JPS6167008A

JPS6167008A - 全反射内面を有する光フアイバカツプラ

Info

Publication number: JPS6167008A
Application number: JP18722784A
Authority: JP
Inventors: ハロルド・ロバーツ
Original assignee: Magnetic Controls Co
Current assignee: Magnetic Controls Co
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1986-04-07

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】（発明の技術分野及び従来技術）光フアイバカップラは、通常、発光源からの変調光を光
ファイバに供給すると共Ｋ、光ファイバからの光を検出
素子に供給するために使用される。そのようなカップラ
蝶、光ファイバにより伝搬されるか又は伝搬されるべき
変調光をマルチデレクス又はデマルチプレクスするため
Ｋも使用することができる。１９８２年１１月２１１日
に本発明者により出願された同時係属出願（出願番号４
４４，４９４　）を参照。

通常、この種のカップラは故多く使用される場合が多く
、信頼性の高いカップラを最少限の生産工程で大量に低
コストで生産できることが望ましい。また、そのような
カップラは、温度変１ヒの敏しい環境下や、カップラの
光学的特性又はアライメントの劣下及び結合機能の劣下
を伴うその池の影響を及ぼす環境下で正常に機能しなけ
ればならない。

光ファイバの端部と発光体及び検出器との間で光を結合
する際の損失を低く抑えるために、カップラ素子を配置
するときは位置決めを非常に精密に行なわなければなら
ない。この目的のために射出成形技術を採用することが
できるが、カップラ金型の全ての凹部を材料で満たすた
めに側方の加圧作業が必要であるので工程は複雑になる
ことが多い。従って、側方加圧作業を必要とする成形を
避けることができるようなカップラが望ましい。

カップラにおいて接続損失をできる限り少なくするため
又は使用に融通性をもたせるために集束、ビーム分割又
は球面収差及びコマ収差の修正を可能にするような光学
的特性も望ましい。

（発明の概要）本発明の教示によれば、光ファイバの端部とそれぞれの
検出器及び発光体との間に１つ又は２つ以上の集束面を
介して光学的結合が達成されるようなカップラが提供さ
れる。カップラを一体のグラスチック部品として成形し
、光ファイバの端部と発光体及び検出器とがあらかじめ
成形されだ空胴に正確に配置されるように構成すること
により、高い位置精度と、その結果としての精密なアラ
イメントが得られる。ファイバの端部と発光体及び検出
器との間で光を案内する集束面もカップラ本体の凹部と
して成形される。カップラ本体の全ての重要な構成要素
は１回の射出成形工程で形成されるので、低コストで正
確に再現性よくカップラを製造することができる。

本発明の好ましい実施例においては、カップラの集束面
は反射被覆膜なしに内面全反射の原理に基づいて作用す
る反射面である。それらの面は、球面収差及びコマ収差
を修正すること又は集束面の配置に融通性をもたせるこ
とが望まれるか否かに応じて非球面又は球面とすれば良
い。いずれの形状をとっても金型のコストはほぼ等しい
。全ての構成要素受入れ空胴をカップラ本体の対向する
面に配置することにより、側面加圧成形を避けることが
できる。集束面は、光ファイバの端部と発光体及び検出
器との間で光路を完全に分離することが望まれる場合に
は分割される。反射面を使用する場合、カップラは、温
度又はその池の効果及び波長の変化に起因する屈折率及
び寸法の変化の影響を受けない。

別の好ましい実施例においては、カップラはビーム分割
面まで延在する溝を含む。溝は、光ファイバの端部がビ
ーム分割面に近接するように光ファイバを受入れ、位置
決めする。一方の光路は光ファイバの端部からビーム分
割面における反射により発光体又は検出器の受入れ空胴
に至る。他方の光路はビーム分割面を介して成形集束面
からの内面全反射により発光体又は検出器の受入れ空胴
に至る。この実施例によればカップラ金型の側面加圧作
業は不要である。

本発明の別の実施例においては、一方の集束面は反射面
であり、他方の集束面は屈折面である。

（実施例）本発明は、反射面又は屈折面の少なくとも２つの光学面
が、光フアイバ端部と発光体又は検出器のような能動素
子との間に物理的に分離される光路を限定するような光
フアイバカップラに関する。

カップラの反射面又は屈折面は、通常、空気とカップラ
本体を形成するプラスチック材料との界面として形成さ
れる。

第１図に示される本発明の第１の実施例によれば、カッ
プラ本体１０は、光ファイバの端部をカップラ本体１０
の成形プラスチックとの界面１４に配置するように光フ
ァイバ及びコネクタを固着する取付はポート１２を有す
る。カップラ本体ｌＯは、通常の用途において好ましく
は発光体又は検出器をそれぞれ１つずつ受入れ、正確に
アライメントするような大きさに形成される空胴１６及
び１８を含む。

本発明で利用される種類の発光体又は検出器は、センタ
リングされた発光又は検出軌跡を含む。空胴１６及び１
８の中心と、界面Ｉ４にある光ファイバの端部との間の
光路は楕円面ｍ及び２２　Ｋよりそれぞれ提供される。

それらのｍ円面は、内面全反射を達成し且つ反射被覆膜
を不要にするだめに臨界角以上の角度で傾斜して形成さ
れる。楕円面加及びｎは、それぞれ空胴潤及び３の端面
としてカップラ本体１０の内部に成形される。そのよう
な非球面は球面収差をなくす。楕円面加の場合、その形
状は、挿入される発光体により光が照射されるか又は挿
入される検出器が光に応答する箇所である空胴１６内の
中心点あの位置に楕円の一方の焦点が重なるように定め
られる。楕円面加の他方の焦点は界面１４にある光ファ
イバの端部の位置と一致する。

従って、光路刃は光ファイバの端部と中心点あとの間に
限定される。中心点路の空胴１６に対する光学特性と同
様の特性を有する空胴１８に対する点３２に立体楕円の
一方の焦点が重なるような大きさに楕円面ｎが定められ
る。楕円面乙の立体楕円の他方の焦点は、光ファイバが
界面１４まで延在する点にあるので、光路讃は点３２と
界面１４との間に限定される。楕円面加及びｎを界面１
４の位置から見た場合、それらは一般に第４図のセグメ
ント３６及びあとして見える。セグメン）３６及び詔の
分割線４２の位置を変え、それに相応してそれぞれの光
路３０及び３４により伝搬される光の／−ｆ’−センテ
ーノを調節するために、空胴２４の最内端ＩＯの位置を
様々に変えることができる。通常の用途にお・いては、
この・や−センテーノは各光路について５０％ずつであ
る。

点あと点３２との間のスプリアス光の伝１般を減少させ
るためにそれらの間の光の伝搬をなくすことが望ましい
ならば、空胴２４及び５を取付け、ｌ？−）１２の軸に
関して９０°離れる位置まで回しても良い。

空胴１６及び１８に供給される光又は受取られる光の間
の界面１４での反射によって起こるクロストークを除却
するために、楕円回加及び、／又ｆｉ楕円面ｎを分割し
ても良い。界面１４から攬円面頷及び四を見たときの分
割の状態が第５図に示される。その位置から見たとき、
楕円面２２は第５図の視野の左Ｉｔｌ１１の部分４６と
右側の部分４８を占め、楕円面２０は第５図の視野の上
から下へ伸びる細い中心部分力を構成する。

通常、カップラ本体ｌＯの材料はＧｅｎｅｒａｌ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ　ＣｏｍｐａｎｙのＬＥＸＡＮ　（登録商
標）などの透明で射出成形可能なグラスチックである。

一般Ｋ、透明なアクリルプラスチック又はポリカーボネ
ートグラスチックが特に有用であることがわかっている
。カップラ本体ＩＯの内部に空胴内面を形成する射出成
形技術は先行技術において良く知られている。このよう
なカップラに使用できるプラスチックレンズ又はその他
の形状の光字成形部品を製造している会社Ｖｉａ社ある
。

第２図は、成形プラスチックのカップラ本体印の別の実
権例を示す。カップラ本体６０は、光ファイバの端部が
界面６４においてセンタリングされるように光ファイバ
及びコネクタを固着する取付はポート６２を含む。それ
ぞれの光路聞及び６８は光ファイバの端部の界面６４の
中心と、発光体又は検出器を受入れる空胴７０及び７２
の中心との間に限定される。光路６６及び６８Ｖｉ、全
反射楕円内面７４　、７６及び７８により形成される。

全反射楕円内面７４　、７６及び７８の楕円は点（資）
において共通の焦点を有し、全反射楕円内面７４の他方
の焦点は界面６４の光ファイバの端部にある。全反射楕
円内面７６の他方の焦点は空胴７０の点８２にあり、全
反射楕円内面７８の他方の焦点は空胴７２の点８４にあ
る。それらの点８２及びＭは、それぞれの空胴に挿入さ
れる発光体又は検出器により光が照射されるか又は受取
られる位置である。全反射楕円内面７６は点（資）と点
８２との中間にあり、全反射楕円内面７８は点（資）と
点８４との中間にある。

カップラ本体印を成形する場合、全ての空胴は上面又は
底面に向かって設けられるので、側方からの加圧作業は
不要である。これは、コストの低減及びそのようなカッ
プラの射出成形の精度の向トという点で大きな利点とな
る。

全反射楕円内面７６を形成する空胴の最内端である点８
６の位置は、通常は第４図の直視図に従って、光路６６
及び６８の間で分割される光のノや−センナーノを限定
する。反射面の分別も第５図に示されるｄ’ターンに従
って行なうことができるが、その他のパターンも希望に
応じて採用することもできる。

各光路６６　、６８は２つの相対向する楕円面からの反
射を含むので、各光路の反射面の集束機能をコマ収差及
び球面収差について修正することができる。

第３図は、光ファイバの端部と発光体及び検出器を受入
れる空胴との間の光路に内面全反射集束面を利用する第
３の実施例を示す。図示されるように、カップラ本体９
０は、光ファイバの端部をカップラ本体叩のグラスチッ
クとの界面９４の中心に配置するように、光ファイバを
その被覆ケーブル及び、コネクタを介してカップラ本体
（イ）に固着する取付はポート９２を有する。第１及び
第２の空胴９６及び９８は、希望に応じて発光体又は検
出器を収容するためにカップラ本体（イ）の内部の取付
け４−ト９２の両側に設けられる。空胴％及び９８の間
の光録１００及び１０２は、内面全反射コリメータ放物
面１０４及び１０６と、端面１０５と、内面全反射集束
放物面１０８及び１１０とＫよりそれぞれ提供される。

内面全反射集束放物面１０８及び１１０は集束性を有し
ているため、配ｔｔＫ特に制約はなく、希望に応じて光
フアイバ端部の界面％から任意の距１ｌＩＫ配置するこ
とができる。界面９４から見たときの、内面全反射コリ
メータ放物面１０４及び１０６により提供される視野の
分割も、第４図及び第５図に関して先に説明した通りに
調整することができる。

カップラ本体９０の成形にも側方からの加圧作業は不要
である。従って、第３図の実施例のカップラは非常に効
率良く成形することができる。第１図から第３図のカッ
プラは、全ての面が反射面であるために、屈折率、寸法
及び波長の変化の影響を受けない。

第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）は、光ファイバの端部と
発光体又は検出器を受入れる空胴の位置との間で光を導
くためにビーム分割面を使用する本発明の第２の実施例
を示す。第６図（Ａ）はカップラ本体１２０の断面図で
あり、第６図（Ｂ）は上面１２２を示す。

カップラ本体１２０は、通常は光ファイバの端部が誘電
体で被覆されたビーム分割面１２６に隣接するように光
ファイバのみが接着される溝１２４を含む。

第１の空胴１２８はビーム分割面１２６にすぐ隣接して
センタリングされ、上面１２２に向かって開き、光フア
イバ端部からビーム分割面１２６における反射により光
が照射されるか又は受取られるように発光体（又は検出
器）を位置決めする。誘電体被覆膜により与えられるビ
ーム分割機能によってビーム分割面１２６を介して伝搬
される光の部分は光路１３０を形成する。この光路１３
０は、光路１３０を検出器（又は発光体）素子を保持す
る空胴１３４の中心に向かって再び導く集束面１３２か
らの内面全反射を含む。

第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）のカップラは、金型に対
する側方からの加圧作業なしに射出成形することができ
る。光フアイバ端部は屈折率整合材料を介してビーム分
割面１２６に結合することができるが、そのような材料
を使用しなくても良い。第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）
の実施例は、空胴１２８の内部に配置される発光体から
の結合並びに通常は検出器を受入れるために使用される
空胴１３４への結合を特に効率良く達成する。

空胴１２８及び空胴１３４は、発光体又は検出器のハウ
ソングを精密に位置決めするだめのくぼみ１３６を含む
。

第７図は、本発明の第３の実施例を示す。図示されるよ
うに、カップラ本体１４０は、光ファイバ１４４の端部
をカップラ本体１４０との界面１４６に当接して配置す
るようにコネクタの内部の光ファイバ１４４を受入れる
カップリング１４２を有する。第１の光路１４８は、光
ファイバ１４４の端部から全反射内面１５０を介して空
胴１５４の内部の検出器又は発光体アセンブリ１５２ま
で形成される。第２の光路１５６ば、光ファイバ１４４
の端部から屈折面１５８を介してカップラ本体１４０の
第２の空胴１６２の内部の発光体又は検出器アセンブリ
１６０に至る。

第７図に示されるように、検出器及び発光体は半導体検
出素子又は半導体発光素子からの光を結像するか又は導
くためにレンズ１６４を利用する集束形のものである。

本発明においては、この実施例に限らず希望に応じて他
の形、態の検出器及び発光体を使用することもできる。

全反射内面１５０及び屈折面１５８を光ファイバ１４４
の端部から見ると、第４図及び第５図に関して先に述べ
たような特徴を有する。あるいは、全反射内面１５０及
び屈折面１５８は第８図に示されるように分割されても
良く、この場合、部分１７０は全反射内面１５０及び屈
折面１５８のいずれか一方に相当し、部分１７２は他方
の面に相当する。同様に、第９図のセグメント１７４及
び１７６ば、全反射内面１５０及び屈折面１５８、又は
指示されるセグメントを形成するのに適切であると思わ
れるそれらの面の延長を示す。このように反射面及び屈
折面を分割すると、界面１４６から対向する空胴へ戻さ
れる反射がなくなり、従ってクロストークが低減される
ので有利である。

第１０図（Ａ）及び第１０図中）は、第７図の実施例の
変形例を示す。この場合、反射機能と屈折機能はカップ
ラ本体１８４の内部の同心面１８０及び１８２の間で分
割される。第１０１２　（Ｂ）は、光ファイバの端部１
８６と、それぞれ発光体又は検出器を受入れる空胴１８
８及び１９０との間の反射光路及び屈折光路を形成する
反射面１８２及び屈折面１８０を含むカツノ０うの一部
分を示す。第１０図（Ａ）は、それらの面を光ファイバ
の端部から見た図である。

第１Ｏ図（Ａ）及び第１０図（Ｉ３）に示される実施例
も、同様に、光ファイバとの界面における反射に起因す
る発光体素子と検出器素子との間のクロストークを除却
する。

上述の全ての実施例において、クロストークの除却のた
めに光ファイバの端部に屈折率整合材料を使用しても良
い。

第７図の全反射内面１５０と、第１Ｏ図（Ａ）及び第１
０図（Ｂ）の反射面１８２とは、それぞれ通常は上述の
ような楕円面であり、２つの焦点は光ファイバの端部の
位置及び検出器又は発光体を受入れる空胴の光学的中心
位置と一致するように設定される。屈折面１５８及び１
８０は、通常、希望に応じて球面収差を除去するＣａｒ
ｔｅｓｉａｎ　０ｖｏｉｄ　（デカルト卵形体）である
。

以上、屈折面と共に又は屈折面を含まずに１つ又は２つ
以上の内面全反射集束面を利用し、カップリングを伴な
う光ファイバの端部の中心を発光体素子又は検出器素子
に対して精密にアライメントするために射出成形技術を
使用して容易に成形することができる光フアイバカップ
ラについて説明した。上述の実施例は本発明の単なる例
であり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって
のみ限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内面全反射楕円面を有する本発明によるカッ
プラの横断面図、第２図は、内面全反射楕円面を使用し、側方加圧作業を
必妥としない金型により製造される第１図とは別のカッ
プラの横断面図、第３図は、内面全反射放物面を使用し、側方加圧作業を
必要としない金型により製造される第１図とは別のカッ
プラの横断面図、第４図は、第１図、第２図又は第３図の反射面を上から
見た図、第５図は、第１図、第２図又は第３図の反射面の別の形
態を上から見た図、第６図（Ａ）及び第６１ｋ（Ｂ）は、それぞれ、結合機
能を達成するためにビーム分割面と、内面全反射集束面
とを有する本発明の第２の好ましい実施例によるカップ
ラの横断面図及び平面図、第７図は、結合機能を達成するために屈折集束面とご内
面全反射集束面とを有する本発明の別の実施例によるカ
ップラの横断面図、第８図は、本発明の１つ又は２つ以上のカップラと共に
使用される別の集束面を上から見た図、第９図は、本発
明の１つ又は２つ以上のカップラと共に使用される別の
集束面を上から見た図、及び第１０図体）及び第１０図（Ｂ）は、それぞれ、１つの
屈折集束面と１つの内面全反射集束面とを有する本発明
による別のカップラの平面図及び断面図である。ｔｏ、６０，９０．１２０　、１４０　、１８４・・・
・・・カップラ本体、１２　、６２　、９２・・・・・
・取付ボート、１６．１８，７０，７２，９６，９８，
１２８　、１３４　、１５４　、１６２　、１８８　。１９０・・・・・・空胴、氏、２２・・・・・・楕円面、刃、３４．６６．６８，１００　、１０２　、１３０　
、１４８　、１５６・・・・・・光路、７４　、７６　
、７８・・・・・全反射楕円内面、１０４　、１０６・
・・・・・内面全反射コリメータ放物面、１０８　、１
１０・・・・・・内面全反射集束放物面、１２４・・・
・・・溝、１４２・・・・・・カップリング、１４４・
・・・・・光ファイバ、１５０　、１８２・・・・・・全反射内面、１５８　、
１８０・・・・・・屈折面。外１名ＦＩＧ、　３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学的透過材料から形成されるカップラ本体と；前記カップラ本体の内部で物理的に分離される第１及び
第２の光学面と；を具備し、前記カップラ本体は第１の位置に光ファイバを受入れる
手段を有し、前記カップラ本体は、第１及び第２の発光素子又は検出
素子を位置決めし且つ固定する少なくとも第１及び第２
の位置決め手段を有し；前記第１及び第２の光学面は、前記カップラの内部に、
前記第１の位置と前記第１及び第２の位置決め手段との
間にそれぞれ光路を提供するように配置される、光学カ
ップラ。
（２）前記カップラ本体が成形可能なプラスチックから
形成される特許請求の範囲第１項記載の光学カップラ。
（３）前記第１及び第２の光学面の少なくとも一方が、
内面全反射により光路を提供する特許請求の範囲第１項
記載の光学カップラ。
（４）前記第１及び第２の光学面の少なくとも一方が、
ビーム分割により光路を提供する特許請求の範囲第１項
記載の光学カップラ。
（５）前記第１及び第２の光学面の少なくとも一方が、
屈折により光路を提供する特許請求の範囲第１項記載の
光学カップラ。
（６）前記カップラ本体が、アクリルプラスチック又は
ポリカーボネートプラスチックから形成される特許請求
の範囲第１項記載の光学カップラ。
（７）前記第１及び第２の物理的に分離される光学面が
、前記カップラ本体の内部で内面全反射により第１及び
第２の光路を提供する特許請求の範囲第１項記載の光学
カップラ。
（８）前記第１及び第２の光学面が、楕円面である特許
請求の範囲第７項記載の光学カップラ。
（９）前記第１及び第２の光学面の楕円面焦点と共通で
ある第１の焦点と、前記第１の位置にある光ファイバの
予定の端部位置となる第２の焦点とを有する第３の全反
射楕円内面をさらに含み、前記第１及び第２の光学面の楕円面の第２の焦点が前記
第１及び第２の位置決め手段の位置と一致する特許請求
の範囲第８項記載の光学カップラ。
（１０）前記第１及び第２の光学面が、放物面である特
許請求の範囲第７項記載の光学カップラ。
（１１）前記第１及び第２の光学面の一方が全反射内面
であり、他方がビーム分割面である特許請求の範囲第１
項記載の光学カップラ。
（１２）前記光ファイバを受入れる手段は、前記光ファ
イバの端部を前記ビーム分割光学面に近接して位置決め
する手段をさらに含む特許請求の範囲第１１項記載の光
学カップラ。
（１３）前記第１及び第２の位置決め手段のうち第１の
ものが、検出素子又は発光素子を前記ビーム分割面に近
接して位置決めするように配置される特許請求の範囲第
１２項記載の光学カップラ。
（１４）前記第２の光学面が、前記第１及び第２の位置
決め手段のうち第２のものから又はそれに向かつて前記
ビーム分割光学面を介して伝搬される光の光路に配置さ
れる特許請求の範囲第１３項記載の光学カップラ。
（１５）前記第１の光学面が全反射内面であり、前記第
２の光学面が屈折面である特許請求の範囲第１項記載の
光学カップラ。
（１６）前記カップラ本体は、前記第１及び第２の物理
的に分離される光学面と、前記光ファイバを受入れる手
段と、前記第１及び第２の位置決め手段とを前記カップ
ラ本体の対向する面から配置する凹部を有し、前記カッ
プラ本体は側方の加圧作業を行なうことなしに金型によ
り成形される特許請求の範囲第１項、第７項又は第１１
項記載の光学カップラ。
（１７）前記第１及び第２の物理的に分離される光学面
は、前記第１及び第２の位置決め手段の間のクロストー
クを回避するために分割される特許請求の範囲第１項記
載の光学カップラ。