また内部空間12は、図1および図2に示すように、下面13a、上面13b、側面14a、14b、14cおよび14dにより構成されている。なお、側面14dには、上記開口部11が設けられている。また内部空間12を構成する面13a、13b、14a、14b、14cおよび14dは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the optical coupling module 1 includes a
光ファイバ20のクラッド径は110μmであり、コア径は100μmである。光ファイバ20は、先端の入射端面21が側面14dから筐体10の内部空間12へ30μm突出するように開口部11に取り付けられている。
The
LEDチップ23は、透明基板であるサファイア基板上に形成されたGaN系のLEDであり、チップサイズは縦260μm、横260μm、高さ60μmである。LEDチップ23は、その中心位置が、側面14aおよび側面14bから160μm離れた所に位置し、かつチップの側面が各側面14a〜14dと平行になるように、下面13a上に配置されている。不図示のアノード電極およびカソード電極がLEDチップ23の表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
The
LEDチップ23から発せられた光を光ファイバ20へ結合する際には、LEDチップ23から発せられた光のうち、光ファイバ20の入射端面21の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ20へ導入される。また側面14bの方向へ発せられた光は、側面14bにより鏡面反射し、LEDチップ23を透過して、光ファイバ20へ導入される。また、LEDチップ23から他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ20へ導入される。なお、樹脂24は、LEDチップ23から発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ20のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。このため、LEDチップ23から発せられた光は樹脂24ではほとんど吸収されず、また光ファイバ20の入射端面21における反射率も小さな値となる。
When the light emitted from the
これらの構成により、光結合モジュール1では、直接光ファイバ20へ導入される光に加え、側面14bで鏡面反射された光も光ファイバ20へ導入されるため、光源であるLEDチップ23と光ファイバ20との結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてLEDチップ23を用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、LEDチップ23が透明基板上に形成されているため、筐体10内で鏡面反射された光がLEDチップ23の基板により吸収または散乱されることが少なく、結合効率がさらに向上する。
With these configurations, in the optical coupling module 1, in addition to the light directly introduced into the
なお、樹脂24が筐体10の内部空間12の空き空間に充填されているため、光ファイバ20の入射端面21における反射率が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂24が筺体10の内部区間12全体に充填されているため、LEDチップ23および光ファイバ20の入射端面21が樹脂24により確実に固定され、LEDチップ23の位置ずれや光ファイバ20の入射端面21の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂24としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
In addition, since the
また、本実施の形態では、各面13a、13b、14a、14b、14cおよび14dは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ20の入射端面21の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
Moreover, in this Embodiment, although each
次に、図3および図4を用いて、本発明の第2の実施の形態である光結合モジュール2について説明する。図3は光結合モジュール2の一部破断平面図、図4は図3に示す4−4線における断面図である。
Next, the
図3および図4に示すように、光結合モジュール2は、光ファイバ20が取り付けられている開口部31を有する筐体30と、該筐体30の内部空間32内に収容されている3つのLEDチップ41a、41bおよび41cと、内部空間32の空き空間に充填されている樹脂35から構成されている。筐体30の外形は、縦520μm、横1140μm、高さ310μmの四角柱形状であり、その内部には、縦320μm、横940μm、高さ110μmの四角柱形状の内部空間32が設けられている。筐体30の側面の1つには直径110μmの円形の開口部31が中央に形成されている。また内部空間32は、図3および図4に示すように、下面33a、上面33b、側面34a、34b、34cおよび34dにより構成されている。なお、側面34dには、開口部31が設けられている。また内部空間32を構成する面33a、33b、34a、34b、34cおよび34dは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
光ファイバ20のクラッド径は110μmであり、コア径は100μmである。光ファイバ20は、先端の入射端面21が側面34dから30μm突出するように開口部31に取り付けられている。
The
LEDチップ41a、41bおよび41cは、透明基板であるサファイア基板上に形成されたGaN系のLEDであり、チップサイズは縦260μm、横260μm、高さ60μmである。LEDチップ41aは、その中心位置が、側面34aおよび側面34bから160μm離れた所に位置するように、下面33a上に配置されている。LEDチップ41bは、その中心位置が、側面34bから450μm離れ、側面34aから160μm離れた所に位置するように、下面33a上に配置されている。LEDチップ41cは、その中心位置が、側面34bから730μm離れ、側面34aから160μm離れた所に位置するように、下面33a上に配置されている。各LEDチップ41a、41bおよび41cは、不図示のアノード電極およびカソード電極が表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
The
各LEDチップ41a、41bおよび41cから発せられた光を光ファイバ20へ結合する際には、各LEDチップ41a、41bおよび41cから発せられた光のうち、光ファイバ20の入射端面21の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ20へ導入される。また側面34bの方向へ発せられた光は、側面34bにより鏡面反射し、LEDチップ41a、41bおよび41cを透過して、光ファイバ20へ導入される。また、各LEDチップ41a、41bおよび41cから他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ20へ導入される。
When the light emitted from the
樹脂35は、LEDチップ41a、41bおよび41cから発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ20のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。
The
これらの構成により、光結合モジュール2では、直接光ファイバ20へ導入される光に加え、側面34bで鏡面反射された光も光ファイバ20へ導入されるため、光源であるLEDチップ41a、41bおよび41cと光ファイバ20との結合効率を向上させることができる。
With these configurations, in the
また、LEDチップ41a、41bおよび41cを収容する筐体30の内面を反射鏡面とする簡易な構造により、結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてLEDチップ41a、41bおよび41cを用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、LEDチップ41a、41bおよび41cが透明基板上に形成されているため、筐体30内で鏡面反射された光がLEDチップ41a、41bおよび41cにより吸収または反射されることが少なく、結合効率が一層向上する。なお、樹脂35が筐体30の内部空間32の空き空間に充填されているため、光ファイバ20の入射端面21における反射が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂35が筺体30の内部区間32全体に充填されているため、LEDチップ41a、41bおよび41cや光ファイバ20の入射端面21が樹脂35により確実に固定され、LEDチップ41a、41bおよび41cの位置ずれや光ファイバ20の入射端面21の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂35としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
Further, the coupling efficiency can be improved by a simple structure in which the inner surface of the
また筐体30内に3つのLEDチップ41a、41bおよび41cが収容されているため、より多くの光を光ファイバ20へ導入することができる。なお、筐体およびLEDチップのサイズにより、収納するLEDチップの数は適宜増減することができる。また、LEDチップを上下反転させて上面33bへも固定して、下面33aへ固定したLEDチップと上面33bへ固定したLEDチップの両者から発せられる光を光ファイバへ導入してもよい。LEDチップの高さに対して光ファイバのコア系が大きい場合には、このような配置により、一層多くの光を光ファイバへ導入することができる。
Further, since three
なお、本実施の形態では、各面33a、33b、34a、34b、34cおよび34dは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ20の入射端面21の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
In the present embodiment, each of the
次に、図5および図6を用いて、本発明の第3の実施の形態である光結合モジュール3について説明する。図5は光結合モジュール2の一部破断平面図、図6は図5に示す6−6線における断面図である。
Next, the optical coupling module 3 which is the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated using FIG. 5 and FIG. FIG. 5 is a partially broken plan view of the
図5および図6に示すように、この光結合モジュール3は、光ファイバ60が取り付けられている開口部51を有する筐体50と、該筐体50の内部空間52内に収容されているLEDチップ23と、内部空間52の空き空間に充填されている樹脂55とから構成されている。筐体50の外形は、縦520μm、横350μm、高さ520μmの四角柱形状であり、その内部には、縦320μm、横150μm、高さ320μmの四角柱形状の内部空間52が設けられている。筐体50の側面の1つには直径260μmの円形の開口部51が中央に形成されている。また内部空間52は、図5および図6に示すように、下面53a、上面53b、側面54a、54b、54cおよび54dにより構成されている。なお、側面54dには、上記開口部51が設けられている。また内部空間52を構成する面53a、53b、54a、54b、54cおよび54dは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the optical coupling module 3 includes a
光ファイバ60のクラッド径は260μmであり、コア径は230μmである。光ファイバ60は、先端の入射端面61が側面54dから筐体50の内部空間52へ50μm突出するように開口部51に取り付けられている。
The
LEDチップ23は、透明基板であるサファイア基板上に形成されたGaN系のLEDであり、チップサイズは縦260μm、横260μm、高さ60μmである。図5および図6に示すように、LEDチップ23は、基板側が側面54bに接するように透明な接着剤により固定されている。その中心位置は、側面54aの中心と一致するように配置されている。不図示のアノード電極およびカソード電極がLEDチップ23の表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
The
LEDチップ23から発せられた光を光ファイバ60へ結合する際には、LEDチップ23から発せられた光のうち、光ファイバ60の入射端面61の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ60へ導入される。また側面54bの方向へ発せられた光は、側面54bにより鏡面反射し、LEDチップ23を透過して、光ファイバ60へ導入される。また、LEDチップ23から他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ60へ導入される。なお、樹脂55は、LEDチップ23から発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ60のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。このため、LEDチップ23から発せられた光は樹脂55ではほとんど吸収されず、光ファイバ60の入射端面61における反射率も小さな値となる。
When the light emitted from the
これらの構成により、光結合モジュール3では、LEDチップ23の表面から射出されて直接光ファイバ60へ導入される光に加え、LEDチップ23の裏面から射出されて側面54bで鏡面反射された光も光ファイバ60へ導入されるため、光源であるLEDチップ23と光ファイバ60との結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてLEDチップ23を用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、LEDチップ23が透明基板上に形成されているため、筐体50内で鏡面反射された光がLEDチップ23の基板により吸収または散乱されることが少なく、結合効率がさらに向上する。なお、樹脂55が筐体10の内部空間52の空き空間に充填されているため、光ファイバ60の入射端面61における反射率が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂55が筺体150の内部区間52全体に充填されているため、LEDチップ23および光ファイバ60の入射端面61が樹脂55により確実に固定され、LEDチップ23の位置ずれや光ファイバ60の入射端面61の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂55としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
With these configurations, in the optical coupling module 3, in addition to the light emitted from the front surface of the
なお、本実施の形態では、各面53a、53b、54a、54b、54cおよび54dは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ60の入射端面61の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
In the present embodiment, each of the
なお、各実施の形態において、LEDチップとしては、フェイスアップ構造のLEDチップを用いてもよいし、あるいはフェイスダウン構造のLEDチップを用いてもよい。また筐体としては、一体形成された筐体を用いてもよいし、あるいはLEDチップを配置した基板と該基板の上に設けられたカバー等を組み合わせて形成される筐体を用いてもよい。 In each embodiment, as the LED chip, an LED chip having a face-up structure may be used, or an LED chip having a face-down structure may be used. As the casing, an integrally formed casing may be used, or a casing formed by combining a substrate on which an LED chip is disposed and a cover provided on the substrate may be used. .
1、2、3 光結合モジュール
10、30、50 筐体
11、31、51 開口
12、32、52 内部空間
13a、33a、53a 下面
13b、33b、53b 上面
14a、14b、14c、14d 側面
20、60 光ファイバ
23、41a、41b、41c LEDチップ
24、35、55 樹脂
34a、34b、34c、34d 側面
54a、54b、54c、54d 側面
1, 2, 3
Claims (5)
該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有することを特徴とする光結合モジュール。 A light source that emits light;
It has an opening which accommodates the light source and has an incident end face of an optical fiber facing, and an inner surface opposite to the opening has a casing made of a specular reflection surface that regularly reflects light emitted from the light source. Optical coupling module.
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WO2017138762A1 (en) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | 광주과학기술원 | Substrate structure for micro led display and display device using same |
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2003
- 2003-11-11 JP JP2003381001A patent/JP2005148115A/en not_active Withdrawn
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