(57)【要約】【課題】ビームスプリッタ法を用いた光送受信装置で、簡単な構成でクロストークを抑える。【解決手段】発光素子２から出射した送信光をビームスプリッタ７で反射して光ファイバ３へ入射させるとともに、光ファイバ３から出射した受信光はビームスプリッタ７を透過させて受光素子４へ入射させる。発光素子２から出射した送信光を光ファイバ３の端面に集光するとともに、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光を集光するため、レンズ６が設けられる。そして、発光素子２で出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射して受光素子４へ向かう光を遮蔽するシャッタ５を設ける。【選択図】        図１
2004193894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムで用いられる光送受信装置において、
送信光を出射する発光手段と、
受信光を入射する受光手段と、
光ファイバへの送信光を集光するとともに、前記受光手段への受信光を集光するレンズと、
前記発光手段から出射された送信光を前記光ファイバへ導くとともに、前記光ファイバから出射した受信光を前記受光手段へ導く光路分離手段とを備え、
前記発光手段で出射した送信光のうち、前記光ファイバの端面で反射して前記受光手段へ向かう光を遮蔽する遮蔽手段を設けた
ことを特徴とする光送受信装置。
【請求項２】
前記遮蔽手段は前記レンズに沿った面を有する遮蔽板で、前記遮蔽板は、前記レンズの光軸を挟んで一方の側を遮蔽する位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項３】
前記遮蔽板は、前記レンズと前記光ファイバの端面との間に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信装置。
【請求項４】
前記遮蔽板は、前記レンズと前記光路分離手段との間に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信装置。
【請求項５】
前記遮蔽板は、前記レンズの光軸に対して接近および離間する方向に移動可能に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信装置。
【請求項６】
前記遮蔽板は、前記レンズの光軸に直交する面に対して傾斜して設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信装置。
【請求項７】
前記光ファイバは、前記レンズの光軸に対して該光ファイバの軸中心が平行にずれた位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項８】
前記受光手段は、受信光の光軸に対して平行にずれた位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項９】
前記受光手段は、受信光の光軸に対して傾斜して設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項１０】
前記遮蔽手段は、前記レンズの一部を非透過色で被覆した被覆部である
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項１１】
前記被覆部は、前記レンズの光軸を挟んで一方の半分に設けられる
ことを特徴とする請求項１０記載の光送受信装置。
【請求項１２】
前記被覆部は、前記レンズの中心部近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項１０記載の光送受信装置。
【請求項１３】
一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムで用いられる光送受信装置において、
送信光を出射する発光手段と、
受信光を入射する受光手段と、
光ファイバへの送信光を集光するとともに、前記受光手段への受信光を集光するレンズと、
前記発光手段から出射された送信光を前記光ファイバへ導くとともに、前記光ファイバから出射した受信光を前記受光手段へ導く光路分離手段とを備え、
前記レンズの形状を、光軸を挟んで一方の半分がカットされた形状とした
ことを特徴とする光送受信装置。
【請求項１４】
前記光路分離手段は、前記レンズの光軸を挟んで一方の側がカットされた形状を有する
ことを特徴とする請求項１３記載の光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムで用いられる光送受信装置に関する。詳しくは、発光手段から出射した光が、光ファイバの端面で反射して受光手段へ入射しないようにすることで、クロストークの低減を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムの概略構成例を示す説明図である。この光通信システム１００は、発光素子１０１と受光素子１０２を備えた光送受信装置１０３の間を一本の光ファイバ１０４で接続したものである。そして、一方の光送受信装置１０３Ａから他方の光送受信装置１０３Ｂへデータを送信する場合は、光送受信装置１０３Ａの発光素子１０１から送信光を出射する。光送受信装置１０３Ａの発光素子１０１から出射した送信光は光ファイバ１０４を伝送され、光送受信装置１０３Ｂの受光素子１０２で受光される。
【０００３】
他方の光送受信装置１０３Ｂから一方の光送受信装置１０３Ａへデータを送信する場合は、光送受信装置１０３Ｂの発光素子１０１から送信光を出射する。光送受信装置１０３Ｂの発光素子１０１から出射した送信光は、光送受信装置１０３Ａからデータを送信した際に用いた光ファイバ１０４を伝送され、光送受信装置１０３Ａの受光素子１０２で受光される。
【０００４】
以上のように、一方の光送受信装置１０３Ａからデータを送信し、他方の光送受信装置１０３Ｂでこのデータを受信する場合と、他方の光送受信装置１０３Ｂからデータを送信し、一方の光送受信装置１０３Ａでこのデータを受信する場合とで、同一の光ファイバを用いる技術を、一芯双方向光ファイバ通信や一芯全二重光ファイバ通信等と呼んでいる。
【０００５】
さて、一芯双方向光ファイバ通信を行うため、発光素子１０１から出射した送信光を光ファイバ１０４へ導き、かつ、この光ファイバ１０４から出射した受信光を受光素子１０２へ導く構造を備えた光送受信装置１０３が必要である。
【０００６】
図１２は従来の光送受信装置の概略構成例を示す平面図で、この図１２は、開口分離法を用いたものである。開口分離法を用いた光送受信装置は、発光素子１０１からの送信光はレンズ１０５およびミラー１０６で光ファイバ１０４の端面の一部に集光させ、光ファイバ１０４からの受信光はそのまま受光素子１０２で検知するもので、光ファイバ１０４の端面を送信用開口１０４ａと受信用開口１０４ｂに分けて使用することで、送信光と受信光を分離していた。なお、図１２では、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。
【０００７】
このような開口分離法を用いた光送受信装置では、光ファイバ１０４の端面における送信用開口１０４ａの面積が限られるため、送信光の入射位置を精度良く出さなければならず、光学部品実装のトレランスが小さくなる。これにより、集積実装を行わなければならず、コストが高くなるという短所がある。
【０００８】
また、送信光と受信光との光軸が大きく異なるため、送信光と受信光との共通のレンズを光ファイバ１０４の端面の近傍に設置できない。このため、光ファイバ１０４から拡散して出射してくる受信光を受光素子１０２に集光して結合させることができず、受信効率は低い。
【０００９】
しかしながら、開口分離法を用いた光送受信装置では、送信光と受信光との光軸が大きく異なるために、発光素子１０１から光ファイバ１０４の端面に反射して受光素子１０２へ至る戻り光（クロストーク）が少ないという長所もある。
【００１０】
このような開口分離法を用いた光送受信装置の短所を改善するものとして、ビームスプリッタ法を用いた光送受信装置がある（例えば、特許文献１参照。）。図１３は従来の他の光送受信装置の概略構成例を示す平面図で、以下、ビームスプリッタ法を用いた従来の光送受信装置について説明する。
【００１１】
ビームスプリッタ法を用いた光送受信装置は、発光素子１０１からの送信光を透過率約５０％、反射率約５０％のビームスプリッタ１０７で立ち上げ、レンズ１０８で光ファイバ１０４の端面に集光させる。そして、光ファイバ１０４からの受信光は、送信時に用いたレンズ１０８で集光させ、ビームスプリッタ１０７を透過させて、受光素子１０２へ結合させるものである。この図１３では、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。
【００１２】
このようなビームスプリッタ法を用いた光送受信装置では、光ファイバ１０４の端面を送信用開口と受信用開口に分ける必要がないため、送信光の光ファイバ１０４の端面への入射位置合わせのトレランスが大きい。これにより、集積実装を行う必要がなく、ディスクリートな構造が可能となり、コストが低くなる。
【００１３】
また、送信光と受信光との光軸が同一であるため、光ファイバ１０４の端面近傍にレンズ１０８を配置することで、このレンズ１０８で送信光と受信光ともに集光でき、受信光の受光素子１０２での結合効率、すなわち受信効率を開口分離法と比較すると高くすることができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−１６６５２７号公報（図９）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ビームスプリッタ法を用いた光送受信装置は、開口分離法の短所を克服しているが、発光素子１０１から光ファイバ１０４の端面に反射した光がそのまま受光素子１０２へ結合してしまうので、一芯双方向光ファイバ通信特有の大きなクロストークが発生してしまう欠点がある。
【００１６】
図１４はクロストークの発生原理を示す説明図である。図１４において、Ｓはここでは図示しない光送受信装置からの信号光である。発光素子１０１から出射した送信光は、ビームスプリッタ１０７で反射され、レンズ１０８で集光されて光ファイバ１０４の端面から入射する。この発光素子１０１から出射した送信光の一部は、光ファイバ１０４の端面で反射するが、送信光と受信光の光軸が同一であるので、この反射光がレンズ１０８で集光され、受光素子１０２へ結合されてしまう。これがクロストークＮである。
【００１７】
以下、ビームスプリッタ法を用いた従来の光送受信装置のＳ／Ｎ比の計算例を式（１）に示す。
【００１８】
ここで、
Ｐ：発光素子の強度
ａ：送信光の発光素子とレンズとのカップリング効率
ｂ：送信光のレンズと光ファイバとのカップリング効率
ｃ：受信光の光ファイバとレンズとのカップリング効率
ｄ：受信光のレンズと受光素子とのカップリング効率
ｅ：光ファイバでの損失（強度比）
ｆ：ビームスプリッタ透過率
ｇ：ビームスプリッタ反射率
ｈ：遠端反射率
ｃ′：クロストークの光ファイバ反射光とレンズのカップリング効率
ｄ′：クロストークのレンズと受光素子とのカップリング効率
である。
【００１９】
そして、
ａ＝０．５、ｂ＝１．０、ｃ＝０．５、ｄ＝１．０、ｅ＝０．４、ｆ＝０．５、ｇ＝０．５、ｈ＝０．０２３、ｃ′＝１．０、ｄ′＝１．０とすると、
Ｓ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×ｅ×ｆ×ｇ×Ｐ＝０．０２５Ｐ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｃ′×ｄ′×ｆ×ｇ×ｈ×Ｐ＝０．００２９Ｐ
となるので、
Ｓ／Ｎ＝８．６２・・・（１）
である。
【００２０】
ギガ帯域の一芯双方向通信では一般にＳ／Ｎ＞１０が必要とされているが、ビームスプリッタ法を用いた従来の光送受信装置では、Ｓ／Ｎ＞１０が確保できず、一芯双方向通信が困難であることがわかる。
【００２１】
また、ビームスプリッタの代わりに偏光ミラーを用いてクロストークを低減させる方法もある。すなわち、送信光と受信光をＰ偏光成分とＳ偏光成分で分けることで、クロストークを低減させることはできる。しかしながら、偏光ミラーはコストが高く、例えば、家庭用機器に用いられる光送受信装置に適用するのは現実的ではない。
【００２２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、クロストークを抑えた安価な光送受信装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る光送受信装置は、一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムで用いられる光送受信装置において、送信光を出射する発光手段と、受信光を入射する受光手段と、光ファイバへの送信光を集光するとともに、受光手段への受信光を集光するレンズと、発光手段から出射された送信光を光ファイバへ導くとともに、光ファイバから出射した受信光を受光手段へ導く光路分離手段とを備え、発光手段で出射した送信光のうち、光ファイバの端面で反射して受光手段へ向かう光を遮蔽する遮蔽手段を設けたものである。
【００２４】
本発明に係る光送受信装置によれば、送信時は発光手段から送信光を出射する。発光手段から出射された送信光は、光路分離手段によって光ファイバへと導かれ、レンズで集光されて光ファイバの端面から入射する。受信時は光ファイバから受信光が出射される。光ファイバから出射された受信光は、レンズで集光され、光路分離手段によって受光手段へと導かれる。
【００２５】
ここで、発光手段から出射された送信光の一部は、光ファイバの端面で反射するが、この光ファイバの端面で反射した光は遮蔽手段で遮られ、受光手段へは戻らない。これにより、一芯双方向光ファイバ通信を行う光送受信装置において、クロストークを低減することができる。
【００２６】
上述した遮蔽手段は、例えばレンズに沿った面を有する遮蔽板で、この遮蔽板を、レンズの光軸を挟んで一方の側を遮蔽する位置に設けたものである。これにより、簡単な構造で、クロストークを低減することができ、低コストで光送受信装置を提供できる。
【００２７】
また、本発明に係る光送受信装置は、送信光を出射する発光手段と、受信光を入射する受光手段と、光ファイバへの送信光を集光するとともに、受光手段への受信光を集光するレンズと、発光手段から出射された送信光を光ファイバへ導くとともに、光ファイバから出射した受信光を受光手段へ導く光路分離手段とを備え、レンズの形状を、光軸を挟んで一方の半分がカットされた形状としたものである。
【００２８】
本発明に係る光送受信装置によれば、送信時は発光手段から送信光を出射する。発光手段から出射された送信光は、光路分離手段によって光ファイバへと導かれ、レンズで集光されて光ファイバの端面から入射する。受信時は光ファイバから受信光が出射される。光ファイバから出射された受信光は、レンズで集光され、光路分離手段によって受光手段へと導かれる。
【００２９】
ここで、発光手段で出射した送信光のうち、光ファイバの端面で反射して受光素子へ向かう光の経路にレンズが存在しないので、光ファイバの端部で反射した光は集光されず、受光手段へは戻らない。これにより、一芯双方向光ファイバ通信を行う光送受信装置において、クロストークを低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の光送受信装置の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態の光送受信装置１ａの概略構成例を示す平面図、図２は第１の実施の形態の光送受信装置１ａの具体的な構成例を示す分解斜視図である。
【００３１】
第１の実施の形態の光送受信装置１ａは、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光が受光素子４へ入射しないように遮蔽するシャッタ５を設けたものである。
【００３２】
発光手段としての発光素子２は、例えば発光ダイオードから構成され、受光手段としての受光素子４は、例えばフォトダイオードから構成される。レンズ６は、発光素子２から出射した送信光を光ファイバ３の端面へと集光するとともに、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光を受光素子４に集光して結合させる。ここで、受光素子４はレンズ６の光軸上に設けられ、発光素子２はレンズ６の光軸に対して直交する位置に設けられる。また、光ファイバ３の中心軸がレンズ６の光軸と一致するように取り付けられる。なお、発光素子２と受光素子４の配置は逆でもよい。
【００３３】
ビームスプリッタ７は、透過率約５０％、反射率約５０％のハーフミラーで、レンズ６の光軸上に設けられ、発光素子２から出射した送信光を反射して光ファイバ３へ導くとともに、光ファイバ３から出射した受信光を透過して受光素子４へ導く光路分離手段を構成する。
【００３４】
シャッタ５は、レンズ６と光ファイバ３の間で、レンズ６の近傍に設けられる。このシャッタ５は、レンズ６に沿った面で構成される遮蔽板で、レンズ６の光軸を挟んで一方の側、ここでは、発光素子２が設けられる側と反対側のレンズ６の半分を覆う形状を有する。これにより、レンズ６で光を通す部分の形状は半円形である。このシャッタ５の先端の形状は、図１に示すように四角状でも良いし、図２に示すようにクサビ状でもよい。
【００３５】
上述した発光素子２、受光素子４、シャッタ５、レンズ６およびビームスプリッタ７は、図２に示すように、例えば樹脂で作られたパッケージ８にそれぞれ取り付けられる。ビームスプリッタ法を用いた光送受信装置１ａでは、集積実装を行う必要がないので、このようなディスクリートな構造が可能となり、コストを抑えることができる。
【００３６】
次に、第１の実施の形態の光送受信装置１ａの動作を説明する。ここで、図１においては、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ａから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００３７】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にシャッタ５が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光はシャッタ５で遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００３８】
また、発光素子２から出射した送信光の一部はシャッタ５で遮蔽される。これにより、受光素子４へ戻る反射光となり得る光を光ファイバ３へ到達させないようにすることができる。
【００３９】
光送受信装置１ａで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。
【００４０】
ここで、受信光の一部もシャッタ５により遮蔽される。このため、光量が小さくなるので、信号光Ｓが小さくなってしまうが、クロストークＮがはるかに小さくなるので、Ｓ／Ｎ比がシャッタ５を設ける前と比較して格段に向上し、Ｓ／Ｎ＞１０を確保することができる。
【００４１】
以下の（２）式に、第１の実施の形態の光送受信装置１ａにおけるＳ／Ｎ比の計算例を示す。
【００４２】
ここで、
Ｐ：発光素子の強度
ａ：送信光の発光素子とレンズとのカップリング効率
ｂ：送信光のレンズと光ファイバとのカップリング効率
ｃ：受信光の光ファイバとレンズとのカップリング効率
ｄ：受信光のレンズと受光素子とのカップリング効率
ｅ：光ファイバでの損失（強度比）
ｆ：ビームスプリッタ透過率
ｇ：ビームスプリッタ反射率
ｈ：遠端反射率
ｋ：シャッタ透過率
ｋ′：クロストークのシャッタ透過率
ｄ′：クロストークのレンズと受光素子とのカップリング効率
である。
【００４３】
そして、
ａ＝０．５、ｂ＝１．０、ｃ＝０．５、ｄ＝１．０、ｅ＝０．４、ｆ＝０．５、ｇ＝０．５、ｈ＝０．０２３、ｋ＝０．５のとき、ｋ′＝０、ｄ′＝０という計算結果が得られたので、
Ｓ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×ｅ×ｆ×ｇ×ｋ２×Ｐ＝０．００６３Ｐ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｄ′×ｆ×ｇ×ｈ×ｋ′×Ｐ＝０
となる。
【００４４】
よって、
Ｓ／Ｎ＝∞・・・（２）
となる。
【００４５】
図３は第２の実施の形態の光送受信装置１ｂの概略構成例を示す平面図である。この第２の実施の形態の光送受信装置１ｂは、シャッタ５がレンズ６とビームスプリッタ７の間に設けられる。このシャッタ５は、第１の実施の形態と同様に、レンズ６の光軸に対して、発光素子２が設けられる側と反対側のレンズ６の半分を覆う形状を有する。これにより、レンズ６で光を通す部分の形状は半円形である。発光素子２、光ファイバ３、受光素子４、レンズ６およびビームスプリッタ７の構成および配置は、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００４６】
次に、第２の実施の形態の光送受信装置１ｂの動作を説明する。ここで、図３においても、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ｂから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００４７】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にシャッタ５が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光はシャッタ５で遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００４８】
また、発光素子２から出射した送信光の一部はシャッタ５で遮蔽される。これにより、受光素子４へ戻る反射光となり得る光を光ファイバ３へ到達させないようにすることができる。
【００４９】
光送受信装置１ｂで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。
【００５０】
以上のように、シャッタ５をレンズ６とビームスプリッタ７の間に設ける構成としても、クロストークとなる光を遮蔽することができ、クロストークＮの低減が図れる。
【００５１】
以下の（３）式に、第２の実施の形態の光送受信装置１ｂにおけるＳ／Ｎ比の計算例を示すと、クロストークのシャッタ透過率：ｋ′＝０、クロストークのレンズと受光素子とのカップリング効率：ｄ′＝０という計算結果が得られたので、第１の実施の形態と同様に、
Ｓ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×ｅ×ｆ×ｇ×ｋ２×Ｐ＝０．００６３Ｐ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｄ′×ｆ×ｇ×ｈ×ｋ′×Ｐ＝０
となって、
Ｓ／Ｎ＝∞・・・（３）
となる。
【００５２】
図４は第３の実施の形態の光送受信装置１ｃの概略構成例を示す平面図である。この第３の実施の形態の光送受信装置１ｃは、シャッタ９の固定位置を可変としたものである。
【００５３】
シャッタ９は、レンズ６の光軸に対して接近および離間する方向にスライド移動できるように設けられる。例えば、図２に示す構成でパッケージ８にシャッタ９の位置を案内するガイド溝を設けて、シャッタ９を移動可能とする。図示しないが、測定機器を用いて信号光の測定等をしながら、シャッタ９の位置を調整することで、クロストークの抑圧と、信号光の確保のバランスを最適化することができる。なお、位置を調整したシャッタ９は、接着剤等で固定される。
【００５４】
次に、第３の実施の形態の光送受信装置１ｃの動作を説明する。ここで、図４においても、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ｃから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００５５】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路の一部にシャッタ９が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光の一部はシャッタ９で遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００５６】
光送受信装置１ｃで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。
【００５７】
さて、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明したように、シャッタでレンズ６の半分を覆うと、クロストークＮ＝０となる。これに対して、図４に示すように、シャッタ９の位置を例えば外側方向にずらして、シャッタ９によりレンズ６を覆う範囲を狭くすると、クロストークＮが大きくなる。しかしながら、信号光Ｓも大きくなる。特に、レンズ６の中心付近を受信光が通るので、結果として、Ｓ／Ｎ＞１０を確保することができる。
【００５８】
以下の（４）式に、第３の実施の形態の光送受信装置１ｃにおけるＳ／Ｎ比の計算例を示すと、シャッタ透過率：ｋ＝０．７としたとき、クロストークのシャッタ透過率：ｋ′＝０．４、クロストークのレンズと受光素子とのカップリング効率：ｄ′＝０．９という計算結果が得られたので、
Ｓ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×ｅ×ｆ×ｇ×ｋ２×Ｐ＝０．０１２３Ｐ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｄ′×ｆ×ｇ×ｈ×ｋ′×Ｐ＝０．００１０Ｐ
となって、
Ｓ／Ｎ＝１２．３・・・（４）
となる。
【００５９】
なお、シャッタ９の位置は図４に示す例によらず、シャッタ９の位置を内側方向にずらして、レンズ６の光軸付近を覆うようにしてもよい。
【００６０】
図５は第４の実施の形態の光送受信装置１ｄの概略構成例を示す平面図である。この第４の実施の形態の光送受信装置１ｄは、光ファイバ３と受光素子４をレンズ６の光軸からオフセットして配置したものである。ここで、シャッタ５はレンズ６の半分を覆う形状とし、レンズ６に対する発光素子２およびビームスプリッタ７の配置は図１で説明したものと同じとする。
【００６１】
光ファイバ３は、レンズ６の光軸に対してシャッタ５を設けた側と反対側にオフセットして配置する。すなわち、レンズ６の光軸に対して光ファイバ３の軸中心が平行にずれた位置に設けられる。また、受光素子４は、レンズ６の光軸に対して光ファイバ３と反対方向にオフセットして配置する。
【００６２】
次に、第４の実施の形態の光送受信装置１ｄの動作を説明する。ここで、図５においても、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ｄから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。ここで、光ファイバ３がオフセットされているので、送信光の入射位置は光ファイバ３の軸中心からずれる。
【００６３】
さて、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にシャッタ５が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光はシャッタ５で遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００６４】
光送受信装置１ｄで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。
【００６５】
このように、光ファイバ３をシャッタ５を設けた側と反対方向にオフセットさせると、発光素子２からの送信光のシャッタ通過率は、図１に示す例と変化しない。これに対して、光ファイバ３から出射される受信光のシャッタ通過率は向上するので、信号光Ｓが大きくなる。
【００６６】
以下の（５）式に、第４の実施の形態の光送受信装置１ｄにおけるＳ／Ｎ比の計算例を示すと、送信光のシャッタ通過率：ｋ１＝０．５、受信光のシャッタ通過率：ｋ２＝０．７としたとき、クロストークのシャッタ透過率：ｋ′＝０、クロストークのレンズと受光素子とのカップリング効率：ｄ′＝０という計算結果が得られたので、
Ｓ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ×ｅ×ｆ×ｇ×ｋ１×ｋ２×Ｐ＝０．００８８Ｐ
Ｎ＝ａ×ｂ×ｄ′×ｆ×ｇ×ｈ×ｋ′×Ｐ＝０
となって、
Ｓ／Ｎ＝∞・・・（５）
となる。
【００６７】
図６は第５の実施の形態の光送受信装置１ｅの概略構成例を示す平面図、図７は第６の実施の形態の光送受信装置１ｆの概略構成例を示す平面図である。この第５および第６の実施の形態の光送受信装置１ｅ，１ｆは、シャッタ５および受光素子４を傾斜させたものである。
【００６８】
図６に示す例では、レンズ６の光軸と直交する面に対して、シャッタ５の外側が光ファイバ３に近づく方向に傾斜させて、シャッタ５を配置したものである。シャッタ５はレンズ６と光ファイバ３の間に配置されるので、シャッタ５のレンズ６と対向する面が、外側を向く形態となる。
【００６９】
次に、第５の実施の形態の光送受信装置１ｅの送信時の動作を説明する。ここで、図６においても、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ｅから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００７０】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にシャッタ５が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光はシャッタ５で遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００７１】
また、発光素子２から出射した送信光の一部はシャッタ５で遮蔽される。上述したように、シャッタ５のレンズ６と対向する面が外側を向いているので、シャッタ５で遮蔽された光は、光学系外側へ散乱する。これにより、シャッタ５で反射した光が受光素子４へ戻ることが防止される。
【００７２】
次に、図７に示す第６の実施の形態の光送受信装置１ｆの構成について説明すると、第６の実施の形態の光送受信装置１ｆは、レンズ６の光軸と直交する面に対して、シャッタ５の内側が光ファイバ３に近づく方向に傾斜させて、シャッタ５を配置したものである。シャッタ５はレンズ６と光ファイバ３の間に配置されるので、シャッタ５の光ファイバ３と対向する面が、外側を向く形態となる。
【００７３】
次に、第６の実施の形態の光送受信装置１ｆの送信時の動作を説明する。ここで、図７においても、送信光を実線で示し、受信光を破線で示している。光送受信装置１ｆから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００７４】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にシャッタ５が設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光はシャッタ５で遮蔽される。そして、シャッタ５の光ファイバ３と対向する面が外側を向いているので、シャッタ５で遮蔽された光は、光学系外側へ散乱する。これにより、シャッタ５で遮蔽した光が反射を繰り返し、受光素子４へ戻ることが防止される。
【００７５】
さらに、図６および図７に示す例では、受光素子４を受信光の光軸に対して傾斜させてある。図６を用いて受光素子４を傾斜させた場合の受信時の動作を説明すると、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。図示しないが、受光素子４には、素子保護用のガラス等が設けてあり、受信光の一部はこのガラスで反射する。このとき、受光素子４を傾斜させてあると、受光素子４で反射した光がビームスプリッタ７で反射する際に、光学系外側へ散乱する。これにより、受光素子４で反射した光が反射を繰り返し、受光素子４へ戻ることが防止される。
【００７６】
これら第５および第６の実施の形態の光送受信装置におけるＳ／Ｎ比の計算は（２）式に準ずる。なお、図６および図７では、シャッタ５と受光素子４の両方を傾斜させる構成としたが、シャッタ５のみを傾斜させる構成としても良いし、受光素子４のみを傾斜させる構成としても良い。
【００７７】
図８は第７の実施の形態の光送受信装置の構成例を示す分解斜視図である。上述した第１〜第６の実施の形態の光送受信装置は、いずれも遮蔽手段としてシャッタを用いたが、この第７の実施の形態の光送受信装置１ｇは、レンズ６の半分を非透過色でコーティングすることで遮蔽手段としたしたものである。
【００７８】
第７の実施の形態の光送受信装置１ｇにおいて、発光素子２、光ファイバ３、受光素子４、レンズ６およびビームスプリッタ７の配置は、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００７９】
レンズ６は、光軸に対して発光素子２が設けられる側と反対側の半分に被覆部６ａが設けられる。この被覆部６ａは、レンズ６の表面を、例えば黒色でコーティングしたものである。これにより、レンズ６で光を通す部分の形状は半円形である。
【００８０】
次に、第７の実施の形態の光送受信装置１ｇの動作を説明する。光送受信装置１ｇから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００８１】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路のレンズ６には被覆部６ａが設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光は被覆部６ａで遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００８２】
また、発光素子２から出射した送信光の一部は被覆部６ａで遮蔽される。これにより、受光素子４へ戻る反射光となり得る光を光ファイバ３へ到達させないようにすることができる。
【００８３】
光送受信装置１ｇで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ６で集光され、ビームスプリッタ７を透過して、受光素子４に結合される。
【００８４】
ここで、受信光の一部も被覆部６ａにより遮蔽される。このため、光量が小さくなるので、信号光Ｓが小さくなってしまうが、クロストークＮがはるかに小さくなるので、Ｓ／Ｎ比は向上し、Ｓ／Ｎ＞１０を確保することができる。なお、Ｓ／Ｎ比の計算は（２）式に準ずる。
【００８５】
図９は第８の実施の形態の光送受信装置の構成例を示す分解斜視図である。この第８の実施の形態の光送受信装置１ｈは、レンズ６の一部を非透過色でコーティングすることで遮蔽手段としたしたものである。
【００８６】
第８の実施の形態の光送受信装置１ｈにおいて、発光素子２、光ファイバ３、受光素子４、レンズ６およびビームスプリッタ７の配置は、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００８７】
レンズ６は、中心部において、光軸に対して発光素子２が設けられる側と反対側に半円形の被覆部６ｂが設けられる。この被覆部６ｂは、レンズ６の表面を、例えば黒色でコーティングしたものである。これにより、レンズ６の中心付近の一部に、光を通さない部分が形成される。
【００８８】
次に、第８の実施の形態の光送受信装置１ｈの動作を説明する。光送受信装置１ｈから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ７で反射し、レンズ６に導入される。レンズ６は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００８９】
ここで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路のレンズ６の一部には被覆部６ｂが設けられているので、光ファイバ３の端面で反射した光は被覆部６ｂで遮蔽され、受光素子４へは戻らない。
【００９０】
ここで、レンズ６における光の強度分布を考えると、レンズ６の中心付近が大きくなる。このため、レンズ６の中心付近において、光ファイバ３の端面からの反射光を遮蔽することとすれば、クロストークの大部分は遮蔽でき、結果としてＳ／Ｎ＞１０を確保できる。なお、第８の実施の形態において、被覆部６ｂを円形としてもよい。この場合、信号光Ｓが小さくなるが、レンズ６の向きに制約がなくなり、組み立てコストを抑えることができる。また、被覆部の形状としては、光軸を挟んで発光素子２が設けられる側と反対側に、帯状のコーティングを施すこととしてもよい。
【００９１】
図１０は第９の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。この第９の実施の形態の光送受信装置１ｉは、半円形のレンズ１０を用いることで、発光素子２から出射した送信光が、光ファイバ３の端面で反射して受光素子４へ入射しないようにしたものである。
【００９２】
光送受信装置１ｉは、発光素子２から出射した送信光をビームスプリッタ１１で反射して光ファイバ３へ入射させるとともに、光ファイバ３から出射した受信光はビームスプリッタ１１を透過させて受光素子４へ入射させるものである。そして、発光素子２から出射した送信光を光ファイバ３の端面に集光するとともに、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光を集光するため、レンズ１０が設けられる。
【００９３】
レンズ１０は、光軸に対して発光素子２が設けられる側と反対側の半分がカットされた形状を有する。これにより、レンズ１０の形状は半円形である。また、ビームスプリッタ１１も、レンズ１０の光軸より、発光素子２が設けられる側と反対側に突出した部分をカットした形状とする。
【００９４】
次に、第９の実施の形態の光送受信装置１ｉの動作を説明する。光送受信装置１ｉから送信を行う場合は、発光素子２から送信光を出射する。発光素子２から出射した送信光は、ビームスプリッタ１１で反射し、レンズ１０に導入される。レンズ１０は発光素子２からの送信光を光ファイバ３へ集光する。
【００９５】
ここで、レンズ１０を半円形とすることで、発光素子２から出射した送信光のうち、光ファイバ３の端面で反射した光の経路にレンズ１０が存在しないので、光ファイバ３の端面で反射した光は集光されず、受光素子４へは戻らない。
【００９６】
また、ビームスプリッタ１１もレンズ１０の光軸より突出した部分をカットしているので、発光素子２から出射した送信光の一部はビームスプリッタ１１で反射することなく散乱する。これにより、受光素子４へ戻る反射光となり得る光を光ファイバ３へ到達させないようにすることができる。
【００９７】
光送受信装置１ｉで受信を行う場合は、光ファイバ３から拡散して出射してくる受信光はレンズ１０で集光され、ビームスプリッタ１１を透過して、受光素子４に結合される。
【００９８】
ここで、レンズ１０を半円形とすることで、受信光の一部もカットされることになり、信号光Ｓが小さくなってしまうが、クロストークＮがはるかに小さくなるのでＳ／Ｎ比が向上し、Ｓ／Ｎ＞１０を確保することができる。なお、Ｓ／Ｎ比の計算は（２）式に準ずる。なお、第９の実施の形態の光送受信装置１ｉでは、レンズ１０のみを半円形としてもよいが、レンズ１０を半円形とすることで、ビームスプリッタ１１の光軸より突出した側は不要となるので、この部分もカットすることで、光学部品の占有面積を少なくすることができる。
【００９９】
以上説明した第１〜第９の実施の形態の光送受信装置では、ビームスプリッタ法を用いることで、光ファイバの端面を送信用開口と受信用開口に分ける必要がないため、送信光の光ファイバの端面への入射位置合わせのトレランスが大きい。これにより、集積実装を行う必要がなく、図２に示すようなディスクリートな構造が可能となり、コストが低くなる。
【０１００】
また、送信光と受信光との光軸が同一であるため、光ファイバの端面近傍にレンズを配置することで、このレンズで送信光と受信光ともに集光でき、受信光の受光素子での結合効率、すなわち受信効率を高くすることができる。
【０１０１】
そして、第１〜第６の実施の形態の光送受信装置では、シャッタを設けることでクロストークを遮蔽するので、簡単な構造でＳ／Ｎ比を向上させた光送受信装置を提供できる。
【０１０２】
また、第７，第８の実施の形態の光送受信装置では、レンズをコーティングしてクロストークを遮蔽するので、少ない部品点数でＳ／Ｎ比を向上させた光送受信装置を提供できる。
【０１０３】
さらに、第９の実施の形態の光送受信装置では、レンズやビームスプリッタを一部をカットした形状としてクロストークを遮蔽するので、光学部品の占有面積が小さくなり、結果としてパッケージを小形にできるので、小型でＳ／Ｎ比を向上させた光送受信装置を提供できる。
【０１０４】
以上のことから、一芯双方向光ファイバ通信を行う光送受信装置において、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、かつ、このようにＳ／Ｎ比を向上させた光送受信装置を低コストで提供できる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムで用いられる光送受信装置において、送信光を出射する発光手段と、受信光を入射する受光手段と、光ファイバへの送信光を集光するとともに、受光手段への受信光を集光するレンズと、発光手段から出射された送信光を光ファイバへ導くとともに、光ファイバから出射した受信光を受光手段へ導く光路分離手段とを備え、発光手段で出射した送信光のうち、光ファイバの端面で反射して受光手段へ向かう光を遮蔽する遮蔽手段を設けたものである。
【０１０６】
これにより、発光手段から出射された送信光の一部は、光ファイバの端面で反射するが、この光ファイバの端面で反射した光は遮蔽手段で遮られ、受光手段へは戻らない。したがって、一芯双方向光ファイバ通信を行う光送受信装置において、簡単な構造でクロストークを低減することができる。
【０１０７】
また、本発明は、送信光を出射する発光手段と、受信光を入射する受光手段と、光ファイバへの送信光を集光するとともに、受光手段への受信光を集光するレンズと、発光手段から出射された送信光を光ファイバへ導くとともに、光ファイバから出射した受信光を受光手段へ導く光路分離手段とを備え、レンズの形状を、光軸を挟んで一方の半分がカットされた形状としたものである。
【０１０８】
これにより、発光手段で出射した送信光のうち、光ファイバの端面で反射して受光素子へ向かう光の経路にレンズが存在しないので、光ファイバの端部で反射した光は集光されず、受光手段へは戻らない。したがって、一芯双方向光ファイバ通信を行う光送受信装置において、やはり簡単な構造でクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態の光送受信装置の具体的な構成例を示す分解斜視図である。
【図３】第２の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図４】第３の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図５】第４の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図６】第５の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図７】第６の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図８】第７の実施の形態の光送受信装置の構成例を示す分解斜視図である。
【図９】第８の実施の形態の光送受信装置の構成例を示す分解斜視図である。
【図１０】第９の実施の形態の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図１１】一芯双方向光ファイバ通信を行う光通信システムの概略構成例を示す説明図である。
【図１２】
従来の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図１３】
従来の他の光送受信装置の概略構成例を示す平面図である。
【図１４】
クロストークの発生原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・光送受信装置、２・・・発光素子、３・・・光ファイバ、４・・・受光素子、５・・・シャッタ、６・・・レンズ、７・・・ビームスプリッタ、８・・・パッケージ、９・・・シャッタ、１０・・・レンズ、１１・・・ビームスプリッタ
【図１】
2004193894.tif 000003
【図２】
2004193894.tif 000004
【図３】
2004193894.tif 000005
【図４】
2004193894.tif 000006
【図５】
2004193894.tif 000007
【図６】
2004193894.tif 000008
【図７】
2004193894.tif 000009
【図８】
2004193894.tif 000010
【図９】
2004193894.tif 000011
【図１０】
2004193894.tif 000012
【図１１】
2004193894.tif 000013
【図１２】
2004193894.tif 000014
【図１３】
2004193894.tif 000015
【図１４】
2004193894.tif 000016