JP2002182058A - 光学接続部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、出射領域の大きな光ファイバと入射
領域の小さな光ファイバ又は受光半導体を光学接続する
場合の伝送損失を低減する。 【解決手段】光ファイバと光ファイバ、光ファイバと受
光半導体を多管状又は多層状の導光路を介在させ接続さ
せる。導光路は大きな光ファイバから小さな光ファイバ
又は受光半導体向けて先細りとなる形状である。光伝送
体の屈折率は光ファイバの屈折率とほぼ同等であること
が好ましい。導光路の接続端面の片側もしくは両側には
柔軟な光透過体が装着されていることが好ましい。光透
過体の特性は、屈折率は光ファイバとほぼ同等で硬度は
ＪＩＳ（Ａ型）５０度以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを光フ
ァイバ又は受光半導体に光学接続する装部品に係わる。
特に、大きな出射領域を持つ光ファイバから小さな入射
領域の光ファイバ又は受光半導体に信号光を光学接続す
る部品であり、接続時の光伝送損失を低減する実用的な
部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた光伝送路の伝送効率
は、光伝送路における光ファイバ同士や光ファイバと他
の光学部品との光学的な接続部における接続損失に大き
く影響される。特に、光学接続面が狭まっていく場合に
は大きな損失を発生し問題となる。出射径の大きな光フ
ァイバから入射径の小さな受光半導体に接続する場合が
これに該当する。単純に両部品を直結すると当然ながら
入射径と出射径の面積比しか有効に伝送されない。

【０００３】そこで、特開平１０−２２１７７３のよう
に反射面で囲まれた先細り形状の導光路で光学接続する
構造が提案されている。しかしながら、この構造は極め
て長い経路を持つ導光路が可能な場合にのみ有効とな
る。光ファイバからのランダムな出射光を短い距離で集
光させることは理論的に難しく、特に大きな出射角を持
つ信号光は導光路内部で数多くの反射を経て減衰し受光
半導体に到達したり逆に光ファイバに信号光が戻ったり
する可能性がある。

【０００４】従来のレンズを介在させる方法でもかなり
の接続損失を招く。ロッドレンズを使用する場合には特
開平１０−２２１７７３と同様の問題を抱えており、凸
レンズを用いる場合には反射等の現象を生じ数ｄＢの大
きな接続損失を招くことが知られている。ボールレンズ
は平行光もしくは点光源光を集光する機能を有するがラ
ンダム光を有効に集光することは難しい。

【０００５】今までは、光ファイバ即ちコア径の小さな
石英ファイバであり、受光半導体の受光部は石英ファイ
バのコア径より大きいため上記のような問題は発生しな
かった。むしろ、微細径の石英ファイバと光学接続する
ための精密加工技術が問題となっていた。

【０００６】最近、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦと
称する）が利用できるようになってきた。例えば、ポリ
メチルメタクリレート樹脂製ＰＯＦ（三菱レイヨン、東
レ等）やフッ素樹脂製ＰＯＦ（旭硝子）が市販されてい
る。これにより、光伝送通路が狭まる光学接続が現実問
題となり、該接続損失を低減する技術の実用化が強く要
求されるようになってきた。

【０００７】又、光学接続時の位置決めや密着性に依存
する光伝送損失も無視できず低減することが要求されて
いる。例えば、軸ずれ、傾斜、隙間などに起因する接続
損失を低くすることが重要となる。

【０００８】本発明者は、上記問題を鋭意検討し光ファ
イバからのランダムな出射光を効率的に伝送する部品を
提案するものである。特に、大口径の光ファイバから小
口径の光ファイバ又は受光半導体への光伝送時における
接続損失の極めて少さい接続部品を提案するものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、光ファイバ
と光ファイバ、光ファイバと受光半導体の光学接続時に
おける伝送損失の低減化技術に関するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバか
ら出射するランダムな信号光を多管状又は多層状の光伝
送体を経由することにより光ファイバ又は受光半導体に
有効に伝送する光学接続部品を提供するものである。

【００１１】請求項１は、光ファイバと、光ファイバと
受光半導体を多管状又は多層状（円柱状の光伝送体を束
ねた、管状の光伝送体を重ねた又はフィルム状の光伝送
体を巻いた形状）の導光路を介在させ接続させることを
特徴とする光学接続部品である。

【００１２】請求項２は、大きな光ファイバから小さな
光ファイバ又は受光半導体への光学伝送時において導光
路が光伝送方向に向けて先細りとなる形状を特徴とする
光学接続部品である。

【００１３】請求項３は、光伝送体の屈折率が光ファイ
バの屈折率とほぼ同等であることを特徴とする光学接続
部品である。

【００１４】請求項４は、導光路の接続端面の片側もし
くは両側に柔軟な光透過体が装着されていることを特徴
とする光学接続部品である。

【００１５】請求項５及び請求項６は、光透過体に関す
るものであり、その屈折率は光ファイバの屈折率と同
等、硬度はＪＩＳ（Ａ型）５０度以下、のシリコーン系
樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、エラストマー
系樹脂、及びこれら樹脂の誘導体から選ばれた少なくと
も１種である。

【００１６】本発明の接続部品は、光ファイバと光ファ
イバ、光ファイバと受光半導体を多管状又は多層状（円
柱状の光伝送体を束ねた、管状の光伝送体を重ねた又は
フィルム状の光伝送体を巻いた形状）の導光路を介在さ
せ接続させるものである。円柱状、管状、フィルム状の
光伝送体の外周部は接続端面以外は反射面で囲まれてい
る。

【００１７】導光路は自作することもできるし市販品を
転用することもできる。例えば、多管状のポリメチルメ
タクリレート樹脂導光路は、該樹脂のペレット購入、溶
融糸引加工、表面反射加工、集束加工、そして切断研磨
加工により制作できる。又、マルチコアＰＯＦ（旭化
成）を購入し切断研磨加工することにより導光路として
利用することもできる。表面反射加工としては、屈折率
の低いフッ素樹脂等又は高反射性の物質で被覆する方法
がある。一般的にはメッキ、蒸着、塗布等の方法が良く
用いられている。

【００１８】大口径の光ファイバから小口径の光ファイ
バ又は受光半導体への光学伝送時においては、導光路は
光伝送方向に向けて先細りとなる形状を有することが必
要である。具体的形状は光ファイバからの出射光の特性
を考慮し円錐、放物体、回転楕円体等より選択する。
又、導光路の断面寸法は接続する光ファイバ又は受光半
導体の入出射口と同等であることが好ましい。

【００１９】導光路の接続端面の片側もしくは両側には
柔軟な光透過体が装着されていることが好ましい。接続
界面に隙間が生じると屈折や反射等の現象により光伝送
損失を招く。

【００２０】光伝送体及び光透過体の屈折率は光ファイ
バとほぼ同等（光ファイバの屈折率±０．０５以内）で
あることが好ましい。光ファイバと光伝送体又は光透過
体の屈折率の差が大きすぎると反射等による光伝送損失
を招く。又、光ファイバの屈折率は１．３５から１．６
０であり光伝送体及び光透過体の屈折率もこの範囲とな
る。

【００２１】光伝送体として必要とされる他の特性は光
ファイバと同じで、光透過性、耐候性、耐熱性等であ
る。これら条件を満足する樹脂なら何を使用しても良
く、旭化成、三井化学、ＪＳＲ等より各種の適用可能な
透明樹脂が市販されている。

【００２２】光透過体は、柔軟であることが必要でその
硬度はＪＩＳ（Ａ型）で５０度以下が好ましい。硬すぎ
ると接続時の密着が不十分となり間隙を生じ、結果的に
光伝送時に損失をもたらす。これに適する樹脂類は、シ
リコーン系、アクリル系、エポキシ系、エラストマー
系、及びこれらの誘導体を挙げることができる。市販品
は信越化学工業、東芝シリコーン、東亞合成、日本化
薬、旭化成等の製品より選択することができる。

【００２3】図１は、本発明による光学接続装部品の模
式図を示したものである。（１）は接続方向の横から見
た断面図である。（２）は接続方向から見た図である。
（ａ）は円柱状の光伝送体を束ねた形状、（ｂ）は管状
光伝送体を重ねた形状、（ｃ）はフィルム状の光伝送体
を巻いた形状の導光路である。

【００２4】図２は、本発明による光学接続部品のいく
つかの例を示したものである（接続方向横から見た断面
図である。１）は導光路のみ内蔵した部品、２）は片側
に光透過体を装着した部品、３）は両側に光透過体を装
着した部品である。２１は導光路、２２は支持体、２３
は光透過体である。

【００２5】図３は、本発明の光学接続部品を用いてコ
ア径の大きな光ファイバと受光径の小さな受光半導体を
接続した例を示す図である（接続方向の断面図）。３０
はＰＯＦ、３１は導光路、３２は支持体、３３は光透過
体、３５は受光半導体（素子３６、受光面３７）、３９
は信号光である。

【００２6】図４は、特開平１０−２２１７７３の光学
接続部品を用いて図３同様に光ファイバと受光半導体を
接続した例を示す図である（接続方向の断面図）。４０
はＰＯＦ、４２は支持体、４４は導光路、４５は受光半
導体（素子４６、受光面４７）、４９は信号光である。

【００２7】図５は、凸レンズを用いて図３同様に光フ
ァイバと受光半導体を接続した例を示す図である（接続
方向の断面図）。５０はＰＯＦ、５２は支持体、５４は
凸レンズ、５５は受光半導体（素子５６、受光面５
７）、５９は信号光である。

【００２8】

【実施形態】本発明の実施形態を実施例及び比較例にて
具体的に説明する。

【００２9】

【実施例】本発明の光学接続部品（３１、３２）を用い
てポリメチルメタクリレート樹脂製ＰＯＦ（東レ、コア
径０．５ｍｍ、屈折率１．５０）３０と受光半導体３５
を図３のように接続した。受光半導体は受光素子３６
（フォトダイオード、浜松ホトニクス、受光径０．２ｍ
ｍ）をフレキシブル回路基板にフリップ実装し試作した
ものである。又、ＰＯＦと導光体３１との接触界面には
柔軟な光透過体３３を装着した。本実施例の接続損失は
０．６ｄＢと極めて少なかった。ＰＯＦからの出射角の
大きな信号光３９は導光路内を反射して受光半導体の受
光面３７に確実に伝送されたと考えられる。

【００３０】導光路は本実施例のＰＯＦを用い、まず延
伸（径０．０５ｍｍ）し表面をフッ素コーティング、次
に集束（径０．５ｍｍ）し円錐台状に引張加工、そして
切断更に接続断面を熱板溶融し平滑にする工程にて試作
した。

【００３１】光透過体は、硬さがＪＩＳ（Ａ）１５度の
付加反応型ジフェニルシリコーン原料（信越化学工業）
を加熱硬化させたものであり、屈折率は１．５０であっ
た。

【００３２】

【比較例１】特開平１０−２２１７７３の考案に基づく
接続部品（４２、４４）を用いて実施例同様にＰＯＦと
受光半導体を図４のように接続した。導光路の外形は実
施例と同じであるが、本比較例例の接続損失は３．７ｄ
Ｂであった。信号光が有効に受光半導体に伝送されてお
らず、例えば、出射角の大きな信号光４９が導光路で反
射し光ファイバに戻り損失を招いた等の原因が考えられ
る。尚、本比較例では光透過体は装着しなかった。

【００３３】

【比較例２】従来の凸レンズを用いた接続部品（５２、
５４）を用いて実施例同様にＰＯＦと受光半導体を図５
のように接続した。本比較例での接続損失は５．１ｄＢ
と最大であった。出射角の大きな信号光５９がレンズ表
面で反射し受光半導体に伝送されなかったことが主な原
因であると思われる。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、出射径の大きな光ファイ
バと入射径の小さな光ファイバ又は受光半導体を光学結
合する場合の接続損失を大幅に低減することができる。
特に、民生用に使用が予定されている大口径ＰＯＦを用
いた光通信の普及に大きな役割を果たすことが期待され
る。本発明により低価格で簡便な汎用の光ファイバ用の
光学接続装置が実用化され、オフィスや家庭への光通信
システムの普及が格段と促進されると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の導光路の例を示す図である。

【図２】 本発明の光学接続部品の例を示す図である。

【図３】 本発明の光学接続部品を用いた接続例を示す
図である。

【図４】 先行技術による光学接続例を示す図である。

【図５】 凸レンズを用いた光学接続例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３０、４０、５０ ＰＯＦ ２１、３１ 導光路 ２２、３２、４２、５２ 支持体 ２３、３３ 光透過体 ３５、４５、５５ 受光半導体 ３６、４６、５６ 受光素子 ３７、４７、５７ 受光部 ３９、４９、５９ 信号光 ４４ 先行技術による導光路 ５４ 凸レンズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバと光ファイバ、光ファイバと受
   光半導体を光学的に結合する部品であり、多管状又は多
   層状（円柱状の光伝送体を束ねた、管状の光伝送体を重
   ねた又はフィルム状の光伝送体を巻いた形状）の導光路
   を内蔵した光学接続部品。
2. 【請求項２】請求項１において、信号光を光ファイバか
   ら該ファイバの出射部に比べてより小さな入射部を持つ
   光ファイバ又は受光半導体へ伝送する場合であり、導光
   路が光伝送方向に向けて先細りとなる形状を有すること
   を特徴とする光学接続部品。
3. 【請求項３】光伝送体の屈折率が光ファイバの屈折率±
   ０．０５以内であることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の光学接続部品。
4. 【請求項４】導光路の接続端面の片側もしくは両側に柔
   軟な光透過体が装着されていることを特徴とする請求項
   １から請求項３のいずれか１項に記載の光学接続部品。
5. 【請求項５】光透過体の屈折率が光ファイバの屈折率±
   ０．０５以内であることを特徴とする請求項１から請求
   項４のいずれか１項に記載の光学接続部品。
6. 【請求項６】光透過体が、硬度がＪＩＳ（Ａ型）５０度
   以下のシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系
   樹脂、エラストマー系樹脂、及びこれら樹脂の誘導体か
   ら選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求
   項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学接続部
   品。