JP4905359B2 - 光ケーブルモジュール及びそれを用いた機器 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路を用いた光ケーブルモジュールに関するものであって、特に、高い柔軟性を有する光導波路を用いた光ケーブルモジュールに関する。

近年、高速で大容量のデータ通信が可能な光通信網が拡大している。今後、この光通信網は機器間から機器内への搭載が予想されている。そして、プリント配線基板を光配線として実現するために、アレイ化が可能な光導波路が期待されている。

光導波路とは、屈折率の大きいコアと、該コアの周囲に接して設けられる屈折率の小さいクラッドとにより形成され、コアに入射した光信号を該コアとクラッドとの境界で全反射を繰り返しながら伝搬するものである。

そんな中、特に近年、曲がるディスプレイや、より小型、薄型の民生機器に搭載されるフレキシブルな（電気配線と同様に）光配線を光導波路で実現することが求められる。しかしながら、従来の光導波路は、例えばＦＴＴＨに用いられる光カプラ等、ガラスまたは半導体からなり、フレキシブル性がないため、このような用途へは適さないものである。つまり、フィルム状の光導波路であることが望ましい。

特に、本願出願人によっては、光導波路のコアおよびクラッドの材料に従来よりもさらに柔軟な材料を用いることによって、図１２に示すような高い屈曲性を有する光導波路が開発されている。このような高い屈曲性を有する光導波路を用いれば、機器内の基板間でのデータ伝送をも光導波路にて行うことが可能になると考えられる。

このような柔軟性を有するフィルム光導波路を光ケーブルとして用いる場合、光電変換素子（受発光素子）と位置合わせをして光結合する必要がある。受発光素子とは、電気信号を光信号に変換して発信し、光信号を受信して電気信号に変換するものである。また、光導波路を光電変換素子と結合するに当たって、光導波路の端部を斜めに切断して、該光導波路の端面に光路変換ミラーを形成する構造が、通常良く用いられる。このような光路変換ミラーを有する光導波路では、コア部を伝達されてきた信号光は、光路変換ミラーによって進行方向を変換されて受光素子に入射する。
日本国公開特許公報「特開２００５−７８０２７号公報（２００５年３月２４日公開）」 日本国公開特許公報「特開平１１−１５３７１９号公報（１９９９年６月８日公開）」

図１２に示すような高い屈曲性を有する光導波路を機器内の基板間でのデータ伝送に用いる場合には、その高い柔軟性を生かして、例えば携帯電話のヒンジ部など、曲げ伸ばしの多く発生する（光導波路の形状変化が頻繁に発生する）箇所でのフレキシブル配線としての使用が見込まれる。

しかしながら、上記光導波路は、該光導波路の屈曲状態によって光伝送媒体（すなわちコア部）内部での光波状態が変化する。そして、この光波状態変化により、光路変換損失の変化や、スポットサイズ不整合損失の変化が生じる。すなわち、従来の光導波路では、該光導波路の変形によって大きな損失差が生じてしまうといった問題がある。この問題について具体的に説明すると以下の通りである。

先ず、光導波路のコア部に入射される信号光は、コア部の光軸にほぼ平行な光として入射されるが、実際にはコア部の光軸に平行な信号光ばかり入射されるわけではない。すなわち、図１３に示すように、光導波路内を伝達される信号光は、コア部の光軸に対してある程度の角度分布を有する。そして、コア部の光軸に対して平行でない光は、コア部とクラッド層との境界面での反射をうけながらコア部内を伝播する。このとき、光導波路において光路の屈曲がなく、直線状の光路が維持されておれば、出射側での信号光の角度分布は入射側とほぼ同じになる。

すなわち、光導波路が屈曲していない場合（図１４（ａ）参照）は、受光面における信号光の光強度分布は、図１４（ｂ）に示すようなものとなる。この場合の光強度分布では、信号光の角度分布は小さく、ピーク光量の値が大きくなる。尚、図１４において、θは信号光と光軸とのなす角を示しており、θｃは導波路臨界角（コア部とクラッド層との界面における臨界角）、θｃはミラー臨界角（光路変換ミラーにおける臨界角）を示している。

一方、図１５に示すように、光導波路において光路の屈曲が生じている場合、信号光はこの屈曲箇所での反射により、その光軸に対する角度が変化する。このことは、出射側での信号光の角度分布の変化に繋がる。具体的には、光導波路において屈曲が生じている場合、光導波路を伝達される信号は、その屈曲箇所を通過することによってその屈曲方向における角度分布が広がることとなる。尚、ここでの屈曲方向とは、光導波路の光軸に垂直な断面において、屈曲した光軸を含む面と平行な方向を指す。

このように、光導波路の出射側での信号光の角度分布が変化することによって、光路変換ミラーによって取り出される信号光の割合が変化する。すなわち、光導波路の端部を斜めに切断して形成される光路変換ミラーでは、その切断端面に対して臨界角度より小さい角度で入射された光については、該光路変換ミラーを透過する光が発生する。そして、出射側での信号光の角度分布が変化すると、当然ながら光路変換ミラーへの光の入射角度分布も変化し、該光路変換ミラーを透過する信号光の割合が変化する。具体的には、信号光の角度分布が広がると、光路変換ミラーを透過する信号光の割合が増える。つまり、光路変換ミラーでの光路変換損失が増大する。

すなわち、光導波路が屈曲している場合（図１４（ｃ），（ｅ）参照）は、受光面における信号光の光強度分布は、図１４（ｄ），（ｆ）に示すようなものとなる。これらの場合の光強度分布では、信号光の角度分布は大きく、ピーク光量の値が小さくなる。また、信号光の角度分布が大きくなることにより、光路変換ミラーでの光路変換損失が増大している（図１４（ｂ），（ｄ），（ｆ）では、斜線ハッチング部分が光路変換ミラーでの光路変換損失領域を示している）。さらに、光導波路の屈曲部分が出力端に近接している場合（図１４（ｃ），（ｄ）参照）は、信号光の角度分布の広がりに加えてピーク位置のずれも発生するが、光導波路の屈曲部分が出力端からある程度離れている場合（図１４（ｅ），（ｆ）参照）は、信号光の角度分布の広がりのみが発生する。

また、出射側での信号光の角度分布が広がれば、光導波路からの出射信号光の受光面に投影される出射光プロファイルが変化する。その結果、受光素子でのスポットサイズ不整合損失が発生する。

このように、光導波路の形状変化に伴う信号光の光路変換損失やスポットサイズ不整合損失は、受光素子で検出される信号光の光量変動を発生させる。検出される信号光の光量変動が大きい場合、受光部でのダイナミックレンジを広げるためにゲイン調整などの機能を設ける必要がある。その結果、上記光導波路を用いた機器では、サイズ、コスト、並びに消費電力の増大が生じる。これは、携帯電話をはじめとする民生機器において、基板間のデータ伝送用に光導波路を用いようとした場合に大きな弊害となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路の形状変化に伴う、信号光の光量変動を抑制できる光ケーブルモジュールを実現することにある。

本発明に係る光ケーブルモジュールは、上記目的を達成するために、コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、上記受光素子の中心は、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置とずらされて配置されていることを特徴としている。

上記光導波路に屈曲がある場合には、該光導波路を進行する信号光の角度分布が広がり、上記光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が比較的大きく発生する。このため、屈曲が無い場合の受光プロファイルと、屈曲がある場合の受光プロファイルとを比較すると、屈曲がある場合の受光プロファイルの方が広くなるが、屈曲がある場合の受光プロファイルも光路変換ミラーによって領域が切り取られている側には広がらない。

このため、従来のように受光素子の中心を光軸反射中心に合わせたままで、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルを含めるように受光素子の受光面を広げると、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域まで受光素子が広がる。このことは、光ケーブルモジュールにおける小型化の阻害要因となるともに、受光素子の応答速度を低下させる要因ともなる。

これに対し、上記の構成によれば、受光素子の中心が、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置（光軸反射位置）とずらされて配置される。これにより、受光素子は、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域をできるだけ含まないように少なくし、光導波路に屈曲がない場合の受光プロファイルと、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルとをスポットサイズ不整合損失を生じさせることなく受光可能となる。

また、本発明に係る他の光ケーブルモジュールは、上記目的を達成するために、コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、上記光路変換ミラーは、上記光導波路の出力光が該光導波路の屈曲の有無に関わらずほぼ均一となるように形成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記光導波路の出力光が該光導波路の屈曲の有無に関わらずほぼ均一となることから、上記受光素子における受光光量を均一化することができる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。先ず、本実施の形態１に係る光ケーブルモジュールの一構造例を図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。

図１（ａ）に示す光ケーブルモジュール１は、その出射側端部において、大略的に、光導波路１０、受光素子１１、支持基板１４を備えて構成されている。光導波路１０の端部は支持基板１４に対して接着等によって固定されており、光導波路１０の端部と受光素子１１との相対的な位置関係は固定された状態にある。さらに、光ケーブルモジュール１は、受光素子１１が出力する電気信号の取り出しを容易にするため、電気配線１２、電気接続部１３を備えていてもよい。

尚、光ケーブルモジュール１における逆側の端部は、受光素子１１の変わりに発光素子を備えた構成を有する、信号入射側端部とされる。信号入射側端部は、従来の光ケーブルモジュールと同様の構成を採用することができる。

先ず、光導波路１０は、コア部１０Ａ、上クラッド層１０Ｂ、および下クラッド層１０Ｃにより構成されている。すなわち、光導波路１０は、上クラッド層１０Ｂおよび下クラッド層１０Ｃによってコア部１０Ａを挟み込む積層構造を有している。光導波路１０によって伝達される光信号は、コア部１０Ａと上クラッド層１０Ｂとの界面、またはコア部１０Ａと下クラッド層１０Ｃとの界面で反射を受けながら、コア部１０Ａ内を進行する。尚、図１（ａ）においては、光導波路１０の端部付近において、光導波路１０の長手方向（光軸方向）をＸ軸方向、コア部１０Ａ、上クラッド層１０Ｂ、および下クラッド層１０Ｃの積層方向をＹ軸方向とする。

光導波路１０における端面は光軸（Ｘ軸）に対して垂直とならず、斜めに切断されて光路変換ミラー１０Ｄを形成する。具体的には、光導波路１０の端面は、ＸＹ平面に対して垂直であり、かつ、Ｘ軸に対しては角度θ（θ＜９０°）をなすように傾斜されている。これにより、コア部１０Ａを伝達されてきた信号光は、光路変換ミラー１０Ｄにて反射され、その進行方向を変えて受光素子１１に向けて出射される。尚、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θは、該光路変換ミラー１０Ｄと受光素子１１との位置合わせが容易となるように、通常は４５°に設定されている。尚、光路変換ミラーは、光導波路１０の端部に対してミラー部を外付けするものであってもよい。

光ケーブルモジュール１において注目すべき点は、光導波路１０と受光素子１１との位置関係である。すなわち、光路変換ミラーを有する光導波路と受光素子との位置関係について、従来では、コア部１０Ａの光軸断面中心を通過する光（図中、実線にて示す）を想定し、この光が光路変換ミラーによって反射された後、受光面に到達する位置（以下、光軸反射位置と称する）が、受光素子の中心位置となるようにしていた。これに対し、本実施の形態に係る光ケーブルモジュール１では、受光素子１１の中心が光軸反射位置とずらされて配置されている点に特徴を有する。

具体的には、光ケーブルモジュール１において、受光素子１１の中心は、光軸反射位置よりも光導波路１０の端部側にずらされている。ここで、受光素子１１の中心を光軸反射位置とずらして配置する理由について、以下に詳細に説明する。

先ず、図２（ａ）に、光導波路１０において屈曲がない状態、すなわち、光導波路１０を伝播する信号光の角度分布が小さい状態での、光路変換ミラーでの反射状態を示す。また、図２（ｂ）に、光導波路１０において屈曲がある状態、すなわち、光導波路１０を伝播する信号光の角度分布が大きい状態での、光路変換ミラーでの反射状態を示す。

光導波路１０に屈曲がない状態では、図２（ａ）に示すように、光路変換ミラー１０Ｄに入射される信号光の殆どは該光路変換ミラー１０Ｄの全反射条件を満たし（光路変換ミラーを形成する端面に対して臨界角よりも浅い角度で入射し）、受光面側に光路を変換される。一方、光導波路１０に屈曲がある状態では、図２（ｂ）に示すように、光路変換ミラー１０Ｄに入射される信号光の角度分布が広がることにより、該光路変換ミラー１０Ｄの全反射条件を満たさずに透過する光が発生する。言い換えれば、光導波路１０に屈曲がある状態では、光路変換ミラー１０Ｄに入射される信号光の一部は、光路変換ミラーによって反射されることなく切り取られる。

この結果、光ケーブルモジュール１の受光面における信号光の光強度分布は、図１（ｂ）に示すようなものとなる。また、光ケーブルモジュール１の受光面における信号光のプロファイル（以下、受光プロファイル）を模式的に表すと、図３に示すようなものとなる。光導波路１０に屈曲がない場合の受光プロファイルと、光導波路１０に屈曲がある場合の受光プロファイルとを比較すると、信号光の角度分布が広い分、光導波路１０に屈曲がある場合の受光プロファイルの方が広くなっている。このため、受光素子１１における受光面は、光導波路１０に屈曲がない場合の受光プロファイルのみを想定し、この受光プロファイルが収まるような面積を有するのみでは、光導波路１０に屈曲が生じた場合の受光プロファイルの広がりに対応できず、スポットサイズ不整合損失が生じる。

一方、光導波路１０に屈曲がある場合の受光プロファイルでは、光路変換ミラーによって切り取られる領域が比較的大きく発生する。屈曲が無い場合の受光プロファイルと、屈曲がある場合の受光プロファイルとを比較すると、屈曲がある場合の受光プロファイルの方が広くなっているが、屈曲がある場合の受光プロファイルも光路変換ミラーによって領域が切り取られている側には広がらない。

このため、従来のように受光素子の中心を光軸反射中心に合わせたままで、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルを含めるように受光素子の受光面を広げると、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域まで受光素子が広がる。このことは、光ケーブルモジュールにおける小型化の阻害要因となるともに、受光素子の応答速度を低下させる要因ともなる。

これに対し、本実施の形態１に係る光ケーブルモジュール１では、受光素子１１の中心が光軸反射位置よりも光導波路１０の端部側、すなわち光路変換ミラーによって信号光の切り取りが発生するのと反対側にずらされて配置される。これにより、受光素子１１は、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域をできるだけ含まないように少なくし、光導波路に屈曲がない場合の受光プロファイルと、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルとをスポットサイズ不整合損失を生じさせることなく受光可能となる。

尚、受光素子１１の中心は、屈曲がある場合の受光プロファイル（屈曲出力スポット）の中心と一致させることで、最小限の受光面積で上記の効果を得ることができる。但し、受光素子１１の中心は、屈曲がある場合の受光プロファイルの中心と完全に一致させなくてもよい。上記説明では、単に、屈曲がある場合の受光プロファイルと説明したが、受光プロファイルの広がり具合は、屈曲の程度によって異なる。このため、光ケーブルモジュール１の使用形態の中で、受光プロファイルが最も広くなる場合に合わせて、受光素子１１の受光面積を設定すればよい。また、受光素子における形状は、上記光導波路の屈曲時における出力光の拡大方向に長手軸を有する形状であることが好ましく、矩形形状、楕円形状、ひし形形状など、種々の形状が採用可能であり、特に限定されるものではない（図３では、矩形形状の受光素子を例示）。

次に、本実施の形態１に係る光ケーブルモジュールの変形例を図４（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）に示す光ケーブルモジュール２は、図１（ａ）に示す光ケーブルモジュール１に類似した構成を有するため、光ケーブルモジュール１と同一の部材に対しては共通の部材番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４（ａ）に示す光ケーブルモジュール２が図１（ａ）の光ケーブルモジュール１と異なる点は、受光素子１１に変えて受光素子２１を備えている点にある。受光素子２１は、その中心が光軸反射位置とずらされて配置されている。ここで、受光素子２１の配置について、以下に詳細に説明する。

先ず、図４（ｂ）に、光導波路１０において屈曲がない状態と、光導波路１０において屈曲がある状態との、受光面における信号光の光強度分布を示す。図４（ｂ）では、横軸に光軸反射位置からの距離を示し、縦軸に光強度を示している。

図４（ｂ）から明らかなように、光導波路１０において屈曲がない状態での信号光の光強度分布（ガウシアン分布またはランバーシアン分布となる）では、信号光の広がりが小さく、中央部（ピーク値）での光強度が高くなっている。一方、光導波路１０において屈曲がある状態での信号光の光強度分布では、信号光の広がりが大きく、中央部（ピーク値）での光強度が低くなっている。

このような場合、屈曲がない場合の信号光の光強度分布と屈曲がある場合の信号光の光強度分布とでは、その光強度が一致する箇所が存在する。光ケーブルモジュール２では、この光強度が一致する箇所に受光素子２１の中心がほぼ一致するように、受光素子２１を配置する。これにより、受光素子２１による受光光量は、光導波路における屈曲の有無に関わらずほぼ均一となり、受光素子２１は、をスポットサイズ不整合損失を生じさせない。

尚、受光素子２１は、その受光面積が小さいほど屈曲の有無に関わらず均一な受光光量を得ることができる。但し、受光素子２１の受光面積を小さくしすぎると信号光の受光光量が低下するため、受光素子２１の受光面積は、必要とされる受光光量をも考慮してその受光面積を決定することが好ましい。また、光強度が一致する箇所と受光素子２１の中心とは完全に一致させる必要はなく、これらを僅かにずらすことによって、屈曲のある場合とない場合とでより均一な受光光量を得られることもある。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。先ず、本実施の形態２に係る光ケーブルモジュールの一構造例を図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。

図５（ａ）に示す光ケーブルモジュール３は、その出射側端部において、大略的に、光導波路３０、受光素子３１、支持基板３４を備えて構成されている。光導波路３０の端部は支持基板３４に対して接着等によって固定されており、光導波路３０の端部と受光素子３１との相対的な位置関係は固定された状態にある。さらに、光ケーブルモジュール３は、受光素子３１が出力する電気信号の取り出しを容易にするため、電気配線３２、電気接続部３３を備えていてもよい。

光ケーブルモジュール３における光導波路３０は、光ケーブルモジュール１における光導波路１０と同様に、コア部３０Ａ、上クラッド層３０Ｂ、および下クラッド層３０Ｃにより構成されている。また、光導波路３０における端面は光軸（Ｘ軸）に対して垂直とならず、斜めに切断されて光路変換ミラー３０Ｄを形成する。具体的には、光導波路３０の端面は、ＸＹ平面に対して垂直であり、かつ、Ｘ軸に対しては角度θ（θ＜９０°）をなすように傾斜されている。これにより、コア部３０を伝達されてきた信号光は、光路変換ミラー３０Ｄにて反射され、その進行方向を変えて受光素子３１に向けて出射される。

ここで、光導波路３０が光導波路１０に対して異なる点は、光路変換ミラー３０Ｄの傾斜角度θが、該光路変換ミラー３０Ｄにおける信号光の切取り量を考慮して設定されている点にある。

すなわち、実施の形態１でも述べたように、光導波路３０が屈曲し、光路変換ミラー３０Ｄに入射される信号光の角度分布が広がると、光導波路３０が屈曲していない場合に比べて、該光路変換ミラー３０Ｄに対して深い角度で入射する光が増大する。このため、本実施の形態２に係る光ケーブルモジュール３では、光路変換ミラー３０Ｄの傾斜角度θを小さくし、光路変換ミラー３０Ｄによって切り取られる信号光量を低減する点に特徴を有している。

図５（ａ）に示す光ケーブルモジュール３において、受光素子３１の受光面における信号光の光強度分布と、光路変換ミラー３０Ｄによって取り出される導波光分布領域との関係は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。すなわち、図５（ｂ）から明らかなように、光ケーブルモジュール３では、光導波路３０に屈曲がある場合とない場合との何れにおいても、受光素子３１が光導波路３０を伝達されてくる信号光のほぼ全てを受光できるように、光路変換ミラー３０Ｄとコア部３０Ａの光軸とのなす角が設定される。

光導波路に屈曲がある場合において、光路変換ミラーの傾斜角度θが異なることによる受光プロファイルの相違を模式的に表すと図６に示すようなものとなる。

図６において、光路変換ミラーの傾斜角度θが大きい場合（例えばθ＝４５°）の受光プロファイルでは、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が比較的大きくなる。一方、光路変換ミラーの傾斜角度θが小さい場合（例えばθ＝３５°）の受光プロファイルでは、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が小さくなる。

このように、光導波路に屈曲が生じることによって信号光の角度分布が広がっても、光路変換ミラーの傾斜角度θが小さく設定してあれば、該光路変換ミラーによって切り取られる信号光量は小さくなる。すなわち、光路変換ミラーの傾斜角度θを小さくすることで光路変換損失を低減でき、光導波路における屈曲の有無に関わらず受光光量を均一化することができる。尚、光ケーブルモジュール３において、光路変換ミラー３０Ｄの傾斜角度θは、３７〜４３°程度に設定することが好ましい。

光路変換ミラーの傾斜角度θが小さくなると、出力光スポットサイズが大きくなり、それを受光しようとすると受光素子が大きくなってしまう。その結果、通信速度が遅くなってしまう問題が生じる。一方、光路変換ミラーの傾斜角度θが大きくなると、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が大きくなり、光路変換損失が増大してしまう問題が生じる。

光導波路に屈曲が生じていない場合（直線時）と屈曲が生じている場合（屈曲時）とにおける、受光効率変動および光路変換ミラーの傾斜角度θ（ミラー角度）の関係を図７に示す。光導波路に屈曲が生じていない場合と屈曲が生じている場合との受光効率変動の差をできるだけ抑えるためには、受信回路に影響を与えない程度の許容範囲を考慮すると、光路変換ミラーの傾斜角度θは、３７〜４３°程度に設定することが好ましい。

また、光ケーブルモジュール３においては、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が小さい。このため、受光素子３１は、該受光素子３１の中心が光軸反射位置（コア部の光軸断面中心を通過する光を想定し、この光が光路変換ミラーによって反射された後、受光面に到達する位置）と一致するように配置されてもよい。但し、僅かでも光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が発生するのであれば、実施の形態１に示すように、受光素子３１の中心を光軸反射位置とずらして配置してもよい。

次に、本実施の形態２に係る光ケーブルモジュールの変形例を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ）に示す光ケーブルモジュール４は、図５（ａ）に示す光ケーブルモジュール３に類似した構成を有するため、光ケーブルモジュール３と同一の部材に対しては共通の部材番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８（ａ）に示す光ケーブルモジュール４が図５（ａ）の光ケーブルモジュール３と異なる点は、光導波路３０に変えて光導波路４０を備えている点にある。また、光導波路４０は、光路変換ミラー４０Ｄの傾斜角度θを大きくし、光路変換ミラー４０Ｄによって切り取られる信号光量を増大させている点に特徴を有している。

図８（ａ）に示す光ケーブルモジュール４において、受光素子３１の受光面における信号光の光強度分布と、光路変換ミラー４０Ｄによって取り出される導波光分布領域との関係は、図８（ｂ）に示すようなものとなる。すなわち、図８（ｂ）から明らかなように、光ケーブルモジュール４では、光導波路４０に屈曲がある場合とない場合との何れにおいても、受光素子３１が光導波路４０を伝達されてくる信号光のほぼ半分を受光できるように、光路変換ミラー４０Ｄとコア部４０Ａの光軸とのなす角が設定される。この構成にすることによって、受光素子をさらに小さくすることが可能となり、通信速度を高速化できる。

光導波路４０において、光路変換ミラー４０Ｄによって切り取られる信号光量を増大させる理由について、以下に詳細に説明する。

先ず、図９に、光導波路４０において屈曲がない状態と、光導波路４０において屈曲がある状態との、受光プロファイルを示す。図９において注目すべきは、光路変換ミラー４０Ｄによって信号光が切り取られる領域が、光軸反射位置を境界としている点である。この場合、光導波路４０における屈曲の有無に関わらず、光導波路４０を伝達される信号光の約１／２が光路変換ミラー４０Ｄによって切り取られる。

すなわち、光ケーブルモジュール４では、光路変換ミラー４０Ｄによって信号光が切り取られる領域の境界が、光軸反射位置とほぼ一致するように、光路変換ミラー４０Ｄの傾斜角度θが設定されている。これにより、光路変換ミラー４０Ｄによって切り取られる信号光量の変動が無くなり（もしくは低減し）、光導波路における屈曲の有無に関わらず受光光量を均一化することができる。

尚、光路変換ミラー４０Ｄによって信号光が切り取られる領域の境界が、光軸反射位置と一致するためには、光路変換ミラー４０Ｄの傾斜角度θが該光路変換ミラー４０Ｄの臨界角と等しくなるようにすればよい。光導波路に通常使用される材料の屈折率を考慮すれば、光路変換ミラー４０Ｄの傾斜角度θは５０〜６０°に設定されることが好ましい。

また、光ケーブルモジュール４における受光素子３１は、実施の形態１と同様に、光導波路４０に屈曲がある場合の受光プロファイルの中心と、該受光素子３１の中心とを一致させることで、最小限の受光面積で、スポットサイズ不整合損失を生じさせることなく信号光を受光可能となる。

また、図５（ａ）および図８（ａ）に示す光ケーブルモジュール３および４では、光路変換ミラーの傾斜角度θを適切に設定することで、該光路変換ミラーでの信号光の損失量を制御している。しかしながら、これ以外にも、図１０に示すように、光導波路の光路変換ミラーを多層反射膜とすることによっても、損失量を制御することが可能である。多層反射膜とは、屈折率の異なる２種以上の薄膜を多層に積層して構成される膜であり、組み合わせる薄膜によって、高次モード成分を適当な量だけ損失させることができるため、図６や図９に示すような受光プロファイルを適宜得ることができる。

さらには、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、光導波路の下クラッド層の底部（光路変換ミラーによる光の出射側）において遮断層（反射層、吸収層、または散乱層）や遮断溝を設けることによっても、任意に信号光の損失を制御することができ、図６や図９に示すような受光プロファイルを適宜得ることができる。

以上のように、本実施の形態１および２に係る光ケーブルモジュールは、該光ケーブルモジュールの光導波路の形状変化に伴う、信号光の光量変動を抑制できる。このため、上記光ケーブルモジュールを機器内の基板間をデータ伝送するフレキシブル配線として好適に用いることができる。例えば、上記光ケーブルモジュールは、携帯電話のヒンジ部においてフレキシブル配線として用いることも可能となる。もちろん、本発明の光ケーブルモジュールの適用分野はこれだけにとどまらず、ノートパソコン、ＰＤＡ、液晶ＴＶ、デスクトップモニタ、プリンタ、車載電装機器、サーバ、ルータ、試験機、その他の民生機器や汎用機器に使用することが可能である。

以上のように、本発明に係る光ケーブルモジュールは、コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、上記受光素子の中心は、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置とずらされて配置されている。

上記光導波路に屈曲がある場合には、該光導波路を進行する信号光の角度分布が広がり、上記光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域が比較的大きく発生する。このため、屈曲が無い場合の受光プロファイルと、屈曲がある場合の受光プロファイルとを比較すると、屈曲がある場合の受光プロファイルの方が広くなるが、屈曲がある場合の受光プロファイルも光路変換ミラーによって領域が切り取られている側には広がらない。

このため、従来のように受光素子の中心を光軸反射中心に合わせたままで、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルを含めるように受光素子の受光面を広げると、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域まで受光素子が広がる。このことは、光ケーブルモジュールにおける小型化の阻害要因となるともに、受光素子の応答速度を低下させる要因ともなる。

これに対し、上記の構成によれば、受光素子の中心が、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置（光軸反射位置）とずらされて配置される。これにより、受光素子は、光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域をできるだけ含まないように少なくし、光導波路に屈曲がない場合の受光プロファイルと、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルとをスポットサイズ不整合損失を生じさせることなく受光可能となる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記受光素子は、上記第１の位置に対して、上記光導波路の屈曲時における出力光の拡大方向にずらされている構成とすることができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記受光素子の中心は、上記光導波路の屈曲時における出力光のスポット中心と一致するように配置されていることが好ましい。

上記の構成によれば、受光素子の中心を、光導波路に屈曲がある場合の受光プロファイルの中心と一致させることで、最小限の受光面積で上記の効果を得ることができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記受光素子の中心は、上記光導波路の非屈曲時における出力光と上記光導波路の屈曲時における出力光との光強度がほぼ等しくなる位置に配置されている構成とすることができる。

上記光導波路において屈曲がない状態での信号光の光強度分布では、信号光の広がりが小さく、中央部での光強度が高くなる。一方、光導波路において屈曲がある状態での信号光の光強度分布では、信号光の広がりが大きく、中央部での光強度が低くなる。

このような場合、屈曲がない場合の信号光の光強度分布と屈曲がある場合の信号光の光強度分布とでは、その光強度が一致する箇所が存在する。上記の構成によれば、この光強度が一致する箇所に受光素子の中心がほぼ一致するように、受光素子を配置する。これにより、受光素子による受光光量は、光導波路における屈曲の有無に関わらずほぼ均一となり、受光素子は、をスポットサイズ不整合損失を生じさせない。

また、本発明に係る他の光ケーブルモジュールは、コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、上記光路変換ミラーは、上記光導波路の出力光が該光導波路の屈曲の有無に関わらずほぼ均一となるように形成されている。

上記の構成によれば、上記光導波路の出力光が該光導波路の屈曲の有無に関わらずほぼ均一となることから、上記受光素子における受光光量を均一化することができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記光路変換ミラーは、上記光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ全てを受光素子に向けて出力する構成とすることができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記光路変換ミラーは、上記光導波路の端部を斜めに切断した端面にて形成されており、上記光路変換ミラーとコア部の光軸とのなす角が３７〜４３°の範囲に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、光導波路に屈曲が生じることによって信号光の角度分布が広がっても、光路変換損失を低減し、光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ全てを受光素子に向けて出力することで、上記受光素子における受光光量を均一化することができる。

光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ全てを受光素子に向けて出力するには、光路変換ミラーの傾斜角度を小さく、例えば３７〜４３°の範囲に設定することで、該光路変換ミラーによって切り取られる信号光量を小さくし、光路変換損失を低減することができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記光路変換ミラーは、上記光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ半分を受光素子に向けて出力する構成とすることができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記光路変換ミラーは、上記光導波路の端部を斜めに切断した端面にて形成されており、上記光路変換ミラーとコア部の光軸とのなす角が５０〜６０°の範囲に形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、光導波路に屈曲が生じることによって信号光の角度分布が広がっても、光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ半分を受光素子に向けて出力することで、上記受光素子における受光光量を均一化することができる。

光導波路を伝達されてくる信号光のほぼ半分を受光素子に向けて出力するには、光路変換ミラーの傾斜角度を大きく、例えば５０〜６０°の範囲に設定することで、該光路変換ミラーによって切り取られる信号光量を大きくし、光路変換損失を増大させる。

本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は実施の形態１にかかる光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。（ｂ）は上記光ケーブルモジュールの受光面における信号光の光強度分布と受光素子の位置関係を示す図である。 （ａ）は、光導波路において屈曲がない状態での、光路変換ミラーでの反射状態を示す図である。（ｂ）は、光導波路において屈曲がある状態での、光路変換ミラーでの反射状態を示す図である。 光導波路に屈曲が無い場合とある場合とでの、光ケーブルモジュールの受光面における信号光のプロファイルを模式的に表す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は実施の形態１にかかる光ケーブルモジュールの変形例を示す断面図である。（ｂ）は上記光ケーブルモジュールの光導波路において屈曲がない状態とある状態との、受光面における信号光の光強度分布を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は実施の形態２にかかる光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。（ｂ）は上記光ケーブルモジュールにおいて、導波路内における信号光の光強度分布と、光路変換ミラーによって取り出される導波光分布領域との関係を示す図である。 光導波路に屈曲がある場合において、光路変換ミラーの傾斜角度が異なることによる受光プロファイルの相違を模式的に表す図である。 光導波路に屈曲が生じていない場合と屈曲が生じている場合とにおける、受光効率変動および光路変換ミラーの傾斜角度θの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は実施の形態２にかかる光ケーブルモジュールの変形例を示す断面図である。（ｂ）は上記光ケーブルモジュールにおいて、導波路内における信号光の光強度分布と、光路変換ミラーによって取り出される導波光分布領域との関係を示す図である。 光導波路において屈曲がない状態とある状態との、受光プロファイルを示す図である。 光路変換ミラーを多層反射膜とした光導波路の構成例を示す断面図である。 （ａ）は、光路変換ミラーによる光の出射側に遮断層を設けた光導波路の構成例を示す断面図である。（ｂ）は、光路変換ミラーによる光の出射側に遮断溝を設けた光導波路の構成例を示す断面図である。 光導波路モジュールの斜視図である。 光導波路のコア部に入射される信号光における角度分布を示す図である。 （ａ）は、屈曲がない状態の光導波路の側面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す光導波路における受光面での信号光の光強度分布を示す図である。（ｃ）は、屈曲部分が出力端に近接している状態の光導波路の側面図である。（ｄ）は、（ｃ）に示す光導波路における受光面での信号光の光強度分布を示す図である。（ｅ）は、屈曲部分が出力端からある程度離れている状態の光導波路の側面図である。（ｆ）は、（ｅ）に示す光導波路における受光面での信号光の光強度分布を示す図である。 光導波路において光路の屈曲が生じている場合における、信号光の角度変化を示す図である。

Claims (6)

1. コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、
   上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、
   上記受光素子の中心は、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置よりも光導波路の上記端部側にずらされて配置されており、
   上記光導波路の屈曲時における上記光路変換ミラーによって信号光が切り取られる領域の境界と上記受光素子の受光面の境界とが近接するように、かつ屈曲時における出力光のスポット中心と受光素子の中心とが近接するように、受光素子が配置されていることを特徴とする光ケーブルモジュール。
2. コア部と、上記コア部の光軸周りにコア部を囲んでなるクラッド層とを有すると共に、少なくとも一方の端部には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラーが形成されている光導波路と、
   上記光導波路の端部との相対的な位置関係が固定された受光素子とを備えており、
   上記受光素子の中心は、コア部の光軸断面中心を通過する光が光路変換ミラーによって反射されて受光面に到達する第１の位置よりも光導波路の上記端部側にずらされて配置されており、
   上記受光素子の中心は、上記光導波路の非屈曲時における出力光と上記光導波路の屈曲時における出力光との光強度がほぼ等しくなる位置に配置されていることを特徴とする光ケーブルモジュール。
3. 上記光路変換ミラーは、上記光導波路の端部を斜めに切断した端面にて形成されており、
   上記光路変換ミラーとコア部の光軸とのなす角が３７〜４３°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブルモジュール。
4. 上記光路変換ミラーは、上記光導波路の端部を斜めに切断した端面にて形成されており、
   上記光路変換ミラーとコア部の光軸とのなす角が５０〜６０°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブルモジュール。
5. 上記受光素子は、上記光導波路の屈曲時における出力光の拡大方向に長手軸を有する形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ケーブルモジュール。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の光ケーブルモジュールを備えていることを特徴とする機器。

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