(57)【要約】【課題】  筐体に収容された光源と光ファイバとの結合効率を向上させることのできる光結合モジュールを提供する。【解決手段】  光結合モジュール１は、光源としてのＬＥＤチップ２３と、該ＬＥＤチップ２３を収容する内部空間１２を有する筐体１０とから構成される。筐体１０の側面１４ｄには、光ファイバ２０の入射端面２１が臨む開口１１が形成されている。また筐体１０の下面１３ａ、上面１３ｂ、側面１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは、全て銀メッキされた鏡面反射面である。ＬＥＤチップ２３は指向角が広く、ＬＥＤチップ２３から入射端面２１の方向へ発せられた光に加え、ＬＥＤチップ２３から側面１４ｂの方向へ発せられて、側面１４ｂで反射された光も光ファイバ２０へ導入される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有することを特徴とする光結合モジュール。
【請求項２】
前記光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の光結合モジュール。
【請求項３】
前記ＬＥＤが透明基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の光結合モジュール。
【請求項４】
前記光源が、前記光ファイバの光軸方向に直線状に配設された複数個のＬＥＤからなることを特徴とする請求項２または３に記載の光結合モジュール。
【請求項５】
前記光源から発せられる光に対して透明であり、かつ空気の屈折率に比べ前記光ファイバの屈折率に近い屈折率を有する樹脂が前記筐体の内部に充填されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光結合モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から発せられた光を光ファイバへ結合する光結合モジュール、特に筐体内に光源を収納する光結合モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光源から発せられる光を光ファイバに結合する光結合モジュールは種々のタイプのものが使用されている。光源としては、小型で安価なＬＥＤ等の発光素子が使用されることが多くなってきている。通常、ＬＥＤは四方八方へ光を射出するものであり、例えば面発光型のＬＥＤであっても、発光面に対して垂直な方向のみならず、多方向に光が発せられる。このため、反射部を備え、これらの多方向へ発せられる光を効率よく光ファイバへ導入する光結合モジュールが提案されている。
【０００３】
また光結合モジュールの小型化かつ低価格化を目的として、光源を収容する筐体そのものを反射部として使用するモジュールも提案されている（例えば特許文献１または特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−１１３５２７号公報
【特許文献２】特開平５−１９０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載される光結合モジュールでは、ＬＥＤを保持する筐体の一端に光源が取り付けられ、他の一端に光ファイバの入射端が取り付けられ、中央に乱反射面からなる光散乱部が設けられているため、ＬＥＤから光ファイバの入射端の方向へ発せられた光は直接光ファイバへ導入されるが、他の方向へ発せられた光は散乱反射面で反射された後、一部が光ファイバへ導入される。散乱反射面では、光は多方向へ散乱されるため、散乱反射面で散乱された光、すなわち光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が光ファイバへ導入される割合は少なく、結合効率がさほど向上しないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２に記載される光結合モジュールでは、光源が配置された光散乱反射部と光ファイバの入射端が配置された鏡面反射部とから筐体が構成され、ＬＥＤから光ファイバ入射面の方向へ発せられた光は直接光ファイバへ導入され、他の方向へ発せられた光は、鏡面反射面および乱反射面、あるいは乱反射面により散乱されて、一部が光ファイバへ導入される。このため、やはり光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が光ファイバへ導入される割合は少なく、結合効率がさほど向上しないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みて、筐体に収容された光源と光ファイバとの結合効率を向上させることのできる光結合モジュール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】
【０００７】
本発明による光結合モジュールは、光を発する光源と、
該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有することを特徴とするものである。なお、ここで「鏡面反射面」とは光を正反射する反射率が８０％以上となる面を意味している。
【０００８】
前記光源は、ＬＥＤであってもよい。また、このＬＥＤは、透明基板上に形成されたものであってもよい。
【０００９】
前記光源は、前記光ファイバの光軸方向に直線状に配設された複数個のＬＥＤからなるものであってもよい。
【００１０】
上記光モジュールは、前記光源から発せられる光に対して透明であり、かつ空気の屈折率に比べ前記光ファイバの屈折率に近い屈折率を有する樹脂が前記筐体の内部に充填されているものであってもよい。なお、樹脂の屈折率は光ファイバの屈折率に近いことが好ましく、ほぼ同等であれば一層好ましい。樹脂としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。また、樹脂は少なくとも光ファイバの入射端面と光源の間に充填されている必要があり、また内部区間全体に充填されていることが一層好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による光結合モジュールは、光を発する光源と、該光源を収容し、光ファイバの入射端面が臨む開口を有し、該開口と相対する内面が前記光源から発せられる光を正反射する鏡面反射面からなる筐体とを有しているため、光源から光ファイバの入射端の方向以外の方向へ発せられた光の一部が鏡面反射面で反射された後、乱反射面で反射されることなく、光ファイバへ導入される。鏡面反射面では光は正反射するため、光ファイバの入射端の方向以外へ発せられた光が効率よく光ファイバへ導入され、光源と光ファイバ間の結合効率が向上する。なお、筐体の内面を鏡面反射面とするために、筐体内に別個に鏡面反射部を配設する必要がなく、光結合モジュールの大型化および構造の複雑化を招くことがない。
【００１２】
光源としてＬＥＤを使用する場合には、低価格な光結合モジュールを提供することができる。また光源として、透明基板上に形成されたＬＥＤを使用する場合には、鏡面反射面で反射した光がＬＥＤの基板により吸収または散乱される割合が減少し、さらに結合効率を向上することができる。
【００１３】
光源が光ファイバの光軸方向に直線状に配設された複数個のＬＥＤからなるものであれば、より多くの光を光ファイバへ導入することができる。
【００１４】
また、一般に屈折率の異なる媒質間の反射率は屈折率の差が大きくなると大きくなる。このため、屈折率差を減らせば反射率が減少する。本発明による光結合モジュールにおいて、光源から発せられる光に対して透明であり、かつ空気の屈折率に比べ光ファイバの屈折率に近い屈折率を有する樹脂が前記筐体の内部に充填されている場合であれば、光ファイバの入射端面における光の反射率が低減し、一層結合効率が向上する。なお、この樹脂が筺体の内部区間全体に充填されている場合には、光源や光ファイバの入射端が樹脂により確実に固定され、光源の位置ずれや光ファイバの脱落などを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態である光結合モジュールの一部破断平面図、図２は図１に示す２−２線における断面図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、この光結合モジュール１は、光ファイバ２０が取り付けられている開口部１１を有する筐体１０と、該筐体１０の内部空間１２内に収容されているＬＥＤチップ２３と、内部空間１２の空き空間に充填されている樹脂２４とから構成されている。筐体１０の外形は、縦５２０μｍ、横５５０μｍ、高さ３１０μｍの四角柱形状であり、その内部には、縦３２０μｍ、横３５０μｍ、高さ１１０μｍの四角柱形状の内部空間１２が設けられている。筐体１０の側面の１つには直径１１０μｍの円形の開口部１１が中央に形成されている。また内部空間１２は、図１および図２に示すように、下面１３ａ、上面１３ｂ、側面１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄにより構成されている。なお、側面１４ｄには、上記開口部１１が設けられている。また内部空間１２を構成する面１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
【００１７】
光ファイバ２０のクラッド径は１１０μｍであり、コア径は１００μｍである。光ファイバ２０は、先端の入射端面２１が側面１４ｄから筐体１０の内部空間１２へ３０μｍ突出するように開口部１１に取り付けられている。
【００１８】
ＬＥＤチップ２３は、透明基板であるサファイア基板上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤであり、チップサイズは縦２６０μｍ、横２６０μｍ、高さ６０μｍである。ＬＥＤチップ２３は、その中心位置が、側面１４ａおよび側面１４ｂから１６０μｍ離れた所に位置し、かつチップの側面が各側面１４ａ〜１４ｄと平行になるように、下面１３ａ上に配置されている。不図示のアノード電極およびカソード電極がＬＥＤチップ２３の表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
【００１９】
ＬＥＤチップ２３から発せられた光を光ファイバ２０へ結合する際には、ＬＥＤチップ２３から発せられた光のうち、光ファイバ２０の入射端面２１の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ２０へ導入される。また側面１４ｂの方向へ発せられた光は、側面１４ｂにより鏡面反射し、ＬＥＤチップ２３を透過して、光ファイバ２０へ導入される。また、ＬＥＤチップ２３から他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ２０へ導入される。なお、樹脂２４は、ＬＥＤチップ２３から発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ２０のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。このため、ＬＥＤチップ２３から発せられた光は樹脂２４ではほとんど吸収されず、また光ファイバ２０の入射端面２１における反射率も小さな値となる。
【００２０】
これらの構成により、光結合モジュール１では、直接光ファイバ２０へ導入される光に加え、側面１４ｂで鏡面反射された光も光ファイバ２０へ導入されるため、光源であるＬＥＤチップ２３と光ファイバ２０との結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてＬＥＤチップ２３を用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、ＬＥＤチップ２３が透明基板上に形成されているため、筐体１０内で鏡面反射された光がＬＥＤチップ２３の基板により吸収または散乱されることが少なく、結合効率がさらに向上する。
【００２１】
なお、樹脂２４が筐体１０の内部空間１２の空き空間に充填されているため、光ファイバ２０の入射端面２１における反射率が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂２４が筺体１０の内部区間１２全体に充填されているため、ＬＥＤチップ２３および光ファイバ２０の入射端面２１が樹脂２４により確実に固定され、ＬＥＤチップ２３の位置ずれや光ファイバ２０の入射端面２１の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂２４としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、各面１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ２０の入射端面２１の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
【００２３】
次に、図３および図４を用いて、本発明の第２の実施の形態である光結合モジュール２について説明する。図３は光結合モジュール２の一部破断平面図、図４は図３に示す４−４線における断面図である。
【００２４】
図３および図４に示すように、光結合モジュール２は、光ファイバ２０が取り付けられている開口部３１を有する筐体３０と、該筐体３０の内部空間３２内に収容されている３つのＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと、内部空間３２の空き空間に充填されている樹脂３５から構成されている。筐体３０の外形は、縦５２０μｍ、横１１４０μｍ、高さ３１０μｍの四角柱形状であり、その内部には、縦３２０μｍ、横９４０μｍ、高さ１１０μｍの四角柱形状の内部空間３２が設けられている。筐体３０の側面の１つには直径１１０μｍの円形の開口部３１が中央に形成されている。また内部空間３２は、図３および図４に示すように、下面３３ａ、上面３３ｂ、側面３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび３４ｄにより構成されている。なお、側面３４ｄには、開口部３１が設けられている。また内部空間３２を構成する面３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび３４ｄは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
【００２５】
光ファイバ２０のクラッド径は１１０μｍであり、コア径は１００μｍである。光ファイバ２０は、先端の入射端面２１が側面３４ｄから３０μｍ突出するように開口部３１に取り付けられている。
【００２６】
ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃは、透明基板であるサファイア基板上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤであり、チップサイズは縦２６０μｍ、横２６０μｍ、高さ６０μｍである。ＬＥＤチップ４１ａは、その中心位置が、側面３４ａおよび側面３４ｂから１６０μｍ離れた所に位置するように、下面３３ａ上に配置されている。ＬＥＤチップ４１ｂは、その中心位置が、側面３４ｂから４５０μｍ離れ、側面３４ａから１６０μｍ離れた所に位置するように、下面３３ａ上に配置されている。ＬＥＤチップ４１ｃは、その中心位置が、側面３４ｂから７３０μｍ離れ、側面３４ａから１６０μｍ離れた所に位置するように、下面３３ａ上に配置されている。各ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃは、不図示のアノード電極およびカソード電極が表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
【００２７】
各ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから発せられた光を光ファイバ２０へ結合する際には、各ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから発せられた光のうち、光ファイバ２０の入射端面２１の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ２０へ導入される。また側面３４ｂの方向へ発せられた光は、側面３４ｂにより鏡面反射し、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを透過して、光ファイバ２０へ導入される。また、各ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ２０へ導入される。
【００２８】
樹脂３５は、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ２０のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。
【００２９】
これらの構成により、光結合モジュール２では、直接光ファイバ２０へ導入される光に加え、側面３４ｂで鏡面反射された光も光ファイバ２０へ導入されるため、光源であるＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと光ファイバ２０との結合効率を向上させることができる。
【００３０】
また、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを収容する筐体３０の内面を反射鏡面とする簡易な構造により、結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃが透明基板上に形成されているため、筐体３０内で鏡面反射された光がＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃにより吸収または反射されることが少なく、結合効率が一層向上する。なお、樹脂３５が筐体３０の内部空間３２の空き空間に充填されているため、光ファイバ２０の入射端面２１における反射が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂３５が筺体３０の内部区間３２全体に充填されているため、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃや光ファイバ２０の入射端面２１が樹脂３５により確実に固定され、ＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃの位置ずれや光ファイバ２０の入射端面２１の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂３５としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
【００３１】
また筐体３０内に３つのＬＥＤチップ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃが収容されているため、より多くの光を光ファイバ２０へ導入することができる。なお、筐体およびＬＥＤチップのサイズにより、収納するＬＥＤチップの数は適宜増減することができる。また、ＬＥＤチップを上下反転させて上面３３ｂへも固定して、下面３３ａへ固定したＬＥＤチップと上面３３ｂへ固定したＬＥＤチップの両者から発せられる光を光ファイバへ導入してもよい。ＬＥＤチップの高さに対して光ファイバのコア系が大きい場合には、このような配置により、一層多くの光を光ファイバへ導入することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、各面３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび３４ｄは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ２０の入射端面２１の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
【００３３】
次に、図５および図６を用いて、本発明の第３の実施の形態である光結合モジュール３について説明する。図５は光結合モジュール２の一部破断平面図、図６は図５に示す６−６線における断面図である。
【００３４】
図５および図６に示すように、この光結合モジュール３は、光ファイバ６０が取り付けられている開口部５１を有する筐体５０と、該筐体５０の内部空間５２内に収容されているＬＥＤチップ２３と、内部空間５２の空き空間に充填されている樹脂５５とから構成されている。筐体５０の外形は、縦５２０μｍ、横３５０μｍ、高さ５２０μｍの四角柱形状であり、その内部には、縦３２０μｍ、横１５０μｍ、高さ３２０μｍの四角柱形状の内部空間５２が設けられている。筐体５０の側面の１つには直径２６０μｍの円形の開口部５１が中央に形成されている。また内部空間５２は、図５および図６に示すように、下面５３ａ、上面５３ｂ、側面５４ａ、５４ｂ、５４ｃおよび５４ｄにより構成されている。なお、側面５４ｄには、上記開口部５１が設けられている。また内部空間５２を構成する面５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃおよび５４ｄは全て銀メッキが施された鏡面反射面である。
【００３５】
光ファイバ６０のクラッド径は２６０μｍであり、コア径は２３０μｍである。光ファイバ６０は、先端の入射端面６１が側面５４ｄから筐体５０の内部空間５２へ５０μｍ突出するように開口部５１に取り付けられている。
【００３６】
ＬＥＤチップ２３は、透明基板であるサファイア基板上に形成されたＧａＮ系のＬＥＤであり、チップサイズは縦２６０μｍ、横２６０μｍ、高さ６０μｍである。図５および図６に示すように、ＬＥＤチップ２３は、基板側が側面５４ｂに接するように透明な接着剤により固定されている。その中心位置は、側面５４ａの中心と一致するように配置されている。不図示のアノード電極およびカソード電極がＬＥＤチップ２３の表面に形成され、不図示の配線により電源に接続されている。
【００３７】
ＬＥＤチップ２３から発せられた光を光ファイバ６０へ結合する際には、ＬＥＤチップ２３から発せられた光のうち、光ファイバ６０の入射端面６１の方向へ発せられた光は、直接光ファイバ６０へ導入される。また側面５４ｂの方向へ発せられた光は、側面５４ｂにより鏡面反射し、ＬＥＤチップ２３を透過して、光ファイバ６０へ導入される。また、ＬＥＤチップ２３から他の方向へ発せられた光の一部も、重複反射され、光ファイバ６０へ導入される。なお、樹脂５５は、ＬＥＤチップ２３から発せられる光に対して透明であり、かつ光ファイバ６０のコアの屈折率にほぼ等しい屈折率を有している。このため、ＬＥＤチップ２３から発せられた光は樹脂５５ではほとんど吸収されず、光ファイバ６０の入射端面６１における反射率も小さな値となる。
【００３８】
これらの構成により、光結合モジュール３では、ＬＥＤチップ２３の表面から射出されて直接光ファイバ６０へ導入される光に加え、ＬＥＤチップ２３の裏面から射出されて側面５４ｂで鏡面反射された光も光ファイバ６０へ導入されるため、光源であるＬＥＤチップ２３と光ファイバ６０との結合効率を向上させることができる。さらに、光源としてＬＥＤチップ２３を用いたため、安価な光結合モジュールを提供することができる。また、ＬＥＤチップ２３が透明基板上に形成されているため、筐体５０内で鏡面反射された光がＬＥＤチップ２３の基板により吸収または散乱されることが少なく、結合効率がさらに向上する。なお、樹脂５５が筐体１０の内部空間５２の空き空間に充填されているため、光ファイバ６０の入射端面６１における反射率が減少し、結合効率が一層向上する。また、樹脂５５が筺体１５０の内部区間５２全体に充填されているため、ＬＥＤチップ２３および光ファイバ６０の入射端面６１が樹脂５５により確実に固定され、ＬＥＤチップ２３の位置ずれや光ファイバ６０の入射端面６１の位置ずれあるいは脱落が防止される。なお、樹脂５５としては、具体的には、シリコーン系やアクリレート系の樹脂等を挙げることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、各面５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃおよび５４ｄは、平面から構成されているが、これに限定されるものではなく、各面として曲面を用いることもできる。曲面を用いる場合には、これらの面で反射された光が、光ファイバ６０の入射端面６１の方向へ反射するように、曲面の形状を決定することが好ましい。
【００４０】
なお、各実施の形態において、ＬＥＤチップとしては、フェイスアップ構造のＬＥＤチップを用いてもよいし、あるいはフェイスダウン構造のＬＥＤチップを用いてもよい。また筐体としては、一体形成された筐体を用いてもよいし、あるいはＬＥＤチップを配置した基板と該基板の上に設けられたカバー等を組み合わせて形成される筐体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態である光結合モジュールの一部破断平面図
【図２】光結合モジュールの断面図
【図３】第２の実施の形態である光結合モジュールの一部破断平面図
【図４】光結合モジュールの断面図
【図５】第３の実施の形態である光結合モジュールの一部破断平面図
【図６】光結合モジュールの断面図
【符号の説明】
【００４２】
１、２、３          光結合モジュール
１０、３０、５０    筐体
１１、３１、５１    開口
１２、３２、５２    内部空間
１３ａ、３３ａ、５３ａ    下面
１３ｂ、３３ｂ、５３ｂ    上面
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  側面
２０、６０          光ファイバ
２３、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ      ＬＥＤチップ
２４、３５、５５          樹脂
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ  側面
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ  側面
【図１】
2005148115.tif 000003
【図２】
2005148115.tif 000004
【図３】
2005148115.tif 000005
【図４】
2005148115.tif 000006
【図５】
2005148115.tif 000007
【図６】
2005148115.tif 000008