JP3925134B2 - 光送受信器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常使用される単芯の光ファイバにより双方向の光伝送を行う送受信器に係わり、特に端面が凸球状をなしたプラスチック光ファイバを使用した際に好適な送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の接続に用いられる信号ケーブルは、従来からよく知られている電気信号ケーブルばかりでなく、例えば光を利用して情報伝送を行う光信号ケーブル等も利用されている。
光ケーブルを使用して各種の電子機器を接続する場合、機器間の接続や切断を容易にするために、図１０に示すように、光ケーブルの両端にプラグを装着し、機器側に備えられたジャックに挿入して接続されることが多い。
【０００３】
本例では、電子機器６７側には、ジャック６５が設置され、このジャックに適合するプラグ６１が光ケーブル６０の両端に取り付けられている。
プラグ６１をジャック６５の受け穴に挿入することにより、光ケーブル６０の心線（光ファイバ素線）が機器６７内の光学素子と対向する構造となっている。機器内に設置されたジャックは、リセプタクルと呼ばれることも多い。また、プラグとリセプタクルをコネクタと総称する。
【０００４】
信号の伝送が１方向のみならば、機器内の光学素子は送信用の発光素子または受信用の受光素子を光ファイバ素線のコアの軸線に配置すればよい。光ファイバの軸線と発光素子または受光素子の効率最大の方向を一致させることにより、容易に最適の配置が得られる。
しかし、１本の光ケーブルを使用して双方向に信号を伝送しようとすると、上記のように簡単には行かない。
【０００５】
見かけ上１本の光ケーブルとなるように、特殊な光ケーブルを使用することもしばしば行われる。
図１１（ａ）にその１例を示す。先ず、コア５３を複数本まとめたドメイン５４を２組用意し、その周囲をクラッド５１で覆う。クラッド５１には識別用突起５２を形成して１本の（複芯）光ケーブル５０とする。
リセプタクル側は同図（ｂ）に示すように、基板５５上に発光素子５６及び受光素子５７を取付け、その間に仕切り板５９で中央部を分離されたプリズム５８が固着されている。
【０００６】
上記の（複芯）光ケーブル５０の両端にプラグを装着し、識別用突起５２とプラグの回り止め（例えば角形にする等）により、プラグをリセプタクルに挿入したとき、基板５５と光ケーブル５０が同図（ｂ）に示す位置関係を保つようにする。
同図（ｂ）で左側のドメイン５４が入射側、右側のドメイン５４が出射側として使用される。実質的に２本の光ファイバを使用したことになり、特殊な光ケーブルが必要で、高価格となりやすく、ケーブルの単位長さ当たりの重量も増加するので好ましくない。
【０００７】
図１１（ｃ）はホログラフィックビームスプリッタを使用して単芯の光ファイバで双方向の信号伝送が可能としている。
（単芯）光ファイバ５０ａの軸線上に配置された、発光素子であるレーザダイオード６８から出射された単一の発散光は、ホログラフィックビームスプリッタ６９とレンズ７５によってビーム７０・７１・７２に分割され、ビーム７０は光ファイバ５０ａの１端に集光される。
ファイバ５０ａから入ってくる信号光はホログラフィックビームスプリッタ６９とレンズ７５によってビーム７６・７７・７８に回析され、ビーム７７・７８は光検出器（受光素子）７３・７４に受光される。
【０００８】
上記の方式はプラグとリセプタクルの振動に対する安定性も優れているが、ホログラフィックビームスプリッタは価格も高く、伝送効率もあまり良いとは言えない。
構成上、発光素子と受光素子との間隔が１ｍｍ程度と狭いので、クロストークの問題も発生する。
【０００９】
電子機器間の接続に多用されるプラスチック光ファイバ（以降ＰＯＦと略称する）の場合にはコア径が比較的大きいので、単芯のＰＯＦと図１１（ｂ）のリセプタクルを組み合わせた方式で、特殊な複芯ケーブルや光学素子の使用を避けることができる。
通常の光ファイバがそのまま使用でき、プラグの回り止めさえすれば送信受信の経路も乱されない。また、発光素子と受光素子との間隔も充分離すことができる。更に、分離方法として、図１１（ｂ）に示した隔壁を持ったプリズムのみとは限らず、他にミラー、レンズ、導光ファイバ、遮光等の光学的手段が使用可能であり、目的に応じて使い分けも可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、プラスチック光ファイバ使用の場合には、単芯のＰＯＦとプリズムによって半月状の断面形を持ったＰＯＦのコアの半分づつを送受信に分離して使用するとコスト的にも安価で具合が良い。
即ち、１本の（単芯）光ファイバで常時双方向の光信号を伝送する送受信器において、従来は光ファイバ端面を送信入射光と受信出射光を光学的手段で領域分割し、送受信光相互の混入や干渉を簡易に分離していた。
【００１１】
ところが、上記のような領域分割では光の分布が光ファイバの軸線に対して非対称であるため、光ファイバコネクタの接続位置の機械的な変動や振動が送受信光の強度に影響を及ぼす。また、光ケーブルの形状・姿勢の変動や振動も同様に送受信光の強度に影響を及ぼす。これらはすべて信号の伝送特性に影響し、特にコネクタ近辺での光ケーブルの形状・姿勢の変動や振動は大きく影響する。高性能のオーディオ装置間の信号伝送では音質劣化を派生する問題を生じている。
また、組み付けの誤差により、１本の光ケーブルの両端で送信と受信を区分する線が一致せずに食い違っている（両端の半月形の弦に相当する線がある角度をなしている）と伝送特性劣化を生じ、更に外力の変動により時系列的にこの角度が変動する場合には、特に音質の変化を際だたせると言う問題もある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点を解決するために、１芯のプラスチック光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子からなる受光部と、前記プラスチック光ファイバに送信光を出射する発光素子からなる発光部と、前記プラスチック光ファイバの軸線と前記受光部の軸と前記発光部の軸が同一直線上に配置されるように、前記受光部および前記発光部をその両面に背中合せに実装する基板と、前記基板に形成され、前記送信光の進路を前記プラスチック光ファイバ側に変更する透明プリズムの反射面によって形成される送信光路変更手段と、前記受信光の光路および前記受光素子の光路の周囲に設けられた円筒状の遮光板とを備え、前記プラスチック光ファイバの端部に装着されたコネクタプラグを挿入して所定位置に保持するリセプタクルの近傍に配置された光送受信器であって、送信光の前記プラスチック光ファイバに入射する際の強度分布、及び、受光素子の受光感度分布が共に前記プラスチック光ファイバの軸線上の点を中心とする点対称とされた光送受信器を提供する。
【００１３】
また本発明の光路変更手段により、前記プラスチック光ファイバの中心部より外周部の前記送信光の強度分布が大きいようにされ、また、この光路変更手段は透明プリズムに設けられた反射面である。
更に、プラスチック光ファイバの端面が球面であるか、又はプラスチック光ファイバの端面から前記受光素子間の受信光の光路に、光束を収束させるレンズ系をを挿入している。
更に、発光素子から出射された送信光を複数の導光ファイバにより導く方法も提供する。
【００１４】
更にまた、発光素子及び受光素子の実装される基板の導体間を電気的に絶縁した透明板を使用している。
また、発光素子及び受光素子の実装される導体により、送信光が透過する透過窓を構成する光送受信器をも提供する。
また、導体間に挿入される絶縁基板に、送信光が透過する透過窓を形成した光送受信器をも提供する。
また、プラスチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を通る同一直線上に前記発光素子の軸が配置される光送受信器を提供する。
【００１５】
発光素子に半導体レーザを使用する場合は、プラスチック光ファイバの軸線と前記受光素子の軸と同一直線上に４５゜プリズムを配置し、この４５゜プリズム入射後の送信光の光路の見かけの発光源が前記プラスチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を通る同一直線上に配置する。
また、半導体レーザと４５゜プリズム間の送信光の光路間にアスペクトレシオ変更手段を挿入する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態を図１、図２を参照して説明する。図１はリセプタクルに挿入されたプラグ先端部と光送受信器（以降、送受信器と呼ぶ）を分解斜視図として示し、図２（ａ）はＰＯＦの軸線を含む平面で切断した断面図、同図（ｂ）は下部（発光素子９の側）から素子の実装された基板を見た投影図である。図１では数個の部品はその一部を破断して断面形状を示している。
なお、図１の分解斜視図は部品名称と部品形状を説明するためのものであり、実際の加工工程でこのように分割されずに製造される場合が多い。後述するように実際の製造工程では、例えば、光の進路内で部品同士の接触面ができるだけ少なくなるように、部品の一体化を図るなどの配慮がなされている。
【００１７】
光ファイバ（ＰＯＦ）１がコネクタプラグ３の中心部に固着され、その端面２はほぼ球面状に形成されている。ここでＰＯＦとはコアが１個でその端面がほぼ凸球面に形成されたプラスチック光ファイバ（素線）とする。通常は外周部に保護層を付けた光ケーブルとして使用される。
プラグ３がリセプタクル４の穴部に挿入されると、プラグ３の先端部の（外）テーパ面３ａとリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ面４ａが当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所定位置に位置決めされる。
【００１８】
リセプタクル４には送受信器３０が取り付けられている。送受信器３０は受光素子８及び発光素子９とこれらを実装する基板、送信光５や受信光７を誘導するプリズム類、受光素子８及び発光素子９を封止する封止部等から構成される。前記のプリズムが封止部を兼用する場合もある。
本明細書では、便宜的に上記の基板を境界として、その上部の受光素子８と受信光７を誘導する受光素子８の封止部等を受信部、基板より下部の発光素子９、送信光５を誘導するプリズム類を発光部と呼ぶ。
【００１９】
受光素子８は、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が使用される。
受光素子８はＰＯＦから出射される受信光７を効率よく受信するように、その最高感度軸がＰＯＦの（プラグ部の）軸線と一致するようにビームリードＧＮＤ１３に実装され、ビームリード１２を介して外部に接続される。受光素子８は透明の封止部１７によって封止され、封止部１７のＰＯＦに対向する面はレンズ面１７ａを形成している。
なお、本明細書では受光素子８及び発光素子９はリードフレームに実装し、封止する場合として説明するが、ケースに収容された一般市販品を使用することもできる。
【００２０】
発光素子にはＬＥＤが使用され、ビームリードＧＮＤ１３ａに実装され、ビームリード１２ａを介して外部に接続され、下部プリズム１０の成形時に下部プリズム１０によって封止される。
発光素子９は受光素子８のほぼ裏側に配置され、送信光５はＰＯＦの反対側に出射される。送信光５は下部プリズム１０によって上方へ向かい、ＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。ここでは反射屈折等により、光の進路（特に送信光）を変更する部材を光路変更手段と呼ぶ。光路変更手段は基板の発光部と反対側に設けられる場合もある。
発光部からの送信光５は、上記の光路変更手段によりほぼ１８０゜その方向を変え、ＰＯＦに入射するときの送信光５の発光は基板の（受光部の配置された側と同じ）同一面側でなされることとなる。
【００２１】
ここで、受光素子８及び発光素子９の実装される基板組立品の説明を図５（ａ１）（ａ２）（ａ３）を参照して説明する。図５（ａ１）は受光素子８を実装するリードフレーム２２、同図（ａ３）は発光素子９を実装するリードフレーム２２（前記受光素子実装用リードフレームと同じ物）、（ａ２）は２枚のリードフレームの間に挿入される絶縁基板１４を模式的に描いている。
【００２２】
図５（ａ１）に示すリードフレーム２２は薄い金属板をプレス加工で斜線部の穴抜きをしたもので、破線の矢印で示す範囲の形状が左右に反復連続して多数形成される。
リードフレーム２２はビームリード１２とビームリードＧＮＤ１３が外周部と連続した形に形成され、最終工程で実線２５、２５・・で切断してビームリード１２とビームリードＧＮＤ１３を分離する。
外周部に同時に複数のパイロット穴２６が開けられ、各工程毎にパイロットピンが挿入されて位置決めがなされる。
中央部の円形の中心に素子の最高感度軸が位置するように、受光素子８が実装され、ビームリード１２にワイヤボンディングで接続する。
【００２３】
発光素子９も別のリードフレーム２２に実装される。リードフレーム２２の図５（ａ１）に示す側に発光素子９も実装する。
受光素子と発光素子の実装面の裏面で透明の樹脂板等の薄い絶縁基板１４を挟んで、受光素子、発光素子の最高強度軸が合致するように、パイロット穴を利用して位置決めして、例えば接着等で接合する。
パイロット穴２６はリードフレームを裏返しても座標が一致するように形成されているので、以降の工程もリードフレーム２枚重ねで作業を行う。
また、リードフレーム２２に穴抜きされた光透過部１５は２枚のリードフレームで合成され、図１・図２（ｂ）に示すように、４個の扇形でほぼリング状の光透過部を形成する。
【００２４】
透明な絶縁基板１４を使用した場合の送受信器３０の以降の製造工程は、ほぼ、次のようになる。
受光素子封止。透明樹脂の封止部１７が、例えばアウトサート成形で形成される。封止部１７のＰＯＦの対向面は凸レンズ状に形成してもよい。封止部１７の外周円筒面に遮光板１６ａを形成する。遮光板１６ａは塗装または印刷等で遮光効果のある面を形成しても良いし、金属その他で円筒状の遮光板を封止部１７の外周円筒面にそって配置し、次工程の下部プリズム１０およびスペーサ１６の成形時に固定しても良い。図１に示すように、別途スペーサ１６を作成して封止部１７に被せるならスペーサ１６の内面に遮光板１６ａの形成も可能である。
【００２５】
一般には、下部プリズム１０およびスペーサ１６をアウトサート成形で同時に成形するのが普通である。送信側の光路に透明な絶縁基板１４が介在するのを嫌うなら、透過窓を開けた絶縁基板１４ａを使用して下部プリズム１０およびスペーサ１６を一体とし、送信側の光路の異材の接触面を除いても良い。
下部プリズム１０のプリズム反射面１１と第２プリズム反射面１１ａは例えば金属の蒸着面、またはメッキ面としてもよく、全反射が期待できるなら、成型時のままの光沢面をそのまま使用しても良い。
すべての工程が終わればリードフレームの外周を切断すればビームリード１２、１２ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａが分離される。
【００２６】
以上図１、２、図５（ａ１、２、３）に従って１例を説明したが各種の変形が可能である。例えば、発光素子と受光素子の電位的分離があまり必要ない場合は、１枚のリードフレームの両面に背中合わせに発光・受光両素子を実装することも可能である。
また、このリードフレームに周辺の電子部品実装のためのランドを適宜設けることも有用であり、リセプタクルまたはリセプタクルケースなどへ送受信器３０取付用の穴等をリードフレーム、絶縁基板に設けておくことも考えられる。
【００２７】
このように製造された送受信器において、図２に示すように、ＰＯＦから射出された受信光７はＰＯＦ端面２の球面部および封止部１７のレンズ面１７ａで収束され受光素子８で効率よく受光される。
【００２８】
一方、発光素子９より（図で下方に）出射された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成された、凹曲面を持った円錐状のプリズム反射面１１で反射され、ほぼ水平で全円周に均一に出射される。
更に、パラボラ状の第２プリズム反射面１１ａによって反射し、進路を上方に変更し、透明な絶縁基板１４に形成されたリング状の光透過部１５を透過して、スペーサ１６を経て、ＰＯＦのレンズ状の端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入射する。即ち、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した光束が入射することになる。
【００２９】
送信光５のごく一部はスペーサ１６内部で拡散等により進路を変えるが、遮光板１６ａに遮られ、受光素子８には影響しない。
また、送信光５はＰＯＦのレンズ状の端面２でも幾分は反射されるが、この面の送信反射光６は多く外周に反射され、更に遮光板１６ａにも遮られて受光素子８には到達しない。
ここで、受光感度最大の方向を受光素子の軸、発光光度最大の方向を発光素子の軸と呼ぶことにすると、ＰＯＦの軸線、受光素子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光束をプリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対し（１個の同心円上の強度は同一となるように）点対称に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させることにより、遮光板等で的確な防護を行い、送受信のクロストークを防ぐことができる。
【００３０】
同様に、ＰＯＦ１の端面２から出射する受信光７は、主にＰＯＦの中心寄りの受信光が受光素子に入射する。受光素子の受光感度分布からはＰＯＦの軸線から出射した受信光が最大感度で受け取られることになる。受信光の強度分布もＰＯＦの軸線に点対称で分布していると考えて良い。
【００３１】
更に、受信光・送信光のいずれの強度分布もＰＯＦの軸線に点対称で分布していることから、光ファイバがその軸線を廻転中心として回転しても光ファイバと送受信器の関係は変化しないことを示している。
即ち、光ファイバを固着したプラグとリセプタクルが廻転可能であっても、幾何学的な関係位置が両者のテーパ面で規制されていれば、伝送特性は基本的に変化しないことになる。これはプラグの方向性を考える必要がないのでプラグの装着が簡便であり、コネクタの製造上はプラグが丸棒、リセプタクルの受け穴が丸穴と加工は簡易であり、取り扱い時の利便性の向上、製造コスト低減のメリットがある。
【００３２】
本発明の別の実施の形態である送受信器３０ａを図３、図４、図５（ｂ１、２、３）を参照して説明する。
前例と同様、図３はリセプタクルに挿入されたプラグ先端部と送受信器部を分解斜視図として示し、図４（ａ）はＰＯＦの軸線を含む平面で切断した断面図、同図（ｂ）は下部（発光素子９の側）から素子の実装された基板を見た投影図、であり、部分的にある部品はその一部を破断して断面形状を示している。既に述べたように、各部品が図３の分解斜視図のように分割されて製造される場合は少ない。
【００３３】
光ファイバ（単芯のＰＯＦ）１がコネクタプラグ３の中心部に固着され、プラグ先端の（外）テーパ面３ａとリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ面４ａが当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所定位置に位置決めされることは、前例と変わらない。
【００３４】
リセプタクル４の後方近傍に送受信器３０ａが取り付けられている。送受信器３０ａは表裏に受光素子８及び発光素子９が実装された基板、送信光５の案内、及び、発光素子９の封止のための下部プリズム１０、上部プリズム１０ａ等から構成される。
【００３５】
受光素子８は、前例と同じくフォトダイオードやフォトトランジスタ等が使用される。
受光素子８はＰＯＦから出射される受信光７を効率よく受信するように、その最高感度軸がＰＯＦの軸線と一致するようにビームリードＧＮＤ１３に実装され、ビームリード１２を介して外部に接続される。受光素子８は透明の封止部１７によって封止される等ほぼ前例と同様である。
発光素子にはＬＥＤが使用される。
【００３６】
受光素子８及び発光素子９の実装される基板組立品の説明を図５（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）を参照して説明する。図５（ｂ１）は受光素子８を実装するリードフレーム２２ａ、同図（ｂ３）は発光素子９を実装するリードフレーム２２ａ、（ｂ２）は２枚のリードフレームの間に挿入される透過窓１５ｂ付きの不透明の絶縁基板１４ａを模式的に描いている。
【００３７】
図５（ｂ１）に示すリードフレーム２２ａは薄い金属板をプレス加工で穴抜きして、ビームリード１２、１２ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａが外周部と連続した形に形成され、同形状がが左右に反復連続して多数形成される。また、外周部に同時に複数のパイロット穴２６が開けられることも同様である。
中央部の正方形の中心に素子の軸が位置するように、受光素子８または発光素子９が実装され、ビームリード１２、１２ａにワイヤボンディングで接続する。
【００３８】
不透明で薄い樹脂板等の絶縁基板１４ａの中心部には、４個の扇形が集まってほぼリング状とされた透過窓１５ｂが中心部に穿たれている。
受光素子と発光素子の実装面の裏面で、この絶縁基板１４ａを挟んで、受光素子、発光素子の軸が合致するように、パイロット穴を利用して位置決めして、例えば接着等で接合する。
パイロット穴は裏返しても座標が一致するように形成されていること、も前例と同様であり、以降の工程もリードフレーム２枚重ねで作業ができる。
【００３９】
本例の送受信器３０ａの以降の製造工程は、ほぼ、次のようになる。
受光素子封止。透明樹脂の封止部１７が、例えばアウトサート成形で形成される。図では平面だが、封止部１７のＰＯＦの対向面は凸レンズ状に形成してもよい。封止部１７の外周の円錐台面に第４プリズム反射面１１ｄを形成する。
第４プリズム反射面１１ｄは蒸着、メッキまたは印刷等で反射効果のある面を形成しても良いし、金属その他で円錐台状の反射板を封止部１７の外周円錐台面に沿って配置し、次工程の下部プリズム１０および上部プリズム１０ａの成形時に固定しても良い。図３に示すように、別途上部プリズム１０ａを作成して封止部１７に被せるなら上部プリズム１０ａの内外面にメッキ等により反射面形成も可能である。
【００４０】
一般には、下部プリズム１０および上部プリズム１０ａをアウトサート成形で透明樹脂を流し込み同時に成形するのが普通である。絶縁基板１４ａの透過窓１５ｂにも上記透明樹脂が流入して、下部プリズム１０および上部プリズム１０ａを一体とし、送信側の光路の接触面が存在しないようにできる。
下部プリズム１０のプリズム反射面１１と第２プリズム反射面１１ａは例えば金属の蒸着面、またはメッキ面としてもよく、全反射が期待できるなら、成型時のままの光沢面をそのまま使用しても良い。
上部プリズム１０ａの外周の円錐台状の面は、金属の蒸着面、またはメッキ面とされる。
リードフレームの外周を切断して、ビームリード１２、１２ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａを分離して、全ての工程が終わる。
【００４１】
送受信器３０ａにおいて、図４に示すように、ＰＯＦから射出された受信光７はＰＯＦ端面２の球面部で収束され受光素子８で効率よく受光される。これは、図２と同様である。
【００４２】
一方、発光素子９より（図で下方に）出射された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成された、凹曲面を持った円錐状のプリズム反射面１１で反射され、ほぼ水平で全円周に均一に出射される。
更に、円錐台状の第２プリズム反射面１１ａによって反射し、進路を上方に変更し、絶縁基板１４に形成されたリング状の透過窓１５ｂを透過して、上部プリズム１０ａに至り、第３プリズム反射面１１ｂで内側に反射され、更に第４プリズム反射面１１ｃで反射され、リング状になって、僅かに収束しながら上方に向かい、ＰＯＦのレンズ状の端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入射する。この場合も、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した光束が入射することになる。
【００４３】
第４プリズム反射面１１ｃから送信光５は侵入できず、受光素子８には影響しない。
また、送信光５のＰＯＦのレンズ状の端面２における送信反射光６は多く外周に反射されて受光素子８には到達しない。
ここでも前例と同じく、ＰＯＦの軸線、受光素子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光束をプリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させることにより、送受信のクロストークを防ぐことができる。
【００４４】
更に、本発明の別の実施の形態である送受信器３０ｂを図６を参照して説明する。図６（ａ）はＰＯＦの軸線を含む面で切断した断面図、同図（ｂ）はスペーサ１６付近でＰＯＦの軸線に直角に切断した断面図である。
光ファイバ（単芯のＰＯＦ）１がコネクタプラグ３の中心部に固着され、プラグ先端の（外）テーパ面３ａとリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ面４ａが当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所定位置に位置決めされることは、前例と変わらない。
【００４５】
リセプタクル４の後方に送受信器３０ｂが取り付けられている。送受信器３０ｂは表裏に受光素子８及び発光素子９が実装された基板、送信光５の反射、及び、発光素子９の封止を兼ねた下部プリズム１０、受光素子８の封止を兼ねたスペーサ１６、光ファイバを使用した導光ファイバ１９等から構成される。
【００４６】
受光素子８は、前例と同じくフォトダイオードやフォトトランジスタ等が使用され、発光素子９はＬＥＤが使用される。
受光素子８はＰＯＦから出射される受信光７を効率よく受信するように、その最高感度軸がＰＯＦの軸線と一致するようにビームリードＧＮＤ１３に実装され、ビームリード１２を介して外部に接続される。受光素子８は透明の封止部１７によって封止される等ほぼ前例と同様である。
【００４７】
受光素子８及び発光素子９の実装されるリードフレームは、例えば、図５（ｂ１）と同様である。不透明な絶縁基板１４ａには導光ファイバ１９を挿入する多数の穴を穿たれている。受光素子８または発光素子９が実装され、ビームリード１２、１２ａにワイヤボンディングされたリードフレームが背中合わせに絶縁基板１４ａを間に挟んで接着される。
【００４８】
次いで、絶縁基板１４ａの孔に導光ファイバ１９が挿入される。導光ファイバ１９はＰＯＦまたはその相当品が使用できる。
例えばアウトサート成形で、下部プリズム１０およびスペーサ１６が同時に成形される。受光素子８、発光素子９の封止、および導光ファイバ１９の固定も行われる。
必要ならプリズム反射面１１に蒸着、メッキ加工を行い反射面とする。
なお、下部プリズム１０およびスペーサ１６用の樹脂の屈折率によっては導光ファイバ１９はコアとクラッドを備えた光ファイバでなくコア材のみでも使用可能の場合がある。
リードフレームの外周を切断して、ビームリード１２、１２ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａを分離して、全ての工程が終わる。
【００４９】
送受信器３０ｂにおいて、図６に示すように、ＰＯＦから射出された受信光７はＰＯＦ端面２の球面部で収束され受光素子８で効率よく受光される。これは、前２例と同様である。
【００５０】
一方、発光素子９より（図で下方に）出射された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成された、リング状の凸曲面を持ったプリズム反射面１１で反射され、導光ファイバの入射側（下端）端面より入射する。円周に沿って複数本配置された導光ファイバ１９にほぼ同一照度で入射すると考えて良い。
導光ファイバ１９の光路に沿って導かれた送信光５は導光ファイバの出射側（上端）から出射する。そして、ＰＯＦの端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入射する。この場合も、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した光束が入射することになる。
【００５１】
また、送信光５のＰＯＦのレンズ状の端面２における送信反射光６は多く外周に反射されて受光素子８には到達しない。ここでも前例と同じく、ＰＯＦの軸線、受光素子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光束をプリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させることにより、遮光板等の配置を容易として、送信光・送信反射光を確実に遮断して送受信のクロストークを防ぐことができる。
【００５２】
以上、発光素子にＬＥＤを使用した場合を説明した。発光素子には半導体レーザのレーザ発光素子（ＬＤ）等を使用することもできる。
図７、８、９を参照して各種の実施の形態を説明する。各図とも、（ａ）はＰＯＦの軸線を含む平面で切断したＰＯＦプラグ先端と送受信器の断面図、（ｂ）はレーザ発光素子付近の下面図である。なお、図７（ｃ）は半導体レーザの強度分布に基ずくアスペクトレシオを説明する模式図である。
【００５３】
図７は発光素子にＬＥＤを使用した図２に相当する。図７以降においては基板の平面形を図示していないが、ＬＥＤをＬＤに置き換えたために発光素子側のビームリード、１２ａとビームリードＧＮＤ、１３ａのランド位置が異なるだけで図５に示したものと類似の形態のリードフレームが使用される。
【００５４】
ＰＯＦ１とプラグ３及びリセプタクル４の嵌合部付近と、受光素子側の構成は図２と全く同様なので詳細説明は省略し、ＬＤ使用の発光側のみを説明する。
ＬＤ（９ａ）はビームリードＧＮＤ１３ａに取り付けられ、その端子は単数または複数のビームリード１２ａに接続される。レーザ光はビームリードＧＮＤ１３ａと平行にＬＤ（９ａ）から出射され、送信光５となり、ＰＯＦ１の軸線の延長上でビームリードＧＮＤ１３ａに固着された４５゜プリズム２０に入射し、その進行方向を下方に直角に曲げ、更に、下部プリズム１０のプリズム反射面１１、第２プリズム反射面１１ａで反射して上方に向かい、ＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。
ＰＯＦ１のレンズ状の端面２における送信光５が反射した送信反射光６が外方に向かい、受光素子８に影響を与えない点、更に遮光板１６ａで完全に遮光される点も図２に示す送受信器３０と同様である。
【００５５】
市販のＬＤチップの形態は図７に示すように平置き型で、レーザ光の出射スリットは基板と平行とされる場合が多い。図７（ｃ）に示すように、出射スリットの近傍（ＮＦＲ）ではレーザ光（の強度）はスリットと平行な横長の楕円となり、遠方（ＦＦＰ）では、反対に縦長の楕円となる。楕円の長径と短径の比をアスペクトレシオと呼ぶ。
このアスペクトレシオはかなり大きく（例えば２から３に達する）、レーザ光を送信光５として使用するには、円形の光に変形する必要がある。従って光路の途中にアスペクトレシオ変更手段２１を挿入して楕円から円形に変換する。
具体的なアスペクトレシオ変更手段としては、例えば凹型の円柱型レンズを光路に挿入して円形に補正することができる。新たに円柱型レンズを付加しなくても、送信光５の光路に相当する下部プリズム１０の外周部に凹面を付ければ同じ作用を行う。あるいは、レーザ光を直角に曲げる４５゜プリズム２０の反射面をを凹面にしても補正できる。
【００５６】
図８では出射されたレーザ光の拡散角度の小さい場合に具合良く対応する。
ＬＤ（９ａ）は図７と同様に取り付けられ、ＬＤ（９ａ）から出射された送信光５は、ＰＯＦ１の軸線の延長上でビームリードＧＮＤ１３ａに固着された４５゜プリズム２０に入射し、その進行方向を下方に直角に曲げ、更に、下部プリズム１０のプリズム反射面１１で反射して上方に向かい、円筒状の第２プリズム反射面１１ａの内部で反射され、収束されてＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。
ＰＯＦ１のレンズ状の端面２においては送信光５は狭い範囲で、ほぼレンズ状の端面２に垂直に入射する。送信反射光６は受光素子８に影響を与えず、更に遮光板１６ａで完全に遮光される。
【００５７】
図８に示す送受信器３０ｄの製造は既に説明した方法と同様であるが、アウトサート成形で下部プリズム１０と（受光素子８の）封止部１７を一体に成形するのが、送信光５の光路中の部品相互の接触面を減らす上では有利となる。
遮光板１６ａは円筒状の別部品をアウトサート成形時に鋳込み、別途作成された（使用目的からはスペーサに相当する）上部プリズム１０ａを嵌合させる。
円筒状の第２プリズム反射面１１ａは金属製等の円筒形状の部品としても良く、封止部１７の外部円筒部、または上部プリズム１０ｘａの内部円筒部に蒸着、メッキ処理を施して反射面としてもよい。
【００５８】
図９に示す送受信器３０ｅは、図６の発光用ＬＥＤ（９）をＬＤ（９ａ）に置き換えたと考えて良く、送信光５は導光ファイバ１９の内部を経由してＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。即ち、ＬＤ（９ａ）は図７と同様に取り付けられ、ＬＤ（９ａ）から出射された送信光５は、ＰＯＦ１の軸線の延長上でビームリードＧＮＤ１３ａに固着された４５゜プリズム２０に入射し、その進行方向を下方に直角に曲げ、更に、下部プリズム１０の中央部に形成されたリング状の凸曲面を持ったプリズム反射面１１で反射して上方に向かい、円形に配置された複数の導光ファイバ１９の内部に入射する。
導光ファイバ１９の光路に沿って導かれた送信光５は導光ファイバの出射側（上端）から出射する。そして、ＰＯＦの端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入射する。この場合も図６の場合と同じく、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した光束が入射することになる。
【００５９】
また、送信光５のＰＯＦのレンズ状の端面２における送信反射光６は多く外周に反射されて受光素子８には到達しない。前例と同じく、ＰＯＦの軸線、受光素子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光束をプリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させることにより、送受信のクロストークを防ぐことができる。
【００６０】
以上ＬＤを使用した場合の具体例を説明した。配置上はＬＤはＰＯＦの軸線上には無いが、ＰＯＦ１の軸線の延長上に４５゜プリズム２０を配置して、送信光の光路を９０゜変換しているので、見かけの発光源はＰＯＦの軸線上にあり、ＬＤをＰＯＦの軸線上に置いたのと同一の効果を上げている。
【００６１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、通常の単芯光ファイバを用いた双方向の送受信器として、光ファイバの軸線に対し点対称の分布を有する送信光を用いるために、光ファイバやコネクタ（プラグ、リセプタクル）等に外力に起因する振動、微小な変位が起こっても、その伝送特性に対する影響を低減し、特に高性能オーディオ装置間の信号伝送において音質劣化を有効に防止できる。
【００６２】
また、リセプタクルに対しプラグの挿入方向が廻転しても点対称の送信光使用のために伝送特性の変化が無く、プラグとリセプタクルの構造が簡単となり、接続時の取り扱いの容易さ等、コスト上、使用上の便利性等に優れている。
【００６３】
特に端面を球面状とした光ケーブルを用いた送受信器では光ケーブルコアの外周部に送信光を入射させることにより、送信反射光を外方へ向けることが可能で、送信光と送信反射光を的確に遮蔽して受光素子への影響を防止できる。
【００６４】
ＰＯＦの中心近傍の受信光を最高感度を有する受光素子に導入する構造なので、光ケーブル、コネクタの位置、方向、屈曲等の機械的な変動に対して受信光強度の変動が少なく、外乱による受信側の音質の劣化も効果的に防止できる。
【００６５】
ＰＯＦの軸線、受光素子、発光素子を実質的に同一直線上に配置することにより、送信光と受信光の強度分布はＰＯＦの軸線に対し点対称になるために、光ファイバのコネクタ接続時の接続誤差に対して最も影響が出にくい配置であることも、伝送特性の劣化を妨げ、同一の伝送特性の維持に対しては、ＰＯＦのコネクタプラグへの取付作業の容易さ、プラグ・リセプタクル等コネクタ部品の製造時の公差の拡大等コストダウン効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である図２に示す構成を分解斜視図とした説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の１例である図４に示す構成を分解斜視図とした説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の他の１例を示す断面図である。
【図５】発光素子・受光素子を実装するビームリード及び絶縁基板の構造例を説明する模式図で、（ａ）は絶縁基板に透明板を使用した図１に示す例、（ｂ）は絶縁基板に光を透過する窓を穿った図３に示す例の構成を示す。
【図６】送信側に導光ファイバを使った本発明の実施の形態の１例を示す断面図である。
【図７】送信側にレーザ発光素子を使った本発明の実施の形態の１例を示す断面図である。
【図８】送信側にレーザ発光素子を使った本発明の実施の形態の他の１例を示す断面図である。
【図９】レーザ発光素子と導光ファイバを組み合わせた本発明の実施の形態の１例を示す断面図である。
【図１０】プラスチック光ファイバの両端にプラグを接続した外観図である。
【図１１】従来例の双方向型光ファイバの構成を示し、（ａ）、（ｂ）は同一クラッド内に２本のコアを配置した例、（ｃ）は２分岐型ライトガイドを使用した例である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ（ＰＯＦ）、２ 光ファイバの端面、３ 光ファイバコネクタプラグ、４ レセプタクル（ジャック）、５ 送信光、６ 送信反射光、７ 受信光、８ 受光素子（ＰＤ）、９ 発光素子（ＬＥＤ）、９ａ レーザ発光素子（ＬＤ）、１０ 下部プリズム、１０ａ 上部プリズム、１１ プリズム反射面、１１ａ、第２プリズム反射面、１１ｂ 第３・・・・、１２ ビームリード、（受光素子側）１３ ビームリードＧＮＤ（受光素子側）、１２ａ ビームリード（発光素子側）、１３ａ ビームリードＧＮＤ（発光素子側）、１４ 絶縁基板（透明）、１４ａ 絶縁基板（不透明）、１５ 光透過部、１５ａ 遮光材、１５ｂ 透過窓、１６ スペーサ、１６ａ 遮光板、１７ 封止部（受光素子）、１９ 導光ファイバ、２０ ４５゜プリズム、２１ アスペクトレシオ変更手段、２２ リードフレーム、２２ａ リードフレームＢ、３０、３０ａ、・・・３０ｅ 送受信器、

Claims (6)

1. １芯のプラスチック光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子からなる受光部と、
   前記プラスチック光ファイバに送信光を出射する発光素子からなる発光部と、
   前記プラスチック光ファイバの軸線と前記受光部の軸と前記発光部の軸が同一直線上に配置されるように、前記受光部および前記発光部をその両面に背中合せに実装する基板と、
   前記基板に形成され、前記送信光の進路を前記プラスチック光ファイバ側に変更する透明プリズムの反射面によって形成される送信光路変更手段と、
   前記受信光の光路および前記受光素子の光路の周囲に設けられた円筒状の遮光板と
   を備え、前記プラスチック光ファイバの端部に装着されたコネクタプラグを挿入して所定位置に保持するリセプタクルの近傍に配置された光送受信器であって、
   送信光の前記プラスチック光ファイバに入射する際の強度分布、及び、受光素子の受光感度分布が共に前記プラスチック光ファイバの軸線上の点を中心とする点対称とされたことを特徴とする光送受信器。
2. 前記光路変更手段により、前記プラスチック光ファイバの中心部より外周部の前記送信光の強度分布が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
3. 前記受光部に、前記受信光の前記プラスチック光ファイバの端面から前記受光素子間の光路に、光束を収束させることを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
4. 前記発光部及び前記受光部の実装される前記基板の導体間を電気的に絶縁した透明板を使用したことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
5. 前記プラスチック光ファイバの軸線および前記受光部の軸を通る同一直線上に前記発光部の軸が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
6. 前記発光素子は半導体レーザとされ、前記プラスチック光ファイバの軸線と前記受光素子の軸と同一直線上に４５゜プリズムを配置し、該４５゜プリズム入射後の送信光の光路の見かけの発光源が前記プラスチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を通る同一直線上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。

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