(57)【要約】【課題】光素子を光導波シート上の何れの位置に載置しても光素子間の光通信を可能とする。【解決手段】第一、第二の光素子を光導波シート上に載置し、第一の光素子の光学部材を、光導波シートに入射時の変調光の屈折角が当該光導波シートと空気との境界面での臨界角を超える所定の角度となるように当該変調光を屈折させる屈折率の媒体で形成し、第二の光素子の光学部材を、光導波シートの屈折率との比率が当該の光学部材と光導波シートとの境界面での該変調光の臨界角を該所定の角度を超えるものとする屈折率を有する媒体で形成する。【選択図】図３
2008287053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の屈折率の媒体で二次元平面状に形成された光導波シートと、該二次元平面上の任意の位置に載置可能な第一および第二の光素子とを備えた光通信システムであって、
前記第一の光素子は、
光通信用に変調される変調光を発光する光源と、
該変調光が入射する入射側端面、および該二次元平面上に面接触する第一の載置面を有する第一の光学部材と、
該変調光が前記第一の載置面を通過して前記光導波シートに入射するよう前記光源および前記第一の光学部材を支持した第一のハウジングと、を少なくとも備え、
前記第一の光学部材は、前記光導波シートに入射時の該変調光の屈折角が、当該光導波シートと空気との境界面での臨界角を超える所定の角度となるように当該変調光を屈折させる第二の屈折率の媒体で形成され、
前記第二の光素子は、
該変調光を受光するための受光部と、
該二次元平面上に面接触する第二の載置面を有し、前記第二の載置面に到達する該変調光が当該載置面を介して入射する第二の光学部材と、
前記第二の光学部材に入射した変調光が前記受光部で受光されるよう前記受光部および前記第二の光学部材を支持した第二のハウジングと、を少なくとも備え、
前記第二の光学部材は、該第一の屈折率との比率が、前記第二の光学部材と前記光導波シートとの境界面での該変調光の臨界角を該所定の角度を超えるものとする第三の屈折率を有する媒体で形成されたこと、を特徴とする光通信システム。
【請求項２】
該第一の屈折率、該第二の屈折率、および該第三の屈折率が略同一であること、を特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記第一の光学部材と前記第二の光学部材、前記第一のハウジングと前記第二のハウジングがそれぞれ同一であり、前記第一の光素子と前記第二の光素子が共に前記光源と前記受光部とを備えること、を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の光通信システム。
【請求項４】
前記光源と前記第一の光学部材との間に、該変調光を平行光とする変換光学系を配置したこと、を特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光通信システム。
【請求項５】
該変調光を平行光とする変換光学系を前記入射側端面上に形成したこと、を特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の光通信システム。
【請求項６】
前記第一の光学部材に、前記入射側端面に入射した該変調光を拡散して前記第一の載置面に導く拡散手段を形成したこと、を特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の光通信システム。
【請求項７】
前記第一の光素子は、
複数の前記光源と、
前記光源の各々の変調光が前記第一の載置面上のそれぞれ異なる位置を通過して前記光導波シートに入射するよう各変調光を偏向させる偏向手段と、を更に備えたこと、を特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の光通信システム。
【請求項８】
前記第一および第二の載置面が平面であること、を特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の光通信システム。
【請求項９】
該二次元平面に前記第一および第二の載置面を押し当てて当該二次元平面を変形させる押圧機構を更に備えたこと、を特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記第一および第二の載置面が曲面であり、
前記押圧機構により該二次元平面を変形させたとき、該変調光が通過する前記第一および第二の載置面上の領域と該二次元平面とが面接触すること、を特徴とする請求項９に記載の光通信システム。
【請求項１１】
前記第一および第二の載置面は、該変調光と同じ波長の光のみを透過させるよう波長選択性を有すること、を特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載の光通信システム。
【請求項１２】
該二次元平面は、該変調光と同じ波長の光のみを透過させるよう波長選択性を有すること、を特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の光通信システム。
【請求項１３】
前記光導波シートの側面は光吸収性を有すること、を特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次元平面状に形成された光導波シートと、該二次元平面上の任意の位置に載置可能な第一および第二の光素子とを備えた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を伝搬する媒体として例えば光導波シートが知られている。光導波シートは、例えば光透過性を有するコア層の両面に、コア層よりも低い屈折率を有する材料をコーティングして構成されたものである。コア層内部に光が入射すると、当該の光は、コーティングによって形成された層とコア層との境界面において全反射して、外部に漏れ出ることなくコア層内部を伝搬する。
【０００３】
上記の如き光導波シートに発光素子および受光素子を光結合するよう設置することにより、光導波シートを媒体として光通信する光通信装置や光通信システムを構成することが可能である。例えば下記特許文献１乃至６に、様々な形態の光通信装置や光通信システムが開示されている。
【０００４】
下記特許文献１乃至５に記載の光通信装置は、光導波シート上に光素子（例えば垂直共振器型面発光レーザや面型フォトダイオード等）を複数実装したものであり、光素子間の通信を実現する構成を有する。光素子の実装方法には種々の形態がある。その一形態として、例えば光導波シートを加工して穴を形成し、当該穴に光素子を嵌め込むといったものがある。この場合、上記穴は、光素子とコア層とが光結合するよう、コア層にまで達する深さを有する。
【０００５】
また、下記特許文献６に記載の光通信システムは、コア層内部に円錐形の反射部を有し、当該反射部上方に光学的開口部が形成された光導波シートを備える。光通信システムを用いる場合、ユーザは、光送受信機を光学的開口部の上方に載置する。コア層内部を伝搬する光は、円錐形反射部で反射されると、光学的開口部を介して外部に射出される。そして、光送受信機に受信される。また、光送受信機が送信した送信光は、光学的開口部を介してコア層内部に入射する。次いで、円錐形反射部で反射後、当該コア層内部を伝搬する。すなわち下記特許文献６においては、光導波シートと光送受信機が上記光学的開口部を介して光結合し、光送受信機間の通信を実現する構成が採用されている。
【特許文献１】特開２００３−５７４６８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７９５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２７９７７１号公報
【特許文献４】特開２００４−６９７９７号公報
【特許文献５】特開２００４−１０９２１７号公報
【特許文献６】特開２００４−２７４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１乃至５に記載の光通信装置では、光素子を実装可能な位置が上記穴の位置に限定される。すなわち、定められた位置にしか光素子を実装することができず、設計の自由度が低いという問題点がある。また、上記特許文献６に記載の光通信システムでは、光送受信機を載置すべき位置が、上記光学的開口部が形成された位置に限定される。従って、ユーザは、定められた位置にしか光送受信機を載置することができない。このため、上記特許文献６に記載の光通信システムでは、使い勝手の悪さが懸念される。
【０００７】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、光素子を光導波シート上の何れの位置に載置しても光素子間の光通信を可能とする光通信システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る光通信システムは、第一の屈折率の媒体で二次元平面状に形成された光導波シートと、該二次元平面上の任意の位置に載置可能な第一および第二の光素子とを備えたシステムである。第一の光素子は、光通信用に変調される変調光を発光する光源と、該変調光が入射する入射側端面、および該二次元平面上に面接触する第一の載置面を有する第一の光学部材と、該変調光が第一の載置面を通過して光導波シートに入射するよう光源および第一の光学部材を支持した第一のハウジングとを少なくとも備える。そして、第一の光学部材は、光導波シートに入射時の該変調光の屈折角が、当該光導波シートと空気との境界面での臨界角を超える所定の角度となるように当該変調光を屈折させる第二の屈折率の媒体で形成される。また、第二の光素子は、該変調光を受光するための受光部と、該二次元平面上に面接触する第二の載置面を有し、第二の載置面に到達する該変調光が当該載置面を介して入射する第二の光学部材と、第二の光学部材に入射した変調光が受光部で受光されるよう受光部および第二の光学部材を支持した第二のハウジングとを少なくとも備える。そして、第二の光学部材は、該第一の屈折率との比率が、第二の光学部材と光導波シートとの境界面での該変調光の臨界角を該所定の角度を超えるものとする第三の屈折率を有する媒体で形成される。
【０００９】
このように構成された光通信システムによれば、光導波シート上の何れの位置に光素子を載置しても当該の光素子と光導波シートとを光結合させることが可能である。従って、光素子を光導波シート上の何れの位置に載置しても光素子間の光通信が実現可能となり、極めて使い勝手の良い光通信システムが提供される。
【００１０】
ここで、例えば該第一の屈折率、該第二の屈折率、および該第三の屈折率は略同一であっても良い。
【００１１】
また、例えば第一の光学部材と第二の光学部材、第一のハウジングと第二のハウジングがそれぞれ同一であり、第一の光素子と第二の光素子が共に光源と受光部とを備える構成であっても良い。
【００１２】
また、上記光通信システムにおいて、例えば光源と第一の光学部材との間に該変調光を平行光とする変換光学系を配置した構成を採用しても良い。
【００１３】
また、例えば該変調光を平行光とする変換光学系を入射側端面上に形成しても良い。
【００１４】
また、上記光通信システムにおいて、例えば第一の光学部材に、入射側端面に入射した該変調光を拡散して第一の載置面に導く拡散手段を形成しても良い。
【００１５】
また、上記第一の光素子は、例えば複数の光源と、光源の各々の変調光が第一の載置面上のそれぞれ異なる位置を通過して光導波シートに入射するよう各変調光を偏向させる偏向手段とを更に備えたものであっても良い。
【００１６】
ここで、上記光通信システムにおいて、例えば第一および第二の載置面が平面であっても良い。
【００１７】
また、上記光通信システムは、例えば該二次元平面に第一および第二の載置面を押し当てて当該二次元平面を変形させる押圧機構を更に備えたものであっても良い。
【００１８】
また、上記光通信システムにおいて、例えば第一および第二の載置面が曲面であり、押圧機構により該二次元平面を変形させたとき、該変調光が通過する第一および第二の載置面上の領域と該二次元平面とが面接触する構成が採用され得る。
【００１９】
また、上記光通信システムにおいて、第一および第二の載置面は、例えば該変調光と同じ波長の光のみを透過させるよう波長選択性を有するものであっても良い。
【００２０】
また、上記光通信システムにおいて、該二次元平面は、例えば該変調光と同じ波長の光のみを透過させるよう波長選択性を有するものであっても良い。
【００２１】
また、上記光通信システムにおいて、例えば光導波シートの側面は光吸収性を有する構成であっても良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光素子を光導波シート上の何れの位置に載置しても光素子間の光通信を行うことができるため、極めて使い勝手の良い光通信システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の光通信システムについて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の光通信システムの概略構成図である。本実施形態の光通信システムは、光導波シート１００および複数の光素子２００を備える。光素子２００の各々は、光導波シート１００の結合面１００２上に設置される。光素子２００の各々は、光導波シート１００と光結合し、光導波シート１００を媒体として互いに光通信を行うことができる。なお、光導波シート１００は、例えばテーブルや床、壁等の種々の場所に設置可能である。
【００２５】
光導波シート１００は、光を伝搬する媒体であり二次元平面形状を有する。光導波シート１００には、単層構造を有するものと、多層構造を有するものがある。
【００２６】
図２（ａ）は、単層構造の光導波シート１０２の側断面図である。光導波シート１０２は、屈折率ｍを有する媒体（例えばガラスや樹脂等）で構成された一枚のシート１０２２であり、光素子２００と光結合するための結合面１０２４、および結合面１０２４の反対側に位置する面１０２８を有する。シート１０２２の側面１０２６には、光吸収性を有する膜（例えば樹脂等）がコーティングされている。なお、面１０２８は、図面からも明らかなように結合面１０２４と実質的に平行な面である。
【００２７】
光導波シート１０２の周囲は、屈折率ｎを有する空気である。なお、本実施形態において各構成要素の周囲は全て、屈折率ｎの空気で覆われているものとする。ｍはｎよりも高い値であり、シート１０２２内部の光は、空気との境界面に対する入射角が臨界角を超えるとき、当該の境界において全反射する。
【００２８】
図２（ｂ）は、多層構造の光導波シート１０４の側断面図である。光導波シート１０４は、屈折率ｍを有する媒体で構成されたコア層１０４２を備える。コア層１０４２の両面には、屈折率ｍ’（ただしｍ’＜ｍ）を有する材料が蒸着等によりコーティングされている。なお、当該のコーティングにより形成された層を便宜上、「クラッド層１０４８」と記す。
【００２９】
ここで、屈折率ｍ’は屈折率ｍよりも低いため、コア層１０４２内部の光は、クラッド層１０４８との境界面に対する入射角が臨界角を超えるとき、当該の境界において全反射する。クラッド層１０４８の一方は、光素子２００と光結合するための結合面１０４４を有する。光導波シート１０４の側面１０４６（より正確にはコア層１０４２とクラッド層１０４８の側面）には、上記側面１０２６と同様に、光吸収性を有する膜がコーティングされている。なお、クラッド層１０４８は、コア層１０４２を保護する役割も果たす。
【００３０】
なお、図２は側断面図であるため、コーティングされた側面が二つしか示されていないが、光導波シート１０２および１０４の側面の全てに光吸収性を有する膜がコーティングされている。また、以下に説明する実施形態では光導波シート１０２を採用した光通信システムを示すが、このような光通信システムにおいて、光導波シート１０２の代替として、光導波シート１０４を採用することも可能である。
【００３１】
光素子２００は、光を発光する発光機能、および光を受光する受光機能を有する。光素子２００は、例えば光導波シート１０２上に載置された状態で結合面１０２４と光結合するよう構成される。また、光素子２００は、例えば周知のＰＣ（personal computer）やデジタルスチルカメラ、光学式マウス等を始めとする様々な端末や機器、或いは通信インターフェースに接続可能に構成される。
【００３２】
なお、光素子２００は、実際には、例えば上記端末や機器、通信インターフェース等に実装されている。上記端末や機器、通信インターフェース等については便宜上、その図示を省略する。
【００３３】
上記端末や機器は、他の端末や機器等に送信する送信データを所定のプロトコルに従って所定の形式の変調データに変換する。当該の変調データは光素子２００に渡される。光素子２００は、変調データに基づいて、光源（後述）を駆動制御して変調光を発光する。
【００３４】
ここで、本実施形態の光通信システムには、大別して２つの形態がある。一方の形態は、光導波シート１００を変形させることなく光導波シート１００と光素子２００とを光結合させる形態である。もう一方の形態は、光導波シート１００を変形させて光導波シート１００と光素子２００とを光結合させる形態である。以下、前者の形態を「単純密着結合」、後者の形態を「表面変形結合」と記す。
【００３５】
先ず、図３を用いて、単純密着結合タイプの光通信システムについて説明する。図３は、光素子２００で発光された変調光が他の光素子２００で受光される一連の流れを説明するための図である。図３（ａ）は、変調光を発光する光素子２００および光導波シート１０２の側断面図である。また、図３（ｂ）は、当該の変調光を受光する光素子２００および光導波シート１０２の側断面図である。
【００３６】
なお、単純密着結合タイプの光通信システムにおいて、光導波シート１０２は、実使用時において実質的に変形しない程度の剛性を有するものとする。
【００３７】
図３に示されるように、光素子２００は、ハウジング２１０と、これに支持される光源２２０、フォトダイオード２３０、および結合器本体２４０を有する。光源２２０、フォトダイオード２３０、および結合器本体２４０は、ハウジング２１０に対し、常に所定の位置関係にある。また、ハウジング２１０は、光導波シート１０２上に光素子２００を載置した際に結合面１０２４と面接触するハウジング下面２１２を有する。
【００３８】
ハウジング下面２１２は、光透過性を有した屈折率ｍの媒体で構成される。また、ハウジング２１０のうちのハウジング下面２１２以外の部分は、遮光性（又は光吸収性）を有する樹脂等で構成される。従って、図３に示されるように光導波シート１０２上に光素子２００を載置した状態では、ハウジング２１０内部に環境光等が殆ど入射しない。このため、フォトダイオード２３０に不要光（例えば上記変調光以外の光）が入射することも殆どない。この結果、フォトダイオード２３０は、必要な光（上記変調光）を良好に検出できるようになる。
【００３９】
なお、ハウジング下面２１２を、波長選択性を有する材料で形成しても良い。このような材料としては、例えば上記変調光と同じ波長の光のみを透過させるものが好適である。この場合、ハウジング下面２１２からハウジング２１０内部に入射可能な波長の光が制限されるため、ハウジング２１０内部の遮光性が向上するといった効果が期待される。また、光導波シート１０２や１０４の表面に波長選択性を有する材料をコーティングしても同様の効果が得られる。
【００４０】
結合器本体２４０は、シート１０２２の屈折率ｍと略同一の屈折率ｐの光学部材を円錐台形状に加工したものである。結合器本体２４０は、例えば接着剤等を用いてハウジング下面２１２上に固定されたものであっても良く、或いはハウジング下面２１２に一体形成されたものであっても良い。なお、図３に示されるように、結合器本体２４０の円錐面の勾配（すなわち円錐台の底面と母線とが成す角度）は角度θである。
【００４１】
光素子２００をシート１０２２上に載置した場合、結合器本体２４０下面がハウジング下面２１２を介して結合面１０２４と面接触した状態となる。なお、このような説明は煩雑であるため、以下の説明においてはハウジング下面２１２を省いた表現を用いる（例えば上記の場合、「結合器本体２４０下面が結合面１０２４と面接触する」と表現する）。
【００４２】
変調光発光側の光素子２００についての説明を行う。
【００４３】
図３（ａ）に示されるように、光源２２０は、結合器本体２４０の円錐面と対向する位置にあり、当該円錐面に向けて変調光Ｌ１を発光する。附言するに、光源２２０と結合器本体２４０は、変調光Ｌ１の進行方向と上記円錐面の接平面（円錐面に接する、角度θの傾きを有する平面）とが略垂直になるようにハウジング２１０に支持されている。従って、変調光Ｌ１は、上記接平面に対して略垂直に入射して、結合器本体２４０内部を進行する。
【００４４】
次いで、変調光Ｌ１は、結合器本体２４０から結合面１０２４に入射する。ここで、上述したようにシート１０２２と結合器本体２４０は略同一の屈折率を有する。従って、変調光Ｌ１は、結合面１０２４において略屈折することなく、結合器本体２４０からシート１０２２に入射する。この結果、結合器本体２４０からシート１０２２に入射する変調光Ｌ１は、入射角、屈折角が共にθとなる（符号の乱立を避けるため、ここでの入射角と屈折角の符号を便宜上同一とする）。
【００４５】
シート１０２２の周囲は、上述したように屈折率ｎの空気である。また、角度θは、シート１０２２と空気との境界面（結合面１０２４又は面１０２８）上での臨界角を超える角度である。シート１０２２に入射した変調光Ｌ１は、上記境界面に対して入射角θで入射するため、全反射を繰り返して当該シート１０２２内部を伝搬する。
【００４６】
ここで、シート１０２２の結合面１０２４や面１０２８には種々の光が入射する。例えば図３（ａ）に示されるように、室内の照明光Ｌ’が結合面１０２４を介してシート１０２２に入射する。しかし、このような光がシート１０２２内部で全反射することはあり得ない。
【００４７】
照明光Ｌ’がシート１０２２内部で全反射しない理由として、例えば結合面１０２４と面１０２８が互いに平行な面であることが挙げられる。このような場合、結合面１０２４（又は面１０２８）に入射した光が面１０２８（又は結合面１０２４）で全反射するためには９０度以上の入射角が必要とされる。しかし、図３（ａ）の入射角θ’が９０度以上になることはあり得ない。従って、シート１０２２内部に入射する照明光Ｌ’等は、全反射することなく、入射した面と反対側の面からシート１０２２外部に射出する。
【００４８】
また、シート１０２２の側面１０２６は、上述したように光吸収性を有する。従って、シート１０２２外部の照明光Ｌ’等は側面１０２６で吸収されて、シート１０２２内部に入射することはない。また、側面１０２６近傍に入射した光の中には、シート１０２２内部側から側面１０２６に入射するものもある。しかしこの場合も、光は、側面１０２６に吸収されて全反射することはない。以上の説明から明らかなように、シート１０２２内部で全反射可能な光は、実質的に光素子２００からの変調光のみに限定される。
【００４９】
次に、変調光受光側の光素子２００についての説明を行う。
【００５０】
図３（ｂ）に示されるように、変調光Ｌ１は、シート１０２２上の何れかの光素子２００（より正確には、結合面１０２４と接触する結合器本体２４０）に対して入射角θをもって到達する。上述したように、シート１０２２と結合器本体２４０の屈折率は略同一である。このため、入射角θは、シート１０２２と結合器本体２４０との境界面での臨界角を下回る。従って、変調光Ｌ１は、全反射することなくシート１０２２から結合器本体２４０に入射する。また、互いの屈折率が略同一であることから、結合面１０２４において変調光Ｌ１は略屈折しない。このため、ここでの屈折角もθである。従って、変調光Ｌ１は、図３（ｂ）に示されるように、結合器本体２４０内部を上記円錐面の接平面に直交する方向に進行し、上記円錐面においても全反射することなく当該の接平面に対して略垂直を成す方向に射出する。
【００５１】
フォトダイオード２３０は、その受光面が結合器本体２４０の円錐面と対向するよう設置されている。従って、上記円錐面を射出した変調光Ｌ１は、フォトダイオード２３０に受光される。これにより、光素子２００間の光通信が達成される。フォトダイオード２３０は、受光した変調光Ｌ１に応じた信号を生成・出力し、上記端末や機器、通信インターフェース等に渡す。上記端末や機器、通信インターフェースは、受け取った信号に基づいて各種機能を達成する。
【００５２】
このように本実施形態の単純密着結合タイプの光通信システムでは、光導波シート１００上の任意の位置に光素子２００を載置するだけで、光導波シート１００を媒体とした、光素子２００間の光通信が可能となる。光素子２００を載置すべき位置が限定されないため、使い勝手の極めて良い光通信システムが提供される。また、本実施形態の光通信システムでは、光導波シート１００上に載置された端末や機器だけが通信データを入手可能であるため、通信データの秘匿性が極めて高いと云える。
【００５３】
次に、図４乃至１４を用いて、単純密着結合タイプの光通信システムについて更に詳細に説明する。なお、以降の説明において、前出の構成と同一又は同様の構成については同一又は同様の符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、図面の簡略化のため、以降の実施形態においてはハウジングの図示を省略する。
【００５４】
図４に、単純密着結合タイプの光通信システムで採用される光素子１２００の構成を示す。図４に示されるように、光素子１２００は、光源１２２０、コリメートレンズ１２２２、フォトダイオード１２３０、および結合器本体１２４０を有する。なお、図４（ａ）は、図４（ｃ）の矢印Ｘ方向から光素子１２００を観察したときの断面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ｃ）の矢印Ｙ方向から光素子１２００を観察したときの断面図である。図４（ｃ）は、結合器本体１２４０に対する観察方向を図示するものであり、当該の図示を明瞭にするため結合器本体１２４０のみを示すものとなっている。
【００５５】
また、図５に、結合器本体１２４０の形状を示す。図５（ａ）は、結合器本体１２４０の側断面図である。また、図５（ｂ）は、結合器本体１２４０の斜視図である。
【００５６】
図５に示されるように、結合器本体１２４０は、外形が、円錐台形状に形成されている。また、結合器本体１２４０は、円錐状に形成された中空部を有する。外形状を成す円錐台の軸と、中空部を成す円錐の軸は、同一直線上に位置する。以下、この軸を「軸１２４０ａ」と記す。
【００５７】
結合器本体１２４０は、入射側端面１２４２、反射面１２４４、結合面１２４６、および受光面１２４８を有する。
【００５８】
入射側端面１２４２は、円錐台形状の上面であり、コリメートレンズ１２２２に対向するよう位置する。コリメートレンズ１２２２の上方には、光源１２２０が設置されている。光源１２２０およびコリメートレンズ１２２２の光軸は、軸１２４０ａと同一直線上にある。光源１２２０が発した変調光は、コリメートレンズ１２２２で平行光とされて入射側端面１２４２に入射する。そして、結合器本体１２４０内部を反射面１２４４に向かって進行する。なお、入射側端面１２４２は、上記平行光が実質的に全て結合器本体１２４０に入射するのに十分なサイズを有する。
【００５９】
反射面１２４４は、結合器本体１２４０中空部の壁面全域（換言すると、中空部の円錐の円錐面上）にコーティングされた金属膜で構成される。反射面１２４４は、上記平行光全てを反射するのに十分なサイズを有する。ここで、上記平行光を便宜上、光線ＬＡ、ＬＢ、ＬＣで表す。光線ＬＡ、ＬＢ、ＬＣは、図４に示されるように、反射面１２４４上での位置に応じてそれぞれ異なる方向に反射される。これは、反射面１２４４と各光線とが成す角度がそれぞれ異なるためである。上記平行光は反射面１２４４の略全面に入射するため、その反射光は３６０度全ての方向に向かって拡散される。３６０度全ての方向に拡散された反射光は、結合面１２４６に入射する。
【００６０】
結合面１２４６は、結合器本体１２４０の下面であり、シート１０２２の結合面１０２４と面接触する。結合面１２４６は、反射面１２４４で拡散された変調光の全ての成分が結合面１２４６を介して結合面１０２４に入射するのに十分なサイズを有する。結合器本体１２４０とシート１０２２の屈折率が略等しいため、上記変調光は、略屈折することなくシート１０２２に入射する。上記変調光は、全反射を繰り返してシート１０２２内部を伝搬する。附言するに、結合面１２４６からの変調光は、３６０度全ての方向に拡散されたものであるため、シート１０２２内部を全方位に広がって伝搬していく。
【００６１】
ここで、図６に、光素子１２００の寸法と変調光との関係式を説明するための図を示す。また、図７に、シート１０２２内部を伝搬する変調光を説明するための図を示す。シート１０２２と空気との境界面上での臨界角を「θＲ」とする。また、結合器本体１２４０の反射面１２４４の勾配（すなわち反射面１２４４上の母線と結合面１２４６とが成す角度）を角度θφとする。この場合、角度θφは以下の式（１）を満たす。
【数１】
2008287053.tif 000003
上記式（１）が満たされる場合、結合器本体１２４０からシート１０２２に入射した変調光が、境界面（結合面１０２４又は面１０２８）において全反射するようになる。
【００６２】
なお、光源１２２０からの変調光を平行光とした場合、変調光の略全ての成分が上記境界面に実質的に同一の入射角で入射する。このため、変調光の略全ての成分をシート１０２２内部で全反射させることが容易である。発散光や収束光の場合、上記境界面に対する入射角が成分毎に異なるため、変調光の全ての成分を全反射させることは困難となる。
【００６３】
また、図７に示されるように、反射面１２４４で反射された変調光は光束径Ｗを有する。従って、シート１０２２内部には光束径Ｗを有する変調光が伝搬することになる。なお、光束径Ｗは、変調光のうちの所定強度を超える部分の光束で定義される。光束径Ｗが細い場合、光素子１２００の受信感度が低くなる不都合が生じる。また、光束径Ｗが太い場合、太い径の変調光を処理することになり、例えば結合器本体１２４０の各面を大きく形成しなければならない不都合が生じる。本実施形態の光通信システムでは、これらの事情を鑑みて、適切な値の光束径Ｗが選択されている。
【００６４】
なお、図６において、結合器本体１２４０の外形状の円錐部の径方向に沿う幅であって、反射面１２４４で拡散された変調光が通過する、結合面１２４６上の領域の幅を「出射有効幅Ｂ」とする。また、結合面１２４６上の間隔であって、軸１２４０ａと、軸１２４０ａに最も近い出射有効幅Ｂの端部との間隔を「有効出射窓間隔Ｄ」とする。また、シート１０２２から結合器本体１２４０への変調光が通過する、結合面１２４６上の領域の幅を「入射有効幅Ｒ」とする。入射有効幅Ｒは、出射有効幅Ｂと同様に、結合器本体１２４０の外形状の円錐部の径方向に沿う幅である。本実施形態において、出射有効幅Ｂ、有効出射窓間隔Ｄ、入射有効幅Ｒの各値には、シート１０２２内部を伝搬する変調光の各パラメータに基づいて、適切とされるものが選択されている。これについて図７を用いて説明する。
【００６５】
図７に示されるように、シート１０２２は厚さｔを有する。また、上述したように、シート１０２２内部を伝搬する変調光は光束径Ｗを有する。
【００６６】
図７に示されるように、境界面（結合面１０２４又は面１０２８）上での変調光の幅に「Ｗ’」、当該境界面上での変調光のピッチに「Ｐ」の符号をそれぞれ付す。光束径Ｗ’は、光束径Ｗと角度θに依存して決定する。また、ピッチＰは、光束径Ｗ、角度θ、および厚さｔに依存して決定する。ピッチＰが長い場合、結合面１０２４に対する変調光の到達回数が少なくなる。これは、光素子１２００での、変調光を受信する確率が低下することを意味するため好ましくない。また、短すぎるピッチＰは、境界面（結合面１０２４又は面１０２８）での入射角を臨界角以下にする要因となるため採用できない。本実施形態の光通信システムは、このような事情を鑑みて、ピッチＰが適切な値となるように設計されている。
【００６７】
例えばピッチＰとして上記入射角が臨界角を超える最小のピッチＰｍｉｎが好適であり、選択される。このようなピッチＰｍｉｎは、以下の式（２）で表される。
【数２】
2008287053.tif 000004
【００６８】
ここで、本実施形態の光通信システムにおいて許容される最小の光束径Ｗを光束径Ｗｍｉｎとし、光束径Ｗｍｉｎに対応する光束径Ｗ’を光束径Ｗ’ｍｉｎとする。また、本実施形態の光通信システムにおいて許容される最大のピッチＰをピッチＰｍａｘとする。この場合、出射有効幅Ｂ、有効出射窓間隔Ｄ、入射有効幅Ｒは、以下の式（３）、（４）、（５）をそれぞれ満たす。
【数３】
2008287053.tif 000005
【数４】
2008287053.tif 000006
【数５】
2008287053.tif 000007
【００６９】
なお、式（３）乃至（５）の全てを満たす場合が本実施形態では最良であるが、少なくとも式（３）および（４）、又は式（３）および（５）の何れかの組み合わせが満たされていれば良い。このような何れかの組み合わせが満たされるよう結合器本体１２４０が構成される場合、結合器本体１２４０からの変調光の出射効率、および結合器本体１２４０への変調光の入射効率が高くなる。この結果、光素子１２００間の光結合率が高く、光通信を良好に行う光通信システムを提供することが可能となる。
【００７０】
ここまでの説明では、入射側端面１２４２に入射後の平行光の進行方向が軸１２４０ａと平行であることを前提としている。しかし、光源１２２０およびコリメータレンズ１２２２の配置によっては、上記平行光が軸１２４０ａと角度を成す方向に進行する実施形態も想定される。ここで、上記平行光と軸１２４０ａとが成す角度を「θｘ」とした場合、反射面１２４４の角度θφが以下の式（６）を満たすように、結合器本体１２４０が構成される。
【数６】
2008287053.tif 000008
【００７１】
図８に、受信側の光素子１２００を説明する図を示す。なお、図８（ａ）は、図８（ｃ）の矢印Ｘ’方向から光素子１２００を観察したときの図である。また、図８（ｂ）は、図８（ｃ）の矢印Ｙ’方向から光素子１２００を観察したときの図である。図８（ｃ）は、図４（ｃ）と同様に、結合器本体１２４０に対する観察方向を図示するものであり、当該の図示を明瞭にするため結合器本体１２４０のみを示すものとなっている。
【００７２】
図５に示されるように、受光面１２４８は、結合器本体１２４０の外形状を成す円錐面である。受光面１２４８には、その全域を覆うようにフォトダイオード１２３０が設置されている。具体的には、幅の狭い細長い複数のフォトダイオードが結合面１２４６の円周方向に沿って配列されている。フォトダイオード１２３０の受光面は、受光面１２４８に対向する。また、光源１２２０周辺には、別のフォトダイオード１２３２が設置されている。フォトダイオード１２３０、１２３２の受光面は、光源１２２０からの直接光が入射しない方向に向いている。また、ハウジングの壁部は光吸収性を有する。従って、フォトダイオード１２３０や１２３２に入射する上記直接光の反射光成分は極めて限られる。また、光源１２２０に入射する変調光成分（すなわち戻り光）が実質的にないように結合器本体１２４０が形成されている。具体的には、光源１２２０の照射口に対してフォトダイオード１２３０の受光面積が大きいため、当該の照射口に戻る成分による効率低下は無視できる程度に小さい。従って、本実施形態において、戻り光による光源１２２０の性能低下は考慮しないものとする。
【００７３】
シート１０２２上の何れかの光素子１２００に達した変調光は、略屈折することなくシート１０２２から結合器本体１２４０に入射する。次いで、上記変調光は、図８に示されるように、フォトダイオード１２３０および１２３２で受光される。ここで、上記変調光を、便宜上、光線ＬＤ、ＬＥ、ＬＦ、ＬＧ、ＬＨで表す。図６に示されるように、光線ＬＤおよびＬＥは、反射面１２４４で反射した後、入射側端面１２４２およびコリメートレンズ１２２２を介してフォトダイオード１２３２に受光される。また、光線ＬＦは、反射面１２４４で反射した後、フォトダイオード１２３０に受光される。また、光線ＬＧおよびＬＨは、反射面１２４４で反射されることなくフォトダイオード１２３０に直接受光される。
【００７４】
なお、先に説明したように、光素子１２００から発光された変調光はシート１０２２内部を全方位に広がって伝搬していく。従って、例えばピッチＰを適切に設定することにより、光導波シート１０２上に載置された全ての光素子１２００に上記変調光を受信させることが可能な光通信システムが提供される。
【００７５】
また、シート１０２２の側面１０２６は光吸収性を有するため、当該側面１０２６に到達した変調光は反射しない。このため、同じ変調光がシート１０２２内部を往復して伝搬することはない。これは、変調光同士の干渉を防ぐという効果をもたらす。また、変調光として例えば時間的にインコヒーレントなものを採用した場合、その効果は更に顕著となる。
【００７６】
次に、図９を用いて、光素子１２００の変形例である光素子２２００について説明する。
【００７７】
図９は、光素子２２００の構成を示す図である。より詳細には、図９（ａ）は光素子２２００の構成を示す図であり、図９（ｂ）は光素子２２００の結合器本体１２４０を抽出して示した図である。光素子２２００は、光源１２２０を４つ有する。また、各光源１２２０に対応したコリメータレンズ１２２２を有する。すなわち光素子２２００は、光源１２２０およびコリメータレンズ１２２２を４つずつ有する。各コリメータレンズ１２２２でコリメートされた平行光は、結合器本体１２４０の入射側端面１２４２上の、それぞれ異なる領域に入射する。
【００７８】
図９（ｂ）において、説明の便宜上、結合器本体１２４０の入射側端面１２４２を４つの領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４で表す。これらの領域は、入射側端面１２４２上で互いに直交する、軸１２４０ａ上に交点を有する二本の直線で分割されたものである。各コリメータレンズ１２２２からの平行光は、４つの領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４の各々に入射する。なお、各領域の境界線近傍では、隣接するコリメータレンズ１２２２からの平行光が互いに重なり合った状態で入射側端面１２４２に入射する。このように隣接する平行光の一部を重ね合わせることにより、入射側端面１２４２上の略全域に平行光が入射するようになる。このため入射光量が確保される。
【００７９】
各領域に入射した平行光は、反射面１２４４上のそれぞれ異なる領域で反射される。そして、各領域で反射された反射光は、それぞれ異なる方向に進行してシート１０２２に入射し、シート１０２２内部をそれぞれ異なる方向に向かって伝搬する。具体的には、図９（ｂ）において、領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４に入射した平行光の各々は、矢印ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４方向に偏向されてシート１０２２に入射し、シート１０２２内部をそれぞれ異なる方向に向かって伝搬する。
【００８０】
図９の実施形態によれば、シート１０２２に伝搬させる変調光に指向性を持たせることが可能である。変調光を例えば矢印ｄ１方向にのみ伝搬させたい場合は、領域ｒ１にのみ平行光が入射するよう光源１２２０を制御すれば良い。具体的には、領域ｒ１に対応する光源１２２０のみを駆動制御して変調光を発光させて、他の光源１２２０については駆動制御を行わない。
【００８１】
このように変調光に指向性を持たせた場合、特定の方向に位置する光素子２２００だけが当該の変調光を受信可能となる。従って、図９の実施形態によれば、変調光を受信し得る光素子２２００を意図的に制限することが可能となる。この結果、送信者の意志が反映された、秘匿性が更に優れたデータ通信を実現することが可能となる。
【００８２】
図１０に、図９の光素子２２００の変形例である光素子２２００Ａの構成を示す。光素子２２００Ａは、光源１２２０とコリメートレンズ１２２２とを４組有する。各組の光源１２２０およびコリメートレンズ１２２２は、光素子２２００Ａを上方から俯瞰したときに軸１２４０ａ中心として９０度間隔に位置するよう配置されている。この結果、二対のコリメートレンズ１２２２がそれぞれ対向するよう位置する。これらのコリメートレンズ１２２２の間には、ハウジングに支持された四角錐の反射部材１２２４が位置する。四角錐の各側面は反射面となっている。
【００８３】
各光源１２２０が発光した変調光は、コリメートレンズ１２２２によりコリメートされて、図１０に示されるように水平方向に進行する。反射部材１２２４の各側面は、各組のコリメートレンズ１２２２に対応して配置されている。従って、各変調光は、反射部材１２２４のそれぞれ異なる側面で反射される。ここでの反射光の各々は、図９の実施形態と同様に、入射側端面１２４２の領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４のそれぞれに入射する。このため、図１０の実施形態においても図９の実施形態と同様の制御を行うことにより、シート１０２２に伝搬させる変調光に指向性を持たせることが可能である。
【００８４】
図１１に、光素子１２００の変形例である光素子３２００の構成を示す。図１１（ａ）は光素子３２００の構成を示す図であり、図１１（ｂ）および（ｃ）は光素子３２００の結合器本体３２４０を抽出して示した図である。より詳細には、図１１（ｂ）は、結合器本体３２４０の上面図である。また、図１１（ｃ）は、結合器本体３２４０の斜視図である。
【００８５】
結合器本体３２４０は、入射側端面３２４２、反射面３２４４、結合面３２４６、および受光面３２４８を有する。図１１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、結合器本体３２４０には、曲面形状の側面が六つ形成されている。各側面には、反射膜がコーティングされている。これらの側面のうちの三面が反射面３２４４であり、残りの三面が受光面３２４８である。より具体的には、反射面３２４４と受光面３２４８が、結合器本体３２４０の周方向において交互に配置されている。
【００８６】
各反射面３２４４の上方には、光源１２２０、コリメートレンズ１２２２、およびフォトダイオード１２３２が設置されている。また、各受光面３２４８上方には、フォトダイオード１２３０が設置されている。
【００８７】
各光源１２２０が発光した変調光は、コリメートレンズ１２２２によりコリメートされて、図１１（ａ）に示されるように入射側端面３２４２に入射する。次いで、反射面３２４４に反射後、結合面３２４６を介してシート１０２２に入射する。そして、当該のシート１０２２内部で全反射を繰り返して伝搬する。また、シート１０２２から結合器本体３２４０内部に入射した変調光は、受光面３２４８で反射されてフォトダイオード１２３０に受光される。また、シート１０２２からの変調光の中には、反射面３２４４で反射される成分も存在する。このような変調光は、フォトダイオード１２３２に受光される。
【００８８】
なお、結合器本体３２４０は、光導波シート１０２上に光素子３２００を載置したときに、入射側端面３２４２（および受光面３２４８）と結合面１０２４とが成す角度が上記式（１）で表されるθφとなるように形成されている。
【００８９】
図１２に、図１１の光素子３２００の変形例である光素子３２００Ａの構成を示す。図１２（ａ）は光素子３２００Ａの構成を示す図であり、図１２（ｂ）および（ｃ）は光素子３２００Ａの結合器本体３２４０Ａを抽出して示した図である。より詳細には、図１２（ｂ）は、結合器本体３２４０Ａの上面図である。また、図１２（ｃ）は、結合器本体３２４０Ａの斜視図である。
【００９０】
結合器本体３２４０Ａは、入射側端面３２４２Ａ、結合面３２４６Ａ、および受光面３２４８Ａを有する。図１２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、結合器本体３２４０Ａには、平面形状の側面が六つ形成されている。各側面は光透過性を有する。これらの側面のうちの三面が入射側端面３２４２Ａであり、残りの三面が受光面３２４８Ａである。より具体的には、入射側端面３２４２Ａと受光面３２４８Ａが、結合器本体３２４０の周方向において交互に配置されている。
【００９１】
各入射側端面３２４２Ａの対向位置には、光源１２２０およびコリメートレンズ１２２２が設置されている。また、各受光面３２４８Ａの対向位置には、フォトダイオード１２３０が設置されている。
【００９２】
各光源１２２０が発光した変調光は、コリメートレンズ１２２２によりコリメートされて、図１２（ａ）に示されるように入射側端面３２４２Ａに入射する。次いで、結合面３２４６Ａを介してシート１０２２に入射する。そして、当該のシート１０２２内部で全反射を繰り返して伝搬する。また、シート１０２２から結合器本体３２４０Ａ内部に入射した変調光は、受光面３２４８Ａを通過してフォトダイオード１２３０に受光される。なお、図１２の実施形態においては、上記式（３）および（５）を満たす必要がある。
【００９３】
次いで、図１１の結合器本体３２４０の変形例である結合器本体３２４０Ｂについて説明する。図１３に、結合器本体３２４０Ｂの構成を示す。
【００９４】
図１３（ａ）は、結合器本体３２４０Ｂの上面図である。また、図１３（ｂ）は、結合器本体３２４０Ｂの斜視図である。図１３に示されるように、結合器本体３２４０Ｂには、十二の平面形状の側面が形成されている。各側面は光透過性を有する。これらの側面のうちの六面が入射側端面３２４２Ｂであり、残りの六面が受光面３２４８Ｂである。より具体的には、隣接する一対の面が入射側端面３２４２Ｂ又は受光面３２４８Ｂである。一対の入射側端面３２４２Ｂと一対の受光面３２４８Ｂが、結合器本体３２４０の周方向において交互に配置されている。
【００９５】
図１１乃至１３に示される結合器本体では、入射側端面と受光面とを円環状に配置した構成が採用されている。一方で、入射側端面と受光面とを直線状に配列した形態の結合器本体も想定される。図１４に、このような結合器本体４２４０の構成を示す。図１４（ａ）は結合器本体４２４０の外観図であり、図１４（ｂ）は結合器本体４２４０の断面図である。
【００９６】
図１４（ａ）および（ｂ）に示されるように、結合器本体４２４０は、一つの面上に突出部が形成された断面が台形状の形状を有する。結合器本体４２４０は、入射側端面４２４２、結合面４２４６、および受光面４２４８を有する。具体的には、上記突出部の二面が入射側端面４２４２であり、当該突出部が形成された傾斜面が受光面４２４８である。また、図１４（ｂ）で底面として示された面が結合面４２４６である。
【００９７】
結合器本体４２４０を光素子に実装した場合、光源からの変調光は、入射側端面４２４２を介して結合器本体４２４０内部に入射する。次いで、結合面４２４６を介して光導波シートに入射する。また、光導波シートからの変調光は、結合面４２４６を介して結合器本体４２４０内部に入射する。次いで、受光面４２４８を通過してフォトダイオードに受光される。
【００９８】
次に、図１５乃至図１７を用いて、表面変形結合タイプの光通信システムについて説明する。図１５（ａ）は、表面変形結合タイプの光通信システムを構成する光素子５２００と、光素子５２００を実装した端末（又は機器或いは通信インターフェース等）のハウジング１０の概略構成図である。また、図１５（ｂ）は、光導波シート１０２にハウジング１０を載置した状態を示す図である。
【００９９】
ハウジング１０は、光導波シート１０２に載置するための載置面１２を有する。図１５（ｂ）に示されるように、光素子５２００の下面は、載置面１２と同一平面上に位置する。
【０１００】
また、ハウジング１０は、押し込み機構１４を有する。押し込み機構１４は、ハウジング１０上面から突出した押し込みボタン１４ａを有し、光素子５２００と機械的に連結するよう構成されている。例えばユーザが押し込みボタン１４ａを押下すると、押し込み機構１４および光素子５２００が矢印Ｚ方向に移動する。このとき光素子５２００は、押し込みボタン１４ａの押下量に応じて載置面１２から突出する。押し込み機構１４は、矢印Ｚ方向に一定距離沈むと係止部材に当接し、その当接位置より沈まないよう構成されている。
【０１０１】
なお、押し込み機構１４は、自然状態において光素子５２００下面と載置面１２とが同一平面上に位置するようスプリング等で付勢されている。従って、例えばユーザが押し込みボタン１４ａから手を離すと、押し込み機構１４および光素子５２００は、図１５（ａ）や（ｂ）に示される状態に復帰する。
【０１０２】
ここで、表面変形結合タイプの光通信システムでは、光導波シート１０２は所定値以上の圧力が加えられたときに変形する程度の弾性を有する。図１５（ｃ）は、押し込みボタン１４ａ押下時の光素子５２００と光導波シート１０２を示す図である。
【０１０３】
図１５（ｃ）に示されるように、押し込みボタン１４ａが押下されると、光素子５２００が矢印Ｚ方向に移動して光導波シート１０２に圧力を加える。より詳細には、光素子５２００下面からの圧力が結合面１０２４に加えられ、図１５（ｃ）のようにシート１０２２の一部が変形する。表面変形結合タイプの光通信システムは、図１５（ｃ）に示されるようにシート１０２２が変形状態にある時に限り、光素子５２００と光導波シート１０２が光結合するよう構成されている。
【０１０４】
図１６および図１７を用いて、表面変形結合タイプの光通信システムについて詳細に説明する。なお、図面の簡略化のため、図１６および図１７ではハウジング１０および押し込み機構１４の図示を省略する。
【０１０５】
図１６に、表面変形結合タイプの光通信システムの一形態を示す。図１６（ａ）は、押し込みボタン１４ａ非押下時の光素子６２００および光導波シート１０２を示す図である。また、図１６（ｂ）は、押し込みボタン１４ａ押下時の光素子６２００および光導波シート１０２を示す図である。
【０１０６】
図１６（ａ）および（ｂ）に示されるように、光素子６２００は、ハウジング６２１０、光源６２２０、コリメータレンズ６２２２、フォトダイオード６２３０、および結合器本体６２４０を有する。ここで、図１６（ｃ）は、結合器本体６２４０を抽出して示した図である。
【０１０７】
図１６（ｃ）に示されるように、結合器本体６２４０は、六角錐台と、半球とを一体形成した形状を有する。そして、例えば光導波シート１０２の屈折率ｍよりも高い屈折率ｐ’の光学部材で形成されている。
【０１０８】
結合器本体６２４０は、入射側端面６２４２、結合面６２４６、および受光面６２４８を有する。具体的には、六角錘台部分の側面のうちの三面が入射側端面６２４２であり、残りの三面が受光面６２４８である。説明を加えると、入射側端面６２４２と受光面６２４８が、結合器本体６２４０の周方向において交互に配置されている。なお、これらの側面は何れも光透過性を有する。また、結合器本体６２４０の半球部分の球面が結合面６２４６である。結合器本体６２４０は、当該の半球部分の少なくともその一部がハウジング６２１０から突出するよう支持されている。
【０１０９】
変調光発光側の光素子６２００についての説明を行う。
【０１１０】
光源６２２０およびコリメータレンズ６２２２は、各入射側端面６２４２に対応して設置されている。図１６（ａ）に示されるように、光源６２２０が発光した変調光は、コリメータレンズ６２２２でコリメートされて入射側端面６２４２に略垂直に入射する。そして、結合器本体６２４０内部を進行する。
【０１１１】
ここで、結合面６２４６は球面である。従って図１６（ａ）に示されるように、押し込みボタン１４ａ非押下時、結合面６２４６と結合面１０２４は点接触した状態にある。また、上記変調光は、図１６（ａ）に示されるように、結合面６２４６の領域６２４６ｒから外部に射出する。このため、結合器本体６２４０からシート１０２２に直接入射する成分は実質的にない。説明を加えると、結合器本体６２４０内部を進行する変調光は、領域６２４６ｒから空気中に一旦射出する。そして、空気中を進行して結合面１０２４に到達するとシート１０２２に入射する。
【０１１２】
ところが、上記変調光は、空気中からシート１０２２に入射するものである。このため、図３（ａ）に示される照明光Ｌ’と同様にシート１０２２内部で全反射することなく外部に射出してしまう。このように、押し込みボタン１４ａ非押下時には、光素子６２００からの変調光がシート１０２２内部で全反射を繰り返して伝搬することはない。
【０１１３】
一方、図１６（ｂ）に示されるように、押し込みボタン１４ａ押下時には、結合面６２４６が結合面１０２４に押し付けられる。このため、結合面６２４６と結合面１０２４は、図１６（ｂ）に示されるように面接触した状態となる。ここで、押し込みボタン１４ａを上記当接位置まで押下した場合、領域６２４６ｒも結合面１０２４に面接触する。従って、領域６２４６ｒに到達した変調光は、結合器本体６２４０からシート１０２２に直接入射する。附言するに、上記変調光は、領域６２４６ｒと結合面１０２４との境界面で屈折してシート１０２２に入射する。
【０１１４】
なお、押し込みボタン１４ａの押下量が不十分である場合、領域６２４６ｒが結合面１０２４に面接触しないことがある。この場合も先と同様に、上記変調光が結合器本体６２４０からシート１０２２に直接入射することはない。
【０１１５】
図１６（ｂ）においてシート１０２２に入射した変調光を光線ＬＫで表す。光線ＬＫは、角度θｍをもって面１０２８に入射する。このとき角度θｍが臨界角θＲ以下の場合、光線ＬＫは、面１０２８と空気との境界面において全反射することなく外部に射出する。一方、角度θｍが臨界角θＲを超える角度であれば、光線ＬＫは、当該の境界面において全反射してシート１０２２内部を伝搬する。本実施形態では、角度θｍが臨界角θＲを超えるように各構成要素が設計されている。
【０１１６】
次に、変調光受光側の光素子６２００についての説明を行う。
【０１１７】
先に説明したように、押し込みボタン１４ａ非押下時には、結合面６２４６と結合面１０２４は点接触した状態にあり、結合器本体６２４０シート１０２２との間を直接伝搬する成分は実質的にない。従って、図１６（ａ）に示されるように、シート１０２２内部の変調光は、全反射を繰り返してシート１０２２内部を伝搬し続ける。
【０１１８】
一方、押し込みボタン１４ａ押下時には、結合面６２４６と結合面１０２４は面接触する。ここで、結合面６２４６の下面側領域６２４６ｒ’上の接平面は、結合面１０２４や面１０２８に対して傾きが比較的小さい。このため、下面側領域６２４６ｒ’に対する変調光の入射角は臨界角θＲ以下にならず、当該の変調光は全反射する。
【０１１９】
これに対して領域６２４６ｒ上の接平面は、結合面１０２４や面１０２８に対して傾きが比較的大きい。このため、領域６２４６ｒに対する変調光の入射角は臨界角θＲ以下となる。この結果、当該の変調光は、結合面１０２４と領域６２４６ｒとの境界面で屈折して結合器本体６２４０に入射する。そして、結合器本体６２４０内部を進行し、変調光の一部は受光面６２４８を射出する。各受光面６２４８の対向位置には、フォトダイオード６２３０が設置されている。受光面６２４８を射出した変調光は、フォトダイオード６２３０に受光される。
【０１２０】
ここでも押し込みボタン１４ａの押下量が不十分である場合、結合面１０２４に面接触する領域が例えば下面側領域６２４６ｒ’だけとなり、変調光がシート１０２２から結合器本体６２４０に入射することはない。
【０１２１】
表面変形結合タイプの光通信システムの場合、ユーザは、他の端末や機器等と光通信を行いたい時だけ押し込みボタン１４ａを押下すれば良い。換言すると、光通信を行いたくない時には押し込みボタン１４ａを押下しなければ良い。また、本実施形態では、押し込みボタン１４ａが当接位置まで押下された状態にあれば、光素子５２００と光導波シート１０２が確実に光結合する。このため、ユーザは、押し込みボタン１４ａの感触で、光素子５２００と光導波シート１０２とが光結合した状態にあるか否かを確認することができる。
【０１２２】
図１７に、表面変形結合タイプの光通信システムの一形態を示す。図１７（ａ）は、押し込みボタン１４ａ非押下時の光素子７２００および光導波シート１０２を示す図である。図１７（ａ）に示されるように、光素子７２００は、ハウジング７２１０、光源７２２０、コリメータレンズ７２２２、フォトダイオード７２３０、７２３２、および結合器本体７２４０を有する。
【０１２３】
なお、図１７（ｂ）は、押し込みボタン１４ａ押下時の光素子７２００および光導波シート１０２を示す図である。図１７（ｂ）では、便宜上、光素子７２００の中から結合器本体７２４０のみを抽出して示す。また、図１７（ｃ）は、フォトダイオード７２３０および結合器本体７２４０を抽出して示した図である。
【０１２４】
フォトダイオード７２３０は、図１７（ｃ）に示されるように、結合器本体７２４０全周を覆うよう、円環状に形成されている。結合器本体７２４０の上方は開口しており、コリメータレンズ７２２２が設置されている。コリメータレンズ７２２２の上方には光源７２２０が設置されている。光源７２２０周辺にはフォトダイオード７２３２が設置されている。
【０１２５】
結合器本体７２４０は、円錐形状を有し、底面が曲面に形成されている。また、屈折率ｐ’の光学部材で形成されている。結合器本体７２４０は、反射面７２４２および押し付け面７２４６を有する。円錐形状の円錐面が反射面７２４２であり、上記底面が押し付け面７２４６である。また、結合器本体７２４０は、連結部７２４０ａを有する。連結部７２４０ａの一端は、結合器本体７２４０に一体形成されている。連結部７２４０ａのもう一端は、例えばコリメータレンズ７２２２に接着されている。すなわち結合器本体７２４０は、コリメータレンズ７２２２を介してハウジング７２１０に支持されている。
【０１２６】
変調光発光側の光素子７２００についての説明を行う。
【０１２７】
光源７２２０が発光した変調光は、コリメータレンズ７２２２でコリメートされて反射面７２４２に入射する。ここで、押し付け面７２４６は球面である。従って、図１７（ａ）に示されるように、押し込みボタン１４ａ非押下時には、押し付け面７２４６と結合面１０２４は点接触、または接触しない状態にあり、光シートの表面状態に変化がない。このため、図１６の実施形態と同様の理由により、光素子７２００からの変調光がシート１０２２内部で全反射を繰り返して伝搬することはない。
【０１２８】
一方、押し込みボタン１４ａ押下時には、押し付け面７２４６が結合面１０２４に押し付けられる。このため、押し付け面７２４６と結合面１０２４は、図１７（ｂ）に示されるように面接触した状態となり、光シートの表面状態が変形する。このため、光シートの表面に到達した変調光は、結合器本体７２４０からシート１０２２に直接入射する。附言するに、上記変調光は、押し付け面７２４６と結合面１０２４との境界面で屈折してシート１０２２に入射する。上記境界面を介して入射した変調光は、面１０２８と空気との境界面に対して、臨界角θＲを超える角度θｎで入射する。従って、上記変調光は、当該の境界面において全反射してシート１０２２内部を伝搬する。
【０１２９】
次に、変調光受光側の光素子７２００についての説明を行う。
【０１３０】
先に説明したように、押し込みボタン１４ａ非押下時には、押し付け面７２４６と結合面１０２４は点接触、または接触しない状態にある。このため、シート１０２２内部の変調光は、図１６の実施形態と同様の理由により、全反射を繰り返してシート１０２２内部を伝搬し続ける。
【０１３１】
一方、押し込みボタン１４ａ押下時には、押し付け面７２４６と結合面１０２４は面接触する。このとき、押し付け面７２４６周辺領域の光シート表面の接合面１０２４の形状が変化する。このため、押し付け面７２４６周辺領域に伝搬してきた変調光の接合面１０２４への入射角は臨界角θＲ以下となる。この結果、当該の変調光は、結合面１０２４から外部へ飛び出し結合器本体７２４０に入射する。そして、結合器本体７２４０内部の反射面７２４２で反射された変調光は、フォトダイオード７２３０に受光される。
【０１３２】
以上が本発明の実施例である。本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば全ての光素子が発光機能と受光機能の両方を必ずしも備える必要はなく、発光機能又は受光機能の何れか一方の機能を備える光素子があっても良い。例えば図３の実施形態の変形例の場合、発光機能のみを有する光素子２００は、ハウジング２１０、光源２２０、および結合器本体２４０で構成される。また、受光機能のみを有する光素子２００は、ハウジング２１０、フォトダイオード２３０、および結合器本体２４０で構成される。結合器本体２４０等の屈折率を始めとする各種パラメータは、例えば前者の光素子２００と後者の光素子２００で同一の値が採用されても良く、或いはそれぞれ異なる値が採用されても良い。
【０１３３】
また、全ての光素子が光シートの接合面１０２４に設置されなくてもよい。一部、または全てが面１０２８側に設置される構成でも良い。
【０１３４】
また、光導波シートの結合面と反対側の面は、本実施形態のように光透過性を有する面でなくても良く、例えば反射面、或いは遮光性や光吸収性を有する面であっても良い。この場合、当該の反射面等から光導波シート内部に光が入射しない。この結果、光素子のハウジング内部に不要光が実質的に入射せず、フォトダイオードによる変調光の検出がより良好となる。
【０１３５】
また、多層構造の光導波シートの一形態として、例えばコア層の片面にだけクラッド層をコーティングしたものがあっても良い。
【０１３６】
本実施形態では屈折率ｐと屈折率ｍを略同一としているが、光素子の各構成要素の形状や配置等を変更することにより、様々な屈折率ｐおよびｍを選択することが可能である。
【０１３７】
また、光源とコリメータレンズは別体でなく、例えばユニット化された単一の構成要素であっても良い。また、結合器本体の入射側端面をコリメータレンズとして加工して、結合器本体とコリメータレンズとを一体化した構成を採用することもできる。
【０１３８】
また、本実施形態では光源からの変調光を平行光としているが、別の実施の形態では必ずしも平行光でなくても良い。例えば発散光や収束光を結合器本体に入射させる構成を採用しても良い。この場合、光源と結合器本体との間にレンズを配置しない構成も考えられる。
【０１３９】
また、本実施形態の表面変形結合タイプの光通信システムでは結合器本体の底面が曲面であるが、別の実施の形態では例えば図４の結合器本体１２４０のように平面であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の実施の形態の光通信システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の光導波シートの側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の結合器本体の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における、光素子と変調光との関係式を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態における、シート内部を伝搬する変調光を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態における、受信側の光素子を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の結合器本体の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態の単純密着結合タイプの光通信システムに備えられる光素子の結合器本体の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態の表面変形結合タイプの光通信システムを説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態の表面変形結合タイプの光通信システムの構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態の表面変形結合タイプの光通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１００  光導波シート
２００  光素子
２１０  ハウジング
２２０  光源
２３０  フォトダイオード
２４０  結合器本体
【図１】
2008287053.tif 000009
【図２】
2008287053.tif 000010
【図３】
2008287053.tif 000011
【図４】
2008287053.tif 000012
【図５】
2008287053.tif 000013
【図６】
2008287053.tif 000014
【図７】
2008287053.tif 000015
【図８】
2008287053.tif 000016
【図９】
2008287053.tif 000017
【図１０】
2008287053.tif 000018
【図１１】
2008287053.tif 000019
【図１２】
2008287053.tif 000020
【図１３】
2008287053.tif 000021
【図１４】
2008287053.tif 000022
【図１５】
2008287053.tif 000023
【図１６】
2008287053.tif 000024
【図１７】
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