JP2836583B2 - 受光素子と光ファイバの光学的結合構造 - Google Patents
受光素子と光ファイバの光学的結合構造Info
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- G02—OPTICS
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子と光ファ
イバを光学的に結合する受光素子と光ファイバの光学的
結合構造に関する。
イバを光学的に結合する受光素子と光ファイバの光学的
結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の受光素子と光ファイバの光
学的結合構造を示し、例えば特開平５−２７３４４４号
公報に示されている。受光面５を有する受光素子４は基
板９上（Ｘ−Ｙ平面）に支持され、光ファイバ２は軸方
向（Ｘ方向）が受光面５に平行になるように配置されて
いる。そして、光ファイバ２の端面と受光面５の間に
は、側面が直角三角形であって反射面８を有する集光レ
ンズ７が配置されている。このような構成では、光ファ
イバ２のコアの端面から出射した光が集光レンズ７によ
り集光され、且つ反射面８により直角に（Ｚ方向に）反
射されて受光面５上に集光されるので、受光素子４と光
ファイバ２が光学的に結合される。
学的結合構造を示し、例えば特開平５−２７３４４４号
公報に示されている。受光面５を有する受光素子４は基
板９上（Ｘ−Ｙ平面）に支持され、光ファイバ２は軸方
向（Ｘ方向）が受光面５に平行になるように配置されて
いる。そして、光ファイバ２の端面と受光面５の間に
は、側面が直角三角形であって反射面８を有する集光レ
ンズ７が配置されている。このような構成では、光ファ
イバ２のコアの端面から出射した光が集光レンズ７によ
り集光され、且つ反射面８により直角に（Ｚ方向に）反
射されて受光面５上に集光されるので、受光素子４と光
ファイバ２が光学的に結合される。
【０００３】他の従来例としては、例えば特開平２−６
４５０９号公報、特開平３−２６３００６号公報に示す
ように光ファイバのコアの先端を研磨してそれぞれ球状
レンズ、半球状レンズを形成したものも知られている。
４５０９号公報、特開平３−２６３００６号公報に示す
ように光ファイバのコアの先端を研磨してそれぞれ球状
レンズ、半球状レンズを形成したものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来例では、光ファイバ２のコアの端面から出射し
た光を正確に受光素子４の受光面５に集光するために
は、光ファイバ２をＸＹＺ方向に正確に位置決めしなけ
れならない。したがって、この位置決めのために光ファ
イバ２のコアの端面から光を常に出射させて受光素子４
の受光信号をモニタして光のパワーが最大となるように
光ファイバ２をＸＹＺ方向に位置決めしなければならな
いので、位置決め作業に時間がかかり、製造コストが高
くなるという問題点がある。
示す従来例では、光ファイバ２のコアの端面から出射し
た光を正確に受光素子４の受光面５に集光するために
は、光ファイバ２をＸＹＺ方向に正確に位置決めしなけ
れならない。したがって、この位置決めのために光ファ
イバ２のコアの端面から光を常に出射させて受光素子４
の受光信号をモニタして光のパワーが最大となるように
光ファイバ２をＸＹＺ方向に位置決めしなければならな
いので、位置決め作業に時間がかかり、製造コストが高
くなるという問題点がある。
【０００５】また、例えば特開平２−６４５０９号公
報、特開平３−２６３００６号公報に示すように光ファ
イバのコアの先端を研磨してそれぞれ球状レンズ、半球
状レンズを形成する構造も同様に、球の中心が光軸上に
位置するように且つ表面が真円になるように研磨しなけ
ればならないので、製造コストが高くなるという問題点
がある。
報、特開平３−２６３００６号公報に示すように光ファ
イバのコアの先端を研磨してそれぞれ球状レンズ、半球
状レンズを形成する構造も同様に、球の中心が光軸上に
位置するように且つ表面が真円になるように研磨しなけ
ればならないので、製造コストが高くなるという問題点
がある。
【０００６】本発明は上記従来の問題点に鑑み、受光素
子と光ファイバの位置決め作業を簡略化し、また、光フ
ァイバのコアの先端を球状や半球状に研磨することなく
安価な構成で光学的に結合することができる光素子の光
学的結合構造を提供することを目的とする。
子と光ファイバの位置決め作業を簡略化し、また、光フ
ァイバのコアの先端を球状や半球状に研磨することなく
安価な構成で光学的に結合することができる光素子の光
学的結合構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、光ファイバの斜めにカットされた先端面と
受光素子の受光面を共に球状レンズの表面に接触させ、
光ファイバの先端面から球状レンズの内部に入射した光
が全反射して受光素子の受光面に入射するように構成し
たことを特徴とする。
するために、光ファイバの斜めにカットされた先端面と
受光素子の受光面を共に球状レンズの表面に接触させ、
光ファイバの先端面から球状レンズの内部に入射した光
が全反射して受光素子の受光面に入射するように構成し
たことを特徴とする。
【０００８】また、前記光ファイバの前記球状レンズに
対する入射光の入射角度は、前記全反射した光が前記受
光面に入射する前に、前記接触面に至らないように設定
されることを特徴とする。
対する入射光の入射角度は、前記全反射した光が前記受
光面に入射する前に、前記接触面に至らないように設定
されることを特徴とする。
【０００９】また、前記全反射による前記球状レンズ内
の光の軌跡は、正多角形にならないように前記入射角度
が設定されることを特徴とする。
の光の軌跡は、正多角形にならないように前記入射角度
が設定されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明に係る受光素子と光
ファイバの光学的結合構造の一実施形態を示す斜視図、
図２は図１の光学的結合構造を示す側面図、図３は図１
の球形レンズの反射角度を示す説明図、図４は図１の光
学的結合構造を示す平面図である。なお、従来例と同一
の構成部材には同一の参照符号を付す。
施の形態を説明する。図１は本発明に係る受光素子と光
ファイバの光学的結合構造の一実施形態を示す斜視図、
図２は図１の光学的結合構造を示す側面図、図３は図１
の球形レンズの反射角度を示す説明図、図４は図１の光
学的結合構造を示す平面図である。なお、従来例と同一
の構成部材には同一の参照符号を付す。
【００１１】図１〜図４に示すように、光ファイバ２は
基板１の溝１ａ（Ｘ方向）に沿って位置決めされて固定
され、また、その先端面は斜めに研磨されている。基板
１はＳｉ基板を用い、異方性エッチングによりＶ溝１ａ
を形成することにより光ファイバ２を高精度でＸＹＺ方
向に位置決めすることができる。そして、光ファイバ２
の先端面と受光素子４の受光面５を共に球状レンズ３の
表面に接触させ、光ファイバ２の先端面から球状レンズ
３の内部に入射した光が全反射して受光素子４の受光面
５に入射するように構成されている。
基板１の溝１ａ（Ｘ方向）に沿って位置決めされて固定
され、また、その先端面は斜めに研磨されている。基板
１はＳｉ基板を用い、異方性エッチングによりＶ溝１ａ
を形成することにより光ファイバ２を高精度でＸＹＺ方
向に位置決めすることができる。そして、光ファイバ２
の先端面と受光素子４の受光面５を共に球状レンズ３の
表面に接触させ、光ファイバ２の先端面から球状レンズ
３の内部に入射した光が全反射して受光素子４の受光面
５に入射するように構成されている。
【００１２】このような構成において、光ファイバ２の
先端面から球形ガラス３に入射した光を球形ガラス３の
内部で全反射させるためには、光ファイバ２の先端面の
角度をθ1 とすると、 θ1 ≦９０°−「球形ガラス３の内部の全反射角」 …（１） を満たさなければならない。これは、図３を参照して説
明すると、球形ガラス３の内部の反射角をθ2 とする
と、 θ2 ＝９０°−θ1 …（２） が成り立つ。
先端面から球形ガラス３に入射した光を球形ガラス３の
内部で全反射させるためには、光ファイバ２の先端面の
角度をθ1 とすると、 θ1 ≦９０°−「球形ガラス３の内部の全反射角」 …（１） を満たさなければならない。これは、図３を参照して説
明すると、球形ガラス３の内部の反射角をθ2 とする
と、 θ2 ＝９０°−θ1 …（２） が成り立つ。
【００１３】ここで、光ファイバ２の先端面から球形ガ
ラス３に入射した光を球形ガラス３の内部で全反射させ
るためには、 θ2 ≧「全反射角」 …（３） を満たさなければならない。よって、式（２）、（３）
を変形して θ1 ≦９０°−「全反射角」 …（４） となる。
ラス３に入射した光を球形ガラス３の内部で全反射させ
るためには、 θ2 ≧「全反射角」 …（３） を満たさなければならない。よって、式（２）、（３）
を変形して θ1 ≦９０°−「全反射角」 …（４） となる。
【００１４】また、球形ガラス３の内部で全反射を繰り
返している光が、光ファイバ２の先端面と球形ガラス３
の接触面に戻るとそこから光が外へ逃げるので、球形ガ
ラス３の内部で全反射を繰り返している光が入射面に戻
らないことが必要とされる。そのためには球形ガラス３
の内部で全反射を繰り返す光の軌跡６が正多角形になら
ないことが必要とされる。
返している光が、光ファイバ２の先端面と球形ガラス３
の接触面に戻るとそこから光が外へ逃げるので、球形ガ
ラス３の内部で全反射を繰り返している光が入射面に戻
らないことが必要とされる。そのためには球形ガラス３
の内部で全反射を繰り返す光の軌跡６が正多角形になら
ないことが必要とされる。
【００１５】つまり ２×θ2 ≠（ｎ−２）×１８０°／ｎ …（５） 但し、ｎは３以上の自然数を満たすことが必要であり、
式（２）を式（５）に代入してまとめると、 θ1 ≠１８０°／ｎ …（６） を満たすことが必要になる。よって、光ファイバ２の先
端面の研磨角度θ1 は式（４）且つ（６）を満たす角度
でなければならない。
式（２）を式（５）に代入してまとめると、 θ1 ≠１８０°／ｎ …（６） を満たすことが必要になる。よって、光ファイバ２の先
端面の研磨角度θ1 は式（４）且つ（６）を満たす角度
でなければならない。
【００１６】ここで、球形ガラス３の表面と光ファイバ
２の先端面及び受光面５が接触しているが、光ファイバ
２の先端面と球形ガラス３の表面が接する位置は、次の
３点、すなわち（１）光ファイバ２の先端面と球形ガラ
ス３の接点、（２）受光面５と球形ガラス３の接点、及
び（３）球形ガラス３の中心の３点を含む平面と、球形
ガラス３の表面の交線上であればどの位置でもよい。
２の先端面及び受光面５が接触しているが、光ファイバ
２の先端面と球形ガラス３の表面が接する位置は、次の
３点、すなわち（１）光ファイバ２の先端面と球形ガラ
ス３の接点、（２）受光面５と球形ガラス３の接点、及
び（３）球形ガラス３の中心の３点を含む平面と、球形
ガラス３の表面の交線上であればどの位置でもよい。
【００１７】次に、上記構造の動作を説明する。光ファ
イバ２の先端面から出射して球形ガラス３内に入射した
光は、光ファイバ２の先端面が角度θ1 で研磨されてい
るので、球形ガラス３の中心に対して角度θ2 だけずれ
ている。この光は球形ガラス３の内部を通過して球形ガ
ラス３の表面で再び角度θ2 で反射する。この場合、角
度θ2 が全反射角より大きくなるように研磨角度θ1 が
設定されているので光は全反射し、このように光は球形
ガラス３の内部で全反射を繰り返す。また、全反射を繰
り返す場合の光の軌跡６が正多角形にならずに角度θ2
で全反射するように研磨角度θ1 が設定されているの
で、全反射を繰り返して球形ガラス３の内部で一周して
も元の位置に戻らずに少しずつずれて全反射を繰り返
す。そして、全反射を繰り返すうちに、必ず受光面５に
入射する。
イバ２の先端面から出射して球形ガラス３内に入射した
光は、光ファイバ２の先端面が角度θ1 で研磨されてい
るので、球形ガラス３の中心に対して角度θ2 だけずれ
ている。この光は球形ガラス３の内部を通過して球形ガ
ラス３の表面で再び角度θ2 で反射する。この場合、角
度θ2 が全反射角より大きくなるように研磨角度θ1 が
設定されているので光は全反射し、このように光は球形
ガラス３の内部で全反射を繰り返す。また、全反射を繰
り返す場合の光の軌跡６が正多角形にならずに角度θ2
で全反射するように研磨角度θ1 が設定されているの
で、全反射を繰り返して球形ガラス３の内部で一周して
も元の位置に戻らずに少しずつずれて全反射を繰り返
す。そして、全反射を繰り返すうちに、必ず受光面５に
入射する。
【００１８】すなわち、上記実施形態によれば、光ファ
イバ２の光軸方向をＸ方向とし、球形ガラス３内の反射
方向をＺ方向とし、Ｘ及びＺ方向と直交する方向をＹ方
向とすると、光ファイバ２の位置調整は、Ｘ方向につい
ては光ファイバ２の先端面を球形ガラス３の表面に当接
するのみであるので不要であり、Ｚ方向については光フ
ァイバ２の先端面を球形ガラス３の表面に当接していれ
ばどの位置でも光学的に結合することができるので不要
である。したがって、Ｙ方向のみを調整すればよいの
で、従来例のようにＸＹＺ方向に調整する必要がない。
イバ２の光軸方向をＸ方向とし、球形ガラス３内の反射
方向をＺ方向とし、Ｘ及びＺ方向と直交する方向をＹ方
向とすると、光ファイバ２の位置調整は、Ｘ方向につい
ては光ファイバ２の先端面を球形ガラス３の表面に当接
するのみであるので不要であり、Ｚ方向については光フ
ァイバ２の先端面を球形ガラス３の表面に当接していれ
ばどの位置でも光学的に結合することができるので不要
である。したがって、Ｙ方向のみを調整すればよいの
で、従来例のようにＸＹＺ方向に調整する必要がない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ファイバの斜めにカットされた先端面と受光素子の受光
面を共に球状レンズの表面に接触させ、光ファイバの先
端面から球状レンズの内部に入射した光が全反射して受
光素子の受光面に入射するように構成したので、受光素
子と光ファイバの位置決め作業を簡略化し、また、光フ
ァイバのコアの先端を球状や半球状に研磨することなく
安価な構成で光学的に結合することができる。
ファイバの斜めにカットされた先端面と受光素子の受光
面を共に球状レンズの表面に接触させ、光ファイバの先
端面から球状レンズの内部に入射した光が全反射して受
光素子の受光面に入射するように構成したので、受光素
子と光ファイバの位置決め作業を簡略化し、また、光フ
ァイバのコアの先端を球状や半球状に研磨することなく
安価な構成で光学的に結合することができる。
【図１】本発明に係る受光素子と光ファイバの光学的結
合構造の一実施形態を示す斜視図である。
合構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の光学的結合構造を示す側面図である。
【図３】図１の球形レンズの反射角度を示す説明図であ
る。
る。
【図４】図１の光学的結合構造を示す平面図である。
【図５】従来の受光素子と光ファイバの光学的結合構造
を示す側面図である。
を示す側面図である。
１ 基板 １ａ 溝 ２ 光ファイバ ３ 球状レンズ ４ 受光素子 ５ 受光面
Claims (3)
- 【請求項１】 光ファイバの斜めにカットされた先端面
と受光素子の受光面を共に球状レンズの表面に接触さ
せ、光ファイバの先端面から球状レンズの内部に入射し
た光が全反射して受光素子の受光面に入射するように構
成した受光素子と光ファイバの光学的結合構造。 - 【請求項２】 前記光ファイバの前記球状レンズに対す
る入射光の入射角度は、前記全反射した光が前記受光面
に入射する前に、前記接触面に至らないように設定され
ることを特徴とする請求項１記載の受光素子と光ファイ
バの光学的結合構造。 - 【請求項３】 前記全反射による前記球状レンズ内の光
の軌跡は、正多角形にならないように前記入射角度が設
定されることを特徴とする請求項２記載の受光素子と光
ファイバの光学的結合構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8137868A JP2836583B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 受光素子と光ファイバの光学的結合構造 |
| US08/865,703 US6215925B1 (en) | 1996-05-31 | 1997-05-30 | Optical combination of photoreceptor and optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8137868A JP2836583B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 受光素子と光ファイバの光学的結合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318847A JPH09318847A (ja) | 1997-12-12 |
| JP2836583B2 true JP2836583B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=15208609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8137868A Expired - Fee Related JP2836583B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | 受光素子と光ファイバの光学的結合構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6215925B1 (ja) |
| JP (1) | JP2836583B2 (ja) |
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| US6469843B2 (en) * | 2000-12-14 | 2002-10-22 | Agere Systems Guardian Corp. | Optical bench assembly and fabrication method |
| US6501878B2 (en) * | 2000-12-14 | 2002-12-31 | Nortel Networks Limited | Optical fiber termination |
| EP1454173B1 (en) * | 2001-11-15 | 2009-05-13 | Picometrix, LLC | Focusing fiber optic |
| JP3900280B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2007-04-04 | セイコーエプソン株式会社 | 光素子と光ファイバとの結合構造、光素子と光ファイバとの結合方法、ならびに光モジュール |
| US7128476B1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-10-31 | The United States Of America As Represented By The National Security Agency | Photonic integrated circuit and method of fabricating same |
| KR101257100B1 (ko) | 2004-09-29 | 2013-04-22 | 더 제너럴 하스피탈 코포레이션 | 광 간섭 영상화 시스템 및 방법 |
| EP1871689A4 (en) * | 2005-04-08 | 2008-10-15 | Multi Vet Ltd | AEROSOL DIFFUSER WITH A VENTURI EFFECT USING A REAGENT-BASED PROPELLER |
| JP2013156337A (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 光結合部材および光コネクタ |
| US10620446B1 (en) | 2017-09-19 | 2020-04-14 | Northrop Grumman Systems Corporation | Endcap array for optical fibers |
| US10267992B1 (en) | 2017-09-19 | 2019-04-23 | Northrop Grumman Systems Corporation | Fiber launcher |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61191642U (ja) * | 1985-05-20 | 1986-11-28 | ||
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| US5073003A (en) * | 1988-12-23 | 1991-12-17 | At&T Bell Laboratories | Optoelectronic device package method and apparatus |
| JPH03263006A (ja) | 1990-03-14 | 1991-11-22 | Fujitsu Ltd | 受光デバイス |
| JPH10511005A (ja) * | 1990-01-08 | 1998-10-27 | ヘルス リサーチ インコーポレイテッド | 可潜レンズファイバオプチック組立体 |
| JPH05273444A (ja) | 1992-01-30 | 1993-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 受光モジュール |
| US5282088A (en) * | 1992-10-19 | 1994-01-25 | Mark Davidson | Aplanatic microlens and method for making same |
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| CA2227804C (en) * | 1997-02-03 | 2002-10-01 | Yasushi Fujimura | Photodiode module and method of making same |
| US6115521A (en) * | 1998-05-07 | 2000-09-05 | Trw Inc. | Fiber/waveguide-mirror-lens alignment device |
-
1996
- 1996-05-31 JP JP8137868A patent/JP2836583B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-30 US US08/865,703 patent/US6215925B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US6215925B1 (en) | 2001-04-10 |
| JPH09318847A (ja) | 1997-12-12 |
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