JP3787107B2 - 双方向光通信用光学部品及び光送受信器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一本の光ファイバを介して光の送受信を行う双方向光通信に用いる光学部品及びその光学部品を用いて構成される光送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来提案されているこの種の光学部品の構成を、光ファイバ及び受光素子、発光素子と共に示したものであり、この例では光学部品１０は断面形状が五角形をなすプリズム１１を使用して構成されている。
プリズム１１の第１の面１１ａとそれぞれ隣接する第２の面１１ｂ及び第３の面１１ｃは、第１の面１１ａとそれぞれ直角をなすものとされて互いに対向し、五角形の残る第４の面１１ｄ及び第５の面１１ｅは内側にへこんだ面とされてＶ字を形成するものとされる。これら第４の面１１ｄと第５の面１１ｅとがなす角部Ｐは第１の面１１ａに近接した位置に位置されている。
【０００３】
プリズム１１は図６において角部Ｐより上方に位置する部分が受信経路を構成し、角部Ｐより下方に位置する部分が送信経路を構成するものとされ、第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂには受信光集光用のレンズ１２，１３がそれぞれ一体形成され、さらに送信光集光用のレンズ１４，１５が第１の面１１ａ及び第３の面１１ｃにそれぞれ一体形成されている。なお、第１の面１１ａに位置する二つのレンズ１２，１４は共に一部が切り欠かれ、それら切り欠かれた部分が結合された構造となっている。
光ファイバ２１はその端面が面１１ａに位置するレンズ１２，１４に近接対向されて配置され、光ファイバ２１の軸２１ａはレンズ１２，１４の結合部（界面）と角部Ｐとを結ぶ線に一致されている。
【０００４】
受光素子２２は面１１ｂに位置するレンズ１３と対向配置され、一方発光素子２３は面１１ｃに位置するレンズ１５と対向配置される。受光素子２２と発光素子２３とは平行対向されて配置されている。
受光素子２２及び発光素子２３はこの例では共にリードフレーム上に搭載されて透明樹脂により樹脂封止された構造とされており、図６中、２４はリードフレームを示し、２５は封止樹脂を示す。発光素子２３は例えばレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）とされ、受光素子２２は例えばフォトダイオード（ＰＤ）とされる。
【０００５】
光ファイバ２１の端面から出射された受信光３１は図６に示したようにレンズ１２で集光されてプリズム１１内に入射し、面１１ｄで反射されて面１１ｂに向い、レンズ１３で集光されて受光素子２２に入射される。
一方、発光素子２３から出射された送信光３２はレンズ１５によって集光されてプリズム１１内に入射し、面１１ｅで反射されて面１１ａに向い、レンズ１４で集光されて光ファイバ２１の端面に入射される。
このように、この例では一つの光学部品１０を通して光の送受信が行われるものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光の送受信を担う光学部品においては、クロストークは性能上、大きな問題であり、クロストークの低減は重要な課題となっている。
クロストークは、この種の光学部品においては送信光が自局の受信側へ漏れ、自局の受光素子に入射することであり、このうち自局の受信経路と送信経路の分岐部の各光学的界面や光ファイバ近端面における反射に起因するものを近端クロストークと呼んでいる。
これに対し、相手局の分岐部の各光学的界面や光ファイバ遠端面、さらには相手局の受光素子面や発光素子面の反射に起因するものを遠端クロストークと呼んでおり、図６に示した光学部品１０及び受光素子２２、発光素子２３の配置構成では、特にこの遠端クロストークが発生しやすい構成となっていた。
【０００７】
即ち、プリズム１１の面（反射面）１１ｄ，１１ｅの光ファイバ２１の軸２１ａ方向となす傾斜角α₁ ，α₂ が共に大きく、例えば４５°に設定されていたため、図７に示したように受信光３１が受光素子２２、発光素子２３の各素子面２２ａ，２３ａで反射した光が入射してきた経路を遡り、再び光ファイバ２１に入射して相手局の遠端クロストークとなりやすい構造となっていた。
【０００８】
また、受光素子２２、発光素子２３は共にレンズ１３，１５の正面に配置されているため、この点でも素子面２２ａ，２３ａで反射した光が入射してきた経路を遡り、再び光ファイバ２１に入射して相手局の遠端クロストークとなりやすい構造となっていた。
【０００９】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、遠端クロストークを大幅に低減できるようにした双方向光通信用光学部品を提供することにあり、さらにその光学部品を用いた光送受信器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、一本の光ファイバを介して送受信を行う双方向光通信に用いる光学部品は、光ファイバの端面と対向される第１の面と、その第１の面とそれぞれほぼ直角をなして隣接し、かつ互いに対向する第２、第３の面と、その第２の面と隣接し、第１の面から入射される受信光を第２の面に向って反射する第４の面と、第３の面と隣接し、第３の面から入射される送信光を第１の面に向って反射する第５の面とを有するプリズムと、第１の面及び第２の面にそれぞれ一体形成された受信光集光用のレンズと、第１の面及び第３の面にそれぞれ一体形成された送信光集光用のレンズとよりなり、第４の面及び第５の面の、光ファイバの軸方向となす傾斜角がそれぞれ３０°乃至４０°の範囲内で選定される。
【００１１】
請求項２の発明では請求項１の発明において、上記第４の面の第１の面との近接端と、第５の面の第１の面との近接端とが上記軸方向において互いにずらされ、それら近接端が上記軸方向に平行な第６の面によって接続されているものとされる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、光送受信器は、請求項１又は２記載のいずれかの双方向光通信用光学部品と、上記第２の面のレンズの正面に対し、上記軸方向において第１の面から遠ざかる方向にずらされて配置され、かつ素子面が上記軸方向と平行とされて、第２の面のレンズから出射する受信光を受光する受光素子と、上記第３の面のレンズの正面に対し、上記軸方向において第１の面から遠ざかる方向にずらされて配置され、かつ素子面が上記軸方向と平行とされて、第３の面のレンズに送信光を入射させる発光素子とよりなるものとされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。なお、図６と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１はこの発明による双方向光通信用光学部品の一実施例を示したものであり、この例では光学部品４０は図６に示した光学部品１０と同様、プリズム１１と、その面に一体形成されたレンズ１２〜１５とよりなるものとされる。図１Ｂ中、一点鎖線はこの光学部品４０に対して配置される光ファイバの軸２１ａの位置を示す。
【００１４】
この例では受信側の反射面をなす面１１ｄ及び送信側の反射面をなす面１１ｅがそれぞれ光ファイバ軸２１ａ方向となす傾斜角β₁ ，β₂ は、共に従来より、つまり４５°より小さい角度に設定され、３０°乃至４０°の範囲内で選定される。
図２はこの光学部品４０と、受光素子２２及び発光素子２３とによって光送受信器が構成され、光の送受信が行われる様子を示したものであり、プリズム１１の面１１ａに位置するレンズ１２，１４に近接対向されて配置される光ファイバ２１の軸２１ａは、この例では図２に示したように、レンズ１２，１４の界面ではなく、レンズ１２側に少しずれた位置に位置されている。
【００１５】
受光素子２２はレンズ１３の正面ではなく、レンズ１３の正面に対し、軸２１ａ方向においてプリズム１１の面１１ａから遠ざかる方向にずらされて配置される。同様に、発光素子２３もレンズ１５の正面ではなく、レンズ１５の正面に対し、軸２１ａ方向において面１１ａから遠ざかる方向にずらされて配置される。なお、これら受光素子２２及び発光素子２３の各素子面２２ａ，２３ａは共に軸２１ａ方向と平行とされている。
光ファイバ２１の端面から出射された受信光３１は図２Ａに示したようにレンズ１２で集光されてプリズム１１内に入射し、面１１ｄで反射されて面１１ｂに向い、レンズ１３で集光されて受光素子２２に入射される。この際、この例では受信光３１は図２Ａに示したように受光素子２２の素子面２２ａに対して斜めに入射されるものとなる。
【００１６】
発光素子２３から出射された送信光３２は図２Ｂに示したようにレンズ１５によって集光されてプリズム１１内に入射し、面１１ｅで反射されて面１１ａに向い、レンズ１４で集光されて光ファイバ２１の端面に入射される。
上記のような構造とされた光学部品４０及び受光素子２２、発光素子２３の配置構成によれば、従来問題となっていた遠端クロストークを大幅に低減することができる。
即ち、プリズム１１の面（反射面）１１ｄ，１１ｅの傾斜角がなだらかとされているため、図３に示したように受信光３１がこれら面１１ｄ，１１ｅによって反射された光は後方（面１１ａから遠ざかる方向）に進行し、その方向に配置されている受光素子２２及び発光素子２３の各素子面２２ａ，２３ａに斜めに入射することになるため、これら素子面２２ａ，２３ａで反射された光は図３に示したように、さらに後方に進行するものとなる。
【００１７】
従って、各素子面２２ａ，２３ａで反射された光の経路は入射してきた経路と異なって近接せず、つまり従来のように反射光が入射してきた経路を遡って再び光ファイバ２１に入射し、相手局の遠端クロストークとなるといったことは発生しないものとなっており、この点で遠端クロストークを大幅に低減することができる。
なお、この例では光ファイバ２１の軸２１ａをレンズ１２側に位置させ、受信経路の開口面の面積を送信経路の開口面の面積より大きく取った構造となっており、より多くの受信光３１が受光素子２２に入射するため、受信有利の光学配置となっている。
【００１８】
一方、図２において、例えば受光素子２２と発光素子２３を入れ替えれば、送信有利の光学装置となり、いずれの配置とするかは例えば受光素子２２、発光素子２３の性能に合わせて適宜、選定される。
次に、遠端クロストークの低減に加え、近端クロストークも低減できるようにし、信頼性をより向上させた光学部品の構成を図４を参照して説明する。
図４Ａに示した光学部品５０は受信側の反射面をなす面１１ｄと送信側の反射面をなす面１１ｅとがＶ字を形成せず、光ファイバ軸２１ａ方向にずらされて配置された例を示したものであり、この例では面１１ｄの面１１ａとの近接端Ｐ₁ に対し、面１１ｅの面１１ａとの近接端Ｐ₂ が光ファイバ軸２１ａ方向において面１１ａから離れた位置に位置され、それら近接端Ｐ₁ ，Ｐ₂ が光ファイバ軸２１ａ方向に平行な第６の面１１ｆによって接続された構造となっている。
【００１９】
上記のような構造とされた光学部品５０によれば、レンズ１５側に配置される発光素子（図示せず）は面１１ａから遠ざけられ、受信経路は発光素子から見て陰になる部分が増えるため、その分、図１に示した光学部品４０に比し、近端クロストークや迷光の発生を低減することができる。
図４Ｂは図４Ａに示した構造とは逆に、近接端Ｐ₁ に対し、近接端Ｐ₂ が光ファイバ軸２１ａ方向において面１１ａに近い側に位置された構造の光学部品６０を示したものであり、この例ではレンズ１３側に配置される受光素子（図示せず）が面１１ａから遠ざけられたものとなる。
【００２０】
この光学部品６０においても図４Ａに示した光学部品５０と同様、受信経路は発光素子から見て陰になる部分が増えるため、近端クロストークや迷光の発生を低減することができる。
図５は光学部品４０と受光素子２２と発光素子２３とよりなる光送受信器が組み込まれてなる一芯の光コネクタ７０の構成の一例を示したものである。図中、７１は光ファイバプラグが挿入されるスリーブを示す。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による双方向光通信用光学部品によれば、遠端クロストークを大幅に低減することができ、その点で信頼性の向上を図ることができる。
さらに、請求項２の発明によれば、遠端クロストークの低減に加え、近端クロストークも低減することができ、よって高い信頼性を有する双方向光通信用光学部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明による光学部品の実施例を示す図、Ａは正面図、Ｂは側面図、Ｃは底面図。
【図２】図１の光学部品を通して光の送受信が行われる様子を示す図。
【図３】図２に示した構成において、受信光が受発光素子の素子面で反射される様子を示す図。
【図４】Ａは請求項２の発明による光学部品の第１の実施例を示す側面図、Ｂはその第２の実施例を示す側面図。
【図５】図１に示した光学部品が光コネクタに組み込まれた状態を示す底面図。
【図６】従来提案されている光学部品を通して光の送受信が行われる様子を示す図。
【図７】図６に示した構成において、受信光が受発光素子の素子面で反射される様子を示す図。

Claims (3)

1. 一本の光ファイバを介して送受信を行う双方向光通信に用いる光学部品であって、
   上記光ファイバの端面と対向される第１の面と、その第１の面とそれぞれほぼ直角をなして隣接し、かつ互いに対向する第２、第３の面と、その第２の面と隣接し、上記第１の面から入射される受信光を上記第２の面に向って反射する第４の面と、上記第３の面と隣接し、第３の面から入射される送信光を上記第１の面に向って反射する第５の面とを有するプリズムと、
   上記第１の面及び第２の面にそれぞれ一体形成された受信光集光用のレンズと、
   上記第１の面及び第３の面にそれぞれ一体形成された送信光集光用のレンズとよりなり、
   上記第４の面及び第５の面の、上記光ファイバの軸方向となす傾斜角がそれぞれ３０°乃至４０°の範囲内で選定されていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。
2. 請求項１記載の双方向光通信用光学部品において、
   上記第４の面の上記第１の面との近接端と、上記第５の面の上記第１の面との近接端とが上記軸方向において互いにずらされ、それら近接端が上記軸方向に平行な第６の面によって接続されていることを特徴とする双方向光通信用光学部品。
3. 請求項１又は２記載のいずれかの双方向光通信用光学部品と、
   上記第２の面のレンズの正面に対し、上記軸方向において上記第１の面から遠ざかる方向にずらされて配置され、かつ素子面が上記軸方向と平行とされて、上記第２の面のレンズから出射する受信光を受光する受光素子と、
   上記第３の面のレンズの正面に対し、上記軸方向において上記第１の面から遠ざかる方向にずらされて配置され、かつ素子面が上記軸方向と平行とされて、上記第３の面のレンズに送信光を入射させる発光素子とよりなることを特徴とする光送受信器。

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