(57)【要約】【課題】本発明は、光結合効率を向上することのできる発光モジュール及び一芯双方向光通信モジュールの提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る発光モジュールは、発光素子及び発光側レンズが、発光素子の出射光に平行にステムの一部から伸びる保持部で近接して保持され、前記発光素子の出射した光を屈折させることを特徴とする。また、本発明に係る一芯双方向光通信モジュールは、前記発光モジュールを備え、かつ、光ファイバ、受光素子の近傍にコリメートレンズを備え、受光モジュールへの光の分離又は発光モジュールからの光の結合を平行光で行なうことを特徴とする。コリメートレンズのそれぞれは、平行光を光ファイバの入出射端面に集光し、平行光を受光素子の受光面に集光し、発光モジュールからの出射光を平行光として出射する。【選択図】図１
2006351608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射された出射光を屈折させる発光側レンズと、
前記発光素子を搭載し、前記発光素子からの熱を放熱するヒートシンクと、
前記発光素子の出射方向と平行な方向に伸びる柱状の保持部の側面で前記発光側レンズ及び前記ヒートシンクを保持するステムと、を備える発光モジュール。
【請求項２】
前記発光素子、前記発光側レンズ、前記ヒートシンク及び前記保持部を密封し、前記発光側レンズで屈折された前記出射光を透過させる透過窓を有する封子キャップをさらに備え、
前記透過窓は、前記出射光のビームの中心軸に垂直な面に対して所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記発光側レンズは、前記出射光を屈折させて平行光にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の少なくとも１個の発光モジュールと、
光ファイバの入出射端面が所定位置に配置されている光ファイバを保持する光ファイバ保持スリーブと、
前記所定位置から出射された光を屈折させて所定の光路の平行光にし、前記所定の光路から入射する平行光を前記所定位置に集光する光ファイバ側レンズと、
前記所定の光路上に配置され、前記所定の光路の平行光を分離するか又は前記所定の光路に交差する光路の平行光を前記所定の光路に結合する少なくとも１個の光学フィルタと、
前記平行光を所定の焦点に集光する少なくとも１個の受光側レンズと、
前記所定の焦点に集光された光を受光する受光素子を含む少なくとも１個の受光モジュールと、
前記受光モジュールを保持する少なくとも１個の受光モジュール保持リングと、
前記受光側レンズの光軸と略平行な中心軸を有する円筒の内側で前記受光モジュール保持リングを保持し、前記受光素子の受光面と前記所定の焦点とを一致させる少なくとも１個の受光モジュール保持スリーブと、
前記光ファイバ保持スリーブ、前記光ファイバ側レンズ、前記光学フィルタ、前記発光モジュール及び前記受光側レンズを保持し、前記受光モジュール保持スリーブを前記受光側レンズの光軸に略垂直な平面上で保持する筺体と、を備える一芯双方向光通信モジュールであって、
前記発光モジュールのそれぞれは、前記所定の光路上又は前記光ファイバ側レンズに向かう前記所定の光路の平行光に前記光学フィルタによって結合される光路上に前記発光素子の出射方向を前記光学フィルタに向けて配置され、
前記受光モジュールのそれぞれは、前記所定の光路上又は前記所定の光路の平行光から前記光学フィルタによって分離された光路上に、前記所定の焦点から前記受光側レンズの光学中心への方向を前記光学フィルタに向けて配置されていることを特徴とする一芯双方向光通信モジュール。
【請求項５】
前記発光モジュールから出射された出射光を前記光学フィルタへ透過させ、前記光学フィルタ又は前記光ファイバの入出射端面で反射された前記発光モジュールへの戻り光を遮断するアイソレータを前記発光モジュールと前記光学フィルタとの間にさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の一芯双方向光通信モジュール。
【請求項６】
前記筺体は、前記光ファイバから出射する光の光軸上に前記光ファイバ側レンズの光学中心が配置される位置で前記光ファイバ側レンズを保持する光ファイバ側レンズ保持ホルダをさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の一芯双方向光通信モジュール。
【請求項７】
前記光ファイバ側レンズは、前記筺体及び前記光ファイバ保持スリーブの接続面と当該光ファイバ側レンズの焦点とが略一致していることを特徴とする請求項４から６に記載のいずれかの一芯双方向光通信モジュール。
【請求項８】
前記筺体は、前記光ファイバの光軸に略垂直な平面上で前記光ファイバ保持スリーブを保持し、
前記光ファイバ保持スリーブは、前記光ファイバの光軸に略平行な中心軸の円筒の内側で前記光ファイバを保持し、前記円筒の端部に設けられたフランジで前記筺体に固定されていることを特徴とする請求項４から７に記載のいずれかの一芯双方向光通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合効率を向上することのできる発光モジュール及び前記発光モジュールを備えかつ一芯で複数波の双方向通信を行なう光通信に用いられる一芯双方向光通信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ通信システムにおいて、電話通信などの光加入者系システムに双方向の光通信モジュールが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示された光通信モジュールは、１つの筺体に保持された発光モジュール及び受光モジュールが、光ファイバの端部近傍に配置されたレンズ結合光学素子及びビームスプリッタを介して送受信する。発光モジュール及び受光モジュール及び光ファイバには光軸方向を調整する機構がなく、発光モジュール及び受光モジュールは筺体とは別体となっている。
【０００４】
上記光通信モジュールでは、発光モジュールの光軸方向が調整されていないので、結合効率がばらついていた。又、非平行光中に光学フィルタが挿入されているので、収差が発生し、結合効率が低かった。このため、上記光通信モジュールは光結合効率が低かった。また、受光モジュールの光軸方向が調整されていないので、受光モジュールの受光効率が悪かった。このため、上記光通信モジュールは光結合効率がばらついていた。
【特許文献１】特表２００３−５２４７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、光結合効率を向上することのできる発光モジュール及び一芯双方向光通信モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発光モジュールは、発光素子及び発光側レンズが、発光素子の出射光と平行な方向にステムの一部から伸びる保持部で保持され、発光側レンズで屈折された前記発光素子からの光を出射することを特徴とする。また、本発明に係る一芯双方向光通信モジュールは、平行光を発光又は受光するモジュール並びに光ファイバからの出射光を平行光にするレンズを備え、受光モジュールへの光の分離又は発光モジュールからの光の結合を平行光で行なうことを特徴とする。
【０００７】
具体的には、本発明に係る発光モジュールは、光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された出射光を屈折させる発光側レンズと、前記発光素子を搭載し、前記発光素子からの熱を放熱するヒートシンクと、前記発光素子の出射方向と平行な方向に伸びる柱状の保持部の側面で前記発光側レンズ及び前記ヒートシンクを保持するステムと、を備える。
【０００８】
発光素子及び発光側レンズが近接して保持部で保持されているので、発光素子から出射された出射光を発光側レンズで効率よく屈折することができる。よって、光結合効率を向上することのできる発光モジュールを提供することができる。
【０００９】
また、本発明に係る発光モジュールは、前記発光素子、前記発光側レンズ、前記ヒートシンク及び前記保持部を密封し、前記発光側レンズで屈折された前記出射光を透過させる透過窓を有する封子キャップをさらに備え、前記透過窓は、前記出射光のビームの中心軸に垂直な面に対して所定の角度だけ傾斜していることが好ましい。
【００１０】
密閉された空間内に発光素子を配置することができるので、発光素子を安定して発光させることができる。また、発光素子に対する外部環境の影響を減少することができる。さらに、透過窓と出射光のビームの中心軸とが直交していないので、透過窓からの戻り光が発光素子に戻るのを防ぎ、発光素子は安定した動作を行なうことができる。
【００１１】
前記発光側レンズは、前記出射光を屈折させて平行光にすることが好ましい。
【００１２】
発光側レンズが平行光に変換するので、発光モジュールは、結合系の調整を容易にできる。また、発光モジュールは、平行光を出射することができるので、光アイソレータ、光学フィルタを透過する際に発生する収差を低減することができる。よって、光結合効率を向上することのできる発光モジュールを提供することができる。
【００１３】
本発明に係る一芯双方向光通信モジュールは、光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された出射光を屈折させて平行光にする発光側レンズと、前記発光素子を搭載し、前記発光素子からの熱を放熱するヒートシンクと、前記発光素子の出射方向と平行な方向に伸びる柱状の保持部の側面で前記発光側レンズ及び前記ヒートシンクを保持するステムと、を備える少なくとも１個の発光モジュールと、光ファイバの入出射端面が所定位置に配置されている光ファイバを保持する光ファイバ保持スリーブと、前記所定位置から出射された光を屈折させて所定の光路の平行光にし、前記所定の光路から入射する平行光を前記所定位置に集光する光ファイバ側レンズと、前記所定の光路上に配置され、前記所定の光路の平行光を分離するか又は前記所定の光路に交差する光路の平行光を前記所定の光路に結合する少なくとも１個の光学フィルタと、前記平行光を所定の焦点に集光する少なくとも１個の受光側レンズと、前記所定の焦点に集光された光を受光する受光素子を含む少なくとも１個の受光モジュールと、前記受光モジュールを保持する少なくとも１個の受光モジュール保持リングと、前記受光側レンズの光軸と略平行な中心軸を有する円筒の内側で前記受光モジュール保持リングを保持し、前記受光素子の受光面と前記所定の焦点とを一致させる少なくとも１個の受光モジュール保持スリーブと、前記光ファイバ保持スリーブ、前記光ファイバ側レンズ、前記光学フィルタ、前記発光モジュール及び前記受光側レンズを保持し、前記受光モジュール保持スリーブを前記受光側レンズの光軸に略垂直な平面上で保持する筺体と、を備える一芯双方向光通信モジュールであって、前記発光モジュールのそれぞれは、前記所定の光路上又は前記光ファイバ側レンズに向かう前記所定の光路の平行光に前記光学フィルタによって結合される光路上に前記発光素子の出射方向を前記光学フィルタに向けて配置され、前記受光モジュールのそれぞれは、前記所定の光路上又は前記所定の光路の平行光から前記光学フィルタによって分離された光路上に、前記所定の焦点から前記受光側レンズの光学中心への方向を前記光学フィルタに向けて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
光ファイバ側レンズ、発光側レンズ及び受光側レンズを備えて、受光モジュールへの光の分離又は発光モジュールからの光の結合を平行光で行なうことができる。これにより、光の結合又は分離の際に発生する収差を防ぎ、結合系の調整を容易にすることができる。さらに、光ファイバ側レンズが平行光を光ファイバの入出射端面となる所定位置に集光するので、発光モジュールの出射した光を光ファイバに効率よく入射させることができる。さらに、受光側レンズが平行光を受光素子の受光面となる所定の焦点に集光するので、光ファイバから出射した光を受光素子に効率よく入射させることができる。さらに、受光モジュール保持スリーブは、受光側レンズの光軸に略垂直な平面上で筺体によって保持されるので、受光モジュール保持スリーブの固定前に受光素子が受光面の略中心で受光できるよう調整することができる。また、受光モジュール保持スリーブ及び受光モジュール保持リングを備えるので、受光モジュールの３次元の調整が可能となり、光結合効率を向上することができる。
【００１５】
前記発光モジュールから出射された出射光を前記光学フィルタへ透過させ、前記光学フィルタ又は前記光ファイバの入出射端面で反射された前記発光モジュールへの戻り光を遮断するアイソレータを前記発光モジュールと前記光学フィルタとの間にさらに備えることが好ましい。
【００１６】
発光モジュールへの戻り光を遮断することができるので、発光素子が安定した動作を行なうことができる。また、平行ビーム中に光学部品を配置するので、光学部品へのビーム入射角度が一定となる。よって、発生する収差を低減し、結合効率を向上することができる。
【００１７】
前記筺体は、前記光ファイバから出射する光の光軸上に前記光ファイバ側レンズの光学中心が配置される位置で前記光ファイバ側レンズを保持する光ファイバ側レンズ保持ホルダをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
光ファイバから出射する光の光軸と所定位置及び光ファイバ側レンズの光学中心を結ぶ直線とを略一致させることができるので、光ファイバ側レンズは、光ファイバから出射される光を効率よく平行光に変換することができる。また、光ファイバ側レンズ保持ホルダは光軸と垂直方向の調整が可能なため、発光モジュールから出射された平行光の光軸を簡易に曲げることができる。よって、光ファイバへ最適な入射角度で光を入射することができ、結合効率を向上することができる。
【００１９】
前記光ファイバ側レンズは、前記筺体及び前記光ファイバ保持スリーブの接続面と当該光ファイバ側レンズの焦点とが略一致していることが好ましい。
【００２０】
光ファイバの入出射端面を光ファイバ保持スリーブの端部に配置することができるので、光ファイバを筺体に固定する際に発生する光軸ズレの低減ができる。よって結合効率を向上することができる。
【００２１】
前記筺体は、前記光ファイバの光軸に略垂直な平面上で前記光ファイバ保持スリーブを保持し、前記光ファイバ保持スリーブは、前記光ファイバの光軸に略平行な中心軸の円筒の内側で前記光ファイバを保持し、前記円筒の端部に設けられたフランジで前記筺体に固定されていることが好ましい。
【００２２】
光ファイバの光軸に略平行な中心軸の円筒の内側で光ファイバを保持できるので、光軸方向の調整時に光ファイバの入出射端面の角度を一定に保つことができる。よって、光軸方向の調整が容易にできるため、結合効率を向上することができる。また、前記光ファイバの光軸に略垂直な平面上で光ファイバ保持スリーブを保持するので、光ファイバの光軸上に前記所定位置が配置されるように光ファイバ保持スリーブのフランジの固定位置を調節することができる。よって、光軸と垂直な面方向の軸ずれ量を減少させることができる。これにより光ファイバ側レンズの集光した光を光ファイバに効率よく入射させることができ、また、光ファイバから出射した光を効率よく平行光に変換することができる。よって、結合効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、光結合効率を向上することのできる発光モジュール及び一芯双方向光通信モジュールの提供が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る一芯双方向光通信モジュールの一例を示す模式図である。図１に示す一芯双方向光通信モジュール９１は、光を出射する発光素子２１、発光素子２１から出射された出射光を屈折させて平行光にする発光側レンズ２２、発光素子２１を搭載し、発光素子２１からの熱を放熱するヒートシンク４３、並びに、発光素子２１の出射方向と平行な方向に伸びる柱状の保持部３２の側面で発光側レンズ２２及びヒートシンク４３を保持するステム２３と、を含む少なくとも１個の発光モジュール１４と、光ファイバの入出射端面が所定位置５１に配置されている光ファイバ４１を保持する光ファイバ保持スリーブ１１と、所定位置５１から出射された光を屈折させて所定の光路１０１の平行光にし、所定の光路１０１から入射する平行光を所定位置５１に集光する光ファイバ側レンズ１２と、所定の光路１０１上に配置され、所定の光路１０１の平行光を分離するか又は所定の光路１０１に交差する光路１０２の平行光を所定の光路１０１に結合する少なくとも１個の光学フィルタ１３と、光路１０２の平行光を所定の焦点３３に集光する少なくとも１個の受光側レンズ２４と、所定の焦点３３に集光された光を受光する受光素子２５を含む少なくとも１個の受光モジュール１５と、受光モジュール１５を保持する少なくとも１個の受光モジュール保持リング２９と、受光側レンズ２４の光軸と略平行な中心軸を有する円筒の内側で受光モジュール保持リング２９を保持し、受光素子２５の受光面３６と所定の焦点３３とを一致させる少なくとも１個の受光モジュール保持スリーブ２６と、光ファイバ保持スリーブ１１、光ファイバ側レンズ１２、光学フィルタ１３、発光モジュール１４及び受光側レンズ２４を保持し、受光モジュール保持スリーブ２６を受光側レンズ２４の光軸に略垂直な平面上で保持する筺体１６と、を備える。
【００２６】
さらに、一芯双方向光通信モジュール９１は、発光モジュール１４から出射された出射光を光学フィルタ１３へ透過させ、光学フィルタ１３及び又は光ファイバ４１の入出射端面で反射された発光モジュール１４への戻り光を遮断するアイソレータ１７と、光ファイバ側レンズ１２を保持する光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を含む。
【００２７】
図１において、光ファイバ４１の入出射端面、光ファイバ側レンズ１２、光学フィルタ１３、アイソレータ１７及び発光モジュール１４は、所定の光路１０１上に順に配置されている。発光モジュール１４は、さらに、発光素子２１の出射方向を光学フィルタ１３に向けて配置されている。また、受光モジュール１５は、所定の光路１０１から光学フィルタ１３によって分離された光路１０２上に配置されている。受光モジュール１５は、さらに、所定の焦点３３から受光側レンズ２４の光学中心３４への方向を光学フィルタ１３に向けて配置されている。なお、光路１０２は、光路１０１と略直交していることが好ましい。
【００２８】
光ファイバ４１は、例えば、ベアファイバの周囲が、光ファイバの補強剤で覆われているものを用いることができる。光ファイバの補強剤としては、例えば、ナイロン、テフロン（登録商標）、塩化ビニル又はステンレスのチューブを用いることができる。光ファイバの補強剤は、フレキシブル管であってもよい。光ファイバの補強剤は、ＳＵＳ（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ）であることが好ましい。また、光ファイバ４１は、フェルールが設けられていてもよい。フェルールとしては、例えば、ジルコニア又は樹脂で形成されたものを用いることができる。光ファイバ４１は、複数の層で構成されているものが好ましい。例えば、光ファイバ４１は、ベアファイバがジルコニアで覆われ、ジルコニアがＳＵＳで覆われているものでもよい。
【００２９】
また、光ファイバ保持スリーブ１１は、光ファイバの入出射端面が所定位置５１に配置されている光ファイバ４１を保持するものである。光ファイバ４１の入出射端面は、光ファイバ４１中を伝搬された光が出射される面であり、かつ、光ファイバ４１中に光が入射される面である。所定位置５１は、光ファイバ側レンズ１２の焦点である。所定位置５１は、筺体１６と光ファイバ保持スリーブ１１の接続面とに一致する位置にあることが好ましい。光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を備える場合は、光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７と光ファイバ保持スリーブ１１の接続面とに一致する位置にあることが好ましい。筺体１６又は光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７と光ファイバ保持スリーブ１１の接続面とに一致する位置に光ファイバ４１の入出射端面が配置されれば、光ファイバ４１を固定する際に発生する光ファイバ４１の光軸ずれを低減することができる。光ファイバ保持スリーブ１１の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレススティール、高温ポリマーを用いることができる。また、光ファイバ４１の保持は、例えば、機械的な固定機構、接着又は溶着を用いることができる。機械的な固定機構としては、例えば、ネジ又はビスを用いることができる。溶着としては、例えば、振動溶着、超音波溶着又は熱溶着を用いることができる。溶着では、レーザ光を照射して溶着するレーザ溶着を用いることが好ましい。レーザ溶着のレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザを用いることができる。
【００３０】
光ファイバ保持スリーブ１１は、光ファイバ４１の光軸に略平行な中心軸を有する円筒の内側で光ファイバ４１を保持することが好ましい。光ファイバ４１の光軸は、例えば、光ファイバ保持スリーブ１１の中心軸としてもよい。所定の光路１０１としてもよい。光ファイバ側レンズ１２の光軸としてもよい。また、円筒の内側とは、円筒の中空部分である。また、円筒の内径は、保持する光ファイバ４１の外径よりも大きいものである。円筒の内径は、保持する光ファイバ４１の外径と略同一であることが好ましい。また、円筒の中心軸方向の長さは、光ファイバ４１の光軸を一定に保つことのできる長さであることが好ましい。光ファイバ４１の光軸に略平行な中心軸の円筒の内側で光ファイバ４１を保持するので、光ファイバの入出射端面の角度を保ったまま光軸方向の調整ができる。よって、光ファイバ４１の入出射端面を所定位置５１に配置することができる。
【００３１】
また、光ファイバ保持スリーブ１１は、円筒の端部に、筺体１６と固定されるフランジを有することが好ましい。このとき、光ファイバ保持スリーブ１１のフランジは、光ファイバ４１の光軸に略垂直な平面上で筺体１６に保持されることが好ましい。また、フランジの筺体１６と固定される面は、光ファイバ４１の光軸に略垂直な平面であることが好ましい。フランジの筺体１６と固定される面は、光ファイバ４１を保持する円筒の中心軸に略垂直な平面となっていてもよい。筺体１６と固定される面は、光ファイバ保持スリーブ１１を保持する筺体１６の平面よりも小さいことが好ましい。光ファイバ保持スリーブ１１及び筺体１６を固定する面が、光ファイバ４１の光軸に略垂直な平面であるので、筺体１６が光ファイバ保持スリーブ１１を保持する位置を方向Ａに移動させることができる。よって、光ファイバ４１の光軸上に所定位置５１が配置されるように光ファイバ保持スリーブ１１のフランジの固定位置を方向Ａに調節した位置で、光ファイバ保持スリーブ１１を筺体１６に固定することができる。方向Ａは、例えば、ファイバ４１から出射する光の光軸に略垂直な面内の一方向である。また、方向Ａは、１次元方向であってもよいが、２次元方向であってもよい。なお、筺体１６と光ファイバ保持スリーブ１１との間に光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７が配置されている場合、筺体１６は、光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を介して光ファイバ保持スリーブ１１を保持していてもよい。
【００３２】
筺体１６は、光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を含むことが好ましい。光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７は、光ファイバ側レンズ１２を保持するものである。光ファイバ４１から出射する光の光軸上に光ファイバ側レンズ１２の光学中心３５が配置される位置で光ファイバ側レンズ１２を保持するものでもよい。
【００３３】
光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７は、光ファイバ保持スリーブ１１の位置を方向Ａに移動可能であり、光ファイバ４１から出射する光の光軸が所定位置５１及び光ファイバ側レンズ１２の光学中心３５を結ぶ直線に略一致する位置で光ファイバ保持スリーブ１１を筺体１６に固定することのできるものが好ましい。光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７と光ファイバ保持スリーブ１１との固定は、例えば、機械的な固定機構、接着又は溶着を用いることができる。機械的な固定機構としては、例えば、ネジ又はビスを用いることができる。溶着としては、例えば、振動溶着、超音波溶着又は熱溶着を用いることができる。溶着では、レーザ光を照射して溶着するレーザ溶着を用いることが好ましい。レーザ溶着のレーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ、半導体レーザを用いることができる。なお、光ファイバ４１から出射する光の光軸は、例えば、光ファイバ４１が光ファイバ保持スリーブ１１で保持されている状態で測定することができる。ファイバ４１から出射する光の光軸に対する方向Ａの角度を変化させることができるものでもよい。
【００３４】
光ファイバ保持スリーブ１１の位置を移動可能であれば、発光モジュール１４から出射された平行光が曲がっていても、光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を方向Ａに調整することにより、光軸方向を補正することができる。また、光ファイバ４１の入出射端面からの戻り光を防ぐために、光ファイバ４１の入出射端面は所定の角度に傾斜されている。所定の角度に傾斜した光ファイバ４１の入出射端面に効率よく光を入射するためには発光モジュールから出射された平行光の光軸を所定の角度に曲げて集光する必要がある。このとき、方向Ａに光ファイバ側レンズ保持ホルダ２７を移動することによって、光軸を所定の角度に曲げて集光することができる。よって、光ファイバ４１に効率よく光を入射させることができるため、結合効率を向上することができる。
【００３５】
また、所定の光路１０１と重ならない位置で光ファイバ側レンズ１２を保持するものが好ましい。光ファイバ４１から出射される光の光軸と所定位置５１及び光ファイバ側レンズ１２の光学中心３５を結ぶ直線とを略一致させることができるので、光ファイバ側レンズ１２は、光ファイバ４１から出射される光を効率よく平行光に変換することができる。また、光ファイバ側レンズ１２の集光した光を、光ファイバ４１の入出射端面に効率よく入射させることができる。よって、結合効率を向上することができる。
【００３６】
光ファイバ側レンズ１２は、所定位置５１から出射された光を屈折させて所定の光路１０１の平行光にし、所定の光路１０１から入射する平行光を所定位置５１に集光するものである。所定の光路１０１とは、光ファイバ側レンズ１２を通過した平行光の光路である。光ファイバ側レンズ１２としては、点光源からの光を平行光線にするコリメータレンズを用いることができる。コリメータレンズとしては、例えば、凸型非球面レンズ、片凸レンズ、ボールレンズ、半球レンズ、角型非球面レンズ又は円筒型非球面レンズがある。光ファイバ側レンズ１２は、単レンズでもよいが、２枚以上のレンズが組み合わされた複合レンズであってもよい。また、光ファイバ側レンズ１２は、筺体１６及び光ファイバ保持スリーブ１１の接続面と光ファイバ側レンズ１２の焦点とが略一致していることが好ましい。すなわち、所定位置５１は、筺体１６及び光ファイバ保持スリーブ１１の接続面と略一致していることが好ましい。光ファイバの端面を光ファイバ保持スリーブの端部に配置することができるので、光ファイバを固定する際に発生する光軸ズレを減少させることができ、結合効率を向上することができる。
【００３７】
光学フィルタ１３は、所定の光路１０１の平行光を分離するか又は所定の光路１０１に結合するものである。例えば、図１の光学フィルタ１３は、光路１０１の平行光を光路１０２に反射して分離し、かつ、発光モジュール１４から出射された平行光を光ファイバ側レンズ１２へ透過するものである。光学フィルタ１３としては、例えば、平行光の一部を透過させ、一部を反射するハーフミラー等のビームスプリッタ又は多層膜フィルタを用いることができる。
【００３８】
図２は、発光モジュールの一例を示す模式図である。図２に示す発光モジュール１４は、光を出射する発光素子２１、発光素子２１から出射された出射光を屈折させて平行光にする発光側レンズ２２、発光素子２１を搭載し、発光素子からの熱を放熱するヒートシンク４３、並びに、発光素子２１の出射方向と平行な方向に伸びる柱状の保持部３２の側面で発光側レンズ２２及びヒートシンク４３を保持するステム２３と、を含む。発光モジュール１４は、さらに、発光側レンズ２２、ヒートシンク４３及び保持部３２を密封し、発光側レンズ２２で屈折された出射光を透過させる透過窓３７を有する封子キャップ２８と、発光素子２１から出射する出射光１’を受光する受光素子４４とを含む。
【００３９】
発光素子２１は、出射光１を出射するものである。例えば、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はスーパールミネッセントダイオード、端面発光型レーザ、面発光レーザを用いることができる。出射する光の波長、振幅、位相等の特性は限定しない。発光素子２１の発光する光の波長は、例えば、７６０ｎｍから２４００ｎｍまでに含まれる波長帯域であってもよい。また、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍであってもよい。
【００４０】
ヒートシンク４３は、発光素子２１を搭載し、発光素子２１からの熱を放熱するものである。例えば、Ｓｉ材料又はＡｌ、Ｃｕ等の金属材料を含む部材を用いることができる。さらに、熱伝導性が良く、発光素子と熱膨張係数が近いＡｌＮ（窒化アルミ）、ＣｕＷ（銅タングステン）が好ましい。ヒートシンク４３は、ステム２３と発光素子２１との間に配置されることが好ましい。
【００４１】
発光側レンズ２２は、発光素子２１から出射された出射光１が平行光になるように屈折させるものである。発光側レンズ２２は、前述の光ファイバ側レンズ１２と同様のものを用いることができる。例えば、凸型非球面レンズ、ボールレンズ、半球レンズ、角型非球面レンズ又は円筒型非球面レンズを用いることができる。発光側レンズ２２は、単レンズでもよし、複合レンズでもよい。発光側レンズ２２は、表面実装型の角型非球面レンズであることが好ましい。発光側レンズ２２が表面実装型の角型非球面レンズであれば、精度よく平行光に変換することができる。このように、発光側レンズが平行光に変換するので、発光モジュール１４は、図１に示す光学フィルタ１３との結合系又は図１に示す光ファイバ４１との結合系の調整を容易にできる。
【００４２】
ステム２３は、発光側レンズ２２及びヒートシンク４３を保持するものである。ステム２３は、発光素子２１の出射方向に平行に伸びる柱状の保持部３２を有し、保持部３２の側面でヒートシンク４３、発光素子２１及び発光側レンズ２２を保持している。発光素子２１の出射方向とは、例えば、発光素子２１からの出射光のビームの中心軸の方向である。保持部３２の形状は限定するものではなく、例えば、円柱、角柱、円錐、又は角錐或いはこれらの一部とすることができる。保持は、例えば、ネジ等の機械的な固定機構を用いたものでもよいし、接着又は溶着を用いたものでもよい。
【００４３】
発光モジュール１４は、封子キャップ２８を備えることが好ましい。封子キャップ２８は、発光素子２１、発光側レンズ２２、ヒートシンク４３及び保持部３２を密封し、発光側レンズ２２で屈折された出射光を透過させる透過窓３７を有するものである。封子キャップ２８は、例えば、図２に示すように、ステム２３の保持部３２の配置されている面上でヒートシンク４３、発光素子２１、発光側レンズ２２及び保持部３２を密封するものを用いることができる。封子キャップ２８は、ステム２３、発光側レンズ２２及び保持部３２を密封するものでもよい。封子キャップ２８の内部は、水分を低減した不活性ガスが充填されていることが好ましい。不活性ガスとしては、例えばＮ２ガスを用いることができる。また、乾燥剤を密封していてもよい。封子キャップを設ければ、外部環境の影響の少ない環境下で発光素子２１を発光させることができるので、発光素子２１の発光効率を向上することができる。また、発光素子２１の発光特性の劣化を防ぐことができる。
【００４４】
透過窓３７は、出射光１のビームの中心軸に垂直な面に対して所定の角度Ｃだけ傾斜していることが好ましい。透過窓３７としては、例えば、発光素子２１の出射する波長の出射光１を透過する光学材料からなるものを用いることができる。光学材料としては、発光素子２１の出射する波長が赤外であれば、Ｓｉを含むガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイアガラス又はＺｎＳ（硫化亜鉛）を用いることができる。所定の角度Ｃは、０度を除く角度である。例えば、１度から９０度未満のいずれの角度でもよい。０度超１度未満であってもよい。所定の角度Ｃは、例えば、８度、１０度又は１１度とすることができる。透過窓３７が発光素子２１から出射した光２を透過するので、封子キャップ２８は、最小の光の損失で発光素子２１から出射した光２を通過させることができる。また、透過窓３７への入射角が所定の角度Ｃだけ傾いているので、発光側レンズ２２及び発光素子２１への戻り光を防ぎ、発光素子は安定した動作ができる。また、発光素子２１の発光特性の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
発光モジュール１４は、受光素子４４を備えることが好ましい。受光素子４４は、発光素子２１から出射される出射光１’を受光するものである。発光素子２１から出射される出射光１の出力制御を行なうことができる。受光素子４４としては、例えば、後述の図１に示す受光素子２５と同様のものを用いることができる。受光素子４４は、発光素子への戻り光を防止するために傾斜していることが好ましい。
【００４６】
上記のように、発光側レンズ２２が発光素子２１と共に保持部３２上に近接して配置されているので、発光側レンズ２２は、発光素子２１の出射した出射光１を効率よく屈折させることができる。さらに、発光側レンズ２２が発光素子２１の出射した出射光１を効率よく平行光２にすることができる。よって、発光モジュール１４からの出射光が図１に示す光学フィルタ１３で結合される際に発生する収差を防ぎ、光ファイバ４１との結合系の調整を容易にすることができる。光結合効率を向上することができる発光モジュールを提供することができる。さらに、筺体１６と発光モジュール１４とを溶接すれば、発光モジュール１４を保持するための間接部品を除去することができる。よって、発光素子２１から筺体１６への熱抵抗が低減するので、発光素子２１の放熱特性を向上することができる。
【００４７】
受光モジュール１５は、平行光を所定の焦点３３に集光する受光側レンズ２４及び所定の焦点３３に集光された光を受光する受光素子２５を含むものである。受光モジュール１５は、光ファイバ４１から出射される受信波長の光を透過させ、発光素子２１から出射される発信波長等の不要な波長の光を遮断する波長選択フィルタ４５を含んでいてもよい。
【００４８】
受光側レンズ２４は、平行光を所定の焦点３３に集光するものである。受光側レンズ２４は、前述の光ファイバ側レンズ１２と同様のものを用いることができる。例えば、凸型非球面レンズ、ボールレンズ、半球レンズ、角型非球面レンズ又は円筒型非球面レンズを用いることができる。受光側レンズ２４は、単レンズであってもよし、複合レンズであってもよい。
【００４９】
受光素子２５は、所定の焦点３３に集光された光を受光するものである。受光素子２５としては、例えば、ＰＩＮフォトダイオード、シリコンフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードを用いることができる。受光する光の波長、振幅、位相等の特性は限定しない。例えば、受光する光の波長は、７６０ｎｍから２４００ｎｍまでに含まれる波長帯域であってもよい。また、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍであってもよい。
【００５０】
受光モジュール１５は、波長選択フィルタ４５を備えていることが好ましい。波長選択フィルタ４５は、例えば、光ファイバ４１から出射される受信波長の光を透過させ、発光素子２１から出射される発信波長等の不要な波長の光を遮断するものである。不要な波長とは、受光素子２５で受信する波長を除く波長である。波長選択フィルタ４５としては、特定の波長の光を透過するものを用いることができる。特定の波長の光を透過するものとしは、例えば、ファイバーブラッググレーティング、多層干渉膜、ホーリーファイバ又はフォトニック結晶がある。波長選択フィルタ４５は、入射面が、光路１０２からの光の入射方向に対して垂直ではなく、傾斜していることが好ましい。また、波長選択フィルタ４５は、受光モジュールを気密封子する気密封子キャップの入射窓として用いられていることが好ましい。波長選択フィルタ４５と気密封子キャップとが一体となっていることで、部品点数を減らし、モジュールが小型化することができる。
【００５１】
受光モジュール持保リング２９は、受光モジュール１５を保持するものである。受光モジュール保持リング２９は、受光モジュール１５の側面に位置し、その外周には受光モジュール保持スリーブ２６が配置される。受光モジュール持保リング２９は、受光モジュール１５の受光面に隣接する側面を周回しているものでもよい。
【００５２】
受光モジュール保持スリーブ２６は、受光側レンズ２４の光軸と略平行な中心軸を有する円筒の内側で受光モジュール保持リング２９を保持し、受光素子２５の受光面３６と所定の焦点３３とを一致させるものである。受光モジュール保持スリーブ２６の円筒は、光路１０２の光軸と平行な中心軸を有していてもよい。円筒の内側とは、円筒の中空部分である。円筒の内径は、受光モジュール１５の受光素子の配置されている部分での外形以上であることが好ましい。保持は、機械的に保持されていてもよいし、接着されていてもよいし、溶着されていてもよい。受光モジュール１５が着脱可能であってもよい。固定はそれぞれ歪が低減できるＹＡＧレーザ等のレーザ光を用いたスポット溶接が望ましい。
【００５３】
受光モジュール保持スリーブ２６は、受光モジュール保持リング２９を光軸方向に移動させることができるので、光軸方向の調整ができる。また、受光モジュール保持スリーブ２６と筺体１６にて、面方向の調整ができる。仮に光学フィルタ１３で反射された光軸が曲がって受光モジュール１５に入射しても、受光モジュール保持リング２９と受光モジュール保持スリーブ２６で３次元の調芯ができ、受光素子２５に効率よく光を入射させることができる。さらに、所定の焦点３３及び受光側レンズ２４の光学中心３４を結ぶ直線上に受光面３６の略中心が配置されるように受光素子２５を配置することができるので、受光モジュール保持スリーブ２６は、受光素子２５の受光面３６を受光側レンズ２４に向けることができる。よって、受光素子２５は、光路１０２の平行光を効率よく受光することができる。
【００５４】
図１に示す筺体１６は、光ファイバ保持スリーブ１１、光ファイバ側レンズ１２、光学フィルタ１３、発光モジュール１４、受光側レンズ２４及び受光モジュール保持スリーブ２６を保持するものである。筺体１６は、発光モジュール１４を着脱可能なものでもよい。また、筺体１６は、光ファイバ４１の光軸に略垂直な平面上で光ファイバ保持スリーブ１１を保持することが好ましい。光ファイバ保持スリーブ１１及び筺体１６を固定する面が、光ファイバ４１の光軸に略垂直な平面であれば、筺体１６は、光ファイバ４１の光軸上に所定位置５１が配置されるように光ファイバ保持スリーブ１１のフランジの固定位置を方向Ａに調節した位置で、光ファイバ保持スリーブ１１を筺体１６に固定することができる。また、光ファイバ保持スリーブ１１、発光モジュール１４を接着等の固定によって保持するものでもよい。さらに、筺体１６は、受光モジュール保持スリーブ２６を、受光側レンズ２４の光軸に略垂直な平面上で保持している。筺体１６は、受光モジュール保持スリーブ２６を、光路１０２に略垂直な平面上で保持していてもよい。筺体１６がこのような平面上で受光モジュール保持スリーブ２６を保持していれば、受光モジュール保持スリーブ２６を保持する際に移動させることができる。よって、筺体１６は所定の焦点３３が受光素子２５の中心となる位置で受光モジュール保持スリーブ２６を保持することができる。
【００５５】
一芯双方向光通信モジュール９１は、アイソレータ１７を備えていることが好ましい。アイソレータ１７は、発光モジュール１４から出射された出射光を光学フィルタ１３へ透過させものである。さらに、光学フィルタ１３及び又は光ファイバ４１の入出射端面で反射された発光モジュール１４への戻り光を遮断するものである。アイソレータ１７としては、光を一方向にだけ通す磁気光学材料を用いることができ、例えば、ガーネットフェライト材料又はガーネット型フェライトセラミック材料がある。アイソレータ１７は、発光モジュール１４すなわち発光素子２１への戻り光を遮断することができる。よって、発光モジュール１４は、発光素子２１の誤動作が防げるので、安定した動作ができる。
【００５６】
一芯双方向光通信モジュール９１の動作について図３を用いて説明する。図３は、図１に示す一芯双方向光通信モジュール９１の光学系の一例を示す模式図である。図３では、図１に示した光ファイバ４１、光ファイバ側レンズ１２、光学フィルタ１３、発光素子２１、発光側レンズ２２、受光側レンズ２４、受光素子２５、アイソレータ１７及び波長選択フィルタ４５が示されている。
【００５７】
まず、送信動作について説明する。発光素子２１から出射した出射光１は、発光側レンズ２２で平行光２になるように屈折される。平行光２は、アイソレータ１７及び光学フィルタ１３を透過させ、光ファイバ側レンズ１２へ入射される。平行光２は、光ファイバ側レンズ１２で光ファイバ４１の入出射端面と一致する所定位置５１に集光され、集光された光３は光ファイバ４１に入射される。以上の動作を経て、発光素子２１から出射した出射光１を光ファイバ４１へ入射させることができる。すなわち、光信号を送信することができる。
【００５８】
ここで、発光モジュール１４は平行光２を出射することができるので、結合系の調整が容易であり、光結合効率を向上することができる。また、光学フィルタ１３への透過光が平行ビームなので、収差を減少させることができる。また、光ファイバ側レンズ１２が光ファイバ４１の入出射端面へ平行光２を集光するので、光結合効率を向上することができる。また、光ファイバ４１の入出射端面は、光ファイバ保持スリーブによって、所定位置５１に配置されている。また、光ファイバ４１の光軸は、光ファイバ保持スリーブ１１によって固定されている。よって、光結合効率を向上することのできる発光モジュール１４及び一芯双方向光通信モジュールを提供することができる。
【００５９】
次に、受信動作について説明する。光ファイバ４１から出射された光５は、光ファイバ側レンズ１２で平行光６になるように屈折される。平行光６は、光学フィルタ１３で反射され、受光側レンズ２４へ入射される。平行光６は、受光側レンズ２４で所定の焦点３３に集光するよう屈折された光７は、波長選択フィルタ４５を通過し、光ファイバから出射された受信波長のみが所定の焦点３３に集光される。所定の焦点３３に集光された光７は、受光面が所定の焦点３３に配置された受光素子２５に入射される。以上の動作を経て、光ファイバ４１から出射された光信号を受信することができる。
【００６０】
ここで、光学フィルタ１３で反射され、所定の光路から分離される平行光６が平行光なので、分離後の平行光６を受光側レンズ２４に安定して入射させることができる。また、受光素子２５の受光面の位置は、受光モジュール保持スリーブの固定の際に受光モジュール保持スリーブ２６によって所定の焦点３３に配置することができる。また、受光素子２５の光軸も、受光モジュール保持スリーブの固定の際に、受光モジュール保持スリーブ２６によって受光側レンズ２４の光軸に合わせることができる。よって、受光モジュール１５は、所定の光路から分離された平行光を効率よく受光することができる。よって、光結合効率を向上することのできる一芯双方向光通信モジュールを提供することができる。
【００６１】
なお、図１において、発光モジュール１４の配置は、所定の光路１０１上に限定するものではない。例えば、光路１０２上に配置されてもよい。このとき、光路１０２は、発光モジュール１４から出射された平行光が光ファイバ側レンズ１２に向かう所定の光路１０１の平行光に光学フィルタ１３によって結合される光路となる。すなわち、光学フィルタ１３は、発光モジュール１４から出射した光を光ファイバ側レンズ１２に入射させることのできる向きに配置されていることが好ましい。また、受光モジュール１５及び受光側レンズ２４の配置は、分離された光路１０２上に限定するものではない。例えば、所定の光路１０１上に配置されてもよい。このとき、受光モジュール１５は、所定の焦点３３から受光側レンズ２４の光学中心３４への方向を光学フィルタ１３に向けて配置される。すなわち、受光素子２５の受光面３６を光学フィルタ１３に向けて配置される。
【００６２】
図１では、光学フィルタ１３、発光モジュール１４、受光モジュール１５、アイソレータ１７がそれぞれ１個備わっているが、これに限定されるものではない。図４は、本実施形態に係る一芯双方向光通信モジュールの他の一例を示す模式図である。図４に示す一芯双方向光通信モジュール９２は、図１に示す一芯双方向光通信モジュール９１の光学フィルタ１３に代えて光学フィルタ１３ａ及び光学フィルタ１３ｂを備え、受光モジュール１５に代えて受光モジュール１５ａ及び受光モジュール１５ｂを備えている。一芯双方向光通信モジュール９２は、光ファイバ４１の入出射端面、光ファイバ側レンズ１２、光学フィルタ１３ｂ、光学フィルタ１３ａ、アイソレータ１７及び発光モジュール１４が、所定の光路１０１上に順に配置されている。受光モジュール１５ａは、所定の光路１０１から光学フィルタ１３ａによって分離された光路１０２ａ上に配置されている。
【００６３】
受光モジュール１５ｂは、所定の光路１０１から光学フィルタ１３ｂによって分離された光路１０２ｂ上に配置されている。受光モジュール１５ａ及び受光モジュール１５ｂは、前述の図１で説明した受光モジュール１５と同様のものを用いることができる。また、光学フィルタ１３ａ及び光学フィルタ１３ｂは、前述の図１で説明した光学フィルタ１３と同様のものを用いることができる。
【００６４】
図４に示すように、図１に示す一芯双方向光通信モジュール９１は、光学フィルタ１３、発光モジュール１４、受光モジュール１５又はアイソレータ１７が２個以上備わっていてもよい。一芯双方向光通信モジュール９１、９２は、受光モジュール１５への光の分離又は発光モジュール１４からの光の結合を平行光で行なうことができるので、２個以上の発光モジュール１４からの光を光学フィルタで結合し、光ファイバ４１からの光を２個以上の受光モジュール１５へ分離する場合でも、光結合効率の低下を防ぐことができる。さらに、発光モジュールが平行光を出射し、受光モジュールが平行光を受光することができるので、光結合効率を低下させることのない、発光モジュール及び受光モジュールの着脱可能な一芯双方向光通信モジュールを提供することもできる。
【００６５】
以上説明したように、一芯双方向光通信モジュール９１は、送受信する光を平行光で分離又は結合することができるので、結合系の調整が容易であり、かつ、送受信する光を安定して分離又は結合することができる。また、光ファイバ側レンズ１２が発光素子２１からの光を光ファイバ４１に効率よく入射させ、受光側レンズ２４が光ファイバ４１からの光を受光素子２５に効率よく入射させることができる。さらに、発光素子２１及び発光側レンズ２２がステム上で光の出射方向に並んで保持されているので、発光モジュール１４は、発光素子２１の出射した光を効率よく平行光として出射することができる。したがって、光結合効率を向上することのできる発光モジュール及び一芯双方向光通信モジュールを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、発光モジュールがコリメータ光を出射するので、光通信用のみならずガスセンサとしても利用できる。また、光ファイバ又は発光素子からの出射された光を複数の光路に分岐することができるので、照明装置としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態に係る一芯双方向光通信モジュールの一例を示す模式図である。
【図２】発光モジュールの一例を示す模式図である。
【図３】一芯双方向光通信モジュールの光学系の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る一芯双方向光通信モジュールの他の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６８】
１、１’  発光素子からの出射光
２  発光素子から出射した光
５  光ファイバから出射された光
６  平行光
４  戻り光
３、７  集光された光
１１  光ファイバ保持スリーブ
１２  光ファイバ側レンズ
１３  光学フィルタ
１４  発光モジュール
１５  受光モジュール
１６  筺体
１７  アイソレータ
２１  発光素子
２２  発光側レンズ
２３  ステム
２４  受光側レンズ
２５、４４  受光素子
２６  受光モジュール保持スリーブ
２７  光ファイバ側レンズ保持ホルダ
２８  封子キャップ
２９  受光モジュール保持リング
３２  保持部
３３  所定の焦点
３４  受光側レンズの光学中心
３５  光ファイバ側レンズの光学中心
３６  受光面
３７  透過窓
４１  光ファイバ
４３  ヒートシンク
４５  波長選択フィルタ
５１  光ファイバの入出射端面が配置される所定位置
９１、９２  一芯双方向光通信モジュール
１０１  所定の光路
１０２  所定の光路から分離された光路
Ａ  光ファイバの光軸に垂直な方向
Ｃ  所定の角度
【図１】
2006351608.tif 000003
【図２】
2006351608.tif 000004
【図３】
2006351608.tif 000005
【図４】
2006351608.tif 000006