(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から射出された光を、前記発光素子と対向する光ファイバの基端側の入光面に導く光結合装置において、
前記発光素子と前記光ファイバとの間に配され、前記発光素子から射出された光を透過して前記光ファイバに集光する透過型集光手段と、
前記透過型集光手段の側方に配され、前記発光素子から放射状に射出された光を反射して前記光ファイバに集光する反射面を有した反射型集光手段とを備え、  前記反射型集光手段の前記反射面を、回転楕円面で構成して、その回転楕円面の一方の焦点に、前記発光素子を配すると共に、他方の焦点に前記光ファイバの入光面を配し、
前記発光素子及び前記光ファイバの間には、それらを繋ぐ軸線を中心とした回転体形状をなす透光部材が設けられ、
前記透過型集光手段は、前記透光部材のうち前記発光素子に対面した入射面又は前記光ファイバに対面した出射面のうち少なくともいずれかの中央部分を凸レンズ状に張り出して構成され、
前記反射型集光手段は、前記透光部材の外周面を回転楕円面にして構成されたことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記透光部材のうち前記入射面の周縁部分には、前記発光素子から前記透光部材の前記外周面へと向かう光が、ほぼ垂直に入射するように湾曲した透過面が形成され、
前記透光部材のうち前記出射面の周縁部分には、前記透光部材の前記外周面から前記光ファイバへと向かう反射光が、ほぼ垂直に出射するように湾曲した透過面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子からの光を光ファイバへと導く光結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光結合装置の従来例として、図４に示したものは、ＬＥＤチップ３を透明樹脂製のハウジング１でパッケージしてなる発光素子９のうちハウジング１の上面６に、光ファイバ５の入光面５Ａを接合して、ＬＥＤチップ３から射出された光を、光ファイバ５に入光させる構成をなす。
【０００３】
しかしながら、上記のものでは、発光素子９から放射状に出射された光が、光ファイバ５内へ導かれないため、発光素子９と光ファイバ５との光結合効率が低いという欠点があった。これに対して、ハウジング１の上壁を薄くしＬＥＤチップ３と光ファイバ５との間隔（図４の寸法「ｄ」参照）を小さくすることで、発光素子９のＬＥＤチップ３からの光をより多く光ファイバ５に取り込むようにして、光結合効率の改善を図ったものがある。しかし、このものでは、薄くしたハウジング１の上壁に空気中の湿気などが浸透し、ＬＥＤチップ３の輝度が劣化するという別の不具合が生じる。
【０００４】
そこで、以下の従来例１〜３のように、発光素子から放射された光を、集光手段にて、光ファイバの基端面に集光するものが開発された。
まず、その従来例１（図示せず）は、発光素子と光ファイバとの間に凸レンズを設けて、発光素子から出射された光を前記凸レンズにて光ファイバに集光する構成をなす。また、従来例２は（特開平２−４９４７８号公報参照）、図５に示されており、ハウジング１に、集光手段としての凹面状反射面１Ｃを設けて、発光素子９から射出された光を、その凹面状反射面１Ｃで反射し、光ファイバ５の入光面５Ａに集光させている。さらに、図６に示した従来例３では（特開平４−２７７７０１号公報参照）、回転楕円面７を有する反射体８を設けて、その回転楕円面７の一方の焦点に発光素子９を配し、他方の焦点に光ファイバ（図示せず）の入光面を配した構成をなし、一方の焦点の発光素子９から射出した光を、前記回転楕円面７で反射して、他方の焦点の光ファイバに集光させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来例２及び従来例３のように、集光手段を反射面で構成したものは、発光素子から大きく側方に放射された光を集光するのには、適しているが、発光素子からあまり側方に広がらずに進んだ光を集光するのには適していない。また、従来例１のものは、その逆に、発光素子からあまり側方に広がらずに進んだ光を集光するのには適しているが、発光素子から大きく側方に放射された光を集光するのには、適していない。
【０００６】
そこで、例えば、従来例１のものにおいて、発光素子に対して、十分大きい凸レンズを設け、これによって発光素子からの大きく側方に放射された光を、より広範囲にわたって光ファイバに導入させる構成も考えられる。しかしながら、単に凸レンズを大きくしても、焦点距離が大きくなって、発光素子とレンズとの間の距離が離れ、結局、発光素子から大きく側方に放射された光を凸レンズに入射させることはできない。たとえ、発光素子とレンズとの間の距離を変えずに用いても、そのために収束点がレンズから遠のき、像が大きくなってしまうので、結局、効率的に光ファイバに光を導入することができない。また、仮に凸レンズで光を収束させても、凸レンズの縁のほうで収束された光は、中央付近で収束された光の収束点よりも、凸レンズから遠い位置に収束点があるため、像が大きくなってしまう。さらに、より多くの光を、凸レンズで収束させるには、凸レンズと発光素子との距離を大きく取る必要があり、すると、小型化に支障を来す。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子と光ファイバの結合効率を改善することが可能な光結合装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る光結合装置は、発光素子から射出された光を、発光素子と対向する光ファイバの基端側の入光面に導く光結合装置において、発光素子と光ファイバとの間に配され、発光素子から射出された光を透過して光ファイバに集光する透過型集光手段と、透過型集光手段の側方に配され、発光素子から放射状に射出された光を反射して光ファイバに集光する反射面を有した反射型集光手段とを備え、反射型集光手段の反射面を、回転楕円面で構成して、その回転楕円面の一方の焦点に、発光素子を配すると共に、他方の焦点に光ファイバの入光面を配し、発光素子及び光ファイバの間には、それらを繋ぐ軸線を中心とした回転体形状をなす透光部材が設けられ、透過型集光手段は、透光部材のうち発光素子に対面した入射面又は光ファイバに対面した出射面のうち少なくともいずれかの中央部分を凸レンズ状に張り出して構成され、反射型集光手段は、透光部材の外周面を回転楕円面にして構成するところに特徴を有する。
【０００９】
この構成では、発光素子からあまり側方に広がらずに出射された光は、透過型集光手段を透過して光ファイバに集光され、発光素子から大きく側方に広がるように放射された光は、反射型集光手段で反射してやはり光ファイバに集光される。これにより、発光素子からあまり側方に広がらずに出射された光と、発光素子から大きく側方広がるように放射された光の両方が、光ファイバに集光され、光の結合効率が向上する。しかも、一方の焦点に配された発光素子から出射された光は回転楕円面で反射して、他方の焦点に配された光ファイバの入光面に集光される。このように、２つの焦点を有した回転楕円面を用いているから、発光素子と光ファイバの入光面とを各焦点に配して互いに離すことができ、焦点が１つの反射面を用いた場合に比べて、発光素子と光ファイバの配置が容易になる。
【００１１】
このようにすれば、１つの透光部材に、透過型集光手段と反射型集光手段とを一体に備えて、コンパクトな構造にすることができ、かつ、発光素子及び光ファイバへの組み付けも容易になる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の光結合装置において、透光部材のうち入射面の周縁部分には、発光素子から透光部材の外周面へと向かう光が、ほぼ垂直に入射するように湾曲した透過面が形成され、透光部材のうち出射面の周縁部分には、透光部材の外周面から光ファイバへと向かう反射光が、ほぼ垂直に出射するように湾曲した透過面が形成されたところに特徴を有する。
【００１３】
この構成により、発光素子から放射状に広がった光や、透光部材の外周面で反射して集光された光が、透光部材のうち入射面又は出射面の周縁部分で、ほとんど屈折せずに透過し、集光点がばらつかないので、光の結合効率が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照にしつつ説明する。図１において、符号１０は、発光素子であって、例えば、リードフレーム（図示せず）に実装された面発光型のＬＥＤチップ１２を、ハウジング１３でパッケージしてなる。このハウジング１３のうち図１において右側の端部は、透明樹脂にて、丸みを帯びた凸レンズ状に形成され、その曲面を出射面１６としている。
【００１５】
２０は、光ファイバであって、外周をシース２２で覆われている。そして、光ファイバ２０のうち基端側の入光面２１を、発光素子１０の出射面１６に対向させてある。より詳細には、光ファイバ２０の同軸線上に上記ＬＥＤチップ１２が位置するようにしてある。
【００１６】
３０は、透光部材であって、光ファイバ２０の軸線を中心とした回転体形状をなし、発光素子１０側に入射面３２を備える一方、光ファイバ２０側に出射面３６を備え、さらに、外周には、出射面３６側から入射面３２側に向けて緩やかに窄まった回転楕円面３５を備える。そして、回転楕円面３５の一方の焦点に、発光素子１０のＬＥＤチップ１２が配置され、他方の焦点に、光ファイバ２０の入光面２１が配置されている。
【００１７】
また、入射面３２の中央部分には、発光素子１０側に膨出した凸レンズ部３３が備えられ、入射面３２の周縁部分は、発光素子１０に向かうに従って凸レンズ部３３の周縁から透光部材３０の周面へと拡開した透過面３４となっている。
【００１８】
出射面３６は、やはり中央部分を光ファイバ２０側に膨出させて凸レンズ部３７を備え、出射面３６の周縁部分が、光ファイバ２０に向かうに従って凸レンズ部３７の周縁から斜め前方に向かって拡開する透過面３８となっている。
【００１９】
本実施形態の構成によれば、発光素子１０からあまり側方に広がらずに出射された光は、凸レンズ部３３，３７を透過して光ファイバ２０の入光面２１へと集光される。また、発光素子１０から大きく側方に広がるように放射された光は、透光部材３０の回転楕円面３５で反射してやはり光ファイバ２０の入光面２１へと集光される。これにより、発光素子１０からあまり側方に広がらずに出射された光と、発光素子１０から大きく側方に広がった光の両方が、光ファイバ２０に集光され、光の結合効率が向上する。ここで、発光素子１０から放射状に広がった光は、透光部材３０に入射するときには、その入射面３２の周縁部分に形成した透過面３４をほぼ垂直に貫通し、透光部材３０から出射されときには、透光部材３０の出射面３６の周縁部分に形成した透過面３４をほぼ垂直に貫通するから、透光部材３０の入射面３２及び出射面３６における屈折が抑えられるので、集光点がばらつかず、光の結合効率が向上する。
【００２０】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、図２に示されており、前記第１実施形態を変形させたものである。即ち、本実施形態では、透光部材４０に備えた入射面４２が、発光素子１０における凸レンズ状の出射面１６に対応して凹面状に窪んだ構造をなし、この入射面４２に、発光素子１０の出射面１６を密着或いは接着させてある。これにより、発光素子１０と透光部材４０との間に、光学的に疎である空気層がほとんど介在しなくなり、もって、透光部材４０の入射面における反射をより効果的に抑えることができ、光の結合効率が向上する。
【００２１】
＜参考例＞
本実施形態は、本発明の技術的範囲には含まれない参考例であり、図３に示されており、回転楕円体形状の空間５１を有した反射体５０の内部のうち、楕円の一方の焦点に発光素子１０を配し、他方の焦点に光ファイバ２０の入光面２１を配してある。そして、反射体５０のうち空間５１の内面は、鏡面構造の回転楕円面５２をなして、発光素子１０から出射された光を、光ファイバ２０の入光面２１に集光する。また、発光素子１０と光ファイバ２０との間には、凸レンズ５３が配され、これにより、発光素子１０からあまり広がらずに放射され、光ファイバ２０に向かった光を、光ファイバ２０の軸芯に集光している。
【００２２】
＜他の実施形態＞
本発明は、実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る光結合装置の側断面図
【図２】  本発明の第２実施形態に係る光結合装置の側断面図
【図３】  参考例に係る光結合装置の側断面図
【図４】  従来の光結合装置の側断面図
【図５】  従来例２の光結合装置の側断面図
【図６】  従来例３の光結合装置の側断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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