(57)【要約】      （修正有）【課題】  接続する光ファイバの口径を制限せず、受信感度の高い光送受信装置を提供する。【解決手段】  台座１２に、光信号送信用の垂直共振型面発光レーザダイオード１８、光量モニタ用受光素子２０、送信用のレーザ光、及び受ビームスプリッター２２、受信信号用受光素子２４を設ける。垂直共振型面発光レーザダイオード１８から上方に向けて出射された第１のレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッター２２を透過し、ボールレンズ３４により集光され光ファイバ３２の端面に照射される。また、第１のレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッター２２で図の右方向へ反射し、光量モニタ用受光素子２０に入射する。一方、光ファイバ３２の端面からは、通信相手から出射された第２のレーザ光Ｌ２が出射される。光ファイバ３２の端面から出射された第２のレーザ光Ｌ２は、ボールレンズ３４を透過した後、ビームスプリッター２２で左方向へ反射し、受信信号用受光素子２４に入射する。【選択図】        図１
2006080362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を発する発光素子と、
第２の光を受信する受光素子と、
前記第１の光が出射されると共に前記第２の光が入射される光入出射部と、
入射した光を透過光と反射光とに分配する光分配手段と、
を備えた１芯双方向光通信に用いられる光送受信装置であって、
前記光分配手段は、光の反射率が５０％よりも高く設定され、前記光入出部へ至る光量を制限するように入射した前記第１の光の一部分を反射させている、ことを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
前記光分配手段は、反射率が７０％以上９５％以下に設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信装置。
【請求項３】
前記光分配手段は金属薄膜からなるビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光送受信装置。
【請求項４】
前記光分配手段は誘電体多層膜からなるビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光送受信装置。
【請求項５】
前記発光素子が垂直共振型面発光レーザである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光送受信装置。
【請求項６】
前記光分配手段で反射した前記第１の光の光路上に、前記第１の光の反射を防止する反射防止手段を設けた、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光送受信装置。
【請求項７】
前記光分配手段で反射した前記第１の光を受光するモニタ用受光素子を設けた、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光送受信装置。
【請求項８】
前記光分配手段とモニタ用受光素子との間に光減衰手段を設けた、ことを特徴とする請求項７に記載の光送受信装置。
【請求項９】
前記受光素子の受光面、及び前記発光素子の発光面は、同一方向に向いている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光送受信装置。
【請求項１０】
前記受光素子の受光面、前記モニタ用受光素子の受光面、及び前記発光素子の発光面は、同一方向に向いている、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光送受信装置。
【請求項１１】
前記光分配手段には、前記受光素子に連結して前記第２の光を導くと共に、前記モニタ用受光素子に連結して前記第１の光を導く導光手段が一体的に設けられている、ことを特徴とする請求項１０に記載の光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送受信装置にかかり、特に、受信感度の高い光送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１本の光ファイバに双方向の光信号を伝送させる、所謂１心双方向の光送受信モジュールとして、特許文献１のようにハーフミラーを用いて送信光、受信光を所定の方向に導く方法が知られている。
【０００３】
しかし、この方法ではハーフミラーで送信光、受信光がそれぞれ１／２になるため、受光素子に導かれる光量が３ｄＢ以上減少してしまい、受信感度が悪化するという問題があった。
【０００４】
これを解決する方法として、特許文献２などに示されるように、送信光と受信光の波長を変え、波長フィルタを用いて効率的に光を分離する方法が知られている。
【０００５】
しかし、この方法は送受信の相手が限定される、高価になる、という問題があった。
【０００６】
他の解決方法として、特許文献３などのように、送信光と受信光が通る領域を空間的に分離することで、受信光を効率的に受光素子に導く方法がある。
【０００７】
しかし、この方法は、モジュールに大きな空間を必要とするため位置調整が難しく、実用的には大口径の光ファイバに適用することしかできないという問題がある。
【特許文献１】特開平１０―３９１８０号公報
【特許文献２】特開２００３―２９０９３号公報
【特許文献３】特開２００２―１２４６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、接続する光ファイバの口径を制限せず、受信感度の高い光送受信装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、第１の光を発する発光素子と、第２の光を受信する受光素子と、前記第１の光が出射されると共に前記第２の光が入射される光入出射部と、入射した光を透過光と反射光とに分配する光分配手段と、を備えた１芯双方向光通信に用いられる光送受信装置であって、前記光分配手段は、光の反射率が５０％よりも高く設定され、前記光入出部へ至る光量を制限するように入射した前記第１の光の一部分を反射させている、ことを特徴としている。
【００１０】
次に、請求項１に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００１１】
光信号を送受信する場合には、２台の光送受信装置を用い、双方の光入出射部を例えば光ファイバで連結して行う。
【００１２】
光入射出部に第２の光（相手側からの光信号）が入射すると、光分配手段で一部分が反射して受光素子に至る。
【００１３】
一方、光入射出部に発光素子から発した第１の光（相手側へ送る光信号）が入射すると、一部分が光入射出部を透過して光出射部へ至る。
【００１４】
ここで、光分配手段の光の反射率が５０％よりも高く設定されている、言い換えれば、光の透過率が少なくとも５０％を下回っているので、装置外へ出射するレーザ光量をレーザ安全基準内に抑えるためのフィルター代わりとなり、部品点数を増加させることなく事無く光入出射部へ至る光量を制限できると共に、受光素子へ入射するレーザ光量を確保し、受信感度を高めることが出来る。
【００１５】
また、装置に光路を確保するための大きな空間を必要としないため小型化が図れる。さらに、光分配手段で光の分配を行うので、小口径の光ファイバでも大口径の光ファイバでもなんら問題なく接続することが出来る。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光送受信装置において、前記光分配手段は、反射率が７０％以上９５％以下に設定されている、ことを特徴としている。
【００１７】
次に、請求項２に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００１８】
光分配手段の反射率を７０％以上９５％以下に設定することで、フィルターとしての高い効果が得られると共に、受光素子へ入射するレーザ光量を高め、受信感度を高めることができる。なお、反射率が９５％を超えると、第１の光の透過量、即ち装置外へ出力するレーザ光量が不足する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光送受信装置において、前記光分配手段は金属薄膜からなるビームスプリッタである、ことを特徴としている。
【００２０】
次に、請求項３に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００２１】
光分配手段を金属薄膜からなるビームスプリッタとすることで、装置コストを抑えることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光送受信装置において、前記光分配手段は誘電体多層膜からなるビームスプリッタである、ことを特徴としている。
【００２３】
次に、請求項４に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００２４】
光分配手段を誘電体多層膜からなるビームスプリッタとすることで、光吸収がなく効率的に反射率を高めることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光送受信装置において、前記発光素子が垂直共振型面発光レーザである、ことを特徴としている。
【００２６】
次に、請求項５に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００２７】
装置外へ出射する光量をレーザ安全基準内に抑える事、及び受信感度を高める事のバランスを考えると、端面発光レーザに比較して発光効率が高い垂直共振型面発光レーザを発光素子として用いることが好ましい。
【００２８】
垂直共振型面発光レーザとしては、富士ゼロックス株式会社製のＶＣＳＥＬがある。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光送受信装置において、前記光分配手段で反射した前記第１の光の光路上に、前記第１の光の反射を防止する反射防止手段を設けた、ことを特徴としている。
【００３０】
次に、請求項６に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００３１】
光分配手段で反射した第１の光の光路上に、第１の光の反射を防止する反射防止手段を設けることで、発光素子への戻り光や、受光素子への迷光が減少し、発振が安定になると共に、送受信時のクロストークが減少する。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光送受信装置において、前記光分配手段で反射した前記第１の光を受光するモニタ用受光素子を設けた、ことを特徴としている。
【００３３】
次に、請求項７に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００３４】
光分配手段で反射した第１の光をモニタ用受光素子で受光することで、発光素子の出力をモニタでき、発光素子の光出力制御が可能となる。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光送受信装置において、前記光分配手段とモニタ用受光素子との間に光減衰手段を設けた、ことを特徴としている。
【００３６】
次に、請求項８に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００３７】
光分配手段とモニタ用受光素子との間に光減衰手段を設けることで、モニタ用受光素子に光が入り過ぎることを防止でき、安定した光出力制御が可能となる。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光送受信装置において、前記受光素子の受光面、及び前記発光素子の発光面は、同一方向に向いている、ことを特徴としている。
【００３９】
次に、請求項９に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００４０】
受光素子の受光面、及び発光素子の発光面を同一方向に向かせることで、受光素子、及び発光素子を、例えば、同一基板の同一面側に実装でき、小型化、及び低コスト化を図ることが出来る。
【００４１】
請求項１０に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載の光送受信装置において、前記受光素子の受光面、前記モニタ用受光素子の受光面、及び前記発光素子の発光面は、同一方向に向いている、ことを特徴としている。
【００４２】
次に、請求項１０に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００４３】
受光素子の受光面、モニタ用受光素子の受光面、及び発光素子の発光面を同一方向に向かせることで、受光素子、モニタ用受光素子、及び発光素子を、例えば、同一基板の同一面側に実装でき、小型化、及び低コスト化を図ることが出来る。
【００４４】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光送受信装置において、前記光分配手段には、前記受光素子に連結して前記第２の光を導くと共に、前記モニタ用受光素子に連結して前記第１の光を導く導光手段が一体的に設けられている、ことを特徴としている。
【００４５】
次に、請求項１１に記載の光送受信装置の作用を説明する。
【００４６】
受光素子を導光手段に連結することで導光手段に対する受光素子の位置決めが容易となり、発光素子を導光手段に連結することで導光手段に対する発光素子の位置決めが容易となる。位置決用の部品が必要なくなり、部品点数が減少し、低コスト化が図れる。
【発明の効果】
【００４７】
以上説明したように本発明の光送受信装置によれば、受信感度を高く出来る、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
［第１の実施形態］
図１及び図２にしたがって、本発明の光信号伝送装置の第１の実施形態を詳細に説明する。
【００４９】
本実施形態の光信号伝送装置１０は、１芯双方向通信回線に用いられるものである。
【００５０】
図１に示すように、本実施形態の光信号伝送装置１０は、台座１２とカバー１４とからなるパッケージ１６を備えている。
【００５１】
台座１２には、垂直共振型面発光レーザダイオード１８、光量モニタ用受光素子２０、光分配手段としてのビームスプリッター２２、受信信号用受光素子２４が設けられている。
【００５２】
垂直共振型面発光レーザダイオード１８は、台座１２の上面（図１において）の中央部分に取り付けられている。
【００５３】
本実施形態の垂直共振型面発光レーザダイオード１８は、例えば、波長８５０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１（本発明の第１の光）を図面上方（矢印Ｕ方向：本発明の第１の方向）に向けて出射する。
【００５４】
台座１２の上面において、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の図面右方向（矢印Ｒ方向：本発明の第２の方向）には第１のブロック２６が搭載されている。第１のブロック２６には傾斜面２６Ａが形成され、この傾斜面２６Ａに光量モニタ用受光素子２０が取り付けられている。
【００５５】
また、台座１２の上面において、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の図面左方向（矢印Ｌ方向：本発明の第３の方向）には第２のブロック２８が搭載されている。
【００５６】
第２のブロック２８には傾斜面２８Ａが形成され、この傾斜面２８Ａに受信信号用受光素子２４が取り付けられている。
【００５７】
受信信号用受光素子２４、及び光量モニタ用受光素子２０としては、フォトダイオード（ＰＤ）、例えば、高速なシリコン系、またはガリウムヒ素系のＰＩＮフォトダイオード、或は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型フォトダイオードを用いることが出来るが、その他の素子であって良い。
【００５８】
ビームスプリッター２２は、垂直共振型面発光レーザダイオード１８のレーザ光出射側（矢印Ｕ方向）に配置され、台座１２に搭載された図示しないブロックに取り付けられている。
【００５９】
本実施形態のビームスプリッター２２は、台座１２の上面に対して斜め４５°で右上がりに傾斜している。
【００６０】
ここで、ビームスプリッター２２は、反射率を５０％よりも高く設定する必要があり、反射率は７０％以上９５％以下が好ましい。本実施形態のビームスプリッター２２の反射率は８５％に設定されている。
【００６１】
図１に示すように、カバー１４は筒状とされ、台座１２の上面に取り付けられている。
【００６２】
カバー１４の貫通孔１４Ａの上部には光ファイバ３２が挿入固定されており、貫通孔１４Ａの略中間部分にはボールレンズ３４が取り付けられている。
【００６３】
本実施形態では、光ファイバ３２としてＧＩ−ＰＯＦが用いられている。
【００６４】
図２に示すように、台座１２には、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の駆動回路３８、受信信号用受光素子２４のアンプ４４が搭載されている。
（作用）
次に、本実施形態の光信号伝送装置１０の作用を説明する。
【００６５】
光信号を送受信する場合には、２台の光信号伝送装置１０を用い、双方を光ファイバ３２で連結する。
【００６６】
先ず、光信号の送信について説明する。
【００６７】
垂直共振型面発光レーザダイオード１８から上方に向けて出射された第１のレーザ光Ｌ１は、一部分がビームスプリッター２２を透過し、ボールレンズ３４により集光され光ファイバ３２の端面に照射される。これにより、第１のレーザ光Ｌ１を光ファイバ３２を介して通信相手側へ伝送することが出来る。
【００６８】
また、第１のレーザ光Ｌ１の一部分は、ビームスプリッター２２で図１の右方向へ反射し、光量モニタ用受光素子２０に入射する。
【００６９】
これにより、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の第１のレーザ光の送出し状態を光量モニタ用受光素子２０でモニタでき、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の駆動の制御を行なうことが出来る。
【００７０】
一方、光ファイバ３２の端面からは、通信相手から出射された第２のレーザ光Ｌ２が出射される。
【００７１】
光ファイバ３２の端面から出射された第２のレーザ光Ｌ２は、ボールレンズ３４を透過した後、ビームスプリッター２２で図１の左方向へ反射し、受信信号用受光素子２４に入射する。
【００７２】
本実施形態では、ビームスプリッター２２の反射率が８５％に設定されているので、装置外へ出射する第１のレーザ光Ｌ１の光量をレーザ安全基準内に抑えるためのフィルター代わりとなり、部品点数を増加させることなく事無く光ファイバ３２へ入射する光量を制限できると共に、受信信号用受光素子２４へ入射する第２のレーザ光Ｌ２の光量を十分に確保することができ、受信感度を高めることが出来る。
【００７３】
なお、ビームスプリッター２２で光の反射、及び透過を行うので、光信号伝送装置１０に光路を確保するための大きな空間を必要とせず小型化が図れ、光ファイバ３２が小口径であっても大口径であってもなんら問題なく接続することが出来る。
【００７４】
光信号の送受信を行う場合、全く同じ構成の光信号伝送装置１０を２台用いるので、一方の装置のレーザ光の波長と、他方の装置のレーザ光の波長を異ならせるシステムに比較して部品の共通化が図られ、低コストの部品（波長選択性を有する高価なミラーに対し、安価なビームスプリッタを。）を用いて構成も簡単となるので、低コストで装置を提供できる。
［第２の実施形態］
図３、及び図４にしたがって、本発明の光信号伝送装置の第２の実施形態を詳細に説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７５】
図３に示すように、本実施形態の光信号伝送装置１０の台座１２には、スペーサ５０を介して受信信号用受光素子２４が図面の上方に受光面を向けて取り付けられ、スペーサ５２を介して光量モニタ用受光素子２０が図面上方に受光面を向けて取り付けられ、垂直共振型面発光レーザダイオード１８が図面上方に発光面を向けて直接取り付けられている。
【００７６】
垂直共振型面発光レーザダイオード１８の発光面、及び光量モニタ用受光素子２０の受光面には、両者をまたぐようにプリズム５４が搭載され接着されている。
【００７７】
プリズム５４は、側面視形状が平行四辺形を呈している第１プリズム５４Ａと、側面視形状が三角形を呈している第２プリズム５４Ｂとを接合したものである。
【００７８】
本実施形態では、第１プリズム５４Ａの第１傾斜面５６と、第２プリズム５４Ｂの第１傾斜面５８とが接着されている。
【００７９】
第１プリズム５４Ａの第１傾斜面５６には、光分配手段としてのミラーコーティング（図示せず）がなされている。
【００８０】
ここで、ミラーコーティング部の反射率は、第１の実施形態のビームスプリッター２２と同様に設定されている。
【００８１】
第２プリズム５４Ｂの第２傾斜面６０、及び光量モニタ用受光素子２０の接続される下面６２には、それぞれ反射防止膜（図示せず）が施されている。
【００８２】
図４に示すように、台座１２の上面において、一点鎖線で示す境界線６４を境に一方側を受信信号用受光素子２４のグランドとし、他方側を垂直共振型面発光レーザダイオード１８のグランドとすることが好ましい。
（作用）
次に、本実施形態の光信号伝送装置１０の作用を説明する。
【００８３】
垂直共振型面発光レーザダイオード１８から上方に向けて出射された第１のレーザ光Ｌ１は、一部分がミラーコーティング部を透過し、ボールレンズ３４により集光され光ファイバ３２の端面に照射される。これにより、第１のレーザ光Ｌ１を光ファイバ３２を介して通信相手側へ伝送することが出来る。
【００８４】
また、第１のレーザ光Ｌ１の大部分は、ミラーコーティング部で図面の右方向へ反射し、さらに第２傾斜面６０で下方に反射して光量モニタ用受光素子２０に入射する。
【００８５】
これにより、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の第１のレーザ光の送出し状態を光量モニタ用受光素子２０でモニタでき、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の駆動の制御を行なうことが出来る。
【００８６】
一方、光ファイバ３２の端面からは、通信相手から出射された第２のレーザ光Ｌ２が出射される。
【００８７】
光ファイバ３２の端面から出射された第２のレーザ光Ｌ２は、ボールレンズ３４を透過した後、ミラーコーティング部で図面の左方向へ反射し、第１プリズム５４Ａの第２傾斜面６６で図面の下方へ反射し、受信信号用受光素子２４に入射する。
【００８８】
本実施形態では、ミラーコーティング部の反射率が８５％に設定されているので、第１の実施形態のビームスプリッター２２と同様に、装置外へ出射する第１のレーザ光Ｌ１の光量をレーザ安全基準内に抑えるためのフィルター代わりとなり、部品点数を増加させることなく事無く光ファイバ３２へ入射する光量を制限できると共に、受信信号用受光素子２４へ入射する第２のレーザ光Ｌ２の光量を十分に確保することができ、受信感度を高めることが出来る。
【００８９】
なお、第２プリズム５４Ｂの第２傾斜面６０、及び光量モニタ用受光素子２０の接続される下面６２に反射防止膜（図示せず）が施されているので、垂直共振型面発光レーザダイオード１８への戻り光や、受信信号用受光素子２４への迷光が減少し、垂直共振型面発光レーザダイオード１８の発振が安定になると共に、送受信時のクロストークが減少する。
【００９０】
また、本実施形態では、受信信号用受光素子２４の受光面、光量モニタ用受光素子２０の受光面、及び垂直共振型面発光レーザダイオード１８の発光面を同一方向に向かせ、台座１２の片面に実装しているので、小型化、及び低コスト化を図ることが出来た。
【００９１】
さらに、受光素子を導光手段に連結することで導光手段に対する受光素子の位置決めが容易となり、発光素子を導光手段に連結することで導光手段に対する発光素子の位置決めが容易となる。位置決用の部品が必要なくなり、部品点数が減少し、低コスト化が図れる。
［その他の実施形態］
なお、光量モニタ用受光素子２０に入射する光量が多過ぎる場合には、第１の実施形態では、ビームスプリッター２２と光量モニタ用受光素子２０との間、第２の実施形態ではミラーコーティング部と光量モニタ用受光素子２０との間に、光減衰手段（フィルター）を配置しても良い。これにより、安定した光出力制御が可能となる。
【００９２】
また、発光素子、受光素子、ビームスプリッタは、図１、図３のように一体のパッケージに実装されている他に、それぞれ別のパッケージに実装されたものが、一体に配置されていても、当然良い。
【００９３】
また、ビームスプリッターは、金属薄膜からなるビームスプリッターであっても良く、誘電体多層膜からなるビームスプリッターであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施形態に係る光信号伝送装置の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る光信号伝送装置の台座の平面図である。
【図３】第２の実施形態に係る光信号伝送装置の断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る光信号伝送装置の台座の平面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０    光信号伝送装置
１２    台座
１４Ａ  貫通孔（光入出射部）
１８    垂直共振型面発光レーザダイオード（発光素子）
２０    光量モニタ用受光素子
２２    ビームスプリッター
２４    受信信号用受光素子（受光素子）
３２    光ファイバ
５４    プリズム（導光手段）
【図１】
2006080362.tif 000003
【図２】
2006080362.tif 000004
【図３】
2006080362.tif 000005
【図４】
2006080362.tif 000006