JPH11275022A - 光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボの整定時間を短くでき、しかも、光の
利用効率が高い光送受信モジュールを提供する。 【解決手段】 カンパッケージ内に気密状態に封止され
たＬＤ１Ｓ、レンズ２と、ＢＳ３と、レンズ４と、シリ
ンドリカルレンズ５と、カンパッケージ内に気密状態に
封止された多分割受光素子６と、ＢＳ７と、レンズ８
と、カンパッケージ内に気密状態に封止された受光素子
９と、レンズ１０と、レンズ１０を光軸及びこれに直交
する２軸方向の合計３軸方向に微調整するアクチュエー
タ１１と、レセプタクル１２と、これらの光学部品を保
持する光学べース１３とを備えて構成される光送受信モ
ジュールにおいて、レセプタクル１２に固定保持された
光ファイバの先端面を凸面又は凹面からなる曲面に加工
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１本（１心）の光
ファイバを送受信で兼用して双方向通信を行う光通信シ
ステムに用いられる光送受信モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信用デバイスはこれまで幹線系シス
テムの大容量化と長距離化とともに発展してきた。現
在、光加入者システムの普及に向けて、各種伝送方式と
それに対応した光デバイスの研究開発が進められている
が、加入者系の光通信化を促進するためには、光デバイ
スの低価格化が大きな課題となっている。

【０００３】この点に関し、図２０に示すように、局側
装置（ＯＳＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ
Ｕｎｉｔ）と、複数の加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）との間を、光スタ
ーカプラ（ＳＣ：ＳｔａｒＣｏｕｐｌｅｒ）を用いて１
対多数の通信を行う形態を採り、光信号の合分岐にパッ
シブデバイスであるＳＣを用いて高信頼化を図り、更に
１本の光ファイバを送受信で兼用（双方向）することに
よって、低価格、即ち、経済的なシステムの構築を可能
にするＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａ
ｒ）システムがＮＴＴにより提唱されている。

【０００４】なお、このＰＤＳシステムは、文献「ＨＰ
Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ’９５ｐ１３−
１〜１３−２２」に記載されている。

【０００５】ここで、上記のＰＤＳシステムでは、１本
の光ファイバで双方向の通信を行うＴＣＭ（Ｔｉｍｅ
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）を採用し
ている。ＯＳＵにおいては、各ＯＮＵへの信号をＴＤＭ
（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）と
し、更にＴＣＭバースト光信号に変換している。変換さ
れたＴＣＭバースト光信号は下り信号としてＯＳＵから
送出され、ＳＣによって各ＯＮＵに分岐される。逆に、
各ＯＮＵからＯＳＵへ送出する信号は互いに別時間に割
り付けられたＴＣＭ−ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）光信号に変
換され、上り信号としてＳＣ及び光ファイバを介してＯ
ＳＵに送信される。

【０００６】このような光送受信モジュールの一従来例
として、特開平７−１０４１５４号公報に開示されたも
のがある（以下では、第１従来例と称する）。この第１
従来例の光送受信モジュールでは、光分岐素子にホログ
ラフィック回折格子を用いることにより、光送受信モジ
ュールの小型化及び低価格化を図っている。

【０００７】以下に、図２１に基づき、その構成を動作
と共に説明する。ステム１００に支持されたサブマウン
ト１０１に搭載された発光素子１０２から出射された送
信信号光はパッケージ１０３に取り付けられたカバーガ
ラス１０４を透過し、続いて、カバーガラス１０４の出
射面側に形成されたホログラフィック回折格子１０５に
て０次光と＋１次光とに２分された後、集光レンズ１０
６により集光され、０次光のみが光ファイバ１０７の端
面に入射する。

【０００８】一方、光ファイバ１０７から出射された受
信信号光は、集光レンズ１０６により集光された後、ホ
ログラフィック回折格子１０５に入射し、０次光と＋１
次光とに２分され、続いて、カバーガラス１０４を透過
し、＋１次光のみが受光素子１０８へ入射する。なお、
１０９は信号光モニター用の受光素子である。

【０００９】ところで、ＰＤＳシステムでは幹線系と同
様にＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）が用いられる
が、そのコア径はφ９．５μｍと細いため、光ファイバ
やレンズの実装装置にサブミクロンレベルの精度が要求
される。

【００１０】この結果、第１従来例の構成では、調整時
間が長くなり、大量生産が難しいため、光送受信モジュ
ールの低価格化を阻害する。また、光学部品が最適調整
後に固定されていることから、温度や経年変化により部
品間に位置ずれが生じ、性能が低下するという問題も発
生する。

【００１１】このような第１従来例が有する問題を解決
するために、光ディスク装置の技術を転用することが、
特許公報第２５０９０００号に開示されている（以下で
は、第２従来例と称する）。

【００１２】図２２〜図２４はこの第２従来例を示す。
光ファイバ２００はその端面にコア４とクラッド２０５
に反射率差を与える被覆２０２を持っており、そこから
反射された送信光を多分割受光素子２２５にて検出し、
その検出信号によりレンズサーボ機構２２６を動作させ
ている。サーボ機構２２６により送信光は光ファイバ２
００の最適位置に常時調整されるため、温度や経年変化
による性能低下は発生しない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２従
来例では以下に示す問題点がある。

【００１４】（１）送信専用のモジュールであり、送受
信モジュールではないため、ＰＤＳシステムには使えな
い。

【００１５】（２）コア２０４の表面に被覆２０２を設
けているため信号光の透過率が劣化する。但し、コア２
０４の表面に被覆２０２を設けないと、反射光量が低下
するため、検出精度が低下し、サーボの精度が悪くな
る。

【００１６】（３）クラッド２０５に設けられた被覆２
０２の反射率が不連続な変化をするため、送信光の集光
位置のコア中心からの距離と方向の情報が得られず、サ
ーボの整定時間（調整完了までの時間）が長くなる。こ
の結果、例えば、急激な温度変化による光学部品の位置
変化に追随できない。

【００１７】以下に、上記（３）の問題点を図２５に基
づき詳しく説明する。図２５は光ファイバの断面とその
端面の１軸方向の反射率分布を示す。今、送信光の集光
ビームが光ファイバ端面の１点である点１に当たったと
すると、その左右で反射率が同じであるため、サーボ回
路は集光ビームを左へ移動させるべきか右へ移動させる
べきかを判断ができない。

【００１８】このような場合は集光ビームを左側へ移動
することにしておくと、点２（つまり、光ファイバ２０
０の径方向の左端部）に来て初めて、サーボ回路は動か
した方向が間違っていたことを知る。そして、その後、
集光ビームを右側へ移動させる。すると、コア２０４の
端点３に当たる。この位置はその左右両側において反射
率が異なっているため、サーボ回路が集光ビームはコア
２０４の端にあることを認識できる。

【００１９】しかし、コア２０４の中心はまだ分からな
い。従って、集光ビームはなお右へ移動させられる。そ
うすると、コア２０４の端（点４）の位置が判明する。
コア２０４の中心は点３と点４の真ん中であることか
ら、移動速度と移動時間を先の過程で得るようにしてお
けば、コア２０４の中心へ集光ビームを移動するには、
（点３から点４への移動速度）×（点３から点４への移
動にかかった時間）／２だけ、集光ビームを点４から左
側へ動かせば良い。

【００２０】しかしながら、この制御方法では集光ビー
ムの移動に無駄が多く、サーボの整定時間が長くなる。
また、制御の目標であるコア中心が間接的にしか分から
ないため、誤差が生じサーボの精度が悪くなる。

【００２１】更には、上記（３）の問題点に起因して、
以下の（４）及び（５）の問題点が発生する。

【００２２】（４）サーボ整定までの間に発光素子へ入
力された送信データは光ファイバ２００には入射しない
ので、送信データの初めに送りこぼしが発生する。ま
た、サーボ整定後であっても信号を送信すると、多分割
受光素子２２５の受光信号に送信信号が重複するため、
サーボ動作が不安定になり、送信信号が光ファイバ２０
０に入射しなくなる。

【００２３】（５）サーボ機構２２６を四六時中動作さ
せているため消費電力が大きい。ＰＤＳシステムは電話
回線も兼ねることから、停電時でも使用できるようにバ
ッテリーを持つが、消費電力が大きいことはバッテリー
容量の増加を招き、価格・サイズが増大する。

【００２４】加えて、以下の問題点もある。

【００２５】（６）多分割受光素子２２５にて受信光を
受光しようとすると、サーボ信号を得るための反射光が
受信信号に重なるため、受信信号が得られない。

【００２６】（７）ＡＴＭ−ＰＤＳシステムと呼ばれ
る、送信光１．３μｍ・受信光１．５μｍの波長多重通
信に対応していない。

【００２７】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、上記従来技術の諸問題を解決できる光送受
信モジュールを提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の光送受信モジュ
ールは、１本の光ファイバを送受信で兼用して双方向通
信を行う光送受信モジュールにおいて、送信光を発光す
る発光素子と、該送信光が導かれる該光ファイバ端面で
の反射光を２分する第１の光分岐素子と、該光ファイバ
端面からの反射光を受光する多分割受光素子と、該発光
素子と該光ファイバとの間に配置され、送受信光を２分
する第２の光分岐素子、受信光を受光する受光素子及び
送受信光を集光するレンズと、該レンズ又は該光ファイ
バを少なくとも光軸に直交する２軸方向に移動させるサ
ーボ動作を行うアクチュエータとを備えており、そのこ
とにより上記目的が達成される。

【００２９】好ましくは、前記アクチュエータは前記レ
ンズ又は前記光ファイバを光軸及び該光軸に直交する２
軸方向に移動させる３軸サーボ動作を行うアクチュエー
タである構成とする。

【００３０】また、好ましくは、前記光ファイバの先端
は凹面又は凸面からなる曲面に加工され、前記送信光の
該光ファイバ端面での反射光量が該送信光の集光位置に
より変化することを前記多分割受光素子で検出し、該多
分割受光素子の検出信号に基づき前記アクチュエータに
サーボ動作を行わせる構成とする。

【００３１】また、好ましくは、入力される送信データ
に基づき前記アクチュエータにサーボ動作を行わせると
共に、前記発光素子に入力される該送信データをサーボ
整定時間以上遅延させ、且つサーボ整定後は位置制御対
象の前記レンズ又は前記光ファイバの位置を保ちながら
前記アクチュエータの動作を停止させる構成とする。

【００３２】また、好ましくは、前記アクチュエータの
動作停止時に前記受信光が前記受光素子へ入射するよう
に光学系を配置し、且つ受信時に該アクチュエータを動
作停止状態に保つ構成とする。

【００３３】また、好ましくは、前記多分割受光素子が
前記受光素子を兼用する構成とする。

【００３４】また、好ましくは、前記第１の光分岐素子
及び前記第２の光分岐素子が１つのホログラム光学素子
で形成されている構成とする。

【００３５】また、好ましくは、前記第２の光分岐素子
が波長分岐素子である構成とする。

【００３６】以下に本発明の作用を説明する。

【００３７】本発明の光送受信モジュールは、送信光及
び受信光をそれぞれ２分する光分岐素子と受信光の検出
を行う受光素子とを備えているので、１心の光ファイバ
を用いた双方向通信が可能となる。よって、ＰＤＳシス
テムに適用可能となる。

【００３８】また、光ファイバの先端、つまりその端面
を凹面又は凸面からなる曲面に加工する構成によれば、
光ファイバへの入射角が送信光の集光位置により変化す
る。このため、見かけ上反射率が集光位置により連続的
に変化していることになるので、その方向及び移動距離
がわかる。この結果、サーボの整定時間を短くできる。
また、光ファイバのコアの表面に加工を施しても透過率
は劣化しないため光の利用効率は高い。加えて、光ファ
イバの中心はコアの面頂であるため、反射光量を直接知
ることができるので、サーボ精度を向上できる。

【００３９】また、入力される送信データに基づきアク
チュエータにサーボ動作を行わせると共に、発光素子に
入力される送信データをサーボ整定時間以上遅延させ、
且つサーボ整定後は位置制御対象のレンズ又は光ファイ
バの位置を保ちながらアクチュエータの動作を停止させ
る構成によれば、データが発光素子へ入力された時には
サーボ機構はサーボ整定を完了しているため、送信デー
タの送りこぼしは発生しない。加えて、送信信号が多分
割受光素子へ入射してもアクチュエータは整定位置を保
っているため、信号の送信時に多分割受光素子の受光信
号に送信信号が重複してもサーボ動作が不安定になるこ
とはない。更には、アクチュエータが一時的に停止され
ており、サーボ回路に流れる電流を低減できるため、消
費電力の節約が図れる。

【００４０】今少し具体的に説明すると、送信時は送信
光を光ファイバのコア径φ９．５μｍの狭い領域に入射
する必要があるため、高精度な位置決め（つまりサーボ
動作）が必要であるが、受信時は受信光を受光素子の受
光領域φ７５μｍの広い領域に入射させればよく、高精
度な位置決め（サーボ動作）が不要であるので、受信時
にサーボ機構の動作を停止させることができる結果、消
費電力を節約できるのである。この点に関しては、本発
明者等が見い出したものである。

【００４１】サーボ機構の動作を停止させれば、多分割
受光素子へ光ファイバ端面からの反射光が入射すること
はないので、受信信号を正しく受光できる。

【００４２】また、多分割受光素子が受光素子を兼用す
る構成によれば、安価な光送受信モジュールを実現でき
る。

【００４３】また、第１の光分岐素子及び第２の光分岐
素子を１つのホログラム光学素子で形成する構成によっ
ても、安価な光送受信モジュールを実現できる。

【００４４】また、第２の光分岐素子に波長分岐素子を
用いる構成によれば、例えば、１．３μｍ光と１．５μ
ｍ光を分離できるため波長多重通信が可能となる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【００４６】（実施形態１）図１〜図１３は本発明光送
受信モジュールの実施形態１を示す。まず、図１に基づ
きその概略構成及びその動作を説明する。

【００４７】この光送受信モジュールは、カンパッケー
ジ内に気密状態に封止された半導体レーザー素子（Ｌ
Ｄ）１と、レンズ２と、光分岐素子（ＢＳ）３と、レン
ズ４と、シリンドリカルレンズ（円柱レンズ）５と、カ
ンパッケージ内に気密状態に封止された多分割受光素子
（ＰＤ）６と、光分岐素子（ＢＳ）７と、レンズ８と、
カンパッケージ内に気密状態に封止された受光素子（Ｐ
Ｄ）９と、レンズ１０と、レンズ１０を光軸及びこれに
直交する２軸方向の合計３軸方向に微調整するアクチュ
エータ（３軸レンズアクチュエータ）１１と、レセプタ
クル１２と、これらの光学部品を保持する光学べース１
３とを備えて構成されている。

【００４８】図２（ａ）に示すように、ＰＤ６は、ａ〜
ｈの８つの分割セルを周方向に均等間隔で配列してなる
円形状の８分割受光素子によって構成されている。な
お、同図（ｂ）に示す正方形状の８分割受光素子であっ
てもよい。

【００４９】次に、この光送受信モジュールの動作につ
いて説明する。ＬＤ１から出射されたレーザー光線、即
ち、送信光はレンズ２により平行光束とされてＢＳ３に
入射する。ＢＳ３では、入射光の１０％の光が反射する
ように貼り合わせ面に反射膜が形成されている。

【００５０】この結果、入射光の９０％の光束はそのま
ま直進し、ＢＳ７に入射する。ＢＳ７では入射光の５０
％の光が反射するように反射膜が形成されている。この
結果、入射光の５０％の光束は直進してレンズ１０に入
射する。入射した光束はレンズ１０にて集光され、レセ
プタクル１２に固定された光ファイバ１５に入射する。

【００５１】光ファイバ１５の端面では、フレネル反射
するので最大４％の光が反射され、この反射光は上記と
は逆の光路を経てＢＳ３に入射し、ここで反射される。
この反射光はＢＳ３の下方に配置されたレンズ４及びシ
リンドリカルレンズ５を経てＰＤ６に入射する。ＰＤ６
へ入射した反射光から発生する各分割セルの光電流を後
述する演算を行うことにより、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及び
Ｚ軸方向（光軸方向）方向のサーボ信号が得られる。

【００５２】そして、このサーボ信号に基づきサーボ回
路４３（図１２参照）がレンズ１０の集光位置を光ファ
イバ１５のコア中心に合わせるようにアクチュエータ１
１を微調整する。

【００５３】一方、光ファイバ１５から出射された受信
光は、レンズ１０により平行光束とされ、その後、ＢＳ
７で反射され、レンズ８を通過し、収束光として２分割
受光素子からなるＰＤ９へ入射し、受信信号に変換され
る。

【００５４】次に、上記光学部品の詳細について説明す
る。図３はレセプタクル１２の構造を示す。この構造の
詳細はＪｌＳ Ｃ５９７３「ＦＣ０４型単心光ファイバ
コネクタ」のアダプタに詳細が記述されている。機能と
しては、プラグ（ＪｌＳ Ｃ５９７３「ＦＣ０４型単心
光ファイバコネクタ」のプラグとして詳細に記述されて
いる。）内のフェルール１４の内部に固定された光ファ
イバ１５の端面を特定の位置に保持するものである。

【００５５】なお、光送受信モジュールとしてレセプタ
クル１２を持つ構成はレセプタクル型と称せられ、第１
従来例のように光ファイバ１５が直接モジュールから出
ている構成のものはピグテール型と称せられている。本
実施形態１ではレセプタクル型を示しているが、ピグテ
ール型にも適用できることは勿論である。

【００５６】図４（ａ）に示すように、光ファイバ１５
の先端はレンズ１０の集光ビームの位置に応じた反射光
を得るために凸面１５ａに加工されている。なお、同図
（ｂ）に示すように凹面１５ｂに加工することにしても
よい。

【００５７】レセプタクル型では、プラグの先端として
光ファイバ１５の先端はジルコニア等のセラミックス製
のパイプであるフェルール１４に覆われている。光ファ
イバ１５の先端加工、即ち、凸面１５ａ又は凹面１５ｂ
の加工は、フェルール１４に光ファイバ１５が組み込ま
れた状態で研磨すればよい。

【００５８】プラグ同志を接触させ光ファイバ同志を光
学的に接続するためにプラグの先端を凸面に加工し、互
いの接触で凸面が変形することにより光学的損失を少な
くする手法は従来から用いられており、その曲面を併用
すれば加工の生産性は一層向上する。

【００５９】図５はアクチュエータ１１の構造を示す。
レンズ１０は鏡筒１６を介してらせん状ばね１７に固定
されており、ＸＹＺ軸方向に移動可能である。鏡筒１６
の周囲には磁気コイル１８が各軸に対応して３組取付ら
れており、そこを流れる電流に比例した力がレンズ１０
に加えられ、これにより、レンズ１０が各軸方向に微動
可能となる。らせん状ばね１７には図示しない粘弾性樹
脂接着剤が塗布されており、ダンパーとして機能する。
なお、図中の符号１９はポールプレートを示し、２０は
磁石を、２１はヨークプレートを示す。

【００６０】なお、本実施形態ではアクチュエータ１１
として、電磁式のレンズアクチュエータを用いている
が、ピエゾアクチュエータや静電アクチュエータ等の他
のアクチュエータを用いることも可能である。

【００６１】本実施形態では、レンズ１０を３軸方向に
微調整してその集光位置を光ファイバ１５のコア中心に
合わせているが、光ファイバ１５側を移動して位置合わ
せを行うことも可能である。図６はそのようなアクチュ
エータ、即ち、ファイバ２軸アクチュエータ３０の構造
を示す。光ファイバ１５には金属膜が蒸着されており、
ファイバ駆動用電極３１に高電界を加えると、静電気力
により光ファイバ１５がＸＹ２軸方向に微動可能とな
る。なお、図中の符号３２は光ファイバ固定用のＶ溝を
示し、３３は絶縁用ＳｉＯ₂を示す。

【００６２】なお、レンズにガラス製レンズを用いた場
合やレンズレス（直接結合）の光学系を採用する場合
は、後述するようにＺ軸アクチュエータは不要である。
また、ピグテール型のようにフェルールを用いない場合
は、図７に示すように、光ファイバ１５の先端を凸面１
５ａに加工することは、先端に熱を加えて表面張力によ
り球面に加工することで可能である。

【００６３】次に、レンズ２，４，５，８，１０につい
て説明する。レンズ２は樹脂製の非球面レンズであり、
他のレンズ４，５，８，１０は樹脂製の球面レンズであ
る。ここで、レンズ２を非球面レンズとしたのは以下の
理由による。

【００６４】送信光を光ファイバ１５のコアへ入射させ
るためには光を回折限界まで絞る必要があり、そのため
には、送信に関与する光学系の収差をマレシャル基準以
下に抑える必要がある。具体的には、波面収差で０．０
７λ以下にする必要がある。ＬＤ１から出射された送信
光は大きく広がるため（ＮＡ０．４５位）、最初に入射
するレンズ２のみを非球面レンズとし、波面収差を補正
する必要が生じる。

【００６５】ここでは、低価格化のため樹脂製のレンズ
２を用いているが、ガラス製のレンズを用いることも可
能である。ガラス製レンズの場合は樹脂製のレンズと異
なり、周囲温度が変化しても焦点距離が変化しないとい
う長所を有する故、アクチュエータはＸＹ軸方向の２軸
アクチュエータで良い。

【００６６】次に、図８に基づきＸＹ軸方向のサーボ信
号を得る方法について説明する。但し、図８はＸ軸方向
（又はＹ軸方向）、即ち、１軸方向についての光ファイ
バ１５端面からの反射光の２分割受光素子６’上での光
強度分布を示す。光ファイバ１５の凸面１５ａの面頂は
コア１５ｃの中心になるように加工されているため、同
図（ａ）に示すように、コア１５ｃの中心に集光ビーム
が照射されている場合の光強度分布は左右対称となる。
これを２分割受光素子６’で受光する場合において、分
割線上に光強度分布のピークを受けるように配置されて
いると、左右の分割セルの受光電流の差は０となる。

【００６７】一方、集光ビームがコア１５ｃの中心から
左へずれていると、同図（ｂ）に示すように、光強度分
布は左右非対称となるため、左右の分割セルの受光電流
の差はマイナスとなる。これに対して、集光ビームがコ
ア１５ｃの中心から右へずれている場合は、同図（ｃ）
に示すように、左右の分割セルの受光電流の差はプラス
となる。

【００６８】従って、左右の分割セルの受光電流の差信
号を縦軸に、集光ビームのコア中心からの変位を横軸に
とると、図９に示すようなＳカーブと呼ばれるグラフを
得る。サーボ回路４３は、このグラフに示されるように
差信号の大きさから集光ビームのコア中心からの距離
を、差信号の極性からコア中心の方向を知ることができ
る。このため、本実施形態によれば、第１従来例１とは
異なり、高速な自動制御が可能となる。Ｘ軸とＹ軸は直
交しているため、分割線が直交した４分割受光素子があ
れば、ＸＹ２軸方向のサーボ信号を得ることができる次
に、Ｚ軸方向のサーボ信号を得る方法について説明す
る。これは下記表１に示す光ディスク装置のフォーカス
エラー検出方法を用いることができる。

【００６９】

【表１】

【００７０】本実施形態では、表１に示すフォーカスエ
ラー検出方法のうちの非点収差法を用いている。これ
は、図１０に示すように光路にシリンドリカルレンズ５
を配置した場合に、ディスク（本実施形態では光ファイ
バ１５の端面に相当）のＺ方向位置に応じて、４分割受
光素子６''へ入射するビームの形状が変化することを利
用する検出方法である。

【００７１】即ち、同図中に示すように、集光ビームが
ディスクに対して合焦点状態にある場合は、４分割受光
素子６''に入射するビームの形状は円形になる。これに
対して、合焦点状態よりも遠い場合はビームの形状は横
長の楕円形になり、近い場合は縦長の楕円形になる。よ
って、ビームの形状によりＺ軸方向のサーボ信号を得る
ことができる。

【００７２】具体的には、図１１に示す４分割受光素子
６''と演算回路４０によりフォーカス誤差信号（本実施
形態のＺ軸サーボ信号に相当）を得ることができる。Ｚ
軸サーボ信号とＸＹ軸サーボ信号の独立性を高めるた
め、Ｚ軸サーボ信号を得る分割線とシリンドリカルレン
ズ５は、Ｙ軸回りに４５度回転した配置形態をとる必要
がある。従って、このような検出形態において、ＸＹＺ
３軸方向のサーボ信号を得るためには、多分割受光素子
として、図２（ａ），（ｂ）に示すような８分割受光素
子ＰＤ６が必要となる。

【００７３】各サーボ信号は図２中にａ〜ｈで示す各受
光セルの出力をａ〜ｈとすると、Ｘ軸サーボ信号ＸＳ
は、下記（１）式で表される。

【００７４】 ＸＳ＝（ａ＋ｂ＋ｈ＋ｇ）−（ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ） …（１） また、Ｙ軸サーボ信号ＹＳ、Ｚ軸サーボ信号ＺＳは下記
（２）式、（３）式でそれぞれ表される。

【００７５】 ＹＳ＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）−（ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ） …（２） ＺＳ＝（ａ＋ｂ＋ｆ＋ｅ）−（ｃ＋ｄ＋ｈ＋ｇ） …（３） 上記構成に加えて、本実施形態の光送受信モジュール
は、発光素子であるＬＤ１へ入力する送信データをサー
ボ機構の整定時間以上遅延させ、且つサーボ整定後は位
置制御対象のレンズ１０の位置を保ちながらアクチュエ
ータ１１の動作を停止させる信号処理系を備えている。

【００７６】図１２はこの信号処理系のシステム構成を
示す。送信データを遅延させるにはディレイ４１を設け
ればよく、例えば、光送受信モジュールの伝送速度を５
０Ｍｂｐｓ、サーボ機構の整定時間を６０ｍｓとする
と、このようなディレイ４１は３ＭｂｉｔのＦＩＦＯメ
モリで実現できる。

【００７７】この信号処理系は、ディレイ４１及び上記
ＬＤ１，光分岐素子３，７、ＰＤ６、レンズ１０、アク
チュエータ１１に加えて、信号検出回路４２、サーボ回
路４３、サンプルホールド回路４４を備えている。な
お、サーボ回路４３、サンプルホールド回路４４及びア
クチュエータ１１でサーボ機構が構成される。

【００７８】以下にその動作を簡単に説明する。外部入
力として送信信号が入力されると、信号検出回路４２が
その立ち上がりを検出し、検出信号をトリガー信号とし
てサーボ回路４３を動作させる。サーボ回路４３には上
述のようにＰＤ６よりサーボ信号が与えられるが、この
サーボ信号はディレイ４１によりサーボ機構の整定時間
を考慮した時間だけ遅延させられている。サーボ回路４
３はサンプルホールド回路４４に制御信号と整定信号を
与える。サンプルホールド回路４４は整定信号が入力さ
れたタイミングで制御信号を取り込んでアクチュエータ
１１に出力する。この制御信号によってアクチュエータ
１１の電流値は一定に保たれる。

【００７９】よって、この信号処理系によれば、サーボ
機構の整定後にアクチュエータ１１の電流値を一定に保
つことが可能となるので、サーボ整定後に位置制御対象
のレンズ１０の位置を保ちながらアクチュエータ１１の
動作を停止させることができる。ここで、サーボ回路４
３の整定判断は整定時間を内蔵するタイマーで判断した
り、或いは誤差信号の大きさで判断することにより可能
である。

【００８０】本実施形態の光送受信モジュールにおいて
は、図１２に示すシステムに代えて図１３に示すシステ
ム構成をとることもできる。図１３のシステムは、サー
ボ機構の動作停止時に受信光がＰＤ９へ入射する部品配
置をとり、且つ受信時にサーボ機構を動作させないシス
テム構成になっている。

【００８１】なお、本システムにおいても、ＬＤ１へ入
力する送信データをサーボ機構の整定時間以上遅延さ
せ、且つサーボ整定後は位置制御対象のレンズ１０の位
置を保ちながらアクチュエータ１１の動作を停止させる
構成をとっている。但し、サーボ回路４３の動作開始は
後述のように異なっている。

【００８２】図１３と図１２を比較すれば分かるよう
に、本システムは図１２のシステムに、送信信号の立ち
下がりを検出する信号検出回路４５、リレー４６、タイ
マー４７、電源４８及びスイッチ４９を付加して構成さ
れている。従って、図１２と対応する部分には同一の符
号を付してある。

【００８３】アクチュエータ１１は上述の通り電力の供
給がなければ、らせん状ばね１７と重力や摩擦力が釣り
合う位置で静止する。この状態でＰＤ９に受信光が入射
するように光学部品を配置すれば、サーボ機構の動作停
止時に受信光がＰＤ９へ入射する。

【００８４】本発明者はサーボ機構に関し、送信時は送
信光を光ファイバ１５のコア径φ９．５μｍの狭い領域
に入射する必要があるため、高精度な位置決め（つま
り、サーボ動作）が必要であるが、受信時は受信光をＰ
Ｄ９の受光領域φ７５μｍの広い領域に入射させればよ
く、高精度な位置決め（サーボ動作）が不要であること
を見い出した。

【００８５】具体例をあげると、送信時のアクチュエー
タ１１の位置精度は±０．５μｍが必要であるが、受信
時の位置精度は±２０μｍで良いため、受信時にサーボ
動作を停止させることができる。

【００８６】次に、本システムにおける動作を簡単に説
明する。外部入力に送信データが入力された時の動作は
図１２のシステムの場合と同様であるので、ここでは説
明を省略する。但し、本システムにおいて、サーボ回路
４３の動作開始は上述のトリガー信号ではなく、サーボ
回路４３への電力供給で行うようにしている。

【００８７】即ち、送信データの入力が終了したこと
は、一定時間送信データが入力されなければ終了したと
判断できるので、これには送信データの立ち下がりでタ
イマー限時がスタートするタイマー４７を設ければよ
い。そこで、本システムでは、信号検出回路４５が送信
信号の立ち下がりを検出すると、この検出信号をトリガ
ー信号としてタイマー４７のタイマー限時をスタートさ
せ、タイマー限時になると、リレー４６にＯＦＦ信号を
出力する。すると、リレー４６がスイッチ４９をＯＦＦ
するので、電源４８からのサーボ機構、即ち、サーボ回
路４３、サンプルホールド回路４４及びアクチュエータ
１１への電力の供給が遮断されるので、サーボ機構の動
作が停止する。

【００８８】（実施形態２）図１４〜図１７は本発明光
送受信モジュールの実施形態２を示す。図１４に示すよ
うに、この光送受信モジュールは、カンパッケージ内に
機密状態に封止されたＬＤ５１、レンズ５２、ＢＳ５
３、レンズ５４、カンパッケージ内に機密状態に封止さ
れたＰＤ５５、レンズ５６、レンズ５６をＸＹＺ３軸方
向に微調整するアクチュエータ５７及びレセプタクル５
８を備え、これらの部品は光学べース５９上に保持され
ている。

【００８９】図１５に示すように、ＰＤ５５はａ〜ｅの
５つの分割セルからなる５分割受光素子によって構成さ
れている。より具体的には、中心の受光セルｅの周囲に
４つの受光セルａ〜ｄを均等に配置した５分割受光素子
によって構成されている。

【００９０】この光送受信モジュールの基本動作は実施
形態１の光送受信モジュールと同様であるので、以下で
は異なる点のみについて説明する。

【００９１】上述の図１３に記すシステム構成をとれ
ば、ＰＤ６でＰＤ９を兼用することが可能となる。そこ
で、本実施形態２では、ＰＤ５５が実施形態１のＰＤ６
とＰＤ９とを兼用し、ＢＳ７を省略した構成となってい
る。

【００９２】加えて、本実施形態２では、Ｚ軸方向のサ
ーボ信号を得る検出方法として、表１及び図１６に示す
ビームサイズ法を採用しており、実施形態１のシリンド
リカルレンズ５も省略されている。なお、図１６中にビ
ームサイズ法の検出原理を表記してあるので、ここでは
説明を省略する。

【００９３】ＸＹ２軸方向のサーボ信号を得る方法は実
施形態１と同じであるため、ＸＹＺ３軸サーボ信号を得
るためには、図１５（ａ），（ｂ）に示す５分割受光素
子が必要となる。

【００９４】各サーボ信号は図１５中にａ〜ｅで示す各
受光セルの出力をａ〜ｅとすると、Ｘ軸サーボ信号ＸＳ
は、下記（４）式で表される。

【００９５】ＸＳ＝（ａ＋ｅ）−（ｂ＋ｄ） …（４） また、Ｙ軸サーボ信号ＹＳ、Ｚ軸サーボ信号ＺＳは下記
（５）式、（６）式でそれぞれ表される。

【００９６】ＹＳ＝（ａ＋ｂ）−（ｅ＋ｄ） …（５） ＺＳ＝（ａ＋ｂ＋ｄ＋ｅ）−（ｃ） …（６） また、受光信号は（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）で得られる。

【００９７】（実施形態３）図１７は本発明光送受信モ
ジュールの実施形態３を示す。

【００９８】本実施形態３の光送受信モジュールは、実
施形態１のＢＳ７に相当する光分岐素子として波長分岐
素子（以下ではＢＳと称する）６７を用いた点のみが実
施形態１の光送受信モジュールとは異なっている。な
お、実施形態１と対応する部分には同一の符号を付して
ある。

【００９９】ここで、本実施形態３において、ＬＤ１か
ら出射される送信光の波長λは１．３μｍであるのに対
し、光ファイバ１５から出射される受信光の波長λは
１．５μｍであり、両者の波長は異なっている。

【０１００】次に、この光送受信モジュールの動作を説
明する。ＬＤ１から出射された送信光はレンズ２により
平行光束とされてＢＳ３へ入射する。ＢＳ３では１０％
の光が反射するように反射膜が形成されている。従っ
て、入射光の９０％の光束は直進し、波長分岐素子から
なるＢＳ７へ入射する。

【０１０１】ＢＳ７は１．５μｍの波長の光を反射し、
１．３μｍの波長の光は反射しないように誘電体多層膜
が形成されている。従って、ＢＳ７に入射した１００％
の光束がレンズ１０へ入射する。入射した光束はレンズ
１０にて集光され、レセプタクル１２に固定された光フ
ァイバ１５に入射する。そこでは、上述のように、フレ
ネル反射するので最大４％の光が反射される。

【０１０２】反射光は逆の光路を経てＢＳ３で反射さ
れ、レンズ４及びシリンドリカルレンズ５を通過し、８
分割受光素子からなるＰＤ６に入射する。ＰＤ６へ入射
した反射光から発生する各分割セルの光電流に基づき上
記（１）式〜（３）式の演算を実行すると、ＸＹＺ３軸
方向のサーボ信号を得ることができる。

【０１０３】得られたサーボ信号を基づき図示しないサ
ーボ回路がレンズ１０の集光位置を光ファイバ１５のコ
ア中心に合わせるようにアクチュエータ１１を微調整す
る。

【０１０４】一方、光ファイバ１５から出射された受信
光は、レンズ１０により平行光束とされ、入射光束の１
００％がＢＳ７で反射され、レンズ８を通過し、収束光
としてＰＤ９へ入射し、受信信号に変換される。

【０１０５】（実施形態４）図１８及び図１９は本発明
光送受信モジュールの実施形態４を示す。本実施形態４
の光送受信モジュールは、送信光の光ファイバ端面での
反射光を２分する光分岐素子と、送受信光を２分する光
分岐素子とを１つのホログラム素子８１で構成した点に
特徴を有する。

【０１０６】図１８及び図１９に示すように、この光送
受信モジュールは、ＬＤ７１、受光素子（ＰＤ）７２及
び多分割受光素子（ＰＤ）７３を内部に気密状態に封止
したカンパッケージ７４と、レンズ７５と、レンズ７５
をＸＹＺ３軸方向に微調整するアクチュエータ７６と、
レセプタクル７７と、これらの部品を保持する光学べー
ス７８等によって構成されている。

【０１０７】次に、動作を説明する。ＬＤ７１から出射
された送信光はキャップ７９の内面に貼付られたカバー
ガラス８０を通過した後、キャップ７９の外面に貼り付
けられたホログラム光学素子８１により０次光、＋１次
光、−１次光の３つの拡散光束に分けられる。３つの拡
散光束はレンズ７５により収束されるが、その内の０次
光のみがレセプタクル７７に固定された光ファイバ８２
に入射する。

【０１０８】ここではフレネル反射するので、最大４％
の光が反射される。反射光は上記とは逆の光路を経て、
ホログラム光学素子４１により０次光、＋１次光、−１
次光の３つの収束光束に分けられる。このうち、＋１次
光はＰＤ７２へ、−１次光はＰＤ７３へ入射する。

【０１０９】ＰＤ３３へ入射した反射光から発生する各
分割セルの光電流に基づき上記（４）式〜（６）式で示
す演算を行う。これにより、ＸＹＺ３軸方向のサーボ信
号を得ることができる。そして、このサーボ信号に基づ
き図示しないサーボ回路がレンズ７５の集光位置を光フ
ァイバ８２のコア中心に合わせるようにアクチュエータ
７６を微調整する。

【０１１０】一方、光ファイバ８２から出射された受信
光は、レンズ７５により収束光束とされ、ホログラム光
学素子４１により＋１次光として回折されてＰＤ３２へ
入射し、受信信号に変換される。

【０１１１】

【発明の効果】以上の本発明光送受信モジュールによれ
ば、送信光及び受信光をそれぞれ２分する光分岐素子と
受信光の検出を行う受光素子とを備えているので、１心
の光ファイバを用いた双方向通信が可能となる。よっ
て、ＰＤＳシステムに適用可能となる。

【０１１２】また、特に請求項３記載の光送受信モジュ
ールによれば、光ファイバの先端、つまりその端面を凹
面又は凸面からなる曲面に加工する構成をとるので、光
ファイバへの入射角が送信光の集光位置により変化す
る。このため、見かけ上反射率が集光位置により連続的
に変化していることになるので、その方向及び移動距離
がわかる。この結果、サーボの整定時間を短くできる。
また、光ファイバのコアの表面に加工を施しても透過率
は劣化しないため光の利用効率は高い。加えて、光ファ
イバの中心はコアの面頂であるため、反射光量を直接知
ることができるので、サーボ精度を向上できる。

【０１１３】また、特に請求項４記載の光送受信モジュ
ールによれば、入力される送信データに基づきアクチュ
エータにサーボ動作を行わせると共に、発光素子に入力
される送信データをサーボ整定時間以上遅延させ、且つ
サーボ整定後は位置制御対象のレンズ又は光ファイバの
位置を保ちながらアクチュエータの動作を停止させる構
成をとるので、データが発光素子へ入力された時にはサ
ーボ機構はサーボ整定を完了しているため、送信データ
の送りこぼしは発生しない。加えて、送信信号が多分割
受光素子へ入射してもアクチュエータは整定位置を保っ
ているため、信号の送信時に多分割受光素子の受光信号
に送信信号が重複してもサーボ動作が不安定になること
はない。更には、アクチュエータが一時的に停止されて
おり、サーボ回路に流れる電流を低減できるため、消費
電力の節約が図れる。

【０１１４】また、特に請求項５記載の光送受信モジュ
ールによれば、アクチュエータの動作停止時に受信光が
受光素子へ入射するように光学系を配置し、且つ受信時
にアクチュエータを動作停止状態に保つ構成をとるの
で、多分割受光素子へ光ファイバ端面からの反射光が入
射することはないので、受信信号を正しく受光できる。

【０１１５】また、特に請求項６記載の光送受信モジュ
ールによれば、多分割受光素子が受光素子を兼用する構
成をとるので、安価な光送受信モジュールを実現でき
る。

【０１１６】また、特に請求項７記載の光送受信モジュ
ールによれば、第１の光分岐素子及び第２の光分岐素子
を１つのホログラム光学素子で形成する構成をとるの
で、安価な光送受信モジュールを実現できる。

【０１１７】また、特に請求項８記載の光送受信モジュ
ールによれば、第２の光分岐素子に波長分岐素子を用い
る構成をとるので、ＡＴＭ−ＰＤＳシステムと呼ばれる
送信光１．３μｍ、受信光１．５μｍの波長多重通信に
対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光送受信モジュールの実施形態１を示す
模式的側面図。

【図２】（ａ）は実施形態１の多分割受光素子のセル構
造を示す平面図、（ｂ）はセル構造の他の例を示す平面
図。

【図３】実施形態１のレセプタクルの構造を示す断面
図。

【図４】（ａ）は実施形態１の光ファイバをフェルール
と共に示す断面図、（ｂ）は光ファイバの他の例をフェ
ルールと共に示す断面図。

【図５】実施形態１のアクチュエータの構造を一部を破
断して示す斜視図。

【図６】アクチュエータの他の例を示す斜視図。

【図７】光ファイバの他の例をフェルールと共に示す断
面図。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１の光送受信モジュ
ールにおいてＸＹ軸方向のサーボ信号を得る方法を説明
するための図。

【図９】縦軸に差信号を、横軸に変位をとってＸＹ軸方
向のサーボ信号のＳカーブを示すグラフ。

【図１０】実施形態１の光送受信モジュールにおいてＺ
軸方向のサーボ信号を得る方法を説明するための図。

【図１１】Ｚ軸方向のサーボ信号を得る方法を説明する
ため図。

【図１２】発光素子であるＬＤへ入力する送信データを
サーボ機構の整定時間以上遅延させ、且つサーボ整定後
は位置制御対象のレンズの位置を保ちながらアクチュエ
ータの動作を停止させるシステムのブロック図。

【図１３】サーボ機構の動作停止時に受信光がＰＤへ入
射する部品配置をとり、且つ受信時にサーボ機構を動作
させないシステムのブロック図。

【図１４】本発明光送受信モジュールの実施形態２を示
す模式的側面図。

【図１５】（ａ）は実施形態２の多分割受光素子のセル
構造を示す平面図、（ｂ）はセル構造の他の例を示す平
面図。

【図１６】実施形態２の光送受信モジュールにおいてＺ
軸方向のサーボ信号を得る方法を説明するための図。

【図１７】本発明光送受信モジュールの実施形態３を示
す模式的側面図。

【図１８】本発明光送受信モジュールの実施形態４を示
す側面断面図。

【図１９】図１８のカンパッケージを拡大して示す側面
断面図。

【図２０】ＰＤＳシステムを示すシステム構成図。

【図２１】光送受信モジュールの第１従来例を示す側面
断面図。

【図２２】光送受信モジュールの第２従来例を示す模式
的側面図。

【図２３】光ファイバを示す斜視図。

【図２４】光ファイバの断面図。

【図２５】第２従来例の問題点を説明するための図。

【符号の説明】

１，５１ 半導体レーザー素子（ＬＤ） ２，４，８，１０，５２，５４，５６，７４ レンズ ３，７，５３ 光分岐素子（ＢＳ） ５ シリンドリカルレンズ ６，５５ 多分割受光素子 ９ 受光素子 １０ レンズ １１，５７，７６ アクチュエータ １２，５８，７７ レセプタクル １３，５９，７８ 光学べース １４ フェルール １５，８２ 光ファイバ １５ａ 光ファイバの端面に形成された凸面 １５ｂ 光ファイバの端面に形成された凹面 １５ｃ 光ファイバのコア ４１ ディレイ ４２ 信号検出回路 ４３ サーボ回路 ４４ サンプルホールド回路 ４５ 信号検出回路 ４６ リレー ４７ タイマー ４８ 電源 ４９ スイッチ ６７ 波長分岐素子 ８１ ホログラム素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 13/00 Ｈ０４Ｂ 10/24

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の光ファイバを送受信で兼用して双
   方向通信を行う光送受信モジュールにおいて、 送信光を発光する発光素子と、 該送信光が導かれる該光ファイバ端面での反射光を２分
   する第１の光分岐素子と、 該光ファイバ端面からの反射光を受光する多分割受光素
   子と、 該発光素子と該光ファイバとの間に配置され、送受信光
   を２分する第２の光分岐素子、受信光を受光する受光素
   子及び送受信光を集光するレンズと、 該レンズ又は該光ファイバを少なくとも光軸に直交する
   ２軸方向に移動させるサーボ動作を行うアクチュエータ
   とを備えた光送受信モジュール。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータは前記レンズ又は前
   記光ファイバを光軸及び該光軸に直交する２軸方向に移
   動させる３軸サーボ動作を行うアクチュエータである請
   求項１記載の光送受信モジュール。
3. 【請求項３】 前記光ファイバの先端は凹面又は凸面か
   らなる曲面に加工され、前記送信光の該光ファイバ端面
   での反射光量が該送信光の集光位置により変化すること
   を前記多分割受光素子で検出し、該多分割受光素子の検
   出信号に基づき前記アクチュエータにサーボ動作を行わ
   せる請求項１又は請求項２記載の光送受信モジュール。
4. 【請求項４】 入力される送信データに基づき前記アク
   チュエータにサーボ動作を行わせると共に、前記発光素
   子に入力される該送信データをサーボ整定時間以上遅延
   させ、且つサーボ整定後は位置制御対象の前記レンズ又
   は前記光ファイバの位置を保ちながら前記アクチュエー
   タの動作を停止させる請求項１〜請求項３のいずれかに
   記載の光送受信モジュール。
5. 【請求項５】 前記アクチュエータの動作停止時に前記
   受信光が前記受光素子へ入射するように光学系を配置
   し、且つ受信時に該アクチュエータを動作停止状態に保
   つ請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光送受信モジ
   ュール。
6. 【請求項６】 前記多分割受光素子が前記受光素子を兼
   用する請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光送受信
   モジュール。
7. 【請求項７】 前記第１の光分岐素子及び前記第２の光
   分岐素子が１つのホログラム光学素子で形成されている
   請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光送受信モジュ
   ール。
8. 【請求項８】 前記第２の光分岐素子が波長分岐素子で
   ある請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光送受信モ
   ジュール。