JPH09265019A

JPH09265019A - 光信号分配装置

Info

Publication number: JPH09265019A
Application number: JP8072786A
Authority: JP
Inventors: Michio Oba; 道雄大場; Yasunari Kawabata; 康成川端; Kozo Arii; 光三有井; Kuniaki Jinnai; 邦昭陣内; Nobuhiko Tsuji; 伸彦辻; Takeshi Kobayashi; 毅小林
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-07
Also published as: EP0800099A3; US5970191A; EP0800099A2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度や湿度等の変化があっても安定した光学
性能を有し、粉塵や有機物質、腐食性ガス等が多い環境
下でも光学性能の低下や劣化が少なく、高い耐環境特性
を有し、振動や衝撃等の機械的応力に強くしかも現場敷
設が容易な構造の安価な光信号分配装置を提供する。【解決手段】光信号の入出力兼用端子である複数の光
入出力部３と、光信号を反射して分岐する光回路部６
と、複数の光入出力部３と光回路部６とを連結した複数
のガイド光ファイバ８とを筐体２内に収納し、任意の一
つの光入出力部３から入力した光信号が、全ての他の光
入出力部３にほぼ均等に分配して出力できるようにした
反射型の光信号分配装置であって、光回路部６は、複数
の独立した分岐光導波路２２が１本の主光導波路２１に
一括合流した構造の光回路を用いており、前記光回路の
主光導波路２１の端部に反射面４を形成し、前記光回路
の複数の独立した分岐光導波路２２の各々にガイド光フ
ァイバ８を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送方式の計装シス
テムにおいて用いる光信号分配装置に関し、更に詳しく
は、フィールド側に設置されている複数のフィールド装
置からの情報を、光ファイバ伝送路および光信号分配装
置を介して、集中管理室側の処理装置へ伝送するように
した光伝送方式のフィールド計装システムにおいて用い
る光信号分配装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に化学プラント、石油・ガスプラン
トなどに適用されるフィールド計装システムは、フィー
ルド側（現場）に複数のフィールド機器（例えば圧力、
流量、温度などの計装装置、開閉制御可能な弁などのア
クチュエータ）を設置し、これらのフィールド機器と集
中監視室の中央処理装置（コントローラ）との間、もし
くはフィールド機器間で相互にデータ伝送をして、各種
プラントの監視及び制御を行う。このシステムのデータ
伝送には、電磁ノイズの影響が少なく、耐雷性（絶縁
性）に優れ、爆発の危険がない光ファイバを伝送路とし
て用い、中央処理装置（コントローラ）、及び複数のフ
ィールド機器の間で相互にデータ（光信号）を伝送する
ための光信号分配装置として、光スターカプラ（特に反
射型の光スターカプラ）を用いる。

【０００３】従来のフィールド計装システムの一例とし
て、ミキシングロッドを用いた反射型光スターカプラを
利用したシステムの構成を図１０に示す。９０がコント
ローラ、９７が反射型光スターカプラ（光信号分配装
置）、９２（９２ａ〜ｎ）がフィールド機器、９３およ
び９４（９４ａ〜９４ｎ）が光ファイバである。反射型
光信号分配装置を用いることによりコントローラ、並び
にすべてのフィールド機器の間で相互のデータ伝送が可
能であり、各種の制御を高速で且つ分散処理でき、しか
も低コストでシステムを構成できるという特徴を有す
る。

【０００４】ここで、ミキシングロッドを用いた反射型
の光信号分配装置について詳しく説明する。

【０００５】図１１（Ａ）は従来のミキシングロッドを
用いた反射型の光信号分配装置の一例を模式的に示した
斜視図である。

【０００６】反射型光信号分配装置９７は、平板のミキ
シングロッド９６の一端面に複数の光ファイバ８を結合
し、他端面に反射板４を接続して構成している。複数の
光ファイバ８のいずれかからミキシングロッド９６に入
射した光は、反射板４で反射され再び複数の光ファイバ
８の全てに分配される。ミキシングロッド９６は、入射
光や反射板４で反射した光の伝搬モードをミキシングし
て断面での光強度分布を平滑化するという機能、換言す
れば、ミキシングロッド９６の断面光強度分布をできる
だけ均一化させる機能を有する。

【０００７】しかしながら、このミキシングロッドを使
用した従来の反射型の光信号分配装置は損失が大きいと
いう欠点があった。この点について、ミキシングロッド
と光ファイバとの接続の状態を模式的に示した断面図で
ある図１１（Ｂ）を参考にして説明する。

【０００８】ミキシングロッドを使用した反射型の光信
号分配装置では、複数の光ファイバ８のクラッド７３が
互いに接触するように配置し、ミキシングロッド９６の
断面寸法は、複数の光ファイバ８のコア７２が全て覆え
る大きさに設計することで、複数の光ファイバ８とミキ
シングロッド９６との間の接続損失を最小化できる。し
かしながら、このように最適化した場合においても、図
１１（Ｂ）から容易に判るように、光ファイバ８のコア
７２から出射する光はほとんど大部分がミキシングロッ
ド９６に入るが、ミキシングロッド９６から光ファイバ
８に出射する光の内、光ファイバ８のクラッド７３や光
ファイバ８の隙間９８に当たる光は漏洩する。このため
ミキシングロッドを使用した反射型の光信号分配装置
は、損失が大きくなるという欠点を必然的に有するもの
であった。

【０００９】なお、ミキシングロッドの形状は前述した
平板である必要はなく、例えば、断面が円となる丸棒で
あってもよいが、ミキシングロッドがいずれの形状であ
っても、上記の説明から容易に判るように光ファイバ間
の隙間や光ファイバのクラッドからの漏洩を回避するこ
とは困難であった。

【００１０】光ファイバを用いた光伝送においては、光
ファイバ自体でもその長さに比例した光損失を生じるこ
とから伝送可能な距離には限界があるため、光信号分配
装置における損失が大きい場合には、使用可能な光ファ
イバの長さはその分短くなり、光信号分配装置に接続可
能なフィールド機器の距離範囲は狭くなる。ミキシング
ロッドを使用した従来の反射型の光信号分配装置は、光
の漏洩、即ち損失が大きいため利用範囲が狭いという問
題点を有していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した反射型の光信号分配装置を用いたフィールド計装シ
ステムにおいて使用するための、低損失で分岐精度の良
い光学性能に優れた光信号分配装置であって、温度や湿
度などの変化があっても安定した光学性能を有し、粉塵
や有機物質、腐食性ガスなどが多い環境下でも光学性能
の低下や劣化が少なく、高い耐環境特性を有し、振動や
衝撃などの機械的応力に強くしかも現場敷設が容易な構
造の安価な光信号分配装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、光信号の入出力兼用の端子である複数
の光入出力部と、光信号を反射して分岐する光回路部
と、前記複数の光入出力部と光回路部とを連結した複数
のガイド光ファイバとからなり、任意の一つの光入出力
部から入力した光信号が、全ての他の光入出力部に分配
して出力できるようにした反射型の光信号分配装置であ
って、前記光回路部は、複数の独立した分岐光導波路が
１本の主光導波路に一括合流した構造の光回路を用いて
おり、前記光回路の主光導波路の端部に反射面を形成
し、前記光回路の複数の独立した分岐光導波路のそれぞ
れにガイド光ファイバを接続して構成したことを特徴と
する。また本発明は、上記の課題を解決する具体的な方
法として、複数の光入出力部と、光回路部と、複数のガ
イド光ファイバとを筐体内に収納した光信号分配装置で
あって、前記複数の光入出力部は前記筐体の側面に固定
し、前記光回路部は、基板内に形成された平面光導波路
からなる光回路を補強基板で補強してなる光回路ブロッ
クと、前記光回路ブロックの一方の端面に形成した反射
面とからなり、前記複数のガイド光ファイバは、片端を
基板内に配列・固定して光ファイバアレイ部とし前記光
回路ブロックの他方の端面と接続して一体化し、他端を
光ファイバアレイ部の外部に導出して前記複数の光入出
力部と１本ずつ連結しており、前記一体化した光回路部
と前記光ファイバアレイ部とは、収納ケースの内部に配
置しガイド光ファイバを収納ケース外に導出して、収納
ケースの内部に封止樹脂を充填し固定して保護収納部と
なし、前記保護収納部を前記筐体内に固定しており、前
記複数の独立した分岐光導波路のピッチと、前記光ファ
イバアレイ部の複数のガイド光ファイバの配列ピッチと
が等しくなるように構成したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明の光信
号分配装置を詳細に説明する。なお、以下の例は具体的
に説明するためのものであって、本発明の実施態様や発
明範囲を限定するものではない。

【００１４】（実施例１）図１は、本発明の光信号分配
装置の基本構成を示した模式図である。光信号分配装置
１は、筐体２、複数の光信号入出力部３、複数のガイド
光ファイバ８、光回路部６から構成されている。光回路
部６は、複数の独立した分岐光導波路が１本の主光導波
路に一括合流した構造の光回路５と、光回路の主導波路
側の端部に形成された反射面４とからなる。光入出力部
３の任意の１ヶ所より入力した光信号は、ガイド光ファ
イバ８を通じて光回路部６に導入され、反射面４で反射
されてすべての分岐光導波路に分配され、再びガイド光
ファイバ８を経由してすべての光信号入出力部３から出
力されるようになっている。

【００１５】（実施例２）図２は、本発明の光信号分配
装置の一例を示したもので、８本の光ファイバを接続で
きるようにした光信号分配装置の全体構成図である。

【００１６】本発明の光信号分配装置１は、筐体２を有
し、その側面１１に光信号の入出力兼用の端子である光
入出力部３（３ａ〜ｈ）が固定され、外側からフィール
ド機器や処理装置とそれぞれ連結している光ファイバ伝
送路１０（１０ａ〜ｈ）が連結できるようになってい
る。また、光入出力部３（３ａ〜ｈ）には内側からガイ
ド光ファイバ８（８ａ〜ｈ）の一端が連結され、ガイド
光ファイバ８（８ａ〜ｈ）の他端は基板内に配列・固定
された光ファイバアレイ部７となって、光回路部６の一
部である光回路ブロック５の一方の端面と接続されてい
る。

【００１７】光回路部６は、光回路ブロック５と反射板
４から構成されている。光回路ブロック５は、８本の分
岐光導波路が１本の主光導波路に一括合流した構造の平
面光導波路からなる光回路を補強基板内部に固定したも
のであり、また、反射板４は光回路ブロック５の主光導
波路側の端面に接続されて反射面を形成している。

【００１８】接続されて一体となった光ファイバアレイ
部７と光回路部６とは、収納ケース９に収納され、ガイ
ド光ファイバ８（８ａ〜ｈ）が収納ケースの外部に導出
されており、収納ケース９は筐体２の底面１２に固定さ
れている。

【００１９】光信号分配装置１の８個の光入出力部の一
つ、例えば、光入出力部３ａから光信号分配装置１に入
力した光信号は、光入出力部３ａに連結したガイド光フ
ァイバ８ａを経由して光回路部６に導入される。光回路
部６内部で反射され、分岐された光は、他のガイド光フ
ァイバ８（８ｂ〜ｈ）の全てに分配されて、それぞれ光
入出力部３（３ｂ〜ｈ）から出力される。

【００２０】こうして、任意の一つの光入出力部３から
光信号分配装置１に入力した光信号が、全ての他の光入
出力部３に分配して出力できるようになっている。

【００２１】次に、本発明の光信号分配装置の光回路に
ついて説明する。

【００２２】図３は、８本の光ファイバを接続できるよ
うにした本発明の光信号分配装置の光回路を模式的に示
した平面図である。

【００２３】光回路２０は、境界線２５、２６を境にし
て周辺部２４より相体的に屈折率が高くなっている主光
導波路である２１と、境界線３０〜境界線４５を境にし
て同じく周辺部２４より屈折率が高くなっている分岐光
導波路２２（２２ａ〜ｈ）と、合流部（分岐部）２３と
からなり、８本の分岐光導波路２２（２２ａ〜ｈ）が合
流部（分岐部）２３で一括合流されて１本の主光導波路
２１となった構造である。

【００２４】主光導波路２１の端部５０には前記反射板
が接続され、分岐光導波路２２のそれぞれの端部５１
（５１ａ〜ｈ）には前記ガイド光ファイバが接続され
る。

【００２５】ガイド光ファイバの一つから対応する分岐
光導波路２２に入射した光は、合流部（分岐部）２３、
主光導波路２１を伝搬して反射板に達し、反射板の反射
面で反射されて方向が変わった光信号が再び主光導波路
２１を伝搬して合流部（分岐部）２３において分岐光導
波路２２（２２ａ〜ｈ）の各々に分岐され、対応したガ
イド光ファイバにそれぞれ結合される。

【００２６】図４は、本発明の光信号分配装置の光回路
ブロック５の構造を模式的に示した斜視図である。

【００２７】前記の光回路を形成した基板２０が補強基
板６０の内部に挿入されて固定され、光回路ブロック５
を構成している。光回路ブロックの両端面６１、６２は
基板２０ともども研磨されて、端面６１には前記光回路
の分岐光導波路の端部５１（５１ａ〜ｈ）が露呈され、
それぞれに前記光ファイバアレイ部の光ファイバ端面が
接続されている。また、端面６２には前記光回路の主光
導波路端部が露呈されて前記反射板４が接続されてい
る。

【００２８】こうして、光回路を形成した基板２０は補
強基板６０の上下面６３により上下面が保護され、光フ
ァイバアレイ部と反射板とにより左右面が覆われてい
る。

【００２９】図５は、本発明の光信号分配装置の光ファ
イバアレイ部７の構造を模式的に示した斜視図である。

【００３０】ガイド光ファイバ８（８ａ〜ｈ）の一端が
基板６５の内部に配列・固定され、他端が基板外部に導
出されている。光ファイバアレイ部７の端面６６はガイ
ド光ファイバ８ともども研磨されてガイド光ファイバ端
部６８（６８ａ〜ｈ）が露呈され、前述したように、分
岐光導波路端部とガイド光ファイバ端部とが光軸を合わ
せて接続される。

【００３１】図６は、光回路部と光ファイバアレイ部と
を収納した保護収納部９の内部を模式的に示した平面図
である。

【００３２】収納ケース７０の内部に光回路部６と光フ
ァイバアレイ部７とが配置され、ガイド光ファイバ８は
収納ケース７０の側面から収納ケースの外部に導出され
ている。収納ケース７０の内部には封止樹脂７１が充填
されている。封止樹脂７１は光回路部６と光ファイバア
レイ部７を収納ケース７０内部に固定するとともに、二
つの接続面、即ち、光回路ブロックと光ファイバアレイ
部の接続面、光回路ブロックと反射板との接続面を外気
と遮断している。

【００３３】本発明の光信号分配装置は、複数の独立し
た分岐光導波路のそれぞれに１本のガイド光ファイバを
接続した構成であって、ガイド光ファイバの寸法（コア
径）に合わせて分岐光導波路の幅や厚さを最適化するこ
とによって、分岐光導波路とガイド光ファイバとの結合
損失を最小にすることができ、ミキシングロッドを使用
した従来の光信号分配装置と比べて格段に低損失となっ
た。

【００３４】分岐光導波路と光ファイバとの結合損失を
低減する具体的な方法としては、例えば、断面が矩形の
光導波路の場合について、本願発明者らが特開平３ー１
５６４０７において開示したように、ガイド光ファイバ
のコア径の８０％程度になるように分岐光導波路の厚さ
と幅を設計・製作すればよい。

【００３５】なお、本発明において、光回路の光導波路
の開口数（ＮＡ）は、使用するガイド光ファイバのＮＡ
にほぼ等しくなるように製作して、分岐光導波路とガイ
ド光ファイバとのＮＡの不一致による結合損失を最小に
したことは勿論である。

【００３６】こうして、本発明の光信号分配装置は、ミ
キシングロッドの場合のように光ファイバ同士の配列し
た隙間や光ファイバのクラッドからの漏洩が極めて小さ
く、かつ低損失な光信号分配装置となった。

【００３７】また、図３に示した本発明の光回路２０に
おいて、分岐光導波路２２（２２ａ〜ｈ）と主光導波路
２１との合流部（分岐部）２３の構造や寸法精度は、本
発明の光信号分配装置の光学的性能を決定する重要な因
子の一つである。

【００３８】分岐光導波路２２（２２ａ〜ｈ）の各々に
分岐される光強度は合流部（分岐部）２３での分岐光導
波路幅にほぼ比例するため、本発明においては、合流部
（分岐部）２３における各々の分岐光導波路幅Ｙを同一
にすることにより、合流部（分岐部）２３にて分岐され
る反射光の光強度を、分岐光導波路２２（２２ａ〜ｈ）
各々に対してほぼ均等に分配することが可能であった。

【００３９】また、合流部（分岐部）２３では、各々の
分岐光導波路の間に隙間があると反射光が隙間から漏洩
して損失となるため、各々の分岐光導波路の幅Ｙの和と
主光導波路の幅とが一致するように、換言すれば、分岐
光導波路の各々は合流部（分岐部）で隙間が生じないよ
うに製作されねばならない。

【００４０】本発明の光回路の主光導波路２１は２本の
並行な直線を境界線とした一様な幅の直線光導波路であ
る。また、分岐光導波路２２（２２ａ〜ｈ）の各々は一
様な幅であればよく、二つの直線光導波路を連結して構
成する方法や、例えば、二つの円弧を連結して分岐光導
波路の境界線を形成した曲線光導波路で構成してもよ
い。

【００４１】なお、分岐光導波路の端部における間隔
（配列ピッチ）については、ガイド光ファイバの配列ピ
ッチと分岐光導波路の配列ピッチとがほぼ等しくなるよ
うに設計製作すると、ガイド光ファイバと分岐光導波路
とが一括で光軸を合わせて接続できる利点がある。

【００４２】本発明の光信号分配装置は、光回路基板、
反射板、及び光ファイバアレイ部と光回路ブロックとの
接続部が外気と遮断された構造である。従って、化学プ
ラントなどが設置されている粉塵、有機物質、腐食性ガ
スなどが多い環境下でも光学性能の低下や劣化を防止で
き、温度や湿度などの外気の変化に対して長期的に安定
した光学的性能が発揮できるようになっている。

【００４３】また、光回路部とガイド光ファイバとが接
続されて一体となっており、補強基板や封止樹脂、収納
ケースや筐体などによって固定・補強された本発明の光
信号分配装置は、振動や衝撃などの機械的応力にも強い
という利点がある。さらに、光回路基板部や接続部が外
部からの応力を直接受けない構造となっており、敷設時
や稼働中において損傷を受けにくい。同時にまた、筐体
２の外部から光ファイバ伝送路１０が簡単に接続できる
ために現場敷設が容易である。

【００４４】（実施例３）ところで、本発明の、Ｎ本の
複数の独立した分岐光導波路を１本の主光導波路に一括
合流させた構造の光回路を使用した前記の光信号分配装
置においても、分岐本数Ｎが極端に増加する（例えば１
６分岐以上）と挿入損失のバラツキが大きくなる、即
ち、分岐比が悪化するという問題点があった。

【００４５】バラツキが大きくなる要因は、主に、Ｎ本
のガイド光ファイバから入光し、他の（Ｎ−１）本のガ
イド光ファイバで受光した時のＮ×（Ｎー１）通りの挿
入損失の内、一般に外側に位置する分岐光導波路に接続
したガイド光ファイバでの挿入損失が特に高くなること
にあった。これは、主光導波路を伝搬する反射光が、図
８に示すように中央部で強く、周辺部で弱い強度分布を
有することによるものである。この問題を解決する方法
として、主光導波路長を長くすることにより強度分布を
改善する方法も考えられたが、光導波路材料のもつ光吸
収特性により光導波路長が長くなると全体的に損失が増
大してしまい、高い分岐精度と低損失とを同時に達成す
るには至らなかった。

【００４６】本願発明者らは前記の光信号分配装置の分
配比を改善する手段を鋭意検討する中で、目的とする分
岐数を越える本数の分岐光導波路を有する光回路を用い
て、外側に位置する分岐光導波路はダミーとして、中央
部の分岐光導波路にのみガイド光ファイバを接続する方
法によって、光信号分配装置の損失（過剰損失）を大幅
に損なうことなく高精度な信号分配が可能になることを
見いだした。

【００４７】ダミー分岐光導波路に分配される光は損失
となる。従って、光信号分配装置の過剰損失が不必要に
低下しない範囲で、前記ダミーの効果を生かせる条件に
ついて検討を重ねた結果、（Ｎ＋２ｎ）本の（ｎは自然
数）複数の独立した分岐光導波路が１本の主光導波路に
一括合流した構造の光回路において、前記（Ｎ＋２ｎ）
本の複数の独立した分岐光導波路の内、両外側に位置す
る２ｎ本をダミーとして、中央のＮ本の前記分岐光導波
路のそれぞれに、前記ガイド光ファイバを１本ずつ接続
して光信号分配装置を構成することによって分岐比の改
善を図ることができた。

【００４８】なお、本発明のダミーを利用する方法にお
いて、（Ｎ＋２ｎ）本の分岐光導波路幅は、内側のＮ本
が互いに等しければよく、ダミーと内側のＮ本とは同一
幅でなくてもよい。

【００４９】また、ダミーの幅、および本数２ｎは、光
信号分配装置の分岐本数Ｎに応じて、分岐比と過剰損失
の関係から最適な幅、および本数を選択すればよい。

【００５０】（実施例４）また、本願発明者らは、前記
挿入損失のバラツキを低減するための他の方法を検討す
る中で、分岐光導波路幅にテーパを付与することによっ
ても、前記ダミー光導波路の場合と同様の効果があるこ
とを見いだした。具体的には、前記図２に示した光回路
２０において、分岐光導波路２２が端部５１から主光導
波路２１の方向に向かって幅が狭くなるようにテーパを
付与することによって挿入損失のバラツキを低減でき
た。

【００５１】さらに検討を重ねた結果、分岐光導波路端
部５１における幅Ｘ、分岐光導波路の主導波路との合流
点２３における幅Ｙの比、Ｙ／Ｘが、０．３≦Ｙ／Ｘ＜
１の範囲になるように設定することによって、全体的に
挿入損失を下げることができ、且つ、分岐比を改善でき
た。なお、最も好ましい特性バランスが得られたのは、
０．４≦Ｙ／Ｘ≦０．８の範囲であった。

【００５２】これまで、透過型の光信号分配装置におい
て、分岐光導波路にテーパを付与して分岐比を改善する
方法に関しては、本願発明者らが特開平３ー１３８６０
６において開示している。しかしながら、平面光導波路
からなる光回路と反射板を使用した反射型の多分岐光信
号分配装置において、分岐光導波路にテーパを付与した
時の効果については知られていなかった。

【００５３】本発明の、分岐光導波路に端部から主光導
波路の方向に向かって光導波路幅が狭くなるようにテー
パを付与する方法は、前述したダミー分岐光導波路を設
ける方法と併用して適用することができる。

【００５４】（測定例）以下、本発明の実施例における
光信号分配装置の性能測定例を示して、その効果を更に
具体的に，かつ詳細に説明する。

【００５５】（測定例１）［光回路の製作］コア径が１００ミクロン、クラッド径
が１４０ミクロン、ＮＡが０．２６のグレーデッド光フ
ァイバを使用した８分岐の光信号分配装置を製作する目
的で、表１の寸法を有する８分岐の光回路を、マトリク
スポリマーとして屈折率が１．５９のビスフェノールＺ
ポリカーボネートを用い、光反応性モノマーとしてトリ
フルオロエチルアクリレートを使用して前記選択光重合
法により製作した。

【００５６】［光回路部の製作］この光回路フィルム
を、屈折率１．５７の紫外線硬化型の接着剤を用いて２
枚のガラス基板で挟着した後、両端を研磨して、一端面
には主光導波路、他端面には分岐光導波路を導出させ、
主光導波路の導出面に、誘電体多層膜で反射面を形成し
た反射板を透明接着剤により接着して本発明の光回路部
を製作した。

【００５７】［光ファイバアレイ部の製作］８本の光フ
ァイバの先端の被覆を除去してクラッドを露出させ、２
枚のガラス板で構成した光ファイバアレイ基板の内部に
密着配列して接着剤で固定し、端部を研磨してガイド光
ファイバ端面を露呈させた光ファイバアレイ部を製作し
た。［光回路部と光ファイバアレイ部の接続］光回路部の分
岐光導波路を導出させた面と、光ファイバアレイ部のガ
イド光ファイバ露呈面とを精密光学台上で操作して分岐
光導波路とガイド光ファイバとの光軸を合わせて光学接
着剤で接続した。

【００５８】［封止］光回路部と光ファイバアレイ部と
の接続体を、一端部にガイド光ファイバの導出孔を有す
る金属製のケース内に配置し、ガイド光ファイバを導出
させて、内部にシリコーン樹脂を充填し、硬化してケー
ス内に固定した。

【００５９】［測定］ガイド光ファイバのそれぞれに光
コネクタを取り付けて、その一つを波長０．８５μｍの
ＬＥＤ光源に接続して発光させ、他のガイド光ファイバ
を受光器に連結して、出射光強度を測定した。入射位置
を変えて同様の測定を行って８×（８ー１）＝５６通り
の挿入損失を測定し、分岐比、過剰損失を算出して表２
の結果を得た。

【００６０】（測定例２）コア径が１００ミクロン、ク
ラッド径が１４０ミクロン、ＮＡが０．２６のグレーデ
ッド光ファイバを使用した１６分岐の光信号分配装置を
製作する目的で、表１の寸法を有する１６分岐の光回路
からなる光信号分配装置を測定例１と同様にして製作し
た。測定例１と同様の方法を用いて、２４０通りの挿入
損失を測定し、分岐比、過剰損失を算出して表２の結果
を得た。

【００６１】（測定例３）コア径が１００ミクロン、ク
ラッド径が１４０ミクロン、ＮＡが０．２６のグレーデ
ッド光ファイバを使用した１６分岐の光信号分配装置を
製作する目的で、表１の寸法のダミーを有する１８分岐
の光回路からなる光信号分配装置を測定例１と同様にし
て製作した。１８本のガイド光ファイバの両端の１本ず
つを除き、測定例１と同様の方法を用いて、２４０通り
の挿入損失を測定し、分岐比、過剰損失を算出して表２
の結果を得た。

【００６２】（測定例４〜１１）分岐光導波路にテーパ
を付与した表１の寸法を有した１６分岐の光回路を用
い、測定例１と同様に光信号分配装置を製作した。同様
に２４０通りの挿入損失を測定し、分岐比、過剰損失を
算出して表２の結果を得た。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】（実施例５）本発明の光信号分配装置に用
いる光導波路からなる光回路は、光導波路の材料や製造
方法に関して何等限定されるものではない。本発明の光
信号分配装置の光回路としては、例えば選択光重合法に
よる高分子光導波路（特公昭５６ー３５２２）、イオン
交換法によるガラス光導波路（伊沢ら、応用物理、４
２、３８（１９７３））などを適用することにより目的
とする光回路を得ることができる。

【００６６】特に、光反応性モノマーを含む高分子フィ
ルムに、回路パターンを形成したホトマスクを通して光
照射して光回路を形成する前記選択光重合法（図９参
照）は、特開平０３ー１５６４０７で具体的な製作方法
が開示されているように、光反応性モノマーの種類や濃
度を調節することによって光ファイバの開口数（ＮＡ）
や寸法に合わせた最適な高分子光回路を容易に製造でき
る特徴を有し、安価な製造装置で、精密に製作されたホ
トマスクの光回路パターンが高精度に、かつ、良好な収
率で高分子フィルムに転写できる利点がある。

【００６７】これらの点から、本発明の目的の一つであ
る安価に光信号分配装置を提供するための光回路の製造
方法として、前記選択光重合法は最適であった。

【００６８】（実施例６）本発明の光信号分配装置の反
射面としては、平滑な基板に誘電体多層膜、又は金蒸着
膜、又はアルミ蒸着膜を形成した反射板を用いることに
より、反射率が高い良質の反射面が容易に得られた。ま
た、光回路基板と反射面との接続角度θは反射光を効率
良く主光導波路に入れるための重要な要素であって直角
に近い程効率が上がり、且つ反射光が光導波路内に均一
に分布する。

【００６９】なお、別法として、反射板を用いる代わり
に、主光導波路端面に直接反射面を形成してもよい。

【００７０】（実施例７）第７図は本発明の光信号分配
装置の光入出力部の構成を例示した平面図である。

【００７１】第７図（Ａ）は、レセプタクルを光入出力
部とした場合を示す。ガイド光ファイバ８（８ａ〜ｈ）
のそれぞれの先端に取り付けたコネクタ８０（８０ａ〜
ｈ）と、光ファイバ伝送路１０（１０ａ〜ｈ）の先端に
取り付けたコネクタ８１（８１ａ〜ｈ）とが、それぞれ
のレセプタクル内部で接続されるようになっている。コ
ネクタをレセプタクルに挿入するだけで光ファイバ同士
が低損失で接続できる利点がある。

【００７２】（実施例８）第７図（Ｂ）は、対応する光
ファイバ伝送路とガイド光ファイバをそれぞれ融着によ
り接続し、保護管で保持して光入出力部を構成した場合
を示している。この方式は、レセプタクル方式よりも接
続損失を一層低減できるとともに、接続部にゴミなどの
挟雑物が付着して損失が増加したり信号伝送が不能にな
るなどのトラブルが生じにくい利点がある。

【００７３】以上の説明では、分岐本数Ｎの反射型光信
号分配装置における光損失、および分岐精度を示す用語
を以下のように用いる。

【００７４】強度Ｉ0の光が反射型光信号分配装置のｍ
番目のポートから入射し、反射板にて反射してｍ番目以
外の（Ｎ−１）個の各ポートに分岐され、ｎ番目のポー
トから強度Ｉnで出射される時、各出射ポートにおける
挿入損失ＩＬmnを次式（１）で定義する。

【００７５】ＩＬmn（ｄＢ）＝ー１０×ｌｏｇ（Ｉn／Ｉ0）（１）また、ｍ番目のポートから強度Ｉ0の光が入射した場合
の過剰損失ＩＬmを（２）式で定義する。

【００７６】［最大挿入損失］とは、（１）式にて求めたＮ×（Ｎー
１）通りの挿入損失中の最大値とする。

【００７７】［分岐比］とは、Ｎ×（Ｎー１）通りの挿
入損失中の最大値と最小値との差を示している。

【００７８】［過剰損失］とは、１番目からＮ番目の各
ポートに入射した場合のＮ個の過剰損失値の平均値を示
している。

【００７９】

【発明の効果】本発明の光信号分配装置は、損失や分岐
比などの光学性能に優れるとともに、耐環境特性や機械
的強度においても高い信頼性を有し、しかも安価である
ことからフィールド計装システム用として最適なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型光信号分配装置の基本構成を示
した模式図である。

【図２】８分岐の光信号分配装置を示した全体構成図で
ある。

【図３】８分岐の光回路を模式的に示した平面図であ
る。

【図４】光回路部を模式的に示した斜視図である。

【図５】光ファイバアレイ部を模式的に示した斜視図で
ある。

【図６】保護収納部を模式的に示した平面図である。

【図７】光入出力部の構造を模式的に示した平面図であ
る。

【図８】主光導波路における反射光強度分布を示すグラ
フである。

【図９】選択光重合法による高分子光導波路の製造方法
を示す図である。

【図１０】ミキシングロッドを用いた反射型光スターカ
プラを利用した従来のフィールド計装システムの全体構
成を示した図である。

【図１１】ミキシングロッドと光ファイバの結合状態を
示した断面図である。

【符号の説明】

１光信号分配装置２筐体３光入出力部４反射面または反射板５光回路または光回路ブロック６光回路部７光ファイバアレイ部８ガイド光ファイバ９保護収納部１０光ファイバ伝送路１１筐体の側面１２筐体の底面２０８分岐光回路２１主光導波路２２分岐光導波路２３合流部（分岐部）２４光回路のクラッド２５、２６主光導波路の境界線３０〜４５分岐光導波路の境界線５０主光導波路の端部５１分岐光導波路の端部６０光回路ブロックの基板６１、６２光回路ブロックの基板端面６３光回路ブロックの基板上面または下面６５光ファイバアレイ部の基板６６光ファイバアレイ部の基板端面６７光ファイバアレイ部の基板上面６８ガイド光ファイバの端面７０保護収納部のケース７１封止樹脂７２光ファイバのコア７３光ファイバのクラッド８０、８１コネクタ８２保護管９０コントローラ９３、９４光ファイバ９６ミキシングロッド９７反射型光スターカプラ（光信号分配装置）９８ミキシングロッド中の光ファイバの隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有井光三東京都千代田区丸の内二丁目５番２号三菱瓦斯化学株式会社内 (72)発明者陣内邦昭東京都千代田区丸の内二丁目５番２号三菱瓦斯化学株式会社内 (72)発明者辻伸彦神奈川県川崎市川崎区田辺新町１番１号株式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者小林毅神奈川県川崎市川崎区田辺新町１番１号株式会社富士電機総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号の入出力兼用の端子である複数の
光入出力部と、光信号を反射して分岐する光回路部と、
前記複数の光入出力部と光回路部とを連結した複数のガ
イド光ファイバとを筐体内に収納し、任意の一つの光入
出力部から入力した光信号が、全ての他の光入出力部に
ほぼ均等に分配して出力できるようにした反射型の光信
号分配装置であって、前記光回路部は、複数の独立した
分岐光導波路が１本の主光導波路に一括合流した構造の
光回路を用いており、前記光回路の主光導波路の端部に
反射面を形成し、前記光回路の複数の独立した分岐光導
波路のそれぞれにガイド光ファイバを接続して構成した
ことを特徴とする光信号分配装置。
【請求項２】複数の光入出力部と、光回路部と、複数
のガイド光ファイバとを筐体内に収納した光信号分配装
置であって、前記複数の光入出力部は前記筐体の側面に
固定し、前記光回路部は、基板内に形成された平面光導
波路からなる光回路を補強基板で補強してなる光回路ブ
ロックと、前記光回路ブロックの一方の端面に形成した
反射面とからなり、前記複数のガイド光ファイバは、片
端を基板内に配列・固定して光ファイバアレイ部とし前
記光回路ブロックと接続して一体化し、他端を光ファイ
バアレイ部の外部に導出して前記複数の光入出力部と１
本ずつ連結しており、前記一体化した光回路部と前記光
ファイバアレイ部とは、収納ケースの内部に配置しガイ
ド光ファイバを収納ケース外に導出して、収納ケースの
内部に封止樹脂を充填し固定して保護収納部となし、前
記保護収納部を前記筐体内に固定しており、前記複数の
独立した分岐光導波路のピッチと、前記光ファイバアレ
イ部の複数のガイド光ファイバの配列ピッチとが等しく
なるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の
光信号分配装置。
【請求項３】光回路は、（Ｎ＋２ｎ）本の（ｎは自然
数）複数の独立した分岐光導波路が１本の主光導波路に
一括合流した構造であり、前記（Ｎ＋２ｎ）本の複数の
独立した分岐光導波路の内、両外側に位置する２ｎ本を
除いた中央のＮ本の前記分岐光導波路のそれぞれに、前
記ガイド光ファイバを１本ずつ接続して構成したことを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の光信号分配
装置。
【請求項４】各々の分岐光導波路は、端部から主光導
波路の方向に向かって光導波路幅が狭くなるようにテー
パを付与した光回路を用いており、各々の分岐光導波路
幅が次式の関係式０．３≦Ｙ／Ｘ＜１［但し、Ｘは端部における分岐光導波路幅、Ｙは主導波
路との合流点における分岐光導波路幅］を満足するよう
にテーパを付与したことを特徴とする請求項１ないし請
求項３のいずれか一項に記載の光信号分配装置。
【請求項５】信号分岐部の光回路は、光反応性モノマ
ーを含む高分子フィルムに、光回路パターンを形成した
ホトマスクを通して光照射して形成したことを特徴とす
る請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の光信
号分配装置。
【請求項６】反射面は平滑な基板表面に誘電体多層
膜、又は金蒸着膜、又はアルミ蒸着膜を形成したことを
特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記
載の光信号分配装置。
【請求項７】光入出力部は光レセプタクルであって、
ガイド光ファイバの先端に取り付けた光コネクタと外部
の光ファイバ伝送路の先端に取り付けた光コネクタと
が、前記光レセプタクル内部で接続できるようにしたこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項
に記載の光信号分配装置。
【請求項８】光入出力部は、ガイド光ファイバの先端
部と外部の光ファイバ伝送路の先端とを融着接続し、融
着部を保護管で保護して構成したことを特徴とする請求
項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光信号分配
装置。