JP4247959B2 - 光ファイバの長手方向の面で光信号を検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、光ファイバの長手方向の面から出ていく光信号を検出するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
光通信技術においては、光ファイバは、伝送媒体として特殊な役割を果たしている。光ファイバの応用分野の急速な成長により、光ファイバをモニタするための技法を提供することが、ますます重要になりつつある。
したがって、本発明の根元的な目的は、光ファイバの長手方向の面で光信号を検出するためのシステムおよび方法を提供することである。
【０００３】
本発明の基本的な着想は、知られている効果を有効に利用し、それにより、湾曲した光ファイバを使用する場合に、ファイバから出ていく光をごくわずかに押えることである。そのために、システムは、ファイバから出現する光の大部分を捕捉し、かつ、電気信号に変換することができるように工夫されている。このシステムは、光ファイバのモニタに適しているばかりでなく、例えば光ファイバを介して送信されるディジタル・テレビ番組を受信するためのセットトップ・ボックスの受信ユニットとしての使用にも適している。
【０００４】
本発明は、先ず第１に、特許請求の範囲の請求項１の特徴を使用することによって、この技術的な目的を達成している。
請求項１によれば、光ファイバの長手方向の面で光信号を検出するためのシステムが提供される。システムには、光ファイバを湾曲させるためのデバイスが含まれている。第１の保持デバイスが、光ファイバを湾曲した状態に確実に保持し、第２の保持デバイスが、少なくとも１つの光検出器を支持している。
湾曲デバイスおよび第２の保持デバイスは、動作状態において、光検出器が、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に直接係合するように、互いに関連して移動させることができる。
【０００５】
他の改善は、光検出器を、湾曲した光ファイバの、光の大部分が出現するセクションに位置付けするために使用される制御機構に関している。
光検出器として、表面の１つに感光領域を有する半導体フォトダイオードが使用されることが好ましい。可能な限り多くの光を感光領域にもたらすことができるように、光検出器の感光領域の少なくとも一部は、動作状態において、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に直接位置付けされている。感光領域は、光ファイバ・セクションと正接の関係で接していることが有利である。
光検出器の感光領域の損傷を防止するために、検出器の表面の少なくとも感光領域部分に、光学的に透明な保護コーティングが施されている。
【０００６】
ある種のフォトダイオードでは、細長い、ほとんどの場合、金線の形態のボンディング・ワイヤが、感光領域から、フォトダイオードの外部接続部に接続された接続ピンに接続されている。この場合、ボンディング・ワイヤの破損を防止するために、検出器の表面に光学的に透明な保護コーティングを施す際に、ボンディング・ワイヤ自体を含めて保護コーティングを施すことが有益である。光学的に透明な保護コーティング材として、例えばＵＶ硬化性光学接着剤が使用されている。
【０００７】
ここで、フォトダイオードの寸法が小さいため、保護コーティング材が小滴構造の形状を取る傾向にあることを指摘しておく。検出器の表面に光学的に透明なコーティングを施すことにより、検出器は、その動作状態において、湾曲したガラス・ファイバの予め決定可能なセクションと直接接触する。
【０００８】
別法として、あるいは光学的に透明な保護コーティングに追加して、検出器の表面にＧＲＩＮレンズなどの光学レンズを配置し、ファイバ・セクションから出現する光を、光検出器の感光領域に追加集束させることもできる。
【０００９】
別法として、あるいは光学的に透明な保護コーティングおよび／または光学レンズに追加して、追加光学コーティングすなわち複数の層からなるシステムを施すこともできる。これらはフィルタとして機能し、予め規定された波長または予め規定された波長レンジの光を透過させることができる。このような光学コーティングを施し、かつ、製造するための方法については広く知られており、本発明の主題を構成するものではない。
【００１０】
これらのコーティングの各々は、好ましくは光ファイバの縦方向に、光検出器の感光領域より大きい寸法を有している。また、少なくとも外部の光学コーティングは、光ファイバの湾曲セクションを挿入することができる、湾曲した溝を有していることが好ましい。
また、光学コーティングは、光検出器の感光領域に衝突する光の強度を増すために、少なくとも一部が反射コーティングになっている。
【００１１】
最も単純な事例では、湾曲デバイスは、断面が円形であり、かつ、予め規定された直径を有する交換可能なロッドである。
このロッドには、光ファイバの損傷を防止するための保護コーティングが施されている。また、湾曲させる光ファイバを案内するための凹所をなす案内溝が、ロッド中またはロッドの保護コーティング中に設けられており、それにより、湾曲させる光ファイバの、ロッドの縦方向のすべりを防止している。
【００１２】
光ファイバの湾曲度は、一方では湾曲化ロッドの半径によって決まり、他方では湾曲化ロッドに対する第１の保持デバイスの位置によって決まる。本明細書においては、湾曲化ロッドの半径を湾曲半径と呼び、湾曲した光ファイバによって包囲される角度をループ角度と呼んでいる。例えば湾曲半径は２ミリメートルであり、ループ角度は約１３０°である。ループ角度１８０°は、真っ直ぐな光ファイバに対応している。
【００１３】
第１の保持デバイスは、互いに関連して、また、湾曲デバイスに関連して移動させることができる、間隔を隔てた２つの保持エレメントを有している。
保持エレメントの各々は、対応する光ファイバ・セクションを保持するためのウェッジ・グリップ対を有していることが好ましい。各ウェッジ・グリップ対のウェッジ・グリップは、湾曲化ロッドの縦軸の方向に、あるいは湾曲した光ファイバによって形成される平面内を、互いに近づき、あるいは離れて移動することができるように位置付けされている。
【００１４】
光ファイバ・セクションの各々が横方向にすべらないように、各ウェッジ・グリップ対のウェッジ・グリップは、特定の光ファイバ・セクションに適合する溝を有している。ウェッジ・グリップには、光ファイバに対する圧力点の形成を防止し、かつ、光ファイバの損傷を防止するために、例えばゴム製のパッドが施されている。
【００１５】
本発明によるシステムを使用して、光ファイバの両方向の光信号を検出することができるようにするために、２つの光検出器が提供されている。この２つの光検出器は、光ファイバの対応する湾曲セクションに位置付けされ、当該ファイバ・セクションから出ていく光を検出している。
この２つの光検出器は、第２の保持デバイスを介して厳重に接続されている。別法としては、光検出器が互いに独立して移動することができるように、第２の保持デバイスを設計することもできる。
【００１６】
光検出器は、光検出器が光信号から生成した電気信号を増幅し、さらに適切に処理するべく、高周波増幅器に接続されている。
可能な限りコンパクトかつ小型の設計を達成するためには、光検出器および高周波増幅器は、統合体として製造することができなければならない。統合体として製造することにより、光検出器と高周波増幅器の間のリード線のサイズを明らかに最小化することができ、ひいては伝送路減衰を最小化することができる。
【００１７】
光ファイバと光検出器を互いに最適整列させることができるように、湾曲化デバイスおよび／または第２の保持デバイスは、それらに割り当てられた、光検出器を湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に位置決めするための、手動または自動動作ドライブ・ユニットを有している。
【００１８】
光検出器を光ファイバに押し付ける際の、光ファイバ自体または光検出器の損傷を防止するために、接点圧力調整器がドライブ・ユニットに割り当てられており、調整可能な圧力が、光ファイバの所定のセクションの光検出器に確実に印加されている。
【００１９】
全体システムは、光ファイバへの接続が可能なハンド・ヘルド機器として、取付板上に実施されている。
また、自動ベンチ・ユニットあるいは移動デバイスとしてシステムを設計することが意図されている。
フォトダイオードには、例えばＰＩＮまたはＡＰＤダイオードが使用されている。
【００２０】
上で言及した技術的な目的は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の方法による各ステップによっても、同様に達成される。
【００２１】
請求項１７によれば、最初に光ファイバを予め規定された位置に調整可能な角度で湾曲させる方法が特許請求される。光ファイバは、次に、湾曲した状態に保持される。湾曲したセクションから出現する光を検出するために、光検出器は、最初に、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクションに直接配置される。
光検出器を配置するファイバ・セクションは、光の大部分が出現するセクションに機能的に対応している。
【００２２】
有利な一実施形態が、従属請求項の主題を構成している。
以下、本発明について、例示的実施形態を基に、添付の図面に照らして説明する。
【００２３】
図１は、取付板１４０に取り付けられた、断面が円形の湾曲化ロッド１０を備えたシステムを略図で示したものである。より良く表現するために、システム自体および個々のコンポーネントは、スケール通りに、あるいは互いに対して正しい比率で示されていない。例示的実施形態によれば、湾曲化ロッド１０は、湾曲化ロッド１０に割り当てられた２つの保持デバイス２０および３０を有している。保持デバイス２０および３０の各々は、それぞれ２つのウェッジ・グリップ２２、２４および３２、３４を有している。保持デバイスの各々のウェッジ・グリップは、湾曲化ロッド１０によって湾曲した光ファイバ４０によって形成される平面内を、互いに近づき、あるいは遠ざかる方向に移動する。別法としては、保持デバイス２０および３０の各々に、光ファイバ４０の定義済セクションに適合させるべく、垂直に重畳した２つのウェッジ・グリップ・ホルダを持たせることもできる。ウェッジ・グリップ・ホルダ２２、２４、３２および３４の各々の、光ファイバ４０に対向する表面には、光ファイバ４０に対するあらゆる損傷を防止するためのラバー・コーティングが施されている。保持されている光ファイバ４０の横方向のすべりを防止するために、ウェッジ・グリップ・ホルダには、それぞれ案内溝２５および３５が導入されている。保持デバイス２０および３０は、湾曲化ロッド１０と協同して、光ファイバを特定の角度で湾曲させ、かつ、湾曲した状態に維持している。そのために、保持デバイス２０および３０は、互いに関連して、また、湾曲化ロッド１０に関連して移動させることができる。一方、保持デバイス２０および３０は、保持デバイス２０と３０の間に位置しているファイバ・セクションを、所定の引張り応力の下で保持するべく、光ファイバ４０の縦軸に沿って移動させることができる。また、保持デバイス２０および３０は、湾曲した光ファイバ４０によって形成されるループ角度αを変更するべく、湾曲化ロッド１０を貫通する仮想線５０に向かう方向、あるいは仮想線５０から遠ざかる方向に移動させることができる。
【００２４】
湾曲化ロッド１０には、湾曲化ロッド１０が支える光ファイバ４０の損傷を防止する保護コーティングが施されている。光ファイバ４０が湾曲化ロッド１０上を垂直方向にすべらないように、湾曲化ロッド１０には、凹所をなす案内溝が設けられている。
【００２５】
湾曲化ロッド１０から一定の距離を隔てて保持デバイス６０が取り付けられ、該保持デバイス６０に、この実施例では、高周波増幅器１１０と共に光検出器、例えばＰＩＮダイオード７０が固着されている。光検出器７０および高周波増幅器１１０は、互いに電気連絡している。光検出器７０と高周波増幅器１１０の間のリード線のサイズを最短化するために、光検出器７０および高周波増幅器１１０は、統合ユニットとしての製造が意図されている。光検出器７０は、微小プラットフォーム１２０に支えられており、したがって高周波増幅器１１０より高く突出している。この方式により、以下でさらに説明するように、高周波増幅器１１０の構造上のサイズに何ら困難を伴うことなく、光検出器７０を直接光ファイバ４０に配置することができる。保持デバイス６０は、光検出器７０を湾曲した光ファイバ４０の定義済セクションまでドライブすることができるドライブ・ユニット８０に接続されている。ＰＩＮダイオード７０は、感光領域７５が光ファイバ４０に割り当てられるように、保持デバイス６０に固着されている。ドライブ・ユニット８０は、手動または例えば電気機械駆動ドライブである。
【００２６】
図２は、光ファイバ４０に対向する表面に感光領域７５を備えたＰＩＮダイオード７０の平面図を示したものである。感光領域７５から、ＰＩＮダイオード７０の外部コンタクト・エレメント７８に接続された電気接続ピン７７へ、ボンディング・ワイヤが延びている。
【００２７】
図３は、ＰＩＮダイオード７０の側面図を示したものである。光ファイバ４０に対向する表面には、光学的に透明な保護コーティング１００が、小滴の形で施されている。この実施例では、表面全体が保護コーティング１００で覆われており、したがって感光領域７５およびボンディング・ワイヤ７６も、保護コーティング１００で覆われている。保護コーティング１００は、湾曲した光ファイバ４０に検出器の表面を押し付ける際の、ボンディング・ワイヤ７６の損傷または破損を防止している。光ファイバ４０の定義済湾曲セクションが押し込まれる溝１０５が、保護コーティング１００中に導入されている。別法あるいは追加として、レンズとして作用する他の光学コーティングを保護コーティング１００に施すことも意図されている。レンズは湾曲した溝を有しており、その中に、光検出器７０を光ファイバ４０に押し付ける際に、光ファイバ４０の対応するセクションが挿入される。湾曲したファイバ・セクションから出現する光ビームを光検出器７０の感光領域７５に案内するべく、レンズの少なくとも一部は、反射レンズになっている。レンズがない場合、光ビームが失われることになる。
【００２８】
ドライブ・ユニット８０には、光ファイバ４０に対する過剰圧力下での光検出器の押込みを防止する接点圧力調整器９０が割り当てられている。
【００２９】
動作に関しては、感光領域７５と光ファイバ４０が直接接するように、ドライブ・ユニット８０によって、湾曲した光ファイバ４０の定義済セクションまでＰＩＮダイオード７０がドライブされ、かつ、調整可能な圧力を有するセクションに正接の関係で押し付けられる。光検出器７０の表面が、図３に示すように保護コーティング１００で覆われている場合、保護コーティング１００が、ファイバ・セクションに直接押し付けられる。保護コーティング１００をファイバ・セクションに直接押し付けることにより、湾曲した光ファイバ４０から光が出ていく位置と光検出器７０の感光領域の間の光路の長さが確実に最短化される。
【００３０】
ＰＩＮダイオード７０は、ファイバが湾曲しているため、最も強度の高い光が出現するファイバ・セクションに配置されることが好ましい。また、最も強力な光パワーが出現する光ファイバ・セクションに光検出器７０が自動的に配置されるように、光検出器７０が検出する光パワーの関数としてドライブ・ユニット８０を制御する制御機構（１５０）を提供することが意図されている。
【００３１】
フォトダイオード７０の光学的に透明な領域を光ファイバ４０に直接配置する代わりに、光検出器の後部基板側を光ファイバに配置することが意図されている。その場合、基板の厚さが従来のフォトダイオードの基板の厚さよりはるかに薄く、かつ、基板の背面が研磨された半導体光検出器を使用しなければならず、また、従来の光検出器と比較した場合、半導体材料中における吸収を低減しなければならない。この条件を満足する場合にのみ、湾曲した光ファイバ４０から出現する光を確実に検出することができる。
【００３２】
また、既に言及したように、光ファイバ４０を介して両方向に伝搬する光信号を検出することができるように、間隔を隔てた２つの光検出器を、湾曲した光ファイバ４０の２つの定義済セクションに配置することが意図されている。これらのセクションは、光ファイバ４０の湾曲化ロッド１０と接触するポイントと保持デバイス２０または３０の間に位置している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 簡略化して示す、本発明によるシステムの平面図である。
【図２】 図１に示すシステムに使用されるＰＩＮダイオードの平面図である。
【図３】 図２に示すＰＩＮダイオードの側面図である。

Claims (19)

1. 光ファイバ（４０）の長手方向の面で光信号を検出するためのシステムであって、光ファイバ（４０）を湾曲させるためのデバイス（１０）と、光ファイバ（４０）を湾曲した状態で保持するための第１の保持デバイス（２０、３０）と、少なくとも１つの光検出器（７０）を保持するための第２の保持デバイス（６０）とを備え、動作状態において、光検出器（７０）が、湾曲した光ファイバ（４０）の予め決定可能なセクション上に係合する（適合すなわち接触させる）ように、湾曲化デバイス（１０）および第２の保持デバイス（６０）を、互いに関連して移動させることができるものであり、前記システムはさらに、
   前記光検出器（７０）を前記湾曲した光ファイバ（４０）の予め決定可能なセクション上で動かして位置決めするドライブ・ユニット（８０）を含むことを特徴とするシステム。
2. 動作状態において、光検出器（７０）を前記湾曲した光ファイバ（４０）の予め決定可能なセクション上に直接係合する（直接適合すなわち接触させる）ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 動作状態において、光検出器（７０）の感光表面（７５）が、湾曲した光ファイバ（４０）の予め決定可能なセクションに、少なくとも部分的に実質的に正接の関係で接する、請求項２に記載のシステム。
4. 光検出器の感光表面（７５）に、光学的に透明な保護コーティング（１００）、光学レンズ、特にＧＲＩＮレンズおよび／または光フィルタが適用された、請求項１に記載のシステム。
5. 光学的に透明な保護コーティング（１００）、光学レンズおよび／または光フィルタが、湾曲した光ファイバ・セクションを案内するための湾曲した案内溝（１０５）を備えた、請求項４に記載のシステム。
6. 湾曲化デバイス（１０）が、断面が円形で、かつ、予め規定された直径を有する交換可能なロッドである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 保護コーティングがロッド（１０）を覆っている、請求項６に記載のシステム。
8. 湾曲させる光ファイバ（４０）を案内するための案内溝がロッド（１０）中に設けられた、請求項６または７に記載のシステム。
9. 第１の保持デバイス（２０、３０）が、間隔を隔てた２つの保持エレメントを有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 保持エレメント（２０、３０）を、湾曲化デバイスに関連して、また、互いに関連して移動させることができる、請求項９に記載のシステム。
11. 保持エレメント（２０、３０）の各々が、光ファイバ・セクションを保持するためのウェッジ・グリップ対（２２、２４；３２、３４）を有する、請求項９または１０に記載のシステム。
12. 互いに関連して移動させることができる２つの光検出器を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 光検出器（７０）が高周波増幅器（１１０）に接続され、光検出器（７０）および高周波増幅器（１１０）を統合体として製造することができる、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 光検出器（７０）がフォトダイオードである、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 接点圧力調整器（９０）が、光検出器（７０）を、調整可能な圧力を使用して光ファイバ（４０）の所定のセクション上に位置決めするためのドライブ・ユニット（８０）に割り当てられた、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 光検出器７０を、最も強力な光パワーが出現する光ファイバ・セクションに自動的に配置することができるように、ドライブ・ユニット（８０）を、光検出器（７０）が検出する光パワーの関数として制御する制御機構（１５０）を特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 光ファイバ（４０）の長手方向の面で光信号を検出するための方法であって、
    光ファイバ（４０）を、予め規定された位置で調整可能な角度（α）で湾曲させる工程と、光ファイバを湾曲した状態で保持する工程と、結合光を検出するべく、少なくとも１つの光検出器を、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に位置決めする工程とを含む方法。
18. 光検出器の感光表面が、調整可能な圧力を使用して、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に、好ましくは正接の関係で位置付けされる、請求項１７に記載の方法。
19. 結合光を検出するべく、少なくとも１つの検出器を、湾曲した光ファイバの予め決定可能なセクション上に直接位置決めする工程を含む請求項１７または１８に記載の方

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