JP5095575B2 - 光素子と光ファイバとの光結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、光素子と光ファイバとを光結合する構造に関する。

光ファイバと光素子との間に介在する光結合用導波路は、例えば本願出願人が先に提案した下記特許文献１に光コネクタ用スリーブとして開示されている。図１３において、光コネクタ用スリーブ１は、コア部２とクラッド部３とを備えて略円柱形状に形成されている。コア部２は、次第に縮径するテーパ状の側部４を形成してなる略截頭円錐状の導波路５と、円形フランジ状のガイド６とを有している。導波路５の大きな径側の端部には、レンズ７が一体に形成されている。これに対して、導波路５の小さな径側の端部は、円形で平坦な端面となるように形成されている。クラッド部３は、コア部２の側部４に密着するとともに、外形がガイド６と面一となるように形成されている。

光結合に関しては、下記特許文献２に次のような技術も開示されている。すなわち、光ファイバ間の長さが０．５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の短い隙間に装着される光結合部品が開示されている。光結合部品は、光結合用の導波路であって、多芯光ファイバによって形成されている。光結合部品は、光ファイバの端末径よりも大きな径を取ることができ、しかも、多数の芯で構成される構造であることから、光結合部品に入射する光を結合相手の光ファイバ端末の面積に対応して受け入れることができるようになっている。このため光結合部品は、光ファイバ間において軸ズレの誤差を許容することができるようになっている。
特開２００１−１３３６６５号公報 特許第３７５９２６８号公報

特許文献１の光コネクタ用スリーブ１にあっては、次のような問題点を有している。すなわち、例えばコア径が０．２ｍｍ以下となる細径コア光ファイバに対応させることができるように光コネクタ用スリーブ１を成形しなければならない場合を考えると、射出成形でコア部２を微細なものにすることは、加工精度、特性（伝送損失）を満足させることが非常に困難であって、これが問題点になっている。光コネクタ用スリーブ１の成形金型を安価に加工することが困難であるともいえる。

一方、特許文献２の光結合部品にあっては、次のような問題点を有している。すなわち、多数の芯で構成される構造の光結合部品は、これへの入射条件であるスポット径等の規定が開示されてないことから、結合する光ファイバの軸ズレや隙間の変動量によっては、光結合損失が大きくなる恐れがあり、これが問題点になっている。

また、特許文献２の光結合部品にあっては、次のような問題点を有している。すなわち、光結合部品を光ファイバと光素子との間に介在させる場合で、光素子に対して光結合部品を密接させることができない状況（光素子を封止する封止材やワイヤーボンディング等の構造上の理由によって密接させることができない）にあっては、光結合損失が大きくなる恐れがあり、これが問題点になっている。

ところで、車載用光ファイバのコネクタ接続においては、車両搭載後の振動や衝撃による影響から、光ファイバの端面を光素子に接触させることができず、これらの間には若干の隙間が必要である。光ファイバと光素子との距離が離れている場合、レンズを用いてこれらを結合することが考えられるが、光ファイバと光素子の距離が長いと、このレンズの有効径が大きくなってしまうことから、コネクタの小型化を図ることができないという問題点を有している。

この他、車載用光ファイバのコア径を小さくする（上記の細径コア光ファイバに相当）ことを考えると、従来の光結合部品（多芯光ファイバスタブ単独）による光結合、或いは単にレンズを用いるだけの光結合にあっては、軸ズレと間隙変動とが複合で生じた場合に、結合効率が著しく低下してしまうという問題点を有している。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ又は光素子の軸ズレや間隙変動に対して効率の良い光結合を実現することが可能な、また、コネクタの小型化を図ることが可能な、光素子と光ファイバとの光結合構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造は、光素子と光ファイバとを光結合する構造において、複数本のコアと該コアの屈折率よりも小さな屈折率で該コアの周囲に設けられるクラッドとを有する多芯光ファイバスタブと、該多芯光ファイバスタブに対して別体となる凸レンズ及び第二の凸レンズとを備え、前記多芯光ファイバスタブは前記光ファイバの端面径よりも大きな直径に形成されるとともに一方の端面が前記光ファイバの端面に対向するように配置され、前記凸レンズは前記多芯光ファイバスタブの他方の端面と前記光素子との間に位置するように配置され、前記第二の凸レンズは前記多芯光ファイバスタブの一方の端面と前記光ファイバの端面との間に位置するように配置されることを特徴としている。

請求項２記載の本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造は、請求項１に記載の光素子と光ファイバとの光結合構造において、前記凸レンズは該凸レンズに向けて挿入される前記多芯光ファイバスタブを保持するための筒部を有するレンズ付きスリーブの一部分として形成されることを特徴としている。

請求項３記載の本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造は、請求項１又は請求項２に記載の光素子と光ファイバとの光結合構造において、前記多芯光ファイバスタブは真っ直ぐな形状に形成される、又は途中を屈曲させてなる曲がった形状に形成されることを特徴としている。

以上のような特徴を有する本発明によれば、凸レンズと多芯光ファイバスタブとを組み合わせてなる光結合構造であることから、レンズ単独又は多芯光ファイバスタブ単独の場合と比べて許容できる軸ズレ量は格段に増加する。このため光素子（受発光素子）と光ファイバとの高精度な位置合わせをする必要はなく、例えば光コネクタの場合には安価な作製をすることが可能になる。

また、本発明によれば、光素子と光ファイバとが離れている場合であっても、光素子と多芯光ファイバスタブとの間隔を短く見積もることができるようになり、このためレンズの有効径を光ファイバの外径程度に小さくすることが可能になる。従って、光コネクタの小型化を図ることが可能になる。

さらに、本発明によれば、凸レンズと多芯光ファイバスタブとを組み合わせてなる光結合構造であることから、射出成形において加工が難しい微細なコア部（導波路コア）を作製する必要性はない。

さらにまた、本発明によれば、多芯光ファイバスタブに例えば９０度曲げを施すことにより、光ファイバと光素子とを直角に結合することが可能になる。多芯光ファイバスタブは、小径曲げが可能であり、この場合、光ファイバと光素子とを直角に結合する光コネクタの小型化を図ることが可能になる。

請求項１に記載された本発明によれば、凸レンズと多芯光ファイバスタブとを組み合わせることにより、光ファイバ又は光素子の軸ズレや間隙変動に対して効率の良い光結合を実現することができるという効果を奏する。また、光コネクタの小型化を図ることができるという効果も奏する。さらに、許容できる軸ズレ量を増加させることができるという効果を奏する。従って、効率の良い光結合を実現することができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、レンズ付きスリーブとすることで、凸レンズと多芯光ファイバスタブと光ファイバとの配置を安定させることができるという効果を奏する。これにより、効率の良い光結合を実現することができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、途中を屈曲させてなる曲がった形状の多芯光ファイバスタブを用いることにより、光ファイバと光素子とを角度を付けて光結合することもできるという効果を奏する。多芯光ファイバは、小径（〜２ｍｍ）で曲げても破断せず曲げ損失が小さいため、本発明によれば、光ファイバと光素子とを例えば直角に結合する光コネクタの小型化を図ることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造の一実施の形態を示す模式的な図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は多芯光ファイバスタブの断面図である。

図１（ａ）において、引用符号１１は光ファイバ、引用符号１２は光ファイバ１１に設けられるジャケットを示している。光ファイバ１１の端末は、ジャケット１２の一部が除去された状態となり、ここにフェルール１３が装着されている。光ファイバ１１の端面１４とフェルール１３の端面１５は、面一となるように加工されている。一方、引用符号１６は光素子を示している。光素子１６が発光素子１６ａの場合、発光部としての機能を有している。また、光素子１６が受光素子１６ｂの場合は、受光部としての機能を有している。本発明は、光素子１６と光ファイバ１１との光結合構造であって、光ファイバ１１と光素子１６との間に多芯光ファイバスタブ１８及び凸レンズ１９を備えることによって構成されている。

図１（ａ）及び（ｂ）において、多芯光ファイバスタブ１８は、複数本のコア２０と、このコア２０の屈折率よりも小さな屈折率でコア２０の周囲に設けられるクラッド２１とを有する部材であって、より具体的には多芯光ファイバを短尺に加工することにより形成されている。尚、図１（ｂ）では同一クラッド２１内に複数のコア２０を有するような形状に形成された状態が示されているが、この限りでないものとする。すなわち、単芯の光ファイバを複数用意してこれを一纏めにする形状であっても良いものとする。

多芯光ファイバスタブ１８は、後の説明からも分かるが、スポット径を保持して入射光を出射端まで伝搬させる機能を有する光学部品であって、この直径は光ファイバ１１の端面径よりも大きく、且つフェルール１３の端面径よりも小さくなるように形成されている（直径に関しては一例であるものとする。少なくとも光ファイバ１１の端面径より大きいものとする）。多芯光ファイバスタブ１８の全長は、光ファイバ１１の端面１４から光素子１６までの距離に合わせて設定されている。多芯光ファイバスタブ１８のコア２０の数や直径等に関する具体例は後述する。

ここで、本発明の適用先である自動車用光コネクタに関して簡単に説明する。

光ファイバ側光コネクタでは、自動車用光コネクタの要件である光ファイバ先端保護のため、先端がコネクタハウジングの内側に入る構造となっている。このため、光ファイバ先端を直接、光素子（受発光素子）に近づけることが難しく、光素子側光コネクタとの嵌合の際には、若干の隙間が生じるような状態になる。尚、光素子側光コネクタは、光ファイバ先端が差し込まれる筒部を有している。筒部は、光素子側光コネクタのコネクタハウジング内に突き出るような構造を有している。筒部内には、光ファイバと光素子との間に介在する光結合部品が設けられている。

凸レンズ１９は、発光側（送信側）で用いる場合、発光素子１６ａからの出射光を集光して多芯光ファイバスタブ１８へ入射させる機能を有する光学部品になっている。引用符号１７ａは発光面を示している（１７を受発光面とする）。

受光側（受信側）で用いる場合は、多芯光ファイバスタブ１８からの出射光を集光して受光素子１６ｂへ入射させる機能を有する光学部品になっている。引用符号１７ｂは受光面を示している。

凸レンズ１９は、多芯光ファイバスタブ１８の直径よりも大きく、且つフェルール１３の端面径よりも小さくなるように形成されている（直径に関しては一例であるものとする）。

上記構成において、本発明の光結合構造は、多芯光ファイバスタブ１８の一方の端面２２が光ファイバ１１の端面１４に対向するような配置となっている。また、凸レンズ１９が多芯光ファイバスタブ１８の他方の端面２３と光素子１６との間に位置するような配置となっている。このような配置における作用について以下に説明する。

図２は本発明の光結合構造を用いて発光素子１６ａと光ファイバ１１とを光結合する模式的な図である。図２（ａ）は軸ズレのない状態の図、図２（ｂ）は発光素子１６ａに軸ズレが生じた状態の図である。尚、以下の説明において引用符号２４は光を示すものとする。

図２（ａ）において、ここでは光素子１６、凸レンズ１９、多芯光ファイバスタブ１８、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。すなわち、各部材の軸が光軸に一致するような配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）よりも小さく、このようなスポット径にて光ファイバ１１に入射する（効率良く光結合する）。

図２（ｂ）において、ここでは光素子１６が軸ズレする配置になっている。軸ズレした状態での発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。図からは、入射光（光２４）が光軸に対してずれていることが分かる。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）よりも小さく、このようなスポット径であることから軸ズレがあっても光ファイバ１１に入射する（多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）は、はみ出さずに光ファイバ１１に入射する。効率の良い光結合を行うことができる）。

次に、図３を参照しながら図２の作用との比較をする。図３は図２に対する比較の図（凸レンズなし）である。図３（ａ）は軸ズレのない状態の図、図３（ｂ）は発光素子１６ａに軸ズレが生じた状態の図である。

図３（ａ）において、ここでは凸レンズ１９（図２参照）が存在しない配置になっている。また、光素子１６、多芯光ファイバスタブ１８、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、直接、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、本形態において光ファイバ１１の径（コア径）よりも若干小さく、このようなスポット径にて光ファイバ１１に入射する。従って、軸ズレがなく且つ上記スポット径であれば、凸レンズ１９がなくとも光結合は可能になる。しかしながら、図３（ｂ）に示すように軸ズレがある場合はこの限りでない。

図３（ｂ）において、ここでは光素子１６が軸ズレする配置になっている。軸ズレした状態での発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。図からは、入射光（光２４）が光軸に対してずれていることが分かる。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）より若干小さいものの、このようなスポット径では軸ズレがあると光ファイバ１１に対し、はみ出しが生じるように入射する。従って、凸レンズ１９（図２参照）が存在しないと光素子１６の軸ズレを吸収することはできず、効率の良い光結合を行うことができないことが分かる（効率の良い光結合を行うためには、凸レンズ１９によって出射光（光２４）を集光し、スポット径をより小さくする必要がある）。

図４は本発明の光結合構造を用いて受光素子１６ｂと光ファイバ１１とを光結合する模式的な図である。図４（ａ）は軸ズレのない状態の図、図４（ｂ）は受光素子１６ｂに軸ズレが生じた状態の図である。

図４（ａ）において、ここでは光素子１６、凸レンズ１９、多芯光ファイバスタブ１８、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。すなわち、各部材の軸が光軸に一致するような配置になっている。光ファイバ１１からの出射光（光２４）は、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（他方の端面２３）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）とほぼ同じである。多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）は、拡がりながら凸レンズ１９へと入射し、そして凸レンズ１９にて集光された後に受光素子１６ｂに入射する（凸レンズ１９からの出射光（光２４）は、はみ出さずに受光素子１６ｂに入射する。効率の良い光結合を行うことができる）。

図４（ｂ）において、ここでは光素子１６が軸ズレする配置になっている。光ファイバ１１からの出射光（光２４）は、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（他方の端面２３）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）とほぼ同じである。多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）は、拡がりながら凸レンズ１９へと入射し、そして凸レンズ１９にて集光される。出射光（光２４）は集光されることから、光素子１６に軸ズレがあっても受光素子１６ｂに入射する（凸レンズ１９からの出射光（光２４）は、はみ出さずに受光素子１６ｂに入射する。効率の良い光結合を行うことができる）。

次に、図５を参照しながら図４の作用との比較をする。図５は図４に対する比較の図（凸レンズなし）である。図５（ａ）は軸ズレのない状態の図、図５（ｂ）は受光素子１６ｂに軸ズレが生じた状態の図である。

図５（ａ）において、ここでは凸レンズ１９（図４参照）が存在しない配置になっている。また、光素子１６、多芯光ファイバスタブ１８、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。光ファイバ１１からの出射光（光２４）は、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（他方の端面２３）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）とほぼ同じである。多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）は、はみ出しが生じた状態で受光素子１６ｂに入射する。従って、受光素子１６ｂへの入射の場合は、軸ズレがなくとも効率の良い光結合を行うことができないことが分かる（効率の良い光結合を行うためには、多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）を集光する必要がある）。

図５（ｂ）において、ここでは光素子１６が軸ズレする配置になっている。光ファイバ１１からの出射光（光２４）は、多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（他方の端面２３）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）は、はみ出しが生じた状態で軸ズレのある受光素子１６ｂに入射する。従って、効率の良い光結合を行うことができないことが分かる（効率の良い光結合を行うためには、多芯光ファイバスタブ１８の出射端からの出射光（光２４）を集光する必要がある）。

図６は本発明の光結合構造を用いて発光素子１６ａと光ファイバ１１とを光結合する模式的な図である。図６（ａ）は軸ズレのない状態の図、図６（ｂ）は光ファイバ１１に軸ズレが生じた状態の図である。

図６（ａ）において、ここでは光素子１６、凸レンズ１９、多芯光ファイバスタブ１８、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。すなわち、図２（ａ）と同じ配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光（光２４）を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）よりも小さく、このようなスポット径にて光ファイバ１１に入射する（効率良く光結合する）。

図６（ｂ）において、ここでは光ファイバ１１が軸ズレする配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして多芯光ファイバスタブ１８へと入射する。多芯光ファイバスタブ１８は、スポット径を保持したまま入射光を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）のスポット径は、光ファイバ１１の径（コア径）よりも小さく、このようなスポット径であることから光ファイバ１１に軸ズレがあっても入射する（多芯光ファイバスタブ１８の出射光（光２４）は、はみ出さずに光ファイバ１１に入射する。効率の良い光結合を行うことができる）。

次に、図７を参照しながら図６の作用との比較をする。図７は図６に対する比較の図（単芯光ファイバスタブ２５を使用）である。図７（ａ）は軸ズレのない状態の図、図７（ｂ）は光ファイバ１１に軸ズレが生じた状態の図である。

図７（ａ）において、ここでは光素子１６、凸レンズ１９、単芯光ファイバスタブ２５、及び光ファイバ１１が軸ズレのない配置になっている。すなわち、各部材の軸が光軸に一致するような配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして単芯光ファイバスタブ２５へと入射する。単芯光ファイバスタブ２５は、光ファイバ１１のコア径と同径にまでスポット径が拡がるような状態で入射光（光２４）を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。従って、単芯光ファイバスタブ２５からの出射光（光２４）では効率の良い光結合を行うことができないことが分かる。また、軸ズレに左右されてしまうことも分かる。

図７（ｂ）において、ここでは光ファイバ１１が軸ズレする配置になっている。発光素子１６ａからの出射光（光２４）は、凸レンズ１９によって集光され、そして単芯光ファイバスタブ２５へと入射する。単芯光ファイバスタブ２５は、光ファイバ１１のコア径と同径にまでスポット径が拡がるような状態で入射光（光２４）を出射端（一方の端面２２）まで伝搬する。単芯光ファイバスタブ２５の出射端からの出射光（光２４）は、光ファイバ１１に軸ズレが生じていることから、はみ出しが生じた状態で入射する。従って、効率の良い光結合を行うことができないことが分かる（効率の良い光結合を行うためには、多芯光ファイバスタブ１８を用いる必要がある）。

以上、本発明によれば、凸レンズ１９と多芯光ファイバスタブ１８とを組み合わせてなる光結合構造であることから、許容できる軸ズレ量を格段に大きくすることができる。このため光素子１６（発光素子１６ａ、受光素子１６ｂ）と光ファイバ１１との高精度な位置合わせを無くすことができる。

また、本発明によれば、凸レンズ１９と多芯光ファイバスタブ１８とを組み合わせてなる光結合構造であることから、射出成形において加工が難しい微細なコア部（導波路コア）の作製を無くすことができる。

この他、本発明によれば、光素子１６と光ファイバ１１とが離れている場合であっても、光素子１６と多芯光ファイバスタブ１８との間隔を短く見積もることができるようになる。このため凸レンズ１９の有効径を光ファイバ１１の外径程度に小さくすることができる（後述する光コネクタの小型化を図ることもできる）。

続いて、図８及び図９を参照しながら発光素子軸ズレ及び光ファイバ軸ズレと光結合効率との関係について説明する。図８は測定系を示す模式的な図、図９はグラフである。

図８において、測定系は図中左側から光軸に沿って、光素子１６、凸レンズ１９、多芯光ファイバスタブ１８、光ファイバ１１、パワーメータ２６を含んで構成されている。発光素子１６ａは公知のＶＩＣＳＥＬ（発光径が１０μｍ、ＮＡ０．２）である。凸レンズ１９は、倍率が０．５倍のものを用いている。多芯光ファイバスタブ１８は、マルチコア光ファイバ（ＮＡ０．４、１３００本のコア、ファイバ径５００μｍ）を短尺に加工したものを用いている。光ファイバ１１は、この両端末にフェルール１３を装着したもので、ここではＰＣＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｌａｄ Ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ、コア径が２００μｍ、ＮＡ０．４）が用いられている。パワーメータ２６は公知の装置である。測定系において、光軸をＺ軸とし、これに対してＸ軸を軸ズレ方向とする。発光素子１６ａ及び光ファイバ１１の軸ズレがない場合、多芯光ファイバスタブ１８の出射端でスポット径は約５μｍ、凸レンズ１９の出射光ＮＡは０．４となっている。

図９において、グラフの原点は図８中のＸ軸と光軸（Ｚ軸）とが交わる点であり、軸ズレなしの状態を示している。また、グラフの横軸は、発光素子１６ａのＸ軸方向への軸ズレ量を示している。尚、光ファイバ１１の軸ズレ方向もＸ軸方向である。グラフの縦軸は、光結合効率を示している。光結合効率は、光結合効率＝（光ファイバ１１出射光強度／発光素子１６ａ出射光強度）×１００で求められるものとする。

グラフ中の破線で四角形のプロットは、本発明の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレがない場合を示している。本発明の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量が１００μｍまで光結合効率が９０％より低下することがないという結果が得られている。

グラフ中の破線で点のようなプロット（実際には小さな菱形のプロット）は、本発明の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が２０μｍの場合を示している。本発明の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量が１００μｍまで光結合効率が９０％より低下することがないという結果が得られている。

グラフ中の破線で三角形のプロットは、本発明の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が４０μｍの場合を示している。本発明の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量が８０μｍまで光結合効率が９０％より低下することがないという結果が得られている。

グラフ中の破線で丸形のプロットは、本発明の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が６０μｍの場合を示している。本発明の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量が６０μｍまで光結合効率が９０％より低下することがないという結果が得られている。

ところで、グラフ中には本発明の光結合構造に対する比較例の結果もプロットされている。比較例は、凸レンズ１９の存在しない光結合構造である。

グラフ中の実線で四角形のプロットは、凸レンズ１９の存在しない比較例の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレがない場合を示している。比較例の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量がなければ、光結合効率は約９０％であるが、発光素子１６ａの軸ズレ量が６０μｍの場合、光結合効率が約６０％まで低下してしまうという結果が得られている。

グラフ中の実線で菱形のプロットは、凸レンズ１９の存在しない比較例の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が２０μｍの場合を示している。比較例の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量がなければ、光結合効率は約８０％であるが、発光素子１６ａの軸ズレ量が６０μｍの場合、光結合効率が約５０％まで低下してしまうという結果が得られている。

グラフ中の実線で三角形のプロットは、凸レンズ１９の存在しない比較例の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が４０μｍの場合を示している。比較例の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量がなければ、光結合効率は約７０％であるが、発光素子１６ａの軸ズレ量が６０μｍの場合、光結合効率が約４０％まで低下してしまうという結果が得られている。

グラフ中の実線で丸形のプロットは、凸レンズ１９の存在しない比較例の光結合構造であって、光ファイバ１１の軸ズレ量が６０μｍの場合を示している。比較例の光結合構造では、発光素子１６ａの軸ズレ量がなければ、光結合効率は約６０％であるが、発光素子１６ａの軸ズレ量が６０μｍの場合、光結合効率が約３０％まで低下してしまうという結果が得られている（本発明の１／３まで低下してしまう）。

以上、本発明のような凸レンズ１９と多芯光ファイバスタブ１８とを組み合わせてなる光結合構造によれば、光ファイバ又は光素子の軸ズレに対して効率の良い光結合を行うことができる。

続いて、図１０を参照しながら本発明の光結合構造の他の一実施の形態を説明する。図１０は他の一実施の形態を示す模式的な図であり、図１０（ａ）はレンズ付きスリーブ２７の断面図、図１０（ｂ）はレンズ付きスリーブ２７に多芯光ファイバスタブ１８を挿入保持した状態の断面図、図１０（ｃ）は光素子１６と光ファイバ１１とを光結合した状態を示す断面図である。

図１０において、引用符号２７はレンズ付きスリーブを示している。レンズ付きスリーブ２７は、凸レンズ１９を一体化してなる部材であって、本形態においては、透明な合成樹脂材料を用いて成形されている。レンズ付きスリーブ２７は、筒部２８を有している。筒部２８は、凸レンズ１９に向けて挿入される多芯光ファイバスタブ１８を保持する部分として形成されている。レンズ付きスリーブ２７には、蓋部２９が形成されている。蓋部２９は、光素子１６をケース３０に収容した場合、このケース３０の開口部を覆うとともに、例えば接着剤を用いて開口部に固着するように形成されている。

光素子１６をケース３０に収容してレンズ付きスリーブ２７を固着すると、凸レンズ１９は光素子１６に対向するようになっている。また、凸レンズ１９は、筒部２８に挿入された多芯光ファイバスタブ１８にも対向するようになっている。凸レンズ１９と多芯光ファイバスタブ１８との配置は、レンズ付きスリーブ２７の構造によって安定するようになっている。フェルール１３を介して光ファイバ１１を筒部２８に挿入すると、効率の良い光結合を行うことができるようになっている。

本発明によれば、レンズ付きスリーブ２７と、これに挿入保持される多芯光ファイバスタブ１８との構成を、背景技術の欄で説明した特許文献１の光コネクタ用スリーブ１の代わりとすることができる。本発明は、光コネクタに有用な光学部品とすることができる（光コネクタが大型化することはない。コネクタの小型化を図ることができる）。

続いて、図１１を参照しながら本発明の光結合構造の更に他の一実施の形態を説明する。図１１は更に他の一実施の形態を示す模式的な構成図である。

図１１において、引用符号１８′は多芯光ファイバスタブを示している。多芯光ファイバスタブ１８′は、図１の多芯光ファイバスタブ１８よりも長く、且つ途中を屈曲させて曲がった形状に形成されている。本形態においては、９０度曲げを施して多芯光ファイバスタブ１８′が形成されている（曲げの角度は一例であるものとする）。

本発明によれば、多芯光ファイバスタブ１８′に例えば９０度曲げを施すことにより、光ファイバ１１と光素子１６とを直角に結合するができる（光ファイバ１１と光素子１６との間に多芯光ファイバスタブ１８′と凸レンズ１９とからなる本発明の光結合構造を設けることにより実現する）。多芯光ファイバスタブ１８′は、小径曲げが可能であり（例えば曲げ半径２ｍｍで破断せず、曲げ損失がほとんどゼロ）、この場合、光ファイバ１１と光素子１６とを直角に結合する光コネクタの小型化を図ることができる。

続いて、図１２を参照しながら本発明の光結合構造の変形例を説明する。図１２は変形例を示す模式的な図であり、図１２（ａ）は図１の形態に対応した変形例の図、図１２（ｂ）は図１１の形態に対応した変形例の図である。

図１２（ａ）において、変形例となる光結合構造は、光ファイバ１１と光素子１６との間に多芯光ファイバスタブ１８と、凸レンズ１９及び第二の凸レンズ１９′とを備えて構成されている。第二の凸レンズ１９′は、多芯光ファイバスタブ１８の一方の端面２２と、光ファイバ１１の端面１４との間に位置するように配置されている。このような変形例によれば、許容できる軸ズレ量を増加させることができる。従って、効率の良い光結合を実現することができる。

図１２（ｂ）において、変形例となる光結合構造は、光ファイバ１１と光素子１６との間に多芯光ファイバスタブ１８′と、凸レンズ１９及び第二の凸レンズ１９′とを備えて構成されている。第二の凸レンズ１９′は、多芯光ファイバスタブ１８′の一方の端面２２と、光ファイバ１１の端面１４との間に位置するように配置されている。このような変形例によれば、許容できる軸ズレ量を増加させることができる。従って、効率の良い光結合を実現することができる。

この他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造の一実施の形態を示す模式的な図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は多芯光ファイバスタブの断面図である。 本発明の光結合構造を用いて発光素子と光ファイバとを光結合する模式的な図であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は発光素子に軸ズレが生じた状態の図である。 図２に対する比較の図（凸レンズなし）であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は発光素子に軸ズレが生じた状態の図である。 本発明の光結合構造を用いて受光素子と光ファイバとを光結合する模式的な図であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は受光素子に軸ズレが生じた状態の図である。 図４に対する比較の図（凸レンズなし）であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は受光素子に軸ズレが生じた状態の図である。 本発明の光結合構造を用いて発光素子と光ファイバとを光結合する模式的な図であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は光ファイバに軸ズレが生じた状態の図である。 図６に対する比較の図（単芯光ファイバスタブを使用）であり、（ａ）は軸ズレのない状態の図、（ｂ）は光ファイバに軸ズレが生じた状態の図である。 発光素子軸ズレ及び光ファイバ軸ズレと光結合効率との関係の測定系を示す模式的な図である。 発光素子軸ズレ及び光ファイバ軸ズレと光結合効率との関係を示すグラフである。 本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造の他の一実施の形態を示す模式的な図であり、（ａ）はレンズ付きスリーブの断面図、（ｂ）はレンズ付きスリーブに多芯光ファイバスタブを挿入保持した状態の断面図、（ｃ）は光素子と光ファイバとを光結合した状態を示す断面図である。 本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造の更に他の一実施の形態を示す模式的な構成図である。 本発明の光素子と光ファイバとの光結合構造の変形例を示す模式的な図であり、（ａ）は図１の形態に対応した変形例の図、（ｂ）は図１１の形態に対応した変形例の図である。 従来例となる図であって、光ファイバと光素子との間に介在する光結合用導波路の断面図である。

符号の説明

１１ 光ファイバ
１２ ジャケット
１３ フェルール
１４、１５ 端面
１６ 光素子
１６ａ 発光素子
１６ｂ 受光素子
１７ 受発光面
１７ａ 発光面
１７ｂ 受光面
１８、１８′ 多芯光ファイバスタブ
１９ 凸レンズ
１９′ 第二の凸レンズ
２０ コア
２１ クラッド
２２ 一方の端面
２３ 他方の端面
２４ 光
２７ レンズ付きスリーブ
２８ 筒部
２９ 蓋部
３０ ケース

Claims (3)

1. 光素子と光ファイバとを光結合する構造において、
   複数本のコアと該コアの屈折率よりも小さな屈折率で該コアの周囲に設けられるクラッドとを有する多芯光ファイバスタブと、該多芯光ファイバスタブに対して別体となる凸レンズ及び第二の凸レンズとを備え、
   前記多芯光ファイバスタブは前記光ファイバの端面径よりも大きな直径に形成されるとともに一方の端面が前記光ファイバの端面に対向するように配置され、
   前記凸レンズは前記多芯光ファイバスタブの他方の端面と前記光素子との間に位置するように配置され、
   前記第二の凸レンズは前記多芯光ファイバスタブの一方の端面と前記光ファイバの端面との間に位置するように配置される
   ことを特徴とする光素子と光ファイバとの光結合構造。
2. 請求項１に記載の光素子と光ファイバとの光結合構造において、
   前記凸レンズは該凸レンズに向けて挿入される前記多芯光ファイバスタブを保持するための筒部を有するレンズ付きスリーブの一部分として形成される
   ことを特徴とする光素子と光ファイバとの光結合構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光素子と光ファイバとの光結合構造において、
   前記多芯光ファイバスタブは真っ直ぐな形状に形成される、又は途中を屈曲させてなる曲がった形状に形成される
   ことを特徴とする光素子と光ファイバとの光結合構造。

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