JP2003107302A

JP2003107302A - 光送受信器

Info

Publication number: JP2003107302A
Application number: JP2001302006A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yasuda; 安田　　信行
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP3925134B2; WO2003029868A1; EP1431787A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）の１芯双
方向通信で送受信信号間のクロストークを少なく、機械
的外乱に強くする。【解決手段】先端２が球面状をしたＰＯＦ１が固着さ
れたプラグ３は送受信器３０が固着されたリセプタクル
４に接続されている。受光素子８と受光素子９とはそれ
ぞれの（最高感度の方向）軸とＰＯＦ１の軸線とが一致
するように、基板１３、１４、１３ａに背中合わせに実
装されている。ＰＯＦの軸線を点対称の中心とした強度
分布で受信光７が受光素子８に到達し、発光素子９から
ＰＯＦ１と反対方向に出射された送信光５は下部プリズ
ム１０のプリズム反射面１１、第２プリズム反射面１１
ａで反射されＰＯＦの軸線を点対称の中心とした強度分
布で外周部からＰＯＦに入射させ、位置・振動・屈曲等
の機械的外乱に抵抗させる。送信反射光６は外方に反射
し、遮光板１６ａで送信光５が受光素子８に到達するの
を防止しクロストークを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通常使用される単
芯の光ファイバにより双方向の光伝送を行う送受信器に
係わり、特に端面が凸球状をなしたプラスチック光ファ
イバを使用した際に好適な送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の接続に用いられる
信号ケーブルは、従来からよく知られている電気信号ケ
ーブルばかりでなく、例えば光を利用して情報伝送を行
う光信号ケーブル等も利用されている。光ケーブルを使
用して各種の電子機器を接続する場合、機器間の接続や
切断を容易にするために、図１０に示すように、光ケー
ブルの両端にプラグを装着し、機器側に備えられたジャ
ックに挿入して接続されることが多い。

【０００３】本例では、電子機器６７側には、ジャック
６５が設置され、このジャックに適合するプラグ６１が
光ケーブル６０の両端に取り付けられている。プラグ６
１をジャック６５の受け穴に挿入することにより、光ケ
ーブル６０の心線（光ファイバ素線）が機器６７内の光
学素子と対向する構造となっている。機器内に設置され
たジャックは、リセプタクルと呼ばれることも多い。ま
た、プラグとリセプタクルをコネクタと総称する。

【０００４】信号の伝送が１方向のみならば、機器内の
光学素子は送信用の発光素子または受信用の受光素子を
光ファイバ素線のコアの軸線に配置すればよい。光ファ
イバの軸線と発光素子または受光素子の効率最大の方向
を一致させることにより、容易に最適の配置が得られ
る。しかし、１本の光ケーブルを使用して双方向に信号
を伝送しようとすると、上記のように簡単には行かな
い。

【０００５】見かけ上１本の光ケーブルとなるように、
特殊な光ケーブルを使用することもしばしば行われる。
図１１（ａ）にその１例を示す。先ず、コア５３を複数
本まとめたドメイン５４を２組用意し、その周囲をクラ
ッド５１で覆う。クラッド５１には識別用突起５２を形
成して１本の（複芯）光ケーブル５０とする。リセプタ
クル側は同図（ｂ）に示すように、基板５５上に発光素
子５６及び受光素子５７を取付け、その間に仕切り板５
９で中央部を分離されたプリズム５８が固着されてい
る。

【０００６】上記の（複芯）光ケーブル５０の両端にプ
ラグを装着し、識別用突起５２とプラグの回り止め（例
えば角形にする等）により、プラグをリセプタクルに挿
入したとき、基板５５と光ケーブル５０が同図（ｂ）に
示す位置関係を保つようにする。同図（ｂ）で左側のド
メイン５４が入射側、右側のドメイン５４が出射側とし
て使用される。実質的に２本の光ファイバを使用したこ
とになり、特殊な光ケーブルが必要で、高価格となりや
すく、ケーブルの単位長さ当たりの重量も増加するので
好ましくない。

【０００７】図１１（ｃ）はホログラフィックビームス
プリッタを使用して単芯の光ファイバで双方向の信号伝
送が可能としている。（単芯）光ファイバ５０ａの軸線上に配置された、発光
素子であるレーザダイオード６８から出射された単一の
発散光は、ホログラフィックビームスプリッタ６９とレ
ンズ７５によってビーム７０・７１・７２に分割され、
ビーム７０は光ファイバ５０ａの１端に集光される。フ
ァイバ５０ａから入ってくる信号光はホログラフィック
ビームスプリッタ６９とレンズ７５によってビーム７６
・７７・７８に回析され、ビーム７７・７８は光検出器
（受光素子）７３・７４に受光される。

【０００８】上記の方式はプラグとリセプタクルの振動
に対する安定性も優れているが、ホログラフィックビー
ムスプリッタは価格も高く、伝送効率もあまり良いとは
言えない。構成上、発光素子と受光素子との間隔が１ｍ
ｍ程度と狭いので、クロストークの問題も発生する。

【０００９】電子機器間の接続に多用されるプラスチッ
ク光ファイバ（以降ＰＯＦと略称する）の場合にはコア
径が比較的大きいので、単芯のＰＯＦと図１１（ｂ）の
リセプタクルを組み合わせた方式で、特殊な複芯ケーブ
ルや光学素子の使用を避けることができる。通常の光フ
ァイバがそのまま使用でき、プラグの回り止めさえすれ
ば送信受信の経路も乱されない。また、発光素子と受光
素子との間隔も充分離すことができる。更に、分離方法
として、図１１（ｂ）に示した隔壁を持ったプリズムの
みとは限らず、他にミラー、レンズ、導光ファイバ、遮
光等の光学的手段が使用可能であり、目的に応じて使い
分けも可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、プラス
チック光ファイバ使用の場合には、単芯のＰＯＦとプリ
ズムによって半月状の断面形を持ったＰＯＦのコアの半
分づつを送受信に分離して使用するとコスト的にも安価
で具合が良い。即ち、１本の（単芯）光ファイバで常時
双方向の光信号を伝送する送受信器において、従来は光
ファイバ端面を送信入射光と受信出射光を光学的手段で
領域分割し、送受信光相互の混入や干渉を簡易に分離し
ていた。

【００１１】ところが、上記のような領域分割では光の
分布が光ファイバの軸線に対して非対称であるため、光
ファイバコネクタの接続位置の機械的な変動や振動が送
受信光の強度に影響を及ぼす。また、光ケーブルの形状
・姿勢の変動や振動も同様に送受信光の強度に影響を及
ぼす。これらはすべて信号の伝送特性に影響し、特にコ
ネクタ近辺での光ケーブルの形状・姿勢の変動や振動は
大きく影響する。高性能のオーディオ装置間の信号伝送
では音質劣化を派生する問題を生じている。また、組み
付けの誤差により、１本の光ケーブルの両端で送信と受
信を区分する線が一致せずに食い違っている（両端の半
月形の弦に相当する線がある角度をなしている）と伝送
特性劣化を生じ、更に外力の変動により時系列的にこの
角度が変動する場合には、特に音質の変化を際だたせる
と言う問題もある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するために、１芯のプラスチック光ファイバ
から出射される受信光を受光する受光素子と、送信光を
出射する発光素子と、受光素子と発光素子を実装する基
板と、基板に形成され、プラスチック光ファイバに入射
するよう前記送信光の進路を変更する光路変更手段とを
備え、プラスチック光ファイバの端部に装着されたコネ
クタプラグを挿入して所定位置に保持するリセプタクル
の近傍に配置された光送受信器であって、プラスチック
光ファイバの軸線と前記受光素子の軸と前記送信光の見
かけの発光源が同一直線上に配置され、送信光のプラス
チック光ファイバに入射する際の強度分布、及び、受光
素子の受光感度分布が共に前記プラスチック光ファイバ
の軸線上の点を中心とする点対称とされた光送受信器を
提供する。

【００１３】また本発明の光送受信器は、光路変更手段
により、前記プラスチック光ファイバの中心部より外周
部の前記送信光の強度分布が大きいようにされ、また、
この光路変更手段は透明プリズムに設けられた反射面で
ある。更に、受信光の光路と受光素子の周囲に遮光板を
設けている。更に、プラスチック光ファイバの端面が球
面であるか、又はプラスチック光ファイバの端面から前
記受光素子間の受信光の光路に光束を収束させるレンズ
系をを挿入している。更に、発光素子から出射された送
信光を複数の導光ファイバにより導く方法も提供する。

【００１４】更にまた、発光素子及び受光素子の実装さ
れる基板の導体間を電気的に絶縁している。また、発光
素子及び受光素子の実装される導体により、送信光が透
過する透過窓を構成する光送受信器をも提供する。ま
た、導体間に挿入される絶縁基板に、送信光が透過する
透過窓を形成した光送受信器をも提供する。また、プラ
スチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を通
る同一直線上に前記発光素子の軸が配置される光送受信
器を提供する。

【００１５】発光素子に半導体レーザを使用する場合
は、プラスチック光ファイバの軸線と前記受光素子の軸
と同一直線上に４５゜プリズムを配置し、この４５゜プ
リズム入射後の送信光の光路の見かけの発光源が前記プ
ラスチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を
通る同一直線上に配置する。また、半導体レーザと４５
゜プリズム間の送信光の光路間にアスペクトレシオ変更
手段を挿入する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態を図１、図
２を参照して説明する。図１はリセプタクルに挿入され
たプラグ先端部と光送受信器（以降、送受信器と呼ぶ）
を分解斜視図として示し、図２（ａ）はＰＯＦの軸線を
含む平面で切断した断面図、同図（ｂ）は下部（発光素
子９の側）から素子の実装された基板を見た投影図であ
る。図１では数個の部品はその一部を破断して断面形状
を示している。なお、図１の分解斜視図は部品名称と部
品形状を説明するためのものであり、実際の加工工程で
このように分割されずに製造される場合が多い。後述す
るように実際の製造工程では、例えば、光の進路内で部
品同士の接触面ができるだけ少なくなるように、部品の
一体化を図るなどの配慮がなされている。

【００１７】光ファイバ（ＰＯＦ）１がコネクタプラグ
３の中心部に固着され、その端面２はほぼ球面状に形成
されている。ここでＰＯＦとはコアが１個でその端面が
ほぼ凸球面に形成されたプラスチック光ファイバ（素
線）とする。通常は外周部に保護層を付けた光ケーブル
として使用される。プラグ３がリセプタクル４の穴部に
挿入されると、プラグ３の先端部の（外）テーパ面３ａ
とリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ面４ａが
当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所定位置に
位置決めされる。

【００１８】リセプタクル４には送受信器３０が取り付
けられている。送受信器３０は受光素子８及び発光素子
９とこれらを実装する基板、送信光５や受信光７を誘導
するプリズム類、受光素子８及び発光素子９を封止する
封止部等から構成される。前記のプリズムが封止部を兼
用する場合もある。本明細書では、便宜的に上記の基板
を境界として、その上部の受光素子８と受信光７を誘導
する受光素子８の封止部等を受信部、基板より下部の発
光素子９、送信光５を誘導するプリズム類を発光部と呼
ぶ。

【００１９】受光素子８は、例えば、フォトダイオード
やフォトトランジスタ等が使用される。受光素子８はＰ
ＯＦから出射される受信光７を効率よく受信するよう
に、その最高感度軸がＰＯＦの（プラグ部の）軸線と一
致するようにビームリードＧＮＤ１３に実装され、ビー
ムリード１２を介して外部に接続される。受光素子８は
透明の封止部１７によって封止され、封止部１７のＰＯ
Ｆに対向する面はレンズ面１７ａを形成している。な
お、本明細書では受光素子８及び発光素子９はリードフ
レームに実装し、封止する場合として説明するが、ケー
スに収容された一般市販品を使用することもできる。

【００２０】発光素子にはＬＥＤが使用され、ビームリ
ードＧＮＤ１３ａに実装され、ビームリード１２ａを介
して外部に接続され、下部プリズム１０の成形時に下部
プリズム１０によって封止される。発光素子９は受光素
子８のほぼ裏側に配置され、送信光５はＰＯＦの反対側
に出射される。送信光５は下部プリズム１０によって上
方へ向かい、ＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。
ここでは反射屈折等により、光の進路（特に送信光）を
変更する部材を光路変更手段と呼ぶ。光路変更手段は基
板の発光部と反対側に設けられる場合もある。発光部か
らの送信光５は、上記の光路変更手段によりほぼ１８０
゜その方向を変え、ＰＯＦに入射するときの送信光５の
発光は基板の（受光部の配置された側と同じ）同一面側
でなされることとなる。

【００２１】ここで、受光素子８及び発光素子９の実装
される基板組立品の説明を図５（ａ１）（ａ２）（ａ
３）を参照して説明する。図５（ａ１）は受光素子８を
実装するリードフレーム２２、同図（ａ３）は発光素子
９を実装するリードフレーム２２（前記受光素子実装用
リードフレームと同じ物）、（ａ２）は２枚のリードフ
レームの間に挿入される絶縁基板１４を模式的に描いて
いる。

【００２２】図５（ａ１）に示すリードフレーム２２は
薄い金属板をプレス加工で斜線部の穴抜きをしたもの
で、破線の矢印で示す範囲の形状が左右に反復連続して
多数形成される。リードフレーム２２はビームリード１
２とビームリードＧＮＤ１３が外周部と連続した形に形
成され、最終工程で実線２５、２５・・で切断してビー
ムリード１２とビームリードＧＮＤ１３を分離する。外
周部に同時に複数のパイロット穴２６が開けられ、各工
程毎にパイロットピンが挿入されて位置決めがなされ
る。中央部の円形の中心に素子の最高感度軸が位置する
ように、受光素子８が実装され、ビームリード１２にワ
イヤボンディングで接続する。

【００２３】発光素子９も別のリードフレーム２２に実
装される。リードフレーム２２の図５（ａ１）に示す側
に発光素子９も実装する。受光素子と発光素子の実装面
の裏面で透明の樹脂板等の薄い絶縁基板１４を挟んで、
受光素子、発光素子の最高強度軸が合致するように、パ
イロット穴を利用して位置決めして、例えば接着等で接
合する。パイロット穴２６はリードフレームを裏返して
も座標が一致するように形成されているので、以降の工
程もリードフレーム２枚重ねで作業を行う。また、リー
ドフレーム２２に穴抜きされた光透過部１５は２枚のリ
ードフレームで合成され、図１・図２（ｂ）に示すよう
に、４個の扇形でほぼリング状の光透過部を形成する。

【００２４】透明な絶縁基板１４を使用した場合の送受
信器３０の以降の製造工程は、ほぼ、次のようになる。
受光素子封止。透明樹脂の封止部１７が、例えばアウト
サート成形で形成される。封止部１７のＰＯＦの対向面
は凸レンズ状に形成してもよい。封止部１７の外周円筒
面に遮光板１６ａを形成する。遮光板１６ａは塗装また
は印刷等で遮光効果のある面を形成しても良いし、金属
その他で円筒状の遮光板を封止部１７の外周円筒面にそ
って配置し、次工程の下部プリズム１０およびスペーサ
１６の成形時に固定しても良い。図１に示すように、別
途スペーサ１６を作成して封止部１７に被せるならスペ
ーサ１６の内面に遮光板１６ａの形成も可能である。

【００２５】一般には、下部プリズム１０およびスペー
サ１６をアウトサート成形で同時に成形するのが普通で
ある。送信側の光路に透明な絶縁基板１４が介在するの
を嫌うなら、透過窓を開けた絶縁基板１４ａを使用して
下部プリズム１０およびスペーサ１６を一体とし、送信
側の光路の異材の接触面を除いても良い。下部プリズム
１０のプリズム反射面１１と第２プリズム反射面１１ａ
は例えば金属の蒸着面、またはメッキ面としてもよく、
全反射が期待できるなら、成型時のままの光沢面をその
まま使用しても良い。すべての工程が終わればリードフ
レームの外周を切断すればビームリード１２、１２ａと
ビームリードＧＮＤ１３、１３ａが分離される。

【００２６】以上図１、２、図５（ａ１、２、３）に従
って１例を説明したが各種の変形が可能である。例え
ば、発光素子と受光素子の電位的分離があまり必要ない
場合は、１枚のリードフレームの両面に背中合わせに発
光・受光両素子を実装することも可能である。また、こ
のリードフレームに周辺の電子部品実装のためのランド
を適宜設けることも有用であり、リセプタクルまたはリ
セプタクルケースなどへ送受信器３０取付用の穴等をリ
ードフレーム、絶縁基板に設けておくことも考えられ
る。

【００２７】このように製造された送受信器において、
図２に示すように、ＰＯＦから射出された受信光７はＰ
ＯＦ端面２の球面部および封止部１７のレンズ面１７ａ
で収束され受光素子８で効率よく受光される。

【００２８】一方、発光素子９より（図で下方に）出射
された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成さ
れた、凹曲面を持った円錐状のプリズム反射面１１で反
射され、ほぼ水平で全円周に均一に出射される。更に、
パラボラ状の第２プリズム反射面１１ａによって反射
し、進路を上方に変更し、透明な絶縁基板１４に形成さ
れたリング状の光透過部１５を透過して、スペーサ１６
を経て、ＰＯＦのレンズ状の端面２の外周部から（ほぼ
全円周のリング状に）入射する。即ち、ＰＯＦの軸線に
対し点対称に均一に分布した光束が入射することにな
る。

【００２９】送信光５のごく一部はスペーサ１６内部で
拡散等により進路を変えるが、遮光板１６ａに遮られ、
受光素子８には影響しない。また、送信光５はＰＯＦの
レンズ状の端面２でも幾分は反射されるが、この面の送
信反射光６は多く外周に反射され、更に遮光板１６ａに
も遮られて受光素子８には到達しない。ここで、受光感
度最大の方向を受光素子の軸、発光光度最大の方向を発
光素子の軸と呼ぶことにすると、ＰＯＦの軸線、受光素
子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素子の
感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光束を
プリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対
し（１個の同心円上の強度は同一となるように）点対称
に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させること
により、遮光板等で的確な防護を行い、送受信のクロス
トークを防ぐことができる。

【００３０】同様に、ＰＯＦ１の端面２から出射する受
信光７は、主にＰＯＦの中心寄りの受信光が受光素子に
入射する。受光素子の受光感度分布からはＰＯＦの軸線
から出射した受信光が最大感度で受け取られることにな
る。受信光の強度分布もＰＯＦの軸線に点対称で分布し
ていると考えて良い。

【００３１】更に、受信光・送信光のいずれの強度分布
もＰＯＦの軸線に点対称で分布していることから、光フ
ァイバがその軸線を廻転中心として回転しても光ファイ
バと送受信器の関係は変化しないことを示している。即
ち、光ファイバを固着したプラグとリセプタクルが廻転
可能であっても、幾何学的な関係位置が両者のテーパ面
で規制されていれば、伝送特性は基本的に変化しないこ
とになる。これはプラグの方向性を考える必要がないの
でプラグの装着が簡便であり、コネクタの製造上はプラ
グが丸棒、リセプタクルの受け穴が丸穴と加工は簡易で
あり、取り扱い時の利便性の向上、製造コスト低減のメ
リットがある。

【００３２】本発明の別の実施の形態である送受信器３
０ａを図３、図４、図５（ｂ１、２、３）を参照して説
明する。前例と同様、図３はリセプタクルに挿入された
プラグ先端部と送受信器部を分解斜視図として示し、図
４（ａ）はＰＯＦの軸線を含む平面で切断した断面図、
同図（ｂ）は下部（発光素子９の側）から素子の実装さ
れた基板を見た投影図、であり、部分的にある部品はそ
の一部を破断して断面形状を示している。既に述べたよ
うに、各部品が図３の分解斜視図のように分割されて製
造される場合は少ない。

【００３３】光ファイバ（単芯のＰＯＦ）１がコネクタ
プラグ３の中心部に固着され、プラグ先端の（外）テー
パ面３ａとリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ
面４ａが当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所
定位置に位置決めされることは、前例と変わらない。

【００３４】リセプタクル４の後方近傍に送受信器３０
ａが取り付けられている。送受信器３０ａは表裏に受光
素子８及び発光素子９が実装された基板、送信光５の案
内、及び、発光素子９の封止のための下部プリズム１
０、上部プリズム１０ａ等から構成される。

【００３５】受光素子８は、前例と同じくフォトダイオ
ードやフォトトランジスタ等が使用される。受光素子８
はＰＯＦから出射される受信光７を効率よく受信するよ
うに、その最高感度軸がＰＯＦの軸線と一致するように
ビームリードＧＮＤ１３に実装され、ビームリード１２
を介して外部に接続される。受光素子８は透明の封止部
１７によって封止される等ほぼ前例と同様である。発光
素子にはＬＥＤが使用される。

【００３６】受光素子８及び発光素子９の実装される基
板組立品の説明を図５（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）を参照
して説明する。図５（ｂ１）は受光素子８を実装するリ
ードフレーム２２ａ、同図（ｂ３）は発光素子９を実装
するリードフレーム２２ａ、（ｂ２）は２枚のリードフ
レームの間に挿入される透過窓１５ｂ付きの不透明の絶
縁基板１４ａを模式的に描いている。

【００３７】図５（ｂ１）に示すリードフレーム２２ａ
は薄い金属板をプレス加工で穴抜きして、ビームリード
１２、１２ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａが外周
部と連続した形に形成され、同形状がが左右に反復連続
して多数形成される。また、外周部に同時に複数のパイ
ロット穴２６が開けられることも同様である。中央部の
正方形の中心に素子の軸が位置するように、受光素子８
または発光素子９が実装され、ビームリード１２、１２
ａにワイヤボンディングで接続する。

【００３８】不透明で薄い樹脂板等の絶縁基板１４ａの
中心部には、４個の扇形が集まってほぼリング状とされ
た透過窓１５ｂが中心部に穿たれている。受光素子と発
光素子の実装面の裏面で、この絶縁基板１４ａを挟ん
で、受光素子、発光素子の軸が合致するように、パイロ
ット穴を利用して位置決めして、例えば接着等で接合す
る。パイロット穴は裏返しても座標が一致するように形
成されていること、も前例と同様であり、以降の工程も
リードフレーム２枚重ねで作業ができる。

【００３９】本例の送受信器３０ａの以降の製造工程
は、ほぼ、次のようになる。受光素子封止。透明樹脂の
封止部１７が、例えばアウトサート成形で形成される。
図では平面だが、封止部１７のＰＯＦの対向面は凸レン
ズ状に形成してもよい。封止部１７の外周の円錐台面に
第４プリズム反射面１１ｄを形成する。第４プリズム反
射面１１ｄは蒸着、メッキまたは印刷等で反射効果のあ
る面を形成しても良いし、金属その他で円錐台状の反射
板を封止部１７の外周円錐台面に沿って配置し、次工程
の下部プリズム１０および上部プリズム１０ａの成形時
に固定しても良い。図３に示すように、別途上部プリズ
ム１０ａを作成して封止部１７に被せるなら上部プリズ
ム１０ａの内外面にメッキ等により反射面形成も可能で
ある。

【００４０】一般には、下部プリズム１０および上部プ
リズム１０ａをアウトサート成形で透明樹脂を流し込み
同時に成形するのが普通である。絶縁基板１４ａの透過
窓１５ｂにも上記透明樹脂が流入して、下部プリズム１
０および上部プリズム１０ａを一体とし、送信側の光路
の接触面が存在しないようにできる。下部プリズム１０
のプリズム反射面１１と第２プリズム反射面１１ａは例
えば金属の蒸着面、またはメッキ面としてもよく、全反
射が期待できるなら、成型時のままの光沢面をそのまま
使用しても良い。上部プリズム１０ａの外周の円錐台状
の面は、金属の蒸着面、またはメッキ面とされる。リー
ドフレームの外周を切断して、ビームリード１２、１２
ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａを分離して、全て
の工程が終わる。

【００４１】送受信器３０ａにおいて、図４に示すよう
に、ＰＯＦから射出された受信光７はＰＯＦ端面２の球
面部で収束され受光素子８で効率よく受光される。これ
は、図２と同様である。

【００４２】一方、発光素子９より（図で下方に）出射
された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成さ
れた、凹曲面を持った円錐状のプリズム反射面１１で反
射され、ほぼ水平で全円周に均一に出射される。更に、
円錐台状の第２プリズム反射面１１ａによって反射し、
進路を上方に変更し、絶縁基板１４に形成されたリング
状の透過窓１５ｂを透過して、上部プリズム１０ａに至
り、第３プリズム反射面１１ｂで内側に反射され、更に
第４プリズム反射面１１ｃで反射され、リング状になっ
て、僅かに収束しながら上方に向かい、ＰＯＦのレンズ
状の端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入
射する。この場合も、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一
に分布した光束が入射することになる。

【００４３】第４プリズム反射面１１ｃから送信光５は
侵入できず、受光素子８には影響しない。また、送信光
５のＰＯＦのレンズ状の端面２における送信反射光６は
多く外周に反射されて受光素子８には到達しない。ここ
でも前例と同じく、ＰＯＦの軸線、受光素子の軸、およ
び、発光素子の軸を一致させ、受光素子の感度を最高に
保つと同時に、発光素子を射出した光束をプリズムによ
りリング状に集光して、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均
一に分布した送信光をＰＯＦの外周部から入射させるこ
とにより、送受信のクロストークを防ぐことができる。

【００４４】更に、本発明の別の実施の形態である送受
信器３０ｂを図６を参照して説明する。図６（ａ）はＰ
ＯＦの軸線を含む面で切断した断面図、同図（ｂ）はス
ペーサ１６付近でＰＯＦの軸線に直角に切断した断面図
である。光ファイバ（単芯のＰＯＦ）１がコネクタプラ
グ３の中心部に固着され、プラグ先端の（外）テーパ面
３ａとリセプタクル４の穴部最奥部の（内）テーパ面４
ａが当接して、ＰＯＦの軸線はリセプタクル４の所定位
置に位置決めされることは、前例と変わらない。

【００４５】リセプタクル４の後方に送受信器３０ｂが
取り付けられている。送受信器３０ｂは表裏に受光素子
８及び発光素子９が実装された基板、送信光５の反射、
及び、発光素子９の封止を兼ねた下部プリズム１０、受
光素子８の封止を兼ねたスペーサ１６、光ファイバを使
用した導光ファイバ１９等から構成される。

【００４６】受光素子８は、前例と同じくフォトダイオ
ードやフォトトランジスタ等が使用され、発光素子９は
ＬＥＤが使用される。受光素子８はＰＯＦから出射され
る受信光７を効率よく受信するように、その最高感度軸
がＰＯＦの軸線と一致するようにビームリードＧＮＤ１
３に実装され、ビームリード１２を介して外部に接続さ
れる。受光素子８は透明の封止部１７によって封止され
る等ほぼ前例と同様である。

【００４７】受光素子８及び発光素子９の実装されるリ
ードフレームは、例えば、図５（ｂ１）と同様である。
不透明な絶縁基板１４ａには導光ファイバ１９を挿入す
る多数の穴を穿たれている。受光素子８または発光素子
９が実装され、ビームリード１２、１２ａにワイヤボン
ディングされたリードフレームが背中合わせに絶縁基板
１４ａを間に挟んで接着される。

【００４８】次いで、絶縁基板１４ａの孔に導光ファイ
バ１９が挿入される。導光ファイバ１９はＰＯＦまたは
その相当品が使用できる。例えばアウトサート成形で、
下部プリズム１０およびスペーサ１６が同時に成形され
る。受光素子８、発光素子９の封止、および導光ファイ
バ１９の固定も行われる。必要ならプリズム反射面１１
に蒸着、メッキ加工を行い反射面とする。なお、下部プ
リズム１０およびスペーサ１６用の樹脂の屈折率によっ
ては導光ファイバ１９はコアとクラッドを備えた光ファ
イバでなくコア材のみでも使用可能の場合がある。リー
ドフレームの外周を切断して、ビームリード１２、１２
ａとビームリードＧＮＤ１３、１３ａを分離して、全て
の工程が終わる。

【００４９】送受信器３０ｂにおいて、図６に示すよう
に、ＰＯＦから射出された受信光７はＰＯＦ端面２の球
面部で収束され受光素子８で効率よく受光される。これ
は、前２例と同様である。

【００５０】一方、発光素子９より（図で下方に）出射
された送信光５は、下部プリズム１０の中央部に形成さ
れた、リング状の凸曲面を持ったプリズム反射面１１で
反射され、導光ファイバの入射側（下端）端面より入射
する。円周に沿って複数本配置された導光ファイバ１９
にほぼ同一照度で入射すると考えて良い。導光ファイバ
１９の光路に沿って導かれた送信光５は導光ファイバの
出射側（上端）から出射する。そして、ＰＯＦの端面２
の外周部から（ほぼ全円周のリング状に）入射する。こ
の場合も、ＰＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した
光束が入射することになる。

【００５１】また、送信光５のＰＯＦのレンズ状の端面
２における送信反射光６は多く外周に反射されて受光素
子８には到達しない。ここでも前例と同じく、ＰＯＦの
軸線、受光素子の軸、および、発光素子の軸を一致さ
せ、受光素子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を
射出した光束をプリズムによりリング状に集光して、Ｐ
ＯＦの軸線に対し点対称に均一に分布した送信光をＰＯ
Ｆの外周部から入射させることにより、遮光板等の配置
を容易として、送信光・送信反射光を確実に遮断して送
受信のクロストークを防ぐことができる。

【００５２】以上、発光素子にＬＥＤを使用した場合を
説明した。発光素子には半導体レーザのレーザ発光素子
（ＬＤ）等を使用することもできる。図７、８、９を参
照して各種の実施の形態を説明する。各図とも、（ａ）
はＰＯＦの軸線を含む平面で切断したＰＯＦプラグ先端
と送受信器の断面図、（ｂ）はレーザ発光素子付近の下
面図である。なお、図７（ｃ）は半導体レーザの強度分
布に基ずくアスペクトレシオを説明する模式図である。

【００５３】図７は発光素子にＬＥＤを使用した図２に
相当する。図７以降においては基板の平面形を図示して
いないが、ＬＥＤをＬＤに置き換えたために発光素子側
のビームリード、１２ａとビームリードＧＮＤ、１３ａ
のランド位置が異なるだけで図５に示したものと類似の
形態のリードフレームが使用される。

【００５４】ＰＯＦ１とプラグ３及びリセプタクル４の
嵌合部付近と、受光素子側の構成は図２と全く同様なの
で詳細説明は省略し、ＬＤ使用の発光側のみを説明す
る。ＬＤ（９ａ）はビームリードＧＮＤ１３ａに取り付
けられ、その端子は単数または複数のビームリード１２
ａに接続される。レーザ光はビームリードＧＮＤ１３ａ
と平行にＬＤ（９ａ）から出射され、送信光５となり、
ＰＯＦ１の軸線の延長上でビームリードＧＮＤ１３ａに
固着された４５゜プリズム２０に入射し、その進行方向
を下方に直角に曲げ、更に、下部プリズム１０のプリズ
ム反射面１１、第２プリズム反射面１１ａで反射して上
方に向かい、ＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。
ＰＯＦ１のレンズ状の端面２における送信光５が反射し
た送信反射光６が外方に向かい、受光素子８に影響を与
えない点、更に遮光板１６ａで完全に遮光される点も図
２に示す送受信器３０と同様である。

【００５５】市販のＬＤチップの形態は図７に示すよう
に平置き型で、レーザ光の出射スリットは基板と平行と
される場合が多い。図７（ｃ）に示すように、出射スリ
ットの近傍（ＮＦＲ）ではレーザ光（の強度）はスリッ
トと平行な横長の楕円となり、遠方（ＦＦＰ）では、反
対に縦長の楕円となる。楕円の長径と短径の比をアスペ
クトレシオと呼ぶ。このアスペクトレシオはかなり大き
く（例えば２から３に達する）、レーザ光を送信光５と
して使用するには、円形の光に変形する必要がある。従
って光路の途中にアスペクトレシオ変更手段２１を挿入
して楕円から円形に変換する。具体的なアスペクトレシ
オ変更手段としては、例えば凹型の円柱型レンズを光路
に挿入して円形に補正することができる。新たに円柱型
レンズを付加しなくても、送信光５の光路に相当する下
部プリズム１０の外周部に凹面を付ければ同じ作用を行
う。あるいは、レーザ光を直角に曲げる４５゜プリズム
２０の反射面をを凹面にしても補正できる。

【００５６】図８では出射されたレーザ光の拡散角度の
小さい場合に具合良く対応する。ＬＤ（９ａ）は図７と
同様に取り付けられ、ＬＤ（９ａ）から出射された送信
光５は、ＰＯＦ１の軸線の延長上でビームリードＧＮＤ
１３ａに固着された４５゜プリズム２０に入射し、その
進行方向を下方に直角に曲げ、更に、下部プリズム１０
のプリズム反射面１１で反射して上方に向かい、円筒状
の第２プリズム反射面１１ａの内部で反射され、収束さ
れてＰＯＦ１のレンズ状の端面２に入射する。ＰＯＦ１
のレンズ状の端面２においては送信光５は狭い範囲で、
ほぼレンズ状の端面２に垂直に入射する。送信反射光６
は受光素子８に影響を与えず、更に遮光板１６ａで完全
に遮光される。

【００５７】図８に示す送受信器３０ｄの製造は既に説
明した方法と同様であるが、アウトサート成形で下部プ
リズム１０と（受光素子８の）封止部１７を一体に成形
するのが、送信光５の光路中の部品相互の接触面を減ら
す上では有利となる。遮光板１６ａは円筒状の別部品を
アウトサート成形時に鋳込み、別途作成された（使用目
的からはスペーサに相当する）上部プリズム１０ａを嵌
合させる。円筒状の第２プリズム反射面１１ａは金属製
等の円筒形状の部品としても良く、封止部１７の外部円
筒部、または上部プリズム１０ｘａの内部円筒部に蒸
着、メッキ処理を施して反射面としてもよい。

【００５８】図９に示す送受信器３０ｅは、図６の発光
用ＬＥＤ（９）をＬＤ（９ａ）に置き換えたと考えて良
く、送信光５は導光ファイバ１９の内部を経由してＰＯ
Ｆ１のレンズ状の端面２に入射する。即ち、ＬＤ（９
ａ）は図７と同様に取り付けられ、ＬＤ（９ａ）から出
射された送信光５は、ＰＯＦ１の軸線の延長上でビーム
リードＧＮＤ１３ａに固着された４５゜プリズム２０に
入射し、その進行方向を下方に直角に曲げ、更に、下部
プリズム１０の中央部に形成されたリング状の凸曲面を
持ったプリズム反射面１１で反射して上方に向かい、円
形に配置された複数の導光ファイバ１９の内部に入射す
る。導光ファイバ１９の光路に沿って導かれた送信光５
は導光ファイバの出射側（上端）から出射する。そし
て、ＰＯＦの端面２の外周部から（ほぼ全円周のリング
状に）入射する。この場合も図６の場合と同じく、ＰＯ
Ｆの軸線に対し点対称に均一に分布した光束が入射する
ことになる。

【００５９】また、送信光５のＰＯＦのレンズ状の端面
２における送信反射光６は多く外周に反射されて受光素
子８には到達しない。前例と同じく、ＰＯＦの軸線、受
光素子の軸、および、発光素子の軸を一致させ、受光素
子の感度を最高に保つと同時に、発光素子を射出した光
束をプリズムによりリング状に集光して、ＰＯＦの軸線
に対し点対称に均一に分布した送信光をＰＯＦの外周部
から入射させることにより、送受信のクロストークを防
ぐことができる。

【００６０】以上ＬＤを使用した場合の具体例を説明し
た。配置上はＬＤはＰＯＦの軸線上には無いが、ＰＯＦ
１の軸線の延長上に４５゜プリズム２０を配置して、送
信光の光路を９０゜変換しているので、見かけの発光源
はＰＯＦの軸線上にあり、ＬＤをＰＯＦの軸線上に置い
たのと同一の効果を上げている。

【００６１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、通常の
単芯光ファイバを用いた双方向の送受信器として、光フ
ァイバの軸線に対し点対称の分布を有する送信光を用い
るために、光ファイバやコネクタ（プラグ、リセプタク
ル）等に外力に起因する振動、微小な変位が起こって
も、その伝送特性に対する影響を低減し、特に高性能オ
ーディオ装置間の信号伝送において音質劣化を有効に防
止できる。

【００６２】また、リセプタクルに対しプラグの挿入方
向が廻転しても点対称の送信光使用のために伝送特性の
変化が無く、プラグとリセプタクルの構造が簡単とな
り、接続時の取り扱いの容易さ等、コスト上、使用上の
便利性等に優れている。

【００６３】特に端面を球面状とした光ケーブルを用い
た送受信器では光ケーブルコアの外周部に送信光を入射
させることにより、送信反射光を外方へ向けることが可
能で、送信光と送信反射光を的確に遮蔽して受光素子へ
の影響を防止できる。

【００６４】ＰＯＦの中心近傍の受信光を最高感度を有
する受光素子に導入する構造なので、光ケーブル、コネ
クタの位置、方向、屈曲等の機械的な変動に対して受信
光強度の変動が少なく、外乱による受信側の音質の劣化
も効果的に防止できる。

【００６５】ＰＯＦの軸線、受光素子、発光素子を実質
的に同一直線上に配置することにより、送信光と受信光
の強度分布はＰＯＦの軸線に対し点対称になるために、
光ファイバのコネクタ接続時の接続誤差に対して最も影
響が出にくい配置であることも、伝送特性の劣化を妨
げ、同一の伝送特性の維持に対しては、ＰＯＦのコネク
タプラグへの取付作業の容易さ、プラグ・リセプタクル
等コネクタ部品の製造時の公差の拡大等コストダウン効
果も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例である図２に示す構
成を分解斜視図とした説明図である。

【図２】本発明の実施の形態の１例を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態の他の１例である図４に示
す構成を分解斜視図とした説明図である。

【図４】本発明の実施の形態の他の１例を示す断面図で
ある。

【図５】発光素子・受光素子を実装するビームリード及
び絶縁基板の構造例を説明する模式図で、（ａ）は絶縁
基板に透明板を使用した図１に示す例、（ｂ）は絶縁基
板に光を透過する窓を穿った図３に示す例の構成を示
す。

【図６】送信側に導光ファイバを使った本発明の実施の
形態の１例を示す断面図である。

【図７】送信側にレーザ発光素子を使った本発明の実施
の形態の１例を示す断面図である。

【図８】送信側にレーザ発光素子を使った本発明の実施
の形態の他の１例を示す断面図である。

【図９】レーザ発光素子と導光ファイバを組み合わせた
本発明の実施の形態の１例を示す断面図である。

【図１０】プラスチック光ファイバの両端にプラグを接
続した外観図である。

【図１１】従来例の双方向型光ファイバの構成を示し、
（ａ）、（ｂ）は同一クラッド内に２本のコアを配置し
た例、（ｃ）は２分岐型ライトガイドを使用した例であ
る。

【符号の説明】

１光ファイバ（ＰＯＦ）、２光ファイバの端面、３
光ファイバコネクタプラグ、４レセプタクル（ジャ
ック）、５送信光、６送信反射光、７受信光、８
受光素子（ＰＤ）、９発光素子（ＬＥＤ）、９ａ
レーザ発光素子（ＬＤ）、１０下部プリズム、１０ａ
上部プリズム、１１プリズム反射面、１１ａ、第２
プリズム反射面、１１ｂ第３・・・・、１２ビーム
リード、（受光素子側）１３ビームリードＧＮＤ（受
光素子側）、１２ａビームリード（発光素子側）、１
３ａビームリードＧＮＤ（発光素子側）、１４絶縁
基板（透明）、１４ａ絶縁基板（不透明）、１５光
透過部、１５ａ遮光材、１５ｂ透過窓、１６スペ
ーサ、１６ａ遮光板、１７封止部（受光素子）、１
９導光ファイバ、２０４５゜プリズム、２１アス
ペクトレシオ変更手段、２２リードフレーム、２２ａ
リードフレームＢ、３０、３０ａ、・・・３０ｅ送
受信器、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/13 10/135 10/14 Ｆターム(参考） 2H037 BA02 BA11 BA12 CA00 CA01 CA08 CA32 CA39 DA03 DA04 DA06 DA15 5F041 AA31 EE03 EE06 EE16 FF14 5F073 AB25 AB28 BA02 EA27 5F088 BA03 BB01 JA12 JA14 5K002 BA02 BA21 BA31 CA21 DA04 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１芯のプラスチック光ファイバから出射
される受信光を受光する受光素子からなる受光部と、送信光を出射する発光素子からなる発光部と、前記受光部および前記発光部を実装する基板と、前記基板に形成され、前記プラスチック光ファイバに入
射するよう前記送信光の進路を変更する光路変更手段と
を備え、前記プラスチック光ファイバの端部に装着されたコネク
タプラグを挿入して所定位置に保持するリセプタクルの
近傍に配置された光送受信器であって、前記受光部の受光と前記発光部の発光が前記基板の同一
面側でなされるとともに、送信光の前記プラスチック光ファイバに入射する際の強
度分布、及び、受光素子の受光感度分布が共に前記プラ
スチック光ファイバの軸線上の点を中心とする点対称と
されたことを特徴とする光送受信器。
【請求項２】前記プラスチック光ファイバの軸線と前
記受光部の軸と前記発光部の軸が同一直線上に配置され
たことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
【請求項３】前記光路変更手段により、前記プラスチ
ック光ファイバの中心部より外周部の前記送信光の強度
分布が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光送受
信器。
【請求項４】前記光路変更手段は透明プリズムに設け
られた反射面であることを特徴とする請求項１に記載の
光送受信器
【請求項５】前記受信光の光路および前記受光素子の
周囲に遮光板を設けたことを特徴とする請求項１に記載
の光送受信器。
【請求項６】前記プラスチック光ファイバの端面が球
面であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信
器。
【請求項７】前記受光部に、前記受信光の前記プラス
チック光ファイバの端面から前記受光素子間の光路に光
束を収束させるレンズ系を設けたことを特徴とする請求
項１に記載の光送受信器。
【請求項８】前記発光部に、前記発光素子から出射さ
れた送信光を導く複数の導光ファイバを設けたことを特
徴とする請求項１に記載の光送受信器。
【請求項９】前記発光部及び前記受光部の実装される
前記基板の導体間を電気的に絶縁したことを特徴とする
請求項１に記載の光送受信器。
【請求項１０】前記発光部及び前記受光部の実装され
る導体により、送信光が透過する光透過部を構成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
【請求項１１】前記導体間に挿入される絶縁基板に、
送信光が透過する透過窓を形成したことを特徴とする請
求項１に記載の光送受信器。
【請求項１２】前記プラスチック光ファイバの軸線お
よび前記受光部の軸を通る同一直線上に前記発光部の軸
が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光送受
信器。
【請求項１３】前記発光素子は半導体レーザとされ、
前記プラスチック光ファイバの軸線と前記受光素子の軸
と同一直線上に４５゜プリズムを配置し、該４５゜プリ
ズム入射後の送信光の光路の見かけの発光源が前記プラ
スチック光ファイバの軸線および前記受光素子の軸を通
る同一直線上に配置されたことを特徴とする請求項１に
記載の光送受信器。
【請求項１４】前記発光素子は半導体レーザとされ、
前記半導体レーザと前記４５゜プリズム間の送信光の光
路間にアスペクトレシオ変更手段を挿入したことを特徴
とする請求項１に記載の光送受信器。