(57)【要約】【課題】双方向光通信を実現する光モジュールは、誘電体多層膜フィルタやレンズなどの光学素子が複数必要となる為、部品点数が多くなると共に、モジュールサイズも大きくなる。また、実装スペースの制限から、一つのモジュールに内蔵できる光送受信機能は１組に限られていた。【解決手段】一つの光学素子６０１にレンズ機能と波長フィルタ機能を持たせる。詳細には、平面部に波長フィルタ５０１を蒸着したレンズ４０１と、レンズ４０２を組み合わせることで、光学素子の部品点数を削減する。又、一つの光学素子を複数の半導体レーザで共用することにより、複数の双方向光通信機能を一つのモジュールに内蔵する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号に変換する電気−光変換素子と、
光信号を電気信号に変換する光−電気変換素子と、
前記電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバへ集光すると同時に、前記光ファイバから出力された光信号を前記光−電気変換素子へ集光する光学素子とを具備し、
さらに前記光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、前記特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする双方向光送受信モジュール。
【請求項２】
電気信号を光信号に変換する２つ以上の電気−光変換素子と、
光信号を電気信号に変換する２つ以上の光−電気変換素子と、
前記電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバへ集光すると同時に、前記複数の光ファイバから出力された光信号を前記複数の光−電気変換素子へ集光する１つの光学素子とを具備し、
さらに前記光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、前記特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする双方向光送受信モジュール。
【請求項３】
電気信号を光信号に変換する電気−光変換素子と、
光信号を電気信号に変換する光−電気変換素子と、
前記電気−光変換素子から出力された光信号の電力をモニタするモニタ用光−電気変換素子と、
前記電気−光変換素子から出力された光信号を、光ファイバおよび前記モニタ用光−電気変換素子へ集光すると同時に、前記光ファイバから出力された光信号を前記光−電気変換素子へ集光する光学素子とを具備し、
さらに前記光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、前記特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする双方向光送受信モジュール。
【請求項４】
電気信号を光信号に変換する２つ以上電気−光変換素子と、
光信号を電気信号に変換する２つ以上の光−電気変換素子と、
前記複数の電気−光変換素子から出力された光信号の電力をモニタする２つ以上のモニタ用光−電気変換素子と、
前記電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバおよび前記モニタ用光−電気変換素子へ集光すると同時に、前記光ファイバから出力された光信号を前記光−電気変換素子へ集光する１つの光学素子とを具備し、
さらに前記光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、前記特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする双方向光送受信モジュール。
【請求項５】
前記光学素子が、波長フィルタを有する少なくとも１つの面と、少なくとも１つのレンズ面とを具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項６】
前記光学素子が２つのレンズ面を具備し、そのうち１つのレンズ面に波長フィルタを有することを特徴とする請求項５記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項７】
前記２つのレンズ面の曲率半径がそれぞれ異なることを特徴とする、請求項６記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項８】
前記光学素子が複数のレンズを組み合わせたものであり、前記レンズは少なくとも１つの平面と、少なくとも一つのレンズ面を具備し、前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズには、その平面部に、波長フィルタを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項９】
前記光学素子が２つのレンズで構成されていることを特徴とする請求項８記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項１０】
前記２つのレンズにおいて、それぞれのレンズ面の曲率半径が異なることを特徴とする、請求項９記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項１１】
前記レンズのレンズ面が非球面であることを特徴とする請求項５〜１０いずれか一項に記載の双方向光送受信モジュール。
【請求項１２】
前記レンズが半球レンズであることを特徴とする請求項５〜１０いずれか一項に記載の双方向光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向光伝送を実現する双方向光送受信モジュールに関するもので、より特定的には、使用部品点数の削減と、高機能化を実現する双方向光送受信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量伝送を実現するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）が注目されている。ＦＴＴＨでは、光ファイバの芯数を削減する一つの方法として、上り信号と下り信号を波長多重し、一本の光ファイバで伝送する、双方向の光伝送が行なわれている。そして、双方向光伝送に利用することを目的として、光送信モジュールおよび光受信モジュールを一体化した光送受信モジュールが盛んに開発されている。
【０００３】
従来の双方向光送受信モジュールの構成を図２に示す。図２において半導体レーザ１９０は入力された電気信号を波長λ１の光信号に変換する。受光素子２９０は、波長λ２の光信号を受信し、電気信号に変換する。誘電体多層膜フィルタ５９０は波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過する。半導体レーザ１９０から出力された波長λ１の光信号は、レンズ４９１によりコリメートされた後、誘電体多層膜フィルタ５９０で反射され、レンズ４９３により光ファイバ３９０へ集光される。光ファイバ３９０から出力された波長λ２の光信号は、レンズ４９３によりコリメートされた後、誘電体多層膜フィルタ５９０を透過し、レンズ４９２により受光素子２９０へ集光される。
【０００４】
このような構成をとることで、１本の光ファイバで上り信号と下り信号の波長多重光伝送が可能となる。
【非特許文献１】稲田浩一監修、「光ファイバ通信導入実践ガイド」、電気書院、ｐｐ．１４４、図３．５２、１９８９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２に示すような構成で双方向光通信モジュールを構成すると、誘電体多層膜フィルタやレンズなどの光学素子の部品点数が多くなり、モジュールサイズも大きくなる。また、複数組の光送受信機能を１つのモジュールに内蔵する場合、光送受信機能の数に比例して光学素子の部品点数が増加する為、モジュールのサイズが大きくなる。したがって、通常は、一つのモジュールに内蔵する光送受信機能は１組である。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みなされたものであり、一つの光学素子を光送信および光受信に共用することで、複数組の光送受信機能を１つのモジュールに内蔵した場合においても光学素子の部品点数が増加することがない為、小さいモジュールサイズで高機能な双方向光送受信モジュールを実現することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、電気信号を光信号に変換する電気−光変換素子と、光信号を電気信号に変換する光−電気変換素子と、電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバへ集光すると同時に、光ファイバから出力された光信号を光−電気変換素子へ集光する光学素子とを具備し、さらに光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、電気信号を光信号に変換する２つ以上の電気−光変換素子と、光信号を電気信号に変換する２つ以上の光−電気変換素子と、電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバへ集光すると同時に、複数の光ファイバから出力された光信号を複数の光−電気変換素子へ集光する１つの光学素子とを具備し、さらに光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、電気信号を光信号に変換する電気−光変換素子と、光信号を電気信号に変換する光−電気変換素子と、電気−光変換素子から出力された光信号の電力をモニタするモニタ用光−電気変換素子と、電気−光変換素子から出力された光信号を、光ファイバおよびモニタ用光−電気変換素子へ集光すると同時に、光ファイバから出力された光信号を光−電気変換素子へ集光する光学素子とを具備し、さらに光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、電気信号を光信号に変換する２つ以上電気−光変換素子と、光信号を電気信号に変換する２つ以上の光−電気変換素子と、複数の電気−光変換素子から出力された光信号の電力をモニタする２つ以上のモニタ用光−電気変換素子と、電気−光変換素子から出力された光信号を光ファイバおよびモニタ用光−電気変換素子へ集光すると同時に、光ファイバから出力された光信号を光−電気変換素子へ集光する１つの光学素子とを具備し、さらに光学素子が、特定波長帯域の光を反射し、特定波長帯域以外の光を透過する波長フィルタ機能と、レンズ機能とを少なくとも具備することを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明から第４のいずれかの発明において、光学素子が、波長フィルタを有する少なくとも１つの面と、少なくとも１つのレンズ面とを具備することを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、光学素子が２つのレンズ面を具備し、そのうち１つのレンズ面に波長フィルタを有することを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第６の発明において、２つのレンズ面の曲率半径がそれぞれ異なることを特徴とする。
【００１４】
第８の発明は、第１の発明から第４のいずれかの発明において、光学素子が複数のレンズを組み合わせたものであり、レンズは少なくとも１つの平面と、少なくとも一つのレンズ面を具備し、複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズには、その平面部に、波長フィルタを有することを特徴とする。
【００１５】
第９の発明は、第８の発明において、光学素子が２つのレンズで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明は、第９の発明において、２つのレンズにおいて、それぞれのレンズ面の曲率半径が異なることを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明は、第５の発明から第１０のいずれかの発明において、レンズのレンズ面が非球面であることを特徴とする。
【００１８】
上記第１１の発明によれば、非球面レンズを使用することで、光結合効率を高めることができる。
【００１９】
第１２の発明は、第５の発明からは第１０のいずれかの発明において、レンズが半球レンズであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
上記第１の発明によれば、光送信と光受信を一つの光学素子で行なう為、少ない部品点数と小さいサイズで、上り信号と下り信号の波長多重光伝送を実現する双方向光送受信モジュールを構成することができる。
【００２１】
上記第２の発明によれば、複数の光送受信機能を一つの光学素子で実現することができる為、一つの光モジュールに複数の双方光送受信機能を集積することができる。
【００２２】
上記第３の発明によれば、電気−光変換素子から出力された光信号のパワーをモニタすることが可能になる為、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御が可能な双方光送受信モジュールを構成することができる。
【００２３】
上記第４の発明によれば、複数の電気−光変換素子から出力された光信号のパワーをそれぞれモニタすることが可能になる為、それぞれの電気−光変換素子に対して、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御が可能な双方光送受信モジュールを構成することができる。
【００２４】
上記第５の発明によれば、１枚のレンズで第１の発明における光学素子を実現することができる。
【００２５】
上記第７の発明によれば、同じ曲率半径の場合と比較して、電気−光変換素子と光ファイバとの結合効率を高めることが可能になる。
【００２６】
上記第８の発明によれば、複数のレンズを組み合わせることにより、電気−光変換素子および光−電気変換素子と光ファイバとを高い効率で光結合することができる。
【００２７】
上記第１０の発明によれば、同じ曲率半径の場合と比較して、電気−光変換素子と光ファイバとの結合効率を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図１および図３から図１１を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における双方向光送受信モジュールの基本構成を示すブロック図である。本実施の形態における双方向光送受信モジュールは、半導体レーザ１０１、フォトダイオード２０１および光学素子６０１により構成される。
【００３０】
まず、本モジュールの動作を説明する。半導体レーザ１０１は波長λ１の光を出力する。通常、半導体レーザから出力される光は広がりながら伝搬する。波長λ１の光は光学素子６０１のレンズ面へ入射され、平行光線へと変換される。ここで、本実施の形態における光学素子６０１の内部には、図３に示す様な透過特性を有する波長フィルタが内蔵されており、波長λ１の光は全反射さる。波長フィルタにより反射された波長λ１の光は、光学素子６０１から出射される際、光学素子６０１のレンズ面を通過し、光ファイバ３０１へ集光される。一方、光ファイバ３０１から出力された波長λ２の光は、光学素子６０１のレンズ面を通過し、平行光線に変換される。波長λ２の光は、図３に示す透過特性を有する波長フィルタを透過し、光学素子６０１のレンズによりフォトダイオード２０１の受光面へ集光される。
【００３１】
図４に光学素子６０１構成例を示す。本構成例では、２枚球面レンズ４０１、４０２および波長フィルタ５０１が使用されている。球面レンズ４０１の平面部には、波長フィルタ５０１が蒸着されている。一般的に、波長フィルタとしては、誘電体多層膜が使用される。光学素子６０１は、波長フィルタ５０１が蒸着された球面レンズ４０１の平面部と他方の球面レンズ４０２の平面部をつき合わせた構造になっている。
【００３２】
本構成例では、波長フィルタを球面レンズ４０１に蒸着する構成を示したが、図５に示すように、波長フィルタ素子５０２を球面レンズ４０１に張り合わせた様な構造にしてもよい。また、球面レンズ４０１、４０２の代わりに平面部を持つ非球面レンズなどを使用してもよい。非球面レンズを使用することにより、球面レンズに比べて、収差を低減することが可能となり、半導体レーザ１００と光ファイバ３００および光ファイバとフォトダイオードの結合効率を向上させることができる。
【００３３】
さらに、図１１に示す様に、２枚の球面レンズの曲率半径を変えることで、半導体レーザ１００と光ファイバ３００の結合効率を上げることが可能である。すなわち、半導体レーザ１００から出射される光のＮＡと光ファイバのＮＡは一般的に一致しない為、２枚の球面レンズの曲率半径を変えることで、半導体レーザ１００から出射された光のＮＡを光ファイバのＮＡと同程度になるように変換することができる。
【００３４】
上記の実施の形態によれば、レンズに波長フィルタ機能を持たせることで、部品点数の削減と実装スペースの低減が可能になる為、上り信号と下り信号の波長多重光伝送を行なう双方向光送受信モジュールの小型化が可能になる。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における双方向光送受信モジュールの構成を図６に示す。基本構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。図１と異なる点は２つあり、一つは、光学素子６０３に内蔵されている波長フィルタが、図７に示す様に、半導体レーザ１０１から出射される光の波長λ１において、光を若干透過する点である。もう一つは、半導体レーザ１０１から出射された光の強度を検出するモニタ用フォトダイオード２１０を有する点である。ここで、光学素子６０３に内蔵されている波長フィルタの波長λ１における透過率は、モニタ用フォトダイオード２１０の最小受光感度により決定され、半導体レーザ１０１の発光パワーが十分モニタできるような値に設定される。
【００３６】
上記の実施形態によれば、実施の形態１における構成にモニタ用フォトダイオードを加えた大きさで、半導体レーザ１０１の発光パワーを検出することができる為、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：一定光出力制御）動作が可能な小型の双方向光送受信モジュールを実現できる。
【００３７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における双方向光送受信モジュールの構成を図８に示す。基本構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。図１と異なる点は、複数の半導体レーザ１０１〜１０３および、複数のフォトダイオード２０１〜２０３を有する点である。
【００３８】
半導体レーザ１０１から出射された光は、光ファイバ３０１へ入射し、光ファイバ３０１から出射された光はフォトダイオード２０１へ入射する。同様に、半導体レーザ１０２、１０３と光ファイバ３０２、３０３および光ファイバ３０２、３０３とフォトダイオード２０２、２０３がそれぞれ光結合する。半導体レーザ１０１〜１０３は、それらの出射光の波長が同じであっても、お互いの光が干渉しあわない程度に、光軸をずらして配置する。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、半導体レーザおよびフォトダイオードが３組内蔵された例を示しているが、３組以上であっても同様の構成で双方向光送受信モジュールを実現可能である。又、光学素子６０１に内蔵される波長フィルタの特性を実施の形態２に示す様な特性に設定することで、モニタ用フォトダイオードを複数内蔵することも可能である。
【００４０】
上記の実施形態によれば、一つの光学素子を半導体レーザ１０１〜１０３と光ファイバ３０１〜３０３の光結合および光ファイバ３０１〜３０３とフォトダイオード２０１〜２０３の光結合に共用することができるため、光学系の部品点数の増加を伴わず複数の双方向光通信機能を一つのモジュールに内蔵することができ、安価に双方向光通信モジュールの小型化および高機能化を実現することができる。
【００４１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における双方向光送受信モジュールの構成を図９に示す。基本構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。図１と異なる点は、光学素子６０２の形状が異なる点である。
【００４２】
図１０に光学素子６０２の構成例を示す。本構成例における光学素子６０２では、以下の特定の範囲がレンズ面として機能する。一、半導体レーザ１００から光学素子６０２へ入射する光が通過する範囲（４１０）、二、光学素子６０２から光ファイバ３００へ出射される光が通過する範囲（４１１）、三、光ファイバ３００から光学素子６０２へ入射する光が通過する範囲（４１１）、四、光学素子６０２からフォトダイオード２００へ入射する光が通過する範囲（４１２）。上記範囲以外の部分はいかなる形状でも光学素子６０２の機能に影響を与えることはない。又、本構成例では、実施の形態１と同様に、光学素子６０２は、複数の部品から構成されており、それらの部品の平面部に波長フィルタが蒸着されている。又、波長フィルタ５０１を蒸着する代わりに波長フィルタ素子を接着することでも同様の構成を得ることが出来る。
【００４３】
上記の実施の形態によれば、光デバイス（半導体レーザ１００、フォトダイオード２００、光ファイバ３００）と光学素子６０２と最適な光結合が得られるように、レンズ面４１０〜４１２の曲率を個別に設定することができるため、高効率な双方向光送受信モジュールを構成することができる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、モニタ用フォトダイオードを具備しない構成について述べているが、光学素子６０２のレンズ面を増やすことで、モニタフォトダイオードを具備することも可能であり、実施の形態２に示した効果と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
又、本実施の形態では、１組の双方向光送受信機能を内蔵する例について述べたが、光学素子６０２のレンズ面を増やすことで、複数の双方向光送受信機能を内蔵することが可能であり、実施の形態３に示した効果と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、１本の光ファイバで双方向通信を行なう光伝送システムに利用可能であり、双方向光通信モジュールの小型化および、高機能化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における双方向光送受信モジュールの構成図
【図２】従来の双方向光送受信モジュールの構成図
【図３】本発明の実施の形態１における波長フィルタの透過特性を説明する図
【図４】本発明の実施の形態１における光学素子の構成を説明する図
【図５】本発明の実施の形態１における光学素子の構成を説明する図
【図６】本発明の実施の形態２における双方向光送受信モジュールの構成図
【図７】本発明の実施の形態２における波長フィルタの透過特性を説明する図
【図８】本発明の実施の形態３における双方向光送受信モジュールの構成図
【図９】本発明の実施の形態４における双方向光送受信モジュールの構成図
【図１０】本発明の実施の形態４における光学素子の構成を説明する図
【図１１】本発明の実施の形態１における光学素子の構成を説明する図
【符号の説明】
【００４８】
１００，１０１，１０２，１０３，１９０    半導体レーザ
２００，２０１，２０２，２０３    フォトダイオード
２１０    モニタ用フォトダイオード
２９０    受光素子
３００，３０１，３０２，３０３，３９０    光ファイバ
４０１，４０２，４９１，４９２，４９３    レンズ
４１０，４１１，４１２    レンズ面
５０１，５９０    波長フィルタ
５０２    波長フィルタ素子
６０１，６０２，６０３    光学素子
λ１，λ２    半導体レーザから出射された光の波長
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006133646.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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