JPS6262306A - プラスチツク光フアイバおよびその端面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、少なくともコア部に透明なプラスチック材
料を用い、光信号の伝ｉ！！、に使用されるプラスチッ
ク光ファイバに係り、４Ｉに、仁のプラスチック光ファ
イバの端面形状と、この端面形状に成形するための端面
加工方法に関する。

〔発明の背景〕

プラスチック光ファイバは１例えば、アクリル系のメタ
クリル樹脂等の繊維からなるコアに、該コアよりも屈折
率の低い例えばフッ素人りメタクリル樹脂をクラッドと
して被覆して形成され、光１伝送の導波路として利用さ
れる。

光の導波路として利用するためには、プラスチック光フ
ァイバ（以下、光ファイバと略称する）のコテビ一端面
側を発光側からの入射面とし、他端面側を出射面として
従来までは、第５図に示すような形状に両端面３ｃ／と
もできるだけ平滑に仕上けていた。これは、もし該端面
３　ｅ’の仕上げが粗雑であると、該端面３Ｃで光が乱
反射や全反射をおこして光学的損失を生じることがあり
、また、出射面からの光が拡散して、所定の受光素子２
ａなどの受光側へ有効に入射する光量が減少すること＆
ｌるためである。

このようにコア３ａの端面３ｃｆ：平滑に仕上げること
が光ファイバにとって必須のことであり、端面３ｃを仕
上げる方法としては、グラインダを使用したシ、加熱板
を使用する方法が知られている。特に、表面が平滑に形
成された加熱板に、光ファイバの端面を押し当てて、端
面を平滑に仕上げる方法は１％公昭６０−１５２４１号
として公知になっている。

一方、光ファイバの端面を平滑に形成し１発光素子とし
ての発光ダイオードや半導体レーザがいかに大きな光出
力を出しても、光ファイバに効率良く光が入らなくては
意味がない。発光ダイオードの場合１面発光型と端面発
光型とがあるが、いずれにしても発光の強度分布は、は
とんど等方的に近く、このように拡がった光をコア径の
小さな元ファイバに入れることは難しい。また第６図に
示すようにコア３ａとクラッド３ｂとの屈折率の違いに
より、入射光がコア３ａとクラッド３ｂの間で全反射せ
ず、コア３ａからクラッド３ｂ側に光が透過することも
あるので、浅い角度θで光をコア３ａに導く必要がある
。（θはり２ツド３ｂで全反射する入射角）。すなわち
、このように平滑に形成していてもコア３ａの端面に入
射した光のうち一部分しかコア３ａＫ導入されないとい
う問題がある。そのために、例えば、第７図に示すよう
にレンズｌが発光ダイオード２と光フアイバ３０間に挿
入され、発光ダイオード２からの光を収束せしめて光フ
ァイバ３のコア３ａに入射せしめているものがある。こ
の構造のものにおいて浅い角度θで光をコア３ａに導く
ためには、レンズ１を発光ダイオード２に近づければよ
いが１発光源の像が拡大されて、光ファイバ３のコア３
ａ径以上に拡がり、多くの光が光ファイバ３に入らなく
なる。これをさけるために発光領域を小さくすると、発
光ダイオード２の光出力が小さくなるので光ファイバ３
に入る光出力も小さくなる。また。

レンズ１を遠ざければ１発光領域での像が小さくなるか
、入射角が深くなる上にレンズ１に入らない光の量が増
えてしまう。また、別体のレンズ１を光路内に挿入する
ことで、スペースファクタも劣化するという問題もある
。

このような理由によシ、より多くの光を浅い角度θで光
ファイバ３のコア３ｂ内に導くために各種の結合方法が
とられている。この−例として。

第８図に示すように、光ファイバ３のコア３ａの一端を
球レンズ４状に形成した先球ファイバと称される光ファ
イバがある。この先球ファイバはコア３ａにガラス繊維
を用いたものに多く使用され、コア３ａの端面積よシ広
い面積で受光し、受光した光を浅い角度でコア３ａ内に
導入することができる。しかし、光ファイバ３の先端が
球状に拡大しているため、プラグやコネクタを用いて発
光素子（発光ダイオード）２や受光素子に近接して設置
することが難しく、使用性に問題があった。

また、コア３ａに高分子材料を用いたプラスチック光フ
ァイバの端面を同図に示すように球レンズ上に仕上げる
ことも簡増ではなく、ガラス材料との屈折率の違いから
、この先球形状がプラスチック光ファイバに適用される
ことはほとんどなかった。一方、平滑に形成した端面３
ｃから光が出射する場合においても、第５図に示すよう
に光がコア３ａ径よりも拡大するので、受光素子２＆の
受光領域を広くしないと効率が低下するという問題があ
夛、このため、該端面３ｃと受光素子２＆間にレンズ等
の集光手段を挿入することもあった。

しかし、レンズを挿入するとコストがかかるばかりでな
く、レンズを挿入するためのスペースが必ｉｌｌな）、
スペースファクタの点でも問題がでてくる。

〔発明の目的〕

この発明は、上記従来技術の実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、少なくとも端面に入射した光を全てコ
ア内に導入して伝送可能な光ファイバを提供することに
ある。他の目的は、導入された光を受光側に効率良く出
射可能な光ファイバを提供することＫある。他の目的は
、上記特性の向上をスペースファクタよく実現すること
にある。

さらに他の目的は、上記のように光の導°入効率、およ
び出射効率に優れた光ファイバを製造する方法を提案す
ることにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、この発明は、光ファイバのコ
ア部の端面をフレネルレンズ形状に形成した構成に特徴
があり、さらに、該端面を加熱板の表面に形成されたフ
レネルレンズ状の型に押し当てる工程と、該加熱板によ
って上記端面を熱変形温度に加熱し、紋型に形成された
７レネルレンメ形状を該端面に転写する工程と、上記加
熱板の温度を低下させて該端面の温度を低下せしめ、該
端面に転写されたフレネルレンズ形状を定着する工程を
経て、光ファイバのコア部の端面に７し゛ネルレンズ体
を形成可能に構成したことを特徴としている。　　　゛ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は１本発明の実施例に係る光ファイ
バを説明するためのもので、第１図（ａ）は。

元ファイバのコア部の拡大端面図、第１図（ｂ）は光フ
ァイバの端面形状を示す正面図、第２図は光ファイバの
発光素子側への取付方法の一例を示す分解斜視図である
。

第１図、第２図において、光ファイバ１０は。

例えばアクリル系のメタクリル樹脂等の識維からなるコ
ア１１部と、このコア１１よりも屈折率の低いフッ素入
りメタクリル樹脂を該コア１１に被覆してなるクラッド
１３部とからなシ、該コア１１の端面１２はフレネルレ
ンズ形状に成形されている。フレネルレンズとは、厚い
レンズの光学的特性を有するよう１（１表面を第１図（
ｂ）に示すような同心円の階段状に形成したもので、こ
の階段形状を規定するととくよシ、第１図（ａ）　Ｋ示
すように所定の焦点距離に設定できる。この場合は受光
素子１４の受光部１４ａに焦点を結ぶように設定しであ
る。

第２図は、光素子１５に対して光ファイバ】０を対向せ
しめる構造の一例である。すなわち、コネクタ１Ｇの一
側に光素子１５を装着し、さらに光ファイバ１０のクラ
ッド１３の被覆が一部剥されたコア１１全プラグ１７に
′！Ｉ＃入し、コア１１のフレネル状の端面１２と該プ
ラグ１７の端面１８とほぼ一致させて、該プラグ１７を
コネクタ１６内に挿入する。すると、コネクタ１６の係
合突起１９にプラグ１７の鍔２０が弾性的（Ｃ保合し、
ちょうど光素子１５０半導体チップ２１が、端面１２の
フレネルレンズ体の焦点（（なるよう（（、該端面１２
が光素子１５に対向する。この上うに配置することによ
り、光素子濃５が受光素子の場合には受光部たる半導体
チップ２１に光が集中して受光効率の向上を図ることが
できる。また、光素子１５が発光素子の場合には１発光
した光のうち該端面１２に入射した光が、はぼ平行光と
なってコアｌｌ内に導入されるのでクラッド１３側に光
が透過することがなく、この光の透過による光損失を最
小限に抑えることができ、該端面１２に入射した光を効
率よく伝送することができる。

次に、光ファイバ１０のコア１１の端面を加工する方法
を第３図、第４図を参照して説明する。

８３図は、この加工方法に用いる表面にフレネルレンズ
の形状をした型３３が形成された加熱装置の一例でちっ
て、この加熱装置１ハ、該ｆｉ３３が表面に形成された
金属、ガラスもしくは石英等からなる加熱板３１と、加
熱板３１の両端（付設され、この加熱板３１を加熱する
電熱ヒータ等の熱源３２とからなっている。

この加工方法は、以下の３工程からなっている。

第１工程は、第４図に示すようＫ　、光ファイバ１０の
コア１１の端面１２を、上記加熱板３１のフレネルレン
ズ状の厘３３に垂直に押し当てるもので、多量生産的に
は、機械により直角度と適正な押圧力を設定しておこな
われる。

第２工程は、上記加熱板３１によってコア１１の端面１
２を１例えば約８０℃程度の熱変形温度に加熱して、該
型３３形状を端面１２に転写する本ので、加熱部１廣、
加熱時間は、コア１１の材質に応じて適宜設定される。

第３工程は、上記加熱板３１の温度を、例えば４０℃な
いし室温にまで低下させ、°該端面１２の温度をコア１
１の硬化温度まで下げ、該端面１２に転写されたフレネ
ルレンズ形状を該端面に定着させる。このとき、堰３３
の凹凸は約３０〜５０μｍに設えされているので、該端
面１２にも約３０〜５０μの凹凸を有する同心円の溝状
のフレネルレンズ体が形成されることになる。このフレ
ネルレンズ体の焦点距離は、屈折率と凸部の傾斜角によ
り自由に設定することができる。

以上のように、この実施例によれば、コア１１の端面を
単に型ａ３・に押し当てて加熱することにより、簡単に
所定の焦点距離を備えたフレネルレンズ体に端面を加工
することができる。この手間は、従来の端面を平滑する
手間と同じであり、極めて低コストで複雑なフレネルレ
ンズ形状の端面加工が可能になっている。

〔発明の効果〕

本発明は、上記のように構成されているので。

光の導入効率、出射効率に優れ、スペースファクタの良
いプラスチックファイバを提供できる効果がある。また
、本発明方法によれば、光ファイバの端面を上記特性を
備えた端面形状に簡単かつ効率的に加工することができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例に係る元ファイバ
を説明するためのもので、第１図（ａ）はコアの端面形
状を示す概念図、第１図（ｂ）はコアの端面に形成され
たフレネルレンズ体の正面図、第２図は光ファイバと光
素子とこれらの結合装置を示す分解斜視図、第３図およ
び第４図は本発明方法を説明するためのもので、第３図
は加熱装置の斜視図、第４図は端面加工方法を示す概念
図、第５図ないし第８図は従来例を説明するためのもの
で。 第５図（ａ）は端面を平滑に形成した光ファイバの概念
図、第５図（ｂ）は平滑な端面を示す正面図、第６図、
第７図、第８図はそれぞれ、光の導入径路を示す概念図
である。 ３．１０・・・・・・光ファイバ、３ａ、１１・・・・
・・コア。 ３ｂ、１３・・・・・・クラッド、　３ｏ、１２・・・
・・・端面。 ３１・・・・・・加熱板、３２・・・・・・熱源、３３
・・・・・・型。 第１図 第３図 （ａ） １４σ 第４図 第５図　　　　　　第６図 ｔσノ 第７図　　　　　　第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明なプラスチック材料からなるコア部と、この
   コア部を被覆するクラッド部とを備え、該コア部の一端
   面から光を入射し、この受光した光をコア部を介して伝
   送し他端面から出射するものにおいて、該コア部の端面
   が所定の焦点距離を有するフレネルレンズ形状に成形さ
   れていることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
2. （２）透明なプラスチック材料からなるコア部と、この
   コア部を被覆するクラッド部とを備えた光ファイバの該
   コア部の端面を、加熱板の表面に形成されたフレネルレ
   ンズ状の型に押し当てる工程と、該加熱板によつて上記
   端面を熱変形温度に加熱し、上記型に形成されたフレネ
   ルレンズ形状を該端面に転写する工程と、上記加熱板の
   温度を低下させて該端面の温度を低下せしめ、該端面の
   フレネルレンズ形状を定着する工程とからなることを特
   徴とするプラスチック光ファイバの端面加工方法。