(57)【要約】  【課題】  光通信に使用される信号光の光量を高く維持しつつも、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を常時あるいは任意のタイミングで実行して高い性能を維持することのできる光通信装置であって、より安価に構成することができる光通信装置を提供すること。  【解決手段】  光通信装置は、光源と、コアとクラッドから構成され、光源からの光が入射する入射端面を持ち、入射端面におけるコアに入射した前記光を伝送する光ファイバと、入射端面におけるコア以外の領域に入射した光の光量を検出する検出手段と、入射端面におけるビームスポットの位置を移動させる移動手段と、検出光量が最小値となるように、移動手段を負帰還制御する制御手段と、を有する構成にした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
コアとクラッドから構成され、前記光源からの光が入射する入射端面を持ち、前記入射端面におけるコアに入射した前記光を伝送する光ファイバと、
前記入射端面におけるコア以外の領域に入射した前記光の光量を検出する検出手段と、
前記入射端面における前記ビームスポットの位置を移動させる移動手段と、
前記光量が最小値となるように、前記移動手段を負帰還制御する制御手段と、を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光通信装置は、
前記光ファイバの円周面に一体形成され、前記入射端面におけるコア以外の領域に入射した前記光を前記検出手段に伝達する光伝達手段をさらに有することを特徴とする光通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光通信装置において、
前記光伝達手段は、前記入射端面と同一の面内にある第一の端面と、該第一の端面の反対側に位置する第二の端面を有し、前記円周面全域を被覆する透光性ある円筒部材であり、、
前記円筒部材の屈折率をｎ１、前記クラッドの屈折率をｎ２とすると、屈折率ｎ１および屈折率ｎ２は、以下の条件（１）、
ｎ２≦ｎ１・・・（１）
を満たすことを特徴とする光通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光通信装置において、
前記円筒部材と前記クラッドとは、屈折率ｎｃの接着剤で接合されており、屈折率ｎｃは、以下の条件（２）、
ｎ２≦ｎｃ≦ｎ１・・・（２）
を満たすことを特徴とする光通信装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光通信装置において、
前記検出手段は、受光面が前記第二の端面全域に当接される、ドーナツ状の受光部を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれかに記載の光通信装置において、
前記円筒部材は、円周面に反射膜がコーティングされていることを特徴とする光通信装置。
【請求項７】
請求項３に記載の光通信装置において、
前記第二の端面は、前記光ファイバの光軸に対して所定角度傾いており、該第二の端面に入射した光を前記検出手段の受光部に導く反射面として構成されることを特徴とする光通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光通信装置において、
前記第二の端面は、反射率を高める膜が蒸着されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の光通信装置において、
前記検出手段の受光部は、前記光ファイバの光軸と略平行な面に配設されることを特徴とする光通信装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載の光通信装置において、
前記受光部は、前記円筒部材と同一もしくは前記円筒部材より高いの屈折率を有する透光性ある材料を介して前記円筒部材と接合されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項１１】
請求項３から請求項１０のいずれかに記載の光通信装置において、
前記円筒部材は、前記光ファイバを保護する機能を有していることを特徴とする光通信装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の光通信装置において、
前記光伝達手段は、前記入射端面におけるコア以外の領域に配設された、該コアよりも高反射率の膜を有し、
前記検出手段は、前記入射端面におけるコア以外の領域で反射した光の光路中に受光部を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光通信装置において、
前記入射端面は、前記光ファイバの光軸に対して傾いていることを特徴とする光通信装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源から射出された光を前記光ファイバに集光させるための集光レンズを、該集光レンズの光軸に対して直交する方向に移動することにより前記ビームスポットの位置を移動させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源を該光源から射出された光の直進する方向に対して直交する方向に駆動することにより、前記ビームスポットの位置を移動させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源と前記光ファイバの間に透過型偏向部材を有し、該透過型偏向部材によって前記光を偏向することにより、前記ビームスポットの位置を移動させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記ビームスポットの位置を、所定の方向に周期的に微少変化させつつ移動させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光通信装置において、
前記光源から照射される前記光は、情報により変調されており、
前記移動手段は、前記光による前記情報の伝送帯域の周波数よりも低い所定の周波数で前記ビームスポットの位置を微少変化させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８に記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源から射出された光を前記光ファイバに集光させるための集光レンズを、該集光レンズの光軸に対して直交する方向に微少振動させることにより前記ビームスポットの位置を微少変化させることを特徴とする光通信装置。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８に記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源を該光源から射出された光の直進する方向に対して直交する方向に微少振動させることにより、前記ビームスポットの位置を微小変化させることを特徴とする光通信装置。
【請求項２１】
請求項１７または請求項１８に記載の光通信装置において、
前記移動手段は、前記光源と前記光ファイバの間に透過型偏向部材を有し、該透過型偏向部材によって前記光を偏向することにより、前記ビームスポットの位置を移動させることを特徴とする光通信装置。
【請求項２２】
請求項１６または請求項２１に記載の光通信装置において、
前記透過型偏向部材は、頂角を変化させることができる頂角可変プリズムであることを特徴とする光通信装置。
【請求項２３】
請求項１から請求項２２のいずれかに記載の光通信装置において、
前記制御手段による負帰還制御は、情報によって変調された前記光の伝送と同時に行われることを特徴とする光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ（以下、ＬＤと記す）から照射される光を利用して光通信を行う光通信装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置は、ＬＤで発光し情報による変調を施された光を光ファイバに伝達させる為の装置であり、ＬＤ、ＬＤからの光を集光させるレンズ、光ファイバ等の光学部品から構成される。光ファイバーを加入者宅内に引き込む回線終端装置（ＯＮＵ；Optical Network Unit）として使用される光通信装置では、一般的に、送受信を一本の光ファイバで行う双方向型の通信に対応するため、光通信装置内にさらに受光部や、異なる波長の光を分離するためのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）フィルタ等が備えられる。
【０００３】
上記のような光通信装置では、ＬＤからの信号光を光ファイバを介して送受信するため、該信号光を光ファイバの入射端面におけるコアに高い精度をもって入射させる必要がある。つまり、光通信装置を組み立てる際、ＬＤから照射される光の、光ファイバにおける入射位置に関する位置決め（初期の位置決め）が高精度に実行される必要がある。また、初期の位置決めを行った後、ＬＤや光ファイバといった各光学部品を固定した場合であっても、接着剤の収縮や溶着等の加工による部品の変形等、さらには各部品の性能の経時変化等に起因して、意図しない位置ずれが起こるおそれがある。そこで上記の意図しない位置ずれにも対応すべく、本出願人は以下の特許文献１のような光通信装置を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３８７９５号公報
【０００５】
特許文献１に開示される光通信装置では、光源から照射された光のビームスポット形成位置を所定の方向に所定の周波数で周期的に変化させつつコア内に導かれた光の一部をファイバカプラ等の光分岐手段によって光ファイバ外に取り出す。そして、ビームスポット形成位置がコア中心に近づくほど取り出した光の強度が強くなることを利用して、光ファイバの入射端面における光の位置（つまり該光が入射端面において形成するビームスポットの位置）がコア中心に向かうように負帰還制御している。なお、本文において、光源から照射された光を所定の方向に所定の周波数で周期的に変化させることをウォブリングという。
【０００６】
特許文献１に開示される光通信装置によれば、装置組み立て時における初期の位置決めのみならず、光通信実行中でも常時あるいは任意のタイミングで位置決めを行うことができる。従って、各光学部品を固定する際の部品の変形や経時変化等による意図しない位置ずれによる影響を有効に回避できる。
【０００７】
しかし、上記光通信装置の構成では、コア内に導かれた光の一部を光ファイバ外に取り出して負帰還制御に用いている。そのため、光通信に使用される信号光としての光量が若干落ちてしまう。また、上記光の一部を取り出すための光分岐手段はコストが高く装置全体のコストアップに繋がってしまうことがわかった。よって、光通信装置のさらなる改善が要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の諸事情に鑑み、本発明は、光通信に使用される信号光の光量を高く維持しつつも、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を常時あるいは任意のタイミングで実行して高い性能を維持することのできる光通信装置であって、より安価に構成することができる光通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本願発明に係る光通信装置は、光源と、コアとクラッドから構成され、光源からの光が入射する入射端面を持ち、入射端面におけるコアに入射した前記光を伝送する光ファイバと、入射端面におけるコア以外の領域に入射した光の光量を検出する検出手段と、入射端面におけるビームスポットの位置を移動させる移動手段と、検出光量が最小値となるように、移動手段を負帰還制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、光ファイバのコア以外の領域に入射した光の光量に基づいてＬＤからの光に関する位置決めが行われる。従って、光源から照射される光の光量を損なうことなく該位置決めをすることができる。しかも、制御手段によって、光ファイバの入射端面におけるビームスポット形成位置がコア中心に向かうように負帰還制御されるため、初期の位置決めのみならず、常時あるいは任意のタイミングでの位置決めが可能になる。よって環境変化や経時変化による影響を回避して装置の高い性能を維持することができる。さらに、コア以外の領域に入射した光を利用して位置決めを行うため、ファイバカプラ等の光分岐手段を光ファイバ内部に配設する必要がなくなり安価な装置が提供される。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、光ファイバの円周面に一体形成され、入射端面におけるコア以外の領域に入射した光を検出手段に伝達する光伝達手段をさらに有することができる。このように光伝達手段を光ファイバの表面に一体形成することにより、コア以外の領域に入射した光をより確実に検出手段に導くことが可能になる。
【００１２】
より具体的には、光伝達手段は、入射端面と同一の面内にある第一の端面と、該第一の端面の反対側に位置する第二の端面を有し、円周面全域を被覆する透光性ある円筒部材として構成することができる。この場合、円筒部材の屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２とすると、屈折率ｎ１および屈折率ｎ２は、以下の条件（１）、
ｎ２≦ｎ１・・・（１）
を満たすように構成される（請求項３）。
【００１３】
より詳しくは、円筒部材とクラッドとは、屈折率ｎｃの接着剤で接合されており、屈折率ｎｃは、以下の条件（２）、
ｎ２≦ｎｃ≦ｎ１・・・（２）
を満たす。
【００１４】
なお、上記のような光伝達手段を使用する場合、検出手段は、受光面が第二の端面全域に当接される、ドーナツ状の受光部を有するように構成することができる（請求項５）。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、円筒部材は、円周面に反射膜がコーティングされていることが望ましい。これにより、円筒部材を伝送する過程において光が漏れるおそれがなくなり、より精度の高い位置決めが可能になる。
【００１６】
また、検出手段は、光ファイバの光軸と略平行な面に配設される受光部を有し、第二の端面は、光ファイバの光軸に対して所定角度傾いており、該第二の端面に入射した光を受光部に導く反射面として構成してもよい（請求項７）。第二の端面は、反射率を高める膜が蒸着されることが望ましい（請求項８）。該検出手段の受光部は、光ファイバの光軸と略平行な面に配設することができる（請求項９）。上記受光部は、円筒部材と同一もしくはそれ以上の屈折率を有する透過性ある材料を介して円筒部材と接合される（請求項１０）。
【００１７】
なお、上記円筒部材に光ファイバを保護する機能を付与することが可能である（請求項１１）。例えば、該円筒部材としてはキャピラリが想定される。
【００１８】
他にも、光伝達手段は、入射端面におけるコア以外の領域に配設された、該コアよりも高反射率の膜を有することができる。この場合、検出手段は、入射端面におけるコア以外の領域で反射した光を受光するように該光の光路中に受光部を有する（請求項１２）。
【００１９】
請求項１３に記載の発明によれば、上記入射端面は、光ファイバの光軸に対して傾いていることが望ましい。
【００２０】
また、移動手段としては、集光レンズを該レンズの光軸に対して直交する方向に移動させる、あるいは光源等の各光学部品を光の直進方向に対して直交する方向に駆動することにより、スポットを入射端面上で移動させてもよい。他にも、移動手段は、光源と光ファイバの間に透過型偏向部材を有し、該透過型偏向部材によって光を偏向することにより、ビームスポットの位置を移動させることも可能である（請求項１６）。
【００２１】
また請求項１７に記載の発明によれば、上記移動手段は、ビームスポットの位置を所定の方向に周期的に微小変化させつつ移動させることができる。具体的には、光源から照射される光は、情報により変調されているため、移動手段は、該光による情報の伝送帯域の周波数よりも低い所定の周波数でビームスポットの位置を微少変化させる（請求項１８）。
【００２２】
なお、上記の透過型偏向部材としては、頂角を変化させることができる頂角可変プリズムが例示される（請求項２２）。
【００２３】
以上の構成の光通信装置であれば、制御手段による負帰還制御は、情報によって変調された前記光の伝送と同時に行うことができる（請求項２３）。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバにおいてコア以外に入射した光の光量に基づいて負帰還制御を行うことにより、光通信に使用される信号光の光量を高く維持しつつも、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を常時あるいは任意のタイミングで実行して高い性能を維持することのできる光通信装置が提供される。
【００２５】
さらに、従来の光通信装置では必須の構成要素であった光分岐手段を必要としない構成にしたことにより、本発明に係る光通信装置は、安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の第一実施形態としての光通信装置１００の構成を表す図である。光通信装置１００は、光ファイバー通信を加入者宅内に引き込むＯＮＵとして用いられる。例えば光通信装置１００は、一本の光ファイバで上り信号として波長１．３μｍを送信し、下り信号として１．５μｍの信号を受信するように構成された、双方向のＷＤＭ伝送に対応した光通信装置である。第一実施形態の光通信装置１００は、ＬＤ、集光レンズ２、光ファイバ部１０ａ、コントローラ７、アクチュエータ８を備える。
【００２７】
図２は、光ファイバ部１０ａを拡大して示す図である。図１、図２に示すように、光ファイバ部１０ａは、コア３１とクラッド３２からなる光ファイバ３、中空部を有し、該中空部に接着剤の層（以下、単に接着層という）ｃを介して光ファイバ３が嵌合されている円筒形状のキャピラリ４、受光部５、反射膜６を有する。つまり、光ファイバ部１０ａは、コア３１を中心とした多層構造として構成される。また光ファイバ部１０ａは、第一の端面１１と第二の端面１２を有する。第一の端面１１は、ＬＤから照射された光が入射する入射端面でもある。また第二の端面１２はキャピラリ４における第一の端面とは反対側の端面である。つまりキャピラリ４は光ファイバ３全長よりも短く設計されており、主として第一の端面１１から所定の範囲に嵌合されている光ファイバ３を保護している。
【００２８】
また、光ファイバ部１０ａは、キャピラリ４の屈折率をｎ１、クラッド３２の屈折率をｎ２とすると、各屈折率が、以下の条件（１）、を満たすように構成される。
ｎ２≦ｎ１・・・（１）
【００２９】
また、接着層ｃの屈折率をｎｃとすると、各屈折率ｎ１、ｎ２、ｎｃは以下の条件（２）を満たすように構成される。
ｎ２≦ｎｃ≦ｎ１・・・（２）
【００３０】
本実施形態では、ｎ１は１．４９４、ｎ２は１．４６０、ｎｃは１．４９４に設定している。つまり、ｎ２＜ｎｃ＝ｎ１であり、上記条件（１）、（２）を共に満たす。
【００３１】
なお、コア３１の屈折率をｎ３とすると、本願実施形態ではｎ３は１．４６４に設定されており、光ファイバの性質上、光ファイバ部１０ａはさらに以下の条件（３）も満たしている。
ｎ２＜ｎ３・・・（３）
【００３２】
受光部５は、受光面が第二の端面１２に当接した状態で取り付けられる。ここで、上記の通り、第二の端面１２は、キャピラリ４の端面にすぎず、中央部からは光ファイバ３が延出する状態にある。従って、図２に示すように、第一実施形態の受光部５は中央部に光ファイバと略同径の貫通孔を有するドーナツ状に形成される。反射膜６は、キャピラリ４の、第一の端面１１、第二の端面１２以外の表面（以下、円周面という）の略全域に施されている。
【００３３】
なお、実際に使用される光通信装置は、ＬＤから出力され集光レンズ２を介して光ファイバ３に入射する光束の光ファイバ３での入射角は極めて小さい。しかし図１では、説明の便宜上、該入射角を実際の角度よりも大きく示している。
【００３４】
図１に示す光通信装置１００において、光ファイバ３の第一の端面１１は、光ファイバ３の光軸と直交する面以外の面で切断されている。図１では、光ファイバ３を、光ファイバ３の光軸を含む平面での断面形状として示す。なお、本明細書において、光ファイバ３の光軸を含む平面とは、特段の説明がない限り、光ファイバ３の光軸を含み、かつ光ファイバ３の光軸と直交する面と第一の端面１１がなす角が規定される平面のことを限定していう。
【００３５】
また、光通信装置１００において、光ファイバ３は、第一の端面１１での屈折現象を考慮し、該光ファイバ３の光軸が集光レンズ２の光軸に対して所定の角度傾くように配設されている。つまり、光通信装置１００は、ＬＤから照射された光が第一の端面１１で反射する時、入射方向とは別の方向に反射するように構成される。これにより、ＬＤから照射され、集光レンズ２を介して入射する光が第一の端面１１で反射してＬＤがある側に戻る現象、および該現象によってＬＤの出力を調整するＡＰＣ（Auto Power Control）回路が正常に作動しなくなるおそれを有効に防止している。
【００３６】
光通信時、図示しない通信制御部によって変調され、ＬＤで発光された光（信号光）は、集光レンズ２を介して光ファイバ部１０ａの第一の端面１１に収束し、ビームスポットを形成する。そしてコア３１内を伝送した光は、通信対象となるもう一つの光通信装置に向かって照射される。
【００３７】
以下、本発明の主たる特徴である、光通信装置１００における、ＬＤから照射された光が第一の端面１１において形成するビームスポットがコア中心に向かうように位置決めするための構成について詳説する。
【００３８】
まず、ＬＤから照射される光の、光ファイバ部１０ａ内での光路について説明する。なお、上記の通り、本実施形態では、第一の端面１１が光ファイバ部１０ａの光軸と直交する面以外の面で切断されている。しかも、光ファイバ３は、該光ファイバ３の光軸が集光レンズ２の光軸に対して所定の角度傾くように配設されている。従って、集光レンズ２から射出され第一の端面１１に入射する光を複数の光線の束として考えた場合、各光線の第一の端面１１入射時における入射角は異なる。しかし、本実施形態で想定される第一の端面１１と光ファイバ３の光軸と直交する面がなす角度は、１０°である。そのため、各光線の入射角の差異は、ビームスポットの位置決め処理に対して何らの影響も及ぼさない程度に極めて微少である。よって、以下の説明では、各光線の入射角の差異は無視する。
【００３９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の光ファイバ部１０ａに入射する光の軌跡を示す、光ファイバ３の光軸を含む平面での断面模式図である。図３に示す二本の線は、光ファイバ３の光軸を含む平面内を通るＬＤからの光のうち最も外側を通る光線を示す。図３（Ａ）は、ＬＤからの光が第一の端面１１においてちょうどコア３１に入射する時の光の軌跡、図３（Ｂ）は、ＬＤからの光が第一の端面１１においてクラッド３２に入射する時の光の軌跡、図３（Ｃ）は、ＬＤからの光が第一の端面１１において、屈折率が同一である接着層ｃまたはキャピラリ４に入射する時の光の軌跡、をそれぞれ示す。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す光ファイバ部１０ａにおいて、各層の厚さは、光の各層での伝送状態を説明する便宜上、実際とは異なっている。
【００４０】
まず、ＬＤからの光がコア３１に入射する場合について説明する。コア３１とクラッド３２が上記条件（３）を満たす関係にあることから、第一の端面１１におけるコア３１に入射した光は、図３（Ａ）に示すように、コア３１とクラッド３２の界面で全反射を繰り返し、光ファイバ３内を伝送する。
【００４１】
上記条件（１）〜（３）を満たす光ファイバ部１０ａにおいて、第一の端面１１のクラッド３２に入射した光は、図３（Ｂ）に示すように、クラッド３２内に留まらずクラッド３２と比較して高い屈折率であるコア３１や接着層ｃに抜けていく。そして、最終的には、クラッド３２と接着層ｃの界面およびキャピラリ４と外界（空気）の界面でのみ全反射を起こしつつ、接着層ｃとキャピラリ４の二層内を伝送する。
【００４２】
また、上記条件（１）〜（３）を満たす光ファイバ部１０ａにおいて、第一の端面１１の接着層ｃに入射した光は、全反射条件に従い、キャピラリ４と外界（空気）の界面およびクラッド３２と接着層ｃの界面でのみ全反射を起こす。そのため、接着層ｃに入射した光は、図３（Ｃ）に示すように、接着層ｃとキャピラリ４の二層内を伝送する。接着層ｃと屈折率が同一であるキャピラリ４に入射した光に関しても同様である。このように、上記条件（１）〜（３）を満たす光ファイバ部１０ａに入射した光は、第一の端面１１のコア３１以外のいずれの場所に入射したとしてもコア３１内を伝送することはなく、必ず接着層ｃとキャピラリ４の二層内を伝送する。
【００４３】
図４は、第一の端面１１において、コア３１中心からビームスポット形成位置までのずれ量と、光ファイバ部１０ａ内に入射した光の光量との関係を表すグラフである。横軸がコア３１中心からのずれ量を表し、縦軸が光量を表す。但し、ｄはコア３１の径を示す。また、実線がコア３１を伝送する光の光量を示し、破線がコア３１以外の層を伝送する光（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）の光量を示す。図４に示すように、ビームスポットの形成位置がコア３１中心にある場合（ずれ量０）、接着層ｃとキャピラリ４を伝送する光の光量、つまり受光部５により受光される光量は略０となり、コア３１を伝送する光の光量が最大となる。そして、ビームスポットの形成位置がコア３１中心からずれるにつれて、クラッド３２とキャピラリ４を伝送する光の光量が増加する代わりにコア３１を伝送する光の光量が低下していく。
【００４４】
従って、クラッド３２とキャピラリ４を伝送する光の光量を検出し、該光量が最小（本実施形態では０）になるようにビームスポットの形成位置を負帰還制御することにより、該ビームスポットの形成位置をコア中心に導くような位置決めを実行することができる。
【００４５】
以上の原理に基づき、第一実施形態では、以下のようにして位置決めを行う。まず、コントローラ７は、位置決めを実行するにあたり、アクチュエータ８を介して集光レンズ２を該レンズ２の光軸に対して直交する方向に一定周期かつ一定振幅で微少振動（ウォブリング）させる。これにより、ＬＤから照射された光が第一の端面１１において形成するビームスポットの位置が連続的に微少変化する。
【００４６】
集光レンズ２から射出された光は、収束して光ファイバ部１０ａの第一の端面１１に入射する。光ファイバ部１０ａに入射した光のうち、クラッド３２とキャピラリ４を伝送する光は、第二の端面１２に配設した受光部５によって受光される。
【００４７】
受光部５は、受光した光の光量を検出し、該光量に対応する信号をコントローラ７に出力する。コントローラ７は、受光部５からの信号に基づいて、ＬＤからの光が第一の端面１１で形成するビームスポットとコア３１の中心が略一致するように負帰還制御する。具体的には、コントローラ７は、ビームスポットの形成位置がウォブリングによって微小変化することに伴う検出光量の変化に基づき、第一の端面における現在のビームスポットの形成位置を検出する。そして、コントローラ７は、受光部５によって検出される光量が、０になるように、換言すれば第一の端面１１で形成するビームスポットとコア３１の中心が略一致するようにアクチュエータ８を介して集光レンズ２を該レンズ２の光軸に対して直交する方向に駆動制御する。これにより、上記ビームスポットの第一の端面１１での位置を移動させる。ビームスポットとコア３１中心が一致した状態は、最もカップリング効率が高い状態、つまり高精度での光通信が行われる状態である。このように、本実施形態では、コントローラ７は、集光レンズ２をウォブリングすると同時に該レンズ２の光軸に直交する方向への駆動も行っている。従って、光通信装置１００における位置決めのための駆動機構が共通化されており簡素な構成を実現している。
【００４８】
以上が第一実施形態の光通信装置の説明である。次いで、第二実施形態を説明する。第二実施形態の光通信装置は、第一実施形態の光通信装置１００における光ファイバ部１０ａの代替として図５に示す光ファイバ部１０ｂを搭載する。図５（Ａ）は、光ファイバ部１０ｂの、光ファイバの光軸を含む平面における断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。光ファイバ部１０ｂ以外の各部材、および光ファイバ部１０ｂを構成する各部材は第一実施形態の光通信装置１００と同一であるため、図１を参照してここでの説明は省略する。
【００４９】
光ファイバ部１０ｂは、図５に示すように、受光部５が第二の端面１２ではなく光ファイバの光軸に対して平行な面内に配設している。図５（Ｂ）に示すように、光ファイバ部１０ｂにおいて、受光部５は、一部がキャピラリ４の円周面、より詳しくは、第二の端面１２側の円周面に当接するような状態で配設されている。そして、受光部５は、接着剤１３を介してキャピラリ４に結合されている。なお、キャピラリ４を介した光が精度良く受光部５に導かれるように、接着剤１３は、キャピラリ４の屈折率と略等しい屈折率のものが使用される。
【００５０】
第二実施形態も第一実施形態と同様、ｎ１は１．４９４、ｎ２は１．４６０、ｎ３は１．４６４、ｎｃは１．４９４に設定している。従って、第二実施形態の光ファイバ部１０ｂも条件（１）〜（３）を満たす。よって、光ファイバ部１０ａに入射した光の伝送状態は、第一実施形態と同様に、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようになる。
【００５１】
また、第二の端面１２は、該端面１２に入射した光が受光部５に導かれるように全反射面として設計される。具体的には、第二の端面１２は、図５（Ｂ）に示すように、光ファイバの光軸を含む平面における頂角がθ１となるように光ファイバ３の光軸に対して傾けられる。
【００５２】
第二実施形態における頂角θ１について検証する。図６は、頂角θ１を検証するための光ファイバ部１０ｂに関する光ファイバの光軸を含む平面での断面模式図である。一般に、第一の端面１１においてクラッド３１に入射した光に含まれる光線によっては、第二の端面１２での入射角θ２が、第一の端面１１において接着層ｃまたはキャピラリ４に入射した光に含まれる光線に関する第二の端面１２での入射角よりも小さく、かつ第二端面１２での全反射角θ３に近い値を採る場合がある。よって、入射角θ２が全反射角θ３よりも大きくなる（θ２＞θ３）状態が確保されるように頂角θ１を決定すればよい。
【００５３】
まず、コア３１内を光が伝送するために必要なコア３１とクラッド３２の界面での全反射角θＲは、
ｎ３ｓｉｎθＲ＝ｎ２ｓｉｎ９０°
より、８５．７６４°である。
【００５４】
光ファイバ部１０ｂにＮＡ＝０．１０９の収束光が入射することを想定すると、該収束光の中心を通る光線Ｌｃと該収束光の最も外側の光線Ｌｏがなす角θ９は、
ｓｉｎθ９＝ｎ３ｃｏｓθＲ
より、６．２０８°である。
【００５５】
また、第一の端面１１と光ファイバ３の光軸と直交する面がなす角度θ０は、１０°を想定するため、光線Ｌｃと光ファイバ３の中心軸Ｌａｘがなす角θ８は、
ｓｉｎθ８＝ｎ３ｓｉｎθ０
より、４．７２７°である。
【００５６】
光線Ｌｏの第一の端面１１における入射角θ７は、
θ７＝θ０＋θ８−θ９
より、８．１５９である。また、光線Ｌｏの第一の端面１１における屈折角θ６は、
ｓｉｎθ７＝ｎ２ｓｉｎθ６
より、５．８２３°である。
【００５７】
クラッド３２内を進む光線Ｌｏのクラッド３２と接着層ｃの界面に対する入射角θ５は、
θ５＝９０−（θ０−θ２）
より、８５．８２３°である。また、光線Ｌｏのクラッド３２と接着層ｃの界面に対する屈折角θ４は、
ｎ２ｓｉｎθ５＝ｎｃｓｉｎθ４
より、７７．０７１°である。
【００５８】
ここで、第二の端面１２における全反射角θ３は、
ｎ１ｓｉｎθ３＝ｓｉｎ９０＝１
より、４２．０１６°である。
【００５９】
接着層ｃとキャピラリ４を伝送する光線Ｌｏが第二の端面１２で全反射するためには、上記の通り、以下の条件（４）
θ２＞θ３・・・（４）
が満たされていればよい。
θ２＝θ４−θ１であることから、条件（４）は、
θ４−θ３＞θ１・・・（５）
と書き換えられる。
【００６０】
条件（５）に、θ４、θ３の値を代入すると、頂角θ１は以下の条件（６）、
θ１＜３５．０５５°・・・（６）
を満たせばよい。
【００６１】
なお、上記収束光に含まれる光線の第一の端面１１に対する入射角は異なる。しかし、上述したようにその差異は極めて微少である。よって、上述した光線Ｌｏについての検証が他の光線、つまり収束光全体に適用される。結果として、第二実施形態の構成では、頂角θ１が３５．０５５°よりも大きくなるように第二の端面１２を設計することにより、コア３１以外の各層３２、ｃ、４に入射した光は全て第二の端面１２で全反射し、受光部５に導かれる。
【００６２】
より一層確実に受光部に光が入射するようにするためには、第二の端面１２に反射膜を施すことも有益である。なお、キャピラリ４の円周面にも、光が受光部５に入射することを妨げないような状態で反射膜を施すこともできる。
【００６３】
第二実施形態の光通信装置１００における位置決め処理は、クラッド３２やキャピラリ４に入射した光が、直接あるいは第二の端面１２で偏向して受光部５に入射する点以外は、上述した第一実施形態と同様にして行われる。
【００６４】
以上の第一実施形態と第二実施形態の光通信装置では、第一の端面１１においてコア３１以外の領域に入射した光を受光部へ導く光伝達手段としてキャピラリ４を使用している。光伝達手段は、上記キャピラリ４のように光を透過させることにより受光部へ導く透過性ある部材である必要はない。例えば、次に説明する第三実施形態の光通信装置１００では、光伝達手段として、反射部材を使用する。
【００６５】
図７は、第三実施形態の光通信装置１００の構成を表す図である。図７において、第一実施形態の光通信装置１００と同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。第三実施形態の光通信装置１００は、第一実施形態の光通信装置１００における光ファイバ部１０ａの代替として、光ファイバ部１０ｃと受光部５’を有する。
【００６６】
光ファイバ部１０ｃは、コア３１、クラッド３２からなる光ファイバ３、キャピラリ４からなる。図８に示すように、光ファイバ部１０ｃのＬＤからの光が入射する端面、つまり第一の端面１１において、コア３１以外の領域には高反射率を有する面（ここではミラー面）Ｍが施されている。なお、第一の端面１１は、上記の各実施形態と同様に、光ファイバ３の光軸と直交する面以外の面で切断されている。また、受光部５’は、第一の端面１１で反射した光の光路中に配設されている。このように光ファイバ部１０ｃおよび受光部５’を配置構成することにより、第一の端面１１で反射した光がＬＤ側に戻ることによりＬＤの出力を調整するＡＰＣ（Auto Power Control）回路に影響を及ぼすおそれを有効に防止すると同時に、第一の端面１１で反射した光を偏向部材を用いることなく受光部５’に導くことができる。
【００６７】
図９は、第三実施形態の光通信装置１００において、光ファイバ３の光軸を含む平面における、光ファイバ部１０ｃに入射する光の軌跡を模式的に示す図である。図９（Ａ）は、ＬＤからの光が第一の端面１１においてちょうどコア３１に入射する時の光の軌跡、図９（Ｂ）は、ＬＤからの光が第一の端面１１においてコア３１以外の領域つまりミラー面Ｍに入射する時の光の軌跡をそれぞれ示す。
【００６８】
図９（Ａ）に示すように、第一の端面１１におけるコア３１に入射した光は、コア３１とクラッド３２の界面で全反射を繰り返しつつ、光ファイバ３内を伝送する。このとき受光部５’には殆ど光が入射しない。つまり、受光部５’で検出される光量は略０に等しい。これに対し、ミラー面Ｍに入射した光は、図９（Ｂ）に示すようにミラー面Ｍで反射して受光部５’に入射する。結果として、第三実施形態の光通信装置１００においても、図４に示す関係が得られる。
【００６９】
従って、第一の端面１１におけるミラー面Ｍで反射した光の光量を受光部５’によって検出し、該光量が０になるようにビームスポットの形成位置を負帰還制御することにより、該ビームスポットの形成位置をコア中心に導くような位置決めを実行することができる。位置決めに際してコントローラ７が行う、ウォブリング制御や負帰還制御は上記第一実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７０】
以上の各実施形態の光通信装置１００のように、光ファイバ部１０ａ〜１０ｃの第一の端面１１（光ファイバ３の入射端面）におけるコア３１以外の領域に入射した光の光量が０になるようにビームスポットの形成位置を負帰還制御することにより、高い精度をもってＬＤから照射された信号光をコア中心に導くことができる。しかも各実施形態の光通信装置１００は、従来のように負帰還制御をするための光を取り出すための高価な光学部材を用いずに高精度な位置決めを実行するため、非常に安価に構成することができる。
【００７１】
なお、ウォブリングの周波数は、信号光の伝送帯域の周波数よりも低い周波数になっているため、信号光による光通信には影響を及ぼさない。従って、コントローラ７は、光通信を実行中であっても位置決め処理を実行することができる。例えば、光通信装置１００が常に振動が与えられるような厳しい環境条件下で使用される場合には、常時上述した位置決めを行うと良い。また、該環境条件が比較的緩やかであり、経時変化に起因する位置ずれのみ考慮すればよい場合には、定期的あるいは任意のタイミングで実行すればよい。なお、上記位置決めを行わない場合は、コントローラ７は集光レンズ２を動かさない（ホールド）状態にする。
【００７２】
以上が本発明の実施形態である。なお、各実施形態の光通信装置１００は、以下のように変形することによっても同様の効果を奏することができる。
【００７３】
上記の各実施形態では、クラッド３２と接着層ｃとキャピラリ４の各屈折率をｎ２＜ｎｃ＝ｎ１と設定しているが、上記条件（１）、（２）を満たすのであれば、各部材の３２、ｃ、４の屈折率は任意に設定することができる。例えば、キャピラリ４の屈折率（ｎ１）、クラッド３２の屈折率（ｎ２）、コア３１の屈折率（ｎ３）は、固定値である。これに対し、上記条件（２）さえ満たしていれば、接着層ｃは上記実施形態の屈折率以外の屈折率を有するものを使用することができる。上記実施形態以外の屈折率を有する接着剤を使用した場合であっても、コア３１以外に入射した光は、クラッド３２、接着層ｃ、キャピラリ４のいずれかを進む。
【００７４】
特に第二実施形態において、光ファイバ部１０ｂに入射する収束光のＮＡや第一の端面１１と光ファイバ３の光軸と直交する面がなす角度（θ０）を上記の各実施形態と同一に設定した場合には、各屈折率ｎ１、ｎ２、ｎｃが上記条件（１）、（２）を満たすのであれば、頂角θ１が上記条件（６）を満たすように光ファイバ部１０ｂを構成すれば、第二の端面１２に入射する光を常に全反射させることができる。
【００７５】
また、ｎ１＝ｎ２とすることにより条件（１）を満たす構成にした場合、第二の端面１２近傍において光線がクラッド３２内を透過している可能性がある。しかし、クラッド３２の厚さはキャピラリー４の厚さと比較して十分に小さい。従って、第二の端面１２近傍においてクラッド３２内を透過している光線は、光ファイバ部１０ａ、１０ｂに入射した全光束のうち極めて微量でしかなく、本発明を実施するにあたり何ら影響を及ぼすものではない。なおｎ１＝ｎ２とした場合、第二の端面１２近傍においてクラッド３２を透過し、第二の端面１２の後方で射出される光線も受光できるような形状に光量検出手段を構成すればより好ましい。
【００７６】
上記の各実施形態では、集光レンズ２を駆動制御することにより、ＬＤからの光が第一の端面１１において形成するビームスポットの位置をコア３１に向かうように位置決めする構成を示した。ここでビームスポットの移動手段としては、集光レンズ２を駆動制御する構成以外の構成によるものであっても良い。図１０は、第一実施形態の光通信装置１００の一変形例である光通信装置１００’の概略構成を示す図である。光通信装置１００’は、集光レンズ２と光ファイバ部１０ａとの間に偏向部材Ｋを有する。そして、光通信装置１００’では、コントローラ７は、集光レンズ２を駆動させずに、偏向部材用アクチュエータ９を介して偏向部材Ｋを駆動制御することによって第一の端面１１に形成されるビームスポットの位置を移動させている。なおコントローラ７がアクチュエータ８を介して集光レンズ２をウォブリングさせる点は第一実施形態と同様である。つまり、光通信装置１００’では、ウォブリング手段とビームスポットの移動手段とを別個独立して構成している。偏向部材Ｋとしては図１１に示す頂角可変プリズムが例示される。
【００７７】
図１１は、頂角可変プリズム２０の一例を示す断面図である。頂角可変プリズム２０は、２枚の平行ガラス板２１、２２と、該２枚のガラス板２１、２２によって封止される弾性状の蛇腹カバー２３を有する。カバー２３の内部にはシリコーンオイル等の液体が充填されている。各ガラス板２１、２２は、ガラス保持部２４ａ〜２４ｄによって保持されている。ガラス保持部２４ａは、頂角調整部２７により移動自在に保持されている。詳しくは、ガラス保持部２４ａは、モータ部２５により回転自在なリードねじ２６に螺合している。そのため、リードねじ２６の回転に伴い、ガラス保持部２４ａが図中α方向（リードねじ２６の延出方向）に進退移動する。これにより、各ガラス板２１、２２がなす頂角θが変化し、頂角可変プリズム２０を透過する光の光路を移動させる（図中破線から実線へ）ことができる。従って、該光路の移動方向が光の進行方向に直交しかつ互いに直交する二つの方向に対応するように２つの頂角可変プリズム２０を配置することにより、集光レンズ２を駆動させることなく、第一の端面１１におけるビームスポットの位置を移動させることができる。
【００７８】
なお、偏向部材Ｋとしては、他にも以下のような構成を例示することができる。例えば、図１１に示す頂角可変プリズム２０は、所定の一方向にのみ光路を移動可能ないわゆる一軸可変タイプを想定して説明したが、互いに異なる二方向に光路を移動可能ないわゆる二軸可変タイプを使用することも有効である。また、二つの楔形プリズムのセットを偏向部材Ｋとして使用しても良い。この場合、各楔形プリズムを傾けたり回転させたりして各々の配置位置を変化させることにより、光を偏向させることができる。また、ＬＤ自体を光の直進方向に対して直交する方向に駆動させることにより、第一の端面１１におけるビームスポットの位置を移動させることも可能である。さらには、集光レンズ２と偏向部材Ｋの双方を用いてビームスポットの位置を移動させることも可能である。
【００７９】
以上、第一の端面１１におけるビームスポット形成位置の移動手段の変形例について説明したが、これらは第二実施形態および第三実施形態の光通信装置にも使用することができる。
【００８０】
上記第一実施形態および第二実施形態では、第一の端面１１におけるコア３１以外の領域に入射した光を受光部５に伝達するための手段として透過性あるキャピラリ４を使用している。このように、従来光ファイバ３の保護を目的として用いられていたキャピラリをそのまま光伝達手段としても使用することにより、構成部材数を増やすことなく安価な構成でＬＤからの光の光ファイバに対する位置決めを実現している。ここで、安価な構成を維持できるのであれば、必ずしも光伝達手段としてキャピラリを使用する必要はない。また、第三実施形態では、他の実施形態と同様にキャピラリ４を使用している。ここで、光ファイバ３が外部から加わる意図しない力に対して十分な強度を有している場合、キャピラリ４は設けるに及ばない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第一実施形態の光通信装置の概略構成を表す図である。
【図２】第一実施形態の光ファイバ部を拡大して示す図である。
【図３】第一実施形態の光ファイバ部に入射する光の軌跡を模式的に示す図である。
【図４】第一の端面において、コア中心からビームスポット形成位置までのずれ量と、光ファイバ部内に入射した光の光量との関係を表すグラフである。
【図５】第二実施形態の光ファイバ部の構成を示す図である。
【図６】第二実施形態の頂角θ１を検証するための光ファイバ部に関する光ファイバの光軸を含む平面での断面模式図である。
【図７】第三実施形態の光通信装置の概略構成を表す図である。
【図８】第三実施形態の光ファイバ部の第一の端面を拡大して示す図である。
【図９】第三実施形態の光通信装置において、光ファイバの光軸を含む平面における、光ファイバ部に入射する光の軌跡を模式的に示す図である。
【図１０】第一実施形態の光通信装置の一変形例の概略構成を示す図である。
【図１１】頂角可変プリズムの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
２  集光レンズ
３  光ファイバ
３１  入射端面
３２  クラッド
４  キャピラリ
５、５’  受光部
７  コントローラ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  光ファイバ部
１１  第一の端面（入射端面）
１００、１００’  光通信装置
【図１】
2006349815.tif 000003
【図２】
2006349815.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006349815.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006349815.tif 000009
【図８】
2006349815.tif 000010
【図９】
2006349815.tif 000011
【図１０】
2006349815.tif 000012
【図１１】
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