JPH0564805U - 光ファイバの光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点光源からの光を集光して効率良く光ファイ
バに導く。 【構成】 ＬＥＤ１１に結合部材１５が接着されてい
る。結合部材１５には楕円状部が形成されていると共
に、その部位に金属薄膜が蒸着されて楕円球状反射鏡１
６，１８が形成されている。楕円球状反射鏡１６，１８
の１つの焦点Ｆ1は一致している。楕円球状反射鏡１６
の焦点Ｆ0 にＬＥＤ１１の半導体ペレット１３が配置さ
れ、楕円球状反射鏡１８の焦点Ｆ2 に光ファイバ１９の
端面が配置されている。ＬＥＤ１１からの光は楕円球状
反射鏡１６，１８により反射するときに絞られて光ファ
イバ１９に入光する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、点光源からの光を光ファイバに導く光ファイバの光結合装置に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、例えば光電スイッチにおいては、光ファイバを利用して被検出物体 を検出する構成のものが供されている。つまり、投光素子からの光を光ファイバ に導くと共に、その光ファイバを検出領域に対応させて設置することにより、小 さな設置スペースにかかわらず光ファイバを通じて被検出物体を検出することが できる。

【０００３】 さて、投光素子からの光を光ファイバに導く構成として、図５に示すように光 ファイバ１の端面にＬＥＤ２を密着する直接結合方式がある。ところが、ＬＥＤ ２の半導体ペレット２ａからの光は拡散しているので、ＬＥＤ２からの光の一部 しか光ファイバ１に到達しない。そこで、ＬＥＤからの光を集光レンズを用いて 光ファイバの端面に集光するレンズ結合方式が一般的に用いられている。

【０００４】 図６はレンズ結合方式の一例を示している。この図６において、３は集束性ロ ッドレンズ（屈折率が中心軸から外周面に向かって放射状に分布している円柱状 の光学ガラス体）で、ＬＥＤ４からの光は集束性ロッドレンズ３により集光され て光ファイバ５に照射されるようになっている。従って、ＬＥＤ４から拡散して 投光される光を効率良く光ファイバ５に照射することができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、光ファイバの特性として、光ファイバのコア及びクラッドの屈折率 で決定される有効入射角度よりも小さい角度で入射した光のみが光ファイバに導 かれるようになっている。つまり、光ファイバの端面に照射された光の全てが光 ファイバに導かれるのではなく、光の入射角度が光ファイバの有効入射角度より も大きい場合には、光ファイバの外部に光が漏れてしまうのである。このため、 従来例で示したレンズ結合方式において、ＬＥＤ４から光ファイバ５に光が照射 されるにしても、その光を光ファイバ５に効率良く導くことができないという課 題が残されていた。

【０００６】 本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、点光源からの光を効 率良く光ファイバに導くことができる光ファイバの光結合装置を提供することに ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の光ファイバの光結合装置は、２つの焦点を有するＮ個の楕円球状反射 鏡を設け、これらの楕円球状反射鏡を各々の焦点の１つが一致するように互い違 いに配置すると共に、１番目の楕円球状反射鏡の焦点に前記点光源を配置し、Ｎ 番目の楕円球状反射鏡の焦点近傍に前記光ファイバの端面を配置し、且つ前記Ｎ 番目の楕円球状反射鏡から前記光ファイバに至る光の入射角度を当該光ファイバ の有効入射角度よりも小さく設定したものである。

【０００８】

【作用】

点光源は１番目の楕円球状反射鏡の一方の焦点に位置しているので、点光源か らの光は、１番目の楕円球状反射鏡で反射してもう一方の焦点に集光してから２ 番目の楕円球状反射鏡に照射される。このとき、１番目の楕円球状反射鏡のもう 一方の焦点と２番目の楕円球状反射鏡の一方の焦点とは一致しているので、２番 目の楕円球状反射鏡に照射された光はこれで反射した後にもう一方の焦点に集光 する。斯様にして光が楕円球状反射鏡を順次反射するうちに反射光が絞られ、Ｎ 番目の楕円球状反射鏡で光が反射したときは、Ｎ番目の楕円球状反射鏡から光フ ァイバに至る入射角度は光ファイバの有効入射角度よりも小さくなる。従って、 点光源からの光を効率良く光ファイバに導くことができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案を光電スイッチに適用した第１実施例を図１及び図２を参照して 説明する。図１は要部の縦断面を示している。この図１において、点光源たるＬ ＥＤ１１は、基台１２に形成された凹部に半導体ペレット１３を固着すると共に 、その半導体ペレット１３を透明樹脂１４で覆って成る。

【００１０】 ＬＥＤ１１の前面に結合部材１５が接着されている。この結合部材１５はＬＥ Ｄの透明樹脂１４と略同一の屈折率を有する透明部材を所定形状に形成して成る 。即ち、結合部材１５の上面は楕円球状に形成されており、その楕円球状部の表 面に金属薄膜が蒸着されており、その金属薄膜により１番目の楕円球状反射鏡１ ６が形成されている。また、結合部材１５の底面部には溝部１７が形成されてお り、その溝部１７に楕円球状部が膨出形成されている。そして、楕円球状部の表 面に金属薄膜が蒸着されており、その金属薄膜により２番目（Ｎ番目に相当）の 楕円球状反射鏡１８が形成されている（図１の側面を示す図２参照）。

【００１１】 ここで、楕円球状反射鏡は２つの焦点を有し、１番目の楕円球状反射鏡１６の 焦点がＦ0 とＦ1 とに設定され、２番目の楕円球状反射鏡１８の焦点がＦ1 とＦ 2 とに設定されており、各々の楕円球状反射鏡１６，１８の焦点Ｆ1 は一致して いる。また、１番目の楕円球状反射鏡１６の焦点Ｆ0 にＬＥＤ１１の半導体ペレ ット１３が配置され、２番目の楕円球状反射鏡１８の焦点Ｆ2 に結合部材１５の 前端面が位置する。さらに、２番目の楕円球状反射鏡１８の長軸と短軸との比は 、１番目の楕円球状反射鏡１６のそれよりも大きく設定されている。

【００１２】 上記ＬＥＤ１１及び結合部材１５は図示しない光電スイッチ本体の前面側に配 設されており、結合部材１５の前端面は前方を臨んでいる。そして、ＬＥＤ１１ は図示しない駆動回路から駆動電流が与えられるようになっており、その駆動電 流に応じて半導体ペレット１３から光を前方に照射する。

【００１３】 一方、光電スイッチ本体の前面には図示しない光ファイバホルダが設けられて おり、その光ファイバホルダに光ファイバ１９が装着されている。この場合、光 ファイバ１９の一方の端面は結合部材１５の前端面に当接し、他方の端面は検出 領域に対応して固定されている。以上の構成により、２番目の楕円球状反射鏡１ ８の焦点Ｆ2 に光ファイバ１９の一方の端面が位置している。

【００１４】 次に上記構成の作用について説明する。ＬＥＤ１１に駆動電流が与えられて半 導体ペレット１３から光が投光されると、ＬＥＤ１１からの光は１番目の楕円球 状反射鏡１６で反射して焦点Ｆ1 に集光した後に２番目の楕円球状反射鏡に照射 される。このとき、各楕円球状反射鏡１６，１８の焦点Ｆ1 は一致しているので 、２番目の楕円球状反射鏡１８に照射された光はこれのもう一方の焦点Ｆ2 に集 光する。この場合、２番目の楕円球状反射鏡１８の長軸と短軸との比は１番目の 楕円球状反射鏡１６のそれよりも大きく設定されているので、２番目の楕円球状 反射鏡で反射した光は１番目の楕円球状反射鏡で反射した光よりも絞られる。従 って、２番目の楕円球状反射鏡１８で反射して光ファイバ１９に入射する光の入 射角度が光ファイバ１９の有効入射角度よりも小さくなるように２番目の楕円球 状反射鏡１８の長軸と短軸との比を設定した場合には、ＬＥＤ１１から投光され て１番目の楕円球状反射鏡１６で反射した光の大部分が光ファイバ１９に入射し て導かれる。

【００１５】 上記実施例によれば、ＬＥＤ１１から投光された光を２つの楕円球状反射鏡１ ６，１８の反射により絞るようにしたので、光ファイバ１９への光の入射角度を 当該光ファイバ１９の有効入射角度よりも小さく設定することができる。従って 、光ファイバへの入射角度を小さく絞ることが難しい従来例と違って、ＬＥＤ１ １からの光を効率良く光ファイバ１９に導くことができる。

【００１６】 また、上記実施例の場合、結合部材１５の屈折率はＬＥＤ１１の透明樹脂１４ の屈折率と略同一であるので、ＬＥＤ１１から結合部材１５に入射する光は透明 樹脂１４と結合部材１５との境界で屈折することなく直進する。これにより、Ｌ ＥＤ１１から結合部材１５に入射して１番目の楕円球状反射鏡１６で反射した光 を焦点Ｆ1 に集光することができるので、ＬＥＤ１１からの光を光ファイバ１９ の端面に確実に集光することができる。

【００１７】 次に、本実施例のおける光ファイバの光入射エネルギと従来例における光ファ イバへの光入射エネルギとを比較する。

【００１８】 光ファイバに導入される放射束φe ［Ｗ］は下記のように示される。 Φe ＝Ｉe Ω（Ｗ） Ｉe ：放射強度［Ｗ／sr］ Ω ：立体角［sr］

【００１９】 従来例を示す図５において、ＬＥＤ２の半導体チップ２ａから光ファイバ１の 端面までの距離が１であると共に、ＬＥＤ２から光ファイバ１に至る光の最大入 射角がθであったときは、φ１の光ファイバが導入できる放射束Φe1は θ＝Arc tan （０．５／１）＝２６．５６５［°］ Ω1 ＝２π（１−cos θ）＝０．６６３３［sr］ Φe1＝０．６６３３Ｉe ［Ｗ］ また、φ０．５の光ファイバの導入できる放射束Φe05 は θ＝Arc tan （０．２５／１）＝１４．０３６［°］ Ω05＝２π（１−cos θ）＝０．１８７６［sr］ Φe05 ＝０．１８７６Ｉe ［Ｗ］

【００２０】 一方、楕円球状反射鏡では、焦点を通る光は楕円球状反射鏡で反射した後、も う一方の焦点を通る。 また、ＬＥＤ１１に対する光ファイバ端面の立体角は、図１においてθ＝８５ °とすると、 Ω＝２π（１−cos ８５）＝５．７３５５７ このうち図２に示すように１番目の楕円球状反射鏡１６は、上半分が有効であ るので、 Ωd ＝Ω／２＝２．８６７８ 光ファイバに導入できる放射束Φedは Φed＝２．８６７８Ｉe

【００２１】 従って、従来例と本実施例とを比較すると、 φ１の光ファイバでは、 Φed／Φe1＝２．８６７８Ｉe ／０．６６３３Ｉe ＝４．３２倍 φ０．５の光ファイバでは、 Φed／Φe05 ＝２．８６７８Ｉe ／０．１８７６Ｉe ＝１５．２８倍 以上の比較結果から分るように、楕円球状反射鏡での反射の減衰を考慮しても 、従来例に比べて大きな改善効果を期待することができる。

【００２２】 図３は本考案の第２実施例を示している。この図３において、ＬＥＤ２０の半 導体ペレット２１は、アノード端子２２に固着されていると共に、ワイヤボンデ ィングによりカソード端子２３に接続されている。そして、半導体ペレット２１ 全体は透明樹脂２４で覆われている。ここで、透明樹脂２４には２つの楕円球状 部が形成されていると共に、その楕円球状部の表面に金属薄膜が蒸着されており 、これにより１番目の楕円球状反射鏡２５及び２番目の楕円球状反射鏡２６が形 成されている。この場合、１番目及び２番目の楕円球状反射鏡２５，２６は第１ 実施例のそれと同一形状に形成されている。

【００２３】 この第２実施例の場合、第１実施例におけるＬＥＤ１１と結合部材１５とを一 体に形成したものに相当し、第１実施例と同様の効果を奏しながら、部品点数の 削減を図ることができる。

【００２４】 図４は本考案の第３実施例を示している。この図４において、ＬＥＤ２７と対 向する結合部材２８はこれの内面に楕円球状部が形成されており、その楕円球状 部の表面に金属薄膜が蒸着されることにより１番目及び２番目の楕円球状反射鏡 ２９，３０が形成されている。

【００２５】 この第３実施例の場合、ＬＥＤ２７から光が投光されたときに、ＬＥＤ２７か らの光が空気との境界で屈折を生じるものの、その屈折を考慮してＬＥＤ２７と 結合部材２８との配置を決定することにより、ＬＥＤ２７から投光された光を確 実に光ファイバ１９に導くことができる。

【００２６】 尚、上記各実施例では、楕円球状反射鏡を２つ設けた場合を示したが、楕円球 状反射鏡を３つ以上利用してＬＥＤからの光を光ファイバに導くようにしてもよ い。

【００２７】 また、本考案を光電スイッチに限らず、光ファイバを利用した装置全般に適用 するようにしてもよい。

【００２８】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案の光ファイバの光結合装置によれば、 ２つの焦点を有するＮ個の楕円球状反射鏡を設け、これらの楕円球状反射鏡を各 々の焦点の１つが一致するように互い違いに配置すると共に、１番目の楕円球状 反射鏡の焦点に前記点光源を配置し、Ｎ番目の楕円球状反射鏡の焦点近傍に前記 光ファイバの端面を配置し、且つ前記Ｎ番目の楕円球状反射鏡から前記光ファイ バに至る光の入射角度を当該光ファイバの有効入射角度よりも小さく設定したの で、点光源からの光を効率良く光ファイバに導くことができるという優れた効果 を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例における要部を概略的に示
す縦断面図

【図２】要部の側面図

【図３】本考案の第２実施例を示す図１相当図

【図４】本考案の第３実施例を示す図１相当図

【図５】従来例を示す図１相当図

【図６】その他の従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

１１はＬＥＤ（点光源）、１５は結合部材、１６は１番
目の楕円球状反射鏡、１８は２番目の楕円球状反射鏡、
１９は光ファイバ、２０はＬＥＤ（点光源）、２５は１
番目の楕円球状反射鏡、２６は２番目の楕円球状反射
鏡、２７はＬＥＤ（点光源）、２９は１番目の楕円球状
反射鏡、３０は２番目の楕円球状反射鏡である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 点光源からの光を光ファイバに導く光結
   合装置であって、２つの焦点を有するＮ個の楕円球状反
   射鏡を設け、これらの楕円球状反射鏡を各々の焦点の１
   つが一致するように互い違いに配置すると共に、１番目
   の楕円球状反射鏡の焦点に前記点光源を配置し、Ｎ番目
   の楕円球状反射鏡の焦点近傍に前記光ファイバの端面を
   配置し、且つ前記Ｎ番目の楕円球状反射鏡から前記光フ
   ァイバに至る光の入射角度を当該光ファイバの有効入射
   角度よりも小さく設定したことを特徴とする光ファイバ
   の光結合装置。