(57)【要約】【課題】小型化が容易であるとともに、構成が簡単なために調整作業が簡単で組立性に優れ、低コストで、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることと、しかも信頼性の高い発光部品モジュールを提供する。【解決手段】筒形ホルダ内に入射側から順に発光体と、レンズと、光ファイバとを備え、前記発光体からの出射光が前記レンズを介して前記光ファイバの端面から該光ファイバに入射するように構成された発光部品モジュールであって、前記発光体からの出射光を前記光ファイバ側へ全反射させる全反射面を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形ホルダ内に発光体と、レンズと、光ファイバとをこの備え、前記発光体からの出射光が前記レンズを介して前記光ファイバに入射するように構成された光モジュールにおいて、前記発光体は光源とその周囲に備えた透明体からなり、該透明体の周囲に光源からの出射光を光ファイバ側に反射させるための全反射膜を形成したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記透明体は、光ファイバに対向する部位に凸曲面状のレンズ部を有し、該レンズ部以外の側面部に前記全反射膜を形成することによって前記レンズ部から光が出射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記透明体のレンズ部からの出射光が、前記レンズで集束されて前記光ファイバに入射するように配置されていることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光源の光ファイバと反対側に全反射手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項５】
前記全反射膜がＡｌ、Ａｕ、ＳｉＯ、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２の少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記全反射膜の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記透明体が、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂の少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として発光体からの出射光が光ファイバに入射するように構成された光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの端面にＬＥＤ等の発光体を対向配置し、発光体からの出射光が光ファイバの端面から光ファイバに入射するように構成された発光部構造が知られている。また、ＬＥＤ等の発光体からの光は、広角度で出射するので、光ファイバに入射するのは出射光の一部となる。さらに、発光体と光ファイバの端面との間にレンズを設けたとしても、発光体、レンズ、光ファイバに心ずれがあったり、光軸方向における相対的位置が適切でなかったりすると、所期の入射光量が得られない問題がある。
【０００３】
そこで、図６のような光モジュールが提案された。この光モジュール１００は、ファイバプラグ１１１にファイバ１１０が挿入されている。レンズ体１１５はレンズ１１５ａがアクリル樹脂等の透明な合成樹脂で一体に形成されている。発光部１１３はレンズ体１１５ではなくＬＥＤソケット１１２に嵌合装着されている。ＬＥＤソケット１１２は、発光部１１３の透明体のレンズ部１１４が挿入される穴１１２ａが透明体のレンズ部１１４を囲繞するように設けられている。透明体のレンズ部１１４に対向する穴１１２ａの内周面１１２ａａには、光を反射しやすいように断面階段状に形成されて、反射面Ｓ１、Ｓ２が構成された光モジュールがしられている。
【０００４】
透明体のレンズ部１１４の光源は厳密な点光源でなく、実際にはある程度体積を有した光源４０であった。また、光源４０からの出射光には、レンズ１１５ａに向かう成分だけでなく、透明体のレンズ部１１４の外周方向（穴１１２ａの内周面１１２ａａ方向）へ向かう成分も少なからずあった。反射面Ｓ１、Ｓ２は、光源４０からの出射光をレンズ１１５ａ方向へ反射させるような傾斜面に形成されている。例えば、反射面Ｓ１、Ｓ２は、断面がそれぞれ２次放物線の一部を成すように形成されている。これにより、穴１１２ａを単に筒状に形成した場合に比し、穴１１２ａ内で減衰して無駄になる光量が減少し、ファイバ１１０への入射に活用される光量が増加された発光部品モジュールが知られている。
【０００５】
例えば、電子鍵盤装置の鍵やハンマの動作検出用に採用される発光部構造では、透明体から発した光が光ファイバに入射し、反射レンズ等を介して対応するフォトトランジスタ等の受光センサに入光するように構成され、押離鍵動作によって光路が遮られることで受光センサへの入光量が変化することを利用して、対応する鍵の押離鍵動作が検出される。
【特許文献１】特開２００３−３１５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ＬＥＤ等の発光体からの光は、広角度で出射するので、光ファイバに入射するのは出射光の一部となる。そこで、発光体と光ファイバの端面との間にレンズを設けて出射光を集光するようにして、光ファイバへの入射光量がある程度多くなり、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができている。ところが、ＬＥＤ等の発光体の光源は厳密な点光源でなく、ある程度体積を有した光源であり、またレンズにも収差があることから、出射光を確実に光ファイバに入射させることは容易でない。
【０００７】
また、発光体の外周方向へ向かう出射光は、そのままでは拡散して光ファイバに入射せず、あるいは発光体をガイド部材等で囲繞したとしても、ガイド部材内で減衰する等により、光ファイバにはほとんど入射することがない。そのため、発光体からの出射光の多くが無駄になる。
【０００８】
さらに、発光体と光ファイバの端面との間にレンズを設けたとしても、発光体、レンズ、光ファイバに心ずれがあったり、光軸方向における相対的位置が適切でなかったりすると、所期の入射光量が得られない。
【０００９】
図６に示す構造の光モジュールにおいても、反射面Ｓ３、Ｓ４は、断面がそれぞれ透明体のレンズ部１１４の光源方向へ形成していることによって、光源４０からの出射光をレンズ１１５ａ方向へ反射させることができない。これにより、反射面Ｓ３、Ｓ４からの反射光がファイバ端面１１０ｆａに入射させることなしに対して逆向方向に形成されているために入射光量が減少しにくく、ファイバ１１０への入射に活用される光量が増加されていない。そのため、この光モジュールの場合でも結合効率を向上が得られないことが確認された。
【００１０】
従って、出射光の集光効率を高めて光ファイバへの入射光量比を大きくすること、すなわち、発光体と光ファイバの結合効率を向上させる上で、改善の余地があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、小型化が容易であるとともに、構成が簡単なために調整作業が簡単で組立性に優れ、低コストで、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることで歩留まり良く容易に作製ができる、しかも信頼性の高い光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、筒形ホルダ内に発光体と、レンズと、光ファイバとをこの備え、前記発光体からの出射光が前記レンズを介して前記光ファイバに入射するように構成された光モジュールにおいて、前記発光体は光源とその周囲に備えた透明体からなり、該透明体の周囲に光源からの出射光を光ファイバ側に反射させるための全反射膜を形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記透明体は、光ファイバに対向する部位に凸曲面状のレンズ部を有し、該レンズ部位外の側面部に前記全反射膜を形成することによって前記レンズ部から光が出射するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記透明体のレンズ部からの出射光が、前記レンズで集束されて前記光ファイバに入射するように配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記光源の光ファイバと反射側に全反射手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記全反射膜がＡｌ、Ａｕ、ＳｉＯ、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２の少なくとも一種からなることを特徴とする。
【００１７】
また、前記全反射膜の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記透明体が、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂の少なくとも一種からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、軸方向における適切な相対的位置と光軸の合致が確保されるので、ファイバ保持体に光ファイバを適当な軸方向位置で保持させれば、発光体からの出射光を適切な入射角度で効率よく光ファイバの端面に入射させることができる。よって、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
図１に示すように、光モジュール５０は、ファイバプラグ１１１、ファイバ２１、筒形ホルダを成すＬＥＤソケット１１２、レンズ体１１５、レンズ１１５ａ、発光体１１３を組み付けて成る。図２は発光体１１３の拡大図である。
【００２２】
ファイバプラグ１１１にファイバ２１が挿入される。ファイバ２１の中心軸は光軸に対してファイバプラグ１１１内に斜めに設定される。レンズ体１１５はレンズ１１５ａが一体形成され、アクリル樹脂等の透明な合成樹脂から成る。ＬＥＤソケット１１２は、ＡＢＳ（アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体）等で一体に形成される。ＬＥＤソケット１１２の貫通孔１３の中央部にレンズ体１１５が配置され、一方端に上記ファイバプラグ１１１が、他方端には発光体１１３がそれぞれ嵌合装着される。
【００２３】
発光体１１３は、光源４０とその周囲を覆う透明体１５からなり、上記光源４０は厳密な点光源でなく、実際にはある程度の体積を有している。前記光源４０からの出射光１９を集束させるために透明体１５にはレンズ部１５ａを有しており、該レンズ部１５ａは、球面状、双曲線形状、楕円曲線形状等に沿う凸曲面形状に形成されている。この透明体１５はエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂から選択する１種以上などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられ、上記レンズ部１５ａ以外の側面に全反射膜１４が形成されている。
【００２４】
ここで、上記全反射膜１４が形成されていることにより、光源４０からの出射光は、光軸３０方向を中心として出射光１６、１８の範囲が直線的に出射し、レンズ１１５ａで集光されて光ファイバ２１に入射する。このとき、全反射膜１４の形成範囲を調整することによって、出射光１６，１８間の見込角度２０を調整し、光ファイバ２１に最も効率よく入射するようにすればよい。この見込角度２０は例えば２５°以下と設定しておけばよい。
【００２５】
また、光源４０からの出射光には、レンズ１１５ａに向かう成分だけでなく、透明体１５の側面方向へ向かう成分もあるが、このような出射光１７は全反射膜１４で反射してレンズ部１５ａから出射することとなる。即ち、透明体１５のレンズ部１５ａ以外の側面に全反射膜１４を設けることによって、光源４０からの出射光１６と出射光１８の範囲以外の出射光１７が、全反射膜１４より反射して出射され、無駄になることがない。
【００２６】
その結果、レンズ１１５ａを透過した出射光２８がファイバ２１へ入射する光量が増加する。
【００２７】
上記透明体１５の側面に形成する全反射膜１４は全反射単層膜又は全反射多層膜で形成する。例えば、全反射膜１４をアルミニウム、金等の金属膜と非金属膜の多層膜で形成したり、全反射膜１４としてＡｌ、Ａｕ、ＳｉＯ、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２の少なくとも一種を用いることが好ましい。全反射膜１４は、紫外、可視そして赤外領域の広い範囲で高い反射率を持ち、信頼性の高い膜を用いる。
【００２８】
また、前記全反射膜１４の反射率を高めるために、誘電体の多層膜とし、厚さが１〜１００ｎｍの範囲で、波長範囲が５００〜８５０ｎｍで全反射率が９９．５％以上とすることが好ましい。この範囲にすることにより、全反射膜１４の膜面の強度が強く、クリーニングに耐えられることと、光源４０から強い出射光を出射することができる。
【００２９】
図３は図１の光ファイバ２１の端面部分の拡大図である。図３において、コア２１ａ、クラッド２１ｂおよびファイバ端面近傍空問２１ｄの屈折率を次のごとく定義する。
【００３０】
ｎ１：コア２１ａの屈折率
ｎ２：クラッド２１ｂの屈折率（ｎ１＞ｎ２）
ｎ３：ファイバ端面近傍空問２１ｄの屈折率
光源４０からの出射光１９が光ファイバ２１に対してブルースター角で入射するので、入射角Θｂは数１で表される。
【数１】
2005215220.tif 000003
【００３１】
また、屈折の法則から、
【数２】
2005215220.tif 000004
【００３２】
である。さらにまた、光源４０からの出射光１９と光ファイバ２１の結合効率を高めるために、光源４０からの出射光１９は光ファイバ２１の中心軸に沿う必要がある。従って、光ファイバ２１の中心軸に対する端面２１ｃの角度Θｚは数３で表わせる。
【数３】
2005215220.tif 000005
【００３３】
このように、屈折率ｎ１、ｎ２およびｎ３が与えられると、数１〜３から、光源４０からの入射角（Θｂ）、ファイバ２１ｃの切断角度（Θｚ）、および光ファイバ２１の光源４０の光軸３０に対する角度（Θｂ−Θａ）は一義的に定まる。これにより、逆に、光源４０から出射する出射光１９がコア２１ａの中心部に入射するためには、光軸３０とのなす角度がΘｃ＝Θｂ−Θａとなるように配置するのが良いことが分かる。
【００３４】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す斜視概略図である。また図５に発光体１１３の拡大図を示す。図４の光モジュール６０において、図１の光モジュール５０と同一な構成について同一の参照番号を付しており、図１と異なる点は、発光体１１３における光源４０の光ファイバ２１と反対側に全反射手段２４を配置してある。
【００３５】
前記全反射手段２４は、凹曲面状に形成した全反射膜１４ｂからなり、光源４０から後方に出射した出射光２５、２６を反射させることができる。前記全反射膜１４ｂの形状としては、凹レンズ形状さらには、双曲線形状、楕円形状、球面形状やそれらを複数組み合わせた形状に形成される。
【００３６】
これによって、光源４０から後方に出射された出射光２５、２６についても全反射膜１４ｂで反射させて前方方向の出射光２７とすることができ、光源４０からの出射光が無駄なく光ファイバ２１へ結合する事ができることで歩留まりが向上する。
【００３７】
以上のように、本発明の実施形態によれば、発光体１１３における透明体１５側面方向へ散乱する出射光が全反射膜１４で反射し、レンズ１１５ａを透過して光ファイバ２１側へ導かれ、適切な入射角で光ファイバ２１に入射するので、入射光量を増加させることができる。
【実施例】
【００３８】
本発明実施例として図１の光モジュール５０を作成した。
【００３９】
光モジュール５０は、ファイバプラグ１１１、光ファイバ２１、筒形ホルダを成すＬＥＤソケット１１２、レンズ体１１５、発光体１１３を組み付けて構成した。
【００４０】
発光体１１３を構成する透明体１５のレンズ部１５ａを除く側面に全反射膜１４が形成されている。ここで、光軸３０方向を中心として透明体１５のレンズ部１５ａから直線的に出射する出射光１６、１８間の見込角度２０は約２５°に設定した。
【００４１】
全反射膜１４はアルミニウムの全反射膜とした。透明体１５の側面にアルミニウムを真空蒸着し、保護膜としてＭｇＦ２をオーバーコートしている。可視光域から近赤外線の波長について反射率がほぼ一定で使い易くしかも保護膜としてＭｇＦ２層を備えているため反射率は可視光線域から近赤外線の範囲で約９９．５％であった。
【００４２】
次に、光ファイバ２１の端面部分に数１〜数３を利用して切断角を形成した。ここでコア２１ａの屈折率が１．４６１、入射角Θｂを光ファイバ２１の端面２１ｃの切断角度Θｚ、例えば８度とすると、数２により入射角Θｂが得られるので、入射光線と光軸３０とのなす角度Θｃが１１．８度となる。
【００４３】
一方、光ファイバ２１の端面２１ｃとレンズ１１５ａの両面に対空気反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２）を施した。なお、これら反射防止膜は、波長は可視光線域から近赤外線で最適化した。
【００４４】
一方、比較例として図６の光モジュール１００を作製した。ファイバプラグ１１１、ファイバ１１０、筒形ホルダを成すＬＥＤソケット１１２、レンズ体１１５、発光体１１３を組み付けて構成した。光ファイバ１１０の端面１１０ｆａはフラットで、かつ対空気反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２）を施した。同様にレンズ１１５ａの両面にも形成した。光源４０に対向する貫通孔１１２ａの内周面１１２ａａには、光を反射しやすいように蒸着処理が施され、断面階段状に反射面Ｓ１、Ｓ２を形成し、光モジュール１００を完成させた。
【００４５】
本発明実施例と比較例の光部品モジュール５０、１００のサンプルをそれぞれ１１個作製し、それらについて光学特性（結合効率）を測定した。光学特性の測定条件は、光波長λ０を６７０ｎｍ、ＬＥＤの光出力強度を０ｄＢｍまたは１ｍＷで行った。
【００４６】
測定系には、Ａｇｉｌｅｎｔ社のＡｇｉｌｅｎｔ８６１４２Ｂ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｉｚｅｒとして、固定レーザ光源モジュール（ＬＥＤ）として光パワー・センサ・モジュール（光波長λｏを６７０ｎｍ）を使用して測定を行った。
【００４７】
以上の測定条件で本発明の実施例、比較例の光学デバイスの光学特性評価結果を表１に示す。
【表１】
2005215220.tif 000006
【００４８】
これにより、本発明の実施例の１１個の結合効率の平均は、０．１０ｄＢであった。また、比較例の１１個の結合効率の平均は、０．２２ｄＢであった。したがって、本発明実施例は、比較例よりも十分に良好な光学特性を有し、それらの値も安定していることが確認できた。
【００４９】
比較例では、光を反射しやすいように断面階段状に形成されて、反射面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とＳ４が構成されているが、全ての反射面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から反射光がファイバ２１に入射することがないため、結合効率を向上させることができなかった。
【００５０】
以上の結果から明らかな様に、透明体１５の側面に全反射薄膜１４を構成したことと、光ファイバ２１の端面に切断角を形成したことで、光源４０より出射した光が光ファイバ２１のコア２１ａ内に入射する際、安定したと光結合特性を一層向上させることができた。さらに、光結合特性のばらつきが小さく信頼性が高い発光部品モジュールを実現した。また、本発明による光モジュールでは、光源４０と光ファイバ２１の端面２１ｃに切断角の角度調整の精度が確保されているため、光学特性は良好でありかつ安定していることが実現した。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の光モジュールを示す断面図である。
【図２】図１の発光体を示す拡大図である。
【図３】図１の光ファイバ端面部分を示す拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】図４の発光体を示す拡大図である。
【図６】従来の光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１３、１１２ａ：貫通孔
１４、１４ｂ：全反射膜
１５、１１４：透明体
１６、１７、１８、１９、２５、２６、２７、２８：出射光
２０：見込角度
２１、１１０：光ファイバ
２１ａ：コア
２１ｂ：クラッド
２１ｃ：先端面
２１ｄ：空問
２４：全反射手段
３０：光軸
４０：光源
１１１：ファイバプラグ
１１２：ＬＥＤソケット
１１３：発光体
１１５：レンズ体
１１５ａ：レンズ
【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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