(57)【要約】  【課題】  常時、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を実行して、振動等の機械的条件の変化等の環境変化があっても高い性能を維持することの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なり、光が入射する端面であって、該端面で反射した光が反射位置に対応した光強度分布を持つように構成された入射端面を持ち、コアに入射した光を透過する光ファイバと、光の光路上、光源と光ファイバとの間に配設され、光が入射端面上においてスポットを形成するように該光を集光する集光レンズと、該スポットを入射端面上において移動させる移動手段と、反射光を受光する受光面を有し、該反射光が持つ光強度分布に対応する信号を出力する受光手段と、信号が基準分布に対応した信号と略一致するように移動手段を駆動制御する制御手段と、を有する構成にした。【選択図】    図１
2004177947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報により変調された光を照射する光源と、
コアとクラッドからなり、前記光が入射する端面であって、該端面で反射した前記光が反射位置に対応した光強度分布を持つように構成された入射端面を持ち、前記コアに入射した前記光を透過する光ファイバと、
前記光の光路上、前記光源と前記光ファイバとの間に配設され、前記光が前記入射端面上においてスポットを形成するように該光を集光する集光レンズと、
前記スポットを、前記入射端面上において移動させる移動手段と、
前記反射光を受光する受光面を有し、該反射光が持つ光強度分布に対応する信号を出力する受光手段と、
前記信号が基準分布に対応した信号と略一致するように前記移動手段を駆動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において、
前記スポットは、前記コアの径よりも大きく、前記クラッドの径よりも小さい径を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２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、前記入射端面上において、前記スポットを互いに非平行な第一の方向および第二の方向に移動させる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、
前記信号は、前記第一の方向および前記第二の方向における光強度分布に対応する信号である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、
前記受光手段は、受光面が、第三の方向に延出する少なくとも一本の境界線と該第三の方向と非平行な第四の方向に延出する少なくとも一本の境界線とによって、Ｎ×Ｍ（但し、ＮおよびＭは、２以上の整数）個の格子状の受光エリアに分割されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光通信装置において、
前記Ｎおよび前記Ｍは、ともに２であることを特徴とする光通信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光通信装置において、
前記受光手段は、前記信号を、前記反射光を受光した所定数の前記受光エリアごとに出力し、
前記制御手段は、前記受光エリアの各出力の比と、前記基準分布に対応する前記受光エリアの各出力の比とが略一致するように前記移動手段を駆動制御す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、
前記制御手段は、前記反射光が入射した互いに隣接する４つの受光エリアの出力と、前記基準分布に対応する前記受光エリアの各出力の比とが略一致するように前記移動手段を駆動制御することを特徴とする光通信装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光通信装置において、
前記受光手段は、前記第三の方向が前記第一の方向に対応し、前記第四の方向が前記第二の方向に対応するよう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９に記載の光通信装置において、前記制御手段は、
前記４つの受光エリアのうち、第三の方向に延出する境界線を基準として、一方の側にある二つの受光エリアともう一方の側にある二つの受光エリアとの出力比が所定の関係を有するように前記移動手段を駆動制御して前記スポットを前記第二の方向に移動させるとともに、
前記４つの受光エリアのうち、第四の方向に延出する境界線を基準として、一方の側にある二つの受光エリアともう一方の側にある二つの受光エリアとの出力比が所定の関係を有するように前記移動手段を駆動制御して前記スポットを前記第一の方向に移動させることにより、前記光強度分布を前記基準分布と一致させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の光通信装置において、
前記受光手段は、前記第三の方向と前記第四の方向がそれぞれ、前記スポットの第一の方向への移動軌跡と前記スポットの第二の方向への移動軌跡とのなす角を略二等分するように配設されることを特徴とする光通信装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光通信装置において、前記制御手段は、
前記４つの受光エリアのうち、二本の前記境界線が交差するセンサ中心を基準として対角に配置されている二つの受光エリアの出力比が所定の関係を有するように前記移動手段を駆動制御して前記スポットを前記第一の方向および前記第二の方向に移動させることにより、前記光強度分布を前記基準分布と一致させることを特徴とする光通信装置。
【請求項１３】
請求項１０または請求項１２に記載の光通信装置において、
前記所定の関係は、前記出力差が０であ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、
前記入射端面は、コアとクラッド間に所定寸法の段差が形成されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光通信装置において、
前記所定寸法は、前記反射光が前記段差によって回折するような寸法であることを特徴とする光通信装置。
【請求項１６】
前記所定寸法は、前記光の波長をλとし、媒質の屈折率をｎとすると、略λ／（４ｎ）よりも小さい値に設定される請求項１５に記載の光通信装置。
【請求項１７】
前記所定寸法は、略λ／（８ｎ）に設定される請求項１６に記載の光通信装置。
【請求項１８】
請求項１４から請求項１７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、
前記コアが、前記クラッドよりも突出していることを特徴とする光通信装置。
【請求項１９】
請求項１４から請求項１７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、
前記コアが、前記クラッドよりも凹んでいることを特徴とする光通信装置。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載の光通信装置において、前記入射端面は、
前記コアの端面と前記クラッドの端面とが、略平行な関係にあることを特徴とする光通信装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０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、
前記集光レンズを駆動することにより、前記スポットを前記第一の方向および前記第二の方向に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１から請求項２０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、
前記光源を駆動することにより、前記スポットを前記第一の方向および前記第二の方向に移動させ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２０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、
集光レンズとファイバ端面の間に設置され、入射光束を前記第一の方向および前記第二の方向に偏向する透過型偏向部材を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項２４】
請求項２３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２５】
請求項１から請求項２４のいずれかに記載の光通信装置において、
前記光源と、前記集光レンズと、前記光ファイバとは共通の光軸上に配置され、
前記光源から前記入射端面に向かう光路と同一の光路を戻る前記反射光を、該光路から外れた方向に偏向させて前記受光手段に導く光路分岐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２６】
請求項２５に記載の光通信装置において、
前記光路分岐手段は、偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを有することを特徴とする光通信装置。
【請求項２７】
情報により変調された光を照射する光源と、
前記光が入射する入射端面におけるコアとクラッドに所定寸法の段差が形成された光ファイバと、
前記光が前記入射端面で形成するスポットを該入射端面上で移動させる移動手段と、
前記入射端面からの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した光に基づいて前記入射端面における前記光の入射位置が所定の位置に一致するように前記移動手段を駆動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２８】
前記所定寸法は、前記入射端面に入射する前記光が前記段差によって回折するような寸法であることを特徴とする請求項２７に記載の光通信装置。
【請求項２９】
請求項２７または請求項２８に記載の光通信装置において、
前記受光手段は、前記反射光が持つ光強度分布に対応する信号を前記制御手段に出力し、
前記制御手段は、前記信号が前記光が所定の位置に入射した時の光強度分布に対応する信号と略一致するように前記移動手段を駆動制御することを特徴とする光通信装置。
【請求項３０】
請求項２７から請求項２９のいずれかに記載の光通信装置において、
前記スポットは、前記コアの径よりも大きく、前記クラッドの径よりも小さい径を有す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。光ファイバー通信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モジュールでは、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、光通信モジュール内にさらに受光素子や、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】
このような光通信モジュールでは、ＬＤからの光を光ファイバのコアの略中心に集光させるため、ＬＤは、コア径が数μｍの光ファイバに対して高精度で位置決めされる。そして通常、これらの光学部品は溶着あるいは接着剤を用いて堅固に固定される。従来の位置決め方法としては、例えば、下記の特許文献１に開示される。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９４９４７号公報
【０００５】
特許文献１に開示される位置決め方法によれば、光ファイバから射出された光の光量を検出し、最も該光量が多い状態をもって、コアの略中心にＬＤからの光が入射していると判断する。
【０００６】
しかしながら、一般にファイバ入射端面におけるコア部とクラッド部の境界を判別するのは困難である。そのため、光ファイバから射出された光の光量が検出されるまでＬＤと光ファイバの相対的な位置合わせを試行錯誤で繰り返さなければならず手間がかかった。
【０００７】
さらに、接着剤を用いて部品の相互位置を位置決め固定することによって光通信モジュールを構成したとしても、次のような問題点が残される。第１に、上記のように光通信モジュールを製造した場合、接着剤の収縮や加工による部品の変形や破壊等がありうるため、接着後、乾燥した後でなければ製品の良否を判定できない点である。また、このような光通信モジュールで高い歩留まりを達成することは比較的難しいと考えられる。第２に、性能に経時変化があった場合、修正することが不可能で、高精度での位置決めを維持することができないという点である。
【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、常時、ＬＤからの光に関する高精度な位置決め処理を実行して、振動等の機械的条件の変化等の環境変化があっても高い性能を維持することの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、情報により変調された光を照射する光源と、コアとクラッドからなり、光が入射する端面であって、該端面で反射した光が反射位置に対応した光強度分布を持つように構成された入射端面を持ち、コアに入射した光を透過する光ファイバと、光の光路上、光源と光ファイバとの間に配設され、光が入射端面上においてスポットを形成するように該光を集光する集光レンズと、該スポットを入射端面上において移動させる移動手段と、上記反射光を受光する受光面を有し、該反射光が持つ光強度分布に対応する信号を出力する受光手段と、信号が基準分布に対応した信号と略一致するように移動手段を駆動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、短時間かつ簡易に光ファイバの入射端面上におけるコアの位置を検出し、高い精度を持って位置決めすることができる。また、上記構成により、常時あるいは定期的に検出される反射光の光強度分布に対応する信号出力に基づいて光源からの光の光ファイバ入射端面における位置がコア中心に向かうように負帰還制御することができるため、環境変化や経時変化があっても高性能を維持できる光通信装置が提供される。ここで基準分布は、光ファイバのコア中心に光が入射しているときに得られる分布のことをいう。
【００１１】
さらに、上記特許文献１に開示される方法では、高精度での位置決めが実行されるように、高価な超精密ステージ、ホルダー、さらには射出側に設けられる光検出器を高精度で保持する治具等が必要とされた。これらのステージ等は位置ずれしないように上記の各光学部品を堅固に固定する際にも必要とされる。従って、特許文献１に例示される従来の構成は高価かつ複雑になっていた。しかし、請求項１に記載の発明によれば、超精密なステージ等は不要となり、簡素かつ安価な光通信装置が提供される。
【００１２】
ここで、より明るくくっきりとした（つまり明確な）回折パタンを受光面上で形成するためには、入射端面上で形成されるスポットの径をコアの径よりも大きくすると良い。但しスポット径をクラッドの径、つまり端面の全径よりも大きくしてしまうと無用な光量の損失を招くため、好ましくない（請求項２）。
【００１３】
上記移動手段は、入射端面上において、前記スポットを互いに非平行な第一の方向および第二の方向に移動させるように構成することができる（請求項３）。
【００１４】
ここで、位置決め処理に用いられる信号は、スポットの移動方向である第一の方向および第二の方向における光強度分布に対応する信号であることが望ましい（請求項４）。これにより、該位置決め処理にかかる負担が軽減される。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、受光手段は、受光面が、第三の方向に延出する少なくとも一本の境界線と該第三の方向と非平行な第四の方向に延出する少なくとも一本の境界線とによって、Ｎ×Ｍ（但し、ＮおよびＭは、２以上の整数）個の格子状の受光エリアに分割されていることが望ましい。
【００１６】
これにより、経時変化等によって、入射端面からの反射光の受光手段における入射位置が変化した場合であっても、確実に該反射光を受光することができる。
【００１７】
なお上記のＮおよびＭを、どちらも２に設定する、換言すれば受光手段の受光面を少なくとも４つの受光エリアに分割すれば上記の効果を得ることができる（請求項６）。
【００１８】
また、上記のように複数の受光エリアを有する受光手段を用いる光通信装置は、以下のような構成にすることができる。すなわち、請求項７に記載の発明によれば、受光手段が、上記信号を、反射光を受光した所定数の受光エリアの出力に換算することにより検出し、制御手段が、受光エリアの各出力の比と、基準分布に対応する受光エリアの各出力の比とが略一致するように移動手段を駆動制御するように光通信装置を構成することができる。なお、受光エリアの出力は、各エリアで受光した光量に対応する。
【００１９】
上記構成において、位置決め処理にかかる負担を軽減するためには、制御手段は、反射光が入射した互いに隣接する４つの受光エリアの出力と、基準分布に対応する受光エリアの各出力の比とが略一致するように移動手段を駆動制御することが望ましい（請求項８）。
【００２０】
光ファイバの入射端面におけるＬＤからの光の入射位置に関する位置決めをより簡易にかつ高精度で実行するために、受光手段は、第三の方向が第一の方向に対応し、第四の方向が第二の方向に対応するように配設されることが好ましい（請求項９）。請求項９のように受光手段を配設した場合、制御手段は、隣接する４つの受光エリアのうち、第三の方向に延出する境界線を基準として、一方の側にある二つの受光エリアともう一方の側にある二つの受光エリアとの出力比が所定の関係を有するように移動手段を駆動制御してスポットを第二の方向に移動させる。同時に、該制御手段は、上記４つの受光エリアのうち、第四の方向に延出する境界線を基準として、一方の側にある二つの受光エリアともう一方の側にある二つの受光エリアとの出力比が所定の関係を有するように移動手段を駆動制御してスポットを第一の方向に移動させる。これにより、光強度分布を前記基準分布と一致させることができる（請求項１０）。
【００２１】
なお本明細書においては、各境界線の延出方向が第一の方向および第二の方向に対応するとは、ＬＤから照射され光ファイバ入射端面で反射した光の光路を展開して一直線状にしたと仮定した場合において一致することを意味する。
【００２２】
別の観点からは、受光手段を、第三の方向と第四の方向がそれぞれ、スポットの第一の方向への移動軌跡と該スポットの第二の方向への移動軌跡のなす角を略二等分するように配設することも可能である（請求項１１）。請求項１１に記載の構成の場合、制御手段は、上記４つの受光エリアのうち、二本の境界線が交差するセンサ中心を基準として対角に配置されている二つの受光エリアの出力比が所定の関係を有するように移動手段を駆動制御して入射端面におけるスポットの位置決めを行う。（請求項１２）。
【００２３】
制御手段は、基準分布が左右対称な状態にあるとき、上記出力差を０になるように負帰還制御する（請求項１３）。このとき、光源から照射され光軸上を通る光線は、光ファイバの入射端面中心で反射し、受光面上の上記特定の４つの受光エリアが接する点で受光される。
【００２４】
本発明に係る光通信装置を構成する光ファイバは、詳しくは以下のような構成にすることが望ましい。まず、入射端面において、コアとクラッド間に所定寸法の段差が形成されるように構成される（請求項１４）。段差の寸法は、上記反射光が該段差によって回折するような寸法に設定される（請求項１５）。具体的には、ＬＤからの光の波長をλとし、媒質の屈折率をｎとすると、略λ／（４ｎ）よりも小さい値に設定される（請求項１６）。より好適な実施形態としては、該寸法を略λ／（８ｎ）に設定する（請求項１７）。また、上記段差は、コアをクラッドよりも突出させることにより形成しても良いし（請求項１８）、コアをクラッドよりも凹ませることにより形成しても良い（請求項１９）。コアを突出あるいは凹ませるためにはフォトリソ技術を用いることができる。なお、より高精度な位置決めを実現するためには、コアの端面と前記クラッドの端面とを略平行になるように加工することが好ましい（請求項２０）。
【００２５】
請求項２１に記載の発明によれば、上記移動手段は、上記集光レンズを駆動することにより、スポットを第一の方向や第二の方向に移動させることができる。
【００２６】
別の観点から、上記移動手段は、上記光源を駆動することにより入射端面上でのスポット位置を第一の方向や第二の方向に移動させることができる（請求項２２）。さらに別の観点から該移動手段は、集光レンズとファイバ端面の間に設置され、入射光束を前記第一の方向および前記第二の方向に偏向する透過型偏向部材を有する構成にしてもよい（請求項２３）。透過型偏向部材としては、例えば頂角可変プリズムや一組の楔形プリズムなどが挙げられる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように本発明によれば、送信用の信号光の光ファイバの入射端面上での入射位置をコア中心に一致するように高精度で位置決めすることができる。また本発明によれば、常時光源からの光の光ファイバの入射端面上での位置がコア中心となるように負帰還制御することが可能となる。このように負帰還制御を行うように構成された光通信装置は、環境変化や経時変化等に左右されることなく、高い性能を維持することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の実施形態としての光通信モジュール１０の構成を表す図である。光通信モジュール１０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。例えば光通信モジュール１０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モジュールである。本実施形態の光通信モジュール１０は、ＬＤ、集光レンズ２、および光ファイバ３と、光検出器４、コントローラ５、アクチュエータ６を備える。なお、実際に使用される光通信モジュールは、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。
【００２９】
図２は、光ファイバ３における、ＬＤからの光が入射する面（入射端面）３ａ近傍の拡大図である。光ファイバ３の入射端面３ａは、クラッド３ｂ、コア３ｃを備える。なお、本明細書では、説明の便宜上、コア３ｃの中心は光ファイバ３の中心と一致するものとする。
【００３０】
ＬＤで発光された光は、集光レンズ２を介して光ファイバ３の入射端面３ａに入射する。ここで集光レンズ２は、コントローラ５の制御下、アクチュエータ６によって、光軸に垂直な面内の一つの軸方向（Ｘ’方向）および該Ｘ’方向と直交するＹ’方向で移動可能な状態にある。つまり、上記スポットは、該レンズ２の駆動する方向に応じて入射端面３ａ上を移動する。以下、スポットの移動方向のうち、集光レンズ２のＸ’方向、Ｙ’方向への各移動に対応する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向という。
【００３１】
なお、本明細書では上記スポットの駆動方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を基準として位置関係および方向を説明する。本実施形態の構成では、ＬＤ側から入射端面３ａを見た場合、コア３ｃの位置の左方向をＸ（＋）方向、右方向をＸ（−）方向とする。また、コア３ｃの位置の上方向をＹ（＋）方向、下方向をＹ（−）方向とする。
【００３２】
また図２に示すように、入射端面３ａは、コア３ｃがクラッド３ｂの面に対して略直交する方向（光ファイバ３の光軸方向）に突出することにより段差が形成されている。また入射端面３ａは、突出したコア３ｃの面とクラッド３ｂの面とが略平行になるように加工される。本実施形態では、フォトリソ技術を用いることにより入射端面３ａを上記形状に加工している。段差の寸法は、λ／（４ｎ）よりも小さい値に設定される。但し、λは入射する光の波長で、ｎは媒質の屈折率である。このように段差の寸法を設定することにより、スポット径ｒ１がコア径ｒ２よりも若干大きくなるように集光された光束が、突出したコア３ｃの面とクラッド３ｂの面の双方に入射すると、回折現象が起こるなお本実施形態では、該媒質を空気と想定する。従って、本実施形態では上記所定寸法を略λ／８に設定する。
【００３３】
光通信モジュール１０は、入射端面３ａで反射する光を光検出器４に導く。そのため、光通信モジュール１０では、ＬＤからの光が入射端面３ａに０°以外の入射角で入射するように構成している。これにより、入射端面３ａで反射した光の光路は入射端面３ａに入射する光の光路と異なる。光ファイバ３の入射端面３ａで反射した反射光は、光検出器４に入射し、回折パタンを形成する。
【００３４】
ここで一般的に、ＬＤで発光された光のスポットサイズは、該光の強度分布において、最大強度の１／ｅ２（但し、ｅは自然対数の底）以上の強度を持つ範囲として規定される。また、より大きな強度を持つ光によって回折パタンはより顕著に形成されることが知られている。但し、入射光束のうち最大強度の１／ｅ２よりも小さい強度を持つ部分であっても、受光面４ａに回折パタンを形成することはできる。
【００３５】
つまり、入射端面３ａで形成されるスポット径を大きくするほど、反射光量が大きくなり、受光面４ａにおいて回折パタンは明確に現れるが、光ファイバ３内に入射する光量は減少することとなるため、ＬＤ〜光ファイバ３間のカップリング効率は劣化してしまう。逆に、入射端面３ａで形成されるスポットの径を小さくするほど、受光面４ａにおける回折パタンはぼやけてしまうものの、上記カップリング効率を高めることができる。
【００３６】
上記の事情に鑑み、回折パタンの明確さとカップリング効率の有効性とのバランスを図るため、本実施形態では、図２に示すように、入射端面３ａで形成されるスポットの径ｒ１が該端面におけるコアの径ｒ２よりもわずかに大きくなるように設計される。そのため、光が入射端面３ａにおいて光伝送効率の最も高い位置、つまりコア３ｃに入射している場合であっても、該光のスポット周縁部はクラッド３ｂに入射している。具体的には、本実施形態では、ｒ１＝１１μｍ、ｒ２＝１０μｍに設定される。
【００３７】
但し、ｒ１＜ｒ２に設定する、つまり入射端面においてスポットがコア３ｃ内に収まるような構成にしても、本発明を実施することができる。
【００３８】
本実施形態は、光検出器４として４分割フォトディテクタを使用する。具体的には、図３に示すように、受光面４ａは、該受光面４ａの中心Ｏで互いに直交する二本の境界線４ｂ、４ｃによって、４つの格子状の受光エリアＡ〜Ｄに分割されている。光検出器４は、上記二本の境界線４ｂ、４ｃの延出方向を、それぞれＸ”方向、Ｙ”方向とする。本実施形態では、入射端面３ａに形成されるスポットのＸ方向、Ｙ方向への移動により、光検出器４上に表れるパターンの強度分布が変動する方向を、Ｘ”方向とＹ”方向に一致するように、光検出器４を配置している。なお入射端面３ａと光検出器４との間には、反射光が４つの受光エリアＡ〜Ｄ内に入射するように、所定の光学系（不図示）が配置されている。光検出器４は、受光エリアＡ〜Ｄごとに受光した光量に対応する電圧信号をコントローラ５に出力する。
【００３９】
図３に示すように、受光面４ａ上における中心Ｏを通りＹ”方向に延出する境界線４ｂを基準として受光エリアＡ、Ｄ側がＸ”（＋）方向、受光エリアＢ、Ｃ側がＸ”（−）方向という。同様に受光面４ａ上における中心Ｏを通りＸ”方向に延出する境界線４ｃを基準として受光エリアＡ、Ｂ側がＹ”（＋）方向、受光エリアＣ、Ｄ側がＹ”（−）方向という。
【００４０】
コントローラ５は、以下に詳述する原理に基づき、ＬＤからの光が入射端面３ａにおいて形成するスポットの位置とコア３ｃの位置とのずれをなくすようにアクチュエータ６を介して集光レンズ２を駆動制御することにより、スポットの位置をコア３ｃの位置に一致させる。
【００４１】
まず、コントローラ５が行う位置決め処理の原理について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、ＬＤからの光の入射端面３ａにおける入射位置と、ＬＤからの光が各入射位置にあるときのＸ方向の光強度分布を示した図である。各図に示す入射端面３ａは図面左側がＸ（−）方向、右側がＸ（＋）方向である。図４Ａは、ＬＤからの光がコア３ｃよりもＸ（−）方向に入射している状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。図３Ｂは、ＬＤからの光がコア３ｃよりもＸ（＋）方向に入射している状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。図３Ｃは、ＬＤからの光の入射位置がコア３ｃと略一致する状態と該状態におけるＬＤからの光の光強度分布を示す。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、光強度分布は、入射端面３ａにおけるスポットの位置により異なる。つまり、光強度分布は、スポットとコア３ｃとのずれに対応して変化する。従って、スポットの位置とコア３ｃの位置が一致したときの光強度分布を基準分布として、光強度分布が該基準分布に一致するように入射端面３ａで形成されるスポットの位置を移動させることにより位置決め処理は行われる。ここで、各センサＡ〜Ｄの信号出力（つまり、各センサＡ〜Ｄにおける受光光量）は光強度分布の積分値に比例する。従って、実際に各センサＡ〜Ｄの信号出力が、予め取得した基準分布に対応する各センサＡ〜Ｄの信号出力に略一致するように入射端面３ａで形成されるスポットの位置を移動させることによっても入射端面３ａにおけるスポットの位置決めを行うことができる。
【００４３】
以下に、図４以降を参照しつつ、具体的な位置決め処理の一例について詳説する。
【００４４】
図４Ａに示すようにＬＤからの光の入射位置がコアよりもＸ（−）方向にずれている場合、光検出センサＡおよびＤの出力の和（以下、Ｘ”（＋）方向の出力という）よりも光検出センサＢおよびＣの出力の和（以下、Ｘ”（−）方向の出力という）のほうが大きくなる。各センサＡ〜Ｄの出力（つまり、各センサＡ〜Ｄにおける受光光量）は光強度分布の積分値に比例することから、ＬＤからの光の入射位置がコアよりもＸ（−）方向にずれている場合、Ｘ”（−）方向のほうが高い光強度分布になるのがわかる。逆に、図４Ｃに示すようにＬＤからの光の入射位置がコア３ｃよりもＸ（＋）方向にずれている場合、Ｘ”（−）方向の出力よりもＸ”（＋）方向の出力のほうが大きくなる。従って、光強度分布は、Ｘ”（＋）方向のほうが高くなる。
【００４５】
そして、図４Ｂに示すようにＬＤからの光の入射位置がコア３ｃと略一致する場合、ＬＤからの光のうち光軸上を通る光線は、光ファイバ３の中心で反射した後光検出器４の受光面４ａに入射する。従って、各光検出センサＡ〜Ｄの出力は略等しくなり、光強度分布も左右がほぼ対称になる。該光強度分布を各光検出センサＡ〜Ｄの出力に換算した場合、各出力は略等しくなっている。つまり、各出力比は１：１：１：１である。
【００４６】
コントローラ５は、各光検出センサＡ〜Ｄからの出力に基づいて作成される現在の光強度分布が、ＬＤからの光の入射端面３ａ上における入射位置がコア３ｃの位置と一致するときの光強度分布（以下、基準分布という）と略一致するように入射端面３ａにあるスポットの位置決めに関する負帰還制御を行う。本実施形態では基準分布は図４Ｂに示す分布が該当する。
【００４７】
まずコントローラ５は、Ｘ”（＋）方向の出力からＸ”（−）方向の出力を引いた値（以下、Ｘ”方向の出力差という）を求める。図５は、Ｘ”方向の出力差と、入射端面３ａにおける入射位置のコア３ｃに対するＸ方向のずれ量との関係を表すグラフである。図５に示すように、入射端面３ａで形成されるスポットのＸ方向のずれ量は、Ｘ”方向の出力差に対してＳ字状に変化する。従って、Ｘ”方向の出力差が求められればＸ方向のずれ量は所定の範囲内（（Ａ）〜（Ｃ））で一義的に決定する。本実施形態のコントローラ５は、Ｘ”方向の出力差をなくす、つまりＸ方向のずれ量が０になるように、アクチュエータ６を介して集光レンズ２をＸ’方向に駆動して、入射端面３ａ上での入射位置をＸ方向に移動させる。なお、Ｘ方向のずれ量が０の状態とは、検出された光強度分布と基準分布が略一致する状態、つまり本実施形態においては、Ｘ”（＋）方向の出力とＸ”（−）方向の出力との比（以下、Ｘ”方向の出力比という）が１：１である状態である。
【００４８】
例えば、図４Ａに示す位置に入射端面３ａにおける入射位置がある場合、図５中Ａに示すように、スポットの位置はコア３ｃの位置からＸ（−）方向にずれている。従ってコントローラ５は、Ｘ”方向の出力差が０となるようにＸ（＋）方向に入射端面３ａ上での入射位置を移動させる。また、図４Ｃに示す位置に入射端面３ａにおける入射位置がある場合、図５中Ｃに示すように、スポットの位置はコア３ｃの位置からＸ（＋）方向にずれている。従ってコントローラ５は、Ｘ”方向の出力差が０となるようにＸ（−）方向に入射端面３ａ上での入射位置を移動させる。図４Ｂに示す位置に該入射位置がある場合、つまり光強度分布が基準分布と一致する場合、図５中Ｂに示すようにＸ”方向の出力差はない。従って、この場合、コントローラ５は、入射端面３ａ上での入射位置がコア３ｃにあり、光伝送効率が最良であると判断し、集光レンズ２のＸ方向への駆動は行わない。
【００４９】
コントローラ５が、上記のようにＸ”方向の出力差をなくすように負帰還制御することにより、ＬＤからの光を入射端面３ａにおいてコア３ｃ中心に入射するように高精度な位置決めを行うことができる。
【００５０】
以上が、コントローラ５が行うＸ方向に関する位置決め処理の説明である。Ｙ方向に関する位置決め処理も同様の原理で実行されるため、ここでの詳細な説明は省略する。但し、Ｙ方向に関する位置決め処理において、入射端面３ａ上におけるスポットのＹ方向へのずれ量は、光検出センサＡおよびＢの出力の和（以下、Ｙ”（＋）方向の出力という）から光検出センサＣおよびＤの出力の和（以下、Ｙ”（−）方向の出力という）を引くことにより算出されるＹ”方向の出力差に基づいて決定される。そしてコントローラ５は、Ｙ”方向の出力差がなくなるように集光レンズ２のＹ’方向への駆動制御を行う。
【００５１】
図６は、光検出器４によって検出されるＸ”、Ｙ”それぞれの方向の光強度分布を入射端面３ａでの入射位置ごとに表す表である。入射端面３ａ上におけるＬＤからの光の入射位置（スポット）が、コア３ｃからＸ方向とＹ方向の一方もしくは両方にずれている場合は、各光検出センサＡ〜Ｄからの出力が異なるために、光強度分布が＋方向と−方向とで対称ではない。そこで、上記位置決め処理を行うことにより、Ｘ”方向もＹ”方向も出力差が０の状態になる。つまり、Ｘ”方向の光強度分布もＹ”方向の光強度分布もともに基準分布と一致する。
【００５２】
以上の位置決め処理によってＸ”方向の光強度分布およびＹ”方向の光強度分布が基準分布と一致すると、コントローラ５は、ＬＤからの光の入射位置がコア３ｃ位置にあると判断する。なお、上述した位置決め処理は、光通信モジュール１０製造時の初期調整で行われるだけでなく、光通信モジュール１０の電源投入後、光通信を行っている間も常時実行される。すなわち、コントローラ５は、光通信中にＬＤからの光の入射位置がコア３ｃからずれたとしても、光検出器４からの出力に基づいて、位置ずれを補正することができる。
【００５３】
また上記では、便宜上、Ｘ方向の位置決め処理とＹ方向の位置決め処理とを区別して説明したが、実際の光通信モジュール１０では、Ｘ方向の位置決め処理とＹ方向の位置決め処理は同時に行われる。以上が光通信モジュール１０における位置決め処理の説明である。
【００５４】
上記実施形態では、入射端面３ａで形成されるスポットの移動方向を示すＸ方向とＹ方向は互いに直交すると説明したが、これはあくまで説明の便宜上であってこれに限定されるものではない。本発明に係る光通信装置においてＸ方向とＹ方向は、非平行であればよい。また、本発明において、各境界線４ｂ、４ｃの延出方向も必ずしも直交しなくてよい。
【００５５】
本発明に係る光通信装置は、上記実施形態以外の処理によっても高い精度で位置決めすることが可能である。例えば、上記実施形態では、位置決め処理の簡素化および迅速化を図るために最適な実施形態として、境界線４ｃの延出方向が入射端面３ａで形成されるスポットの移動方向Ｘと一致し、かつ境界線４ｂの延出方向が入射端面３ａで形成されるスポットの移動方向Ｙと一致するように光検出器４を配設している。本発明の光通信装置は、各境界線の延出方向と入射端面３ａで形成されるスポットの移動方向（Ｘ方向、Ｙ方向）とは必ずしも一致しなくてもよい。例えば、図７に示すように、光検出器４を図３に示す位置から４５度回転して配設しても良い。この場合、コントローラ５は、中心Ｏを基準として対称な位置にある二つのセンサを用いて位置決め処理を行う。具体的には、対角に位置する受光エリアＡおよびＣの出力に基づいてＸ方向のスポット位置を調整する処理を行い、受光エリアＢおよびＤの出力に基づいてＹ方向のスポット位置を調整する処理を行う。すなわち、この変形例では、スポットがＸ方向に移動すると受光エリアＡ、Ｃの出力が変化し、スポットがＹ方向に移動すると受光エリアＢ、Ｄの出力が変化する。
【００５６】
また、上記の位置決め処理は、光通信モジュール１０以外の構成であっても実行することができる。図８から図１１に、光通信モジュール１０と構成を異にするが上記と同様の位置決め処理が実行できる光通信モジュール１１〜１４をそれぞれ示す。図８は、ファイバの延出方向と直交する面以外の面で切断した光ファイバ３’を使用した光通信モジュール１１を示す。光通信モジュール１１では、ＬＤからの光が入射端面３ａに０°以外の入射角で入射するように各部材が配置構成されている。従って、光通信モジュール１０よりもファイバのカップリング効率が高くかつ製造が容易になるという特徴を有する。なお、光通信モジュール１１において、光ファイバ３’は、入射端面３ａでの屈折現象を考慮し、該ファイバ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。
【００５７】
図９は、ＬＤ、集光レンズ２、および光ファイバ３を、共通の光軸上に配置した光通信モジュール１２を示す。光通信モジュール１２では、入射端面３ａからの反射光が入射光路と同一の光路を通る。そのため、集光レンズ２と光ファイバ３との間に１／４波長板７と偏光ビームスプリッタ８からなる偏向手段を配置して反射光を偏向して光検出器４に導く構成になっている。光通信モジュール１２によれば、反射光は１／４波長板７と偏光ビームスプリッタ８によって入射光と直交する直線偏光状態にあるため、ＬＤに反射光が戻ることなく略全反射光が光検出器４に入射する。よって、効率の良い光検出が可能となる。図１０に示す光通信モジュール１３も上記光通信モジュール１２とほとんど同一の構成である。但し、光通信モジュール１３は、１／４波長板７と偏光ビームスプリッタ８をＬＤと集光レンズ２との間に配置している点が光通信モジュール１２と異なる。また、図１１に示す光通信モジュール１４のように、ＬＤと偏向手段７、８の間にコリメータレンズ９を配設することも可能である。なお検出結果に基づき、集光レンズ２を駆動制御することによりスポットの位置決めを行う点は上記実施形態と同様である。
【００５８】
また、上記の実施形態では、光ファイバ３の入射端面３ａに入射したＬＤからの光が回折するために、該入射端面３ａにおいて、コア３ｃをクラッド３ｂよりも突出させる構成にしているが、これ以外の構成、例えば、コア３ｃをクラッドよりもλ／８分凹ませる構成であっても同様の効果を得ることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、便宜上、基準分布は、ＬＤからの光の入射位置がコア３ｃの位置と略一致している状態での分布と定義した。そして該基準分布は、Ｘ”、Ｙ”の各方向の出力比が１：１の状態（図２Ｂ）であるとした。しかし、実際の基準分布は、光通信装置ごとの個体差等により、必ずしも図４Ｂに示すような分布にならず、＋方向か−方向のいずれかに強度が偏る場合もありうる。つまり、基準分布自体が既に所定の出力差を有している、換言すれば基準分布に対応するＸ”、Ｙ”の各方向の出力比が１：１ではない場合もありうる。この場合には、各光出力センサＡ〜Ｄからの出力に基づき得られるＸ”、Ｙ”の各方向の出力比を、上記基準分布に対応する出力比と一致するように位置決め処理すればよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、光検出器４として４分割フォトディテクタを使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、Ｎ×Ｍ（但し、Ｎ、Ｍは２以上の整数）個の格子状に分割された複数の受光エリアを有する多分割フォトディテクタを使用しても良い。多分割フォトディテクタを使用すれば、入射端面３ａから受光面４ａまでに配設される光学系が経時変化することにより、反射光の該受光面４ａでの入射位置が変わってしまった場合であっても新たに反射光を受光した互いに隣接する４つの受光エリアからの出力に基づいて位置決め処理を行うことができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、集光レンズ２を駆動させることにより、ＬＤからの光が入射端面３ａにおいて形成するスポットを移動させてコア３ｃに位置決めする構成を示した。スポットの移動手段としては、上記の構成以外の構成によるものであっても良い。図１２は、光通信モジュール１０の一変形例である光通信モジュール１０’の概略構成を示す図である。光通信モジュール１０’は、偏向部材Ｋを有する。そして、光通信モジュール１０’では、集光レンズ２を駆動させずに偏向部材Ｋを駆動制御することによって入射端面３ａにおけるスポットを移動させている。偏向部材Ｋとしては図１３に示す頂角可変プリズムが例示される。
【００６２】
図１３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Ｘ’方向やＹ’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、第一集光レンズ２を駆動させることなく、スポットを移動させることができる。このように、偏向部材Ｋを配設する変形例は、集光レンズが一体形成されたＬＤを用いたモジュールのように、集光レンズ自体を駆動させることができない構成に非常に好適である。
【００６３】
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９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Ｘ’方向やＹ’方向に駆動させることにより、入射端面３ａにおける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、第一集光レンズ２と偏向部材Ｋの双方を用いてスポットを移動させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態の光通信モジュールの概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施形態の光ファイバにおける入射端面近傍の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態の光検出器の受光面を示した図である。
【図４】ＬＤからの光の入射端面における入射位置と、各受光エリアからの出力に基づくＸ”方向の光強度分布を示した図である。
【図５】Ｘ”方向の出力差と、入射端面における入射位置のコアに対するＸ方向のずれ量との関係を表すグラフである。
【図６】受光面上における反射光の入射位置とＸ”、Ｙ”それぞれの方向の光強度分布との関係を表す。
【図７】光検出器の受光面の他の配置例を示す。
【図８】本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。
【図９】本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。
【図１０】本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。
【図１１】本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。
【図１２】本発明の実施形態の光通信モジュールの変形例を示す。
【図１３】本発明の実施形態の光通信モジュールにおける移動手段の変形例を示す。
【符号の説明】
【００６５】
２  集光レンズ
３  光ファイバ
３ａ  入射端面
３ｂ  クラッド
３ｃ  コア
４  光検出器
５  コントローラ
１０、１１、１２、１３、１４  光通信モジュール
【図１】
2004177947.tif 000003
【図２】
2004177947.tif 000004
【図３】
2004177947.tif 000005
【図４】
2004177947.tif 000006
【図５】
2004177947.tif 000007
【図６】
2004177947.tif 000008
【図７】
2004177947.tif 000009
【図８】
2004177947.tif 000010
【図９】
2004177947.tif 000011
【図１０】
2004177947.tif 000012
【図１１】
2004177947.tif 000013
【図１２】
2004177947.tif 000014
【図１３】
2004177947.tif 000015