JPS61262711A

JPS61262711A - 光結合器

Info

Publication number: JPS61262711A
Application number: JP6886686A
Authority: JP
Inventors: ピエール−ジヤン　ラルランデイ; ジヤン−ピエール　ルフエーブル
Original assignee: Socapex SA
Current assignee: Socapex SA
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1986-11-20
Also published as: EP0197842A1; FR2579773B1; FR2579773A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は能動的な光結合器もしくは二方向性光結合器（
送受切換器）、すなわち光ファイバ、エレクトロルミネ
センスダイオードおよびフォトダイオード間に用いられ
る電気光学的インターフェース素子に関する。

〔従来の技術〕

上述したような光結合器によれば、一方では、エレクト
ロルミネセンスダイオードによって発せられた光出力信
号とその°光出力信号を伝達する光ファイバとの間の光
結合が保証され、また他方では、該光ファイバによって
伝達されてきた光入力信号とフォトダイオードとの間の
光結合が保証される。

このような光結合器の装着については、仏国規格品Ｈε
１２０４、独国規格品ＤＩＮ４１６１２Ｍ型およびＩＣ
（国際電気標準会議）の推奨番号６０３−２のＭ型のよ
うな電気コネクタの場合のように有利に行うことができ
る。

電気光学の分野では、近年、著しい成長が見られ、また
多くの応用技術が開発されている。これらの応用技術の
中での多くのデバイスにあっては、単一支持体上でもし
くは単一ハウジグ内で電子技術分野に属する回路が光学
分野に属するものと組み合わされる。したがって、それ
らのデバイスでは外部との電気的な結合および光学的な
結合が得られなくてはならない。一般的には、それらの
結合はそれぞれ電気的もしくは光学的コネクタによって
保証される。単一コネクタで電気的および光学的結合の
両機能を組み合わせることが注目されている。このよう
な技術は電気光学的デバイスが多数の差込み式基板を含
む場合に特に注目されている。このようにすると、基板
の引抜きあるいは差込みを単一操作で容易に行うことが
できる。その結果、時間の節約ならびに回路での空間的
な節約が図れることになる。

光結合器を用いる回路においては、光結合器を全体的に
コネクタに一体化させることが注目されているが、この
場勾厳密に言えば光学的接続が行われる訳ではない。こ
のとき光結合器の小型化が問題とされる。基板コネクタ
に一体化し得る光結合器についてはすでに知られている
。

このような光結合器にあっては、光ファイバの一端部が
長手方向に分割される。この光ファイバの端部は２つに
分けられる。すなわち、その一方はフォトダイオードに
導かれ、その他方はエレクトロルミネセンスダイオード
に導かれる。しかしながら、この種の光結合器は嵩張り
、それを実施化する技術は比較的複雑である。

したがって、上述したような問題点を軽減することが要
望されている。

〔発明の構成〕

本発明によれば、外部光ファイバに向けて光ビームを発
するようになったエレクトロルミネセンスダイオードと
、前記光ファイバから得られる光ビームを受けるように
なったフォトダイオードとを同一ハウジング内に具備し
、さらに、前記両光ビームを同一の光路に沿って伝達す
る伝達手段と、前記エレクトロルミネセンスダイオード
によって発せられた光ビームと前記フォトダイオードに
よって受けられた光ビームとを選択する選択手段とを具
備する光結合器であって、前記両光ビームを選択する前
記選択手段がハーフミラ−を備え、さらに、前記光路と
前記外部光ファイバとの接続を光学的プラグによって保
証する光学的接続手段を具備することを特徴とする光結
合器が提供される。

先に述べたような問題点を軽減するために、本発明によ
れば、小型化された能動的光結合器であって、基板コネ
クタの内部開口部の１つに挿入され得るようになった能
動的光結合器が提供される。

入出力信号を伝達する光ファイバは光学的プラグでもっ
て光結合器と対向するラック／パネル側コネクタの開口
部に挿入される。光結合器および光ファイバは開口部内
にラチェット式に装着されて、適当な工具でもって取り
外せるようになっている。

光結合器の主要な機能すなわち入出力信号によって取ら
れる光路についてはハーフミラ−によって保証される。

〔実　施　例〕

どのようなタイプのエレクトロルミネセンスダイオード
を用いるかによって、能動的光結合器およびプラグの全
体寸法を変更することのない２つの実施例を得ることが
できる。

本発明による第１の実施例のものは能動的光結合器（二
方向性光結合器）に適用し得るものであり、それは焦点
の合わされた光ビームを出すエレクトロルミネセンスダ
イオード（ＬＥＤ）と、拡散光ビームを拾うに十分な検
出面を持つフォトダイオードとを備える。実際には、エ
レクトロルミネセンスダイオードにはｌ　ｉｓ以上もし
くはそれに等しい前方距離が与えられることになり、ま
たフォトダイオードは７ｍｓ＋”以上もしくはそれに等
しい検出面を持つＰＩＮダイオードとされる。この後者
のダイオードは規格ハウジング内に取り付けられるか、
あるいはプラスチックでもって全体が包囲される。

第１図は本発明による第１の実施例の説明図である。光
結合器は本体１を備え、この本体１には一方の側から他
方の側に貫通する孔２が設けられる。孔２の一端部はエ
レクトロルミネセンスダイオード３を収容するようにな
っており、このダイオードからは孔２の軸線に合わされ
しかも焦点の合わされた光ビームが発せられる。

略円筒形状の捧要素４がダイオード３と向い合って配置
される。棒要素４は光ファイバを含み、この光ファイバ
はプラスチックでもって全体が包囲され、しかもエレク
トロルミネセンスダイオード３の光軸に合わされる。そ
の光軸を孔２の軸線に一致させることは有利である。フ
ォトダイオード５は、エレクトロルミネセンス３の光軸
と棒要素４の光ファイバの軸線とを一致させたものとし
て上述のように定められた光軸に対して直角な方向に配
置される。第１図では概略的に図示されているフォトダ
イオード５は本体１に固定されたケーシング６によって
覆われる。ハーフミラ−７は孔２内で光軸上に配置され
、しかもその光軸に対して４５°傾斜させられる。ハー
フミラ−７の配置については、光結合器に入射する光ビ
ームであって棒要素４の光ファイバでもって伝達される
光ビームがハーフミラ−７によってフォトダイオード５
に向って戻されるようにされる。しかしながら、エレク
トロルミネセンスダイオード３によって発せられる光ビ
ームはハーフミラ−７を透過して、棒要素４の光ファイ
バに伝達させられる。エレクトロルミネセンスダイオー
ド３から光ファイバに光を伝達する際に良好な光伝達性
が得られるかどうかは、主に、エレクトロルミネセンス
ダイオード３と光ファイバとの相対的な位置決めによっ
て決まる。正確な位置決めについては、エレクトロルミ
ネセンス３の軸線方向での微調整操作によって得ること
ができる。

このような光結合器には離脱自在となった光学的な箇所
が与えられる。換言すれば、光結合器は入出力信号を運
ぶようになった光ファイバに接続されなければならない
。光学的な接続は光学的プラグによってなされ、その光
学的プラグの先端部９が第１図に図示され、それは光結
合器の本体ｌに差し込まれる。先端部９の中心に置かれ
た光ファイバ８と棒要素４の光ファイバとの間の光学的
結合は非常に正確でなくてはならない。実際問題として
、棒要素４と先端部９とを衝合させた際に両光軸が一致
しない場合、参照番号ｌＯで示される光学面の箇所で相
当なロスが生じ得る。

再調整部材１１は本体１に配置することができる。その
ような再調整部材１１両光軸を適正に整列させ得るよう
に注意深く加工されなければならない。

また、エレクトロルミネセンスダイオードからフォトダ
イオードに向けて発せられる光信号の漏洩を制限するた
めの手段を設けてもよい。例えば、ハーフミラ−７から
フォトダイオード５に至る光路にダイヤフラムを設ける
ことができる。この場合、該ダイヤフラムの開口部につ
いては、フォトダイオード５の方向に入る光信号を正確
に伝達させるように考慮される。また、エレクトロルミ
ネセンスダイオード３と棒要素４との間に位置する本体
１内の空所を処理してそれら壁面によって寄生光を吸収
するようにしてもよい。さらに、光吸収体１２をフォト
ダイオード５と向い合うように配置することもできる。

本発明による第２の実施例は、擬平行光ビーム（ｐｓｅ
ｕｄｏ−ｐａｒａｌｌｅｌ　ｂｅａｍ）を発するように
なったエレクトロルミネセンスダイオードを具備する光
結合器に関する。実際には、フォトダイオードは０　、
５ｍｍ　”以上もしくはそれに等しい検出面を持つＰＩ
Ｎダイオードとされ、それは規格ハウジング内に設けら
れるか、あるいはプラスチックでもって全体が包囲され
る。第２図は本発明による第２の実施例の説明図である
。第セ図において、第１図で用いられた同じ参照番号は
同様な構成要素を示している。

上述の実施例において、プラスチックでもって全体的に
包囲された光ファイバを持つ棒要素は、第２の実施例で
は、棒状レンズ１５によって置き替えられて、おり、そ
の棒状レンズ１５には光学的プラグの先端部９が衝合さ
せられる。先の記載からも明らかなように、ダイオード
１６のｉ肢８周整操作により、そのダイオード１６と光
ファイバ８との間の光出力伝達が正確に緻密に行われる
ことになる。発光作動中、ダイオード１６によって発せ
られた光ビームはハーフミラ−７を透過させられ、かつ
プラスチック製棒状レンズ１５と光学的プラグの先端部
９との間の接続箇所にその棒状レンズ１５によって集光
される。この出力信号は次いで光ファイバ８によって伝
達される。

入力光ビームは光ファイバ８によって棒状レンズ１５に
伝達され、この棒状レンズ１５により収斂光ビームはハ
ーフミラ−７に向けて送られる。

さらに収斂させられる光ビームは次いでフォトダイオー
ド１７に向けて送られる。

第３図には本発明の第１の実施例の変形例による光結合
器の詳細な構成が示されている。本体２０にはハーフミ
ラ−２２を収容するためのスロット２１が設けられる。

ケーシング２３は第１図および第２図の実施例の場合と
は異なって本体２０の一部を収容するようになっている
。このような変形例によれば、ケーシング２３によって
スロット２１を閉鎖することができ、これによりその凹
所内にハーフミラ−２２が保持されることになる。孔２
４の形成については、ハーフミラ−２２と隣接する側に
ダイヤフラムが設けられるようにしかもハーフミラ−２
２によってフォトダイオード２５に向けて゛反射された
拡散光ビームに対して十分な通路が与えられるように行
われる。フォトダイオード２５の検出面が参照番号２６
によって概略的に図示されている。フォトダイオード２
５は例えば接着によってケーシング２３に固定される。

ストッパ２７も接着によって固定され、このストッパ２
７によりフォトダイオード２５の物理的保護が保証され
、一方フオドダイオード２５から処理回路に向う接続要
素２８の通過が許容される。線要素２９では光ファイバ
３０がプラスチックでもって全体的に包囲されており、
その線要素２９は本体２０の主方向に延びる孔３２の肩
部３１に衝合する。線要素２９には穿孔シリンダ３３か
ら構成される同心内側要素が設けられる。

シリンダ３３の直径は線要素２９の直径よりも小さくさ
れるので、光ファイバ３０をハーフミラ−２２に可能な
限り接近するように移動させることができる。シリンダ
３３に形成された孔の直径は光ファイバ３０の直径より
も幾分大きい。シリンダ３０の両端部で該孔をフレア状
に形成して光ファイバの導入を容易にすることは有利で
ある。かくして、光ファイバ３０をハーフミラ−２２の
直ぐ近くまで容易に移動させることが可能となる。

光ファイバ３０の位置決めを保証するために、点状の接
着剤がシリンダ３３のフレヤ端部に適用される。

両光軸について良好な整列性を得るために、線要素２９
と孔３２のボアとに相補的な関係にある■字形状を与え
たとするならば、それは有利である。第４図には光学的
プラグの側から見た光結合器の端部が図示されている。

この端部側から見ると明らかなように、本体２０は管状
形を呈している。本体２０内で一端から他端に延びる孔
３２は、少なくとも線要素２９と光学的プラグの先端部
とを収容するようになった部分において、■字形３５で
もって截形となった円形断面３４を備える。

線要素２９は孔３２の直径よりも幾分小さな直径を有す
るが、孔３２のＶ字形部と相補的なＶ字形部を備え、こ
れにより光軸間でのできるだけ正確な伝達性が保証され
る。第４図において、光ファイバ３０は破線で示された
シリンダ３３中に示されている。光ファイバ３０につい
ては、線要素の一端部すなわち光学的プラグと接触する
ようになっ／ｊ端部において心合せすることが必要であ
る。

線要素２９には光ファイバ３０の直径に比べて比較的大
きな直径の孔が設けられる。上述したような正確な伝達
性を得るための技術によって（画部分をＶ字形横断面と
する）、光ファイバ３０を正確に心合せすることができ
る。点状の接着剤により、かかる心合せの正確性を維持
することができる。

第３図に図示するように、線要素２９が一旦その凹所内
に設置されると、孔３２内に設けられたばね３６によっ
て、線要素２９は本体２０のＶ字形部の底部に保持され
て不動状態とされる。一層確実に固定する場合には、線
要素２９を本体２０にねじ３７によって係止することも
できる。

マイクロレンズ４１を備えたエレクトロルミネセンスダ
イオード４０はその凹所内に配置される。

エレクトロルミネセンスダイオード４０の前面は孔３２
の縁部好ましくはその面のフレア状となった縁部に置か
れ、これによりエレクトロルミネセンスダイオード４０
のマイクロレンズ４１はハーフミラ−２２に可能な限り
接近させられることになる。エレクトロルミネセンスダ
イオード４０は中空ねじ４２によって本体２０に固定さ
れ、その中空ねじ４２には例示的に３つ図示された接続
要素４３が通過するようになっている。エレクトロルミ
ネセンスダイオード４０の締付は時にその回転を阻止す
るために、エレクトロルミネセンスタイオード４０とね
じ４２との間にワッシャ４４を配置することができる。

エレクトロルミネセンスダイオード４０の微調整操作を
行うために、本体２０に４つの孔４５を９０°の間隔で
設けることが有利である。また、エレクトロルミネセン
スダイオード４０に保護リング４６を設けることもでき
る。ねじ４２によるエレクトロルミネセンスダイオード
４０のクランプについては、簡単な微調整操作用工具を
用いて光ファイバ３０に対してエレクトロルミネセンス
ダイオード３０を動的に整列させ得るようにキャリプレ
ートされる。

ハーフミラ−２２は無機ガラスから作ることができ、ま
たその厚さは約０．２ｍｍとすることができる。ハーフ
ミラ−２２の伝達係数に依存して、光結合器から得られ
る光信号もしくは入力光信号のいずれか一方が有利に扱
われることになる。例えば、伝達係数が０．９である場
合、光結合器から得られる光信号は０．４５ｄＢだけ弱
められ、入力光信号は１０ｄＢだけ弱められることにな
る。

第３図に示した光結合器には、寄生光を吸収するための
吸収手段が設けられ、それは詳しくはフォトダイオード
と向い合って配置された光吸収体４７とされる、もし本
体２０が例えば金属から作られているとすると、光吸収
体４７を暗黒孔によって簡単に構成すことができる。本
体２０がプラスチック製とされる場合には黒色のものを
用いることができ、この場合には寄生光は直接吸収され
ることになる。

本体２０の管状部分にはクリップ５１を収容するように
なった溝５０を設けることができ、この場合には光結合
器は基板コネクタ５２の開口部の１つに保持されること
になる。

光結合器の種々の構成要素の組立は次のようにして行わ
れる。先ず、棒要素２９、シリンダ３３および光ファイ
バ３０が上述したように組み立てられる。このような組
立体は本体２゛０上にハーフミラ−２２およびエレクト
ロルミネセンスダイオード４０と共に設置される。エレ
クトロルミネセンスダイオード４０は動的な微調整操作
によって位置決めさせられ、このような位置決めは満足
な光信号が棒要素２９から得られるまで行われる。

フォトダイオードは接着ストッパ２７によってケーシン
グ２３内に装着される。フォトダイオードには動的な整
列作業を行う必要はない。このように装備された本体お
よびケーシングは次いで第５図に示すように組み立てら
れる。組立時に、本体およびケーシングは一体的に結合
させられる。かくして、第３図から明らかなように、光
吸収体を構成するようになった溝および孔４７がケーシ
ングによって確実に覆われることになる。

第３図には、また、光学的プラグを光結合器に連結する
際の方法も示されている。基板コネクタ５２に固定され
た光結合器の場合、光学的プラグ６０は第３図に示すよ
うに光結合器に差し込まれる。光学的プラグ６０の先端
部６１は棒要素２９と接触するように押し込まれる。光
ファイバ３０は先端部６１の光ファイバ６２と光学的に
結合された状態に置かれなければならない。光ファイバ
３０および６２について良好な整列性を得るために、先
端部６１には棒要素２９と同じ断面が与えられる。また
、ばね３６は先端部６１をその凹所の底部に保持する働
きも持つ。

第６図には本発明の第２の実施例による光結合器の別の
変形例の詳細な構成が示されている。第６図において、
第３図に用いられた同じ参照番号は同様な構成要素を示
している。この実施例によれば、エレクトロルミネセン
ス７０は振子行光ビーム型のものとされる。フォトダイ
オード７１は、５ｎ＋＋ｗ”以上もしくはそれに等しい
検出面を持つＰＩＮダイオードとすることができる。こ
の場合には、光学的伝達性は棒状レンズ７２によって保
証される。棒状レンズ７２は円形横断面を有し、かっば
ね７３によって本体３２のＶ字形部に保持される。また
、ばね７３はそのＶ字形部に先端部６１をも保持する。

棒状レンズ７２の移動は阻止され、こればばね７３に与
えられた形状すなわち第６図に示すような停止タブ７４
を含む形状によって行うことができる。構成要素の設置
については、上述の実施例の場合と同様な方法で行われ
る。

例えばポリカーボネートプラスチック材料から作られる
棒状レンズ７２は２つの機能を備える。

すなわち、一方では、棒状レンズ７２により、エレクト
ロルミネセンスダイオード７０によって発せられた光信
号が光ファイバ６２と棒状レンズ７２との間の接続箇所
に集光される。また、他方では、棒状レンズ７２により
、フォトダイオード７１に向って入射する光信号の処理
が行われる。

光結合器がどのような適用例に直面しようとも、その光
結合器をプリント回路基板用コネクタにきわめて容易に
装着させることができる。このことは、本発明によって
可能とされた光結合器の小型化に負うている。

第７図には、本発明による光結合器の装着ならびに光学
的プラグへのその接続が図示されている。

第７図において参照番号８１で示される光結合器はプリ
ント回路基板用コネクタ５２の内側凹所の１つに装着さ
れる。このコネクタ５２はプリント回路基板８０に装着
され、コネクタ５２のコンタクト８２はそこにハンダ付
けされる。コネクタ５２はラック／パネル側コネクタ８
３に連結されるようになっており、この場合コンタクト
８３はコネクタ８３のコンタクト８４と電気的に接続さ
れるようになっている。光結合器と光学的プラグとは予
め整列されており、それは２つの案内要素８５によって
保証される。これら案内要素８５はプリント回路基板用
コネクタ５２の外側凹所に装着されて、コ藷りタ８３の
２つの外側凹所内に挿入されるようになっている。光結
合器と光学的プラグとが接続されたとき、最終的な整列
が得られることｔこなる。光学的プラグの先端部は浮い
た状態とされ、これにより成る程度の挿入公差が見込ま
れる。

また、別の光結合器についても、この種のプリント回路
基板用コネクタに伴う問題を引き起すことなく装着を行
うことができる。

したがって、本発明によれば、上述したような標準コネ
クタに装着し得る小型化能動的光結合器が提供されるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための概略図
、第２図は本発明の第２の実施例を説明するための概略図
、第３図は本発明による光結合器の詳細図、第４図は本発
明による光結合器の詳細断面図、第５図は光結合器の組
立を説明するための説明図、第６図は本発明による光結合器の別の実施例を示す図、第７図はコネクタへの光結合器の組立ならびにその装着
を説明する゛ための説明図である。１・・・本体、　　　　　２・・・孔、３・・・エレク
トロルミネセンスダイオード、４・・・棒要素、　　　
　　５・・・フォトダイオード、６・・・ケーシング、
　　　７・・・ハーフミラ−１８・・・光ファイバ、　
　９・・・先端部、２０・・・本体、　　　　　２２・
・・ハーフミラ−１２３・・・ケーシング、　２４・・
・孔、２５・・・フォトダイオード、３２・・・凹所、４０・・・エレクトロルミネセンスダイオード、４６・
・・リング、５２・・・回路基板用コネクタ、６０・・・光学的プラグ、７０・・・エレクトロルミネセンスダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】１、外部光ファイバ（８）に向けて光ビームを発するよ
うになったエレクトロルミネセンスダイオードと、前記
外部光ファイバ（８）から得られる光ビームを受けるよ
うになったフォトダイオードとを単一ハウジング内に具
備し、さらに、前記両光ビームを同一の光路に沿って伝
達する伝達手段と、前記エレクトロルミネセンスダイオ
ードによって発せられた光ビームと前記フォトダイオー
ドによって受けられた光ビームとを選択する選択手段と
を具備する光結合器であって、前記両光ビームを選択す
る前記選択手段がハーフミラー（７）を備え、さらに、
前記光路と前記外部光ファイバ（８）との接続（１０）
を光学的プラグ（６０）によって保証する光学的接続手
段を具備することを特徴とする光結合器。２、前記単一ハウジングが本体（２０）によって形成さ
れ、前記本体（２０）には前記接続手段と、接続される
べき前記光学的プラグ（６０）の先端部（６１）と、前
記両ダイオードの一方を保護するケーシング（２３）と
を収容する凹所（３２）が設けられていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光結合器。３、前記本体（２０）が前記ハーフミラー（２２）を収
容するスロット（２１）を備えていることを特徴とする
特許請求の範囲第２項に記載の光結合器。４、前記本体（２０）が前記ハーフミラー（２２）から
前記フォトダイオード（２５、７１）まで延びる光路上
にダイヤフラム付孔（２４）を備えていることを特徴と
する特許請求の範囲第２項もしくは第３項のいずれかに
記載の光結合器。５、前記エレクトロルミネセンスダイオード（４０、７
０）がねじ４２によって前記本体（２０）に固定されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
項のいずれかに記載の光結合器。６、前記エレクトロルミネセンスダイオード（４０、７
０）の微調整操作を行うために前記単一ハウジングには
オリフィス（４５）が設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の
光結合器。７、前記エレクトロルミネセンスダイオード（４０、７
０）が微調整操作中に該ダイオードを保護するためのリ
ング（４６）を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の光結合器。８、前記本体（２０）が光結器をカード状回路板用コネ
クタ（５２）に保持するためのクリップ（５１）を収容
する溝（５０）を備えていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の光結合器
。９、前記光路と前記外部光ファイバ（８）とを再整列す
るための手段を具備することを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の光結合器。１０、前記光学的接続手段が接続用光ファイバ（３０）
を含む棒要素（２９）からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の光結合
器。１１、前記接続用光ファイバ（３０）が前記ハーフミラ
ー（２２）とは反対側となった棒要素（２９）の端部側
で包囲体で包まれていることを特徴とする特許請求の範
囲第１０項に記載の光結合器。１２、前記光学的接続手段が棒状レンズ（７２）からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項
のいずれかに記載の光結合器。