(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、
送信光を生成する発光素子と、光ファイバの端面から出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、
該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記発光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、
前記反射ミラーの一方の表面によって、前記光ファイバの前記端面から出射される受信光を反射して前記受光素子に導くと共に、
前記反射ミラーの受信光を反射する面とは反対側の表面の少なくとも一部によって、前記発光素子から出射される前記送信光または前記光ファイバの前記端面で反射される前記送信光を反射して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されている双方向光通信器。
【請求項２】
一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、
送信光を生成する発光素子と、光ファイバの端面から出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、
該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記発光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、
前記反射ミラーの一方の表面によって前記光ファイバの前記端面から出射される前記受信光を反射して前記受光素子に導くと共に、
前記反射ミラーの受信光を反射する面とは反対側の表面の少なくとも一部に設けられた光吸収層によって、前記発光素子から出射される前記送信光または前記光ファイバの端面で反射される前記送信光を吸収して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されている双方向光通信器。
【請求項３】
前記反射ミラーは曲面形状であり、前記光ファイバの前記端面から出射される前記受信光を反射すると共に集光して、該受信光を前記受光素子に結合させる請求項１または請求項２に記載の双方向光通信器。
【請求項４】
前記反射ミラーが形成されている前記光学部材の一部を前記発光素子から出射される前記送信光が通過する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項５】
前記発光素子から出射される前記送信光を集光するレンズが前記光学部材に形成されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項６】
前記光学部材には、前記送信光が出射する位置に、該送信光を屈折させて光ファイバに入射させるプリズムが形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項７】
前記光学部材は、前記レンズが形成された面を前記発光素子を外部から封止する封止部材の一部に用いる請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項８】
前記光ファイバの光軸に対して、前記発光素子の光軸が傾斜している請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項９】
前記光ファイバの光軸に対して、前記受光素子の受光面が傾斜している請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１０】
一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、
送信光を生成する発光素子と、光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、
該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記受光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、
前記反射ミラーの一方の表面によって前記発光素子から出射される送信光を反射して前記光ファイバに導くと共に、該光ファイバの端面で反射される前記送信光を反射して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されている双方向光通信器。
【請求項１１】
前記反射ミラーは曲面形状であり、前記発光素子から出射される前記送信光を反射すると共に集光して、前記光ファイバに結合させる請求項１０に記載の双方向光通信器。
【請求項１２】
前記反射ミラーが形成されている前記光学部材の一部を前記光ファイバから出射される前記受信光が通過する請求項１０または請求項１１に記載の双方向光通信器。
【請求項１３】
前記受信光を前記受光素子に集光するレンズが前記光学部材に形成されている請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１４】
前記光ファイバの光軸と垂直な方向に対して、前記発光素子の光軸が傾斜している請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１５】
前記光ファイバの光軸と垂直な方向に対して、前記受光素子の受光面が傾斜している請求項１０乃至請求項１４のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１６】
前記反射ミラーの一部が前記光ファイバの前記端面に接触しているか、または近接して配置されている請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１７】
前記反射ミラーが前記受光素子のグランド電極と電気的に接続されている請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１８】
前記光学部材の一部に、前記受光素子と該光学部材との相対的な位置を決定する受光素子用位置決め部が設けられ、該受光素子用位置決め部の位置に合わせて前記受光素子が配置されている請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項１９】
前記光学部材の一部に、前記発光素子と該光学部材との相対的な位置を決定する発光素子用位置決め部が設けられ、該発光素子用位置決め部の位置に合わせて前記発光素子が配置されている請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の双方向光通信器。
【請求項２０】
光ファイバの各端面に光学的に結合された複数の双方向光通信器を有し、該光ファイバを伝送路として各双方向光通信器間で光信号を送受信する双方向光通信装置であって、
該複数の双方向光通信器の少なくとも１つが請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の双方向光通信器である双方向光通信装置。
【請求項２１】
前記光ファイバの前記端面が該光ファイバの光軸に対して傾斜している請求項２０に記載の双方向光通信装置。
【請求項２２】
前記光ファイバの前記端面が球面形状である請求項２０に記載の双方向光通信装置。
【請求項２３】
前記光ファイバは、コアおよびクラッドがプラスチック材料からなるプラスチック光ファイバである請求項２０乃至請求項２２のいずれかに記載の双方向光通信装置。
【請求項２４】
前記光ファイバは、クラッドがプラスチック材料からなり、コアが石英からなるポリマークラッドファイバである請求項２０乃至請求項２３のいずれかに記載の双方向光通信装置。
【請求項２５】
請求項１８に記載の双方向光通信器を組み立てる方法であって、
前記受光素子の一部と前記光学部材の受光素子用位置決め部との両方に接触させて両者の相対的な位置を決定する受信部組み立て部材を用いて、該受光素子と該光学部材との位置決めを行う双方向光通信器の組み立て方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の双方向光通信器を組み立てる方法であって、
前記光学部材の前記発光素子用位置決め部と前記発光素子の一部を位置合わせするか、または前記光学部材の前記発光素子用位置決め部と前記発光素子が取り付けられている保持部を位置合わせすることにより、前記発光素子と前記光学部材との位置決めを行う双方向光通信器の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、双方向に光信号を送受信することが可能な双方向光通信器および双方向光通信装置並びに双方向光通信機の組み立て方法に関し、より詳しくは、プラスチック光ファイバ等のマルチモード光ファイバを伝送媒体として、家庭内通信や電子機器間通信、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に使用することができる双方向光通信器および双方向光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報化社会の進展に伴って、光ファイバを用いて通信を行うネットワーク技術が注目されている。特に、近年のプラスチック光ファイバ（以下、ＰＯＦと表記する）の低損失化および広帯域化に伴って、家庭内通信や電子機器間通信への応用が進んでいる。
【０００３】
従来、光ファイバを伝送媒体として同一波長の信号光の送受信を行う光通信装置においては、二本の光ファイバを用いた全二重方式のものが主流であった。しかし、二本の光ファイバを用いた場合、光通信器の小型化が困難であることや、伝送距離が長くなるに伴って光ファイバのコストが高くなるという問題があった。このため、一本の光ファイバを用いて全二重方式の光通信を行う、双方向光通信器が提案されている。
【０００４】
このような双方向光通信器では、送信および受信を同一の光ファイバを用いて行うことから、送信光と受信光との混信を防止することが重要となる。受信光に送信光が混信する原因としては、▲１▼送信光が光ファイバに入射するときに光ファイバ端面で反射される場合（以下、近端反射と表記する）、▲２▼光ファイバを伝搬した送信光が光ファイバから出射するときに光ファイバ端面で反射される場合（以下、遠端反射と表記する）、▲３▼通信相手の双方向光通信器によって送信光が反射される場合（以下、相手モジュール反射と表記する）、▲４▼双方向光通信器内での内部散乱光によるもの（以下、迷光と表記する）等が挙げられる。さらに、光学的な混信（送信光と受信光との混信）以外にも、▲５▼電気的または電磁的なノイズにより混信が生じてＳ／Ｎが低下するという要因もある。
【０００５】
これらの問題を防ぐために従来から提案されている代表的な方法としては、特開平１０−１５３７２０号公報に開示されているように、偏光分離素子（偏光分離膜）を用いて送受信光を分離する方法がある。この従来技術について、図１６に基づいて説明する。
【０００６】
この従来の双方向光通信器において、レーザダイオード１０４から発せられる送信光１０８は、Ｓ偏光状態でプリズム１１１の斜面上に設けられた偏光反射膜１０７に入射する。この送信光１０８は、偏光反射膜１０７によりその大部分が反射され、レンズ１０６により集光されて光ファイバ１０２に結合される。一方、マルチモードの光ファイバ１０２から放射される受信光１０９は、レンズ１０６で集光されてランダム偏光状態で偏光反射膜１０７に入射する。この受信光１０９は、略半分が偏光反射膜１０７により反射され、残りの半分が偏光反射膜１０７を透過して受光素子１０５に結合される。ここで、光ファイバ１０２で反射された送信光１０８はＳ偏光であるため、偏光反射膜１０７により殆ど全てが反射され、受光素子１０５には結合されない。よって、近端反射による送信光１０８と受信光１０９との混信を防止することができる。
【０００７】
さらに、送信部と受信部との間に遮光板を配置することにより、近端反射による送信光の受信光への混信を防止する方法が知られている。この従来技術について図１７に基づいて説明する。
【０００８】
この双方向光通信器において、発光素子２０４から発せられる送信光２０８は、送信光学系２０６により集光されて光ファイバ２０２に結合される。一方、光ファイバ２０２から放射される受信光２０９は、受信光学系２２４により集光されて受光素子２０５に結合される。そして、送信部と受信部との間には金属等からなる遮光板２０７が配置されており、光ファイバ２０２で反射された送信光２０８が受光素子２０５に結合されるのを防いでいる。
【０００９】
さらに、回転楕円体型ミラーを用いて送信光を集光して、光ファイバに結合させる方法が特開昭６２−２２２２１１号公報に開示されている。この方法では、発光素子から放射された送信光を凹面鏡により光ファイバの方向に反射させると共に集光して光ファイバに結合させる。この凹面鏡として回転楕円体形状のものを用い、その凹面鏡の２つの焦点位置に発光素子と光ファイバの端面とを各々配置することにより、発光素子から放射された送信光が光ファイバの端面で集光されて光ファイバに結合される。これを応用して、発光素子の代わりに受光素子を配置することによって、光ファイバから出射される受信光を効率良く受信することが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平１０−１５３７２０号公報に開示されている方法では、受信光の約半分が偏光反射膜１０７により反射されるため、約３ｄＢの受信損失が生じ、効率的に光を利用することができないという問題があった。また、この従来技術では、近端反射による送信光と受信光の混信を防止することは可能であるが、遠端反射および相手モジュール反射については偏光方向が揃っていないために、受信光と分離することが困難であるという問題があった。また、この従来技術では、偏光を利用しているために発光素子として安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができず、さらに、この従来技術では、高価な偏光分離膜（偏光反射膜）が必要であるため、コストが高くなるという問題があった。さらに、この従来技術では、受光素子１０５が形成された基板上に、レーザダイオード１０４が受光素子１０５に近接して配置されており、レーザダイオード１０４がシールドされていないため、電気的なノイズや電磁的なノイズによる影響が生じ易いという問題があった。
【００１１】
一方、遮光板２０７を用いて送信部と受信部を分離する方法では、部品点数が多くなってコストが高くなることや、遮光板２０７の厚み分だけ光ファイバ２０２の領域が使用できないために受信効率が悪くなることが問題であった。さらに、この従来技術では、発光素子２０４と受光素子２０５を配置する際の自由度が低く、送信光学系２０６と受信光学系２２４との位置合わせ等を高精度で行う必要があるため、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１２】
さらに、特開昭６２−２２２２１１号公報に開示されている技術は、二本の光ファイバを用いた双方向光通信に応用することはできるが、一本の光ファイバを用いた双方向光通信および全二重方式の通信には対応することができない。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、一本の光ファイバを用いた全二重方式の双方向光通信が可能であり、送信および受信共に光の損失が少なく、受信光への送信光の混信および電気的なノイズや電磁的なノイズによる混信を防止することが可能であり、さらに、ＰＯＦのように大口径の光ファイバに対しても高効率で結合させることができ、安価で小型の双方向光通信器および双方向光通信装置並びに双方向光通信器の組み立て方法を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の双方向光通信器は、一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、送信光を生成する発光素子と、光ファイバの端面から出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記発光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、前記反射ミラーの一方の表面によって、前記光ファイバの前記端面から出射される受信光を反射して前記受光素子に導くと共に、前記反射ミラーの受信光を反射する面とは反対側の表面の少なくとも一部によって、前記発光素子から出射される前記送信光または前記光ファイバの前記端面で反射される前記送信光を反射して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
上記構成によれば、光ファイバで反射された送信光（近端反射光）と受信光とを、受信光を受光素子に導く反射ミラーにより分離しているため、近端反射による送信光と受信光との混信を防ぐことが可能である。また、光学部品に設けた反射ミラーにより送信光と受信光を分離しているため、偏光分離膜や遮光板を用いて送信光と受信光を分離する従来技術よりも、部品点数を減らすことが可能である。また、反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、偏光分離膜を用いた従来技術のように偏光分離損失による光の利用効率低下が生じない。また、薄膜からなる反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、受信領域を大きく取ることが可能であり、遮光板を用いた従来技術のように遮光板の厚み分だけ受信領域が利用できなくなって光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。さらに、反射ミラーによって、双方向通信器内での内部散乱光である迷光を反射して受光素子に入射するのを防ぐことも可能である。
【００１６】
本発明の双方向光通信器は、一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、送信光を生成する発光素子と、光ファイバの端面から出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記発光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、前記反射ミラーの一方の表面によって前記光ファイバの前記端面から出射される前記受信光を反射して前記受光素子に導くと共に、前記反射ミラーの受信光を反射する面とは反対側の表面の少なくとも一部に設けられた光吸収層によって、前記発光素子から出射される前記送信光または前記光ファイバの端面で反射される前記送信光を吸収して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
上記構成によれば、光ファイバで反射された送信光（近端反射光）と受信光とを、受信光を受光素子に導く反射ミラーにより分離しているため、近端反射による混信を防ぐことが可能である。また、光学部品に設けた反射ミラーにより送信光と受信光を分離しているため、偏光分離膜や遮光板を用いて送信光と受信光を分離する従来技術よりも、部品点数を減らすことが可能である。また、反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、偏光分離膜を用いた従来技術のように偏光分離損失による光の利用効率低下が生じない。また、薄膜からなる反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、受信領域を大きく取ることが可能であり、遮光板を用いた従来技術のように遮光板の厚み分だけ受信領域が利用できなくなって光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、反射ミラーによって、双方向通信器内での内部散乱光である迷光を反射して受光素子に入射するのを防ぐことも可能である。さらに、光吸収層によって双方向光通信器内での迷光を吸収することができるため、混信の防止を図ることが可能である。
【００１８】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーは曲面形状であり、前記光ファイバの前記端面から出射される前記受信光を反射すると共に集光して、該受信光を前記受光素子に結合させる構成とすることができる。
【００１９】
上記構成によれば、反射ミラーにより受信光の集光を行うため、集光用のレンズを別に設ける必要がなく、さらに部品点数を減らして組み立て調整を容易にすることが可能である。
【００２０】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーが形成されている前記光学部材の一部を前記発光素子から出射される前記送信光が通過する構成とすることができる。
【００２１】
上記構成によれば、反射ミラーにより送信部（送信光が通る部分）と受信部（受光素子が設けられている部分）との光学的分離を行う際に、送信光を反射ミラーが形成されている光学部材の一部を通す。反射ミラーが薄膜からなるので、送信光を受信部の近傍に通すことができ、送信領域と受信領域（光ファイバの各領域）の境界を最小限にすると共に、双方向光通信器を小型化することが可能である。
【００２２】
本発明の双方向光通信器は、前記発光素子から出射される前記送信光を集光するレンズが前記光学部材に形成されている構成とすることができる。
【００２３】
上記構成によれば、一つの光学部材のみで送信と受信のための集光光学系を構成することができ、小型で安価で組み立て易い双方向光通信器を得ることが可能である。
【００２４】
本発明の双方向光通信器は、前記光学部材には、前記送信光が出射する位置に、該送信光を屈折させて光ファイバに入射させるプリズムが形成されている構成とすることができる。
【００２５】
上記構成によれば、プリズムにより送信光を屈折させて光ファイバの外周方向から入射させることができ、光ファイバの受信領域をより拡大することが可能である。また、プリズムによって相手モジュール反射を抑制することが可能である。さらに、発光素子の配置の自由度を増すことができ、光学部材に一体形成することにより、小型で組み立て調整が容易な双方向光通信器を得ることが可能である。
【００２６】
本発明の双方向光通信器は、前記光学部材が、前記レンズが形成された面を前記発光素子を外部から封止する封止部材の一部に用いる構成とすることができる。
上記構成によれば、光学部材を発光素子のカバーガラスとして用いることにより、部品点数を減らすと共に組み立てを容易にすることが可能である。
【００２７】
本発明の双方向光通信器は、前記光ファイバの光軸に対して、前記発光素子の光軸が傾斜している構成とすることができる。
【００２８】
上記構成によれば、光ファイバから放射される受信光の一部が発光素子に照射されて反射され、再び光ファイバに戻ることを防止することができ、相手モジュール反射を低減することが可能である。。
【００２９】
本発明の双方向光通信器は、前記光ファイバの光軸に対して、前記受光素子の受光面が傾斜している構成とすることができる。
【００３０】
上記構成によれば、光ファイバから放射される受信光の一部が受光素子に照射されて反射され、再び光ファイバに戻ることを防止することができ、相手モジュール反射を低減することが可能である。。
【００３１】
本発明の双方向光通信器は、一本の光ファイバにより光信号の送受信を行う双方向光通信装置に用いられる双方向光通信器であって、送信光を生成する発光素子と、光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子と、前記発光素子から生成される送信光が内部を通過することによって該送信光を前記光ファイバに伝達するレンズまたはプリズムによって構成された光学部材と、該光学部材に設けられた反射率の高い薄膜からなる反射ミラーとを備え、該反射ミラーが形成されている前記光学部材は、前記受光素子よりも前記光ファイバ側に設置され、前記反射ミラーの一方の表面によって前記発光素子から出射される送信光を反射して前記光ファイバに導くと共に、該光ファイバの端面で反射される前記送信光を反射して、該送信光が前記受光素子に入射するのを防ぐように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】
上記構成によれば、光ファイバで反射された送信光（近端反射光）と受信光とを、送信光を光ファイバに導く反射ミラーにより分離しているため、近端反射による混信を防ぐことが可能である。また、光学部品に設けた反射ミラーにより送信光と受信光を分離しているため、偏光分離膜や遮光板を用いて送信光と受信光を分離する従来技術よりも、部品点数を減らすことが可能である。また、反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、偏光分離膜を用いた従来技術のように偏光分離損失による光の利用効率低下が生じない。また、薄膜からなる反射ミラーによって近端反射光の分離を行うことができるので、受信領域を大きく取ることが可能であり、遮光板を用いた従来技術のように遮光板の厚み分だけ受信領域が利用できなくなって光の利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、反射ミラーによって、双方向通信器内での内部散乱光である迷光を反射して受光素子に入射するのを防ぐことも可能である。
【００３３】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーは曲面形状であり、前記発光素子から出射される前記送信光を反射すると共に集光して、前記光ファイバに結合させる構成とすることができる。
【００３４】
上記構成によれば、反射ミラーにより送信光の集光を行うため、集光用のレンズを別に設ける必要がなく、さらに部品点数を減らして組み立て調整を容易にすることが可能である。
【００３５】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーが形成されている前記光学部材の一部を前記光ファイバから出射される前記受信光が通過する構成とすることができる。
【００３６】
上記構成によれば、反射ミラーにより送信部（送信光が通る部分）と受信部（受光素子が設けられている部分）との光学的分離を行う際に、受信光を反射ミラーが形成されている光学部材の一部を通す。反射ミラーが薄膜からなるので、受信光を送信部の近傍に通すことができ、送信領域と受信領域（光ファイバの各領域）の境界を最小限にすると共に、双方向光通信器を小型化することが可能である。
【００３７】
本発明の双方向光通信器は、前記受信光を前記受光素子に集光するレンズが前記光学部材に形成されている構成とすることができる。
【００３８】
上記構成によれば、一つの光学部材のみで送信と受信のための集光光学系を構成することができ、小型で安価で組み立て易い双方向光通信器を得ることが可能である。
【００３９】
本発明の双方向光通信器は、前記光ファイバの光軸と垂直な方向に対して、前記発光素子の光軸が傾斜している構成とすることができる。
【００４０】
上記構成によれば、光ファイバから放射される受信光の一部が発光素子に照射されて反射され、再び光ファイバに戻ることを防止することができ、相手モジュール反射を低減することが可能である。。
【００４１】
本発明の双方向通信器は、前記光ファイバの光軸と垂直な方向に対して、前記受光素子の受光面が傾斜している構成とすることができる。
【００４２】
上記構成によれば、光ファイバから放射される受信光の一部が受光素子に照射されて反射され、再び光ファイバに戻ることを防止することができ、相手モジュール反射を低減することが可能である。。
【００４３】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーの一部が前記光ファイバの前記端面に接触しているか、または近接して配置されている構成とすることができる。
【００４４】
本発明の双方向光通信器は、前記光学部材の一部に、前記受光素子と該光学部材との相対的な位置を決定する受光素子用位置決め部が設けられ、該受光素子用位置決め部の位置に合わせて前記受光素子が配置されている構成とすることができる。
【００４５】
本発明の双方向光通信器は、前記反射ミラーが前記受光素子のグランド電極と電気的に接続されている構成とすることができる。
【００４６】
上記構成によれば、反射ミラーにより受光素子を発光素子から電気的および電磁的に分離することができ、電気的な混信や電磁的な混信を低減することが可能である。
【００４７】
本発明の双方向光通信器は、前記光学部品の一部に、前記受光素子と該光学部品との相対的な位置を決定する受光素子用位置決め部が設けられ、該受光素子用位置決め部の位置に合わせて該受光素子が配置されている構成とすることができる。
【００４８】
上記構成によれば、受光素子と光学部品とを直接位置決めすることができるので、簡易な方法により高精度で受光素子と光学部品との位置合わせを行うことが可能である。
【００４９】
本発明の双方向光通信器は、前記光学部材の一部に、前記発光素子と該光学部材との相対的な位置を決定する発光素子用位置決め部が設けられ、該発光素子用位置決め部の位置に合わせて前記発光素子が配置されている構成とすることができる。
【００５０】
上記構成によれば、発光素子と光学部品とを直接位置決めすることができるので、簡易な方法により高精度で発光素子と光学部品との位置合わせを行うことが可能である。
【００５１】
光ファイバの各端面に光学的に結合された複数の双方向光通信器を有し、該光ファイバを伝送路として各双方向光通信器間で光信号を送受信する双方向光通信装置であって、該複数の双方向光通信器の少なくとも１つが本発明の双方向光通信器であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
上記構成によれば、送信光と受信光との混信を防ぐことが可能な本発明の双方向通信器を用いて、一本の光ファイバにより全二重方式の通信が可能で、小型で低コストな双方向光通信装置を得ることが可能である。
【００５３】
本発明の双方向光通信装置は、前記光ファイバの前記端面が該光ファイバの光軸に対して傾斜している構成とすることができる。
【００５４】
上記構成によれば、光ファイバを伝搬してきた光が光ファイバから出射するときに反射される光（遠端反射光）が受光素子に入射されるのを抑制することが可能である。また、送信光が光ファイバに入射するときに光ファイバの端面により反射された光は光ファイバの外周方向に反射されるため、近端反射による混信防止が容易となる。さらに、受信光が光ファイバ端面から受光素子側に屈折して出射されるため、より高効率に受信光を受光素子に結合させることが可能である。
【００５５】
本発明の双方向光通信装置は、前記光ファイバの前記端面が球面形状である構成とすることができる。
【００５６】
上記構成によれば、光ファイバを伝搬してきた光が光ファイバから出射するときに反射される光（遠端反射光）が受光素子に入射されるのを抑制することが可能である。また、送信光が光ファイバに入射するときに光ファイバの端面により反射された光は光ファイバの外周方向に反射されるため、近端反射による混信防止が容易となる。さらに、受信光が光ファイバ端面から集光されて出射されるため、より高効率に受信光を受光素子に結合させることが可能である。さらに、光ファイバと双方向光通信器との接続方向（両者の配置方向）を一定に決める必要が無いため、接続が容易となる。
【００５７】
本発明の双方向光通信装置は、前記光ファイバが、コアおよびクラッドがプラスチック材料からなるプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）である構成とすることができる。
【００５８】
上記構成によれば、光ファイバとしてＰＯＦを用いているため、曲げによる損失が少なく、かつ、光ファイバが折れ難い。また、コア径が１ｍｍ程度の大口径の光ファイバを容易に製造できるので、光ファイバと双方向光通信器との結合調整（位置合わせ）が容易であり、かつ、双方向光通信装置を安価に作製することが可能である。
【００５９】
本発明の双方向光通信装置は、前記光ファイバが、クラッドがプラスチック材料からなり、コアが石英からなるポリマークラッドファイバ（ＰＣＦ）である構成とすることができる。
【００６０】
上記構成によれば、光ファイバとしてＰＣＦを用いているため、伝送帯域が広く、長距離での通信や高速での通信を行うことが可能である。
【００６１】
本発明の双方向光通信装置の組み立て方法は、前記受光素子の一部と前記光学部材の受光素子用位置決め部との両方に接触させて両者の相対的な位置を決定する受信部組み立て部材を用いて、該受光素子と該光学部材との位置決めを行い、そのことにより上記目的が達成される。
【００６２】
上記方法によれば、反射ミラーおよび集光レンズ等が形成された光学部材に設けた受光素子用位置決め部と受光素子とを受光部組み立て部材に接触させて配置するという簡単な方法により受光素子と光学部品の位置合わせを行うことができるので、低コストで双方向光通信器を組み立てることが可能である。
【００６３】
本発明の双方向光通信装置の組み立て方法は、前記光学部材の前記発光素子用位置決め部と前記発光素子の一部を位置合わせするか、または前記光学部材の前記発光素子用位置決め部と前記発光素子が取り付けられている保持部を位置合わせすることにより、前記発光素子と前記光学部材との位置決めを行い、そのことにより上記目的が達成される。
【００６４】
上記方法によれば、反射ミラーおよび集光レンズ等が形成された光学部材に設けた発光素子用位置決め部により、発光素子または発光素子の保持部（サブマウント）と光学部品の位置合わせを高精度に行うことが可能である。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
（実施形態１）
実施形態１の双方向光通信装置および双方向光通信器について、図１および図２を用いて説明する。
【００６６】
図１は本実施形態１の双方向光通信装置を概略構成を説明するための図である。この双方向光通信装置３は、伝送するデータ信号に基づいて伝送に適した波長に変調された変調光を双方向に伝送するための光ファイバ２と、光ファイバ２の両端に光学的に結合されるように、各々接続された双方向光通信器１、１とを備えている。
【００６７】
図２は本実施形態１の双方向光通信器を概略構成を説明するための図である。この双方向光通信器１は、データ信号に基づいて変調光である送信光８を生成する発光素子４と、光ファイバ２から出射される受信光９を受光してデータ信号を生成するための受光素子５と、発光素子４から出射される送信光８を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ６と、光ファイバから出射される受信光９を反射して受光素子５に結合させる反射ミラー７とを有している。送信レンズ６と反射ミラー７とは光学部材１０に形成され、発光素子４はＳｉＣ等からなる放熱特性に優れたサブマウント１２上に配置されている。これらの構成部材は、ステム１３上に位置合わせされて配置され、ステム１３は図示しない回路（受信光をデータ信号に変換する回路や制御回路等）に電気的に接続されている。
【００６８】
以下に、この双方向光通信器１の各構成部材について説明する。
【００６９】
光ファイバ２としては、例えばＰＯＦ等のマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。ＰＯＦは、コアがＰＭＭＡ（ＰｏｌｙｍｅｔｈｙｌＭｅｔｈａＡｃｒｙｌａｔｅ）やポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックからなり、クラッドは上記コアよりも屈折率の低いプラスチックからなる。このような光ファイバでは、石英光ファイバに比べてそのコアの径を約２００μｍ〜約１ｍｍと大きくすることが容易であるので、双方向光通信器１と光ファイバとの結合調整（位置合わせ）が容易となり、安価な双方向光通信装置３を得ることができる。本実施形態のように送信光８と受信光９とを空間的に分離する場合、コア径が１ｍｍ程度であるものを利用するのが好ましい。
【００７０】
さらに、光ファイバ２としては、コアが石英ガラスからなり、クラッドがポリマーからなるＰＣＦを用いてもよい。ＰＣＦはＰＯＦに比べて価格が高いが、伝送損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴がある。このため、ＰＣＦを伝送媒体とすることにより、長距離での通信やより高速での通信を行うことが可能な双方向光通信装置３を得ることができる。
【００７１】
発光素子４としては、半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。発光素子４としては、使用する光ファイバ２の伝送損失が少ない波長が得られ、かつ、安価に製造できることが好ましい。光ファイバとして例えばＰＯＦを用いる場合には、ＤＶＤ等に用いられており、量産されているため安価に製造することができる波長６５０ｎｍの半導体レーザ等を用いることができる。また、発光素子４の後部にモニター用フォトダイオード１４を配置することにより、発光素子４の光量を一定に保つようにモニターすることができる。
【００７２】
受光素子５としては、受光した変調光の強弱を電気信号に変換することができ、発光素子４の波長域で感度が高いフォトダイオードを使用する。例えば、シリコン材料からなるＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等を用いることができる。
【００７３】
光学部材１０は、ＰＭＭＡまたはポリカーボネート等のプラスチックを材料として、射出成形等により作製することができる。そして、光学部材１０の反射ミラー７となる部分にアルミニウムや金等の反射率の高い金属薄膜を蒸着法等により形成して、反射ミラー７を作製することができる。この反射ミラー７は、図２に示したような１／４円をくり抜いた形状の光学部材１０の左下側から蒸着することにより、マスク等によりパターニングを行わなくても簡単に形成することができる。本実施形態において、反射ミラー７は曲面形状であり、受信光９を集光する役割も有している。
【００７４】
この光学部材１０下面のステム１３と接触する面には電極２１が形成されている。この電極２１は、反射ミラー７と同時に蒸着法等により形成され、少なくともその一部が反射ミラー７と繋がっている。また、光学部材１０には、送信光８を集光して光ファイバ２に結合させる送信レンズ６と、送信光８を屈折させて光ファイバ２に入射させるプリズム１１とが形成されている。さらに、光学部材１０は発光素子４を封止する封止部材の一部としても用いられる。このように一つの光学部材１０に多数の機能を持たせることにより、構成部材を大幅に低減できると共に、組み立て時の公差を低減することができる。よって、低コストで小型な双方向光通信器１を得ることができる。さらに、一つのステム１３上に発光素子４、受光素子５および光学部材１０を各々光ファイバ２の光軸と平行に配置することができるので、複雑な組み立て工程が不要となり、組み立て工程を大幅に削減することが可能となる。
【００７５】
この双方向光通信器１において、発光素子４から生成された送信光８は、発光素子４の放射角に従って放射状に発散した後、送信レンズ６により任意の開口数に変換されて集光され、光学部材１０を通過して光ファイバ２に結合される。一方、光ファイバ２から出射される通信相手からの受信光９は、反射ミラー７により受光素子５の方向に反射されると共に、曲率を有する反射ミラー７により集光されて受光素子５に結合される。
【００７６】
このように、送信光８と受信光９とを光ファイバ２の口径内で空間的に分離する場合、送信光８が入射する光ファイバ２部分から出射される受信光９は受光素子５に結合されない。このため、送信光が入射する光ファイバ２部分の位置を光ファイバ２のより外周側の部分とし、かつ、小面積とすることにより、受信光９を効率良く受光素子５に結合させることができる。
【００７７】
光学部材１０は、送信光が出射する面に光ファイバ２の光軸に対して傾斜したプリズム１１を有しており、このプリズム１１により送信光８を屈折させて光ファイバ２に入射させている。
【００７８】
反射ミラーの一部（遮光部１６（光ファイバ２からの反射光が当たる部分、図２に斜線で示す））は、光ファイバ２に接触または近接させて配置されている。光ファイバ２に入射する送信光８の一部は、光ファイバ２の端面により反射される。この光ファイバ２の端面での送信光８の反射光は、反射ミラー７の遮光部１６により遮光されて受光素子５に結合されない。よって、近端反射による混信を防止することができる。なお、送信光８はミラー７の全面で反射される。
【００７９】
以下に、受信光９への送信光８の混信を防止するための方法について、より詳細に説明する。
【００８０】
一本の光ファイバ２により空間的に送信光と受信光とを分離する場合には、図３に示すように、光ファイバ２の送信光８が結合される送信領域を小さくすることにより受信領域が大きくなり、利用可能な受信光９を増加させて効率の良い双方向光通信器を得ることができる。このためには、送信光８と受信光９との分離を、如何に光損失を少なくして行うかということが重要となる。
【００８１】
従来の偏光分離膜を利用した方式では、約３ｄＢの分離損失が生じる。また、従来の遮光板を用いた方式でも、遮光板の厚みと、送信領域および受信領域の空間分離とによって損失が大きくなる。
【００８２】
これに対して、本実施形態では、薄膜からなる反射ミラー７により送信光と受信光との分離を行っているため、遮光部での損失を実質的に零とすることができる。また、薄膜からなる反射ミラー７の極（図２では上端）近傍に送信光８を通過させることが可能となり、送信領域と受信領域との境界を殆ど無くして受信領域をより拡大することが可能となる。さらに、プリズム１１により、送信光８を光ファイバ２の外周方向から屈折させて入射させているため、受信領域をより拡大して、高効率で送受信光の分離を行うことが可能となる。
【００８３】
次に、図４を基にして、近端反射および迷光を防止する方法について説明する。ここでは、送信光８は光学部材１０に形成されたプリズム１１により屈折され、光ファイバ２の外周部から光ファイバ２に入射する。その反射光１７は、光ファイバ２の中心部方向に向かって反射される。ここで、光学部材１０に形成されたプリズム１１の先端部であり、かつ、反射ミラー７の一部である遮光部１６は、光ファイバ２に接触または数十μｍ〜数百μｍ程度離れた位置に設置されている。このため、反射光１７は反射ミラー７の受信光が入射する側とは反対側の面（裏面）によって反射（遮光）され、受光素子５方向に入射されることがなくなる。
【００８４】
さらに、発光素子４から放射された送信光８の一部は送信レンズ６に入射せずに迷光となり、双方向光通信器１内を散乱する。しかし、本実施形態では、受光素子５が反射ミラー７によって発光素子４側の光学部材１０から光学的に分離されているため、迷光１８が生じても反射ミラー７の裏面により反射され、受光素子５に結合されるのを防ぐことができる。さらに、発光素子４の組み立て公差により発光素子４の位置ずれが生じた場合でも、予期しない迷光１８が受光素子５に入射することが無いため、発光素子４の組み立て公差を大きくして組み立てコストを低減することができる。さらに、反射光１７も迷光となって双方向光通信器１内を散乱するが、同様の理由によりこの迷光も受光素子５に結合されない。
【００８５】
このように、反射ミラー７は受信光９を反射および集光して受光素子５に結合させると共に、反射光１７や迷光１８を受光素子から光学的に分離する働きを有している。さらに、この反射ミラー７により受光素子５が発光素子４から分離されているので、迷光の影響を気にすることなく、発光素子４の配置を決定することができる。よって、双方向光通信器１の設計自由度が増し、組み立て調整が容易な配置にすることができる。
【００８６】
次に、図５を基にして、相手モジュール反射を低減する方法について説明する。本実施形態で示した双方向光通信器１において相手モジュール反射が生じる要因としては、受光素子４の表面で反射した素子反射光１９が再び光ファイバ２に結合させることと、光ファイバ２から出射される受信光９の一部が光学部材１０に照射される面（主としてプリズム１１）で反射されて生じるプリズム反射光２０が再び光ファイバ２に結合させることの２通りが考えられる。
【００８７】
受光素子５の受光面は、通常、例えば窒化シリコン等の薄膜により反射防止コートを施すことにより受信光の反射を防止して、受光効率を向上させている。しかし、受信光９は全てが受光面に入射するわけではなく、その一部が受光面以外に入射して反射し、このような素子反射光１９が相手モジュール反射の原因となる。このため、受光面以外の部分にも、例えば黒色の着色レジスト等、使用する波長領域での光吸収率が高く、反射率の低い材料を用いて反射防止膜を形成することにより、より確実に相手モジュール反射を抑制することができる。
【００８８】
プリズム反射光２０については、プリズム１１の傾斜角度を最適化することにより、プリズム反射光２０が光ファイバ２に入射しても結合されず、通信光として伝送されないようにすることができる。このためには、プリズム反射光２０が光ファイバ２の開口数よりも大きな角度で光ファイバ２に入射するようにすればよく、光ファイバ２の光軸に対するプリズム１１の傾斜角度を光ファイバ２のＮＡ程度以上に設定すればよい。例えばＮＡ０．３の光ファイバ２を用いる場合、傾斜角は１０゜以上、好ましくは１７゜以上にすればよい。しかし、プリズム１１の傾斜角を大きくした場合には、光ファイバ２への送信光８の入射角度も大きくなり、送信光８の結合損失が多くなる場合もある。このため、両者のトレードオフを考慮してプリズム１１の傾斜角度を設定する必要がある。
【００８９】
さらに、送信光８の結合損失を増やさないために、図６に示すように、送信光８が通過する部分にはプリズム１１を形成せず、送信光８が通過しない部分にのみ傾斜角の大きいプリズム１１を形成してもよい。この場合、プリズム１１が形成されていない部分からの反射光２０は相手モジュール反射となるが、その面積を充分小さくすることにより、その影響を小さくすることができる。または、プリズム１１の傾斜角を２段階に形成して、送信光８が通過する部分のプリズム１１の傾斜角を小さくし、その他の部分のプリズム１１の傾斜角を大きくしてもよい。または、受信光９が照射される光学部材１０の面（プリズム１１が形成された面）に反射防止コートを施して、反射率を低減させてもよい。
【００９０】
さらに、光ファイバ２から放射された受信光９の一部は光学部材１０を透過して、発光素子４またはサブマウント１２に照射される。この受信光９が発光素子４またはサブマウント１２により再び反射して相手モジュール反射となる場合がある。これを防ぐために、例えば図７に示すように、光ファイバ２の光軸に対して発光素子４の光軸またはサブマウント１２を傾斜させて配置してもよい。このような構成とすることにより、発光素子４またはサブマウント１２に照射されて反射された受信光９が再び光ファイバ２に結合されるのを防ぐことができる。同様に、受光素子５の受光面を光ファイバ２の光軸に対して傾斜させることにより、受光素子５により反射された素子反射光１９が光ファイバ２に結合されて、相手モジュール反射となるのを低減することができる。なお、光ファイバ２の光軸に対する受光素子５の受光面の傾斜角は、反射ミラー７の形状および配置によって適切なものに調整することができる。また、光ファイバ２の光軸に対する発光素子４の光軸またはサブマウント１２の傾斜角は、送信レンズ６の形状および配置によって適切なものに調整することができる。
【００９１】
次に、遠端反射を低減する方法について説明する。図２で示したように、光ファイバ２の端面が光軸に対して垂直となっている場合には、約４％の遠端反射が生じる。この遠端反射は、光ファイバ２の端面形状を工夫することにより低減することが可能となる。
【００９２】
例えば図７に示すように、光ファイバ２の端面を光軸に対して傾斜させる方法と、図８に示すように、光ファイバ２の端面を球面にする方法とがある。どちらの方法とも、光ファイバ２の端面での遠端反射の方向を変えて、光ファイバ２の開口数以上の角度にすることによって、遠端反射が光ファイバ２を伝搬しないようにしている。例えばＰＯＦでは、端面を任意の形状のホットプレートに押し付けて熔融させることにより、容易に傾斜加工や球面加工を行うことが可能である。このように光ファイバ２の端面形状を変えた場合における、双方向光通信器１と光ファイバ２との光学的結合状態について説明する。
【００９３】
光ファイバ２の端面を傾斜させる場合には、図８に示すように、光ファイバ２の送信光８が入射する側を光ファイバ２の断面が鈍角となる側に固定して、光ファイバ２と双方向光通信器１を結合させる。このように配置することにより、送信光８の光ファイバ２による反射光１７（近端反射）が光ファイバ２の外周部方向に反射される。このため、遮光部１６を光ファイバの外周側（図８の上側）に形成しても反射光１７が受光素子５に結合されなくなり、より受信領域を拡大することが可能となる。また、光ファイバ２を伝搬してきた受信光（図８に点線で示す）の光ファイバ２の端面による反射光（遠端反射）は、光軸に対する角度が大きくなるため、光ファイバ２内での損失が大きくなる。よって、遠端反射を低減することができる。さらに、光ファイバ２から出射される受信光９は、出射時に光ファイバ２端面の傾斜によって受光素子側（図８の下方）に屈折するため、より受信効率を向上させることができる。このときの光ファイバ２の端面傾斜角度は、光ファイバ２の開口数程度に設定することにより、遠端反射を確実に低減することができる。例えばＮＡ０．３の光ファイバ２の傾斜角αを８０゜とした場合、遠端反射を０．４％に低減することができた。
【００９４】
一方、図９に示したように光ファイバ２の端面を球面とした場合には、端面を傾斜させた場合のように、双方向光通信器１に対する光ファイバ２の方向を決定する必要が無い。このため、容易に光ファイバ２（光ファイバ２を固定したプラグ）を抜き差しすることができる。また、送信光８を光ファイバ２の外周部近傍に入射させることにより、光ファイバ２を傾斜させた場合と同様に、反射光１７を光ファイバ２の外周方向に反射させて、受信領域を拡大することができる。これにより、遠端反射（図９に点線で示す）も低減することができる。さらに、光ファイバ２から出射される受信光９の一部が球面（端面）から集光されて出射されるため、受信効率を向上させることが可能となる。
【００９５】
さらに、光ファイバ２の端面が傾斜面または球面の場合には、光ファイバ２に入射した送信光８は端面形状に従って屈折する。よって、送信光８の光ファイバ２への結合効率を向上させるためには、光ファイバ２の光軸に対する屈折した送信光８の角度を小さくする必要がある。このためには、図７に示すように、プリズム１１を図２とは逆方向の傾斜面にするのが好ましい。
【００９６】
このように、光ファイバ２の端面を傾斜面または球面にすることにより、遠端反射を低減すると共に、より受信効率を向上させることが可能となる。
【００９７】
次に、上述した図２を基にして、電気的混信および電磁的混信を低減する方法について説明する。ここでは、ステム１３が受光素子５のグランド電極と接続されている。サブマウント１２はＳｉＣ等の絶縁体からなり、発光素子４と受光素子５は電気的に分離されている。また、反射ミラー７は光学部材１０の下部にも電極２１として形成されており、この電極２１によって反射ミラー７はステム１３と電気的に接続されている。発光素子４から見た場合、受光素子５は反射ミラー７、電極２１およびステム１３によりシールドされており、これにより電気的および電磁的な混信が抑制される。この反射ミラー７は、光学部材１０の左下側からアルミニウムや金等の反射率が高く、導電性を有する材料を蒸着することにより形成される。このとき同時に電極２１が形成される。反射ミラー７および電極２１は、光学部材１０の下部側全面に形成されるため、マスク等によりパターニングを行わなくても容易に形成することができる。
【００９８】
さらに、発光素子４およびモニター用フォトダイオード１４は送信部カバー１５により覆われている。この送信部カバー１５は光学部材１０とステム１３とに接着されており、発光素子４を外部から封止している。送信部カバー１５はステム１３と電気的に接続されており、発光素子４を外部から電磁的に封止する役割も有している。また、光学部材１０の一部を発光素子４を封止する封止部材の一部（通常のカバーガラスに相当するもの）として使用しているため、部品点数を低減して部品コストを低減することができ、製造工程も簡略化することができる。
【００９９】
次に、上記光学部材１０について、より詳細に説明する。図１１は本実施形態における光学部材１０の構成例を示す斜視図である。この光学部材１０は、上述した送信用レンズ６と、曲面形状を有する反射ミラー７と、その面を発光素子の光軸に対して傾斜させたプリズム１１とを有している。また、光学部材１０には、ステム１３に固定される固定部２６が設けられている。さらに、光学部材１０には、発光素子４に対する光学部材１０の相対的位置を決めるための発光素子用位置決め部２７と、受光素子５に対する光学部材１０の位置を決めるための受光素子用位置決め部２８とが、角部または切り欠け部等として形成されている。
【０１００】
発光素子用位置決め部２７と受光素子用位置決め部２８とは、光学部材１０の任意の位置に形成され、双方向光通信器１の組み立て時には、この部分を基準として組み立てを行う。このように、受信光９を集光する反射ミラー７および送信光８を集光する送信用レンズ６が形成されている光学部品に組み立て基準となる位置決め部を光学部材１０に形成することにより、高精度で受光素子５および発光素子４と光学部材１０との位置合わせを行うことができる。また、簡易な方法で双方向光通信器を組み立てることが可能となる。
【０１０１】
次に、本実施形態による双方向光通信器１の組み立て方法について説明する。
【０１０２】
双方向光通信器１の組み立てにおいては、受光素子５と反射ミラー７の相対的位置および発光素子４と送信用レンズ６との相対的位置を、如何に精度良く、かつ、簡易な方法により合わせるかということが重要である。
【０１０３】
まず、受光素子５と反射ミラー７（反射ミラー７が形成された光学部材１０）との位置合わせ方法について説明する。図１２に示すように、ステム１３に両者の位置決めのために用いる受信部組み立て部材２９を固定する。この受信部組み立て部材２９には、光学部材１０を位置決めするための光学部位置３１と受光素子５を位置決めするための受光部位置３０とが角部または切り欠け部等として形成されている。この受信部組み立て部材２９の受光部位置３０に受光素子５の外周を合わせて配置してステム１３に接着し、受光素子５と図示しないプリアンプ部とのワイヤーボンディングを行う。次に、光学部材１０の受光素子用位置決め部２８を受信部組み立て部材２９に形成された光学部位置３１に合わせて配置してステム１３に接着する。その後、受信部組み立て部材２９を取り除く。この受信部組み立て部材２９は、他の双方向光通信器１の組み立て時に再び使用する。
【０１０４】
受信部組み立て部材２９の受光部３０と光学部位置３１との相対的位置は高精度で加工されている。この組み立て方法による組み立て公差は、例えば受光素子５の外形公差約２０μｍ、光学部材１０の成形公差約２０μｍ、受信部組み立て部材２９の加工公差約５μｍ、および受光素子５と光学部材１０との配置公差約２０μｍから、合計約６５μｍとなる。
【０１０５】
この組み立て方法によれば、従来のようにステム１３に受光素子５と光学部材１０の配置基準位置を設けて配置する場合に比べて、ステム１３の加工公差約５０μｍ分を低減することができる。また、光学部材１０に直接受光素子用位置決め部２８を形成しているため、成形時に反射ミラー７と受光素子用位置決め部２８との相対的位置を管理することにより、精度良く双方向光通信器を組み立てることが可能となる。さらに、顕微鏡等を用いて位置合わせを行う場合に比べて、各部品を受信部組み立て部材２９に押し当てて配置することができるため、容易に双方向光通信器１を組み立てることができる。
【０１０６】
次に、発光素子４と送信用レンズ６（送信用レンズ６が形成された光学部材１０）との位置合わせ方法について説明する。上述した受信部の組み立てにより、ステム１３上に光学部材１０が接着されている。この光学部材１０に形成された発光素子用位置決め部２７に、発光素子の一部（発光点や外形部）を合わせるように発光素子４を配置して、ステム１３に接着する。または、発光素子４を予めサブマウント１２に接着しておき、サブマウント１２を発光素子用位置決め部２７に合わせて配置して、ステム１３に接着してもよい。
【０１０７】
この組み立て方法によれば、送信用レンズ６が形成された光学部材１０に発光素子用位置決め部２７が形成されているため、両者の位置精度が高い。よって、この発光素子用位置決め部２７に合わせて発光素子４を配置することにより、間接的に送信用レンズ６との位置合わせを行うことができ、容易に双方向光通信器１を組み立てることができる。
【０１０８】
このように、一つの光学部材１０に送信用および受信用の光学系と発光素子および受光素子との位置決め部を形成することにより、構成部品を低減することができ、かつ、双方向光通信器の組み立てを容易に行うことができる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態１の双方向光通信器１を双方向光通信装置３を構成する双方向光通信器の少なくとも一方として用いることにより、近端反射、遠端反射、相手モジュール反射および迷光による送信光と受信光との混信を防止することができ、さらに、電気的および電磁的な混信も低減することができるので、一本の光ファイバ２により全二重方式の双方向光通信を行うことが可能となる。
【０１１０】
さらに、一つの光学部材１０に多数の機能を持たせているので、低コストで小型化が可能であり、かつ、簡易に製造することが可能な双方向光通信器１を得ることができる。
【０１１１】
なお、反射ミラー７は、曲面形状に限定されるものではなく、図１０に示すように、平面形状であってもよい。この場合、反射ミラー７による受信光９の集光効果が無いため、別途受信レンズ２５を設けて受信光９の集光を行うようにする。このような構成では、部品点数が多くなってコストが高くなるという問題があるが、発光素子４と受光素子５との配置距離を長くすることができ、電気的および電磁的なノイズの低減が容易になるため、特に高速動作が必要とされるような場合には有用である。このことは以下の実施形態２および実施形態３についても同様である。
（実施形態２）
実施形態２の双方向光通信器について、図１１を用いて説明する。但し、この実施形態２では、上記実施形態１にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、実施形態１と同様の符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
図１１は、本実施形態２の双方向光通信器の概略構成を説明するための図である。この双方向光通信器１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や面発光レーザ等の面発光型の発光素子４を備えている。この発光素子４から出射された送信光８は光学部材１０に形成された第１の送信レンズ２２により集光されて光学部材１０を通過し、さらに、光学部材１０に形成された第２の送信レンズ２３により集光されて光ファイバ２に結合される。
【０１１３】
発光素子４としてＬＥＤを用いた場合には、半導体レーザを用いた場合のように高価な駆動装置が不要であり、低コストの双方向光通信器１を得ることができる。しかし、一般に、ＬＥＤは半導体レーザに比べて放射角が広く、かつ、発光部の面積が大きいため、送信レンズと高効率で結合させるためには、発光部と送信レンズとを近接させて配置する必要がある。ところが、送信レンズに発光部を近接させた場合には、充分に集光することができないという問題があった。
【０１１４】
そこで、本実施形態２のように、第１の送信レンズ２２と第２の送信レンズ２３との二つのレンズを使用することにより、発光素子４としてＬＥＤを用いても、送信光８の集光が容易となり、送信効率を向上させることができる。この場合、実施形態１で示したようなプリズム１１の傾斜角度による相手モジュール反射防止効果は無くなるが、第２の送信レンズ２３に照射された受信光９は発散して反射されるため、同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
以上のように、本実施形態２の双方向光通信器１を双方向光通信装置３を構成する双方向光通信器の少なくとも一方として用いることにより、安価なＬＥＤを用いても高効率で送信光８を光ファイバ２に結合させることができる。また、同様の構成によって面発光レーザを使用することにより、ＬＥＤでは困難な高速での駆動を行うことができる。
【０１１６】
なお、本実施形態２では光ファイバ２の端面形状を球面状にしているが、実施形態１と同様に光軸に対して垂直な平面にしてもよく、光軸に対して傾斜した平面としてもよい。光ファイバ２の端面形状を球面や傾斜面にすることにより、実施形態１で説明したのと同様な効果が得られる。
【０１１７】
上記実施形態１および実施形態２では、光学部材１０に薄膜の反射ミラー７を蒸着により形成したが、これに限られず、例えばスパッタリング法等の他の方法により形成することも可能である。また、光学部材１０と反射ミラー７の間（反射ミラー７の受光素子５側とは反対側の面、一部でも良い）に黒色レジスト等からなる光吸収層を形成することにより、発光素子４から出射される送信光または光ファイバ２の端面により反射された送信光をこの光吸収層により吸収して、送信光が受光素子に入射するのを防止することが可能である。
【０１１８】
（実施形態３）
実施形態３の双方向光通信器について、図１２を用いて説明する。但し、この実施形態３では、上記実施形態１および実施形態２にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、実施形態１および実施形態２と同様の符号を付して説明を省略する。
【０１１９】
図１２は、本実施形態３の双方向光通信器の概略構成を説明するための図である。この双方向光通信器１は、実施形態１および実施形態２で示した双方向光通信器に対して、発光素子４と受光素子５の配置が逆になっている。この構成により、発光素子４から出射される送信光８は、光学部材１０に形成された曲率を有するミラー７によって反射されると共に集光され、光ファイバ２に結合される。一方、受信光９は、光学部材１０に形成された受信レンズ２４によって集光され、受光素子５に結合される。
【０１２０】
この構成では、光ファイバ２端面による送信光８の近端反射は、反射ミラー７によって遮光され、受光素子５に結合されない。また、迷光も同様に受光素子５には結合されない。さらに、受信レンズ２４の曲率によって受信光９が反射しても発散されるため、相手モジュール反射を低減することができる。
【０１２１】
なお、本実施形態３では光ファイバ２の端面形状を光軸に対して傾斜した面にしているが、実施形態１と同様に光軸に対して垂直な平面にしてもよく、球面状としてもよい。光ファイバ２の端面形状を球面や傾斜面にすることにより、実施形態１で説明したのと同様な効果が得られる。
【０１２２】
さらに、光ファイバ２の光軸と垂直な方向に対して、受光素子５の受光面を傾斜させることにより、実施形態１で説明したのと同様に、受光面で反射された受信光９が光ファイバ２に結合されるのを防いで相手モジュール反射を低減することができる。同様に、光ファイバ２の光軸と垂直な方向に対して、発光素子４の光軸を傾斜させることにより、発光素子４に照射されて反射された受信光９が光ファイバ２に結合されるのを防いで相手モジュール反射を低減することができる。
【０１２３】
さらに、実施形態１で説明したのと同様に、光学部材１０の一部に受光素子５および発光素子４との位置合わせのために用いる受光素子用位置決め部２８および発光素子用位置決め部２７を形成してもよい。
【０１２４】
以上のように、本実施形態３の双方向光通信器１を双方向光通信装置３を構成する双方向光通信器の少なくとも一方として用いることにより、実施形態１および実施形態２と同様に、近端反射、遠端反射、相手モジュール反射および迷光による光の混信を防止することができ、かつ、高効率の双方向光通信装置３を得ることができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の本発明によれば、光ファイバで反射した送信光と受信光とを、受信光を受光素子に導く反射ミラーにより分離して、近端反射による混信を防ぐと共に、部品点数を減らすことができる。また、薄膜からなる反射ミラーによって反射光の分離を行うので、受信領域を大きく取って分離損失を少なくすることができる。さらに、迷光が受光素子に入射して混信するのを防ぐことができる。
【０１２６】
請求項２に記載の本発明によれば、上記効果に加えて、双方向光通信器内での迷光を吸収して、さらなる混信の防止を図ることができる。
【０１２７】
請求項３に記載の本発明によれば、反射ミラーにより受信光を集光するため、集光用のレンズを別に設ける必要がなく、さらに部品点数を減らして組み立て調整を容易にすることができる。
【０１２８】
請求項４に記載の本発明によれば、薄膜からなる反射ミラーにより送信部と受信部との光学的分離を行うため、送信光を受信部の近傍に通して送信領域と受信領域の境界を最小限にすると共に、双方向光通信器を小型化することができる。
【０１２９】
請求項５に記載の本発明によれば、一つの光学部材のみで送信と受信のための集光光学系を構成することができ、小型で安価で組み立て易い双方向光通信器を得ることができる。
【０１３０】
請求項６に記載の本発明によれば、プリズムにより送信光を屈折させて光ファイバの外周方向から入射させることができ、光ファイバの受信領域をより拡大することができる。また、プリズムによって相手モジュール反射による混信を抑制することができる。さらに、発光素子の配置の自由度を増すことができ、光学部材に一体形成することにより、小型で組み立て調整が容易な双方向光通信器を得ることができる。
請求項７に記載の本発明によれば、光学部材を発光素子のカバーガラスとして用いることにより、部品点数を減らすと共に組み立てを容易にすることができる。
【０１３１】
請求項８に記載の本発明によれば、発光素子およびサブマウントに照射された受信光が反射されて再び光ファイバに結合されるのを防止することができるため、相手モジュール反射を低減することができる。
【０１３２】
請求項９に記載の本発明によれば、受光素子の受光面により反射された受信光が再び光ファイバに結合されるのを防止することができるため、相手モジュール反射を低減することができる。
【０１３３】
請求項１０に記載の本発明によれば、光ファイバで反射した送信光と受信光とを、送信光を光ファイバに導く反射ミラーにより分離して、近端反射による混信を防ぐと共に、部品点数を減らすことができる。また、薄膜からなる反射ミラーによって反射光の分離を行うので、受信領域を大きく取って分離損失を少なくすることができる。さらに、迷光が受光素子に入射して混信するのを防ぐことができる。
【０１３４】
請求項１１に記載の本発明によれば、反射ミラーにより送信光を集光するため、集光用のレンズを別に設ける必要がなく、さらに部品点数を減らして組み立て調整を容易にすることができる。
【０１３５】
請求項１２に記載の本発明によれば、反射ミラーにより送信部と受信部との光学的分離を行うため、受信光を送信部の近傍に通して送信領域と受信領域の境界を最小限にすると共に、双方向光通信器を小型化することができる。
【０１３６】
請求項１３に記載の本発明によれば、一つの光学部材のみで送信と受信のための集光光学系を構成することができ、小型で安価で組み立て易い双方向光通信器を得ることができる。
【０１３７】
請求項１４に記載の本発明によれば、発光素子およびサブマウントに照射された受信光が反射されて再び光ファイバに結合されるのを防止することができるため、相手モジュール反射を低減することができる。
【０１３８】
請求項１５に記載の本発明によれば、受光素子の受光面により反射された受信光が再び光ファイバに結合されるのを防止することができるため、相手モジュール反射を低減することができる。
【０１３９】
請求項１６に記載の本発明によれば、反射ミラーの一部により確実に近端反射による混信を防止することができる。
【０１４０】
請求項１７に記載の本発明によれば、反射ミラーにより受光素子を発光素子から電気的および電磁的に分離して、電気的な混信や電磁的な混信を低減することができる。
【０１４１】
請求項１８に記載の本発明によれば、発光素子と光学部材とを簡易な方法により高精度に位置合わせして組み立てることができる。さらに、部品点数を減らして安価な双方向光通信器を得ることができる。
【０１４２】
請求項１９に記載の本発明によれば、受光素子と光学部材とを簡易な方法により高精度に位置合わせして組み立てることができる。さらに、部品点数を減らして安価な双方向光通信器を得ることができる。
【０１４３】
請求項２０に記載の本発明によれば、一本の光ファイバにより全二重方式の通信を行うことができ、小型で低コストな双方向光通信装置を得ることができる。
【０１４４】
請求項２１に記載の本発明によれば、光ファイバの遠端反射による混信を抑制することができる。また、送信光の光ファイバによる反射光を光ファイバの外周方向に反射させることができるので、近端反射による混信防止を容易に行うことができる。さらに、受信光を受光素子側に屈折して出射することができるので、より高効率に受信光を受光素子に結合させることができる。
【０１４５】
請求項２２に記載の本発明によれば、光ファイバの遠端反射による混信を抑制することができる。また、送信光の光ファイバによる反射光を光ファイバの外周方向に反射させることができるので、近端反射による混信防止を容易に行うことができる。また、受信光を集光させて出射させることができるので、より高効率に受信光を受光素子に結合させることができる。さらに、光ファイバと双方向光通信器との接続方向を一定に決める必要が無いため、接続を容易に行うことができる。
【０１４６】
請求項２３に記載の本発明によれば、光ファイバとしてＰＯＦを用いることにより、曲げ損失が少なく、光ファイバが折れ難い。また、コア径が１ｍｍ程度の大口径の光ファイバを容易に製造できるので、光ファイバと双方向光通信器との結合調整が容易であり、かつ、双方向光通信装置を安価に作製することができる。
【０１４７】
請求項２４に記載の本発明によれば、光ファイバとしてＰＣＦを用いることにより、伝送帯域が広く、長距離での通信や高速での通信を行うことができる。
【０１４８】
請求項２５に記載の本発明によれば、発光素子と光学部材とを簡易な方法により高精度に位置合わせして受信部を組み立てることができる。
【０１４９】
請求項２６に記載の本発明によれば、受光素子と光学部材とを簡易な方法により高精度に位置合わせして送信部を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の双方向光通信装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】実施形態１の双方向光通信器の概略構成を説明するための図である。
【図３】本発明の双方向光通信器における送信領域と受信領域を説明するための図である。
【図４】本発明の双方向光通信器における近端反射および迷光の防止原理を説明するための図である。
【図５】本発明の双方向光通信器における相手モジュール反射の防止原理を説明するための図である。
【図６】本発明の双方向光通信器における相手モジュール反射の防止原理を説明するための図である。
【図７】実施形態１の双方向光通信器における相手モジュール反射の防止原理を説明するための図である。
【図８】実施形態１の双方向光通信器において、光ファイバの端面を光軸に対して傾斜させた例を説明するための図である。
【図９】実施形態１の双方向光通信器において、光ファイバの端面を球面形状とした例を説明するための図である。
【図１０】実施形態１の双方向光通信器において、プリズム形状を変化させた例を説明するための図である。
【図１１】実施形態１の双方向光通信器における光学部材の形状を説明するための図である。
【図１２】実施形態１の双方向光通信器の組み立て方法を説明するための図である。
【図１３】実施形態１の双方向光通信器において、反射ミラーの形状を変化させた例を説明するための図である。
【図１４】実施形態２の双方向光通信器の概略構成を説明するための図である。
【図１５】実施形態３の双方向光通信器の概略構成を説明するための図である。
【図１６】従来の双方向光通信器の一例を説明するための図である。
【図１７】従来の双方向光通信器の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  双方向光通信器
２  光ファイバ
３  双方向光通信装置
４  発光素子
５  受光素子
６  送信レンズ
７  反射ミラー
８  送信光
９  受信光
１０  光学部材
１１  プリズム
１２  サブマウント
１３  ステム
１４  モニター用フォトダイオード
１５  送信部カバー
１６  遮光部
１７  反射光
１８  迷光
１９  素子反射光
２０  プリズム反射光
２１  電極
２２  第１の送信レンズ
２３  第２の送信レンズ
２４、２５  受信レンズ
２６  固定部
２７  発光素子用位置決め部
２８  受光素子用位置決め部
２９  受信部組み立て部材
３０  受光部位置
３１  光学部位置
１０２  光ファイバ
１０４  レーザダイオード
１０５  受光素子
１０６  レンズ
１０７  偏光反射膜
１０８  送信光
１０９  受信光
１１１  プリズム
２０２  光ファイバ
２０４  発光素子
２０５  受光素子
２０６  送信レンズ
２０７  遮光板
２０８  送信光
２０９  受信光
２２４  受信レンズ
【図１】
0003758526.tif 000002
【図２】
0003758526.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003758526.tif 000007
【図７】
0003758526.tif 000008
【図８】
0003758526.tif 000009
【図９】
0003758526.tif 000010
【図１０】
0003758526.tif 000011
【図１１】
0003758526.tif 000012
【図１２】
0003758526.tif 000013
【図１３】
0003758526.tif 000014
【図１４】
0003758526.tif 000015
【図１５】
0003758526.tif 000016
【図１６】
0003758526.tif 000017
【図１７】
0003758526.tif 000018