(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）と受光素子とを光学的に結合する装置において、その構造がＰＯＦとの接続部品、信号光を誘導する導光体部品及び受光半導体部品より構成されており、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こと、導光体部品が反射面で囲まれ受光素子側に向けて先細りとなる形状（回転楕円体、回転放物体、円錐台等）の導光路を有し、該導光路端面の円径が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とともに、導光体部品の導光路内部に、屈折率１．３０から１．６０、硬さＪＩＳ（Ａ型）６０度以下の特性を有する透明樹脂（シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性樹脂等）である柔軟性の光透過体が充填されていること、及び、受光半導体部品が受光素子と増幅素子とを備え、回路基板に受光素子をフリップ搭載した構造であり、回路基板には受光素子の受光部へ信号光を導く通光孔が加工されており、この通光孔が前記柔軟性のある光透過体で封止されていることを特徴とするＰＯＦ通信用受光装置。
【請求項２】
接続部品と導光体部品及び又は導光体部品と受光半導体部品が前記柔軟性のある光透過体を介して密着していることを特徴とする請求項１に記載のＰＯＦ通信用受光装置。
【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光装置に係わり、信号光の入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信システムは、ＰＯＦによる光信号伝送路の一端側に受信系を備えている。受信系はフォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子を有しており、ＰＯＦからの信号光を受光素子に光学接続させるものである。受光素子又は受光半導体部品の入手先としては、日立製作所、東芝、松下電器産業、浜松ホトニクス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信性能は信号光の入射効率及び伝送効率に大きく影響される。現在の受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射し難い構造となっている。
【０００４】
現在の受光装置は、石英ファイバと受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）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光半導体部品を一体化し、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、信号光の入射効率が良く接続損失の少ないＰＯＦ通信用受光装置を提供するものである。現在の受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光半導体部品を一体化したＰＯＦ通信用受光装置であり、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。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】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）と受光素子とを光学的に結合する装置において、その構造がＰＯＦとの接続部品、信号光を誘導する導光体部品及び受光半導体部品より構成されており、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こと、導光体部品が反射面で囲まれ受光素子側に向けて先細りとなる形状の導光路を有し、該導光路端面の円径が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とともに、導光体部品の導光路内部に、屈折率１．３０から１．６０、硬さＪＩＳ（Ａ型）６０度以下の特性を有する透明樹脂（シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性樹脂等）である柔軟性の光透過体が充填されていること、及び、受光半導体部品が受光素子と増幅素子とを備え、回路基板に受光素子をフリップ搭載した構造であり、回路基板には受光素子の受光部へ信号光を導く通光孔が加工されており、この通光孔が前記柔軟性のある光透過体で封止されていることを特徴とするＰＯＦ通信用受光装置である。導光路の形状としては、回転楕円体、回転放物体、円錐台等を挙げることができる。
【００１１】
請求項２は、接続部品と導光体部品及び又は導光体部品と受光半導体部品が前記柔軟性のある光透過体を介して密着していることを特徴とするＰＯＦ通信用受光装置である。
【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光半導体部品を一体化し、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ＰＯＦより伝送され導光路を通って有効に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。導光体部品と受光半導体部品とは、接着固定するか複合化製造することが好ましい。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、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。
【００１６】
一般的に、ＰＯＦのコア径（２５０μｍから９００μｍ）は受光素子の受光部（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光半導体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】
受光半導体部品は、受光素子及び増幅素子等を複合化した構造であり少なくとも信号光の通路部が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、受光半導体部品は受光素子へ信号光を導く通光孔が加工された回路基板に受光素子をフリップ搭載した構造が好ましい。ＰＯＦから受光素子への導光通路の総距離を短くすることが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ほ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、受光素子の透明封止材料であり受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、本発明によるＰＯＦ通信用受光装置の一例を示している（接続方向の横から見た断面）。（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及び受光半導体部品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、受光半導体部品は通光孔１７、受光素子１８及び回路基板１９より構成されている。導光体部品はＰＯＦより大きい端面と受光素子受光部同等の端面を有する。尚、接続部品は市販品であり（例：ＰＮ型、ＳＭＩ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通信用受光装置の別の一例を示す。２１は接続部品、２２は導光体部品、２３は受光半導体部品、２５は導光路、２７は通光孔、２８は受光素子、２９は回路基板である。図１に比べ受光半導体部品の構造が異なっており、受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。
【００２５】
図３は、本発明によるＰＯＦ通信用受光装置の更に別の一例を示す図である。３１は接続部品、３２は導光体部品、３３は受光半導体部品、３５は導光路、３７は通光孔、３８は受光素子である。受光半導体部品は一般的な構造をしており、受光素子をリードフレーム３９に搭載し透明材料（光透過体）４０で封止したものである。
【００２６】
図４は、複合型受光半導体部品の構造を例示したものである。部品の実装方法（電気接続及び封止方法）が異なっている。（Ａ）は半導体素子を回路基板にバンプ結合（フリップ搭載）したものであり。（Ｃ）は従来型の裏面搭載及び金線結合によるものである。（Ｂ）はバンプ及び金線により半導体素子と回路基板との電気接続を行ったものである。４０は透明材料、４６は増幅素子、４７は通光孔、４８は受光素子、４９は回路基板又はリードフレームである。尚、通光孔は光透過体で充填されている。
【００２７】
【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モレックス製、ＰＤはインフィニオン製、片側回路基板は三井金属鉱山製の同じ製品を使用した。
【００２８】
【実施例１】
図１のような構造を持つＰＯＦ通信用受光装置を製造した。接続部品１１は市販のＳＭＩ型コネクターである。導光体部品１２はＰＰＳ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。受光半導体部品は、まず片面回路基板１９に電気回路及び通光孔１７を加工し、次にＰＤ１８を格納する中空枠を貼り付け、最後にＰＤを搭載した回路基板を貼り合わした試作品である。尚、通光孔は光透過体（透明エポキシ樹脂、日本化薬製）を用いて封止した。この受光装置とＰＯＦを接続し接続損失を測定したところ０．３ｄＢであった。
【００２９】
ＰＯＦは、屈折率１．５０、コア径０．９ｍｍのポリメチルメタクリレート製光ファイバ（三菱レイヨン製）であり、封止エポキシ樹脂の硬化物特性は屈折率１．４９、硬さ５８であった。
【００３０】
【実施例２】
市販の接続部品２１と高効率の導光体部品２２及び受光半導体部品２３を一体化し図２のような受光装置を製造した。導光体部品は実施例１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。実施例と同じ片側回路基板にＰＤをフリップ実装し光透過体で受光部を封止したものである。ＰＤの裏面は金線にて結線し、市販の黒色半導体用液状材料（ナミックス製）にて封止保護したものである。又、接続部品と導光体部品は光透過体の薄膜を介して密着している。この受光装置とＰＯＦを実施例１同様に接続し損失を測定したところ、０．２ｄＢの数値を示した。
【００３１】
尚、本実施例で使用した光透過体は、シリコーン系樹脂（信越化学工業製）で屈折率１．５０、硬さ４１の硬化物特性を持つ。
【００３２】
【実施例３】
実施例１において、受光半導体部品として市販の透明樹脂封止部品ＣＡＩ（インフィニオン製）を用いた以外は、実施例１同様に図３のような受光装置を組み立て接続損失を測定した。その数値は１．２ｄＢであり他の実施例に比べると劣るが、比較例に比べると優れる。
【００３３】
【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光半導体部品を一体化した。この受光装置の接続損失を測定したところ６．２ｄＢであった。
【００３４】
【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光半導体部品を一体化した。この受光装置の接続損失は３．８ｄＢの値を示した。
【００３５】
比較例は、ＰＯＦからの信号光が反射及び又は散乱され伝送損失を招いたものと考えられる。
【００３６】
【参考例】
実施例１において、受光半導体部品として受光素子と増幅素子を複合搭載した図４（Ｂ）のような部品を使用した。一般的には、実施例１の受光半導体部品に増幅部品を電気接続する方法が通常である。但し、最近になって電力消費を低減したり電気信号伝送を高速にする場合に適用されており、本実施例でも有効性が確認された。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、信号光の入射効率が良く接続損失の少ないＰＯＦ通信用受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】  本発明の受光装置の一例を示す図である。
【図２】  本発明の受光装置の一例を示す図である。
【図３】  本発明の受光装置の一例を示す図である。
【図４】  本発明の受光半導体部品の複合化例を示す図である。
【符号の説明】
１０                      ＰＯＦ端面露出部
１１、２１、３１          接続部品
１２、２２、３２          導光体部品
１３、２３、３３          受光半導体部品
１５、２５、３５          導光路
１７、２７、４７          通光孔
１８、２８、３８、４８    受光素子
１９、２９、３９、４９    回路基板又はリードフレーム
２４                      接続部品と導光体部品の界面
４０                      透明材料
４６                      増幅素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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