JP4898549B2

JP4898549B2 - 光結合素子及び光結合ユニット

Info

Publication number: JP4898549B2
Application number: JP2007127575A
Authority: JP
Inventors: 勝盛園田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-05-14
Also published as: US7488118B2; EP1998198B1; EP1998198A2; US20080285918A1; CN101308231A; JP2008281891A; EP1998198A3; CN101308231B

Description

本発明は、光ファイバと光学素子との間に設けられてこれらを光学的に結合する光結合素子及びこれを有した光結合ユニットに関し、特に光結合部を多層構造とすることなく形成できる光結合素子及び光結合ユニットに関する。

従来、光ファイバと、発光素子や受光素子などの光学素子とを、光学的に結合させる光結合素子が知られている。また、この光結合素子及び光ファイバをそれぞれ保持する保持部材に、光結合素子を取付けてなる光結合ユニットも知られている。光結合素子は、光ファイバからの光を光学素子に対して、また光学素子からの光を光ファイバに対して、それぞれ高効率に結合させることができるように構成される。光ファイバと光学素子との間にレンズを配置して光を結合させる光結合ユニットとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
特開平７−１３４２２５号公報

また、従来知られている光結合素子としては、単に光を結合させる機能のみを有し、レンズ等の部材は別途設けられるものもある。この場合、光結合素子は単純な円筒形状を有していればよいが、光を双方向に透過させるためには、コアとクラッド層の二層を有した多層構造とする必要がある。

しかし、このような構造を有した光結合素子では、２つの異なる部品を組み合わせて形成するため、コストが高くなるという問題があった。また、光結合素子を樹脂成形により形成する際に、直線状の形状であるために安定的に成形するのも困難であるという問題があった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、単一の部品で構成でき、また成形も容易な光結合素子及びそれを用いた光結合ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光結合素子は、対向する光ファイバと光学素子との間に配置され、これらを光学的に結合する光結合素子において、
両端面がそれぞれ前記光ファイバと光学素子に対向する略円筒形状の光結合部と、該光結合部の周面から径方向に突出するように形成され、前記両端面間の中央位置よりいずれかの端面側に偏った位置に形成される突出部とを有し、
前記光結合部は前記突出部の一方の端面位置における径と他方の端面位置における径が同等となるように形成されると共に、前記突出部の両端面位置からそれぞれ前記光結合部の端面にかけて細くなるように周面がテーパ状に形成されてなることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光結合素子は、前記光結合部と突出部は単一の樹脂材により形成されてなることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光結合素子は、前記光結合部は、前記突出部の一方の端面位置から前記光結合部の一方の端面に渡る周面と、前記突出部の他方の端面位置から前記光結合部の他方の端面に渡る周面とのうち、光軸方向に短い方の周面が光軸方向に長い方の周面より大きな傾斜角度のテーパ状に形成されることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光結合素子は、前記突出部は、前記光結合部の周面の全周に渡って鍔状に突出したフランジ部と、該フランジ部の先端から前記フランジ部の径方向と直交する方向に伸びる周面を有した円筒部とからなることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光結合素子は、前記突出部は、前記光結合部の周面からヒレ状に突出するフィン部からなることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光結合素子は、前記突出部を構成するフィン部は前記光結合部の周面に周方向複数箇所に設けられることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光結合ユニットは、光結合素子と、該光結合素子及び前記光ファイバを固定する保持部材とを備え、該保持部材は、前記突出部の円筒部の外形と略同じ内形を有した結合素子保持部と、前記光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光結合ユニットは、光結合素子と、該光結合素子及び前記光ファイバを固定する保持部材とを備え、該保持部材は、前記フィン部を保持する溝部と、前記光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することを特徴として構成されている。

本発明に係る光結合素子によれば、両端面がそれぞれ光ファイバと光学素子に対向する略円筒形状の光結合部と、光結合部の周面から径方向に突出するように形成され、両端面間の中央位置よりいずれかの端面側に偏った位置に形成される突出部とを有し、光結合部は突出部の一方の端面位置における径と他方の端面位置における径が同等となるように形成されると共に、突出部の両端面位置からそれぞれ光結合部の端面にかけて細くなるように周面がテーパ状に形成されてなることにより、多層構造とすることなく光を伝搬することができ、また固定のために必要な突出部による光の損失を最小限に抑えることができる。さらに、光結合部の周面がテーパ状に形成されているので、成形時の離型性を良好にすることができ、成形を容易にすることができる。

また、本発明に係る光結合素子によれば、光結合部と突出部は単一の樹脂材により形成されてなることにより、容易かつ低コストに製造することができる。

さらに、本発明に係る光結合素子によれば、光結合部は、突出部の一方の端面位置から光結合部の一方の端面に渡る周面と、突出部の他方の端面位置から光結合部の他方の端面に渡る周面とのうち、光軸方向に短い方の周面が光軸方向に長い方の周面より大きな傾斜角度のテーパ状に形成されることにより、成形時に一方の周面側が非常に離型しやすいようにすることができるので、一方側を自然に離型させ、他方側は成形型に設けられる押出ピンを用いて離型させるようにする手法で、確実な離型を行うことができる。

さらにまた、本発明に係る光結合素子によれば、突出部は、光結合部の周面の全周に渡って鍔状に突出したフランジ部と、フランジ部の先端からフランジ部の径方向と直交する方向に伸びる周面を有した円筒部とからなることにより、円筒部の周面及び端面によって確実な位置決め及び保持をなすことができる。

そして、本発明に係る光結合素子によれば、突出部は、光結合部の周面からヒレ状に突出するフィン部からなることにより、フィン部によって確実な位置決め及び保持をなすことができる。

また、本発明に係る光結合素子によれば、突出部を構成するフィン部は光結合部の周面に周方向複数箇所に設けられることにより、光結合部の周方向に確実な保持をなすことができる。

さらに、本発明に係る光結合ユニットによれば、光結合素子と、光結合素子及び光ファイバを固定する保持部材とを備え、保持部材は、突出部の円筒部の外形と略同じ内形を有した結合素子保持部と、光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することにより、フランジ部及び円筒部により構成される突出部を有する光結合素子を確実に保持し、また光結合部と内壁部との間に空気を介在させるので、一部材で光を伝搬させることができる。

さらにまた、本発明に係る光結合ユニットによれば、光結合素子と、光結合素子及び光ファイバを固定する保持部材とを備え、保持部材は、フィン部を保持する溝部と、光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することにより、フィン部により構成される突出部を有する光結合素子を確実に保持し、また光結合部と内壁部との間に空気を介在させるので、一部材で光を伝搬させることができる。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。まず本発明の第１の実施形態について説明する。図１には、本実施形態における光結合ユニットの断面図を示している。この図に示すように、本実施形態における光結合ユニットは、保持部材２に光結合素子１が保持され、光結合素子１の一端側にはレンズ部４ａを有するレンズ部材４が固定されてなるものであり、光結合素子１の他端側には光ファイバ３が配置され、光結合素子１の一端側にはレンズ部４ａを挟んで受発光部５が配置される。

光結合素子１は、単一の樹脂材によって一体的に形成されており、光ファイバ３と受発光部５の間に配置され、これらを光学的に結合する機能を有している。すなわち、光ファイバ３からの光を受発光部５に対して高効率に結合させると共に、受発光部５からの光を光ファイバ３に対して高効率に結合させることができる。このために、光結合素子１は略円筒形状に形成された光結合部１０を有し、また、これを保持部材２に対して固定するための突出部として設けられるフランジ部１１及び円筒部１２が一体的に形成されている。

一方、保持部材２には、光結合部１０の周面１０ｃ、１０ｄと離隔して対向する内周面を有した内壁部２１が形成されている。すなわち、光結合部１０の周面１０ｃ、１０ｄと保持部材２との間には、光結合部１０を構成する樹脂材と屈折率が異なる空気が介在している。これによって、光ファイバ３と受発光部５との間で光を伝搬することができる。なお、光ファイバ３は、保持部材２に形成されるファイバ保持部２２に保持固定される。

フランジ部１１は、光結合部１０の光ファイバ３側の端面１０ａと受発光部５側の端面１０ｂとの間の中央位置より、受発光部５側の端面１０ｂ寄りに偏った位置に形成される。また、フランジ部１１は、光結合部１０の周方向全周に渡って径方向に突出する鍔状に形成される。光結合部１０は、フランジ部１１の光ファイバ３側端面から光結合部１０の端面１０ａにかけての周面１０ｃが、フランジ部１１から端面１０ａ側に向かって細くなるようなテーパ状に形成され、またフランジ部１１の受発光部５側端面から光結合部１０の端面１０ｂにかけての周面１０ｄが、フランジ部１１から端面１０ｂ側に向かって細くなるようなテーパ状に形成される。

ここで、光結合部１０の周面１０ｃの、フランジ部１１の光ファイバ３側端面位置における径Ｄ₁と、光結合部１０の周面１０ｄの、フランジ部１１の受発光部５側端面位置における径Ｄ₂とは、同じ径となるように形成されている。これによって、光結合部１０に径方向に突出するフランジ部１１を形成しても、光結合部１０を通る光の損失を最小限に抑えることができるので、光ファイバ３と受発光部５間の結合効率を高くすることができる。なお、径Ｄ₁と径Ｄ₂は、厳密に同じ径でなくても、同等の径としておけば、光の損失を充分に抑えることができる。

また、光結合部１０の周面１０ｃ、１０ｄが、それぞれ端面１０ａ、１０ｂに向かって細くなるようなテーパ状に形成されているので、樹脂材から光結合素子１を成形する際の離型性を良好にすることができる。具体的には、光結合部１０の光軸方向に向かうように対向する２つの成形型を用意し、フランジ部１１の位置で両方の成形型が合わさるようにすると共に、成形後にそれぞれ成形型を端面１０ａ、１０ｂの方向に向かって離型する。

さらに、フランジ部１１は光結合素子１の両端面１０ａ、１０ｂ間の中央位置より一方の端面１０ｂ側に偏った位置に形成されているので、光軸方向に短い側の周面１０ｄについては、光軸方向に長い側の周面１０ｃよりもテーパの傾斜角度を大きくすることができる。これによって、周面１０ｄ側が非常に離型しやすいようにすることができるので、成形後に成形型同士を離隔させることにより一方側を自然に離型させ、他方側は成形型に設けられる押出ピンを用いて離型させるようにする手法で、確実な離型を行うことができる。

突出部を構成する円筒部１２は、フランジ部１１の先端から、その径方向と直交する光結合部１０の光軸方向に伸びる外周面１２ｂを有した円筒状に形成される。一方、保持部材２には、受発光部５が配置される側の開口から、円筒部１２の外周面１２ｂと略同じ内径を有する結合素子保持部２０が形成されており、この結合素子保持部２０に対して円筒部１２が挿入され、その端面１２ａ及び外周面１２ｂが結合素子保持部２０の壁面に当接することで位置決め保持される。

以上、本発明の第１の実施形態について説明したが、次に本発明の第２の実施形態について説明する。図２には、第２の実施形態における光結合ユニットの断面図を示している。その構成は、第１の実施形態と概ね同様であって、光結合素子１が保持部材２に保持され、光結合素子１に形成される光結合部１０の一端側には光ファイバ３が、他端側にはレンズ部材４を挟んで受発光部５が配置される。

光結合素子１は、第１の実施形態と同様に光結合部１０と突出部とからなるが、突出部の構成が第１の実施形態とは異なっている。本実施形態では、突出部は、光結合部１０の周面からヒレ状に突出して形成されている。図３には、レンズ部材４を除いた光結合ユニットの正面図を示している。この図に示すように、光結合部１０の周面からは、その径方向に突出するフィン部１５が周方向に３つ形成されている。一方、保持部材２の内周面には、結合素子保持部２０としてフィン部１５の外形状に略適合する溝部が３箇所に形成されている。

光結合素子１は、保持部材２に対してフィン部１５と結合素子保持部２０の周方向位置を合わせた上で内周面に挿入され、フィン部１５の端面１５ａ及び外端部１５ｂが結合素子保持部２０の壁面に当接することで、位置決め保持される。この状態で、光結合部１０の周面１０ｃ、１０ｄは、保持部材２の内壁部２１と離隔して対向するので、保持部材２との間に空気が介在し、光を光ファイバ３と受発光部５間で伝搬することができる。

また、本実施形態においても、突出部となるフィン部１５は、光結合素子１の両端面１０ａ、１０ｂ間の中央位置より一方の端面１０ｂ側に偏った位置に形成され、また光結合部１０の周面１０ｃ、１０ｄは、それぞれ端面１０ａ、１０ｂに向かって細くなるようなテーパ状に形成される。そして、光結合部１０の周面１０ｃの、フィン部１５の光ファイバ３側端面位置における径Ｄ₁と、光結合部１０の周面１０ｄの、フィン部１５の受発光部５側端面位置における径Ｄ₂は、同じあるいは同等の径となるように形成されている。これによって、光結合部１０にフィン部１５を形成しても、光結合部１０を通る光の損失を最小限に抑え、また光結合素子１の成形時における離型性も良好にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、これら実施形態では、突出部を光結合素子１の両端面１０ａ、１０ｂ間の中央位置よりも一方の端面１０ｂ側に偏った位置に形成しているが、逆に他方の端面１０ａ側に偏った位置に形成してもよい。また、本実施形態では、光ファイバ３に対向するように受発光部５を設けているが、求められる機能に応じて受光素子や発光素子など任意の光学素子を配置することができる。

第１の実施形態における光結合ユニットの断面図である。第２の実施形態における光結合ユニットの断面図である。第２の実施形態における光結合ユニットの正面図である。

符号の説明

１光結合素子
２保持部材
３光ファイバ
４レンズ部材
５受発光部
１０光結合部
１１フランジ部
１２円筒部
１５フィン部
２０結合素子保持部
２１内壁部
２２ファイバ保持部

Claims

対向する光ファイバと光学素子との間に配置され、これらを光学的に結合する光結合素子において、
両端面がそれぞれ前記光ファイバと光学素子に対向する略円筒形状の光結合部と、該光結合部の周面から径方向に突出するように形成され、前記両端面間の中央位置よりいずれかの端面側に偏った位置に形成される突出部とを有し、
前記光結合部は前記突出部の一方の端面位置における径と他方の端面位置における径が同等となるように形成されると共に、前記突出部の両端面位置からそれぞれ前記光結合部の端面にかけて細くなるように周面がテーパ状に形成されてなることを特徴とする光結合素子。
前記光結合部と突出部は単一の樹脂材により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光結合素子。
前記光結合部は、前記突出部の一方の端面位置から前記光結合部の一方の端面に渡る周面と、前記突出部の他方の端面位置から前記光結合部の他方の端面に渡る周面とのうち、光軸方向に短い方の周面が光軸方向に長い方の周面より大きな傾斜角度のテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の光結合素子。
前記突出部は、前記光結合部の周面の全周に渡って鍔状に突出したフランジ部と、該フランジ部の先端から前記フランジ部の径方向と直交する方向に伸びる周面を有した円筒部とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合素子。
前記突出部は、前記光結合部の周面からヒレ状に突出するフィン部からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光結合素子。
前記突出部を構成するフィン部は前記光結合部の周面に周方向複数箇所に設けられることを特徴とする請求項５記載の光結合素子。
請求項４記載の光結合素子と、該光結合素子及び前記光ファイバを固定する保持部材とを備え、該保持部材は、前記突出部の円筒部の外形と略同じ内形を有した結合素子保持部と、前記光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することを特徴とする光結合ユニット。
請求項５または６記載の光結合素子と、該光結合素子及び前記光ファイバを固定する保持部材とを備え、該保持部材は、前記フィン部を保持する溝部と、前記光結合部の周面と離隔して対向する内周面を有した内壁部とを有することを特徴とする光結合ユニット。