JPH1039181A - 光送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光出力の効率を向上させることによって、高
信頼性の確保を可能とする。 【解決手段】 レーザダイオード２５より出射された第
１の光信号Ｌ₁ は、プリズム２３の斜面上のミラー面２
３ａで、光量のほとんどが反射され、レンズ２７によっ
て集光されて光ファイバ１の端面に入射する。光ファイ
バ１の端面より出射された第２の光信号Ｌ₂ は、レンズ
２７によって集光されて、大部分がプリズム２３の斜面
上の透過面２３ｂを透過してフォトダイオード２２に入
射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た一芯双方向光通信回線に用いられる光送受信装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた双方向光通信の方式
として、１本の光ファイバを用いて双方向の光信号の伝
送を行う一芯双方向光通信回線方式がある。一芯双方向
光通信回線では、２つの光送受信装置間が１本の光ファ
イバで接続される。一芯双方向光通信回線における光送
受信装置としては、図１２および図１３に示すようなも
のが考えられている。図１２は光送受信装置の一例の要
部を示す側面図、図１３は図１２に示した光送受信装置
の要部の斜視図である。この光送受信装置は、例えばシ
リコン半導体やガリウムヒ素半導体からなり、上面部に
受光素子としてのフォトダイオード１０２が形成された
半導体基板１０１と、この半導体基板１０１上に接合さ
れたプリズム１０３と、半導体基板１０１上に接合され
た直方体形状の半導体素子１０４と、この半導体素子１
０４上に接合された発光素子としてのレーザダイオード
１０５と、レーザダイオード１０５から出射され、他の
光送受信装置に対して送信するための第１の光信号Ｌ₁
を、通信回線となる光ファイバ１０６の端面に入射させ
ると共に、光ファイバ１０６を介して他の光送受信装置
から送られ、光ファイバ１０６の端面より出射される第
２の光信号Ｌ₂ を集光してフォトダイオード１０２に導
くためのレンズ１０７とを備えている。

【０００３】プリズム１０３は、半導体基板１０１上に
おいて、フォトダイオード１０２の上に配置されてい
る。半導体素子１０４は、プリズム１０３の側方に配置
され、レーザダイオード１０５は、プリズム１０３側に
向けて第１の光信号Ｌ₁ を出射するように配置されてい
る。プリズム１０３は、レーザダイオード１０５に対向
する側に、例えば半導体基板１０１の上面に対して４５
°をなす斜面が形成され、この斜面にハーフミラー面１
０３ａが形成されている。なお、光ファイバ１０６とし
ては、例えば大口径のプラスチック光ファイバが用いら
れる。

【０００４】このように構成された光送受信装置では、
図示しない駆動回路によってレーザダイオード１０５が
駆動されて、このレーザダイオード１０５より第１の光
信号Ｌ₁ が出射される。この第１の光信号Ｌ₁ は、例え
ば開口数０．１でプリズム１０３のハーフミラー面１０
３ａに入射し、ここで例えば光量の略５０％が反射さ
れ、レンズ１０７に入射する。この第１光信号Ｌ₁ は、
レンズ１０７で集光され、例えば開口数０．１で光ファ
イバ１０６に入射する。なお、レーザダイオード１０５
から出射する際の第１の光信号Ｌ₁ の開口数は、レーザ
ダイオード１０５によって決まる。

【０００５】一方、光ファイバ１０６を介して他の光送
受信装置から送られてきた第２の光信号Ｌ₂ は、例えば
開口数０．３で光ファイバ１０６より出射される。この
第２の光信号Ｌ₂ は、レンズ１０７で例えば開口数０．
３となるように集光され、プリズム１０３のハーフミラ
ー面１０３ａに入射し、例えば光量の略５０％が透過し
て、フォトダイオード１０２に入射し、このフォトダイ
オード１０２によって電気信号に変換される。なお、光
ファイバ１０６から出射する際の第２の光信号Ｌ₂ の開
口数は、光ファイバ１０６によって決まる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
および図１３に示した光送受信装置では、ハーフミラー
面１０３ａにおいて、第１の光信号Ｌ₁ ，第２の光信号
Ｌ₂ それぞれについて光量が略５０％ずつ損失するた
め、光送受信装置における光出力の効率が悪いという問
題点がある。

【０００７】また、第１の光信号Ｌ₁ に関しては、レー
ザダイオードは発光量が大きいほど動作寿命が短くなる
ため、単にレーザダイオード１０５の発光量を倍加して
第１の光信号Ｌ₁ の光量の損失を補うようにすると、レ
ーザダイオード１０５の信頼性が低下してしまうという
問題点がある。

【０００８】また、第２の光信号Ｌ₂ に関しては、フォ
トダイオードは光感度が大きいほど動作速度が遅くなる
ため、単にフォトダイオード１０２の光感度を倍加して
第２の光信号Ｌ₂ の光量の損失を補うようにすると、フ
ォトダイオード１０２の信頼性が低下してしまうという
問題点がある。

【０００９】また、光ファイバ１０６による通信回線に
関しては、光信号の光量の損失により、光信号の伝送可
能距離が短小化するので、光信号の伝送距離の保証を含
む高信頼性の確保が困難になるという問題点がある。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、光出力の効率を向上させることによ
って、高信頼性の確保を可能とした光送受信装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光送受信装置
は、一芯双方向光通信回線における通信回線となる光フ
ァイバに接続され、送信する第１の光信号を光ファイバ
に入射させると共に光ファイバを介して送られてくる第
２の光信号を受信する光送受信装置であって、第１の光
信号を出射するための発光素子と、第２の光信号を受光
するための受光素子と、発光素子より出射される第１の
光信号を集光して光ファイバの端面に入射させ且つ光フ
ァイバの端面より出射される第２の光信号を集光して受
光素子に導く光学系とを備え、光学系が、発光素子より
出射される第１の光信号の光路と受光素子に入射する第
２の光信号の光路とを分離すると共に、主に第１の光信
号が入射し、他の領域に比べて第１の光信号に対する通
過率が大きい第１の領域と、主に第２の光信号が入射
し、他の領域に比べて第２の光信号に対する通過率が大
きい第２の領域とを有する分離手段を含むものである。

【００１２】この光送受信装置では、発光素子より出射
された第１の光信号は、光学系によって集光されて光フ
ァイバの端面に入射する。また、光ファイバを介して送
られてくる第２の光信号は、光学系によって集光されて
受光素子に導かれ、受光素子によって受光される。ここ
で、光学系内の分離手段は、発光素子より出射される第
１の光信号の光路と受光素子に入射する第２の光信号の
光路とを分離すると共に、主に第１の光信号が入射し、
他の領域に比べて第１の光信号に対する通過率が大きい
第１の領域と、主に第２の光信号が入射し、他の領域に
比べて第２の光信号に対する通過率が大きい第２の領域
とを有するので、第１の光信号は第１の領域を通過する
ことで光量の損失が抑えられ、第２の光信号は第２の領
域を通過することで光量の損失が抑えられる。なお、本
発明において、通過とは反射，透過，屈折，回折等のい
ずれの場合をも含む。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１
の実施の形態に係る光送受信装置の構成を示す断面図、
図２は図１に示した光送受信装置の要部の斜視図であ
る。本実施の形態に係る光送受信装置は、大口径のプラ
スチックファイバを通信回線とした宅内・構内通信網等
に用いるのに好適なものである。この光送受信装置は、
ハウジング１１を備え、このハウジング１１にはコネク
タ部１２が設けられている。このコネクタ部１２には、
一芯双方向光通信回線における通信回線となる光ファイ
バ１の端部に設けられたコネクタ２が着脱自在に接続さ
れるようになっている。なお、光ファイバ１としては、
例えば大口径のプラスチック光ファイバが用いられる。

【００１４】ハウジング１１内には、例えばシリコン半
導体やガリウムヒ素半導体からなる半導体基板２１と、
この半導体基板２１の上面部に形成された受光素子とし
てのフォトダイオード２２と、半導体基板２１上に接合
された分離手段としてのプリズム２３と、半導体基板２
１上に接合された直方体形状の半導体素子２４と、この
半導体素子２４上に接合された発光素子としてのレーザ
ダイオード２５と、レーザダイオード２５から出射さ
れ、他の光送受信装置に対して送信するための第１の光
信号Ｌ₁ を光ファイバ１の端面に入射させると共に、光
ファイバ１を介して他の光送受信装置から送られ、光フ
ァイバ１の端面より出射される第２の光信号Ｌ₂ を集光
してフォトダイオード２２に導くためのレンズ２７とが
設けられている。レンズ２７は、第１の光信号Ｌ₁ およ
び第２の光信号Ｌ₂ と光ファイバ１とを最適に結合する
ようになっている。

【００１５】プリズム２３は、半導体基板２１上におい
て、フォトダイオード２２の上に配置されている。半導
体素子２４は、プリズム２３の側方に配置され、レーザ
ダイオード２５は、プリズム２３側に向けて第１の光信
号Ｌ₁ を出射するように配置されている。プリズム２３
は、レーザダイオード２５に対向する側に、例えば半導
体基板２１の上面に対して４５°をなす斜面が形成さ
れ、この斜面に、レーザダイオード２５より出射された
第１の光信号Ｌ₁ とレンズ２７通過後の第２の光信号Ｌ
₂ とが入射するようになっている。

【００１６】本実施の形態に係る光送受信装置は、プリ
ズム２３の斜面に対する入射時において第２の光信号Ｌ
₂ の光径は第１の光信号Ｌ₁ の光径よりも大きく、プリ
ズム２３の斜面上には、第１の光信号Ｌ₁ の入射位置
に、第１の光信号Ｌ₁ の入射光径に対応した大きさのミ
ラー面２３ａが設けられている。ミラー面２３ａは、入
射光量のほとんどを反射するようになっている。プリズ
ム２３の斜面上において、ミラー面２３ａ以外の部分
は、ミラー面２３ａの周囲に囲うように形成された透過
面２３ｂになっている。透過面２３ｂは、入射光量のほ
とんどを透過するようになっている。

【００１７】ハウジング１１内の上記各構成部材は、パ
ッケージ１３によって一体化されている。すなわち、半
導体基板２１はパッケージ１３内の底部に固着され、レ
ンズ２７はパッケージ１３の上面部に取り付けられてい
る。パッケージ１３は、ハウジング１１の内面に対して
固定されている。

【００１８】次に、本実施の形態に係る光送受信装置の
作用について説明する。レーザダイオード２５は、図示
しない駆動回路によって駆動されて、第１の光信号Ｌ₁
を出射する。この第１の光信号Ｌ₁ は、例えば開口数
０．１でプリズム２３のミラー面２３ａに入射し、ここ
で光量のほとんどが反射され、レンズ２７に入射する。
この第１光信号Ｌ₁ は、レンズ２７によって、例えば開
口数０．１で集光され、光ファイバ１の端面に入射す
る。なお、光ファイバ１の端面位置は、第１光信号Ｌ₁
の入射光径が光ファイバ１のコアの径を越えないように
設定される。また、レーザダイオード２５から出射する
際の第１の光信号Ｌ₁ の開口数は、レーザダイオード２
５によって決まる。

【００１９】一方、光ファイバ１を介して他の光送受信
装置から送られてきた第２の光信号Ｌ₂ は、例えば開口
数０．３で光ファイバ１の端面より出射される。この第
２の光信号Ｌ₂ は、レンズ２７によって例えば開口数
０．３で集光されて、プリズム２３の斜面に入射する。
このときの第２の光信号Ｌ₂ の光径は、プリズム２３の
斜面上のミラー面２３ａに比べて大きいので、第２の光
信号Ｌ₂ の一部（光束の中央部分）はミラー面２３ａに
よって反射されるが、大部分（光束の外側部分）は透過
面２３ｂを透過して、フォトダイオード２２に入射し、
このフォトダイオード２２によって電気信号に変換され
る。なお、光ファイバ１から出射する際の第２の光信号
Ｌ₂ の開口数は、光ファイバ１によって決まる。

【００２０】第１の光信号Ｌ₁ は、ミラー面２３ａでそ
の光量のほとんどが反射されて光ファイバ１に入射する
ので、第１の光信号Ｌ₁ のミラー面２３ａでの反射損失
を５％、光ファイバ１への結合損失を５％とすると、第
１の光信号Ｌ₁ は、その光量の９５％×９５％≒９０％
が光ファイバ１に入射することになる。

【００２１】一方、第１の光信号Ｌ₁ と第２の光信号Ｌ
₂ の開口数がそれぞれ上述の例の場合、プリズム２３の
斜面上における第１の光信号Ｌ₁ の開口面積と第２の光
信号Ｌ₂ の開口面積との比は、１：９（開口数の２乗
比）となるので、第２の光信号Ｌ₂ のうち、ミラー面２
３ａを回避する光量は、（９−１）／９≒８９％とな
る。第２の光信号Ｌ₂ は、光ファイバ１から拡散して、
プリズム２３の斜面中央のミラー面２３ａ外に面積比９
倍に開口して、プリズム２３の斜面に入射するので、第
２の光信号Ｌ₂ の光ファイバ１からの結合損失を５％、
プリズム２３の透過面２３ｂでの透過損失を５％とする
と、第２の光信号Ｌ₂ は、その光量の９５％×８９％×
９５％≒８０％がフォトダイオード２２に入射すること
になる。

【００２２】このように、本実施の形態に係る光送受信
装置によれば、第１の光信号Ｌ₁ の光量の損失を略１０
％以下に抑えることができると共に、第２の光信号Ｌ₂
の光量の損失を略２０％以下に抑えることができる。

【００２３】図１２および図１３に示した光送受信装置
では、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバへの入射および第
２の光信号Ｌ₂ のフォトダイオードへの入射は、共に最
大で５０％にしかならない。従って、図１２および図１
３に示した光送受信装置と比較すると、本実施の形態に
係る光送受信装置では、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバ
１への入射光量は約１．８倍、第２の光信号Ｌ₂ のフォ
トダイオード２２への入射光量は約１．６倍となる。

【００２４】以上説明したように、本実施の形態に係る
光送受信装置によれば、装置内における第１の光信号Ｌ
₁ の光量の損失を最小とし、且つ第２の光信号Ｌ₂ の光
量の損失も抑えることができ、第１の光信号Ｌ₁ の光フ
ァイバ１への入射光量を最大とし、且つ第２の光信号Ｌ
₂ のフォトダイオード２２への入射光量を増大すること
ができる。

【００２５】特に、本実施の形態に係る光送受信装置に
よれば、レーザダイオード２５から光ファイバ１への第
１の光信号Ｌ₁ の入射光量を、図１２および図１３に示
した光送受信装置と比べて約２倍に増大することができ
るので、レーザダイオード２５の発光量に対する負担が
軽減され、信頼性の確保が容易になる。また、光ファイ
バ１からフォトダイオード２２への第２の光信号Ｌ₂ の
入射光量も増大することができるので、フォトダイオー
ド２２の光感度に対する負担が軽減され、信頼性の確保
が容易になる。以上のことから、本実施の形態に係る光
送受信装置によれば、装置自体の光出力の高効率化が容
易になり、光送受信装置の高信頼性の確保が容易にな
る。更に、光ファイバ１による通信回線に関しては、光
信号の伝送可能距離が長大化するので、光信号の伝送距
離の保証を含む一芯双方向光通信回線における高信頼性
の確保が容易になる。

【００２６】図３は、本実施の形態に係る光送受信装置
の第１の変形例における要部を示す説明図である。図１
および図２に示した光送受信装置では、１枚の半導体基
板２１上にフォトダイオード２２，プリズム２３および
レーザダイオード２５を集積して、装置の小型化を図っ
ているが、これらの構成部材は、互いに分離されていて
も良い。図３に示した第１の変形例は、プリズム２３の
代わりにプレートガラス３１を設けると共に、フォトダ
イオード２２，レーザダイオード２５およびプレートガ
ラス３１を一体化せずに分離して設けた例である。な
お、フォトダイオード２２，レーザダイオード２５およ
びプレートガラス３１の位置関係は、図１におけるフォ
トダイオード２２，レーザダイオード２５およびプリズ
ム２３の斜面の位置関係と同様である。プレートガラス
３１上には、第１の光信号Ｌ₁ の入射位置に、第１の光
信号Ｌ₁ の入射光径に対応した大きさのミラー面３２が
設けられている。プレートガラス３１において、ミラー
面３２以外の部分は透過面となっている。この第１の変
形例における作用は、第１の実施の形態と同様である。

【００２７】図４は、本実施の形態に係る光送受信装置
の第２の変形例における要部を示す説明図である。この
第２の変形例は、第１の変形例におけるフォトダイオー
ド２２とレーザダイオード２５の位置を入れ替えた例で
ある。この第２の変形例では、プレートガラス３１上に
おいて、第１の光信号Ｌ₁ が入射する部分を除いてミラ
ー面３３が設けられ、第１の光信号Ｌ₁ が入射する部分
は透過面になっている。この第２の変形例では、レーザ
ダイオード２５から出射された第１の光信号Ｌ₁ は、プ
レートガラス３１における透過面を透過してレンズ２７
に入射し、第２の光信号Ｌ₂ は、その大部分（光束の外
側部分）がプレートガラス３１上のミラー面３３で反射
されてフォトダイオード２２に入射する。

【００２８】図５は本発明の第２の実施の形態に係る光
送受信装置の構成を示す断面図である。本実施の形態に
係る光送受信装置では、レンズ２７は、第１の光信号Ｌ
₁ を、光ファイバ１の端面の手前の所定位置で一旦収束
させた後、光ファイバ１の端面に入射させるようになっ
ている。更に、本実施の形態に係る光送受信装置では、
第１の光信号Ｌ₁ が収束される位置に配置され、第２の
光信号Ｌ₂ の見かけの出射位置を光ファイバ１の端面位
置よりもレンズ２７に対して遠ざけるレンズ２８が設け
られている。レンズ２８は、レンズ２７を囲うようにパ
ッケージ１３の上面部に固着されたレンズ支持枠１４に
よって支持されている。第２の光信号Ｌ₂ は、プリズム
２３の斜面近傍で収束するように、レンズ２８およびレ
ンズ２７により集光されるようになっている。また、レ
ンズ２７およびレンズ２８は、第１の光信号Ｌ₁ および
第２の光信号Ｌ₂ と光ファイバ１とを最適に結合するよ
うになっている。

【００２９】本実施の形態に係る光送受信装置では、プ
リズム２３の斜面に対する入射時において第１の光信号
Ｌ₁ の光径は第２の光信号Ｌ₂ の光径よりも大きく、プ
リズム２３の斜面上には、第２の光信号Ｌ₂ の入射位置
に、第２の光信号Ｌ₂ の入射光径に対応した大きさの透
過面２３ｃが形成されている。透過面２３ｃは、入射光
量のほとんどを透過するようになっている。プリズム２
３の斜面上における透過面２３ｃ以外の部分には、透過
面２３ｃの周囲を囲うようにミラー面２３ｄが設けられ
ている。ミラー面２３ｄは、入射光量のほとんどを反射
するようになっている。

【００３０】本実施の形態に係る光送受信装置では、レ
ーザダイオード２５より出射された第１の光信号Ｌ
₁ は、例えば開口数０．１でプリズム２３の斜面に入射
し、一部（光束の中央部分）は透過面２３ｃを透過する
が、大部分（光束の外側部分）はミラー面２３ｄによっ
て光量のほとんどが反射され、レンズ２７に入射する。
この第１光信号Ｌ₁ は、レンズ２７によって、例えば開
口数０．１で集光され、光ファイバ１の端面の手前の所
定位置、すなわちレンズ２８の中心位置で一旦収束した
後、光ファイバ１の端面に入射する。なお、光ファイバ
１の端面位置は、第１光信号Ｌ₁ の入射光径が光ファイ
バ１のコアの径を越えないように設定される。

【００３１】一方、光ファイバ１より出射された第２の
光信号Ｌ₂ は、まずレンズ２８によって集光され、更に
レンズ２７によってプリズム２３の斜面近傍で収束する
ように集光されて、プリズム２３の斜面に入射し、その
光量のほとんどが透過面２３ｃを透過して、フォトダイ
オード２２に入射し、このフォトダイオード２２によっ
て電気信号に変換される。

【００３２】ここで、第２の光信号Ｌ₂ が、レンズ２８
およびレンズ２７によって、プリズム２３の斜面近傍で
収束するように集光されることについて説明する。本実
施の形態に係る光送受信装置では、第１の光信号Ｌ₁ の
出射位置であるレーザダイオード２５の位置と、第１の
光信号Ｌ₁ の収束位置であるレンズ２８の位置は、レン
ズ２７に対して対象な位置関係にある。すなわち、レー
ザダイオード２５の位置をレンズ２７に対する物点、レ
ンズ２８の位置をレンズ２７に対する像点とすると、レ
ンズ２７の中心から物点までの距離とレンズ２７の中心
から像点までの距離は等しくなっている。従って、第１
の光信号Ｌ₁ のレンズ２７入射前後の開口数は、共に例
えば０．１であり、等しくなっている。一方、第２の光
信号Ｌ₂の出射位置である光ファイバ１の端面の位置
は、第１の光信号Ｌ₁ の収束位置であるレンズ２８の位
置よりもレンズ２７に対して若干遠くなっている。更
に、レンズ２８の作用により、第２の光信号Ｌ₂ の見か
けの出射位置は、光ファイバ１の端面位置よりもレンズ
２７に対して遠ざけられている。従って、第２の光信号
Ｌ₂ の見かけの出射位置をレンズ２７に対する物点、レ
ンズ２７通過後の第２の光信号Ｌ₂ の収束位置を像点と
すると、レンズ２７の中心から像点までの距離は、レン
ズ２７の中心から物点までの距離よりも短くなり、光フ
ァイバ１より開口数０．３で出射された第２の光信号Ｌ
₂ は、レンズ２７によって開口数０．３＋α（αは正の
数）で集光されることになる。ここで、αは、第２の光
信号Ｌ₂ の見かけの出射位置がレンズ２７に対して遠ざ
けられていることによる効果分である。その結果、プリ
ズム２３の斜面上における第２の光信号Ｌ₂ の光径は、
図７および図８に示した光送受信装置に比べて極めて小
さくなる。

【００３３】例えばα＝０．１５とし、プリズム２３の
斜面上における第１の光信号Ｌ₁ の開口面積と第２の光
信号Ｌ₂ の開口面積との比を、９：１とすると、第１の
光信号Ｌ₁ のうち、ミラー面２３ｄで反射される光量
は、（９−１）／９≒８９％となる。つまり、第１の光
信号Ｌ₁ は、レーザダイオード２５から拡散して、プリ
ズム２３の斜面中央の透過面２３ｃ外に面積比９倍に開
口して、ミラー面２３ｄに入射するので、ミラー面２３
ｄでの反射損失を５％とすると、第１の光信号Ｌ₁ は、
その光量の８９％×９５％≒８５％がミラー面２３ｄで
反射してレンズ２７に向かうことになる。更に、第１の
光信号Ｌ₁ は、レンズ２７で集光され、レンズ２８の中
心位置で収束してレンズ２８を通過するので、レンズ２
８の中心部分はほとんど平坦であるとみなすと、第１の
光信号Ｌ₁ は、そのままレンズ２８を通過することにな
り、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバ１への結合損失を５
％とすると、第１の光信号Ｌ₁ は、その光量の８５％×
９５％≒８０％が光ファイバ１に入射することになる。
なお、レンズ２８の中心部分を平坦に加工するか、レン
ズ２８の中心部分に微小な孔をあければ、レンズ２８の
第１の光信号Ｌ₁ に与える影響を完全を除去することが
できる。

【００３４】一方、第２の光信号Ｌ₂ は、光ファイバ１
から拡散して、レンズ２８に入射し、更にレンズ２７に
よって開口数０．４５で集光されて、プリズム２３の透
過面２３ｃへ入射するので、第２の光信号Ｌ₂ の光ファ
イバ１からの結合損失を５％、プリズム２３の透過面２
３ｃでの透過損失を５％とすると、第２の光信号Ｌ
₂は、その光量の９５％×９５％≒９０％がフォトダイ
オード２２に入射することになる。

【００３５】このように、本実施の形態に係る光送受信
装置によれば、第２の光信号Ｌ₂ の光量の損失を略１０
％以下に抑えることができると共に、第１の光信号Ｌ₁
の光量の損失を略２０％以下に抑えることができる。従
って、図１２および図１３に示した光送受信装置と比較
すると、本実施の形態に係る光送受信装置では、第２の
光信号Ｌ₂ のフォトダイオード２２への入射光量は約
１．８倍、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバ１への入射光
量は約１．６倍となる。

【００３６】以上説明したように、本実施の形態に係る
光送受信装置によれば、装置内における第２の光信号Ｌ
₂ の光量の損失を最小とし、且つ第１の光信号Ｌ₁ の光
量の損失も抑えることができ、第２の光信号Ｌ₂ のフォ
トダイオード２２への入射光量を最大とし、且つ第１の
光信号Ｌ₁ の光ファイバ１への入射光量を増大すること
ができる。

【００３７】特に、本実施の形態に係る光送受信装置に
よれば、光ファイバ１からフォトダイオード２２への第
２の光信号Ｌ₂ の入射光量を、図１２および図１３に示
した光送受信装置と比べて約２倍に増大することができ
るので、フォトダイオード２２の光感度に対する負担が
軽減され、信頼性の確保が容易になる。また、レーザダ
イオード２５から光ファイバ１への第１の光信号Ｌ₁ の
入射光量をも増大することができるので、レーザダイオ
ード２５の発光量に対する負担が軽減され、信頼性の確
保が容易になる。本実施の形態におけるその他の構成、
作用および効果は第１の実施の形態と同様である。

【００３８】なお、本実施の形態において、レンズ２８
を、第１の光信号Ｌ₁ の収束位置よりもレンズ２７側に
配置し、レンズ２７およびレンズ２８によって、第１の
光信号Ｌ₁ を光ファイバ１の端面の手前の所定位置で一
旦収束させた後、光ファイバ１の端面に入射させると共
に、レンズ２８によって第２の光信号Ｌ₂ の見かけの出
射位置を光ファイバ１の端面位置よりもレンズ２７に対
して遠ざけるようにして、第２の光信号Ｌ₂ がプリズム
２３の斜面近傍で収束するように構成しても良い。

【００３９】図７は、本実施の形態に係る光送受信装置
の第１の変形例における要部を示す説明図である。図５
および図６に示した光送受信装置では、１枚の半導体基
板２１上にフォトダイオード２２，プリズム２３および
レーザダイオード２５を集積して、装置の小型化を図っ
ているが、これらの構成部材は、互いに分離されていて
も良い。図７に示した第１の変形例は、プリズム２３の
代わりにプレートガラス３１を設けると共に、フォトダ
イオード２２，レーザダイオード２５およびプレートガ
ラス３１を一体化せずに分離して設けた例である。な
お、フォトダイオード２２，レーザダイオード２５およ
びプレートガラス３１の位置関係は、図５におけるフォ
トダイオード２２，レーザダイオード２５およびプリズ
ム２３の斜面の位置関係と同様である。プレートガラス
３１上には、第２の光信号Ｌ₂ の入射位置に、第２の光
信号Ｌ₂ の入射光径に対応した大きさの透過面が形成さ
れ、他の部分にミラー面３４が設けられている。この第
１の変形例における作用は、第２の実施の形態と同様で
ある。

【００４０】図８は、本実施の形態に係る光送受信装置
の第２の変形例における要部を示す説明図である。この
第２の変形例は、第１の変形例におけるフォトダイオー
ド２２とレーザダイオード２５の位置を入れ替えた例で
ある。この第２の変形例では、プレートガラス３１上に
おいて、第２の光信号Ｌ₂ が入射する部分にミラー面３
５が設けられ、他の部分は透過面になっている。この第
２の変形例では、レーザダイオード２５から出射された
第１の光信号Ｌ₁ は、その大部分がプレートガラス３１
における透過面を透過してレンズ２７に入射し、第２の
光信号Ｌ₂ は、プレートガラス３１上のミラー面３５で
反射されてフォトダイオード２２に入射する。

【００４１】図９は本発明の第３の実施の形態に係る光
送受信装置の構成を示す断面図、図１０は図９に示した
光送受信装置の要部の斜視図である。本実施の形態に係
る光送受信装置では、ハウジング１１内に、例えばシリ
コン半導体やガリウムヒ素半導体からなる半導体基板４
１と、この半導体基板４１の上面部に形成された受光素
子としてのフォトダイオード４２と、半導体基板４１上
に接合され、分離手段の一部を構成するプリズム４３
と、半導体基板４１上に接合された直方体形状の半導体
素子４４と、この半導体素子４４上に接合された発光素
子としてのレーザダイオード４５と、レーザダイオード
４５から出射され、他の光送受信装置に対して送信する
ための第１の光信号Ｌ₁ を光ファイバ１の端面に入射さ
せると共に、光ファイバ１を介して他の光送受信装置か
ら送られ、光ファイバ１の端面より出射される第２の光
信号Ｌ₂ を集光してフォトダイオード４２に導くための
レンズ２７と、このレンズ２７のプリズム４３側の面に
おける中央部の近傍に配置され、分離手段の一部を構成
するプリズム４６とを備えている。プリズム４６は、円
柱をその中心軸に交差する面で切断して斜面が形成され
た形状をなしており、斜面がレーザダイオード４５側を
向くように配置されている。このプリズム４６は、例え
ば、透明な連結部材４７を介してレンズ２７のプリズム
４３側の面における中央部に連結されて固定されてい
る。

【００４２】プリズム４３は、半導体基板４１上におい
て、フォトダイオード４２の上に配置されている。半導
体素子４４は、プリズム４３の側方に配置され、レーザ
ダイオード４５は、プリズム４３側に向けて第１の光信
号Ｌ₁ を出射するように配置されている。プリズム４３
は、レーザダイオード２５に対向する側に、半導体基板
４１の上面に対して４５°未満の角度をなす斜面が形成
され、この斜面に、レーザダイオード２５より出射され
た第１の光信号Ｌ₁ をプリズム４６の斜面に向けて反射
するミラー面４３ａが設けられている。ミラー面４３ａ
は、入射光量のほとんどを反射するようになっている。
なお、プリズム４６は、その斜面が、プリズム４３のミ
ラー面４３ａで反射された第１の光信号Ｌ₁ の光径に対
応した大きさとなるように形成されている。また、プリ
ズム４３の上面は、半導体基板４１の上面と平行な平面
になっており、この上面は、レンズ２７によって集光さ
れる第２の光信号Ｌ₂ を透過する透過面４３ｂになって
いる。透過面４３ｂは、入射光量のほとんどを透過する
ようになっている。

【００４３】ハウジング１１内の上記各構成部材は、パ
ッケージ１３によって一体化されている。すなわち、半
導体基板４１はパッケージ１３内の底部に固着され、レ
ンズ２７はパッケージ１３の上面部に取り付けられてい
る。パッケージ１３は、ハウジング１１の内面に対して
固定されている。

【００４４】次に、本実施の形態に係る光送受信装置の
作用について説明する。レーザダイオード４５は、図示
しない駆動回路によって駆動されて、第１の光信号Ｌ₁
を出射する。この第１の光信号Ｌ₁ は、例えば開口数
０．１でプリズム４３のミラー面４３ａに入射し、ここ
で光量のほとんどが反射され、プリズム４６の斜面に入
射し、このプリズム４６によって、レンズ２７の光軸と
平行なるように光路が曲折されてレンズ２７に入射す
る。この第１光信号Ｌ₁ は、レンズ２７によって、例え
ば開口数０．１で集光され、光ファイバ１の端面に入射
する。なお、光ファイバ１の端面位置は、第１光信号Ｌ
₁ の入射光径が光ファイバ１のコアの径を越えないよう
に設定される。

【００４５】一方、光ファイバ１を介して他の光送受信
装置から送られてきた第２の光信号Ｌ₂ は、例えば開口
数０．３で光ファイバ１の端面より出射される。この第
２の光信号Ｌ₂ は、レンズ２７によって例えば開口数
０．３で集光されて、プリズム４６側に出射される。こ
こで、プリズム４６に対する入射時において第２の光信
号Ｌ₂ の光径は第１の光信号Ｌ₁ の光径よりも大きく、
第２の光信号Ｌ₂ の一部（光束の中央部分）はプリズム
４６によって屈折されるが、大部分（光束の外側部分）
はプリズム４６の周囲を通過して、プリズム４３の透過
面４３ｂに入射し、プリズム４３を透過して、フォトダ
イオード４２に入射し、このフォトダイオード４２によ
って電気信号に変換される。

【００４６】第１の光信号Ｌ₁ は、プリズム４３のミラ
ー面４３ａでその光量のほとんどが反射され、プリズム
４６で屈折し、レンズ２７を経て、光ファイバ１に入射
するので、第１の光信号Ｌ₁ のミラー面４３ａでの反射
損失を５％、プリズム４６での屈折および光ファイバ１
への結合による損失を５％とすると、第１の光信号Ｌ₁
は、その光量の９５％×９５％≒９０％が光ファイバ１
に入射することになる。

【００４７】一方、第１の光信号Ｌ₁ と第２の光信号Ｌ
₂ の開口数がそれぞれ上述の例の場合、プリズム４６通
過時における第１の光信号Ｌ₁ の開口面積と第２の光信
号Ｌ₂ の開口面積との比は、１：９（開口数の２乗比）
となるので、第２の光信号Ｌ₂ のうちプリズム４６を回
避する光量は、（９−１）／９≒８９％となる。第２の
光信号Ｌ₂ は、光ファイバ１から拡散して、プリズム４
６外に面積比９倍に開口して、プリズム４３の上面の透
過面４３ｂに入射するので、第２の光信号Ｌ₂の光ファ
イバ１からの結合損失を５％、プリズム４３の透過面４
３ｂでの透過損失を５％とし、第２の光信号Ｌ₂ の開口
面積の１１％がプリズム４６によって遮断されるとする
と、第２の光信号Ｌ₂ は、その光量の９５％×８９％×
９５％≒８０％がフォトダイオード４２に入射すること
になる。

【００４８】このように、本実施の形態に係る光送受信
装置によれば、第１の光信号Ｌ₁ の光量の損失を略１０
％以下に抑えることができると共に、第２の光信号Ｌ₂
の光量の損失を略２０％以下に抑えることができる。

【００４９】図１２および図１３に示した光送受信装置
では、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバへの入射および第
２の光信号Ｌ₂ のフォトダイオードへの入射は、共に最
大で５０％にしかならない。従って、図１２および図１
３に示した光送受信装置と比較すると、本実施の形態に
係る光送受信装置では、第１の光信号Ｌ₁ の光ファイバ
１への入射光量は約１．８倍、第２の光信号Ｌ₂ のフォ
トダイオード２２への入射光量は約１．６倍となる。

【００５０】以上説明したように、本実施の形態に係る
光送受信装置によれば、装置内における第１の光信号Ｌ
₁ の光量の損失を最小とし、且つ第２の光信号Ｌ₂ の光
量の損失も抑えることができ、第１の光信号Ｌ₁ の光フ
ァイバ１への入射光量を最大とし、且つ第２の光信号Ｌ
₂ のフォトダイオード４２への入射光量を増大すること
ができる。本実施の形態におけるその他の構成、作用お
よび効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００５１】図１１は、本実施の形態に係る光送受信装
置の変形例における要部を示す説明図である。図９およ
び図１０に示した光送受信装置では、１枚の半導体基板
４１上にフォトダイオード４２，プリズム４３およびレ
ーザダイオード４５を集積して、装置の小型化を図って
いるが、これらの構成部材は、互いに分離されていても
良い。図１１に示した変形例は、プリズム４３の代わり
にミラー５１を設けると共に、フォトダイオード４２，
レーザダイオード４５およびミラー５１を一体化せずに
分離して設けた例である。なお、フォトダイオード４
２，レーザダイオード４５およびミラー５１の位置関係
は、図９におけるフォトダイオード４２，レーザダイオ
ード４５およびプリズム４３のミラー面４３ａの位置関
係と同様である。この変形例における作用は、第３の実
施の形態と同様である。

【００５２】なお、本実施の形態におけるプリズム４６
の代わりに、このプリズム４６と同様の機能を有する回
折格子，ホログラム等を設けても良い。また、図９にお
けるプリズム４３や図１１におけるミラー５１を設けず
に、レーザダイオード４５から出射される第１の光信号
Ｌ₁ を直接、プリズム４６に入射させるようにしても良
い。

【００５３】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、例えば、発光素子としては、レーザダイオードの
代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いても良い。
また、また、本発明は、プラスチック光ファイバ以外の
大口径光ファイバを通信回線とした宅外・公衆通信網
等、一芯双方向光通信回線全般に適用することができ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光送受信装
置によれば、発光素子より出射される第１の光信号の光
路と受光素子に入射する第２の光信号の光路とを分離す
ると共に、主に第１の光信号が入射し、他の領域に比べ
て第１の光信号に対する通過率が大きい第１の領域と、
主に第２の光信号が入射し、他の領域に比べて第２の光
信号に対する通過率が大きい第２の領域とを有する分離
手段を設けたので、第１の光信号は第１の領域を通過す
ることで光量の損失が抑えられ、第２の光信号は第２の
領域を通過することで光量の損失が抑えられる。その結
果、光送受信装置における光出力の効率を向上させるこ
とができ、また、発光素子の発光量に対する負担および
受光素子の光感度に対する負担を軽減でき、光送受信装
置の高信頼性の確保が可能となるという効果を奏する。
更に、本発明の光送受信装置によれば、光ファイバによ
る通信回線における光信号の伝送可能距離を長大化する
ことができ、光信号の伝送距離の保証を含む一芯双方向
光通信回線における高信頼性の確保が容易になるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送受信装置
の構成を示す断面図である。

【図２】図１に示した光送受信装置の要部の斜視図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光送受信装置
の第１の変形例における要部を示す説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光送受信装置
の第２の変形例における要部を示す説明図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光送受信装置
の構成を示す断面図である。

【図６】図５に示した光送受信装置の要部の斜視図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光送受信装置
の第１の変形例における要部を示す説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光送受信装置
の第２の変形例における要部を示す説明図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光送受信装置
の構成を示す断面図である。

【図１０】図９に示した光送受信装置の要部の斜視図で
ある。

【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る光送受信装
置の変形例における要部を示す説明図である。

【図１２】光送受信装置の一例の要部を示す側面図であ
る。

【図１３】図１２に示した光送受信装置の要部の斜視図
である。

【符号の説明】 １…光ファイバ、２１…半導体基板、２２…フォトダイ
オード、２３…プリズム、２３ａ…ミラー面、２３ｂ…
透過面、２５…レーザダイオード、２７…レンズ、Ｌ₁
…第１の光信号、Ｌ₂ …第２の光信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一芯双方向光通信回線における通信回線
   となる光ファイバに接続され、送信する第１の光信号を
   前記光ファイバに入射させると共に前記光ファイバを介
   して送られてくる第２の光信号を受信する光送受信装置
   であって、 前記第１の光信号を出射するための発光素子と、 前記第２の光信号を受光するための受光素子と、 前記発光素子より出射される第１の光信号を集光して前
   記光ファイバの端面に入射させ且つ前記光ファイバの端
   面より出射される第２の光信号を集光して前記受光素子
   に導く光学系とを備え、 前記光学系は、前記発光素子より出射される第１の光信
   号の光路と前記受光素子に入射する第２の光信号の光路
   とを分離すると共に、主に第１の光信号が入射し、他の
   領域に比べて第１の光信号に対する通過率が大きい第１
   の領域と、主に第２の光信号が入射し、他の領域に比べ
   て第２の光信号に対する通過率が大きい第２の領域とを
   有する分離手段を含むことを特徴とする光送受信装置。
2. 【請求項２】 前記分離手段に対する入射時において第
   ２の光信号の光径は第１の光信号の光径よりも大きく、
   前記第１の領域は、前記分離手段に対する第１の光信号
   の入射位置および入射光径に対応して設けられ、前記第
   ２の領域は、主に第２の光信号における光束の外側部分
   が入射するように、前記第１の領域を囲うように設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の光送受信装
   置。
3. 【請求項３】 前記分離手段に対する入射時において第
   １の光信号の光径は第２の光信号の光径よりも大きく、
   前記第２の領域は、前記分離手段に対する第２の光信号
   の入射位置および入射光径に対応して設けられ、前記第
   １の領域は、主に第１の光信号における光束の外側部分
   が入射するように、前記第２の領域を囲うように設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の光送受信装
   置。
4. 【請求項４】 前記分離手段に対する入射時において第
   ２の光信号の光径は第１の光信号の光径よりも大きく、
   前記分離手段は、前記分離手段に対する第１の光信号の
   入射位置および入射光径に対応して設けられて前記発光
   素子より出射される第１の光信号を前記光ファイバに導
   く光学素子を有し、この光学素子によって前記第１の領
   域が形成され、前記光学素子の周囲が前記第２の領域と
   なっていることを特徴とする請求項１記載の光送受信装
   置。