(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦという）と受光素子及び発光素子を光学的に結合する装置において、その構造がＰＯＦ用２芯型の接続部品、信号光を誘導する導光体部品及び受光素子と発光素子とを備えた受発光部品より構成されており、接続部品、導光体部品及び受発光部品とが結合一体化され、
導光体部品は反射面で囲まれた受光側導光路及び反射面で囲まれた発光側導光路を備え、
受発光部品は回路基板を備え、
回路基板に受光素子及び発光素子が設けられ、更に回路基板に受光側導光路端面から受光素子へ信号を導くために加工された孔である受光側通光孔及び発光素子から発光側導光路端面へ信号を導くために加工された孔である発光側通光孔を備え、
受光素子及び発光素子は回路基板にフリップ搭載され、かつ、
回路基板には受光素子の受光部への信号光を導く通光孔及び発光素子の発光部から信号光を導く通光孔が加工されていることを特徴とするＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【請求項２】
受光側導光路が、反射面で囲まれ、受光素子側に向けて先細りとなる回転楕円体、回転放物体又は円錐台の形状をなし、かつ受光側導光路端面の大きさは導光路のＰＯＦ側端面寸法がＰＯＦ端面寸法以上で、受光素子側端面寸法が受光素子の受光部寸法以下であることを特徴とする請求項１に記載のＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【請求項３】
発光側導光路が、反射面で囲まれ、発光素子側に向けて先細りもしくは平行となる回転楕円体、回転放物線、円錐台又は円柱形状をなし、かつ発光側導光路端面の大きさは導光路の発光素子側端面寸法が発光素子の発光部寸法以上で、ＰＯＦ側端面寸法がＰＯＦ端面寸法以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【請求項４】
受光側導光路及び発光側導光路の内部に、光透過体が充填されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【請求項５】
受発光部品が、受光素子、発光素子及びドライバー又はアンプからなる関連素子を複合化した構造を有することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【請求項６】
光透過体が、屈折率１．３０から１．６０で、硬さＪＩＳ（Ａ型）が５３度以下の特性を有するシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂及び熱可塑性樹脂から選択される一の透明樹脂であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＰＯＦ通信用２芯型受発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を利用する光通信用の接続部品付き受発光装置に係わり、信号光の入出射効率に優れ且つ光伝送時の接続損失を低減する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＯＦを用いた光通信の受発信システムは、ＰＯＦによる光信号伝送路に受信系及び発信系を備えている。一般的には２本のＰＯＦを使用し受発信を行う２芯型が主流であり、受発光装置には受発光素子が搭載されており発光素子より信号光を発信し受光素子にて信号光を受信する。一方の受発光装置の発光素子より発した信号光をＰＯＦを経由し他方の受光素子に光学接続させ互いに信号光の交信を行うものである。発光素子としてはレーザ（ＬＤ、ＶＣＳＥＬ）やダイオード（ＬＥＤ、ＲＣ−ＬＥＤ）、受光素子としてはダイオード（ＰＤ）等が主に使用される。受発光素子又は受発光部品の入手先としては、日本電気、日立製作所、東芝、ソニー、松下電器産業、浜松ホトニクス、インフィニオン、ヒューレットパッカード等を挙げることができる。
【０００３】
このような光通信システムにおける受発信性能は信号光の入出射効率及び伝送効率に大きく影響される。現在の受発光装置は、極細線の石英ファイバ（数μｍ径）を想定したもので数百μｍの径を持つＰＯＦにとっては信号光を有効に入出射し難い構造となっている。
【０００４】
現在の受発光装置は、石英ファイバと受発光素子との間にレンズを介在させるものである。しかし、これは精密接続が必要でコストが高く汎用性に乏しいだけでなく、ＰＯＦに適用した場合にはレンズ面での反射により大きな接続損失を生じる問題を抱えていた。
【０００５】
又、ＰＯＦ用の接続部品を標準化する動きが活発となっている。個別企業、日本又は世界のレベルで標準化する運動が行われている（家電会社、日本電子機械工業会、ＰＯＦコンソーシアム）。
【０００６】
本発明者は、光通信システムの接続損失を低減するため、光ファイバと受発光素子との間に反射面で囲まれた導光路を有する導光体を介在させる結合構造（レンズレス結合、特開平１０−２２１５７３、特開平１０−２２１５７４）を提案している。
【０００７】
本発明者は、さらなる実用化検討を鋭意行ない、市販の接続部品を使用した場合でも入出射光制御型導光体部品を介在させることにより効率的なＰＯＦ通信を可能にする方法を見い出したものである。市販の接続部品、効率的な導光体部品及び受発光部品を一体化し、ＰＯＦと接続することにより信号光の伝送損失の少ないレンズレス接合を実現したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、信号光の入出射効率が良く接続損失の少ないＰＯＦ通信用２芯型受発光装置を提供するものである。現在の受発光装置及び接続装置は産業用途（石英ファイバ）を前提に開発されており、民生用途（ＰＯＦ）の低コストで簡便な汎用製品の開発が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、市販の接続部品に高効率の導光体部品及び受発光部品を一体化したＰＯＦ通信用２芯型受発光装置であり、各部品の光軸が一致しており各部品の端面が密着している。即ち、本願発明の要旨は、プラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦという）と受光素子及び発光素子を光学的に結合する装置において、その構造がＰＯＦ用２芯型の接続部品、信号光を誘導する導光体部品及び受光素子と発光素子とを備えた受発光部品より構成されており、接続部品、導光体部品及び受発光部品とが結合一体化され、導光体部品は反射面で囲まれた受光側導光路及び反射面で囲まれた発光側導光路を備え、受発光部品は回路基板を備え、回路基板に受光素子及び発光素子が設けられ、更に回路基板に受光側導光路端面から受光素子へ信号を導くために加工された孔である受光側通光孔及び発光素子から発光側導光路端面へ信号を導くために加工された孔である発光側通光孔を備え、受光素子及び発光素子は回路基板にフリップ搭載され、かつ、回路基板には受光素子の受光部への信号光を導く通光孔及び発光素子の発光部から信号光を導く通光孔が加工されていることを特徴とするＰＯＦ通信用２芯型受発光装置である。尚、市販の接続部品は、モレックス、ＡＭＰ等より手に入れることができる。
【００１０】
請求項２は導光体部品の受光側導光路構造に関するものであり、受光側導光路が、反射面で囲まれ、受光素子側に向けて先細りとなる回転楕円体、回転放物体又は円錐台の形状をなし、かつ受光側導光路端面の大きさは導光路のＰＯＦ側端面寸法がＰＯＦ端面寸法以上で、受光素子側端面寸法が受光素子の受光部寸法以下であることを特徴としている。請求項３は発光側の構造であり、発光側導光路が、反射面で囲まれ、発光素子側に向けて先細りもしくは平行となる回転楕円体、回転放物線、円錐台又は円柱形状をなし、かつ発光側導光路端面の大きさは導光路の発光素子側端面寸法が発光素子の発光部寸法以上で、ＰＯＦ側端面寸法がＰＯＦ端面寸法以下であることを特徴としている。
【００１１】
請求項４は導光体部品の導光路内部に光透過体が充填されていることを特徴とするものである。即ち、受光側導光路及び発光側導光路の内部に、光透過体が充填されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５は受発光部品の構造に関するものであり、受発光部品が、受光素子、発光素子及びドライバー又はアンプからなる関連素子を複合化した構造を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６は光透過体が、屈折率１．３０から１．６０で、硬さＪＩＳ（Ａ型）が５３度以下の特性を有するシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂及び熱可塑性樹脂から選択される一の透明樹脂であることを特徴とするものである。
【００１４】
市販の接続部品を使用する場合、高効率の導光体部品及び受発光部品を一体化し、各部品の光軸を合わせ且つ端面を密着させることが必要である。信号光は発光素子より出射されＰＯＦ中を伝送され受光素子に入射される。各部品の取り付けは、光軸合わせの精度が得られるならば、固定方式又は脱着方式のどちらでも良い。導光体部品と受発光部品とは、接着固定するか複合化製造することが特に好ましい。両部品の取付には高精度の接合技術が要求され、両部品の光軸がズレると伝送損失を招くためである。
【００１５】
導光路の構造としては、受光側は反射面で囲まれ受光素子側に向けて先細りとなる形状を有し該端面（円）寸法がＰＯＦ側はＰＯＦ同等以上であり受光素子側は受光素子の受光部同等以下であることが好ましい。ＰＯＦよりの信号光が導光路に誘導され受光素子の受光部に有効に入射するためである。又、発光側は反射面で囲まれ発光素子側に向けて先細りもしくは並行である形状を有し該端面の寸法が発光素子側は発光素子の発光部同等でありＰＯＦ側はＰＯＦ同等以下であることが好ましい。発光素子からの信号光が導光路に誘導されＰＯＦへ有効に入射するためである。
【００１６】
一般的に、ＰＯＦのコア径（２５０μｍから９００μｍ）は受発光素子の受光部（１００μｍから５００μｍ）より大きい。ＰＯＦを組成で分類するとポリメチルメタクリレート樹脂（クラベ、三菱レイヨン）、フッソ樹脂（旭硝子）の２種類を挙げることができる。
【００１７】
導光体部品の導光路内部は光透過体が充填されていることが好ましい。信号光の反射防止や気密性の向上といった効果が得られる。
【００１８】
又、精度の悪い部品の一体化を想定すると、接続部品と導光体部品の界面、及び又は導光体部品と受発光部品の界面は光透過体を介して密着していることが好ましい。界面隙間での反射等による光伝送損失を防ぐことができる。
【００１９】
受発光部品は、受発光素子及び関連素子等（ドライバー、アンプ、コンデンサー、抵抗等）を複合化した構造であり光透過体で封止されていることが好ましい。民生市場の要求する汎用高速伝送型軽薄短小装置を実現するためには、複合プラスチックパッケージが必要となる。
【００２０】
又、受発光部品は信号光を導くための通光孔が加工された回路基板に受発光素子をフリップ搭載した構造が好ましい。ＰＯＦと受発光素子間の導光通路距離が短くなり伝送損失の低減につながるからである。更に、気密面で該通光孔が光透過体で封止されていることが好ましい。
【００２１】
光透過体の屈折率は１．３０から１．６０の範囲内、該硬さはＪＩＳ（Ａ型）７０度以下であることが好ましい。屈折率は光ファイバとはぼ同じであることが反射や屈折による損失を最小にできる。該硬さは硬すぎると密着性が悪くなり隙間発生による伝送損失を招く。又、光透過体としては実績があり品質の安定性な樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、熱可塑性樹脂、及びこれら樹脂の誘導体より選択するのが好ましい。
【００２２】
民生用受光装置は廉価で小型であることが要求される。即ち、金属封止よりは樹脂封止されていることが好ましい。本発明の光透過体は、受発光素子の透明封止材料でもあり受発光素子を自然環境及び人的取扱環境より守る機能が要求される。受発光素子は環境変動に対して敏感であるため、光透過体は強固に受発光素子を保護することが求められる。市販品は信越化学工業、東芝シリコーン、東亞合成、日本化薬、旭化成等の製品カタログより選択することができる。又、これらメーカーより中間製品を購入し所望の光透過体及びその誘導体を製造することも可能である。
【００２３】
図１は、ＰＯＦ通信用２芯型受発光装置の参考例を示している（接続方向の上から見た断面）。（１）は一体化時、（２）は各部品の状態を示したものである。接続部品１１は高効率の導光体部品１２及び受発光部品１３と一体化されている。導光体部品は反射面で囲まれた導光路１５を持ち、受発光部品は上部が受光部であり、通光孔１７、光素子１８及び回路基板１９より構成されている。導光路は、受光側はＰＯＦより大きい端面と受光素子受光部同等の端面、発光側は発光素子発光部同等の端面とＰＯＦより小さい端面を有する。尚、接続部品は市販品であり（例：ＰＮ型、ＳＭＩ型、ＬＣ型等）、１０はＰＯＦ接続時にＰＯＦ端面が露出する部分である。
【００２４】
図２は、本発明によるＰＯＦ通信用２芯型受発光装置の例を示す。２１は接続部品、２２は導光体部品、２３は受発光部品、２５は導光路、２７は通光孔、２８は光素子、２９は回路基板である。図１に比べて受発光部品の構造が異なっており、光素子裏面を金線結合し樹脂封止したものである。又、接続部品と導光体部品は光透過体２４を介して密着している。更に、導光路にも同様の光透過体が充填されている。
【００２６】
【実施形態】
本発明の実施形態を、実施例及び比較例等にて具体的に説明する。尚、各例とも接続部品は日本ＡＭＰ製、ＰＤは浜松ホトニクス製、回路基板は住友金属鉱山製の製品を使用した。
【００２７】
【参考例】
図１のような構造を持つＰＯＦ通信用２芯型受発光装置を製造した。接続部品１１は市販のＰＮ型コネクターである。導光体部品１２はＰＰＥ樹脂を射出成形し加工した試作品であり、円錐台状の導光体１５を持ちその内部はメッキ加工されている。受発光部品は、回路基板１９に電気回路及び通光孔１７を加工し、次に光素子１８を格納する中空枠を貼り付け、最後に光素子を搭載した回路基板を貼り合わした試作品である。尚、発光素子は東芝製ＬＥＤを使用した。受発光部品の通光孔は光透過体（エポキシ樹脂、日東電工製）を用いて封止した。この受発光装置とＰＯＦを接続し光伝送時の接続損失を測定したところ、受光部は０．３ｄＢ、発光部は０．７ｄＢであった。
【００２８】
ＰＯＦは、屈折率１．５０、コア径０．７５ｍｍのポリメチルメタクリレート製光ファイバ（東レ製）であり、光透過体の硬化物特性は屈折率１．５１、硬さ５３であった。
【００２９】
【実施例】
市販の接続部品２１と高効率の導光体部品２２及び受発光部品２３を一体化し図２のような受発光装置を製造した。導光体部品は参考例と同様の成形品であるが、導光路２５の内部に光透過体が充填されている。受発光部品は回路基板に光素子をフリップ実装し光透過体で受発光部を封止し、光素子の裏面は金線にて結線し市販の黒色半導体用液状材料（日本ペルノックス製）にて封止保護したものである。尚、発光素子はインフィニオン製ＲＣ−ＬＥＤを使用した。又、接続部品と導光体部品は光透過体を介して密着している。この受発光装置とＰＯＦを接続したところ伝送損失は受光部で０．３ｄＢ、発光部で０．５ｄＢの数値を示した。
【００３０】
尚、本実施例で使用した光透過体は、シリコーン系樹脂（東芝シリコーン製）で屈折率１．４９、硬さ３８の硬化物特性を持つ。
【００３２】
【比較例１】
実施例１において、導光体部品を介さずに接続部品と受発光部品を接続した。この受発光装置の光伝送損失は、受光部５．７ｄＢ、発光部１．３ｄＢであった。
【００３３】
【比較例２】
実施例３において、導光体部品を介さずに接続部品と受発光部品を一体化した。この装置の接続損失は受光部１．２ｄＢ、発光部０．４ｄＢの値を示した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、信号光の入出射効率が良く接続損失の少ないＰＯＦ通信用２芯型受発光装置を市場に提供するものである。本発明により、民生用の汎用受発光装置を供給でき、一般家庭で高速通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の受発光装置の参考例を示す図である。
【図２】  本発明の受発光装置の一例を示す図である。
【図１】
0003821639.tif 000002
【図２】
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